本发明涉及一种在介质上电润湿设备上划分液滴的方法。
背景技术：
介质上电润湿(ewod)在数字微流体技术中是一种用于芯片实验室(loc，lab-on-a-chip)系统的独特技术，其具有操纵小体积的流体样品(也被称为“液滴”)的潜力。介质上电润湿设备可以用作前置平台以执行针对其他loc的复杂样品处理流程。
f.mugele和j.c.baret给出了对电湿润的介绍：“electrowetting:frombasicstoapplications”，物理期刊(journalofphysics)：凝聚态物理(condensedmatter)，卷17，第r705页(2005)，并且由nelson&c-jkim给出介质上电润湿设备的综述：“dropletactuationbyelectrowetting-on-dielectric(ewod):areview”，附着力科学技术期刊(journalofadhesionscienceandtechnology)，卷26，第1747-1771页(2012)，其通过引用并入本文。
单细胞全基因组扩增(scwga)可以在单细胞全基因测序(scwgs)能够执行之前被应用于单细胞中的核酸。scwgs被用于各种各样的期望评估细胞间的基因变异的应用。例如，评估单细胞内发生的拷贝数变异、变化和单核苷酸突变(snv)。
然而，scwga部分地由于在每个细胞中存在的核酸的低拷贝数以及细胞群内的染色体组变异的罕见而因此具有挑战性。scwga的现有方法具有低吞吐量，和要求复杂且昂贵的跟踪和识别流程，例如，单独地对管子进行编码。
通常在包含多个细胞的悬浮液中制备旨在进行scwga和/或scwgs的细胞。该悬浮液通常被注入或引入到介质上电润湿设备中，从而在设备内形成液滴。包含细胞悬浮液的液滴可能具有难以在介质上电润湿设备上操纵的体积。此外，以要求的细胞数来识别和跟踪液滴可能是具有挑战性的、需要将昂贵的条形码附着到样品上。此外，条形码可能在处理期间、潜在地使样品无用的期间遭到破坏。
技术实现要素：
本文公开了一种操作介质上电润湿设备(2)的方法，所述介质上电润湿设备包括中央电极(75)；第一电极(77)，其与所述中央电极相邻；第二电极(78)，其与所述中央电极相邻；第三电极(85)，其与所述第一电极相邻，所述第三电极具有比所述中央电极更大的面积；第四电极(86)，其与所述第二电极相邻，所述第四电极具有比所述中央电极更大的面积；所述方法包括：激活所述中央电极、所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极以便导致第一液滴(41)被保持在所述中央电极、所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极的上方，其中，所述第一液滴被约束在所述中央电极的上方；去激活所述第一电极和第二电极以便导致所述第一液滴划分成分别被保持在所述第三电极、所述第四电极和所述中央电极上方的第二液滴(42)、第三液滴(43)和第四液滴(3)；所述第二电极、第三电极和第四电极的体积分别与所述第三电极、第四电极和中央电极的面积有关；所述第四液滴的体积小于所述第二液滴的体积；所述第四液滴的体积小于所述第三液滴的体积；所述第三电极和所述第四电极可以具有比所述中央电极大五倍的面积。所述第三电极和所述第四电极可以具有比所述中央电极大一百倍的面积。所述第一电极和所述第二电极可以具有处于所述中央电极的面积尺寸与所述第三电极或所述第四电极中的一个电极的面积尺寸之间的面积；在所述设备中的电极可以是共面的；所述第一电极和所述第二电极可以彼此相对布置。所述第一电极和所述第二电极可以在第一方向上彼此相对布置；所述第三电极和所述第四电极可以彼此相对布置；所述第三电极和所述第四电极可以在第一方向上彼此相对布置；所述中央电极、所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极可以在第一方向上排成一行布置；这就是说，所述电极在所述第一方向上按所述第三电极、所述第一电极、所述中央电极、所述第二电极以及然后第四电极的次序布置成一行；所述电极的布置可以利用穿过所述中央电极的对称线对称。
在一个实施例中，所述设备还包括：第五电极(70)，其与所述中央电极相邻；第六电极(71)，其与所述中央电极相邻；其中，所述方法还包括：其中，激活所述中央电极、所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极以便导致第一液滴(41)被保持在激活的中央电极、激活的第一电极、激活的第二电极、激活的第三电极和激活的第四电极的上方；激活所述中央电极、所述第一电极、所述第二电极、所述第五电极和所述第六电极以便导致液滴(4)被保持在所述中央电极、所述第一电极、所述第二电极、所述第五电极和所述第六电极的上方；去激活所述第五电极和所述第六电极；并且激活所述第三电极和所述第四电极；所述第五电极和所述第六电极可以彼此相对布置；所述第五电极和所述第六电极可以在不与所述第一方向平行的第二方向上彼此相对布置；所述第二方向可以与所述第一方向垂直。
在一个实施例中，所述方法还包括：使用传感器确定被保持在所述中央电极上方的所述第四液滴中的粒子(21)的数量；响应于所述在第四液滴中的所述粒子的数量在预定义的范围之外：至少激活所述第一电极和所述第二电极以便导致所述第二液滴、所述第三液滴和所述第四液滴合并成单个液滴(4)；介质上电润湿设备还可以包括第七电极线(83)，其中，至少一个第七电极与所述中央电极相邻；所述方法还可以包括：响应于在所述第四液滴中的所述粒子的数量在预定义的范围之内：激活和去激活所述第七电极线中的电极以便将所述第四液滴移动到处理部分(6，97)；与所述中央电极相邻的所述至少一个第七电极可以处于所述线的一个端部处。所述方法还可以包括激活电极以便导致对样品液滴的第一处理被移动到所述第一处理部分，其中，所述第一处理是热调控的处理；所述第一处理可以是单细胞核酸扩增；所述第一处理可以是细胞培养。
在一个实施例中，所述介质上电润湿设备包括多个中央电极，所述方法还包括：其中，去激活所述第一电极和所述第二电极以便导致所述第一液滴划分成第二液滴(42)、第三液滴(43)和第四液滴(3)，包括：对于多个所述中央电极中的每个给定中央电极：使用传感器确定被保持在所述给定中央电极上方的所述第一液滴中的粒子(21)的数量；响应于被保持在所述给定中央电极上方的所述第一液滴中的所述粒子(21)的数量在预定义的范围内，标记所述给定电极；不标记被标记的并且与另一标记的中央电极相邻的任何中央电极；在去激活所述不标记的中央电极同时去激活所述第一电极和所述第二电极，导致所述第一液滴划分成被保持在所述第三电极和所述第四电极上方的第二液滴(42)和第三液滴(43)、以及被保持在所述标记的中央电极中的每个电极上方的第四液滴(3)；所述介质上电润湿还可以包括第七电极线(83)，其中，至少一个第七电极与所述中央电极相邻；所述方法还可以包括：响应于在所述第四液滴中的所述粒子的数量在预定义的范围之内：激活和去激活所述第七电极线中的电极以便将所述第四液滴移动到处理部分(6，97)；所述第七电极线可以将所述第五电极和/或所述第六电极划分成多个部分；所述第七电极线可以被用于将一个或多个液滴或样品从所述液滴划分电极的布置中转移出来；这样的布置可以允许液滴或样品被移动到例如多个进一步处理部分中(例如被循环)或者移动到引出电极；所述进一步处理部分可以在相同的介质上电润湿设备上或者其可以在不同的设备上。
