CN114901587A - 用于操作微流体装置的系统 - Google Patents
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Abstract
描述了用于操作微流体装置的系统。系统包括：第一表面，被配置为与微流体装置接合并可操作地耦接；盖，被配置为将微流体装置保持在第一表面上。盖包括：具有第一流体端口的第一部分，第一流体端口被配置为与微流体装置的第一流体入口/出口可操作地耦接并使流体介质流入和/或流出第一流体入口/出口；具有第二流体端口的第二部分，第二流体端口被配置为与微流体装置的第二流体入口/出口可操作地耦接并使流体介质流入和/或流出第二流体入口/出口。盖的第二部分与第一部分是可分开的并在关闭位置与打开位置之间是可移动的。
Description
技术领域
本申请总体上涉及使用微流体装置的系统。本申请尤其描述了用于操作微流体装置的系统。
背景技术
随着微流体领域的不断进步，微流体装置已经成为处理和操纵诸如生物细胞等微目标的便利平台。微流体装置提供了一些期望的功能，包括选择和操纵单个微目标的能力。这种微流体装置需要各种输入和输出(例如流体、压力、真空、热、冷却、光等)来起作用。用于操作微流体装置的系统有助于这些输入和输出。
发明内容
本申请描述了用于操作微流体装置的系统。在示例性实施例中，提供了一种用于操作微流体装置的系统，该系统包括：第一表面，被配置为与微流体装置接合并可操作地耦接；以及盖，被配置为将微流体装置保持在第一表面上，盖包括：具有第一流体端口的第一盖部分，第一流体端口被配置为与微流体装置的第一流体入口/出口可操作地耦接并使流体介质流入和/或流出微流体装置的第一流体入口/出口；以及具有第二流体端口的第二盖部分，第二流体端口被配置为与微流体装置的第二流体入口/出口可操作地耦接并使流体介质流入和/或流出微流体装置的第二流体入口/出口，其中，第二盖部分与第一盖部分是可分开的并且在关闭位置与打开位置之间是可移动的，在关闭位置中，第二盖部分的第二流体端口与微流体装置的第二流体入口/出口可操作地耦接，在打开位置中，微流体装置的包含第二流体入口/出口的部分被暴露。
在其他示例性实施例中，提供了一种用于操作微流体装置的系统，该系统包括：支撑件，被配置为保持微流体装置并与微流体装置可操作地耦接；第一流体管线和第二流体管线，当微流体装置由支撑件保持并与支撑件可操作地耦接时，第一流体管线具有被配置为流体耦接到微流体装置的入口端口的远端，第二流体管线具有被配置为流体耦接到微流体装置的出口端口的近端；至少一个流量控制器，与第一流体管线和第二流体管线中的一个或两个可操作地耦接，该至少一个流量控制器包括第一热控制流量控制器，第一热控制流量控制器与第一流体管线和第二流体管线中的一个或两个的流动段可操作地耦接以选择性地允许流体从中流过；以及光调制子系统，被配置为当微流体装置由支撑件保持并与支撑件可操作地耦接时，将结构化光发射到微流体装置上。
在又一其他示例性实施例中，提供了一种用于分析流体样品的方法，该方法包括：将微流体装置连接到用于操作微流体装置的系统，其中，系统包括：第一表面，被配置为与微流体装置接合并可操作地耦接；以及盖，被配置为将微流体装置保持在第一表面上，盖包括：具有第一流体端口的第一盖部分，第一流体端口被配置为与微流体装置的第一流体入口/出口可操作地耦接并使流体介质流入和/或流出微流体装置的第一流体入口/出口；以及具有第二流体端口的第二盖部分，第二流体端口被配置为与微流体装置的第二流体入口/出口可操作地耦接并使流体介质流入和/或流出微流体装置的第二流体入口/出口，其中，第二盖部分与第一盖部分是可分开的并且在关闭位置与打开位置之间是可移动的，在关闭位置中，盖的第二部分的第二流体端口与微流体装置的第二流体入口/出口可操作地耦接，在打开位置中，微流体装置的包含第二流体入口/出口的部分被暴露；将第二盖部分从关闭位置移动到打开位置，从而暴露微流体装置的第二流体入口/出口；提供与微流体装置的第二流体入口/出口流体连通的流体样品；向第一流体管线施加吸力，从而将流体样品的至少一部分拉入微流体装置中；以及处理被拉入微流体装置中的流体样品的至少一部分。
实施例的部分列表如下：
实施例1.一种用于操作微流体装置的系统，该系统包括：第一表面，被配置为与微流体装置接合并可操作地耦接；以及盖，被配置为将微流体装置保持在第一表面上，盖包括：具有第一流体端口的第一盖部分，第一流体端口被配置为与微流体装置的第一流体入口/出口可操作地耦接并使流体介质流入和/或流出微流体装置的第一流体入口/出口；以及具有第二流体端口的第二盖部分，第二流体端口被配置为与微流体装置的第二流体入口/出口可操作地耦接并使流体介质流入和/或流出微流体装置的第二流体入口/出口，其中，第二盖部分与第一盖部分是可分开的并且在关闭位置与打开位置之间是可移动的，在关闭位置中，第二盖部分的第二流体端口与微流体装置的第二流体入口/出口可操作地耦接，在打开位置中，微流体装置的包含第二流体入口/出口的部分被暴露。
实施例2.根据实施例1所述的系统，其中，当第二盖部分处于打开位置时，第一盖部分将微流体装置保持在第一表面上。
实施例3.根据实施例1或2所述的系统，其中，当第二盖部分处于打开位置时，第一盖部分的第一流体端口保持与微流体装置的第一流体入口/出口可操作地耦接。
实施例4.根据实施例1至3中任一项所述的系统，其中，第一盖部分的第一流体端口连接到泵，泵被配置为从微流体装置中移除流体。
实施例5.根据实施例1至4中任一项所述的系统，其中，第一盖部分还包括连接到第一流体端口的第一流体管线。
实施例6.根据实施例1至5中任一项所述的系统，其中，第二盖部分还包括连接到第二流体端口的第二流体管线。
实施例7.根据实施例1至6中任一项所述的系统，其中，盖还包括铰链，铰链被配置为在打开位置与关闭位置之间移动盖的第二部分。
实施例8.根据实施例1至7中任一项所述的系统，其中，盖还包括闩锁，闩锁被配置为将第二盖部分可释放地保持在关闭位置。
实施例9.根据实施例1至8中任一项所述的系统，还包括插入件，插入件被配置为当第二盖部分处于打开位置时，与微流体装置的第二流体入口/出口可操作地耦接并使流体介质流入微流体装置的第二流体入口/出口。
实施例10.根据实施例9所述的系统，其中，插入件被配置为与第一盖部分接合。
实施例11.根据实施例9或10所述的系统，其中，插入件包含流体阱，流体阱被配置为与微流体装置的第二流体入口/出口流体连通。
实施例12.根据实施例11所述的系统，其中，流体阱被配置为保持约50微升或更少、约45微升或更少、约40微升或更少、约35微升或更少、约30微升或更少、约25微升或更少、约20微升或更少、约15微升或更少、约10微升或更少、约5微升或更少、或由这些端点中的两个端点形成的任意范围的流体样品。
实施例13.根据实施例11所述的系统，其中，流体阱被配置为保持范围从约5微升到约25微升、从约5微升到约20微升、从约5微升到约15微升、或从约5微升到约10微升的流体样品。
实施例14.根据实施例1至13中任一项所述的系统，其中，第一表面包括支撑件(或“安置件”)。
实施例15.根据实施例14所述的系统，其中，支撑件包括被配置为接收微流体装置并与微流体装置接合的插座。
实施例16.根据实施例1至15中任一项所述的系统，还包括电信号产生子系统，电信号产生子系统被配置为当微流体装置与第一表面或支撑件可操作地耦接时，在微流体装置中的电极对上施加偏置电压。
实施例17.根据实施例16所述的系统，其中，电信号产生子系统包括波形发生器，波形发生器被配置为当微流体装置与第一表面或支撑件可操作地耦接时，产生要施加在电极对上的偏置电压波形。
实施例18.根据实施例17所述的系统，其中，电信号产生子系统还包括波形放大电路，波形放大电路被配置为放大由波形发生器产生的偏置电压波形。
实施例19.根据实施例17或18所述的系统，其中，电信号产生子系统还包括示波器，示波器被配置为测量偏置电压波形，并且可选地，其中，来自测量的数据作为反馈被提供给波形发生器。
实施例20.根据实施例1至19中任一项所述的系统，还包括热控制子系统，热控制子系统被配置为当微流体装置与第一表面或支撑件可操作地耦接时，调节微流体装置的温度。
实施例21.根据实施例20所述的系统，其中，热控制子系统包括热电功率模块、珀尔帖热电装置和冷却单元，其中，热电功率模块被配置为调节珀尔帖热电装置的温度，并且可选地，其中，珀尔帖热电装置插入在第一表面与冷却单元的表面之间。
实施例22.根据实施例21所述的系统，其中，冷却单元包括液体冷却装置、冷却块和液体通道，液体通道被配置为循环在液体冷却装置与冷却块之间的冷却液体，并且其中，冷却块包括冷却单元的表面。
实施例23.根据实施例21或22所述的系统，其中，珀尔帖热电装置和热电功率模块安装在支撑件上和/或与支撑件集成。
实施例24.根据实施例14至23中任一项所述的系统，其中，支撑件还包括控制电信号产生子系统和热电功率模块中的一个或两个的微处理器。
实施例25.根据实施例24所述的系统，其中，支撑件包括印刷电路板(PCB)，并且其中，电信号产生子系统、热电功率模块和微处理器中的至少一个安装在PCB上和/或与PCB集成。
实施例26.根据实施例24或25所述的系统，还包括与微处理器可操作地耦接的外部计算装置，可选地其中，外部计算装置包括图形用户界面，图形用户界面被配置为接收操作者输入，处理操作者输入并将操作者输入输送到微处理器，以控制电信号产生子系统和热控制子系统中的一个或两个。
实施例27.根据实施例26所述的系统，其中，微处理器被配置为向外部计算装置发送电信号产生子系统和热控制子系统中的一个或两个感测或接收的数据和/或信息，或者另外地，基于感测或接收的数据或信息进行计算。
实施例28.根据实施例16或27所述的系统，其中，微处理器和/或外部计算装置被配置为当微流体装置与支撑件可操作地耦接时，测量和/或监测横跨微流体装置的电极的电路的阻抗。
实施例29.根据实施例28所述的系统，其中，微处理器和/或外部计算装置被配置为基于在电路的测量和/或监测的阻抗中检测到的变化来确定流体路径的流动体积，流体路径包括微流体装置内的微流体回路的至少一部分。
实施例30.根据实施例28所述的系统，其中，微处理器和/或外部计算装置被配置为基于在电路的测量和/或监测的阻抗中检测到的变化来确定微流体装置的内部腔室的高度。
实施例31.根据实施例28所述的系统，其中，微处理器和/或外部计算装置被配置为基于在电路的测量和/或监测的阻抗中检测到的变化来确定包含在微流体装置的微流体回路内的化学和/或生物材料的一个或多个特性。
实施例32.根据实施例1至31中任一项所述的系统，还包括光调制子系统，光调制子系统被配置为当微流体装置与第一表面(或支撑件)可操作地耦接时，将结构化光发射到微流体装置上。
实施例33.根据实施例1至32中任一项所述的系统，其中，第一表面、支撑件和/或光调制子系统被配置为安装在光显微镜上。
实施例34.根据实施例1至32中任一项所述的系统，其中，第一表面、支撑件和/或所述光调制子系统是光显微镜的整体组件。
实施例35.根据实施例6至34中任一项所述的系统，还包括与第一流体管线和第二流体管线中的一个或两个可操作地耦接的至少一个流量控制器(例如，两个或更多个，其中一个可以是泵)。
实施例36.根据实施例35所述的系统，其中，至少一个流量控制器包括与第一流体管线和/或第二流体管线可操作地耦接以选择性地允许流体从中流过的第一热控制流量控制器。
实施例37.根据实施例36所述的系统，其中，第一热控制流量控制器包括珀尔帖热电装置，其被配置为可控地降低或升高包含在第一流体管线的流动段中的流体的温度，其中，温度被充分地降低或升高以分别冻结或解冻包含在第一流体管线的流动段中的流体，从而选择性地防止或允许流体流过第一流体管线并流入或流出微流体装置的第一流体入口/出口。
实施例38.根据实施例37所述的系统，其中，所述第一热控制流量控制器还包括：第一壳体，具有第一通道，第一流体管线的流动段延伸穿过第一通道，壳体还包含珀尔帖热电装置；和/或绝缘材料，至少部分地围绕第一流体管线的流动段；以及可选地，第一导热接口，与第一流体管线的流动段耦接。
实施例39.根据实施例36至38中任一项所述的系统，其中，至少一个流量控制器包括与第一流体管线和第二流体管线中的另一个可操作地耦接以选择性地允许流体流过的第二热控制流量控制器。
实施例40.根据实施例39所述的系统，其中，第二热控制流量控制器包括珀尔帖热电装置，其被配置为可控地降低或升高包含在第二流体管线的流动段中的流体的温度，其中，温度被降低或升高到足以分别冻结或解冻包含在第二流体管线的流动段中的流体，从而选择性地防止或允许流体流出或流入微流体装置的第二流体入口/出口。
实施例41.根据实施例40所述的系统，其中，所述第二热控制流量控制器还包括：第二壳体，具有第二通道，第二流体管线的流动段延伸穿过第二通道，壳体还包含珀尔帖热电装置；和/或绝缘材料，至少部分地围绕第二流体管线的流动段；以及可选地，第一导热接口，与第一流体管线的流动段耦接。
实施例42.根据实施例35所述的系统，其中，至少一个流量控制器包括与第一流体管线和第二流体管线可操作地耦接的热控制流量控制器，热控制流量控制器包括：至少一个流量控制珀尔帖热电装置，被配置为可控制地降低或升高第一流体管线和第二流体管线的流动段的温度，其中温度被降低或升高到足以分别冻结或解冻包含在第一流体管线和第二流体管线的流动段中的流体，从而选择性地防止或允许流体流过第一流体管线进入微流体装置的第一流体入口/出口，并且通过第二流体管线从微流体装置的第二流体入口/出口流出，反之亦然。
实施例43.根据实施例42所述的系统，其中，至少一个流量控制珀尔帖热电装置至少包括第一流量控制珀尔帖热电装置，热耦接到第一流体管线的流动段；以及第二流量控制珀尔帖热电装置，热耦接到第二流体管线的流动段。
实施例44.根据实施例42或43所述的系统，其中，热控制流量控制器还包括壳体，壳体具有第一通道，第一流体管线的流动段延伸穿过第一通道，以及第二通道，流出流体管线的流动段延伸穿过第二通道，其中，至少一个流量控制珀尔帖热电装置被安装在壳体中。
实施例45.根据实施例44所述的系统，其中，壳体限定隔热室。
实施例46.根据实施例32至45中任一项所述的系统，其中，所述光调制子系统包括数字镜装置(DMD)或微快门阵列系统(MSA)。
实施例47.根据实施例32至45中任一项所述的系统，其中，所述光调制子系统包括液晶显示器(LCD)、硅基液晶装置(LCOS)、硅基铁电液晶装置(FLCOS)或扫描激光装置。
实施例48.根据实施例32至47中任一项所述的系统，其中，所述光调制子系统包括多输入光管，所述光管包括：
壳体，具有多输入孔，每个输入孔被配置为接收从各自的光源发射的光，壳体还具有被配置为发射通过输入孔接收的光的输出孔；第一光传播路径，在壳体内从第一输入孔延伸到输出孔；第一二向色滤光器，跨越第一光传播路径以倾斜角定位在壳体内，第一二向色滤光器被配置和定位成使得通过第一光孔接收的光在沿着第一光传播路径传播到输出孔时穿过第一二向色滤光器；和第二光传播路径，在壳体内从第二输入孔延伸到第一二向色滤光器，第二传播路径和第一二向色滤光器被配置和尺寸化成使得通过第二输入孔接收的光沿着第二光传播路径传播并被第一二向色滤光器反射到第一光传播路径上以到达输出孔，其中各个输入孔、第一光传播路径和第二光传播路径、第一二向色滤光器和输出孔被尺寸化、被设计和被配置为使得由至少一个光源发射并通过第一输入孔和第二输入孔中的至少一个接收的光以大致均匀的强度从输出孔射出。
实施例49.根据实施例48所述的系统，光管还包括：第二二向色滤光器，跨越第一二向色滤光器和输出孔之间的第一光传播路径以倾斜角定位在壳体内，第二二向色滤光器被配置和定位成使得所述接收的光沿着第一光传播路径传播到输出孔时，通过第一光孔和第二光孔接收的光穿过第二二向色滤光器；以及第三光传播路径，在壳体内从第三输入孔延伸到第二二向色滤光器，第三传播路径和第二二向色滤光器被配置和设计成使得通过第三输入孔接收的光沿着第三光传播路径传播并被第二二向色滤光器反射到第一光传播路径上以到达输出孔。
实施例50.根据实施例48所述的系统，所述光调制子系统还包括第一光源，第一光源具有与光管的第一输入孔光学耦接的输出。
实施例51.根据实施例50所述的系统，其中，第一光源包括多个第一光源发射元件。
实施例52.根据实施例51所述的系统，其中，多个第一光源发射元件中的一个或多个发射第一窄带波长的光。
实施例53.根据实施例50至52中任一项所述的系统，光调制子系统还包括第二光源，第二光源具有与光管的第二输入孔光学耦接的输出。
实施例54.根据实施例53所述的系统，其中，第二光源包括多个第二光源发射元件。
实施例55.根据实施例54所述的系统，其中，多个第二光源发射元件中的一个或多个发射第一窄带波长的光或者与第一窄带波长不同的第二窄带波长的光。
实施例56.根据实施例54所述的系统，多个第一光源发射元件和多个第二光源发射元件共同包括发射第一窄带波长的光的一个或多个发光元件的第一子集，以及发射具有不同于第一窄带波长的第二窄带波长的光的一个或多个发光元件的第二子集，使得可以通过选择性激活多个第一光源发射元件和多个第二光源发射元件中的一个或两个将包括第一窄带波长和第二窄带波长中的一个或两个的光可控制地发射出光管输出孔。
实施例57.根据实施例56所述的系统，其中，由发光元件的第一子集发射并经由第一输入孔和/或第二输入孔接收的光以第一基本均匀强度被发射出光管的输出孔，并且通过发光元件的第二子集发射的光并通过第一输入孔和/或第二输入孔接收的光以第二基本均匀强度被发射出输出孔。
实施例58.根据实施例57所述的系统，其中，第一基本均匀强度不同于第二基本均匀强度。
