液滴分配

摘要

一种系统，包括：液滴致动器，其具有在顶部和底部基板之间的液滴操作间隙；(多个)储存器，在液滴致动器外部并且耦合至液滴致动器；该(多个)储存器针对大体积流体而被设置尺寸；以及(多个)压力源，其在液滴致动器外部并且被耦合到至少一个储存器。该系统的操作包括：用(多个)大体积的流体填充储存器，作为执行(多个)液滴操作的一部分，使用(多个)压力源将(多个)流体的(多个)液滴分配到液滴操作间隙。(多个)液滴的移动可以通过激活液滴致动器来实现。

权利要求

1.一种储存系统，包括：

液滴致动器，所述液滴致动器具有在顶部基板和底部基板之间的液滴操作间隙；

至少一个储存器，所述至少一个储存器在所述液滴致动器外部并且被耦合至所述液滴致动器，所述至少一个储存器针对大体积流体而被设置尺寸；以及至少一个压力源，所述至少一个压力源在所述液滴致动器外部并且被耦合至所述至少一个储存器，所述至少一个压力源被配置成控制压力，以维持所述大体积流体的液弹的弯月面被定位在多个电极中的相同的第一电极处，所述多个电极位于所述液滴致动器中。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个压力源包括恒定压力源。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个压力源包括一个或多个正压力源和一个或多个负压力源中的至少一项。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个储存器中的一个或多个储存器被连接至所述液滴致动器，并且其中针对所述一个或多个储存器中的至少一个储存器的密封件包括公密封件部分和母密封件部分，所述公密封件部分和所述母密封件部分中的一项位于所述液滴致动器的底部，并且所述公密封件部分和所述母密封件部分中的另一项被耦合至所述一个或多个储存器中的所述至少一个储存器。

5.根据权利要求1所述的系统，还包括至少一个导管，所述至少一个导管耦合所述液滴致动器和所述至少一个储存器，其中密封件位于所述液滴致动器处。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述顶部基板的被移除部分在与所述被移除部分相对应的所述顶部基板的侧边缘处引起所述液滴操作间隙的高度的急剧增加。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个储存器和所述至少一个压力源中的每一项被底部耦合至所述液滴致动器。

8.根据权利要求7所述的系统，其中一个或多个附加压力源被侧耦合至所述液滴致动器。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个储存器和所述至少一个压力源被顶部耦合至所述液滴致动器。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述液滴致动器还包括针对流体的至少一个入口，所述系统还包括至少一个阀，所述至少一个阀被耦合至所述至少一个入口，以控制进入到所述液滴致动器的一个或多个流体的流量。

11.一种分配液滴的方法，包括：用大体积的一个或多个流体填充系统的至少一个储存器，其中所述系统还包括：液滴致动器，液滴致动器具有在所述液滴致动器的顶部基板和底部基板之间的液滴操作间隙；以及

至少一个压力源，所述至少一个压力源在所述液滴致动器外部并且被耦合至所述至少一个储存器，并且其中所述至少一个储存器被外部地耦合至所述液滴致动器，并且针对大体积流体而被设置尺寸；以及

作为执行至少一个液滴操作的一部分，使用所述至少一个压力源来将所述一个或多个流体中的至少一个液滴分配至所述液滴操作间隙，其中所述方法还包括：由所述至少一个压力源控制压力，以维持所述大体积流体的液弹的弯月面被定位在多个电极中的相同的第一电极处，所述多个电极位于所述液滴致动器中，所述至少一个液滴将从所述大体积流体的所述液弹而被分配。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述至少一个压力源包括一个或多个正压力源，并且其中所述分配包括将所述至少一个液滴从所述至少一个储存器中的一个或多个储存器推到所述液滴操作间隙。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述至少一个压力源包括一个或多个恒定压力源，并且其中所述分配包括使用所述一个或多个恒定压力源来分配所述至少一个液滴。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述顶部基板的被移除部分在与所述被移除部分相对应的所述顶部基板的侧边缘处引起所述液滴操作间隙的高度的急剧增加，其中所述液滴操作间隙包括处于所述顶部基板与所述底部基板之间的、在所述被移除部分下方的间隙，并且其中所述分配包括将所述至少一个液滴分配至所述被移除部分下方的所述间隙外部的所述液滴操作间隙。

15.根据权利要求11所述的方法，其中所述至少一个压力源的一个或多个压力源以及所述至少一个储存器的一个或多个储存器被底部耦合至所述液滴致动器，并且其中所述分配包括使用所述一个或多个压力源以及所述一个或多个储存器，将所述至少一个液滴分配至所述液滴操作间隙。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述至少一个压力源还包括被侧耦合至所述液滴致动器的一个或多个压力源，并且其中所述分配包括还使用被侧耦合至所述液滴致动器的所述一个或多个压力源，将所述至少一个液滴分配至所述液滴操作间隙。

17.根据权利要求11所述的方法，其中所述至少一个压力源包括被顶部耦合至所述液滴致动器的一个或多个压力源，并且其中所述分配包括使用被顶部耦合至所述液滴致动器的所述一个或多个压力源，将所述至少一个液滴分配至所述液滴操作间隙。

18.根据权利要求11所述的方法，其中所述液滴致动器包括基于电润湿的液滴致动器，其中包括所述第一电极的所述多个电极位于所述底部基板中，并且至少一个电极与所述顶部基板相关联，所述多个电极包括至少两个电极的至少一个阵列，其中所述分配包括激活所述多个电极并且在所述阵列上方将至少两个液滴分配到所述底部基板上。

19.根据权利要求11所述的方法，还包括监测所述分配的一个或多个方面。

20.一种分配液滴的方法，包括：将液滴致动器耦合至至少一个储存器，所述至少一个储存器被外部耦合至所述液滴致动器，并且针对大体积流体而被设置尺寸；

用大体积流体填充所述至少一个储存器中的一个或多个储存器；

激活所述液滴致动器；

在所述激活之后，使用压力将所述大体积流体的至少一个液滴分配至所述液滴致动器的液滴操作间隙的入口，所述分配包括使用被耦合至所述入口的至少一个阀，控制去往所述入口中的所述大体积流体的流量，其中所述分配包括监测所述分配的一个或多个方面；

控制压力以维持所述大体积流体的液弹的弯月面被定位在多个电极中的相同的第一电极处，所述多个电极位于所述液滴致动器中，所述至少一个液滴将从所述大体积流体的所述液弹而被分配；以及

沿着所述液滴操作间隙朝向所述液滴致动器的出口移动所述至少一个液滴。

说明书

液滴分配

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求2017年11月14日提交的美国临时专利申请号62/586,087的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

[0003] 液滴致动器是数字流体盒(fluidics cartridge)的一个示例，其可以包括一个或多个基板，该一个或多个基板被配置成形成用于进行液滴操作的表面或间隙。该一个或多
个基板建立用于进行液滴操作的液滴操作表面或间隙，并且还可以包括电极，该电极被布
置以进行液滴操作。液滴操作基板、或基板之间的间隙可以涂覆或填充有填充剂流体，其与
形成液滴的液体不混溶。例如，当大体积液体(例如试剂)用液滴致动器来使用时，分配和维
持大体积液体可能是困难的。例如，在液滴致动器中，与液滴操作间隙的高度相比，用于分
配大体积试剂的典型的致动器上(或盒上)储存器被升高。因此，试剂趋于不受控制地从致
动器上储存器溢入到较小的液滴操作间隙中。此外，大体积致动器上(或盒上)储存器需要
大面积的液滴致动器。

[0004] 因此，存在对于用于管理数字流体应用中的大体积液体的新方法的需要。

发明内容

[0005] 一方面通过提供一种系统，可以克服现有方法的缺点并且可以提供其他优点。该系统包括：液滴致动器，该液滴致动器具有在顶部基板和底部基板之间的液滴操作间隙；至
少一个储存器，在液滴致动器外部并且被耦合至液滴致动器，至少一个储存器针对大体积
的流体而被设置尺寸；以及至少一个压力源，在液滴致动器外部并且被耦合至至少一个储
存器。

[0006] 根据另一方面，提供了一种方法。该方法包括：用大体积的一个或多个流体填充系统的至少一个储存器，其中该系统还包括：液滴致动器，该液滴致动器具有在液滴致动器的
顶部基板和底部基板之间的液滴操作间隙的；以及至少一个压力源，在液滴致动器外部并
且被耦合至至少一个储存器，至少一个储存器被外部地耦合至液滴致动器，并且针对大体
积流体而被设置尺寸。该方法还包括：作为执行至少一个液滴操作的一部分，使用至少一个
压力源来将一个或多个流体中的至少一个液滴分配至液滴操作间隙。