在一个实施例中，其中，所述液滴中的粒子的数量通过使用相机(22)捕获被保持在电极上方的液滴的图像并且使用在处理器(12，25)中的机器视觉来分析所述图像而确定；所述粒子可以是生物细胞；这可以允许包含单个生物细胞的液滴被识别。在一个实施例中，其中，所述介质上电润湿设备具有棋盘格形电极(89)的区域，其中，所述介质上电润湿设备中的所述电极中的至少一个电极包括在所述棋盘格形电极的区域内的一组棋盘格形电极，其中，所述电极组同时被激活或去激活；这可以使包括相连的电极的阵列的介质上电润湿设备能够执行将以另外方式要求包括具有专门设计和制造的形状的电极的设备的方法，所述相连的电极的阵列还可以是棋盘格形的电极阵列；在所述棋盘格形的电极阵列中的电极可以是正方形、矩形、三角形、六边形或八边形。
公开了一种计算机程序(16)，其在由至少一个处理器(12)执行时，导致所述至少一个处理器执行权利要求1至6中任意一项所述的方法。
公开了一种计算机程序产品，其包括根据权利要求7所述的存储计算机程序的计算机可读介质。
公开了一种装置，包括：介质上电润湿设备(2)；和控制器(8)；所述介质上电润湿设备包括中央电极(75)；第一电极(77)，其与所述中央电极相邻；第二电极(78)，其与所述中央电极相邻；第三电极(85)，其与所述第一电极相邻，所述第三电极具有比所述中央电极更大的面积；第四电极(86)，其与所述第二电极相邻，所述第四电极具有比所述中央电极更大的面积；所述控制器被配置为激活所述中央电极、所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极，以便导致第一液滴(41)被保持在所述中央电极、所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极的上方，其中，所述第一液滴被约束在所述中央电极的上方；去激活所述第一电极和所述第二电极以便导致所述第一液滴划分成分别被保持在所述第三电极、所述第四电极和所述中央电极的上方的第二液滴(42)、第三液滴(43)和第四液滴(3)。
在一个实施例中，所述介质上电润湿设备还包括：第五电极(70)，其与所述中央电极相邻；第六电极(71)，其与所述中央电极相邻；所述控制器还被配置为：其中，激活所述中央电极、所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极以便导致第一液滴(41)被保持在激活的中央电极、激活的第一电极、激活的第二电极、激活的第三电极和激活的第四电极的上方；激活所述中央电极、所述第一电极、所述第二电极、所述第五电极和所述第六电极以便导致所述液滴(4)被保持在所述中央电极、所述第一电极、所述第二电极、所述第五电极和所述第六电极的上方；去激活所述第五电极和所述第六电极；并且激活所述第三电极和所述第四电极。
在一个实施例中，所述装置还包括：传感器，其被配置为确定液滴内的粒子(21)的数量；所述控制器，响应于在所述第四液滴中的所述粒子的数量在预定义的范围之外，被配置为：至少激活所述第一电极和所述第二电极以便导致所述第二液滴、所述第三液滴和所述第四液滴合并成单个液滴(4)。
在一个实施例中，所述装置还包括：传感器，其被配置为确定液滴内的所述粒子的数量；其中，所述介质上电润湿设备还包括多个中央电极；所述控制器还被配置为：其中，去激活所述第一电极和所述第二电极以便导致所述第一液滴分成第二液滴(42)、第三液滴(43)和第四液滴(3)包括：对于所述多个中央电极中的每个给定中央电极：使用所述传感器确定被保持在所述给定中央电极上方的所述第一液滴中的粒子(21)的数量；响应于被保持在所述给定中央电极上方的所述第一液滴中的所述粒子(21)的数量在预定义的范围内，标记所述给定电极；不标记被标记并与另一标记的中央电极相邻的任何中央电极；在去激活所述不标记的中央电极的同时去激活所述第一电极和所述第二电极，导致所述第一液滴划分成被保持在所述第三电极和所述第四电极上方的第二液滴(42)和第三液滴(43)、以及被保持在所述标记的中央电极中的每个电极上方的第四液滴(3)。
在一个实施例中，所述装置还包括：还包括：处理器(12，25)；其中，所述传感器是相机(22)，并且其中，所述液滴中的粒子的数量通过使用相机捕获被保持在电极上方的所述液滴的图像并且使用在所述处理器中的机器视觉分析所述图像而确定。
在一个实施例中，所述介质上电润湿设备具有棋盘格形电极的区域(89)，其中，所述介质上电润湿设备中的所述电极中的至少一个电极包括在所述棋盘格形电极的区域内的一组棋盘格形电极；所述控制器还被配置为同时激活或去激活所述电极组。
公开了一种系统，包括前述实施例中所述的装置；以及计算机系统(11)，其被可操作地连接到所述控制器，所述计算机系统被配置为执行权利要求1至8中任一项所述的方法并且记录至少一个液滴的位置。
附图说明
现将参考附图、通过示例的方式描述本发明的特定实施例，在附图中：
图1是包括介质上电润湿液滴操纵设备的微流体系统的示意框图；
图2是包括相机和镜头的样品检查系统的示意框图；
图3是包括介质上电润湿液滴操纵设备的热控制系统的示意框图；
图4是介质上电润湿设备的剖视图；
图5示意性地示出了液滴致动；
图6是在介质上电润湿设备上用于样品制备和单细胞扩增的第一组液滴划分电极的平面图；
图7是在介质上电润湿设备上用于样品制备和单细胞扩增的第二组液滴划分电极的平面图；
图8是在介质上电润湿设备上用于样品制备和单细胞扩增的第三组液滴划分电极的平面图；
图9是在介质上电润湿设备上用于样品制备和单细胞扩增的第四组液滴划分电极的平面图；
图10是液滴划分和再循环的第一方法的过程流程图；
图11示出了使用在图6中所示出的第一组液滴划分电极和在图10中所示出的第一方法的液滴划分的阶段；
图12a示出了使用第五组液滴划分电极和图10中示出的第一方法的液滴划分的第一阶段；
图12b示出了使用第五组液滴划分电极和图10中示出的第一方法的液滴划分的第二阶段；
图13a示出了使用第六组液滴划分电极和图10中示出的第一方法的液滴划分的第一阶段；
图13b示出了使用第六组液滴划分电极和图10中示出的第一方法的液滴划分的第二阶段；
图14是液滴划分和再循环的第二方法的过程流程图；
图15示出了使用在图6中所示出的第一组液滴划分电极和在图14中所示出的第二方法的液滴划分的阶段；
图16示出了使用在图8中所示出的第三组液滴划分电极和在图14中所示出的第二方法的液滴划分的阶段；
图17示出了使用在图9中所示出的第四组液滴划分电极和在图14中所示出的第二方法的液滴划分的阶段；
图18是在介质上电润湿设备上用于样品制备和单细胞扩增的第七组液滴划分电极的平面图；
图19是在介质上电润湿设备上用于样品制备和单细胞扩增的第八组液滴划分电极的平面图；
图20是液滴划分和再循环的第三方法的过程流程图；
图21示出了使用在图18中所示出的第七组液滴划分电极和在图20中所示出的第三方法的液滴划分的阶段；
图22示出了使用在图19中所示出的第八组液滴划分电极和在图20中所示出的第三方法的液滴划分的阶段；
