JP5969132B2 - Digital microfluidic system with swappable board - Google Patents

Digital microfluidic system with swappable board Download PDF

Info

Publication number
JP5969132B2
JP5969132B2 JP2015527813A JP2015527813A JP5969132B2 JP 5969132 B2 JP5969132 B2 JP 5969132B2 JP 2015527813 A JP2015527813 A JP 2015527813A JP 2015527813 A JP2015527813 A JP 2015527813A JP 5969132 B2 JP5969132 B2 JP 5969132B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cartridge
electrode plate
electrode array
microfluidic system
base unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015527813A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015531866A (en
Inventor
マーク・エヌ・フェイグリン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tecan Trading AG
Original Assignee
Tecan Trading AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tecan Trading AG filed Critical Tecan Trading AG
Publication of JP2015531866A publication Critical patent/JP2015531866A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5969132B2 publication Critical patent/JP5969132B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502769Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements
    • B01L3/502784Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics
    • B01L3/502792Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics for moving individual droplets on a plate, e.g. by locally altering surface tension
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/02Adapting objects or devices to another
    • B01L2200/026Fluid interfacing between devices or objects, e.g. connectors, inlet details
    • B01L2200/027Fluid interfacing between devices or objects, e.g. connectors, inlet details for microfluidic devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/04Exchange or ejection of cartridges, containers or reservoirs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/04Closures and closing means
    • B01L2300/041Connecting closures to device or container
    • B01L2300/044Connecting closures to device or container pierceable, e.g. films, membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/06Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0672Integrated piercing tool
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0887Laminated structure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/089Virtual walls for guiding liquids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/16Surface properties and coatings
    • B01L2300/161Control and use of surface tension forces, e.g. hydrophobic, hydrophilic
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0415Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic
    • B01L2400/0427Electrowetting

Description

本発明は、液滴中のサンプルを操作するための1つ以上の使い捨てカートリッジを挿入できるデジタルマイクロフルイディクスシステム又はその装置に関する。デジタルマイクロフルイディクスシステムは、基板によって支持される電極アレイと、この電極アレイの個別電極の選択を制御し、エレクトロウェッティングによって液滴を操作するための個別の電圧パルスを個別電極に供給する中央制御ユニットとを備える。従って、本発明はまた、液滴動作の分子技術を容易にする液滴アクチュエータ装置に関する。当該技術分野は、一般的に少量の液体の制御及び操作に関し、通常はマイクロスケール又はナノスケールの形式である。   The present invention relates to a digital microfluidic system or apparatus capable of inserting one or more disposable cartridges for manipulating a sample in a droplet. A digital microfluidics system controls the selection of an electrode array supported by a substrate and the individual electrodes of this electrode array and provides a central voltage supply to the individual electrodes for individual voltage pulses for manipulating droplets by electrowetting. And a control unit. Thus, the present invention also relates to a droplet actuator device that facilitates molecular technology of droplet operation. The art is generally related to the control and manipulation of small amounts of liquid, usually in microscale or nanoscale form.

本出願人(テカンシュヴァイツAG(Tecan Schweiz AG)社、スイス、ツェーハー−8708メンネドルフ、ゼーシュトラーセ103番)によるロボットワークステーションFreedom EVO(登録商標)のような自動液体操作システムは、当該技術分野においてよく知られている。この装置により、独立した器具において、又は、分析システムと自動的に連携して、自動的な液体処理が可能である。これらの自動化されたシステムは、携帯可能に設計されておらず、典型的に処理には大容量の液体(マイクロリットルからミリリットル)を要する。デジタルマイクロフルイディクスでは、所定の電圧が電極アレイの電極に印加されると、個々の液滴はアドレス(エレクトロウェッティング)される。エレクトロウェッティング方法の一般的な概要は、1998年鷲頭著の米国電気電子学会(IEEE)の産業用アプリケーションの取り扱い(Transactions on Industry Applications)の第34巻第4号、及び、2002年のポーラック(Pollack)他著のラボチップ(Lab chip)の第2巻P96−101を参照するとよい。簡単に述べると、エレクトロウェッティングは、好ましくは疎水層によって覆われている微小電極アレイを使用して液滴を移動させる方法のことである。電極アレイの電極に所定の電圧を印加することにより、アドレスされた電極上に存在する液滴の表面張力の変化が引き起こされる。これにより、アドレスされた電極上の液滴の接触角が著しく変化し、このため液滴が移動する。このようなエレクトロウェッティングの手順を行うにあたり、電極を配置するための2つの主要な方法が知られており、電極アレイを有する1つの面を使用して液滴の移動を誘導するか、又は、類似した電極が対向しており少なくとも1つの接地電極を有する第2の面を追加する。エレクトロウェッティング技術の主な利点は、例えば一滴の少量の液滴しか要しないことである。従って、液体処理を非常に短時間で実行できる。さらに、液体の移動制御は完全に電子制御下で行うことができ、結果としてサンプルは自動的に処理される。   Automatic liquid handling systems such as the robotic workstation Freedom EVO® by the present applicant (Tecan Schweiz AG, Zecher-8708 Mennedorf, Seestraße 103, Switzerland) are known in the art. well known. This device allows automatic liquid handling in a separate instrument or automatically in conjunction with the analysis system. These automated systems are not designed to be portable and typically require large volumes of liquid (microliters to milliliters) for processing. In digital microfluidics, individual droplets are addressed (electrowetting) when a predetermined voltage is applied to the electrodes of the electrode array. A general overview of electrowetting methods can be found in Vol. 34, No. 4 of the Transactions on Industry Applications of the American Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), published by Shantou in 1998, and by Paulac (2002) Pollack et al., Lab chip, Vol. 2, P96-101. Briefly, electrowetting is a method of moving droplets using a microelectrode array that is preferably covered by a hydrophobic layer. Application of a predetermined voltage to the electrodes of the electrode array causes a change in the surface tension of the droplets present on the addressed electrodes. This significantly changes the contact angle of the droplet on the addressed electrode and thus moves the droplet. In performing such an electrowetting procedure, two main methods for placing the electrodes are known, using a single surface with an electrode array to induce droplet movement, or , Adding a second surface with similar electrodes opposite and having at least one ground electrode. The main advantage of the electrowetting technique is that it requires only a small drop, for example one drop. Therefore, the liquid treatment can be executed in a very short time. Furthermore, the movement control of the liquid can be performed completely under electronic control, with the result that the sample is processed automatically.

電極アレイを有する1つの面を使用したエレクトロウェッティング(電極の単一平面配置)によって液滴を操作する装置は、米国特許第5486337号で公知である。全ての電極は、キャリア基板の表面に配置されているか、キャリア基板の下方に配置されているか、又は非湿潤面によって覆われている。電圧源は、電極に接続されている。液滴は、次の電極に電圧を印加することで移動され、従って電極に連続して電圧を印加することで電極の上方の液滴の移動を誘導する。   An apparatus for manipulating droplets by electrowetting (single planar arrangement of electrodes) using one face with an electrode array is known from US Pat. No. 5,486,337. All the electrodes are arranged on the surface of the carrier substrate, arranged below the carrier substrate or covered by a non-wetting surface. The voltage source is connected to the electrode. A droplet is moved by applying a voltage to the next electrode, and thus applying a voltage continuously to the electrode induces the movement of the droplet above the electrode.

少なくとも1つの接地電極を有する対向面を有する電極アレイを使用した液滴の移動をマイクロスケールで制御するエレクトロウェッティング装置は、米国特許第6565727号(電極の二平面配置)で公知である。この装置の各面は、複数の電極を備えてもよい。2つの対向するアレイは隙間を形成している。電極アレイの隙間の方へ向いた面は、電気的に絶縁した疎水性の層によって覆われていることが好ましい。液滴は、隙間に配置されており、隙間の反対側に配置されている複数の電極に対して複数の電場を連続して印加することによって極性を有していない充填剤内を移動する。   An electrowetting device that controls droplet movement on a microscale using an electrode array having an opposing surface with at least one ground electrode is known from US Pat. No. 6,565,727 (two-plane arrangement of electrodes). Each surface of the device may comprise a plurality of electrodes. Two opposing arrays form a gap. The surface of the electrode array facing the gap is preferably covered with an electrically insulating hydrophobic layer. The liquid droplets are arranged in the gap, and move in the filler having no polarity by continuously applying a plurality of electric fields to the plurality of electrodes arranged on the opposite side of the gap.

液滴中のサンプルを操作するポリマーフィルムの容器は、国際公開2010/069977A1から公知である。生物学的なサンプル処理システムは、大容量の処理容器と、下面の平坦なポリマーフィルムと、疎水性の上面とを備える。平坦なポリマーフィルムは、突出部によって容器の下側から距離を離して維持されている。容器がフィルム上に配置されると、この距離により少なくとも1つの隙間が画定する。液滴操作器具は、液滴の移動を誘導する少なくとも1つの電極アレイを備える。また、少なくとも1つの電極アレイを支持する基板は、液滴操作器具の制御ユニットと共に開示されている。容器とフィルムは、液滴操作器具に可逆的に取り付けられている。従って、システムにより容器のチャネルを介して少なくとも1つの穴(well)から平坦なポリマーフィルムの疎水性の上面上かつ少なくとも1つの電極アレイの上方へ少なくとも1つの液滴の移動が可能である。液滴操作器具により、エレクトロウェッティングによって平坦なポリマーフィルムの疎水性の上面上の上述の液滴を誘導して移動制御し、そこで生物学的サンプルを処理することを達成する。   A container of polymer film for manipulating the sample in the droplet is known from WO 2010/069977 A1. The biological sample processing system includes a large volume processing vessel, a flat polymer film on the lower surface, and a hydrophobic upper surface. The flat polymer film is maintained at a distance from the underside of the container by the protrusions. This distance defines at least one gap when the container is placed on the film. The droplet manipulation instrument comprises at least one electrode array that guides the movement of the droplet. Also, a substrate supporting at least one electrode array is disclosed with a control unit of a droplet manipulation instrument. The container and film are reversibly attached to the droplet manipulation instrument. Thus, the system allows movement of at least one droplet from the at least one well through the channel of the container onto the hydrophobic top surface of the flat polymer film and above the at least one electrode array. By means of a droplet manipulation instrument, the above-described droplets on the hydrophobic top surface of a flat polymer film are guided by electrowetting to control movement where biological samples are processed.

生物学的サンプルの処理については、液滴を操作するこのようなエレクトロウェッティング装置の使用は、国際公開2011/002957A2で公知である。その中では、液滴アクチュエータは、誘電体によって絶縁された制御電極(エレクトロウェッティング電極)を有する下基板と、導電性の上基板と、下基板及び上基板の疎水性被覆とを典型的に含んでいる。また、開示されているのは、液滴アクチュエータの1つ以上の要素、即ち使い捨て要素を交換する液滴アクチュエータ装置である。この国際出願により、固定された(例えばPCBの)下基板と、エレクトロウェッティング電極と、取り外し可能又は交換可能な上基板とを有する液滴アクチュエータが公知である。自蔵式のカートリッジは、例えばバファーと、試薬と、充填剤とを含む。カートリッジ内のポーチは、流体リザーバとして使用されており、流体をカートリッジの隙間に解放するために穿孔されてもよい。カートリッジは、疎水性の層に置換されている接地電極を含み、カートリッジの隙間にサンプルを導くために開口している。インターフェース材料(例えば、液体、接着剤、又はグリス)により、カートリッジを電極に接着してもよい。   For the processing of biological samples, the use of such electrowetting devices for manipulating droplets is known from WO 2011/002957 A2. Among them, a droplet actuator typically includes a lower substrate having a control electrode (electrowetting electrode) insulated by a dielectric, a conductive upper substrate, and a hydrophobic coating on the lower substrate and the upper substrate. Contains. Also disclosed is a droplet actuator device that replaces one or more elements of a droplet actuator, a disposable element. From this international application, a droplet actuator is known which has a fixed (eg PCB) lower substrate, an electrowetting electrode and a removable or replaceable upper substrate. The self-contained cartridge includes, for example, a buffer, a reagent, and a filler. The pouch in the cartridge is used as a fluid reservoir and may be perforated to release fluid into the cartridge gap. The cartridge includes a ground electrode that is replaced with a hydrophobic layer and is open to guide the sample into the gap of the cartridge. The cartridge may be adhered to the electrode by an interface material (eg, liquid, adhesive, or grease).

分子診断分析を実行するための自動化されたシステムにおけるマイクロフルイディクス処理又は分析の使い捨てカートリッジは、国際公開2006/125767A1(英語による翻訳は米国特許出願公開2009/0298059A1参照)に開示されている。カートリッジは、(チェックカードほどの大きさを有する)平坦なチャンバ装置として構成されており、システムに挿入できる。サンプルはポートを通じてカートリッジに分注できる。   A microfluidic processing or analytical disposable cartridge in an automated system for performing molecular diagnostic analysis is disclosed in WO 2006 / 125767A1 (see US Patent Application Publication No. 2009 / 0298059A1 for an English translation). The cartridge is configured as a flat chamber device (having the size of a check card) and can be inserted into the system. Samples can be dispensed into cartridges through ports.

本発明の目的は、内部の液滴サンプルを操作するための1つ以上の使い捨てカートリッジを収容するように構成されている代替的なデジタルマイクロフルイディクスシステム又はデジタルマイクロフルイディクス装置を提案することである。従って、本目的は、使い捨てカートリッジ内で液滴中のサンプルを操作するめのデジタルマイクロフルイディクスシステムが提案されることで達成される。このような使い捨てカートリッジは、下層と、上層と、下層と上層との間の隙間を備えることが好ましい。   It is an object of the present invention to propose an alternative digital microfluidic system or digital microfluidic device that is configured to contain one or more disposable cartridges for manipulating an internal droplet sample. is there. This object is therefore achieved by proposing a digital microfluidic system for manipulating a sample in a droplet in a disposable cartridge. Such a disposable cartridge preferably includes a lower layer, an upper layer, and a gap between the lower layer and the upper layer.

本発明に記載のデジタルマイクロフルイディクスシステムは、
(a)使い捨てカートリッジを載置するために構成されている少なくとも1つのカートリッジ収容部を有するベースユニットと、
(b)下基板によって支持されており、第1の平面で実質的に延び、複数の個別電極を有する少なくとも1つの電極アレイと、
(c)上記の少なくとも1つの電極アレイの個別電極の選択を制御し、エレクトロウェッティングによって上記のカートリッジ内で液滴を操作するための個別の電圧パルスをこれらの個別電極に供給する中央制御ユニットとを備える。
The digital microfluidic system according to the present invention is:
(A) a base unit having at least one cartridge housing configured to place a disposable cartridge;
(B) at least one electrode array supported by the lower substrate, extending substantially in a first plane and having a plurality of individual electrodes;
(C) A central control unit that controls the selection of the individual electrodes of the at least one electrode array and supplies the individual electrodes with individual voltage pulses for manipulating droplets in the cartridge by electrowetting. With.

本発明に記載のデジタルマイクロフルイディクスシステムは、ベースユニットの上記のカートリッジ収容部の1つに配置されている少なくとも1つの基板収容部をさらに備えることを特徴とする。各基板収容部は、電極アレイと、上記の電極アレイの個別電極に電気的に接続されている複数の電装基板接点素子とを備える交換型電極板を載置するように構成されている。各基板収容部は上記の中央制御ユニットに電気的に接続されている複数の電装ベースユニット接点素子を備え、電装ベースユニット接点素子は上記の基板収容部に配置されている交換型電極板の電装基板接点素子と係合ないし嵌合するように構成されている。   The digital microfluidics system according to the present invention further includes at least one substrate housing portion disposed in one of the cartridge housing portions of the base unit. Each substrate accommodating portion is configured to place an exchangeable electrode plate including an electrode array and a plurality of electrical substrate contact elements electrically connected to the individual electrodes of the electrode array. Each substrate housing portion includes a plurality of electrical base unit contact elements that are electrically connected to the central control unit, and the electrical base unit contact elements are electrically connected to the exchangeable electrode plate disposed in the substrate housing portion. It is configured to engage or fit with the substrate contact element.

好ましくは、少なくとも1つの基板収容部は、ベースユニットの上記カートリッジ収容部の1つの下方に配置され、デジタルマイクロフルイディクスシステムのベースユニットに挿入される交換型電極板を載置するように構成されている。本発明に記載のデジタルマイクロフルイディクスシステムの別の好ましい実施形態は、ここで同様に開示されている。   Preferably, the at least one substrate housing portion is disposed below one of the cartridge housing portions of the base unit, and is configured to mount an exchangeable electrode plate inserted into the base unit of the digital microfluidic system. ing. Another preferred embodiment of the digital microfluidic system according to the present invention is here disclosed as well.

好ましくは、デジタルマイクロフルイディクスシステムは、デジタルマイクロフルイディクスシステムのベースユニットに挿入できる1つ以上の使い捨てカートリッジを収容するように構成されている。さらに好ましくは、デジタルマイクロフルイディクスシステムは、デジタルマイクロフルイディクスシステム又はその装置を使用して液滴中のサンプルを操作する少なくとも1つの使い捨てカートリッジを備える。さらに好ましくは、カートリッジの下層と上層はカートリッジの隙間に露出した疎水面を備え、カートリッジは導電性の層を有していない。   Preferably, the digital microfluidic system is configured to contain one or more disposable cartridges that can be inserted into the base unit of the digital microfluidic system. More preferably, the digital microfluidic system comprises at least one disposable cartridge that manipulates the sample in the droplet using the digital microfluidic system or apparatus thereof. More preferably, the lower layer and the upper layer of the cartridge have a hydrophobic surface exposed in the gap between the cartridges, and the cartridge does not have a conductive layer.

