中間”及“一”等的用語(yǔ)，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無(wú)實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。
[0039]以下先對(duì)一些術(shù)語(yǔ)予以說(shuō)明:
[0040]在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“粒子(particle)”被用來(lái)指微米或納米量級(jí)的實(shí)體,這些實(shí)體可以是天然的，也可以是人工制作的，例如細(xì)胞、亞細(xì)胞成分、病毒、脂質(zhì)體(liposome)、納米球和微米球，或更小的如生物大分子、蛋白質(zhì)、DNA及RNA等實(shí)體，它也可指與懸浮介質(zhì)不相融合的液珠，它還可指液體中的小氣泡等。“粒子”的(線性)大小可以從幾納米到幾百微米。
[0041]出于本公開(kāi)的目的，術(shù)語(yǔ)“液滴(droplet)”指的是和其他部分由空氣或其他氣體、其他(通常指相互不融合的)液體、或固體表面(例如數(shù)字化微流器件的內(nèi)表面)等分離開(kāi)來(lái)的一定量的液體(一種或幾種的混合)?！耙旱巍钡捏w積范圍很大-一般從幾飛升(femtoliter,毫微微升)到幾百微升(microliters)。“液滴”可以有任意的形狀，如球形、半球形、扁狀的圓形、不規(guī)則形等。
[0042]本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“珠子(bead)”可以是任何與溶液反應(yīng)的珠子或粒子。珠子可以是任意不同的形狀，如球形、雞蛋形、立方形、圓盤(pán)形或者不規(guī)則形。珠子可以在液滴的里面、數(shù)字化微流器件的內(nèi)表面上、容置在數(shù)字化微流器件間隙之間的填充液里、液槽里(入口或出口)等。珠子可以由各種各樣的材料制成，如樹(shù)脂、聚合物、玻璃、納米材料等，并且可以有任意的尺寸如微珠和納米珠。珠子可以有磁響應(yīng)性，在這種情況下，至少其一種或部分成分由磁響應(yīng)材料構(gòu)成，同時(shí)剩下的材料可能含聚合材料、涂層或鏈接有檢測(cè)試劑的基團(tuán)等。關(guān)于珠子的實(shí)例包括，但不限于此，量子點(diǎn)，聚乙烯微珠/納米珠、二氧化硅微珠、熒光微球/納米球、磁微珠/納米珠，流式細(xì)胞微珠等。
[0043]本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“微珠清洗(bead washing)”是指將與珠子相連的一種或多種物質(zhì)的量/濃度減少。此物質(zhì)可能是需進(jìn)一步分析的待檢物質(zhì)、不需要的物質(zhì)、或是多余的未反應(yīng)試劑。珠子的清洗過(guò)程可以包含很多不同的液滴操控步驟。
[0044]本發(fā)明中使用的關(guān)于磁珠的術(shù)語(yǔ)“固定(immobilize)”,意味著將珠子限制在數(shù)字化微流器件內(nèi)表面某一處位置。以實(shí)例來(lái)說(shuō)明，把珠子充分限制在器件內(nèi)表面的某處，這時(shí)將液滴移到廢液槽就可以去除溶液中未反應(yīng)的物質(zhì)。液滴中被帶走(到廢液槽)的珠子的數(shù)量為零，即使是移到廢液槽的液滴中含有珠子，其數(shù)量也是微不足道的。
[0045]本發(fā)明提出了對(duì)樣品溶液中的待分析物進(jìn)行檢測(cè)的器件。熟悉此領(lǐng)域的人都知道，非限制的樣品溶液的例子有體液(包括，但不受限于，血液、血清、血漿、唾液、尿液等)；試樣純化液(purified samples)(例如凈化的DNA、RNA、蛋白質(zhì)等);環(huán)境樣品(包括,但不受限于，水、空氣、與農(nóng)業(yè)有關(guān)的樣品等);生物戰(zhàn)劑樣本(b1logical warfare agent sample)等。其中體液可以是任何生物體的體液，但本發(fā)明對(duì)哺乳動(dòng)物尤其是人的體液更有興趣。
[0046]出于本公開(kāi)的目的，術(shù)語(yǔ)“分析物(analyte)”指的是分析或測(cè)試中的待測(cè)物質(zhì)或化學(xué)成分?！胺治鑫铩笨梢允怯袡C(jī)或無(wú)機(jī)物質(zhì)。它可以指生物分子(如蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、細(xì)胞因子、激素、碳水化合物等)，病毒(如皰疹病毒、逆轉(zhuǎn)錄病毒、腺病毒、慢病毒)，完整細(xì)胞(包括原核和真核細(xì)胞)、環(huán)境污染物(包括毒素、殺蟲(chóng)劑等)、藥物分子(如抗生素、治效藥物和藥物濫用、及毒品)，細(xì)胞核，孢子，等等。