图23示出了使用在图19中所示出的第八组液滴划分电极和在图20中所示出的第二方法的液滴划分的阶段；
图24是用于制备针对核酸扩增的样品的第一介质上电润湿设备的平面图；
图25是用于制备针对核酸扩增的样品的第二介质上电润湿设备的平面图；以及
图26是单细胞扩增的方法的过程流程图；
图27a示出了使用第九组液滴划分电极和图10中示出的第一方法的液滴划分的第一阶段；
图27b示出了使用第九组液滴划分电极和图10中示出的第一方法的液滴划分的第二阶段；
具体实施方式
微流体系统
参考图1示出了用于制备样品的微流体系统1。微流体系统1包括介质上电润湿(ewod)设备2(也被称为“液滴操纵设备”，或简称为“设备”)，其用于从液滴4制备样品3并且将样品3移动到进一步处理部分6。介质上电润湿设备2包括电极7。系统1还可以包括流体处理系统(未示出)，用于将流体递送到介质上电润湿设备2。系统1还包括例如以微控制器或单板计算机形式的控制器8以用于控制流体处理系统(未示出)和至少一个电极驱动器9。一个或多个电极驱动器9被连接到液滴操纵设备2中的电极7，并且一个或多个电极驱动器9被布置以控制对一个或多个特定电极7的应用或其偏差的消除。
系统1包括能被用于对控制器8进行控制的计算机系统11。计算机系统11包括至少一个处理器12和存储液滴控制程序15与液滴操纵指令16的存储器13，液滴控制程序15与液滴操纵指令16均可以采取一个或多个脚本(未示出)和/或一系列表格(未示出)的形式，一张表针对每帧、每帧存储一列有源电极7。在一些情况下，控制器8可以存储控制程序15和液滴操纵指令16。因此，计算机系统11因此至少在操纵期间可以被省略。如何控制电极移动并操纵样品3和液滴4的更多细节在英国专利gb2,559,216b、尤其是在第4页第20行到第7页第24行中详细说明。
样品检查系统
另外参考图2，微流体系统1还可以包括样品检查系统20。样品3和/或液滴4可以包括或包含多种流体，诸如例如盐水缓冲液、生物样品(诸如dna或蛋白质)或体液(诸如血液或尿液)。样品3和/或液滴4可以包含或包括不止一种类型的流体。样品3和/或液滴4可以包含一个或多个粒子21。粒子21可以是例如人造细胞或生物细胞，诸如真核细胞或原核细胞、细胞核或细胞器。样品检查系统20可以被用于确定样品3内粒子21的数量。
液滴4和/或样品3的体积可以从例如10pl变化到1ml。被引入到设备2的液滴4的体积取决于设备要制备的样品3的数量和体积。通常，被引入到设备2的第一、或最初的液滴41将大于期望的样品3的体积大小的1000倍，使约1000个样品3能从一个液滴4中制备。然而，液滴4与样品3的体积之间的比率可以更大或更小，这取决于所需的样品3的数量和体积。例如，如果期望的样品3的体积是25纳升，则液滴4的体积将大于25微升。液体4或样品3的直径将分别取决于液滴4或样品3的体积。液滴4或样品3的直径典型地可以在50微米与1000微米之间，或更典型地在100微米与500微米之间。
样品检查系统20包括相机22、镜头23、照明源24、用于处理来自相机22的输出的处理器25、用于存储图像或输出数据的存储器27和用于分析图像和/或计算样品3或液滴4内的粒子21的数量的图像分析/粒子计算软件28。照明源24可以被集成到相机22中或者分别布置到相机22和系统20的剩余部分。样品检查系统20还可以包括至少一个输出设备30。可替选地，相机22可以被可操作地连接到计算机系统11，并且图像分析/粒子计算软件28被存储在计算机系统存储器13中。存储器13还可以存储图像31并从所执行的图像分析中输出数据。软件28可以是一组能采取脚本(未示出)形式的指令。
镜头23被用于将相机22聚焦到一个样品3的至少部分上。使用照明源24对样品3的至少部分进行照明。相机22然后取得样品的至少部分的图像31。图像31然后被传送到存储器13、27。然后使用软件28在处理器12、25中分析图像31。软件28确定在样品3的至少部分中的粒子21的数量。机器视觉方法被用于分离并计算样品3的至少部分中的个体粒子21。可以使用例如阈值转换法、边缘检测、颜色分析、blob检测和模式识别的各种机器视觉方法。神经网络处理、深度学习和/或机器学习也可以与配合机器视觉方法结合使用来识别并计算在一个样品3的至少部分中的粒子21的数量。
样品检查系统20还可以包括例如电动的x、y、z相机台的装置(未示出)，以移动相机22和镜头23以聚焦在样品3的不同部分上。移动相机22和镜头23被移动以聚焦在样品3的不同部分上直到已经捕获并分析了完整的样品3为止。可替选地，相机22和镜头23被定位为聚焦在单个完整的样品3或多个完整的样品3上。
在样品检查系统20已经确定了样品3内粒子21的数量之后，系统20将至少输出基于用户输入的情况指示了样品3的积极评估或消极评估的二进制响应。例如，如果用户想要分离仅包含单一粒子21的样品3，则如果样品3包含一个粒子21，则系统20将输出正响应，并且如果样品3包含少于或多于一个粒子21，则系统20将输出负响应。用户控制和/或液滴控制15可以使用正输出或负输出来确定下一步。例如，依靠该输出，样品可以被移动到进一步的处理部分6。可替选地，样品检查系统20可以输出在样品3内识别的粒子21的数量。粒子21的数量则可以被用于确定如何进一步处理样品3。例如，如果在样品3内识别的粒子21的数量大于1，则样品3可以与更大的液滴4重新结合。如果在样品3中不存在粒子21，则样品31可以被移动到废料中。无论在每个样品3内所识别的粒子21的数量多少，所有样品3都可以被传递到进一步处理部分6。在每个样品3中的粒子21的数量将与设备2上的样品3的位置一起记录。在每个样品3内的粒子21的数量可以被用于确定后续步骤的动作，例如，是否提取核酸序列的液滴或者是否丢弃到废料。
样品检查系统20还可以被用于评估在进一步处理部分6中的进一步处理期间或之后的样品3的情况。例如相机22可以对从样品3发射的荧光敏感。样品检查系统20然后可以评估在样品3内发生的反应或处理的阶段。例如，样品3可以包括包含以双链dna嵌入的非特异性荧光染料的核酸，并且样品3可以进行热循环定量聚合酶链反应(qpcr)。可以使用样品分析软件32在处理器12、25中处理进行定量聚合酶链反应的样品3的图像31，以确定从样品3内的核酸中发射的荧光的水平。从图像31测出的荧光水平可以被用于评估已经在样品3中被扩增的核酸的量。荧光的水平可以确定反应的阶段，并且因此确定样品3需要在该反应完成之前完成多长时间或者更多多少次热循环。
被用于在进一步处理期间或之后评估样品情况的样品检查系统20可以是在进一步处理之前评估样品3的相同的样品检查系统20，或者其可以是第二、不同的样品检查系统。每个样品检查系统20可以具有不止一个相机22、镜头23和照明源24。
热控制系统
参考图3，微流体系统1还可以包括热控制系统34。热控制系统34包括热控制器35，其在介质上电润湿设备2中控制一个或多个热控制的区域36的温度。热控制的区域36是以合适的方式(例如通过使用加热或冷却衬垫、微波或化学加热)进行温度调节的。热控制的区域还包括能将温度信息馈送回热控制器35的温度传感器(未示出)。热控制器35可以被可操作地连接到计算机系统11。热控制软件37还可以被包括在存储器13中。