实施例59.根据实施例56至58中任一项所述的系统，其中，第一窄带波长和第二窄带波长各自选自约380nm、约480nm和约560nm组成的组。
实施例60.根据实施例43至46中任一项所述的系统，第一光源的多个发光元件包括所有第一子集的发光元件或由所有第一子集的发光元件组成，第二光源的多个发光元件包括所有第二子集的发光元件或由所有第二子集的发光元件组成。
实施例61.根据实施例40至47中任一项所述的系统，所述光调制子系统还包括第三光源，第三光源具有与光管的第三输入孔光学学耦接的输出。
实施例62.根据实施例61所述的系统，第三光源包括多个第三光源发射元件。
实施例63.根据实施例62所述的系统，其中，多个第三光源发射元件中的一个或多个发射第一窄带波长、第二窄带波长、或与第一窄带波长和第二窄带波长中的每一个都不同的第三窄带波长的光。
实施例64.根据实施例62所述的系统，其中，多个第一光源发射元件、多个第二光源发射元件和多个第三光源发射元件共同包括发射第一窄带波长的光的一个或多个发光元件的第一子集、发射不同于第一窄带波长的第二窄带波长的光的一个或多个发光元件的第二子集、以及发射不同于第一窄带波长和第二窄带波长中的每一个的第三窄带波长的光的一个或多个发光元件的第三子集，使得包括第一窄带波长、第二窄带波长和第三窄带波长中的一个或多个的光可以通过选择性地激活发光元件的第一子集、第二子集和第三子集中的一个或多个而被可控地发射出光管输出孔。
实施例65.根据实施例64所述的系统，其中，由第一子集的发光元件发射并通过第一输入孔、第二输入孔和第三输入孔中的任何一个接收的光以第一基本均匀强度被发射出输出孔，由第二子集的发光元件发射并通过第一输入孔、第二输入孔和第三输入孔中的任何一个接收的光以第二基本均匀强度被发射出输出孔，并且由第三子集的发光元件发射并通过第一输入孔、第二输入孔和第三输入孔中的任何一个接收的光以第三基本均匀强度被发射出输出孔。
实施例66.根据实施例65所述的系统，其中，第一基本均匀强度不同于第二基本均匀强度和第三基本均匀强度中的一个或两个。
实施例67.根据实施例64至66中任一项所述的系统，其中，第一窄带波长为约380nm，第二窄带波长为约480nm，第三窄带波长为约560nm。
实施例68.根据实施例64至67中任一项所述的系统，第一光源的多个发光元件包括所有第一子集的发光元件或由所有第一子集的发光元件组成，第二光源的多个发光元件包括所有第二子集的发光元件或由所有第二子集的发光元件组成，第三光源的多个发光元件包括所有第三子集的发光元件或由所有第三子集的发光元件组成。
实施例69.一种被配置为操作微流体装置的显微镜，所述显微镜包括：支撑件，被配置为保持微流体装置并与微流体装置可操作地耦接(例如，根据实施例14至31或35至45中任一项所述的支撑件)；光调制子系统，被配置为发射结构化光；以及光学系统，其中当微流体装置由支撑件保持并与支撑件可操作地耦接时，光学系统被配置为：(1)将由光调制子系统发射的结构化光聚焦到微流体装置的至少第一区域上，(2)将由非结构化光源发射的非结构化光聚焦到微流体装置的至少第二区域上，以及(3)捕获来自微流体装置的反射和/或发射的光并将捕获到的光引导到检测器。
实施例70.根据实施例69所述的显微镜，还包括检测器。
实施例71.根据实施例69或70所述的显微镜，其中，检测器包括目镜和/或成像装置。
实施例72.根据实施例69至71中任一项所述的显微镜，其中，光调制子系统包括数字镜装置(DMD)或微快门阵列系统(MSA)。
实施例73.根据实施例69至71中任一项所述的显微镜，其中，光调制子系统包括液晶显示器(LCD)、硅基液晶(LCOS)装置、硅基铁电液晶(FLCOS)或扫描激光装置。
实施例74.根据实施例69至73中任一项所述的显微镜，还包括控制器，控制器用于控制所述光调制子系统。
实施例75.根据实施例69至74中任一项所述的显微镜，其中，所述光学系统包括被配置为将所述结构化光聚焦在所述微流体装置的所述第一区域和/或将所述非结构化光聚焦所述微流体装置的所述第二区域上的物镜，并且其中，所述物镜选自包括10x物镜、5x物镜、4x物镜和2x物镜的组。
实施例76.根据实施例69至75中任一项所述的显微镜，其中，所述光学系统包括二向色滤光器，二向色滤光器被配置为基本上防止由所述光调制子系统发射的结构化光(并且由所述微流体装置反射)到达检测器。
实施例77.根据实施例69至75中任一项所述的显微镜，其中，所述光学系统包括二向色滤光器，二向色滤光器被配置平衡到达检测器的由光调制子系统发射的(并由所述微流体装置反射的)可见结构化光的量和由非结构化光源发射的(并由所述微流体装置反射的)可见非结构化光的量。
实施例78.根据实施例69至75中任一项所述的显微镜，其中，所述光调制子系统发射结构化的白光。
实施例79.根据实施例69至75中任一项所述的显微镜，其中，所述光调制子系统包括汞灯或氙弧灯。
实施例80.根据实施例69至75中任一项所述的显微镜，其中，所述光调制子系统包括一个或多个LED。
实施例81.根据实施例69至75中任一项所述的显微镜，其中，所述非结构化光源包括一个或多个LED。
实施例82.根据实施例81所述的显微镜，其中，所述非结构化光源发射波长为约495nm或更短的光。
实施例83.根据实施例81所述的显微镜，其中，所述非结构化光源发射蓝光。
实施例84.根据实施例82或83所述的显微镜，其中，所述光学系统包括二向色滤光器，二向色滤光器被配置为至少部分地滤除波长长于495nm的可见光。
实施例85.根据实施例81所述的显微镜，其中，所述非结构化光源发射具有约650nm或更长波长的光。
实施例86.根据实施例81所述的显微镜，其中，所述非结构化光源发射红光。
实施例87.根据实施例85或86所述的显微镜，其中，所述光学系统包括二向色滤光器，被配置为至少部分地滤除波长短于650nm的可见光。
实施例88.根据实施例69至87中任一项所述的显微镜，其中，所述支撑件包括集成电信号产生子系统，集成电信号产生子系统被配置为当所述装置由所述支撑件保持并与所述支撑件可操作地耦接时，在所述微流体装置中的一对电极上施加偏置电压。
实施例89.根据实施例69至88中任一项所述的显微镜，其中，所述支撑件包括热控制子系统，热控制子系统被配置为当所述装置由所述支撑件保持并与所述支撑件可操作地耦接时，调节所述微流体装置的温度。
实施例90.一种用于分析流体样品的方法，该方法包括：将微流体装置连接到用于操作微流体装置的系统，其中，系统包括：第一表面，被配置为与微流体装置接合并可操作地耦接；以及盖，被配置为将微流体装置保持在第一表面上，盖包括：具有第一流体端口的第一盖部分，第一流体端口被配置为与微流体装置的第一流体入口/出口可操作地耦接并使流体介质流入和/或流出微流体装置的第一流体入口/出口；以及具有第二流体端口的第二盖部分，第二流体端口被配置为与微流体装置的第二流体入口/出口可操作地耦接并使流体介质流入和/或流出微流体装置的第二流体入口/出口，其中，第二盖部分与第一盖部分是可分开的并且在关闭位置与打开位置之间是可移动的，在关闭位置中，盖的第二部分的第二流体端口与微流体装置的第二流体入口/出口可操作地耦接，在打开位置中，微流体装置的包含第二流体入口/出口的部分被暴露；将第二盖部分从关闭位置移动到打开位置，从而暴露微流体装置的第二流体入口/出口；提供与微流体装置的第二流体入口/出口流体连通的流体样品；向第一流体管线施加吸力，从而将流体样品的至少一部分拉入微流体装置中；以及处理被拉入微流体装置中的流体样品的至少一部分。
实施例91.根据实施例90所述的方法，还包括：将插入件放置在先前由处于关闭位置的第二盖部分占据的位置，插入件包含流体阱，流体阱被配置为与微流体装置的第二流体入口/出口流体连通；其中，提供流体样品包括将流体样品引入插入件的流体阱中。
实施例92.根据实施例90或91所述的方法，其中，系统是根据实施例1至68中任一项所述的系统。
实施例93.根据实施例90或91所述的方法，其中，系统是根据实施例69至89中任一项所述的显微镜。
实施例94.根据实施例90至93中任一项所述的方法，其中，施加充足的吸力以将预选体积(例如，约2微升至约10微升，或约3微升至约7微升)的流体样品拉入到微流体芯片中，此时停止吸力。
实施例95.根据实施例90至94中任一项所述的方法，其中，流体样品包括微物体，可选地生物微物体(例如，细胞)。
实施例96.根据实施例90至95中任一项所述的方法，其中，微流体装置包括(i)具有多个微流体通道的流动区域，和(ii)多个腔室，例如，隔绝围栏(例如，如PCT公开WO2014/070873和WO2015/061497中所描述的隔绝围栏，每个文献的全部内容通过引用的方式并入本文)，其中，多个腔室中的每个腔室流体连接到多个微流体通道中的一个。
实施例97.根据实施例90至96中任一项所述的方法，其中，处理流体样品的至少一部分包括在样品被包含在微流体芯片内时对样品进行成像。
实施例98.根据实施例97所述的方法，其中，成像包括对包含在流体样品的至少一部分内的微物体进行成像。
实施例99.根据实施例96所述的方法，其中，处理流体样品的至少一部分包括对包含在流体样品的至少一部分内的微物体执行测定。
实施例100.根据实施例99所述的方法，其中，测定提供对细胞分泌物和/或由细胞释放的核酸的检测(例如，PCT公开WO2014/070783、WO2015/061497、WO2015/061497、WO2015/061506、WO2015/095623、WO2017/181135、WO2018/064640、WO2018/076024、WO2019/075476和WO2019/133874或PCT/US2019/041692和PCT/US2019/024623PCT申请中描述的任何测定，这些文献中的每一个的全部内容通过引用的方式并入本文)。
实施例101.一种用于操作微流体装置的系统，所述系统包括：支撑件，被配置为保持微流体装置并与微流体装置可操作地耦接；第一流体管线和第二流体管线，当微流体装置由所述支撑件保持并与所述支撑件可操作地耦接时，第一流体管线具有被配置为流体耦接到微流体装置的入口端口的远端，第二流体管线具有被配置为流体耦接到微流体装置的出口端口的近端；至少一个(例如，两个或更多个，其中一个可以是泵)流量控制器，与第一流体管线和第二流体管线中的一个或两个可操作地耦接，该至少一个流量控制器包括第一热控制流量控制器，第一热控制流量控制器与所述第一流体管线和所述第二流体管线中的一个或两个的流动段可操作地耦接以选择性地允许流体从中流过；以及光调制子系统，被配置为当微流体装置由支撑件保持并与支撑件可操作地耦接时，将结构化光发射到微流体装置上。
实施例102.根据实施例101所述的系统，还包括电信号产生子系统，电信号产生子系统被配置为当微流体装置由支撑件保持并与支撑件可操作地耦接时，在微流体装置中的电极对上施加偏置电压。
实施例103.根据实施例101或102所述的系统，其中，系统包括根据实施例1至68和116至122中任一项所述的系统或根据实施例69至89中任一项所述的显微镜的任何元件(例如，单独或组合)。
实施例104.根据实施例37或101至103所述的系统，其中，所述第一热控制流量控制器还包括：导热接口，与第一流体管线和第二流体管线的流动段耦接；以及珀尔帖热电装置，被配置为与导热接口接触并且可控地降低或升高包含在第一流体管线和/或第二流体管线的流动段中的流体的温度。
实施例105.根据实施例104所述的系统，其中，温度被充分地降低或升高以分别冻结或解冻包含在第一流体管线和/或第二流体管线的流动段中的流体，从而选择性地防止或允许流体流出或流入微流体装置的第一流体入口/出口和/或第二流体入口/出口。
实施例106.根据实施例104或105所述的系统，其中，导热接口包括热敏电阻。
实施例107.根据实施例106所述的系统，其中，热敏电阻被定位在位于第一流体管线和第二流体管线的流动段之间的区域中。
实施例108.根据实施例104至107中任一项所述的系统，其中，导热接口位于至少两个珀尔帖热电装置之间。
实施例109.根据实施例108所述的系统，其中，第一热控制流量控制器还包括管道以将热量从至少两个珀尔帖热电装置中的一个传导走。
实施例110.根据实施例104至109中任一项所述的系统，其中，第一热控制流量控制器还包括散热器。
实施例111.根据实施例104至110中任一项所述的系统，其中，导热接口被配置为直接接触(例如，搁置在)珀尔帖热电装置的上表面。
实施例112.根据实施例104至111中任一项所述的系统，其中，第一热控制流量控制器包括盖子，盖子包含引导件，引导件用于将第一流体管线和第二流体管线的流动段插入到导热接口中。
实施例113.根据实施例104至112中任一项所述的系统，还包括位于热控制流量控制器内部的阻隔材料，其中，阻隔材料(例如，绝缘聚合物或喷涂泡沫)足以防止冰的形成。
实施例114.根据实施例113所述的系统，其中，阻隔材料基本上填充在没有阻隔材料的情况下将存在于第一热控制流量控制器的盖子内的任何空的空间。
实施例115.根据实施例104至114中任一项所述的系统，其中，第一热控制流量控制器被配置为控制流体流入和流出微流体装置(例如，单个微流体装置)。
实施例116.根据实施例1至68中任一项所述的系统，其中，支撑件包含传感器，传感器被配置为确定第二盖部分何时处于关闭位置。
实施例117.根据实施例116所述的系统，其中，传感器还被配置为确定插入件何时与微流体装置接合。
实施例118.根据实施例116至117中任一项所述的系统，其中，传感器包括第一光学开关，第一光学开关被配置为在第二盖部分处于关闭位置时被中断并指示第二盖部分何时处于关闭位置。
实施例119.根据实施例116至118中任一项所述的系统，其中，传感器包括第二光学开关，第二光学开关被配置为在插入件与微流体装置接合时被中断并指示插入件何时与微流体装置接合。
实施例120.根据实施例116至119中任一项所述的系统，其中，传感器包含第一延伸件，第一延伸件被配置为通过包含在第二盖部分中的第一致动器延伸到第一光学开关中，从而中断第一光学开关。
实施例121.根据实施例116至120中任一项所述的系统，其中，传感器包含第二延伸件，第二延伸件被配置为通过包含在插入件中的第二致动器延伸到第二光学开关中，从而中断第二光学开关。
实施例122.根据实施例116至121中任一项所述的系统，其中，当第一光学开关和第二光学开关的光路未被中断时，传感器检测第二盖部分何时处于打开位置以及插入件何时不与微流体装置接合。
实施例123.根据实施例90或91所述的方法，其中，微流体装置包括：(i)具有多个微流体通道的流动区域，和(ii)多个腔室，其中，多个腔室中的每个腔室流体连接到多个微流体通道中的一个。
实施例124.根据实施例123所述的方法，其中，该方法产生至少4x10^6的导入细胞密度。
所公开的系统、显微镜和方法的其他方面和优点将在以下详细描述以及所附权利要求中显而易见。
附图说明
附图示出了所公开的系统的实施例的设计和实用性，其中类似的元件由相同的附图标记表示。这些图不一定按比例绘制。为了更好地理解上述和其他优点和目的如何获得，将提出对实施例的更具体的描述，这些实施例将在附图中说明。这些附图仅描绘了所公开的系统的典型实施例，因此不是被认为是限制其范围。
图1A是根据一些实施例的被配置为保持微流体装置的支撑件的透视图。
图1B是图1A中示出的支撑件的示意图，为清楚起见移除了盖。
图2是根据系统的一些实施例的电信号产生子系统的元件的示意图。
图3是根据系统的一些实施例的热控制子系统的示意图。
图4是根据系统的一些实施例的描绘出热控制子系统中用于热控制反馈的模拟电路的电路图。
图5是根据系统的一些实施例的描绘出用于控制电信号产生子系统和热控制子系统的图形用户界面(GUI)的示例性屏幕截图。
图6是根据系统的一些实施例的用于操作微流体装置的系统的示意图。图6中示出的系统包括具有各种分束器和/或分色滤光器的光学列车、第一光源、第二光源、光调制子系统、物镜和检测器。
图7A至图7B分别是根据系统的一些实施例的光学系统中的结构化光路和成像路径的示意图。
图8A至图8C是示出如何使用结构化光来补偿光渐晕的图。图8A示出了在样品平面处测量的光强度如何在整个视野范围内变化。图8B示出了用于控制从光调制子系统输出的光强度的反函数。图8C示出了当例如图8B中示出的反函数用于控制从光源输出的光强度时在样品平面处测量的光强度，光源将另外地产生图8A中示出的光强度的模式。
图9是根据系统的一些实施例的阻抗测量电路的示意图。
图10和图11是根据系统的一些实施例的冷冻阀的侧视和透视图。
图12是根据系统的一些实施例的一对冷冻阀的透视图。如图所示，冷冻阀侧置保持微流体装置的插座。
图13是图12中示出的冷冻阀的各种组件的透视图。
图14是根据系统的一些实施例的冷冻阀的透视图。
图15和图16是图14中示出的冷冻阀的盖的俯视透视图和仰视透视图。
图17是图14中示出的冷冻阀的底部部分的透视图。
图18是图17中示出的冷冻阀的底部部分的壳体的透视图。
图19是图14中示出的冷冻阀的散热器的透视图。
图20和图21是图14中示出的冷冻阀的套管的俯视和侧视图。
图22是根据系统的一些实施例的用于操作微流体装置的系统的示意图。图22中示出的系统包括具有各种分束器和/或二向色滤光器的光学系统、第一光源、第二光源、光调制子系统、物镜和检测器。
图23是根据系统的一些实施例的两个发光二极管(LED)阵列的示意图。
图24是根据系统的一些实施例的光管/光学积分器的示意图。
图25是根据系统的一些实施例的光源的示意图。
