液滴操縱系統的制作方法

專利名稱：液滴操縱系統的制作方法
液滴操縱系統
1資助信息導致本發明的工作至少部分地得到了第lR44DK066956-01、 1 R43 GM072155-01、 1 R21 HG003706-01、 NNJ06JD53C和5 UOl AI066590-02
號NIH撥款的資助。美國政府可能享有這里描述的發明的特定權利。
2相關申請 —方面，本發明涉及用于液滴微致動器操作的系統和方法。根據這
個方面的一個實施例，提供一種系統，這種系統包括(a)控制器；(b)
電氣耦合到所述控制器的液滴微致動器；以及(c)顯示用戶界面的顯示器 設備，電氣耦合到所述控制器，其中所述系統被編程和配置成通過利用所 述用戶界面進行交互來允許用戶進行液滴操縱。根據這個方面的另一個實 施例，提供另一種系統，這種系統包括(a)處理器；(b)電子耦合到所 述處理器的顯示器設備；以及(c)軟件，加載和/或儲存在電子耦合到所述 控制器的存儲設備，電子耦合到所述控制器的存儲器設備，和/或所述控制 器，并且所述軟件被編程來顯示液滴微致動器的交互地圖。根據這個方面 的另一個實施例，還提供一種系統，這種系統包括(a)控制器；(b)電
子耦合到所述控制器的液滴微致動器；(c)顯示用戶界面的顯示器設備， 電子耦合到所述控制器；以及(d)軟件，用于執行加載和/或儲存在如下裝
置中的協議電子耦合到所述控制器的存儲設備，電子耦合到所述控制器
的存儲器設備，和/或所述控制器。談到用戶界面之類(例如這里描述的液滴微致動器地圖)時，"突 出顯示(highlight)"指的是通過顏色、亮度、陰影、形狀或者通過符號、 圖標或其它可視標識符的出現/消失，用戶界面或地圖的組件可以通過視覺 區分出來。例如，將鼠標光標放在(mousing over)用戶界面上的電極的表 示上，或者選擇電極表示，都會使電極表示改變顏色。也可以有聲音伴隨 著突出顯示的項目來進一步幫助用戶與系統交互。"輸入設備"被廣泛地用來包括將信息輸入計算機系統、網絡的所 有可能類型的設備和方式。"輸入設備"的實例包括基于鐵筆(stylus-based) 的設備、基于鋼筆的(pen-based)設備、鍵盤設備、小鍵盤設備、觸摸板 設備、觸摸屏設備、游戲操縱桿設備、跟蹤球設備、鼠標設備、條形碼讀取器設備、磁條讀取器設備、紅外設備和語音識別技術。
000251 "將鼠標光標放在……上面(mouseover)"指的是將光標或其它選 擇設備與用戶界面上的對象相關聯。將鼠標光標放在什么上面可以用各種 輸入設備來完成，例如鼠標器、鍵盤或游戲操縱桿或者這些設備的組合。
00026"輸出設備"被廣泛用于包括從計算機系統向用戶或另一個系統輸 出信息或數據的各種可能類型的設備和方式。輸出設備的實例包括可視顯 示器、LED、打印機、揚聲器、調制解調器和無線收發機。圖4是本發明一個實施例中微致動器控制器的框圖； '本發明的系統可以包括控制器114。控制器用于提供處理能力，例 如儲存、解釋和/或執行軟件指令。控制器可以例如包括具有存儲器的數'字 信號處理器(DSP)、微控制器或專用集成電路(ASIC)。 Analog Devices BlackfmDSP處理器是一個合適的DSP處理器實例。
00056]控制器電子耦合到本發明的各個硬件組件，例如液滴微致動器、任 何檢測器以及任意輸入和/或輸出設備。控制器可以被配置并編程來控制這 些設備的數據和/或電源。例如，關于液滴微致動器，控制器通過激活/去活 電極來控制液滴操縱。本發明的這一方面在第8.3節中討論。參考圖5A和5B，在一些實施例中，分析儀可以是便攜式設備，例 如手持設備500。圖5A說明手持設備500的外部。圖5B說明用于插入液 滴微致動器的芯片載體或槽502 (沒有畫出)；光學傳感器504，例如光電 倍增管(PMT)，用來感測來自液滴微致動器的光信號；以及蓋閂(lid latch) 506，蓋閂506可以耦合到系統來表明蓋子是打開著還是關閉著。可以看到， 便攜式分析儀還可以是臺式設備。本發明的液滴微致動器系統的便攜性能 夠方便維護點或樣本采集點使用，在各種設施中診所、手術室、搶救室、 小型實驗室、現場(緊急響應組、事故、災難、戰場、生物恐怖事件 (bioterrorism)現場)，用于快速診斷，在緊急情形中節省時間。這里的便 攜式系統的詳細內容將在下面討論，例如參考第8.2節。本發明的每個系統都可以包括軟件，這將在第8.1.2節進一步討論。 存儲介質上提供的軟件是本發明的一個方面。適當存儲介質的實例包括磁 存儲、光存儲、相變存儲器、全息存儲、分子存儲器存儲、電池或電容器支持的SRAM和閃存存儲。軟件可以被載入存儲器和/或處理器。本發明的 軟件存在于存儲器中和/或處理器中和/或存儲介質中的系統也是本發明的 一個方面。
