CN117178180A - 用于进行测定的液体操纵装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对样本进行测定和/或进行样本的处理的装置。该装置包括可旋转布置的圆柱形样本保持器，该圆柱形样本保持器用于将样本保持在圆柱形样本保持器的侧表面处。圆柱形样本保持器被配置成至少部分地被液体层覆盖。该装置进一步包括：液体分配装置，该液体分配装置被配置为将液体添加到液体层；试剂分配装置，该试剂分配装置被配置为将试剂添加到液体层；以及液体接触装置，该液体接触装置被配置为将液体分布在所述液体层内。液体接触装置包括板状元件，该板状元件相对于圆柱形样本保持器柔性地组装。本发明涉及一种用于对样本进行测定和/或进行样本的处理的方法。

Description

用于进行测定的液体操纵装置

技术领域

本发明涉及一种用于对样本进行测定和/或进行样本的处理的装置；以及一种用于对进行样本测定和/或进行样本的处理的方法。

背景技术

过去几十年在“组学”(例如基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学)领域的进展极大地促进了对人类和非人类生物学和疾病的理解。大规模并行进行生化测定的能力使研究团体能够获得前所未有的大量信息。使用这些数据进行统计和大数据分析使得新的发现成为可能，并为不同领域中的大量应用(例如癌症研究)开辟了道路。因此，对更大量的生物学相关数据的追求推动了高通量“组学”技术的发展。为了实现研究中的更广泛的采用这并为临床团体实践这些技术铺平道路，非常令人期望的是增加可以在测定中执行的“组学”实验的数量并降低每个测定的成本。

当执行大规模并行化测定(例如在下一代DNA测序(NGS)中)时，流程中的化学物质和成像步骤通常被重复许多次。单个循环可以例如涉及利用配有荧光团的核苷酸溶液(或反应介质)冲洗固定化单链DNA样本、用于移除过量核苷酸的第二次冲洗操作、以及用于测量荧光并确定哪种核苷酸(如果有的话)掺入在链上的成像步骤。然后，反复重复这些操作或步骤，直到确立序列。通量可能受到冲洗步骤的前置时间(加入反应物和/或移除过量反应物或其他自由流动的反应产物)限制、或者受到数据采集时间(即从所有固定化单链DNA样本收集数据所需的时间)限制。尽管存在能够进行快速数据获取的NGS测序系统，但是在本领域中仍然需要用于在例如NGS应用中使用的改进的液体操纵系统。

发明内容

以下文件通过引用结合到本披露中，如同在本文中完全阐述一样：WO 2016/030464和WO 2017/144619。

本披露的目的是减轻与用于执行生化测定的现有技术相关联的缺点中的至少一些。

在本发明构思的第一方面，提供了一种用于对样本进行测定和/或进行样本的处理的装置，所述装置包括：

圆柱形样本保持器，该圆柱形样本保持器用于将样本保持在该圆柱形样本保持器的侧表面处，其中，所述圆柱形样本保持器被可旋转地布置；其中，所述圆柱形样本保持器被配置为至少部分地被液体层覆盖；

液体分配装置，该液体分配装置被配置为将液体添加到该液体层；

试剂分配装置，该试剂分配装置被配置为向该液体层添加试剂；

液体接触装置，该液体接触装置配置为将液体分布在所述液体层内，其中，所述液体接触装置包括相对于该圆柱形样本保持器柔性地组装的板状元件。

该装置可以进一步包括被配置为从该液体层中移除液体的液体移除装置。液体移除装置可以至少部分包含在液体接触装置内。在其他实施例中，液体移除装置可以被设置为单独的结构。替代性地，装置不包含任何液体移除装置。替代地，在旋转停止的同时或者当样本保持器的旋转速度降低时，可以通过让液体离开样本保持器来移除液体。

如上所述，本披露的目的是提供一种能够快速调节所述液体层的化学组合物和特性的装置。换句话说，提供能够在给定时间和/或样本保持器上的位置提供要存在于所述液体层中的特定反应物的装置。所述特性中还包括改变和控制所述反应物的浓度、所述液体层的局部温度和所述液体层的pH值的能力。认识到的是，对充当反应介质的液体层的组合物和特性的所述快速调节需要涉及通过不时地向样本保持器添加液体、并且不时地移位所述样本保持器上的液体以及不时地从所述样本保持器移除液体来调节液体层中的液体量的能力。

本文中，术语“液体层”指的是存在于样本保持器侧表面上的液体。术语“侧表面”应该被给出其通常解释，即它指的是圆柱形样本保持器的侧面，不包括底表面和顶表面。因此，液体将覆盖样本保持器的表面的至少一部分，优选地覆盖样本保持器的表面的基本上全部。覆盖样本保持器的液体将因此形成液体层，其中液体层厚度被定义为在样本保持器上的特定位置处所述层的高度。在样本保持器的旋转期间，可以在样本保持器上形成均匀的液体层。均匀的液体层厚度是围绕圆柱形样本保持器的圆周基本恒定的厚度。在这种场景下，均匀的厚度可以指围绕圆周的小于20％的厚度变化，比如小于15％、比如小于10％、比如小于5％的厚度变化。优选地，液体层应该较薄以减少试剂消耗量。液体层的厚度可以低于100μm，比如低于30μm、比如低于10μm、比如在0.5μm到1.5μm的范围内、比如在1μm的量级。

根据第一方面的装置中使用的液体可以是显微成像中使用的任何类型的液体，比如适于NGS测序的液体。液体可以是水基的，即按重量计包含大部分的水。

液体分配装置优选地包括能够将液体输送到样本保持器表面的液体通道；以及与所述液体通道液体连接的液体出口，该液体出口适于将液体从液体通道添加(分配)到样本保持器的表面上。所述添加的液体可以具有适合于测定的下一步的目的的任何优选的组合物、浓度、pH值或温度。例如，液体可以具有零浓度或接近零浓度的反应物，并且因此液体层厚度的上调引起已经存在于液体层中的充当反应介质的任何试剂的稀释。

液体分配装置优选地包括通过液体通道与液体贮存器液体连接的液体出口，该液体分配装置适于将液体从该液体通道添加到该样本保持器的表面。本披露中的液体通道可以包括比如柔性聚合物管等柔性管。

液体可以通过液体出口被分配到样本保持器的旋转表面上。液体的流动向量可以相对于所述表面的切线成较小的角度指向。适当地选择液体离开通道时的速度，使得该速度与旋转的样本保持器的所述表面的周边速度一致。这样，沉积在旋转表面上的液体停留在其所沉积在的位置。一旦液体被添加到样本层，液体通常分布不均匀，并且需要重新分布或涂抹以覆盖样本层的每个期望位置。液体接触部分可以用于重新分布和/或改变液体层的厚度，以及控制样本层的哪些区域被覆盖上液体。可以确定液体接触部分相对于样本保持器的表面的位置和攻角，以适应表面上的液体的重新分布或表面上的液体的厚度的适配。

液体分配装置的液体出口可以优选地与适于容纳液体的至少一个液体容器液体连接。所述液体容器中的压力可以通过液体调节装置来调节，比如利用泵和/或可控阀等，并且因此可以调节从液体贮存器经由液体通道到出口的液体的流量。泵和/或可控阀可以连接到控制设备，使得被添加到表面的液体量可以由用户控制或者根据特定方案预设。液体分配装置可以优选地能够以非常高的准确性和精度输送非常少量的液体。

在其他示例中，容纳具有不同化学组合物(例如不同物质、不同浓度或不同pH值)的液体的几个液体容器可以通过液体通道连接到本文中披露的液体分配装置。在优选实施例中，所述多个液体容器连接到单独的液体分配装置。这种配置的优点在于，在测定的不同操作或步骤之间，既不需要漂洗、冲洗或清洗所述液体分配装置，也不需要漂洗、冲洗或清洗所述液体移除装置。这可以进一步减少测定的单个循环时间。然而，本发明也涵括通过同一分配出口分配两种或多种不同液体的实施例。在另一个示例中，要分配的液体的温度可以通过控制液体容器中的液体的温度、或者通过在经过所述液体通道到达液体分配装置时加热或冷却液体来控制。

液体接触部分可以适于在样本保持器的旋转期间机械接触存在于样本保持器上的液体层，从而移位液体层中的液体。应当注意，此处的机械接触还包括液体层中的液体和与液体接触部分相互作用的液体之间的相互作用。

