数字微流体的微区域热控制的制作方法

本发明通常涉及数字微流控(digital microfluidics，简称dmf)盒中的热控制。尤其是包括集成加热器和传感器的微区域热控制的dmf系统、盒以及方法。

背景技术：

1、dmf系统、装置和/或盒用于生化检验，包括进行热循环。有必要减少进行热循环所需的空间，并提高热循环的速率，以减少生化检验的处理时间。

技术实现思路

1、本发明提供了一种对液滴进行热循环的方法。该方法可包括提供本发明的液滴致动器。液滴致动器可包括在基本充油的液滴操作间隙中建立第一热区和第二热区的加热器。液滴致动器可包括热循环路径，该热循环路径由液滴操作电极组成，液滴操作电极包括第一热区中的第一液滴操作电极和第二热区中的第二液滴操作电极，其中第一液滴操作电极和第二液滴操作电极彼此相距5毫米以内。液滴致动器可包括第一液滴操作电极的第一温度和第二液滴操作电极的第二温度，其中第一温度和第二温度相差至少约10℃。该方法可包括使用液滴操作电极以循环模式输运液滴，沿着第一液滴操作电极和第二液滴操作电极之间的热循环路径进行多个循环。例如，液滴可以包括用于扩增核酸的试剂。例如，第一温度可以是变性温度，第二温度可以是退火和延伸(extension)或伸长(elongation)温度。该方法可包括以循环模式输运液滴导致核酸扩增。

2、在某些实施例中，液滴致动器可包括2个或多个热循环路径。在某些实施例中，液滴致动器可包括5个或更多的热循环路径。在某些实施例中，液滴致动器可包括10个或更多的热循环路径。

3、在某些实施例中，第一液滴操作电极与第二液滴操作电极相邻，中间没有任何液滴操作电极。在某些实施例中，第一液滴操作电极和第二液滴操作电极之间的间隔不超过一个额外的液滴操作电极。在某些实施例中，第一液滴操作电极和第二液滴操作电极之间的间隔不超过两个额外的液滴操作电极。

4、在某些实施例中，多次循环中的每一循环可在6秒内完成，并产生基本完整的扩增效果。在某些实施例中，多次循环中的每一循环可在不到1秒的时间内完成，并产生基本完整的扩增效果。在某些实施例中，多次循环中的每一循环在不到约0.5秒内完成，并产生基本完整的扩增效果。

5、在某些实施例中，热循环路径有长度小于约5000微米(μm)。在某些实施例中，热循环路径有长度小于约1500μm。在某些实施例中，热循环路径长度小于约5000μm。在某些实施例中，热循环路径长度小于约1500μm。在某些实施例中，热循环路径长度小于约500μm。在某些实施例中，热循环路径长度小于约100μm。在某些实施例中，热循环路径长度小于约10μm。

6、在某些实施例中，在第一液滴操作电极和第二液滴操作电极之间输运液滴是在小于约1000毫秒内完成。在某些实施例中，在第一液滴操作电极和第二液滴操作电极之间输运液滴是在小于约100毫秒内完成。在某些实施例中，在第一液滴操作电极和第二液滴操作电极之间输运液滴是在小于约50毫秒内完成。在某些实施例中，在第一液滴操作电极和第二液滴操作电极之间输运液滴是在小于约25毫秒内完成。在某些实施例中，在第一液滴操作电极和第二液滴操作电极之间输运液滴是在小于约10毫秒内完成。在某些实施例中，在第一液滴操作电极和第二液滴操作电极之间输运液滴是在小于约1毫秒内完成。在某些实施例中，在第一液滴操作电极和第二液滴操作电极之间输运液滴是在小于约0.1毫秒内完成。

7、在某些实施例中，第一温度和第二温度至少相差约20℃。在某些实施例中，第一温度和第二温度至少相差约30℃。在某些实施例中，第一温度和第二温度至少相差约40℃。在某些实施例中，第一温度和第二温度至少相差约50℃。在某些实施例中，第一温度和第二温度各自独立地介于约37℃至约100℃之间。

8、在方法的某些实施例中，第一热区设定在核酸退火温度(nucleic acidannealing temperature)和第二热区设定在核酸变性温度(nucleic acid denaturationtemperature)。例如，方法可包括将液滴保留在第一液滴操作电极处约3秒或更短时间。例如，方法可包括将液滴保留在第一液滴操作电极处约500毫秒或更短时间。例如，方法可包括将液滴保留在第一液滴操作电极处约0秒时间。例如，方法可包括将液滴保留在第二液滴操作电极处约3秒或更短时间。例如，方法可包括将液滴保留在第二液滴操作电极处约500毫秒或更短时间。例如，方法可包括将液滴保留在第二液滴操作电极处约0秒时间。

