液滴操控装置和方法制造方法及图纸

提供了一种用于操控微滴的微流体装置。所述装置包括：(a)至少部分地由相对的多个容纳壁的并置限定的微流体空间；和(b)设置在多个容纳壁中的至少一个上或多个容纳壁中的至少一个内的光电润湿电极位置，所述光电润湿电极位置布置在路径中，其特征在于，在基本上与路径方向平行的至少一个方向上，微流体空间的区域在深度上连续变化或可以使微流体空间的区域在深度上连续变化；例如，通过使多个壁中的一个的弹性部分锥化或悬伸。该装置及其相关联的使用方法适用于核酸测序仪和生物医学分析装置的部件。装置的部件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】液滴操控装置和方法
[0001]本专利技术涉及一种使用光电润湿力来操控微滴的装置和相关联的方法。对于系统地操控许多个含有例如核苷酸、多核苷酸或细胞的微滴而言，其特别有用，例如，可能会在核酸测序仪或生物医学分析装置(例如用于免疫测定的装置)中遇到所述微滴。
[0002]先前在本领域中已经描述了用于操控微滴或磁珠的装置；例如参见US6565727、US20130233425和US20150027889。在液滴的情况下，这通常可以通过使液滴(例如在存在不混溶的载体流体的情况下)行进穿过由筒仓或微流体管的两个相对壁限定的微流体空间来实现。覆盖有介电层的微电极嵌入这些壁之一或两者内，每个微电极都连接到A/C偏置电路，该A/C偏置电路能够不时快速地打开和关闭，从而修改层的电场属性。这在微电极附近引起局域化的定向的毛细力，这可用于沿一个或更多个预定路径操纵液滴。这种采用在下文中被称为“真实”电极的部件的装置在本领域中已知为缩写词EWOD(Electrowetting on Dielectric，介质上电润湿)。
[0003]例如，在US20030224528、US20150298125、US20160158748、US20160160259和Applied Physics Letters(应用物理学快报)93 221110(2008)中公开了这种方法的变体，其中电润湿力是以光学方式为媒介引发的，在本领域中称为光电润湿或OEWOD。特别地，这三个专利申请中的第一个公开了各种微流体装置，该微流体装置包括由第一壁和第二壁限定的微流体腔，并且其中第一壁为复合设计，并且包括衬底、光电导层和绝缘(介电)层。在该单面实施方案中，在光电导层和绝缘层之间安置有导电单元的阵列，这些导电单元彼此电隔离并偶联至光敏层，并且其功能是在绝缘层上产生相应的光电润湿电极位置。在这些位置处，可以通过如上所述的电润湿场来修改液滴的表面张力特性。随后，可以通过照射在光电导层上的光临时接通导电单元。这种方法的优点在于使切换变得更加容易和快速，尽管其实用性在某种程度上受到电极布置的限制。此外，对于液滴可以移动的速度以及实际液滴路径可以改变的程度存在限制。
[0004]Pei在加利福尼亚大学伯克利分校的论文UCB/EECS-2015-119中公开了后一种方法的双面实施方案。在一个示例中，描述了一种单元，该单元允许利用在特氟龙(Teflon)AF表面上进行光电润湿来操控尺寸范围为100-500μm的相对较大的液滴，其中使用在电偏置的非晶硅上的光图案化将该特氟龙沉积在介电层上。然而，在示例性的装置中，介电层是薄的(100nm)，并且仅安置在承载光敏层的壁上。
[0005]US20080169195描述了具有锥化(tapering)的电润湿路径的常规EWOD装置。这通过改变介电层的厚度并使下面的衬底保持平行来实现。通过这种方式，(a)不同区域的电容(capacaitative)响应以不连续的方式变化，使得可以通过调节输入频率将液滴切换到区域中和从区域中切换出；(b)在该情况期间，装置在介电泳力和EWOD力之间过渡。由于这种几何形状，该装置在操作中是双稳态的，而下面描述的是单稳态的。
[0006]WO2011126892也描述了一种基于常规EWOD的装置。然而，此处与连续锥化方式相反，容纳壁之间的距离的变化是逐步变化的。
[0007]最近，在我们的未决申请EP17177204.9中描述了一种用于操控微滴的装置，该装置使用光电润湿来提供原动力。在这种OEWOD装置中，使微滴移位通过由容纳壁限定的微流
体空间；例如，一对平行板之间夹有微流体空间。容纳壁中的至少一个包括在下文中被称为“虚拟”光电润湿电极位置的位置，该位置是通过选择性地照射埋入其中的半导体层的区域而产生的。通过利用来自单独光源的光选择性地照射该层，可以瞬时产生电润湿电极位置的虚拟路径，可以使微滴沿着该路径移动。在我们的相应申请EP17180391.9中，描述了将该装置用作核酸测序仪的操作部分的用途。
[0008]现在，我们已经开发出一种适于与OEWOD类型的电极一起使用的改进版本的装置。在这种扩展方案中，将容纳壁限定微流体空间(并且因此将与其相关联的电极)布置成使得微流体空间朝向顶点锥化，在该顶点处，空间的次要尺寸(以下称为空间的深度)减小到最小值，并且在某些实施例中减小到零或接近零。适当地，在基本上与由电极位置限定的微滴路径的至少一些平行的方向上布置该锥化。微流体空间的深度的这种方向性锥化的优点在于，沿着路径移位的微滴暴露于如下情形：它们根据它们的行进方向而逐渐扩张或受到压缩。