好ましくは、デジタルマイクロフルイディクスシステムは、上基板を有する少なくとも1つのカバープレートを備え、少なくとも1つのカバープレートは上記のカートリッジ収容部に配置されている。少なくとも1つのカバープレートは、導電性部材をさらに備え、それは第2平面内で、少なくとも1つのカバープレートが割り当てられているカートリッジ収容部の電極アレイに対して実質的に平行に延びている。少なくとも1つのカバープレートの導電性部材は、電位源に接続されていない。好ましくは、カバープレートの導電性部材は、カートリッジに取り付けられた導電箔である。   Preferably, the digital microfluidic system includes at least one cover plate having an upper substrate, and the at least one cover plate is disposed in the cartridge housing portion. The at least one cover plate further comprises a conductive member, which extends in the second plane substantially parallel to the electrode array of the cartridge receptacle to which the at least one cover plate is assigned. The conductive member of the at least one cover plate is not connected to the potential source. Preferably, the conductive member of the cover plate is a conductive foil attached to the cartridge.

カートリッジ収容部の第1の好ましい変形例によれば、カバープレートが各カートリッジ収容部の電極アレイに対して移動可能に構成されている。第2の好ましい変形例によれば、カートリッジ収容部は、各カートリッジ収容部の電極アレイに対して実質的に平行な方向に移動可能であり、摺動して挿入される使い捨てカートリッジを収容するように構成されている。   According to the first preferred modification of the cartridge housing portion, the cover plate is configured to be movable with respect to the electrode array of each cartridge housing portion. According to a second preferred variant, the cartridge housing part is movable in a direction substantially parallel to the electrode array of each cartridge housing part so as to house a disposable cartridge which is slid and inserted. It is configured.

好ましくは、デジタルマイクロフルイディクスシステムは、下基板によって支持され、上記の電極アレイの個別電極に電気的に接続されている複数の電装基板接点素子を有する電極アレイを有する少なくとも1つの交換型電極板を備える。   Preferably, the digital microfluidic system has at least one interchangeable electrode plate having an electrode array supported by a lower substrate and having a plurality of electrical substrate contact elements electrically connected to individual electrodes of the electrode array. Is provided.

本発明の別の目的は、デジタルマイクロフルイディクスシステム又はその装置を使用して液滴中のサンプルを操作するための使い捨てカートリッジ内での異なる分析を実行するために、代替的なデジタルマイクロフルイディクスシステムを技術的に採用する手段を提案することである。この別の目的は、デジタルマイクロフルイディクスシステムの基板収容部に配置されるように構成されている少なくとも1つの交換型電極板を提案することで達成される。少なくとも1つの交換型電極板は、下基板によって支持される電極アレイと、上記の電極アレイの個別電極に電気的に接続されている複数の電装基板接点素子とを備える。少なくとも1つの交換型電極板は、デジタルマイクロフルイディクスシステムの上記の基板収容部の1つに配置されるように構成されている。電装基板接点素子は、上記のデジタルマイクロフルイディクスシステムの上記の中央制御ユニットに電気的に接続されているベースユニットの電装ベースユニット接点素子と係合ないし嵌合するように構成されている。   Another object of the present invention is to provide an alternative digital microfluidic system to perform different analyzes in a disposable cartridge for manipulating a sample in a droplet using a digital microfluidic system or apparatus thereof. It is to propose a means to technically adopt the system. This further object is achieved by proposing at least one interchangeable electrode plate that is configured to be arranged in a substrate housing of a digital microfluidic system. At least one exchangeable electrode plate includes an electrode array supported by the lower substrate and a plurality of electrical substrate contact elements electrically connected to the individual electrodes of the electrode array. At least one interchangeable electrode plate is configured to be disposed in one of the above-described substrate accommodation portions of the digital microfluidic system. The electrical board contact element is configured to be engaged with or fitted to the electrical base unit contact element of the base unit that is electrically connected to the central control unit of the digital microfluidic system.

好ましくは、電極アレイを支持している下基板は、プリント基板(PCB)として構成されており、電装基板接点素子は、1つ以上のプリント基板の端部付近に固まって配置されている。好ましくは、上記の電極アレイの個別電極は、エレクトロウェッティングによってカートリッジ内で液滴を操作するため、及び、特定の分析を実行するために配置及び構成されている。特に好ましくは、交換型電極板の少なくとも1つの電極アレイは誘電体の層によって覆われている。   Preferably, the lower substrate supporting the electrode array is configured as a printed circuit board (PCB), and the electric circuit board contact elements are arranged in the vicinity of the end of one or more printed circuit boards. Preferably, the individual electrodes of the electrode array are arranged and configured to manipulate droplets within the cartridge by electrowetting and to perform specific analyses. Particularly preferably, at least one electrode array of the exchangeable electrode plate is covered by a dielectric layer.

本発明のまた別の目的は、デジタルマイクロフルイディクスシステム又はその装置において、液滴中のサンプルを操作するための代替的な方法を提案することである。この別の目的は、疎水面に付着する液滴のサンプルを操作するための方法が提案されることで達成される。   Yet another object of the present invention is to propose an alternative method for manipulating a sample in a droplet in a digital microfluidic system or apparatus thereof. This further object is achieved by proposing a method for manipulating a sample of droplets adhering to a hydrophobic surface.

本発明に記載の第1の方法は、以下のステップを含み、
(a)本発明に記載のデジタルマイクロフルイディクスシステムを準備し、
(b)ここで記載されているカートリッジを準備し、
(c)ここで記載されている交換型電極板を準備し、
交換型電極板は、カートリッジの隙間内で特定の分析を実行するために構成されている電極アレイを備え、分析の間、疎水面に付着する液滴中のサンプルはエレクトロウェッティングによって隙間内で操作される。
The first method according to the present invention comprises the following steps:
(A) preparing a digital microfluidic system according to the present invention;
(B) Prepare the cartridge described here,
(C) preparing the exchangeable electrode plate described here,
The replaceable electrode plate includes an electrode array that is configured to perform a specific analysis within the gap of the cartridge, and during the analysis, the sample in the droplets adhering to the hydrophobic surface is within the gap by electrowetting. Operated.

本発明に記載の第2の方法は、以下のステップを含み、
(a)ここで記載のデジタルマイクロフルイディクスシステムを準備し、
(b)ここで記載されているカートリッジを準備し、
(c)本発明に記載の交換型電極板を選択し、
交換型電極板は、カートリッジの隙間内で特定の分析を実行するために構成されている電極アレイを備え、分析の間、疎水面に付着する液滴中のサンプルはエレクトロウェッティングによって隙間内で操作される。
The second method according to the present invention comprises the following steps:
(A) Prepare the digital microfluidics system described here,
(B) Prepare the cartridge described here,
(C) Select the exchangeable electrode plate according to the present invention,
The replaceable electrode plate includes an electrode array that is configured to perform a specific analysis within the gap of the cartridge, and during the analysis, the sample in the droplets adhering to the hydrophobic surface is within the gap by electrowetting. Operated.

デジタルマイクロフルイディクスシステム、交換型電極板、及び液滴のサンプル操作の方法の追加的な創作的な特徴と好ましい実施形態及び変形例は、明細書及び従属項に記載されている。   Additional inventive features and preferred embodiments and variations of the digital microfluidics system, the exchangeable electrode plate, and the method of droplet sample manipulation are described in the specification and the dependent claims.

本発明は以下の利点を含んでいる。   The present invention includes the following advantages.

●交換型電極板を提供することで、使い捨てカートリッジで実行され得る異なる分析に対して、デジタルマイクロフルイディクスシステムを非常に柔軟にさせる。なぜなら、各交換型電極板は、1つの特定の分析を実行するために特別に設計されているためである。従って、非常に単純な交換型電極板を手頃な価格で提供することで、多くの目的に役立つように電極アレイを複雑かつ高価に設計することを回避できる。 • Providing interchangeable electrode plates makes the digital microfluidics system very flexible for different analyzes that can be performed on disposable cartridges. This is because each interchangeable electrode plate is specifically designed to perform one specific analysis. Thus, by providing a very simple interchangeable electrode plate at an affordable price, it is possible to avoid designing the electrode array to be complex and expensive to serve many purposes.

●交換型電極板を有する器具は、一体化されたPCBを有する使い捨てのデジタルマイクロフルイディクスカートリッジを設計するよりも、高い柔軟性を有し、低コストである。使い捨てカートリッジ中よりもむしろ交換型PCB上に分析の特定の特徴を配置することにより、複数の分析に対して包括的なより単純なカートリッジを利用できる。(PCBの除去により)向上した単純性と、(多くの異なる分析に使用するために包括的であることによる)多くのカートリッジを製造する能力の両方によって、低コストでの製造が可能である。 -Instruments with interchangeable electrode plates are more flexible and less expensive than designing disposable digital microfluidic cartridges with integrated PCBs. By placing certain features of the analysis on a replaceable PCB rather than in a disposable cartridge, a simpler cartridge that is comprehensive for multiple analyzes can be utilized. Both improved simplicity (by removing the PCB) and the ability to manufacture many cartridges (by being comprehensive for use in many different analyzes) allow for low cost manufacturing.

●損傷したか、又は機能しなくなった交換型電極板は、特殊な道具の使用や専門家のメンテナンスを要することなく容易に交換できる。 ● Replaceable electrode plates that are damaged or no longer function can be easily replaced without the use of special tools or specialist maintenance.

●少なくとも交換型電極板を載置するための基板収容部を有するデジタルマイクロフルイディクスシステムを提供することで、同一のデジタルマイクロフルイディクスシステムを利用して、未だ実施されていない将来の分析を実行するための可能性を開いている。 ● Provide future digital analysis using the same digital microfluidics system by providing a digital microfluidics system that has at least a substrate housing for mounting the exchangeable electrode plate. Open up the possibility to do.

●誘電体層で交換型電極板の少なくとも1つの電極アレイを被覆することで、電極アレイの感光面の酸化や指紋からさらに保護する。 Covering at least one electrode array of the exchangeable electrode plate with a dielectric layer further protects the photosensitive surface of the electrode array from oxidation and fingerprints.

●使い捨てカートリッジは、作業層及びその作業層間に隙間を設けて交換型電極板ごとの所定の分析を実行するための単なる消耗品として構成されていてもよい。カートリッジの作業層により、交換型電極板及びデジタルマイクロフルイディクスシステム全体が汚染されるのを防止する。 The disposable cartridge may be configured as a mere consumable for performing a predetermined analysis for each exchangeable electrode plate by providing a gap between the working layer and the working layer. The working layer of the cartridge prevents contamination of the interchangeable electrode plate and the entire digital microfluidic system.

「交換型PCB」の概念は、多くの生化学的な分析に共通して高価な構成要素が器具に残るということである。例えば、デジタルマイクロフルイディクスシステムは以下を備える。
○(例えば分子生物学の)特定群の分析用に設計された例えば以下を備える交換型PCB
○分析容量を定義する電極のパターンを有する上層
○各電極に電力を供給するためのトレース配線を有する第2層
○特定領域に熱を加える薄いトレースを有する第3層
○特定領域の温度を測定及び制御するための熱電対が一体化された第4層
○全ての層とそれらの電気的な接点をつないでいる基板
●PCB電極のオンとオフの切り替えを制御するための高電圧電源リレーモジュールと、
●システム全体に電力を供給するための電源
●(例えば蛍光検出用の)光学モジュール
●PCB上の所定位置にカートリッジを保持するためのクランプ及び/又は真空モジュール
●PCBの下部に向かって及びPCBの下部から離れて、永久磁石を移動させる磁気アクチュエータ(永久磁石は電磁石よりも集中した強力な磁場を生成する)
●デジタル出力(即ち、磁気アクチュエータ、ヒーター、真空など)及び入力(熱電対など)を制御するためのアナログデジタル入出力モジュール
●システムに電力を供給するための電源モジュール
●以下を備えるシステムを実行するための組み込みプロセッサ
○ソフトウェアとユーザインターフェース
The concept of “exchangeable PCB” is that expensive components remain in the instrument, common to many biochemical analyses. For example, a digital microfluidics system comprises:
O Exchangeable PCBs designed for analysis of specific groups (eg in molecular biology), eg with:
○ Upper layer with electrode pattern that defines analysis capacity ○ Second layer with trace wiring to supply power to each electrode ○ Third layer with thin trace that applies heat to specific region ○ Measure temperature of specific region 4th layer with integrated thermocouple for control ○ Board that connects all layers and their electrical contacts ● High voltage power relay module for controlling on / off switching of PCB electrode When,
● Power supply for supplying power to the entire system ● Optical module (for example for fluorescence detection) ● Clamp and / or vacuum module to hold the cartridge in place on the PCB ● To the bottom of the PCB and on the PCB A magnetic actuator that moves the permanent magnet away from the bottom (the permanent magnet generates a stronger magnetic field than the electromagnet)
● Analog / digital input / output module for controlling digital output (ie, magnetic actuator, heater, vacuum, etc.) and input (thermocouple, etc.) ● Power module for supplying power to the system ● Running system with: Embedded processor ○ Software and user interface

本発明によれば、デジタルマイクロフルイディクスシステムは、費用のかかる上記の黒丸の箇条書きの項目の全てを含み、ほとんど全ての生化学的なアプリケーションのために使用できる「器具のプラットホーム」として提案されている。白丸の箇条書き項目のみを変更又は変化することによって、「異なる器具」又は「新しい器具」が完全に異なるアプリケーションを実行するために形成されてもよい。   In accordance with the present invention, a digital microfluidics system is proposed as an “instrument platform” that can be used for almost all biochemical applications, including all of the expensive bulleted bullet items listed above. ing. By changing or changing only the open bullet items, a “different instrument” or “new instrument” may be formed to run a completely different application.

この概念には2つの重要な利点がある。   This concept has two important advantages.

1.製造業者は、多くの器具のプラットホーム又はデジタルマイクロフルイディクスシステムのそれぞれ(即ち、上記の黒丸の箇条書き項目参照)を、数が多いため大幅にコストを低減して生産するのがよい。在庫としてある所定数の器具のプラットホームに対して選択された変化項目(即ち上記の白丸の箇条書き項目の選択を参照)を追加すると、多くの種類のデジタルマイクロフルイディクスシステムとなり、それぞれは特定用途専用である。選択された変化項目(即ち上記の白丸の箇条書き項目の選択を参照)を既に生産された器具のプラットホームにおいて置換すると、異なる種類の新たなデジタルマイクロフルイディクスシステムとなり、それぞれは新たな特定用途専用である。   1. Manufacturers should produce each of a number of instrument platforms or digital microfluidics systems (ie, see the bulleted item above) because of the large number of them at a significant cost reduction. Adding selected change items for a given number of instrument platforms in stock (ie see the selection of bulleted items above) creates many types of digital microfluidic systems, each with a specific application Dedicated. Replacing the selected change item (ie select the bulleted item above) on an already produced instrument platform results in a new digital microfluidic system of a different type, each dedicated to a new application It is.

2.ユーザは、(例えば、血液サンプル中の特定の分析物の測定のための器具のように)特定用途専用の単一の器具のプラットホームを購入すればよい。ユーザが異なる実験や分析を実行することを決定した場合、ユーザは各変化項目(即ち上記の白丸の箇条書き項目の選択を参照)を新たな特定用途専用の新たなデジタルマイクロフルイディクスシステムとなるものに単に置換すればよい。例えば、エリザ(ELISA)分析を実行するために、器具が免疫測定システムとなるように、PCBは交換型であってもよく、ソフトウェアを更新してもよい。   2. A user may purchase a single instrument platform dedicated to a particular application (eg, an instrument for measuring a particular analyte in a blood sample). If the user decides to perform a different experiment or analysis, the user becomes a new digital microfluidic system dedicated to each new item (ie selection of bulleted items above). Simply replace it with something. For example, to perform an ELISA analysis, the PCB may be replaceable and the software may be updated so that the instrument becomes an immunoassay system.

これらの両方の場合において、デジタルマイクロフルイディクスシステムは、PCBが交換されるときにソフトウェアが自動的に更新されるようにPCB上のチップにソフトウェアが実際に含まれるように設計されてもよい。   In both of these cases, the digital microfluidic system may be designed such that the software is actually included in the chip on the PCB so that the software is automatically updated when the PCB is replaced.

本発明によれば、デジタルマイクロフルイディクスシステムは、マルチレベルの「器具のプラットホーム」として提案されている。第1レベルでは、デジタルマイクロフルイディクスシステムのベースユニットは、エレクトロウェッティング技術を利用する全てのアプリケーションに対して同様である。従って、包括的な器具が形成され、費用はかかるが、共通のモジュールが器具のベースユニットに残り、挿入可能なPCBや挿入可能なカートリッジのような部品が交換可能であることによって高度な柔軟性がもたらされる。第2レベルでは、PCBは、製造業者又はエンドユーザによって交換できる交換可能要素である。交換されたPCBの電極アレイは、接触部でベースユニットにインターフェース接続するため、PCBの上部に配置されているカートリッジ内での液滴の移動は、正確に制御される。PCB上及びベースユニットにおける接触部は標準化されていることが好ましい。第3レベルでは、異なる試薬のセットと共に組み込まれた異なる種類のカートリッジを利用できる。同一の分析に対して、同一種類のカートリッジが使用されてもよいが、異なるサンプルが導入されてもよい。   In accordance with the present invention, a digital microfluidics system has been proposed as a multi-level “instrument platform”. At the first level, the base unit of the digital microfluidic system is similar for all applications that utilize electrowetting technology. Thus, a comprehensive instrument is formed and expensive, but with a high degree of flexibility by allowing common modules to remain in the instrument base unit and replaceable parts such as insertable PCBs and insertable cartridges. Is brought about. At the second level, the PCB is a replaceable element that can be replaced by the manufacturer or end user. Since the replaced PCB electrode array interfaces to the base unit at the contacts, the movement of the droplets within the cartridge located on the top of the PCB is precisely controlled. The contacts on the PCB and in the base unit are preferably standardized. At the third level, different types of cartridges incorporated with different sets of reagents are available. The same type of cartridge may be used for the same analysis, but different samples may be introduced.