热控制的区域36可以包括一个或多个电极7。每个热控制的区域36可以被单独地控制到特定处理所需的温度，例如，热控制的区域36可以被设置并且调节到促进热循环反应(诸如聚合酶链式反应(pcr))的一部分的温度。
介质上电润湿设备
参考图4，介质上电润湿设备2包括具有第一和第二侧41、42以及周界43的基底40。基底40通常取薄片的形式，并且其比起垂直于第一和第二轴的平面的第三轴，在第一和第二垂直主轴中更长。
电极7的阵列被嵌在基底的第一侧41上。每个电极7具有前面45和后面46。电极前面45通常是平的。每个电极前面45可以与基底的第一侧41齐平。电极7可以是共面的，或者电极7可以在不止一个平面上。电极7由电极连接器连接到驱动电子器件9，电极连接器47被附接到电极7的电极后面46。电极连接器47从电极7的电极后面46通过基底40传到基底40的第二侧42。每个电极连接器47可以与基底40的第二侧42齐平。本文中的被连接到对应连接器47和驱动电子器件9的每个电极7还可以被称为“像素”。
具有第一和第二侧51、52的介电层50被设置到基底的第一侧41和电极7的前面45上。介电层50的第一侧51与基底40的第一侧41和电极7的前面45相邻布置。介电层50的第二侧52具有疏水涂层53，从而为样品3和/或液滴4的移开提供了表面。微流体结构55与来自基底40的第二侧42的基底40的周界43相邻放置，并且延伸超出介电层50和疏水涂层53。微流体结构55具有第一和第二侧56、57。具有第一和第二侧59、60的盖子(lid)或盖(cover)58被设置在微流体结构55上以便盖子58的第二侧60面向微流体结构55的第一侧56。
盖58包括可以在微导体领域中被用作基底的材料。例如，盖58可以包括聚(甲基丙烯酸甲脂)(pmma)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、聚苯乙烯(ps)或聚酰亚胺(pi)等中的任何一个、或其任意组合。盖58可以包括玻璃材料。盖58的第二侧60可以涂有导电材料62和疏水材料63。导电材料62也可以是疏水的。涂覆的导电材料62和/或涂覆的疏水材料63可以采取薄膜的形式。
导电材料62可以是不透明的或透明的。导电材料62可以是透明的导电氧化物(tco)。导电材料62可以是氧化镉锡(cto)。导电材料可以是铟锡氧化物(ito)。涂覆盖58的第二侧60的疏水材料63可以是氟石材料。疏水材料63可以是无定形的含氟聚合物，例如，聚四氟乙烯(ptfe或teflontm)或cytoptm。
盖58的第二侧60被放置在为了液滴4和/或样品3移入而留出的空间64的微流体结构55的第一侧59上。空间64通常是最窄电极7的十分之一宽度，但是可以在三分之一和二十分之一之间。盖58的驱动电子器件9和导电涂层被连接到地65。
每个电极7邻近至少一个其他电极7布置。电极7可以被布置为形成连续的电极组。正如之后将更详细说明的，连续的电极组可以是棋盘格形阵列。该连续的电极组可以以允许它们像其为单个电极7一样工作的方式来布置和控制。在连续的电极7组中的每个电极7可以具有边界，并且一组电极中的电极7的导电部分可以不彼此邻接，即，在相邻电极7的导电部分之间可以有间隙(例如<1毫米，或通常在2微米至50微米之间)。
液滴致动
参考图5，现将描述将样品3和/或液滴4越过一排5个电极7中的三个中央电极72、73与74，从第一电极71致动到第五电极75的过程。液滴4和/或样品3可以沿着可运送的路径被移动(或“被致动”)，换句话说，沿着其路线可以被选择性地设置和改变的路径被移动。如将在之后更详细地说明的，路线可以被定义为坐标序列，诸如笛卡尔坐标(x，y，z)或三轴坐标(a，b，c)、向量、或存储在表格、脚本或其他合适的计算机可读数据结构中的其他路线定义的参数。样品3的操纵还可以采取两个或更多个液滴4被融入单个液滴4中的形式，或者相反地，采取单个液滴4被分割成两个或更多个液滴4的形式。一系列液滴操纵可以被执行。在介质上电润湿设备2上的每个液滴4的位置可以其在表面4的上面移动时被记录。
电极7是可单独控制的并且可以处于激活状态(例如，施加正偏置所处的激活状态)或者处于非激活状态(例如，电极7接地或未接地所处的状态)。激活电极7导致液滴4或样品3被保持在电极7上方的位置。设备2的疏水涂层53意味着液滴4实质上不覆盖非激活电极7。在步骤s1中，电极驱动器9(在控制器8的控制下)去激活第一、第三、第四和第五电极71、73、74、75并激活第二电极72。在步骤s2中，电极驱动器9激活第三电极73并去激活第二电极72，导致液滴4从第二电极72的上方移动到第三电极73的上方。最后，在步骤s3中，电极驱动器9激活第四电极74并去激活第三电极73，导致液滴4从第三电极73的上方移动到第四电极74的上方。当电极驱动器9激活电极7或连续的电极7组时，它们可以保持导致液滴4被保持在电极5的上方的激活。电极7保持在该状态直到电极驱动器9去激活电极7为止。同样地，电极5将保持在非激活状态下直到电极驱动器9去激活电极7为止。电极7也可能在很短一段时间内(例如当跨设备2的介电层53快速致动液滴4和/或样品3时)被激活。沿着路径或路线移动一个或多个液滴4的指令可以被保存在液滴控制指令15中。
可以以这种方式控制电极7的阵列以在设备2中的疏水层53的表面上致动样品3和/或液滴4。可以手动(即，由用户实时控制电极的激活和去激活)控制每个电极7的状态或对将控制疏水层53上面的电极的移动的预定义的路径进行编程。可以将电极7的控制与其他系统(诸如传感器、相机和处理器，其可以在馈送回确定一个或多个样品3和/或液滴4的下一步移动的程序之前处理来自设备2的数据)集成。
液滴划分电极
参考图6，用于样品3制备的介质上电润湿设备上的第一组液滴划分电极691包括具有面向彼此的凸边73、74的、沿着第一方向72以定距离间隔的第一和第二凸电极70、71。在第一组液滴划分电极691中，第一、和第二凸电极70、71是半圆形成形的。半圆形形状的弯曲边缘形成第一和第二凸边73、74。该布置在第一和第二凸电极70、71之间形成腰形(也被称为“缩腰形”)区域。第一和第二凸电极70、71的第一和第二凸边73、74可以包括形成凸边73、凸边74的多个连续的边缘。
正方形中央电极75被布置在第一和第二凸电极70、71之间的腰形区域。可能有不止一个中央电极75。如果有不止一个中央电极75，则中央电极75可以以线、网格或集群布置。多个中央电极75可以被同时或独立地激活和去激活。中央电极75可以是用于保持样品3或液滴4在其上方的任何合适的形状，例如，中央电极75可以是三角形、矩形、六边形或八边形。
腰形区域在两个相对端处可能比在中央更宽，形成哑铃形或砂漏形、或由双曲线函数(例如，x2-y2＝1)定义的形状。腰形区域可以从较宽的两个相对端逐渐变窄到中央电极附近的较窄部分。
沿着横向于第一方向72的第二方向79、至少一个中央电极75的任一侧、并且在第一凸电极70与第二凸电极71之间布置第一和第二锥形电极77、78。第二方向79可以与第一方向72垂直。因此，第一和第二锥形电极填充第一和第二电极70、71之间的腰形区域(在中央电极75附近变窄并且随着远离中央电极75的距离增加而变宽)。第一和第二锥形电极77、78可以仅填充在第一和第二凸电极70、71之间的一些空间。
