公开了一种用以操作一次性筒(2)内液滴中样本的数字微流体系统(1)。一次性筒(2)包括底层(3)、顶层(4)和位于底层(3)和顶层(4)之间的间隙(6)。该数字微流体系统(1)包括具有至少一个筒容置部(8)的基板单元(7)；包括多个个体电极(10)的至少一个电极阵列(9)；位于该筒容置部(8)处的至少一个盖板(12)；以及中央控制单元(14)，该中央控制单元(14)用以控制所述至少一个电极阵列(9)的个体电极(10)的选择，并用以为所述电极(10)提供单独的电压脉冲，以通过电润湿作用操作所述一次性筒(2)内的液滴。该数字微流体系统(1)的至少一个盖板(12)还包括导电材料(15)，该导电材料(15)大体平行于该至少一个盖板(12)所对齐的筒容置部(8)的电极阵列(9)。在操作液滴(23)内的样本期间，盖板(12)的导电材料(15)未连接到特定电势源。也公开了一次性筒(2)的选择和用以操作附着于疏水表面(17)的液滴(23)内样本的方法。
1.一种数字微流体系统(1)，用于在包括底层(3)、顶层(4)以及所述底层(3)和所述顶层(4)之间的间隙(6)的一次性筒(2)内操作液滴中样本；所述数字微流体系统(1)包括：(a)基板单元(7)，所述基板单元具有构造以容纳能够沿平行于相应筒容置部(8)的电极阵列(9)的方向移动的、滑动插入的一次性筒(2)的至少一个筒容置部(8)；
(b)至少一个电极阵列(9)，所述电极阵列位于所述基板单元(7)的所述筒容置部(8)处，由底部衬底(11)支撑，并且沿第一平面延伸并包括多个个体电极(10)；
(c)至少一个盖板(12)，所述盖板具有顶部衬底(13)，所述至少一个盖板(12)定位在所述筒容置部(8)处并装有在第二平面中延伸并平行于所述至少一个盖板(12)所分配到的所述筒容置部(8)的电极阵列(9)的导电材料(15)，所述盖板(12)的所述导电材料(15)未连接到特定电势源或接地；
(d)一次性筒(2)，所述一次性筒用于操作液滴中的样本，所述一次性筒(2)包括：
－底层(3)、顶层(4)以及所述底层(3)和所述顶层(4)之间的间隙(6)，其中，所述底层(3)和所述顶层(4)包括暴露于所述一次性筒(2)的所述间隙(6)的疏水表面(17)，和－至少一个间隔件(5)，限定所述底层(3)和所述顶层(4)之间的间隙(6)；以及(e)中央控制单元(14)，所述中央控制单元用以控制所述至少一个电极阵列(9)的个体电极(10)的选择，并用以为所述个体电极(10)提供单独的电压脉冲，以通过电润湿作用操作所述一次性筒(2)内的液滴。
2.如权利要求1所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述盖板(12)的所述导电材料(15)被构造成附连到所述盖板(12)的所述顶部衬底(13)的金属板或金属箔。
3.如权利要求1所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述盖板(12)的所述导电材料(15)被构造成沉积到所述盖板(12)的所述顶部衬底(13)上的金属层。
4.如权利要求1所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述盖板(12)的所述导电材料(15)被构造成附连或一体形成到所述盖板(12)的所述顶部衬底(13)上的具有导电填充物的塑料材料。
5.如权利要求1所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述盖板(12)由金属导电材料制成，并同时包括作为单个一体件的所述顶部衬底(13)和所述导电材料(15)。
6.如权利要求1至5中的一项所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述盖板(12)的所述导电材料(15)由塑料层覆盖。
7.如权利要求1所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述盖板(12)的所述导电材料(15)被构造成夹在所述顶部衬底(13)的材料之间的金属板、金属箔或金属层。
8.如权利要求1所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述筒(2)不具有导电层。
9.一种数字微流体系统(1)，用于在包括底层(3)、顶层(4)以及所述底层(3)和所述顶层(4)之间的间隙(6)的一次性筒(2)内操作液滴中样本；所述数字微流体系统(1)包括：(a)基板单元(7)，具有构造以容纳能够沿平行于相应筒容置部(8)的电极阵列(9)的方向移动的、滑动插入的一次性筒(2)的至少一个筒容置部(8)；
(b)至少一个电极阵列(9)，所述至少一个阵列位于所述基板单元(7)的所述筒容置部(8)处，由底部衬底(11)支撑，并且沿第一平面延伸并包括多个个体电极(10)；
(c)至少一个盖板(12)，所述至少一个盖板具有顶部衬底(13)，所述至少一个盖板(12)定位在所述筒容置部(8)处；
(d)一次性筒(2)，所述一次性筒用于操作液滴中的样本，所述一次性筒(2)包括：
－底层(3)、顶层(4)以及所述底层(3)和所述顶层(4)之间的间隙(6)，其中，所述底层(3)和所述顶层(4)包括暴露于所述一次性筒(2)的所述间隙(6)的疏水表面(17)，和－至少一个间隔件(5)，所述至少一个间隔件限定所述底层(3)和所述顶层(4)之间的间隙(6)；以及－导电材料(15)，所述导电材料附连到所述顶层(4)的外表面并在第二平面中延伸且平行于所述至少一个盖板(12)所分配到的筒容置部(8)的所述电极阵列(9)，导电材料(15)未连接到特定电势源或接地；
(e)中央控制单元(14)，用以控制所述至少一个电极阵列(9)的个体电极(10)的选择，并用以为所述个体电极(10)提供单独的电压脉冲，以通过电润湿作用操作所述一次性筒(2)内的液滴。
10.如权利要求9所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述一次性筒(2)的所述导电材料(15)被构造成在所述一次性筒(2)的所述顶层(4)的外表面上的导电膜或薄膜涂层。
11.如权利要求9所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述盖板(12)被构造成相对于相应筒容置部(8)的所述电极阵列(9)能够移动。
12.如权利要求9所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述盖板(12)被构造成能够绕铰链(16)和/或沿垂直于所述电极阵列(9)的方向移动。
13.如权利要求9所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述盖板(12)被构造成能够沿平行于所述电极阵列(9)的方向移动。
14.如权利要求13所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述盖板(12)被构造成将力施加到容置在所述基板单元(7)的所述筒容置部(8)处的一次性筒(2)，所述力朝着所述电极阵列(9)推压所述一次性筒(2)。