本発明のデジタルマイクロフルイディクスシステム、交換型電極板、自蔵式の使い捨てカートリッジ、及びサンプルの操作方法の選択は、選ばれた例示的な実施形態を示す添付の概略図の助けを借りて、本発明の範囲及び要旨を狭めることなく説明されている。   The selection of the digital microfluidic system, replaceable electrode plate, self-contained disposable cartridge, and sample handling method of the present invention, with the help of the accompanying schematic diagram illustrating selected exemplary embodiments, It has been described without narrowing the scope and spirit of the invention.

中央制御ユニット及びベースユニットと、4つのカートリッジ収容部と、電極アレイをそれぞれ有する交換型電極板を収容するための4つの基板収容部とを備えるデジタルマイクロフルイディクスシステムの概観図。1 is a schematic view of a digital microfluidic system including a central control unit and a base unit, four cartridge accommodating portions, and four substrate accommodating portions for accommodating interchangeable electrode plates each having an electrode array. 電極アレイは固定された下基板に配置されており、ここで記載されている第1実施形態の使い捨てカートリッジを有する1つのカートリッジ収容部の断面図。The electrode array is arrange | positioned at the fixed lower board | substrate, and sectional drawing of one cartridge accommodating part which has the disposable cartridge of 1st Embodiment described here. 電極アレイは固定された下基板に配置されており、ここで記載されている第2実施形態の使い捨てカートリッジを有する1つのカートリッジ収容部の断面図。Sectional drawing of one cartridge accommodating part which has the disposable cartridge of 2nd Embodiment described here by which the electrode array is arrange | positioned at the fixed lower board | substrate. 中央制御ユニット及びベースユニットと、固定されたカバープレートをそれぞれ有する12個のカートリッジ収容部と、電極アレイをそれぞれ有する交換型電極板を収容する12個の基板収容部とを備えるデジタルマイクロフルイディクスシステムの概観図。A digital microfluidic system comprising a central control unit and a base unit, twelve cartridge accommodating portions each having a fixed cover plate, and twelve substrate accommodating portions accommodating interchangeable electrode plates each having an electrode array Overview view. 実質的に垂直な電極アレイとカバープレートを有する実質的に垂直なカートリッジ収容部へ挿入される上部挿入型カートリッジを示す、ここで記載されている第3実施形態の使い捨てカートリッジを有する1つのカートリッジ収容部の断面図。One cartridge housing with a disposable cartridge of the third embodiment described herein showing a top-insertable cartridge inserted into a substantially vertical cartridge housing having a substantially vertical electrode array and a cover plate Sectional drawing of a part. 図5Aに示されている切断面Bから見た上部挿入型カートリッジを示す、ここで収容されている第3実施形態の使い捨てカートリッジを有する1つのカートリッジ収容部の断面図。Sectional drawing of the one cartridge accommodating part which has the disposable cartridge of 3rd Embodiment accommodated here which shows the upper insertion type cartridge seen from the cut surface B shown by FIG. 5A. この交換型電極板の下基板はプリント基板(PCB)で構成されており、デジタルマイクロフルイディクスシステムに挿入可能な交換型電極板の概観図。The lower substrate of this interchangeable electrode plate is a printed circuit board (PCB), and is an overview of the interchangeable electrode plate that can be inserted into a digital microfluidic system. 電極アレイは、電気的に接触する第1実施形態の交換型電極板に配置されている、図2の詳細断面図。The electrode array is a detailed cross-sectional view of FIG. 2 arranged on the interchangeable electrode plate of the first embodiment in electrical contact. 電極アレイは、電気的に接触する第2実施形態の交換型電極板に配置されている、図3の詳細断面図。FIG. 4 is a detailed cross-sectional view of FIG. 3 in which the electrode array is disposed on the exchangeable electrode plate of the second embodiment in electrical contact. 全ての共通モジュールを有する標準化されたベースユニットを備え、特定の実験又は分析に適した交換可能なPCBと交換可能なカートリッジとをさらに備える包括的なマルチレベルの「器具のプラットホーム」の模式図。Schematic of a comprehensive multi-level “instrument platform” with a standardized base unit with all common modules and further comprising a replaceable PCB and a replaceable cartridge suitable for a particular experiment or analysis.

図1が示しているのは、中央制御ユニット14及びベースユニット7と、電極アレイ9をそれぞれ有する4つのカートリッジ収容部8と、カバープレート12とを備える例示的なマイクロフルイディクスシステム1の概観図である。デジタルマイクロフルイディクスシステム1は、下層3と、上層4と、そして下層3と上層4との間の隙間6を画定するスペーサー5とを備える使い捨てカートリッジ2内の液滴23中のサンプルを操作するように構成されている。従って、液滴23中のサンプルは、使い捨てカートリッジ2の隙間6内で操作される。また、本発明のこのデジタルマイクロフルイディクスシステム1は、交換型電極板41を収容するために4つの基板収容部40を備える。   FIG. 1 shows an overview of an exemplary microfluidic system 1 comprising a central control unit 14 and a base unit 7, four cartridge housings 8 each having an electrode array 9, and a cover plate 12. It is. The digital microfluidics system 1 manipulates a sample in a droplet 23 in a disposable cartridge 2 comprising a lower layer 3, an upper layer 4, and a spacer 5 that defines a gap 6 between the lower layer 3 and the upper layer 4. It is configured as follows. Accordingly, the sample in the droplet 23 is operated in the gap 6 of the disposable cartridge 2. In addition, the digital microfluidic system 1 of the present invention includes four substrate housing portions 40 for housing the exchangeable electrode plate 41.

デジタルマイクロフルイディクスシステム1は、使い捨てカートリッジ2を載置するように構成されている少なくとも1つのカートリッジ収容部8を有するベースユニット7を備える。デジタルマイクロフルイディクスシステム1は、独立型で非携帯式のユニットであってもよく、複数のオペレータは自身でカートリッジ2を持ってきて使用して作業する。従って、デジタルマイクロフルイディクスシステム1は、複数のカートリッジ収容部8と、複数の電極アレイ9とを備えてもよく、少なくとも一部の電極アレイ9は交換型電極板41に配置されているため、複数のカートリッジ2により、同時に及び/又は平行して作業できる。カートリッジ収容部8及び基板収容部40の数は、1つであってもよく、又は例えば1から100の間の任意の数であってもよい。この数は、例えば中央制御ユニット14の作業容量によって制限される。   The digital microfluidics system 1 includes a base unit 7 having at least one cartridge housing portion 8 configured to place a disposable cartridge 2 thereon. The digital microfluidics system 1 may be a stand-alone and non-portable unit, and a plurality of operators bring their own cartridges 2 to work. Therefore, the digital microfluidics system 1 may include a plurality of cartridge housing portions 8 and a plurality of electrode arrays 9, and at least a part of the electrode arrays 9 is disposed on the exchangeable electrode plate 41. A plurality of cartridges 2 can work simultaneously and / or in parallel. The number of cartridge accommodating portions 8 and substrate accommodating portions 40 may be one or any number between 1 and 100, for example. This number is limited, for example, by the working capacity of the central control unit 14.

デジタルマイクロフルイディクスシステム1を、液体操作用ワークステーション又はFreedom EVO(登録商標)のロボット型ワークステーションと一体化することが好ましいため、ピペットロボットは、液体の一部及び/又は液体を含むサンプルを、カートリッジ2へ及びカートリッジ2から移動するのに利用できる。これに代えて、デジタルマイクロフルイディクスシステム1は、少数の例えば1つの使い捨てカートリッジ2を備えるのみであり、このカートリッジ2と協働できる携帯端末として構成されてもよい。当業者は、上記の2つの両極端の中間の方法もまた本発明の要旨内で動作及び作用することを理解するだろう。   Since it is preferable to integrate the digital microfluidics system 1 with a fluid handling workstation or a Freedom EVO® robotic workstation, a pipette robot can receive a portion of the liquid and / or a sample containing the liquid. Can be used to move to and from the cartridge 2. Instead, the digital microfluidic system 1 includes only a small number of, for example, one disposable cartridge 2 and may be configured as a portable terminal that can cooperate with the cartridge 2. Those skilled in the art will appreciate that methods between the two extremes described above also operate and operate within the spirit of the invention.

本発明によれば、デジタルマイクロフルイディクスシステム1はまた、実質的に第1平面内で延びて複数の個別電極10を有する電極アレイ9を備える交換型電極板41を載置するための少なくとも1つの基板収容部40を備える。このような交換型電極板41は、ベースユニット7の上記のカートリッジ収容部8に1つずつ配置されていることが好ましい。各電極アレイ9は下基板11によって支持されていることが好ましい。留意すべきは、「電極アレイ」、「電極レイアウト」、及び「プリント基板(PCB)」の表現はここでは同義語として使用されていることである。   According to the present invention, the digital microfluidic system 1 also has at least one for mounting a replaceable electrode plate 41 comprising an electrode array 9 which extends substantially in the first plane and has a plurality of individual electrodes 10. Two substrate accommodating portions 40 are provided. Such exchangeable electrode plates 41 are preferably arranged one by one in the cartridge housing portion 8 of the base unit 7. Each electrode array 9 is preferably supported by a lower substrate 11. It should be noted that the expressions “electrode array”, “electrode layout”, and “printed circuit board (PCB)” are used synonymously herein.

また、デジタルマイクロフルイディクスシステム1は、上基板13を有する少なくとも1つのカバープレート12を備える。特にこのようなカバープレート12を設けることは好ましいが、少なくともいくつかのカバープレートは省略されてもよく、マイクロフルイディクスシステム1のベースユニットの内側位置で使い捨てカートリッジ2を保持するための代替的なカバーに置換されてもよい。従って、少なくとも1つのカバープレート12は、上記カートリッジ収容部8の1つに配置されてもよい。カバープレート12の上基板13と、電極アレイ9又はPCBを有する下基板11とによって、隙間又はカートリッジ収容部8はそれぞれ画定される。第1変形例(ベースユニット7の中央の2つのカートリッジ収容部8参照)では、カートリッジ収容部8は、各カートリッジ収容部8の電極アレイ9に対して実質的に平行な方向に移動可能で、摺動して挿入される使い捨てカートリッジ2を収容するように構成されている。このような前方又は上部からの挿入は、使い捨てカートリッジ2を部分的に挿入した後、カートリッジ2が正確に載置される位置であるカートリッジ収容部8内のその最終的な収容位置に、カートリッジ2を搬送するように自動的に引き込む補助がなされてもよい。これらのカートリッジ収容部8は、可動式のカバープレート12を備えていないことが好ましい。液滴中のサンプルに意図する操作を実行した後、使用されたカートリッジ2は自動的に引き出されて排出されてもよく、分析用端末に搬送されるか、又は廃棄されてもよい。   The digital microfluidic system 1 includes at least one cover plate 12 having an upper substrate 13. Although it is particularly preferred to provide such a cover plate 12, at least some of the cover plates may be omitted, an alternative for holding the disposable cartridge 2 at a position inside the base unit of the microfluidic system 1 It may be replaced with a cover. Accordingly, at least one cover plate 12 may be disposed in one of the cartridge housing portions 8. A gap or cartridge housing portion 8 is defined by the upper substrate 13 of the cover plate 12 and the lower substrate 11 having the electrode array 9 or PCB, respectively. In the first modification (see the two cartridge housing portions 8 in the center of the base unit 7), the cartridge housing portions 8 are movable in a direction substantially parallel to the electrode array 9 of each cartridge housing portion 8, The disposable cartridge 2 to be inserted by sliding is accommodated. Such insertion from the front or top is performed by inserting the cartridge 2 into the final accommodation position in the cartridge accommodation portion 8 where the cartridge 2 is accurately placed after the disposable cartridge 2 is partially inserted. Assistance may be made to automatically pull in to transport. These cartridge housing portions 8 preferably do not include a movable cover plate 12. After performing the intended operation on the sample in the droplet, the used cartridge 2 may be automatically withdrawn and ejected, transported to an analytical terminal, or discarded.

第2変形例(ベースユニット7の左右の2つのカートリッジ収容部8参照)では、カートリッジ収容部8は、各カートリッジ収容部8の各電極アレイ9に対して可動するように構成されているカバープレート12を備える。カバープレート12は、1つ以上のヒンジ16のまわりに、及び/又は、電極アレイ9に対して実質的に垂直な方向に、可動するように構成されていることが好ましい。   In the second modified example (see the two left and right cartridge housing portions 8 of the base unit 7), the cartridge housing portion 8 is configured to be movable with respect to each electrode array 9 of each cartridge housing portion 8. 12 is provided. The cover plate 12 is preferably configured to move about one or more hinges 16 and / or in a direction substantially perpendicular to the electrode array 9.

カートリッジ収容部8への使い捨てカートリッジ2の挿入可能性と同様に、基板収容部40への交換型電極板41の挿入可能性には、以下の代替構成が含まれる。
(a)各カートリッジ収容部8を通じて基板収容部40に交換型電極板41を垂直に降ろす。
(b)各カートリッジ収容部8の下方で基板収容部40に交換型電極板41を水平に摺動させる。
(c)各カートリッジ収容部8の下方で交換型電極板41を水平に摺動させ、基板収容部40に実質的に垂直に持ち上げる。
Similar to the possibility of inserting the disposable cartridge 2 into the cartridge accommodating portion 8, the possibility of inserting the exchangeable electrode plate 41 into the substrate accommodating portion 40 includes the following alternative configurations.
(A) The interchangeable electrode plate 41 is lowered vertically to the substrate housing portion 40 through each cartridge housing portion 8.
(B) The interchangeable electrode plate 41 is slid horizontally on the substrate housing portion 40 below each cartridge housing portion 8.
(C) The exchangeable electrode plate 41 is slid horizontally below each cartridge housing portion 8 and lifted substantially vertically to the substrate housing portion 40.

図1では、(左から数えて)2番目のカートリッジ収容部8の下方で前方へ挿入することにより摺動して挿入できる交換型電極板41が1つのみ描かれている。基板収容部40を配置できる全ての位置は破線矢印によって示されている。   In FIG. 1, only one exchangeable electrode plate 41 that can be slid and inserted by being inserted forward under the second cartridge housing portion 8 (counting from the left) is depicted. All the positions where the substrate accommodating portion 40 can be arranged are indicated by broken-line arrows.

また、デジタルマイクロフルイディクスシステム1は、上記の少なくとも1つの電極アレイ9の個別電極10の選択を制御し、これらの電極10にエレクトロウェッティングによって上記カートリッジ2内で液滴を操作するための個別の電圧パルスを供給する中央制御ユニット14を備える。図1に部分的に示されているように、全ての単一の個別電極10は中央制御ユニット14に動作的に接続されており、従って、また従来技術で公知の方法に必要な電位を生成して与える適切な電位源を備えるこの中央制御ユニット14によって独立してアドレスできる。   The digital microfluidic system 1 also controls the selection of the individual electrodes 10 of the at least one electrode array 9 described above, and the individual electrodes for manipulating droplets in the cartridge 2 by electrowetting. A central control unit 14 for supplying the following voltage pulses. As shown in part in FIG. 1, every single individual electrode 10 is operatively connected to a central control unit 14 and thus generates the potential required for methods known in the prior art. It can be addressed independently by this central control unit 14 with a suitable potential source.

少なくとも1つのカバープレート12は、第2平面で延びて少なくとも1つのカバープレートが割り当てられているカートリッジ収容部8の電極アレイ9に実質的に平行である導電性部材15を備えることが好ましい。特に、カバープレート12の導電性部材15は、接地電位源に接続されないように構成されることが好ましい。本発明の出願人は、カバープレート12の導電性部材15と、任意のある一定の(例えば接地)電位との間に接続がない場合、導電性部材15がまた、デジタルマイクロフルイディクスシステム1で操作される液滴のエレクトロウェッティングによる移動に寄与することを見いだした。従って、カバープレート12は、任意の方向に可動可能に構成されていてもよく、カバープレート12の特に好ましい可動を選択するとき、電気的な接触を考慮する必要がない。従って、カバープレート12は、ベースユニット7の各電極アレイ9に対して、直線的、円状、又は任意の運動を行うために、電極アレイ9に実質的に平行な方向にまた可動するように構成されてもよい。   The at least one cover plate 12 preferably comprises a conductive member 15 that extends in a second plane and is substantially parallel to the electrode array 9 of the cartridge housing 8 to which at least one cover plate is assigned. In particular, the conductive member 15 of the cover plate 12 is preferably configured not to be connected to a ground potential source. If the applicant of the present invention has no connection between the conductive member 15 of the cover plate 12 and any certain (eg ground) potential, the conductive member 15 is also connected to the digital microfluidic system 1. It was found that it contributes to the movement of the manipulated droplets by electrowetting. Therefore, the cover plate 12 may be configured to be movable in any direction, and it is not necessary to consider electrical contact when selecting a particularly preferable movement of the cover plate 12. Accordingly, the cover plate 12 is also movable in a direction substantially parallel to the electrode array 9 in order to perform a linear, circular, or arbitrary movement with respect to each electrode array 9 of the base unit 7. It may be configured.