第一凸电极70由从一个中央电极75引导到超过第一凸电极70的一排引出电极83划分或分割成第一和第二部分81、82。在引出电极线83中的电极7是正方形的并且彼此相邻布置的，然而，它们可以是用于保持样品3或液滴4在其上方并致动样品3或液滴4的任何适当的形状，例如，引出电极线83可以是三角形、矩形、六边形或八边形。
沿着第二方向79、邻近第一和第二锥形电极77、78分别布置第一和第二侧电极85、86。第一和第二侧电极85、86被布置与第一和第二凸电极70、71的第一和第二凸边73、74的端部相邻。在第一组液滴划分电极69中的第一和第二侧电极85、86是正方形的，但是其可以是不同的适当的形状。它们可以有弯曲边和直边的混合以能够改善液滴4的操纵，例如，其可以具有一个或多个凹边或凸边。
液滴划分电极组69中的电极7的布置可以形成长宽比为3：1的矩形，其中组69的每个端部处的三分之一区域被填充有第一和第二侧电极85、86。中央电极可以具有通常在125微米至350微米之间的长度lcentral和/或通常在125微米与350微米之间的宽度wcentral。但是，中央电极75的尺寸可以更小或更大，这取决于设备的应用。第一和第二侧电极85、86可以具有比中央电极75至少更大五倍的面积，但是第一和第二侧电极85、86的面积可以比中央电极75的面积大100倍。第一和第二侧电极85、86的面积可以比中央电极75的面积的100倍更大。第一和第二侧电极85、86通常具有彼此相似的尺寸并且可以具有在280微米至3500微米之间的长度lflanking和在280微米与3500微米之间的宽度wflanking。然而，侧电极85、86的尺寸可以更小或更大，这取决于设备的应用。
第一或第二锥形电极77、78通常具有在中央电极75的面积与第一和第二侧电极85、86的面积大小之间的面积。第一和第二锥形电极77、78的面积可以在第一和第二侧电极85、86的面积的大小的二分之一至百分之一之间。第一和第二锥形电极77、78通常具有280微米至3500微米之间的长度ltapered和/或125微米至1750微米之间的宽度wtapered。第一和第二锥形电极77、78通常具有彼此相似的尺寸。
第一或第二凸电极70、71通常具有在中央电极75的面积与第一和第二侧电极85、86的面积之间的面积。第一和第二锥形电极77、78的面积可以在第一和第二侧电极85、86的面积的大小的二分之一至百分之一之间。第一和第二凸电极70、71通常具有彼此相似的尺寸，并且具有280微米至3500微米之间的长度lconvex和/或125微米至1750微米之间的宽度wconvex。
在引出电极线83中的每个电极7通常具有与中央电极75相近的尺寸并且具有125微米与350微米之间的长度lextract和/或125微米与350微米之间的宽度wextract。在引出电极线83中的每个电极7通常具有与中央电极75相似的尺寸。
在第一组液滴划分电极691中的每个电极7被连接到由控制器8控制的驱动电子器件9。每个电极7可以是单独可控的，但是也可以以一对电极7来控制，或者以更大的电极7的组或集合来控制。
参考图7，用于样品3制备的介质上电润湿设备上的第二组液滴划分电极692具有和第一组691一样的布局。介质上电润湿设备可以由电极的棋盘格形阵列89制成。在棋盘格形阵列89中的每个电极7可以具有小于中央电极的面积。例如，在阵列89中的每个电极7的面积可以是在中央电极的面积的五分之一至五十分之一之间。中央电极75、引出电极线83、凸电极71、72、锥形电极77、78或侧电极85、86中的一个或多个可以由介质上电润湿设备上的一组棋盘格形电极形成。例如，在第二组液滴划分电极692中，第二凸电极71不被形成为一个单电极7，而是由连续的电极的棋盘格形阵列89内的一组电极7来形成。
在第二组692中，连续的电极的棋盘格形阵列89由六边形的电极7制成；然而，阵列89可以由具有任何适当形状的电极7制成。例如电极7的形状可以是三角形、正方形、矩形或八边形。在棋盘格形阵列89中的电极7的形状可以是规则的或不规则的。在棋盘格形阵列89中可以有不同电极7的形状和尺寸的混合。
在连续的电极的棋盘格形阵列89中的每个电极7具有使控制器8和/或计算机系统11能识别其在阵列89中的位置的标识(未示出)。在形成电极组69中所需要的电极7的形状的阵列89中的一组相邻的电极7然后在控制器8的控制下由电极驱动器9同时激活或去激活。电极组的同时控制可以通过软件来实现，或者可替选地可以与从驱动电子设备9连接到公共连接器的电极组中的每个电极7硬连接。对以凸电极70、71、中央电极75、锥形电极77、78、引出电极线83和/或侧电极85、86中的一个电极的形状的一组电极7的同时控制可以允许第二组液滴划分电极692以类似于第一组液滴划分电极691的方式控制。如之后将更详细说明的，可以以类似于第一组691的方式使用第二组液滴划分电极692对液滴4进行划分。
第二组液滴划分电极692的一部分的放大部分91示出了在六边形电极7的连续的棋盘格形阵列89上形成的第一和第二凸电极70、71的部分、第一和第二锥形电极77、78、中央电极75、引出电极线83的部分和第一侧电极85的部分。在成形电极中的每个电极中的电极7的密度可以变化，例如，凸电极长度lconvex范围内可以有1至1000个电极。凸电极长度范围内可以有多于1000个电极。
参考图8，第三组液滴划分电极693类似于对第一组液滴划分电极691的布置。第三组液滴划分电极693包括菱形的第一和第二凸电极70、71、梯形的第一和第二锥形电极77、78、和六边形的第一和第二侧电极85、86。第一和第二电极凸边73、74是直的。
参考图9，第四组液滴划分电极694也类似于对第三组液滴划分电极693的布置。第四组液滴划分电极694包括等边三角形电极的棋盘格形阵列。正方形中央电极75被布置在六个周围三角形电极7的点处。这具有改变这些电极7中的一些电极的形状的效果。例如第一和第二锥形电极77、78为梯形。第二凸电极71由第一和第二等边三角形部分93、94形成。已经除去了离中央电极75最近的每个部分的角并且以正方形中央电极75的两侧来替代，这使第一和第二部分呈五角形。第一和第二侧电极85、86各自由三个棋盘格形等边三角形部分851、852、853、861、862、863形成。
第二组液滴划分电极692的电极的棋盘格形阵列89可以被用于制作任一个第一、第三和第四组液滴划分电极691、693、694的电极形状和布置、或组合来自这几组的形状。
在第二、第三和第四组液滴划分电极69中的电极7的尺寸类似于在第一组液滴划分电极691中的电极的尺寸。
制备样品的方法
参考图10至图13，现将描述从液滴4制备样品3的第一过程。在步骤s11中，中央电极75、第一和第二锥形电极77、78、以及第一和第二侧电极85、86被激活，并且第一液滴41被保持在全部激活电极的上方、被约束在腰形区域和中央电极75的上方。在步骤s12中，第一和第二锥形电极77、78被去激活，这导致第一液滴41划分成被分别保持在第一和第二侧电极85、86上方的第二、第三液滴42、43，并且导致样品液滴3被保持在中央电极75上方。
