CN115667885A - 包括集成折射率感测的数字微流体系统、盒和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种包括集成折射率(RI)感测的数字微流体(DMF)系统、DMF盒和方法。数字微流体DMF系统和DMF盒可以包括例如直接在DMF盒的液滴操作间隙中的RI传感器(或传感器表面)。数字微流体DMF系统可以包括例如DMF盒、一个或多个照明源、一个或多个光学测量设备和控制器。另外，提供了一种使用包括集成RI感测的DMF系统和DMF盒的方法。

Description

包括集成折射率感测的数字微流体系统、盒和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年1月22日提交的序列号为62/964,431的美国专利申请；其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及光学感测技术，并且更具体地涉及利用集成折射率(RI)感测的数字微流体系统、盒(cartridge)和方法。
背景技术
在数字微流体中，光学感测的使用是众所周知的。光学感测方法已经集成到连续流微流体中。用于测量来自DMF设备的光学刺激的常规方法利用自由空间光学器件来捕获刺激。自由空间光学器件遭受杂散光问题。使用透镜、滤光器和/或其他类似的光学组件来解决这些问题可能会提高系统的成本。需要新的方法来在处理离散液滴的DMF设备中执行光学感测。
发明内容
本公开提供了一种与仪器一起使用的盒以及包括功能性地耦合到仪器的盒的系统。功能耦合可以例如包括电耦合、无线电子耦合和/或光耦合。
盒利用数字微流体。数字微流体通常包括多个电润湿电极，其可操作以对盒的液滴操作间隙中的液体液滴执行液滴操作。
盒使用折射率传感器。折射率传感器通常可以在电润湿电极中的一个或多个电润湿电极附近暴露于液滴操作间隙。在该配置中，位于电润湿电极中的一个或多个电润湿电极顶部的液滴将接触折射率传感器。电润湿电极中的一个或多个电润湿电极和折射率传感器的布置建立了液滴询问位点。
折射率传感器可以安装在盒的顶板上，例如，集成到顶板的面向间隙侧中或安装在顶板的面向间隙侧上。折射率传感器可以安装在液滴操作间隙中。液滴操作间隙可以由基本上平行的平面中的顶板和底板建立。在示例中，底板包括电润湿电极。折射率传感器可以安装在液滴操作间隙中，并且可以具有与基本平行的平面成直角的传感器面。折射率传感器可以包括波导和/或被提供为波导的尖端。
盒可以包括多个液滴询问位点。各个询问位点可以并行或顺序操作。询问位点的子集可以并行或顺序操作。询问位点可以各自询问同一分析物集合或不同分析物集合。询问位点可以各自询问单个分析物或多个分析物。
本公开提供了一种包括盒和仪器的系统。该仪器包括用于控制盒、从盒收集数据(诸如光学或温度数据)的电子器件和其他组件，以及用于安装盒以实现电子耦合、测量和控制的部件。该系统可以包括一个或多个照明源，其被配置为照明一个或多个液滴询问位点。一个或多个照明源可以位于盒上和/或仪器上。
该系统可以包括一个或多个光学测量设备，其被配置为感测来自一个或多个液滴询问位点的光。一个或多个光学测量设备可以位于盒上和/或仪器上。可以选择照明源和光学测量设备相对于液滴询问位点的布置，用于以透射模式操作。可以选择照明源和光学测量设备相对于液滴询问位点的布置以用于以反射模式操作。该系统可以包括被配置为扫描多个液滴询问位点的扫描光学测量设备。
本公开提供了一种使用本公开的系统进行测定的方法。所述方法可以包括例如使用电润湿介导的液滴操作将样品液滴加载到液滴操作间隙中。所述方法可包括对样品液滴进行一个或多个样品处理步骤以产生分析就绪液滴。该方法可以包括在液滴询问位点处进行分析就绪液滴的折射率分析。
附图说明
因此，已经概括地描述了主题，现在将参考附图，附图不一定按比例绘制，并且其中：
图1是包括集成RI感测的DMF系统的示例的框图；
图2、图3和图4是DMF系统的DMF盒的部分的示例的侧视图，并且其中RI传感器集成到其中的顶部基板(substrate)中；
图5是DMF系统的DMF盒的部分的另一示例的平面图，并且其中RI传感器集成到其中的底部基板中；
图6是DMF系统的DMF盒的部分的另一示例的侧视图，并且其中RI传感器集成到其中的液滴操作间隙中；
图7A、图7B和图7C分别是包括集成RI感测的多个通道的DMF系统的DMF盒的示例的俯视图以及第一和第二横截面图；
