專利名稱：用于處理液滴中樣品的儀器及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于處理液滴中的生物學和/或化學樣品的儀器和方法。
背景技術(shù)：
微型化一直是生物儀器中的促成技術(shù)，為生命科學和藥物學研究提供了關(guān)鍵的進步。微型化由于試劑消耗少而顯著節(jié)約了開支，由于在涉及異質(zhì)固相支持物的方法中具有較快的反應(yīng)速度而潛在節(jié)省時間。因此，在不增加相關(guān)成本的情況下可以顯著增加數(shù)據(jù)通量。在生物儀器微型化方面的努力已經(jīng)提供了許多革命性的工具，并在生命科學和藥物學研究中打開了一個新的領(lǐng)域。值得注意的是，微型化能夠使生物樣品的大規(guī)模分析以更低的成本、更快的速度和更簡單的操作來進行，從而帶來了“組學(-omics) ”時代。微型化裝置的著名例子是DNA微陣列。它允許以相對短的時間和低的成本進行大規(guī)模的平行的樣品分析或反應(yīng)。目前，正在對常用的多孔板(也稱為“微量滴定板 (micro-titer plate)”)進行微型化的工作。通過樣品操作的自動化，可以進行高通量篩選。已經(jīng)提出通過將細胞滴放置在基體上、使得它們基本上排列成單層，來拓展相應(yīng)的微型化方法(參考國際專利申請 WO 2004/111610)。一個不僅發(fā)生在固體-水界面、而且發(fā)生在空氣-水界面、并且當適合時也發(fā)生在油-水界面上的問題是蛋白的吸附。最近，Roach等(Anal. Chem. (2005)，77，785)表征了水-全氟碳界面處的非特異性蛋白吸附以及控制吸附的方法。在他們的工作中，蛋白和酶的水性液滴被含有全氟碳-乙二醇表面活性劑的全氟碳液體所包封。全氟碳液體-水界面最小化了界面上纖維蛋白原和牛血清白蛋白的非特異性吸附。納升規(guī)模的被全氟碳-水界面包圍的核糖核酸酶A和堿性磷酸酶的活性，與在大規(guī)模中的活性相同。全氟碳液體和水溶液之間的界面，特別是在例如存在全氟碳-乙二醇表面活性劑的實施方案中，除了最小化水性溶液的蒸發(fā)之外，還提供了生物相容的表面。全氟碳液體已知在與水不混溶的液體中提供了最生物相容的界面之一。
在使用微型裝置中，特別是在例如37°C溫育、長時儲存以及出于篩選的目的使用例如大量多孔板進行擴大的樣品制備的過程中，另一個問題是蒸發(fā)。目前使用的克服這個問題的手段是使用微孔板蓋子或密封條、堆疊、使用封閉的微芯片和優(yōu)化分析方案以最小化等待時間。蒸發(fā)在實踐中是特別需要關(guān)心的，因為如果它在多孔板中發(fā)生得不一致的話，能夠造成數(shù)據(jù)錯誤最近，由于將分離和操作體積降低到皮升/飛升范圍的可能性，液滴的操作受到了相當多的關(guān)注(參見，例如國際專利申請WO 2004/030820)。已經(jīng)在例如乳濁液滴中進行了生物化學反應(yīng)(Griffiths, AD, & Tawfik, DS, Trends in Biotechnology (2006) 24,9，395-402)。幾種芯片實驗室(LOC)、微全分析(u TAS)和生物微機電系統(tǒng)(BioMEMS)已經(jīng)開發(fā)用于在表面上移動、合并/混合、分割和加熱液滴，例如電介質(zhì)上電潤濕(EWOD)[Pollack, M.G.等，Appl. Phys. Lett. (2000)，77，1725-1726]、表面聲波(SAW) [Wixforth，A.等，mstnews (2002), 5,42-43]、雙向電泳[Cascoyne, P. R. C.等，Lab-on-a-Chip (2004)，4，299-309]、以及局部不對稱環(huán)境[Daniel, S.等，Langmuir (2005)，21，4240-4228]。但是，這些方法不能很好地適合具有一系列步驟的方法，例如從粗的或復(fù)雜的混合物分離、純化和離析起始材料和/或反應(yīng)產(chǎn)物。這樣的步驟可能，例如，需要漂洗或清洗，這目前只能在多孔板中使用例如自動化的標準實驗室機器人來進行。為了克服這些缺點，采用了具有微毛細管和微通道的 ELISA 平臺(Song, JM. & Vo-Dinh, T, Analytica Chimica Acta (2004)，507,115-121 ；Herrmann, M，等，Lab-on-a-Chip (2006) 6，555-560)。但是，這樣的平臺更繁瑣和昂貴，并且使用的靈活性和方便性較低。因此，本發(fā)明的目標是提供用于處理化學和/或生物學樣品的的儀器和方法，其避免了上面討論的缺點。發(fā)明概述本發(fā)明的第一個方面提供了用于在液滴中處理生物和/或化學樣品的儀器。儀器包括處理室。處理室由儲液器和固定構(gòu)件所界定。處理室還適合于容納介質(zhì)。介質(zhì)與液滴不混溶。此外，介質(zhì)比液滴的液體具有更低的表面能。儲液器由周壁和底部所界定。固定構(gòu)件被排列在儲液器內(nèi)。固定構(gòu)件含有表面。該表面的模式使得它含有至少一個預(yù)定的固定區(qū)域。該至少一個預(yù)定的固定區(qū)域具有比介質(zhì)更高的表面能。此外，該至少一個預(yù)定的固定區(qū)域的表面能比固定構(gòu)件有圖案的表面(patterned surface)的相應(yīng)其余表面更高。此外，該至少一個預(yù)定的固定區(qū)域在表面的平面上具有足夠的寬度，以允許在介質(zhì)中，液滴通過界面相互作用固定在至少一個預(yù)定的固定區(qū)域上。其余表面最多與和液滴不混溶的介質(zhì)具有大致相同的表面能。按照某些實施方案，介質(zhì)是疏水性介質(zhì)。疏水性介質(zhì)與液滴不混溶，比液滴的液體具有更高的疏水性。這樣的實施方案的固定構(gòu)件包含疏水的表面。疏水表面的模式使得它含有至少一個預(yù)定的親水性的、例如極性的固定區(qū)域。疏水表面中的該至少一個親水性固定區(qū)域在表面的平面上具有足夠的寬度，以允許在疏水介質(zhì)中，液滴通過親水-親水(例如極性)相互作用固定在親水區(qū)域上。其余的疏水表面最多與相應(yīng)的疏水介質(zhì)的疏水性相同。按照某些實施方案，儀器包含具有多個上述預(yù)定固定區(qū)域的固定構(gòu)件。因此，相應(yīng)的固定構(gòu)件界定了可獨立控制的生物反應(yīng)器的微陣列。按照本發(fā)明的儀器的某些具體實施方案，處理室的固定構(gòu)件可移除地安排在儀器中。固定構(gòu)件可以通過例如可位于儲液器頂部的儀器開口，從儲液器中取出或插入到儲液器中。
按照某些實施方案，儀器包含上部入口，例如開口。固定構(gòu)件也可以通過該上部入口從儲液器中取出或插入到儲液器中。
本發(fā)明的第二個方面提供了用于將入口構(gòu)件和/或蓋子與第一個方面中儀器的儲液器相連的裝置。該裝置包括第一個座(holder)和第二個座。第一個座被設(shè)計成容納儲液器。第二個座被設(shè)計成容納入口構(gòu)件和/或蓋子。第一個和第二個座相契合，使得第二個座可以放置在第一個座的頂部。第三個方面，本發(fā)明提供了對第一個方面中的儀器的儲液器頂部上的分配器進行導向和/或定位的裝置。儀器包含由開口限定的上部入口(參見上文)。用于導向和/或定位分配器的裝置設(shè)計成可以被儀器的上部開口接納。第四個方面，本發(fā)明提供了在液滴中處理生物和/或化學樣品的方法。方法包括提供上述的儀器。方法還包括將介質(zhì)放置在儀器中。由此使得包含在固定構(gòu)件的有圖案的表面中預(yù)定的固定區(qū)域，被介質(zhì)完全覆蓋。方法還包括提供液滴，并將液滴布置在包含在固定構(gòu)件的有圖案的表面中預(yù)定的固定區(qū)域上。由此，液滴通過界面相互作用被固定在所述預(yù)定的固定區(qū)域上。方法還包括對液滴中的生物和/或化學樣品進行處理。按照本發(fā)明的方法的某些實施方案，提供儀器可以包括提供裝置，然后將其裝配成上述的儀器。相應(yīng)的裝置可以包括由周壁和底部限定的儲液器。儲液器能夠接受固定構(gòu)件。固定構(gòu)件可以設(shè)置在儲液器中，由此形成了儀器的處理室。按照本發(fā)明方法的某些實施方案，對生物和/或化學樣品進行處理，包括漂洗或混合液滴，或添加或減去液體。為此，固定構(gòu)件也可以從儲液器中取出。當固定構(gòu)件具有多個預(yù)定的固定區(qū)域時(見上文)，對于有圖案的表面的每個單獨的預(yù)定區(qū)域來說，漂洗、混合、添加或減去可以分開進行。因此，本發(fā)明的儀器和方法允許操作相應(yīng)的固定構(gòu)件——并因此也能對其上固定的相應(yīng)樣品進行操作，這可以包括任何能夠在標準的多孔板上進行的處理。因此，當時用本發(fā)明的儀器和方法時，可以在微-以下的尺度上進行廣泛的化學過程和生物學分析。附圖簡述在參考結(jié)合非限制性實施例和附圖考慮的具體說明后，本發(fā)明將得到更好的理解，在附圖中圖I描繪了與固定構(gòu)件⑷的有圖案的表面相接觸的液滴(

圖1A)，包含在其余疏水表面中的預(yù)定的親水固定區(qū)域(2)(圖1B)，以及一旦固定構(gòu)件已經(jīng)浸泡在疏水介質(zhì)(8)中之后，通過分配器(9)將多個液滴分配在多個相應(yīng)的親水區(qū)域上(圖1C)。圖2描繪了本發(fā)明的儀器(A、B、C)的實施方案，其中使用了在有圖案的表面內(nèi)含有多個預(yù)定的固定區(qū)域的芯片(顯示在D、E、F、G、H中)。圖3示意性顯示了當用本發(fā)明的儀器的實施方案處理時液滴中樣品的排列(A)，分配液滴陣列的例子(B)，以及在分配液滴之前和期間兩個示例性分配器的噴嘴的放大圖(C、D)。圖4示意性描繪了通過本發(fā)明的方法和儀器的實施方案如何定位和固定液滴的實施方案(A-I)。圖5描繪了使用本發(fā)明的方法和儀器，固定和清洗液滴以及在其上添加液體的另一個實施例。
圖6描繪了清洗和添加液體的通用流程。圖7顯示了在固定于本發(fā)明實施方案的儀器中的液滴培養(yǎng)基中生長了兩天的NIH3T3細胞的照片。
圖8顯示了圖7的NIH3T3細胞的照片，其中細胞用活細胞染色劑進行染色。圖9顯示了圖7的NIH3T3細胞的照片，其中細胞用檢測死細胞的染色劑進行染色。圖10顯示了在體積為0. 8ml的圖案固定構(gòu)件上( )和在體積為5ml的60_mm培養(yǎng)皿中(■)細胞生長的比較。圖IlA顯示了表達綠色熒光蛋白的IfepG2-GFP細胞。圖IlB顯示了使用Ki67第一抗體、然后使用Alexa-633第二抗體對該細胞進行的免疫熒光染色。圖12顯示了以500-mm部件(500_mm features)構(gòu)成圖案的玻璃載玻片的突光照片(I)分配50nl羅丹明染料，⑵用PBS緩沖液清洗，以及(3)分配50nl熒光素染料。圖13A描繪了按照本發(fā)明的方法提供液滴的實施方案在微陣列格式中進行的大量細胞的培養(yǎng)。圖13B顯示了按照該實施方案在有圖案的固定構(gòu)件上培養(yǎng)的細胞。圖13C是圖13B的一部分的放大。圖14A顯示了在IOOml的96孔Greiner黑色多孔板中運行的大鼠IgG ELISA0在加入酶底物熒光素二磷酸酯(FDP)后15分鐘測量熒光強度。圖14B顯示了在3iU體積的有圖案的固定構(gòu)件上運行大鼠IgGELISA。在加入FDP底物后11分鐘測量熒光強度。圖15描繪了可用于本發(fā)明方法的批式震蕩自動漂洗工作站。圖16顯示了本發(fā)明的儀器(A、B、C)的另外的實施方案，其中使用了在有圖案的表面中含有多個預(yù)定的固定區(qū)域的可卸式芯片(顯示在圖16C中)。圖17顯示了類似圖16中的儀器的儀器，其中使用倉蓋代替圖16中顯示的玻片進行裝配。圖18描繪了能夠裝配到本發(fā)明的儀器上的倉蓋。從頂視圖(圖18A)看到，顯示的倉蓋限定了儲液器，從底部透視圖中看到，它可以通過0型環(huán)(33)以不透水的方式安裝(圖 18B)。圖19描繪了入口構(gòu)件，在其頂部上具有兩個開口(31)(圖19A)，在其底部有用于接納0型環(huán)的溝槽(32)(圖19B)。圖20描繪了用于在裝配前(A)和裝配后(B)將入口構(gòu)件(34)與本發(fā)明儀器的儲液器(35)相連的技術(shù)和裝置(36)。圖21描繪了裝配本發(fā)明儀器的儲液器(35)和入口構(gòu)件(34)、并通過彈性接觸進行密封的機構(gòu)。圖還說明了在裝配過程中0型環(huán)(61)的安排如何影響死空間體積(60)。圖22描繪了將倉蓋(A)和本發(fā)明儀器的處理室(B)裝配形成帶蓋的組裝儀器(C)的過程，所述儀器(C)含有可以是密封室的封閉空間。圖23描繪了將處理室(35)和倉蓋(34)進行裝配(A)、并使用電磁力通過彈性接觸進行密封(B)的機構(gòu)。暴露在表面上或包埋在表面下的電磁鐵(63)、以及暴露在表面上或包埋在表面下的金屬條(64)，與0型環(huán)￠5) —起提供了用于密封的機構(gòu)。圖24描繪了將本發(fā)明儀器的處理室(35)和倉蓋(34)進行裝配并在0型環(huán)(65)的幫助下通過壓力差進行密封的機構(gòu)。側(cè)視圖(A為密封前，B為密封后)和頂視圖(C)顯示了在環(huán)繞載玻片室的儀器的周圍側(cè)壁中包埋的流體通道出6)。真空通道￠7)允許施加真空。圖25描繪了移液導向裝置形式的入口構(gòu)件的兩個實施方案(A、B)和將移液導向裝置定位于處理室頂部的例子(C)。
圖26顯示了移液導向裝置的另一個實施方案(A)，以及位于處理室頂部的導向裝置(B)。圖27示出了圖26中顯示的移液導向裝置的通孔排列，其中移液導向裝置的狹縫(71)稍微偏離包含在本發(fā)明儀器中的載玻片有圖案的表面的預(yù)定區(qū)域(70)。標注為，a,、，b,、，c,和'd'的虛線表示柱形式的預(yù)定區(qū)域(70)的排列。圖28描繪了含有一對相互作用的定位機構(gòu)、帶有鉆孔￠2)的框架(23)和支架
(24)的入口構(gòu)件的例子的頂視圖⑷和底視圖(B)。圖29A描繪了圖28中顯示的帶有成對鉆孔(62)的框架(23)，圖29B描繪了圖28中的支架(24)，和圖29C描繪了帶有插入的移液器頭(86)的支架(24)。圖30顯示了本發(fā)明的儀器和方法在連續(xù)流動處理中的應(yīng)用。新鮮的清洗溶液
(76)在流動中與載玻片的有圖案的表面(78)接觸。特別地，三通閥(75)允許通過注射器
(74)施加物質(zhì)(樣品、試劑等)，并將清洗溶液導向廢液(77)。圖31描繪了入口構(gòu)件(34)的實施方案的底視圖(A)、側(cè)視圖⑶以及當裝配有載玻片倉時的透視圖(C)。它包含兩個入口(31)，其中之一可以用作出口，以及包埋部件和分流器以及用于密封的0型環(huán)(33)。圖32A描繪了入口構(gòu)件的另一個實施方案，它含有8個入口(其中4個可以例如用作出口)、物理分隔器(68)和0型環(huán)(33)。圖32B描繪了相應(yīng)的載玻片倉，其可以裝配入口構(gòu)件。圖32C描繪了入口構(gòu)件和倉在裝配后的透視圖。發(fā)明詳述本發(fā)明提供了處理生物學和/或化學樣品的儀器和方法。該儀器和方法適合任何處理，特別是可以在微型化規(guī)模的液體中進行的處理(參見下文)。樣品可以是任何來源的。它可以例如但不限于源自于人類、動物、植物、細菌、病毒、孢子、真菌或原生動物，或源自于合成或生物學來源的有機或無機物質(zhì)。因此，在本方法中可以處理任何選自但不限于下述的樣品土壤樣品、空氣樣品、環(huán)境樣品、細胞培養(yǎng)樣品、骨髓樣品、降水樣品、沉降物樣品、污水樣品、地下水樣品、磨蝕樣品、考古樣品、食品樣品、血液樣品、血清樣品、血漿樣品、尿液樣品、糞便樣品、精液樣品、淋巴液樣品、腦脊液樣品、鼻咽洗液樣品、痰液樣品、口腔拭子樣品、咽喉拭子樣品、鼻拭子樣品、支氣管肺泡灌洗樣品、支氣管分泌物樣品、乳汁樣品、羊水樣品、活檢樣品、癌樣品、腫瘤樣品、組織樣品、細胞樣品、細胞培養(yǎng)物樣品、細胞裂解物樣品、病毒培養(yǎng)物樣品、趾甲樣品、毛發(fā)樣品、皮膚樣品、法醫(yī)樣品、感染樣品、醫(yī)院感染樣品、生產(chǎn)樣品、藥物制備樣品、生物分子生產(chǎn)樣品、蛋白制備樣品、液體制備樣品、碳水化合物制備樣品、空間樣品、地球外樣品或其任何組合。需要時，相應(yīng)的樣品可以被預(yù)處理到任何程度。作為說明性的例子，組織樣品在用于本發(fā)明的儀器之前，可以被消化、勻漿或離心。此外，樣品還可以被制備成液體的形式，例如溶液。例子包括但不限于核苷酸、多核苷酸、核酸、肽、多肽、氨基酸、蛋白、合成的聚合物、生化組合物、有機化學組合物、無機化學組合物、金屬、脂類、碳水化合物、組合化學產(chǎn)品、藥物候選物分子、藥物分子、藥物代謝物或其任何組合的溶液或漿液。其它例子包括但不限于金屬懸浮液、金屬合金懸浮液、金屬離子的溶液或其任何組合，以及細胞、病毒、微生物、病原體、放射活性化合物或其任何組合的懸浮液。應(yīng)該理解，樣品還可以包含上述例子的任何組合。往往，但不是必需的，樣品將包含、或預(yù)期將包含靶物質(zhì)或其前體。這樣的實施方案應(yīng)當用許多例子來說明靶物質(zhì)可以是例如加入到或包含在樣品中的細胞或分子，并且可能希望以純化的或富集的形式獲得它。另一個例子，靶物質(zhì)可以是已知或理論上可以從前體化合物通過化學過程獲得的化合物。在這種情況下，樣品可以例如包含這種前體化合物的溶液。另一個例子，細胞培養(yǎng)基可能懷疑被污染。在這種情況下，本發(fā)明的方法可用于鑒定污染物的類型。因此，靶物質(zhì)或其前體可以是任何性質(zhì)的。例子包括但不限于核苷酸、寡核苷酸、 多核苷酸、核酸、肽、多肽、氨基酸、蛋白、合成的聚合物、生化學組合物、糖蛋白、放射活性化合物、聚電解質(zhì)、聚陽離子、聚陰離子、聚陰陽離子(polycatanion)、病原體、有機化學組合物、無機化學組合物、脂類、碳水化合物、組合化學產(chǎn)物、藥物候選物分子、藥物分子、藥物代謝物、細胞、病毒、微生物或其任何組合。在靶物質(zhì)是例如蛋白、多肽、肽、核酸、多核苷酸或寡核苷酸的實施方案中，靶物質(zhì)可以含有親和標簽。親和標簽的例子包括但不限于生物素、二硝基苯酚或洋地黃毒甙。在靶物質(zhì)是蛋白、多肽或肽的情況下，親和標簽的其它例子包括但不限于寡聚組氨酸(例如五聚或六聚組氨酸標簽)、多聚組氨酸、鏈親和素結(jié)合標簽例如在美國專利申請US 2003/0083474、美國專利5，506，121或6，103,493中描述的STREP-TAGS 、免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域、麥芽糖結(jié)合蛋白、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GST)、鈣調(diào)蛋白結(jié)合肽(CBP)、FLAG-肽(例如序列為 Asp-Tyr-Lys-Asp-Asp-Asp-Asp-Lys-Gly 的肽)、T7表位(Ala-Ser-Met-Thr-Gly-Gly-Gln-Gln-Met-Gly)、麥芽糖結(jié)合蛋白(MBP)、單純性皰疫病毒糖蛋白 D 的序列為 Gln-Pro-Glu-Leu-Ala-Pro-Glu-Asp-Pro-Glu-Asp 的 HSV 表位、序列為 Tyr-Thr-Asp-Ile-Glu-Met-Asn-Arg-Leu-Gly-Lys 的水泡性口炎病毒糖蛋白(VSV-G)表位、序列為Tyr-Pro-Tyr-Asp-Val-Pro-Asp-Tyr-Ala的血凝素(HA)表位，以及序列為Glu-Gln-Lys-Leu-IIe-Ser-Glu-Glu-Asp-Leu 的轉(zhuǎn)錄因子 c_myc 的 “myc” 表位。當革巴物質(zhì)是核酸、多核苷酸或寡核苷酸時，親和標簽還可以是寡核苷酸標簽。這樣的寡核苷酸標簽可以例如用于將固定的寡核苷酸與互補序列雜交。相應(yīng)的親和標簽可以位于靶物質(zhì)的任何部分中或與靶物質(zhì)的任何部分相連。作為說明性的例子，它可以與任何上面例舉的蛋白的氨基末端或羧基末端可操作地融合。本發(fā)明的儀器被設(shè)計成處理包含在液滴中的生物和/或化學樣品。該樣品可以通過任何方式(參見下文)沉積成液滴。液滴何以含有或基本由任何所需的液體組成,無論是水性還是非水性液體、有機液體(溶劑)或非極性非質(zhì)子性的、非極性質(zhì)子性的、偶極質(zhì)子性的、偶極非質(zhì)子性的或離子性液體。應(yīng)該理解，適合的液體將允許所需的過程能夠發(fā)生。非極性非質(zhì)子性液體的例子包括但不限于己烷、庚烷、環(huán)己烷、苯、甲苯、吡啶、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、二硫化碳、四氫呋喃、二嗯烷、二乙醚、二異丙基醚、乙二醇單丁醚或四氫呋喃。偶極非質(zhì)子性液體的例子是甲基乙基酮、甲基異丁基酮、丙酮、環(huán)己酮、乙酸乙酯、異丁酸異丁酯、乙二醇二乙酸酯、二甲基甲酰胺、乙腈、N，N-二甲基乙酰胺、硝基甲烷、乙腈、N-甲基吡咯烷酮和二甲基亞砜。極性質(zhì)子性液體的例子是水、甲醇、乙醇、丁醇、甲酸、二甲基次砷酸[(CH3)2AsO(OH)]、N，N- 二甲基甲酰胺、N，N-二異丙基乙酰胺或氯苯酚。非極性質(zhì)子性液體的例子是乙酸、叔丁醇、苯酚、環(huán)己醇或苯胺。離子性液體的兩個說明性例子是1，3-二烷基咪唑鎗-四氟硼酸鹽和1，
3-二烷基咪唑鎗-六氟硼酸鹽。在某些實施方案中，液滴的液體是或包含親水性液體。在某些實施方案中，液滴的液體是偶極的，例如偶極親水性液體(也參見下面)。在某些實施方案中，液滴可以包含不同組成的區(qū)域、包括相，例如被不同液體限定的區(qū)域。
與此同時，值得注意的是，可以在本發(fā)明中使用的液滴可以具有適合將要進行的所需處理的任何粘度。除了包含或是在酶法分析中典型使用的低粘度水性溶液或有機溶劑之外，如果用于細胞培養(yǎng)的話，液滴還可以例如包括或由高粘度物質(zhì)構(gòu)成，例如蓖麻油、熔化的聚合物或肽的水凝膠，例如可以從Becton, Dickinson and Co商購的肽的水凝膠。如果用于蛋白結(jié)晶，液滴也可以是例如高粘度的，并因此具有高的鹽濃度，或者包含通常用于蛋白結(jié)晶的沉淀劑例如聚乙二醇8000、聚乙二醇4000或聚乙二醇1000?？捎糜诒景l(fā)明的液滴的說明性例子是水相體(hydrosome)，這是一種可光學捕獲的水性納米液滴。水相體被與水不互溶的碳氟介質(zhì)圍繞。水相體被折光率低于水的介質(zhì)圍繞。因此，水相體不僅穩(wěn)定，而且可以被聚焦的激光束光學捕獲。同時，水相體中包封的分子可以通過例如熒光激發(fā)進行詢問和檢查，包括例如時間分辨熒光各向異性研究。這樣的納米液滴內(nèi)部的分子能夠自由旋轉(zhuǎn)，并且不在邊界處粘附或聚集。正如下面進一步解釋的，各種其它介質(zhì)也可用于本發(fā)明的方法，不論其折射率與液滴的液體相比是低、相當、相等還是聞。液滴也可以含有一種以上的液體。如果使用一種以上的液體，液體一般可以以選定的比率彼此互溶。在其它實施方案中，液滴可以含有兩種以上不混溶的液體，從而在液滴內(nèi)形成了分離的相。但是，液滴的整體表面能高于介質(zhì)的表面能。作為說明性例子，預(yù)定的表面區(qū)域可以是親水性的、包括極性的表面區(qū)域。在這樣的實施方案中，至少液滴的這個基本部分是親水性的液體，使得液滴能夠通過例如親水(包括極性)相互作用被吸引到親水表面上，并且被固定在其上。液滴可以是例如水滴。在某些實施方案中，液滴整體上的表面能也可以與固定構(gòu)件有圖案的表面的預(yù)定區(qū)域的表面能相似或較高。但是，正如在下面進一步解釋的，在液滴和預(yù)定的固定區(qū)域之間不要求具體的表面能關(guān)系。液滴和固定區(qū)域的表面能只需要高于固定構(gòu)件的其余表面的表面能以及與液滴不混溶的介質(zhì)的表面能。親水性(“喜水的”)物質(zhì)，包括表面和液體，也被稱為疏脂性的(“厭脂的”)，包含可以與水分子形成偶極-偶極相互作用的分子。因此，親水性液體溶解在其中。疏水性(“厭水的”)物質(zhì)具有與水分開的傾向。相關(guān)的術(shù)語是指示親脂性的(“喜脂的”)。親脂性物質(zhì)吸引非極性化合物，例如油、脂肪或油脂。應(yīng)該理解，術(shù)語“疏水性的”和“親脂性的”不是同義詞。例如，全氟碳化合物既是疏水的也是疏油的，即對油缺少親和性。因此，這樣的化合物傾向于與水和烴分離，盡管與后者的程度小于與水(也參見下文)。在許多實施方案中，親水性液體或表面同時也是極性液體或表面，疏水性液體或表面通常是非極性的液體或表面。同樣地，在相關(guān)情況下，更親水性的液體或表面通常同時也是更極性的，而更疏水性的液體或表面比起相比較的相應(yīng)液體/表面的極性更低。液體的相對疏水性/親水性的度量是水性溶劑化的熵。將烴分子導入水中伴隨著相關(guān)自由能的增加。值得注意的是，在低溫下，烴化合物在水中的溶解度隨著溫度的升高而降低。隨著溫度的升高，溶解度通常達到一個最小值，然后隨著溫度的進一步升高而再次增加。因為這種效應(yīng)不能根據(jù)極性進行解釋，顯然成對的“極性” / “非極性”和“親水性的” / “疏水性的”不是同義的。本文中在介質(zhì)、特別是液體的環(huán)境中使用的術(shù)語“親水性的”和“疏水性的”，除非另有指明，一般是指在20°C時水性溶劑化的熵。當在表面、例如固體表面的環(huán)境中使用時，術(shù)語“親水性的”和“疏水性的”，除非另有指明，一般分別是指所討論的表面對水的可潤濕性和不可潤濕性。例如，第一個表面區(qū)域比第二個表面區(qū)域更親水，是指比第二個表面區(qū)域更拒水。極性比碳氫鍵高得多的高偶極性化學鍵的有趣的例子是碳氟鍵。碳氟鍵提供了包含有疏水性質(zhì)的分子(參見例如Biffinger，J. C等，ChemBioChem(2004) 5,622-627 ;在此出于所有目的以其全文引為參考)。因此，具有大量碳氟鍵的化合物一般特別疏水。同時，碳氟鍵是相對不可極化的，但是氟代烴化合物在氣相中可以經(jīng)歷或參與偶極-偶極和點-偶極相互作用。然而，碳氟鍵在液相中不與水分子形成偶極-偶極相互作用。碳氟鍵提供的另一種有趣的性質(zhì)涉及全氟碳化合物。這些化合物可以形成含氟相，這是不僅與水 或親水性溶劑、而且與疏水性溶劑例如烴不混溶的相。這種性質(zhì)已經(jīng)配有單詞“親全氟性的(perfluorophilic) ”( “喜全氟碳的”)和“疏全氟性的(perfluorophobic) ”。使用含有含氟共聚物、表面活性劑和水性介質(zhì)的組合物，可以為表面提供既拒水也拒油的涂層(歐洲專利申請I 788 047)。烴分子溶解在水中后不利的自由能變化在本技術(shù)領(lǐng)域中被解釋為是由每個溶質(zhì)分子周圍的水的結(jié)構(gòu)變化所致，并與決定固定角相互作用的水的氫鍵幾何學有關(guān)(綜述參JAL Dill,K. A.等,Ann Rev. Biophys Biomol. Struct. (2005)34,173-199)。液體的疏水效應(yīng)已經(jīng)由Widom等綜述(Phys. Chem. Chem. Phys. (2005) 5，3085-3093 ;在此出于所有目的以其全文引為參考)。關(guān)于表面，包括液-液、液-固和固-固表面的疏水性效應(yīng)，在直接的力測量方面的進一步綜述，已經(jīng)由 Meyer 等做出(Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. (2006) 103,43,15739-15746)。疏水性效應(yīng)的計算機模擬-分子熱力學模型，包括在油聚集體上的論證，已經(jīng)由Stephenson等提出(J. Phys. Chem. B (2007) 111，1025-1044 ;在此出于所有目的以其全文引為參考)。親水性液體的例子包括但不限于水、丙酮、甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、四氫呋喃、吡唆、氯仿、乙二醇單丁醚、吡唆、乙酸乙酯、乙腈、二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲酸、甲酰胺以及極性離子性液體。極性離子性液體的例子包括但不限于I-乙基-3-甲基咪唑鎗四氟硼酸鹽、N- 丁基-4-甲基吡啶鎗四氟硼酸鹽、I，3- 二烷基咪唑鐵四氟硼酸鹽(tetrafIuoroorate)、I, 3-二燒基咪唑鐵-六氟硼酸鹽、I-乙基-3-甲基咪唑鎗雙(五氟乙基)亞膦酸鹽、I-丁基-3-甲基咪唑鎗四(3，5-雙(三氟甲基苯基)硼酸鹽、四丁基銨雙(三氟甲基)亞胺、乙基-3-甲基咪唑鎗四氟甲基磺酸鹽、I-丁基-3-甲基咪唑鎗甲基磺酸鹽、I-正丁基-3-甲基-咪唑鎗([bmim])辛基硫酸鹽和I-正丁基-3-甲基咪唑鎗四氟硼酸鹽。非極性液體的例子包括但不限于礦物油、己烷、庚烷、環(huán)己烷、苯、甲苯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、二硫化碳、二嗯烷、二乙醚、二異丙基醚、甲基丙基酮、甲基異戊基酮、甲基異丁基酮、環(huán)己酮、異丁酸異丁酯、二乙酸乙二酯以及非極性離子性液體。非極性離子性液體的例子包括但不限于I-乙基-3-甲基咪唑鎗雙[(三氟甲基)磺酰]酰胺雙(三氟甲磺?；?酰胺、I-乙基-3-甲基咪唑鎗雙[(三氟甲基)磺酰]酰胺三氟乙酸鹽、I-丁基-3-甲基咪唑鎗六氟磷酸鹽、I-己基-3-甲基咪唑鎗雙(三氟甲基磺酰)亞胺、