液体接触装置包括被配置为接触所述液体层的表面的板状元件。板状元件相对于圆柱形样本保持器柔性地布置。这意味着，当没有外力作用在板状元件上时，板状元件被布置在距圆柱形样本保持器的第一预定距离处。这种模式例如可以在圆柱形样本保持器上不存在液体层时获得。当旋转液体层在板状元件上施加力时，板状元件将进一步布置在距圆柱形样本保持器的更大的第二距离处。因此，术语“柔性布置”是指使用可以在施加力时收缩的柔性部分或类似布置来布置板状元件，从而只要施加力就增加板状元件与样本容器保持器之间的距离。

本文中使用的术语“板状元件”是指具有适于接触液体层的基本平坦表面的元件，比如具有平坦液体接触侧的板或其它结构等。板状元件可以附接到能够将板状元件保持在离样本保持器的表面一定距离处的支撑结构。

通过提供如上所述的板状元件，可以控制液体层的厚度。通过将板状元件定位成使其与液体层机械接触，可以在样本保持器的旋转期间减小液体层的厚度。在旋转期间，将在液体层上施加预定的力，从而将液体层中的液体涂抹在样本保持器的表面上，使得液体层的厚度被减小。柔性布置的板状元件允许通过控制圆柱形样本保持器的旋转速度来控制液体层的厚度。

在操作期间，当样本保持器旋转时，所述板状元件抵靠液体层滑动，平坦表面靠在液体层的弯曲表面上，从而覆盖或浸没固定在圆柱形样本保持器的弯曲表面上的样本或分析物。板状元件应该优选地被定位成使得由圆柱表面与所述板状元件的基本平坦的表面之间的最近距离所限定的线(下文中称为汇合线)相比于到所述板状元件的边缘更靠近所述板状元件的中心。

板状元件可以附接或安装在包括力控制元件的结构上，从而获得柔性组件。力控制元件被配置为控制板状元件施加在液体层上的力的量。因此，液体层的厚度将自动调节。与板状元件相对于样本保持器固定地安装的假设的组件相比，力控制装置被配置为允许将来自板状元件的预定力施加在液体层上，而与液体层中的液体量无关。因此，可以实现液体层的自调节功能。

力控制元件的设置允许在液体层上施加基本恒定的力，而与液体层中的液体量无关，这又允许液体层在样本保持器的圆周上具有基本均匀的厚度。考虑下面的示例：在第一测定中提供具有第一圆周的第一圆柱形样本保持器。通过柔性地组装的板状元件对液体层的自动调节在样本保持器的圆周上提供了具有第一厚度的液体层。在第二测定中，圆柱形样本保持器被具有第二较大圆周的第二圆柱形样本保持器替换。通过柔性地组装的板状元件对液体层的自动调节仍然在样本保持器的圆周上提供了具有相同的第一厚度的液体层。

力控制元件可以例如包括比如具有恒定弹簧力的弹簧等柔性部分。在其他示例中，力控制元件可以包括弹簧，该弹簧包括用于调整弹簧的弹簧力的调整装置。

在其他示例中，力控制装置可以包括适于调整施加在流体层上的力的致动器。力控制装置还可以包括适于感测或测量由板状元件施加的压力的传感器或测量设备。优选地，传感器被配置为将其感测或测量传送到致动器或与致动器通信的控制设备，使得可以基于感测或测量来控制所施加的力。

在一些实施例中，力控制元件包括柔性部分。术语“柔性部分”表示力控制元件的在力施加到其上并随后撤销时表现出弹性行为的部分。当在流体接触部分上施加力时，柔性部分将收缩，从而将流体接触部分定位为距样本保持器的表面更远。在撤销所述力时，柔性部分将扩张，从而将流体接触部分定位为更靠近样本保持器的表面。在示例中，柔性部分是弹簧。然后将流体接触部分附接到弹簧上，该弹簧又附接到用于保持流体接触部分的结构。在流体接触部分上施加力时，结构应该相对于试样保持器基本静止。

优选地，柔性部分的柔性可以被调整，例如通过设置可调整的弹簧。因此，流体层的厚度可以通过调整柔性部分的柔性来控制。

优选地，由力控制装置施加到液体接触部分上的力相对于由液体层施加到液体接触部分上的力应该较小，使得液体接触部分和圆柱形样本保持器之间的距离可以由毛细作用(即表面张力)与润滑力之间的平衡来确定。如果液体接触部分提供了与液体层中的液体的足够小的接触角，毛细力将把液体接触部分吸引向样本保持器。在旋转的样本保持器与液体接触部分之间形成的润滑层将提供抵抗吸力的力。因此，液体接触部分与样本保持器之间的距离(或者换句话说，液体层的厚度)将自我调整，使得作用力彼此平衡。

在简单的模型中，人们可以把表面张力和润滑的作用看作压力。由表面张力引起的压力大致取决于液体的表面张力、液体接触部分的接触角和液体层的厚度。润滑压力大致取决于液体的粘度、旋转速率、样本保持器的半径和液体层的厚度。因此，对于给定的旋转速率，可以计算液体层的平衡厚度。

在一些示例中，液体接触部分可以包括聚合物材料。液体接触部分也可以包括玻璃、金属或任何其他合适的材料。

该装置优选地包括试剂分配装置。优选地向液体层提供试剂，使得它们可以与样本反应。试剂分配装置可以被设置为与液体分配装置的组合结构。换句话说，液体分配装置可以被布置为向样本保持器的侧表面供应液体和试剂。然而，试剂分配装置也可以设置为单独的结构。

试剂分配装置可以包括例如由孔口形成的出口，该出口与被配置为将试剂输送到液体出口的液体通道液体连接。然后，试剂可以通过出口分布到液体表面。试剂通过通道的流量可以由泵控制。分配装置可以能够精确地分配非常少量的试剂液体，比如在微升的范围内、比如在从1微升到500微升的范围内的试剂液体。

在一些示例中，试剂分配装置包括用于调节通过的、优选地通过至少一个电控阀的流量的装置。在一些示例中，至少一个电控阀可以与用于调节试剂液体的流量的泵结合使用。

通过在分配液体或移除液体之间快速交替，可以改变反应介质的局部组合物、浓度、pH值和温度，从而以满足本发明的上述目标。

液体接触部分可以被布置为使得它可以被定位为非常靠近所述液体层或者与所述液体层机械(液体)接触，优选地借助于平移平台和旋转平台、优选地以微米精度。液体接触部分装置进一步优选地被布置为相对于所述旋转样本静止。因此，当液体接触部分与所述液体层接触时，所述液体接触部分和所述液体层的相对运动将在所述液体层上引起机械力。根据液体接触部分的形状和定位，所述力将引起一部分液体的局部位移或者一部分液体与所述液体层分离。

液体接触装置、液体分配装置、液体移除装置和液体可以被称为各种“液体操控装置”。本文中披露的所有液体操控装置的共同特征是，它们与这样的事实相兼容并且在某些情况下利用了这样的事实，即在样本保持器旋转的同时可以实行操控。由于样本保持器的旋转，液体操控装置可以被设置为使得在样本保持器的操作期间其是静止的或者不共同旋转的。这是有利的，因为它提供了其相对于旋转的样本保持器的位置方面的高得多的精度。

现有技术的“下一代测序(NGS)”操作通常涉及如下步骤：将包含一组反应物的反应介质添加到包含某组固定化目标分子的样本体积中；允许进行反应的时间；稀释反应介质，并且因此防止未与目标分子反应的过量反应物污染随后的反应介质；以及检测指示所述样本体积中发生反应的信号。在这种现有技术的操作中，稀释过量反应物的步骤是通过利用零浓度反应物的液体冲洗样本来执行的。由于这种情况下的层流，在样本体积中获得令人满意的低浓度过量反应物所需的时间取决于反应物将从反应介质液体层(覆盖样本体积中的样本)扩散到被冲洗在覆盖样本的液体层之上的零浓度液体层中的快速程度。所需的时间二次地取决于覆盖样本体积的液体层的厚度，因为扩散时间随距离二次地增加。此外，扩散常数通常在固体表面附近降低。在现有技术中，这个步骤通常非常耗时，并且对于一些应用来说可能是速率有限的。