图8A、图8B和图8C分别是包括集成RI感测的多个通道的DMF系统的DMF盒的另一示例的俯视图以及第一和第二横截面图；
图9是DMF系统的示例的透视图，该DMF系统包括用于询问集成RI感测的多个通道的扫描光学测量设备和背光照明；
图10是DMF系统的DMF盒的部分的示例的侧视图，该DMF系统包括集成到其基板中的LED光源，并且其中LED光源是背光的示例；以及
图11是包括前光照明和集成RI感测的DMF系统的示例的侧视图；以及
图12是使用包括集成RI感测的DMF系统和/或DMF盒的方法的示例的流程图。
具体实施方式
本公开提供了包括集成折射率(RI)感测的数字微流体(DMF)系统、DMF盒和方法。数字微流体DMF系统可以包括例如DMF盒、一个或多个照明源、一个或多个光学测量设备和控制器。另外，一个或多个RI传感器可以直接在DMF盒的液滴操作间隙中提供。
在一些实施例中，DMF系统、DMF盒和方法可以在DMF盒的顶部基板、底部基板、顶部基板和底部基板两者上和/或顶部基板与底部基板之间提供一个或多个RI传感器。在这些实施例中，底部基板可以包括电润湿电极。在一些示例中，仅底部基板包括电润湿电极。
在一些实施例中，DMF系统、DMF盒和方法可以提供光学元件以帮助光耦合到RI传感器。可以与RI传感器一起使用的示例光学元件可以包括但不限于一个或多个透镜、棱镜、光栅、光源、孔径(aperture)、光纤、反射镜或其任何组合。
在一些实施例中，本公开可提供用于将激发光提供到RI传感器中的一个或多个照明源和用于接收和处理来自RI传感器的发射光的一个或多个光学测量设备。
在一些实施例中，本公开可以提供用于支持多个RI感测通道的多个RI传感器。
在一些实施例中，本公开可以提供用于询问集成RI感测的多个通道的扫描光学测量设备。
在一些实施例中，本公开可以提供具有集成RI感测的背光照明(或背光照明)、前光照明(或前光照明)或背光照明和前光照明两者。
另外，本公开提供了一种使用DMF系统的方法，并且提供了包括集成RI感测的DMF盒。
图1是包括集成RI感测的DMF系统100的示例的框图。DMF系统100可以是例如用于分析分析物的等离子体共振(PR)系统和/或局部表面等离子体共振(LSPR)系统。分析可以意指例如检测、标识、定量或测量分析物和/或分析物与其他物质的相互作用，诸如结合动力学和热力学。示例性分析物可以包括但不限于小分子、蛋白质、肽、原子、离子等。例如，DMF系统100可用于测量配体与大分子(诸如受体)的结合动力学。
DMF系统100的特征在于基于RI的传感器与数字微流体的集成。例如，DMF系统100可以包括DMF盒110。DMF盒110可以是例如液滴致动器设备，其提供通常用于进行液滴操作(诸如合并、分裂、分配和稀释液滴)的DMF能力。这些DMF能力的一个应用是样品制备。然而，DMF能力可以用于其他过程，诸如运行之间的废物去除或冲洗。DMF盒110可以包括一个或多个检测点158，并且其中每个检测点158可以包括RI传感器130。下面参考图2至图11示出和描述DMF盒110、检测点158和RI传感器130的更多细节。
DMF系统100还可以包括控制器150、DMF接口152、照明源154和光学测量设备156。控制器150可以电耦合到DMF系统100的各种硬件组件，诸如电耦合到DMF盒110、照明源154和光学测量设备156。例如，控制器150可以经由DMF接口152电耦合到DMF盒110，其中DMF接口152可以是例如用于机械和电连接到DMF盒110的可插拔接口。DMF盒110、控制器150、DMF接口152、照明源154和光学测量设备156一起形成DMF仪器105。
控制器150可以例如是通用计算机、专用计算机、个人计算机、微处理器或其他可编程数据处理装置。控制器150用于提供处理能力，诸如存储、解释和/或执行软件指令，以及控制DMF系统100的整体操作。控制器150可以被配置和编程为控制这些设备的数据和/或功率方面。例如，控制器150通过激活/去激活电极来控制DMF盒110中的液滴操纵。通常，控制器150可以用于DMF系统100的任何功能。例如，控制器150可以用于以类似于打印机制造商如何检查其品牌墨盒的方式认证DMF盒110，控制器150可以用于验证DMF盒110未过期，控制器150可以用于通过运行用于该目的的协议来确认DMF盒110的清洁度，等等。盒的认证可以使用诸如蓝牙、NFC或其他基于RFID的协议的协议无线地发生。