15.如权利要求9所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述盖板(12)被构造成平行于所述电极阵列(9)且在与所述电极阵列(9)隔开一定距离处固定。
16.如权利要求9所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述筒容置部(8)被构造成通过前部加载所述一次性筒(2)。
17.如权利要求9所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述筒容置部(8)被构造成通过顶部加载所述一次性筒(2)。
18.如权利要求9所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述电极阵列(9)由介电层(24)覆盖。
19.如权利要求9所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述一次性筒(2)的所述间隔件(5)包括构造成由自动移液管、手持移液器或移液机器人所接触的扩大间隔部。
20.如权利要求19所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述扩大间隔部装有使穿刺移液管尖(20)能够推动穿过的可穿刺自密封膜(31)。
21.如权利要求9所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述一次性筒(2)的所述间隙(6)充满硅油。
22.如权利要求9所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述一次性筒(2)的所述底层(3)由介电层(24)覆盖，或者所述底层(3)本身由介电材料制成。
23.一种数字微流体系统(1)，用于在包括底层(3)、顶层(4)以及所述底层(3)和所述顶层(4)之间的间隙(6)的一次性筒(2)内操作液滴中样本；所述数字微流体系统(1)包括：(a)基板单元(7)，所述基板单元具有构造以容纳一次性筒(2)的至少一个筒容置部(8)；
(b)至少一个电极阵列(9)，所述至少一个电极阵列沿第一平面延伸并包括多个个体电极(10)，所述至少一个电极阵列(9)位于所述基板单元(7)的所述筒容置部(8)处，并且所述至少一个电极阵列(9)由底部衬底(11)支撑；
(c)至少一个盖板(12)，所述至少一个盖板具有顶部衬底(13)，所述至少一个盖板(12)定位在所述筒容置部(8)处并且装有在第二平面中延伸并平行于所述至少一个盖板(12)所分配到的所述筒容置部(8)的电极阵列(9)的导电材料(15)，所述盖板(12)被构造成能够绕铰链(16)和/或沿垂直于相应筒容置部(8)的所述电极阵列(9)的方向移动，并被构造成将力施加到容置在所述基板单元(7)的所述筒容置部(8)处的一次性筒(2)，所述力朝着所述电极阵列(9)推压所述一次性筒(2)；
(d)一次性筒(2)，所述一次性筒用于操作液滴中的样本，所述一次性筒(2)包括：
－底层(3)、顶层(4)以及所述底层(3)和所述顶层(4)之间的间隙(6)，其中，所述底层(3)和所述顶层(4)包括暴露于所述一次性筒(2)的所述间隙(6)的疏水表面(17)，－至少一个间隔件(5)，所述至少一个间隔件限定所述底层(3)和所述顶层(4)之间的所述间隙(6)；和(e)中央控制单元(14)，用以控制所述至少一个电极阵列(9)的个体电极(10)的选择，并用以为所述个体电极(10)提供单独的电压脉冲，以通过电润湿作用操作所述一次性筒(2)内的液滴。
24.如权利要求23所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述筒容置部(8)被构造成接收能够沿平行于相应筒容置部(8)的电极阵列(9)的方向移动的、滑动插入的一次性筒(2)。
25.如权利要求23的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述盖板(12)的所述导电材料(15)不连接到电势源或接地。
26.如权利要求23所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述盖板(12)的所述导电材料(15)被构造成附连到所述顶部衬底(13)的金属板或金属箔。
27.如权利要求23所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述盖板(12)的所述导电材料(15)被构造成沉积到所述盖板(12)的所述顶部衬底(13)上的金属层。
28.如权利要求23所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述盖板(12)的所述导电材料(15)被构造成附连到或一体形成到所述顶部衬底(13)的具有导电填充物的塑料。
29.如权利要求23所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述盖板(12)由金属导电材料制成，并同时包括作为单个一体件的所述顶部衬底(13)和所述导电材料(15)。
30.如权利要求23至29中的一项所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述盖板(12)的所述导电材料(15)由塑料层覆盖。
31.如权利要求23所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述盖板(12)的所述导电材料(15)被构造成夹在所述顶部衬底(13)的材料之间的金属板、金属箔或金属层。
32.如权利要求23所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述一次性筒(2)不具有导电层。
33.一种数字微流体系统(1)，用于在包括底层(3)、顶层(4)以及所述底层(3)和所述顶层(4)之间的间隙(6)的一次性筒(2)内操作液滴中样本；所述数字微流体系统(1)包括：(a)基板单元(7)，所述基板单元具有构造以容纳一次性筒(2)的至少一个筒容置部(8)；
(b)至少一个电极阵列(9)，所述至少一个电极阵列沿第一平面延伸并包括多个个体电极(10)，所述至少一个电极阵列(9)位于所述基板单元(7)的所述筒容置部(8)处，并且所述至少一个电极阵列(9)由底部衬底(11)支撑；
(c)至少一个盖板(12)，所述至少一个盖板具有顶部衬底(13)，所述至少一个盖板(12)定位在所述筒容置部(8)处，所述盖板(12)被构造成能够绕铰链(16)和/或沿垂直于相应的筒容置部(8)的所述电极阵列(9)的方向移动，并被构造成将力施加到容置在所述基板单元(7)的所述筒容置部(8)处的一次性筒(2)，所述力朝着所述电极阵列(9)推压所述一次性筒(2)；
(d)一次性筒(2)，所述一次性筒用于操作液滴中的样本，所述一次性筒(2)包括：