图26是根据系统的一些实施例的多输入光管/光学积分器的示意图。
图27示出了用于操作微流体装置的系统的分体盖(split lid)的一些实施例。
图28示出了用于操作微流体装置的系统的分体盖的其他实施例。
图29示出了用于操作微流体装置的系统的分体盖的又一其他实施例。
图30A、图30B和图30C示出了在用于操作微流体装置的系统中移除部分分体盖的一些实施例。
图31A、图31B和图31C示出了用于将流体样品添加到微流体装置的方法的一些实施例。
图32和图33描绘了系统的其他实施例中的冷冻阀的前视图和透视图。
图34和图35示出了系统的又一其他实施例中的冷冻阀的透视图。
图36示出了包含传感器的分体盖的一些实施例的透视图，其中分体盖处于关闭位置。
图37示出了包含传感器的分体盖的一些实施例的透视图，其中分体盖处于打开位置。
图38示出了可以与分体盖一起使用的传感器的未组装组件的一些实施例。
图39示出了可以与分体盖一起使用的传感器的组装组件的一些实施例。
图40示出了包含传感器的分体盖的一些实施例的侧视图，其中分体盖处于关闭位置。
图41示出了可以在传感器中使用的光学开关的一些实施例的透视图。
图42和图43示出了处于致动位置的传感器的一些实施例的俯视图。
图44示出了一些示例性实施例的微流体装置中的细胞/珠粒分布。
具体实施方式
本说明书示出了本公开的示例性实施例和应用。然而，本公开不限于这些示例性实施例和应用，也不限于在本文中示出的方式或者示例性实施例和应用运行的方式。而且，附图可示出简化或局部视图，并且附图中的元件尺寸可以被夸大或者可以不按比例。此外，当在本文中使用“在…上”、“附接到”、“连接到”、“耦接到”或类似的词语时，一个元件(例如，材料、层、衬底等)可以“在另一个元件上”、“附接到另一个元件”、“连接到另一个元件”、或“耦接到另一个元件”，而不管该一个元件直接在另一个元件上、附接、连接或耦接到该另一个元件，或者存在一个或更多个中间元件在该一个元件和该另一个元件之间。此外，除非上下文另有说明，否则如果提供的话，方向(例如，在上面、在下面、顶部、底部、侧面、上、下、在…下方、在…上方、上部、下部、水平、垂直、“x”、“y”、“z”等)是相对的并且仅作为示例提供、以便于说明和讨论并且不作为限制。此外，在对一系列元件(例如元件a、b、c)进行示出的情况下，这些示出旨在包括所列出的元件自身的任何一个、少于全部所列出的元件的任何组合和/或全部所列出的元件的组合。说明书中的部分划分仅是为了便于查看，并不限制所讨论元件的任何组合。
如本文所使用的，“基本上”是指足以达到预期目的。术语“基本上”因此允许对绝对或完美状态、尺寸、测量、结果等进行诸如本领域普通技术人员可以预期但对总体性能没有显着影响的小的、不重要的变型。当针对数值或者可以被表示为数值的参数或特征使用时，“基本上”是指在百分之十内。
术语“多个”意味着多于一个。如本文所使用的，术语“多个”可以是2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多。
如本文所使用的：μm表示微米，μm3表示立方微米，pL表示皮升，μL(或uL)表示微升。
如本文所使用的，“微流体装置”或“微流体设备”是一种包括一个或多个离散的微流体回路和至少一个端口的装置，微流体回路被配置为保持流体，每个微流体回路包括流体互连的回路元件(其包括但不限于区域、流动路径、通道、腔室和/或围栏(pen))，至少一个端口被配置为允许流体(以及可选地悬浮在流体中的微物体)流入和/或流出微流体装置。通常，微流体装置的微流体回路将包括流动区域和至少一个腔室，流动区域可包括微流体通道，微流体回路将保持小于约1mL(例如，小于约750、500、250、200、150、100、75、50、25、20、15、10、9、8、7、6、5、4、3或2μL)的流体体积。在某些实施例中，微流体回路保持约1-2、1-3、1-4、1-5、2-5、2-8、2-10、2-12、2-15、2-20、5-20、5-30、5-40、5-50、10-50、10-75、10-100、20-100、20-150、20-200、50-200、50-250或50-300μL。微流体回路可以被配置为具有与微流体装置中的第一端口(例如，入口)流体连接的第一端和与微流体装置中的第二端口(例如，出口)流体连接的第二端。在一些实施例中，微流体装置可以具有多于两个的端口，例如，3、4、5、6或更多个端口；典型的示例可以具有例如用于流体连接到同一微流体装置上的两个微流体回路两个入口和两个出口。
微流体装置在本文中可被称为“微流体芯片”或“芯片”。
如本文所使用的“微流体通道”或“流动通道”指具有明显长于水平和竖直尺寸的长度的微流体装置的流动区域。通道的长度一般由通道的流动路径限定。在直通道的情况下，长度将是通道的“纵轴”。通道的“水平尺寸”或“宽度”是在垂直于通道的纵轴(或者，如果通道是弯曲的，则垂直于在横截面的平面处与通道的流动路径相切的轴)定向的横截面中观察到的水平尺寸。通道的“竖直尺寸”或“高度”是在垂直于通道的纵轴(或者，如果通道是弯曲的，则垂直于在横截面的平面处与通道的流动路径相切的轴)定向的横截面中观察到的垂直尺寸。
例如，流动通道可以是水平或竖直尺寸的长度的至少5倍，例如，是长度的至少10倍、长度的至少25倍、长度的至少100倍、长度的至少200倍、长度的至少500倍、长度的至少1000倍、长度的至少5000倍或者更长。在一些实施例中，流动通道的长度是约100000微米至约500000微米，包括在其之间的任何值。在一些实施例中，水平尺寸是约100微米至约1000微米(例如，约150至约500微米)，竖直尺寸是约25微米至约200微米(例如，从约40到约150微米)。应该注意，流动通道在微流体装置中可以具有各种不同的空间配置，并且因此不限于完美的线性元件。例如，流动通道可以是或者可包括具有以下配置的一个或多个部分：曲线、弯曲、螺旋、倾斜、下倾、分叉(例如，多个不同的流动路径)及其任意组合。此外，流动通道可以具有沿其路径的不同的横截面积(扩宽和收缩)，以在其中提供期望的流体流动。流动通道可包括阀，阀可以是微流体领域中已知的任何类型。包括阀的微流体通道的示例在美国专利6,408,878和9,227,200中公开，其所有内容通过引用整体合并在本文中。
流体流过流动区域(例如，通道)或其他回路元件(例如，腔室)的方向决定流动区域或回路元件的“上游”和“下游”取向。因此，入口将位于上游位置处，而出口将一般位于下游位置处。本领域技术人员将理解，“入口”或“出口”的命名可以通过反转装置内的流动或通过打开一个或多个替代孔来改变。
如本文所使用的，“明场”照明和/或图像是指来自广谱光源的微流体视场的白光照明，其中对比度由视场中的物体对光的吸收形成。
如本文所使用的，“结构光”是被调制以提供一种或多种照明效果的投射光。第一照明效果可以是照射装置表面的一部分而不照射(或至少最小化其照射)表面的相邻部分的投射光，例如，如下面更全面描述的用于活化DEP衬底内的DEP力的投射光图案。当使用结构光图案活化DEP力时，强度(例如，诸如DMD的结构光调制器的占空比的变化)可以用于改变施加到光活化的DEP致动器的光功率，因此改变DEP力而不改变标称电压或频率。可以由结构光产生的另一照明效果包括可以针对表面不规则性和与光投射本身相关联的不规则性(例如，在照明区域的边缘处的下落)而校正的投射光。结构光通常由结构光调制器(诸如数字镜装置(DMD)、微光闸阵列系统(MSA)、液晶显示器(LCD)等)生成。用结构光照射表面的小区域，例如，所选择的关注区域，提高了信噪比(SNR)，由于仅照射所选择的关注区域减少了杂散光/散射光，从而降低了图像的暗度。结构光的一个重要方面是它可以随着时间快速改变。来自结构光调制器(例如，DMD)的光图案可以用于在诸如干净的镜子或远离焦点的表面的困难目标上自动聚焦。使用干净的镜子，可以复制多个自测试特征，诸如调制传递函数和场曲率/场倾斜的测量，而不需要更加昂贵的Shack-Hartmann传感器。在结构光图案的另一使用中，代替相机，可以利用简单的功率表在样本表面处测量空间功率分布。结构光图案也可以用作光学模块/系统组件对准的参照特征，以及用作手动聚焦的手动读数。通过使用结构光图案可能实现的另一种照明效果是对微流体装置内的水凝胶的选择性固化(curing)，例如凝固(solidification)。
如本文所使用的，术语“微物体”大体上指可以根据本公开被隔离和/或操纵的任何微观物体。微物体的非限制性示例包括：无生命的微物体，诸如微粒、微珠(例如，聚苯乙烯珠、玻璃珠、无定形固体基质、LuminexTM珠等)、磁珠、微米棒(microrod)、微丝、量子点等；生物微物体，诸如细胞、生物细胞器、囊泡或复合物、合成囊泡、脂质体(例如，合成的或源自膜制品)、脂质纳米筏等；或者无生命微物体和生物微物体的组合(例如，附着到细胞的微珠、脂质体包覆的微珠、脂质体包覆的磁珠等)。珠粒可包括共价或非共价附着的部分/分子，诸如荧光标记、蛋白(包括受体分子)、碳水化合物、抗原、小分子信号部分或能够在测定中使用的其它化学/生物种类。在一些变型中，包括部分/分子的珠粒/固体基质可以是捕获珠，例如，其被配置成选择性地或非选择性地结合邻近存在的包括小分子、肽、蛋白质或核酸的分子。在一个非限制性示例中，捕获珠可以包括核酸序列，其被配置为结合具有特定核酸序列的核酸，或者捕获珠的核酸序列可以被配置为结合具有相关核酸序列的核酸组。任何一种类型的结合都可以理解为是选择性的。当进行结构不同但物理化学上相似的分子的结合时，包含部分/分子的捕获珠可以非选择性地结合，例如，被配置为捕获选定尺寸或电荷的分子的尺寸排阻珠或沸石。脂质纳米筏已经在例如Ritchie等人(2009)“Reconstitution of Membrane Proteins in Phospholipid Bilayer Nanodiscs”，Methods Enzymol，464：211-231中进行描述。
如本文所使用的，术语“细胞”与术语“生物细胞”可互换使用。生物细胞的非限制性示例包括：真核细胞、植物细胞、动物细胞(诸如哺乳动物细胞、爬行动物细胞、鸟类细胞、鱼类细胞等)、原核细胞、细菌细胞、真菌细胞、原生动物细胞等、从组织(诸如肌肉、软骨、脂肪、皮肤、肝脏、肺、神经组织等)解离的细胞、免疫细胞(诸如T细胞、B细胞、自然杀伤细胞、巨噬细胞等)、胚胎(例如，合子)、卵母细胞、卵细胞、精细胞、杂交瘤、培养细胞、来自细胞系的细胞、癌细胞、受感染的细胞、转染和/或转化细胞、报告细胞等。哺乳动物细胞可以来自例如人、小鼠、大鼠、马、山羊、绵羊、牛、灵长类动物等。
如果集落中能够繁殖的所有活细胞都是源自单个母细胞的子细胞，则生物细胞集落是“克隆的”。在某些实施例中，克隆集落中的所有子细胞源自通过不超过10次分裂的单个母细胞。在其它实施例中，克隆集落中的所有子细胞源自通过不超过14次分裂的单个母细胞。在其它实施例中，克隆集落中的所有子细胞源自通过不超过17次分裂的单个母细胞。在其它实施例中，克隆集落中的所有子细胞源自通过不超过20次分裂的单个母细胞。术语“克隆细胞”指相同克隆集落的细胞。
如本文关于流体介质所使用的那样，“使…扩散(diffuse)”和“扩散(diffusion)”是指流体介质的组分的浓度梯度向下的热力学运动。
短语“介质的流动”是指流体介质的主要由于除扩散以外的任何机制所导致的整体运动，并且可以涵盖灌注(perfusion)。例如，介质的流动可涉及由于点之间的压力差引起的流体介质从一个点到另一个点的运动。这种流动可包括液体的连续流动、脉冲流动、周期性流动、随机流动、间歇性流动或往复流动，或者其任意组合。当一种流体介质流入另一种流体介质中时，可产生湍流和介质的混合。流动可以包括将溶液拉动通过微流体通道并拉出微流体通道(例如，吸取)或将流体推入并通过微流体通道(例如，灌注)。
短语“基本上没有流动”是指流体介质的流动速率，其随时间的平均值小于材料组分(例如，关注的分析物)扩散到流体介质中的扩散速率或者在流体介质内的扩散速率。这种材料的组分的扩散速率可以取决于例如温度、组分的尺寸(size)以及组分与流体介质之间的相互作用强度。
如本文中关于微流体装置内的不同区域所使用的那样，短语“流体连接”是指当不同区域基本上填充有液体(诸如流体介质)时，每个区域中的流体被连接以形成流体的单一体(single body)。这并不意味着不同区域中的流体(或流体介质)在组成上一定是相同的。相反，微流体装置的不同的流体连接区域中的流体可以具有不同的组成(例如，不同浓度的溶质，诸如蛋白、碳水化合物、离子或其它分子)，由于溶质沿着它们各自的向下的浓度梯度运动和/或由于流体流经微流体装置，这些成分不断变化。
如本文所使用的，“流动路径”是指限定介质流的轨迹并经历介质流的轨迹的一个或多个流体连接的回路元件(例如，通道、区域、腔室等)。因此，流动路径是微流体装置的波及区域的示例。其它回路元件(例如，未波及区域)可以与包括流动路径而不经历流动路径中的介质流的回路元件流体连接。
如本文所使用的，“隔离微物体”将微物体限制到微流体装置内的限定区域。例如，限定区域可以是腔室。如本文所使用的，“腔室”是微流体装置(例如，回路元件)内允许一个或多个微物体与位于微流体装置内的其他微物体隔离的区域。腔室的示例包括微孔，微孔可以是从基板(例如，平面基板)蚀刻出来的区域，如公开号为2013/0130232的美国专利申请(Weibel等人)和公开号为2013/0204076的美国专利申请(Han等人)中所描述的，或可以是在多层装置中形成的区域，例如在WO2010/040851(Dimov等人)或第2012/0009671号美国专利申请(Hansen等人)中描述的微流体装置。腔室的其他示例包括带阀腔室，例如在WO2004/089810(McBride等人)和公开号为2012/0015347的美国专利申请(Singhal等人)中描述的。腔室的又一其他示例包括在以下文献中描述的腔室：Somaweera等人(2013)，“Generation of a Chemical Gradient Across an Array of 256 Cell Cultures in aSingle Chip(在单个芯片中跨256个细胞培养物阵列生成化学梯度)”，Analyst.，第138(19)卷，第5566-5571页；公开号为2011/0053151的美国专利申请(Hansen等人)；和公开号为2006/0154361的美国专利申请(Wikswo等人)。腔室的又一其他示例包括本文描述的隔绝围栏。在某些实施例中，腔室可以被配置为保持约100pL到1nL、100pL到2nL、100pL到5nL、250pL到2nL、250pL到5nL、250pL到10nL、500pL到5nL、500pL到10nL、500pL到15nL、750pL到10nL、750pL到15nL、750pL到20nL、1到10nL、1到15nL、1到20nL、1到25nL或1到50nL的流体体积。在其他实施例中，腔室可以被配置为保持约20nL到200nL、100到200nL、100到300nL、100到400nL、100到500nL、200到300nL、200至400nL、200到500nL、200到600nL、200到700nL、250到400nL、250到500nL、250到600nL或250到750nL的流体体积。
如本文所使用的，“围置”具体指将微物体设置在微流体装置内的隔绝围栏内。用于围置微物体的力可以是本文描述的任何合适的力，诸如介电泳(DEP)力(例如，光学致动介电泳力(OEP))、重力、磁力、局部致动的流体流动或倾斜。在一些实施例中，围置多个微物体可以重新定位基本上所有的微物体。在一些其他实施例中，可以围置选定数量的多个微物体，而可以不围置多个微物体的其余部分。在一些实施例中，当围置选定的微物体时，可以使用DEP力(例如，光学致动的DEP力或磁力)来重新定位选定的微物体。通常，可以将微物体引入到微流体装置的流动区域(例如，微流体通道)，然后通过围置将其引入腔室中。
如本文所使用的，“解围置”是指将微物体从隔绝围栏内重新定位到微流体装置的流动区域(例如，微流体通道)内的新位置。用于解围置微物体的力可以是本文描述的任何合适的力，诸如介电泳力(例如，光学致动介电泳力)、重力、磁力、局部致动的流体流动或倾斜。在一些实施例中，解围置多个微物体可以重新定位基本上所有的微物体。在一些其他实施例中，可以解围置选定数量的多个微物体，而可以不解围置多个微物体的其余部分。在一些实施例中，当解围置选定的微物体时，可以使用DEP力(例如，光学致动的DEP力或磁力)来重新定位选定的微物体。
如本文所使用的，“输出”可以包括将微物体从微流体装置内的位置(例如，流动区域、微流体通道、腔室等)重新定位到微流体装置外的位置(诸如孔板(well plate)、管或其他接收容器)，由该重新定位组成或基本上由该重新定位组成。在一些实施例中，输出微物体包括从微流体装置内抽取(例如，微量移取)一定体积的含有微物体的介质，并将该一定体积的介质放置在微流体装置外的位置之中或之上。在一些相关的实施例中，在抽取一定体积的介质之前通过拆卸微流体装置(例如，从微流体装置的下层(诸如基体或基板)移除微流体装置的上层(诸如盖子或盖))以促进进入(例如，微量移取)微流体装置的内部区域。在其他实施例中，输出微物体包括使一定体积的含有微物体的流体流过微流体装置的流动区域(包括例如微流体通道)，通过微流体装置的出口流出，并将该一定体积的介质放置在微流体装置外的位置之中或之上。在这种实施例中，微流体通道内的微物体可以在不需要拆卸(例如，移除装置的盖)或将工具插入到微流体装置的内部区域以移除微物体的情况下被输出以用于进一步处理。“输出”还可包括将微物体从可包括隔绝围栏的腔室内重新定位到流动区域内的新位置(诸如微流体通道)，如上文关于“解围置”所描述的。腔室相对于微流体通道的平面取向，使得腔室从微流体通道横向打开，如本文关于隔绝围栏所描述的，允许容易地输出已被定位或重新定位(例如，从腔室中解围置)成设置在微流体通道内的微物体。