図2が示すのは、ここで記載されている第1実施形態の使い捨てカートリッジ2を有する1つの例示的なカートリッジ収容部8の断面図である。カバープレート12は、ヒンジ16を介してデジタルマイクロフルイディクスシステム1のベースユニット7に機械的に接続されており、従って、カバープレート12は揺動開放し、使い捨てカートリッジ2は上部からの挿入を通じてカートリッジ収容部8に配置されてもよい(図1参照)。カバープレート12の導電性部材15は、上基板13に取り付けられている薄い金属板又は金属箔で構成されている。これに代えて、カバープレート12の導電性部材15は、上基板13上に積層されている金属層として構成されている。導電性部材15のこのような積層は、それ自体公知である化学的な又は物理的な蒸着技術によって行ってもよい。   FIG. 2 shows a cross-sectional view of one exemplary cartridge housing 8 having the disposable cartridge 2 of the first embodiment described herein. The cover plate 12 is mechanically connected to the base unit 7 of the digital microfluidic system 1 via a hinge 16, so that the cover plate 12 swings open and the disposable cartridge 2 is inserted into the cartridge through insertion from above. You may arrange | position to the accommodating part 8 (refer FIG. 1). The conductive member 15 of the cover plate 12 is made of a thin metal plate or metal foil attached to the upper substrate 13. Instead, the conductive member 15 of the cover plate 12 is configured as a metal layer stacked on the upper substrate 13. Such lamination of the conductive member 15 may be performed by a chemical or physical vapor deposition technique known per se.

カバープレート12は、ベースユニット7のカートリッジ収容部8に収容されている使い捨てカートリッジ2に対して力を付加するように構成されている。この力は、電極アレイ9の表面にできるだけ近接してカートリッジの下層3を配置するために、電極アレイ9に対して使い捨てカートリッジ2を付勢している。また、この力により、カバープレート12の穿孔機構18に対して電極アレイ9の最適な位置に使い捨てカートリッジ2を付勢している。この穿孔機構18は、カートリッジ2の隙間6内にサンプル液滴を導入するように構成されている。穿孔機構18は貫通孔19で構成されており、貫通孔19はカバープレート12を完全に貫通して続いており、穿孔ピペットの先端20によりカートリッジ2の上層4を押し通して穿孔可能である。穿孔ピペットの先端20は、携帯型ピペット(図示せず)の一部又はピペットロボット(図示せず)の一部であってもよい。   The cover plate 12 is configured to apply a force to the disposable cartridge 2 housed in the cartridge housing portion 8 of the base unit 7. This force urges the disposable cartridge 2 against the electrode array 9 to place the lower layer 3 of the cartridge as close as possible to the surface of the electrode array 9. Further, this force urges the disposable cartridge 2 to the optimum position of the electrode array 9 with respect to the punching mechanism 18 of the cover plate 12. The perforation mechanism 18 is configured to introduce a sample droplet into the gap 6 of the cartridge 2. The piercing mechanism 18 is constituted by a through hole 19, and the through hole 19 continues completely through the cover plate 12, and can be pierced by pushing the upper layer 4 of the cartridge 2 with the tip 20 of the piercing pipette. The tip 20 of the perforated pipette may be part of a portable pipette (not shown) or part of a pipette robot (not shown).

図2に示す場合では、電極アレイ9は誘電体層24によって覆われている。電極アレイ9は下基板11に固定され、全ての個別電極10は電気的に及び動作的に中央制御ユニット14に接続されている(ここでは10個の電極10のうち3つの接続のみ図示されている)。電極アレイ9は、移動不能に構成された下基板11に配置されている。デジタルマイクロフルイディクスシステム1は、隙間6を含む使い捨てカートリッジ2内の液滴23中のサンプルを操作するように構成されている。従って、液滴23中のサンプルは、使い捨てカートリッジ2の隙間6内で操作される。使い捨てカートリッジ2は、下層3と、上層4と、下層3及び上層4との間の隙間6を画定するスペーサー5とを備え、この隙間6において液滴23中のサンプルを操作する。下層3及び上層4は、カートリッジ2の隙間6に露出している疎水面17を備える。カートリッジ2の下層3及び上層4は、完全に疎水性のフィルムであるか、又はカートリッジ2の隙間6に露出した疎水性の面を少なくとも備える。図2から明らかであるように、カートリッジ2は、導電層を有していない。カートリッジ2のスペーサー5は、ここでは隙間6においてサンプル液滴に加えられる分析に必要な試薬用の区画21を含む本体の少なくとも一部として構成されている。   In the case shown in FIG. 2, the electrode array 9 is covered with a dielectric layer 24. The electrode array 9 is fixed to the lower substrate 11 and all the individual electrodes 10 are electrically and operatively connected to the central control unit 14 (here only three connections of the ten electrodes 10 are shown). ) The electrode array 9 is disposed on a lower substrate 11 that is configured to be immovable. The digital microfluidics system 1 is configured to manipulate the sample in the droplet 23 in the disposable cartridge 2 including the gap 6. Accordingly, the sample in the droplet 23 is operated in the gap 6 of the disposable cartridge 2. The disposable cartridge 2 includes a lower layer 3, an upper layer 4, and a spacer 5 that defines a gap 6 between the lower layer 3 and the upper layer 4, and the sample in the droplet 23 is manipulated in the gap 6. The lower layer 3 and the upper layer 4 include a hydrophobic surface 17 exposed in the gap 6 of the cartridge 2. The lower layer 3 and the upper layer 4 of the cartridge 2 are completely hydrophobic films, or at least have a hydrophobic surface exposed in the gap 6 of the cartridge 2. As is apparent from FIG. 2, the cartridge 2 does not have a conductive layer. The spacer 5 of the cartridge 2 is here configured as at least part of a main body including a compartment 21 for the reagents required for analysis applied to the sample droplet in the gap 6.

図3が示しているのは、ここで記載されている第2実施形態の使い捨てカートリッジ2を有する1つの例示的なカートリッジ収容部8の断面図である。上述の実施形態とは異なり、カバープレート12は、デジタルマイクロフルイディクスシステム1のベースユニット7に移動不能に固定されて機械的に接続されている。カバープレート12の導電性部材15は、上基板13に取り付けられた厚い金属板で構成されている。ここで、カバープレート12は、ベースユニット7のカートリッジ収容部8に収容されている使い捨てカートリッジ2に力を付加するように構成されていない。従って、カバープレート12は所定の位置から動かず、使い捨てカートリッジ2は前方からの挿入を通じてカートリッジ収容部8に配置されてもよい。このような前方挿入型は、通常、使い捨てカートリッジ2の電極アレイ9に対する平行方向への移動を伴う(図1参照)。使い捨てカートリッジ2の適切な引き出し及びカートリッジ収容部8への適切な配置を可能にするために、ベースユニット7は、挿入ガイド25を備えることが好ましい。これらの挿入ガイド25は、自己潤滑性のプラスチック材料製である好ましく、使い捨てカートリッジ2を摺動して挿入するのに十分であるそれらの間の隙間を残しておくことが好ましい。これに代えて、カバープレート12の導電性部材15は、金属板、金属箔、又は上基板13の部材の間に挟まれている金属層で構成される(図5A参照)。   FIG. 3 shows a cross-sectional view of one exemplary cartridge housing 8 having the disposable cartridge 2 of the second embodiment described herein. Unlike the above-described embodiment, the cover plate 12 is fixed and mechanically connected to the base unit 7 of the digital microfluidic system 1 so as not to move. The conductive member 15 of the cover plate 12 is composed of a thick metal plate attached to the upper substrate 13. Here, the cover plate 12 is not configured to apply force to the disposable cartridge 2 housed in the cartridge housing portion 8 of the base unit 7. Therefore, the cover plate 12 does not move from a predetermined position, and the disposable cartridge 2 may be disposed in the cartridge housing portion 8 through insertion from the front. Such a front insertion type usually involves movement of the disposable cartridge 2 in a direction parallel to the electrode array 9 (see FIG. 1). The base unit 7 is preferably provided with an insertion guide 25 in order to allow proper withdrawal of the disposable cartridge 2 and proper placement in the cartridge housing 8. These insertion guides 25 are preferably made of a self-lubricating plastic material and preferably leave a gap between them which is sufficient to slide the disposable cartridge 2 into place. Instead, the conductive member 15 of the cover plate 12 is composed of a metal plate, a metal foil, or a metal layer sandwiched between members of the upper substrate 13 (see FIG. 5A).

図3の使い捨てカートリッジ2は、下層3と、上層4と、下層3と上層4との間の隙間6を画定するスペーサー5とを備え、この隙間6内で液滴23中のサンプルを操作する。下層3及び上層4は、カートリッジ2の隙間6に露出している疎水面17を備える。カートリッジ2の下層3及び上層4は、完全に疎水性のフィルムであるか、又はカートリッジ2の隙間6に露出した疎水性の面を少なくとも備える。図2に示されているものとは異なり、このカートリッジ2は、下層3の一部に取り付けられているか、又は下層3の一部を形成する誘電体層24を有している。従って、下層3は、誘電体層24又はそれ自体が誘電体層からなる下層3によって覆われている。結果として、電極アレイ9は、このような誘電体層24を有する必要がない。カートリッジ2のスペーサー5は、ここでは隙間6においてサンプル液滴に加えられる分析に必要な試薬用の区画21を含む本体の少なくとも一部として構成されている。この場合、電極アレイ9は、誘電体層24によって覆われている。   The disposable cartridge 2 of FIG. 3 includes a lower layer 3, an upper layer 4, and a spacer 5 that defines a gap 6 between the lower layer 3 and the upper layer 4, and the sample in the droplet 23 is manipulated in the gap 6. . The lower layer 3 and the upper layer 4 include a hydrophobic surface 17 exposed in the gap 6 of the cartridge 2. The lower layer 3 and the upper layer 4 of the cartridge 2 are completely hydrophobic films, or at least have a hydrophobic surface exposed in the gap 6 of the cartridge 2. Unlike what is shown in FIG. 2, the cartridge 2 has a dielectric layer 24 attached to or forming part of the lower layer 3. Therefore, the lower layer 3 is covered by the dielectric layer 24 or the lower layer 3 which itself comprises a dielectric layer. As a result, the electrode array 9 need not have such a dielectric layer 24. The spacer 5 of the cartridge 2 is here configured as at least part of a main body including a compartment 21 for the reagents required for analysis applied to the sample droplet in the gap 6. In this case, the electrode array 9 is covered with the dielectric layer 24.

電極アレイ9は、下基板11に対して固定されており、個別電極10は、電気的に及び動作的に中央制御ユニット14に接続されている(ここでは10個の電極のうち、3つの接続のみが図示されている)。電極アレイ9は、移動不能に固定された下基板11に配置されている。デジタルマイクロフルイディクスシステム1は、隙間6を含む使い捨てカートリッジ2内の液滴中のサンプルを操作するように構成されている。従って、液滴23中のサンプルは、使い捨てカートリッジ2の隙間6内で操作される。   The electrode array 9 is fixed to the lower substrate 11, and the individual electrodes 10 are electrically and operatively connected to the central control unit 14 (here, three connections among the ten electrodes). Only shown). The electrode array 9 is disposed on the lower substrate 11 fixed so as not to move. The digital microfluidics system 1 is configured to manipulate a sample in a droplet in a disposable cartridge 2 that includes a gap 6. Accordingly, the sample in the droplet 23 is operated in the gap 6 of the disposable cartridge 2.

また、カバープレート12は、カートリッジ2の隙間6にサンプル液滴を導入するように構成されている穿孔機構18を備える。穿孔機構18は貫通孔19で構成され、貫通孔19はカバープレート12を完全に貫通して続いており、穿孔ピペットの先端20によりカートリッジ2の上層4を押し通して穿孔可能である。穿孔ピペットの先端20は、携帯型ピペット(図示せず)の一部又はピペットロボット(図示せず)の一部であってもよい。ここで、カバープレート12は、穿孔ピペットの先端20によりカバープレート12を貫通する貫通孔19を押し通され、カートリッジ2の上層4を穿孔し、区画21から試薬の一部を引き出してカートリッジ2の隙間6内に上記の試薬の一部を導入するように、追加的な穿孔機構22を備える。ここで区画21はスペーサー5の本体の切欠部として構成されており、切欠部は下層3及び上層4によって閉じられている。   The cover plate 12 also includes a perforation mechanism 18 configured to introduce sample droplets into the gap 6 of the cartridge 2. The piercing mechanism 18 includes a through hole 19, and the through hole 19 continues through the cover plate 12 completely, and can be pierced by pushing the upper layer 4 of the cartridge 2 with the tip 20 of the piercing pipette. The tip 20 of the perforated pipette may be part of a portable pipette (not shown) or part of a pipette robot (not shown). Here, the cover plate 12 is pushed through the through-hole 19 penetrating the cover plate 12 by the tip 20 of the perforated pipette, perforates the upper layer 4 of the cartridge 2, and draws out a part of the reagent from the compartment 21. An additional perforation mechanism 22 is provided to introduce a portion of the reagent into the gap 6. Here, the section 21 is configured as a notch portion of the main body of the spacer 5, and the notch portion is closed by the lower layer 3 and the upper layer 4.

既に説明した第1実施形態及び第2実施形態のように、使い捨てカートリッジ2は、下層3と、上層4と、下層3と上層4との間の隙間6を画定するスペーサー5とを備え、この隙間6内で液滴23中のサンプルを操作する。下層3及び上層4は、カートリッジ2の隙間6に露出した疎水面17を備える。第1の疎水面17’は下層3の内側に配置され、第2の疎水面17”は上層4の内側に配置されている。カートリッジ2の下層3及び上層4は、完全に疎水性のフィルムであるか、又はカートリッジ2の隙間6に露出した疎水性の面を少なくとも備える。図2から明らかであるように、カートリッジ2は導電層を有していない。ここでカートリッジ2のスペーサー5は、隙間6内でサンプル液滴に加えられる分析に必要な試薬用の区画21を含む本体として構成されていることを要しない。なぜなら、これらの試薬は、携帯型ピペット又はピペットロボットの従来のピペット動作によって隙間6に追加されるからである(上部参照)。   As in the first and second embodiments already described, the disposable cartridge 2 includes a lower layer 3, an upper layer 4, and a spacer 5 that defines a gap 6 between the lower layer 3 and the upper layer 4. The sample in the droplet 23 is manipulated in the gap 6. The lower layer 3 and the upper layer 4 include a hydrophobic surface 17 exposed in the gap 6 of the cartridge 2. The first hydrophobic surface 17 'is arranged inside the lower layer 3 and the second hydrophobic surface 17 "is arranged inside the upper layer 4. The lower layer 3 and the upper layer 4 of the cartridge 2 are completely hydrophobic films. Or at least a hydrophobic surface exposed in the gap 6 of the cartridge 2. As is apparent from Fig. 2, the cartridge 2 does not have a conductive layer, where the spacer 5 of the cartridge 2 is It does not need to be configured as a body containing a compartment 21 for the reagents required for analysis applied to the sample droplet within the gap 6. Because these reagents are conventional pipette movements of portable pipettes or pipette robots. This is because it is added to the gap 6 by the above (see the upper part).

既に説明した第1実施形態及び第2実施形態のように、使い捨てカートリッジ2は、下層3と、上層4と、下層3と上層4との間の隙間6を画定するスペーサー5とを備え、この隙間6内で液滴23中のサンプルを操作する。下層3及び上層4は、カートリッジ2の隙間6に露出した疎水面17を備える。第1の疎水面17’は下層3の内側に配置され、第2の疎水面17”は上層4の内側に配置されている。カートリッジ2の下層3及び上層4は、完全に疎水性のフィルムであるか、又はカートリッジ2の隙間6に露出した疎水性の面を少なくとも備える。図2から明らかであるように、カートリッジ2は導電層を有していない。ここでカートリッジ2のスペーサー5は、隙間6内でサンプル液滴に加えられる分析に必要な試薬用の区画21を含む本体として構成されていることを要しない。なぜなら、これらの試薬は、携帯型ピペット又はピペットロボットの従来のピペット動作によって隙間6に追加されるからである(上部参照)。   As in the first and second embodiments already described, the disposable cartridge 2 includes a lower layer 3, an upper layer 4, and a spacer 5 that defines a gap 6 between the lower layer 3 and the upper layer 4. The sample in the droplet 23 is manipulated in the gap 6. The lower layer 3 and the upper layer 4 include a hydrophobic surface 17 exposed in the gap 6 of the cartridge 2. The first hydrophobic surface 17 'is arranged inside the lower layer 3 and the second hydrophobic surface 17 "is arranged inside the upper layer 4. The lower layer 3 and the upper layer 4 of the cartridge 2 are completely hydrophobic films. Or at least a hydrophobic surface exposed in the gap 6 of the cartridge 2. As is apparent from Fig. 2, the cartridge 2 does not have a conductive layer, where the spacer 5 of the cartridge 2 is It does not need to be configured as a body containing a compartment 21 for the reagents required for analysis applied to the sample droplet within the gap 6. Because these reagents are conventional pipette movements of portable pipettes or pipette robots. This is because it is added to the gap 6 by the above (see the upper part).