在本披露中，提供了一种装置，该装置能够通过提供液体操控装置来操控样本保持器上的液体(以及溶解或浸没在所述液体中的试剂)、向所述液体层添加具有所期望的物质组合物和浓度以及pH值的新液体、以及将所述新液体分散到样本保持器的表面，来快速调节覆盖或浸没旋转的样本保持器上的样本的液体层中的反应物或其它物质的浓度。已经认识到，对充当反应介质的液体层的组合物和特性的所述快速调节需要涉及通过不时地向样本保持器添加液体、并且不时地移位所述样本保持器上的液体以及不时地从所述样本保持器移除液体来调节液体层中的液体量的能力。

为了满足上述目的，认识到的是，比如在WO 2016/030464和/或WO 2017/144619中定义的样本保持器等可旋转的圆柱形样本保持器形成了非常合适的几何形状和配置，从而实现对相关参数的准确、迅速和可重复的控制，以便成功地实行测定的工序。所述样本保持器的旋转和轴向平移允许以亚微米的精度快速物理接近样本保持器的每个点，并且因此可以同时在局部水平(即在单独样本水平)和总体上(即在覆盖有样本的整个表面上)管理所述参数。

样本保持器可以由从玻璃、金属(例如铝或钢)和塑料组成的组中选择的材料制成。理想地，样本保持器是中空或实心的圆形对称圆柱体，即管或棒。为了实现平滑且精确的旋转，优选的是，所述样本保持器被设计和制造为使得其沿着其长度关于轴线对称，并且质量从轴线在所有径向方向上均匀分布。为了确保围绕其轴线的平滑且可重复的旋转，样本保持器可以通过轴承保持在适当的位置，轴承优选地为空气轴承或电动轴承以实现非接触式悬置，所述轴承组装在所述旋转的样本保持器与内部或外部固定配件之间。

样本保持器可以设置有指定的样本体积，即其中样本可以被包含或附接在样本保持器表面上的预定义位置的特定体积。指定的样本体积也可以设置在样本容器上，例如缠绕在所述样本保持器的至少一部分上。

指定的样本体积可以是适于容纳样本的微小脊部、适于容纳样本的井的形状、或者在专用的凹槽或井中、或者在聚合物膜层(例如其中最外面的聚合物膜层被穿孔)之间。

指定的样本体积可以彼此分离。在其他示例中，指定的样本体积可以彼此接触。

通过官能化样本体积的上述实施例的表面的部分，样本也可以固定在所述样本保持器或所述样本容器表面的官能化部分上。在又一实施例中，整个样本保持器表面被官能化，并且样本可以被固定在所述样本保持器表面上的随机位置。

该装置可以进一步包括壳体，样本保持器和流体操作装置被容纳在壳体中。流体操纵装置可以附接到所述壳体上，使得它们可以在样本保持器的旋转和/或平移期间保持静止。

在一些实施例中，该板状元件包括至少一个孔口，该至少一个孔口被配置为进行以下中的至少一个：

将液体分配到该液体层；以及

从液体层移除液体；并且其中，该至少一个孔口与流体通道流体连通，该流体通道被配置为进行以下中的至少一个：

将流体输送到该孔口，以及

从该孔口输送流体。

所述板状元件可以包括充当液体入口的至少一个孔口，以可选地使液体能够从所述液体层流到液体通道，从而远离所述液体层输送所述液体。板状元件可以进一步或替代性地包括充当出口的至少一个孔口，以将液体从液体通道添加到所述液体层。该装置还可以包括用于控制所述板状元件的位置的装置，例如使得充当出口和入口的相应孔口与液体层接触或不接触。所述位置控制可以包括沿着基本上垂直于由样本保持器的旋转轴线限定的方向的方向改变样本保持器与板状元件之间的相对位置。

在一些示例中，液体可以借助于延伸穿过板状元件的流体连通或通路来提供。因此，该板状元件可以包括：第一表面，该第一表面被配置为面向液体层；以及第二表面，该第二表面与第一表面相反；以及通路，该通路在这些表面之间延伸。孔口可以布置在第一表面处，并且通路被布置为提供孔口与液体通道之间的流体连通。

在液体接触部分设置有用于从所述液体层输送液体的液体入口的示例中，液体接触部分可以适于将液体从液体层引导至孔口。通过将充当入口的所述上述孔口定位在液体接触部分的、液体层被压缩的部分处，即在液体层经过所述汇合线之前，由所述板状元件和圆柱形样本保持器之间的相对运动形成的剪切力引起的正压力梯度将推动液体进入该孔口，并且所述液体因此可以从所述液体层移除，并且液体层的厚度减小。因此，液体移除装置可以设置在液体接触部分上。

一旦液体到达入口，液体可能经受负压，即低于大气压的压力，以施加抽吸力从而将液体输送到流体通道并输送通过流体通道。抽吸力可以例如通过使用注射泵或叶轮泵来完成。

在液体接触部分设置有用于将液体输送到所述液体层的液体出口的示例中，充当出口的孔口应该优选地被定位在汇合线之后，使得液体可以通过所述出口添加。添加液体的方式类似于文丘里喷射泵。因此，液体分配装置可以设置在液体接触部分上。

在一些实施例中，液体接触部分同时设置有液体入口和液体出口。

通过控制分别连接到入口和出口的液体通道的流量，可以调节液体层的厚度。所述板状元件的尺寸将根据应用而变化，但是元件的接触部分的宽度，即适于与液体层物理接触的元件的宽度，优选地比用于研究样本的成像系统的视场(FOV)更宽。在一些示例中，板状元件延伸样本保持器的长度。长度至少应足够长，以便在汇合线的两侧上给至少一个孔口留出空间。在一些示例中，板状元件延伸样本保持器的长度。为了在沿着样本保持器的旋转轴线的不同位置操作所述液体接触装置，该实施例可以包括用于实现所述液体接触装置和圆柱形样本保持器沿着所述轴线的相对平移的装置。

在一些实施例中，液体分配装置包括液体出口。液体分配装置能够通过液体出口将液体添加到样本保持器的表面。液体出口连接到液体通道，使得液体分配装置能够从通道接纳液体并将液体添加到液体层的表面。液体出口可以连接到液体接触部分，并且液体接触部分可以包括用于将液体递送到样本保持器的表面的导管和/或通道。液体出口也可以适于作为喷嘴起作用，使得液体可以被喷射到样本保持器的表面上。

在一些实施例中，该装置进一步包括混合工具，该混合工具被布置为在所述液体层中引起混合。为了实现液体层中试剂或其它物质的均匀浓度，有利的是引起混合以帮助使浓度均匀。混合工具可以包括用于平移和/或旋转平台允许混合工具移动液体层中的液体使得引起混合的装置。该混合工具可以包括刷、包括至少一个脊部的板状元件和包括至少一个柱的板状元件中的至少一个。板状元件可以与液体接触部分相同、或者是不同的第二板状元件。

在液体接触装置是板状元件的实施例中，混合工具可以是在适于与液体层接触的一侧上连接到板状元件的脊部。

在一些实施例中，该装置进一步包括用于升高或降低液体层温度的温度控制装置。该装置可以进一步包括用于调节所述液体层周围的大气的温度和所述样本保持器的外围部分的温度的装置，被研究的表面样本或分析物被放置在该外围部分上。

由于反应速度很大程度上取决于反应介质的温度，控制和调节不仅仅是液体层中、而且还有所述层的周围环境中的温度的能力是有利的。在此周围环境是指液体层下面的样本保持器的侧表面和液体层正上方的大气。温度调节可以进一步被划分为缓慢调节和快速调节，在缓慢调节中主要目的是保持液体层(反应介质)的每一部分上的稳定温度，在该快速调节中，在一些测定中的反应介质中的温度需要在秒的量级甚至更短时间内局部上下调节。

为了增加整个液体层上的温度，一个实施例包括附接到圆柱形样本保持器的导电引线。优选地，所述引线在需要温度调节的样本保持器的所有部分上分单个层以螺旋方式密集地缠绕到所述样本保持器的周界上。所述引线还可以设置有薄的电绝缘涂层，以确保沿着所缠绕的引线的路径的电阻比沿着样本保持器的任何更短的路径低几个数量级。为了将引线定位在样本保持器上，可以将引线以螺旋模式缠绕在样本保持器的侧表面上。引线优选地被研磨和/或抛光到其厚度的大约一半，从而形成覆盖圆柱形轴样本保持器的、具有螺旋形状的导电材料的平坦表面，样本可以直接被放置在该平坦表面上。替代性地，样本保持器可以在其间设置有附加层。所述附加层可以配备有用于容纳样本的井或凹槽等。通过使合适的电流流过所述导线，欧姆损耗将生成热量，该热量将消散到样本层的反应介质中。通过控制所述电流，可以高精度控制所述液体层的温度。