控制器150可以包括将处理单元连接到输入设备的一个或多个输入接口。输入接口允许DMF系统100的用户将命令传送到(一个或多个)处理器。一个这样的示例性命令是程序代码的执行。输入设备可以采用键盘、鼠标设备、语音激活系统、触摸屏和/或本领域技术人员已知的其他合适的设备的形式。
在一些实施例中，控制器150可以包括将处理单元连接到输出设备的一个或多个输出接口，诸如图形用户界面(GUI)。这使得DMF系统100能够将各种处理操作的结果(诸如实验结果)传达给用户。软件指令可以存储在控制器150的(一个或多个)存储器单元中，并且可以包括常规半导体随机存取存储器(RAM)或本领域已知的其他形式的存储器；和/或软件指令可以以程序代码的形式存储在一个或多个计算机可读存储介质上，诸如硬盘驱动器、USB驱动器、读/写CD-ROM、DVD、磁带驱动器、闪存驱动器、光驱等。这些指令可以响应于用户经由输入设备与DMF系统100的交互而执行。
另外，在一些实施例中，DMF盒110可以包括电容反馈感测。即，来自能够检测液滴位置和体积的电容传感器的信号。此外，在其他实施例中，DMF盒110可以包括相机以提供液滴位置和体积的光学测量，这可以触发控制器150在适当的位置处重新引导液滴。
另外，在一些实施例中，DMF盒110可以包括可以经由控制器150单独控制的加热区域(未示出)。例如，加热器设备，诸如加热器棒和/或电阻加热元件，可以相对于DMF盒110定位以提供加热区域。
另外，DMF仪器105可以连接到网络。例如，控制器150可以经由网络162与联网计算机160通信。联网计算机160可以是例如任何集中式服务器或云服务器。网络162可以是例如用于连接到互联网的局域网(LAN)或广域网(WAN)。
在DMF系统100中，照明源154和光学测量设备156可以相对于DMF盒110的检测点158和/或RI传感器130布置，使得照明源154可以照明检测点158并且光学测量设备156可以检测来自检测点158的光。照明源154可以是例如用于可见范围(波长400-800nm)的光源，诸如但不限于白色发光二极管(LED)、卤素灯泡、弧光灯、白炽灯源、荧光源、激光器等。照明源154不限于白光源。照明源154可以是在DMF系统100中有用的任何颜色的光。照明源154可以是单色或多色的。照明源154可以是相干的或不相干的。可以非常快速地调制照明源154以具有可调节的强度。照明源154还可以包含一个或多个传感器，诸如光电检测器，以调节亮度。照明源154还可以包括附加的滤光器以确保入射光的质量。此外，照明源154可以是多个单独的发光元件的组合。这些元件可以在相同或不同的波长下是有源的。照明源154向DMF盒110的检测点158供应激发光132。
光学测量设备156可以是用于获得例如光强度读数的任何光学换能器设备。光学测量设备156在DMF盒110的每个检测点158处接收并处理来自RI传感器130的发射光134。光学测量设备156可以是例如电荷耦合设备、光电检测器、光电倍增器、光谱仪、光电二极管阵列、相机、高光谱成像器或其任何组合。此外，光学测量设备156可以包括滤光器以帮助和增强RI改变的检测。光学测量设备156可以包括允许使用闭环控制来控制照明源154的附加组件，诸如相关器。
此外，DMF系统100不仅限于一个照明源154和一个光学测量设备156。DMF系统100可以包括多个照明源154和/或多个光学测量设备156，以便支持DMF系统100和/或DMF盒110中所需的任何检测操作。照明源154可以是多个相同的源或不同的源。光学测量系统156可以是多个相同的源或不同的源。
DMF系统100和/或DMF仪器105的组件(例如，照明源154和光学测量设备156)可以光学耦合到DMF盒110的检测点158和/或RI传感器130，并且也可以解耦。光学耦合/去耦合可以是例如光纤连接器、光纤耦合器和/或自由空间光学耦合器。
在DMF系统100、DMF仪器105和/或DMF盒110中，RI传感器(或传感器表面)130意指询问液滴的RI的任何方法。RI传感器130可以是例如表面的形式，或者它可以是溶解在溶液中的胶体颗粒的形式。RI感测表面的示例可以包括但不限于表面等离子体共振、局部表面等离子体共振、光子晶体、薄膜干涉滤光器、衍射光栅等。
在一些实施例中，RI传感器130可以包括在RI感测表面的顶部上的附加表面(未示出)，以增强表面的选择性。选择性表面用于将来自液滴的刺激直接集中到传感器表面上的目的。选择性表面的示例可包括但不限于抗体、适体、聚合物或化学基团。