図4が示しているのは、中央制御ユニット14及びベースユニット7と、固定されたカバープレート12をそれぞれ備える12個のカートリッジ収容部8とを備えるデジタルマイクロフルイディクスシステム1の上方からの概観図である。このベースユニット7は、第6実施形態のカートリッジ2を載置し、かつ、実質的に垂直な電極アレイ9及びカバープレート12(図5参照)を有する実質的に垂直なカートリッジ収容部8にこれらのカートリッジを挿入するのに特に適している。このような挿入は、液体ハンドリングワークステーション(図示せず)のロボット化されたグリップデバイスによって実行されることが好ましい。   FIG. 4 shows an overview from above of the digital microfluidic system 1 comprising a central control unit 14 and a base unit 7 and 12 cartridge housings 8 each comprising a fixed cover plate 12. It is. The base unit 7 mounts the cartridge 2 of the sixth embodiment, and in the substantially vertical cartridge housing portion 8 having a substantially vertical electrode array 9 and a cover plate 12 (see FIG. 5). Particularly suitable for inserting cartridges. Such insertion is preferably performed by a robotized grip device at a liquid handling workstation (not shown).

本発明によれば、このデジタルマイクロフルイディクスシステム1はまた、電極アレイ9をそれぞれ備える交換型電極板41を収容するための12個の基板収容部40を備える。図4のこの例示の実施形態では、全てのカートリッジ収容部8及び基板収容部40は組になってグループ化され、基板収容部40はカートリッジ収容部8のすぐ下方に配置されている。カートリッジ収容部8と基板収容部40のこれらの組は、ここでは3行4列に配置されている。右側の列の上側のカートリッジ収容部8は、使い捨てカートリッジ2が空であり、その使い捨てカートリッジ2はベースユニット7の右外側に示されている。さらにその中央のカートリッジ収容部8及び基板収容部40は、使い捨てカートリッジ2及び交換型電極板41が同様に空であり、またベースユニット7の右外側に示されている。   According to the present invention, the digital microfluidics system 1 also includes twelve substrate accommodating portions 40 for accommodating interchangeable electrode plates 41 each having an electrode array 9. In this exemplary embodiment of FIG. 4, all cartridge housing portions 8 and substrate housing portions 40 are grouped together and the substrate housing portion 40 is disposed immediately below the cartridge housing portion 8. These sets of the cartridge housing portion 8 and the substrate housing portion 40 are arranged in 3 rows and 4 columns here. In the upper cartridge housing portion 8 in the right column, the disposable cartridge 2 is empty, and the disposable cartridge 2 is shown on the right outside of the base unit 7. Further, the cartridge housing portion 8 and the substrate housing portion 40 in the center are shown as the disposable cartridge 2 and the exchangeable electrode plate 41 being empty as well, and on the right outer side of the base unit 7.

図5(図5A及び図5B参照)が示しているのは、ここで記載されている第6実施形態の使い捨てカートリッジ2を有するデジタルマイクロフルイディクスシステム1のベースユニット7の1つの例示的なカートリッジ収容部8の断面図である。図5Aからすぐに明らかであるように、上部挿入型カートリッジ2は、実質的に垂直な電極アレイ9及びカバープレート12を有する実質的に垂直なカートリッジ収容部8内に挿入される。使い捨てカートリッジ2は、下層3と、上層4と、下層3と上層4との間の隙間6を画定するスペーサー5とを備え、この隙間6内で液滴中のサンプルを操作する。下層3及び上層4はカートリッジ2の隙間6に露出した疎水面17’,17”を備える。カートリッジ2の下層3及び上層4は、完全に疎水性のフィルムであるか、又はカートリッジ2の隙間6に露出した疎水性の面を少なくとも備える。図2に示されているもののように、このカートリッジ2は、下層3の一部に取り付けられているか又は層3の一部を形成する誘電体層を有していない。結果として、電極アレイ9はこのような誘電体層24を有する必要がない。このカートリッジ2は、シリコンオイルで満たされていることが好ましい。   FIG. 5 (see FIGS. 5A and 5B) shows one exemplary cartridge of the base unit 7 of the digital microfluidic system 1 having the disposable cartridge 2 of the sixth embodiment described herein. FIG. 6 is a cross-sectional view of the accommodating portion 8. As is readily apparent from FIG. 5A, the top insertable cartridge 2 is inserted into a substantially vertical cartridge housing 8 having a substantially vertical electrode array 9 and a cover plate 12. The disposable cartridge 2 includes a lower layer 3, an upper layer 4, and a spacer 5 that defines a gap 6 between the lower layer 3 and the upper layer 4, and the sample in the droplet is manipulated in the gap 6. The lower layer 3 and the upper layer 4 are provided with hydrophobic surfaces 17 ′ and 17 ″ exposed in the gap 6 of the cartridge 2. The lower layer 3 and the upper layer 4 of the cartridge 2 are completely hydrophobic films or the gap 6 of the cartridge 2. 2, the cartridge 2 has a dielectric layer attached to or forming part of the lower layer 3, such as that shown in FIG. As a result, the electrode array 9 need not have such a dielectric layer 24. The cartridge 2 is preferably filled with silicone oil.

電極アレイ9は、(それ自体ベースユニット7の内側に移動不能に固定されている)下基板11に固定され、全ての個別電極10は、電気的及び動作的に中央制御ユニット14に接続されている(ここでは14個の電極10のうち、4つのみの接続が示されている)。デジタルマイクロフルイディクスシステム1は、隙間6を含む使い捨てカートリッジ2内の液滴23中のサンプルを操作するように構成されている。従って、液滴23のサンプルは、使い捨てカートリッジ2の隙間6内で操作される。   The electrode array 9 is fixed to the lower substrate 11 (which itself is immovably fixed inside the base unit 7), and all the individual electrodes 10 are electrically and operatively connected to the central control unit 14. (Only four of the 14 electrodes 10 are shown here). The digital microfluidics system 1 is configured to manipulate the sample in the droplet 23 in the disposable cartridge 2 including the gap 6. Accordingly, the sample of the droplet 23 is operated in the gap 6 of the disposable cartridge 2.

カバープレート12は、デジタルマイクロフルイディクスシステム1のベースユニット7に機械的に接続されているか、又は完全に一体化され、可動式ではない。従って、使い捨てカートリッジ2は、図5A及び図5Bのこの状況では(図4と比較して)実際には上方挿入型と呼ぶべき前方からの挿入を通じてカートリッジ収容部8に挿入できる。ここで、カバープレート12の導電性部材15は、金属性の導電性部材からなり、上基板13の部材の間で挟まれている。これに代えて、カバープレート12の導電性部材15は、上基板13の部材(図示せず)に代えて又はこれに加えてプラスチック層で覆われてもよい。   The cover plate 12 is mechanically connected to the base unit 7 of the digital microfluidic system 1 or is completely integrated and not movable. Accordingly, the disposable cartridge 2 can be inserted into the cartridge housing 8 through the insertion from the front, which should be called the upper insertion type in practice in this situation of FIGS. 5A and 5B (compared to FIG. 4). Here, the conductive member 15 of the cover plate 12 is made of a metallic conductive member and is sandwiched between members of the upper substrate 13. Alternatively, the conductive member 15 of the cover plate 12 may be covered with a plastic layer instead of or in addition to a member (not shown) of the upper substrate 13.

また、スペーサー5は、カートリッジ2の隙間6内へサンプル液滴を導入するように構成されている穿孔機構18を含んでいる。穿孔機構18は、スペーサー5の拡大された部分として構成されている。この拡大されたスペーサー部分は、穿孔ピペットの先端20を押し通すことのできる穿孔可能な自己シール膜31を備えることが好ましい。穿孔ピペットの先端20は、携帯型ピペット(図示せず)の一部又はピペットロボット(図示せず)の一部であってもよい。自動化されたカートリッジ2の隙間6への液体の搬送又は隙間6から液体の引き出しは、カートリッジ2のこの拡大されたスペーサー部分によって設けられた相対的に大きな穿孔領域によって簡単化されている。約1から3mmの隙間幅を想定すると、この穿孔領域の幅は約5から10mmであることが好ましい。従って、それはおよそ96穴型のマイクロプレートのサイズであり、液体ハンドリングシステム又は液体ハンドリングワークステーションの自動化されたピペッターが容易に到達できる。区画21(図5Bを合わせて参照)の空間を設けると同時に、カートリッジ2の拡大されたスペーサー部分はまた、自動化されたロボットグリッパー(図示せず)によって把持されるための把持面を備える。このロボットグリッパーは、デジタルマイクロフルイディクスシステム1のカートリッジの外側をハンドリングし、カートリッジ収容部8からカートリッジ2の出し入れに利用されることが好ましい。さらに、カートリッジ2の拡大されたスペーサー部分は、カートリッジ2がカートリッジ収容部8に正確に収容されるときにベースユニット7の面に当接する当接面を備える。   The spacer 5 also includes a piercing mechanism 18 configured to introduce sample droplets into the gap 6 of the cartridge 2. The drilling mechanism 18 is configured as an enlarged part of the spacer 5. This enlarged spacer portion preferably comprises a pierceable self-sealing membrane 31 that can be pushed through the tip 20 of the piercing pipette. The tip 20 of the perforated pipette may be part of a portable pipette (not shown) or part of a pipette robot (not shown). Automated transport of liquid into or out of the gap 6 of the cartridge 2 is simplified by the relatively large perforated area provided by this enlarged spacer portion of the cartridge 2. Assuming a gap width of about 1 to 3 mm, the width of this perforated region is preferably about 5 to 10 mm. Thus, it is approximately the size of a 96-well microplate and can easily be reached by an automated pipettor of a liquid handling system or liquid handling workstation. While providing space for the compartment 21 (see also FIG. 5B), the enlarged spacer portion of the cartridge 2 also includes a gripping surface for gripping by an automated robot gripper (not shown). This robot gripper preferably handles the outside of the cartridge of the digital microfluidics system 1 and is used for loading and unloading the cartridge 2 from the cartridge housing portion 8. Further, the enlarged spacer portion of the cartridge 2 includes a contact surface that contacts the surface of the base unit 7 when the cartridge 2 is correctly stored in the cartridge storage portion 8.

各カートリッジ収容部8内へ及び各カートリッジ収容部8内から使い捨てカートリッジ2を出し入れするのと同様に、交換型電極板41は、各基板収容部40へ及び各基板収容部40から出し入れされてもよい。さらに注目すべき重要なことは、図示の及び先に説明した空間的な方向性と同様に又はこれから離れて、これらの収容部8,40は、そのカートリッジ収容部8に挿入される使い捨てカートリッジ2がその下層3で各交換型電極板41の表面(即ち、電極アレイ9の表面又は各交換型電極板41の電極アレイ9の誘電体層24の表面)と動作的に接触するほどにカートリッジ収容部8と基板収容部40が互いに近接配置されている限り、任意の空間的な方向性に適応できる。   Similarly to the case where the disposable cartridge 2 is taken in and out of each cartridge housing portion 8 and from each cartridge housing portion 8, the exchangeable electrode plate 41 can be inserted into and removed from each substrate housing portion 40. Good. It is further important to note that these receptacles 8, 40 are similar to or away from the spatial orientation shown and described above, and these receptacles 8, 40 are disposable cartridges 2 inserted into the cartridge receptacle 8. In the lower layer 3 so that it is in operative contact with the surface of each exchangeable electrode plate 41 (that is, the surface of the electrode array 9 or the surface of the dielectric layer 24 of the electrode array 9 of each exchangeable electrode plate 41). As long as the part 8 and the substrate housing part 40 are arranged close to each other, any spatial orientation can be applied.

電極アレイ9は、液滴23が区画21からプリント基板(PCB)又は電極アレイ9上の個別の位置まで移動できるようにベースユニット7の面に対して最前位置まで延びていることが好ましい。また、特に反応生成物がデジタルマイクロフルイディクスシステム1外で及びカートリッジ2の外でもまた分析される場合、液滴23を電極アレイ9の反応位置から区画21へ反対方向に移動することは非常に好ましい。   The electrode array 9 preferably extends to the foremost position relative to the surface of the base unit 7 so that the droplets 23 can move from the compartment 21 to individual positions on the printed circuit board (PCB) or electrode array 9. Also, moving the droplets 23 from the reaction position of the electrode array 9 to the compartment 21 in the opposite direction is very much, especially when the reaction products are analyzed outside the digital microfluidic system 1 and also outside the cartridge 2. preferable.

図5Bが示しているのは、図5Aに示されている切断面Bから見た図5Aの上部挿入型カートリッジ2である。断面は、隙間6を通り、自蔵式の使い捨てカートリッジ2の下層3と上層4との間を通っている。また、断面は、そのU字型部分が下層3と上層4との間に配置されたスペーサー5を切断し、拡大されたスペーサー部分が、U字型部分と下層3及び上層4の周囲に設けられている。好ましくは、スペーサー5のU字型部分は、プラスチック材料からなり、下層3及び上層4に接着又は融合されている。好ましくは、拡大されたスペーサー部分はまた、射出成形によって設けられている。これにより、一方では穿孔可能な膜31の下方に区画21を形成でき、他方では穿孔可能な膜31を安定化する分離棒32を設けることができる。好ましくは、このような安定性は、分離棒32及び穿孔可能な膜31に対して拡大されたスペーサー部分の後方射出成形によって提供される。好ましくは、拡大されたスペーサー部分は、下層3及び上層4を有するスペーサー5のU字型部分の一部である。   FIG. 5B shows the upper insertion type cartridge 2 of FIG. 5A viewed from the cut surface B shown in FIG. 5A. The cross section passes through the gap 6 and passes between the lower layer 3 and the upper layer 4 of the self-contained disposable cartridge 2. In addition, the U-shaped portion cuts the spacer 5 disposed between the lower layer 3 and the upper layer 4, and the enlarged spacer portion is provided around the U-shaped portion, the lower layer 3 and the upper layer 4 in the cross section. It has been. Preferably, the U-shaped portion of the spacer 5 is made of a plastic material and is bonded or fused to the lower layer 3 and the upper layer 4. Preferably, the enlarged spacer portion is also provided by injection molding. Thereby, on the one hand, the compartment 21 can be formed below the pierceable membrane 31 and on the other hand a separating rod 32 can be provided which stabilizes the pierceable membrane 31. Preferably, such stability is provided by rear injection molding of the spacer portion enlarged relative to the separating bar 32 and the pierceable membrane 31. Preferably, the enlarged spacer portion is part of the U-shaped portion of the spacer 5 having the lower layer 3 and the upper layer 4.

既に指摘したように、スペーサー5はまた、スペーサー5の拡大された部分で構成されている穿孔機構18を含むことが好ましい。好ましくは、この拡大されたスペーサー部分は、穿孔ピペットの先端20を押し通すことができる穿孔可能な自己シール膜31を備える。穿孔ピペットの先端20は、携帯型ピペット(図示せず)の一部であるか、又はピペットロボット(図示せず)の一部であってもよい。ここでスペーサー2は、穿孔ピペットの先端20を自己シール膜31に対して押し通して、カートリッジ2の隙間6から例えばシリコンオイルを引き出すための追加的な穿孔機構22を備える。図5Bのカートリッジ2では、液滴23(例えばサンプル)が穿孔機構18で穿孔ピペットの先端20によって導入された後、実際の位置に向かって下層3の疎水面17’に移動される。区画21内へ及び隙間6内へ液滴23を導入すると同時に、同量のシリコンオイル(又は液滴23と混合されない他の任意の化学的に不活性な液体)が追加的な穿孔機構22で各区画21から引き出される。隙間6における液体のこのような同時調整に代えて、オイル又は不活性液体の予期される量を液滴23の導入の前後ですぐに取り除いてもよい。また、区画21は、この液体から移動可能な液滴23を生成するのに必要な以上の液体を蓄積する容器として役立ててもよい。結果として、複数のこのような液滴23が少なくとも1つの区画21に一旦導入された単一の液体分量から生成されてもよい。しかし、オイル又は不活性ガスを引き出すために1つの区画21を確保し、試薬生成物を引き出すために別の区画21を確保することが推奨される。   As already pointed out, the spacer 5 preferably also includes a drilling mechanism 18 that is composed of an enlarged portion of the spacer 5. Preferably, this enlarged spacer portion comprises a pierceable self-sealing membrane 31 that can be pushed through the tip 20 of the piercing pipette. The perforated pipette tip 20 may be part of a portable pipette (not shown) or part of a pipette robot (not shown). Here, the spacer 2 is provided with an additional perforation mechanism 22 for pushing the tip 20 of the perforated pipette through the self-sealing membrane 31 and for extracting, for example, silicon oil from the gap 6 of the cartridge 2. In the cartridge 2 of FIG. 5B, a droplet 23 (eg, a sample) is introduced by the piercing pipette tip 20 with the piercing mechanism 18 and then moved to the hydrophobic surface 17 ′ of the lower layer 3 toward the actual position. At the same time that the droplets 23 are introduced into the compartment 21 and into the gap 6, the same amount of silicon oil (or any other chemically inert liquid that is not mixed with the droplets 23) is added to the additional perforation mechanism 22. It is pulled out from each section 21. Instead of such a simultaneous adjustment of the liquid in the gap 6, the expected amount of oil or inert liquid may be removed immediately before and after the introduction of the droplets 23. In addition, the compartment 21 may serve as a container for accumulating more liquid than is necessary to generate a movable droplet 23 from this liquid. As a result, a plurality of such droplets 23 may be generated from a single liquid volume once introduced into at least one compartment 21. However, it is recommended to reserve one compartment 21 to draw oil or inert gas and another compartment 21 to draw the reagent product.