[0007] 根据另一方面，提供了一种方法。该方法包括：将液滴致动器耦合至至少一个储存器，该至少一个储存器被外部耦合至液滴致动器并且针对大体积流体而被设置尺寸；用大
体积流体填充至少一个储存器中的一个或多个储存器；激活液滴致动器；在该激活之后，使
用压力将大体积流体的至少一个液滴分配至液滴致动器的液滴操作间隙的入口，该分配包
括使用被耦合至该入口的至少一个阀来，控制去往入口中的大体积流体的流量，其中该分
配包括监测分配的一个或多个方面；以及沿着液滴操作间隙朝向液滴致动器的出口移动该
至少一个液滴。

附图说明

[0008] 通过以下结合附图对本申请的各个方面的详细描述，本申请的这些以及其他目的、特征和优点将变得显而易见，其中：

[0009] 图1A和图1B图示出了微流体系统的一个示例的侧视图，该微流体系统包括压力辅助大体积储存器，其被流体地耦合至液滴致动器的边缘或一侧；

[0010] 图2图示出了用于制备针对测序的DNA文库的集成微流体系统的一个示例的平面图，其中压力辅助储存器被边缘耦合至该集成微流体系统；

[0011] 图3A示出了在图2的集成微流体系统中使用的配件的示例；

[0012] 图3B示出了沿图2的线AA截取的集成微流体系统的截面图；

[0013] 图4A、图4B和图4C图示出了微流体系统的一个示例的各种视图，该微流体系统包括压力辅助大体积储存器，其被流体地耦合至液滴致动器的底部；

[0014] 图5图示出了微流体系统的另一示例的侧视图，该微流体系统包括压力辅助大体积储存器，其被流体地耦合至液滴致动器的底部；

[0015] 图6示出了一种用于在压力辅助储存器的底部耦合配置中、提供管与底部基板之间的气密密封的技术；

[0016] 图7A和7B分别图示出了微流体配置的一个示例的俯视图和侧视图，该微流体配置支撑压力辅助储存器，其中，压力源流体地耦合至液滴致动器的底部；

[0017] 图8图示出了微流体配置的另一示例的俯视图，其中，压力源供应液滴操作电极的阵列；

[0018] 图9图示出了微流体配置的另一示例的侧视图，该微流体配置包括底部耦合的压力辅助储存器、以及侧耦合或边缘耦合的压力辅助储存器；

[0019] 图10和图11图示出了微流体配置的其他示例的侧视图，其中间隙高度变化以用于在装载口处的进一步的流量控制，其是压力辅助的；

[0020] 图12图示出了微流体配置的一个示例的侧视图，该微流体配置包括顶部耦合的压力辅助储存器；

[0021] 图13图示出了微流体配置的另一示例的侧视图，该微流体配置包括顶部耦合的压力辅助储存器；

[0022] 图14图示出了使用诸如图7A至图13中所描述的那些的压力辅助储存器，来对液体进行分配的方法的一个示例的流程图；以及

[0023] 图15图示出了包括液滴致动器的微流体系统的一个示例的功能框图，其是流体盒的一个示例。

[0024] 图16图示了计算机程序产品的一个示例，该计算机程序产品包括例如一种或多种非暂时性计算机可读存储介质，在其上存储有计算机可读程序代码装置或逻辑，以提供和
促进本申请的一个或多个方面。

具体实施方式

[0025] 在本文的一些示例中提供的包括数字流体，包括根据数字流体盒的压力辅助液滴(droplet)分配。

[0026] 下面参考附图中图示出的非限制性示例来更全面地解释本申请的各方面及其某些特征、优点和细节。对公知材料、制造工具、加工技术等的描述被省略，以免不必要地模糊
本申请。然而，应当理解，尽管详细描述和具体示例指示了本申请的各方面，但是它们仅以
示例的方式被给出，而不是以限制的方式被给出。从本申请中，在基本发明构思的精神和/
或范围内的各种替换、修改、增加和/或布置对于本领域技术人员将是显而易见的。

[0027] 如在本文中整个说明书和权利要求书中所使用的，近似的语言可以被应用来修饰任何定量表示，其可以允许变化而不会导致与之相关的基本功能发生变化。因此，由诸如
“约”或“基本上”之类的一个或多个术语修饰的值不限于所指定的精确值。在一些实例中，
近似的语言可以对应于用于测量该值的仪器的精度。如本文所使用的，除非另有说明，否则
与诸如测量值、尺寸等的值一起使用的术语“约”和“基本上”意指该值的正负百分之五的可
能变化。

[0028] 本文所使用的术语仅出于描述特定示例的目的，而无意于限制本申请。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还
将理解的是，术语“包括”(以及任何形式的包括，例如“包括有”和“被包括”)、“具有”(以及
任何形式的包含，例如“具有”和“有”)、“含有”(以及任何形式的含有，例如“含有”和“含”)
和“包含”(以及任何形式的包含，例如“被包含”和“包含有”)都是开放式连接动词。结果，
“包括”、“具有”、“含有”或“包含”一个或多个步骤或元件的方法或设备，拥有那些一个或多
个步骤或元件，但不限于仅拥有那些一个或多个步骤或元件。同样，“包括”、“具有”、“包括”
或“包含”一个或多个特征的方法步骤或设备元件拥有那些一个或多个特征，但不限于仅拥
有那些或多个特征。此外，以特定方式配置的设备或结构至少以那种方式被配置，但是也可
以以未列出的方式被配置。

[0029] 如本文所使用的，术语“连接”在被用来指代两个物理元件时，意指两个物理元件之间的直接连接。然而，术语“耦合”可以意指直接连接、或通过一个或多个中间元件的连
接。

[0030] 如本文所使用的，术语“可能”和“可以”指示以下项的可能性：在一组情况内一个发生；拥有指定的性质、特性或功能；和/或通过表达与所修饰的动词相关联的性能、能力或
可能性中的一个或多个来修饰另一个动词。因此，“可能”和“可以”的使用指示被修饰的术
语对于指定的能力、功能或用法是显然适当、有能力或合适的，同时考虑到在一些情况下被
修饰的术语有时可能不是适当、有能力或合适的。例如，在一些情况下，某个事件或能力可
以被预期，而在其他情况下，则该事件或能力不能发生——这种区别由术语“可能”和“可能
是”来体现。

[0031] 如本文所使用的，术语“基于电润湿的液滴致动器”是指使用电润湿的液滴致动器，其是使用施加的电压来激活的表面(通常是疏水性)的润湿性质的修改。

[0032] 如本文所使用的，术语“液滴操作间隙”是指基于电润湿的液滴致动器的顶部基板与底部基板之间的空间。

[0033] 如本文可互换使用的，术语“(多个)大体积流体”和“(多个)大体积的流体”是指具有大于50微升至约50毫升的体积的流体。

[0034] 如本文所使用的，术语“急剧”在被用来描述液滴操作间隙的高度的增加时，是指液滴致动器的顶部和/或底部基板(sub)的被移除的部分产生的在剩余的顶部和/或底部基
板中的侧壁，该侧壁相对于顶部和/或底部基板具有约90度的角度。

[0035] 关于一个或多个电极的“激活”意指影响一个或多个电极的电状态的改变，其在存在液滴的情况下导致液滴操作。电极的激活可以使用交流电(AC)或直流电(DC)来完成。任
何合适的电压可以被使用来影响期望操作(诸如液滴操作)。例如，电极可以使用大于约
150V、或大于约200V、或大于约250V、或从约275V至约1000V、或约300V的电压来激活。在使
用AC信号的情况下，任何合适的频率可以采用来影响期望操作(诸如液滴操作)。例如，电极
可以使用具有以下频率的AC信号来激活：从约1Hz至约10MHz、或从约10Hz至约60Hz、或从约
20Hz至约40Hz、或约30Hz的频率。

[0036] 关于液滴致动器上的珠的“珠”(bead)意指能够与液滴致动器上的、或附近的液滴相互作用的任何珠或颗粒。

[0037] “液滴”意指液滴致动器上的一定体积的液体。在一个示例中，液滴至少部分地由填充剂流体界定。例如，液滴可以由填充剂流体完全包围、或者可以由填充剂流体和液滴致
动器的一个或多个表面来界定。作为另一示例，液滴可以由填充剂流体、液滴致动器的一个
或多个表面和/或大气来界定。作为又一示例，液滴可以由填充剂流体和大气来界定。液滴
可以是例如水性的或非水性的，或者可以是包括水性和非水性组分的混合物或乳液。液滴
可以采取多种多样的形状。非限制性示例包括通常的盘形、弹形、截球形、椭圆形、球形、部
分压缩的球形、半球形、卵形、柱形、这些形状的组合，以及在液滴操作期间形成的各种形
状，诸如合并或分裂或形成为这些形状与液滴致动器的一个或多个表面接触的结果。在各
个实施例中，液滴可以包括生物样品，诸如全血、淋巴液、血清、血浆、汗液、眼泪、唾液、痰、
脑脊髓液、羊水、精液、阴道分泌物、浆液、滑液、心包液、腹膜液、胸膜液、漏出液、渗出液、囊
液、胆汁、尿液、胃液、肠液、粪便样品、包含单个或多个细胞的液体、包含细胞器的液体、流
体化组织、流体化有机体、包含多细胞有机体的液体、生物拭子和生物洗涤液。此外，液滴可
以包括试剂，诸如水、去离子水、盐溶液、酸性溶液、碱性溶液、去污剂溶液和/或缓冲液。液
滴可以包括：核酸，诸如DNA、基因组DNA、RNA、mRNA或其类似物；核苷酸，诸如脱氧核糖核苷
酸、核糖核苷酸或其类似物，诸如具有终止子部分的类似物；酶，诸如聚合酶、连接酶、重组
酶或转座酶；结合伴侣，诸如抗体、表位、链霉亲和素、亲和素、生物素、凝集素或碳水化合
物；或其他生物化学活性分子。液滴内容的其他示例包括试剂，诸如用于生化方案的试剂，
诸如核酸扩增方案、基于亲和力的测定方案、酶促测定方案、测序方案和/或用于生物流体
分析的方案。液滴可以包括一个或多个珠。