00079本發明的軟件可以用任何編程語言來編寫，例如Visual C、 Java和/ 或Python。系統可以包括解釋程序用來將液滴操縱和其它指令從高級語言 翻譯成中間語言，由處理器來執行。按照本發明編寫的軟件也可以被編譯 程序編譯成機器語言。本發明中語言的軟件解釋程序和編譯程序本身是本 發明的新穎方面。因此，包含這個解釋程序和/或編譯程序的所有形式的數 據存儲、存儲器和處理器都是本發明的一些方面。編程系統可以與液滴控制系統集成，也可以與之分開。在集成系統 中，液滴控制功能和編程功能可以由公共用戶界面1000來實現，如圖10 所示。 '
關于控制液滴微致動器上的液滴操作，軟件和系統用于驅動液滴微 致動器上的控制和參考電極來進行液滴操作等等。液滴操作，下面第8.3.8 節將詳細討論，是通過給選定電極施加電壓，最好是高電壓來實現的。通 過控制與電極相關聯的繼電器的操作，軟件和系統可以允許載入處理器的 軟件控制選定電極的點火(firing)。 .在一個實施例中，在控制文件中定義矩陣，它標出每個電極和/或容 器的行和列。加載控制文件時，系統讀入矩陣定義，在用戶界面上顯示矩 陣的對應地圖。00089界面可以顯示關于地圖組件的信息，它們也可以被儲存在控制文件
中。在一個實施例中，系統顯示鼠標光標落在上面的、被選中的或者用戶
用其它電子方式標出的組件的信息。顯示的信息可以例如包括以下信息中 的一些或全部
組件類型，例如液滴操縱電極、試劑容器、樣本容器等；
電氣連接性信息，例如電極列舉(electrode enumeration).地、點
數等；
相鄰關系，例如在多邊形電極布局中；
代表性的幾何圖形，用于在用戶界面中顯示地 設計注釋和/或其它說明；
部件號；
列和/或行位置。
00090系統還可以記錄每個電極的激活歷史，使得用戶能夠跟蹤電極被激 活的次數。歷史信息可以在例如將鼠標光標放在電極上或者選擇電極時顯 示出來。系統可以從用戶接受輸入，指令同時顯示所有電極的歷史信息。
00091為了幫助用戶交互，把鼠標光標放上去的電極或者被選中的電極 1002或者其它組件也可以弓I起在液滴微致動器地圖上將電極或組件突出顯 示。這種能力允許直接控制液滴微致動器操作的用戶通過將鼠標光標放在 液滴微致動器組件上在實際選擇和激活這個液滴微致動器組件之前，回顧 每個可能步驟的信息。系統可以以不同的方式突出顯示將鼠標光標放上去 的組件和被選組件，使得用戶能夠區分這兩者。
00092編程系統可以包括選擇裝置和/或手段1012，用來讓用戶選擇液滴 微致動器設計或地圖來進行顯示。也可以將標識液滴微致動器設計或地圖 的數據包括進來，作為液滴微致動器總成(assembly)或盒子的組件，在將 液滴微致動器總成或盒子耦合到系統時能夠被系統訪問。編程系統可以與液滴控制系統集成也可以與之分開。圖10說明
用公共用戶界面實現液滴控制功能和編程功能的集成系統。編程系統可以提供編程模式，用來寫入程序，控制液滴微致動器
功能和相關組件，例如檢測器組件，而不與實際液滴微致動器芯片交互。
在圖IO示出的示例性用戶界面上，通過下拉菜單1007可以選擇編程模式。
0001031編程系統可以例如包括裝置和/或手段用來讓用戶產生具有一組 指令供液滴微致動器執行的程序。合適指令的實例包括
"開"，用于表示要被致動的電極；
"頻率"，設置執行步驟的速率，例如電極激活/去活的時序(timing);
"等待"，讓指令暫停預定時間段；
"循環"，讓程序中的步驟循環；