I-丁基-3-甲基咪唑鎗雙(三氟甲基-磺酰)亞胺、三己基(四癸基)磷鎗雙[草酸根合(2-)]硼酸鹽、I-己基-3-甲基咪唑鎗三(五氟乙基)三氟磷酸鹽、I-丁基-3-甲基咪唑鎗六氟磷酸鹽、三(五氟乙基)三氟磷酸鹽、三己基(四癸基)磷鎗、N"-乙基-N，N，N'，N'-四甲基-胍鹽、I-丁基-I-甲基吡咯鎗三(五氟乙基)三氟磷酸鹽、I-丁基-I-甲基吡咯鎗雙(三氟甲基磺酰)亞胺、I- 丁基-3-甲基咪唑鎗六氟磷酸鹽、I-乙基-3-甲基咪唑鎗雙(三氟甲基磺酰)亞胺和I-正丁基-3-甲基咪唑鎗。
由Thomas Young在1805年定義的表面能是內(nèi)聚力和粘附力之間的相互作用，由此決定了液滴在表面上是否發(fā)生浸潤或鋪展。表面能也可以取為物質(zhì)表面增加規(guī)定面積所需的功。因此，表面能表示創(chuàng)建表面后化學鍵的破壞。表面與體相相比一定在能量上不利，因為否則表面能將產(chǎn)生表面。如果在給定表面上自由粘附能是負值，物質(zhì)的粘附將是有利的。一般來說，表面上的分子通過與其它物質(zhì)相互作用，傾向于減小自由能。具有最小的表面能差異的物質(zhì)傾向于經(jīng)歷彼此之間相互作用，而不是與具有較大表面能差異的物質(zhì)相互作用，因為這樣的相互作用在熱力學上最穩(wěn)定。因此，表面能相當?shù)奈镔|(zhì)表面彼此吸引。液體的說明性例子是水，它是具有高表面能的物質(zhì)。盡管表面與液體的相互作用一般可以使用表面能來描述，但其它表面與水的相互作用通常根據(jù)疏水性來描述，因為水是親水性最高的物質(zhì)之一。疏水性一般隨著表面能增加而降低。作為說明性的例子，親水性表面例如玻璃具有相對高的表面能，而疏水性表面例如氟代聚合物(例如聚四氟乙烯)具有相對低的表面能。就此要注意的是，同樣的情況往往適用于極性對非極性表面。表面極性和表面能之間的關(guān)聯(lián)性在本技術(shù)領(lǐng)域中是沒有爭議的，最近已被Giovambattista等討論(J. Phys. Chem.B(2007) 111,9581-9587)。但是，非極性表面并不總是具有比極性表面更低的表面能，就此而言，上面舉例的全氟碳化合物與烴化合物相比，也可用作表面能方面的例子。正如上面觀察到的，烴化合物比全氟碳化合物極性更低，這同樣適用于全氟碳表面對烴表面。但是，全氟碳表面通常顯示出比烴表面更低的表面能。因此，正如上面提到的，術(shù)語“極性”和“非極性”與術(shù)語“親水性”和“疏水性”不同。因此，具有高表面能的表面區(qū)域的說明性例子是例如預(yù)定的親水性固定區(qū)域。當其它物質(zhì)與親水性固定區(qū)域相接觸時，具有相當表面能的物質(zhì)的相互作用一般比表面能有顯著差異的物質(zhì)的相互作用更優(yōu)先。僅考慮相應(yīng)的親水性固定區(qū)域(并忽略其余的表面區(qū)域)，該區(qū)域因此將經(jīng)歷與具有較高表面能的物質(zhì)例如親水性物質(zhì)的相互作用，而不是與具有較低表面能的物質(zhì)——例如處理室的儲液器中的低親水性介質(zhì)的相互作用。在本發(fā)明的儀器和方法中，液滴的液體和與其不混溶的介質(zhì)競爭與相應(yīng)的預(yù)定固定區(qū)域的相互作用。只要液滴的表面能高于相應(yīng)介質(zhì)的表面能，液滴將與預(yù)定的、在本實施例中是親水性的固定(表面)區(qū)域相互作用，因為預(yù)定的固定區(qū)域和液滴具有比介質(zhì)更高的表面能。從該說明可以得出，液滴、固定區(qū)域和介質(zhì)的表面能需要進行選擇，次序要對應(yīng)上面的歸納，即具有較高表面能的表面優(yōu)選彼此相互作用。作為說明性的例子，可以提供具有72達因/cm表面能的水液滴。預(yù)定的固定區(qū)域可以具有24達因/cm的表面能(對于烴來說是典型的)。介質(zhì)可以是具有18達因/cm表面能的全氟碳液體。在這種情況下，水將優(yōu)選與預(yù)定的固定區(qū)域相互作用。真如從本實施例得出的，是相應(yīng)的表面能的次序、而不是所用物質(zhì)之間表面能的差異，決定了液滴的固定是否可以發(fā)生。作為另一個說明，液滴可以例如含有甲苯或由甲苯構(gòu)成，而與其不混溶的介質(zhì)可以是例如全氟碳液體。如果固定構(gòu)件上的預(yù)定固定區(qū)域是親水性區(qū)域，將發(fā)生與甲苯的界面相互作用，而不是與全氟碳液體的相應(yīng)相互作用，因為甲苯的表面能高于全氟碳液體的表面能，此外比全氟碳液體的表面能更接近于這種親水性區(qū)域的表面能?；叵朐诒景l(fā)明的方法和儀器中，固定構(gòu)件不僅包含預(yù)定的親水性固定區(qū)域，而且包含其余的、即殘留的疏水性表面區(qū)域。因此，當與相應(yīng)的親水性區(qū)域相比時，該其余區(qū)域是具有較低表面能的區(qū)域的例子。因此，當與預(yù)定的固定區(qū)域相比時，該其余區(qū)域(相對)更疏水。因此，在目前的例子中，固定構(gòu)件的其余表面區(qū)域可以是疏水的。當其它物質(zhì)例如液滴進入系統(tǒng)時，當具有疏水性和親水性區(qū)域的表面浸泡在介質(zhì)中時，這些其它物質(zhì)(例如液滴)在理論上可以或者與親水性(固定)區(qū)域、疏水性其余區(qū)域的相互作用，或與二者都不相互作用。一旦這些被導入的物質(zhì)與親水性區(qū)域和疏水性其余區(qū)域接觸后，相互作用的發(fā)生或不發(fā)生依賴于系統(tǒng)的四種相關(guān)元件的表面能次序的某些方面親水性區(qū)域、疏水性區(qū)域、介質(zhì)和導入的物質(zhì)(例如液滴)的表面能。對于給定的條件來說，液滴或其它導入的物質(zhì)與親水性固定區(qū)域發(fā)生相互作用，首先要求疏水性其余表面區(qū)域具有最低的表面能。其次，介質(zhì)需要具有與親水性固定區(qū)域相比相似或更高的表面能，但是比液滴或其它導入的物質(zhì)和親水性區(qū)域更低的表面能。如果滿足了這兩個條件，相互作用將只在例如液滴和親水性固定區(qū)域(即較高表面能的表面區(qū)域)之間發(fā)生。最后，液滴(或其它物質(zhì))和親水性表面在系統(tǒng)的四種相關(guān)元件中具有最高的表面能(并且疏水性最低)。就此而言，導入的物質(zhì)(例如液滴)與親水性固定區(qū)域之間的相對表面能和疏水性沒有特別相關(guān)性。此外，高表面能的表面具有通過吸附物質(zhì)降低能量的較高傾向。因此，當介質(zhì)既是疏水性又是疏油性時(例如全氟碳液體)，即便在例如上面描述的親水性玻璃表面和有機溶劑之間，也能發(fā)生親水-疏水相互作用。這樣的現(xiàn)象可以被定義為疏全氟-疏全氟相互作用。綜上所述，所有在本發(fā)明的方法和儀器中必須滿足的條件，當根據(jù)表面張力進行表述時，可以被簡化/說明如下。在思想中應(yīng)該擁有這種關(guān)系，“更親水的”(通常是“極性更低的”)意味著更高的表面張力。I、液滴相對于介質(zhì)液滴>介質(zhì)，這意味著液滴比介質(zhì)具有更高的表面張力，并且與介質(zhì)不混溶。2、介質(zhì)相對于疏水區(qū)域介質(zhì)的表面張力大于或約等于( > )疏水區(qū)域的表面張力。3、疏水區(qū)域相對于(更)親水的固定區(qū)域疏水區(qū)域的表面張力小于更親水的固定區(qū)域的表面張力。4、介質(zhì)相對于親水固定區(qū)域親水區(qū)域的表面張力大于介質(zhì)的表面張力。表面能可以通過測量熱平衡狀態(tài)下水平表面上的液體例如水的液滴之間的接觸 角(也稱為潤濕角)來定量，水平表面一般是光滑和均勻的，典型情況下被氣體例如空氣包圍。因此，接觸角也限定了表面對液體的可潤濕性(關(guān)于潤濕的和影響接觸角的因素的介紹，參見，例如 Churaev, N. V. , & Sobolev, V. D. , Advances in Colloid and InterfaceScience (2007) 134-135，15-23)。水的接觸角是表面與其它表面相比的疏水性的指示(參見，例如 Gao，L.，& McCarthy, T. J.，Langmuir (2007) 23，18，9125-9127)。因此，具有較高接觸角的表面(相對于水)一般被認為比具有較低接觸角的表面具有更高的疏水性。應(yīng)該理解，表面幾何學也影響了接觸角(參見，例如Jung, Y. C. , & Bhushan, B. , ScriptaMaterialia[2007] 57，1057-1060 ;或 Lundgren，M.，等，Langmuir [2007] 23，1187-1194)。就此而言，本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員將會意識到，對于大于90°的接觸角來說，表面粗糙度的增加一般將增加疏水性。對于小于90°的接觸角來說，表面粗糙度的增加一般將增加親水性。如圖IB所示，根據(jù)表面和液體的類型，液滴在與表面接觸后將取某種形狀。接觸角Θ由液滴界面和水平表面之間的角度給出。這種接觸角Θ是依賴于所涉及的表面的界面張力的熱力學變量。它反映了液滴內(nèi)分子彼此之間的吸引相對于那些液滴分子朝向表面分子所經(jīng)歷的吸引或排斥而施加的力的平衡。確定接觸角的最常用技術(shù)是所謂的靜態(tài)或固著滴落方法。測量通常包括接連加入液滴，直到接觸角達到穩(wěn)定水平。在相應(yīng)穩(wěn)定水平的值被稱為前進接觸角。另一個可用于 表征表面的值是所謂的后退接觸角。它通過當液滴的液體收縮，液滴在表面上的接觸點開始變化時進行測量來獲得。前進和后退接觸角之間的差異，可以作為表面的化學和/或物理性質(zhì)不均一性的指示。其它測定接觸角的方法包括威廉米平板法(Wilhemly Plate method)、捕獲空氣泡法、毛細上升法和傾斜滴落測定法。在需要時，可以為本發(fā)明的某些實施方案測定接觸角?？梢允褂酶缮骘@微鏡或共焦顯微鏡，特別是對于突光液滴來說，或使用兩種方法的組合。相應(yīng)的組合技術(shù)已經(jīng)由例如Sundberg等描述(Journal of Colloid and Interface Science[2007]313,454-460)。接觸角Θ為0導致潤濕，而接觸角Θ在大約O到大約90°之間一般導致液滴的鋪展，特別是當值在小于大約45°的范圍內(nèi)時。接觸角Θ大于大約90°表明液體傾向于在固體表面上成珠或收縮。在某些實施方案中，可能希望同時進行電化學和接觸角測量。為此目的，在本技術(shù)領(lǐng)域中已知有所謂的威廉米平衡(Wilhelmy balance),它記錄了當表面被垂直移動時作用于表面上的總力(進一步的細節(jié)參見例如Wang，X.等，Langmuir (2006) 22，9287-9294)。兩種其它的測定表面能的方法是原子力顯微鏡和一種振動光譜學方法——和頻產(chǎn)生(參見例如 Opdahl，A.等，The Chemical Record (2001) 1，101-122)。液滴可以包含例如溶解、乳化或懸浮于其中的其它物質(zhì)。作為說明性的例子，當使用水性液體時，它可以包含一種或多種緩沖化合物。在本技術(shù)領(lǐng)域中使用許多緩沖化合物，它們可用于執(zhí)行本文描述的各種不同的過程。緩沖劑的例子包括但不限于下列的鹽的溶液磷酸鹽、碳酸鹽、琥珀酸鹽、檸檬酸鹽、乙酸鹽、甲酸鹽、巴比妥酸鹽、草酸鹽、乳酸鹽、鄰苯二甲酸鹽、馬來酸鹽、二甲胂酸、硼酸鹽、N-(2-乙酰胺基)-2-氨基-乙烷磺酸鹽(也稱為ACES)、N-(2-羥乙基)-哌嗪-N' -2-乙烷磺酸(也稱為HEPES)、4_(2-羥乙基)-I-哌嗪-丙烷磺酸(也稱為HEPPS)、哌嗪-I，4-雙(2-乙烷磺酸)(也稱為PIPES)、(2-[三(羥甲基)_甲基氨基]-I-乙烷磺酸(也稱為TES)、2_環(huán)己氨基-乙烷磺酸(也稱為CHES)和N-(2-乙酰胺基)-亞氨基二乙酸鹽(也稱為ADA)。在這些鹽中也可以使用任何反離子；銨、鈉和鉀可以作為說明性例子。緩沖劑的其它例子包括但不限于三乙醇胺、二乙醇胺、乙胺、三乙胺、甘氨酸、甘氨酰甘氨酸、組氨酸、三(羥甲基)氨基甲烷(也稱為TRIS)、雙-(2-羥乙基)_亞氨基-三(羥甲基)甲烷(也稱為BIS-TRIS)和N-[三(羥甲基)-甲基]-甘氨酸(也稱為TRICINE)，僅舉數(shù)例。緩沖劑可以是這些緩沖化合物的水溶液，或在適合的極性有機溶劑中的溶液。作為說明性的例子，緩沖劑可以以固體形式存放，例如冷凍干燥的形式。在這種情況下，固體緩沖劑例如粉末，可以通過合并和/或混合而溶解在水相中，例如通過超聲來幫助或進行。在這樣的情況下，使用的相應(yīng)水相的體積量可用于例如獲得所需的最終緩 沖劑濃度。包含在液滴中的物質(zhì)的其它例子包括但不限于用于執(zhí)行化學或生物學過程的試齊U、催化劑和反應(yīng)物。作為說明性的例子，可以加入鹽、底物或去污劑，以維持細胞或蛋白處于完整狀態(tài)。作為另一個說明性的例子，可能需要螯合化合物來例如保護生物體不受痕量的其它有毒鹽類的影響，或增加化學反應(yīng)的產(chǎn)率。作為其它說明性的例子，可以加入蛋白酶、RNase或DNase抑制劑，以維持蛋白、RNA或DNA處于完整狀態(tài)。液滴相中可能的添加劑的其它例子包括可磁性吸引的顆粒(參見上文)。作為另一個說明性的例子，在液滴中可以包含可磁性吸引的顆粒。這樣的顆?？赡苣軌蛭形镔|(zhì)。在某些實施方案中，磁性顆?？梢员还δ芑詫Π形镔|(zhì)具有特異性親合力并捕獲靶物質(zhì)，因此可以用作結(jié)合手段(參見下文)。液滴可以具有任何所需的體積。其體積可以在例如大約O. Inl到大約50 μ I的范圍內(nèi)，例如大約Inl到大約200nl。在典型的實施方案中，液滴的體積在大約10 μ I以下。專業(yè)技術(shù)人員將會意識到，當使用大體積(例如10μ I或50μ I)的液滴時,在與介質(zhì)接觸時相應(yīng)的液滴可能分散成較小的液滴。當不需要這樣的分散時，對于選定的液體的液滴來說，適合的體積可以容易地通過實驗確定。在本發(fā)明的某些實施方案中，液滴的液體密度比與液滴不混溶的介質(zhì)低。在這些實施方案中，相應(yīng)的液滴一旦被放在介質(zhì)中，將漂浮在介質(zhì)表面上。在本發(fā)明的其它實施方案中，液滴的液體密度高于相應(yīng)的介質(zhì)，在這些實施方案中，相應(yīng)的液滴一旦放在介質(zhì)中，將沉到其中。本發(fā)明的儀器還包含處理室。處理室由儲液器和固定構(gòu)件限定。固定構(gòu)件被設(shè)計成固定處理室中的液滴(參見下文，參見例如圖I加以說明)。儲液器由周壁和底部限定。周壁與底部一起還限定了儲液器的形狀(參見，例如圖2A-2C)。在某些實施方案中，固定構(gòu)件與儲液器的周壁相連，限定了其中可以儲存不混溶的液體以及樣品液滴的槽(pocket)。儲液器的周壁和底部可以包括任何所需的物質(zhì)或由其構(gòu)成。典型情況下，周壁和底部是固體的，并且不干擾在其中進行或想要進行的生物和/或化學樣品的處理。儲液器的周壁和底部可以包含例如有機、無機或金屬物質(zhì)，例如塑料一如全氟碳聚合物、氫代全氟碳(hydroperfIuorocarbon)聚合物、玻璃、石英、娃、陽級氧化招或不銹鋼。處理室的周壁和底部的內(nèi)表面在下文中也通常稱為“內(nèi)壁”，在某些實施方案中由完全相同的材料構(gòu)成。它們也可以由與固定構(gòu)件相同的材料構(gòu)成，或至少包含該材料。在其它實施方案中，周壁的相應(yīng)材料包括與底部和/或固定構(gòu)件相同或至少相似的成分，但是例如量或比例不同。在其它實施方案中，周壁、底部和固定構(gòu)件中的至少一個含有其它的或完全不同的材料。在其它實施方案中，周壁和底部是完全不同的材料。在這些實施方案之一中，固定構(gòu)件又是另一種完全不同的材料。處理室的內(nèi)壁可以具有任何內(nèi)表面特性，只要它們可以容納與液滴不混溶的所需介質(zhì)即可。本文中使用的術(shù)語“容納”是指接納物質(zhì)并擁有、包容或包藏物質(zhì)，并包括允許物質(zhì)的相應(yīng)存在的能力。因此，內(nèi)壁可以例如具有任何表面能。它們可以是例如親水性的或疏水性的。此外，處理室的內(nèi)壁可以提供不同的表面特性。因此，某些內(nèi)壁或壁部分可以是例如親水性的，而其它可以是疏水性的。儲液器內(nèi)壁的任何部分也可以被處理，使得它們提供所需的表面能，從而使它們例如提供相應(yīng)的親水或疏水表面特性。為了例如提供與選定的液滴的液體具有改變的、例如減小的或可忽略的相互作用的表面，可能需要進行相應(yīng)的處理。例如，儲液器的底部區(qū)域可以進行相應(yīng)處理。此外，在某些實施方案中，儲液器的內(nèi)壁對于需要被容納在其中的介質(zhì)是惰性的。這樣的實施方案允許裝置的多次重復(fù)使用。對于大多數(shù)腐蝕性介質(zhì)來說是惰性的材料的說明性例子是含氟結(jié)合物，例如氟代乙烯丙烯(FEP)、聚四氟乙烯(PFTE，特氟龍)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚(MFA)、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、全氟甲基乙烯基醚-四氟乙烯共聚物、全氟烷氧基共聚物(PFA)、聚(氟乙烯)、聚氯三氟乙烯、含氟有機硅或氟代磷腈處理室可以具有任何所需的形式和體積。在某些實施方案中，它可以例如被設(shè)計成或適合于提供限制其中放置的液滴自由運動的體積。在這樣的實施方案中，儲液器的體積可以為例如大約Inl到大約500ml，或大約IOOnl到大約10 μ I的體積。在其它實施方案中，儲液器可以被設(shè)計成或適合于能夠在同時容納大量液滴。在這樣的實施方案中，儲液器的體積可以是例如大約O. Iml到大約500ml,或大約Iml到大約IOOml的體積。當介質(zhì)被裝入儲液器時，僅有一部分儲液器的體積可以被相應(yīng)的介質(zhì)填充。儲液器的其余部分可以被例如其它介質(zhì)、例如流體如空氣或惰性氣體所占據(jù)。處理室可以是可拆卸的，或包括在需要時能夠被組裝以形成處理室的部件或由其構(gòu)成。在某些實施方案中，如同例如圖17所示，底部與周壁是可拆式連接的。在某些實施方案中，托架和底部可以裝配起來限定處理室。相應(yīng)的托架被設(shè)計成與底部匹配，使得可以形成儲液器，即使得處理室被設(shè)計成能夠容納介質(zhì)。托架具有由周壁限定的中央通道。一旦裝配成處理室，該周壁就變成了處理室的周壁。在某些實施方案中，裝配后，底部可以粘著或膠粘到托架上。底部可以是具有適合的幾何形狀和大小以覆蓋托架的中央通道并限定如上解釋的儲液器的任何元件或裝置。在某些實施方案中，底部可以與固定構(gòu)件相同。在這樣的實施方案中，固定構(gòu)件可以被例如可拆卸地連接到托架上。在某些實施方案中，本發(fā)明的儀器也可以采取包含固定構(gòu)件以及托架，其中托架含有由周壁限定的中央通道。按照這種概念，在某些這樣的實施方案中，固定構(gòu)件被可拆卸地安排在托架的中央通道的第一個面上。在某些實施方案中，托架的中央通道的第二個面可以限定開口。在其它實施方案中，其它的元件或裝置、例如入口構(gòu)件，可以一例如可拆卸地——安排在托架的中央通道的第二個面上。因此，托架和固定構(gòu)件的安排限定了處理室。正如上面已經(jīng)指出的，除了儲液器之外，處理室還包含固定構(gòu)件。安排在儲液器內(nèi)的固定構(gòu)件，可以位于儲液器內(nèi)的任何位置。固定構(gòu)件在儲液器內(nèi)也可以具有任何所需的方向。它可以例如被安排成相對介質(zhì)表面成任何角度插入到處理室中。它可以例如相對于介質(zhì)表面傾斜所需的角度。在某些實施方案中，固定構(gòu)件的一部分也可以從儲液器突出，只要在其有圖案的表面(參見下文)中包含的預(yù)定的固定區(qū)域被安排在儲液器內(nèi)即可。在其它實施方案中，儀器的處理室能夠完整接納相應(yīng)的固定構(gòu)件(參見例如圖2C)。當例如需要處理室接受或容納液體時，可以選擇這樣的實施方案。因此，在這樣的實施方案中，一旦處理室接受和容納了介質(zhì)后，固定構(gòu)件將被完全浸泡在介質(zhì)中。在某些這樣的實施方案中，處理室為將要放置到處理室中的相應(yīng)固定構(gòu)件提供了獨立的入口。某些實施方案通過例如在每個儲液器/儀器中提供相應(yīng)的可密封開口，可以允許相應(yīng)的固定構(gòu)件同時浸泡在幾個儲液器或儀器中。在一個實施方案中，相應(yīng)的固定構(gòu)件可以從一個儲液器/儀器移動到另一個。在這種情況下，應(yīng)該理解，本發(fā)明的儀器和方法一般不需要將樣品從一個儲液器轉(zhuǎn)移到另一個。