图2、图3和图4示出了图1中所示的DMF系统100的DMF盒110的部分的示例的侧视图，并且其中至少一个RI传感器130集成到其中的顶部基板中。在此示例中，DMF盒110可包括由液滴操作间隙116分开的底部基板112和顶部基板114。另外，液滴操作电极120(例如，电润湿电极)的布置可以提供在底部基板112顶部。DMF盒110可包括液滴操作电极120的任何线或路径。样品液滴140可存在于液滴操作间隙116中和某个液滴操作电极120的顶部。
在一个示例中，底部基板112可以是对白光(或任何颜色光)基本上透明的材料。例如，底部基板112可以由玻璃、塑料或称为热塑性弹性体(TPE)的一类聚合物形成。在另一示例中，底部基板112可以是基本上透明的印刷电路板(PCB)，或者是包括允许光传输的孔或开口的印刷电路板。类似于底部基板112，顶部基板114可以由对白光(或任何颜色光)基本上透明的材料形成。例如，顶部基板114可以由玻璃、塑料或TPE形成。此外，顶部基板114的内表面可以涂覆有导电层118，诸如透明导电层(例如，氧化铟锡(ITO)、聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT：PSS))或其他类似的透明或不透明(例如，不透明)导电涂层。在其它实施例中，DMF盒110的所有域不需要包括基本上透明的基板和/或涂层或层。例如，除了检测的区之外，基板和/或涂层或层可以不是透明的、半透明的和/或不透明的。
术语“顶部”、“底部”、“在...上方”、“在...下方”、“在...中”和“在...上”在整个说明书中参考DMF盒的组件的相对位置使用，诸如DMF盒的顶部和底部基板的相对位置。应当理解，DMF盒无论其在空间中的取向如何都是起作用的。因此，在不脱离本公开的范围的情况下，“顶部”、“底部”等可以用“第一”、“第二”等替换。
在DMF盒110中，液滴操作间隙116可以是用于经由液滴操作处理任何感兴趣液体的空间；液体，诸如但不限于液体试剂、缓冲溶液、样品流体等。间隙高度(例如，顶部基板114与底部基板112之间的间隔)可以是例如几百微米。液滴操作电极120可用于经由电润湿执行液滴操作。“液滴操作”意指在DMF设备或盒上对液滴的任何操纵。液滴操作可以例如包括：将液滴加载到数字流体设备中；从源液滴分配一个或多个液滴；将液滴分裂、分离或分成两个或更多个液滴；在任何方向上将液滴从一个位置输送到另一个位置；将两个或更多个液滴合并或组合成单个液滴；稀释液滴；混合液滴；搅动液滴；使液滴变形；将液滴保持在适当位置；孵育液滴；加热液滴；蒸发液滴；冷却液滴；处理液滴；将液滴输送出液滴致动器；本文所述的其他液滴操作；和/或前述的任何组合。此外，为了控制在液滴操作间隙116中发生的过程的温度，温度控制元件(未示出)，诸如珀耳帖热泵，可以与DMF盒110组合使用。
现在参考图2，示出了DMF系统100的DMF盒110，其中RI传感器130提供在顶部基板114的面向液滴操作间隙116的表面上。因此，RI传感器130可直接在样品液滴140中/与样品液滴140相互作用，从而形成检测点158。RI传感器130可以是沉积在顶部基板114上以在顶部基板114上形成RI感测表面的RI层。RI传感器130可以被设计成足够小，以便不妨碍基板的疏水表面。另外，疏水层(未示出)可以作为感测膜的一部分提供在RI传感器130的顶部。RI传感器130(感测表面)的询问可以使用图1所示的照明源154和光学测量设备156来完成。类似地，RI传感器130可以是沉积在底部基板112上以在底部基板112上形成RI感测表面的RI层。RI传感器130可以类似地设计成足够小而不妨碍基板的疏水表面。另外，RI感测表面可以被设计成装配在电润湿电极(无论是否提供在顶部基板114和/或底部基板112中)之间，使得其可以更容易地被光学探测。
DMF盒110可用于经由液滴操作将液滴移动到检测点158和从检测点158移动液滴。RI传感器130直接集成到液滴操作间隙116中和样品液滴140的路径中允许局部光学询问技术。图2示出了被递送到RI传感器130和样品液滴140的激发光132。RI传感器130(感测表面)的询问可以以透射、反射和/或渐逝模式执行。