"電壓"，設置施加在輸出端上的電壓。編程系統可以在液滴微致動器地圖上顯示子程序的仿真執行過 程，向用戶輸出所選命令系列的效果的視覺顯示。換句話說，在仿真執行 模式中，軟件執行子程序的步驟，但是不發送電信號給液滴微致動器。在 優選仿真模式中經歷一個或多個液滴操作的仿真液滴1011顯示在屏幕上， 用來向用戶說明程序的實際效果。通過這種方式，用戶能夠很容易地查找 子程序的問題，而不需要與液滴微致動器交互。在一個實施例中，液滴控制功能和編程功能被組合起來，通過一 個或多個用戶界面的命令集合進行控制。這個實施例可以使得用戶能夠人 工控制液滴微致動器上的步驟，將執行的步驟翻譯成在液滴微致動器上執 行相同步驟的子程序。換句話說，系統可以將人工液滴操縱作為子程序記 錄下來。以后可以將這個子程序上載并執行，例如在協議執行系統中。例 如，子程序可以被載入便攜式或手持協議執行系統，使得手持系統能夠執 行一系列預定步驟，例如處理和分析樣本所需要的步驟。
000110在一個實施例中，本發明提供一種集成工具，它具有點擊-和-拖 拽液滴操縱功能，以及用于產生能夠儲存和執行的子程序的匯編程序。
8.1.2.3協議執行系統和用戶界面000111本發明還提供一種協議執行系統。這種協議執行系統包括協議執
行軟件，用來執行一組軟件指令，以便控制液滴微致動器上的液滴操作， 以及液滴微致動器的其它功能和相關硬件。協議執行系統在獨立系統
(free-standing system)上提供執行協議的能力，這些系統通常是便攜式或 手持系統，例如如同這里討論的圖5A和5B所示。圖11說明另一個概念性 的手持系統1110，其中的液滴微致動器盒子1112能夠被插入槽1114用于進行分析。如上所述，使用或者不使用編程系統，可以用編程語言來準備在協議執行系統上執行的定義協議的子程序。計算機程序指令還可以被載入計算機或其它可編程數據處理裝 置，在計算機或其它可編程裝置上進行一系列的操作步驟，產生計算機實 現的過程，使得在計算機或其它可編程裝置上執行的指令產生步驟來實現 流程圖和/或框圖中的塊指定的功能/動作。
8.2便攜式分析儀如上所述，便攜式分析儀系統通常包括分析儀組件和要電子耦合 并且通常還物理耦合到分析儀組件的盒子組件。分析儀組件通常包括可以 被編程為控制系統各個方面的控制器(雖然在一些實施例中，控制系統的 處理器可以位于其它地方，例如電子耦合到系統的計算機上)。盒子包括裝
置禾n/或手段來將盒子的各個方面與控制器電子耦合。特別是當盒子耦合到
分析儀時，盒子的液滴微致動器耦合到控制器，并且能夠被控制器控制。
離散液滴操作消除了連續流體系結構的必要性，以及伴隨這種體 系結構的各種缺點。例如，能夠接近100%地利用樣本和試劑，因為在起爆 (priming)通道或填充容器中不會浪費任何流體。此外，如上所述，液滴 移動可以極其快。在某些情況下，液滴微致動器可以用連續流組件補充， 這些組合接近涉及離散液滴操作，并且連續流元件在本發明的范圍內。連續流組件可以由控制器控制。然而，在某些其它實施例中，在本發明的液 滴微致動器和/或本發明的方法中特別避免各個連續流元件。例如，在某些 實施例中，從本發明的液滴微致動器和/或方法中排除以下組件中的一個或 多個微通道；固定微通道；微通道網絡；泵；外部泵；閥門；高壓電源; 離心力元件；移動部件。
000170以電場為中介的致動還消除了其它液滴操作的必要性，以及伴隨 這種技術的所有缺點。顯然，液滴微致動器還可以有或者輔以其它液滴操 縱技術，例如電氣(靜電致動、介電電泳)、磁性的、熱的(例如熱Mamngoni 效應、熱毛細管(thermocapillary))、機械的(例如聲表面波、微動泵、蠕 動的(peristaltic))、光學的(例如光電濕潤、光學鑷子(tweezer))和化學 裝置和/或手段(例如化學梯度)。采用這些技術時，相關聯的硬件也可以電 子耦合到控制器并由控制器控制。但是，在其它實施例中，從本發明的液 滴微致動器中專門排除這些液滴操作技術中的一個或多個。可以將液滴微致動器制造成高度緊湊的形式，并且能夠用非常小 的裝置來驅動。例如，液滴微致動器和裝置一起可以只有幾個立方英寸大。 液滴微致動器只需要少量電力，并且能夠例如很容易用電池工作。液滴微 致動器可以用極小的液滴進行液滴操作。液滴通常在大約1 fL到大約1 mL 的范圍內，優選在大約100pL到大約lpL的范圍內，在大約10nL到大約 1pL的范圍內更好。