－底层(3)、顶层(4)以及所述底层(3)和所述顶层(4)之间的间隙(6)，其中，所述底层(3)和所述顶层(4)包括暴露于所述一次性筒(2)的所述间隙(6)的疏水表面(17)，－至少一个间隔件(5)，所述至少一个间隔件限定所述底层(3)和所述顶层(4)之间的所述间隙(6)，和－导电材料(15)，所述导电材料附连到所述顶层(4)的外表面并在第二平面中延伸且平行于所述至少一个盖板(12)所分配到的筒容置部(8)的所述电极阵列(9)；以及(e)中央控制单元(14)，用以控制所述至少一个电极阵列(9)的个体电极(10)的选择，并用以为所述个体电极(10)提供单独的电压脉冲，以通过电润湿作用操作所述一次性筒(2)内的液滴。
34.如权利要求33所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述一次性筒(2)的所述导电材料(15)不连接到特定电势源。
35.如权利要求33所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述一次性筒(2)的所述导电材料(15)被构造成涂敷在所述一次性筒(2)的所述顶层(4)的外表面上的导电膜或薄膜涂层。
36.如权利要求33所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述筒容置部(8)被构造成通过前部加载所述一次性筒(2)。
37.如权利要求33所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述筒容置部(8)被构造成通过顶部加载所述一次性筒(2)。
38.如权利要求33所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述电极阵列(9)由介电层(24)覆盖。
39.如权利要求33所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述一次性筒(2)的所述间隔件(5)包括构造成由自动移液管、手持移液器或移液机器人所接触的扩大间隔部。
40.如权利要求39所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述扩大间隔部装有使穿刺移液管尖(20)能够推动穿过的可穿刺自密封膜(31)。
41.如权利要求33所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述一次性筒(2)的所述间隙(6)充满硅油。
42.如权利要求33所述的数字微流体系统(1)，其特征在于，所述一次性筒(2)的所述底层(3)由介电层(24)覆盖，或者所述底层(3)本身由介电材料制成。
具有一次性筒的数字微流体系统
[0001] 相关文件的交叉引用
[0002] 本专利申请要求于2011年11月25日提交的、美国专利申请第13/304,481号的优先权，其全部内容通过参见的方式合并入本文。
技术领域
[0003] 本发明涉及可以插入有用于操作液滴内样本的一个或多个一次性筒(一次性盒)的数字微流体系统或设备。该数字微流体系统包括由衬底支持的电极阵列和中央控制单元,该中央控制单元用于控制该电极阵列中个体电极的选择并用于为这些电极提供单独的电压脉冲以通过电润湿作用操作液滴。由此，本发明也涉及用以方便液滴驱动分子技术的液滴驱动器装置。
背景技术
[0004] 自动液体处理系统在本领域通常是众所周知的。一个实例是本申请人(瑞士，文尼多夫(Mannedorf)CH8708，Seestrasse103，帝肯有限公司(Tecan Schweiz AG))制造的商标名为Freedom 的自动工作站。本设备使得在独立仪器中或与分析系统的自动连接中能够进行自动液体处理。这些自动系统通常需要处理较大容积(微升级至毫升级)的液体。这些自动系统也是未设计成便携式的较大系统。
[0005] 诸多处理生物样本的自动处理的方法来源于微流体领域。该技术领域一般涉及控制和操作小体积的液体，所述小体积通常在微米量级或纳米量级内。在通道系统中液体运动是本身已知的，例如在稳定设备中由微型泵控制，或者在旋转试验器皿中由向心力控制。在数字微流体中，将限定的电压施加到电极阵列的各电极上，以使各个体液滴被处理(电润湿作用)。对于电润湿方法的总体概览，请参见Washizu发表在《IEEE工业应用汇刊(IEEE Transactions on Industry Applications)》1998年第34卷第4期上的文章，以及Pollack等人发表在《Lab Chip》2002年第2卷96101上的文章。简单来说，电润湿涉及使用优选地由疏水层覆盖的微电极阵列来移动液滴的方法。通过将限定的电压施加到电极阵列的各电极上，引起位于被处理的电极上的液滴的表面张力改变。此导致被处理电极上液滴接触角度的明显改变，由此导致液体的运动。对于此电润湿过程，已知有两个布置电极的基本方式：使用带有用以诱导液滴运动的电极阵列的一个单侧表面，或者增加与类似电极阵列相对的并提供至少一个接地电极的第二表面。电润湿技术的主要有益效果是只需要小体积的液体，如单个液滴。由此，液体处理过程可以在相当短的时间内进行。另外，对液体运动的控制过程可以完全在致使自动处理样本的电子控制下进行。
[0006] 从美国专利第5,486,337号中已知使用带有电极阵列的单个表面(电极的单平面布置)通过电润湿作用进行液滴操作的设备。将所有电极放置于载体衬底的表面上、下置于衬底中或由不可润湿表面覆盖。将电源连接到电极。通过将电压施加到连续电极上而移动液滴，由此根据将电压施加到电极上的顺序来导引电极上液滴的运动。
[0007] 从美国专利第6,565,727号(电极的双平面布置)中已知使用具有至少一个接地电极的相对表面的电极阵列来微量控制液滴运动的电润湿装置。该装置的各表面都可以包括多个电极。电极阵列的各驱动电极优选地通过位于各单电极边缘处的伸出部以彼此交叉的方式布置。两个相对的电极阵列形成间隙。朝向该间隙的电极阵列表面优选地由电绝缘疏水层覆盖。液滴定位在该间隙中，并通过将多个电磁场连续施加到定位在该间隙相对部上的多个电极而在非极性填充流体中移动。
[0008] 从国际公开第WO2010/069977Al号中已知具有聚合物膜以在其上操作液滴中样本的容器。生物样本处理系统包括用于大容积处理的容器和具有下表面和疏水上表面的平坦聚合物膜。该平坦聚合物膜通过伸出部与该容器的基底侧保持一定距离。当该容器定位在该膜上时，该距离限定至少一个间隙。液滴操作仪器包括至少一个用于诱导液滴运动的电极阵列。也公开了支撑至少一个电极阵列的衬底和用于液滴操作仪器的控制单元。该容器和膜可逆地附连到该液滴操作仪器。由此，该系统使至少一个液滴能够通过容器的通道从该至少一个孔移位到平坦聚合膜的疏水上表面上和至少一个电极阵列的上方。液滴操作仪器能够通过电润湿控制该平坦聚合膜的疏水层上的所述液滴的运动，并能够在那里处理生物样本。
[0009] 从国际专利申请公开第WO2011/002957A2号也已知在处理生物样本的过程中用于操作液滴的电润湿设备的使用方法。在此申请中，公开了：液滴驱动器通常包括具有由介电层隔开的控制电极(电润湿电极)的底部衬底、导电性顶部衬底和涂敷在底部衬底和顶部衬底上的疏水涂层。在此申请中，也公开了用于更换液滴驱动器的一个或多个部件的液滴驱动器装置，所述部件即为可以容易地更换掉的一次性部件(如可移动膜、可逆附连的顶部衬底和底部衬底以及自包含可更换筒)。