同样，RI传感器130意指询问液滴(诸如样品液滴140)的RI的任何方法。RI传感器130可以是例如表面的形式，或者它可以是溶解在溶液中的胶体颗粒的形式。RI感测表面的示例可以包括但不限于表面等离子体共振、局部表面等离子体共振、光子晶体、薄膜干涉滤光器、衍射光栅等。此外，RI传感器130可以包括在RI感测表面的顶部上的附加表面，以增强表面的选择性。选择性表面用于将来自液滴的刺激直接集中到传感器表面上的目的。选择性表面的示例可包括但不限于抗体、适体、聚合物或化学基团。
可以在DMF盒110中提供其他光学元件以帮助将光耦合到RI传感器130。可以与RI传感器一起使用的示例光学元件可以包括但不限于一个或多个透镜、棱镜、光栅、光源、孔径、光纤、反射镜或其任何组合。
在一个示例中，图3示出了与RI传感器130组合安装的透镜142。透镜142安装在激发光132的路径中。例如，透镜142安装在顶部基板114的与RI传感器130相对的一侧上，使得激发光132首先穿过透镜142，然后穿过顶部基板114，然后到达/穿过RI传感器130。
在另一示例中，图4示出了与RI传感器130组合安装的棱镜144。棱镜144安装在激发光132的路径中。例如，棱镜144安装在顶部基板114的与RI传感器130相对的一侧上，使得激发光132首先穿过棱镜144，然后穿过顶部基板114，然后到达/穿过RI传感器130。
虽然图2、图3和图4示出了顶部基板114上的RI传感器130，但是在其他实施例中，RI传感器130可以在底部基板112上。例如，RI传感器130可以沉积在底部基板112的面向液滴操作间隙116的表面上。在DMF盒110中，即使底部基板112可以是包括用于执行液滴操作的有源液滴操作电极120的基板，其也可以包含感测表面，尽管以避免液滴操作期间的液滴钉扎的方式布置。
例如，图5是集成到底部基板112中的RI传感器130的示例的平面图。在该示例中，提供RI传感器130a和RI传感器130b。RI传感器130a的尺寸足够小以装配在液滴操作电极120之间的空间中，而不会对周围的液滴操作电极120进行任何修改。相比之下，在不对液滴操作电极120进行任何修改的情况下，RI传感器130b的尺寸不足以小到装配在液滴操作电极120之间的空间中。因此，四个周围的液滴操作电极120中的每一个需要角部凹口，该角部凹口提供用于装配RI传感器130b的间隙。
在又一个示例中，图6示出了波导层146，其设置在底部基板112和顶部基板114之间的液滴操作间隙116中并且基本上平行于DMF盒110的平面。在该示例中，RI传感器130提供在微滴操作间隙116中的波导层146的尖端上。在一个示例中，波导层146可以是光纤。这种配置可以被称为侧面进入RI传感器。激发光132经由波导层146被引导到RI传感器130。然后，发射光134通过相同的波导层146返回。在该示例中，可以以反射模式执行RI传感器130(感测表面)的询问。也可以以渐逝模式进行测量。可以沿着波导布置一个或多个基于渐逝波的折射率传感器(例如光纤布拉格光栅、马赫-曾德尔干涉仪、法布里珀罗标准具)。可以独立地读出这些传感器，从而允许同时捕获多个传感器。
此外，虽然图2至图6将DMF盒110描述为经由电润湿方法(例如，使用液滴操作电极120)操纵液滴，但这仅是示例性的。在其他实施例中，可以通过其他方法在DMF盒110中操纵液滴，所述其他方法诸如但不限于光学方法、磁性方法、热毛细管方法、表面声波方法、其他电学方法例如介电电泳等及其任何组合。
在操作中，来自照明源154的激发光132被引导到RI传感器130。RI传感器130将入射光传导至被询问的液滴(例如，样品液滴140)。发射光134然后返回到光学测量设备156以进行处理。同样，RI传感器130(感测表面)的询问可以以透射、反射和/或渐逝模式执行。
在DMF系统100、DMF仪器105和/或DMF盒110中，用于读出一个或多个RI传感器130的多种不同架构是可能的。其示例在下面参考图7A至图11示出。
现在参考图7A、图7B和图7C，其分别是包括集成RI感测的多个通道的DMF系统100的DMF盒110的示例的俯视图以及第一和第二横截面图。例如，DMF系统100可以包括X个或更多个集成RI感测的通道，其中例如，X＝2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、20、30、40或50。在该示例中，DMF盒110包括多个RI传感器130，其中每个RI传感器130与RI感测通道相关。