000172用離散液滴進行片上處理代替連續流具有幾個重要優點。由于樣 本流體不必為通道起爆或泵花費時間，所以實際上所有樣本流都能被用于 分析，能夠分析非常少量的樣本(例如少于大約100pL或者少于大約50pL 或者少于大約25pL)。使用試劑具有同樣的優點，減少試劑消耗量具有降 低分析成本的優點。使用離散小量液滴還允許在小印跡(footprint)中進行 大量反應(例如大于IO每平方厘米或者大于100每平方厘米或者大于1000 每平方厘米或者大于10000每平方厘米)。可以在電極中構圖形成光學窗口，用來提高片上光學檢測能力。 在電極是在透明基片上不透明材料形成的這種情況下，可以在電極中產生 窗口允許光通過基片。當電極材料透明時，也可以產生掩膜來消除雜散光。 另外，可以構圖形成開口作為衍射光柵。還可以用第二電濕潤層產生自適 應(adaptive)光學窗口。例如，可以用不透明的油(例如油染黑色)和透 明液滴來產生臨時和可移動光學窗口。
8.3.2液滴微致動器制作
000175可以用常用于在微型液滴微致動器產生導電互連結構的標準微 細加工(microfabrication)技術和/或使用印刷電路板(PCB)制造技術來制 作液滴微致動器。合適的PCB技術包括在2006年1月30日遞交的，發明 名禾爾為"Apparatuses and Methods for Manipulating Droplets on a Printed CircuitBoard"的第11/343,284號美國專利申請中描述的那些，在這里將其 全部引入作為參考。這些技術允許以非常低的成本大批量制造液滴微致動 器。低成本制造能夠使液滴微致動器的生產經濟，甚至可以將它用于一次 性可丟棄。因此，本發明提供一種方法，其中將液滴微致動器提供給用戶 作為可丟棄盒子的組件，用于本發明的系統。
000176還可以在玻璃或硅上用常規微刻(microlithography)技術實現設 計，與PCB工藝相比，這些技術能夠制作小得多的細節。例如，甚至對于 具有70pm容器間隔和3 fL容器體積的1,575,864容器液滴微致動器，需要 的最小石印(l池ographic)細節尺寸是 0.5 pm，這完全屬于目前半導體工 業中使用的常規微刻技術的能力范圍。將盒子材料選擇成能夠儲存試劑而不會破壞或污染試劑。此外， 應當選擇它們來在升高的溫度下提供可靠的操作，并且確保與實時化學 (real-time chemistry)兼容。它們可以例如包括模制塑料組件。在一些實施 例中，密封的可丟棄測試盒子能夠增強操作員安全性，方便安全丟棄。本發明的液滴微致動器包括一個或多個自由(也就是流體-流體) 界面。實例包括液體-液體或液體-氣體界面。典型情況下，在主(液滴)相進行化學，第二相充當填充劑流體，將液滴互相分隔開。第二相可以是例 如液體、凝膠和/或氣體。在第二相包括液體的情況下，液體足以不與主液
相混合(immiscible),從而使液滴微致動器能夠進行一項或多項液滴操作。可以對系統編程，在液滴微致動器內多次引入(introduction)或
再循環一種或多種填充劑流體。可以提供第二流體處理系統來將流體注入 液滴微致動器并從中去掉流體。壓力、重力或其它裝置和/或手段，例如利 用熱梯度，能夠被用來將填充劑流體輸送到液滴微致動器中或者從中輸送 出來。這樣的系統能夠例如被用于以下目的
000184(1)補充因為隨著時間蒸發或泄漏的填充劑流體。可以采用填 充劑流體的緩慢持續流或周期性的注入來彌補填充劑流體體積的所有損 失。這里的液滴微致動器一般包括一個或多個輸入端口用于將一種
或多種填充劑流體、試劑和/或樣本(例如用于執行這里其它地方描述的執 行協議和/或進行化驗的試劑和/或樣本)引入液滴微致動器。在一些實施例 中，利用常規機器通過輸入端口加載樣本或試劑。在一個替換實施例中， 樣本或試劑的液滴通過在長預加載毛細管(例如玻璃毛細管)中的油塞