[0038] “液滴致动器”意指用于操纵液滴的设备。某些液滴致动器将包括一个或多个基板，液滴操作间隙被布置在该一个或多个基板之间；以及包括与该一个或多个基板相关联
(例如，层叠在其上、附着其上、和/或嵌入在其中)的电极，并且该电极被布置成进行一个或
多个液滴操作。例如，某些液滴致动器将包括基部(或底部)基板，与该基板相关联的液滴操
作电极，在该基板和/或电极的订不上的一个或多个介电层，以及可选地在该基板、介电层
和/或电极顶部上的、形成液滴操作表面的一个或多个疏水层。顶部基板也可以被提供，该
顶部基板通过间隙而与液滴操作表面分开，该间隙通常被称为液滴操作间隙。在上面引用
的专利和申请中讨论了在顶部和/或底部基板上的各种电极布置，并且在本申请的描述中
讨论了某些新颖的电极布置。在液滴操作期间，可能希望液滴保持与接地或参考电极处于
连续接触或频繁接触。接地或参考电极可以在间隙中与面向间隙的顶部基板、以及面向间
隙的底部基板相关联。在电极被提供在两个基板上的情况下，电触头可以与一个或两个板
相关联，该电触头用于将电极耦合至用于控制或监测电极的液滴致动器仪器。在一些情况
下，一个基板上的电极电耦合至另一基板，使得仅一个基板与液滴致动器接触。在一个实施
例中，导电材料(例如，环氧树脂，诸如可以从新泽西州哈肯萨克市的Master Bond公司购买
TM
的MASTER BOND 聚合物系统EP79)提供一个基板上的电极与另一基板上的电路径之间的电
连接。例如，顶部基板上的接地电极可以通过这种导电材料耦合至底部基板上的电路径。在
使用多个基板的情况下，间隔件可以在基板之间设置，以确定基板之间的间隙的高度，并且
限定致动器上的分配储存器。在一些情况下，一个或多个开口可以被对准以与一个或多个
电极相互作用，例如该一个或多个开口被对准以使得流过开口的液体将与一个或多个液滴
操作电极充分接近，以允许通过液滴操作电极使用液体来进行液滴操作。在一些情况下，基
部(或底部)和顶部基板可以被形成为一个整体组件。一个或多个参考电极可以在基部(或
底部)和/或顶部基板上和/或在间隙中被提供。在各种实施例中，液滴致动器对液滴的操纵
可以是电极介导的，例如电润湿介导的、或介电泳介导的、或库仑力介导的。可以在本申请
的液滴致动器中使用的用于控制液滴操作的技术示例包括：使用引起流体动力学流体压力
的设备，诸如基于机械原理进行操作的设备(例如，外部注射泵、气动隔膜泵、振动隔膜泵、
真空设备、离心力、压电/超声波泵和声学力。注意，流量率控制泵设备(例如注射泵)或压力
控制泵设备(例如压力控制器)可以被使用。另外的示例包括电或磁原理(例如，电渗流、电
动泵、铁磁流体塞、电动流体泵、利用磁力的吸引或排斥、和磁流体泵)；热力学原理(例如气
泡产生/相变引起的体积膨胀)；其他类型的表面润湿原理(例如电润湿和光电润湿，以及化
学地、热学地、结构地和放射性地引起的表面张力梯度)；重力；表面张力(例如，毛细作用)；
静电力(例如，电渗流)；离心流(被安置在压缩盘上的基板、并且旋转)；磁力(例如，振荡离
子引起流动)；磁流体动力；以及真空或压力差。在某些实施例中，两种或更多种前述技术的
组合可以被采用，以在本申请的液滴致动器中进行液滴操作。类似地，前述中的一项或多项
可以被用来例如从另一设备中的储存器或从液滴致动器的外部储存器(例如，与液滴致动
器基板相关联的储存器、以及从储存器到液滴操作间隙中的流动路径)将液体递送至液滴
操作间隙中。本申请的某些液滴致动器的液滴操作表面可以由疏水性材料制成，或者可以
被涂覆或处理以使该液滴操作表面疏水。例如，在一些情况下，例如，通过沉积、或原位合
成，液滴操作表面的一些部分或全部可以用低表面能材料或化学试剂衍生化，其中原位合
成使用诸如在溶液中的多氟化化合物或全氟化化合物、或可聚合单体的化合物。在一些情
况下，液滴操作表面可以包括疏水性涂层。而且，在一些实施例中，液滴致动器的顶部基板
包括导电有机聚合物，其然后被涂覆疏水涂层或以其他方式被处理，以使液滴操作表面疏
水。例如，沉积在塑料基板上的导电有机聚合物可以是聚(3、4‑乙烯二氧噻吩)聚(苯乙烯磺
酸)(PEDOT:PSS)。一个或两个基板可以使用例如印刷电路板(PCB)、玻璃、涂覆氧化铟锡
(ITO)的玻璃和/或作为基板的半导体材料来制造。

[0039] “液滴操作”意指对液滴致动器上的液滴的任何操纵。液滴操作可以例如包括：将液滴装载到液滴致动器中；从源液滴中分配一个或多个液滴；将液滴分裂、分开或划分成两
个或更多个液滴；在任何方向上将液滴从一个位置运送到另一位置；将两个或更多个液滴
合并或组合为单个液滴；稀释液滴；混合液滴；搅动液滴；使液滴变形；将液滴保持在适当位
置；培养液滴；加热液滴；蒸发液滴；冷却液滴；液滴的处置；从液滴致动器中将液滴运送出；
本文所述的其他液滴操作；和/或前述的任何组合。术语“合并”、“并入”、“组合”、“结合”等
等被用来描述从两个或更多个液滴产生一个液滴。应当理解，当提及两个或更多个液滴而
使用这样的术语时，足以导致将两个或更多个液滴组合成一个液滴的任何液滴操作组合可
以被使用。例如，“将液滴A与液滴B合并”可以通过运送液滴A以与静止的液滴B接触、运送液
滴B以与静止的液滴A接触、或者运送液滴A和B以相互接触来实现。术语“分裂”、“分开”和
“划分”并不旨在暗示关于所得液滴的体积的任何特定结果(即，所得液滴的体积可以相同
或不同)或所得液滴的数量的任何特定结果(所得液滴的数量可以是2、3、4、5或更多个)。术
语“混合”是指导致液滴内的一种或多种组分的更均匀分布的液滴操作。“装载”液滴操作的
示例包括微透析装载、压力辅助装载、机器人装载、被动装载和移液器装载。液滴操作可以
是电极介导的。在一些情况下，液滴操作进一步通过使用表面上的亲水性和/或疏水性区域
和/或通过物理特征件(诸如障碍物、间隙高度变化或表面凹痕)来促进。阻抗或电容感测或
成像技术有时可以被用来确定或确认液滴操作的结果。阻抗或电容感测或成像技术有时可
以被用来确定或确认液滴操作的结果。一般而言，该感测或成像技术可以被用来确认液滴
在特定电极处的存在或不存在。例如，在液滴分配操作之后在目的地电极处，分配的液滴的
存在确认了液滴分配操作是有效的。类似地，在测定方案中的适当步骤处，在检测点处存在
液滴可以确认先前的一组液滴操作已成功产生了用于检测的液滴。液滴的运送时间可以是
相当快的。例如，在各种实施例中，从一个电极到下一电极液滴的运送可以超过约1秒、或约
0.1秒、或约0.01秒、或约0.001秒。在一个实施例中，电极以AC模式操作，但被切换至DC模式
以进行成像。液滴的覆盖(footprint)区域与电润湿区域类似，对于进行液滴操作有时是有
帮助(尽管不是绝对要求)的。换句话说，1x、2x、3x液滴的操作分别使用1、2和3个电极来有
效地控制。如果液滴的覆盖区域大于在给定时间处可用于进行液滴操作的电极数量，则液
滴尺寸与电极数量之间的差异应当例如是不大于1；换句话说，2x液滴使用1个电极有效地
控制，3x液滴使用2个电极有效地控制。当液滴包括珠时，使液滴尺寸等于控制液滴(例如运
送液滴)的电极的数量是有用的。