用于调节反应介质的温度的另一方式是添加具有高于所述液体层的温度的流体，并且因此逐渐升高所述液体层的温度，或者如果期望如此的话，添加具有低于所述液体层的温度的流体，并且因此逐渐降低所述液体层的温度。为了加速，温度方面的变化、用于从液体层中移除流体的方式是至关重要的，因为具有不期望的温度的流体可以更快地被具有期望温度的流体替换。

从上文中变得清楚的是，存在将反应介质的温度调节到所期望的设定值的几种方式。还阐明了同时控制被添加到液体层的液体的温度、液体层周围的大气的温度以及所述液体层正下方的样本保持器的温度的需要。

用于升高液体层的温度的上述实施例允许均匀和精确的温度调节。然而，在一些测定中，局部和更瞬时的上调是令人期望的。在一个实施例中，提供了用于快速上调温度的辐射源。辐射源可以包括中红外(MIR)范围的辐射源，优选地为二氧化碳(CO₂)激光器。CO₂激光器的标准波长(即10600纳米)被包含水的液体层非常有效地吸收，并且因此从所述源吸收的能量可以同时用于加热和/或(如果期望的话)蒸发液体层。当将所述源聚焦在较小的点(比如20×20微米或更小)上时，需要极少量的辐射就能升高被辐照的体积的温度。为了精确控制温度的暂时升高，需要知道或控制液体层的厚度，并且也需要知道或控制暴露于液体层的目标体积的MIR辐射量。辐射量的所述控制可以以多种方式实施。优选实施例包括控制脉冲式源的输出功率和占空比、或者使用滤波器、分束器、快门和输出功率控制用于连续波源。优选实施例还包括监测被辐照的体积处的流体的局部温度的温度传感器。辐射源可以被定位为静止，即不与样本保持器共同旋转，使得将辐射引导到旋转的样本保持器上的期望位置上。

在又一实施例中，所述温度控制可以通过在所述样本保持器上的导电层与和液体层接触的电极之间的介电或电容式加热来实现。温度控制装置也可以包括珀耳帖元件。

在一些实施例中，该装置进一步包括用于测量指示所述液体层中的所述试剂的浓度的量的装置。这种装置可以例如包括pH计，但是用于测量指示特定试剂的浓度的其他量的装置是本领域技术人员已知的。

在一些实施例中，该装置进一步包括：照射装置，该照射装置用于照射所述样本；物镜，该物镜用于收集从样本发射或散射的光子；以及检测装置，该检测装置用于检测由物镜收集的光子，其中，物镜与样本之间的光学接触至少部分由液体层提供。这种类型的实施例可以包括呈薄玻璃板形状的液体接触装置(例如盖玻片)，该液体接触装置被布置用于接触液体层和放置在盖玻片与物镜之间的浸油滴。在一些实施例中，激发光(即照射)和所发射的光(或光子)都穿过同一物镜。

在一些实施例中，该装置进一步包括

照射装置，该照射装置用于以线焦点或焦点阵列同时照射所述样本；以及

检测装置，该检测装置用于在视场阵列中同时检测从样本发射或散射的光子；

其中，在成像期间从其发射或散射光子的样本中的子观察体积阵列由照射装置的线焦点或焦点阵列与检测装置的相对应的视场阵列重叠的空间中的体积来限定；

其中，样本保持器被布置为使得通过旋转样本保持器，所述样本的至少一部分可以被输送通过所述子观察体积中的至少一个。

在WO 2017/144619中描述了合适的照射和检测装置，其中也披露了子观察体积的定义。

在一些实施例中，液体接触部分呈镰刀、切割工具、刷或刀片的形状。液体接触部分应该具有足够的机械稳定性，使得液体接触部分可以接触存在于样本保持器上的液体层，并且机械地移位或移除液体。液体操控装置可以进一步包括用于调整液体接触部分的攻角的装置。通过调整攻角，可以控制被移除的液体量。液体接触部分可以再进一步包括平移装置，该平移装置适于调整距液体接触部分被定位在的样本保持器的表面的距离。调整距表面的距离也是在样本保持器的旋转期间液体接触部分已经接触液体之后调整留在表面上的液体层的厚度的方式。

在一个实施例中，液体接触部分包括从刀片、刮板或刷中选择的至少一个。当液体接触部分接触液体层时，攻角可以是正的，因此使得液体接触部分在液体表面上滑动，并且来自液体接触部分的压力将因此构建起在所述液体接触部分前方移动的液滴。通过选择正确的攻角、具有液体接触部分的正确刚度(机械稳定性)的设计以及选择液体接触部分相对于旋转的样本保持器的位置，可以使其中具有反应物的所述液体液滴增长到有助于所述液滴中的一部分液体与样本保持器液体层分离的大小。替代性地，通过沿着旋转的样本保持器逐渐移动液体接触部分，液滴可以被引导到液滴可以被吸收或被引导离开样本保持器表面的点。

在另一个实施例中，液体层的一部分的机械移位通过以下来实现：将液体接触部分布置成具有负攻角，使得所述液体接触部分在与旋转轴上的液体层接触时，以类似车床的方式将表面上的液体切割并分离成停留在旋转轴的表面上的剩余部分和在液体接触部分的另一侧上流动的脱落部分，从而使得能够远离旋转轴改向所述液体层的所述脱落部分。所述脱落部分可以随后通过被定位在液体移除装置上的液体入口被收集以便重新使用或受控处置。为此目的，这个实施例中的液体接触部分包括在运动方向上的尖锐前边缘，当将所述液体接触部分移动穿过所述液体层时，该前边缘切割并分开液体层。

在一些实施例中，本披露的液体移除装置包括液体吸收装置，该液体吸收装置适于通过将所述液体通过所述液体吸收装置输送到与被设置为与液体移除装置流体连通的液体入口来从样本层移除液体。液体移除装置可以包括液体吸收装置，该液体吸收装置适于在样本保持器的旋转期间与液体层液体连通并接触。液体吸收装置优选地包括设置在液体接触部分中的至少一个导管和/或通道。液体可以借助于毛细力和/或比如由泵形成的力等其他力，从样本保持器的表面被输送。

因此，过量液体可以以快速且有效的方式从表面移除。液体层的厚度和形状可以被仔细控制并适于特定的应用。

在本发明的第二方面，提供了一种用于在装置中对样本进行测定和/或进行样本的处理的方法，该装置可以类似于上面参照前述实施例描述的装置进行配置。该方法可以包括以下步骤：

a)将圆柱形样本保持器布置在该装置中；

b)向该圆柱形样本保持器提供要研究的至少一个样本；

c)向该样本保持器提供第一类型的液体，

d)分布所述液体以在所述样本保持器上形成液体层；

e)向所述液体层提供试剂；

f)允许在所述反应物与所述至少一个样本之间发生至少一个期望的反应；以及

g)从该液体层中移除液体。

本发明的第二方面中披露的方法可以减轻与现有技术相关联的问题中的至少一些问题。特别地，从样本保持器的表面移除过量反应物液体所需的液体操纵时间可以被大大缩短。该方法可以优选地在如本披露的第一方面所述的装置中执行。

在一些实施例中，当样本保持器被布置在装置中时，优选地在样本保持器的旋转期间，执行步骤b-g)。

在一些实施例中，步骤g)通过以这样的方式接触在样本保持器的表面上旋转的液体层来执行，即，通过将过量液体与液体层分离来移除过量反应液体。

关于本披露的第一方面描述的液体操控装置提供了液体接触部分和液体移除装置，该液体移除装置适于通过物理接触所述液体来从表面移除液体。

步骤d)(其中液体被分布为在样本保持器上形成液体层)可以进一步包括通过将如前所述相对于圆柱形样本保持器柔性地组装的板状元件布置成与液体层液体接触来控制液体层的厚度的步骤。