[0010] 从国际申请公开第WO2011/002957A2中也可以知道具有固定底部衬底(即印刷电路板)、电润湿电极和可移除或可更换顶部衬底的液滴驱动器。自包含筒可以例如包括缓冲器、试剂和填充流体。筒中的袋可以用作流体储存部，并可以被穿孔以将流体(试剂或油)释放到筒间隙中。该筒可以包括可由疏水层代替的接地电极以及用于将样本加载到筒的间隙中的开口。界面材料(如液体、胶水或油脂)可以将该筒粘合到电极阵列。
[0011] 在国 际 公 开第 WO2006/125767Al号(该 公 开 的英 语 翻 译文 本 参 见US2009/0298059Al)中公开了用以执行分子诊断分析的自动系统中用于微流体处理的一次性筒。该筒构造为平坦的腔装置(尺寸与借记卡的尺寸大约相等)并可以插入该自动系统中。可以通过开口将样本移到该筒中。
发明内容
[0012] 本发明的目的是提出一种构造成将用于操作液滴中样本的一个或多个一次性筒容置在内部的可替换数字微流体系统或数字微流体设备。
[0013] 通过提出一种用于在一次性筒内操作液滴中样本的数字微流体系统而实现该目的。优选地，该一次性筒包含底层、顶层以及底层和顶层之间的间隙。根据本发明的数字微流体系统包括：
[0014] (a)基板单元，该基板单元具有构造以容纳一次性筒的至少一个筒容置部；
[0015] (b)至少一个电极阵列，该电极阵列大体沿第一平面延伸并包括多个个体电极，所述至少一个电极阵列定位在该基板单元的所述筒容置部处，并且所述电极阵列由底部衬底支撑；
[0016] (c)至少一个盖板，该盖板具有顶部衬底，所述至少一个盖板定位在所述筒容置部处；以及
[0017] (d)中央控制单元，该中央控制单元用以控制所述至少一个电极阵列的个体电极的选择，并用以为这些电极提供电压，以通过电润湿作用操作所述筒内的液滴，[0018] 其中，该至少一个盖板还包括导电材料，该导电材料在第二平面中延伸并基本平行于该至少一个盖板所分配到的筒容置部的电极阵列，并且
[0019] 其中，该盖板的所述导电材料不连接到电势源。
[0020] 可替换地，导电箔附连到该筒。
[0021] 根据筒容置部的第一优选变体，盖板被构造成相对于相应筒容置部的电极阵列能够移动。根据第二优选变体，各筒容置部被构造成接收能够沿基本平行于相应筒容置部的电极阵列的方向移动的滑动插入一次性筒。
[0022] 本发明的另一目的是提供一种使用数字微流体系统或设备操作液滴中样本的可替换一次性筒，一个或多个这种用以操作液滴中样本的一次性筒可以插入该数字微流体系统或设备中。
[0023] 通过提出一种用于数字微流体系统的一次性筒而实现该目的。根据本发明的一次性筒的特征在于，底层和顶层包括暴露于该一次性筒间隙的疏水表面，以及该一次性筒不具有导电层。
[0024] 本发明的又一个目的是提供一种用以在数字微流体系统或设备中操作液滴内样本的可替换方法。
[0025] 通过提出用以操作附着于疏水表面的液滴内样本的方法而实现该目的。根据本发明，该方法包括以下步骤：
[0026] (a)提供第一疏水表面，该疏水表面基本平行地定位于电极阵列的上方；所述电极阵列基本沿第一表面延伸，包括多个个体电极，由底部衬底支撑并连接到中央控制单元，该中央控制单元用以控制所述电极阵列的个体电极的选择，并为个体电极提供单独的电压脉冲，以通过电润湿作用在所述第一疏水表面上操作所述液滴；
[0027] (b)提供第二疏水表面，该第二疏水表面基本平行于所述第一疏水表面并与所述第一疏水表面隔开一定距离，由此形成第一疏水表面和第二疏水表面之间的间隙；
[0028] (c)提供一种带有顶部衬底的盖板，该盖板还包括在第二平面中延伸并基本平行于电极阵列的导电材料，在操作液滴内样本期间，该盖板的所述导电材料未连接到特定电势源。
[0029] 数字微流体系统、一次性筒和用以操作液滴内样本的方法的其它创造性特征和优选实施例及变体从相应从属权利要求中得到。
[0030] 本发明的有益效果包括：
[0031] ·在操作液滴内样本期间，该盖板的所述导电材料未连接到特定电势源使得可移动或固定的顶板的构造更加简单。
[0032] ·优选地，分别从该筒的顶膜或顶层移除导电层。以此方式，由于没有任何会导致所操作的液滴进行电润湿运动的导电层，所以根据本发明的自包含一次性筒的结构可以非常简单且成本低廉。
附图说明
[0033] 下面借助附图解释根据本发明用于操作样本的数字微流体系统、自带的一次性筒和方法，附图示出了本发明已选定的和示例性的实施例，这些实施例不限制本发明范围和主旨。附图中：
[0034] 图1示出了装配有中央控制单元和基板单元的数字微流体系统的概图，其中具有四个筒容置部，各筒容置部都包括电极阵列和可移动盖板。
[0035] 图2示出了一个筒容置部的截面图，该容置部内部容置有根据第一实施例的一次性筒。
[0036] 图3示出了一个筒容置部的截面图，该容置部内部容置有根据第二实施例的一次性筒。
[0037] 图4示出了一个筒容置部的截面图，该容置部内部容置有根据第三实施例的一次性筒，其中：
[0038] 图4A示出了放置于筒容置部中的具有部分封闭盖板的垫状筒，而[0039] 图4B示出了在筒容置部中被完全封闭的盖板压成工作形状的垫状筒；
[0040] 图5示出了一个筒容置部的截面图，该容置部位部容置有根据第四实施例的一次性筒。
[0041] 图6示出了一个筒容置部的截面图，该容置部内部容置有根据第五实施例的一次性筒。
[0042] 图7示出了装配有中央控制单元和基板单元的数字微流体系统的概图，该数字微流体系统具有十二个筒容置部，各筒容置部包括电极阵列和固定盖板。
[0043] 图8示出了一个筒容置部的截面图，该容置部内部容置有根据第六实施例的一次性筒，其中：
[0044] 图8A示出了插入具有大体竖直电极阵列和盖板的大体竖直筒容置部的顶部进入筒，而
[0045] 图8B示出了从图8A所示的截面B看去的顶部进入筒。
具体实施方式
[0046] 图1示出了装配有中央控制单元14和基板单元7的示例性数字微流体系统1的概图，该数字微流体系统1具有四个筒容置部8，各筒容置部8都包括电极阵列9和盖板12。数字微流体系统1被构造成用以操作一次性筒2内液滴23中的样本，一次性筒2包含底层
3、顶层4以及在底层3和顶层4之间限定间隙6的间隔件5。由此，在一次性筒2的间隙6内操作液滴23中的样本。
[0047] 根据本发明，数字微流体系统1包括带有至少一个筒容置部8的基板单元7，筒容置部8被构造用以容纳一次性筒2。数字微流体系统1可以是单独且固定的单元，在该数字微流体系统1上，多个操作者工作于他们所带来的筒2。由此，数字微流体系统1可以包括多个筒容置部8和多个电极阵列9，使得多个筒2可以同时工作和/或并行工作。
[0048] 筒容置部8、电极阵列9以及一次性筒2的数量可以是例如1至100之间中的1个或任意数量，或甚至更多；该数量例如由中央控制单元14的工作能力限制。
[0049] 可以优选的是，将数字微流体系统1集成到液体处理工作站或商标为Freedom 的机器人工作站中，使得可以使用移液机器人来将液体部分和/或包含液体的样本移入或移出筒2。