(plugs of oil)來分隔開，連接到液滴微致動器時，這些長預加載毛細管允 許樣本或試劑的液滴在被泵出毛細管進入輸入端口時被捕獲并且路由到液 滴微致動器上。另一種加載技術涉及將試劑預先標記(pre-stamping)到液 滴微致動器上并允許它們變干，例如利用高速試劑標記(stamping)或印刷 工藝。還有另一種方法涉及直接板到液滴微致動器界面的使用，其中通過 利用壓力迫使內容通過與井對準的輸入端口，板的內容，例如1536或384 或96井板(well plates)，被并行地輸送到液滴微致動器上。在一些實施例 中，加載硬件可以電子耦合到控制器，并受控制器控制。此外，液滴微致動器上容器的數量可以遠大于為現有微板規范提 供的。例如，液滴微致動器可以在單個板上結合多于l，OOO， 5,000， 10,000， 15,000， 20,000， 25,000， 30,000， 35,000， 40,000， 45,000， 50，000， 55,000， 60,000， 65，000， 70,000， 75,000， 80,000， 85,000， 90,000， 95,000， 100,000， 200,000， 300,000， 400,000， 500,000， 600,000， 700，000， 800,000， 900,000, 甚至1 ，OOO，OOO個井。本發明的液滴微致動器可以包括一種裝置和/或手段用來控制液滴微致動器或液滴微致動器一個區域的溫度。熱控制等等對于需要加熱或 冷卻步驟的各種協議而言都是有用的。實例包括需要熱循環的放大協議， 以及需要孵化步驟的各種化驗。在另一個實施例中，通過讓已加熱填充劑流體流經芯片和液滴周 圍或者在它們中再循環來控制溫度。
000216液滴微致動器的布局是可調整的，例如，液滴微致動器可以包括 很少的例如一個加熱區直到幾十個、幾百個甚至更多的加熱區。
8.3.7.2加熱器類型
000217加熱器可以用薄導電膜形成。合適薄膜的實例包括Pt加熱器導線 和透明氧化銦錫(ITO)。 ITO為實時觀察提供更好的液滴可視性。也可以 使用在遠處放置的常規熱電偶(TC)來進行溫度調節。在一個實施例中，用PCB基底中的微小金屬(例如銅)過孔在液體和遠處的TC之間產生緊 熱結(tight thermal junctions)。此外，可以通過利用表面貼裝熱敏電阻或紅 外傳感器監視銅來確定樣本溫度。利用熱敏電阻的一個優點是它們足夠小 (2X2mm)，可以直接焊接在液滴微致動器上，而使用IR的優點則是它是 一種非接觸方法，這會簡化界面。由于銅的導熱率至少是FR-4基底的700 倍(350 390W/m'K與0.3-0.5 W/m*K)，銅過孔的溫度將會準確地代表液 體內的溫度。加熱器可以集成在液滴微致動器的底板和/或頂板(如果存在 的話)上，并且在板的底部和/或頂部表面上，或者集成在板的結構內。
000218在一個流水線實施例中，可以用加熱器提供減小的熱梯度在液滴 微致動器的區域上創建連續的溫度梯度(例如從100到50攝氏度)。使用 連續的溫度梯度將會消除克服加熱器塊邊緣上的陡峭溫度梯度的必要性。 通過允許具有任意數量的溫度點的協議，受控溫度梯度還能夠顯著地增強 設備的功能。此外，每個反應都可以用定制熱協議來進行，而只有兩個或 多個塊的溫度需要進行熱調節。液滴可以被輸送到并保持在加熱器之間適 當的位置來獲得目標溫度。可以在液滴被輸送到檢測點的時候用熒光傳感 器對液滴的熒光進行成像。上下目標溫度的溫度可以通過改變液滴的位置 來改變。然而，發明人吃驚地發現熱循環，例如PCR的熱循環，可以用單 個加熱器通過將液滴輸送到加熱器附近并從它附近輸送走來很方便地實 現。在一些實施例中，在液滴以上的加熱器可能會使得液滴變得模 糊，影響實時光學測量。在這些情況下，液滴可以從加熱器下面被輸送到 對于光學檢測優選的位置(也就是檢測點)。為了液滴微致動器檢測目的， 例如用熒光量化進行檢測，可以從加熱器下面到檢測點周期性地輸送液滴。 可以將液滴路由到傳感器附近，同時將它們從一個溫區到另一個溫區進行 循環。
83.8液滴操作
000220液滴微致動器可以對液滴進行各種液滴操作。實例包括將液滴 加載到液滴微致動器；從源液滴分配一個或多個液滴；將液滴分裂、分開 或劃分成兩個或多個液滴；在任意方向上將液滴從一個位置輸送到另一個；將兩個或多個液滴合并或組合成單獨一個液滴；稀釋液滴；混合液滴；-攪 動液滴；使液滴變形；讓液滴保持在位置上；孵化液滴；給液滴加熱；讓 液滴氣化；冷卻液滴；處置液滴；將液滴從液滴微致動器輸送出去；這里 描述的其它液滴操作和/或以上的任意組合。來自容器的試劑或樣本可以被分配為離散的液滴，輸送到液滴微 致動器上的其它位置。