例如，多个RI传感器130(例如RI传感器130A、130B、130C、130D、130E)沿着DMF盒110中的线布置。孔径170跨越多个RI传感器130的线，如图7A所示。孔径170提供在例如DMF盒110的底部基板112中，如图7B和图7C所示。因此，照明可以通过孔径170照明并穿过多个RI传感器130的线。在底部基板112不是光学透明的实施例中，可能需要孔径170。
图7B和图7C是沿图7A的线A-A截取的横截面图。图7B示出了其中照明源154布置在DMF盒110的顶部基板114侧上并且光学测量设备156布置在底部基板112侧上的配置。在该示例中，孔径170提供用于发射光134以穿过底部基板112到达光学测量设备156的开口。相比之下，图7C示出了其中光学测量设备156布置在DMF盒110的顶部基板114侧上并且照明源154布置在底部基板112侧上的配置。在该示例中，孔径170提供用于激发光132以穿过底部基板112到达照明源154的开口。
在图7B和图7C所示的任一配置中，光学测量设备156可以通过由孔径170提供的开口对RI传感器130A、13B、130C、130D、130E进行采样。光学测量设备156可以是例如线扫描高光谱成像仪(例如，高光谱成像(HSI)相机)，从而允许独立地同时捕获来自每个离散传感器点的光谱。在另一示例中，光学测量设备156可以包括可以改变其视场的元件(例如，扫描镜或空间光调制器)，从而允许每个通道的捕获的时间分离。
现在参考图8A、图8B和图8C分别是包括集成RI感测的多个通道的DMF系统100的DMF盒110的另一示例的俯视图以及第一和第二横截面图。该配置与图7A、图7B和图7C中所示的配置基本相同，除了用单独的光纤172代替孔径170。例如，光纤172A、172B、172C、172D、172E分别与RI传感器130A、13B、130C、130D、130E相关。
在该示例中，光纤172可以是通过底部基板112引入的底部进入光纤，如图8B和图8C所示。每个RI传感器130在光纤172的尖端上形成层。相应的光纤172可以用于一个或多个光学测量设备156(图8B中)或照明源154(图8C中)。多个光纤172可以以任何任意图案布置(不一定成一条线)。
虽然图8B和图8C示出了透射模式下的操作，但是在另一示例中，可以以反射模式询问多个光纤172(激发光132和发射光134在相同方向上耦合和读出)。此外，虽然图8A、图8B和图8C示出了安装在底部基板112中的多个光纤172，但是在另一示例中，多个光纤172可以安装在顶部基板114中。
现在参考图9，图9是DMF系统100的示例的透视图，该DMF系统100包括用于询问集成RI感测的多个通道的扫描光学测量设备和背光照明。例如，DMF系统100可以包括扫描光学测量设备156'和背光照明源154'。在一个示例中，扫描光学测量设备156'可以是从布置成线(line)的一个或多个RI传感器130获取数据的线扫描高光谱成像器(例如，高光谱成像(HSI)相机)。RI传感器130位于背光照明光源154'和扫描光学测量设备156'之间(因此以背光配置布置)。在该配置中，可以利用位于扫描光学测量设备156'中的狭缝“远程”扫描RI传感器130的线。
在一个示例中，背光照明源154'可以是集成到DMF盒110中的LED的形式，或者它可以是远程照明源的形式。例如，图10示出了安装在DMF盒110的底部基板112中的LED光源174。
现在参考图11，图11是包括前光照明和集成RI感测的DMF系统100的示例的侧视图。例如，在DMF系统100的此配置中，使用同轴照明(即，与光学测量设备在RI传感器130的同一侧上的照明)执行测量。在一个示例中，光学测量设备156可以是扫描光学测量设备156'。在一个示例中，照明源154可以是布置在光学测量设备156的收集光学器件周围的光源的形式。在另一示例中，照明源154可呈允许完全同轴照明的分束器176的形式。可以使用其他照明技术(诸如明场成像和漫射成像)来最大化系统的性能。
在包括集成RI感测的DMF系统100的另一实施例中，DMF系统100包括线性光学换能器(例如，线性光学测量设备156)。在该示例中，RI传感器130或线性光学换能器的视场在垂直于正被扫描的线的方向上移动(从而实现推送室数据采集)。这允许DMF系统100使用线扫描系统来获得二维图像。这可以与先前的实施例组合，从而允许传感器表面以任何任意2D图案分布。
在包括集成RI感测的DMF系统100的又一实施例中，DMF系统100包括可以同时获取RI传感器130的2D图像以及光谱分辨图像的空间-光谱光学换能器(例如，空间-光谱光学测量设备156)。这允许从2D传感器表面任意地实时采集数据。这可以与背光照明或前光照明组合。