该方法可以允许操纵大液滴并将大液滴划分成至少一个更小的液滴或者样品，其然后可以被移动到另一部分或介质上电润湿设备的区域中。可能难以在介质上电润湿设备上操纵大液滴。将液滴划分成具有更小体积的液滴可以使操纵能更容易，并且可以允许包含单个粒子的液滴更容易分离。这些较小的液滴可以更容易控制，并且可以更容易地进一步分割或划分成更小的液滴或样品，其具有用于进一步处理的适当尺寸。例如，包含单个粒子(例如，生物细胞)的小液滴可以被移动到介质上电润湿设备的一部分以用于培育和核酸扩增。
在步骤s11中，被约束在激活电极7上方的第一液滴41的形状可以是砂漏形的，例如，第一液滴41的形状可以近似通过以下公式描述的形状：
x4-4(8x2-y2 0.25)＝0
样品3然后可以由样品检查系统20检查以确定样品3内的粒子21的数量。依赖于在样品3中存在的粒子21的数量，可以使用引出电极线83将样品3移动到进一步处理部分6，或者可以再次激活第一和第二锥形电极77、78并且第二液和第三液滴42、43以及样品3将重新结合成一个液滴4。
该方法可以允许在为了进一步处理移动液滴或样品之前检查液滴或样品，以确定保持在液滴或样品内的粒子数量。不包含期望数量的粒子或细胞的液滴或样品可以在进行进一步处理之前丢弃。这可以增加例如单细胞全基因组扩增的吞吐量并且还可以减少以试剂和样品标识形式的废料。生成的产物然后可以接着(例如，通过按次序)被进一步处理。对液滴的操纵以及基于液滴内的粒子的数量决定怎么处理液滴可以是自动化的。
特别参考图12和图13，划分电极组69可以采取不同的形式。例如，在图12中，在第五组液滴划分电极695中，第一和第二锥形电极77、78可以不在直线上(即180°)彼此直接相对，但是可以在不同的角度(例如，约120°)处彼此相对。特别参考图13，第六组液滴划分电极696可以具有围绕中央电极75、与彼此呈大约90°角的锥形电极77、78。锥形电极77、78和中央电极75形成腰形并且当被激活时，第一液滴41被约束在中央电极75上方。
参考图14至图17，现将描述使用第一、第二、第三或第四组液滴划分电极69从液滴4中制备样品3的第二过程。在步骤s21中，电极驱动器9致动第一和第二凸电极70、71、第一和第二锥形电极77、78、至少一个中央电极75和引出电极线83，这导致第一液滴41被保持在这些激活电极的上方。侧电极85、86在这一步骤处是非激活的，并且由于每个电极上方的疏水涂层53，因此该液滴没有被保持在其上方。在步骤s22中，电极驱动器9去激活第一和第二凸电极70、71和引出电极线83，并且在同时激活第一和第二侧电极85、86。这导致第一液滴41在第一和第二锥形电极77、78以及中央电极75的上方形成腰形。在步骤s23中，电极驱动器9去激活第一和第二锥形电极77、78，这导致第一液滴41划分成分别保持在第一和一第二侧电极85、86上方的第二和第三液滴42、43，并且导致样品3被保持在中央电极75上方。
在步骤s24中，样品检查系统20确定被保持在中央电极75上方的样品3内的粒子21的数量。粒子21的数量被发送到计算机系统11。基于该步骤的结果，样品被移动到进一步处理部分6(步骤s25)，与第二和第三液滴42、43重新结合(步骤s26)，或样品被移动到废料区域(未示出)(步骤s27)。如果液滴划分电极组69具有多个中央电极75，则至少一个中央电极75可以被激活和去激活以分离包含仅一个粒子21的样品3(步骤s28)。在该情况下，样品检查系统20可以检查样品3两次或者系统20可以实时运行，从而将有关被保持在中央电极75中的任一个电极上方的每个样品3中的粒子21的数量的信息实时发送到计算机系统11。一旦包含单个粒子的样品3被分离，该过程就可以移动到步骤s25，并且样品3可以被移动到进一步处理部分6。
液滴4划分的方法被保存在液滴操纵指令16中，其可以基于从例如样品检查系统20接收到的信息来确定下一步需要哪一步骤。粒子21的数量由液滴控制程序15和/或液滴操纵指令16和/或用户来分析。例如，如果用户正在执行单细胞全基因组扩增(scwga)，则如果样品3中识别出单细胞，则样品将被移动以进一步处理。如果样品3包含0个或多于一个细胞，则样品3可以与第二和第三液滴42、43重新结合，或被移动到废料区域。可替选地，如果用户期望高吞吐量系统用于处理样品3，则可以利用被记录在存储器13中的在每个样品3中识别出的粒子21的数量、连同在设备2上的每个样品3的位置和唯一标识(未示出)将全部样品3移动到进一步处理部分6。这可以允许用户一次处理大量的(例如数千个)或者样品3，仅并且在进一步处理阶段之后才做出有关是否保留还是丢弃样品3或者其产物(未示出)的决定。
从液滴4中制备样品3的过程继续，直到已经制备了所需数量的样品3或者已经用完了液滴4为止。通常，将从单个液滴4中制备1000个样品3，但是所制备的样品3的数量将取决于进一步处理部分6的容量和/或尺寸，以及用户的要求。
液滴划分电极
参考图18，第七组液滴划分电极697与第一组液滴划分电极691类似。第五组液滴划分电极697具有沿着第二方向79排成一排的5个中央电极751…755。每个中央电极75为正方形并且每个具有相同的尺寸。每个中央电极75可以独立于其他电极7控制，或者与其他电极7同时控制。一组液滴划分电极69可以具有多于五个中央电极75，例如，电极组69可以具有10至100个中央电极75。如后续将更详细地描述的，多个中央电极可以允许更容易地从液滴4分离样品3，或者从液滴4分离多于一个样品3。
参考图19，第八组液滴划分电极698与第七组液滴划分电极697类似，其中增加了从每个中央电极75延伸的引出电极线83。第八组液滴划分电极698具有超过半圆形的第一凸电极70的平边沿着第一方向72从第一、第三和第五中央电极751、753和755延伸的第一、第三和第五引出电极线831、833、835。第二和第四引出电极线832、834从超过第二凸电极71的平边、在与第一方向72相反的方向上从第二和第四中央电极754、752延伸。引出电极线83的数量可以在一个和若干个中央电极75之间。引出电极线83可以分支成多个电极7的线(未示出)。如后续将更详细地说明的，多个中央电极可以允许更容易地将样品3从液滴4分离，或者将不止一个样品3从液滴4分离。如后续将更详细说明的，多个引出电极线83的增加可以允许将多个样品3移动到不同的进一步处理部分6，和/或允许将样品3同时提取到一个或多个进一步处理部分6。
制备样品的方法
参考图20至图23，现将描述使用第七或第八组液滴划分电极697、698从液滴4中制备样品3的第三过程。在步骤s31中，电极驱动器9激活第一和第二凸电极70、71、第一和第二锥形电极77、78、多个中央电极和引出电极线83，这导致第一液滴41被保持在这些激活电极7的上方。第一和第二侧电极85、86在这一阶段是非激活的，并且由于每个电极上方的疏水涂层53，因此该液滴不被保持在第一和第二侧电极85、86上方。在步骤s32中，电极驱动器9去激活第一和第二凸电极70、71以及引出电极线83，并且在同时激活第一和第二侧电极85、86。这导致第一液滴41在第一和第二锥形电极77、78以及中央电极75的上方形成腰形。