[0040] “填充剂流体”意指与液滴致动器的液滴操作基板相关联的流体，该流体与液滴是充分地不混溶的，以使液滴相经受电极介导的液滴操作。例如，液滴致动器的液滴操作间隙
可以例如填充有填充剂流体。填充剂流体可以例如是或包括低粘度油，诸如硅油或十六烷
填充剂流体。填充剂流体可以是或包括卤化油，诸如氟化油或全氟化油。填充剂流体可以填
充液滴致动器的整个间隙，或者可以涂覆液滴致动器的一个或多个表面。填充剂流体可以
是导电的或不导电的。填充剂流体可以被选择，以改善液滴操作和/或减少液滴中试剂或目
标物质的损失，改善微液滴的形成，减少液滴之间的交叉污染，减少液滴致动器表面的污
染，减少液滴致动器材料的降解等。在一些情况下，氟化油可能掺杂有氟化表面活性剂，例
如Zonyl FSO‑100(Sigma‑Aldrich)和/或其他。填充剂流体例如可以是液体。在一些实施例
中，填充剂气体可以被使用来代替液体。

[0041] “储存器”意指被配置用于保持、存储和/或供应液体的封闭件或部分封闭件。本申请的液滴致动器系统可以包括盒上储存器和/或盒外储存器。盒上储存器可以例如包括：
(1)致动器上储存器，其是在液滴操作间隙中或在液滴操作表面上的储存器；(2)致动器外
储存器，其是在液滴致动器盒上，但是在液滴操作间隙之外，并且不与液滴操作表面接触的
储存器；(3)混合储存器，其具有致动器上区和致动器外区。致动器外储存器的一个示例是
顶部基板中的储存器。致动器外储存器可以例如与开口或流动路径流体连通，该开口或流
动路径被布置用于使液体从致动器外储存器流入液滴操作间隙中，诸如流入致动器上储存
器中。盒外储存器可以是根本不是液滴致动器盒的一部分、但是使液体流到液滴致动器盒
的某部分的储存器。例如，盒外储存器可以是系统或对接站(docking station)的一部分，
在操作期间液滴致动器盒所耦合至的该系统或对接站的一部分。类似地，盒外储存器可以
是试剂存储容器或注射器，其被用来迫使流体进入盒上储存器中或进入液滴操作间隙中。
使用盒外储存器的系统通常将包括流体通道装置，由此液体可以从盒外储存器被转移到盒
内储存器中或液滴操作间隙中。

[0042] 在整个说明书中，术语“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”和“上”是参照液滴致动器的组件的相对位置，诸如液滴致动器的顶部和底部基板的相对位置来使用。将理解的是，液
滴致动器不管其在空间中的取向如何，都是起作用的。

[0043] 当任何形式的液体(例如，液滴或连续体，无论是移动的还是静止的)被描述为在电极、阵列、基体或表面“上”、“处”或“上方”时，这种液体可以与电极/阵列/基体/表面直接
接触，或者可以与置于液体和电极/阵列/基体/表面之间的一个或多个层或膜接触。在一个
示例中，填充剂流体可以被认为是在这种液体与电极/阵列/基体/表面之间的膜。

[0044] 当液滴被描述为“在”液滴致动器“上”或“装载在”液滴致动器“上”时，应当理解，液滴以促进使用液滴致动器以对液滴进行一个或多个液滴操作的方式而被布置在液滴致
动器上，液滴以促进感测液滴的性质或来自液滴的信号的方式而被布置在液滴致动器上，
和/或液滴已经经受了液滴致动器上的液滴操作。

[0045] 在整个说明书中使用的术语“流体盒”、“数字流体盒”、“液滴致动器”和“液滴致动器盒”可以是同义的。

[0046] 如本文中所使用的，术语“流体地耦合”是指用于承载流体的两个或更多构件被耦合在一起以形成用于流体流动的路径。

[0047] 数字微流体技术基于“电润湿”的使用，以精确地操纵表面上的流体的液滴。术语“电润湿”描述施加的电压用以调整表面的“润湿性”的能力。水性液滴在疏水性表面上自然
地“成珠”，但是在液滴与绝缘电极之间施加的电压会导致该液滴在表面上扩散。数字微流
控技术利用电润湿效应来精确操纵密封的微流体盒(也被称为“芯片上的实验室”)内的液
滴。电信号被施加到电极阵列以控制每个液滴的尺寸和位置。通过从一个电极移除电压，并
且将电压施加到下一个电极，液滴在相邻电极之间转移。相同的过程可以被用于使用电信
号以分配、合并或分裂液滴。因此，完全可编程的流体处理无需使用任何泵、阀或通道即可
实现。

[0048] 本文提出了用于数字流体应用的压力辅助分配。例如，在一个方面，提出了一种压力辅助盒外储存器，其用于分配和维持相对于液滴致动器较大的试剂体积。在一些实施例
中，压力辅助大体积储存器被流体地耦合至液滴致动器的边缘或一侧(即，边缘耦合(或侧
耦合)的压力辅助储存器)。在其他实施例中，压力辅助大体积储存器被流体地耦合至液滴
致动器的底部(即，底部耦合的压力辅助储存器)。在其他实施例中，压力辅助大体积储存器
被流体地耦合至液滴致动器的顶部(即，顶部耦合的压力辅助储存器)。压力辅助可以在油
或空气环境中完成。

[0049] 用于数字流体应用的压力辅助分配的一方面在于，大体积储存器可以耦合至液滴致动器，而没有溢满液滴操作间隙的风险。

[0050] 用于数字流体应用的压力辅助分配的另一方面是，大体积储存器可以与液滴致动器分离并且位于远离液滴致动器的位置，并且因此不消耗液滴致动器上的宝贵空间。

[0051] 用于数字流体应用的压力辅助分配的又一个方面是，板上液滴操作电极的布置可以用作液滴致动器内的小型盒上储存器，其中盒上储存器可以是受压力辅助的。

[0052] 以下对附图进行参考，为了易于理解，附图未按比例绘制，其中在不同的附图中使用相同的附图标记来指明相同或相似的组件。

[0053] 图1A和图1B图示出了微流体系统100的示例的侧视图，该系统包括压力辅助的大体积储存器，其流体地耦合至液滴致动器的边缘或一侧。即，微流体系统100包括与储存器
系统150结合使用的液滴致动器105，该储存器系统150包括被流体地耦合至液滴致动器105
的边缘或一侧的压力辅助大体积储存器。

[0054] 液滴致动器105包括由液滴操作间隙114分开的底部基板110和顶部基板112。液滴操作间隙114可以包含填充剂流体(未示出)。例如，填充剂流体是低粘度油，诸如硅油或十
六烷填充剂流体。底部基板110例如可以是印刷电路板(PCB)。底部基板110可以包括液滴操
作电极116(例如，电润湿电极)的布置。顶部基板112例如可以是玻璃或塑料基板。顶部基板
112可以包括接地参考平面或电极(未示出)。液滴操作在液滴操作表面上的液滴操作电极
116的顶部上被实施。

[0055] 储存器系统150向液滴致动器105供应液体(诸如试剂)。储存器系统150是压力辅助的大体积储存器。储存器系统150包括例如容器152，其保持一定体积的液体154。容器152
例如可以是玻璃或塑料容器。液体154例如可以是试剂溶液。压力源156流体地耦合至容器
152。压力源156是恒定压力源。压力源156可以是任何类型的正压力泵和/或负压力泵，诸如
但不限于注射泵。注意，流量率控制泵设备(例如注射泵)、或压力控制泵设备(例如压力控
制器)可以被使用。通过为前者添加压力传感器、或者为后者添加流量传感器，可以将一者
转换为另一者，但是它们基于根本不同的原理来工作。容器152经由毛细管158流体地耦合
至液滴致动器105的边缘。在一个示例中，毛细管158是涂覆有特氟隆的玻璃毛细管。毛细管
158流体地耦合至液滴致动器105的边缘或一侧。即，毛细管158的端(tip)被装配在底部基
板110和顶部基板112之间、并且相对于液滴操作电极116被布置。诸如环氧树脂密封之类的
密封件160被提供在毛细管158和液滴致动器105的接口处，以防止泄漏。可选地，间隔件118
被提供在毛细管158的入口附近的液滴操作间隙114中。间隔件118被定位抵靠顶部板112。