现在参考图12，图12是使用包括集成RI感测的DMF系统100和/或DMF盒110的方法200的示例的流程图。方法200可以包括但不限于以下步骤。
在步骤210处，提供包括集成RI感测的DMF系统和/或DMF盒。例如，提供包括集成在DMF盒110的液滴操作间隙116中的RI传感器130的DMF系统100和/或DMF盒110，如例如图2至图11所示。
在步骤215处，将待处理的液滴输送到DMF盒的感测区中。例如且现参考图2到图11，可使用液滴操作将待处理的样品液滴140输送到DMF盒110的检测点158中，其中检测点158在RI传感器130处。
在步骤220处，使用集成RI感测在DMF盒中执行光学感测操作。例如并且现在参考图2至图11，使用集成在DMF盒110的液滴操作间隙116中的RI传感器130、照明源154和光学测量设备156在DMF盒110中执行光学感测操作。在操作中，来自照明源154的激发光132被引导到RI传感器130。RI传感器130将入射光传导至被询问的液滴(例如，样品液滴140)。发射光134然后返回到光学测量设备156以进行处理。RI传感器130(感测表面)的询问可以以透射、反射和/或渐逝模式执行。
总之并且现在再次参考图1至图11，DMF系统100、DMF盒110和/或方法200使用直接集成到一次性盒(例如，DMF盒110)中的RI传感器130以允许局部光学询问技术。与常规方法相比，RI感测与DMF系统100、DMF盒110和/或方法200中的数字微流体的集成允许局部光学询问技术。
根据长期存在的专利法惯例，当在本申请(包括权利要求)中使用时，术语“一”、“一个”和“该”是指“一个或多个”。因此，例如，提及“主题”包括多个主题，除非上下文明确相反(例如，多个主题)，等等。
在整个说明书和权利要求书中，除非上下文另有要求，否则术语“包括(comprise)”、“包括(comprises)”和“包括(comprising)”以非排他性的意义使用。同样地，术语“包括”及其语法变体旨在是非限制性的，使得列表中的项目的叙述不排除可以替换或添加到所列项目的其他类似项目。
出于本说明书和所附权利要求的目的，除非另有说明，否则说明书和权利要求中使用的表示量、大小、尺寸、比例、形状、配制、参数、百分比、数量、特性和其他数值的所有数字应理解为在所有情况下均由术语“约”修饰，即使术语“约”可能没有明确地与值、量或范围一起出现。因此，除非有相反的指示，否则以下说明书和所附权利要求书中阐述的数值参数不是也不需要是精确的，而是根据需要可以是近似的和/或更大或更小的，反映公差、转换因子、四舍五入、测量误差等，以及本领域技术人员已知的其他因素，这取决于本主题寻求获得的期望性质。例如，当提及值时，术语“约”可以意指涵盖与指定量在一些实施例中±100％、在一些实施例中±50％、在一些实施例中±20％、在一些实施例中±10％、在一些实施例中±5％、在一些实施例中±1％、在一些实施例中±0.5％和在一些实施例中±0.1％的变化，因为这样的变化适合于执行所公开的方法或采用所公开的组合物。
本公开可以使用硬件、软件或其组合来实现，并且可以在一个或多个计算机系统或其他处理系统中实现。在一个方面中，本发明涉及能够执行本文中所描述的功能性的一或多个计算机系统。
此外，当与一个或多个数字或数值范围结合使用时，术语“约”应当被理解为指代所有这样的数字，包括范围内的所有数字，并且通过扩展所阐述的数值之上和之下的边界来修改该范围。通过端点表述的数值范围包括包含在该范围内的所有数字，例如整个整数，包括其分数(例如，1至5的表述包括1、2、3、4和5，以及其分数，例如1.5、2.25、3.75、4.1等)和该范围内的任何范围。
如“优选地”、“通常”和“典型地”的术语在本文中不用于限制所要求保护的实施例的范围或暗示某些特征对于所要求保护的实施例的结构或功能是关键或必要的。这些术语旨在突出在本公开的特定实施例中可以使用或可以不使用的替代或附加特征。
术语“基本上”在本文中用于表示可以归因于任何定量比较、值、测量或其他表示的固有不确定性程度，并且表示定量表示可以从所述参考变化而不导致所讨论的主题的基本功能改变的程度。
当在本申请(包括权利要求书)中使用时，术语“一”、“一个”和“该”是指“一个或多个”。因此，例如，提及“主题”包括多个主题，除非上下文明确相反(例如，多个主题)，等等。