[0047]出于本公開(kāi)的目的，術(shù)語(yǔ)“試劑(reagent)”指的是用于與樣品材料反應(yīng)、稀釋樣品材料、使樣品材料媒合、懸浮樣品材料、乳化樣品材料、包封樣品材料、與樣品材料相互作用、或添加到樣品材料中的任何材料。
[0048]出于本公開(kāi)的目的，術(shù)語(yǔ)“生物標(biāo)志物(b1marker)”指的是可用于對(duì)于疾病狀態(tài)、生物體的生理狀態(tài)、及機(jī)體對(duì)某種療法的反應(yīng)等進(jìn)行標(biāo)志的物質(zhì)。非限制的，生物標(biāo)志物可以是血液中(但不限于)某種蛋白質(zhì)(其濃度反映生物體是否有某種疾病，及該疾病的嚴(yán)重程度)，DNA序列，引入生物體的用于檢查該生物體的某器官功能或某些健康指標(biāo)的可跟蹤測(cè)量的物質(zhì)。
[0049]出于本公開(kāi)的目的，“擴(kuò)增(amplificat1n)”指的是可以增加待測(cè)分析物的數(shù)量或濃度的過(guò)程。非限制的例子包括聚合酶鏈反應(yīng)(Polymerase Chain React1n或PCR)及其變種(如定量競(jìng)爭(zhēng)PCR、免疫PCR、逆轉(zhuǎn)錄PCR等)，鏈置換擴(kuò)增(Strand DisplacementAmplificat1n 或 SDA),基于核酸序列的擴(kuò)增(Nucleic Acid Sequence Basedamplificat1n 或 NASBA),環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增(Loop-mediated isothermal amplificat1n或 LAMP),解鏈酶擴(kuò)增(Helicase-dependent amplificat1n 或 HAD),等。
[0050]本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“空化(cavitat1n)”指的是在高頻信號(hào)的作用下,液體中氣泡和/或蒸汽泡的形成、振蕩、和/或崩潰的過(guò)程?？栈话惴譃閮煞N類(lèi)型一穩(wěn)態(tài)空化和瞬態(tài)空化。術(shù)語(yǔ)“穩(wěn)態(tài)空化(stable cavitat1n)”是指低超聲強(qiáng)度下產(chǎn)生的空化氣泡，為平衡尺寸振蕩持續(xù)多個(gè)聲周期。術(shù)語(yǔ)“瞬態(tài)空化(transient cavitat1n)”指高超聲強(qiáng)度下形成的氣泡，氣泡通過(guò)幾個(gè)聲周振動(dòng)膨張，在被劇烈壓迫而崩潰之前，氣泡尺寸至少是原來(lái)的兩倍。
[0051]術(shù)語(yǔ)“電潤(rùn)濕(electrowetting)”用來(lái)指液體與固體表面接觸角隨所加電場(chǎng)而變化的效應(yīng)。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)所加電壓或電場(chǎng)為交流時(shí)，“電潤(rùn)濕”效應(yīng)和“介電泳”效應(yīng)同時(shí)存在，當(dāng)電壓或電場(chǎng)的頻率增大時(shí)，“介電泳”效應(yīng)的相對(duì)比重也會(huì)相應(yīng)的增強(qiáng)。本發(fā)明中不對(duì)“電潤(rùn)濕”效應(yīng)和“介電泳”效應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格區(qū)分。
[0052]本文中使用數(shù)字化微流器件進(jìn)行“液滴操作”或“液滴運(yùn)行”包含以下一個(gè)或多個(gè)步驟:承載樣品/試劑到液槽，從樣品/試劑液槽中分配液滴，運(yùn)輸/移動(dòng)液滴，合并/聯(lián)合兩個(gè)或更多液滴為一個(gè)液滴，液滴的混合/振動(dòng)，液滴的孵化，液滴的變形，將液滴停留于特定區(qū)域，加熱/冷卻液滴，蒸發(fā)液滴，處理液滴，將一滴液滴分解/分離/劃分為兩個(gè)或更多子液滴等和/或上述步驟的聯(lián)合操作。
[0053]出于本公開(kāi)的目的，術(shù)語(yǔ)“填充液體(filler liquid)”指的是與液滴操作空間有關(guān)且與液滴不相容的流體。填充液體可以是類(lèi)似于硅油或十六烷等性質(zhì)的低粘度油。它可以充滿DMF器件的整個(gè)間隙，或涂覆在數(shù)字化微流器件的內(nèi)表面。填充液體可以是導(dǎo)電體，也可以是非導(dǎo)電體。表面活性劑或者其它添加劑可以摻雜到填充液體中。
[0054]術(shù)語(yǔ)“粒子操縱(particlemanipulat1n)”或“粒子操作(particle operat1n)”可以包含以下步驟的一個(gè)或多個(gè)組合:
[0055]1.選擇(select1n)-對(duì)包含多種粒子的樣品中的某一種粒子進(jìn)行分離(isolat1n)。
[0056]2.重新排序(reordering)-對(duì)粒子的空間位置進(jìn)行重新安排。