000229本發明可以包括使用包括珠子的液滴的液滴操作。在這里的其它 地方描述了各種這種操作。在一個實施例中，將珠子用于在傾向于干擾液 滴操作的試劑上進行液滴操作。例如，某些蛋白質傾向于綁定到液滴微致 動器表面和/或進入填充劑流體中。可以在親水珠子上固定這些化合物，來 幫助利用這些化合物的液滴操作。這些化合物可以被綁定到這些珠子，珠 子可以包含要進行液滴操作的液滴。
[000230在一個特定分配操作中，用凝固來將血清從整個血液中分開。將整個血液加載到芯片上，與包括凝固試劑的液滴組合。在凝固以后，從樣 本分配液滴。因為細胞和血小板被捕獲在位置上，從樣本分配的液體將只 包含血清。
8.4成套用具(kit)
[000231本發明的另一個方面是成套用具，其中包括試劑、樣本采集設備 和/或用于執行本發明的方法的液滴微致動器或盒子。
9.結束語
000232實施例的以上詳細描述涉及附圖，這些


本發明的具體實 施例。具有不同結構和操作的其它實施例沒有偏離本發明的范圍。
[000233這一說明書被劃分成若干節，僅僅是為了方便讀者。不應當將標 題看成是對本發明的范圍的限制。
[000234要明白，可以改變本發明的各個細節而不會偏離本發明的范圍。 此外，前面的描述僅僅是為了進行說明，不是為了進行限制，因為本發明 的范圍由后面給出的權利要求限定。
權利要求
1. 一種系統，包括(a)控制器；(b)液滴微致動器，電子耦合到所述控制器；以及(c)顯示器設備，電子耦合到所述控制器，用于顯示用戶界面，其中所述系統被編程并被配置成允許用戶通過與所述用戶界面交互來進行液滴操縱。
2. 如權利要求1所述的系統，其中所述顯示器設備通過被編程為控制 所述顯示器設備并且發送指令給所述控制器來控制所述液滴微致動器的處 理器，電子耦合到所述處理器。
3. 如權利要求l所述的系統，其中所述用戶界面顯示所述液滴微致動 器的地圖，該地圖包括代表所述液滴微致動器的組件的虛擬組件。
4. 如權利要求3所述的系統，其中所述系統被編程并被配置成允許用 戶通過與虛擬電極交互來進行液滴操縱。
5. 如權利要求4所述的系統，其中所述系統被編程并被配置成允許用 戶通過將鼠標光標放在所述虛擬電極上和/或選擇所述虛擬電極來進行液滴 操縱。
6. 如權利要求4所述的系統，其中將鼠標光標放在所述虛擬電極上和 /或選擇所述虛擬電極弓I起所述虛擬電極被突出顯示。
7. 如權利要求6所述的系統，其中所述突出顯示包括以下操作中的一 項或多項顏色改變；亮度改變；陰影改變；形狀改變；符號出現或消失; 以及圖標出現或消失。
8. 如權利要求3所述的系統，其中所述系統被編程并被配置成允許用 戶通過選擇所述液滴微致動器上未被激活的電極來激活所述未被激活的電 極，和/或通過選擇己激活電極來去活所述己激活電極。
9. 如權利要求3所述的系統，其中所述系統被編程為顯示關于地圖組 件的信息，作為用戶通過所述用戶界面與所述地圖組件進行交互的結果。
10. 如權利要求9所述的系統，其中所述信息包括以下信息類型中的 一個或多個組件類型；電氣連接信息；相鄰關系信息；代表性幾何信息; 設計注釋；評述；部件號；以及列和/或行位置。
11. 如權利要求3所述的系統，其中所述虛擬組件包括虛擬容器。
12. 如權利要求3所述的系統，被編程和配置成允許用戶通過以下方 式輸送液滴(a) 順序選擇所述液滴微致動器地圖上的一系列相鄰電極；(b) 在所述液滴微致動器地圖上選擇虛擬的屏幕上液滴，并將該液滴 拖拽到希望位置處的虛擬電極上；和/或(C)在所述液滴微致動器地圖上選擇虛擬的屏幕上液滴，然后點擊希 望位置處的虛擬電極。
13. —種系統，包括(a) 處理器；(b) 顯示器設備，電子耦合到所述處理器；以及(c) 軟件，被加載和/或儲存在電子耦合到所述控制器的存儲設備中，電子耦合到所述控制器的存儲器設備中和/或所述控制器中，并被編程為顯 示液滴微致動器的交互式地圖。
14. 如權利要求13所述的系統，被編程為允許用戶寫入程序，以便通過與所述交互式地圖進行交互來執行包括若干液滴操縱步驟的協議。