术语“包括(comprise)”、“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(include)”、“包括(includes)”和“包括(including)”旨在是非限制性的，使得列表中项目的叙述不排除可以替换或添加到所列项目的其他类似项目。
在不脱离本公开的范围和精神的情况下，本公开的所公开的方法、组合物和用途的各种修改和变化对于技术人员将是显而易见的。尽管已经结合具体的优选方面或实施例公开了本公开，但是应当理解，所要求保护的本公开不应不适当地限于这些具体方面或实施例。

Claims (21)

1.一种与仪器一起使用的盒，所述盒包括：
数字微流体，所述数字微流体包括多个电润湿电极，所述多个电润湿电极可操作以对所述盒的液滴操作间隙中的液体液滴执行液滴操作；以及
折射率传感器，所述折射率传感器在所述电润湿电极中的一个或多个电润湿电极附近暴露于所述液滴操作间隙，使得位于所述电润湿电极中的所述一个或多个电润湿电极顶部的液滴将接触所述折射率传感器，所述电润湿电极中的所述一个或多个电润湿电极和所述折射率传感器的布置建立液滴询问位点。
2.根据权利要求1所述的盒，其中所述盒包括顶板，并且所述折射率传感器安装在顶板上。
3.根据权利要求1所述的盒，其中所述折射率传感器安装在所述液滴操作间隙中。
4.根据权利要求1所述的盒，其中所述液滴操作间隙由基本上平行的平面中的顶板和底板建立，并且其中所述折射率传感器安装在所述液滴操作间隙中并且具有与所述基本上平行的平面成直角的传感器面。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的盒，其中所述折射率传感器被提供为波导的尖端。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的盒，还包括X个或更多个折射率感测通道，其中X≥2。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的盒，还包括X个或更多个光纤，其中X≥2。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的盒，还包括X个或更多个折射率感测通道，其中X≥10。
9.根据权利要求1-5或8中任一项所述的盒，还包括X个或更多个折射率感测通道，其中X≥50。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的盒，还包括与所述折射率传感器和液滴操作间隙相对安装的透镜。
11.一种系统，包括：
根据权利要求1-10中任一项所述的盒；以及
仪器，所述仪器包括用于控制所述盒的电子器件和用于安装所述盒以实现电子耦合和控制的部件。
12.根据权利要求11所述的系统，还包括一个或多个照明源，所述一个或多个照明源被配置为照明一个或多个液滴询问位点。
13.根据权利要求11-12中任一项所述的系统，还包括一个或多个光学测量设备，所述一个或多个光学测量设备布置成检测来自一个或多个液滴询问位点的光。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的系统，还包括相对于液滴询问位点布置以在透射模式下操作的照明源和光学测量设备。
15.根据权利要求11-14中任一项所述的系统，还包括相对于液滴询问位点布置以在反射模式下操作的照明源和光学测量设备。
16.根据权利要求11-15中任一项所述的系统，还包括扫描光学测量设备，所述扫描光学测量设备被配置为扫描多个液滴询问位点。
17.根据权利要求11-16中任一项所述的系统，其中所述照明源集成到所述盒中。
18.根据权利要求11-17中任一项所述的系统，其中所述照明源包括集成到所述盒中的发光二极管。
19.根据权利要求11-18中任一项所述的系统，其中所述照明源包括同轴照明源。
20.一种方法，包括：
提供根据权利要求11-19中任一项所述的系统；
将样品液滴加载到所述液滴操作间隙中；
对所述样品液滴进行一个或多个样品处理步骤以产生分析就绪液滴；以及
在液滴询问位点处进行分析就绪液滴的折射率分析。
21.根据权利要求20所述的方法，其中使用电润湿介导的液滴操作进行所述加载操作或所述一个或多个样品处理步骤中的一者或多者。
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