微流体装置可包括“波及”区域和“未波及”区域。如本文所使用的，“波及”区域包括微流体回路的一个或多个流体互连的回路元件，当流体正在流经微流体回路时，其中每个回路元件都经受介质流。波及区域的回路元件可以包括例如区域、通道以及所有或部分腔室。如本文所使用的，“未波及”区域包括微流体回路的一个或多个流体互连回路元件，当流体正流经微流体回路时，其中每个回路元件基本上不经受流体通量。只要流体连接被构造为使得能够扩散，但在波及区域与未波及区域之间基本上没有介质流，则未波及区域能够流体连接到波及区域。微流体装置因此可以被构造为基本上将未波及区域与波及区域中的介质流隔离，同时使得基本上仅实现在波及区域与未波及区域之间的扩散流体连通。例如，微流体装置的流动通道是波及区域的示例，而微流体装置的隔离区域(在下面进一步详细描述)是未波及区域的示例。
如本文所使用的，流体介质流动的“未波及”速率是指足以允许隔绝围栏的隔离区域中的第二流体介质的组分扩散到流动区域中的第一流体介质中和/或第一流体介质的组分扩散到隔离区域中的第二流体介质中的流动速率；并且进一步其中，第一介质基本上不流入隔离区域中。
在一些实施例中，系统可以包括被配置为保持微流体装置的支撑件(也称之为“安置件”)。例如，支撑件可以包括被配置为与光学致动的微流体装置交互和/或保持光学致动的微流体装置的插座、印刷电路板组件(PCBA)、电信号产生子系统、热控制子系统或其任意组合。
在某些实施例中，支撑件包括能够与诸如光学致动的微流体装置之类的微流体装置交互的插座。图1A和图1B中的支撑件100中包括示例性的插座106。但是，插座106的形状和功能不必完全如图1A和1B所示。例如，插座可以包括盖。此外，插座106可以根据需要进行调整，以匹配插座106欲与其交互的微流体装置110的尺寸和类型。在本领域中已知各种微流体装置110，其包括具有光学致动构造(诸如光电镊子(OET)构造和/或光电润湿(OEW)构造)的装置110。在下面的美国专利文献中说明了适合的OET构造的示例，它们中的每个以引用的方式全文合并在此，正如完全阐述了一样。这些美国专利是：美国专利No.RERE44,71l(Wu等)(最初以美国专利No.7,612,355公布)和美国专利No.7,956,339(Ohta等)。在下面的美国专利文献中说明了OEW构造的示例，它们中的每个以引用的方式全文合并在此，正如完全阐述了一样。这些美国专利是：美国专利No.6,958,132(Chiou等)和美国专利公开No.2012/0024708(Chiou等)，它们都以引用的方式全文合并在此，正如完全阐述了一样。光学致动的微流体装置的另一示例包括OET/OEW组合构造，其示例在下面的美国专利文献中说明：美国专利公开No.20150306598(Khandros等)和No.20150306599(Khandros等)和它们对应的PCT公开WO2015/164846和WO2015/164847，它们都以引用的方式全文合并在此，正如完全阐述了一样。
图1A和图1B中示出的支撑件100还包括基体102和盖104(在图1B中省略)。支撑件100还包括多个连接件：第一流体输入/输出112、通信连接114、电源连接116和第二流体输入/输出118。第一流体输入/输出112和第二流体输入/输出118被配置为将冷却流体输送到用于冷却微流体装置110的冷却块(图3所示)和/或从冷却块输出。第一流体输入/输出112和第二流体输入/输出118是输入还是输出取决于流体穿过支撑件100流动的方向。第一流体输入/输出112和第二流体输入/输出118通过设置在支撑件100中的第一流体连接件142和第二流体连接件流体144耦接到冷却块。通信连接114被配置为将支撑件100与下面要示出的用于操作微流体装置的系统的其他组件连接。电源连接116被配置为向支撑件110提供能量(例如电力)。
在某些实施例中，支撑件100可以包括集成电信号产生子系统。电信号产生子系统138可以被配置为对由支撑件100保持的微流体装置110中的一对电极施加偏置电压。施加这样的偏置电压的能力不意味着当微流体装置110由支撑件100保持时始终施加这样的偏置电压。相反，在大多数情况下，将例如仅根据需要而间歇地施加偏置电压，以有利于诸如介电泳或电润湿等微流体力的产生，或有利于微流体装置110中的复阻抗的测量。
如图2所示，电信号产生子系统138通常会包括波形发生器202。电信号产生子系统1可以还包括感测模块208(例如示波器)和/或被配置为放大从波形发生器202接收的波形的波形放大电路204。如果存在感测模块208，则感测模块208被配置为测量提供到由支撑件100保持的微流体装置110的波形。在某些实施例中，感测模块208测量在靠近微流体装置110的位置处(和波形发生器20的远端)的波形，从而确保更高精度地测量实际施加到微流体装置110的波形。例如，从感测模块208的测量获得的数据作为反馈被提供到波形发生器202，波形发生器202可以被配置为基于这样的反馈调整其输出。合适的波形发生器202和感测模块208的组合的示例是RED PITAYATM。
在某些实施例中，支撑件100可以包括热控制子系统。热控制子系统140可被被配置为调节由支撑件100保持的微流体装置110的温度。如图3所示，热控制子系统140可以包括珀尔帖(Peltier)热电装置304和冷却单元312的近端组件。珀尔帖热电装置304可以具有被配置为与微流体装置110的至少一个表面相接合的第一表面306。例如，冷却单元可以包括冷却块322。珀尔帖热电装置304的第二表面308(例如与第一表面306相对的表面308)可以是被配置为与这种冷却块322的表面相接合。全部或部分冷却块322(例如与珀尔帖热电装置304接合的部分)可以由具有高导热性的材料制成。例如，材料可以是金属，如铝。冷却块322可以连接到流体路径324，流体路径324被配置为循环在流体冷却装置326和冷却块322之间被冷却的流体。流体路径324可以包括结合图1示出的流体输入/输出112、118和流体连接件142、144。珀尔帖热电装置304和冷却块322可以安装在支撑件100上。
如图3所示，热控制子系统140还可以包括热电功率模块302。热电功率模块302可以调节珀尔帖热电装置304的温度，以实现微流体装置110的目标温度。热电功率模块302的反馈可以包括由模拟电路400提供的温度值，例如如图4所示。可选地，反馈可以由数字电路(未示出)提供。帕尔帖热电装置304、冷却块322和热电功率模块302都可以安装在支撑件100上。
在某些实施例中，除了热控制子系统140之外，支撑件100还可以包括环境温度监测器/调节器或可以与环境温度监测器/调节器交互。
图4所示的模拟电路400包括电阻器402、热敏电阻器406和模拟输入404。模拟输入可操作地耦接到电信号产生子系统138(例如其感测模块208)并向其提供信号，该信号可用于计算微流体装置110的温度。该热敏电阻406被配置为使得当热敏电阻406的温度降低时，其电阻可以以已知的方式减小，当热敏电阻406的温度升高时，其电阻可以以已知的方式增大。模拟电路400连接到电源(未示出)，电源被配置为将偏置电压传递到电极408。在一个具体实施例中，电阻器402可以具有约10,000欧姆的电阻，热敏电阻406在25℃下可以具有约10,000欧姆的电阻。电源(例如直流电源)可以提供约5V的偏置电压。模拟电路400是示例性的，并且可以使用其他系统来向热电功率模块302提供用于反馈的温度值。
在某些实施例中，支撑件100还包括控制器136(例如微处理器)。控制器136可用于感测和/或控制电信号产生子系统138。另外，在支撑件100包括热控制子系统140的范围内，控制器136可用于感测和/或控制热控制子系统140。合适的控制器136的示例包括诸如ARDUINO NANOTM等的ARDUINOTM微处理器。控制器136可以被配置为通过插头/连接件134与诸如计算机或其他计算装置等的外部控制器(未示出)连接。在某些实施例中，外部控制器可以包括被配置为感测和/或控制电信号产生子系统138和/或热控制子系统140的图形用户界面(GUI)。在图5中示出被配置为控制电信号产生子系统138和热控制子系统140的示例性GUI 500。
在某些实施例中，支撑件100可以包括印刷电路板(PCB)132。电信号产生子系统138可以安装在PCB 132上并且电集成到PCB 132中。类似地，在支撑件100包括控制器136或热控制子系统140的范围内，控制器136和/或热电功率模块302可以安装在PCB 132上并且电集成到PCB 132中。
因此，如图1A和1B所示，示例性支撑件100可以包括插座106、接口134、控制器136、电信号产生子系统138和热控制子系统140，所有这些都安装在PCB 132上并且电集成到PCB132中，由此形成印刷电路板组件(PCBA)130。如上所讨论的，插座106可以设计成保持包括光学致动的微流体装置的微流体装置110(或“供其消耗”)。
在某些具体实施例中，电信号产生子系统138可以包括RED PITAYATM波形发生器202/感测模块208和放大由RED PITAYATM波形发生器202产生的波形并将放大的波形(电压)206传到微流体装置110的波形放大电路204。如图1B所示，RED PITAYATM单元202、208和波形放大电路204可以电集成到PCB132中作为电信号产生子系统138。此外，RED PITAYATM单元202、208可以被配置为测量微流体装置110处的放大电压，然后根据需要调整其自身的输出电压，使得在微流体装置110处的测量电压为期望值。例如，放大电路204可以具有由安装在PCB 132上的一对DC-DC转换器产生的+6.5V至-6.5V的电源，在微流体装置110处产生高达13Vpp的信号。
在某些具体实施例中，支撑件100包括热控制子系统140(图3所示)，其具有位于液冷铝块322和微流体装置110的背面之间的珀尔帖热电装置304、POLOLUTM热电电源(未示出)和ARDUINO NANOTM控制器136。用于热控制子系统140的反馈可以是模拟分压器电路400(图4所示)，其包括电阻器402(例如电阻10kOhm+/-0.1％，温度系数+/-0.02ppm/℃)和负温度系数热敏电阻406(标称电阻10kOhm+/-0.01％)。控制器136可以测量来自反馈电路400的电压，然后使用所计算的温度值作为输入(例如板上PID控制环路算法)来驱动热电功率模块302上的转向信号引脚和脉冲宽度调制信号引脚，从而致动热电子系统140。液体冷却单元326可以被配置为泵送流体通过部分地位于支撑件100中、部分地在支撑件100的外围的冷却路径324(例如流体输入/输出112、118和流体连接件142、144)。
在某些具体实施例中，支撑件100包括允许RED PITAYATM单元与外部计算机通信的串行端口114和Plink工具。串行端口114还可以允许控制器136与外部计算机通信。可替代地，可以使用单独的串行端口(未示出)来允许控制器136与外部计算机通信。在其他实施例中，支撑件100可以包括被配置为有利于支撑件100的组件(例如控制器136和/或电信号产生子系统138)与外部计算机之间的无线通信的无线通信装置，其可以包括便携式计算装置(诸如蜂窝电话、PDA)或其他手持装置。外部计算机上的GUI(例如如图5所示)可以被配置用于各种功能，包括但不限于绘制温度和波形数据，执行用于输出电压调整的缩放计算，以及更新控制器136和RED PITAYATM装置202、208。
在某些实施例中，支撑件100还可以包括电感/电容/电阻(LCR)计量器或与其连接，电感/电容/电阻(LCR)计量器被配置为测量微流体装置110的内容物(例如流体内容物)的特性。
例如，LCR计量器可以被配置为测量系统的复阻抗，特别是流体在进入微流体装置110时、位于微流体装置110内和/或其离开微流体装置110时的流体的复阻抗。在一些实施例中，LCR计量器可以连接到和/或集成到将流体输送到或移出微流体装置110的流体管线。在其他实施例中，LCR计量器可以连接到电信号产生子系统138或者是电信号产生子系统138的集成部分。因此，在某些具体实施例中，支件撑100中的RED PITAYATM波形发生器202和感测模块208可被被配置为用作LCR计量器。在某些实施例中，被被配置为与电信号产生子系统138一起使用的微流体装置110的电极也可被被配置为与LCR计量器一起使用。测量系统的阻抗可以确定其中的各种系统特性和变化，例如微流体装置110内的流体回路的高度、微流体装置110中的流体的盐含量的变化(其可能与其中的生物微目标的状态相关)以及特定体积的流体(具有不同阻抗)通过微流体装置110的运动。
在某些实施例中，测量系统的阻抗可以用于准确地(即接近真实值)并且精确地(即可重复地)检测从系统(即微流体装置110)中的第一流体到系统中的第二流体的变化。例如，第一流体可以是去离子水(DI)，第二流体可以是盐水溶液(例如磷酸盐缓冲盐水或“PBS”)，反之亦然。可替代地，第一流体可以是盐水溶液(例如PBS)，第二流体可以是具有可检测地不同于盐水溶液的阻抗的细胞培养基，反之亦然。在另外的替代方案中，第一流体可以是第一细胞培养基，第二流体可以是具有可检测地与第一细胞培养基不同的阻抗的第二细胞培养基。图9是示出用于检测系统的阻抗的阻抗测量电路900的示意图。电路900包括来自电信号产生子系统138的波形发生器202的输出902和电信号产生子系统138的感测模块208的两个输入904、906。电路900还包括微流体装置110(经由支撑件100的插座106连接)和分流电阻器908。分流电阻器908可以选择为使得LCR足够精确以测量0至约5,000欧姆范围内的阻抗(例如0至约4000、0至约3000、0至约2500、0至约2000、0至约1500或0至约1000欧姆的范围)。在电路900中，微流体装置110起到测量单元的作用，微流体装置110的基体(例如半导体装置)和盖(例如具有氧化铟锡(ITO)层)用作电极。在某些具体实施例中，电路900的输出902可以来自RED PITAYATM装置的波形发生器202，输入904、906可以源自微流体装置110，并由RED PITAYATM装置的感测模块208接收。在某些具体实施例中，分流电阻器908可以是50欧姆的电阻器。在这些实施例中，电信号产生子系统138可以在“光学致动模式”和“LCR模式”之间切换。此外，当处于LCR模式时，电信号产生子系统138可以连接到运行MATLAB脚本的计算机。
因此，系统之一提供了用于确定微流体装置110的流动体积(Vflow)的方法。例如，微流体装置110最初充有与第一阻抗相关联的第一流体(例如，DI，其与约450欧姆的阻抗相关联)。然后，与第一阻抗可检测地不同的第二阻抗相关联的第二流体(例如PBS，其与约160欧姆的阻抗相关联)流入并通过微流体装置110。例如，第二流体可以通过能够用作流体入口端口或流体出口端口的端口而流入到微流体装置110中。随着第二流体流入并通过微流体装置110，系统连续地测量微流体装置110的复阻抗。如上所述，为了在特定时间点测量微流体装置110的复阻抗，系统将电压电势施加到微流体装置110，并且伴随地，从微流体装置110接收用于计算复阻抗的信号。施加到微流体装置的电压电位可以具有约10kHz至约1MHz的频率(例如约50kHz至约800kHz、约100kHz至约700kHz、约200kHz至约600kHz、约300kHz约500kHz、约350kHz至约400kHz或约380kHz)。可以基于微流体装置110和第一和第二流体的特性来选择具体的频率，以便优化阻抗测量的精度，最小化测量时间并减少感应效应。第二流体流入并通过微流体装置110，直到所测量的复阻抗从与第一流体相关联的第一阻抗变化到与第二流体相关联的第二阻抗。将微流体装置110的复阻抗从第一阻抗完全切换到第二阻抗所需的最小量的第二流体是微流体装置的流动体积(Vflow)的量度。从系统开始将第二流体泵送到微流体装置110的点开始，将微流体装置110的复阻抗从第一阻抗切换到第二阻抗所需的第二流体的体积可以包括(1)微流体装置110的流动体积(Vflow)，(2)微流体装置的流体出口端口的体积，以及(3)将第二流体从泵运送到微流体装置110的管道的流动体积。因为通过管道和流体出口端口的第二流体的流动不改变微流体装置110的复阻抗，因此可以容易地将管道和入口的流动体积与微流体装置110的流动体积区分开。