在一些实施例中，步骤g)进一步通过如结合第一方面所定义的在液体入口中从样本保持器的表面接纳液体并经由液体通道从表面输送液体的装置来执行。如在本披露的第一方面中所披露的那样，液体操控装置能够将液体与样本保持器的表面分离以及从样本保持器的表面输送所述液体。

在一些实施例中，该方法进一步包括照射所述样本并检测从所述样本发射或散射的光子的步骤h)。这个步骤可以在样本保持器旋转的同时执行。在WO2016/030464和WO2017/144619中进一步描述了基于旋转的成像解决方案。

在一些实施例中，该方法进一步包括通过向液体层添加所述第一类型的液体来稀释液体层中的试剂浓度的步骤g1)。

在一些实施例中，该方法进一步包括通过从液体层蒸发液体来增加液体层中的试剂浓度的步骤e1)。这可以通过例如升高温度或减少或停止到液体层的液体供应来实现。

在一些实施例中，该方法进一步包括在液体层中引发混合以便使液体层中的试剂的浓度均匀的步骤。

在一些实施例中，该方法进一步包括将液体层的温度调节至预定温度的步骤。在进一步的实施例中，该方法可以包括当试剂被添加到液体层时将温度调节到第一预定温度、以及当液体被从液体层移除时将液体层的温度调节到第二预定温度。

在一些实施例中，步骤c)-h)在样本保持器的旋转期间执行。

在一些实施例中，移除液体的步骤g)在样本保持器是静止时执行。

附图说明

在下文中，将参考如以下附图所示的示例性实施方案详细描述本发明，在附

图中：

图1示出了根据本发明的某些实施例的液体操控装置的示意图。

图2示出了根据本发明的一些实施例的液体操控装置和指定的样本体积的布置的示意性图示。

图3示出了根据本发明的一些实施例的液体操控装置和指定的样本体积的布置的示意性图示。

图4示出了根据本发明的实施例的包括几个液体操控装置的装置的示意性图示。

图5示出了在本发明的实施例中可以如何改变液体层的厚度的示意性图示。

图6示意性地示出了根据本发明的实施例的测定循环中的各个步骤。

图7示出了根据本发明的实施例的包括几个液体操控装置的装置的示意性图示。

图8示出了根据本发明的实施例的液体操控装置的示意性图示。

图9示出了根据本发明的实施例的液体操控装置的示意性图示。

图10示出了根据本发明的实施例的液体操控装置的示意性图示。

图11示出了根据本发明的实施例的液体操控装置的示意性图示。

具体实施方式

下文参照附图对本发明进行更全面地描述，在附图中示出了本发明的当前优选实施例。然而，本发明可以被实施为许多不同的形式并且不应被解释为限于在此提出的这些实施例；而是，这些实施例被提供用于获得彻底性和完整性、并向技术人员说明本发明的各方面。如图所示，层和区域的大小可以被放大以用于说明性目的，并且因此被提供用于展示本发明的实施例的总体结构。相同的要素编号相同。

图1示意性地描绘了本发明的实施例。图1示出了根据本发明的液体操控装置100。液体操控装置100包括液体通道101、充当组合式液体入口104和液体出口103的液体孔口、以及液体接触部分105。在本文中，液体接触部分105由刷表示，该刷包括适于接触存在于圆柱形样本保持器111上的样本层109上的液体层107的多个刷毛。然而，液体接触部分105也同样可以呈例如刀片、板状元件的形状，或者具有刮板状形状。样本层109是样本保持器111的外表面。在图1中示出的实施例中，液体通道101由柔性管构成，但是也可以设想其他通道。液体操控装置100进一步包括平移装置113，该平移装置适于调整液体操控装置100相对于样本层109的位置。平移装置可以包括电动马达，该电动马达适于调整液体操控装置100沿着样本层109的位置，而且能够调整样本保持器111的外表面与液体接触部分105之间的距离。液体操控装置100可以进一步包括适于调整角度α的角度调整装置115。角度α在此被限定为当液体接触部分105还未与所述样本保持器111的表面之上的液体层107或所述表面本身机械接触时，所述样本保持器111的表面的切线与液体接触部分105之间的角度。一旦接触，液体接触部分可以根据其机械特性、抵靠所述表面的所施加的力和摩擦力，以较小的角度弯曲并抵靠表面滑动。角度调整装置115也可以包括电动马达。

优选地，平移装置113和角度调整装置115中的至少一个可以包括适于控制流体接触部分105接触流体层107的力的力控制元件。力控制元件可以包括柔性部分，该柔性部分在施加较大的力时收缩，以及在撤销所述力时扩张。

在所展示的实施例中，液体入口104和液体出口103与液体通道101液体连接。因此，液体通道101可以用于向液体出口103供应液体，使得液体层107可以设置在样本层109上。

液体操控装置101进一步包括压力调整器117，该压力调整器适于调整液体接触部分105接触液体层107的压力。压力调整器117可以进一步包括压力传感器，该压力传感器适于感测液体接触部分105接触液体层107的压力。在其他示例中，压力调整器117可以包括比如弹簧等柔性部分，或者由比如弹簧等柔性部分构成。

在另一实施例中，液体接触部分103稍微倾斜，使得当液体接触部分105前方的液体小波达到一定幅度时，所积聚的液体仅在一侧上泄漏经过液体接触部分105(类似于使用雪犁将雪推离道路的方式)。通过在旋转的圆柱形样本保持器111的轴线方向上移动倾斜的液体接触部分105，随着倾斜的液体接触层的相对运动在所述样本保持器111上形成螺旋，液体逐渐被移动向样本保持器111的端部。

在液体接触部分105是刷的实施例中，多个刷毛可以以阵列的形式彼此间隔定位，使得刷毛之间的空间实现对与刷接触的液体产生毛细作用，并且因此液体可以被刷本身吸收，随后经由液体入口104被输送到液体通道101，在该液体通道，液体可以被输送到适于容纳过量液体的容器。这种刷可以将以上披露的液体的机械移除与过量液体的吸收组合。液体通道101中的负压(例如由泵形成的负压)可以通过液体通道101将液体运输离开。

在优选实施例中，刷的刷毛由纤维制成，根据纤维材料，这些纤维具有足够细的直径以便通过由样本层109或在纤维下面形成的薄的润滑层引起的摩擦而弯曲，从而在所述旋转的样本保持器111或样本层109的表面上轻轻滑动，但是足够硬以在液体层107上做机械工作并使所述液体的表面变形。

优选地，上面示出的液体操控装置100设置在进一步包括适于将试剂分配到液体层的试剂分配装置的装置中。试剂分配装置可以具有与液体操控装置100相似的构型。试剂分配装置不需要包括液体接触部分或液体入口103。试剂操作装置的液体出口优选地被设置成为与出口阀流体连通，该出口阀配置为将试剂分配到液体层107。

图2示出了其中样本层209设置在样本保持器211的表面上的实施例。样本层209包括指定的样本体积210，这些指定的样本体积在本文中被示出为具有能够使样本固定在指定的样本体积210中的官能化表面212。在样本层209下面，设置有导电层214。导电层214优选地由沉积在样本保持器211上的贵金属薄层制成。贵金属优选地是金。

可以以几种方式提供官能化表面。当例如圆柱形样本保持器211具有氟化聚合物膜的外层时，样本层209可以通过用于通过氧化表面并通过比如等离子体或电晕蚀刻等干法蚀刻或比如钠氨蚀刻等湿法蚀刻来移除氟化作用进行粘附/官能化的第一制备步骤来官能化。当表面的粘附特性已经增加时，可以施加随后的可选步骤，其中利用官能化化合物层涂覆表面，以引入更特定的官能化。官能化化合物可以是引入官能度的单体，比如(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷或比如聚乙烯亚胺等包括比如羧酸、胺、硫醇、羟基、寡核苷酸等特定官能团的低聚物/聚合物。在一个示例中，除了官能团之外，官能化化合物还可以包括可裂解基团以使样本能够脱离。

圆柱形样本保持器211可以通过使用车床由玻璃生产而成。在附加研磨和抛光以最小化表面粗糙度和与理想圆柱形状的偏差之后，所述圆柱的表面覆盖有比如金等贵金属薄层。金又利用硫醇官能化，硫醇用作中间自组装层、具有能够固定目标分子、细胞或组织样本的官能团。这种方法的优点是，在完成对所述样本的测定遍次后，可以使所述硫醇化表面上的固定化样本活动，并且因此样本保持器211可以在以后的测定中重新使用。