固定構(gòu)件可以例如安排在儲液器底部的頂部，或者作為該底部的整合部分。在某些實施方案中，固定構(gòu)件是儀器的整合部分。它可以例如從處理室的周壁或底部伸出。在其它實施方案中，固定構(gòu)件可拆卸地安排在儀器中。在這樣的實施方案中，固定構(gòu)件也可以被設(shè)計成與框架匹配。這樣的框架可以例如幫助將固定構(gòu)件固定或緊固在儲液器中。在某些實施方案中，固定構(gòu)件可以從提供儲液器的裝置中拆除。在這樣的實施方案中，提供儀器可以包括提供包含能夠接納固定構(gòu)件的儲液器的裝置，提供相應(yīng)的固定構(gòu)件，以及將固定構(gòu)件放置到儲液器中，從而形成儀器的處理室。本文使用的術(shù)語“在頂部”和“在……的頂部”，是指本發(fā)明的儀器被放置成使得底部朝向重力方向時的位置。在這種位置中，儀器在重力的影響下將向底部所取向的方向下落。在某些實施方案中，該位置反映了儀器的取向，其中任何入口構(gòu)件或蓋子的取向遠離重力的方向，和/或其中儀器可以放置在平坦的表面上。儲液器的周壁，一旦在其中設(shè)有固定構(gòu)件后將形成處理室，在某些實施方案中，其被設(shè)計成或適合于支持固定構(gòu)件。在這樣的實施方案中，固定構(gòu)件的位置可以由相應(yīng)的周壁設(shè)計來決定。周壁可以包含例如適合支撐固定構(gòu)件的支撐凹口或承接凹槽。作為進一步的例子，儲液器的周壁可以延伸到處理室的內(nèi)部，從而形成階梯，可支持固定構(gòu)件。在這樣的實施方案中，階梯可以被設(shè)計或定位，以提供與底部的距離，防止底部和固定構(gòu)件的直接接觸。在這樣的實施方案中，處理室在底部和至少一部分固定構(gòu)件之間含有空間。圖2A描繪了相應(yīng)的周壁的例子，它被設(shè)計成或適合于利用階梯來支持作為固定構(gòu)件的生物芯片(也參見圖2B和參考圖1C)。一旦將生物芯片插入到儲液器中(參考例如圖2G)并由周壁支持，處理室就裝配好了(參見圖2C)。在其它實施方案中，儲液器的周壁被設(shè)計成或適合于支持固定構(gòu)件，但是不在底部和固定構(gòu)件之間提供距離。在某些這樣的實施方案中，處理室內(nèi)的空間或處理室的一部分可以與其余的處理室分開。作為說明性的例子，固定構(gòu)件在其下端可以含有中空的空間。在某些這樣的實施方案中，固定構(gòu)件可以提供至少一部分處理室的周壁。在某些這樣的實施方案中，物理分隔可以允許在同一個儀器內(nèi)存在幾個處理室(參見例如圖4F)。在某些實施方案中，本發(fā)明的儀器包含或適合于包含多個例如兩個、三個或更多的固定構(gòu)件。相應(yīng)的固定構(gòu)件可以以相同、相似或不同的方式形成圖案，并含有具有相同、相似或不同的表面能的(固定)表面區(qū)域。儲液器可以被例如設(shè)計成能夠接納多個固定構(gòu)件。固定構(gòu)件可以具有任何形狀和任何材料。它可以是例如板、磚或碟形的(也參見下文)?？梢园谶@樣的固定構(gòu)件中的材料例子包括但不限于金屬、石英、玻璃、有機硅、塑料、聚合物、陶瓷、絕緣體、半導體、有機材料、無機材料及其復(fù)合材料。象儀器的底部一樣，固定構(gòu)件的表面可以包含與固定構(gòu)件的其余部分相同和/或不同的材料。此外，固定構(gòu)件的表面可以擁有任何表面特性，只要它們允許在所需介質(zhì)中接納或容納固定構(gòu)件即可(參見上文)。固定構(gòu)件的表面或其一部分，可以是例如凹的或凸的圓弧形或其組合。固定構(gòu)件的有圖案的表面(參見下文)、包括其中包含的預(yù)定的固定區(qū)域，在某些實施方案中至少是基本上平的。在一個實施方案中，整個固定構(gòu)件的所有表面至少是基本上平的。此外，固定構(gòu)件的表面的不同區(qū)域可以提供不同的表面特性。作為說明性的例子，表面上的某些區(qū)域可以制成粗糙的，而其它區(qū)域可以制成至少基本上是光滑的。正如在下面詳細解釋的那樣，固定構(gòu)件包含表面，例如但不限于疏水性表面，包括例如，例如與水的接觸角大于150°的超疏水表面。超疏水表面的制造已經(jīng)由例如Ma &Hill(Current Opinion in Colloid & Interface Science[2007]11,193-202)或 Li 等(Chem. Soc. Rev. [2007]36，1350-1368)綜述。在該綜述中列出的化合物和其它物質(zhì)一般是本發(fā)明儀器的固定構(gòu)件的選定表面區(qū)域的合適材料。該表面被形成圖案，使得它包含至少一個預(yù)定的固定區(qū)域，例如親水性固定區(qū)域。這樣的表面圖案可以通過例如表面處理來獲得?？梢詧?zhí)行用來改變表面特性的處理可以包括各種手段，例如機械、熱、電或化學手段。在本技術(shù)領(lǐng)域中常用的方法是用對液體樣品具有不同親合力水平的化學物質(zhì)進行處理。例如，塑料材料的表面(或其一部分)可以通過用稀鹽酸或稀硝酸處理來賦予親水性。另一個 例子，聚二甲基硅氧烷(PDMS)表面可以通過用氧或空氣等離子體氧化來賦予親水性。再一個例子，任何疏水表面的表面性質(zhì)可以通過用親水聚合物包被或用表面活性劑處理來提供更多的親水性。化學表面處理的例子包括但不限于暴露于六甲基二硅氮烷、三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、丙基三氯硅烷、四乙氧基硅烷、縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基二乙氧基娃燒、2-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基二甲氧基娃燒、3-(2, 3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、γ-(3，4-環(huán)氧環(huán)己基)-乙基三甲氧基硅烷、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚甲基丙烯酸酯共聚物、氨基甲酸乙酯、聚氨酯、氟代聚丙烯酸酯、聚(甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯)、聚(二甲基丙烯酰胺)、聚[Ν-(2-羥丙基)甲基丙烯酰胺](PHPMA)、α -磷酰膽堿-鄰-(N，N- 二乙基二硫氨甲?；?i^一烷基寡聚DMAAm-寡聚-ST 嵌段共聚物(參見 Matsuda, T 等，Biomaterials (2003)，24，4517-4527)、聚(3，4-環(huán)氧基-I-丁烯)、3，4_環(huán)氧環(huán)己基甲基甲基丙烯酸酯、2，2_雙[4-(2，3_環(huán)氧丙氧基)苯基]丙烷、3，4_環(huán)氧環(huán)己基甲基丙烯酸酯、(3'，4'-環(huán)氧環(huán)己基甲基)3，4_環(huán)氧環(huán)己基羧酸酯、二-(3，4_環(huán)氧環(huán)己基甲基)己二酸酯、雙酚A(2，2-雙-(對-(2，3_環(huán)氧丙氧基)苯基)丙烷)或2，3-環(huán)氧基-I-丙醇。低和高表面能的兩種表面區(qū)域，例如其中包含的疏水性表面和親水性表面區(qū)域，可以通過用不同涂層劑對表面進行形成圖案來獲得。作為說明性的例子，歐洲專利申請EP I 683 571公開了含有疏水性基團的硅烷化合物和含有親水性基團的硅烷化合物的使用?？捎糜诒景l(fā)明的親水-疏水微圖案的其它說明性例子是在氧化鈦表面上的二氧化硅圖案，它是通過按照Kanta等描述的照相平板印刷(Langmuir[2005]21,5790-5794)，然后進行二氧化硅包被，隨后暴露于熱而獲得的。其它說明性的例子包括按照日本專利申請2005-003803中的描述，通過在存在另一塊氧化鈦包被的玻璃板的情況下，輻照氟代烷基硅烷包被的玻璃而制造疏水性差異圖案的方法。適合的微圖案的另一個說明性例子描述在國際專利申請WO 2006/046699中。在該參考文獻中，產(chǎn)生了具有硅-氫鍵的表面，然后在所需的區(qū)域中與拒水化合物在氫化硅烷化反應(yīng)中進行反應(yīng)，同時在其它區(qū)域中，該表面進行反應(yīng)，形成親水性區(qū)域。固定構(gòu)件的有圖案表面的任何部分都可以被選擇為相應(yīng)的預(yù)定表面區(qū)域。預(yù)定的固定區(qū)域的表面能比與液滴的液體不混溶的介質(zhì)更高。作為說明性的例子，預(yù)定的固定區(qū)域的特征可以是與水的前進接觸角比相應(yīng)介質(zhì)與水的前進接觸角小至少大約5°到大約10°。此外，相應(yīng)的預(yù)定表面區(qū)域的表面能比其余的表面更高。預(yù)定的固定表面區(qū)域的特征可以是例如與水的前進接觸角比其余表面與水的前進接觸角小至少5°，例如10°。與此相反，固定構(gòu)件的其余表面與介質(zhì)相比，表面能大致相同或更低。此外，其余表面區(qū)域比預(yù)定的固定表面區(qū)域的表面能低。因此，表面能與其余表面區(qū)域相比大約相同或更高的介質(zhì)，又比液滴的液體的表面能低(也參見上文和下文)。有圖案的表面的其余區(qū)域可以具有任何所需的維度，其與所述介質(zhì)的表面能最多大致相同或表面能較低。因此，有圖案的表面的其余區(qū)域的表面能一般比液滴的液體低。作為說明性的例子，有圖案的表面的其余區(qū)域可以是疏水性表面區(qū)域。在某些實施方案中，有圖案的表面的其余(即剩余)區(qū)域是拒水的。例如，固定構(gòu)件的表面可以被處理，使得它提供相應(yīng)的潤濕性表面特征(參見上文)。固定構(gòu)件的其余表面，即不對應(yīng)于固定構(gòu)件的預(yù)定固定區(qū)域的表面區(qū)域，是固定構(gòu)件的有圖案的表面區(qū)域，其同不與液滴的液體混溶的介質(zhì)相比，具有最多相當?shù)谋砻婺艿?。在這些情況下，該表面區(qū)域通常最多具有與相應(yīng)的介質(zhì)大致相同的表面能。在準備填充在儲液器(參見下文)中的不混溶介質(zhì)是疏水性介質(zhì)的實施方案中，在這些情況下相應(yīng)的表面至少與疏水性介質(zhì)具有大致相同的疏水性。其余的表面區(qū)域可以是例如疏水性表面區(qū)域。正如上面提到的，相應(yīng)的其余表面區(qū)域一般來說比液滴的液體的表面能更低。在典型的實施方案中，其余的表面區(qū)域、即與有圖案的表面上的預(yù)定固定區(qū)域不同的區(qū)域，對于液滴的液體具有非常低的潤濕性，從而導致對液滴液體的低親合力。液滴的液體對其余表面區(qū)域的相應(yīng)低親合力，發(fā)生在下述介質(zhì)的存在下所述介質(zhì)的表面能Q)近似或高于親水固定區(qū)域的表面能，并且(ii)低于液滴的表面能(同上)。這種對液滴液體的低親合力的特點在于，不會發(fā)生液滴的永久性固定，如圖IA所示。表面可以例如具有對液滴的液體非常低的親合力，使得材料的親合力能夠施加到在儀器儲液器的介質(zhì)中的液滴上的最大力(參見下文)，低于由浮力或重力所施加的力。因此，在其余的(不同于預(yù)定的)固定表面區(qū)域和相應(yīng)的液滴之間幾乎檢測不到或沒有相互作用。在某些實施方案中，液滴可以被固定構(gòu)件有圖案的表面的其余表面區(qū)域排斥開。當需要時，固定構(gòu)件的其余表面可以含有對大多數(shù)腐蝕性介質(zhì)是惰性的、同時對液滴的液體具有非常低的親合力的材料，這種非常低的親合力使得材料的親合力能夠施加于所述介質(zhì)的液滴上的最大力，低于浮力或相應(yīng)的重力。這樣的實施方案允許固定構(gòu)件多次重復(fù)使用。這樣的材料的說明性例子是氟代聚合物，例如氟代乙烯丙烯(FEP)、聚四氟乙烯(PFTE)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、四氟乙烯-全氟代甲基乙烯基醚(MFA)或全氟代烷氧基共聚物(PFA)。 作為說明性的例子，提供具有有圖案的表面的固定構(gòu)件的方法簡述如下。在該實施例中，可以提供具有任何所需性質(zhì)的表面的固定構(gòu)件。表面可以是例如任何形狀或材料的，只要能夠容納光催化物質(zhì)和可氧化物質(zhì)即可，并且只要它與選定的沉積和輻照條件(參見下文)相容即可。光催化物質(zhì)例如氧化鈦可用于形成圖案，在下文中也縮寫成TiOx(其中X典型為I或2)，例如二氧化鈦TiO2 (以例如銳鈦礦或金紅石的形式)。這樣的光催化物質(zhì)可以通過任何方法沉積在固定構(gòu)件的表面上。它可以例如通過火焰水解沉積(FHD)、等離子體增強的化學氣相沉積(PECVD)、感應(yīng)偶聯(lián)等離子體增強的化學氣相沉積(ICP-CVD)、溶膠-凝膠法或濺鍍法進行沉積。在某些實施方案中，光催化物質(zhì)通過溶膠-凝膠法進行沉積。作為說明性的例子，鈦酸酯溶膠可以通過水解鈦酸四丁基酯或鈦酸四丙基酯來產(chǎn)生。可以依照任何使用酸催化、堿催化和兩步酸-堿催化程序的適當方案、例如溶膠-凝膠方案。作為另一個例子，光催化物質(zhì)可以通過化學氣相分解方法進行沉積。然后可以將可氧化的物質(zhì)沉積在固定構(gòu)件的表面上，例如以薄膜的形式。相應(yīng)的薄膜可以是例如單層的。用于沉積的適當方法包括但不限于微接觸印刷、微流體圖案形成、微流體平板印刷、切邊過度生長(cleaved edge overgrowth),或者可以使用遮蔽蒸發(fā)法(shadowed evaporation)。
在這些情況下使用的可氧化的物質(zhì)具有的表面能與光催化物質(zhì)的表面能不同。因此，這兩種物質(zhì)的可潤濕性不同。作為說明性的例子，可氧化物質(zhì)的特征可以是對水的前進接觸角(參見下文)比光催化物質(zhì)對水的前進接觸角高至少5°或低至少5°。例如，可氧化物質(zhì)對水的前進接觸角可以比光催化物質(zhì)對水的前進接觸角高10°。另一個例子，可氧化物質(zhì)對水的前進接觸角可以比光催化物質(zhì)對水的前進接觸角低10°?？裳趸镔|(zhì)可以是例如疏水性的。適合的可氧化物質(zhì)的例子包括但不限于蠟、脂肪、油、脂肪酸、硅烷、硅氧烷、全氟烷烴、硅氮烷、錫烷、聚合物，以及聚合物和無機顆粒的復(fù)合材料。在另一個例子中，當對基底表面形成圖案時和/或當通過例如濺鍍(參見上文)來沉積光催化物質(zhì)時，均可以使用掩膜，例如光掩膜。相應(yīng)的掩膜可以覆蓋基低的其余表面，從而防止光催化物質(zhì)沉積在其上。這種實施方案的方法可以包括首先用掩膜覆蓋基底的其余表面，然后在表面上沉積光催化物質(zhì)。由此，光催化物質(zhì)僅僅沉積在固定構(gòu)件的預(yù)定的固定表面區(qū)域上。此外，在該例子中，固定構(gòu)件的整個表面、或至少是有圖案的表面，可以暴露于電磁輻射。電磁輻射可以是任何強度的和任何暴露長度，只要足夠使光催化物質(zhì)能夠催化選定的可氧化物質(zhì)的氧化即可。所需的暴露時間一般取決于所用的電磁輻射的功率。在使用紫外光作為電磁輻射的典型實施方案中，能量密度為至少50mJ/cm2，例如至少lOOmJ/cm2。因此，光催化物質(zhì)催化與其接觸的這種可氧化物質(zhì)的氧化。結(jié)果，與光催化物質(zhì)接觸的可氧化物質(zhì)從至少一個預(yù)定的固定表面區(qū)域被除去。因此，只有表面的其余區(qū)域才保留了、至少基本上保留了可氧化物質(zhì)提供的可濕潤性。作為說明性的例子，在使用疏水性可氧化物質(zhì)的實施方案中，表面的其余區(qū)域保留了疏水性。與此相反，多個表面區(qū)域中的光催化物質(zhì)被暴露。這是由于事實上將表面暴露于電磁輻射，顯示出對沒有與光催化物質(zhì)接觸的可氧化物質(zhì)的影響很少或沒有。在不存在具有上述催化性質(zhì)的物質(zhì)的情況下，氧化、包括可氧化物質(zhì)被電磁輻照引起的降解非常低，因此，即使有的話，也只能觀察到對可氧化物質(zhì)的少量的或不顯著的影響。作為另一個例子，直接寫入可用于形成有圖案的表面，例如以微米或納米電化學反應(yīng)的形式在金屬表面上形成氧化物點(Mardare, A. I.,等，ElectrochimicaActa[2007] 52，7865-7869)。另一個例子，固定構(gòu)件的表面可以用涂層、例如官能化聚合物的涂層進行覆蓋，在其上可以通過納米壓印平板印刷形成圖案。在蝕刻掉剩余的聚合物后，可以在其上形成具有所需可濕潤性的聚合物刷(例如親水或疏水刷)，如Genua等所述(Nanotechnology [2007] 18, 215301)。作為另一個例子，可以使用West等描述的電介質(zhì)阻擋放電微型等離子體噴射(Lab on a Chip [2007] 7，981-983)進行寫入，在固定構(gòu)件的疏水性表面上形成親水性圖案。作為另一個例子，使用微接觸印刷技術(shù)，用帶有溶劑中的十八烷基三氯硅烷薄膜的印模對固定構(gòu)件上的聚二甲基硅氧烷薄膜反潤濕(Benor，A.，等，Journal of Vacuum Science & Technology B[2007]25，4，1321-1326)，可用于獲得有圖案的表面。通過避免液滴與表面能最多與介質(zhì)大致相同的固定構(gòu)件的其余表面之間顯著的相互作用，促進了液滴在固定構(gòu)件表面的選定固定區(qū)域上的固定。選定的固定區(qū)域被設(shè)計成固著和固定處理室中的液滴。該選定的固定區(qū)域由固定構(gòu)件的有圖案的表面提供，其中表面被形成圖案，使得它包含至少一個預(yù)定的固定區(qū)域、例如親水性區(qū)域。正如下面解釋的，液滴的液體和預(yù)定區(qū)域的表面之間通常發(fā)生吸引，這是因為后者的表面能一般比其余表面更聞。
應(yīng)該理解，任何所需的手段和方法都可用于在本發(fā)明儀器的固定構(gòu)件上獲得上述有圖案的表面。當需要時，其它物質(zhì)也可以沉積在有圖案的表面的選定區(qū)域上，例如預(yù)定的固定區(qū)域上。作為說明性的例子，可以通過按照Jakobs和Hanein的描述(Colloids &Surfaces A Physiochem. Eng. Aspects (2006) 290, 33-40),放置預(yù)凝膠溶液并然后進行旋涂，在預(yù)定的固定區(qū)域上形成水凝膠。該預(yù)定的固定區(qū)域可以具有任何形狀、尺寸和幾何構(gòu)造，只要其質(zhì)地例如粗糙和起伏使得液滴在與其接觸后保持完整，并能夠固定在固定構(gòu)件上即可。術(shù)語“完整”是指所定義的液滴的存在，所述液滴根據(jù)預(yù)定區(qū)域的表面特性可以采取各種形狀(參見例如圖1B)。因此，當例如液滴鋪展到所需的程度、或與另一個液滴合并時，可以被理解為保持完整。預(yù)定的固定表面區(qū)域可以例如是平的或至少基本上平的、凹的或凸的圓弧(參見圖3右手邊)，或其組合。疏水性表面區(qū)域的相應(yīng)形狀的例子包括但不限于圓形、卵形、字母X或Y形、三角形、長方形、正方形或任何多邊形(oligoedron)的形狀。作為說明性的例子,預(yù)定的表面區(qū)域可以是圓形。在這樣的實施方案中，相應(yīng)的圓形區(qū)域的直徑可以例如選自大約Iym到大約IOmm的范圍，例如大約10 μ m到大約8mm、或大約100 μ m到大約5mm的范圍。在將液滴放置在預(yù)定的固定表面區(qū)域上之前、期間或之后，固定構(gòu)件可以相對于地面具有任何取向。在提供有基本上平的表面并且液滴在氣體例如空氣中操作的實施方案中，為了方便，可能希望將液滴放置在相應(yīng)表面的頂部。作為另一個例子，在提供了具有凹或凸表面的固定構(gòu)件并且液滴在氣體例如空氣中操作的實施方案中，為了方便，可能希望例如對其表面形成圖案，使得液滴相對于重力作用的方向，被放置在凹口頂部或底部位置上。預(yù)定的固定區(qū)域具有足夠的可潤濕性并在表面的平面上具有足夠的寬度，允許至少當與液滴不混溶的介質(zhì)被填充到儲液器中之后，液滴通過界面相互作用固定到預(yù)定的固定區(qū)域上。相應(yīng)的界面相互作用可以是或包含任何形式的相互作用。這樣的相互作用可以例如是或包含吸引力，例如導致液滴的液體與相應(yīng)表面區(qū)域的整體吸引的非共價力。相應(yīng)的界面相互作用的例子包括但不限于親水-親水(例如極性)、疏水-疏水、親油-親油和疏全氟-疏全氟相互作用。不同表面之間的非共價短程到長程宏觀尺度相互作用包括但不限于Lifshiz-van der Waals吸引力、雙電層排斥力和電子受體/電子供體相互作用(概述參見例如 van Oss, C. J.，J. Mol. Recognit. (2003) 16，177-190)。因此，一旦接觸預(yù)定的固定區(qū)域后，液滴被固定在固定構(gòu)件上，如圖IB中所示。因此，預(yù)定的固定區(qū)域防止了液滴從固定構(gòu)件上自發(fā)脫離，并例如漂過儲液器、沉到其底部或上升到其中包含的相應(yīng)介質(zhì)的表面上。在某些實施方案中，預(yù)定的固定(表面)區(qū)域?qū)τ谝旱蔚囊后w具有非常高的可濕潤性，并且在固定構(gòu)件表面的平面上具有非常大的寬度，使得在與液滴不混溶的介質(zhì)中界面相互作用能夠施加到液滴上的最大力大于浮力。在某些實施方案中，預(yù)定的固定(表面)區(qū)域?qū)τ谝旱蔚囊后w的可濕潤性、以及它在固定構(gòu)件表面的平面中的寬度非常高，使得相應(yīng)的最大力高于介質(zhì)施加的液動力(Bernoulli force)(流動力)。液動力可以在例如移動固定構(gòu)件、移動儲液器或移動整個儀器后產(chǎn)生。在某些實施方案中，預(yù)定固定(表面)區(qū)域具有非常高的相應(yīng)可濕潤性和寬度，使得在相應(yīng)介質(zhì)中界面相互作用能夠施加到液滴上的最大力，大于用介質(zhì)清洗固定構(gòu)件時介質(zhì)所施加的力。因此，在這樣的實施方案中，固定區(qū)域的相應(yīng)可潤濕性和維度，強于由清洗過程中介質(zhì)的運動所引 起的作用于固定液滴上的力(例如剪切力、流動力)。有圖案的表面中除了包含預(yù)定的固定區(qū)域之外，固定構(gòu)件還可以包含其它裝置或組件，例如條形碼區(qū)域或把手。在本發(fā)明的某些實施方案中，儀器提供了例如如上所述的多個預(yù)定的固定區(qū)域。在這樣的實施方案中，可以選擇預(yù)定的固定區(qū)域在有圖案的表面中的任何排列。在一個實施方案中，所有預(yù)定的固定區(qū)域是相同的(參見，例如圖IC或圖2D-2F)。在這樣的實施方案中，幾個同樣直徑并且例如也是同樣液體的液滴可以同時用于儀器中。在另一個實施方案中，可以在固定構(gòu)件表面的平面內(nèi)，提供幾個形狀和寬度不同的預(yù)定固定區(qū)域。相應(yīng)的多個預(yù)定固定區(qū)域在它們的表面性質(zhì)上也可以不同，例如它們的親水性。已經(jīng)提到，如上所述的本發(fā)明儀器還適合容納介質(zhì)。介質(zhì)與液滴不混溶(如上)。此外，它的表面能與液滴的液體相比較低(參見上文)。作為說明性的例子，介質(zhì)可以是疏水性介質(zhì)。介質(zhì)可以是例如流體，例如液體。作為相應(yīng)液體的說明性的例子，當液滴中包含的液體是水時，適當?shù)牟换烊芤后w時辛烷。因此，如果將液滴放置在相應(yīng)的液體中，液滴在其中不溶解。因此，一旦插入到相應(yīng)的介質(zhì)中，液滴保持完整。在某些實施方案中，在將相應(yīng)的介質(zhì)放置到處理室中之后，或?qū)⒔橘|(zhì)從處理室中取出之后，固定構(gòu)件的位置保持不變。在某些實施方案中，介質(zhì)中的重力或浮力可以幫助將固定構(gòu)件定位在儲液器中，或幫助將固定構(gòu)件固定在其位置上。在液滴的液體是或包含水的實施方案中，適合的介質(zhì)包括液體的其它例子包括但不限于礦物油、硅油、碳酸(例如油酸)、三油精、大豆油、烴化合物(例如十六烷或十四烷)、氫全氟碳化合物、全氟碳化合物或離子性液體，例如I-正丁基-3-甲基咪唑鎗四氟磷酸鹽[BMIM] [PF6](參見，例如 Wang, W. -H.，Langmuir (2007) 23,11924-11931)。全氟碳(PFC)化合物是全氟化的，即完全氟取代的碳化合物。氫全氟碳化合物是部分氟化的烴化合物，即氟和氫取代的碳化合物。全氟碳和氫全氟碳化合物由直鏈或支鏈烷基鏈和/或可以包含一個或多個不飽和碳-碳鍵以及芳香部分的環(huán)構(gòu)成。全氟碳化合物的鏈/環(huán)可以包含雜原子，即不同于碳的原子。這樣的雜原子的例子包括但不限于O、N、S和Si。在本技術(shù)領(lǐng)域已知有許多全氟碳和氫全氟碳化合物。全氟碳化合物的例子包括但不限于，二十二氟癸烷[化學文摘編號No 307-45-9]、十二氟庚烷[CAS No 678-26-2],1，1，1，2，2，3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8_ 十七氟-辛烷[CAS No 335-65-9]、全氟代十氫化萘[CAS No 306-94-5]、三十四氟十六烷[CAS No 355-49-7]、正全氟己烷、1，1，1，2，2，3，3，6，6，7，7，8，8，8_ 十四氟-4-辛烯[CAS No 3910-82-5]、1，1，2-三氫-全氟-I-癸烯[CAS No 21652-58-4]、1，1，2-三 氫全氟-I-辛烯[CAS No 25291-17-2]、1，1，1，2，2，3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8_ 十七氟-癸烷[CAS No 77117-48-7]、1，1，1，2，2，3，3，4，4-九氟-6-十五碳烯[CAS No 118202-35-0]、8，8，9，9，10，10，11，11，12，12，13，13，14，14，15，15，15-十七氟-5-十五碳烯[CAS No 118642-83-4]、2，2，3，3，4，4，5-七氟四氫-5-(九氟丁基)_ 呋喃[CAS No 335-36-4]和 4-[二氟^一氟環(huán)己基)甲基]_2，2，3，3，5，5，6，6-八氟-嗎啉[CAS No 132252-23-4]、1，1，2，2，3，3，3-七氟-N，N-雙(七氟丙基)_1_ 丙胺[CAS No 338-83-0]，僅舉數(shù)例。氫全氟碳化合物的例子包括但不限于，2，2，3，3-四氟己烷[CAS No 83225-48-3]、1，1，1，2，2，3，3-七氟戊烷[CAS No 754-68-7]、1，1，1，2，2，3，3-七氟壬烷[CAS No 755-89-5]、1，2，3，4，5，6-六氟環(huán)己烷[CAS No 22060-80-6]、三氟甲基苯[CAS-No 98-08-8]、1，2，3，4-四氟萘[CAS No 711-55-7]、1，I'-氧雙[3，3，4，4，5，6，6，6-八氟-5-(三氟甲基)-己烷[CAS No 220469-12-5]，僅舉數(shù)例。此外，特別是當液滴的液體是水時，液滴的液體或與其不混溶的介質(zhì)可以含有離子性或非離子性表面活性劑，例如全氟碳表面活性劑。典型情況下，適當時，表面活性劑主要吸附在固-液和液-液以及液-汽界面靠近接觸線的區(qū)域。作為說明性的例子，可能希望使用表面活性劑以降低包含在流體滴內(nèi)部相中的樣品與表面之間的非特異性相互作用。就此而言，值得注意的是非離子性表面活性劑通常會改變接觸角，大于90°的高接觸角通常會被減小(參見例如Churaev & Sobolev, 2007,同上)。在本技術(shù)領(lǐng)域中使用了部分親水性和部分疏水性的許多表面活性劑，例如烷基苯磺酸鹽、烷基苯氧基聚乙氧基乙醇、烷基葡萄糖苷、仲胺和叔胺例如二乙醇胺、TweeruTriton 100和三乙醇胺，或例如含氟表面活性劑例如 Z0NYL FS0-100 (DuPont)。因此，本發(fā)明的方法可以包括例如提供表面活性劑，將表面活性劑放置在儲液器中使得它能夠接觸介質(zhì)并溶解在其中?？梢允褂萌魏伪砻婊钚詣?。典型情況下將根據(jù)處理室中的介質(zhì)和液滴的液體選擇表面活性劑，因為表面活性劑聚集在表面。表面活性劑可以選擇用來例如降低液滴的液體的表面張力，和/或當介質(zhì)也是液體時，降低處理室中相應(yīng)液體的表面張力。也可以選擇它用來降低或最小化處理室中的介質(zhì)與其內(nèi)壁例如底部或周壁之間的相互作用。典型情況下，表面活性劑是兩親性有機化合物，包括陰離子性、陽離子性、兩性離子性或非離子性化合物。表面活性劑可以是例如烴化合物、氫全氟碳化合物或全氟碳化合物(同上)，它被選自下列的部分所取代磺酸、磺酰胺、羧酸、羧酸酰胺、磷酸酯或羥基基團。在例如本技術(shù)領(lǐng)域中，已知有眾多全氟碳表面活性劑。例子包括但不限于十五氟辛酸、十七氟壬酸、十三氟庚酸、4^一氟己酸、1，1，1，2，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，9，9，10，10，11，11，11-二—^一氟-3-氧基-2-i烷磺酸、1，1，2，2，3，3，4，4，5，5，6，6，6-十三氟-I-己烷磺酸、2，2，3，3，4，4，5，5-八氟-5-[(十三氟己基)氧]戊酸[化學文摘編號No 174767-00-1]、2，2，3，3_四氣_3-[(十二氣己基)氧]-丙酸][CAS No 376-39-6]、N,N' _[憐酸亞基雙(氧_2,