使用计算的微流体装置110的流动体积，该系统还提供了用于以离散体积的流体的方式可靠地从微流体装置110输出一个或多个微目标的方法。在确定微流体装置110的流动体积(Vflow)之后，可以通过计算将微目标与微流体装置110的流体出口端口分开的流动路径的部分来估计输出位于流动路径内的微目标(例如生物细胞)所需的最小输出体积(Vex)。例如，流动路径的总长度(Ltot)可以通过跟踪微流体装置110从流体入口端口到流体出口端口的流动路径来确定。可以通过跟踪从流动路径中的微目标的位置到流体输出端口的微流体装置110的流动路径来确定流动路径的输出长度(Lex)。因此，可以计算从微流体装置110输出微目标所需的流体最小量(Vex)：Vex＝(Lex/Ltot)*Vflow。可替代地，流动路径的总体积(Vflow-tot)可以根据流动路径的预测几何形状来估计(例如使用CAD图)。输出流动路径的总体积(Vex-tot)同样可以根据流动路径的预测几何形状来计算。在这样的实施例中，需要从微流体装置110输出微目标的流体最小量(Vex)可以计算为：Vex＝(Vex-tot/Vflow-tot)*Vflow。无论计算Vex的方法如何，可以通过使一定体积的流体流过至少与Vex一样大的微流体装置110的流体出口端口而从微流体装置110输出微目标。为了确保可靠的输出，可以通过使流体体积等于C*Vex的一定体积的流体(Vex-rel)流动从微流体装置110输出微目标，其中C是等于约1.1或更大的比例因子(例如约1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0或更大)。在一些方法中，在将包含微目标的剩余体积(Vres，等于Vex(或Vex-rel)从微流体装置110输出之前，丢弃Vex的前导部分。例如，Vex(或Vex-rel)可以等于1.0μL，并且可以丢弃0.5μL的前导体积，导致微目标以0.5L的最终体积Vres输出。以这种方式，微目标可以以小的但分散的流体体积输出。根据方法的执行情况，Vex、Vex-rel或Vres可以是约2.0μL、1.5μL、1.2μL、1.0μL、0.9μL、0.8μL、0.7μL、0.6μL、0.5μL、0.4μL、0.3μL、0.25μL或更低。通常，包含微目标的流体的体积(即，Vex、Vex-rel或Vres)在到达收集容器之前通过具有有限内部体积的输出管道输出。因此，可以调整方法中使用的计算以考虑输出管道的已知或估计体积。例如，输出管道的内部体积可以为5.0μL。在这种情况下，1.0μL的Vex(或Vex-rel)将调整为6.0μL，并将0.5μL的丢弃前导体积调整为5.5μL，从而导致0.5μL的Vres保持不变。
在某些实施例中，支撑件100包括耦接到支撑件100的一个或多个阀，所述一个或多个阀被被配置为限制(例如停止)耦接到支撑件100的微流体装置110内的流体运动。尽管可以例如经由泵来控制流体流入和流出微流体装置110，但是将泵连接到微流体装置110的流体管线的移动甚至在泵关闭时可能使微流体装置110内的流体产生不期望的移动(例如，漂移和/或振荡)。这种移动转而可能破坏微流体装置110内发生的过程，例如检测和/或选择微物体(例如，以用于计数、表征和/或在通道与腔室之间进行移动)或在微流体装置110内执行的测定。位于支撑件100中的一个或多个阀可以减少或防止微流体装置110内流体的这种不期望的移动。合适的阀基本上没有内部死区(即，当流体流过阀时，阀内的空间使流体可容易进入，但流体通量很少)。在某些实施例中，一个或多个阀中的至少一个是热控制流量控制器，例如冷冻阀。图10和图11示出了根据系统的一个实施例的用于与支撑件100一起使用的热控制流量控制器1000。流量控制器1000包括温度调节装置1004、导热接口1006和流体管线1008的流动段(隐藏)。温度调节装置1004可以包括一个或多个珀尔帖热电装置(例如两个、三个、四个、五个或更多个珀尔帖装置的堆叠)。导热接口1006可以由耐热损害的高导热性的材料制成，例如金属(例如铜)。导热接口1006可以围绕包裹流体管线1008的流动部分。例如，导热接口1006可以是完全围绕流体管线1008的流动段的套筒或其它物体，或者导热接口1006可以具有沟槽表面，沟槽表面在其沟槽内容纳流体管线1008的流动段。流体管线1008中的流体可以是在流动控制器1000可实现的温度下冻结成固体的液体。导热接口1006设置在温度调节装置1004附近，优选地，与其导热表面接触以增加流量控制器1000的效率。
在某些实施例中，热控制流量控制器1000可以包括散热器1002，散热器1002可以由具有高热导率(和低热电容)的一种或多种材料制成，例如铝。可替代地，流量控制器1000可以被被配置为搁置在和/或固定到散热器1002上。另外，流量控制器1000可以包括绝缘材料1010，其可以被配置为防止可以在湿气冷凝在导热接口1006和/或温度调节装置1004上时发生的湿气干扰流量控制器1000的功能。流量控制器1000还可以包括盖1012。盖1012或另一个装置(例如夹具)可以被配置为保持导热接口1006对着温度调节装置1004，并且例如由此提高流量控制器1000的效率。
图12示出了根据另一实施例的插座106和一对阀，每个阀是热控制流量控制器1000。流量控制器1000直接设置在插座106的上游和下游。如图12所示，每个流量控制器1000包括散热器1002和壳体1014。每个壳体1014包含温度调节装置1004、导热接口1006以及流体管线1008的流动段。可以看到流体管线1008从流量控制器1000离开并进入到插座106。壳体1014可以由具有低热导率和/或低透气性的材料制成。例如，该材料可以是诸如PVC等的聚合物。每个壳体1014可以具有包含在其中的各自的温度调节装置1004的体积的至少两倍(例如2倍至10倍、2倍至7倍、2倍至5倍、2倍至4倍或2倍至3倍)的体积。壳体可以被配置为防止湿气干扰流量控制器1000的功能，当湿气冷凝在各自的温度调节装置1004和/或导热接口1006上时，干扰可能发生。图12还示出了在其上可以安装流量控制器1000的次级散热器1020。次级散热器1020被配置为从流量控制器1000的散热器1002吸收热量。
图13示出了热控制流量控制器1000的散热器1002和壳体1014，与图12所示的类似。壳体1014的下侧在图13中是可见的，示出了被配置为容纳流体管线1008(未示出)的凹槽1016和/或导热接口1006的至少一部分。凹槽1016可进一步被配置为将导热接口1006(未示出)保持对着温度调节装置1004(例如一个或多个(例如堆叠的)的珀尔帖热电装置，未示出)。
图14示出了根据又一实施例的热控制流量控制器1000的外部。如图所示，流量控制器1000包括盖1030、底部部分1040和散热器1002。盖1030限定相应的多个指示器开口1034、1036，其被配置为允许从盖1030的外部位置观察指示器(例如LED)。指示器可以被配置为指示流量控制器1000是开启还是关闭和/或流体管线1008的流动段是处于打开配置(即，未冷结的)还是处于关闭配置(即，冻结的)。此外，盖1030可以限定紧固件开口1032，其被配置为容纳用于流量控制器1000的组装的紧固件(例如螺钉)。底部部分1040限定多个流体管线开口1042，其被配置为允许流体管线(未示出)进入内部的底部部分1040。
图15和16分别示出了图14所示的盖1030的顶部和底部，没有示出底部部分1040。指示器开口1034、1036和紧固件开口1032也在图15和图16中示出。图16还示出了形成在盖1030的下侧中的空腔1038，其被配置为保持热控制流量控制器1000的PCB(未示出)。PCB可以包括被配置为控制一个或多个温度调节装置1004(未示出)和/或一个或多个指示器(未示出)的电路。盖1030可以由低热导率材料(诸如聚合物(例如，PVC))制成。
图17示出了图14中所示的热控制流量控制器1000的底部部分1040和散热器1002，没有示出盖1030。底部部分1040包括套筒1050和被配置为保持套筒1050的壳体1044。底部部分1040还限定紧固件开口1048，其被配置为容纳用于将盖1030和底部部分1040安装在散热器1002上的紧固件(例如螺钉)。除了保持套筒1050之外，壳体1044还限定多个流体管线开口1042(图18所示)，其对应于套筒1050中的多个流体管线开口1052(如图21所示)。流体管线开口1042完全穿过壳体1044的水平平面内的壳体1044。图18是壳体1044的从下方的透视图。透视图的角度示出了形成在壳体1044的下侧中的两组对应的流体管线开口1042和两个空腔1046。每个壳体1044中的空腔1046被配置为保持温度调节装置1004(例如每个具有一个或多个珀尔帖热电装置(例如两个或更多个珀尔帖热电装置的堆叠，未示出)和与其相关联的布线(未示出)。
图19示出了可选地限定两个空腔1060的散热器1002，每个空腔1060被配置为保持温度调节装置1004(例如具有一个或多个(例如两个或多个堆叠的)珀尔帖热电装置)。可选地，散热器1002被配置为耦接到次级散热器1020或支撑件100，支撑件100可以用作次级散热器。
图20和图21示出了被配置为容纳两条流体管线1008(例如入口和出口，未示出)的套筒1050。套筒1050可以被配置为完全包围流体管线1008的流动段。可替代地，套筒1050可以具有被配置为容纳流体管线1008的流动段的凹槽。因此，套筒1050是导热接口1006的一个实施例。因此，套筒1050有助于将流体管线1008的流动段保持在温度调节装置1004(未示出)附近。套筒1050可以由诸如金属(例如，铜)等高热导率(和低热电容)材料制成。图21中的侧视图示出了由套筒1050限定的流体管线1008的开口1052。如图所示，流体管线开口1052在套筒1050的水平平面中完全穿过套筒1050。流体管线开口1052基本上对准在壳体1044(如图18所示)中对应的流体管线开口1042，使得当套筒1050设置在壳体1044(如图17所示)中时，流体管线1008可以穿过壳体1044和套筒1050。此外，当套筒1050设置在壳体1044(如图17所示)中时，套筒1050被放置成与两个温度调节装置1004的顶部接触(例如每个可以包括一个或多个(例如两个或更多个堆叠的)珀尔帖热电装置，未示出)。
在某些实施例中，热控制流量控制器1000还包括热敏电阻器(未示出)。热敏电阻器被配置为监测套筒和/或温度调节装置1004(或其表面)的温度。所监测的温度可以提供反馈以指示流量控制器1000的打开或关闭状态。
在某些实施例中，如上所述，热控制流量控制器1000还包括印刷电路板(PCB，未示出)或可操作地耦接到PCB。PCB可被配置为与热敏电阻交互。PCB还可以被配置为调节传递到温度调节装置1004的电流(例如，DC)。此外，PCB可以被配置为减小传递到温度调节装置1004的电流。
上述热控制流量控制器1000是稳健的并且基本上消除了其中细菌或其它碎屑可能积聚和/或生长的死空间(与其它流体阀相比)。此外，流量控制器1000减少与其他类型的阀相关的微生物污染。此外，流量控制器1000限制流体在与其连接的微流体装置(例如，微流体装置110)内的移动，这种移动将另外地导致连接到微流体装置的入口和出口的流体管路的弯曲。为了优化系统以使微流体装置内的流体运动最小化，在实际中，一个或多个流量控制器1000应尽可能靠近微流体装置的入口和出口设置。
遗憾的是，热控制流量控制器1000具有若干限制。在一些配置中，热控制流量控制器可能花费很长时间才能冷却到期望的温度并冻结流体管线，从而阻止精确控制流体流入和流出微流体装置。在某些情况下，冷却到期望的温度可能花费约45至约90秒。同样，在很长的时间段内，热控制流量控制器会积聚水分并形成冰，从而增加解冻流体管线中的流体并重新打开阀所需的时间。在某些情况下，可能难以精确地控制温度，因为热敏电阻并非位于流体管线附近。此外，热控制流量控制器包含将流体管线连接到珀尔帖装置所需的许多组件。
在其他实施例中，热控制流量控制器可以包括不经受这些限制的一个或多个冷冻阀。在图32至图33中描绘了这些热控制流量控制器的示例。如图32(垂直截面)所示，热控制流量控制器2000包括可以安装到散热器(未示出)的基体2016(或基板)，该散热器可以是次级散热器1020或支撑件100。在一些配置中，基体2016本身可以被配置为散热器，无需安装到单独的散热器。
基体2016可以连接到管道2012。管道2012围绕一些其他组件并且捕获热量并将其传导到基体2016，当基体2016被配置为散热器时，基体2016可以消散热量，或者将热量传导到单独的散热器(例如，次级散热器1020或支撑件100)。基体2016可以使用任何连接件(包括图32中示出的螺钉2010)连接到管道2012。可以使用其他连接件，例如，销、夹具等。
基体2016的顶部和管道2012的底部各自被配置为邻接或邻近珀尔帖装置2004。珀尔帖装置2004可以包括2层珀尔帖叠层，如图所示；或者，珀尔帖装置2004可以包括3层、4层或更多层堆叠。虽然图32中示出了两个珀尔帖装置，但可以使用附加的珀尔帖装置。每个珀尔帖装置2004的热侧被定位成分别邻接或靠近管道2012和基体2016，使得热量可以从珀尔帖装置2004传导走。在一些配置中，基体2016和管道2012可以配置有一个或多个凹陷(indentation)2009，这些凹陷2009在热控制流量控制器2000被组装后，有助于稳定珀尔帖装置2004。
珀尔帖装置2004可以被配置为邻近和/或邻接导热接口2014。在一些配置中，导热接口2014被称为冷头，因为它与一个或多个流体管线相接(例如，入口流体管线和/或出口流体管线)，从而限定一个或多个流体管线1008将被冷却/冻结的一个或多个流动段。导热接口2014可以被配置为最大化与相邻珀尔帖装置2004的接触。导热接口2014可以包含一个或多个(例如，2、3、4、5、6、7、8或更多个)开口2011，这些开口2011可用于包围流体管线(未示出)，这些流体管线用于从一个或多个微流体装置输入和移除流体，如本文所述。具有带有两个或更多个(例如，3、4、6、8或更多个)开口2011的导热接口2014的热控制流量控制器2000可用于控制到一个或多个(例如，2、3、4或更多个微流体装置110)的流动。例如，具有带有两个开口2011的导热接口2014的热控制流量控制器2000可以可控地冻结/解冻通向单个微流体装置110的入口和出口流体管线对的流动段或通向两个单独的微流体装置110的两个入口(或出口)流体管线中的每一个的流动段。类似地，具有带有四个开口2011的导热接口2014的热控制流量控制器2000可以可控地冻结/解冻通向两个微流体装置110中的每一个的两对入口和出口流体管线的流动段，或者它可以可控地冻结/解冻通向四个单独的微流体装置110的四个入口(或出口)流体管线中的每一个。
在某些实施例中，导热接口2014还包含可以与热传感器(例如，热敏电阻)耦接的中心部分。中心部分可以包括孔(例如，中心孔2013)，并且热传感器可以位于孔内。热传感器用于测量位于一个或多个开口2011中的流体管线的温度。
热控制流量控制器2000的各种组件可以被包围在盖2022内，如图33所示(另一个垂直截面，其中控制器2000相对于图32围绕z轴旋转90°)。盖2022可以由具有低热导率的任何材料(例如，塑料)制成。热控制流量控制器2000还可以包含位于控制器2000的任何期望的空腔(例如，在盖2022内)中的阻隔材料。在图33示出的配置中，阻隔材料2024可以被插入成围绕导热接口2014和基体2016与管道2012之间的任何间隙以及控制器2000中的组件之间和/或组件与盖2022之间的任何其他间隙。阻隔材料2024防止或降低在控制器2000的任何内部部分中收集水分并形成冰的能力。在一些实施例中，阻隔材料2024可以包括聚合物，例如聚氨酯等。在一些实施例中，阻隔材料可以包括由膨胀泡沫(例如，聚氨酯泡沫)制成的喷涂泡沫或泡沫切片。
如图33所示，热控制流量控制器2000还可以包含引导件2020。引导件可以位于导热接口2014的两侧，并且可以辅助用户通过导热接口2014进给流体管线(未示出)。引导件2020可以由具有低热导率的任何材料(例如，塑料)制成。引导件2020可以是热控制流量控制器2000所包括的盖2022的一部分。
热控制流量控制器2000的管道2012包含类似于桥的设计。它能够将热量从两个夹在中间的珀尔帖装置的热侧传导到同一个散热器中。因此，相对于热控制流量控制器1000，热控制流量控制器2000将热量从珀尔帖装置转移走的能力得到了提高。
在图34至图35中描绘了热控制流量控制器的其他实施例。在这些实施例中，热控制流量控制器3000包含基体3016(或基板)，其可以安装到散热器(未示出)，例如，次级散热器1020或支撑件100。在一些配置中，基体3016本身可以被配置为散热器，无需安装到单独的散热器。
基体3016包含上表面，该上表面的一部分已被配置为与控制器3000的其他组件配合。基体3016的该上配合部分3012可被配置为与珀尔帖装置3004的底部配合并邻接和/或与盖3022的底部配合。虽然图34中示出的珀尔帖装置3004中有三个珀尔帖的堆叠，但可以包括更少(例如，2个)或更多(例如，4个或更多个)的珀尔帖。在某些情况下，珀尔帖装置3004中可以仅使用单个珀尔帖。珀尔帖堆叠的每一接合(tie)都增加了珀尔帖装置的冷热表面之间的绝对温差，从而降低了珀尔帖装置堆叠需要维持的总热通量。当操作热控制流量控制器3000时，流体管线中的液体被冷却(并且有时被过冷却)到足以使冰形成核的温度。虽然可以使用单接合珀尔帖装置实现该结果，但使用多接合结构可以更容易地实现。
珀尔帖装置3004被配置为具有搁置在接合结构(例如，的顶表面)上的导热接口3014(或冷头)。在一些配置中，导热接口3014可以被配置为与多接合结构的最顶部珀尔帖具有相似的尺寸。导热接口3014可以包含一个或多个(例如，两个、三个、四个、六个、八个)开口3011，这些开口3011可以用于包围相应的一个或多个流体管线(未示出)，这些流体管线用于从一个或多个微流体装置输入和/或移除流体，如本文所述。在优选实施例中，导热接口3014包含两个开口3011，这两个开口3011被配置为包围通向单个微流体装置110的入口和出口流体管线对。在其他实施例中，导热接口3014包含两个开口3011，这两个开口3011被配置为包围通向两个单独的微流体装置110的两个入口(或出口)流体管线中的每一个。类似地，具有带有四个开口3011的导热接口3014的热控制流量控制器3000可以可控地冻结/解冻通向两个微流体装置110中的每一个的两对入口和出口流体管线的流动段，或者它可以可控地冻结/解冻通向四个单独的微流体装置110的四个入口(或出口)流体管线中的每一个，等等。