[0050] 可替换地，数字微流体系统1可以构造为手持单元，该手持单元仅包括少量的例如单个的一次性筒2，且能够工作于此少量的一次性筒2。本领域普通技术人员将会理解的是，位于刚提到的两个极限情况之间的中间解决方案也会在本发明的要旨内运行和起作用。
[0051] 根据本发明，数字微流体系统1也包括大体沿第一平面延伸并包括多个个体电极10的至少一个电极阵列9。该电极阵列9定位于基板单元7的各所述筒容置部8处。优选地，各电极阵列9由底部衬底11支撑，该底部衬底11固定到基板单元7。应注意的是，在本文中所使用的各表达“电极阵列”、“电极布局”和“印刷电路板(PCB)”是同义词。
[0052] 根据本发明，数字微流体系统1也包括具有顶部衬底13的至少一个盖板12。在各种情形下，至少一个盖板12位于所述筒容置部8处。盖板12的顶部衬底13和带有电极阵列9或PCB的底部衬底11分别限定一空间或筒容置部8。在第一变体中(参见位于基板单元7中部的两个筒容置部8)，两个筒容置部8被构造成接收能够沿基本平行于相应筒容置部8的电极阵列9的方向移动的、滑动插入的一次性筒2。该前向或顶向装载过程可以由自动进出装置支持，在一次性筒2部分插入后该自动进出装置将该筒2运送至筒容置部8中的最终目的地，在此处，筒2被准确放置到位。优选地，这些筒容置部8不包括可移动盖板12。在对液滴中的样本执行了所有意图的操作后，可以通过自动进出机制排出已用过的筒
2，并将其运送至分析站或者将其丢弃。
[0053] 在第二变体中(参见位于基板单元7左边和右边的两个筒容置部8)，所述筒容置部8包括构造成能够相对于相应筒容置部8的电极阵列9移动的盖板12。优选地，盖板12被构造成能够绕一个或多个铰链16和/或沿大体垂直于电极阵列9的方向移动。
[0054] 根据本发明，数字微流体系统1也包括中央控制单元14，该中央控制单元14用于控制所述至少一个电极阵列9的个体电极10的选择，并用于为这些电极10提供单独的电压脉冲，以通过电润湿作用操作所述筒2内的液滴。如图1局部所示，每单个个体电极10都可操作地连接到中央控制单元14，并因此，可以由中央控制单元14独立地处理，中央控制单元14也包括用于以本领域已知方式产生和提供所需电势的合适电势源。
[0055] 该至少一个盖板12进一步包括导电材料15，该导电材料15在第二平面中延伸并基本平行于该至少一个盖板12所分配到的筒容置部8的电极阵列9。盖板12的该导电材料15被构造成不连接到任何电势源。但是，导电材料15用于由数字微流体系统1所操作的、液滴的电润湿运动。
[0056] 本发明的申请人惊讶地发现，即使在盖板12的导电材料15和任何特定电势源(如地面)之间没有连接的情况下，导电材料15也可以用于由数字微流体系统1所操作的、液滴的电润湿运动。由此，盖板12可以构造成能够沿任意方向移动，而且当选择盖板12的特别优选的运动时，不必考虑电气接触的情况。由此，盖板12可以构造成也能够沿基本平行于电极阵列9的方向移动，并用以相对于基板单元7的相应电极阵列9执行线性、圆周或任意运动。
[0057] 图2示出了一个示例性筒容置部8的截面图，该容置部8内部容置有根据第一实施例的一次性筒2。盖板12通过铰链16与数字微流体系统1的基板单元7机械地连接，由此，盖板12可以摆动打开并且一次性筒2可以通过顶部进入装载操作放置于筒容置部8上(参见图1)。盖板12的导电材料15被构造成附连到顶部衬底13的薄金属板或金属箔。
[0058] 可替换地，盖板12的导电材料15被构造成沉积到顶部衬底13上的金属层。导电材料15的该沉积过程可以通过本身已知的化学或物理气相沉积技术而实现。
[0059] 盖板12被构造成将力施加到容置于基板单元7的筒容置部8处的一次性筒2。该力朝向电极阵列9推压一次性筒2，以将该筒的底层3尽可能地靠近电极阵列9的表面。该力也将一次性筒2推压到相对于盖板12的刺穿装置18的、电极阵列9上的理想位置处。该刺穿装置18被构造用以将样本液滴引入到筒2的间隙6内。该刺穿装置18被构造成通孔19，该通孔19在整个盖板12中穿过，并且使刺穿移液管尖20能够被推动穿过并刺穿筒
2的顶层4。刺穿移液管尖20可以是手持移液管(未示出)或移液机器人(未示出)的一部分。
[0060] 在此情况下，电极阵列9由介电层24覆盖。电极阵列9被固定到底部衬底11，并且各个体电极10与中央控制单元14电连接或操作上连接(在此只画了十个电极10中的三个连接)。数字微流体系统1被构造用以操作包含间隙6的一次性筒2中的液滴23内的样本。由此，在一次性筒2的间隙6中操作液滴23内的样本。
[0061] 一次性筒2包括底层3、顶层4和间隔件5，间隔件5限定底层3和顶层4之间的间隙6，以用于操作该间隙6中的液滴23内的样本。底层3和顶层4包括暴露于筒2的间隙6的疏水表面17。筒2的底层3和顶层4是整体疏水薄膜，或者至少包括暴露于筒2的间隙6的疏水表面。从图2中可以清晰看到，筒2不具有导电层。在应用于间隙6中的样本液滴的试验中需要使用试剂，筒2的间隔件5在此至少部分地构造成包括用于所述试剂的腔室21的本体。
[0062] 图3示出了一个示例性筒容置部8的截面图，该容置部8内部容置有根据第二实施例的一次性筒2。不同于前述实施例，盖板12与数字微流体系统1的基板单元7机械地连接并且与该基板单元7被不可移动地固定。盖板12的导电材料15被构造成附连到顶部衬底13的厚金属板。在此，盖板12未被构造用以将力施加到容置于基板单元7的筒容置部8处的一次性筒2，由此，盖板12保持在合适的位置，并且一次性筒2可以通过前向进入装载操作而放置于筒容置部8上。该前向进入装载操作通常包括沿平行于电极阵列9的方向移动一次性筒2(参见图1)。为了能够合适地拉进一次性筒2并将该筒2整齐地定位到容置部8处，优选地，基板单元7装有插入导引部25。优选地，这些插入导引部25由诸如四氟乙烯等自润滑塑料制成，并且优选地，留出它们之间足以将一次性筒2滑动插入的空间。可替换地，盖板12的导电材料15被构造成夹持在顶部衬底13的材料之间的金属板、金属箔或金属层(参见图8A)。
[0063] 图3的一次性筒2包括底层3、顶层4和间隔件5，该间隔件5限定底层3和顶层4之间的间隙6，以用于操作该间隙6中的液滴23内的样本。底层3和顶层4包括暴露于筒2的间隙6的疏水表面17。筒2的底层3和顶层4是整体疏水薄膜，或者至少包括暴露于一次性筒2的间隙6的疏水表面。不同于图2所示的一次性筒2，该筒2具有附连到底层3的一部分或形成底层3的一部分的介电层24。因此，底层3由介电层24覆盖，或者底层3本身由介电材料制成。因此，电极阵列9不需要具有这样的介电层24。在应用于间隙6中的样本液滴的试验中需要使用试剂，筒2的间隔件5在此至少部分地构造成包括用于所述试剂的腔室21的本体。在此情况下，电极阵列9由介电层24覆盖。
[0064] 电极阵列9被固定到底部衬底11，并且各个体电极10与中央控制单元14都电连接或操作上连接(在此只画了十个电极10的三个连接)。数字微流体系统1被构造用以操作包含间隙6的一次性筒2中的液滴23内的样本。由此，在一次性筒2的间隙6中操作液滴23中的样本。