9、在某些实施例中，每个循环可能需要不到6秒。在某些实施例中，每个循环可能需要少于1秒。在某些实施例中，每个循环可能需要少于0.5秒。在某些实施例中，每个循环可能需要少于约100毫秒。

10、液滴致动器可包括在印刷电路板或任何其他合适的材料(如玻璃、塑料或者硅基板)中或上制造的加热器，这些基板与单独的基板分离以形成液滴操作间隙。在某些实施例中，加热器由电阻材料形成，电阻材料选自于由陶瓷材料、陶瓷-金属、金属合金和碳墨构成的组合。在某些实施例中，加热器由包括铜在内的金属形成。在某些实施例中，加热器可以这样布置：第一加热器与第一液滴操作电极相关联，并建立第一热区；第二加热器与第二液滴操作电极相关联，并建立第二热区；第三加热器与邻近第一加热器和/或第二加热器的边界区域相关联，并设置在选定的温度下以保持相应热区的温度。在某些实施例中，第二加热器和第三加热器可设置在相同温度下。在某些实施例中，第二加热器和第三加热器的温度可高于第一加热器。在某些实施例中，第二加热器和第三加热器可设置在变性温度下。在某些实施例中，第三加热器可稳定该第二热区。

11、本发明提供了一种用于对液滴进行热循环和扩增核酸的液滴致动器。液滴致动器可包括在基本充油的液滴操作间隙中建立第一热区和第二热区的加热器。液滴致动器可包括热循环路径，该热循环路径路径包括第一热区中的第一液滴操作电极和第二热区中的第二液滴操作电极，其中第一液滴操作电极和第二液滴操作电极彼此相距不超过5毫米。液滴致动器可包括第一液滴操作电极的第一温度和第二液滴操作电极的第二温度，其中第一温度和第二温度至少相差约10℃。液滴致动器可包括热循环路径上的液滴，该液滴包括用于扩增核酸的试剂；其中第一温度为变性温度，第二温度为延伸温度；并且以循环模式输运液滴导致核酸扩增。

12、在某些实施例中，液滴致动器可包括2个或多个热循环路径。在某些实施例中，液滴致动器可包括5个或更多的热循环路径。在某些实施例中，液滴致动器可包括10个或更多的热循环路径。

13、在某些实施例中，第一液滴操作电极与第二液滴操作电极相邻，中间没有任何液滴操作电极。在某些实施例中，第一液滴操作电极和第二液滴操作电极之间隔着不超过一个额外的液滴操作电极，该额外的液滴操作电极可以比第一液滴操作电极小、尺寸相同或更大。在某些实施例中，第一液滴操作电极和第二液滴操作电极之间隔着不超过两个额外的液滴操作电极。

14、在某些实施例中，第一温度和第二温度至少相差约20℃。在某些实施例中，第一温度和第二温度至少相差约30℃。在某些实施例中，第一温度和第二温度至少相差约40℃。在某些实施例中，第一温度和第二温度至少相差约50℃。在某些实施例中，第一温度和第二温度各自独立地介于约37℃至约100℃之间。

15、本发明提供了一种系统，该系统包括与本发明的液滴致动器耦合并控制液滴操作的处理器。在某些实施例中，处理器可被编程为实现沿着热循环路径输运液滴，以在小于约20秒内完成热循环。在某些实施例中，处理器可被编程为实现沿着热循环路径输运液滴，以在小于约15秒内完成热循环。在某些实施例中，处理器可被编程为实现沿着热循环路径输运液滴，以在小于约10秒内完成热循环。在某些实施例中，可对处理器进行编程，以实现沿着热循环路径输运液滴，从而使从第一液滴操作电极到第二液滴操作电极的输运时间少于约2秒。在某些实施例中，可对处理器进行编程，以实现沿着热循环路径输运液滴，从而使从第一液滴操作电极到第二液滴操作电极的输运时间少于约1秒。在某些实施例中，可以对处理器进行编程，以实现沿着热循环路径输运液滴，使得输运时间和液滴停留时间的比率小于1/5，输运时间是液滴从第一液滴操作电极到第二液滴操作电极或反之亦然的输运时间，液滴停留时间是液滴在第一液滴操作电极或第二液滴操作电极中的目的电极上停留时间。在某些实施例中，可以对处理器进行编程，实现沿着热循环路径输运液滴，使得输运时间和液滴停留时间的比率小于1/10，输运时间是液滴从第一液滴操作电极到第二液滴操作电极或反之亦然的输运时间，液滴停留时间是液滴在第一液滴操作电极或第二液滴操作电极中的目的电极上停留时间。在某些实施例中，可以对处理器进行编程，实现沿着热循环路径输运液滴，使得输运时间和液滴停留时间的比率小于1/100，输运时间是液滴从第一液滴操作电极到第二液滴操作电极或反之亦然的输运时间，液滴停留时间是液滴在第一液滴操作电极或第二液滴操作电极中的目的电极上停留时间。