[0056] 在一个示例中，受压力的液弹(liquid slug)170(例如，试剂弹)被分配到液滴操作间隙114中。使用压力源156，压力被控制，以使得当从毛细管158被分配时，液弹170的弯
月面172处于相同的位置。另外，间隔件118被用来垂直和/或水平地收缩入口，并且从而设
置液弹170的尺寸。在这种配置中，容器152可以被定位于远离液滴致动器105。图1A示出了
液弹170在第一液滴操作电极116处的位置处，并且准备好从液弹分配液滴。图1B示出了用
于(经由液滴操作)从液弹170分配液滴174的一系列液滴操作电极116。始终地，液弹170的
体积从储存器系统150被补充，并且液弹170的弯月面172的位置被维持。图2在下面示出了
使用图1A和图1B中描述的边缘或侧耦合技术的系统的一个示例。

[0057] 图2图示出了用于制备DNA文库以进行测序的集成微流体系统200的一个示例的平面图，其中压力辅助储存器被边缘耦合至集成微流体系统200。例如，集成微流体系统200包
括用于将大体积储存器流体地耦合至中央数字微流体(DMF)枢纽210，即数字流体盒，的边
缘或一侧的机构。集成微流体系统200例如是用于制备针对测序的DNA文库的系统。集成微
流体系统200具有用于集成多个试剂和样品制备模块的中央DMF枢纽210、耦合至针对样品
制备的模块管材的磁体和热学块、以及用于液体处理的多阀注射泵。

[0058] 中央DMF枢纽210被装配到压缩框架212中，压缩框架212被装配到歧管框架214中。多个毛细管216流体地耦合至歧管框架214的侧部。例如，第一组四个毛细管216向歧管框架
214的一侧供应。第二组五个毛细管216向歧管框架214的另一侧供应。在一个示例中，毛细
TM
管216经由例如CapTite 配件218(可从加利福尼亚州利弗莫尔的LabSmith公司获得)的配
TM
件被耦合至歧管框架214。CapTite 配件218的示例在图3A中示出。每组毛细管216由多阀控
制器220来供应。多阀控制器220的每一个多阀控制器由诸如注射泵222的任何类型的正压
力泵和/或负压力泵来供应。

[0059] 图2还示出了沿线A‑A截取的集成微流体系统200的一部分的截面图。即，集成微流体系统200的DMF毛细管接口的截面图。然而，图3B示出了沿线A‑A截取的集成微流体系统
200的更详细的截面图。即，图3B示出了中央DMF枢纽210包括底部基板230和顶部基板232，
底部基板230和顶部基板232由液滴操作间隙234分开。液滴操作间隙234可以包含填充剂流
体(未示出)。底部基板230例如可以是PCB。底部基板110可以包括液滴操作电极236(例如，
电润湿电极)的布置。聚对二甲苯涂层240在液滴操作电极236的顶部上。顶部基板232例如
可以是玻璃或塑料基板。顶部基板232可以包括接地参考电极238。在一个示例中，液滴操作
电极236和接地参考电极238由铟锡氧化物(ITO)形成。此外，可选的不粘涂层242可以是在
底部基板110的一侧上、以及在顶部基板232面向液滴操作间隙234的一侧上。液滴操作在液
滴操作表面上的液滴操作电极236的顶部上进行。毛细管216相对于中央DMF枢纽210的边缘
而被布置；即，被布置在底部基板110和顶部基板232之间，并且与第一液滴操作电极236相
关地被布置。在一个示例中，毛细管216是玻璃毛细管，其外表面具有特氟隆涂层252。图3B
示出了被泵送到中央DMF枢纽210中且形成液滴的液体260。

[0060] 图4A、图4B和图4C图示出了微流体系统400的一个示例的各种视图，该系统包括压力辅助大体积储存器，其被流体地耦合至液滴致动器的底部。即，微流体系统400包括与储
存器系统420结合使用的液滴致动器405，该储存器系统420包括流体地耦合至液滴致动器
405的底部的压力辅助大体积储存器。

[0061] 液滴致动器405包括由液滴操作间隙414分开的底部基板410和顶部基板412。液滴操作间隙414可以包含填充剂流体(未示出)。底部基板410例如可以是PCB或玻璃基板。底部
基板410可以包括液滴操作电极的布置(未示出)。顶部基板412例如可以是玻璃或塑料基
板。顶部基板412可以包括接地参考平面或电极(未示出)。装载口(loading port)416(例
如，通孔)被提供在底部基板410中。对准特征件418在底部基板410的下侧上、并且相关于装
载口416被提供。对准特征件418例如可以是具有如下特征件的塑料、玻璃或金属板，该特征
件与储存器系统420的容器430的顶部上的对应特征件相接合。

[0062] 储存器系统420向液滴致动器405供应诸如试剂的液体。储存器系统420是压力辅助大体积储存器。储存器系统420包括例如容器430，其保持一定体积的液体432(例如，试剂
溶液)。容器430例如可以是玻璃或塑料容器。压力源440流体地耦合至容器430。压力源440
是恒定压力源。压力源440可以是任何类型的正压力泵和/或负压力泵，诸如但不限于注射
泵。容器430经由被布置在容器430内的吸管434，而流体地耦合至液滴致动器405的底部，其
中吸管434接合液滴致动器405的对准特征418，并且吸管434的开口436供应装载口416。即，
容器430的上边缘、以及吸管434的上边缘接合对准特征件418。隔膜或密封件438被布置围
绕容器430内的吸管434。

[0063] 图4B示出了容器430和吸管434的俯视图。图4C示出了液滴致动器405的对准特征418侧的平面图。图4A示出了沿图4B的线A‑A截取的液滴致动器405的截面图。图4A还示出了
沿图4C的线B‑B截取的容器430和吸管434的截面图。在操作中，压力源440提供恰好足够的
压力以将液体432的液滴泵送通过吸管434、通过装载口416、并且去往液滴致动器405的液
滴操作间隙414中。在这种配置中，容器430可以被定位于远离液滴致动器405。另外，使用压
力源440，压力可以精确地设置以形成期望的弯月面来形成期望的液滴。压力可以被固定为
每次将弯月面设置在同一位置，或者反馈也可以被使用来设置流量。

[0064] 图5图示出了微流体系统500的另一示例的侧视图，该系统包括压力辅助大体积储存器，其被流体地耦合至液滴致动器的底部。即，微流体系统500包括与压力辅助大体积储
存器530结合使用的液滴致动器505，该压力辅助大体积储存器530流体地耦合至液滴致动
器505的底部。

[0065] 液滴致动器505包括由液滴操作间隙514分开的底部基板510和顶部基板512。液滴操作间隙514可以包含填充剂流体(未示出)。底部基板510例如可以是PCB或玻璃基板。底部
基板510可以包括液滴操作电极516(例如，电润湿电极)的布置。顶部基板512例如可以是玻
璃或塑料基板。顶部基板512可以包括接地参考平面或电极(未示出)。装载口518(例如，通
孔)被提供在底部基板510中。装载口518的两侧有液滴操作电极516。

[0066] 压力辅助大体积储存器530是向液滴致动器505供应诸如试剂的液体的容器。压力辅助大体积储存器530保持一定体积的液体532(例如，试剂溶液)。压力源540流体地耦合至
容器530。压力源534是恒定压力源。压力源534可以是任何类型的正压力泵和/或负压力泵，
诸如但不限于注射泵。压力辅助大体积储存器530经由管536流体地耦合至液滴致动器505
的底部，其中管536的端部可以被直接插入到液滴致动器505的装载口518中，以将液体532
供应到液滴操作间隙514中。在一个示例中，管536是OD(外径)＝1.6mm且ID(内径)＝500‑
800μm的聚四氟乙烯(PTFE)管材。诸如环氧树脂密封件的密封件538被提供在管536和底部
基板510的接口处，以防止泄漏。在这种配置中，容器530可以被定位成远离液滴致动器505。
再次，压力源540提供恰好足够的压力以泵送液体532的液滴通过装载口518并且去往液滴
致动器505的液滴操作间隙514中。此外，使用压力源540，压力可以精确地被设置以形成期
望的弯月面来形成期望的液滴。压力被固定为每次将弯月面设置在同一位置，或者反馈也
可以被使用来设置流量。

[0067] 图6示出了另一种用于在压力辅助储存器的底部耦合配置中提供管(例如，微流体系统500的管536)与底部基板(例如，液滴致动器505的底部基板510)之间的气密密封的技
术。在一个示例中，锁定机构(例如，鲁尔锁，Luer Lock)可以被用来产生气密密封。例如，板
610(例如，玻璃或塑料板)抵靠液滴致动器505的底部基板510被提供。板610包括鲁尔锁机
构的母连接器部分。锁定端612被装配到管536的端部中，其中锁定端612是鲁尔锁机构的公
连接器部分，该公连接器被装配到板610的母连接器部分中。