在另一个实施例中，优选地具有金层表面的样本保持器211使用比如光刻等图案化技术被选择性地官能化，以产生官能化位点阵列。例如，如果样本由比如单链DNA分子等目标分子组成，每个分子可以以这种方式固定到指定的点上或指定的井中。在优选实施例中，根据以下步骤完成用于为固定化样本创建所述官能化位点阵列的图案化：i)旋转样本保持器；ii)使用本文中披露的液体操控装置100’将光致抗蚀剂添加到样本保持器111的表面；iii)使用根据本发明的液体操控装置200，在样本保持器207的期望表面区域上以具有期望的厚度的均匀层分布所述光致抗蚀剂；iv)利用调制光源通过成像光学器件(未示出)照射样本保持器207的表面；v)类似于步骤i)和ii)，将显影剂，即移除光致抗蚀剂的被照射部分或光致抗蚀剂的未被照射部分的液体，添加并分布到表面上；vi)冲洗并移除被显影部分(在使用正性光刻胶的情况下)或未显影部分(在使用负性光刻胶的情况下)；以及最后vii)使样本保持器207的暴露表面官能化。

这个实施例的优点是可以非常仔细地控制所述活性位点的位置和大小。使用这个实施例的特征大小受到照射步骤中使用的光学器件限制，并且原则上受衍射限制。所述实施例的另一重要优点是，或多或少相同的装置可以同时用于样本固定化(官能化)的制备和样本的分析。

在图2中，样本设置在指定的样本体积210中，这些样本体积可以具有由光致抗蚀剂的壁分离的井的形状。指定的样本体积适于覆盖有反应液体，该反应液体适于与可能固定在指定的样本体积210中的样本反应。

图2还示出了类似于图1中示出的液体操控装置的液体操控装置200。在图2中，液体接触部分205被示出为刀片。刀片优选地设置有导电层。

导电层211作为电极起作用，并且在旋转期间可经由滑环216连接到静止电压源218。由于液体操控装置200还包括与所述液体层207接触或接近所述液体层的导电层，所以液体操控装置200还作为电极起作用，该电极可以经由电线220连接到相对于样本保持器的所述导电层的电势。这种布置使得可以在样本层上保持电场、或者使电流流过样本层、或者测量所述导电纤维与导电层之间的电容。

所施加的电场或电容的度量可以用于许多不同的目的，例如控制装置到样本保持器207的距离、从所述样本保持器207的表面拉动带电液体、以及样本中的偶极子或分子的取向。

在许多测定中，化学物质涉及比如离子、偶极子等带电粒子。因此，液体操控装置200可以用于在样本层上生成电势(电场)的梯度，或者允许电荷流流到样本层或从样本层流出。

图3示出了与图2类似的布置，不同之处在于液体接触部分305是刷而不是刀片。刷的刷毛中的至少一些可以包括导电纤维。导电纤维可以是比如石墨纤维等碳纤维。以相同的两位数字结尾，剩余的附图标记为开头指代图2中示出的对应的结构。

图4披露了根据一些实施例的发明构思的示意性图示。在这个示意性图示中，旋转的样本保持器411具有围绕样本保持器411的圆周延伸的样本层407。照射装置422和检测装置424设置为使得可以研究设置在样本保持器411的表面上的样本层中的样本。进一步示出了成像光学器件426。成像光学器件可以包括分束器、反射镜、微透镜阵列、管状透镜、分色镜等。优选地，照射装置和检测装置平行定位，但是也可以设想到其他非平行位置。

提供了比如图1至图3和图7至图10中示出的液体操控装置100、200、300、700、800、900、1000等几个液体操控装置400。在优选实施例中，液体操控装置400a-f能够向样本层407添加液体、操纵存在于样本层407上的液体和/或从样本层移除液体。每个液体操控装置400a-f连接到一个液体容器428a-f，液体容器适于容纳要供应在样本层上的液体、或者接纳通过液体移除装置从液体层407移除的液体。

从液体容器428a-f供应的液体可以是比如试剂、缓冲溶液和/或清洁溶液等组合物。每个液体容器可以包括与其他容器不同的液体或不同浓度的液体。通过设置各自与液体操控装置液体连接的几个不同的容器，可以省去在添加不同液体之前漂洗、冲洗和/或清洗液体操控装置的步骤。相反，新的液体可以从不同的液体操控装置添加。这进一步减少了测定的循环时间。

为了向液体容器428a-f输送液体和/或从这些液体容器输送液体，液体操控装置优选地包括至少一个泵和/或比如可电控阀(未示出)等可控阀。因此，可以提供关于被提供给液体层40的液体量的较高精度。

液体操控装置400a-f中的至少一个是适于向液体层提供试剂的试剂分配装置。

液体操控装置400a-f中的至少一个是适于操控液体层的液体接触装置。

液体操控装置400a-f中的至少一个是适于向液体层407添加液体的液体分配装置。

液体操控装置400a-f中的至少一个是适于从液体层407中移除液体的液体移除装置。

图5示出了特定样本体积中的反应介质(即覆盖样本的液体层)的厚度如何随着不同时刻增加和减少的示意图。最初，在实例A之前，液体层具有高浓度的过量反应物。在点A处，液体通过液体接触装置或液体移除装置从特定样本中部分移位或部分移除，这意味着样本体积中的反应物的数量减少，因为反应物被移除或移位到样本上的其他位置。在点B，通过液体分配装置将具有零浓度的液体添加到液体层，并且剩余反应物开始扩散到所添加的液体中。一段时间(如果步骤A后剩余的液体的厚度在几微米的量级，则其可能在10毫秒的量级)后，剩余反应物的较大部分已经扩散到现在更厚的液体层的主体中。在点C处，液体再次被液体接触装置部分移位或者被液体移除装置从特定样本体积中部分移除，并且存在于特定样本体积中的反应物的数量现在已经显著减少。此后可以重复步骤B和步骤C，直到剩余反应物的浓度足够低。在步骤D，通过试剂分配装置添加具有不同反应物的液体，以实现测定中的下一反应。

图6示意性地示出了测定循环中的各个步骤。最初，即在步骤A)之前，液体层实际上具有零浓度的反应物。在步骤A)中，适于添加液体的液体操控装置液体将具有期望的pH值和温度、包含期望的组合物和浓度的反应物的液体分配到液体层。在可选的步骤B)中，液体层经受液体操控装置，该液体操控装置分配(涂抹)在步骤A)中添加的液体。所述步骤B)旨在确保每个样本体积获得相同的浓度和相同的液体层厚度。如果样本体积中存在正确的目标分子或分析物，则所述反应物与分析物(目标分子)之间的反应可以在样本体积中发生，如图中由F)所表示的那样。接下来的步骤C)的目的是将过量反应物(在d)处不参与任何反应但仍存在于样本体积中的反应物)的浓度降低到足够低的水平。步骤C)通过使用适于从样本层部分移位或部分移除一部分液体的液体操控装置来完成。在步骤D)，液体操控装置分配接近零浓度的反应物的液体。通过重复步骤C)和D)并以步骤C)结束，将浓度逐渐降低至所期望的水平。同样，步骤B)可以用于使液体层的表面均匀，从光学角度来看，这在随后的步骤E)中是有利的。在所述步骤E)中，照射样本体积，并且检测由于所述照射而从样本体积发出的光。例如，如果反应物与分析物之间已经发生了反应，并且附接到反应物的荧光基团因此仍然存在于样本体积中，则可能发生来自样本体积的光发射。这就完成了已经检测到或没有检测到反应的循环。

图7示意性地描绘了液体操控装置700a-c的不同示例。在这个示例中，液体操控装置700a-c相对于旋转的样本保持器711是静止的。样本保持器上的液体层707与样本保持器711共同旋转，并且因此当经过液体操控装置700a-c时具有所述样本保持器711的周边速度的速度。所有液体操控装置700a-c配备有平移平台713a-c和旋转平台715a-c，以使所述液体操控装置能够精确定位在所述液体层707附近或与其接触。这种平移平台713a-c和旋转平台150a-c可以包括致动器、齿轮等。平移和/或旋转平台713a-c、715a-c优选地由适于控制液体操控装置的位置的控制单元(未示出)控制。旋转平台用于控制所述液体操控装置与液体层相互作用的攻角。控制单元可以与传感器或测量设备通信，用于精确地提供关于旋转和/或平移平台的各种参数的反馈，例如与液体操控装置的位置、液体接触部分与液体层之间的角度、或者由液体操控装置施加在液体层上的压力有关的反馈。