在步骤s33中，样品检查系统20确定被保持在多个中央电极75上方的第一液滴41的部分内的粒子21的数量，并且如果计算的粒子未在计算机系统11上执行，则粒子21的数量被发送到计算机系统11。具有被保持在其上方的粒子的给定中央电极75将被标记。不具有被保持在其上方的粒子的中央电极75将不标记。如果标记的中央电极75与一个或多个其他被标记的中央电极75相邻，则标记的中央电极75是未标记的。在步骤s34中，基于被保持在每个中央电极75上方的粒子21的数量，系统1指示电极驱动器9去激活第一和第二锥形电极77、78以及未标记的不具有被保持在其上方的单个粒子21的中央电极75。这可以允许将样品3中的不止一个粒子21一次分离。
例如，特别参考图21，在步骤s33中粒子检查系统20识别被保持在第四中央电极754上方的第一液滴41中的单个粒子21。在步骤s34中，同时去激活第一和第二锥形电极77、78以及第一、第二、第三和第五中央电极751、752、753、755。这留下了包含被保持在第四中央电极754上方的单个粒子21的样品3。特别参考图23，在步骤s33中粒子检查系统20识别被保持在第一和第四中央电极751、754上方的第一液滴41中的单个粒子21。在步骤s34中，第一和第二锥形电极77、78以及第二、第三和第五中央电极752、753、755同时去激活。这留下了包含被保持在第一和第四中央电极751、754上方的单个粒子21的样品3。
如果没有被保持在多个中央电极75中的任意一个中央电极上方的粒子21，或者被保持在单个中央电极75的上方的不止一个粒子21，则第一和第二凸电极70、71可以被激活并且侧电极85、86去激活并且进程回到步骤s31。
在步骤s35中，一个或多个样品液滴3沿着引出电极线83中的一条从多个中央电极75移动到进一步处理部分6。例如，特别参考图21，包含单个粒子21的样品3沿着引出电极线83移动到进一步处理部分6。液滴划分电极组69可以邻近不止一个进一步处理部分6布置。液滴划分电极组69还可以邻近再循环部分97布置，其可以(例如，通过合并大液滴4)促进样品3和/或液滴4的再循环以用于进一步使用。例如，特别参考图23，第一样品31被移动到进一步处理部分6并且第二样品32被移动到再循环部分97。可能存在为什么将特定样品3移动到再循环部分97的多个理由。例如，进一步处理部分6可能已经具有了所需数量的样品3，划分之后可能已经在样品中检测出附加的粒子21，或者用户可能只是想要减少在介质上电润湿设备2中的流体的体积。
从液滴4中制备样品3的过程继续，直到已经制备了所需数量的样品3或者已经用完了液滴4为止。通常，将从单个液滴4中制备1000个样品3，但是制备的样品3的数量将取决于进一步处理部分6的容量和/或尺寸、以及用户的要求。
该方法可以允许包含仅期望数量的粒子的液滴和/或样品被分离。在分离单个液滴和/或样品之前评估在被保持在中央电极上方的液滴中保持的粒子的数量能够更加有效并产生更少的废弃液滴和/或样品。
核酸扩增设备
参考图24至图26，现将描述在介质上电润湿设备2中制备样品3和扩增核酸。特别参考图24，在第一介质上电润湿设备21中，第一组液滴划分电极691的第二侧电极86邻近矩形贮液器电极线98布置。每个储液器电极94具有与侧电极长度lflanking相同的长度lreservoir。每个贮液器电极具有贮液器长度lreservoir的二分之一至十二分之一的宽度wreservoir。贮液器电极线98从第二侧电极86引出并邻近入口电极100布置。入口电极100用于将液滴4引入到设备2中。入口电极100是六边形的，但是可以是任何适当的形状。入口电极100通常具有100微米至300微米之间的长度le和宽度we。贮液器电极98可以在将液滴4移动到液滴划分电极组69之前保持大液滴4。
邻近进一步处理部分6布置引出电极线83可以允许将样品3从液滴划分电极组69移动到进一步处理部分6中。进一步处理部分6包括至少一组电极7的平行的行102(也而被称为“扩增行”)。电极7可以具有适当的尺寸以允许设备2将液滴4或样品3保持在激活电极7的上方。通常，在扩增和培育部分6中的电极7可以具有100微米至300微米之间的宽度we和100微米至300微米之间的长度le。
在培育和扩增部分6中的电极7可以使用先前描述的热控制系统34隔热和热调控。通常，行102的数量将在5行至100行之间，然而，行102的数量将取决于系统1正被使用于的应用。例如，如果系统1被用于实验目的或者研究与开发目的，则有5至50行102，如果系统1正被用于样品3的工业处理，则有100至1000行102。行102通过电介质区域103和/或通过非活动状态中的电极7而彼此分离。两个相邻的行102通常通过连接电极7的行106而在两个位置处彼此连接，一个位置接近在行102的第一端部104并且在另一位置处接近行102的第二端部105。
样品出口部分108通常包括与一个或多个扩增行102和/或连接行106中的一行相邻、并且也与出口电极109相邻的一系列电极7。出口电极109可以允许用户去除样品3以用于进一步处理，例如，用于dna测序。
进一步处理部分6通常包括用于在生物细胞上执行细胞裂解的细胞裂解区110。细胞裂解区110通常跨越在培育和扩增部分6中接近行102的第一端部104的一系列扩增行102。细胞裂解区110足够宽以用于至少一个样品3被保持在扩增行102的每一行中的电极7的上方。通常在细胞裂解区110中的每一行102中将保持1个至5个样品3，然而，细胞裂解区110可能足够宽以允许更多样品3(例如10个样品3或50个样品3)将被保持在每行中。细胞裂解区110可以能够执行不同的适当的细胞裂解，例如，温度处理(解冻和加热处理)、渗透裂解和/或化学裂解。在该阶段经由邻近连接行102布置的连接电极7(未示出)可以将附加试剂加入到样品3。如果细胞裂解方法是温度处理，则热控制系统34控制细胞裂解区110的温度，或者否则需要热调控。也可以将外部装置(例如递送超声波均化处理、压力均化处理的装置，未示出)导向细胞裂解部分中的样品3。可能有不同的细胞裂解技术可用，例如热处理和向样品3加入化学物质。
培育和扩增部分6通常包括与细胞裂解区110相邻的3个至10个热控制的区域36。热控制系统34控制热控制的区域36的温度。与细胞裂解区域110类似，每个热控制的区域36跨越扩增行102。每个热控制的区域36足够宽以用于至少一个样品3被保持在扩增行102的每一行中的电极7的上方。通常将在热控制的区域36中的每一行97中保持1个至5个样品3，然而，热控制的区域36可能足够宽以允许将更多样品3(例如10个样品3或50个样品3)保持在每一行中。在这些区域36中的电极7的热控制可以允许包含必须的分子生物试剂和核酸的样品3进行化学处理或生物学处理。例如热控制电极7可以允许核酸的扩增。区域36可以被热控制到适当的温度并且彼此热隔离。区域36包括至少一个电极7。在设备2中可以有多于10个热控制的区域36。热控制的区域36的数量将取决于正执行的化学处理或微生物学处理、以及系统1的吞吐量。例如，样品3可以在设备2中仅在沿着行102的一行中移动以减少污染。使用该方法执行30个周期的聚合酶链反应将需要至少90个热控制的区域36。