代替的な非常に単純な実施形態(図示せず)では、各場合で隙間6の方へ向いた疎水面17’,17”を有する下層3及び上層4を備える使い捨てカートリッジ2は、PCBが交換型である場合もそうでない場合もエレクトロウェッティングのためにPCBに取り付けられていてもよい。導電性部材15を備えるカバープレート12を利用する代わりに、導電性フィルム(例えばアルミホイル)が上層4の外面に取り付けられてもよい。この導電性フィルムが接地されていないときであっても、このような導電性フィルムによりエレクトロウェッティングが可能である。接地されていない導電フィルムをカートリッジに取り付ける代わりに、上層4はその外面に薄いフィルムを被覆されていてもよい。薄いフィルムの被覆は、任意の金属性であってよく、化学的な又は物理的な蒸着技術によって積層されてもよい。上層4の外面のこの薄い導電性フィルムは、導電性の塗料からなるものであってもよい。従って、提案されているのは、第2平面で延び、電極アレイ9に実質的に平行である導電性部材15を提供することであり、上記の導電性部材15は、カートリッジ2の上層4に配置され、液滴23中のサンプルを操作する間に個別の電位源に接続されていない。   In an alternative very simple embodiment (not shown), a disposable cartridge 2 comprising a lower layer 3 and an upper layer 4 with in each case a hydrophobic surface 17 ′, 17 ″ facing the gap 6 is replaced by a PCB. The mold may or may not be attached to the PCB for electrowetting, instead of using a cover plate 12 with a conductive member 15, a conductive film (e.g., aluminum foil) is used for the top layer 4. This conductive film allows electrowetting even when the conductive film is not grounded, instead of attaching an ungrounded conductive film to the cartridge. In addition, the outer layer 4 may be coated with a thin film on its outer surface. It may be laminated by chemical or physical vapor deposition techniques, and this thin conductive film on the outer surface of the upper layer 4 may consist of a conductive paint. Is to provide a conductive member 15 that extends in a second plane and is substantially parallel to the electrode array 9, said conductive member 15 being disposed on the upper layer 4 of the cartridge 2, While operating the sample in 23, it is not connected to a separate potential source.

図6が示しているのは、デジタルマイクロフルイディクスシステム1の基板収容部40に挿入可能である交換型電極板41の上方からの概観図である。この交換型電極板41の下基板11は、プリント基板(PCB)で構成されている。この上面図は、米国特許出願公開13/188584に開示されている液滴操作システムのプリント基板(PCB)のような電極アレイ9の類似配置を示している。これは、本出願人によって2011年7月22日に出願され、米国特許出願公開2013/0020202A1にて公開されている。システム40のこの特定の電極アレイ9は、その上部で使い捨てカートリッジ2を収容するように構成されている。この電極アレイ9は、特に、細胞物質の溶解、DNA断片の抽出及びPCR増幅、遺伝子型決定の交配実験、及び光学検知に適して構成されている。しかし、米国特許出願公開2013/0020202A1に開示されているPCBとは異なり、この電極アレイ9の下基板11は、デジタルマイクロフルイディクスシステム1のベースユニット7に取り外しできないように固定されている。ここで、下基板11及び電極アレイ9は、デジタルマイクロフルイディクスシステム1の基板収容部40に出し入れ可能な交換型電極板41の一部である。   FIG. 6 shows a schematic view from above of the exchangeable electrode plate 41 that can be inserted into the substrate housing portion 40 of the digital microfluidic system 1. The lower substrate 11 of the exchangeable electrode plate 41 is composed of a printed circuit board (PCB). This top view shows a similar arrangement of an electrode array 9 such as a printed circuit board (PCB) of a droplet handling system disclosed in US patent application publication 13/188854. This was filed on July 22, 2011 by the present applicant and published in US Patent Application Publication 2013 / 0020202A1. This particular electrode array 9 of the system 40 is configured to accommodate the disposable cartridge 2 at the top thereof. The electrode array 9 is particularly suitable for cell material lysis, DNA fragment extraction and PCR amplification, genotyping mating experiments, and optical detection. However, unlike the PCB disclosed in US Patent Application Publication 2013 / 0020202A1, the lower substrate 11 of the electrode array 9 is fixed to the base unit 7 of the digital microfluidic system 1 so that it cannot be removed. Here, the lower substrate 11 and the electrode array 9 are a part of the exchangeable electrode plate 41 that can be taken in and out of the substrate housing portion 40 of the digital microfluidic system 1.

全ての実験と測定が完了すると、カートリッジ2は(サンプル及びその中の廃棄物と共に)安全に廃棄されるため、研究者がその中身によって危険にさらされることはない。そして、専用の電極アレイ9を有する同一の交換型電極板41を利用して、同様の又は他のサンプルを用いて同様の分析を実行することを決定してもよい。この場合、次の使い捨てカートリッジ2は電極アレイ9上に押しこまれ、次の実験を行うことができる。これに代えて、専用の電極アレイ9を有する本発明の交換型電極板41が特別に有用ではない他の実験の実行を決定してもよい。この代替的な場合では、実行される実験又は分析に適した異なる電極アレイ9を有する別の交換型電極板41が選択されてもよい。このように、ここで選択された交換型電極板41は、疎水面17に付着する液滴23中のサンプルの分析用又は実験用のサンプルがエレクトロウェッティングによって隙間6内で操作される間、カートリッジ2の隙間6内で特定の代替的な分析又は実験を実行するように構成されている電極アレイ9を備える。   When all experiments and measurements are complete, the cartridge 2 is safely discarded (along with the sample and waste in it) so that the researcher is not at risk from its contents. Then, the same exchangeable electrode plate 41 having the dedicated electrode array 9 may be used to decide to perform the same analysis using the same or another sample. In this case, the next disposable cartridge 2 is pushed onto the electrode array 9 and the next experiment can be performed. Alternatively, the execution of another experiment in which the exchangeable electrode plate 41 of the present invention having the dedicated electrode array 9 is not particularly useful may be determined. In this alternative case, another interchangeable electrode plate 41 with a different electrode array 9 suitable for the experiment or analysis to be performed may be selected. Thus, the exchangeable electrode plate 41 selected here is used while the sample for analysis or experiment of the sample in the droplet 23 attached to the hydrophobic surface 17 is operated in the gap 6 by electrowetting. It comprises an electrode array 9 configured to perform certain alternative analyzes or experiments within the gap 6 of the cartridge 2.

図6では(図の上部及び下部を参照して)、多くの接触点、即ち電装基板接点素子42が見られる。個別の電線(ここでは図を明瞭にするため図示せず)は、これらの電装基板接点素子42の1つを有する各個別電極10と接続している。さらに、交換型電極板41の下基板11に配置されたヒーターはまた、これらの電装基板接点素子42の一部に接続されている。全ての電装基板接点素子42は、デジタルマイクロフルイディクスシステム1の中央制御ユニット14を有する適切な数の電装ベースユニット接点素子43に物理的に接触することで接続されている。この中央制御ユニット14は、例えば、ヒーター、穿孔機構18など及び必要な電極10の全電位の必要な動作を制御している。また、電極アレイ9の両側及びPCB11の縁部44の付近には、中央制御ユニット14の接地電位源と接触する別の接触点が設けられている。物理的な必要性及びデジタルマイクロフルイディクスシステム1のその基板収容部40への交換型電極板41の挿入方法に応じて、電装基板接点素子42は、PCB11の1つ以上の縁部44の付近に配置されてもよい。   In FIG. 6 (with reference to the top and bottom of the figure), many contact points, namely the electrical board contact elements 42, can be seen. An individual wire (not shown here for clarity of illustration) is connected to each individual electrode 10 having one of these electrical board contact elements 42. Further, the heater disposed on the lower substrate 11 of the exchangeable electrode plate 41 is also connected to a part of these electrical board contact elements 42. All the electrical board contact elements 42 are connected by physically contacting the appropriate number of electrical base unit contact elements 43 having the central control unit 14 of the digital microfluidic system 1. This central control unit 14 controls, for example, the necessary operation of the heater, the drilling mechanism 18 and the like and all the potentials of the necessary electrodes 10. Further, another contact point that contacts the ground potential source of the central control unit 14 is provided on both sides of the electrode array 9 and in the vicinity of the edge 44 of the PCB 11. Depending on the physical need and the method of inserting the replaceable electrode plate 41 into the substrate housing 40 of the digital microfluidic system 1, the electrical board contact element 42 is near one or more edges 44 of the PCB 11. May be arranged.

図示の交換型電極板41は、例えば図1又は図4に示すように、デジタルマイクロフルイディクスシステム1の基板収容部40に配置されるように構成されている。各場合では、交換型電極板41の電装基板接点素子42は、デジタルマイクロフルイディクスシステム1の中央制御ユニット14に電気的に接続されているベースユニット7の電装ベースユニット接点素子43と係合ないし嵌合するように構成されている。好ましくは、電極アレイ9を支持している下基板11はプリント基板(PCB)で構成され、電装基板接点素子42はPCBの1つ以上の縁部44の付近に固まって配置されている。特に好ましくは、電極アレイ9の個別電極10は、エレクトロウェッティングによってカートリッジ2内で液滴を操作するように、かつ、特定の分析又は実験を実行するように配置及び構成されている。   The illustrated exchangeable electrode plate 41 is configured to be disposed in the substrate housing portion 40 of the digital microfluidic system 1 as shown in FIG. 1 or FIG. 4, for example. In each case, the electrical board contact element 42 of the exchangeable electrode plate 41 is engaged with the electrical base unit contact element 43 of the base unit 7 that is electrically connected to the central control unit 14 of the digital microfluidic system 1. It is comprised so that it may fit. Preferably, the lower substrate 11 supporting the electrode array 9 is formed of a printed circuit board (PCB), and the electrical board contact elements 42 are arranged in the vicinity of one or more edges 44 of the PCB. Particularly preferably, the individual electrodes 10 of the electrode array 9 are arranged and configured to manipulate droplets in the cartridge 2 by electrowetting and to perform specific analyzes or experiments.

図7が示しているのは、図2の詳細断面図である。しかしここで、電極アレイ9は、電気的に接触している第1実施形態の交換型電極板41に配置されている。ここで電装基板接点素子42は、交換型電極板41の少なくとも1つの電極アレイ9が実質的に延びている第1平面に垂直な方向に下基板11の少なくとも1つの縁部44上で実質的に延びている剛体板又は山部(knoll)として構成されている。好ましくは、このような交換型電極板41を載置するために、デジタルマイクロフルイディクスシステム1の中央制御ユニット14に電気的に接続されている複数の電装ベースユニット接点素子43は、個別電極10に電気的に接続されている交換型電極板41の複数の電装基板接点素子42と安全に個別に係合ないし嵌合するために、実質的に垂直方向に延びて水平方向に弾性的である板ばねで構成されている。   FIG. 7 shows a detailed cross-sectional view of FIG. However, here, the electrode array 9 is disposed on the exchangeable electrode plate 41 of the first embodiment in electrical contact. Here, the electrical board contact element 42 is substantially formed on at least one edge 44 of the lower substrate 11 in a direction perpendicular to the first plane in which at least one electrode array 9 of the replaceable electrode plate 41 extends substantially. It is configured as a rigid plate or knoll extending into Preferably, in order to mount such a replaceable electrode plate 41, a plurality of electrical equipment base unit contact elements 43 electrically connected to the central control unit 14 of the digital microfluidic system 1 are connected to the individual electrodes 10 In order to safely engage and engage with the plurality of electrical board contact elements 42 of the exchangeable electrode plate 41 that is electrically connected to each other, it extends substantially vertically and is elastic in the horizontal direction. It consists of a leaf spring.

図8が示しているのは、図3の詳細断面図である。しかしここで、電極アレイ9は、電気的に接触している第2実施形態の交換型電極板41に配置されている。ここで電装基板接点素子42は、下基板11の縁部44の下側及び付近で、少なくとも1つの電極アレイ9が実質的に延びている第1平面に平行な方向に実質的に延びている剛体板又は山部(knoll)として構成されている。好ましくは、このような交換型電極板41を載置するために、デジタルマイクロフルイディクスシステム1の中央制御ユニット14に電気的に接続されている複数の電装ベースユニット接点素子43は、個別電極10に電気的に接続されている交換型電極板41の複数の電装基板接点素子42と安全に個別に係合ないし嵌合するために、実質的に司直方向に延びて垂直方向に弾性的であるように弾性的な又は弾性的に支持されたピンで構成されている。図示のように、共通の(ここでは垂直に配置されている)又は個別の(ここでは水平に配置されている)挿入ガイドは、各収容部8,40への及びこれらからの使い捨てカートリッジ2及び/又は交換型電極板41の容易な除去と同様に安全且つ正確な挿入を容易にする。   FIG. 8 shows a detailed cross-sectional view of FIG. However, here, the electrode array 9 is disposed on the exchangeable electrode plate 41 of the second embodiment in electrical contact. Here, the electrical board contact element 42 substantially extends in a direction parallel to a first plane in which at least one electrode array 9 extends substantially below and in the vicinity of the edge 44 of the lower substrate 11. It is configured as a rigid plate or knoll. Preferably, in order to mount such a replaceable electrode plate 41, a plurality of electrical equipment base unit contact elements 43 electrically connected to the central control unit 14 of the digital microfluidic system 1 are connected to the individual electrodes 10 In order to safely engage and fit with the plurality of electrical circuit board contact elements 42 of the exchangeable electrode plate 41 electrically connected to each other, it substantially extends in the straight direction and is elastic in the vertical direction. It is comprised by the pin supported elastically or elastically. As shown, a common (here vertically arranged) or individual (here horizontally arranged) insertion guide is inserted into and out of each receptacle 8, 40 and the disposable cartridge 2 and As well as easy removal of the exchangeable electrode plate 41, safe and accurate insertion is facilitated.

図9が示しているのは、一般的なマルチレベルの「器具のプラットホーム」、即ちエレクトロウェッティングによって液滴を操作しようとしたとき、常に必要とされる全ての共通モジュールを有する標準的なベースユニット7を備えるデジタルマイクロフルイディクスシステム1の概略図である。このようなモジュールは、例えば、デジタルアナログ(D/A)基板45と、高電圧リレーモジュール46と、カートリッジクランプモジュール47又はカートリッジ2を交換型PCB41に固定するための(Oリング53を有する)真空機構49と、ベースユニット7の中央制御ユニット14に読み込まれることが好ましい組み込みソフトウェア51と、タッチスクリーンで構成されることが好ましいグラフィックユーザーインターフェース(GUI)52とを備える。   FIG. 9 shows a typical multi-level “instrument platform”, ie a standard base with all the common modules that are always needed when manipulating droplets by electrowetting. 1 is a schematic diagram of a digital microfluidic system 1 including a unit 7. FIG. Such a module is, for example, a digital analog (D / A) board 45, a high voltage relay module 46, and a vacuum (with an O-ring 53) for fixing the cartridge clamp module 47 or the cartridge 2 to the replaceable PCB 41. It comprises a mechanism 49, embedded software 51, which is preferably loaded into the central control unit 14 of the base unit 7, and a graphic user interface (GUI) 52, which preferably consists of a touch screen.

液滴23中に含まれるサンプルの分析(例えば蛍光発光の片側光学検知又は吸光度の透過性光学検知)用の光学モジュール48のような追加的なモジュール、又は、磁気ビーズを引きつけるための磁気アクチュエータモジュール50は、全てのデジタルマイクロフルイディクスシステム1に又は必要なときのみ一体化されてもよい。一連の特定の実験又は分析を実行するためのこのような「器具のプラットホーム」は、各実験又は分析に適した交換可能なPCB及び交換可能なカートリッジのセットをさらに備える独立型器具として構成されている。   Additional modules, such as an optical module 48 for analysis of the sample contained in the droplet 23 (eg one-sided optical detection of fluorescence emission or optical transmission detection of absorbance), or a magnetic actuator module for attracting magnetic beads 50 may be integrated into all digital microfluidic systems 1 or only when necessary. Such an “instrument platform” for performing a series of specific experiments or analyzes is configured as a stand-alone instrument further comprising a set of replaceable PCBs and replaceable cartridges suitable for each experiment or analysis. Yes.

電装基板接点素子42及び電装ベースユニット接点素子43の異なる配置は、本出願を読んでいる当業者の選択の範囲内である。   Different arrangements of the electrical board contact element 42 and the electrical base unit contact element 43 are within the choice of one of ordinary skill in the art reading this application.

疎水面17に付着する液滴23中のサンプルを操作する方法は、使い捨てカートリッジ2の下層3の第1の疎水面17’を設けるステップを含んでもよい。この下層3は、デジタルマイクロフルイディクスシステム1の電極アレイ9の上方で実質的に平行に配置されている。上記の電極アレイ9は、第1平面内で延び、デジタルマイクロフルイディクスシステム1のベースユニット7の下基板11によって支持されている複数の個別電極10を備える。上記電極アレイ9は、上記電極アレイ9の個別電極10の選択を制御し、エレクトロウェッティングによって上記第1の疎水面17’上の液滴23を操作するためにこれらの個別電極10に個別の電圧パルスを供給するデジタルマイクロフルイディクスシステム1の中央制御ユニット14に接続されている。また、その方法は、上記の第1の疎水面17’に実質的に平行で一定の距離の位置に第2の疎水面17”を設けるステップをさらに含んでもよい。このように、第1の疎水面17’と第2の疎水面17”との間に隙間6が形成されている。好ましくは、このような隙間6は、スペーサー5によって画定され、このスペーサー5は第1の疎水面17’を備える下層3及び第2の疎水面17”を備える上層4を備える。この方法は、上基板13を有するカバープレート12を設けることをさらに含んでもよい。また、カバープレート12は、電極アレイ9に対して実質的に平行で、第2平面内で延びている導電性部材15を備える。特に好ましくは、カバープレート12の導電性部材15は、液滴23中のサンプルを操作する間、個別の電位源には接続されていない。   The method of manipulating the sample in the droplet 23 adhering to the hydrophobic surface 17 may include providing a first hydrophobic surface 17 ′ of the lower layer 3 of the disposable cartridge 2. This lower layer 3 is arranged substantially parallel above the electrode array 9 of the digital microfluidic system 1. The electrode array 9 includes a plurality of individual electrodes 10 that extend in the first plane and are supported by the lower substrate 11 of the base unit 7 of the digital microfluidic system 1. The electrode array 9 controls the selection of the individual electrodes 10 of the electrode array 9 and allows the individual electrodes 10 to be individually controlled in order to manipulate the droplets 23 on the first hydrophobic surface 17 'by electrowetting. It is connected to the central control unit 14 of the digital microfluidic system 1 for supplying voltage pulses. The method may further include providing a second hydrophobic surface 17 ″ at a position substantially parallel to the first hydrophobic surface 17 ′ and at a certain distance. A gap 6 is formed between the hydrophobic surface 17 ′ and the second hydrophobic surface 17 ″. Preferably, such a gap 6 is defined by a spacer 5, which comprises a lower layer 3 comprising a first hydrophobic surface 17 ′ and an upper layer 4 comprising a second hydrophobic surface 17 ″. It may further include providing a cover plate 12 having an upper substrate 13. The cover plate 12 includes a conductive member 15 that is substantially parallel to the electrode array 9 and extends in a second plane. Particularly preferably, the conductive member 15 of the cover plate 12 is not connected to a separate potential source while manipulating the sample in the droplet 23.

