[发明专利]用于芯片上微流体分配的设备和方法

说明书

提供了一种用于芯片上微流体分配的设备、系统和方法。该设备包括：基板；在基板上彼此毗邻布置的多个第一电极；位于多个第一电极之上并包围多个第一电极的介电层；以及位于基板上的第二电极，其中多个第一电极中的每一个与相应的第一驱动信号输入装置电连通；其中第二电极与第二驱动信号输入装置电连通；其中多个第一电极沿着纵向方向限定连续流体路径以保持微流体，并且其中第二电极布置在连续流体路径内并且在连续流体路径内限定喷射位置和相邻的混合位置。

技术领域

本公开内容总体上涉及一种芯片上实验室设备及其使用方法，并且更具体地，涉及一种用于微流体系统中的芯片上微流体分配的设备、系统和方法。

背景技术

传统的生化实验使用微量移液器来分配特定体积的物质。典型的微量移液器可以准确地分配0.1μL至1,000μL以上的体积。如果可行的话，准确分配小于0.1μL的体积面临着巨大挑战。收集和分配期望体积(尤其是在接近0.1μL的值时)的准确性和精确性存在进一步的挑战。准确性和精确性受许多变量的影响，诸如微量移液器的质量、所分配的物质的粘度、校准和维护以及实验室操作。

多年来，芯片上实验室(LOC)系统作为传统的体积移液管的替代物已引起了商业和学术的关注。LOC技术可以将单个和/或多个实验室过程的规模缩减为芯片格式。LOC系统还具有其他优势，诸如低的流体体积消耗、较快的分析和响应时间以及较好的过程控制。

随着规模的减小，LOC设备中的微流体样品操纵变得更具挑战性。高精确性分配和混合两种或更多种微流体尤其具有挑战性。已经开发了用于芯片上微流体样品分配和混合的不同芯片设计。

已开发出基于通道的微流体平台，以精确地测量和分配微流体，在该平台上，利用诸如空气压力之类的外力迫使连续微流体流通过微型通道。这些系统的缺点是需要庞大而复杂的外部装置。

还已经开发了基于电子的数字微流体(DMF)平台，在该平台中，微流体滴设置在电极阵列上，并通过介质上电润湿(EWOD)力驱动。通常通过驱动两个微流体滴会合来实现DMF平台中两种或更多种微流体的混合。然后可以将会合的滴重复地在若干个电极上移动以改善混合。由于电极的限制，两个微流体滴的体积通常必须相等。结果，会合的滴通常具有两倍的体积，并且两个微流体滴中的(一种或多种)试剂将被稀释一半，这会使该系统的应用复杂化和/或受限。体积的增加也使得会合的滴的操纵更加困难。

因此，需要一种新颖的LOC设备，其消除或减少上述缺点和问题中的至少一个或多个。

发明内容

本文提供了一种用于芯片上微流体分配的方法，该方法包括以下步骤：(a)在连续流体路径的下方提供多个第一电极以保持微流体滴，所述多个第一电极能够生成作用于微流体滴上的并沿着连续流体路径的介质上电润湿(EWOD)力；(b)提供嵌入在多个第一电极中的一个或多个电极内的第二电极，第二电极在连续流体路径上限定喷射位置；(c)在喷射位置处提供第一微流体滴；(d)经由第二电极向第一微流体滴施加第二驱动信号，使得受控体积的第一微流体滴被喷射至与连续流体路径上的喷射位置紧邻的混合位置；以及(e)在混合位置处提供第二微流体滴，使得第二微流体滴吸收喷射到混合位置的受控体积的第一微流体滴。

在某些实施方案中，步骤(c)包括在远离喷射位置的第一加载位置处加载第一微流体滴，并且向多个第一电极施加第一驱动信号，以生成将所述第一微流体滴从所述第一加载位置驱动到所述喷射位置的EWOD力。

在某些实施方案中，步骤(e)包括在远离混合位置的第二加载位置处加载第二微流体滴，并且向多个第一电极施加第一驱动信号，以生成将第二微流体滴从第二加载位置驱动到混合位置的EWOD力。

在某些实施方案中，步骤(e)还包括将第一驱动信号施加到多个第一电极，以生成在混合位置处沿着连续流体路径来回驱动第二微流体滴的EWOD力。

在某些实施例中，第一驱动信号是具有5至300V的峰间电压和1-4kHz的频率的AC信号。