[0065] 盖板12也包括被构造用以将样本液滴引入到筒2的间隙6内的刺穿装置18。该刺穿装置18被构造成通孔19，该通孔19在整个盖板12中穿过，并且能够使刺穿移液管尖20被推动穿过并刺穿筒2的顶层4。刺穿移液管尖20可以是手持移液管(未示出)或移液机器人(未示出)的一部分。在此，盖板12包括附加的刺穿装置22，该刺穿装置22用以将刺穿移液管尖20推动穿过已穿过盖板12的通孔19，刺穿筒2的顶层4，并从腔室21中抽出试剂部分，并且用于将所述试剂部分引入筒2的间隙6中。在此，腔室21被构造成间隔件5的本体内的隔开部，该隔开部由底层3和顶层4封闭。
[0066] 图4示出了一个示例性筒容置部8的截面图，该容置部8内部容置有根据第三实施例的一次性筒2。电极阵列9被固定到底部衬底11，并且各个体电极10与中央控制单元14都电连接或操作上连接(在此只画了十个电极10的三个连接)。数字微流体系统1被构造用以操作包含间隙6的一次性筒2中液滴23内的样本。由此，在一次性筒2的间隙6中操作液滴23中的样本。
[0067] 盖板12通过铰链16与数字微流体系统1的基板单元7机械地连接，由此，盖板12可以摆动打开并且一次性筒2可以通过顶部进入装载操作放置于筒容置部8上(参见图1)。在此，盖板12的导电材料15由金属导电材料制成并同时包括作为单个一体件的顶部衬底13和导电材料15。可替换地，盖板12的导电材料15被构造成诸如氧化铟钛(TIO)等化合物或带有导电填充材料的塑料，它们附连到或一体化地形成在顶部衬底13中(未示出)。在这两种情况下，可以优选的是，导电材料15由塑料层(未示出)覆盖；该塑料层的材料优选地从包括聚丙烯和聚酰胺的材料组中选取。盖板12的自动打开和关闭操作可以通过封闭装置30而实现。
[0068] 盖板12也包括被构造用以将样本液滴引入到筒2的间隙6内的刺穿装置18。该刺穿装置18被构造成通孔19，该通孔19在整个盖板12中穿过，并且能够使刺穿移液管尖20被推动穿过并刺穿筒2的顶层4(参见图4B)。刺穿移液管尖20可以是手持移液管(未示出)或移液机器人(未示出)的一部分。盖板12在此包括其它刺穿装置22，用以将刺穿移液管尖20推动穿过已透过盖板12的通孔19、刺穿筒2的顶层4并从筒2的间隙6中抽出例如硅油(参见图4B)。
[0069] 图4A示出了放置于数字微流体系统1的基板单元7的筒容置部8中的、具有处于部分封闭状态的盖板12的垫状筒2。该一次性筒2包括底层3和顶层4，但是没有限定底层3和顶层4之间的间隙6以操作该间隙6中的液滴23内的样本的间隔件。底层3和顶层4包括暴露于筒2的间隙6的疏水表面17'、17"。筒2的底层3和顶层4是整体疏水薄膜，或者至少包括暴露于筒2的间隙6的疏水表面。与图2所示的一次性筒2类似，该筒22没有附连到底层3的一部分或形成底层3的一部分的介电层。因此，电极阵列9需要具有这样的介电层24。没有间隔件的该筒2被构造成袋状体或枕状体，该袋状体或枕状体较佳地充满硅油、其它油或诸如十六烷等不易与水溶混的其它化学基本惰性材料。
[0070] 图4B示出了在筒容置部8中被处于整体关闭状态的盖板12压成工作形状的垫状筒2。只要盖板12至少部分地敞开(参见图4A)，垫状或袋状筒2就可以由于优选地充满油而施加在筒2的膜袋或袋状体上的力以成形。优选地，处理筒2的操作(插入容置部8并从容置部8中取出)通过自动抽吸装置(未示出)实现。然而，当压成工作形状时(参见图4B)，垫状或袋状筒2被推压成与基板单元7的筒容置部8的内部空间一致的形状。由此，在不需要提供间隔件的情况下，顶层4被定向成基本平行于底层3和位于其下方的电极阵列9并与底层3和电极阵列9隔开限定的距离。
[0071] 为避免刺穿枕状筒2期间或之后油的泄漏或溅出，筒2的顶层4可以被构造成自密封可刺穿膜。可替换地或与自密封可刺穿顶层4结合，盖板12可以至少在刺穿装置18、22区域内装有自密封可刺穿膜。至少在刺穿装置18、22区域内的该自密封可刺穿膜(未示出)优选地定位到与筒2接触的盖板12的表面上。
[0072] 图5示出了一个示例性筒容置部8的截面图，该容置部8内部容置有根据第四实施例的一次性筒2。盖板12通过铰链16与数字微流体系统1的基板单元7机械地连接，由此，盖板12可以摆动打开并且一次性筒2可以通过顶部进入装载操作而放置于筒容置部8上(参见图1)。在此，盖板12的导电材料15由金属导电材料制成并同时包括作为单个一体件的顶部衬底13和导电材料15。可替换地，盖板12的导电材料15被构造成诸如氧化铟钛(TIO)或带有导电填充材料的塑料等化合物，该化合物附连到或一体化地形成在顶部衬底13中(未示出)。在这两种情况下，可以优选的是，导电材料15由塑料层(未示出)覆盖；该塑料层的材料优选地从包括聚丙烯和聚酰胺的材料中选取。
[0073] 此处同样地，盖板12也被构造成将力施加到容置于基板单元7的筒容置部8处的一次性筒2。该力朝向电极阵列9推压一次性筒2，以将该筒的底层3尽可能地靠近电极阵列9的表面。该力也将一次性筒2推入电极阵列9上的限定位置中。另外，设置有刺穿装置18：根据第三实施例的一次性筒2包括刺穿销27，该刺穿销27位于筒2的间隙6中，并被构造以当顶层4朝向底层3的方向移位时刺穿顶层4。优选地，刺穿销27附连到销板28，该销板28使刺穿销27和一次性筒2的间隔件5的一部分连接到一起。盖板12还包括通孔19，该通孔19在整个盖板12中穿过，并且定位成与座置在筒容置部8处的已合适定位的一次性筒2的刺穿销27配准。盖板12还包括移位部29，该移位部29从盖板12伸出，以将顶层4朝着底层3的方向移位。该移位部29被构造成当刺穿顶层4时与刺穿销27协作。由此，通过使用该刺穿装置18，样本液滴和/或试剂部分可以被引入到筒2的间隙6中。优选地，加宽通孔19的一部分，使得一次性移液管尖26可以用以将样本液滴和/或试剂部分移到一次性筒2的间隙6中。一次性移液管尖26可以是手持移液管(未示出)或移液机器人(未示出)的一部分。
[0074] 在此情况下，电极阵列9由介电层24覆盖。电极阵列9被固定到底部衬底11，并且各个体电极10与中央控制单元14都电连接或操作上连接(在此只画了十个电极10的三个连接)。数字微流体系统1被构造用以操作包含间隙6的一次性筒2中的液滴23内的样本。由此，在一次性筒2的间隙6中操作液滴23中的样本。
[0075] 如前所介绍的第一实施例和第二实施例，一次性筒2包括底层3、顶层4和间隔件5，间隔件5限定底层3和顶层4之间的间隙6，以用于操作该间隙6中的液滴23内的样本。
底层3和顶层4包括暴露于一次性筒2的间隙6的疏水表面17。第1疏水表面17'定位在底层3的内侧上，而第2疏水表面17"定位在顶层4的内侧上。筒2的底层3和顶层4是整体疏水薄膜，或者至少包括暴露于一次性筒2的间隙6的疏水表面。从图2中可以清晰看到，筒2不具有导电层。在应用于间隙6内的样本液滴的试验中是需要试剂，在此，筒2的间隔件5不需要构造成包括用于所述试剂的腔室21的本体，因为这些试剂可以通过使用手持移液管或移液机器人(参见上述)进行常规移液而添加到间隙6中。