図示の又は説明した全ての実施形態では、使い捨てカートリッジ2の隙間6は、シリコンオイルで実質的に満たされていることが好ましい。また、常に好ましくは、カバープレート12の下層3及び上層4は、完全に疎水性であるか、又はカートリッジ2の隙間6に露出した疎水面17’,17”を備える。使い捨てカートリッジ2の隙間6を有する少なくとも1つの液滴23をエレクトロウェッティングして操作した後、使い捨てカートリッジ2がまだカートリッジ収容部8にある間、操作又は分析の結果を評価できる。即ちデジタルマイクロフルイディクスシステム1又はデジタルマイクロフルイディクスシステム1が一体化されているワークステーションの分析システムを利用する。これに代えて、使い捨てカートリッジ2は、デジタルマイクロフルイディクスシステム1のベースユニット7から取り出し、別の場所で分析されてもよい。   In all illustrated or described embodiments, the gap 6 of the disposable cartridge 2 is preferably substantially filled with silicone oil. Also preferably, the lower layer 3 and the upper layer 4 of the cover plate 12 are completely hydrophobic or comprise hydrophobic surfaces 17 ′, 17 ″ exposed in the gap 6 of the cartridge 2. The gap 6 of the disposable cartridge 2 After the electrowetting and manipulation of at least one droplet 23 having the same, the result of the manipulation or analysis can be evaluated while the disposable cartridge 2 is still in the cartridge housing 8. That is, the digital microfluidic system 1 or the digital micro Utilizing a workstation analysis system with an integrated fluidic system 1. Alternatively, the disposable cartridge 2 can be removed from the base unit 7 of the digital microfluidic system 1 and analyzed elsewhere. Good.

分析後、使い捨てカートリッジ2は処分でき、電極アレイ9は再利用できる。第1又は第2実施形態のカートリッジ2を使用して作業する場合、デジタルマイクロフルイディクスシステム1の構成要素はサンプル又は試薬と接触しないので、他の使い捨てカートリッジ2のこのような再利用を中間洗浄することなく直ちに行うことができる。第3又は第4実施形態のカートリッジ2を使用して作業する場合、デジタルマイクロフルイディクスシステム1のカバープレート12の貫通孔19はサンプル又は試薬と接触する場合があるので、他の使い捨てカートリッジ2のこのような再利用は中間洗浄の後に又はカバープレート12の交換の後に実行できる。   After analysis, the disposable cartridge 2 can be disposed and the electrode array 9 can be reused. When working with the cartridge 2 of the first or second embodiment, the components of the digital microfluidic system 1 do not come into contact with the sample or reagent, so that such reuse of other disposable cartridges 2 is an intermediate wash. Can be done immediately without. When working with the cartridge 2 of the third or fourth embodiment, the through-hole 19 of the cover plate 12 of the digital microfluidic system 1 may come into contact with the sample or the reagent. Such reuse can be performed after intermediate cleaning or after replacement of the cover plate 12.

本発明の目的は、エレクトロウェッティングによって液滴23を操作する間、電極アレイ9から及び上部のプレート12からの液滴23を分離する取り外し可能で使い捨て可能なフィルムを提供することである。上記の明細書中に示されている使い捨てカートリッジ2を自蔵する6つの異なる実施形態に図示のように、取り外し可能で使い捨て可能なフィルムは、カートリッジ2の下層3及び上層4として設けられていることが好ましい。   An object of the present invention is to provide a removable and disposable film that separates droplets 23 from electrode array 9 and from upper plate 12 while manipulating droplets 23 by electrowetting. Removable and disposable films are provided as the lower layer 3 and the upper layer 4 of the cartridge 2 as illustrated in six different embodiments of self-contained disposable cartridges 2 shown in the above specification. It is preferable.

好ましい実施形態では、カートリッジ2の下層3は、真空によってPCBに吸引されている。PCBの小さな排気口はこの目的のために真空ポンプに接続されている。下層3へのこのような真空吸引を行うことで、電極アレイ9の面に対するカートリッジ2の下層3の良好な接触のための他の液体又は接着剤の使用を回避できる。   In a preferred embodiment, the lower layer 3 of the cartridge 2 is sucked into the PCB by a vacuum. A small vent on the PCB is connected to a vacuum pump for this purpose. By performing such vacuum suction to the lower layer 3, the use of other liquids or adhesives for good contact of the lower layer 3 of the cartridge 2 with the surface of the electrode array 9 can be avoided.

当業者にとって合理的である、ここで開示されているものと異なるカートリッジ2の実施形態の特徴の任意の組み合わせは、本発明の要旨及び範囲に含まれている。   Any combination of features of the embodiment of the cartridge 2 that are different from those disclosed herein, which are reasonable to those skilled in the art, are included in the spirit and scope of the present invention.

各場合において特に記載されていなくても、図に示された参照符号は、本発明の交換型電極板42及びデジタルマイクロフルイディクスシステム1の同一要素に言及している。   The reference numerals shown in the figures refer to the same elements of the exchangeable electrode plate 42 and the digital microfluidic system 1 of the present invention, even though not specifically mentioned in each case.

1 デジタルマイクロフルイディクスシステム
2 使い捨てカートリッジ
3 下層
4 上層
5 スペーサー
6 隙間
7 ベースユニット
8 カートリッジ収容部
9 電極アレイ
10 個別電極
11 下基板,PCB
12 カバープレート
13 上基板
14 中央制御ユニット
15 導電性部材
16 ヒンジ
17 疎水面
17’ 第1の疎水面
17” 第2の疎水面
18 穿孔機構
19 貫通孔
20 穿孔ピペットの先端
21 区画
22 追加的な穿孔機構
23 液滴
24 誘電体層
25 挿入ガイド
26 使い捨てピペットの先端
27 穿孔ピン
31 穿孔可能な膜
32 分離棒
40 基板収容部
41 交換型電極板
42 電装基板接点素子
43 電装ベースユニット接点素子
44 PCB縁部
45 デジタルアナログ(D/A)入出力(I/O)基板
46 高電圧リレーモジュール
47 カートリッジクランプモジュール
48 光学モジュール
49 真空機構
50 磁気アクチュエータモジュール
51 組み込みソフトウェア
52 グラフィックユーザーインターフェース(GUI)
53 Oリング
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Digital microfluidics system 2 Disposable cartridge 3 Lower layer 4 Upper layer 5 Spacer 6 Gap 7 Base unit 8 Cartridge accommodating part 9 Electrode array 10 Individual electrode 11 Lower substrate, PCB
12 Cover plate 13 Upper substrate 14 Central control unit 15 Conductive member 16 Hinge 17 Hydrophobic surface 17 'First hydrophobic surface 17 "Second hydrophobic surface 18 Drilling mechanism 19 Through hole 20 Perforated pipette tip 21 Compartment 22 Additional Punching mechanism 23 Droplet 24 Dielectric layer 25 Insertion guide 26 Disposable pipette tip 27 Punching pin 31 Punchable membrane 32 Separating rod 40 Substrate housing part 41 Exchangeable electrode plate 42 Electrical board contact element 43 Electrical base unit contact element 44 PCB Edge 45 Digital analog (D / A) input / output (I / O) board 46 High voltage relay module 47 Cartridge clamp module 48 Optical module 49 Vacuum mechanism 50 Magnetic actuator module 51 Embedded software 52 Graphic user interface (GU) )
53 O-ring

Claims (18)