15. 如權利要求13所述的系統，被編程為顯示若干按鈕，被選中的時 候，所述按鈕允許所述用戶添加指令到定義協議的子程序。
16. 如權利要求13所述的系統，被編程為顯示字段，用于輸入與所述 指令相關聯的參數。
17. —種系統，包括(a) 控制器；(b) 液滴微致動器，電子耦合到所述控制器；(c) 顯示器設備，電子耦合到所述控制器，并顯示用戶界面；以及(d) 軟件，用于執行協議，被加載和/或儲存在電子耦合到所述控制器 的存儲設備中，電子耦合到所述控制器的存儲器設備中和/或所述控制器中。
18. 如權利要求n所述的系統，還包括已經畫出了地圖的存儲器設備， 并被配置為將一個或多個組件的輸出加載到所述已經畫出了地圖的存儲器 設備上的已經畫出了地圖的位置上去。
19. 如權利要求18所述的系統，其中所述控制器被編程為訪問所述存 儲器設備的所述已經畫出了地圖的位置，以便從所述一個或多個組件獲得 數據。
20. 如權利要求19所述的系統，其中所述一個或多個組件包括控制電 極和/或檢測器。
21. —種樣本分析儀，包括(a) 分析儀單元，該單元包括電子或光學接收裝置；(b) 盒子，該盒子包括自含的液滴處理能力；以及(c) 耦合裝置，用于將所述盒子耦合到所述分析儀單元，該耦合裝置將來自所述盒子的電子和/或光學輸出與所述分析儀單元上的電子或光學接收裝置對準。
22. 如權利要求21所述的樣本分析儀，其中所述盒子不包括所述盒子 外部的壓力源或真空源。
23. 如權利要求21所述的樣本分析儀，其中所述分析儀是便攜式設備。
24. 如權利要求21所述的樣本分析儀，其中所述分析儀是手持設備。
25. 如權利要求21所述的樣本分析儀，其中所述分析儀單元為如下內 容之一提供分析血液化學、血液學、免疫診斷學、藥物濫用測試、血清 膽固醇、葡萄糖、FOBT、懷孕、排卵、基于DNA的化驗、免疫化驗、蛋 白質組學、DNA排序和基因組學。
26. 如權利要求21所述的樣本分析儀，其中所述盒子包括密封一種或 多種試劑的一個或多個壓力封口。
27. 如權利要求26所述的樣本分析儀，其中當所述分析儀耦合到所述 盒子時，所述一個或多個壓力封口被設置成被破壞。
28. 如權利要求21所述的樣本分析儀，還包括通信模塊，該通信模塊 包括以下組件中的一個或多個處理器、顯示器、射頻芯片、天線、包含 操作系統的存儲器、RAM、 DRAM或PCMIA接口、打印機、網絡或計算 機。
29. 如權利要求28所述的樣本分析儀，其中所述通信模塊包括發射機 和接收機，這兩者都與信息管理系統通信，其中所述信息管理系統是用于 為功能采集和處理信息的集中式裝置。
30. 如權利要求28所述的樣本分析儀，其中所述通信模塊包括發射機。
31. 如權利要求30所述的樣本分析儀，其中所述發射機適合于從射頻、 紅外和標準端口構成的組中選擇出來的一個或多個接口。
32. 如權利要求30所述的樣本分析儀，其中所述發射機適合于與遠程 數據庫通信。
33. 如權利要求28所述的樣本分析儀，還包括用于通過所述通信模塊 在本地獲取歷史數據的裝置。
34. 如權利要求33所述的樣本分析儀，還包括與所述通信模塊、所述 分析檢測器模塊和所述盒子或所述化驗傳感器模塊相關聯，在本地儲存歷 史數據的裝置。
35. 如權利要求21所述的樣本分析儀，還包括在與所述分析儀相關聯 的信息存儲單元中在本地儲存所述信息的裝置。
36. 如權利要求21所述的樣本分析儀，其中所述分析儀還包括多個化 驗傳感器，所述傳感器中的每一個對生物流體進行同樣的分析。
37. 如權利要求21所述的樣本分析儀，其中所述分析儀還包括多個化 驗傳感器，所述傳感器中的兩個或多個對生物流體進行不同的分析。
38. 如權利要求21所述的樣本分析儀，其中所述系統可以采集來自單 個測試對象的一個以上的樣本或者來自多個測試對象的一個以上的樣本， 將它們加載到單個盒子并進行分析。