1-乙烷二基)]雙[1，1，2，2，3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8-十七氟-N-丙基-I-辛磺酰胺[鈉鹽的 CAS No 82393-02-0]、1，1，2，2，3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8-十七氟-I-辛烷磺酸、1，1，2，2，3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8-十七氟-I-辛磺酰氟[CAS No 190002-24-5]、
2-[ ( β -D-吡喃半乳糖基-氧)甲基]-2- [ (I-氧-2-丙烯基)氨基]-I，3-丙二基氨基甲酸(3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8-十三氟辛基)-酯[CAS No 190002-24-5]、6_(3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8-十三氟辛基氫磷酸酯)-D-葡萄糖[單鈉鹽的CAS No 142740-63-4]、3-(3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，9，9，10，10，10-十七氟癸基氫磷酸酯)-D-葡萄糖[單鈉鹽為 CAS No 142740-66-7]、2-(全氟己基)己基異氰酸酯[CAS No 142010-49-9]、2，2，3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8_ 十五氟-N-苯基-辛酰胺[CAS No 3316-17-4]、1，1，2，2，3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，9，9，10，10，11，11，12，12，12-二十五氟4-(2-羥基乙基)4-丙基-I-十二烷磺酰胺[CAS No 84002-45-9]、2_甲基-2-[[(十七氟辛基)磺?；鵠甲基氨基]-2-丙烯酸乙基酯[CAS No 14650-24-9]、3-(2，2，3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8_ 十五氟-I-氧辛基)-苯磺酸[鈉鹽的CAS No 131666-65-4]、3-(十七氟辛基)-苯磺酸[鈉鹽的 CAS No 146444-79-3]、4-[ (2，2，3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8-十五氟-I-氧辛基)氨基]-苯磺酸[單鈉鹽的CAS No 176515-54-1]、3-[ (ο-全氟辛?；?苯氧基]丙磺酸[鈉鹽的 CAS No 176515-56-3]、N-乙基-1，1，2，2，2-五氟-N-(26-羥基-3，6，9，12，15，18, 21, 24-八氧二十六-I-基)-乙橫酸胺[CAS No 173219-11-9]、3_[乙基[(十七氣羊基)磺?；鵠氨基]-I-丙磺酸[鈉鹽的 CAS No 75032-81-4]、1，2，2，3，3，4，5，5，6，6-十氣_4_(五氣乙基)-環(huán)己橫酸[納鹽的CAS No 151017-94-6]、2_[1_[二氣(五氣乙氧基)甲基]-1，2，2，2-四氟乙氧基]-1，1，2，2-四氟-乙磺酸[鉀鹽的CAS No 70755-50-9]、N-[3-( 二甲基氧橋-氨基)丙基]-2, 2, 3, 3,4,4-六氟_4_(七氟丙氧基)-丁酰胺[CAS No87112-48-9]、N-乙基-N-[(十七氟辛基)磺?；鵠-甘氨酸[鉀鹽的CAS No 2991-51-7]、或2, 3, 3, 3_四氣-2-[1,1,2,3, 3, 3-六氣-2_[(十二氣己基)氧]丙氧基]_1_丙醇[CASNo 484001-47-0]，僅舉數(shù)例。全氟碳表面活性劑的例子還包括聚合的化合物，例如α -[2-[雙(七氟丙基)氨基]_2_氟_1_( 二氟甲基)乙烯基]-ω-[[2_[雙(七氟丙基)氨基]-2-氟_1_( 二氟甲基)乙烯基]氧]-聚(氧-I，2-乙二基)[CAS No 135089-94-0]、α-[2-[[( 二十九氟十四基)磺?；鵠丙基氨基]乙基]-ω-羥基-聚(氧-I，2-乙二基)[CAS No 83995-63-5]、聚乙二醇二全氟癸基醚[CAS No 37382-58-4]、α - [2-[乙基[(十七氟辛基)磺酰基]氨基]乙基]_ ω -輕基-聚(氧-1, 2_ 乙_■基)[CAS No 29117-08-6] > α - [2~ [乙基[(_■十五氣十二烷基)磺?；鵠氨基]乙基]-ω -羥基-聚(氧-I，2-乙二基)[CAS No 82397-47-5]、α _[2_[[(十七氟辛基)磺?；鵠丙基氨基]乙基]-ω-輕基-聚(氧-I, 2-乙二基)[CASNo 52550-45-5]、Ν_(2，3- 二羥基丙基)_2，2- 二氟 _2_[1，1，2，2-四氟 _2_[(十三氟己基)氧]乙氧基]-乙酸胺[CAS No 141483-28-5]、α -(2-竣乙基)_ω-[[(十二氣己基)氧]甲氧基]_聚(氧 _1，2-乙_■基)[裡鹽的 CAS No 496850-57-8]、α- [2, 3, 3, 3-四氣-2-[I,1，2, 3, 3, 3_六氣_2_(七氣丙氧基)丙氧基]-I-氧基丙基]-ω -輕基-聚(氧-1,2-乙二基)[CAS No 37541-12-1]和2，3，3，3-四氟-2-(七氟丙氧基)-丙酸聚合物[CAS No26099-32-1]。在一個實施方案中，表面活性劑具有CF3(CF2)m-(OE)n-(OCH2CH2)k-OH的結(jié)構(gòu)，其中m是從3到100的整數(shù)，η是從O到10的整數(shù)，k是從O到200、例如從I到200的整數(shù)。相應(yīng)的表面活性劑的說明性例子是α - (2，2，3，3，4，4，5，5，5-九氟戊基)_ ω -羥基-聚(氧_1， 2-乙二基)[CAS No 82397-48-6]。氫全氟表面活性劑的說明性例子是I-脫氧_1_[(4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，9，9，9-十三氟-I-氧壬基)氨基]_ 木糖醇[CAS-No 487027-48-5]。典型情況下，儀器包括上部入口，它例如可以是或者包含開口。該上部入口能夠提供處理室和儀器的環(huán)境之間的流體連通。這樣的入口可以用于將物質(zhì)導入處理室，或從其中取出物質(zhì)，例如介質(zhì)、液滴或固定構(gòu)件。因此，它可以用作裝載口，例如用于固定構(gòu)件。因此，在某些實施方案中，限定了入口或其中包含了入口的開口的尺寸，足以允許固定構(gòu)件的插入和/或取出。相應(yīng)的入口可以位于處理室的頂部，至少基本上與底部相對。在一個實施方案中，在將液滴放置到處理室中時，入口的位置和形狀幫助液滴的定位。在該實施方案中，入口也可以幫助防止液滴在與處理室中的介質(zhì)接觸時分散成小的液滴。在某些實施方案中，相應(yīng)的入口可以是可密封的，例如通過蓋子或以閥門的形式。從下文將明顯看出，在處理室不帶有密封入口的情況下，本發(fā)明的裝置和方法也能方便地使用。在某些實施方案中，上部入口包括導向裝置，例如用于定位、移動或取出物質(zhì)。本文中使用的術(shù)語“定位”廣義涉及了將物質(zhì)放置在某個位置和將物質(zhì)從某個位置取出。因此，它包括將物質(zhì)帶到或帶入所需位置，以及從其中取出物質(zhì)，即從某個位置帶走物質(zhì)。相應(yīng)的導向裝置可以例如為將物質(zhì)插入處理室中或從其中取出、例如插入儲液器中或從其中取出，提供引導。在典型的實施方案中，導向裝置被設(shè)計成允許將物質(zhì)定位在儲液器上和/或處理室的儲液器中。在某些實施方案中，導向裝置為將液滴分配到固定構(gòu)件表面中的預(yù)定固定區(qū)域上提供引導。儀器可以被設(shè)計成例如引導一個或多個分配裝置的定位。在某些實施方案中，導向裝置為將固定構(gòu)件插入到儲液器中和/或?qū)⒐潭?gòu)件從儲液器中取出提供引導。導向裝置可以具有任何所需的幾何形狀和取向，并可以包含任何所需的幫助或用于物質(zhì)定位的定位工具。適合的定位工具的例子包括但不限于鉆孔、支架、軌、滑塊、溝槽、切口、孔洞、通道或其任何組合?？锥纯梢园ɡ缤?，它被安排在固定構(gòu)件的預(yù)定固定區(qū)域的頂部。在一個實施方案中，相應(yīng)的孔洞被設(shè)計成避免用于分配或插入物質(zhì)的裝置例如噴嘴或移液器頭、與固定構(gòu)件的預(yù)定固定區(qū)域之間直接接觸。為此，孔洞可以例如包含在傾斜的通道中，或孔洞可以被定位成稍微偏離固定構(gòu)件的預(yù)定固定區(qū)域(圖27)。在某些實施方案中，導向裝置具有一對相互作用的定位工具。這對相互作用的定位工具可以被設(shè)計成相對于固定構(gòu)件表面內(nèi)的預(yù)定固定區(qū)域，來定位分配裝置。分配裝置的定位可以例如通過這樣的方式實現(xiàn)，其使得成對的相互作用定位工具中的一個或兩個元件被設(shè)計成承接相應(yīng)的分配裝置。在某些實施方案中，成對的相互作用定位工具可以被設(shè)計成用于定位、包括接納多個分配裝置。成對的相互作用定位工具可以例如包括鉆孔和支架。在這樣的實施方案中，鉆孔可以被設(shè)計成承接托架。支架可以被設(shè)計成例如承接其它物質(zhì)。作為說明性的例子，被設(shè)計成承接噴嘴或移液管頭的支架可以由鉆孔或一對鉆孔承接(參見例如圖28)。因此，在某些實施方案中，鉆孔和支架的相應(yīng)相互作用組合被設(shè)計成引導分配裝置的定位。在某些實施方案中，支架被設(shè)計成引導分配裝置的定位。在某些實施方案中，支架被設(shè)計成承接定位裝置。支架可以包含例如孔洞，用于例如承接分配裝置例如移液管頭。在某些實施方案中，支架包括多個孔洞，用于例如承接多個分配裝置。就此而言，本發(fā)明還提供了用于將分配器引導和/或定位在本發(fā)明儀器的儲液器頂部的器件，儀器具有上部開口。引導和/或定位裝置被設(shè)計成使得它可以被儀器的上部開口承接。它可以例如具有與儀器的開口尺寸相匹配的尺寸，或者它可以裝備有適配器，該適配器允許儀器承接引導和/或定位裝置。在某些實施方案中，引導和/或定位裝置被設(shè)計成承接分配器，例如移液器頭。引導和/或定位裝置可以例如包含上面描述的定位工具，即包含或是鉆孔、支架、軌、滑塊、溝槽、切口、孔洞、通道或其任何組合。引導和/或定位裝置也可以包含上面描述的成對的相互作用定位工具。在某些實施方案中，本發(fā)明的儀器的上部入口包含在入口構(gòu)件中。在這樣的實施方案中，入口構(gòu)件被安排在處理室的儲液器頂部。入口構(gòu)件包含一個或多個入口。入口構(gòu)件可以具有任何所需的幾何形狀、尺寸或表面特征。它可以例如具有面向處理室的儲液器的親水或疏水表面。入口構(gòu)件可以被固定或可拆卸地安排在處理室上，或形成其一部分。在某些實施方案中，由處理室周壁和底部限定的儲液器，可以通過入口構(gòu)件與環(huán)境密封分離。相應(yīng)的密封體可以基于任何所需的機制，例如通過機械力、電磁力或壓力差。
相應(yīng)的密封體可以施加到入口構(gòu)件、處理室或二者上，以便允許儲液器與蓋子或入口構(gòu)件完全和緊密地連接。因此，在典型的實施方案中，密封體被設(shè)計成將入口構(gòu)件與處理室無滲透地連接。相應(yīng)的密封體可以同樣用于將蓋子與處理室無滲透地連接。在某些實施方案中，一旦入口構(gòu)件被安置在儲液器的頂部，密封體就被安排在入口構(gòu)件上對應(yīng)于儲液器的周壁位置的位置中。在某些實施方案中，在定位到儲液器上之后，密封體被安排在處理室的儲液器周壁上對應(yīng)于蓋子或入口構(gòu)件的接觸表面位置的位置中。密封體可以是密封材料例如密封流體。這樣的密封材料的例子包括但不限于凝膠或液體。相應(yīng)的密封體可以是例如膠。可以使用任何與反應(yīng)器組件中樣品流體的所需測量相容的膠。密封材料也可以包括源自于光敏和/或熱敏感聚合物前體的聚合物。因此，密封材料可以在相應(yīng)的前體分配到儲液器(例如其周壁)和蓋子或入口構(gòu)件之間的接觸表面后，通過聚合作用而形成?；蛘?，隔離介質(zhì)一旦分配到相應(yīng)的接觸表面后，就可能能夠通過例如固化而改變其聚集狀態(tài)。最后，相應(yīng)的密封材料也可以是固態(tài)的，但是具有被機械、電和/或磁性活化的性質(zhì)。在密封材料是聚合物的實施方案中，在經(jīng)過這樣的活化后它可以改變其聚集狀態(tài)，使得它可以分配在相應(yīng)的接觸表面上。相應(yīng)的材料經(jīng)聚合、固化或“鈍化”后，相應(yīng)的接觸表面上的流體固化，從而提供了剛性或半剛性的封閉表面。目前使用的密封材料包括但不限于聚二甲基硅氧烷(PDMS)和“室溫硫化的”(RTV)硅。此外，本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員將會認識到，密封過程可以具有可逆或不可逆的性質(zhì)。例如，不經(jīng)過氧化處理，PDMS形成具有光滑表面的非共價的可逆密封體。在某些實施方案中，可能希望在經(jīng)過選定的時間段后，從儲液器上取下蓋子或入口構(gòu)件。在這種情況下可能希望使用可逆的密封。PDMS與例如玻璃、硅、聚苯乙烯、聚乙烯或氮化硅相接觸的不可逆密封可以通過暴露于空氣或氧氣等離子體來實現(xiàn)。在某些實施方案中，密封體是彈性接觸器件，例如襯墊、例如O型環(huán)。在某些實施方案中，密封體是入口構(gòu)件、蓋子或處理室(例如周壁)的彈性接觸構(gòu)件。可以回憶起，本發(fā)明的儀器的密封也可以使用入口構(gòu)件之外的另一種裝置、例如蓋子來實現(xiàn)。相應(yīng)的蓋子可以同樣可拆卸地安裝在儲液器的頂部。在典型的實施方案中，可以將蓋子設(shè)計成蓋住和/或封閉儀器的上部開口(參見上文)。在某些實施方案中，蓋子可以與處理室物理相連。由此，蓋子和處理室可以限定一個封閉的空間。蓋子與處理室之間的接觸可以包括例如上述的密封體，以防止儲液器與環(huán)境之間流體連通。在其它實施方案中，蓋子可以允許儲液器與環(huán)境之間流體連通。作為說明性的例子，它可以被設(shè)計成防止某些物質(zhì)、例如某些尺寸的物質(zhì)例如通過上部開口落入而進入儲液器，同時允許流體例如空氣經(jīng)過蓋子和處理室的周壁之間的縫隙通過。
可能希望這樣安排密封體，使得在鄰近密封體的位置僅形成最小的死空間，如果不是完全沒有的話。這樣的死空間可以在例如蓋子(或入口構(gòu)件)與處理室的周壁之間的O型環(huán)附近形成(參見圖21)?？梢酝ㄟ^將密封體安置在靠近儲液器內(nèi)表面(例如圖21的下部)，來避免這樣的死空間。也可以通過使密封體的尺寸與蓋子或入口構(gòu)件的接觸面積相匹配來避免它，特別是在密封體是凝膠或液體、例如膠的實施方案中。
正如上面指出的，在某些實施方案中，周壁、底部和入口構(gòu)件或蓋子限定了一個封閉的空間。當使用密封工具將入口構(gòu)件與處理室相連時，該空間可以是例如氣密性的。蓋子以及入口構(gòu)件可以包含空隙，它可以被設(shè)計成任何形式，例如凹槽。在某些實施方案中，蓋子可以具有類似甕或碗的形狀(參考圖18、圖19)。一旦安置在處理室的儲液器上，蓋子或入口構(gòu)件的這個空隙、包括凹槽，可以面向處理室的儲液器。由此可以在處理室的頂部提供另一個空間。在某些實施方案中，可以形成由相應(yīng)的空隙包括凹槽與處理室的儲液器提供的連續(xù)空間。入口構(gòu)件可以例如可拆卸地安置在處理室的儲液器頂部，或者以固定的方式安置。在入口構(gòu)件被可拆卸地安裝的實施方案中，它可以被其它裝置或元件例如蓋子代替。在某些實施方案中，入口構(gòu)件含有上述的導向裝置。在入口構(gòu)件包含多個入口的實施方案中，可以設(shè)計相應(yīng)的導向裝置，為每個相應(yīng)的入口提供引導。在某些實施方案中，導向裝置可以設(shè)計成僅僅為選定的入口、例如單一入口提供引導。在某些實施方案中，為多個入口中的每個入口提供了導向裝置。在某些實施方案中，相應(yīng)的導向裝置，一般包含在入口構(gòu)件中，包括鉆孔和支架，例如它們的組合(參見上文)。在這樣的實施方案中，鉆孔可以被設(shè)計成承接支架。支架可以被設(shè)計成引導液體、特別是液滴分配到儲液器中。支架可以例如被設(shè)計成引導分配裝置，例如移液器或移液器頭。作為說明性的例子，可以設(shè)計一對或多對鉆孔用于定位支架。支架可以與噴嘴或移液器頭的尺寸相匹配。它可以是例如圖28和圖29中描繪的移液導向裝置。在某些實施方案中，本發(fā)明的儀器包括入口構(gòu)件定位器。入口構(gòu)件定位器與入口構(gòu)件偶聯(lián)，例如相通、連接或可連接。在某些實施方案中，入口構(gòu)件定位器與入口構(gòu)件可拆卸地偶聯(lián)(例如連接)。入口構(gòu)件定位器還與儲液器偶聯(lián)，例如相通、連接或可連接。在某些實施方案中，入口構(gòu)件定位器與儲液器可拆卸地偶聯(lián)(例如連接)。在某些實施方案中，儲液器和入口構(gòu)件都與入口構(gòu)件定位器偶聯(lián)。在某些實施方案中，儲液器和入口構(gòu)件都與入口構(gòu)件定位器可拆卸地偶聯(lián)。入口構(gòu)件定位器被設(shè)計成將入口構(gòu)件定位于儲液器的頂部。在某些實施方案中，入口構(gòu)件定位器被設(shè)計成幫助將入口構(gòu)件連接到處理室的頂部上，從而連接到其儲液器的頂部上。在某些實施方案中，入口構(gòu)件定位器還被設(shè)計成通過密封入口構(gòu)件在處理室儲液器的頂部上的連接，來密封處理室。作為說明性的例子，入口構(gòu)件定位器可以在入口構(gòu)件上施加機械力來致動鎖閉或用于在入口構(gòu)件和處理室儲液器的頂部之間安置的襯墊上施加壓力。在某些實施方案中，入口構(gòu)件定位器包含樞轉(zhuǎn)工具，例如在途20中描繪的。入口構(gòu)件定位器可以是例如回轉(zhuǎn)裝置。在相應(yīng)的裝置帶有樞轉(zhuǎn)工具的儀器中，入口構(gòu)件可以被樞轉(zhuǎn)安裝在儲液器的頂部，例如當與入口構(gòu)件定位器偶聯(lián)或相連時。由此可以允許入口構(gòu)件相對于儲液器樞轉(zhuǎn)。就此而言，本發(fā)明還涉及用于將入口構(gòu)件和/或蓋子與本發(fā)明儀器的儲液器相連的裝置。該裝置一般被設(shè)計成允許入口構(gòu)件和/或蓋子被定位在儲液器的頂部，并允許入口構(gòu)件/蓋子一旦進入相應(yīng)位置后的連接。裝置含有第一個和第二個座。第一個座被設(shè)計成接納本發(fā)明儀器的儲液器。第二個座被設(shè)計成接納入口構(gòu)件和/或蓋子。第一個和第二個座是相配的，使得第二個座可以定位在第一個座的頂部。由此由第二個構(gòu)件接納的入口構(gòu)件/蓋子可以被定位在第一個構(gòu)件所接納的儲液器的頂部。術(shù)語“相配的”廣義指稱幾何形狀和/或功能上的匹配，即包含了“備好的”、“合適的”、“到位的”、“取向適當?shù)摹?、“尺寸適當?shù)摹?、“適配的”和“有資質(zhì)的”的意思。在某些實施方案中，裝置包含樞轉(zhuǎn)工具(同上，圖20)。通過這樣的樞轉(zhuǎn)工具，第一個支架和第二個支架可以樞轉(zhuǎn)相連，例如回轉(zhuǎn)安裝。在某些實施方案中，裝置包含了用于將第二個座安放于第一個座頂部位置中的操縱桿(參見圖20)。由此，在一個實施方案中，兩個座可以被手動定位。在某些實施方案中，操縱桿與第一個座偶聯(lián)。在某些實施方案中，操縱桿與第二個座偶聯(lián)。在某些實施方案中，操縱桿與兩個座都偶聯(lián)。在某些實施方案中，操作桿可以包含鎖定工具，用于鎖住操縱桿，以例如防止它被意外啟動。 正如上面解釋的，固定構(gòu)件包含預(yù)定的固定區(qū)域。在某些實施方案中，該預(yù)定的固定區(qū)域可以含有具有連接部分的分子。相應(yīng)的分子可以是基于烴的(包括聚合物)，并包含氮-、磷-、硫-、carben_、鹵素-或擬鹵素基團。作為說明性的例子。固定構(gòu)件表面的固定區(qū)域可以包含，例如包被有，刷狀聚合物，例如具有短側(cè)鏈的刷狀聚合物。固定表面也可以例如通過接枝而包括含有刷狀結(jié)構(gòu)的聚合物。它可以包含例如允許靶物質(zhì)共價結(jié)合的官能團，例如分子如蛋白或核酸分子。相應(yīng)的連接部分的例子包括但不限于氨基基團、醛基團、硫醇基團、羧基基團、酯、酸酐、磺酸根、磺酸酯、亞胺酯、甲硅烷基鹵化物、環(huán)氧化物、氮丙啶、亞磷酰胺和重氮烷烴。關(guān)于通過連接部分進行共價固定方面的全面介紹，已經(jīng)由例如Goddard & Hotchkiss 給出(Progress in Polymer Science (2007) 32, 7,698-725)。就此應(yīng)該提到的是，非共價固定也同樣適合于本發(fā)明的方法。在某些實施方案中，連接部分是靶分子例如蛋白、核酸、多糖或其任何組合的受體分子。在這樣的實施方案中，連接部分和靶分子可以限定特定的結(jié)合對。相應(yīng)的受體分子的例子包括但不限于免疫球蛋白、基于脂籠蛋白家族多肽的突變蛋白、glubody、基于錨蛋白或晶體支架的蛋白、高親和性多聚體(avimer)、T7表位、麥芽糖結(jié)合蛋白、單純性皰疹病毒糖蛋白D的HSV表位、血凝素表位，以及轉(zhuǎn)錄因子c-myc的myc表位、寡核苷酸、寡糖、寡肽、生物素、二硝基苯酚、洋地黃毒甙和金屬螯合劑(也參見下文)。作為說明性的例子，在靶分子是金屬離子的情況下，可以使用相應(yīng)的金屬螯合劑，例如乙二胺、乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二醇四乙酸(EGTA)、二乙三胺五乙酸(DTPA)、N，N-雙(羧甲基)甘氨酸(也被稱為氨三乙酸，NTA)、1，2-雙(鄰-氨基苯氧基)乙烷-N，N，N'，N'-四乙酸(BAPTA)、2，3-二巰基-I-丙醇(二巰基丙醇)、卟吩或血紅素。例如，EDTA與大多數(shù)一價、二價、三價和四價金屬離子、例如銀(Ag+)、鈣(Ca2+)、猛(Mn2+)、銅(Cu2+)、鐵(Fe2+)、鈷(Co3+)和鋯(Zr4+)形成復(fù)合物，而BAPTA特異性針對Ca2+。在某些實施方案中，與相應(yīng)的金屬離子復(fù)合的相應(yīng)金屬螯合劑限定了連接部分。這樣的復(fù)合物是例如所定義序列的肽的受體分子，該序列也可包含在蛋白中。作為說明性的例子，在本技術(shù)領(lǐng)域中使用的標準方法是在寡聚組氨酸標簽與銅(Cu2+)、鎳(Ni2+)、鈷(Co2+)或鋅(Zn2+)離子之間形成復(fù)合物，它通過螯合劑氨三乙酸(NTA)表現(xiàn)出來。
作為說明性的例子，聚電解質(zhì)例如聚(3-8 (S)-5-氨基-5-甲氧基羧基-3-氧雜戊基]2，5_硫代亞苯基鹽酸鹽)和肽(例如合成的肽或從天然來源分離的肽)的混合物，或聚(3-[(S)-5-氨基-5-羧基-3-氧雜戊基]-2，5-硫代亞苯基鹽酸鹽)和鈣調(diào)蛋白的混合物，可以按照Asberg等的描述(Langmuir (2006) 22，5，2205-2211)，通過在聚(二甲基硅氧