在某些实施例中，导热接口3014还包含可以与热传感器3015(例如，热敏电阻)耦接的中心部分。中心部分可以包括孔(例如，中心孔3013)，热传感器3015可以位于孔内。热传感器3015用于测量位于一个或多个开口3011中的流体管线的温度。
热控制流量控制器3000的各种组件可以被盖3022包围，如图35所示(垂直截面的透视图)。盖3022可以由具有低热导率的任何材料(例如，塑料)制成。热控制流量控制器3000还可以包含位于控制器3000的任何期望的空腔(例如，在盖3022内)中的阻隔材料。在图35示出的配置中，阻隔材料(未示出)可以被插入成围绕导热接口3014和珀尔帖堆叠3004与盖3022之间的任何间隙以及控制器3000中的组件之间的任何其他间隙。阻隔材料防止或降低在控制器3000的任何内部部分中收集水分并形成冰的能力。在一些实施例中，阻隔材料可以包括聚合物，例如聚氨酯等。在一些实施例中，阻隔材料可以包括由任何膨胀泡沫(例如，聚氨酯泡沫)制成的喷涂泡沫或泡沫切片。
如图35所示，热控制流量控制器3000可以包含引导件3020。引导件3020可以位于导热接口3014的两侧，并且辅助用户通过导热接口3014进给流体管线(未示出)。引导件3020可以由具有低热导率的任何材料(例如，塑料)制成。引导件3020可以是热控制流量控制器3000所包括的盖3022的一部分。
热控制流量控制器2000和3000可具有导热接口(或冷头)，该导热接口具有约9mm2至约25mm2、或约10mm2至约20mm2、或约13mm2至约18mm2的接触表面(例如，接触珀尔帖装置的表面)。在某些实施例中，导热接口可具有约20mm3至约60mm3、或约25mm3至约50mm3、或约30mm3至约40mm3的体积。这种小的热质量与用于接触珀尔帖装置的相对较大的表面积相耦合，可以减少冷却(或过冷却)流体管线和流经流体管线的流体所需的时间。在某些实施例中，热控制流量控制器2000和3000可以实现在约35秒或更少(例如，约30秒或更少、约27秒或更少、约25秒或更短、约23秒或更短、或约20秒、或从约20秒到约35秒、从约20秒到约30秒、或从约23秒到约27秒的范围)的时间内冻结一个或多个流体管线的流动段内的流体。在某些相关实施例中，热控制流量控制器2000和3000可以实现在约40秒或更少(例如，约35秒或更少、约32秒或更少、约30秒或更少、约28秒或更少、或约25秒或更少，或从约25秒到约40秒、从约25秒到约35秒，或从约28秒到约32秒的范围)的时间内解冻一个或多个流体管线的流动段内的冻结的流体。
热控制流量控制器2000和3000还包含用于流体管线通向微流体装置的开口。这些装置中关联的引导件允许将流体管线的管盲引导通过冷头，使它们易于组装。
热控制流量控制器2000和3000还包含阻隔材料。该阻隔材料起到防潮阻挡的作用，并保持珀尔帖装置(以及因此的控制器2000和3000)长时间运行而不会积聚降低性能的冰。
在某些实施例中，支撑件100还可以包括被配置为保持培养条件的O2和CO2源或者与之交互。在某些实施例中，支撑件100还可以包括湿度监控器/调节器或与湿度监控器/调节器交互。
支撑件100可具有约6英寸至10英寸(或约150mm至250mm)×约2.5英寸至5英寸(或约60mm至120mm)×约1英寸至2.5英寸(或约25mm至60mm)的尺寸。虽然可能希望将支撑件100的尺寸基本上保持在这些示例性尺寸内，但是取决于结合到支撑件100中的功能，尺寸可以小于或大于示例性尺寸。虽然示例性支撑件100已经被示出为包括为特定功能而配置的特定组件，但根据其他实施例的支撑件可以包括执行所述功能的各种组合和子组合的不同组件。
在某些实施例中，光调制子系统634包括数字镜装置(DMD)、液晶显示器或装置(LCD)、硅基液晶装置(LCOS)和硅基铁电液晶装置(FLCOS)中的一个或多个。光调制子系统634可以是例如投影仪(例如视频投影仪或数字投影仪)。合适的光调制子系统的一个示例是来自ANDORTECHNOLOGIESTM的MOSAICTM系统。在其他实施例中，光调制子系统634可以包括微快门阵列系统(MSA)，其可以提供改善的对比度。在其他实施例中，光调制子系统634可以包括扫描激光装置。在某些实施例中，光调制子系统634能够发射结构化和非结构化光。
在某些实施例中，支撑件100和光调制子系统634各自单独地被配置为安装在诸如标准研究级光学显微镜或荧光显微镜的显微镜上。例如，支撑件100可以被配置为显微镜的安装平台。光调制子系统634可被配置为安装在显微镜的端口上。
因此，在某些实施例中，系统可以用于将光学显微镜转换成被配置为用于操作微流体装置110的显微镜的方法中。该方法可以包括在合适的显微镜上安装包括支撑件100(例如如本文所述)和光调制子系统634(例如如本文所述)的系统的步骤。支撑件100可以安装到所述光学显微镜的平台上，光调制子系统634可以安装到所述光学显微镜的端口上。在某些实施例中，转换的光学显微镜可以被配置为操作光学致动的微流体装置110(例如具有OET和/或OEW构造的微流体装置)。
在其他实施例中，本文所述的支撑件100和光调制子系统634可以是光学显微镜的整体组件。例如，具有集成支撑件100和集成光调制子系统634的显微镜可以被配置为操作光学致动的微流体装置110(例如，具有OET和/或OEW构造的微流体装置)。
在某些相关实施例中，系统提供了一种被配置用于操作微流体装置110的显微镜。显微镜可以包括被配置为保持微流体装置110的支撑件100、被配置为接收来自第一光源的光并发射结构化光的光调制子系统634和光学系统。光学系统可以被配置为(1)当装置110被支撑件100保持时，从光调制子系统634接收结构化光，并且将结构化光聚焦在微流体装置110中的至少第一区域上，(2)接收来自微流体装置110的反射和/或发射的光，并将这种反射和/或发射的光的至少一部分聚焦到检测器602上。当装置110被支撑件100保持时，光学系统可进一步被配置为从第二光源622接收非结构化光并且将非结构化光聚焦在微流体装置110的至少第二区域上。在某些实施例中，微流体装置110的第一区域和第二区域可以是重叠区域。例如，第一区域可以是第二区域的子集。
在某些实施例中，系统的显微镜还可以包括一个或多个检测器602。检测器602可以包括但不限于电荷耦合装置(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)、科学级互补金属氧化物半导体(SCMOS)、相机(例如数字相机或胶片相机)或其任意组合。如果存在至少两个检测器602，则一个检测器602可以是例如快速帧率相机，而另一检测器602可以是高灵敏度相机。显微镜还可以包括被配置为用户可视的目镜。此外，光学系统可以被配置为接收从微流体装置110反射和/或发射的光，并将反射和/或发射的光的至少一部分聚焦在附加检测器602上。显微镜的光学系统还可以包括用于不同检测器602的不同镜筒透镜，使得每个检测器602的最终倍率可以不同。
在某些实施例中，系统的显微镜的光调制子系统634可以包括数字镜装置(DMD)、液晶显示器/装置(LCD)、硅基液晶装置(LCOS)、硅基铁电液晶装置(FLCOS)和扫描激光装置中的一个或多个。此外，DMD、LCD、LCOS、FLCOS和/或扫描激光装置可以是投影仪(例如视频投影仪或数字投影仪)的一部分。在其他实施例中，光调制子系统634可以包括微快门阵列系统(MSA)，其可以提供改善的对比度。在某些实施例中，系统的显微镜可以包括用于控制光调制子系统634的嵌入式或外部控制器(未示出)。这种控制器可以是例如外部计算机或其他计算装置。
在某些实施例中，系统600/系统的显微镜被配置为使用至少两个光源622、632。例如，第一光源632可用于产生结构化光650，然后通过光调制子系统634调制结构化光650用于形成调制结构化光652，用于光学驱动的电激活和/或荧光激发。第二光源622可用于为亮场或暗场成像提供背景照明(例如使用非结构化光654)。这种构造的一个示例在图6中示出。示出第一光源632将结构化光650提供给光调制子系统634，光调制子系统634向显微镜的光学系统提供修改的结构化光652。示出了第二光源622经由分束器624向光学系统提供非结构化光654。来自光调制子系统632的修改的结构化光652和来自第二光源622的非结构化光654一起行进通过光学系统到达光束分配器606，在这里光652、654通过物镜608(可以是透镜)向下反射到样品平面610。来自样品平面610的反射和/或发射光662、664然后通过物镜608，通过分束器606向后行进到二向色滤光器604。光662、664可以被调制，分别从样品平面610反射结构化光652和非结构化光654。可替代地，光662、664可以起始于样品平面610处或样品平面610下方。仅到达二向色滤光器604的光662、664的一部分通过滤光器604并到达检测器602。根据系统的使用方式，分光镜606可以用二向色滤光器代替(例如用于检测源于样品平面610或样品平面610下方的荧光发射)。
如图6所示，第二光源432发出蓝光。从样品平面610反射的蓝光能够通过二向色滤光器604并到达检测器602。相反，来自光调制子系统634的结构化光从样品平面610反射，但不通过二向色滤光器604。在该示例中，二向色滤光器604滤除波长长于495nm的可见光。如果从光调制子系统634发射的光不包括短于495nm的任何波长，则将仅完成对来自光调制子系统634的光的这种滤波(如图所示)。在实践中，如果来自光调制子系统634的光包括短于495nm的波长(例如蓝光波长)，则来自光调制子系统634的一些光将通过滤光器604到达检测器602。在这种情况下，滤波器604用于改变从第一光源632到第二光源622到达检测器602的光量之间的平衡。如果第一光源632比第二光源632明显更强，这是有益的。
为了实现相同的目标，即改变从第一光源632到达检测器602的光量与第二光源622之间的平衡，图6所示的布置的一个替代方案是具有发出红光的第二光源622发出红光和滤除波长短于650nm的可见光的滤光器604。
在某些实施例中，系统的显微镜(或系统)还包括第一光源632和/或第二光源622。
在某些实施例中，第一光源632可以发射广谱波长(例如，“白”光)。第一光源632可以发射例如适于激发荧光体的至少一种波长。第一光源632可以是足够强大的，使得由光调制子系统634发射的结构化光能够激活光学致动的微流体装置110中的光致电泳。在某些实施例中，第一光源632可以包括例如包括金属卤化物、陶瓷放电、钠、汞和/或氙的那些高强度放电弧光灯。在其他实施例中，第一光源632可以包括一个或多个LED(例如LED阵列，例如2x2阵列的4个LED或3x3阵列的9个LED)。LED可以包括广谱“白”光LED(例如通过PRIZMATIX的UHP-T-LED-白光)或各种窄带波长LED(例如发射波长约380nm、480nm或560nm)。在其他实施例中，第一光源632可以包含被配置为发射可选波长的光(例如用于OET和/或荧光)的激光器。
在某些实施例中，第二光源622适用于明场照明。因此，第二光源622可以包括一个或多个LED(例如LED阵列，例如2x2阵列的4个LED或3x3阵列的9个LED)。LED可以被配置为发出白色(即宽光谱)的光、蓝光、红光等。在一些实施例中，第二光源622可以发射波长为495nm或更短的光。例如，第二光源622可以发射大致480nm、大致450nm或大致380nm的波长的光。在其它实施例中，第二光源622可以发射波长为650nm或更长的光。例如，第二光源622能够发射波长为大致750nm的光。在其他实施例中，第二光源622可以发射波长大致为560nm的光。
在某些实施例中，系统的显微镜的光学系统包括二向色滤光器604，滤光器至少部分地滤除波长长于495nm的可见光。在其他实施例中，系统的显微镜的光学系统包括二向色滤光器604，其至少部分地滤除波长短于650nm(或小于620nm)的可见光。更一般地，光学系统还可以包括被配置为减少或基本上防止来自第一光源632的结构化光到达检测器602的二向色滤光器604。这样的滤光器604可以位于检测器602的附近(沿着光学系统)。可替代地，光学系统可以包括一个或多个二向色滤光器604，其被配置为平衡到达所述检测器602的来自光调制子系统634的结构化光(例如，可见结构化光)的量和来自第二光源622的非结构化光的量(例如，可见的非结构化光)。这种平衡可用于确保在检测器602处(或在由检测器602获得的图像中)结构化光不会超过非结构化光。
在某些实施例中，系统的显微镜的光学系统可以包括物镜608，其被配置为将结构化和非结构化光聚焦在微流体装置110上，物镜是选自100x、60x、50x、20x、10x、5x、4x或2x的物镜。列出这些放大倍率用于说明，而不是限制。物镜可以有任何放大倍率。
系统的显微镜可以包括本文所述的任何支撑件100。因此，例如，支撑件100可以包括集成的电信号产生子系统138，其被配置为当所述装置110被所述支撑件100保持时，至少间歇地建立所述微流体装置110中的一对电极之间的偏置电压。可替代地或另外，支撑件100可以包括热控制子系统140，其被配置为当所述装置110被所述支撑件100保持时调节所述微流体装置110的温度。
本文所述的任何系统或显微镜可以还包括微流体装置110。微流体装置110可以是微流体装置110，例如被配置为支撑介电电泳的微流体装置110或被配置为支撑电润湿的微流体装置110。微流体装置110可以是光学致动的微流体装置(例如，具有OET和/或OEW构造的微流体装置)。
图7A示出了根据系统的一些实施例的光学系统中的结构化光路700。图7A中所示的结构化光路700从包括玻璃盖704(例如20mm玻璃板)的DMD 702开始。DMD 702可以是类似如图6所示的光调制子系统634的光调制子系统的一部分。DMD 702修改来自光源(未示出)的光以形成结构化光708。然后，将结构化光708聚焦在朝向物镜710(可以是透镜)的镜筒透镜706。物镜710继而将结构化光708聚焦到盖712(例如盖玻璃)上。盖712可以是诸如光学致动的微流体装置等的微流体装置110的盖。在后一实施例中，结构化光可以如下所述致动和/或操作光学致动的微流体装置110。
图7B示出了根据系统的一些实施例的光学系统中的成像光路750。图7B中所示的成像光路750从样品平面752开始，其可以与微流体装置110的盖712重合。样品平面752可以类似于图6所示的样品平面610。因此，在成像光路750中的光758可以从样品平面752反射。可替代地，光758已经通过了样品平面752。从样品平面752，光758被物镜754和无彩色镜管透镜756朝向相机平面760聚焦。相机平面760可与检测器(未示出)重合，类似如图6所示的检测器602。以这种方式，成像光路750可用于使设置在样品平面752(例如，包含在微流体装置110内)处的样本或其一部分可视化。
图22示出了系统600，具有类似于图6所示的光学系统。在图22所示的系统600中，第二光源622和分束器624设置在样品平面610与检测器602之间的主光路中，而不是如图6所示的主光路旁边。在这样的实施例中，第二光源的尺寸和形状被设计，被配置为使得其不与反射和/或发射的光662、664交互。此外，分束器624可以仅用作滤波器以修改来自第二光源622的非结构化光654，而不改变非结构化光654的方向。在其他实施例中，系统600可以不包括分束器624。
在某些实施例中，第二光源622包括光管和/或一个或多个LED(例如LED阵列，例如3×3或2×2阵列的LED)。
图23示出了可以用作本文所述的系统600中的光源的两个LED阵列。第一LED阵列1102包括2×2阵列的四个LED。第二LED阵列1104包括3×3阵列的9个LED。与非正方形阵列相比，正方形阵列产生单位面积较高的光强度。阵列中的LED可以具有相同的颜色/波长(例如紫外线、380nm、480nm或560nm)。或者，LED阵列中的各种子集可以具有不同的颜色/波长。此外，LED可以本身发射窄带波长(例如，450nm波长)，但是在用窄带波长激发时，LED可以被磷光材料涂覆以发出白光。
图24示出了光管(或光学积分器)1112，其可以被配置为接收和传播来自诸如图23所示的LED阵列1102、1104中的一个的光源的光。也称为“非成像采集光学装置”的光管1112被配置为将光从其一端(即输入孔)传播到其另一端(即输出孔)，从输出孔发射的光具有基本上均匀的强度(即，通过在输出孔平面处的限定尺寸的第一区域的光的通量与通过具有相同限定尺寸的输出孔平面处的任何其它区域的光通量基本相同)。光管1112的主体壁可由透明玻璃或透明塑料构成。光管1112可从例如EDMOND OPTICS获得。
图25示出了包括耦接到表面1124的多个3×3LED阵列1104的光源1122。表面1124可以是LED板。光源1122可以设置在系统内，使得其相对于被配置为接收从光源1122发射的光的孔可移动。例如，该系统可以包括光管/光学积分器1112，光管的输入孔1112可以被配置为接收从耦接到表面1124的多个LED阵列1104中的一个发射的光。因此，不同的LED阵列1104可以用作光源(例如，通过光管/光学积分器1112)，取决于光源1122的表面1124和光管/光学积分器1112的相对位置。