[0009]这种操控装置内微滴形态的能力具有许多优点。例如，在微流体空间相对于处于自然球形形状的微滴的直径而言是深的的情况下，由于微滴与每个电极位置的表面相互作用最小，因此微滴移动得相对较快。对于装置(例如核酸测序仪或执行免疫测定的装置)的某些应用或某些区域而言，这是理想的，因为这使得能够快速地处理微滴。还已经发现，在这种情形下，在微滴内发生的化学反应进行得更快，并且通过光学手段对微滴内容物的检测表现出更好的信噪比；当可检测材料的浓度非常低时，这是一个特别重要的要求。另一方面，在深度相对较浅并且微滴经历显著的压缩/扁平化的情况下，微滴更容易分裂成子微滴或与作为向其中引入附加反应物的手段的副微滴(secondary microdroplet)融合。由此可见，对于许多应用和装置而言，需要一种装置，在该装置中，微滴可以在相对较近的空间中经受要求不同压缩程度的不同状态。
[0010]根据本专利技术，提供了一种用于操控微滴的微流体装置，包括：(a)至少部分地由相对的多个容纳壁的布置限定的微流体空间；和(b)安置在多个容纳壁中的至少一个上或多个容纳壁中的至少一个内的光电润湿位置，所述光电润湿电极位置布置在路径中，其特征在于，在基本上与所述路径方向平行的至少一个方向上，微流体空间的区域在深度上连续变化或可以使微流体空间的区域在深度上连续变化。
[0011]由容纳壁限定的微流体空间原则上可以采用任何形式，只要该微流体空间包括在基本上与路径中的至少一个的方向平行的至少一个方向上以非阶梯式方式在深度上连续变化的区域。在一个实施方案中，这种变化可能是由两个容纳壁之间的距离的连续变化引起的，而这两个容纳壁又具有恒定厚度的介电覆盖层。在另一实施方案中，可以通过改变该层的厚度同时保持壁自身间隔恒定的距离来实现所述变化。在又一实施方案中，容纳壁自身可以在有关区域中连续地改变厚度。
[0012]在一个实施方案中，该区域在基本上与微流体路径的方向平行的至少一个方向上在深度上逐步锥化变细(taper up)或锥化变粗(taper down)。本文所使用的术语“基本上平行”是指完全平行或以较小的角度平行；例如，以小于15度、10度或5度的角度平行。例如，如上所述，微流体空间可以包括夹在两个板状结构之间的薄层，其中该层的深度朝向最小值逐渐变小，使得微流体空间呈楔形。在另一实施方案中，容纳壁中的一个或两个可以是弹性的或包括弹性材料的区域，使得微流体空间的深度通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于操控微滴的微流体装置，包括：(a)至少部分地由相对的多个容纳壁的布置限定的微流体空间；和(b)安置在所述多个容纳壁中的至少一个上或所述多个容纳壁中的至少一个内的光电润湿电极位置，所述光电润湿电极位置布置在路径中，其特征在于，在基本上与所述路径方向平行的至少一个方向上，所述微流体空间的区域在深度上连续变化或可以使所述微流体空间的区域在深度上连续变化。2.根据权利要求1所述的微流体装置，其特征在于，所述区域沿着所述路径从最大尺寸连续锥化变细或朝向最大尺寸连续锥化变粗，所述最大尺寸小于所述微滴当在非压缩状态下测量时的直径的150％。3.根据权利要求1或2所述的微流体装置，其特征在于，所述多个容纳壁中的至少一个包括至少一个用于将所述微滴引入到所述微流体空间中的入口。4.根据前述权利要求中任一项所述的微流体装置，其特征在于，所述光电润湿电极位置布置在所述一个或多个容纳壁上或所述一个或多个容纳壁内，以形成至少一个至少部分地基本上与锥化的方向平行地取向的路径，所述液滴沿着所述至少一个路径移位。5.根据权利要求1至4中任一项所述的微流体装置，其特征在于，包括多个路径，所述多个路径布置成彼此相交，使得能使移位的微滴在所述微流体区域中的一个或更多个区处与副微滴融合。6.根据权利要求2至5中任一项所述的微流体装置，其特征在于，还包括至少一个颗粒接收位置，所述至少一个颗粒接收位置朝向锥体的顶点并且能够接收承载在所述多个路径中的至少一个中移位的微滴将经过的分析物样品的颗粒。7.根据前述权利要求中任一项所述的微流体装置，其特征在于，还包括在所述一个或多个容纳壁中的至少一个窗口，通过所述窗口能使用光源和光电检测器查询所述微滴。8.一种用于操控移位通过由相对的多个容纳壁限定的微流体空间的微滴的方法，所述多个容纳壁中的至少一个包括多个光电润湿电极位置，其特征在于，在与所述微滴的行进方向平行的至少一个方向上，所述微流体空间的区域在深度上连续变化或可以使所述微流体空间的区域在深度上连...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大，
申请(专利权)人：光投发现有限公司，
类型：发明
国别省市：