[0076] 图6示出了一个示例性筒容置部8的截面图，该容置部8内部容置有根据第五实施例的一次性筒2。与前述实施例类似，盖板12通过铰链16与数字微流体系统1的基板单元7机械地连接。为了能够合适地顶部装载一次性筒2并将该一次性筒2整齐地定位到容置部8处，优选地，基板单元7装有插入导引部25。优选地，这些插入导引部25由诸如四氟乙烯等自润滑塑料制成，并且优选地，留出它们之间足以将一次性筒2滑动插入的空间。也与前述实施例类似，并作为第一可替换方案，盖板12的导电材料15由金属导电材料制成，并且包括作为单个一体件的顶部衬底13和导电材料15。可替换地，盖板12的导电材料15被构造成诸如氧化铟钛(TIO)或带有导电填充材料的塑料等化合物，该化合物附连到或一体化地形成在顶部衬底13中(未示出)。在这两种情况下，可以优选的是，导电材料15由塑料层(未示出)覆盖；该塑料层的材料优选地从包括聚丙烯和聚酰胺的材料中选取。
[0077] 此处同样地，盖板12被构造成将力施加到容置于基板单元7的筒容置部8处的一次性筒2。该力朝向电极阵列9推压一次性筒2，以将该筒的底层3尽可能地靠近电极阵列9的表面。该力也将一次性筒2推入电极阵列9上的限定位置中。另外，设置有刺穿装置
18：根据第三实施例的一次性筒2包括刺穿销7，该刺穿销7位于筒2的间隙6中，并被构造以当顶层4朝着底层3的方向移位时刺穿顶层4。优选地，刺穿销27附连到销板28，该销板28使刺穿销27和一次性筒2的间隔件5的一部分连接到一起。盖板12还包括通孔
19，该通孔19在整个盖板12中穿过，并且定位成与座置在筒容置部8处的已合适定位的一次性筒2的刺穿销27配准。盖板12还包括移位部29，该移位部29从盖板12伸出，以将顶层4朝着底层3的方向移位。该移位部29被构造成当刺穿顶层4时与刺穿销27协作。由此，通过使用该刺穿装置18，可以将样本液滴和/或试剂部分引入到筒2的间隙6中。优选地，加宽通孔19的一部分可以使得一次性移液管尖26用以将样本液滴和/或试剂部分移到一次性筒2的间隙6中。一次性移液管尖26可以是手持移液管(未示出)或移液机器人(未示出)的一部分。
[0078] 在此情况下，电极阵列9由介电层24覆盖。电极阵列9被固定到底部衬底11，并且各个体电极10与中央控制单元14都电连接或操作上连接(在此只画了十个电极10的三个连接)。数字微流体系统1被构造用以操作包含间隙6的一次性筒2中的液滴23内的样本。由此，在一次性筒2的间隙6中操作液滴23中的样本。
[0079] 如前所介绍的第一、第二和第四实施例，一次性筒2包括底层3、顶层4和间隔件5，间隔件5限定底层3和顶层4之间的间隙6，以用于操作该间隙6中的液滴23内的样本。
底层3和顶层4包括暴露于筒2的间隙6的疏水表面17。第1疏水表面17'定位在底层3的内侧上，而第2疏水表面17"定位在顶层4的内侧上。筒2的底层3和顶层4是整体疏水薄膜，或者至少包括暴露于筒2的间隙6的疏水表面。从图2中可以清晰看到，一次性筒
2不具有导电层。在应用于间隙6内的样本液滴的试验中需要试剂，在此，一次性筒2的间隔件5不需要构造成包括用于所述试剂的腔室21的本体，因为这些试剂可以通过使用手持移液管或移液机器人(参见上述)进行常规移液而添加到间隙6中。
[0080] 应注意的是，所发明的一次性筒2的第四实施例(参见图5)的刺穿销27被放置成其背部在底层3的第1疏水表面上。由此，当顶层4由盖板12的移位部分29进行移位时，底部衬底11和电极阵列9为刺穿销27提供稳定性。因此，销板28可以是非常薄的。可替换地，销板28被省略，而是将刺穿销27胶粘到底层3的第1疏水表面。只将此小刺穿销27胶粘到底层3的内表面具有这样的有益效果：可以使用更多的个体电极10来进行电润湿。另一有益效果是，刺穿销27的位置(当然也是盖板中通孔19的位置)可以在与间隔件5隔开任意距离的位置中选择。然而，刺穿销27精确的定位在大批量生产一次性筒2的过程中是难以实现的。
[0081] 相反地，本发明一次性筒2的第五实施例的刺穿销27被放置成更加接近间隔件5，刺穿销27通过自支撑销板28与间隔件5连接。由此，当顶层4由盖板12的移位部分29进行移位时，间隔件6为刺穿销27提供稳定性。有利地，电极阵列9不涉及刺穿过程，也不受刺穿过程的影响，并且所有的个体电极10都可以用于电润湿作用。如果要避免将移收的液体沿自支撑销板28向下排送到第1疏水表面17'，那么优选地，将所谓的泄水槽增加到刺穿销27的下部(参见图6)。然而，如果该向下排送的过程是优先的，那么可以不必增加该泄水槽。
[0082] 图7示出了装配有中央控制单元14和基板单元7的示例性数字微流体系统1的概图，该数字微流体系统1具有十二个筒容置部8，各筒容置部8包括电极阵列9和固定盖板12。该基板单元7特别适合用于容纳根据第六实施例的一次性筒2，并适于将这些筒装载到具有大体竖直电极阵列9和盖板12的、大体竖直的筒容置部8中(参见图8)。优选地，通过液体处理工作站(未示出)的自动抓持设备执行该装载操作。
[0083] 图8示出了数字微流体系统1的基板单元7的一个示例性筒容置部8的截面图，其中该筒容置部8内部容置有根据第六实施例的一次性筒2。从图8A立即清晰地看到，顶部进入的筒2被插入具有大体竖直电极阵列9和盖板12的、大体竖直的筒容置部8中。一次性筒2包括底层3、顶层4和间隔件5，间隔件5限定底层3和顶层4之间的间隙6，以用于操作该间隙6中的液滴23内的样本。底层3和顶层4包括暴露于筒2的间隙6的疏水表面17'、17"。筒2的底层3和顶层4是整体疏水薄膜，或者至少包括暴露于筒2的间隙6的疏水表面。如同图2所示的筒2，该筒2没有附连到底层3的一部分或形成底层3的一部分的介电层。
[0084] 因此，电极阵列9需要具有这样的介电层24。优选地，该一次性筒2充满硅油。
[0085] 电极阵列9被固定到底部衬底11，并且各个体电极10与中央控制单元14都电连接或操作上连接(在此只画了十四个电极10的四个连接)。数字微流体系统1被构造用以操作包含间隙6的一次性筒2中的液滴23内的样本。由此，在一次性筒2的间隙6中操作液滴23中的样本。
[0086] 盖板12与数字微流体系统1的基板单元7机械地连接或者一体形成到基板单元7中，并且不能移动。由此，可以将一次性筒2通过顶部进入装载的方式插入筒容置部8(参见图7)。在此，盖板12的导电材料15由金属导电材料制成，并且被夹在顶部衬底13的材料之间。可替换地，盖板12的导电材料15可以由除顶部衬底13的材料之外的塑料层覆盖(未示出)。
[0087] 间隔件5也包括被构造用以将样本液滴引入到筒2的间隙6内的刺穿装置18。该刺穿装置18构造为间隔件5的扩大部分。优选地，该间隔件的扩大部分装有使刺穿移液管尖20能够推动穿过的可刺穿自密封膜31。刺穿移液管尖20可以是手持移液管(未示出)或移液机器人(未示出)的一部分。通过筒2的该扩大间隔部提供的相对较大的刺穿区域，简化了将液体自动递送到筒2的间隙6中或从筒2的间隙6中抽出液体的过程。假定间隙宽度为大约1mm至3mm，那么该刺穿区域的宽度优选地为大约5mm至10mm，并因此，具有大约为96孔微型板的孔的尺寸，此可以通过液体处理系统或液体处理工作站的自动移液管容易地实现。在为腔室21提供空间的同时(也参见图8B)，筒2的扩大间隔部也提供由自动机器夹持器(未示出)抓持的抓持表面，该自动机器夹持器优选地用以数字微流体系统1的外部处理筒，并用以筒2插入其容置部8或从它们的容置部8处抽出。另外，筒2的扩大间隔部提供了抵接表面，当该筒2正确地容置在容置部8中时，该抵接表面抵接基板单元