烷)的表面區(qū)域上溫育相應(yīng)的緩沖水溶液，然后將其干燥，來固定在該表面區(qū)域上在某些實施方案中，通過將第一個連接部分的官能團與第二個連接部分進行反應(yīng)，來獲得相應(yīng)的連接部分。這可能是例如獲得對選定的靶物質(zhì)具有選定的特異性程度的連接部分所需要的。連接部分可以例如與靶分子的受體分子反應(yīng)。受體分子和靶分子定義了特異性結(jié)合對(參見上文和下文)。通過相應(yīng)的反應(yīng)，可以形成復(fù)合物例如配位復(fù)合物，或共價鍵。通過形成這樣的復(fù)合物或鍵，原先的連接部分被轉(zhuǎn)化成另一個連接部分。作為說明性的例子，本發(fā)明的相應(yīng)的方法可以包括將基底的表面與靶分子的受體分子相接觸(也參見上文)。受體分子能夠與連接部分相互作用，使得在受體分子和連接部分之間形成復(fù)合物。在某些實施方案中，該復(fù)合物的形成可以導致或部分導致了共價鍵的形成。結(jié)果，受體分子通過連接部分被固定在多個表面區(qū)域上。連接部分又被轉(zhuǎn)變成另一種連接部分。醛、氨基或巰基基團可以與例如肽、蛋白、寡糖、寡核苷酸或任何其它對選定的靶分子具有所需特異性的分子進行反應(yīng)(具體的例子，參見例如Sanghvi等，2005，同上)。得到的部分可以是例如在本技術(shù)領(lǐng)域中被稱為“親和標簽”的部分。這樣的部分的例子包括但不限于生物素、二硝基苯酚、洋地黃毒甙、寡聚組氨酸、多聚組氨酸、免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域、麥芽糖結(jié)合蛋白、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GST)、鈣調(diào)蛋白結(jié)合肽(CBP)、FLAG’ -肽、T7表位(Ala-Ser-Met-Thr-Gly-Gly-Gln-Gln-Met-Gly)、麥芽糖結(jié)合蛋白(MBP)、單純性皰疹病毒糖蛋白 D 的 Gln-Pro-Glu-Leu-Ala-Pro-Glu-Asp-Pro-Glu-Asp 序列的 HSV 表位、Tyr-Pro-Tyr-Asp-Val-Pro-Asp-Tyr-Ala 序列的血凝素(HA)表位，以及 Glu-Gln-Lys-Leu-Ile-Ser-Glu-Glu-Asp-Leu序列的轉(zhuǎn)錄因子c_myc的“myc”表位。作為另一個說明性的例子，相應(yīng)的部分也可以是抗體、其片段或具有抗體樣功能的蛋白類結(jié)合分子。(重組)抗體片段的例子是Fab片段、Fv片段、單鏈Fv片段(scFv)、雙抗體、三抗體(Iliades, P.，等，F(xiàn)EBS Lett (1997) 409，437-441)、十抗體(Stone, E.，等，Journal of Immunological Methods (2007) 318,88-94)以及其它結(jié)構(gòu)域抗體(Holt,L. J.,等，Trends Biotechnol. (2003), 21,11,484-490)。具有抗體樣功能的蛋白類結(jié)合分子的例子是基于脂籠蛋白家族多肽的突變蛋白(W0 2003/029462 ;W0 2005/019254 ;W02005/019255 ；W0 2005/019256 ;Beste等，Proc. Natl Acad Sci. USA (1999)96，1898-1903)。脂籠蛋白，例如后膽色素結(jié)合蛋白、人類嗜中性細胞明膠酶相關(guān)的脂籠蛋白、人類載脂蛋白D、人類眼淚脂籠蛋白或生殖糖蛋白，擁有天然的配體結(jié)合位點，這些位點可以被修飾，使得它們與被稱為半抗原的選定小蛋白區(qū)域結(jié)合。其它蛋白類結(jié)合分子的其它非限制性例子是所謂的glubodies (參見WO 96/23879)，基于錨蛋白支架的蛋白(Mosavi,L. K.,等，ProteinScience (2004) 13，6，1435-1448)或晶體支架的蛋白(W0 2001/04144)、Skerra 描述的蛋白(J. Mol. Recognit. (2000) 13，167-187)、AdNectins、四連接素、高親合性多聚體和類肽。高親合性多聚體含有所謂的A-結(jié)構(gòu)域，在幾種細胞表面受體上作為成串的多個結(jié)構(gòu)域出現(xiàn)(Silverman, J，等，Nature Biotechnology (2005) 23,1556-1561)。Adnectins,源自于人類纖連蛋白的結(jié)構(gòu)域，含有三個環(huán)，它們可以被工程化，類似免疫球蛋白與靶結(jié)合(Gill，D. S. & Damle, N. Κ. , Current Opinion in Biotechnology (2006) 17，653-658)。四連接素，源自于相應(yīng)的人類同三聚體蛋白，同樣在C型凝集素結(jié)構(gòu)域中含有環(huán)狀區(qū)域，可以被工程化進行所需的結(jié)合(如上)。類肽，可以像蛋白配體一樣起作用，是寡聚的(N-烷基)甘氨酸，它們與肽的差別在于側(cè)鏈連接到酰胺的氮而不是α-碳原子上。類肽一般對蛋白酶和其它修飾酶有抗性，可以具有比肽高得多的細胞穿透性(參見例如Kwon，Y. -U.和Kodadek，T.，J. Am. Chem. Soc. (2007) 129，1508-1509)。當需要時，可以使用修飾劑，以進一步增加相應(yīng)的部分對任何或某些形式、類別的靶物質(zhì)的親合力。在某些實施方案中，儀器包含電極、磁鐵(例如條形磁鐵)、電磁鐵、磁鐵或電磁鐵的陣列，或其任何組合。相應(yīng)的電極、磁鐵或電磁鐵可以定位在儀器中的任何位置，分別能夠提供電場、磁場或電磁場。作為說明性的例子，它可以包含在儲液器的底部中。作為另一個說明性的例子，電極可以包含在固定構(gòu)件中，例如以電 子芯片的形式(例如圖4F)。在某些實施方案中，儀器含有一個或多個用于將多個相同的或類似的儀器堆放起來的裝置。這樣的裝置可以被設(shè)計成用于將一個儀器固定在另一個儀器的頂部。說明性的例子是圖16B和圖17中描繪的圓形凹入。相應(yīng)的凹入可以例如與本發(fā)明的另一個儀器的相應(yīng)突出相匹配。在某些實施方案中，儀器含有一個或多個裝置，用于將儀器連接和/或固定到另一個儀器例如檢測器(參見例如圖15)上、或提供所需的環(huán)境例如所需的溫度或氣氛的儀器上。在某些實施方案中，儀器還包含進料組件。進料組件與處理室流體連通。一般情況下，它允許流體流入和/或流出處理室，特別是流入或流出儲液器。進料組件可以例如與儲液器物理相連，例如通過端口。相應(yīng)的端口可以安置在處理室中的任何地方，例如底部、周壁或蓋子或入口構(gòu)件中。在某些實施方案中，進料組件包含入口通道。相應(yīng)的入口通道被設(shè)計成允許介質(zhì)流入儲液器。在某些實施方案中，進料組件含有出口通道。相應(yīng)的出口通道被設(shè)計成允許介質(zhì)流出儲液器。在某些實施方案中，進料組件含有多用途的通道，它既可以用作入口通道也可以用作出口通道。在某些實施方案中，進料組件包含入口通道和出口通道?？梢岳缤ㄟ^進料組件，允許與液滴的液體混溶的液體流入儲液器和/或流出儲液器。通過進料組件，也可以允許與液滴的液體不混溶的介質(zhì)流入儲液器和/或流出儲液器。在某些實施方案中，進料組件也包含加壓裝置，用于對與加壓裝置流體連通的儀器的任何元件或部分施加壓力。加壓裝置可以例如被設(shè)計成對進料組件的入口通道中存在的介質(zhì)例如液體施加壓力。由此，壓力可以導致介質(zhì)流入與相應(yīng)的入口通道流體連通的儲液器。在某些實施方案中，由加壓裝置施加的壓力可以嚙合密封裝置例如閥門。在某些實施方案中，由加壓裝置施加的壓力作用于儲液器中存在的介質(zhì)上，由此例如導致介質(zhì)流出儲液器。在某些實施方案中，加壓裝置被設(shè)計成用于施加負壓，由此導致介質(zhì)、例如流體流入加壓裝置的方向。被設(shè)計用于施加負壓的加壓裝置可以例如與進料組件的出口通道流體連通，由此導致與其流體連通的儲液器中的介質(zhì)流出儲液器。相應(yīng)的加壓裝置可以例如包含或是泵、注射器或其組合。在某些實施方案中，進料組件與處理室可拆式連接。進料組件可以例如包含連接/拆開工具，以允許或便于將進料組件與處理室的連接和/或拆開或移除。在某些實施方案中，本發(fā)明的儀器包括儲液器座，例如樞轉(zhuǎn)式儲液器座。樞轉(zhuǎn)式儲液器座可以設(shè)計成接納并樞轉(zhuǎn)儲液器。樞轉(zhuǎn)儲液器可以便于介質(zhì)流入和/或流出儲液室(也參見下文)。儀器也可以包含用于機械移動或攪拌(特別是搖晃)儲液器和/或處理室的工具。這樣的工具的說明性例子是攪拌裝置，它被設(shè)計成接納并攪拌儲液器。攪拌裝置由此可以促進或引起儲液器中存在的物質(zhì)的攪拌、混合和/或過濾。本發(fā)明處理生物和/或化學樣品的方法包括提供上述的儀器。上面已經(jīng)指出，提供儀器可以包括提供含有儲液器的裝置。相應(yīng)裝置的儲液器由周壁和底部限定。此外，儲液器還能夠接納固定構(gòu)件(參見上文)。提供儀器還可以包括提供固定構(gòu)件，以及將固定構(gòu)件放置在儲液器中。由此形成了儀器的處理室。本發(fā)明的方法還包括將與液滴的液體不混溶的介質(zhì)放置在儀器中。作為說明性的例子，儀器可以含有入口例如閥，通過它可以允許介質(zhì)進入。作為另一個說明性的例子，儀器可以包含上面描述過的上部開口。通過該開口可以例如將介質(zhì)倒入儲液器。在儲液器中倒入的介質(zhì)的量，足以達到使預(yù)定的固定區(qū)域完全被介質(zhì)覆蓋。在固定構(gòu)件被放置到儲液器中的方法的實施方案中，可以在固定構(gòu)件被放置到儲液器中之前、同時或之后，將介質(zhì)放 置到儲液器中。作為說明性的例子，在一個實施方案中，首先提供帶有儲液器的裝置，然后將介質(zhì)放置到裝置的儲液器中，然后將入口構(gòu)件放置到儲液器中。選擇例如后一種實施方案，是為了在提供儀器和將液體填充到其處理室中時，避免形成有害的空氣泡。典型情況下，填充在儲液器中的介質(zhì)的量足以完全覆蓋固定構(gòu)件的有圖案的表面。在某些實施方案中，介質(zhì)的量還足以完全覆蓋固定在相應(yīng)的有圖案的表面的預(yù)定固定表面區(qū)域上的液滴。在某些實施方案中，介質(zhì)的量足以覆蓋固定構(gòu)件，但僅僅足夠部分容納液滴而不能將其完全覆蓋。例如，當需要使用本發(fā)明的方法和/或儀器來操控液滴蒸發(fā)時，可以選擇這樣的實施方案(例子參見Rastogi, V. , & Velev, O. D.,Biomicrofluidics[2007]1,014107-1-014107-17)。當需要時，可以在處理室中加入與介質(zhì)不混溶的其它介質(zhì)，只要它不阻止或干擾在其中分配所需的液滴即可。例如，可以在處理室的介質(zhì)中加入另一種密度較低的液體，以例如覆蓋處理室中的介質(zhì)表面，例如以層的形式。在這樣的實施方案中，相應(yīng)的另一種液體通常選擇與處理室中的介質(zhì)不混溶，并可能比處理室中的介質(zhì)密度低。例如，為了防止處理室中介質(zhì)的蒸發(fā)，可能需要這樣。作為說明性的例子，處理室中的介質(zhì)可以是氫全氟碳化合物或全氟碳化合物，而液體可以是一層水。因此，在這樣的實施方案中，本發(fā)明的方法包括提供與介質(zhì)(它可以例如已經(jīng)放置在處理室中)不混溶、并且比介質(zhì)的密度低的液體，以及將該液體放置在儀器的處理室中。相應(yīng)液體的放置可以在本發(fā)明方法過程中的任何時間點進行。在某些實施方案中，避免液滴與這樣的另一種介質(zhì)之間接觸可能是有利的。在這樣的情況下，可能希望只在液滴已經(jīng)固定在儀器的固定構(gòu)件上、并且介質(zhì)已經(jīng)放置在儀器的儲液器中之后，才加入這另外一種介質(zhì)。本發(fā)明的方法還包括提供液滴(參見上文)。液滴可以具有任何所需的體積。例如，它可以具有大約Ipl到大約Iml范圍內(nèi)的體積，大約O. Inl到大約500 μ 1，范圍內(nèi)的體積，或大約IOOnl到100 μ I范圍內(nèi)的體積。在某些實施方案中，在空氣中操作體積大于Iml的液滴可能需要進一步適應(yīng)液滴的環(huán)境。就此而言，專業(yè)技術(shù)人員將會認識到，在使用大體積(例如2ml)的液滴時，相應(yīng)的液滴當與表面接觸時可能分裂成較小的液滴。當執(zhí)行本發(fā)明的方法時，在不想這種分裂的情況下，可以通過實驗容易地確定選定液體的液滴的合適體積。此外，本發(fā)明的方法包括將液滴放置在預(yù)定的固定區(qū)域上。將液滴放置在預(yù)定的固定區(qū)域上可以包括將液滴放置在本發(fā)明的儀器或其一部分之中或之上的任何位置，包括處理室以及儲液器或固定構(gòu)件之中或之上的任何位置。在某些實施方案中，在通過將固定構(gòu)件插入到儲液器中以裝配相應(yīng)的處理室之前，將液滴放置在儲液器中或固定構(gòu)件上。在某些實施方案中，通過將液體放置在固定構(gòu)件上，使得它被放置在被形成圖案以含有至少一個預(yù)定固定區(qū)域的表面上，進而接觸或覆蓋相應(yīng)的表面，來形成液滴。結(jié)果，液體可以在至少一個預(yù)定的固定區(qū)域上形成液滴。液滴可以在每個被液體覆蓋或接觸的預(yù)定固定區(qū)域上形成。在某些實施方案中，與液滴的液體不混溶的介質(zhì)(參見上文)，可以在按照上述將液體放置在固定構(gòu)件上之前、一起或之后，放置在有圖案的表面上。由此，液體可以在至少一個預(yù)定的固定區(qū)域上形成液滴。在某些實施方案中，第一個液滴被放置在有圖案的表面的至少一個預(yù)定固定區(qū)域上。在某些實施方案中，該第一個液滴與用于本發(fā)明方法的后續(xù)階段的第二個液滴不同。該第一個液滴的放置可以在例如將任何介質(zhì)放置在儀器包括儲液器中之前進行。該第一個液滴的液體可以是例如水性的細胞培養(yǎng)基。在某些實施方案中，將第一個液滴放置在至少一個預(yù)定固定區(qū)域上，還包括將至少一種或多種微生物加入到儀器中。微生物、例如細胞，可以例如包含在液滴中。此外，相應(yīng)的微生物能夠粘附到預(yù)定的固定表面區(qū)域上。此外，通常是此后，與液滴的液體不混溶的介質(zhì)被放置在其余表面上(參見例如圖13A，步驟I)。正如上面解釋的，其余表面是表面能比液滴的液體低、并且表面能最多與介質(zhì)大致相同的的表面區(qū)域。在某些實施方案中，只放置了足以覆蓋其余表面的量。在其它實施方案中，加入了大量不混溶的介質(zhì)。在這樣的實施方案中，隨后將介質(zhì)排出，在表面上留下一薄層不混溶的介質(zhì)。將另外量的液滴的液體放置到儲液器中(參見例如圖13A，步驟II)。使用的液體量足以覆蓋不混溶的介質(zhì)。由此，防止了液體與其余表面、即表面能最多與所述介質(zhì)大致相同的表面之間接觸。在部分這些實施方案中，在將另外量的液體放置到儲液器中(參見例如圖13A，步驟II)之后，加入至少一種或多種微生物。微生物，例如細胞，可以例如包含在另外量的液體中。此外，微生物能夠粘附到預(yù)定的固定表面區(qū)域上。因此，這樣的實施方案在圖13描繪的微陣列格式中，可以用作大量細胞的培養(yǎng)。微生物沉降到不混溶的介質(zhì)和液體之間的界面上，以及有圖案的表面的至少一個預(yù)定固定區(qū)域上。在該階段，微生物可以被培養(yǎng)，使得液體可以在儲液器中長時間保留。在第一個液滴被放置到預(yù)定固定區(qū)域，并加入另外量的液體以覆蓋其余表面區(qū)域的方法的這些實施方案中，液體被進一步從儀器的儲液器中取出。這可以在例如微生物的培養(yǎng)完成之后進行。在除去液體之后，液體的液滴保留在有圖案的表面的至少一個預(yù)定固定區(qū)域上。由此在至少一個預(yù)定區(qū)域上形成了第二個液滴。在某些實施方案中，第一個液滴的液體和第二個液滴的液體是相同的。在其它實施方案中，兩種液體彼此不同。
因此，本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員將會認識到，本發(fā)明可以提供多個微米規(guī)模以下的組織培養(yǎng)容器，其中每個細胞培養(yǎng)容器被不混溶的介質(zhì)分離開。以前使用有圖案的表面的實驗已經(jīng)顯示，細胞，例如銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa),優(yōu)選粘附到親水性表面區(qū)域，盡管也會粘附到疏水性表面區(qū)域(Satriano, C,等，Materials Science &Engineering C (2006)26，942-946)。將液滴放置在預(yù)定的、例如親水的固定區(qū)域上，也可以包括通過分配形成液滴。例如，液滴可以分配在預(yù)定的固定區(qū)域上，例如在其中央或側(cè)邊上。在本發(fā)明方法的某些實施方案中，液滴被滴在和/或?qū)胍呀?jīng)放置在儀器的處理室中的介質(zhì)上/中。在其它實施方案中，液滴和與液滴的液體不混溶的相應(yīng)介質(zhì)一起形成。在本發(fā)明方法的所有實施方案的過程中，致使液滴浸泡在介質(zhì)中。如果液滴的液體比不混溶介質(zhì)密度高，隨后它將沉沒到介質(zhì)中。當它密度較低時，它漂浮在介質(zhì)的表面上，或朝向介質(zhì)表面的方向上升。在分配液滴 的情況下，它可以通過任何方式來進行。例如，可以提供分配器。分配器可以使用任何適合的裝置或機構(gòu)，以提供和分配具有所需大小的液滴。例子包括但不限于壓電移液器、壓電激活的移液器、基于注射器泵的移液器、蠕動泵、觸發(fā)分配、噴墨分配(包括注射器螺線管分配)和針轉(zhuǎn)移法(綜述參考Rose, D, Drug Discovery Today (1999),4,411-419)。在一個實施方案中，利用分配器，可以將液滴在不與不混溶的介質(zhì)接觸的情況下，放置在不混溶的介質(zhì)的表面上，位于固定構(gòu)件的親水性表面區(qū)域上方。在另一個實施方案中，例如在液滴液體的密度低于處理室中介質(zhì)的密度的情況下，液滴可以分配在不混溶的介質(zhì)表面上的任何地方(不與其相接觸)，隨后通過磁場或電場(包括靜電場)定位到親水性表面區(qū)域的上方。在另一個實施方案中，液滴可以通過接觸分配直接分配在處理室中介質(zhì)的表面上。當需要時，分配的量可以被測量，例如通過在美國專利申請2003/0209560中公開的照相機。正如在上面指出的，在某些實施方案中，將液滴放置在至少一個預(yù)定的固定區(qū)域上包括將液體分配在處理室中。液滴可以從處理室中的任何位置分配，包括側(cè)壁或插入到處理室中的裝置。它可以被直接分配在預(yù)定固定區(qū)域上，或者它可以首先被分配在上面限定的任何其它位置上，隨后被引導到預(yù)定區(qū)域。在某些實施方案中，液滴被分配在介質(zhì)中。在某些實施方案中，在存在或不存在任何介質(zhì)的情況下，液滴被分配在固定構(gòu)件的表面上。在某些實施方案中，分配器的噴嘴可以插入到處理室中介質(zhì)內(nèi)的任何地方。在液滴的密度比不混溶的液體低的情況下，噴嘴可以例如放置在固定構(gòu)件下，使得形成的液滴被浮力驅(qū)動向上，到達其表面內(nèi)預(yù)定固定區(qū)域的之下或其上。在某些實施方案中，分配管、例如分配器的噴嘴，被定位在緊挨圖4C中所示的預(yù)定固定區(qū)域的上方，或緊挨圖4D中所示的預(yù)定固定區(qū)域的下方。作為分配管的另外兩個說明性的例子，液滴可以通過移液器頭或毛細管分配。相應(yīng)的分配器可以含有液滴的液體，并被設(shè)計成或適合于在出口處例如尖頭的末端產(chǎn)生和打斷滴落物，以在介質(zhì)中形成液滴。為了便于打斷從分配器的出口出來的滴落物，分配器的表面可以涂有疏水性的和/或疏油性的涂層，例如全氟碳薄膜如特氟龍(也參見上文)。在某些實施方案中，液體的分配器可以簡單地攪動以打斷尖頭末端出來的滴落物。這樣釋放液滴的方法可以單獨或組合使用。正如上面提到的，在其它實施方案中，液滴可以分配在距預(yù)定固定區(qū)域上任何所需距離處，然后被導向預(yù)定固定區(qū)域。作為說明性的例子，液滴可以分配在儲液器中包含的介質(zhì)上。然后可以允許或迫使液滴與介質(zhì)相接觸并進入它。此外，然后可以允許或迫使液滴通過介質(zhì)到達固定構(gòu)件的有圖案的表面中包含的親水性表面區(qū)域。當需要時，可以引導或迫使液滴朝向某些方向，例如朝向側(cè)面或向上等，使得它能夠到達固定構(gòu)件。然后可以允許液滴與預(yù)定固定區(qū)域接觸。
在某些實施方案中，液滴或多個液滴,可以在另一個有圖案的表面上形成。在這些實施方案中，液滴的形成可以例如通過與相應(yīng)的液體相接觸、由此產(chǎn)生單分散的液滴來進行(參見 Kusumaatmaja, H.，& Yeomans, J. Μ.，Langmuir [2007] 23,956-959)。然后可以將其上形成有液滴的另一個有圖案的表面放置在靠近固定構(gòu)件的位置上。一旦液滴與固定構(gòu)件的有圖案的表面接觸后，液滴可以放置在其上。在某些實施方案中，在固定構(gòu)件的表面上，可以以相應(yīng)的方式直接形成一個或多個液滴。
引導液滴、包括允許它進入與液滴的液體不混溶的介質(zhì)，可以例如通過施加機械力例如正壓力來實現(xiàn)。作為說明性的例子，液滴可以分配在處理室上方或其中包含的介質(zhì)上方。當需要時，它可以例如從與預(yù)定固定區(qū)域的位置上方相垂直的位置進行分配，例如沿著重力方向看去垂直。通過壓力分配液滴可以在液滴上施加力，提供了速度，該速度首先足以使液滴進入介質(zhì)，由此它也可以進入處理室。在這些實施方案中，響應(yīng)液滴的動力學能量高于介質(zhì)的阻力和液滴在收縮時的變形。一旦液滴通過處理室中介質(zhì)的表面，它進一步暴露于同樣的力。其次，該力然后足以將液滴加速到某個速度，使得液滴穿過該介質(zhì)到達固定構(gòu)件的有圖案的表面區(qū)域。由此，使得液滴與預(yù)定的固定區(qū)域相接觸。在某些實施方案中，方法還包括使液滴帶電，例如通過電離空氣(參見例如圖3)。在這樣的實施方案中，液滴一般在與處理室中的介質(zhì)接觸之前帶電。在某些實施方案中，液滴在進入儲液器之前帶電。這一個這樣的實施方案中，液體在被分配之前在噴嘴中帶電。在另一個實施方案中，首先分配液滴、例如從分配器的噴嘴，然后使形成的液滴帶電，例如通過電離空氣。在使用不同液體的多個液滴的實施方案中，一個或多個這些液體可以被選擇性帶電，例如在被分配之前。液體可以例如不論在分配之前還是之后，使用可商購的充電器，例如Simcc/ s V-Block靜電充電器，通過電暈充電來帶電。應(yīng)該理解，對于充電來說，只有來自正極或負極的一個電極的帶電離子從充電器中釋放。許多充電設(shè)備是可商購的，如果需要，它們可以容易地適合為分配器提供所需的修改。在某些實施方案中，方法包括將液滴暴露于電場、包括靜電場，使得允許或迫使液滴進入介質(zhì)，并穿過它朝向固定構(gòu)件。在該實施方案中，典型情況下，液滴在較早的階段被充電(同上)。在另一個實施方案中，方法包括將液滴暴露于磁場。在另一個實施方案中，方法包括將液滴同時暴露于磁場和電場，使得允許或迫使液滴進入介質(zhì)，并穿過它朝向固定構(gòu)件。在另一個實施方案中，液滴被允許通過重力進入介質(zhì)。在該實施方案中，典型情況下，液滴比包含在處理室中的介質(zhì)重。在另一個實施方案中，允許液滴進入介質(zhì)并穿過它朝向固定構(gòu)件，包括將液滴暴露于電場、靜電場、磁場和重力的任何組合。在某些實施方案中，通過電/磁場允許或迫使液滴通過介質(zhì)并與固定構(gòu)件相接觸。在方法的某些實施方案中，當液滴固定在固定構(gòu)件的預(yù)定固定區(qū)域上之后，電/磁場終止。當需要時，液滴在充電后可以被中和。這對于例如增強將液滴固定在固定構(gòu)件的預(yù)定固定區(qū)域上的界面相互作用的穩(wěn)定性，可能是需要的。放電可以通過可商購的裝置來進行，例如Simco' s V-Block靜電充電器。為了放電，正和負離子發(fā)生器都被激活，并產(chǎn)生兩種符號的充足的電荷用于中和。應(yīng)該提到，對于中和目的來說，應(yīng)該為靶物體提供足夠量的正和負電荷。根據(jù)所選的電荷發(fā)生器和芯片儀器的構(gòu)造，中和可以發(fā)生在整個芯片儀器局部或全部中。在典型的實施方案中，只有在液滴一旦已經(jīng)被固定在固定構(gòu)件的預(yù)定固定區(qū)域上之后才進行該過程(也參見下文)。但是，在某些實施方案中，該過程可以在較早的時間點開始或進行，例如一旦液滴已經(jīng)進入與液滴的液體不混溶的介質(zhì)中之后。在本發(fā)明方法的某些實施方案中，將液滴暴露于電/磁場包括排斥液滴。在某些這樣的以及其它的實施方案中，將液滴暴露于電/磁場包括吸引液滴。通過電場吸引和/或排斥液滴，可以例如通過電極來實現(xiàn)。在某些實施方案中，相應(yīng)的電極包含在本發(fā)明的裝置中(同上)，例如以電子芯片的形式(例如圖4F)。