[0057]3.合并(un1n)-將兩個(gè)或更多粒子在空間上移到相近或相同的位置(有時(shí)某個(gè)粒子可以包含另一個(gè)粒子)。
[0058]4.分離(separat1n)-將本來(lái)相互接觸、分開(kāi)一定距離、或在介質(zhì)中均勻分布的粒子分離開(kāi)來(lái)。
[0059]5.捕獲(trapping)或聚焦(focusing)-將粒子移動(dòng)到一個(gè)指定的位置,并在某一段時(shí)間里將這些粒子控制在那個(gè)位置。
[0060]本發(fā)明提出了對(duì)樣品溶液中的待分析物進(jìn)行檢測(cè)的器件。熟悉此領(lǐng)域的人都知道，非限制的樣品溶液的例子有體液(包括，但不受限于，血液、血清、血漿、唾液、尿液等)；試樣純化液(purified samples)(例如凈化的DNA、RNA、蛋白質(zhì)等);環(huán)境樣品(包括,但不受限于，水、空氣、與農(nóng)業(yè)有關(guān)的樣品等);生物戰(zhàn)劑樣本(b1logical warfare agent sample)等。其中體液可以是任何生物體的體液，但本發(fā)明對(duì)哺乳動(dòng)物尤其是人的體液更有興趣。
[0061]出于本公開(kāi)的目的，術(shù)語(yǔ)“分析物(analyte)”指的是分析或測(cè)試中的待測(cè)物質(zhì)或化學(xué)成分?！胺治鑫铩笨梢允怯袡C(jī)或無(wú)機(jī)物質(zhì)。它可以指生物分子(如蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、細(xì)胞因子、激素、碳水化合物等)，病毒(如皰疹病毒、逆轉(zhuǎn)錄病毒、腺病毒、慢病毒)，完整細(xì)胞(包括原核和真核細(xì)胞)、環(huán)境污染物(包括毒素、殺蟲(chóng)劑等)、藥物分子(如抗生素、治效藥物和藥物濫用、及毒品)，細(xì)胞核，孢子，等等。
[0062]出于本公開(kāi)的目的，術(shù)語(yǔ)“試劑(reagent)”指的是用于與樣品材料反應(yīng)、稀釋樣品材料、使樣品材料媒合、懸浮樣品材料、乳化樣品材料、包封樣品材料、與樣品材料相互作用、或添加到樣品材料中的任何材料。
[0063]出于本公開(kāi)的目的，術(shù)語(yǔ)“生物標(biāo)志物(b1marker)”指的是可用于對(duì)于疾病狀態(tài)、生物體的生理狀態(tài)、及機(jī)體對(duì)某種療法的反應(yīng)等進(jìn)行標(biāo)志的物質(zhì)。非限制的，生物標(biāo)志物可以是血液中(但不限于)某種蛋白質(zhì)(其濃度反映生物體是否有某種疾病，及該疾病的的嚴(yán)重程度)，DNA序列，引入生物體的用于檢查該生物體的某器官功能或某些健康指標(biāo)的可跟蹤測(cè)量的物質(zhì)。
[0064]出于本公開(kāi)的目的，術(shù)語(yǔ)“層(layer)”和“膜(film)”可以互換使用用來(lái)指主體的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通常但不必須是平面或基本上平面的，而且通常沉積、形成、涂覆或其他方式放置在另一結(jié)構(gòu)上。
[0065]出于本公開(kāi)的目的，“電極選擇單元(electronic selector)”指的是能夠設(shè)置輸出電信號(hào)或?qū)⑵涓淖兊讲煌妷?或電流)水平的任何電子器件，具有或不具有中間電子器件均可。作為非限制性示例，微處理器與某些驅(qū)動(dòng)器芯片一起可以用來(lái)在不同時(shí)間將不同的電極設(shè)置于不同的電勢(shì)。
[0066]出于本公開(kāi)的目的，術(shù)語(yǔ)“接地(ground)”(如用于“接地電極”或“接地電壓”)指的是相應(yīng)的電極的電壓是零或足夠接近于零。所有其他電壓值，盡管幅度通常小于300伏，應(yīng)當(dāng)足夠高，以使得能夠充分觀察到電泳、介電泳、及電潤(rùn)濕效應(yīng)。
[0067]應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)布置覆蓋的電介質(zhì)層時(shí)，同一層中相鄰電極之間的空間通常填充有介電材料。這些空間也可以空著，或填充有諸如空氣、氮?dú)?、氦氣和氬氣等氣體。同一層中的所有電極和不同層處的電極優(yōu)選的進(jìn)行電隔離。
[0068]出于本公開(kāi)的目的，術(shù)語(yǔ)“連通(communicate ) ”(例如，第一組件與第二組件“連通”或第一組件“連通至”第二組件)是指在兩個(gè)或更多組件或元件之間的結(jié)構(gòu)、功能、機(jī)械、電、光、或流體關(guān)系或其任意組合。如此，一個(gè)組件被說(shuō)成與第二組件連通的事實(shí)并不意圖排除在第一或第二組件之間存在額外的組件和/或額外的組件可操作地關(guān)聯(lián)或接合于第一或第二組件的