7的表面。
[0088] 优选地，电极阵列9延伸到相对于基板单元7的最前部位置，以能够将液滴23从腔室21移动到印刷电路板(PCB)或电极阵列9上的不同位置。特别在反应产品应在数字微流体系统1的外部以及在筒2的外部分析的情形下，沿着与电极阵列9的反应部位相反的方向将液滴23移动到腔室21是非常优选的。
[0089] 图8B示出了从图8A所示的截面B看去的、图8A的顶部进入装载的筒2。该截面贯穿间隙6并位于自包含一次性筒2的底层3和顶层4之间。该截面也横穿间隔件5，该间隔件5的U形部分定位在底层3和顶层4之间，扩大间隔部绕该U形部和底层3及顶层4设置。优选地，间隔件5的U形部分由塑料材料制成(优选地通过注射成型)，并且被胶粘或熔合到底层3和顶层4。优选地，扩大间隔部也通过注射成型产生；此能够提供隔离棒
32，一方面这些隔离棒32能产生可刺穿膜31下方的腔室21，并且另一方面，这些隔离棒32能稳定可刺穿膜31。优选地，通过将分离棒32和扩大间隔部通过后注射成型而使该可刺穿膜31具有所述稳定性。优选地，然后，将该扩大间隔部放置于具有底层3和顶层4的间隔件5的U形部分上。
[0090] 如已指出的，间隔件5也包括刺穿装置18，该刺穿装置18构造为间隔件5的扩大部分。优选地，该扩大间隔部装有能够使刺穿移液管尖20推动穿过的可刺穿自密封膜31。刺穿移液管尖20可以是手持移液管(未示出)或移液机器人(未示出)的一部分。间隔件2在此另外包括用以将刺穿移液管尖20推动穿过自密封膜31并从筒2的间隙6中抽出例如硅油的刺穿装置22。在该图8B的筒2中，液滴23(例如样本)由刺穿移液管尖20被引到刺穿装置18，然后在底层3的疏水表面17'上被移动到实际位置。同时，通过将液滴
23引入腔室21和间隙6中，相近数量的硅油(或者任何不会与液滴23混合的其它化学惰性液体)从另一刺穿装置22处的相应腔室21中被抽出。作为对这种同时平衡间隙6中液体操作的替代，可以在插入液滴23的稍前或稍后移除所期望数量的油或惰性液体。腔室21也可以用作储存部来存储比由该液体产生可移动液滴23所需要的更多的液体；由此，一旦引入腔室21中的至少一个，就可以由单个液体体积产生多个液滴23。然而，可取的是，留出用于抽出油或惰性液体的一个腔室21，并留出另一个用于抽出试剂产品的腔室21。
[0091] 根据可替换且非常简单的实施例(未示出)，包含具有在各种情形下都导向间隙6的疏水表面17'、17"的底层3和顶层4的一次性筒2可以安装在用于电润湿的PCB上。可以将导电膜(如铝箔)附连到顶层4的外表面，而不使用装有导电材料15的盖板12。结果表明，这种导电膜即使在该导电膜未接地时也能够进行电润湿作用。顶层4可以在其外表面上的薄膜涂层，而不必将未接地的导电膜附连到顶层；薄膜涂层可以是任何金属并通过化学或物理蒸发技术进行沉积得到。在顶层4的外表面上的该导电薄膜甚至可以是导电涂料。由此，提出一种沿第二平面延伸并基本平行于电极阵列9的导电材料15，在操作液滴23中的样本期间，所述导电材料15处于筒2的顶层4上，并且未连接到特定电势源。用于操作附着于疏水表面17的液滴23的样本的方法特征在于，该方法包括提供位于一次性筒2的底层3上的第一疏水表面17'的步骤。该底层3基本平行定位于数字微流体系统1的电极阵列9上方。所述电极阵列9基本沿第一表面延伸并包括多个由数字微流体系统1的基板单元17的底部衬底11所支撑的多个个体电极10。所述电极阵列9连接到数字微流体系统1的中央控制单元14，该中央控制单元14用于控制所述电极阵列9的个体电极10的选择，并为个体电极10提供单独的电压脉冲，以通过电润湿作用在所述第一疏水表面17'上操作所述液滴23。
[0092] 本发明方法也包括提供基本平行于所述第一疏水表面17'并与所述第一疏水表面17'隔开一定距离的第二疏水表面17"的步骤。以此方式，形成第一疏水表面17'和第二疏水表面17"之间的间隙6。优选地，该间隙6由间隔件5限定，包括第一疏水表面17'的底层3和包括第二疏水表面17"的顶层4附连到所述间隔件5。本发明方法还包括提供具有顶部衬底13的盖板12。该盖板12也包括在第二平面中延伸并基本平行于电极阵列9的导电材料15。在操作液滴23内的样本期间，盖板12的导电材料15未连接到特定电势源。在所示和所讨论的所有实施例中，优选的是，一次性筒2的间隙6基本由硅油充满。也总优选的是，筒2的底层3和顶层4是整体疏水膜或包括暴露于筒2的间隙6的疏水表面17'、17"。在通过一次性筒2的间隙6进行电润湿并操作至少一个液滴23后，可以在一次性筒2仍旧处于筒容置部8时估测该操作或该试验的结果，即，使用数字微流体系统1或已合并有数字微流体系统1的工作站的分析系统来估测该操作或该试验的结果。可替换地，可以从数字微流体系统1的基板单元7中取出一次性筒2并在其它地方进行分析。
[0093] 在分析后，可以丢弃一次性筒2，而可以重新使用电极阵列9。由于数字微流体系统1的这些部件在与本发明的一次性筒2的第一或第二实施例一起工作时从不与任何样本或试剂接触，所以可以立即且在没有任何中间清洗步骤的情况下与其它一次性筒2重新使用。由于在与本发明筒2的第三或第四实施例一起工作时，数字微流体系统1的盖板12的通孔19可能与样本和试剂接触，所以可以在一些中间清洁操作步骤后或更换盖板12后与其它一次性筒2重新使用。
[0094] 本发明的目的是提供一种在通过电润湿作用操作液滴23期间将液滴23与电极阵列9和顶板12分开的可移除一次性膜。如上面说明书中所述的自包含一次性筒2的六个不同实施例所示，可移除一次性膜优选地提供为一次性筒2的底层3和顶层4。
[0095] 在优选实施例中，筒2的底层3通过真空附连到PCB。PCB中的小排泄孔连接到用于此目的的真空泵。将该真空吸引力施加到底层3上能够避免使用任何液体或粘合剂而更好地使筒2的底层3接触电极阵列9的表面。
[0096] 本文公开的一次性筒2的不同实施例的各个特征的任意组合对于本领域技术人员来说是可理解的，并且包含在本发明及所述权利要求的主旨和范围内。
[0097] 即使没有在所有情形下都作具体描述，但各附图标记始终表示本发明数字微流体系统1和一次性筒2的相似元件。
[0098] 附图标记
[0099] 1数字微流体系统 17'第一疏水表面
[0100] 2一次性筒 17"第二疏水表面
[0101] 3底层 18刺穿装置
[0102] 4顶层 19通孔
[0103] 5间隔件 20刺穿移液管尖
[0104] 6位于3和4之间的间隙 21室
[0105] 7基板单元 22其它刺穿单元
[0106] 8筒容置部 23液滴
[0107] 9电极阵列 24介电层
[0108] 10个体电极 25插入导引部
[0109] 11底部衬底 26一次性移液管尖
[0110] 12盖板 27刺穿销
[0111] 13顶部衬底 28销板
[0112] 14中央控制单元 29移位部
[0113] 15导电材料 30封闭装置
[0114] 16铰链 31可刺穿膜
[0115] 17疏水表面 32隔离棒
