[发明专利]在数字微流体装置中创建高分辨率温度谱线

说明书

描述了数字微流体装置的设计，该数字微流体装置包括对用于液滴操纵的区域施加影响的加热电极和液滴控制电极。具体地，数字微流体装置包括具有用于液滴控制的液体控制电极的第一基板以及具有用于温度控制的加热电极的第二基板。屏蔽电极被设置在第二基板上，以确保加热电极可以控制数字微流体装置达到所需的温度谱线，而不会干扰液滴操作，比如传输、合并/混合、分裂、粒子分布等。

相关专利申请的交叉引用

本申请要求于2016年6月29日提交的美国临时专利申请号62/356,418的权益，该临时专利申请的全部公开内容通过援引的方式并入到本文中。

技术领域

本发明总体涉及(例如分子生物学领域中的)微流体装置。

背景技术

液滴微流体(droplet microfluidics)是一个相对较新但快速发展的领域。它提供了通过采用以下机制来操纵液滴和/或液滴中的粒子的方法，比如电润湿[WO2008147568，基于电湿润的数字微流体(Electrowetting Based DigitalMicrofluidics)]、电泳[WO2014036914，用于基于电泳控制液体中的带电粒子的方法和装置(Method and Device for Controlling,Based on Electrophoresis,ChargedParticles in Liquid)]和介电电泳[WO2014036915，用于操纵液体中的粒子的基于介电电泳的设备和方法(Dielectrophoresis Based Apparatuses and Methods for theManipulation of Particles in Liquids)]等。它提供了液滴操作能力，比如液滴分配和输送，多液滴合并和混合，将一个液滴分成两个(或更多个)子液滴，孵化，废物处理，粒子(如DNA/RNA/蛋白质分子、细胞、珠子等)再分配/浓缩/分离等。液滴微流体提供了处理液体分析的所有基本步骤的能力，包括取样、样品制备、反应、检测和废物处理等。它实际上可以处理体积在几皮升至几十微升(跨度超过6个数量级)范围内的液滴。它可用于医疗诊断、癌症筛查、药物发现、食品安全检查、环境监测、法医分析等。除微型化和集成外，它还提供其他优点，比如低成本、自动化、并行性、高通量、低能耗等。

典型的数字微流体(DMF)装置由两个由间隔物隔开的固体基质组成，以在两者之间形成间隙。液体以不连续的方式(即以液滴的形式)在间隙中操作。与基于通道的微流体不同，在数字微流体中，液体/液滴路径可以在运行期间通过控制软件来改变，并且液滴可以被单独操作。数字微流体真正实现了芯片实验室概念的承诺，即处理分析的所有基本步骤，包括取样、样品制备、反应、检测和废物处理等。数字微流体与基于工作台的液体处理有很大的相似之处。已建立的基于工作台的流程可以很容易地适应数字微流体格式。

化学和生化反应通常需要良好调节的温度谱线(temperature profile)才能高效地进行。例如，在如同聚合酶链式反应(PCR)、连接酶链式反应(LCR)、基于转录的扩增和限制性扩增等DNA扩增方法中，反应需要在较高的变性温度和较低的聚合温度之间循环。其他核酸扩增方法需要反应在指定的恒定温度下进行，比如自持序列复制(3SR)、滚环扩增(RCA)、链置换扩增(SDA)和环介导扩增(LAMP)、依赖解旋酶的扩增(HAD)等。检测当DNA分子通过明确定义的温度谱线时荧光强度的变化可以提供很好的洞察力，比如单核苷酸多态性(SNP)的存在和特性——一个被称为熔解曲线(melting curve)分析的过程。

良好调节的温度控制在RNA和蛋白质分子的处理中也很重要，例如，用于RNA检测的实时RT-PCR(逆转录-聚合酶链式反应)和等温RNA信号生成(IRSG)和用于蛋白质检测的实时免疫PCR和IAR(等温抗体识别)。细胞裂解通常也与温度有关。