图中左侧描绘的是液体操控装置700a，该液体操控装置适于从液体层中移除一部分液体S。液体操控装置包括液体接触部分705a(本文中被示出为具有尖锐的脱落边缘的柔性刀片)，该液体接触部分在被浸没到液体层707中时，由于液体层中的液体和液体接触部分705a的相对运动，将液体分离为脱落部分S和剩余部分R，该脱落部分被远离液体层改向，该剩余部分停留在旋转的样本保持器711上。改向的液体被捕获在与液体通道701a液体连通的入口703a或孔口中。

在图的中心描绘了液体操控装置700b，该液体操控装置适于将一部分液体分配(添加)到样本保持器的液体层707。液体经由液体通道701b给送到出口704b。优选地，调节液体的流动，使得当液体离开出口时，液体在周边方向上的速度向量与旋转的样本保持器的周边速度一致。这样，所添加的液体停留在样本保持器圆周上的其被分配在的位置。所分配的液体量可以由比如可控阀等液体控制装置确定。

在图的右侧描绘了液体操控装置700c，该液体操控装置适于将液体从样本保持器上的一个位置移位或分配到另一位置。液体操控装置包括液体接触部分705c，该液体接触部分在液体层707上滑动，同时在液体接触部分705c前方形成液滴。在这个示例中，液体接触部分包括带有刷毛706c的刷705c。刷与液体通道701c液体接触。液体通道的目的是通过刷毛706c的毛细作用，能够向刷给送零浓度的反应物的液体，使得只有刷的正好外端从液体层吸收液体。这样，只有刷的外端头被反应物污染，并且因此可以在使用之间被快速漂洗。

图8更详细地示出了适于从液体层中移除一部分液体的液体操控装置。具有带边缘806的弯曲刀片的液体接触部分805被浸没到液体层807中，并且液体层807中的液体和液体接触部分的相对运动将液体分离为脱落部分S和剩余部分R，该脱落部分被刀片远离液体层改向，该剩余部分停留在旋转的样本保持器上。液体接触部分805的功能类似于车床中的切割工具的功能。液体接触部分805的形状被选择为使得脱落的液体S以最小的中断被引导到与液体通道801流体连通的孔口或入口803。这就像在传统的切割刀具中选择前角的方式。面朝旋转的样本保持器811的液体接触部分805的侧面的形状被选择为具有圆形形状，以避免剩在所述样本保持器上的液体的突然压力变化。这是为了在留在样本保持器上的液体中避免出现气穴。否则气蚀可能损坏样本。通过在液体通道801中形成负压，例如借助于连接到液体通道的泵，被捕获在孔口中的脱落的液体S可以进一步被输送到容器中，用于随后的回收或处置。该图还概括了设置有金属层814的样本保持器811a。在所述金属层之上，样本体积810已经由光致抗蚀剂的图案限定，并且形成的凹槽中的样本已经通过金属层的裸露部分的表面的先前官能化而固定在所述凹槽中。

同样在这个示例中，液体操控装置包括比如如上所述的平移装置813和旋转装置815。

图9从另一角度示意性地描绘了适于移除液体的液体操控装置900。液体接触部分905具有边缘906，该边缘在与旋转的样本保持器的旋转轴线的方向大致一致的方向上具有一定宽度。这样，液体可以从样本保持器的整个区段被部分移除。这个宽度可以小到十分之几微米，但也可以是厘米的量级。液体接触部分905从旋转的样本保持器面向外的侧面的形状被设计成将脱落的液体引导朝向连接到液体通道901的入口904。

图10示意性地示出了根据本发明的实施例的装置1000的示意图。在示意图中，液体层1007设置在样本保持器1011上。在与液体层的液体接触中，提供了液体接触部分1005，该液体接触部分在本文中被描绘为板状元件。

板状元件的第一部分，即近侧部分1005a设置有与液体通道1001a液体连接的液体入口1004。液体入口优选地设置有负压，使得来自液体层1007的液体可以从液体层1007被引导到液体入口，使得液体可以从液体层1007被移除。负压可以由连接到液体通道1001a的泵(未示出)提供。在所描绘的实施例中，液体入口1004和液体通道1001a形成能够从液体层移除液体的流体移除装置1013的一部分。

在板状元件1005的第二远端1005b上，提供了与液体通道1001b液体连接的液体出口1003。液体出口被配置为将液体分配到旋转的样本保持器，使得可以增加液体量和/或液体层1007的厚度。液体出口1003可以设置有至少一个阀，该至少一个阀配置为控制被分配到液体层的液体量。

板状元件1005附接到支撑结构1025，该支撑结构包括充当力控制元件的柔性部分1022，该柔性部分在本文中被描绘为呈可移动地附接在壳体1022b中的两个活塞1022a的形式。力控制元件被配置为分别在施加和释放力时收缩和缩回。同样可想到的是，柔性部分1022可以包括至少一个弹簧。结构1025经由柔性部分1022附接到装置的壳体。为了不使附图复杂化，没有示出这种连接，但是可以通过本领域技术人员已知的方式来实现。当来自液体层1007的力施加在板状元件上时，取决于该力，柔性部分将收缩预定量，使得板状元件1005从样本保持器1011的表面被移动一定距离。在柔性部分包括弹簧的示例中，弹簧力将决定在来自液体层1007的给定的施加的力下弹簧将压缩多少。由流体层施加的力取决于样本保持器1011的旋转速度和存在于液体层1007中的液体量。柔性部分1022以及液体通道与支撑结构之间的连接可以由护套1030a-d保护。

柔性部分1022的设置允许形成液体层的自动调节的厚度。例如，如果第一样本保持器1111被具有更大直径的第二样本保持器替换，例如为了替换样本，则柔性部分1022允许形成与利用第一样本保持器形成的同样厚的液体层1007。

在操作期间，当样本保持器1011旋转时，所述板状元件1005在平坦表面抵靠液体层的情况下抵靠液体层滑动。液体接触部分1005应该优选地被定位为使得由圆柱表面与所述板状元件的基本平坦的表面之间的最近距离限定的汇合线L相比于到所述板状元件的边缘更靠近所述板状元件的中心。通过将所述液体入口1004置于液体层1007被液体接触部分1005压缩的地方，即在液体层经过所述汇合线L之前，由所述液体接触部分与圆柱形样本保持器之间的相对运动形成的剪切力所引起的正压力梯度将推动液体进入入口1004，并且液体因此可以从液体层1007中移除，并且液体层1007的厚度减小。同时，如果出口1003被置于汇合线之后，液体可以通过所述入口以类似文丘里喷射泵的方式添加。通过控制分别连接到入口和出口的液体通道的流量，可以调节液体层的厚度。所述板状元件的尺寸将根据应用而变化，但是所述元件的接触部分的宽度，即与液体层物理接触的元件的宽度，优选地比成像系统的视场(FOV)更宽。长度至少应足够长，以便在汇合线的两侧上给至少一个孔口留出空间。为了沿着样本保持器1011的旋转轴线将液体接触部分1005移动到不同位置，支撑结构1025可以包括用于实现所述液体操控装置的相对平移的装置。通过在与由样本保持器1011的旋转轴线所限定的方向基本垂直的方向上平移液体接触部分1005，入口1004可以移动不与液体层1007接触或与该液体层接触。当入口没有接触液体层时，液体接触部分可以用于液体分布，即用于重新分布和/或改变液体层的厚度，而不从液体层中移除液体。液体接触部分1005与支撑结构1025的柔性连接可以提供液体层的厚度的自调节。可以经由液体出口1003供应适于补偿液体层的液体的损失(例如通过蒸发)的液体流。所添加的液体将被液体接触部分分布，使得所得到的厚度平衡由柔性连接件施加的力。

如本图所示的，板状元件1005可以包括被布置为面向液体层的第一表面、与第一表面相反的第二表面以及设置在第一表面处的孔口。在本示例中，孔口由出口1003和入口1004表示。进一步，可以在第一表面与第二表面之间设置通路，从而允许在比如第一液体通道1001a或第二液体通道1001b等液体通道与孔口之间形成流体连通。