图26示出了多输入光管/光学积分器1132。多输入光管1132具有多个(例如3个)输入孔，每个输入孔与光传播路径以及各自的光源1134、1136、1138相关联，和一个较少的(例如2个)二向色滤光器1140、1142。每个二向色滤光器1140、1112被配置为反射来自相应的光源1136、1138的光。图26所示的多输入光管1132具有第一光源1134、第二光源1136和第三光源1138，其中任何一个可以是LED阵列(例如2x2或3x3阵列的LED)。第一光源1134可以是发射约380nm光的LED阵列。第二光源1136可以是发射约480nm的光的LED阵列。第三光源1138可以发射约560nm的光的LED阵列。因此，可以通过选择性地激活第一光源1134、第二光源1136和第三光源1138来控制从多输入光管1132射出的光的波长。多输入光管1132被配置为使得进入到相应的输入孔的来自任何一个光源1134、1136、1138或其任意组合的光在从输出孔发射时将具有基本均匀强度。多输入光管1132的主体壁可以由透明玻璃或透明塑料构成。
在某些实施例中，系统的显微镜被配置为使用由光调制子系统634接收并传输到光学系统的单个光源(例如白光LED，未示出)。单个光源可以用于提供结构化光，用于光致动的电激活、荧光体激发和明场照明。在这种布置中，可以使用结构化照明来补偿光学渐晕或照明中的任何其它任意不均匀性。光学渐晕是照明804朝向视场802的边缘(例如，图8A)的逐渐衰减。可以逐像素地测量单个光源的光强度，所得信息用于产生反转光学渐晕功能814(例如图8B)。然后，可以使用反转光学渐晕功能814来调节来自光调制子系统的光输出，由此产生视场802中的均匀的照明场824(例如图8C)
系统还提供使用光来操纵光学致动的微流体装置110中的微目标的方法。该方法包括将光学致动的微流体装置110放置在本文所述的任何一个系统或显微镜的支撑体100上，将微目标放置在光学驱动的微流体装置110上或其中，将来自光调制子系统634的结构化光聚焦到光学致动的微流体装置110的表面上的第一区域上，并将聚焦的结构化光移动到光学驱动的微流体装置110的表面上的第二区域。如果微目标位于所述第一区域附近，则移动聚焦的光可以引起微物体的定向移动。聚焦的结构化光可以用于例如在微目标周围创建一个光栅。或者，聚焦的结构化光可用于至少部分地接触包含微目标的流体液滴。
在使用光来操纵光学致动的微流体装置110中的微目标的方法的另一实施例中，光图案是空间固定的，光学致动的微流体装置110相对于光图案移动。例如，光学致动的微流体装置110可以使用电动或机械显微镜平台来移动，其可由计算机自动控制，由用户手动控制，或借助于计算机由用户半自动控制。在另一个类似的实施例中，空间上固定的光图案可以形成几何图案，诸如“笼”或盒子，被配置为在可操纵的舞台上移动微目标(例如，生物细胞或可选地包含感兴趣的微目标的溶液液滴)。
在其他实施例中，用于操作微流体装置的系统可以配置有用于直接(例如，手动或自动地)将流体样品引入微流体装置的入口。在上述实施例中，流体样品通过第一流体输入/输出管线112和第二流体输入/输出管线118被引入(和移除)。微流体装置的内部体积可以被限制为例如小于50微升(例如，小于40微升、小于30微升、小于25微升、小于20微升、小于15微升、或小于10微升、或约10至约50微升、约10至约40微升、约10至约30微升、约5至约25微升、约5至约20微升、约5至约15微升、约2至约10微升或约2至约5微升)。在一些情况下，仅该流体量的约一半(例如，约25微升或更少、约20微升或更少、约15微升或更少、约10微升或更少、或约2至约10微升、或约1至约5微升)通常流过微流体装置，因为另一半流体被微流体装置保持相对静止以进行分析。通过第一流体输入/输出管线或第二流体输入/输出管线流入(和流出)微流体装置的流体样品理想地形成相对离散的流体包，因为在任何给定时间只能将有限量的流体插入微流体装置中。然而，流体管线在用于第一和第二流体输入/输出管线的泵与微流体装置之间的长度可以很长(例如，约50cm、约75cm、约100cm、约125cm、约150cm或更长)并且具有远大于约5微升的内部体积。因此，开始时很小的流体样品在被引入微流体装置中之前随着移动通过流体管线会变稀或分散。此外，随着样品变得分散，样品内的微物体(例如，细胞或珠粒)可能变得不均匀地分布在流体样品中，导致微流体装置内的通道之间微物体的装载不均匀。
图27至图31中示出的示例性实施例减少或防止流体样品的分散以及流体样品中微物体的相关非均匀分布，因为样品可以直接被引入到微流体装置中。在这些实施例中，微流体装置由作为支撑件的一部分的插座保持。插座包括盖，该盖可以被分成2个(或更多个)部分。这些部分中的一个可以与其他部分分开，使该部分不再覆盖(或接触)微流体装置，从而允许将流体样品直接引入到微流体装置中，而无需使样品流过流体管线。同时，盖的其他部分保持在原位，从而将微流体装置保持在插座中。
如图27所示，在这些实施例中用于操作微流体装置的系统包含与支撑件100基本相似的支撑件1200、与插座106基本相似的插座1206、与第一流体输入/输出管线112基本相似的第一流体输入/输出管线1212和与第二流体输入/输出管线118基本相似的第二流体输入/输出管线1218。在某些实施例中，插座1206包括被配置为支撑微流体装置1210的表面1203和被配置为将微流体装置1210固定在插座1206内的盖1204。插座1206的表面1203可以包括与微流体装置1210的对应的大致平坦的底表面接合的大致平坦的区域。所得到的界面可以将微流体装置1210与插座1206可操作地耦接，例如从而建立功能互连，例如，电连接。替代地或附加地，插座1206可以包括从表面1203延伸出或延伸到表面1203中的特征(例如，销、凹槽)。这些特征可以与微流体装置1210接合以控制微流体装置1210在插座1206内的位置和/或将微流体装置1210与插座1206可操作地耦接，例如从而建立功能互连，例如，电连接。盖1204可以与微流体装置1210的顶表面接合。所得到的界面可以将微流体装置12与第一流体输入/输出管线1212和第二流体输入/输出管线1218中的一个或两个可操作地耦接。在某些实施例中，盖1204可以例如通过铰链等连接到表面1203。在某些相关实施例中，盖1204可以包括闩锁(或其他固定机构，例如螺钉、销、夹具等)，其被配置为将盖1204保持在关闭位置。因此，闩锁可以促进在盖1204与微流体装置1210的顶表面之间形成界面。
第一流体输入/输出管线1212和第二流体输入/输出管线1218中的一个或两个可以在一个端部处连接到泵并且在另一个端部处连接到盖1204所包括的流体端口(未示出)。流体端口可以与流体管线的端部和微流体装置1210的入口/出口两者接合，从而在流体管线与入口/出口之间形成流体连接。替代地或附加地，第一流体输入/输出管线1212或第二流体输入/输出管线1218中的一个可以在一个端部处连接到流体端口并且在另一个端部处连接到容器，例如，废物容器或用于保持样品(例如，待导入微流体装置1210中的样品或已从微流体装置1210输出的样品)的容器。可选地，流体端口包含密封件、压紧配件等以确保其相应的流体管线与微流体装置之间的防泄漏连接。
在一些实施例中，盖1204包括两个部分：第一部分1204A和第二部分1204B。如图27所示，盖的第二部分1204B可以与第一部分1204A分开。这允许第二部分1204B从图27中示出的位置(关闭位置)移动到允许进入微流体装置上的入口/出口(例如，位于微流体装置1210的上表面上的入口/出口)的打开位置。盖的第二部分1204B的打开位置的一个示例在图28和图29中示出。第二部分1204B可以被移动到远离微流体装置1210的任意数量的打开位置，而不仅仅是图28和图29中示出的位置。当第二部分1204B处于打开位置时，盖的第一部分1204A保持在原位，从而即使移动第二部分1204B，微流体装置1210也保持在支撑件1200的表面上。在盖的第二部分1204B处于打开位置的同时，第一流体输入/输出管线1212可以连接到盖1204A的第一部分上的流体端口，从而保持在原位(例如，保持第一流体输入/输出管线1212与微流体装置1210的对应的入口/出口之间的流体连接)。可以连接到盖的第二部分1204B上的流体端口的第二流体输入/输出管线1218与第二部分1204B一起移动，从而将第二流体输入/输出管线1218与流体装置1210的对应的入口/出口之间的流体连接解耦。
在某些实施例中，当盖的第二部分1204B处于打开位置时，可以将插入件放置在之前由盖的第二部分1204B处于其关闭位置时占据的位置中。在一些配置中，插入件可以被成形为基本上相似于盖的第二部分1204B。但是在其他配置中，插入件可以被不同地成形。插入件可以提供多种功能。第一功能是防止可能潜在地由于暴露微流体装置1210的入口/出口而导致的污染，微流体装置1210的入口/出口在盖的第二部分1204B处于关闭位置时被覆盖。在某些实施例中，插入件包含流体入口(例如，阱)，可以通过该流体入口将流体样品直接引入到微流体装置1210中。插入件的流体入口被定位成与微流体装置1210的入口/出口接合，微流体装置1210的入口/出口在盖的第二部分1204B处于关闭位置时，与第二流体输入/输出管线1218的流体端口1222接合。插入件的一个示例是图28中示出的插入件1207，其包含用于插入流体样品的定制流体阱。插入件的另一个示例是图29中示出的插入件1209，其包含尚未被定制的流体阱。可以看出，插入件1207的流体阱比插入件1209的流体阱大并且包括漏斗形设计。不管其确切的形状如何，流体阱可以被配置为保持约50微升或更少(例如，约45微升、约40微升、约35微升、约30微升、约25微升、约20微升、约15微升、约10微升、约5微升、或由上述端点中的两个端点形成的任意范围，诸如约5微升至约25微升)的流体样品。
在一些配置中，可以使用图30A至图30C中示出的过程移动盖的第二部分1204B。在这些实施例中，盖的第二部分1204B包含闩锁1205和铰链1225，其可以如图30A中所示的那样被配置。闩锁1205被配置为将盖的第二部分1204B可释放地保持在关闭位置。闩锁1205可以如图30B中的箭头所示的那样被拉起。该动作将盖的第二部分1204B从其覆盖微流体装置1210的关闭位置释放。当然，闩锁1205及其致动可以具有任何其他数量的配置，并且除闩锁之外的固定机构，例如，夹具，摩擦锁、螺钉、磁体等，可以代替闩锁1205。一旦盖的第二部分1204B已经从其在微流体装置1210上的位置释放，就可以通过围绕铰链1225旋转第二部分1204B而将其移动到任何期望的位置，包括图30C中示出的位置。图30C中示出的位置从关闭位置旋转了约180°，但是暴露微流体装置1210的顶表面的一部分并允许进入微流体装置1210的第二流体入口/出口的任何旋转角度都是足够的。例如，盖的第二部分1204B可以旋转至少约60°、约75°、约90°、约105°、约120°、约135°、约150°或更多以实现第二部分1204B的打开位置。如图30C所示，诸如插入件1209等插入件可以被放置在盖的第二部分1204B先前所在的位置中。
插入件(包括插入件1207或1209)可以被配置为与插座1206和/或微流体装置1210可操作地耦接，从而可以可靠地实现流体介质流入微流体装置的第二流体入口/出口。例如，插入件可以被配置为与盖的第一部分1204B接合。插入件通常包含可用于(i)固定插入件和/或将插入件从插座1206和/或微流体装置1210移除，和/或(ii)将插入件与微流体装置1210对准的特征。一个这样的特征是帮助将盖的第二部分1204B保持在适当位置的保持机构1215(如图31B所示)。在一些配置中，保持机构包含一个或多个磁体，这些磁体被定向成与在盖的第一部分1204A上和/或在微流体装置1210的表面上的匹配位置中的一个或多个对应的磁体形成吸引相互作用。在图31B中示出了与盖的第一部分1204A上的对应的磁体(未示出)交互的单个磁体。插入件的另一个可能的特征是有助于将插入件对准到微流体装置上方的正确位置的对准特征，使得微流体装置1210的第二流体输入/输出管线与插入件的流体入口可操作地连接。该对准特征可以包括例如一个或多个销1217，销装配在下侧中的匹配孔1213内，并且可选地延伸通过插入件。但是，配准特征可以代替销来用于该对准功能。类似的保持和/或对准特征可以促进盖的第二部分1204B与盖的第一部分1204A的正确定位和/或对准，如图31B中所示(包括对应的保持机构1216(例如，磁体)和对准特征1214(例如，适配销1217的孔))和本文其他地方所示出的。
在插入件就位的情况下，例如图31A中示出的插入件1207，小的流体样品可以被引入到微流体装置1210中以进行分析。在一些配置中，可以例如，使用移液管/微量移液管1220手动引入这种小的流体样品，如图31C所示。在替代实施例中，可以例如，使用移液管/微量移液管1220自动引入小的流体样品。可以使用流体入口(例如，图31B中示出的阱1219)将小的流体样品引入到微流体装置1210中。在这些配置中，第一输入/输出流体管线1212保持与盖的第一部分1204A的流体端口接合并且流体连接到微流体装置1210的入口/出口。由于第一输入/输出流体管线1212也保持连接到泵，因此第一输入/输出流体管线1212可以确保泵可以将流体样品的至少一部分从插入件的流体入口(例如，阱1219)拉入(使用吸力或其他力)到微流体装置1210中并且通过微流体装置1210。该动作保持微流体装置中流体流动的期望的速率并且允许微流体装置1210对全部或部分流体样品进行分析。吸力(或其他力)可以足以将预选体积的样品流体拉入到微流体装置1210中。例如，预选体积可以等于微流体装置内+/-约100％的流动体积，其中，流动体积是微流体装置在介质流过微流体装置时经历流动的体积(即，如第10,010,882号美国专利中描述的波及区域)。在某些实施例中，预选体积可以为约1微升至约25微升(例如，约1.5微升至约20微升、约2微升至约15微升、约2.5微升至约10微升、约3微升至约7微升，或由上述端点中的两个端点限定的任意范围)的流体样品，在实现预选体积的流体样品之后停止吸力。
在一些实施例中，了解分体盖的第二部分是否就位、插入件1207是否就位、或分体盖的第二部分和插入件是否均未在微流体装置上方就位会很有帮助。在这些实施例中，可以用传感器修改系统以检测分体盖的第二部分或插入件是否存在于微流体装置上方。在图36至图43中描绘了该传感器的一些实施例。
如图36所示，用于操作微流体装置1210的系统可以包括支撑件1200、包含基体1201的插座1206、具有第一部分1204A和第二部分1204B的分体盖1204、以及传感器1300。分体盖的第二部分1204B可以包括闩锁1205，如图36所示，并且可以移动到打开位置，如图37所示。盖1204还可以包括附接特征2015(例如，磁体)和/或促进盖的第二部分1204B与盖的第一部分1204A的附接和对准的对准特征2017(例如，销)。微流体装置1210和插座1206的基体1201可以位于支撑件1200上，该支撑件1200可以包括基板1390，例如印刷电路板(PCB)。
在图38中描绘了示例性传感器1300。传感器1300可以包括传感器盖1302、磁性组件1304、延伸件1310、壳体1312和连接件1314。传感器盖1302进行操作以保护传感器1300的一些组件并使传感器1300的一些组件绝缘。磁性组件1304可以包含位于第一壳体1306内的一个、两个或更多个磁体1308。磁体1308可以用于感测盖或插入件的存在的过程中。第一壳体1306使磁体1308绝缘并保护磁体1308。在某些实施例中，第一壳体1306包括底部部分，该底部部分包括一个或多个开口以允许每个磁体1308接触延伸件1310的上表面。在某些实施例中，第一壳体可以经由紧固机构(例如，第一壳体1306中与第二壳体1310中的柱配合的开口、螺栓、夹具、胶水等，以及它们的任意组合)与第二壳体1312接合。每个延伸件1310的第一端被配置为例如经由适配在第二壳体1312中的柱上的开口(如图38所示)、螺栓等附接到第二壳体1312。每个延伸件的第二相对端被配置为可控地向下延伸通过壳体1312的底部的开口。可以使用连接件1314(例如，螺钉，如图所示)将传感器1300的各种组件附接在一起。
传感器的各种组件在图39中示出为组装好的。传感器盖1302是透明的，因此可以看到其余的组件。图39还示出了传感器1300可以例如在外围或角位置处如何附接到插座1206。
在图40中可以看到附接到插座1206的基体1201并且在操作中的传感器1300的侧视图。该图示出了附接到插座1206的基体1201的分体盖1204，该分体盖1204搁置在支撑件1200所包括的基板1390上。如图40所示，传感器1300位于分体盖1204的边缘与基体1201之间的界面处。分体盖1204的第二部分1204B已经配备有致动器1355(例如，螺钉、销等)，该致动器1355在第二部分1204B处于关闭位置时，接触延伸件1310之一并迫使该延伸件1310向下。
如图40的底部所示，延伸件1310的端部被迫向下，从而其通过防止来自光学开关的第一元件(例如，LED)的光到达光学开关的第二元件(例如，光电晶体管)来中断光学开关。图41中描绘了光学开关1365，除了光学开关1365位于其上的基板1390，没有描绘系统的其余部分。图41中描绘了两个光学开关1365，对应于图38中示出的两个延伸件1310。然而，根据传感器的期望的功能，传感器可以包括单个光学开关1365和单个延伸件1310，或者三个或更多个光学开关1365和对应的延伸件1310。光学开关可以连接到电路，该电路是支撑件1200的电信号产生子系统的一部分。每个光学开关1365被定位在单个延伸件1310的下方。当相应的延伸件1310被迫向下时，它中断光学开关1365的光信号并发出存在致动器1355的信号。