在施加磁場的實施方案中，液滴可以包含可磁性吸引的物質(zhì)，例如顆粒。在這樣的情況下，將液滴暴露于磁場，在可磁性吸引的物質(zhì)上施加了力，使得液滴作為整體被迫使進入介質(zhì)，并通過它朝向固定構(gòu)件。液滴被磁場吸引或排斥的方式可以與帶電荷的液滴在電場(包括靜電場)中相似。在某些實施方案中，在液滴進入介質(zhì)之前施加磁場。在其它方法中，通過不同于磁場的力使液滴到達介質(zhì)，在某些實施方案中包括進入它。在這樣的實施方案中，除了這些其它的力之外使用磁場，僅僅是為了幫助將液滴導向固定構(gòu)件的有圖案表面上的預(yù)定固定區(qū)域。在其它實施方案中，允許液滴進入介質(zhì)并通過它朝向固定構(gòu)件，是通過磁場來實現(xiàn)的。在某些實施方案中，一旦界面例如親水-親水相互作用將液滴固定在固定構(gòu)件的預(yù)定固定區(qū)域上之后，磁場終止。液滴保持固定在預(yù)定固定區(qū)域上，因為液滴上的浮力強度不足以釋放液滴。在這樣的實施方案中使用的可磁性吸引的物質(zhì)可以是提供表面對某些物質(zhì)具有親合力的磁性顆粒，這樣的親合力允許例如吸附/吸引蛋白、肽、核酸和其它化合物(參見下文)。如上所述，在某些實施方案中，本發(fā)明的儀器的固定構(gòu)件提供了上面限定的多個預(yù)定的固定表面區(qū)域，例如多個親水性表面區(qū)域。因此，相應(yīng)的儀器可用于本發(fā)明的方法中。本發(fā)明的方法的這類實施方案可以包括將多個液滴放置在預(yù)定的、例如親水性的固定表面區(qū)域上。多個液滴可以例如以上面描述的機械方式分配到多個預(yù)定的固定表面區(qū)域的下方或上方。如上所述，固定構(gòu)件可以從儲液器中取出，并且只有在液滴已經(jīng)放置在固定構(gòu)件上之后，才被插入到其中。單個分配器可以例如連續(xù)地將液滴分配在處理室中選定的位置上，或者可以同時使用多個分配器。作為說明性的例子，可以使用一個或多個分配器的一個或多個噴嘴，將多個液滴直接分配在具有相對高表面能的多個預(yù)定的固定表面區(qū)域上。當需要時，液滴的放置可以平行進行。相應(yīng)的多個液滴的每個液滴可以包含生物和/或化學樣品，例如來自不同來源的樣品?？梢栽谒龆鄠€液滴中的任何數(shù)量樣品上進行處理。在某些實施方案中，對不同的樣品進行不同的處理；在某些實施方案中，在不同的樣品上進行同樣的處理。在一個這樣的實施方案中，所有的樣品同時進行平行處理，使得處理、包括多種處理，在多個液滴中平行地進行。在某些實施方案中，特別是在固定構(gòu)件上的預(yù)定表面區(qū)域含有具有連接部分的分子的情況下，方法還包括將靶物質(zhì)例如靶分子固定在多個固定表面區(qū)域上。這可以例如通過連接部分來實現(xiàn)，不論是通過形成復(fù)合物或通過共價鍵。任何物質(zhì)都可以是靶物質(zhì)，任何分子同樣也可以被選作靶分子。作為說明性的例子，靶物質(zhì)可以是包含在樣品中的分析物，例如源自人類或非人類動物、植物、細菌、病毒、孢子、真菌或原生動物的樣品，或來自合成的或生物來源的有機或無機材料。相應(yīng)的分析物可以是例如蛋白、核酸分子、溶劑分子、殺蟲劑分子、糖類分子、過敏原、激素、病毒或細胞。在某些實施方案中，在具有連接部分的分子中可以連接或包含可檢測的標志物(例如在蛋白/肽鏈中摻入標志物，參見例如Popp, M. W.,等，Nature ChemicalBiology (2007) 3，11，707-708)。這可以例如監(jiān)測帶有連接部分的相應(yīng)分子的沉積來進行?？捎玫倪B接部分可以反應(yīng)到任何程度。使用低濃度或量的相應(yīng)標志物，可以保留例如選定百分率的連接部分來用于與靶分子反應(yīng)或轉(zhuǎn)化成另一種連接部分(參見上文)。相應(yīng)的標志化合物也可以包含在用于將連接部分轉(zhuǎn)化成另一種連接部分的試劑中。這樣的標志物可以是可光學檢測的標記、熒光團或發(fā)色團。適合的標記的例子包括但不限于有機分子、酶、放射活性、熒光和/或生色基團發(fā)光基團、半抗原、洋地黃毒甙、生物素、金屬復(fù)合物、金屬和膠體金。因此，放射活性氨基酸、熒光素異硫氰酸酯、5，6-羧基-甲基熒光素、德克薩斯紅、硝基苯-2-氧雜-1，3-重氮-4-基、香豆素、丹磺酰氯、羅丹明、氨基甲基香豆素、曙紅、赤蘚紅、BODIPY· 、CascadeBlue 、Oregon Green 、花、_絲胺、咕噸、卩丫唳、嗯嗪、藻紅蛋白、Cy3、Cy3. 5、Cy5、Cy5. 5和Cy7酶、堿性磷酸酶、大豆過氧化物酶或辣根過氧化物酶，可以用作幾個說明性的例子。 正如上面指出的，液滴可以含有可磁性吸引的顆粒。為了方便起見，在本文中，可磁性吸引的顆粒被稱為“磁性顆?！被颉按判灾椤薄４判灶w?？梢园勾判缘?、鐵磁性的、順磁性的或超順磁性的材料。超順磁性材料對磁場應(yīng)答產(chǎn)生感應(yīng)磁場，但是不導致永久性磁化?；谘趸F的磁性顆粒是例如可商購的來自Dynal Biotech的Dynabeads 、來自Miltenyi Biotec的磁性微珠、來自CPG Inc.的磁性多孔玻璃珠，以及可以來自其它來源，例如 Roche Applied Science、BIOCLON、BioSource International Inc.、micromod、AMBION、Merck、Bangs Laboratories、Polysciences 或 Novagen Inc.,僅舉數(shù)例?；诔槾判訡o和FeCo的磁性納米顆粒以及鐵磁性Co納米晶體，已經(jīng)由例如Hiitten,A.等描述(J. Biotech. (2004)，112，47-63)。通過例如包含在磁性顆粒中的配體，磁性顆粒可能能夠結(jié)合被懷疑或已知包含在生物和/或化學樣品中的靶物質(zhì)。磁性顆?？梢员辉O(shè)計成通過化學吸附例如共價鍵、或物理吸附例如靜電吸引來行使吸引靶物質(zhì)的功能。在這樣的實施方案中使用的磁性顆粒可以提供對某些物質(zhì)具有親合力的表面，允許例如吸附/吸引蛋白、肽、核酸和其它化合物。例子包括但不限于通過物理方式吸引，例如η -疊加、偶極-偶極、感應(yīng)偶極-偶極、范德華力、相反電荷或氫鍵，例如抗體-抗原結(jié)合吸引，以及在對靶物質(zhì)具有結(jié)合活性性的配體和靶之間例如配體和金屬之間形成的親和吸引。作為兩種其它的說明性例子，也可以憑借物理化學鍵例如金和巰醇之間的鍵，或幾何方法例如體積排阻。同一個或幾個磁性顆粒的不同區(qū)域也可以被設(shè)計成吸引或“捕獲”靶物質(zhì)。在磁性顆粒含有能夠與懷疑或已知包含在生物和/或化學樣品中的靶物質(zhì)結(jié)合的配體的實施方案中，相應(yīng)的配體可以單獨地或與其余顆粒一起結(jié)合祀物質(zhì)。在某些實施方案中，這樣的配體能夠選擇性結(jié)合這樣的靶物質(zhì)，例如但不限于離子、聚離子、金屬、DNA、RNA、蛋白(包括其合成類似物)、細菌細胞、孢子、病毒、低分子量有機分子或無機化合物。相應(yīng)的配體可以固定在可磁性吸引顆粒的表面上。相應(yīng)的配體可以是例如基于烴的(包括聚合物的)，并包括含有氮_、磷_、硫_、carben-、鹵素-或擬鹵素的基團。它可以是醇、有機酸、無機酸、胺、膦、硫醇、二硫化物、烷烴、氨基酸、肽、寡肽、多肽、蛋白、核酸、脂類、糖類、寡糖或多糖。作為其它例子，它也可以是陽離子、陰離子、聚陽離子、聚陰離子、聚陽離子、電解質(zhì)、聚電解質(zhì)、碳納米管、碳納米泡沫、二氧化硅顆粒、玻璃顆?；蜾X硅酸鹽。一般來說，這樣的配體對靶物質(zhì)的親合力比對其它物質(zhì)更高。相應(yīng)的配體的例子包括但不限于冠醚、抗體、其片段和具有抗體樣功能的蛋白類結(jié)合分子(例子參見上文)。這樣的配體可以包括其它成分例如核酸，特別是在配體是或包含抗體、抗體片段或具有抗體樣功能的蛋白類結(jié)合分子的實施方案中。作為說明性的例子，可以使用抗體 _DNA 嵌合體(參見 Burbulis, L,等，Nature Methods (2007 DOI 10. 1038/NMETHl 127)。例如，出于定量的目的，可能需要使用這樣的抗體-DNA嵌合體(同上)。適合的配體的其它例子包括但不限于分子印記的結(jié)構(gòu)、細胞外基質(zhì)、凝集素、蛋白A、蛋白G、金屬、金屬離子、氨三乙酸衍生物(NTA)、RGD-基序、葡聚糖、聚乙烯亞胺(PEI)、聚電解質(zhì)、氧化還原聚合物、糖蛋白、適配體、酶、染料、鏈親和素、直鏈淀粉、麥芽糖、纖維素、幾丁質(zhì)、谷胱甘肽、鈣調(diào)蛋白、明膠、多粘菌素、肝素、MD、NADP、賴氨酸、精氨酸、苯甲脒、多聚U或寡聚-dT。凝集素例如刀豆蛋白A已知能夠結(jié)合多糖和糖基化蛋白。染料的說明性的例子是三嗪染料，例如Cibacron blue F3G-A (CB)或Red HE-3B，它們特異性結(jié)合NADH依賴性酶。Green A與CoA蛋白、人血清白蛋白和脫氫酶結(jié)合。染料7-氨基放線菌素D和4!，6-二咪基-2-苯基吲哚與DNA結(jié)合。金屬陽離子例如Ni、Cd、Zn、Co或Cu通常用于結(jié) 合親和標簽，例如含有寡聚組氨酸的序列，包括六聚組氨酸或His-Asn-His-Arg-His-Lys-His-Gly-Gly-Gly-Cys 標簽(MAT 標簽)、六肽 His-Ser-Gln-Lys-Val-Phe (結(jié)合鎘)和 N-甲基丙烯?；?(L)-半胱氨酸甲酯。此外，磁性顆?？梢园挥懈男詣?，用于進一步增加基底對任何或某些形式、類別等的靶物質(zhì)的親和性。在某些實施方案中，靶物質(zhì)是被懷疑或已知存在于其它(不需要的)物質(zhì)中的分子，它需要從其中被提取出來。從生物體、生物體的一部分或胚胎提取分子，可以包括例如使用便于所需分子從生物體或其部分轉(zhuǎn)移到液體中的化合物。從生物體的一部分提取分子的說明性例子是提取(完全或部分)整合在細胞膜中的蛋白。通常希望將這樣的蛋白轉(zhuǎn)移到水性溶液中進行進一步加工。便于將這樣的蛋白轉(zhuǎn)移到水性溶液中的化合物是去污劑。將相應(yīng)的細胞膜與添加了去污劑的水性溶液相接觸，通常將導致膜蛋白的提取。當使用磁性顆粒時，它們同時可以用作靶物質(zhì)的載體，或者作為其備選，它們本身用作傳感器技術(shù)環(huán)境中的標簽或放大器。例子包括但不限于巨磁電阻(GMR) [Chiriac，H，等，Journal of Magnetism and Magnetic Materials (2005) 293,671-676]、表面加強的拉曼光譜(SERS)、加強的表面等離子體共振(eSPR)和二維毛細管電泳。作為說明性的例子，可以將靶物質(zhì)與固定在本發(fā)明液滴中的不同磁性顆粒上的配體相結(jié)合。通過其它不論是結(jié)合在固定相、溶液中還是其它部分的親和性配體，可以將靶物質(zhì)和與其結(jié)合的磁性顆粒一起分離。當磁性顆粒被暴露于磁場時，它們產(chǎn)生偶極場。該偶極場可以通過偶極傳感器檢測。通過對傳感器阻抗的幅度進行定量，能夠?qū)Π形镔|(zhì)的量進行定量。當本發(fā)明的方法與另一種方法例如分析或制備方法(也參見下文)相組合時，可能希望提供能夠或有利于同時執(zhí)行這種另外的方法和本發(fā)明的方法的表面。適合于本發(fā)明中使用的液滴的各種液體的實用性通常允許對化學表面處理包括涂層進行靈活的選擇。因此，在本發(fā)明的方法和后續(xù)方法的過程中，通常可以使用同樣的表面。作為說明性的例子，可能希望進行電泳分離或等電聚焦，例如對不論是否包含在本發(fā)明使用的液滴中的磁性顆粒來進行?？赡芾缦Ｍ峁Υ嬖诘?、可以通過選定的方法檢測的任何物質(zhì)具有最小相互作用的表面。當例如希望通過施加電磁場(例如電泳方法)來分析被分離蛋白的純度時，由于表面與蛋白發(fā)生顯著相互作用，有可能導致分析結(jié)果錯誤。兩種具有最小蛋白相互作用的合適表面涂層的說明性例子是極性聚合物聚-N-羥基乙基丙烯酰胺和以聚(乙二醇)封端的烷基三氯硅烷。同樣已知，用于等點聚焦的裝置表面的性質(zhì)影響在聚焦和泳動過程中獲得狹窄的分離區(qū)的效率。可用于在等點聚焦中使用PH梯度獲得高度分離的表面處理的例子，包括但不限于高極性聚合物涂層，例如聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚(乙烯基)醇或氟碳化合物涂層。在某些實施方案中，當提供至少兩個帶有有圖案的表面的固定構(gòu)件時，其中表面形成圖案使其包含至少一個預(yù)定的固定區(qū)域時，液滴可以從一個固定構(gòu)件轉(zhuǎn)移到另一個。一個固定構(gòu)件的可以是例如親水性的固定表面區(qū)域，可以例如比另一個固定構(gòu)件的其余表面區(qū)域具有更高的表面能和例如更高的親水性，而所述其余區(qū)域最多與介質(zhì)具有大致相同的表面能。在這樣的實施方案中，液滴可以例如通過磁場或 電磁場，在兩個表面之間移動。一旦這樣做之后，液滴可以分裂開，使得其一部分保留在第一個固定構(gòu)件的預(yù)定表面區(qū)域上，而另一部分轉(zhuǎn)移到第二個固定構(gòu)件的預(yù)定固定表面區(qū)域。上面已經(jīng)解釋，在某些實施方案中，本發(fā)明的方法包括將入口構(gòu)件或蓋子安排在儲液器的頂部。在這樣的安排后，儀器在儲液器的頂部包含可拆式安裝的入口構(gòu)件或蓋子。入口構(gòu)件包含上部入口(同上)，并可以包含導向裝置(同上)。在某些實施方案中，本發(fā)明的方法可以包括將分配器(例如其噴嘴)定位在導向裝置中，或驅(qū)使分配器通過導向裝置，由此例如將分配器或其噴嘴定位在所需位置中。作為說明性的例子，入口構(gòu)件可以是移液導向裝置。在這樣的實施方案中，方法可以包括將一個或多個移液器頭定位在導向元件上或其中，例如移液導向裝置的溝槽、鉆孔或軌上(也參見上文)。相應(yīng)的移液導向裝置也可用于其中運用了移液工作站、例如高通量篩選工作站的自動移液器的本發(fā)明方法的實施方案中。在對液滴進行處理時，也可以使用相應(yīng)的入口構(gòu)件。入口構(gòu)件可以例如使入口定位于液滴的頂部。入口可以是其尺寸足以允許例如源自于處理室底部的輻射、例如光通過的開口。該尺寸可以適合于小得使從處理室底部發(fā)出的、其路徑?jīng)]有通過液滴的光不能通過。因此，這樣的開口可以適合于只讓已經(jīng)通過了液滴的輻射通過。這樣的安排可能適合幫助或改進檢測，例如光學測量。在某些實施方案中，由處理室的周壁和底部限定的儲液器，可以例如通過入口構(gòu)件和密封體或通過蓋子和密封體(同上)與環(huán)境密封分開。在某些實施方案中，入口構(gòu)件或蓋子包括相應(yīng)的密封體。在其它實施方案中，處理室包含這樣的密封體。在某些實施方案中，處理室和入口構(gòu)件或蓋子都包含密封體，它們可以是例如相同的、相似的或不同的。密封體一般被設(shè)計成將入口構(gòu)件與處理室無滲透地連接。在某些實施方案中，將入口構(gòu)件或蓋子安排在儲液器的頂部包括將處理室與環(huán)境密封分開。在某些實施方案中，進行了密封處理，將處理室與環(huán)境密封分開(同上)。本發(fā)明的方法還包括對液滴中的生物和/或化學樣品進行處理?？梢詧?zhí)行任何可以在液滴上執(zhí)行的處理。在某些實施方案中，當固定構(gòu)件被放置在與液滴不混溶的介質(zhì)中并且液滴被相應(yīng)的介質(zhì)包圍時，對生物和/或化學樣品進行處理。在某些實施方案中，在對生物和/或化學樣品執(zhí)行處理之前，將固定構(gòu)件從儲液器中取出。在這樣的實施方案中，當希望防止蒸發(fā)時，固定構(gòu)件可以浸泡在任何含有相應(yīng)介質(zhì)的容器中，例如皮氏培養(yǎng)皿。一般來說，可以在液滴上進行同樣的分析，不論它們是否浸泡在相應(yīng)的介質(zhì)中。上面已經(jīng)指出，相應(yīng)的處理可以包括漂洗或混合液滴、將液體過濾通過另一個液滴、在液滴中加入液體或從液滴中除去液體。將液滴過濾通過另一個液滴，可以通過例如將含有帶有固定靶物質(zhì)的功能化超順磁性顆粒的較小液滴移過較大的液滴來進行。典型情況下，該過程在固定構(gòu)件的預(yù)定表面區(qū)域上進行。通過這種方式，不想要的成分例如副產(chǎn)物、雜質(zhì)、底物、試劑、溶劑或溶劑組分、鹽、酶、廢物或緩沖液，可以在較大的液滴中稀釋。在進一步將磁性顆粒移動出較大的液滴后，基本上只有含有固定靶物質(zhì)的的超順磁性顆粒從較大的液滴中移出，而大部分不想要的物質(zhì)被留在后面。通過這種方式，將沒有被磁珠固定的物質(zhì)從液滴中基本上除去是可能的。潛在的純化作用類似于從親和層析已知的機制，在親和層析中，靶物質(zhì)被形成固定相的功能化柱材料留下，并用清洗溶液漂洗/清洗幾次，形成流動相。與親和層析相反，在本發(fā)明的方法中，清洗溶液是固定相， 而功能化的材料是流動相。此外，應(yīng)該指出，使用本發(fā)明的方法時沒有死體積出現(xiàn)。此外，與親和層析相反，使用本發(fā)明的方法過濾允許洗脫納升體積的靶物質(zhì)。在例如生物感應(yīng)這樣的應(yīng)用中，當例如在微小的體積中存在高濃度的靶物質(zhì)時、或要分析快速動力學時，這個優(yōu)點是非常重要的。對液滴中的生物和/或化學樣品進行處理，還可以包括將僅僅部分被介質(zhì)覆蓋的液滴暴露于環(huán)境空氣中一段預(yù)定的時間。由此可以允許發(fā)生液滴的部分蒸發(fā)。作為說明性的例子，可以允許固定在金屬顆粒上的抗體與分析物分子發(fā)生凝集，例如在存在乳膠顆粒的情況下。如Rastogi & Velev所述(2007，同上)，液滴的體積通過蒸發(fā)而發(fā)生減小則可以導致可檢測的簇狀構(gòu)造。此外，相應(yīng)的處理可以包括例如暴露于改變的溫度、(改變的)磁場、(改變的)電場(包括靜電場)、(改變的)電磁場、改變的壓力、(改變的)波長、(改變的)頻率、(改變的)振幅、(改變的)化學物質(zhì)濃度、以及(改變的)化學組成(包括處理室中改變的介質(zhì))?？梢赃M行的處理的例子包括但不限于被懷疑或已知包含在樣品中的靶物質(zhì)的物理檢測、化學反應(yīng)、細胞裂解、從生物體或生物體的一部分提取分子、從生物體釋放分子，及其任何組合。物理檢測的例子包括但不限于光譜、光化學、光度學、熒光、放射學、聲學、電化學、比色、衍射、干涉測量、橢偏光譜學和熱力學檢測，包括例如使用光活性、熒光、放射活性、酶或電化學活性標記。光譜方法的兩個說明性例子是拉曼(Raman)顯微術(shù)和相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-Stokes Raman scattering, CARS)顯微術(shù)。后一種技術(shù)適合于例如對特定的目標分子進行選擇性成像?；瘜W反應(yīng)的例子包括但不限于化學合成、化學降解、酶法合成、酶法降解、化學修飾、酶法修飾、與結(jié)合分子的相互作用，及其任何組合。酶法合成的例子包括但不限于蛋白合成、核酸合成、肽合成、藥物化合物合成及其任何組合。本發(fā)明的方法與例如任何生化轉(zhuǎn)化或分析格式相容，例如酵母雙雜交系統(tǒng)、小干擾RNA(siRNA)、轉(zhuǎn)染、連接等。正如上面提到的，進行處理可以包括暴露于能量，以用于例如起始或催化過程?？梢允┘拥哪芰康睦影ǖ幌抻诩t外輻射、微波輻射或光解能量。作為說明性的例子，表面與液滴一起可以放置在薄膜冷卻器/加熱器上的生物芯片。因此，升高溫度驅(qū)動的或需要降低溫度的化學合成，分別可以通過例如調(diào)節(jié)液滴的環(huán)境溫度來進行。作為另一個例子，可以進行大約在4°C和大約100°C之間的溫控生化反應(yīng)。因此，溫度敏感性生物樣品可以例如被儲存。其它例子包括但不限于細胞分離、細胞孵育、細胞裂解、反轉(zhuǎn)錄、聚合酶鏈反應(yīng)和焦磷酸測序。焦磷酸測序是一種實時核酸測序技術(shù)，它是基于檢測核酸聚合反應(yīng)過程中釋放的焦磷酸鹽(關(guān)于綜述,參考例如Ronaghi, M, Genome Research (2001), 11, 3-11)。此夕卜，多種光學檢測系統(tǒng)例如發(fā)光二極管(H))、光電倍增管(PMT)、光子計數(shù)組件(PCM)、分光計和電荷耦合裝置(CCDs)的使用，允許平行和實時地監(jiān)測這些生化反應(yīng)。作為說明性的例子，可以使用本發(fā)明檢測病原體、細菌、病毒或DNA序列，以鑒定疾病狀態(tài)。可以被檢測的疾病包括但不限于傳染性疾病例如嚴重急性呼吸道綜合癥(SARS)、甲、乙、丙型肝炎、HIV/AIDS、登革熱、豬瘟、口足病、禽流感、炭疽熱、沙門氏菌病、瘧疾、脊髓灰質(zhì)炎、結(jié)核病和流感；可以在出生前檢測的先天性病癥(例如通過檢測染色體異 常)例如鐮刀狀細胞貧血癥、心臟畸形例如房間隔缺損、瓣上型主動脈狹窄、心肌病、唐氏綜合癥、足內(nèi)翻、多趾癥、并趾癥、手指萎縮、螯狀手和腳等。本發(fā)明的方法還適合于檢測和篩選癌癥、用于通過例如DNA-標簽鑒定動物的血統(tǒng)、或檢測和分析血液中的物質(zhì)，例如摻雜。在其它實施方案中，本發(fā)明的方法可用于一種或多種藥物化合物例如藥物的檢測、反應(yīng)(包括與生物細胞或其一部分的結(jié)合反應(yīng))、合成或其任何組合?；衔?、例如藥物化合物的合成，可以例如作為固相反應(yīng)在衍生的珠子上進行。藥物化合物可以以例如文庫的形式使用。這樣的文庫的例子是作為模型化合物而化學合成的各種小有機分子、或含有大量序列變異體的核酸分子的總匯。例如，可以將這種文庫的每種化合物放置到一個液滴中。這樣的液滴可以通過本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員熟知的可商購機器，以自動化的方式提供。本發(fā)明的方法可以例如用于藥物篩選或用于確定尿液或血液樣品中藥物的存在。作為另一個例子，可能懷疑細胞培養(yǎng)基被污染了(同上)。在這種情況下，可能希望鑒定污染物的類型，并出于該目的使用本發(fā)明的裝置。在這樣的實施方案中，可磁性吸引的物質(zhì)可以是例如可磁性吸引的顆粒，攜帶有對污染物具有親和性、或?qū)ζ渌鼘ξ廴疚锞哂杏H和性的物質(zhì)具有親和性的配體。在希望除去樣品中的物質(zhì)例如副產(chǎn)物或不想要的物質(zhì)的實施方案中，處理可以包括清洗或漂洗。通過這種方式洗掉任何這種不想要的物質(zhì)，而靶物質(zhì)保持固定在固定構(gòu)件的表面上。作為說明性的例子，可以從細胞中提取核酸并通過連接在磁性顆粒上的配體而結(jié)合，而細胞碎片和試劑將被丟棄。圖6顯示了漂洗/清洗的例子。在某些進行清洗/漂洗的實施方案中，在漂洗液滴之前，將與液滴的液體不混溶的介質(zhì)(例如疏水性介質(zhì)，參見上文)從儲液器中除去，和/或更換成稀薄的流體介質(zhì)。相應(yīng)的稀薄流體介質(zhì)與液滴的液體不混溶。此外，稀薄的流體介質(zhì)具有比液滴的液體低的表面能。作為說明性的例子，稀薄的流體介質(zhì)可以具有比液滴的液體高的疏水性。在某些實施方案中，與液滴的液體不混溶的介質(zhì)和稀薄的流體介質(zhì)是互溶的。稀薄的流體介質(zhì)的粘度可以比已經(jīng)放置在儀器中的介質(zhì)低。為了便于漂洗過程，可能希望這樣。作為說明性的例子，稀薄的流體介質(zhì)的粘度可以低于大約40厘斯，例如低于大約20厘斯。在某些實施方案中，稀薄的流體介質(zhì)的沸點選擇在大約25°C到大約600°C之間，例如在大約40°C和大約400°C之間。在某些實施方案中，清洗或漂洗固定構(gòu)件的相應(yīng)的表面或表面區(qū)域，包括傾斜固定構(gòu)件。也可以在漂洗/清洗液滴之前將固定構(gòu)件傾斜。由此，使得與液滴的液體不混溶的介質(zhì)、或稀薄的流體介質(zhì)至少基本上從固定構(gòu)件排出。此外，由此，液滴保持固定在固定構(gòu)件的親水表面區(qū)域上。 在某些實施方案中，允許與液滴的液體不混溶的介質(zhì)例如疏水性介質(zhì)或稀薄的流體介質(zhì)的層例如薄膜，保留在固定構(gòu)件上，如圖6所示。由此使得介質(zhì)的層覆蓋最多與介質(zhì)的表面能大致相同的固定構(gòu)件的表面區(qū)域。如圖4B中所示，可以使用另一個液滴代替整相進行漂洗/清洗。另一個液滴可以包含任何所需的液體。可能希望使用與液滴的液體混溶的液體。當在存在介質(zhì)、例如疏水性介質(zhì)的情況下進行清洗/漂洗時，使用與相應(yīng)的介質(zhì)不混溶的液體可能更加有利。將已經(jīng)固定在親水性固定表面區(qū)域上的液滴與另一個液滴合并，也可用于將液體加入到液滴中。在某些實施方案中，這樣的另一個液滴可以固定在另一個裝置的表面上，它被帶到與固定構(gòu)件緊密相鄰。這樣的另一個裝置的表面可以含有幾何元素或濕潤性圖案形式的引導提示，可用于固定任何固定在相應(yīng)表面上的液滴，或提供用于移動合并的液滴的預(yù)定逃逸途徑。也可以使用本發(fā)明的方法對液滴進行混合。例如，可以對固定構(gòu)件進行機械搖動。作為另一個例子，在液滴含有磁性顆粒以進行或幫助混合的實施方案中，可以施加例如足以在液滴中提升這些磁性顆粒的弱磁力。作為另一個例子，可以通過超聲進行混合。在其它實施方案中，微流體裝置可用于清洗或混合，或儀器可以裝備有這樣的微流體裝置。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明的方法不需要使用任何微流體裝置或機構(gòu)。在本發(fā)明的方法中，在儀器包括進料組件(同上)的實施方案中，該進料組件可用于允許流體流入或流出儲液器。這可以通過通道、包括端口來進行，它們可以安排在處理室中。例如，進料組件可用于移除與液滴的液體不混溶的介質(zhì)。它也可以用于將與液滴的液體不混溶的介質(zhì)加入到儲液器中。在某些實施方案中，允許與液滴的液體互溶的液體經(jīng)過進料組件流入儲液器。也可以允許這種與液體的液體互溶的液體經(jīng)過進料組件流出儲液器。由此可以對固定在固定構(gòu)件上的液滴進行例如漂洗，或向其中加入液體。在方法的某些實施方案中，允許與液滴的液體互溶的液體經(jīng)過進料組件連續(xù)地流入儲液器。液體可以例如經(jīng)過進料組件連續(xù)地循環(huán)，或者它可以被新鮮的液體部分或完全地連續(xù)替換。執(zhí)行物質(zhì)轉(zhuǎn)移例如清洗和漂洗的可能性，使得復(fù)雜的處理得以進行。因為所需的靶物質(zhì)可以與固定在親水性表面區(qū)域上或磁性顆粒上的配體結(jié)合，添加、除去或更換液體的可能性，使得在任何所需的階段或步驟的任何物質(zhì)例如肽、蛋白、DNA、RNA、小有機分子、金屬離子等(同上)能夠分離，并且能夠順次進行復(fù)雜的生化轉(zhuǎn)化。此外，在需要時可以改變液滴的體積。當需要時，可以按照本技術(shù)領(lǐng)域眾所周知的技術(shù)，例如凝膠過濾、超濾或透析，通過減小體積來增加樣品中靶物質(zhì)的濃度。在本發(fā)明的方法中使用的小體積，特別是與高濃度的靶物質(zhì)相結(jié)合時，使得生物傳感絕對數(shù)量低的生物分子成為可能。作為另外兩個說明性而非限制性的例子，本發(fā)明的方法可用于執(zhí)行聚合酶鏈反應(yīng)或免疫分析，例如酶聯(lián)免疫吸附(ELISA)分析(例如夾心型ELISA或競爭性ELISA)。其它的免疫分析方法包括但不限于基于顆粒的多重免疫分析。這些分析的使用和能力對于本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員來說是熟知的。本發(fā)明的方法的任何部分可以以手動或自動的方式進行。化合物、液體和試劑的自動分配、自動化培養(yǎng)箱和高效熒光讀數(shù)器包括讀板器，在本技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)建立。典型情況下，這樣的設(shè)備可以直接用于本發(fā)明的儀器。當需要時，針對具體應(yīng)用改造這樣的設(shè)備或本發(fā)明的儀器，可以由本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員容易地進行。實時檢測可以提供描繪熒光信號相對于表示為循環(huán)數(shù)的反應(yīng)時間的擴增圖。基線之上的熒光增加，表明檢測到了積累的擴增產(chǎn)物。當在基線之上設(shè)置固定的熒光閾值時，熒光信號進而在某個時間點通過該閾值。因為根據(jù)循環(huán)數(shù)表示時間，從而獲得了所謂的閾值循環(huán)數(shù)(或值)或Ct值。該數(shù)越小，位于擴增圖中的相應(yīng)熒光曲線越靠左，擴增發(fā)生得越快。該數(shù)越高，擴增發(fā)生得越慢，它與非特異性背景反應(yīng)的可區(qū)分性變得越小。使用本發(fā)明的方法獲得熒光信號的圖示并描繪在圖11中(圖IlA和圖11B)。本發(fā)明的方法可以與所述分析和制備方法組合，例如表面等離子體共振、共振鏡、反射干涉、巨磁電阻、質(zhì)譜、橢 偏光譜法、等點聚焦、層析方法、電色譜、動電色譜、和電泳方法。電泳方法的例子是例如自由流電泳(FFE)、脈沖場凝膠電泳、聚丙烯酰胺凝膠電泳(PAGE)、毛細管區(qū)帶電泳或毛細管凝膠電泳。例如，已知磁性顆粒被帶電荷蛋白的表面固定是將它們的電泳遷移率改變多達幾倍。與這些方法的組合可以包括共同的步驟或共同的裝置。例如，可以在微型芯片上通過例如等點聚焦進行蛋白的分離。然后可以將已知或懷疑含有目標物質(zhì)例如蛋白的分離介質(zhì)、例如兩性電解質(zhì)的水溶液的樣品，用作本發(fā)明的液滴的內(nèi)部相。在分離介質(zhì)是凝膠的情況下，目標物質(zhì)可能需要提取。適合用于本發(fā)明的流體滴的液體的多樣性，通常使得可以選擇非常適合用作等點聚焦表面的表面材料。因此，在需要的情況下，共同的表面可以兩種方法所公用。層析方法的例子包括例如凝膠過濾、體積排阻層析、離子交換層析、親和層析、疏水相互作用層析或疏水電荷感應(yīng)層析。作為說明性的例子，在使用本發(fā)明的方法處理樣品之前或之后，可以進行相應(yīng)的分析或制備方法。為了容易地理解本發(fā)明并將其付諸實施，現(xiàn)在將通過下面的非限制性實施例描述具體的實施方案。本發(fā)明的示例性實施方案本發(fā)明的儀器和方法的示例性實施方案顯示在附圖中。圖I描繪了與本發(fā)明儀器的固定構(gòu)件接觸的液滴的實施方案。如果親水性液體的液滴(I)浸泡在介質(zhì)中，并與固定構(gòu)件的其余的、即非預(yù)定的疏水性表面(4)接觸，它通常將從表面漂離開(圖1A)。但是，如果液滴與形成圖案的表面(4)中包含的預(yù)定親水性固定區(qū)域(2)接觸，它將固定在其上(圖1B)。在固定構(gòu)件(4)的有圖案表面(帶有疏水性區(qū)域)內(nèi)的多個親水固定區(qū)域上，可以固定多個液滴。這可以在疏水性介質(zhì)(8)中利用移液器作為分配器(9)來進行(圖1C)。圖2A是橫截面圖，描繪了能夠組裝成處理液滴中樣品的本發(fā)明儀器的裝置的實施方案。裝置(20)包括儲液器，它由作為透明底部(6)的透明玻璃片和周壁(25)限定。裝置適合接納芯片，芯片可以提供有多個親水性區(qū)域作為固定構(gòu)件。為此目的，周壁(25)延伸到儲液器的內(nèi)部，從而形成可以支持固定構(gòu)件的臺階。圖2B描繪了同樣裝置的頂視圖。圖2C描繪了帶有插入的芯片(7)并因此帶有處理室、以及疏水性介質(zhì)⑶的裝配后的儀器。圖2D圖示了可以選擇固定構(gòu)件(7)匹配常規(guī)96孔板(5)的尺寸。但是，應(yīng)該提到的是，本發(fā)明儀器的固定構(gòu)件的親水性固定區(qū)域(2)的尺寸可以與多孔板的孔的尺寸不同。然而，在本發(fā)明儀器中使用的固定構(gòu)件的親水固定區(qū)域的排列可以對應(yīng)于96孔板的孔的排列。此外，可以理解，在固定構(gòu)件是本發(fā)明儀器的一部分的某些實施方案中，它不需要具有表面形態(tài)差異，例如常規(guī)的多孔板那樣的有底的孔，而是可以提供平坦表面。