39. 如權利要求21所述的樣本分析儀，其中所述分析儀包括(a)所述盒子和所述分析儀之間的電氣接口裝置，其中電信號可以在 所述盒子和分析儀之間通過；6(b)控制模塊，該控制模塊提供指令給如下裝置中的一個或多個(i) 將大塊液體樣本轉換成已知體積的離散液滴的裝置；(ii) 用于輸送所述液滴的裝置；(iii) 用于制備樣本液滴進行分析的裝置；(iv) 用于儲存一種或多種試劑的裝置；(V)用于將一種或多種儲存的試劑轉換成離散液滴的裝置； (Vi)組合和/或混合樣本和試劑液滴進行化驗的裝置；以及 (vii)安裝在所述盒子中的化驗傳感器模塊，其中用于輸送液滴 的所述裝置將生的或制備好的樣本投遞給所述傳感器模塊；(C)在本地儲存來自檢測器和其它子系統的數據的裝置；(d) 檢測器模塊，包括位置與所述盒子光學信號對應的至少一個光學(e) 解釋來自電子檢測器和/或光學檢測器的數據的裝置；(f) 顯示測試結果和其它消息的裝置；(g) 適合于與用戶通信的通信模塊；以及(h) 接受用戶輸入的模塊。
40. 如權利要求39所述的樣本分析儀，其中用于接受用戶輸入的所述 裝置選自由按鈕、觸摸屏、語音命令構成的組。
41. 如權利要求39所述的樣本分析儀，其中所述盒子包括多個化驗傳 感器，所述傳感器中的每一個對所述樣本進行同樣的分析。
42. 如權利要求39所述的樣本分析儀，其中所述盒子包括多個化驗傳 感器，所述多個化驗傳感器包括至少兩組，每組一個或多個傳感器，其中 每一組對所述樣本進行不同的分析。
43. 如權利要求39所述的樣本分析儀，其中所述盒子不包括任何電氣 傳感器，電氣化驗檢測由安裝在所述分析儀上的電氣傳感裝置進行。
44. 如權利要求39所述的樣本分析儀，其中所述盒子不包括任何光學 傳感器，光學化驗檢測由安裝在所述分析儀上的光學傳感裝置進行。
45. 如權利要求39所述的樣本分析儀，被編程并被配置成在所述顯示 器上在本地顯示歷史數據。
46. 如權利要求39所述的樣本分析儀，還包括用來傳遞信息的裝置， 其中所述傳遞信息是通過信息管理系統完成的。
47. 如權利要求39所述的樣本分析儀，還包括用來處理信息的裝置， 其中所述處理信息是通過信息管理系統完成的，該系統包括程序用來中轉 醫療數據。
48. 如權利要求39所述的樣本分析儀，還包括用來處理信息的裝置， 其中所述處理信息是通過信息管理系統完成的，該系統包括患者管理程序。
49. 如權利要求39所述的樣本分析儀，還包括用來處理信息的裝置， 其中所述處理信息是通過信息管理系統完成的，該系統包括用于管理所述 醫療分析的程序。 '
50. 如權利要求39所述的樣本分析儀，其中所述盒子裝有校準液體控 制，其中所述化驗是在所述化驗本身之前、之后或同時，對所述校準液體 控制進行的。
51. 如權利要求39所述的樣本分析儀，其中發生所述檢測器模塊和控 制模塊之間的反饋，使得一旦所述檢測器模塊捕獲到適當的結果，所述測 試就可以終止。
52. 如權利要求39所述的樣本分析儀，其中試劑存儲是通過包括一個 或多個密封囊完成的，每個囊包括一種所需要的試劑。
53. 如權利要求52所述的樣本分析儀，其中所述一個或多個密封囊被 以機械或電氣方式刺穿，以允許流到芯片表面上去。
54. 如權利要求53所述的樣本分析儀，其中所述試劑的受控體積投遞 是利用基于液滴的激活完成的。
55. —種樣本分析儀，包括(a) 與之耦合的樣本分析儀盒子；以及(b) 所述盒子和所述分析儀之間電氣接口和/或光學接口的裝置，電信 號和/或光信號借此能夠從所述盒子被發送到所述分析儀。
全文摘要
本發明涉及在液滴微致動器上控制液滴移動的系統和方法，以及用于處理和/或分析樣本的液滴微致動器設備、系統和方法。一方面提供一種系統，包括控制器；液滴微致動器，電子耦合到所述控制器；以及顯示器設備，電子耦合到所述控制器，顯示用戶界面，其中所述系統被編程并被配置成允許用戶通過與所述用戶界面交互來進行液滴操縱。另一方面，提供一種樣本分析儀，包括分析儀單元，該單元包括電子或光學接收裝置；盒子，該盒子包括自含的液滴處理能力；以及耦合裝置，用于將所述盒子耦合到所述分析儀單元，該耦合裝置將來自所述盒子的電子和/或光學輸出與所述分析儀單元上的電子或光學接收裝置對準。
文檔編號B01D57/00GK101500694SQ200780016384
公開日2009年8月5日 申請日期2007年5月9日 優先權日2006年5月9日
發明者G·F·史密斯, K·R·布拉夫福特, M·G·波拉克, P·Y·派克, R·A·斯圖莫爾, R·M·韋斯特, V·K·帕穆拉, V·斯里尼瓦桑 申請人:先進液體邏輯公司;杜克大學