[0068] 图7A和图7B分别图示出了微流体配置700的示例的俯视图和侧视图，微流体配置700支撑压力辅助储存器，其中压力源流体地耦合至液滴致动器的底部。即，微流体配置700
是底部耦合的压力辅助储存器的一个示例。例如，微流体配置700包括向液滴致动器705供
应的一个压力源(例如，压力源PL)。压力源PL可以是任何类型的正压力泵和/或负压力泵，
诸如但不限于注射泵。

[0069] 液滴致动器705包括由液滴操作间隙714分开的底部基板710和顶部基板712。液滴操作间隙714可以包含填充剂流体(未示出)。底部基板710例如可以是PCB或玻璃基板。底部
基板710可以包括液滴操作电极716(例如，电润湿电极)的布置。顶部基板712例如可以是玻
璃或塑料基板。顶部基板712可以包括接地参考平面或电极(未示出)。装载口718(例如，通
孔)被提供在底部基板710中。装载口718的两侧有液滴操作电极716。特别地，装载口718被
布置沿着成行的液滴操作电极716。

[0070] 压力源PL、以及液体的供应(诸如试剂溶液730)被流体地耦合至底部基板710的装载口718。在微流体配置700中，板上液滴操作电极716的布置可以用作液滴致动器705内的
小型盒上储存器。在操作中，压力源PL被维持在基本恒定的压力，并且液滴操作电极716经
由液滴操作被致动以形成(分配)液滴732。在微流体配置700中，由于压力头的考虑，溢流
(flooding)将不会发生。

[0071] 微流体配置700不限于仅向单行的、或单通路(lane)的电极供应的压力源PL。微流体配置700可以包括其他电极配置。例如，图8图示出了微流体配置700的另一个示例的俯视
图，其中压力源PL向液滴操作电极716的阵列供应。在该示例中，多个液滴操作电极716可以
被激活，以将试剂溶液730的大体积液滴拉入到液滴致动器705中。使用液滴操作电极716的
阵列和压力源PL，具有各种体积的液滴可以被分配。

[0072] 此外，微流体配置700不限于底部耦合的压力辅助储存器，也不限于仅一个储存器，其他配置和/或特征也是可能的。例如，微流体配置700可以包括一个或多个底部耦合的
压力辅助储存器、一个或多个顶部耦合的压力辅助储存器、一个或多个侧耦合或边缘耦合
的压力辅助储存器、以及它们的任意组合。下面参考图9至图13描述其他配置和特征的示
例。

[0073] 图9图示出了微流体配置700的另一示例的侧视图，该微流体配置700包括底部耦合的压力辅助储存器、以及侧耦合或边缘耦合的压力辅助储存器。即，除了增加了侧耦合或
边缘耦合的压力源PA之外，微流体配置700与图7A和图7B中所示的微流体配置700基本相
同。在该示例中，压力源PA通过在分配操作的方向上(即，在引导远离压力源PA的方向上)剪
切液滴，来辅助液滴操作。压力源PA可以是任何类型的正压力泵和/或负压力泵，诸如但不
限于注射泵。

[0074] 图10和图11图示出了微流体配置700的其他示例的侧视图，其中，间隙高度变化以用于在压力辅助的装载口718处的进一步的流量控制。现在参考图10，阶梯特征件711被提
供在顶部基板712面对液滴操作间隙714的表面上。由于阶梯特征件711，在装载口718的位
置处的间隙高度小于远离装载口718的间隙高度。因此，由于毛细管现象的考虑，较小的间
隙高度导致在装载口718处的更受限的流量。该几何形状通过限制在装载口718处的流量，
来充当对去往液滴致动器705中的流体流量的控制的附加措施。此外，该几何形状可以与侧
或边缘、底部、和/或顶部压力辅助储存器结合使用，并且可以包括一个或多个压力源PL。

[0075] 现在参考图11，凹入区域713被提供在顶部基板712面对液滴操作间隙714的表面上。即，凹入区域713在装载口718(试剂源)的位置处被提供。由于凹入区域713，在装载口
718的位置处的间隙高度大于远离装载口718的间隙高度。因此，较大的间隙使得较大体积
的试剂溶液730能够局部地被保持在液滴致动器705上，并且液滴从其中被分配。这种几何
形状通过增强装载口718处的流量，来充当对流入液滴致动器705中的流体流量的控制的附
加措施。此外，由于毛细管现象的考虑，局限于装载口718的较大间隙增加了局部流量(与具
有受限制的间隙的图10相反的效果)。

[0076] 关于图10和图11，在储存器的接口处(例如，在装载口718处)的几何阀的设计和表面化学性质可以针对每种试剂来优化。无论该间隙是大于还是小于电润湿设备中其他地方
的间隙，局部几何形状都将影响毛细管现象，从而导致受限或增强的流量。

[0077] 图12图示出了包括微流体配置700的一个示例的侧视图，该微流体配置700包括顶部耦合的压力辅助储存器。在该示例中，从底部基板710的装载口718被省略。相反，两个装
载口(例如，装载口720、722)在顶部基板712中相关于液滴操作电极716被提供。装载口720、
722例如是顶部基板712中的通孔。

[0078] 再次，压力源PL、以及试剂溶液730的供应流体地耦合至顶部基板712的装载口720、722。在该示例中，两个装载口720、722共同地由压力源PL来供应。此外，装载口720、722
中的每个装载口具有其自己的阀(例如分别为阀V1、V2)，以分别调节来自压力源PL的压力。
在操作中，压力源PL被维持在基本恒定的压力，并且液滴操作电极716被致动以经由液滴操
作来形成(分配)液滴732。在微流体配置700中，由于压力头的考虑，溢流将不会发生。

[0079] 图13图示出了微流体配置700的另一个示例的侧视图，该微流体配置700包括顶部耦合的压力辅助储存器。在该示例中，两个装载口(例如，装载口720、722)由分开的压力源
来供应。即，在该示例中，微流体配置700包括多个压力源。例如，装载口720由压力源PL1来
供应，并且装载口722由压力源PL2来供应。

[0080] 现在再次参考图7A至图13，在微流体配置700中，板上液滴操作电极716的布置可以用作液滴致动器705内的小型盒上储存器，并且由于压头的考虑而不会发生溢流。另外，
图7A至图13中所示的配置可以与侧面、底部和/或顶部分配实施例一起使用，以及与多个压
力辅助储存器一起使用。此外，图7A至图13中所示的配置可以由共同或特有的压力源来供
应，并且可以包括在接头处的阀和/或没有阀的接头。另外，图7A至图13中所示的配置可以
与任何电极配置一起使用，诸如但不限于成行的电极或成通路的电极和/或电极的阵列。

[0081] 图14图示出了使用诸如图7A至图13中所描述的那些的压力辅助储存器，来分配液体的方法800的一个示例的流程图。该方法800可以包括但不限于以下步骤。

[0082] 在步骤810处，一种微流体配置被提供，该微流体配置包括流体地耦合至液滴操作间隙的至少一个压力辅助储存器。例如，图7A至图13中所示的任何配置700被提供，其包括
液滴致动器705和一个或多个压力源。

[0083] 在步骤815处，压力被施加，并且单独的液滴经由液滴操作来分配。例如并且现在参考图7A和图7B，压力经由压力源PL被施加到试剂溶液730，压力源PL耦合至装载口718，并
且液滴732经由液滴致动器705中的液滴操作来分配。方法800进行到步骤825。

[0084] 在步骤820处，压力被施加，并且大块体积(bulk volume)的流体通过激活多个电极来分配。例如并且现在参考图8，压力经由压力源PL被施加到试剂溶液730，压力源PL耦合
至装载口718。在相同时刻，围绕装载口718的多个液滴操作电极716(例如，液滴操作电极
716)被激活，以跨液滴致动器705中的液滴操作电极716的阵列来分配大体积液滴732。方法
800进行到步骤825。

[0085] 在方法800中，步骤815和820中的任一个或两者可以被执行。

[0086] 在步骤825处，液滴分配过程使用某些感测方法来监测。例如，光学感测或阻抗感测可以被耦合至压力源和/或电润湿仪器，以确保在分配之前，最小体积的试剂被保持在例
如液滴致动器705内。光学感测或阻抗感测也可以被用来确保分配具有适当体积的离散液
滴。

[0087] 图15图示出了包括液滴致动器905的微流体系统900的示例的功能框图，该液滴致动器905是流体盒的一个示例。通过控制液滴的表面张力(例如通过电润湿的电控制)，数字
微流体技术对液滴致动器(诸如液滴致动器905)中的离散液滴进行液滴操作。液滴可以被
夹在液滴致动器905的两个基板之间，即由液滴操作间隙隔开的底部基板和顶部基板之间。
底部基板可以包括电可寻址电极的布置。顶部基板可以包括例如由导电墨水或ITO制成的
参考电极平面。底部基板和顶部基板可以涂覆有疏水材料。液滴操作在液滴操作间隙中进
行。液滴周围的空间(即，底部和顶部基板之间的间隙)可以填充有诸如硅油之类的不混溶
的惰性流体，以防止液滴的蒸发并且促进液滴在设备内的运送。在其他实施例中，不使用硅
油，并且液滴被空气包围。其他液滴操作可以通过改变电压激活的模式来实现；示例包括：
液滴的合并、分裂、混合和分配。