圖2E和圖2F顯示了可用于形成本發(fā)明儀器處理室的相應(yīng)芯片的其它實施方案。描繪的芯片的所有親水性(固定)區(qū)域都是具有同樣尺寸和親水性的圓形。圖2F的芯片含有15x6個直徑為500 μ m的親水性區(qū)域。此外，芯片具有37. 8mmxl7. 8mm的尺寸。圖2E的芯片含有13x5個直徑為2mm的親水性區(qū)域。芯片的尺寸為75mmx25mm。圖2G和圖2H顯示了可用于將固定構(gòu)件固定在本發(fā)明儀器中的芯片座。。圖2G的芯片座的外部尺寸為75mmx25mmx5mm,卡槽尺寸為38mmxl8mm。圖2H的芯片座的外部尺寸也是75mmx25mmx5mm。它的卡槽尺寸為60mmx21mm。圖3顯示了使用電力放置液滴的方法。分配器(9)可以放置在包含于本發(fā)明儀器的處理室中的疏水介質(zhì)頂部。右邊第三個圖顯示了示例性分配器(9)的噴嘴放大圖。噴嘴位于固定構(gòu)件(4)的疏水表面內(nèi)的親水固定區(qū)域(2)的上方，固定構(gòu)件浸泡在疏水介質(zhì)
(8)中。在本實施例中，親水區(qū)域(2)略微凹陷形成凹進。電離空氣(用電荷“ + ”和象征)可用于使液滴帶電，例如一旦它們從噴嘴噴出后。然后，液滴在進入包含在本發(fā)明儀器的處理室中的疏水介質(zhì)(8)以前帶電。作為另一個例子，噴嘴中的液體可以在它從其中、例 如通過噴嘴釋放之前帶電。分配后，從分配器出來的液滴保留了電荷，即使是在進入疏水介質(zhì)后。圖4A描繪了放置在預(yù)定親水固定區(qū)域(2)上的液滴(I)，該預(yù)定親水固定區(qū)域包含在本發(fā)明儀器處理室底部￠)的有圖案的表面中。在顯示的實施例中，固定構(gòu)件(7)是包含在儀器中的儲液器底部的整合部分(用標記“6 = 7”表示)。液滴從分配器(9)分配出來，定位于不混溶介質(zhì)(8)的頂部，并固定在儲液器的底部上。圖4B示出了圖4A中描繪的固定在固定構(gòu)件的親水性固定區(qū)域(2)上的液滴，也可以通過合并原來的液滴來獲得(由指向圖4A的箭頭表示)?？梢詫⒘硪粋€液滴(11)放置到其上已經(jīng)固定了液滴(I)的親水固定區(qū)域(2)上。液滴(11)的液體與液滴(I)的液體具有相似的親水性。一旦與液滴(I)接觸，液滴(11)與液滴(I)合并。圖4C和4D描繪了示例性的流程，通過浸泡在不混溶介質(zhì)(8)中的分配器(9)，將液滴分配在定位于有圖案的表面的其余疏水區(qū)域(4)中的親水區(qū)域(2)上。在圖4C中描繪的實施例中，液滴被固定在固定構(gòu)件的頂部，而在圖4D描繪的實施例中，它被固定在固定構(gòu)件的底部。圖4E描繪了通過壓力將液滴(I)放置在親水性固定區(qū)域(2)上的另一個示例性流程。圖4F描繪了一個示例性流程，其通過電場將液滴(I)放置在固定構(gòu)件的有圖案的表面的預(yù)定親水固定區(qū)域(2)上，其中有圖案的表面還包含其余的疏水區(qū)域。電場通過電子芯片(11)和平面電極(10)產(chǎn)生。在希望施加磁場時，可以使用磁鐵代替電極。圖4G描繪了通過電場將液滴(I)放置在預(yù)定親水固定區(qū)域(2)上的另一個示例性流程。電場通過外部電極(12)和平面電極(10)產(chǎn)生。圖4H描繪了通過電場將液滴(I)放置在預(yù)定親水固定區(qū)域(2)上的另一個示例性流程。電場通過繞在分配器尖頭上的線圈(18)和平面電極(10)產(chǎn)生。圖41描繪了通過電場將液滴(I)放置在預(yù)定親水固定區(qū)域(2)上的另一個示例性流程。電場通過被適合移動的點電極(29)產(chǎn)生。在將點電極(29)移動并定位于漂浮在預(yù)定親水固定區(qū)域(2)上的液滴上方后，激活電極從而提供電場。這迫使液滴進入不混溶的介質(zhì)(8)，浸泡在其中，并通過不混溶的介質(zhì)直到與親水性區(qū)域(2)接觸。一旦液滴與親水區(qū)域(2)接觸后，它就被固定在其上。 圖5描繪了使用本發(fā)明的方法固定液滴、溫育、以及漂洗試劑和樣品的示例性順序。(I):通過分配器(9)，在不存在(或存在)不混溶的介質(zhì)(8)的情況下，將試劑或樣品分配在固定構(gòu)件(7)的預(yù)定固定區(qū)域(2)上。在不存在不混溶介質(zhì)的情況下，一旦完成帶有試劑或樣品的液滴的分配后，隨后加入介質(zhì)。將一個或多個液滴溫育一段預(yù)先選定的時間，其間液滴保持浸泡在不混溶的液體中，以最小化蒸發(fā)。(II):在排出不混溶液體后，將載玻片浸泡在水性漂洗溶液(3)中并搖動，由此使液滴與漂洗溶液(3)合并，而在排出時留下一薄層液體，防止漂洗溶液潤濕疏水性表面。(III):一旦除去漂洗溶液(3)后，一薄層均勻的漂洗溶液保留在預(yù)定親水固定區(qū)域上。然后，將不混溶的液體(88)加入到載玻片的頂部，以防止留在每個親水點上的液體的蒸發(fā)。(IV):通過分配器(9)將新鮮溶液(111、112、113)的液滴分配在親水固定區(qū)域上。圖6描繪了漂洗靶物質(zhì)的通用流程。使用漂洗溶液。當疏水介質(zhì)容納固定構(gòu)件時，每個親水固定區(qū)域上保留了一薄層漂洗溶液。通過將疏水介質(zhì)從儀器中釋放，或通過從本發(fā)明儀器的儲液器中取出固定構(gòu)件(7)——包括固定在其上的靶物質(zhì)，從而除去了疏水介質(zhì)。為了確保完全除去疏水性介質(zhì)，將固定構(gòu)件(7)傾斜。從而排出疏水介質(zhì)(8)?？梢栽试S一層疏水介質(zhì)(8)保留在固定構(gòu)件上，從而覆蓋其疏水表面。留在表面上的液滴同樣可以被一薄層疏水介質(zhì)覆蓋。然后將固定構(gòu)件浸泡在或暴露于漂洗溶液(3)，使得在本實施例中所有液滴的成分被漂洗。在除去漂洗溶液(3)后，可以允許一層漂洗溶液保留在固定構(gòu)件上，從而作為薄膜覆蓋在親水區(qū)域的表面上。現(xiàn)在，可以將固定構(gòu)件再次浸泡在疏水介質(zhì)中。最后，通過將親水性液體例如樣品放置在固定構(gòu)件的親水固定表面區(qū)域上，對每個親水區(qū)域上的液滴進行補充。圖7描繪了在本發(fā)明儀器的固定構(gòu)件上截留的液滴中的NIH3T3細胞培養(yǎng)生長兩天的照片。指示條(左下)的長度對應(yīng)100 μ m。圖8描繪了圖7中NIH3T3細胞的照片，其中細胞用活細胞染色劑進行染色。熒光活細胞染色的信號顯示出細胞是活的，因此儀器適合于操作活細胞。指示條(左下)的長度對應(yīng)100 μ m。圖9描繪了圖7中的NIH3T3細胞的照片，其中細胞用檢測死細胞的染色劑進行染色。指示條(左下)的長度對應(yīng)100 μ m。圖IlA描繪了表達綠色熒光蛋白的!fepG2-GFP細胞。指示條(右下)的長度對應(yīng)200 μ m。圖IlB描繪了使用Ki67第一抗體、然后使用Alexa-633第二結(jié)合抗體對H印G2-GFP細胞進行的免疫熒光染色。指示條(右下)的長度對應(yīng)200 μ m。圖12描繪了帶有500-mm部件的有圖案玻璃載玻片的熒光照片(I)分配50nl羅丹明染料，(2)用PBS緩沖液清洗，以及(3)分配50nl熒光素染料。指示條(右下)的長度對應(yīng)500 μ m。圖13A描繪了在微陣列格式中進行的大量細胞培養(yǎng)。出于簡化的目的，流程只顯示了固定構(gòu)件(7)。在本實施方案中，放置細胞培養(yǎng)基的液滴包括在親水性固定表面區(qū)域
(2)上形成細胞培養(yǎng)基的第一個液滴(16)。將疏水性介質(zhì)(8)放置在有圖案的表面的其余的、即剩余的疏水性區(qū)域上(I)?；蛘撸梢詫⒋罅縋FCL加入芯片并排出，在表面上留下一薄層PFCL。然后加入更多的液滴液體(13)以覆蓋疏水介質(zhì)(8)。該液體還含有細胞
(II)。細胞沉下到PFCL和介質(zhì)之間的界面處以及固體表面的親水區(qū)域上。為了進行培養(yǎng)液體可以保留在儲液器中，以便在該實施方案中液滴的形成需要更長的時間。如果需要，液體也可以用新鮮的液體替換，例如通過用移液管簡單地移除和添加。然后,通過例如傾斜或用移液管吸取，可以將液體排出(III)。為了防止疏水表面被溶液例如液滴的液體潤濕，可能希望在其余的、即剩余的疏水表面上存在一薄層疏水介質(zhì)。然后將漂洗溶液(3)裝入儲液器(IV)，再次放出，并用新鮮的第一種液體(3)替換(V)。當需要時，在該階段可以繼續(xù)細胞培養(yǎng)。然后，例如一旦細胞培養(yǎng)完成后，可以將液體再次排出，例如通過傾斜或用移液管吸取(VI)。由此形成第二個液滴(I)。然后可以補充疏水介質(zhì)(8)，從而覆蓋整個液滴
(I)(VII)0使用這種方法，只有與固體表面結(jié)合的細胞在放置液滴后保留。圖13B描繪了在用聚四氟乙烯(特氟龍)形成圖案的玻璃載玻片上培養(yǎng)的、表達綠色熒光蛋白的IfepG2細胞(HepG2_GFP)。該細胞在Dulbecco修改的Eagl^ s培養(yǎng)基(DMEM)中，該培養(yǎng)基含有1000mg/L葡萄糖、10 % FBS、I %青霉素/鏈霉素、O. 4mg/mL氨基糖苷類抗生素G418和ImM二肽L-丙氨酰-L-谷氨酰胺(Glutamax )。細胞被培養(yǎng)4天。指示條(右下)的長度對應(yīng)1mm。圖13C是圖13B的一部分的放大圖。指示條(右下)的長度對應(yīng)500 μ m。圖14A顯示了使用大鼠IgG的酶聯(lián)免疫吸附分析(ELISA)。ELISA在IOOml的96孔Greiner黑色多孔板中運行。在加入酶底物熒光素二磷酸(FDP)后15分鐘測量熒光強度。圖14B顯示了在2ml體積中在有圖案的固定構(gòu)件上運行的大鼠IgG ELISA。在加入FDP底物后11分鐘測量熒光強度。圖15描繪了批式震蕩自動漂洗工作站。該漂洗工作站能夠執(zhí)行一系列批式震蕩漂洗方法所需的步驟傾斜，加入和排出介質(zhì)例如液體，以及震蕩。漂洗工作站由三個主要部件組成控制器，帶有樞轉(zhuǎn)儲液器座的樣品臺，以及注射泵形式的加壓裝置。計算機控制器指導每個動作和動作的順序。計算機可以用帶有按鈕、開關(guān)和/或顯示屏的簡單組合的微處理器代替。在描述的實施例中，樞轉(zhuǎn)儲液器座(41)具有馬達，其軸用于將包含儲液器(以載玻片座的形式)和倉蓋(蓋玻片)的處理室傾斜所需的角度。在樣品臺下方，提供了另一個馬達的形式的攪拌裝置，以便以所需的速度和速率、例如通過線性運動來搖動樣品臺以及任何被儲液器座接納的儲液器/處理室。儲液器座可以容易地更換，以接納另一個例如具有不同的固定構(gòu)件(或樣品載玻片)尺寸的處理室。例如,對于作為75mmx25mm和75mmx43mm的載玻片的固定構(gòu)件來說，可以互換使用不同的樣品臺。注射泵被用于在需要時將介質(zhì)例如液體加入到裝配的倉室中。動作的示例性順序如下(I)將處理室(載玻片倉)放置在儲液器座中，并通過不透水的密封體與倉蓋手動裝配。(2)打開排水閥，將組合件以120°傾斜10-20秒。該步驟排出了組合件中的不混溶流體。(3)將組件傾斜在90°，然后加入新鮮的漂洗溶液。(4)將組件水平放置在樣品臺上，震蕩30-60秒。(5)打開排水閥，將組合件以120°傾斜20-40秒。該步驟排出了組合件中的溶液。
(6)將組合件水平放置在儲液器座上。動作的準確順序可以根據(jù)在載玻片上進行的分析的性質(zhì)和要求進行改變。圖16顯示了本發(fā)明的其它儀器，其中使用了可拆卸的芯片(描述在圖16C中)，所述芯片在有圖案的表面中含有多個預(yù)定的固定區(qū)域。圖16A從正面顯示儀器(即從上方看到的)，而圖16B從背面顯示儀器(即倒置的)。圖13C描繪了正面的儀器，帶有插入的、可拆卸的芯片(7)形式的固定構(gòu)件。有圖案的載玻片可以膠粘在儀器倉室的底部。所描繪的倉室在倉室中央具有兩層通孔槽(pocket)，內(nèi)層和外層。在裝配了儀器后 ，將有圖案的載玻片連接到容器的底部，產(chǎn)生儲液器。內(nèi)部儲液器被用于容納用于溫育的不混溶液體例如PFCL。外部儲液器用于防止不混溶液體的任何泄漏。所描繪的儀器限定了為大約75mmX25mm的載玻片所設(shè)計的載玻片倉室。在圖16B中可以看到，載玻片倉室具有長方形的凹陷(51，52)，被設(shè)計用于將載玻片倉室固定在容納設(shè)備中。此外，倉室具有四個圓形的凹陷(53)，被設(shè)計用于在存在倉室蓋子的情況下，便于將倉室堆疊在彼此的頂部。圖17顯示的儀器類似圖16中描繪的儀器，其中使用倉室蓋代替圖16中顯示的載玻片進行裝配。倉室蓋具有突出(54)，與儀器的倉室的圓形凹限(53)相匹配。圖18描繪了為大約75mmx25mm的載玻片設(shè)計的倉室蓋的實施例。圖18A從頂部顯示了第一種倉室蓋，而圖18B顯示了從底部觀看的同樣倉室蓋。倉室蓋具有開口(38)。將倉室蓋放置在儲液器上之后，該開口可以與儲液器形成連續(xù)的空間。為了密封不透水，蓋子具有膠合的O型環(huán)(33)，O型環(huán)在裝配后與載玻片座相接觸。圖19描繪了同樣為大約75mmx25mm的載玻片設(shè)計的入口構(gòu)件的實施例。圖19顯示了從高處透視的入口構(gòu)件,其中可以看見頂部和兩個側(cè)面。兩個用于轉(zhuǎn)移漂洗溶液的開口(31)安排在入口構(gòu)件的頂部，沿著長軸每邊一個。圖19B顯示了同樣的入口構(gòu)件的透視圖，其中可以看見底部?？梢钥匆婇_口(38)，它可以與儲液器形成連續(xù)的空間。在槽口(32)中，可以放置O型環(huán)。 A 口構(gòu)件以及倉室蓋可以具有其它的特點，以便與用于連接入口構(gòu)件和/或蓋子的裝置相連，這使得能夠自由地上下移動，以進行可逆的不透水密封和開封。圖20描繪了用于將入口構(gòu)件(34)(在描述的實施例中包含了兩個入口(31))和/或蓋子與本發(fā)明儀器的儲液器(35)相連的裝置(36)。入口構(gòu)件和儲液器都可具有元件和/或裝置，允許與相應(yīng)的裝置(36)連接、固定和/或拆除。裝置(36)具有第一個座(45)，它被設(shè)計成接納儲液器(43)，以及第二個座(46)，它被設(shè)計成接納入口構(gòu)件(34)或蓋子。裝置還具有用于將入口構(gòu)件(34)定位在儲液器(35)上的樞轉(zhuǎn)點(43)。使用帶有手柄(47)的操縱桿(39)，可以將第二個座(46)樞轉(zhuǎn)到第一個座(45)上，由此將入口構(gòu)件(34)樞轉(zhuǎn)安裝在儲液器(35)上。用于可逆鎖住/解鎖載玻片倉的機制是載玻片倉室和入口構(gòu)件的設(shè)計特點，在其它實施方案中，是載玻片倉和蓋子的設(shè)計特點，這在某些實施方案中具有很高的實踐相關(guān)性。最低要求一般包括當載玻片倉室與入口構(gòu)件鎖住時，接觸應(yīng)該是不透水的，以避免漂洗溶液的任何泄漏。此外，通常希望提供簡單直接的鎖住和解鎖手段，以便于容易和方便地操作。典型情況下，入口構(gòu)件(或蓋子，分別地)將被設(shè)計成當系統(tǒng)被解鎖時，它不會阻礙或干擾將試劑和樣品通過手動或自動分配加入到載玻片上。也可能希望將儀器設(shè)計成當排出不混溶的液體和/或漂洗溶液后，載玻片倉室能夠?qū)⑸倭渴Ｓ嘁后w留在表面上。此外，可能希望在裝配后為倉室和入口構(gòu)件之間的接觸區(qū)域提供最小的死體積。這有可能是最小化截留在死空間中的靜態(tài)液體量所希望的，這些靜態(tài)液體可能增加以前漂洗步驟帶出污染物的機會。圖21描繪了倉室(35)和入口構(gòu)件(34)彼此通過O型環(huán)￠1)相接觸的實施例。帶有靜態(tài)液體的死空間(60)受到O型環(huán)(61)的位置和大小的限制。下面圖示了幾種用于載玻片倉室和入口構(gòu)件的鎖住/解鎖的機制。同樣的機制普遍應(yīng)用于載玻片倉和蓋子的鎖住/解鎖。借助彈性接觸通過機械力進行密封在該實施方案中，不透水密封所需的力通過機械施加，而載玻片倉與入口構(gòu)件之間的接觸通過彈性部件例如O型環(huán)進行。該方法包括在圖20中使用的機械觸發(fā)器設(shè)計。O型環(huán)可以存在于載玻片倉上或入口構(gòu)件上。圖22C顯示了裝配好的載玻片倉和蓋子，它們通過同樣的方式用O型環(huán)密封。圖22A描繪了裝配前的帶有O型環(huán)(33)和開口(38)的倉室蓋子(49)。圖22B描繪了含有固定構(gòu)件(7)的處理室(50)，其上裝配有倉室蓋。借助彈性接觸通過電磁力進行密封在該實施方案中，不透水密封所需的力通過電磁吸引施加。例如，載玻片倉室被包埋或與金屬條相連，而入口構(gòu)件如圖23所示帶有電磁鐵。當蓋子中的電磁鐵激活或關(guān)閉后，載玻片倉和入口構(gòu)件分別是不透水密封的和解放的。電磁鐵和金屬條的位置可以轉(zhuǎn)換，即磁鐵可以位于載玻片倉室中，金屬條可以包埋在蓋子中。同樣地，O型環(huán)可以放置在載玻片倉上或入口構(gòu)件上。通過壓力差進行密封在本實施方案中，不透水密封所需的力通過壓力差施加。例如，載玻片倉具有包埋在與入口構(gòu)件接觸的區(qū)域中的開放通道(參見圖24)。開放通道的一部分與真空通道流體連通。當載玻片倉與入口構(gòu)件之間建立起接觸后，通過真空通道施加真空。這沿著開放通道導致了負壓，在倉室與入口構(gòu)件之間產(chǎn)生了強密封。開放通道和O型環(huán)的位置可以轉(zhuǎn)換，即通道可以包埋在入口構(gòu)件中，O型環(huán)可以放置在載玻片倉中。在某些實施方案中，入口構(gòu)件是移液導向裝置，一種幫助手動移液到載玻片表面的孔陣列上的部件。它被放置在載玻片座的頂部，用于通過多道移液器或單道移液器進行分配。導向裝置具有多個傾斜的通孔，在分配過程中多達8或12個移液器頭可以通過它擱置，用于方便可靠的移液操作。在圖示的實施方案中，移液導向裝置沒有裝備O型環(huán)。但是，當需要時，可以使用密封機構(gòu)例如相應(yīng)的O型環(huán)。移液導向裝置圖25顯示了移液導向裝置形式的入口構(gòu)件的實施方案。它具有框架(83)，允許堆疊在載玻片倉的頂部。圖25B中描繪的移液導向裝置包含多個通孔(81)形式的定位工具，用于引導和通過移液器頭。圖25A中描繪的移液導向裝置在中間還具有大的通孔(82)，用于可視性更好。為了提高可視性，導向裝置可以由透明材料制成，使得用戶可以看到移液器頭的位置。圖25C描繪了圖25B中顯示的移液導向裝置，位于載玻片倉室形式的處理室(50)頂部。圖26顯示了移液導向裝置形式的入口構(gòu)件的另一個實施方案。入口構(gòu)件具有圖 25中描繪的框架，多個為了可見性更好的大通孔(82)，以及通孔(81)形式的定位工具陣列，當入口構(gòu)件被放置在處理室(50)上時，用于將移液器頭引導并定位于稍微偏離載玻片表面上的孔中心(圖27)。這種偏離防止孔的涂層被移液器頭刮擦。但是，盡管偏離，分配的試劑仍然能夠到達親水孔的表面，并通過液體的表面張力移動到其中心上。將每一行的孔切通成一個狹縫。這些縫用于將移液器頭從一個分配位置移動到另一個位置。此外，在陣列的第一列(A列)中的通孔直徑大于其余的孔(B、C、D和E列)。這些大孔便于將移液器頭插入到導向裝置中。在分配過程中，一列8或12個移液器頭可以通過狹縫，一個接一個擱在定位孔中，用于方便和可靠的移液操作。導向裝置具有框架，允許堆疊在載玻片倉室的頂部上。它在中間可以具有大的通透窗口，使可見性更好。此外，為了提高可見性，導向裝置優(yōu)選由透明材料制成，使得用戶可以看見移液器頭的位置。
圖28顯示了移液引導組合件形式的入口構(gòu)件的另一個實施例。該入口構(gòu)件含有一對相互作用的定位工具(23、24)。一個定位工具是帶有大開口(87)的框架(23)?？蚣芤裁枥L在圖29A中。它還具有多個鉆孔(62)，限定了四對，被設(shè)計用于接納支架(24)。每對鉆孔可用于將支架與一行固定構(gòu)件上的預(yù)定固定區(qū)域?qū)R。支架被設(shè)計成接納并定位移液器頭(86)(圖29B，圖29C)，由此可以引導分配裝置的定位。大的開口(87)被設(shè)計成框架(23)中間的通透窗口，允許移液器頭(86)的末端(25)(參見圖29C)進入處理室，并且當需要時，接近其中固定構(gòu)件的表面。支架(24)能夠容納排成直線的移液器頭(86)，孔距與固定構(gòu)件上的固定區(qū)域完全相同和均勻，例如對應(yīng)于常規(guī)的384孔板、96孔板或48孔板的孔(參考圖2D)。除了用于插入移液器頭的一排通孔(89)之外，支架在通孔陣列的兩端附近還具有小圓丘形式的齒(90)。兩個齒(90)將分別配合框架(23)上的每對鉆孔，以確保在移液前移液器頭與固定構(gòu)件上的固定區(qū)域?qū)R。當入口構(gòu)件(被設(shè)計成移液器導向組合件)吻合到儲液器中的芯片座中時，移液器頭與孔之間的空氣間隙被控制在O. Imm到I. Omm—取決于被分配的液滴大小。通過這種方式，從移液器頭分配的液滴陣列可以容易和方便地轉(zhuǎn)移并結(jié)合到親水性固定區(qū)域上。連續(xù)流動方法圖30顯示了連續(xù)流動方法，其中使用了連續(xù)流動的新鮮漂洗溶液通過載玻片的表面。它使用了與批式震蕩方法類似的載玻片倉和移液導向裝置，改動很少。但是，入口構(gòu)件的設(shè)計與批式震蕩方法有顯著的不同。在批式震蕩方法中，入口構(gòu)件典型具有長方形的設(shè)計，內(nèi)部體積相對較大。在連續(xù)流動方法中，入口構(gòu)件被設(shè)計成薄的，因此從載玻片表面到入口構(gòu)件的距離僅僅為O. 2-5_。此外，?？赡苄枰谘b配好的儲液器中獲得均勻遍布暴露的載玻片表面的液流，以便對固定構(gòu)件(“孔”)的所有預(yù)定表面區(qū)域保持相似的漂洗效果。這可以通過所描繪的實施方案來實現(xiàn)。倉室蓋的例子按照圖案為12x4個表面區(qū)域陣列的載玻片進行設(shè)計。蓋子的形狀和幾何構(gòu)型可根據(jù)表面區(qū)域的排列而變化。在一個實施方案中，入口構(gòu)件具有一個入口和一個出口，并包含有包埋的部件和分流器(圖31)。在每個末端的分流器將來自入口的漂洗溶液流分成四股相同的液流。每個液流被設(shè)計成沿著載玻片上的每行12個玻璃孔流過。分流器的兩個例子顯示在圖31中。在設(shè)計中，O型環(huán)與載玻片倉的槽的邊緣接觸，以便如批式震蕩方法中描繪的那樣不透水密封。分流器與有圖案的載玻片的表面接觸，在載玻片表面和分流器的表面之間具有最小的空間。這是為了最小化死空間，死空間在新鮮的漂洗溶液流動過程中能夠截留漂洗溶液。為了載玻片和分流器之間的更好接觸，分流器可以由彈性材料制成。
在另一個實施方案中，蓋子具有四個入口和四個出口，并含有如圖32中所示的物理分隔物。一旦蓋子與載玻片倉裝配后，沿著載玻片上每行12個玻璃孔產(chǎn)生了四個分離的通道。個體入口、出口和物理分隔的通道的存在，將確保均勻的液流通過載玻片上陣列的每一行。蓋子中的O型環(huán)與載玻片倉的槽邊緣接觸，三個隔板與載玻片表面和倉接觸，以最小化任何死體積。為了隔板與載玻片和倉之間的更好密封，隔板可以由彈性材料制成。在另一個實施方案中，入口構(gòu)件可以從圖32中的設(shè)計進行修改，以包含僅僅一個入口和一個出口。在這種情況下，蓋子可以具有分流器，用于將進入和出去的液流分成四股。這樣的設(shè)計可以減少在蓋子和外部液體操作系統(tǒng)之間所需的連接數(shù)量。