如图42和图43所示，分体盖1204和插入件1207、1209可以各自被配置为包含致动器，但在不同的位置中。分体盖1204可以配置有处于第一位置1361中从而位于延伸件1310中第一个上方的致动器。插入件1207可以配置有处于第二位置1362中从而位于延伸件1310中第二个上方的致动器。当然，可以改变致动器的实际位置，只要知道哪个位置与分体盖1204相关联以及哪个位置与插入件1207相关联。还可以使用光学开关和延伸件的类似配置来确定插入件1207或插入件1209是否位于微流体装置上方。
在传感器1300存在的情况下，系统可以检测分体盖的可移动部分、插入件的存在，或者甚至何时两者都不存在。当分体盖1204的第二部分1204B位于微流体装置1210上方时，可移动部分1204B中的致动器可以位于例如第一位置1361并且可以迫使光学传感器1365中的下方延伸件1310向下，并且中断关联的光学开关之间的信号。当插入件1207、1209位于微流体装置1210上方时，插入件中的致动器可以位于例如第二位置1362，并且可以迫使光学传感器1365中的下方延伸件1310向下，并且中断关联的光学开关之间的信号。当分体盖的第二部分1204B和插入件都不存在时，延伸件1310不会被迫向下而且两个光学开关之间的信号也不会被干扰。磁体1308将延伸件1310保持在向上位置(即，不会中断关联的光学开关的位置)。在没有磁体的情况下，延伸件将处于向下位置，从而中断光学开关。来自磁体的磁力足够强以在分体盖打开且不存在插入件时将延伸件保持在该向上位置，但足够弱以至于被盖和插入件上的致动器克服。因此，延伸件1310可以由任何磁性材料制成，以这种方式与磁体1308一起起作用。
可以使用其他类型的感测和中断机构来指示分体盖的第二部分或插入件的存在。这些感测和中断机构的示例包括磁性接近开关、机械开关、导电接触开关等。
这些实施例允许将小的流体样品直接引入到微流体装置1210中而不被稀释或分散。在这些实施例中，可以引入包含少量的珍贵细胞(例如，200,000或更少)的样品通常具有小体积(例如，200微升、150微升、100微升、50微升或更小)。通常无法使用常规技术(例如，荧光激活细胞分选仪或仅使用流动来分选细胞的微流体芯片)在不会显著地损失材料的情况下对这种流体样品进行分析和/或回收。
示例
示例1：使用分体盖将样品导入到微流体芯片中
从小鼠中分离血浆细胞并使用
系统(伯克利之光有限公司(BerkeleyLights,Inc.))将其装载到OptoSelectTM芯片(伯克利之光有限公司)中。为了测试阱导入对微流体芯片的通道内的细胞密度和分布的影响，(i)在具有标准安置件盖的
系统上使用小体积导入方法，(ii)在具有分体盖安置件的
系统上使用小体积导入方法，或(iii)在具有处于打开配置的分体盖安置件和具有流体连接到微流体芯片的入口/出口的阱的插入件的
系统上使用阱导入方法，将血浆细胞装载到OptoSelectTM11k和14k芯片中。小体积导入方法涉及将离散的约5微升的细胞样本拉入到微流体芯片中。细胞样品之后是通向微流体装置的入口的流体管线内的7.5微升气泡，以限制样品中细胞的稀释和分散。相比之下，阱导入方法涉及手动将约3.5微升的细胞样品移液到分体盖(打开配置)的插入件的阱中，并使用负压将细胞样品拉入到微流体芯片中。装载后，停止流体流动，对微流体芯片的每个通道中的细胞进行计数，并确定每个条件下的导入密度和变异系数(CV)。
如图44所示，与小体积导入方法相比，阱导入方法在OptoSelectTM11k和14k芯片两者中产生更高的平均导入密度(分别为4.8x10^6和4.5x10^6)，小体积导入方法在具有处于关闭位置的分体盖安置件的
系统上分别产生2.8x10^6和2.1x10^6的平均导入密度，在具有标准安置件盖的
系统上分别产生2.7x10^6和2.4x10^6的平均导入密度。此外，与小体积导入方法相比，对于阱导入，OptoSelectTM11k和14k芯片的平均CV显著地降低(分别为8％和10％)，小体积导入方法在具有处于关闭位置的分体盖安置件的
系统上分别产生26％和30％的平均CV，在具有标准安置件盖的
系统上分别产生26％和27％的平均CV。
因此，利用分体盖安置件的阱导入方法在细胞装载方面产生了令人惊讶的改进。对于本文中公开的任何具有分体盖安置件的系统/显微镜的实施例，将预期与图44中所示的结果类似的结果。
尽管本文已经示出和描述了所公开的系统的特定实施例，但是本领域技术人员将会理解，它们并不旨在限制本实用新型，并且对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离仅由所附权利要求及其等同物限定的所公开的发明的范围的情况下，可以进行各种改变和修改(例如各种组件的尺寸)。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。
Claims (56)
1.一种用于操作微流体装置的系统，所述系统包括：
第一表面，被配置为与微流体装置接合并与微流体装置可操作地耦接；以及
盖，被配置为将微流体装置保持在第一表面上，盖包括：
具有第一流体端口的第一盖部分，第一流体端口被配置为与微流体装置的第一流体入口/出口可操作地耦接并使流体介质流入和/或流出微流体装置的第一流体入口/出口；以及
具有第二流体端口的第二盖部分，第二流体端口被配置为与微流体装置的第二流体入口/出口可操作地耦接并使流体介质流入和/或流出微流体装置的第二流体入口/出口，
其中，第二盖部分与第一盖部分是可分开的并且在关闭位置与打开位置之间是可移动的，在关闭位置中，第二盖部分的第二流体端口与微流体装置的第二流体入口/出口可操作地耦接，在打开位置中，微流体装置的包含第二流体入口/出口的部分被暴露。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，当第二盖部分处于打开位置时，第一盖部分将微流体装置保持在第一表面上。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，当第二盖部分处于打开位置时，第一盖部分的第一流体端口保持与微流体装置的第一流体入口/出口可操作地耦接。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，第一盖部分的第一流体端口连接到泵，泵被配置为从微流体装置中移除流体。
5.根据权利要求3所述的系统，其中，第一盖部分还包括连接到第一流体端口的第一流体管线。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，第二盖部分还包括连接到第二流体端口的第二流体管线。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，盖还包括铰链，铰链被配置为在打开位置与关闭位置之间移动盖的第二部分。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，盖还包括闩锁，闩锁被配置为将第二盖部分可释放地保持在关闭位置。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，还包括：插入件，被配置为当第二盖部分处于打开位置时，与微流体装置的第二流体入口/出口可操作地耦接并使流体介质流入微流体装置的第二流体入口/出口中。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，插入件被配置为与第一盖部分接合。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，插入件包含流体阱，流体阱被配置为与微流体装置的第二流体入口/出口流体连通。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，流体阱被配置为保持约25微升或更少的流体样品。
13.根据权利要求11所述的系统，其中，流体阱被配置为保持范围从约5微升到约15微升的流体样品。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，第一表面包括支撑件。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，支撑件包括被配置为接收微流体装置并与微流体装置接合的插座。
16.根据权利要求1所述的系统，还包括：电信号产生子系统，被配置为当微流体装置与第一表面或支撑件可操作地耦接时，在微流体装置中的电极对上施加偏置电压。
17.根据权利要求1所述的系统，还包括：热控制子系统，被配置为当微流体装置与第一表面或支撑件可操作地耦接时，调节微流体装置的温度。
18.根据权利要求1所述的系统，其中，支撑件还包括控制电信号产生子系统和热电功率模块中的一个或两个的微处理器。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，支撑件包括印刷电路板PCB，以及其中，电信号产生子系统、热电功率模块和微处理器中的至少一个安装在PCB上和/或与PCB集成。
20.根据权利要求1所述的系统，还包括：光调制子系统，被配置为当微流体装置与第一表面或支撑件可操作地耦接时，将结构化光发射到微流体装置上。
21.根据权利要求20所述的系统，其中，第一表面、支撑件和/或光调制子系统被配置为安装在光显微镜上。
22.根据权利要求20所述的系统，其中，第一表面、支撑件和/或所述光调制子系统是光显微镜的整体组件。
23.根据权利要求6所述的系统，还包括：至少一个流量控制器，与第一流体管线和第二流体管线中的一个或两个可操作地耦接。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述至少一个流量控制器包括第一热控制流量控制器，第一热控制流量控制器与第一流体管线和/或第二流体管线可操作地耦接以选择性地允许流体从第一流体管线和/或第二流体管线中流过。
25.一种被配置为操作微流体装置的显微镜，所述显微镜包括：
根据权利要求14所述的支撑件，被配置为保持微流体装置并与微流体装置可操作地耦接；
光调制子系统，被配置为发射结构化光；以及
光学系统，
其中，当微流体装置由支撑件保持并与支撑件可操作地耦接时，光学系统被配置为：
(1)将由光调制子系统发射的结构化光聚焦到微流体装置的至少第一区域上，
(2)将由非结构化光源发射的非结构化光聚焦到微流体装置的至少第二区域上，以及
(3)捕获来自微流体装置的反射和/或发射的光并将捕获到的光引导到检测器。
26.一种用于分析流体样品的方法，所述方法包括：
将微流体装置连接到用于操作微流体装置的系统，其中，系统包括：
第一表面，被配置为与微流体装置接合并与微流体装置可操作地耦接，以及
盖，被配置为将微流体装置保持在第一表面上，盖包括：
具有第一流体端口的第一盖部分，第一流体端口被配置为与微流体装置的第一流体入口/出口可操作地耦接并使流体介质流入和/或流出微流体装置的第一流体入口/出口，以及
具有第二流体端口的第二盖部分，第二流体端口被配置为与微流体装置的第二流体入口/出口可操作地耦接并使流体介质流入和/或流出微流体装置的第二流体入口/出口，
其中，第二盖部分与第一盖部分是可分开的并且在关闭位置与打开位置之间是可移动的，在关闭位置中，盖的第二部分的第二流体端口与微流体装置的第二流体入口/出口可操作地耦接，在打开位置中，微流体装置的包含第二流体入口/出口的部分被暴露；
将第二盖部分从关闭位置移动到打开位置，从而暴露微流体装置的第二流体入口/出口；
提供与微流体装置的第二流体入口/出口流体连通的流体样品；
向第一流体管线施加吸力，从而将流体样品的至少一部分拉入微流体装置中；以及
处理被拉入微流体装置中的流体样品的所述至少一部分。
27.根据权利要求26所述的方法，还包括：
将插入件放置在先前由处于关闭位置的第二盖部分占据的位置，插入件包含流体阱，流体阱被配置为与微流体装置的第二流体入口/出口流体连通，
其中，提供流体样品包括：将流体样品引入插入件的流体阱中。
28.根据权利要求26或27所述的方法，其中，系统是根据权利要求1所述的系统。
29.根据权利要求26或27所述的方法，其中，系统是根据权利要求25所述的显微镜。
30.根据权利要求26或27所述的方法，其中，施加足够的吸力来将约2微升到约10微升的预选体积的流体样品拉入到微流体芯片中，此时停止吸力。
31.根据权利要求26或27所述的方法，其中，流体样品包括微物体，可选地包括生物微物体。
32.根据权利要求26或27所述的方法，其中，微流体装置包括(i)具有多个微流体通道的流动区域和(ii)多个腔室，其中，所述多个腔室中的每个腔室流体连接到所述多个微流体通道中的一个。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述方法产生至少4x10^6的导入细胞密度。
34.根据权利要求32所述的方法，其中，所述方法产生小于20％的不同通道中导入细胞密度的变异系数CV。
35.一种用于操作微流体装置的系统，所述系统包括：
支撑件，被配置为保持微流体装置并与微流体装置可操作地耦接；
第一流体管线和第二流体管线，当微流体装置由所述支撑件保持并与所述支撑件可操作地耦接时，第一流体管线具有被配置为流体耦接到微流体装置的入口端口的远端，第二流体管线具有被配置为流体耦接到微流体装置的出口端口的近端；
至少一个(例如，两个或更多个，其中一个能够为泵)流量控制器，与第一流体管线和第二流体管线中的一个或两个可操作地耦接，所述至少一个流量控制器包括第一热控制流量控制器，第一热控制流量控制器与所述第一流体管线和所述第二流体管线中的一个或两个的流动段可操作地耦接以选择性地允许流体从流动段中流过；以及
光调制子系统，被配置为当微流体装置由支撑件保持并与支撑件可操作地耦接时，将结构化光发射述微流体装置上。
36.根据权利要求35所述的系统，还包括：电信号产生子系统，被配置为当微流体装置由支撑件保持并与支撑件可操作地耦接时，在微流体装置中的电极对上施加偏置电压。
37.根据权利要求35所述的系统，其中，所述系统包括根据权利要求1所述的系统的任何元件。
38.根据权利要求35所述的系统，其中，所述第一热控制流量控制器还包括：
导热接口，与第一流体管线和第二流体管线的流动段耦接；以及
珀尔帖热电装置，被配置为与导热接口接触并可控地降低或升高包含在第一流体管线和/或第二流体管线的流动段中的流体的温度。
39.根据权利要求38所述的系统，其中，温度被充分地降低或升高以分别冻结或解冻包含在第一流体管线和/或第二流体管线的流动段中的流体，从而选择性地防止或允许流体流出或流入微流体装置的第一流体入口/出口和/或第二流体入口/出口。
40.根据权利要求38或39所述的系统，其中，导热接口包括热敏电阻。
41.根据权利要求40所述的系统，其中，热敏电阻被定位在位于第一流体管线的流动段和第二流体管线的流动段之间的区域中。
42.根据权利要求38所述的系统，其中，导热接口位于至少两个珀尔帖热电装置之间。
43.根据权利要求42所述的系统，其中，第一热控制流量控制器还包括管道以将热量从所述至少两个珀尔帖热电装置中的一个传导走。
44.根据权利要求38所述的系统，其中，第一热控制流量控制器还包括散热器。
45.根据权利要求38所述的系统，其中，导热接口被配置为直接接触珀尔帖热电装置的上表面。
46.根据权利要求38所述的系统，其中，第一热控制流量控制器包括盖子，盖子包含引导件，引导件用于将第一流体管线的流动段和第二流体管线的流动段插入到导热接口中。
47.根据权利要求38所述的系统，还包括：位于热控制流量控制器内部的阻隔材料，其中，阻隔材料足以防止冰的形成。
48.根据权利要求47所述的系统，其中，阻隔材料基本上填充在如果没有阻隔材料存在于第一热控制流量控制器的盖子内的情况下盖子内的任何空的空间。
49.根据权利要求38所述的系统，其中，第一热控制流量控制器被配置为控制流体流入和流出微流体装置。
50.根据权利要求9所述的系统，其中，支撑件包含传感器，传感器被配置为确定第二盖部分何时处于关闭位置。
51.根据权利要求50所述的系统，其中，传感器还被配置为确定插入件何时与微流体装置接合。
52.根据权利要求50所述的系统，其中，传感器包括第一光学开关，第一光学开关被配置为在第二盖部分处于关闭位置时被中断，并指示第二盖部分何时处于关闭位置。
53.根据权利要求50所述的系统，其中，传感器包括第二光学开关，第二光学开关被配置为在插入件与微流体装置接合时被中断，并指示插入件何时与微流体装置接合。
54.根据权利要求50所述的系统，其中，传感器包含第一延伸件，第一延伸件被配置为通过包含在第二盖部分中的第一致动器延伸到第一光学开关中，从而中断第一光学开关。
55.根据权利要求50所述的系统，其中，传感器包含第二延伸件，第二延伸件被配置为通过包含在插入件中的第二致动器延伸到第二光学开关中，从而中断第二光学开关。
56.根据权利要求50所述的系统，其中，当第一光学开关和第二光学开关的光路未被中断时，传感器检测第二盖部分何时处于打开位置以及插入件何时不与微流体装置接合。
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