出口1003和液体通道1001b包含在液体分配装置1015中，该液体分配装置能够将液体添加到样本保持器1011的表面。液体出口1003经由穿过板状元件的通路连接到液体通道1001b，使得液体出口1003能够从通道接纳液体并将液体添加到液体层的表面。液体出口1003也可以适于作为喷嘴起作用，使得液体可以被喷射到样本保持器的表面上。优选地，液体分配装置1015包括至少一个阀，该至少一个阀适于控制被提供给样本保持器1007的液体量。

液体可以通过液体出口1003分配到旋转表面，其流动向量相对于所述表面的切线成较小的角度指向。液体在离开液体出口1003时的速度被适当地选择为使得该速度与旋转的样本保持器1011的所述表面的周边速度一致。这样，沉积在旋转表面上的液体停留在其所沉积在的位置。一旦液体被添加到样本保持器中，液体通常分布不均匀，并且需要被重新分布或涂抹以覆盖样本层的每个期望位置。所述液体操控装置的液体接触部分1005可以用于重新分布和/或改变液体层的厚度、以及控制样本层的哪些区域被覆盖上液体。

图11示出了根据本发明的实施例的装置1100的示意图。在示意图中，液体层1107设置在圆柱形样本保持器1111上，该圆柱形样本保持器围绕其纵向轴线可旋转地布置在装置中。在与液体层的液体接触中，提供了液体接触部分，该液体接触部分在本文中被描绘为板状元件1105。板状元件1105柔性地组装在设备壳体中。实现了柔性组件，其中板状元件1105附接到柔性部分1122，该柔性部分又附接到设备壳体。柔性部分1122例如可以是弹簧。

该装置进一步设置有液体分配装置1115，该液体分配装置能够将液体添加到样本保持器1111的表面。液体分配装置也可以用于向液体层提供试剂，在这种情况下，液体分配装置兼作试剂分配装置。

液体分配装置1115被布置为将液体添加到样本保持器1111的表面。优选地，液体分配装置1115包括至少一个阀，该至少一个阀适于控制被提供给样本保持器1111的液体1140的量。液体可以通过液体分配装置1115分配到旋转表面，其流动向量相对于所述表面的切线成较小的角度指向。适当选择液体离开液体分配装置1115时的速度，使得其与旋转的样本保持器1111的所述表面的周边速度一致。以这样的方式，沉积在旋转表面上的液体停留在其所沉积在的位置。一旦液体被添加到样本保持器中，液体通常分布不均匀，并且需要被重新分布或涂抹以覆盖样本层的每个期望位置。所述液体操控装置的板状元件1105可以用于重新分布和/或改变液体层的厚度、以及控制样本层的哪些区域被覆盖上液体。板状元件1105还可以被布置为使得从液体分配装置1115分配的不粘附到样本保持器而是弹开的液体液滴被往回重新引导向样本保持器。

当来自液体层1107的力施加到板状元件时，柔性部分将收缩，收缩量取决于液体层的厚度和样本保持器的旋转，使得板状元件1105从样本保持器1111的表面被移动一定距离。在柔性部分包括弹簧的示例中，弹簧力将决定在来自液体层1107的给定的施加的力下弹簧将压缩多少。由液体层施加的力取决于样本保持器1111的旋转速度和存在于液体层1107中的液体量。优选地，与作用在板状元件1105上的毛细力相比，弹簧力较小，使得液体层1107的厚度主要由表面张力与润滑压力之间的平衡决定，而弹簧力主要用于确保液体层1107与板状元件1105之间存在接触。

柔性部分1122的设置允许形成液体层的自动调节的厚度。例如，如果第一样本保持器1111被具有更大直径的第二样本保持器替换，例如为了替换样本，则柔性部分1122允许形成与利用第一样本保持器形成的同样厚的液体层1107。利用固定组装的液体接触部分获得同样厚的液体层将对关于样本保持器的制造公差提出极端的要求，尤其是当液体层的期望厚度在几μm的范围内时更是如此。

装置1100可以进一步设置有液体移除装置，如关于图1至图10中的任一个所描述那样。

虽然已经参考各种示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物来替换其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的传授内容。因此，意图是，本发明不限于作为实施本发明的最佳方式所披露的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

另外，所披露实施例的变化是技术人员在实践所要求保护的发明时通过学习附图、披露内容、以及所附权利要求可以理解并完成的。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述特定措施这一仅有事实并不表明这些措施的组合不能被有利地使用。

Claims (17)

1.一种用于对样本进行测定和/或进行样本的处理的装置，所述装置包括：

圆柱形样本保持器，该圆柱形样本保持器用于将样本保持在该圆柱形样本保持器的侧表面处，其中，所述圆柱形样本保持器被可旋转地布置；其中，所述圆柱形样本保持器被配置为至少部分地被液体层覆盖；

液体分配装置，该液体分配装置被配置为将液体添加到该液体层；

试剂分配装置，该试剂分配装置被配置为将试剂添加到该液体层；

液体接触装置，该液体接触装置被配置为将液体分布在所述液体层内，其中，所述液体接触装置包括相对于该圆柱形样本保持器柔性地组装的板状元件。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，该液体接触装置进一步包括柔性部分，该柔性部分被布置用于将板状元件朝向该圆柱形样本保持器推动。

3.根据权利要求2或3所述的装置，其中，所述板状元件包括至少一个孔口，该至少一个孔口被配置为进行以下中的至少一个：

将液体分配到该液体层；以及

从该液体层中移除液体；并且其中，

该至少一个孔口与液体通道流体连通，该液体通道被配置为进行以下中的至少一个：

将流体输送到该孔口，以及

从该孔口输送流体。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述板状元件包括：

第一表面，该第一表面被配置为面向该液体层；

第二表面，该第二表面与该第一表面相反；以及

通路，该通路在该第一表面与该第二表面之间延伸；

其中，所述至少一个孔口布置在该第一表面处；以及

其中，该通路被布置为提供该孔口与该液体通道之间的流体连通。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，该装置进一步包括混合工具，该混合工具被布置为在所述液体层中引起混合。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，该混合工具包括以下中的至少一个：

刷；

包括至少一个脊部的板状元件；

包括至少一个柱的板状元件。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，进一步包括：

照射装置，该照射装置用于照射所述样本；

物镜，该物镜用于收集从该样本发射或散射的光子；以及

检测装置，该检测装置用于检测由该物镜收集的光子；

其中，该物镜与该样本之间的光学接触至少部分地由该液体层提供。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，进一步包括：用于测量指示所述液体层中的所述试剂的浓度的量的装置。

9.一种在用于对样本进行测定和/或进行样本的处理的装置中进行的方法，所述方法包括以下步骤：

a)将圆柱形样本保持器布置在该装置中；

b)在该圆柱形样本保持器上提供要研究的至少一个样本；

c)向该样本保持器提供第一类型的液体，

d)通过围绕纵向轴线旋转该圆柱形样本保持器，分布所述液体以在所述圆柱形样本保持器上的至少一个圆周上形成具有均匀厚度的液体层；

e)向所述液体层提供试剂；

f)允许在所述反应物与所述至少一个样本之间发生至少一个期望的反应；

g)从布置在该装置中的圆柱形样本保持器的液体层中移除液体。

10.根据权利要求9所述的方法，该方法进一步包括照射所述样本并检测从所述样本发射或散射的光子的步骤h)。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中该方法进一步包括通过向该液体层添加所述第一类型的液体来稀释该液体层中的试剂浓度的步骤g1)。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，该方法进一步包括通过从该液体层蒸发液体来增加该液体层中的试剂浓度的步骤e1)。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，该方法进一步包括在该液体层中引发混合以便使该液体层中的试剂的浓度均匀的步骤。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，该方法进一步包括将该液体层的温度调节到第一预定温度的步骤。

15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其中，步骤a)和b)之后的步骤在该样本保持器的旋转期间执行。

16.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其中，所述移除液体的步骤在该样本保持器是静止时执行。

17.根据权利要求9至16中任一项所述的方法，其中，步骤d)进一步包括通过将相对于该圆柱形样本保持器柔性地组装的板状元件布置成与该液体层液体接触来控制该液体层的厚度。