實施例使用的儀器在下面的實施例中使用的儀器由圖2E和圖2F中描繪的芯片形式的固定構(gòu)件和圖2G和2H中顯示的芯片座形式的儲液器組成。芯片可以定位于座的槽中或連接到座上。在大多數(shù)實驗中，芯片由玻璃制成，因為易于進行表面修飾并且透明。芯片的表面具有疏水性涂層包圍的相對親水圖案。疏水性涂層可以由全氟代硅烷例如十七氟_1，1，2，2-四氫癸基二甲氧基娃燒、或燒基娃燒例如十八燒基二乙氧基娃燒形成。在用于疏水性涂層的娃燒之中，在本說明性的實驗中最適合的一種是由十七氟-1，1，2，2-四氫癸基三甲氧基硅烷形成的全氟代硅烷涂層。在用Piranha溶液，V (H2SO4)/V (H2O2) = 7/3，在110°C清潔O. 5小時后，將芯片用Milli-Q H2O漂洗，并用N2干燥。將玻璃芯片在室溫或500°C下使用自制的濺鍍器，通過帶有100-2000 μ m直徑的通孔的掩模進行TiOx涂層(圖2A流程I中的步驟II)。該步驟在玻璃表面上產(chǎn)生了無定形TiOx或銳鈦礦-無定形TiOx的混合物的有圖案涂層(Luca，D. J. , Optoelectron. Adv. Mater. (2005)7,62511)。鈦源的功率是 200W。氬氣和氧氣的流速分別為25. 2和10. 8sccm。用于濺鍍的倉室壓力是2mTorr。在從濺鍍器室中取出后，將TiOx涂層的玻璃芯片使用十七氟_1，1，2，2-四氫癸基三乙氧基硅烷(FTES，(Gelest,Inc.，Morrisville,PA)在115°C、lmTorr的壓力下蒸汽涂布2小時，以形成疏水性涂層(圖2A流程 I 中的步驟 II、IV ；Beck, Μ·,等,Microelectron. Eng. (2002) 61-62,441)。為了產(chǎn)生親水-疏水微圖案，將FTES涂層的、有TiOx圖案的玻璃芯片在UV下輻照 2 小時(波長=254nm, 120mJ/cm2, XL-1500UV 交聯(lián)儀，Krackeler Scientific, Inc.，Albany,NY)。這使得疏水圖案區(qū)域上暴露出新鮮的TiOx,同時對疏水圖案區(qū)域的影響最小。前進接觸角從119+2°變成0°，表明從表面上完全除去了疏水性的FTES涂層。在UV輻照過程中，前進和后退接觸角之間的差別在兩個角達到0°之前急劇增加。或者，用聚四氟乙烯(PTFE)樹脂印刷的玻璃載玻片從Electron MicroscopySciences (Hatfield, PA, USA)和 Tekdon (Myakka City, FL, USA)購買。載玻片具有未涂層的、裸露的玻璃圖案，直徑在I. 5mm到3mm之間變化。總的來說，在這些說明性的實驗中，使用PTFE印刷的載玻片多于自產(chǎn)的全氟代硅烷涂層的載玻片，因為PTFE表現(xiàn)出更好的表面疏水性。開發(fā)和測試主要在兩種不同的尺度上進行一用于直徑為500 μ m和直徑為I. 2mm的親水點的亞微升水平，以及用于直徑為2mm的親水點的1-5 μ L的水平。有500 μ m點或I. 2mm點圖案的芯片的尺寸為37. 8mmxl7. 8mm，和15x6個部件的陣列(圖2A)。芯片按照在另一個應(yīng)用中描述的方法來制造。將玻璃載玻片用TiOx形成圖案,然后在piranha溶液中充分清洗，在120-150 V下暴露在十七氟-I，I，2，2-四氫癸基三甲氧基硅烷的蒸汽中2小時。在用全氣代娃燒涂層后，將芯片暴露于UV福照1-2小時，然后用流動的DI水劇烈漂洗，以除去TiOx圖案區(qū)域上的全氟代硅烷薄膜。然后，通過將芯片暴露于IM KOH或NaOH溶液中10-30秒，除去TiOx薄膜。由全氟代硅烷涂層包圍的新鮮暴露的玻璃區(qū)域可以用另一種硅烷膜進一步修飾，以便于在區(qū)域中執(zhí)行的生物分析。有2-_點圖案的芯片的尺寸為75mmx25mm，并根據(jù)供應(yīng)商而有12x3、12x4或13x5個部件的陣列(圖2B)。芯片的疏水性表面暴露出印刷的PTFE樹脂，親水性表面暴露出裸露的玻璃表面。芯片從ElectronMicroscopy Sciences (Hatfield, PA, USA)和 Tekdon (Myakka City, FL, USA)購買。在某些實驗中，實際上用于相應(yīng)分析的芯片的區(qū)域小于芯片的尺寸。芯片座由有機、無機或金屬基質(zhì)制成，例如塑料、玻璃、硅、陽極氧化鋁或不銹鋼，在其中心具有用于接受芯片的槽。一般來說，芯片由聚碳酸酯、(陽極氧化)鋁或不銹鋼制成。用于500mm和I. 2mm有圖案的芯片的示范芯片座的尺寸為75mmx25mm，高度為5mm。在 中心有38mmX18mm的槽(圖2A)。該槽的底部用蓋玻片蓋住，芯片放置在頂部。為了容納可商購的2mm圖案芯片，芯片座的尺寸為75mmx25mmx5mm,槽的大小為60mmx21mm(圖2B)。2mm圖案芯片具有與芯片座相同的尺寸，被粘附在芯片座的底部，而槽中暴露出那些在實驗中使用的點。液體操作PFCL被用作與液滴不混溶的疏水性介質(zhì)。將PFCL分配在芯片座中，以完全覆蓋放置在其槽內(nèi)的芯片表面。在PFCL中加入0-40%全氟碳-乙二醇表面活性劑。具體來說，使用了一系列從3M來的、被稱為Fluorinert 的PFCL。在下述的試驗中，單獨或作為混合物使用FC-70、FC-40和FC-3283。對于表面活性劑來說，對于選定的實驗使用10%的CF3 (CF2) S-CH2CH2OH 或 CF3 (CF2) 8_CH2CH20H。用于分配和控制液滴的方法依賴于分析的規(guī)模。對于I μ L以上體積來說，如圖IC所示，使用移液器手動分配或采用移液機械裝置機械分配。例如，使用Eppendorf 移液器來分配等于或大于I μ I的液體。對于小于I μ L的體積來說，使用Eppendorf 移液器或亞微升分配器——來自Biodot，Inc. (USA)的BioJet Plus 來分配液體。將試劑溶液直接放置到表面的親水性點上(圖4C)，和/或以一定的速度分配到表面上，通過慣性到達和粘附在親水性點上。對于小于ImL的體積來說，使用機械分配，因為典型情況下，它在這種規(guī)模下為獲得流體學控制所必需的精確性提供了較大的便利。通常使用基于螺線管的或壓電分配。在分配時，試劑溶液的液滴對抗PFCL的浮力被吸引到芯片的表面上。當液滴與表面上的親水性點接觸時，它通過親水-親水吸引被固定。吸引液滴通過PFCL層為了將液滴吸引向下到達芯片的表面，大多采用加壓分配。將液滴以足以穿透PFCL層并粘附在親水性區(qū)域上的速度分配在表面的親水區(qū)域上。在這種構(gòu)造中，液滴的動力學能量大于不混溶液體的阻力。為了幫助每個分配的液滴的定位，將特氟龍芯片放置在有圖案的芯片的頂部(圖4E中的“3”)。在某些實驗中，使用了高壓電離器，以便使PFCL上的液滴帶電，并通過靜電排斥將它向下移到芯片。芯片座放置在平的接地電極上，電極是通過電子束蒸發(fā)順序包被了 Cr和Au薄膜的玻璃片，其中Au薄膜起電極的作用，將高壓電離器——SIMCO的帶有V-block電離器的Pulse Flow Controller ，放置在芯片上方。液滴被來自電離器的正或負電荷充電，通過靜電排斥向遠離電離器的方向運動。芯片座下的接地電極一般被用于幫助液滴的這種朝下運動。一旦使用這種方法使液滴向下移動后，芯片和芯片座的整個系統(tǒng)，包括分配的液滴，被正和負電荷流所中和(圖4G)。分析程序在典型的液體操作 過程中，根據(jù)分配的液滴的體積和蒸發(fā)速度，在第一次分配之前或之后，加入不混溶的液體以覆蓋芯片表面。一旦所有樣品液體被分配后，將它們在所需條件下溫育一段所需的時間。在溫育完成后，或者將樣品直接讀數(shù)，或者在經(jīng)過一系列處理后再讀取信號。適用于廣泛的分析方法的代表性處理步驟在下文描述。在除去現(xiàn)有溶液后加入新的溶液圖6顯示了用于漂洗現(xiàn)有樣品以及添加新樣品的通用流程。通過將芯片或芯片座保持一定的角度、或通過從芯片座中取出芯片并將芯片保持一定的角度，將PFCL排掉。在某些情況下，用于溫育的PFCL是高度粘性的，使得通過在排干現(xiàn)有液體后在芯片上加入低粘度PFCL或?qū)⑿酒?芯片座在低粘度PFCL中漂洗，將它替換成低粘度的PFCL。一旦低粘度的PFCL從芯片表面排掉后，將芯片(帶有或不帶有芯片座)浸泡在漂洗溶液中，震蕩5-300秒。使用盡可能少的PFCL，并且不使裸露的芯片表面干燥或暴露。干燥和暴露的芯片表面能導致干燥區(qū)域的潤濕并破壞分離的親水性點的圖案。表面上太多的PFCL可抑制液滴與漂洗溶液的自由混合。在有正確量的PFCL保留在表面上并具有適當?shù)恼扯?可以通過實驗容易地確定)的情況下，液滴可以容易地與漂洗溶液混合，同時疏水性表面通過一層PFCL與漂洗溶液保持分離。就此應(yīng)該提到，除了本實施例之外，還試驗了其它的實施方案。在這樣的實施方案中，對沒有連接到芯片座上的芯片進行了處理。在溫育過程中，將芯片浸泡在皮氏培養(yǎng)皿中的PFCL中以避免蒸發(fā)。然后在漂洗過程中，將芯片放置在裝有漂洗溶液的試管中。當漂洗完成并將芯片從溶液中取出時，親水性區(qū)域上留下了僅僅少量的漂洗溶液，形成了一個薄層。留下來覆蓋親水區(qū)域的漂洗溶液的量可以忽略不計，相當于在多孔板中的相應(yīng)情況。應(yīng)該提到，如果需要，可以將芯片在漂洗溶液中暴露較長的時間而不會潤濕疏水性區(qū)域，這是由于存在一薄層roa。當整個芯片陣列需要在某種溶液中溫育較長時間時，這種能力可能是有用的。在進一步加入新溶液之前，一般將芯片浸泡在PFCL中以避免任何蒸發(fā)。按照同樣的方案，通常重復(fù)地進行漂洗。除了上面描述的步驟之外，在第二次漂洗之前，必需加入溶液以形成液滴。這是為了確保每個親水區(qū)域與漂洗溶液良好地接觸。沒有加入步驟的話，在第一次漂洗后，親水性區(qū)域非常薄，某些點可能隱藏在PFCL的薄層下，而不與第二次漂洗的溶液混合。信號檢測對于大多數(shù)生物學應(yīng)用來說，光學檢測是目前用于本技術(shù)領(lǐng)域中分析液滴中發(fā)生的反應(yīng)的優(yōu)選方法。因此，同樣的方法被用在本發(fā)明的本實施例中。芯片座被定位在倒置熒光顯微鏡Fluoview IX 71 FV5-PSV (Olympus，日本)，或一種高級的倒置共焦熒光顯微鏡“Insight 3D Cell”顯微鏡(Evotec Technologies, Hamburg,德國)上。液滴中的信號可以從下面檢查。NIH3T3細胞的生長和細胞存活性檢測(a)創(chuàng)建細胞友好的表面將胎牛血清(FBS)點在特氟龍或特氟龍涂層的芯片上，然后在加熱板上于200°C加熱2小時，用UV輻照30分鐘。該處理在特氟龍表面上產(chǎn)生了親水性的“粘性”蛋白薄膜。(b)細胞制備和接種將在表面積為75cm2并帶有過濾蓋子的四苯基卟啉(TPP)組織培養(yǎng)瓶(本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員稱之為“T75瓶”)中生長至滿底的NIH3T3細胞用磷酸鹽緩沖鹽水漂洗兩次。然后，加入ImL O. 25%胰蛋白酶和O. 2g/l EDTA以分開細胞。在細胞分開后，加入9mL DMEM培養(yǎng)基(含有10%胎牛血清和1%青霉素/鏈霉素)來中和胰蛋白酶。然后，使用紅細胞計數(shù)器對細胞進行計數(shù)，SOOrpm離心5分鐘進行沉淀，并以大約100個細胞/ μ I的濃度重新懸浮在DMEM培養(yǎng)基中(含有10%胎牛血清和1%青霉素/鏈霉素)。(C)細胞分配使用來自德國柏林的Scienion的壓電分配器SciflexArrayer，將細胞分配在細胞友好的表面上。(d)細胞生長和活/死細胞分析細胞接種后，將芯片用PFCL覆蓋，并放置在細胞培養(yǎng)箱中(37°C，5% C02)。使細胞在芯片上生長3天。3天后，使用來自Molecular Probes (Invitrogen)的活/死細胞分析試劑盒進行細胞存活性分析。將鈣熒光素AM和溴乙錠同二聚體-I加入到細胞液滴中至終濃度為2 μ M0使用Olympus 1X71顯微鏡，在汞燈照明下利用適當?shù)臑V光片的幫助來觀察活的和死的細胞(藍色熒光方塊表示活細胞，綠色熒光方塊表示死細胞)。細胞染色分析(a)制備根據(jù)表面上的親水圖案的尺寸，可以在20nL_10 μ L上進行基于細胞的分析。在本實施例中，以0. 8 μ L運行了基于細胞的分析，使用了被形成帶有I. 2-mm親水性部件圖案的載玻片。在每次實驗之前，將所有要使用的工具完全清潔和消毒。通過將特氟龍芯片在RBS50濃縮液中浸泡I小時，然后用流水漂洗，來除去芯片上的油脂和其它有機沉積物。然后將芯片在105°C高壓蒸汽滅菌30分鐘。選擇性的有圖案芯片在整個制造過程中保持潔凈；它們只在100%乙醇中漂洗、風干并用紫外線滅菌。將芯片座在異丙醇中清潔以除去殘余的碎屑；對它們進行劑量為25kGy的Y-輻照進行滅菌。通過將900ml PFCL與50ml水在瓶子(I升)中于105°C高壓蒸汽滅菌30分鐘，來制備水飽和的PFCL。高壓蒸汽滅菌后，將它通過0. 2 μ m的濾器進行過濾。(b)在有圖案的載玻片和60-mm培養(yǎng)皿上比較細胞培養(yǎng)
使用Amaxa (Cologne,德國)的Nucleofactor試劑盒V,將HepG2細胞用綠色突光蛋白(GFP)maxGFP 進行轉(zhuǎn)染。使用G418化學篩選轉(zhuǎn)基因穩(wěn)定整合的細胞。將穩(wěn)定轉(zhuǎn)染的HepG2-maxGFP細胞接種在親水區(qū)域上。將液滴用PFCL覆蓋，并將整個載玻片放置在細胞培養(yǎng)箱中(37°C，5% C02)。為了比較，將同樣的細胞體積接種在PFCL覆蓋的、處理過的60-mm組織培養(yǎng)皮氏培養(yǎng)皿上。將培養(yǎng)皿在細胞培養(yǎng)箱中放置30分鐘，使細胞附著。然后除去PFCL，并用5mL細胞培養(yǎng)基替換(DMEM，含有1000mg/L葡萄糖、10 %胎牛血清(FBS)、I %青霉素/鏈霉素)。每天使用倒置熒光顯微鏡對培養(yǎng)皿和有圖案的載玻片上生長的細胞數(shù)量進行計數(shù)。在3天的監(jiān)測時間內(nèi)，在有圖案的載玻片上的液滴和處理過的60-mm組織培養(yǎng)皿上的大量細胞培養(yǎng)基中，細胞被證明具有非常相似的增殖模式(圖10)。液滴中生長的細胞的免疫熒光染色
將maxGFP 轉(zhuǎn)導的!fepG2細胞生長在用PFCL覆蓋的有圖案的載玻片上的液滴中(圖11A)。為了開始染色，通過在漂洗倉中用磷酸鹽緩沖鹽水(PBS)進行漂洗，除去液滴中的細胞培養(yǎng)基(DMEM，含有1000mg/L葡萄糖、10%胎牛血清(FBS)、I %青霉素/鏈霉素)。然后使用3. 7%甲醒將細胞固定2分鐘,或用冰冷的乙醇固定I分鐘。為了使細胞通透化，使用PBS中的0. I % Triton。接下來，將細胞在含有1%牛血清白蛋白(BSA)、10% FBS的PBS中阻斷5分鐘。然后將細胞與0. 8 μ L兔抗Ki67多克隆抗體溫育15分鐘，然后在漂洗倉中用含有0. I % Tween 20的PBS漂洗三次，每次10秒。在漂洗步驟之間，將0. 8 μ L PBS分配在“細胞生長區(qū)域”上，使得在漂洗倉的漂洗過程中混合得更有效。接下來，將細胞與0·8μ 與Alexa 633染料偶聯(lián)的山羊抗兔IgG第二抗體(Molecular Probes)溫育10分鐘。然后將有圖案的載玻片再次放置在裝有含0. 1% Tween 20的PBS的漂洗倉中，漂洗三次，每次10秒。熒光標記的細胞在熒光顯微鏡下可見。在96孔板的孔中對僅僅在30分鐘與2小時以上完成的細胞染色分析進行了比較。漂洗方法允許有圖案載玻片上的多個“細胞生長區(qū)域”被平行地漂洗，導致了更均勻、有效和快速的漂洗。微型化格式導致所需的抗體量節(jié)省了至少大約10-20倍(當在50-100nL體積中進行染色時，節(jié)省1000倍)。熒光染色的細胞顯示在圖IlB中。生長在有圖案的載玻片上的細胞表達細胞增殖標志物Ki67，進一步證明了它們能夠在小液滴中增殖。大鼠IgG ELISA(a)在50-nL體積中的有效漂洗和添加運行使用兩種不同的染料羅丹明110和熒光素的簡單試驗，以證實在微陣列格式中的有效漂洗和添加。將玻璃芯片形成圖案，以在表面上產(chǎn)生被疏水性全氟代硅烷涂層包圍的500-mm的親水性點。將芯片與芯片座相連，通過中間的槽暴露出陣列區(qū)域。加入PFCL覆蓋表面后，分配羅丹明110的PBS溶液。將分配過的芯片傾斜至與底面垂直，以便排掉PFCL0然后將芯片在連續(xù)的PBS緩沖液流下漂洗。然后，在加入PFCL覆蓋芯片表面后，分配熒光素溶液。在每次分配和漂洗后，芯片的熒光照片顯示出了這種新漂洗方法的有效性(圖12)。在漂洗了羅丹明溶液后，親水性區(qū)域的熒光與背景一樣低，表明在每個親水性區(qū)域上留下的染料量可以忽略。在分配了熒光素溶液后，溶液的熒光與分配前本體溶液的熒光相同。這表明留在親水性區(qū)域上的、來自以前分配和/或漂洗溶液的溶液對熒光素溶液的稀釋是極小的。此外，根據(jù)所獲得的親水性點的同樣圖案，疏水性表面沒有潤濕。(b)在96孔微量滴定板中的大鼠IgG ELISA為了比較，按照ELISA定量試劑盒的標準方案在96孔微孔板中進行了分析，只是分別使用secAb-HRP (辣根過氧化物酶)和TMB過氧化物酶代替sec Ab-AP和FDP。
圖13A顯示按照標準方案在IOOmL的Greiner黑色96孔微量滴定板中運行的參比ELISA圖。來自分析的熒光信號隨著大鼠血清濃度的增加而增加。分析可以檢測到低至I. 95ng/mL 的血清。(c)在有2-mm親水性區(qū)域圖案的顯微鏡載玻片上的大鼠IgG ELISA根據(jù)固定構(gòu)件的疏水表面上的親水性圖案的大小，ELISA分析可以在例如20nL-10mL中進行。在本實施例中，使用有2_mm親水部件圖案的玻璃載玻片，在3_6mL進行ELISA。除了與堿性磷酸酶偶聯(lián)的第二抗體(secAb-AP)和熒光素二磷酸(FDP)之外，所有的試劑都按照ELISA定量試劑盒的供應(yīng)商(Bethyl Laboratories Inc. ,Montgomery,目錄號El 10-128)提供的標準方案制備。通過將O. lmg/mL secAb-AP儲存溶液以I : 500的比率稀釋到含有 50mM Tris,O. 14M NaClU% BSA,O. 05% Tween 20 的 pH 8. O 的樣品稀釋液中，制備了 secAb-AP 結(jié)合物。FDP 溶液制備在含有 50mM Tris,O. 14M NaCl.O. 05% Tween 20的pH8. O的清洗緩沖液中，為10mM。帶有2_mm親水性部件圖案的顯微鏡載玻片被連接到芯片座上，在槽中暴露陣列區(qū)域。按照修改的步驟，在帶有2-mm部件的有圖案載玻片上進行分析。在每個親水區(qū)域分配3mL第一抗體溶液，然后加入PFCL (通常為FC-3283)以充分覆蓋液滴。在30分鐘的溫育過程中，將芯片座用顯微鏡載玻片蓋住。將芯片/芯片座插入到含有45mL清洗緩沖液的50-mL falcon管中。將管在線性運動搖床上以90rpm震蕩30秒。完成漂洗后，將芯片/芯片座從管中取出，在芯片上加入PFCL以覆蓋表面。在每個孔中加入4mL后包被溶液，力口APFCL以完全覆蓋分配的液滴。隨后以同樣的方式進行漂洗和添加，在每步溫育30分鐘。制備一系列大鼠血清溶液，取3mL雙份分配在親水區(qū)域上0ng/mL、0. 46ng/mL、l. 85ng/mL、7. 8ng/mL、15. 625ng/mL、31. 25ng/mL、62. 5ng/mL 和 500ng/mL。在每個點上都分配 3mL 的secAb-AP和FDP溶液。值得注意的是，在加入FDP溶液之前，將芯片漂洗兩次。在該漂洗步驟中，在第一次和第二次漂洗之間，在每個親水區(qū)域上分配3mL清洗緩沖液。作為最后的步驟，將3mL FDP溶液加到每個親水區(qū)域上，在擦拭芯片的底面后，將芯片放置在Evotec’sInsight共聚焦讀取器上。測量溶液中的FDP和表面固定的secAb-AP之間的反應(yīng)產(chǎn)生的熒光素發(fā)出的突光。圖13B顯示了在有2-mm親水部件圖案的芯片上運行3_4mL的ELISA圖。與微量滴定板中的分析相似，來自分析的熒光信號隨著血清濃度的增加而增加。但是，分析的靈敏度增加了，使得可以檢測到0. 46ng/mL的血清。應(yīng)該理解，ELISA分析還沒有針對本發(fā)明的方法進行優(yōu)化，從而描繪的結(jié)果可能沒有顯示出本發(fā)明方法的全部潛力。然而，目前處于進一步研究的較低的試劑消耗和較高的檢測靈敏度，無疑是明顯的。此外，3-4mL的分析所需的溫育時間與常規(guī)的大量分析相比，時間縮短了至少一半。分析的持續(xù)時間預(yù)計將隨著分析體積的減小而減少；這目前正在研究中。蛋白(綠色熒光蛋白)的親和純化本實施例描述了使用本發(fā)明的方法如何能夠純化蛋白。上述的生物芯片可以用作本發(fā)明儀器的固定構(gòu)件。在用0. OlM磷酸鹽緩沖鹽水(PBS)清洗帶標簽的瓊脂糖珠后，可以制備I μ I含有50mM Tris-HCl pH 7. 7、200mM NaCl、5mM EDTA 和鏈親和素修飾的磁性瓊脂糖珠(QIAGEN，相當于4% (w/v)的懸浮液)的水性液滴。超濾過的礦物油(Fluka)可以用作不混溶的介質(zhì)，按照上面的描述填充在儲液器中?？梢栽谏鲜鼍彌_液(50mM Tris-HCl pH 7. 7,200mMNaCl,5mM EDTA)中加入含有I μ I含生物素化重組綠色熒光蛋白(GFP)的細菌粗裂解物(大腸桿菌(E.coli))的液滴(參見例如圖4B)，并與含有磁性瓊脂糖珠的液滴合并。獲得的液滴可以在室溫溫育45分鐘。然后，從儀器的儲液器中取出固定構(gòu)件，并將磁鐵放置在其后面，即固定構(gòu)件上與被形成圖案以含有親水性區(qū)域的疏水表面一面相反的面上。然后按照上面的描述和圖6中的圖示，通過用上述緩沖液(50mM Tris-HCl pH 7. 7,200mM NaCl,5mM EDTA)漂洗三次，對液滴進行連續(xù)清洗。洗脫液滴中純化的GFP可以通過用25 μ I含 有IOmM生物素的上述緩沖液補充相應(yīng)親水區(qū)域上的液滴(參見上文)，并通過暴露于超聲來混合而進行。然后可以通過改變放置在固定構(gòu)件后面的磁鐵的位置，然后在仍然吸引著磁性珠子同時除去磁鐵，來除去磁性瓊脂糖珠。定量可以通過任何標準方法來進行，例如按照Layne，在280和260nm處紫外吸收值的比率，通過在參比液滴中進行顏色反應(yīng)，例如按照Bradford,通過SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳分離并然后染色,或通過使用已知濃度的GFP參比溶液進行熒光檢測。在本說明書中以前發(fā)表的文獻的列出和討論，并不一定被當作是承認該文獻是現(xiàn)有的部分，或是通用的一般性知識。所有列出的文獻，不論在本文中經(jīng)引用后明確合并與否，在此出于所有目的以其全文引為參考。在這里說明性地描述的發(fā)明，在缺少本文沒有特別公開的任何要素或限制的情況下，可能被適當實施。因此，例如，術(shù)語“包含”、“包括”、“含有”等，應(yīng)該被廣義和非限制性地理解，不僅僅限于它們所直接指稱的列出的成分，而是還包括其它非特指的成分或要素。此外，本文中使用的術(shù)語和表述被用作描述性而不是限制性的術(shù)語，并不打算在使用這些術(shù)語和表述時排除顯示和描述的特征或其一部分的任何等價物，而是應(yīng)該意識到，在所主張的本發(fā)明范圍內(nèi)，各種不同的修改都是可能的。因此，應(yīng)該理解，盡管本發(fā)明已經(jīng)通過示例性的實施方案和任選的特征進行了具體的公開，但本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員可以對其采取其中體現(xiàn)了本文公開內(nèi)容的本發(fā)明的修改和改變，并且這樣的修改和改變被認為是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。在本文中，對本發(fā)明進行了寬泛而一般性的描述。每個屬于一般性公開內(nèi)容內(nèi)的較狹窄品類和和下級組也形成了本發(fā)明的部分。這包括本發(fā)明的一般性描述，限制性條件或否定性限制是從一般中排除任何主題描繪，不論被刪除的物質(zhì)在本文中是否被具體列舉了。其它實施方案在下面的權(quán)利要求書中。此外，當根據(jù)馬庫什組描述本發(fā)明的特點或方面時，本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員將會認識到，本發(fā)明因此也可以根據(jù)馬庫什組的任何個體成員或成員的亞組進行描述。
權(quán)利要求
1.用于處理液滴中的生物和/或化學樣品的儀器，儀器包含處理室， 其中所述處理室由儲液器和固定構(gòu)件限定， 其中處理室適合于容納介質(zhì)，其中所述介質(zhì)(i)與所述液滴不混溶，并且(ii)表面能比液滴的液體低； 其中所述儲液器由周壁和底部限定，并且 其中所述固定構(gòu)件(i)安置在所述儲液器內(nèi)；并且(ii)包含表面， 其中表面被形成圖案，使得它包含至少一個預(yù)定的固定區(qū)域，其中 (a)所述表面內(nèi)的至少一個預(yù)定的固定區(qū)域(i)比所述介質(zhì)的表面能高，(ii)比其余表面的表面能高，并且(iii)在表面的平面內(nèi)具有充分的表面能和充分的寬度，使得在所述介質(zhì)中，液滴通過界面相互作用固定在至少一個預(yù)定的固定區(qū)域上，并且 (b)其余表面的表面能最多與所述介質(zhì)大致相同。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于處理液滴中樣品的儀器及其使用方法。本發(fā)明提供了用于處理液滴中的生物和/或化學樣品的儀器和方法。儀器包括處理室，它由儲液器和固定構(gòu)件限定。處理室還適合于容納介質(zhì)，該介質(zhì)與液滴不混溶，并且表面能比液滴的液體低。儲液器由周壁和底部限定。固定構(gòu)件被安置在儲液器內(nèi)，并包含表面，所述表面形成圖案，使得它含有至少一個預(yù)定的固定區(qū)域。該有圖案的表面內(nèi)的預(yù)定固定區(qū)域具有比介質(zhì)高的表面能。此外，至少一個預(yù)定區(qū)域具有比其余表面高的表面能，并且在表面的平面上具有足夠的寬度，從而允許在所述疏水介質(zhì)中，液滴通過親水-親水和疏水-疏水相互作用固定在親水表面上。其余表面的表面能最多與介質(zhì)大致相同。在本發(fā)明的方法中，介質(zhì)被放置在儀器中，使得預(yù)定的固定區(qū)域完全被介質(zhì)覆蓋。液滴放置在預(yù)定的固定區(qū)域上，由此通過親水-親水或疏水-疏水相互作用將液滴固定在其上。在所液滴中的生物和/或化學樣品上進行處理。
文檔編號B01L3/00GK102614946SQ20111040167
公開日2012年8月1日 申請日期2007年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月24日
發(fā)明者應(yīng)儀如, 李麗, 李榮耀, 胡敏, 鄺勁豪, 金南镕, 陸光裕 申請人:新加坡科技研究局