[0088] 液滴致动器905可以被设计成装配到微流体系统900的仪器平台(未示出)上。仪器平台可以保持液滴致动器905并容纳其他液滴致动器特征，诸如但不限于一个或多个磁体、
以及一个或多个加热设备。例如，仪器平台可以容纳一个或多个磁体910，其可以是永磁体。
可选地，仪器平台可以容纳一个或多个电磁体915。磁体910和/或电磁体915相对于液滴致
动器905被定位，以固定磁响应珠。可选地，磁体910和/或电磁体915的位置可以由电机920
控制。另外，仪器平台可以容纳一个或多个加热设备925，用于控制例如在液滴致动器905的
某些反应区和/或洗涤区内的温度。在一个示例中，加热设备925可以是相对于液滴致动器
905被定位、以用于对液滴致动器905提供热控制的加热棒。

[0089] 微流体系统900的控制器930电耦合至本文阐述的装置的各种硬件组件，诸如液滴致动器905、电磁体915、电机920和加热设备925、以及耦合至检测器935、阻抗感测系统940
以及任何其他输入和/或输出设备(未示出)。控制器930控制微流体系统900的整体操作。控
制器930可以例如是通用计算机、专用计算机、个人计算机或其他可编程数据处理装置。控
制器930用于提供处理能力，诸如存储、解释和/或执行软件指令、以及控制系统的整体操
作。控制器930可以被配置和编程为控制这些设备的数据和/或功率方面。例如，在一方面，
关于液滴致动器905，控制器930通过激活/去激活电极来控制液滴操纵。

[0090] 在一个示例中，检测器935可以是相对于液滴致动器905被定位的成像系统。在一个示例中，成像系统可以包括一个或多个发光二极管(LED)(即，照明源)以及数字图像捕获
设备，诸如电荷耦合器件(CCD)相机。检测可以使用适合于所使用的特定试剂或标记的装置
来执行。例如，诸如荧光检测器、吸光度检测器、发光检测器之类的光学检测器可以被使用
来检测适当的光学标签。为基于阵列的检测而设计的系统可能是特别有用的。例如，与在本
文中阐述的方法一起使用的光学系统可以被构造为包括各种组件和配件，如Banerjee等人
的于2012年8月14日授权的题为“Systems and Devices for Sequence by Synthesis 
Analysis”的美国专利号8,241,573；Feng等人的于2008年2月12日授权的题为“Confocal 
Imaging Methods and Apparatus”的美国专利号7,329,860；Feng等人的于2011年10月18
日授权的题为“Compensator for Multiple Surface Imaging”的美国专利号8,039,817；
Feng等人的于2009年11月5日公开的题为“Compensator for Multiple Surface Imaging”
的美国专利申请号20090272914；和Reed等人的于2012年10月25日公开的题为“Systems,
Methods,and Apparatuses to Image a Sample for Biological or Chemical 
Analysis”的美国专利号20120270305中所述，其全部内容通过引用并入本文。例如，与本文
阐述的方法一起使用的光学系统可以被构造为包括各种组件和配件。

[0091] 阻抗感测系统940可以是用于检测液滴致动器905的特定电极处的阻抗的任何电路系统。在一个示例中，阻抗感测系统940可以是阻抗谱仪。阻抗感测系统940可以被用来监
测任何电极(诸如任何液滴操作电极)的电容性负载，该电极具有或不具有在该电机上的液
滴。对于合适的电容检测技术的示例，参见Sturmer等人的于2009年12月30日公开的题为
“Capacitance Detection in a Droplet Actuator”的国际专利公开号WO/2008/101194；
和Kale等人的于2004年2月26日公开的题为“System and Method for Dispensing液体
liquids”的国际专利公开号WO/2002/080822，其全部内容通过引用并入本文。

[0092] 液滴致动器905可以包括破坏设备945。破坏设备945可以包括促进液滴致动器中诸如组织、细胞和孢子的材料的破坏(裂解)的任何设备。破坏设备945例如可以是超声处理
机构、加热机构、机械剪切机构、珠磨(bead beating)机构、并入在液滴致动器905中的物理
特征、电场产生机构、热学循环机构及其任何组合。破坏设备945可以由控制器930控制。

[0093] 如本领域的技术人员将理解的，本申请的各方面可以被体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本申请的各方面可以采取以下形式：完全硬件实施例、完全软件实施例
(包括固件、驻留软件、微代码等)或结合了软件和硬件方面的实施例，其在本文中通常都可
以被统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本申请的各方面可以采取计算机程序产品的形
式，该计算机程序产品被体现在(多个)非暂时性计算机可读存储介质中，在该(多个)非暂
时性计算机可读存储介质上体现有计算机可读程序代码。

[0094] 计算机可读存储介质可以是例如但不限于电的、磁性的、光学的、电磁的、红外的或半导体系统、装置或设备、或前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例
(非详尽列表)包括以下：具有一根或多根线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取
存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘
只读存储器(CD‑ROM)、光学存储设备、磁存储设备或前述的任何合适的组合。在本文的上下
文中，计算机可读存储介质可以是任何非暂时性有形介质，其可以包含或存储供指令执行
系统、装置或设备使用或与其结合使用的程序。

[0095] 现在参考图16，在一个示例中，一种计算机程序产品1000包括例如一个或多个非暂时性计算机可读存储介质1002，以在其上存储计算机可读程序代码装置或逻辑1004，来
提供以及促进本申请的一个或多个方面。

[0096] 用于执行本文阐述的方法和装置的操作的程序代码可以以诸如Java、Smalltalk、C++等的面向对象的编程语言来编写。然而，用于执行本文阐述的方法和装置的操作的程序
代码，也可以用诸如“C”编程语言或类似编程语言的常规程序编程语言来编写。程序代码可
以由处理器、专用集成电路(ASIC)或执行该程序代码的其他组件来执行。程序代码可以被
简称为存储在存储器(诸如上面讨论的计算机可读介质)中的软件应用。程序代码可以使得
处理器(或任何处理器控制的设备)产生图形用户界面(“GUI”)。图形用户界面可以可视地
产生在显示设备上，但是图形用户界面也可以具有可听特征。但是，程序代码可以在任何处
理器控制的设备中操作，诸如计算机、服务器、个人数字助理、电话、电视或利用处理器和/
或数字信号处理器的任何受处理器控制的设备。

[0097] 程序代码可以在本地和/或远程执行。程序代码例如可以全部或部分地存储在处理器控制的设备的本地存储器中。但是，程序代码也可以至少部分地被远程存储、访问和下
载到受处理器控制的设备。例如，用户的计算机可以完全执行程序代码，或者也可以仅部分
地执行程序代码。程序代码可以是独立的软件包，其至少部分地在用户计算机上和/或部分
地在远程计算机上执行，或完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种场景中，远程计算
机可以通过通信网络连接到用户的计算机。

[0098] 本文阐述的方法和装置可以在不考虑联网环境的情况下被应用。通信网络可以是操作在射频域和/或互联网协议(IP)域中的电缆网络。但是，通信网络还可以包括分布式计
算网络，诸如互联网(有时也备选地被称为“万维网”)、内联网、局域网(LAN)和/或广域网
(WAN)。通信网络可以包括同轴电缆、铜线、光纤线路和/或混合同轴线路。通信网络甚至可
以包括利用电磁频谱的任何部分和任何信令标准(诸如IEEE 802系列标准、GSM/CDMA/TDMA
或任何蜂窝标准和/或ISM频带)的无线部分。通信网络甚至可以包括电力线部分，其中信号
经由电线进行通信。本文阐述的方法和装置可以被应用于任何无线/有线通信网络，而与物
理部件、物理配置或(多个)通信标准无关。

[0099] 本文参考根据一个或多个实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图描述了各方面。将理解的是，流程图图示和/或框图的每个框、以及流程图图
示和/或框图中的框的组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提
供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，以使得经
由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器来执行的指令，创建用于实现在流程图和/
或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的装置。

[0100] 这些计算机程序指令还可以被存储在非暂时性计算机可读介质中，该介质可以指导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定方式起作用，使得存储在计算机可
读介质中的指令产生包括指令的制品，其实现流程图和/或框图的一个或多个框中指定的
功能/动作。

[0101] 计算机程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以使得一系列操作步骤在计算机、其他可编程装置或其他设备上被执行，以产生计算机
实现的过程，从而在计算机或其他可编程装置上执行的指令，提供用于实现流程图和/或框
图的一个或多个框中指定的功能/动作的过程。