下層(3)と、上層(4)と、前記下層(3)と前記上層(4)との間の隙間(6)とを備える使い捨てカートリッジ(2)内の液滴中のサンプルを操作するデジタルマイクロフルイディクスシステム(1)であって、
前記デジタルマイクロフルイディクスシステム(1)は、
(a)使い捨てカートリッジ(2)を載置するために設けられた少なくとも1つのカートリッジ収容部(8)を有するベースユニット(7)と、
(b)実質的に第1平面内で延び、複数の個別電極(10)を備え、下基板(11)によって支持されている少なくとも1つの電極アレイ(9)と、
(c)前記少なくとも1つの電極アレイ(9)の前記個別電極(10)の選択を制御し、これらの個別電極(10)に、エレクトロウェッティングによって前記カートリッジ(2)内の液滴を操作するための個別の電圧パルスを供給する中央制御ユニット(14)と
を備え、
前記デジタルマイクロフルイディクスシステム(1)は前記ベースユニット(7)の前記カートリッジ収容部(8)の1つに配置されている少なくとも1つの基板収容部(40)をさらに備え、各前記基板収容部(40)は前記使い捨てカートリッジ(2)とは別に独立して交換型電極板(41)を載置するように構成されており、前記カートリッジ収容部(8)及び基板収容部(40)は互いに非常に近接配置されているため挿入される前記使い捨てカートリッジ(2)は下層(3)で前記電極アレイ(9)の表面又は前記各交換型電極板41の前記電極アレイ9の頂部の誘電体層24の表面と接触し、各前記交換型電極板(41)は前記電極アレイ(9)及び前記電極アレイ(9)の前記個別電極(10)に電気的に接続されている電装基板接点素子(42)を備え、各前記基板収容部(40)は前記中央制御ユニット(14)に電気的に接続されている複数の電装ベースユニット接点素子(43)を備え、前記電装ベースユニット接点素子(43)は前記基板収容部(40)に配置されている前記交換型電極板(41)の前記電装基板接点素子(42)と係合するように構成されていることを特徴とする、デジタルマイクロフルイディクスシステム(1)。
Digital to manipulate samples in droplets in a disposable cartridge (2) comprising a lower layer (3), an upper layer (4), and a gap (6) between the lower layer (3) and the upper layer (4) A microfluidics system (1),
The digital microfluidics system (1)
(A) a base unit (7) having at least one cartridge housing portion (8) provided for placing the disposable cartridge (2);
(B) at least one electrode array (9) extending substantially in the first plane, comprising a plurality of individual electrodes (10) and supported by the lower substrate (11);
(C) controlling the selection of the individual electrodes (10) of the at least one electrode array (9) and manipulating these individual electrodes (10) with droplets in the cartridge (2) by electrowetting A central control unit (14) for supplying individual voltage pulses for
The digital microfluidic system (1) further includes at least one substrate housing portion (40) disposed in one of the cartridge housing portions (8) of the base unit (7), and each of the substrate housing portions. (40) the is configured to place the replacement electrode plate (41) apart independently of the disposable cartridge (2), before Symbol cartridge housing part (8) and the substrate receiving portion (40) because it is very close each other, the surface or the dielectric top of the electrode array 9 of each switching electrode plate 41 of the disposable cartridge to be inserted (2) the electrode array in the lower layer (3) is (9) in contact with the surface of the body layer 24, each of said switching electrode plate (41) is the collector which is electrically connected to the individual electrodes (10) of said electrode array (9) and said electrode array (9) Each of the substrate housing portions (40) includes a plurality of electrical base unit contact elements (43) electrically connected to the central control unit (14). The contact element (43) is configured to be engaged with the electrical board contact element (42) of the exchangeable electrode plate (41) disposed in the board housing part (40). Digital microfluidics system (1).
前記少なくとも1つの基板収容部(40)は、前記ベースユニット(7)の前記カートリッジ収容部(8)の1つの下方、上方、又は側方に配置され、前記カートリッジ収容部(8)の配置方向に応じて前記デジタルマイクロフルイディクスシステム(1)の前記ベースユニット(7)内に挿入される前記交換型電極板(41)を載置するように構成されていることを特徴とする、請求項1に記載のデジタルマイクロフルイディクスシステム(1)。 The at least one substrate housing portion (40) is disposed below, above, or laterally of the cartridge housing portion (8) of the base unit (7), and the arrangement direction of the cartridge housing portion (8). The exchangeable electrode plate (41) to be inserted into the base unit (7) of the digital microfluidic system (1) according to the above is placed. The digital microfluidic system (1) according to 1. 前記デジタルマイクロフルイディクスシステム(1)の前記中央制御ユニット(14)に電気的に接続されている前記複数の電装ベースユニット接点素子(43)は、実質的に垂直方向に延び、前記個別電極(10)に電気的に接続されている前記交換型電極板(41)の前記複数の電装基板接点素子(42)と安全かつ個別に係合する水平方向に弾性的な板ばねで構成されていることを特徴とする、請求項2に記載のデジタルマイクロフルイディクスシステム(1)。   The plurality of electrical base unit contact elements (43) electrically connected to the central control unit (14) of the digital microfluidic system (1) extend in a substantially vertical direction, and the individual electrodes ( 10) It is constituted by a horizontally elastic leaf spring that is safely and individually engaged with the plurality of electrical board contact elements (42) of the exchangeable electrode plate (41) electrically connected to 10). Digital microfluidic system (1) according to claim 2, characterized in that. 前記デジタルマイクロフルイディクスシステム(1)の前記中央制御ユニット(14)に電気的に接続されている前記複数の電装ベースユニット接点素子(43)は、前記個別電極(10)に電気的に接続されている前記交換型電極板(41)の前記複数の電装基板板接点素子(42)と安全かつ個別に係合するために、実質的に垂直方向に延び、水平方向に弾性的であるように弾性的な又は弾性的に支持されているピンで構成されていることを特徴とする、請求項2に記載のデジタルマイクロフルイディクスシステム(1)。   The plurality of electrical base unit contact elements (43) electrically connected to the central control unit (14) of the digital microfluidic system (1) are electrically connected to the individual electrodes (10). The interchangeable electrode plate (41) extends substantially vertically and is elastic in the horizontal direction for safe and individual engagement with the plurality of electrical board contact elements (42). Digital microfluidic system (1) according to claim 2, characterized in that it consists of pins that are elastically or elastically supported. 前記少なくとも1つの基板収容部(40)は、実質的に、
(a)前記各カートリッジ収容部(8)を通じて前記基板収容部(40)内に前記交換型電極板(41)を垂直方向へ降ろすか、又は
(b)前記各カートリッジ収容部(8)の下方で前記基板収容部(40)内に前記交換型電極板(41)を水平方向に摺動させるか、又は
(c)前記各カートリッジ収容部(8)の下方で前記交換型電極板(41)を水平方向に摺動させ、実質的に垂直方向に前記基板収容部(40)内に持ち上げる
ことによって前記デジタルマイクロフルイディクスシステム(1)の前記ベースユニット(7)内に挿入される前記交換型電極板(41)を前記使い捨てカートリッジ(2)とは別に独立して載置するように構成されていることを特徴とする、請求項2に記載のデジタルマイクロフルイディクスシステム(1)。
The at least one substrate receiving portion (40) is substantially
(A) The exchangeable electrode plate (41) is lowered in the vertical direction into the substrate housing part (40) through each cartridge housing part (8), or (b) below each cartridge housing part (8). The exchangeable electrode plate (41) is slid in the horizontal direction in the substrate housing portion (40), or (c) the interchangeable electrode plate (41) below each cartridge housing portion (8). The exchange mold is inserted into the base unit (7) of the digital microfluidic system (1) by sliding it horizontally and lifting it into the substrate housing (40) substantially vertically. 3. The digital microfluidic system (1) according to claim 2, characterized in that the electrode plate (41) is mounted independently of the disposable cartridge (2). .
前記下層(3)及び前記上層(4)は、前記使い捨てカートリッジ(2)の前記隙間(6)に露出した疎水面(17)を備えることを特徴とする、液滴中のサンプルを操作するための前記使い捨てカートリッジ(2)をさらに備える、請求項1に記載のデジタルマイクロフルイディクスシステム(1)。   To manipulate a sample in a droplet, wherein the lower layer (3) and the upper layer (4) comprise a hydrophobic surface (17) exposed in the gap (6) of the disposable cartridge (2) The digital microfluidic system (1) according to claim 1, further comprising a disposable cartridge (2). 前記使い捨てカートリッジ(2)は、前記隙間(6)においてサンプル液滴に加える分析又は実験に必要な試薬のための区画(21)を含む本体の少なくとも一部として構成されているスペーサー(5)をさらに備えることを特徴とする、請求項6に記載のマイクロフルイディクスシステム(1)。   The disposable cartridge (2) has a spacer (5) configured as at least a part of a main body including a compartment (21) for reagents necessary for analysis or experiment to be added to a sample droplet in the gap (6). The microfluidic system (1) according to claim 6, further comprising: 前記カートリッジ(2)の前記下層(3)は、誘電体層(24)によって覆われているか、又は前記下層(3)自体が誘電体材料からなることを特徴とする、請求項6に記載のデジタルマイクロフルイディクスシステム(1)。   7. The lower layer (3) of the cartridge (2) is covered by a dielectric layer (24) or the lower layer (3) itself is made of a dielectric material. Digital microfluidics system (1). 上基板(13)を有する少なくとも1つのカバープレート(12)をさらに備え、前記少なくとも1つのカバープレート(12)は、前記カートリッジ収容部(8)に配置されているデジタルマイクロフルイディクスシステム1であって、前記少なくとも1つのカバープレート(12)は、第2平面内で、前記少なくとも1つのカバープレート(12)が割り当てられている前記カートリッジ収容部(8)の前記電極アレイ(9)に対して実質的に平行に延びている導電性部材(15)をさらに含み、前記導電性部材(15)は電位源と接続されていないことを特徴とする、請求項1に記載のデジタルマイクロフルイディクスシステム(1)。   The digital microfluidic system 1 further includes at least one cover plate (12) having an upper substrate (13), and the at least one cover plate (12) is disposed in the cartridge housing portion (8). The at least one cover plate (12) is in a second plane with respect to the electrode array (9) of the cartridge housing portion (8) to which the at least one cover plate (12) is assigned. The digital microfluidic system according to claim 1, further comprising a conductive member (15) extending substantially in parallel, wherein the conductive member (15) is not connected to a potential source. (1). 下基板(11)によって支持されている前記電極アレイ(9)を備え、及び前記電極アレイ(9)の前記個別電極(10)に電気的に接続されている前記複数の電装基板接点素子(42)を備える少なくとも1つの交換型電極板(41)をさらに備え、前記交換型電極板(41)は前記デジタルマイクロフルイディクスシステム(1)の前記基板収容部(40)に前記使い捨てカートリッジ(2)とは別に独立して配置されるように構成されており、前記電装基板接点素子(42)は前記デジタルマイクロフルイディクスシステム(1)の前記中央制御ユニット(14)に電気的に接続されている前記ベースユニット(7)の前記電装ベースユニット接点素子(43)と係合するように構成されていることを特徴とする、請求項1に記載のデジタルマイクロフルイディクスシステム(1)。   The plurality of electrical board contact elements (42) including the electrode array (9) supported by the lower substrate (11) and electrically connected to the individual electrodes (10) of the electrode array (9). At least one replaceable electrode plate (41), and the replaceable electrode plate (41) is placed in the disposable cartridge (2) in the substrate housing portion (40) of the digital microfluidic system (1). The electrical circuit board contact element (42) is electrically connected to the central control unit (14) of the digital microfluidic system (1). 2. The device according to claim 1, wherein the base unit is configured to engage with the electrical base unit contact element of the base unit. Tal microfluidics system (1). 電極アレイ(9)と、前記電極アレイ(9)を支持する下基板(11)とを備え、前記電極アレイ(9)の前記個別電極(10)に電気的に接続されている複数の電装基板接点素子(42)を備える交換型電極板(41)であって、前記交換型電極板(41)は、請求項1に記載のデジタルマイクロフルイディクスシステム(1)の前記基板収容部(40)の1つに前記使い捨てカートリッジ(2)とは別に独立して配置されるように構成されており、前記交換型電極板(41)の前記前記電装基板接点素子(42)は、前記デジタルマイクロフルイディクスシステム(1)の前記中央制御ユニット(14)に電気的に接続されている前記ベースユニット(7)の前記電装ベースユニット接点素子(43)と係合するように構成されていることを特徴する、交換型電極板(41)。   A plurality of electrical boards comprising an electrode array (9) and a lower substrate (11) that supports the electrode array (9) and electrically connected to the individual electrodes (10) of the electrode array (9) It is an exchangeable electrode plate (41) provided with a contact element (42), Comprising: The said exchangeable electrode plate (41) is the said board | substrate accommodating part (40) of the digital microfluidics system (1) of Claim 1 And the electric circuit board contact element (42) of the exchangeable electrode plate (41) is arranged separately from the disposable cartridge (2). It is configured to engage with the electrical base unit contact element (43) of the base unit (7), which is electrically connected to the central control unit (14) of the index system (1). It features a replacement electrode plate (41). 前記電極アレイ(9)を支持する前記下基板(11)は、プリント基板(PCB)で構成され、前記電装基板接点素子(42)は前記PCBの1つ以上の縁部(44)の付近に固まって配置され、前記電極アレイ(9)の前記個別電極(10)はエレクトロウェッティングによって使い捨てカートリッジ(2)内の液滴を操作するために、及び、特定の分析又は実験を実行するために、配置及び構成されていることを特徴とする、請求項11に記載の交換型電極板(41)。   The lower substrate (11) that supports the electrode array (9) is formed of a printed circuit board (PCB), and the electrical board contact element (42) is located near one or more edges (44) of the PCB. Arranged together, the individual electrodes (10) of the electrode array (9) to manipulate droplets in the disposable cartridge (2) by electrowetting and to perform specific analyzes or experiments The exchangeable electrode plate (41) according to claim 11, characterized in that it is arranged and configured. 前記電装基板接点素子(42)は、前記交換型電極板(41)の前記少なくとも1つの電極アレイ(9)が実質的に延びている第1平面に対して直交する方向に、前記下基板の少なくとも1つの縁部(44)上で実質的に延びている剛体板又は山部として構成されていることを特徴とする、請求項11に記載の交換型電極板(41)。   The electrical board contact element (42) is formed on the lower substrate in a direction perpendicular to a first plane in which the at least one electrode array (9) of the exchangeable electrode plate (41) extends substantially. 12. Exchangeable electrode plate (41) according to claim 11, characterized in that it is configured as a rigid plate or ridge substantially extending on at least one edge (44). 前記電装基板接点素子(42)は、前記少なくとも1つの電極アレイ(9)が実質的に延びている第1平面に対して平行な方向に、前記下基板(11)の縁部(44)の下側及び付近で実質的に延びている剛体板又は山部として構成されていることを特徴とする、請求項11に記載の交換型電極板(41)。   The electrical board contact element (42) is formed on the edge (44) of the lower board (11) in a direction parallel to a first plane in which the at least one electrode array (9) extends substantially. 12. Exchangeable electrode plate (41) according to claim 11, characterized in that it is configured as a rigid plate or ridge substantially extending below and in the vicinity. 特定の実験又は分析を実行するための電子チップ及び専用ソフトウェアを備え、この交換型電極板(41)の前記電子チップ及び前記専用ソフトウェアは、デジタルマイクロフルイディクスシステム(1)の前記ベースユニット(7)に前記交換型電極板(41)を挿入するとき、前記デジタルマイクロフルイディクス(1)の前記ベースユニット(7)に含まれるソフトウェアを自動的に更新するように構成されていることを特徴とする、請求項11に記載の交換型電極板(41)。   An electronic chip and dedicated software for performing a specific experiment or analysis are provided, and the electronic chip and the dedicated software of the interchangeable electrode plate (41) are connected to the base unit (7) of the digital microfluidic system (1). ), The software included in the base unit (7) of the digital microfluidics (1) is automatically updated when the interchangeable electrode plate (41) is inserted into the digital microfluidics (1). The exchangeable electrode plate (41) according to claim 11, wherein: 少なくとも1つの前記電極アレイ(9)は、誘電体層(24)によって覆われていることを特徴とする、請求項11に記載の交換型電極板(41)。   The exchangeable electrode plate (41) according to claim 11, characterized in that at least one of the electrode arrays (9) is covered by a dielectric layer (24). 疎水面(17)に付着する液滴(23)中のサンプルを操作する方法であって、
(a)請求項1に記載のデジタルマイクロフルイディクスシステム(1)を準備し、
(b)別に請求項6に記載のカートリッジ(2)を準備し、
(c)別に請求項10に記載の交換型電極板(41)を準備するステップを含み、
前記交換型電極板(41)は、この分析又は実験の間、疎水面(17)に付着する液滴(23)中のサンプルがエレクトロウェッティングによって前記隙間(6)内で操作され、前記カートリッジ(2)の前記隙間(6)内で特定の分析又は実験を実行するために構成されている電極アレイ(9)を備えることを特徴とする方法。
A method of manipulating a sample in a droplet (23) adhering to a hydrophobic surface (17),
(A) preparing a digital microfluidic system (1) according to claim 1,
(B) Separately prepare the cartridge (2) according to claim 6,
(C) separately comprising the step of preparing the exchangeable electrode plate (41) according to claim 10,
During the analysis or experiment, the exchangeable electrode plate (41) is operated in the gap (6) by the sample in the droplet (23) adhering to the hydrophobic surface (17) by electrowetting. A method comprising an electrode array (9) configured to perform a specific analysis or experiment within said gap (6) of (2).
疎水面(17)に付着する液滴(23)中のサンプルを操作する方法であって、
(a)請求項1に記載のデジタルマイクロフルイディクスシステム(1)を準備し、
(b)別に請求項6に記載のカートリッジ(2)を準備し、
(c)別に請求項11に記載の交換型電極板(41)を準備するステップを含み、
前記交換型電極板(41)は、この分析又は実験の間、疎水面(17)に付着する液滴(23)中のサンプルがエレクトロウェッティングによって前記隙間(6)内で操作され、前記カートリッジ(2)の前記隙間(6)内で特定の分析又は実験を実行するように構成されている電極アレイ(9)を備えることを特徴とする方法。
A method of manipulating a sample in a droplet (23) adhering to a hydrophobic surface (17),
(A) preparing a digital microfluidic system (1) according to claim 1,
(B) Separately prepare the cartridge (2) according to claim 6,
(C) separately comprising the step of preparing the exchangeable electrode plate (41) according to claim 11,
During the analysis or experiment, the exchangeable electrode plate (41) is operated in the gap (6) by the sample in the droplet (23) adhering to the hydrophobic surface (17) by electrowetting. A method comprising an electrode array (9) configured to perform a specific analysis or experiment within said gap (6) of (2).
JP2015527813A 2013-05-23 2013-05-23 Digital microfluidic system with swappable board Active JP5969132B2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2013/060585 WO2014187488A1 (en) 2013-05-23 2013-05-23 Digital microfluidics system with swappable pcb`s

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015531866A JP2015531866A (en) 2015-11-05
JP5969132B2 true JP5969132B2 (en) 2016-08-17

Family

ID=48485183

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015527813A Active JP5969132B2 (en) 2013-05-23 2013-05-23 Digital microfluidic system with swappable board

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP2999538B1 (en)
JP (1) JP5969132B2 (en)
CN (1) CN104321141B (en)
WO (1) WO2014187488A1 (en)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3303548A4 (en) 2015-06-05 2019-01-02 Miroculus Inc. Evaporation management in digital microfluidic devices
CN108026494A (en) 2015-06-05 2018-05-11 米罗库鲁斯公司 Limitation evaporation and the digital microcurrent-controlled apparatus and method of air matrix of surface scale
EP3344388B1 (en) * 2015-09-02 2020-11-11 Tecan Trading AG Magnetic conduits in microfluidics
JP6494580B2 (en) 2016-09-28 2019-04-03 シャープ ライフ サイエンス (イーユー) リミテッド Microfluidic device
JP2020515815A (en) 2016-12-28 2020-05-28 ミロキュラス インコーポレイテッド Digital microfluidic device and method
US10330920B2 (en) * 2017-04-04 2019-06-25 Sharp Life Science (Eu) Limited Droplet actuation method for a microfluidic device
WO2018187476A1 (en) 2017-04-04 2018-10-11 Miroculus Inc. Digital microfluidic apparatuses and methods for manipulating and processing encapsulated droplets
US11413617B2 (en) 2017-07-24 2022-08-16 Miroculus Inc. Digital microfluidics systems and methods with integrated plasma collection device
CN109420532B (en) * 2017-09-01 2020-11-10 京东方科技集团股份有限公司 Digital microfluidic substrate and manufacturing method thereof, digital microfluidic chip and method
CN115582155A (en) * 2017-09-01 2023-01-10 米罗库鲁斯公司 Digital microfluidic device and method of use thereof
US20190331639A1 (en) 2018-04-25 2019-10-31 Tecan Trading Ag Cartridge, electrowetting sample processing system and droplet formation
US20190329258A1 (en) * 2018-04-25 2019-10-31 Tecan Trading Ag Cartridge and electrowetting sample processing system with delivery zone
US11666914B2 (en) * 2018-05-09 2023-06-06 Tecan Trading Ag Cartridge, electrowetting sample processing system and bead manipulation method
WO2019226919A1 (en) * 2018-05-23 2019-11-28 Miroculus Inc. Control of evaporation in digital microfluidics
US11207686B2 (en) * 2018-08-21 2021-12-28 Sharp Life Science (Eu) Limited Microfluidic device and methods for digital assays in biological analyses
EP3953041A4 (en) 2019-04-08 2023-01-25 Miroculus Inc. Multi-cartridge digital microfluidics apparatuses and methods of use
EP3990177A1 (en) 2019-06-26 2022-05-04 TECAN Trading AG Cartridge and electrowetting sample processing system with delivery zone
US11524298B2 (en) 2019-07-25 2022-12-13 Miroculus Inc. Digital microfluidics devices and methods of use thereof
KR20230002289A (en) * 2020-01-22 2023-01-05 니코야 라이프사이언시즈, 인크. A method involving a digital microfluidic (DMF) system, DMF cartridge, and integrated fiber optic sensing
US11857961B2 (en) 2022-01-12 2024-01-02 Miroculus Inc. Sequencing by synthesis using mechanical compression

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5486337A (en) 1994-02-18 1996-01-23 General Atomics Device for electrostatic manipulation of droplets
US6565727B1 (en) 1999-01-25 2003-05-20 Nanolytics, Inc. Actuators for microfluidics without moving parts
CA2358683A1 (en) * 1999-02-02 2000-08-10 Caliper Technologies Corporation Methods, devices and systems for characterizing proteins
US7329545B2 (en) * 2002-09-24 2008-02-12 Duke University Methods for sampling a liquid flow
US6911132B2 (en) * 2002-09-24 2005-06-28 Duke University Apparatus for manipulating droplets by electrowetting-based techniques
US7547380B2 (en) * 2003-01-13 2009-06-16 North Carolina State University Droplet transportation devices and methods having a fluid surface
WO2006081558A2 (en) * 2005-01-28 2006-08-03 Duke University Apparatuses and methods for manipulating droplets on a printed circuit board
WO2006125767A1 (en) 2005-05-25 2006-11-30 Siemens Aktiengesellschaft System for the integrated and automated analysis of dna or protein and method for operating said type of system
US20070023292A1 (en) * 2005-07-26 2007-02-01 The Regents Of The University Of California Small object moving on printed circuit board
EP2021103B1 (en) * 2006-05-09 2017-07-12 Advanced Liquid Logic, Inc. Electrowetting droplet microactuator controlled via graphical user interface
US7939021B2 (en) * 2007-05-09 2011-05-10 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet actuator analyzer with cartridge
US8093062B2 (en) * 2007-03-22 2012-01-10 Theodore Winger Enzymatic assays using umbelliferone substrates with cyclodextrins in droplets in oil
US8187864B2 (en) * 2008-10-01 2012-05-29 The Governing Council Of The University Of Toronto Exchangeable sheets pre-loaded with reagent depots for digital microfluidics
CH700127A1 (en) 2008-12-17 2010-06-30 Tecan Trading Ag System and apparatus for processing biological samples and for manipulating liquids with biological samples.
DE102009016712A1 (en) * 2009-04-09 2010-10-14 Bayer Technology Services Gmbh Disposable microfluidic test cassette for bioassay of analytes
WO2011002957A2 (en) 2009-07-01 2011-01-06 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet actuator devices and methods
US9132423B2 (en) * 2010-01-29 2015-09-15 Micronics, Inc. Sample-to-answer microfluidic cartridge
CN102671722B (en) * 2011-02-17 2015-03-11 王崇智 Field-programmable lab-on-a-chip based on microelectrode array architecture
US8470153B2 (en) 2011-07-22 2013-06-25 Tecan Trading Ag Cartridge and system for manipulating samples in liquid droplets
US9435765B2 (en) * 2011-07-22 2016-09-06 Tecan Trading Ag Cartridge and system for manipulating samples in liquid droplets
CN102698822A (en) * 2012-06-11 2012-10-03 复旦大学 Universal electrode structure based on digital microfluidic chip

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015531866A (en) 2015-11-05
WO2014187488A1 (en) 2014-11-27
CN104321141B (en) 2017-09-22
EP2999538A1 (en) 2016-03-30
CN104321141A (en) 2015-01-28
EP2999538B1 (en) 2021-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5969132B2 (en) Digital microfluidic system with swappable board
US10724988B2 (en) Digital microfluidics system with swappable PCB's
US8821705B2 (en) Digital microfluidics system with disposable cartridges
JP5980429B2 (en) Disposable cartridge for microfluidic systems
US9377439B2 (en) Disposable cartridge for microfluidics system
JP6074178B2 (en) Cartridge and system for manipulating droplet samples
JP2017523412A (en) Microfluidic cartridge with pipette operation guide
US11951482B2 (en) Cartridge and electrowetting sample processing system with delivery zone
CN112384300A (en) Cartridge, electrowetting sample processing system and bead manipulation method
WO2014108218A1 (en) Microfluidics systems with waste hollow
US20140190832A1 (en) Microfluidics Systems with Waste Hollow
EP2945740B1 (en) Disposable cartridge for microfluidics systems
US11313871B2 (en) Specimen treatment and measurement system
EP2773461B1 (en) Disposable cartridge for microfluidics systems
EP2768613B1 (en) Microfluidics systems with waste hollow
EP3990177A1 (en) Cartridge and electrowetting sample processing system with delivery zone

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160308

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160512

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160607

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160706

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5969132

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250