[0102] 附图中的任何流程图和/或框图示出了根据各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能性和操作。在这方面，流程图或框图中的每个框可以表示代
码的模块、段或部分，其包括用于实现指定的(多个)逻辑功能的一个或多个可执行指令。还
应注意，在一些替代实现中，框中指出的功能可以不按图中指出的顺序发生。例如，取决于
所涉及的功能性，连续示出的两个框实际上可以基本上同时被执行，或者这些框有时可以
以相反的顺序被执行。还应注意，框图和/或流程图图示的每个框、以及框图和/或流程图图
示中的框的组合可以由执行指定功能或动作的、基于专用硬件的系统来实现，或由专用硬
件和计算机指令的组合来实现。

[0103] 此外，其他类型的计算环境可以从一个或多个方面中受益。作为一个示例，环境可以包括仿真器(例如，软件或其他仿真机构)，其中特定架构(包括例如指令执行、诸如地址
翻译的架构功能和架构寄存器)或其子集被仿真(例如，在具有处理器和存储器的本地计算
机系统上)。在这样的环境中，即使执行仿真器的计算机可能具有与要被仿真的能力不同的
架构，仿真器的一个或多个仿真功能也可以实现一个或多个方面。作为一个示例，在仿真模
式，对被仿真的特定指令或操作进行解码，并且适当的仿真功能被构建以实现单独的指令
或操作。

[0104] 在仿真环境中，主机计算机例如包括：存储器，用以存储指令和数据；指令提取单元，用以从存储器中提取指令，并且可选地用以为所提取的指令提供本地缓冲；指令解码单
元，用以接收所提取的指令、以及确定已经被提取的指令的类型；以及指令执行单元，用以
执行指令。执行可以包括：将数据从存储器中加载到寄存器中；从寄存器将数据存储回存储
器；或执行由解码单元确定的某种类型的算术或逻辑操作。在一个示例中，每个单元以软件
来实现。例如，由各单元执行的操作被实现为仿真器软件内的一个或多个子例程。

[0105] 此外，适合于存储和/或执行程序代码的数据处理系统是可使用的，该数据处理系统包括至少一个处理器，其通过系统总线直接或间接耦合至存储器元件。数据处理系统还
可以包括用于数据的结构化存储和检索的一个或多个数据库。存储器元件包括例如在程序
代码的实际执行期间采用的本地存储器、大体量存储装置以及高速缓冲存储器，该高速缓
冲存储器提供至少一些程序代码的临时存储，以便减少在执行期间必须从大体量存储装置
取回代码的次数。

[0106] 输入/输出或I/O设备(包括但不限于键盘、显示器、指点设备、DASD、磁带、CD、DVD、拇指驱动器和其他存储器介质等)可以直接或通过中间I/O控制器而耦合至系统。网络适配
器也可以耦合至系统，以使数据处理系统能够通过中间的专用或公共网络而耦合至其他数
据处理系统、或远程打印机、或存储设备。调制解调器、电缆调制解调器和以太网卡只是网
络适配器的几种可用类型。

[0107] 在第一方面，以上公开的是一种系统。该系统包括：液滴致动器，具有在顶部和底部基板之间的液滴操作间隙；(多个)储存器，其在液滴致动器外部并且被耦合至液滴致动
器，该(多个)储存器针对大体积流体而被设置尺寸；以及(多个)压力源，其在液滴致动器外
部并且耦合至(多个)储存器。

[0108] 在一个示例中，(多个)压力源可以包括例如恒定压力源。

[0109] 在一个示例中，第一方面的系统的液滴致动器的(多个)压力源可以包括例如(多个)正压力源和/或(多个)负压力源。

[0110] 在一个示例中，第一方面的系统的(多个)储存器中的一个或多个储存器可以例如连接至液滴致动器，针对一个或多个储存器中的至少一个储存器的密封件可以包括例如公
密封件部分和母密封件部分，公密封件部分和母密封件部分中的一项位于液滴致动器的底
部，并且公密封件部分和母密封件部分中的另一项被耦合至一个或多个储存器中的至少一
个储存器。

[0111] 第一方面的系统还可以包括例如(多个)导管，其被耦合液滴致动器和(多个)储存器，该密封件位于液滴致动器处。

[0112] 在一个示例中，第一方面的系统的顶部基板的被移除部分例如可以在与被移除部分相对应的顶部基板的侧边缘处引起液滴操作间隙的高度的急剧增加。

[0113] 在一个示例中，(多个)储存器和(多个)压力源可以例如被底部耦合至液滴致动器。在一个示例中，(多个)附加压力源可以例如被侧耦合至液滴致动器。

[0114] 在一个示例中，第一方面的系统的(多个)储存器和(多个)压力源可以例如被顶部耦合至液滴致动器。

[0115] 在一个示例中，第一方面的系统的液滴致动器还可以包括例如针对流体的(多个)入口，并且该系统还可以包括例如(多个)阀，其耦合至(多个)入口，以控制进入到液滴致动
器的(多个)流体的流量。

[0116] 在第二方面，以上公开了一种方法。该方法包括用大体积的(多个)流体填充系统的(多个)储存器，该系统还包括：液滴致动器，其具有在该液滴致动器的顶部基板和底部基
板之间的液滴操作间隙，以及(多个)压力源，其在该液滴致动器外部并且耦合至(多个)储
存器，该(多个)储存器被外部地耦合至液滴致动器，并且针对大体积流体而被设置尺寸，并
且作为执行(多个)液滴操作的一部分，使用(多个)压力源将(多个)流体中的(多个)液滴分
配至液滴操作间隙。

[0117] 在一个示例中，(多个)压力源可以包括例如一个或多个正压力源，上述分配包括将(多个)液滴从至少一个储存器中的一个或多个储存器推到液滴操作间隙。

[0118] 在一个示例中，第二方面的方法中的系统的(多个)压力源可以包括例如(多个)恒压源，并且上述分配可以包括例如使用(多个)恒压源来分配(多个)液滴。

[0119] 在一个示例中，在第二方面的方法中的系统的顶部基板的被移除部分，可以例如在与被移除部分相对应的顶部基板的侧边缘处引起液滴操作间隙的高度的急剧增加，液滴
操作间隙包括处于顶部基板和底部基板之间的、在该被移除部分下方的间隙，并且上述分
配包括将(多个)液滴分配至被移除部分下方的间隙外部的液滴操作间隙。

[0120] 在一个示例中，在第二方面的方法中的系统的(多个)压力源中的一个或多个压力源以及(多个)储存器中的一个或多个储存器可以例如被底部耦合至液滴致动器，并且上述
分配包括使用一个或多个压力源和一个或多个储存器将(多个)液滴分配至液滴操作间隙。
在一个示例中，该(多个)压力源还可以包括例如被侧耦合至液滴致动器的一个或多个压力
源，并且上述分配包括还使用侧耦合至液滴致动器的一个或多个压力源，将(多个)液滴分
配至液滴操作间隙。

[0121] 在一个示例中，第二方面的方法中的系统的(多个)压力源可以包括例如被顶部耦合至液滴致动器的一个或多个压力源，并且上述分配可以包括使用被顶部耦合至液滴致动
器的一个或多个压力源，将(多个)液滴分配至液滴操作间隙。

[0122] 在一个示例中，第二方面的方法中的系统的液滴致动器可以包括例如基于电润湿的液滴致动器，电极可以例如处于底部基板中，并且(多个)另外电极可以例如与顶部基板
相关联，底部基板的电极可以包括例如至少两个电极的(多个)阵列，并且上述分配可以包
括例如激活底部基板的电极并且在阵列上方将至少两个液滴分配到底部基板上。

[0123] 在一个示例中，第二方面的方法还可以包括监测该分配的一个或多个方面。

[0124] 在第三方面，以上公开了一种方法。该方法包括将液滴致动器耦合至(多个)储存器，该(多个)储存器被外部耦合至液滴致动器，并且针对大体积流体而被设置尺寸；用大体
积流体填充(多个)储存器中的一个或多个储存器；激活液滴致动器；在上述激活之后，使用
压力将大体积流体的(多个)液滴分配至液滴致动器的液滴操作间隙的入口，上述分配包括
使用被耦合至入口的(多个)阀，控制去往该入口的大体积流体的流量，上述分配包括监测
该分配的一个或多个方面；并且沿着液滴操作间隙朝向液滴致动器的出口移动至少一个液
滴。

[0125] 尽管本文已经描述和描绘了本申请的若干方面，但是本领域技术人员可以实现替代方面以实现相同的目的。因此，所附权利要求书旨在覆盖落入本申请的真实精神和范围
内的所有此类替代方面。

[0126] 应当理解，前述概念的所有组合(在这样的概念不相互矛盾的情况下)被认为是本文公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本申请的结尾处的要求保护的主题的所有组
合，被认为是本文公开的发明主题的一部分。