可以布置并且热控制热控制的区域36以促进核酸扩增和/或核酸的培育或核酸扩增反应(例如，聚合酶链反应)的产物。例如，邻近细胞裂解区110布置的第一热控制的区域361可以被控制到使被保持在该区域361上方的样品3中的核酸的变性的温度。邻近第一热控制的区域361布置的第二热控制的区域362可以被热控制到适合于发生聚合酶链反应的退火步骤的温度。邻近第二热控制的区域362布置的第三热控制的区域363可以被热控制到适合于发生聚合酶链反应的延长/延伸步骤的温度。附加的热控制的区域36可以被布置且被热控制到允许将在其上方保持的样本3中执行核酸扩增的附加阶段的适当温度。例如，附加区域36可以被控制到允许初始化、最终延伸、或者说其他分子生物学处理的温度。样品3可以在热控制的区域36之间移动或致动以在例如以下反应中执行热循环：聚合酶链反应(pcr)、定量聚合酶链反应(qpcr)、简并寡核苷酸引物聚合酶链反应(dop-pcr)、多次退火环状循环扩增(malbac)或连接酶链式反应(lcr)。可替选地，可以有仅一个可以在促进特定反应所需的温度之间循环的热控制的区域36。
可以有仅一个可以被控制到可允许等温核酸扩增反应在样品3中发生的温度的热控制的区域36。等温核酸扩增反应的示例包括例如以下几种：多重置换扩增(mda)、环介导等温扩增技术(lamp)、自主序列复制(3sr)或依赖核酸序列扩增(nasba)、链置换(sda)和滚环扩增(rca)。
废料容器111在电极7的连接行106上邻近至少一个电极7布置。不想要的和/或废弃的液滴4和/或样品3被移动到废料容器111并且没有进行进一步处理。废料容器111可以是电极7，并且可以被激活以辅助从设备2除去废料。
特别参考图25，在第二介质上电润湿设备2中，可以有附加的贮液器电极线98和邻近在液滴划分电极组69中的其他电极7布置的入口电极100。例如，在贮液器电极的附加行98中可以邻近第一侧电极85布置。再循环部分97可以包括将引出电极线83连接到贮液器电极98的一行或多行电极7。一个或多个贮液器连接电极112可以连接两条贮液器电极线98。
一旦每个样品3已经从液滴4分离，就将样品3单独致动到细胞裂解区110中的电极7的扩增行97中的一行中的电极7。样品3可以被保持在这些电极7处直到期望数量的样品3已经被移动到细胞裂解区110为止。如果需要的话，可以使用电极7的连接行102中的一行在行97之间移动样品3。
如果需要的话，如先前所描述的细胞裂解过程然后可以发生在细胞裂解区110中以击穿样品3中的生物细胞的细胞壁(步骤s41)。细胞裂解可以在设备2之外执行，并且来自该过程的产物输入设备2以用于进一步处理，例如，提纯和扩增。样品3可能已经包含针对扩增制备的核酸，例如，该核酸可能已经被提纯。在细胞裂解之后，然后样品3的成分可以与缓冲液混合和/或进行提纯步骤(步骤s42)以制备用于扩增的核酸。
在步骤s33中，当样品3的成分制备好扩增时，样品被移动到在培育和扩增部分6内的第一热控制的区域361。在该部分361中，样品3开始扩增的过程(步骤s44)。如果扩增过程(诸如mda、lamp、3sr、nasba、sda或rca)是等温的，则样品3可以留在第一热控制的区域361中直到扩增过程完成为止。
如果扩增过程(诸如pcr、qpcr和lcr)是基于热循环的，则样品3可以在热控制区域36中移动以促进核酸扩增。例如，对于变性步骤，被调控到94℃至98℃之间的第一热控制的区域361使核酸变性。然后可以将样品3致动到被调控到50℃至65℃之间的第二热控制的区域362以用于退火。然后可以将样品3致动到处于75℃至80℃之间的第三热控制的区域363以用于延长和延伸。通常，以约三十次循环在这些区域之间致动样品3；然而，循环的数量可以多于或少于三十次。如先前所描述的，温度控制的区域36的数量将取决于在培育和扩增部分6中正被执行的过程。温度热控制的区域36被保持在可能适当的温度以促进扩增反应所需的部分。样品3可以根据发生扩增反应所需要的次数在温度控制的区域36之间移动，并且可以在发生该反应所需的时间内保持在每个温度。在设备2上的不同扩增阶段可能有多个样品3。在设备2上可以同时发生不同形式的扩增。
在步骤s45中，可以由样品检查系统20每隔一段时间或连续地监测样品3以评估扩增循环的状态并量化脱氧核糖核酸(dna)的总量。例如，核酸扩增可以是定量的pcr(qpcr，也被称为“实时pcr”)。例如，可以测出样品3的荧光以评估已经在反应中扩增的核酸的数量。可以检测和测量以双链脱氧核糖核酸嵌入的非特异性荧光染料的荧光。被用于指示在反应中存在的核酸的数量的荧光的水平或另一标识物可以使用样品检查系统20进行记录、处理和分析，以确定样品3中核酸的数量。当样品发射指示已经针对样品3的期望的使用扩增的一定水平的荧光时，扩增循环将停止。一些样品3可以在其他样品3之前结束循环。
一旦扩增反应已经完成，样品3就可以被移动到保持在4℃至15℃之间的温度的电极7。扩增的核酸可以在这些温度下暂时存储。
然后评估已经经过扩增循环或其他处理的样品3以(例如，通过使用上述荧光测量)确定存在的核酸产物的总量。测量出的荧光水平连同其他有关样品3的信息可以被馈送回到液滴控制指令15或液滴操纵指令16中或者转发给用户以允许程序或用户决定将样品移动到出口电极109。在步骤s46中，基于该评估结果，样品被移动到出口电极109以用于进一步分析或者移动到废料电极111，在废料电极111中可以从设备2中去除样品3。在步骤47中，提取样品以用于进一步的分析，例如脱氧核糖核酸测序。
在针对单细胞全基因组扩增的高吞吐量过程中，具有无细胞、单细胞或多细胞从大液滴4中分离的样品3可以经过裂解、扩增和培育过程，但是然后被丢弃到废料111而不进行提取，并且被标识为具有单细胞的样品被移动到出口电极109。因此，设备2可以自动地将不具有单细胞或扩增处理失败所处的样品3移动到废料电极111。
利用这样的系统1和设备2有可能容易地存储所有样品3的位置连同关联的元数据，例如，存在于细胞裂解阶段之前的每个样品3中的细胞或粒子21的数量和类型。这样的系统1可以消除对跟踪标识物(诸如被附接到管的条形码等)的需求。此外，可以容易地调整设备2，这允许大量样品3被同时扩增，并且将自动评估并选择产物的数量以用于进一步处理。
细胞培养和培育
设备2可以被用于培养细胞。例如，在样品3内的单细胞或细胞群可以被移动到培育和扩增部分6。这里细胞可以通过主动(例如修改盖子以启动多孔基质内的物理包容的盖子)或被动的细胞防盗器(未示出)来固定。培育和扩增部分6可以通过热控制系统34热调控到促进细胞培养的温度，这允许细胞生长并分割以形成更大的细胞群。例如，培育和调节部分6的温度可以被控制到37℃至38℃之间，该温度范围将取决于样品3中的一个或多个细胞的需求。取决于通过样品检查系统20的评估，这些细胞群可以被移动到引出电极或出口电极109以用于进一步处理或其可以被移动到废料。
在诸如细胞释放溶液和细胞营养液体培养基的细胞的培养、生长和处理中使用的附加试剂可以在培育之前、期间和之后加入到样品3，以辅助细胞群的移动、培养、检查和评估。附加的试剂可以经由邻近连接行106和/或培育和扩增行102布置的连接电极(未示出)加入包含一个或多个细胞的样品3。附加的试剂可以在样品3被移动到培育和扩增部分6之前经由混合电极(未示出)加入样品3。通过在培育和扩增部分6中使用与先前描述的液滴4划分的第二阶段类似的方法来划分样品3有可能将细胞废弃产物从样品中去除。包含细胞的样品3然后可以具有附加的缓冲液、营养液体培养基或被加入样品3的其他试剂以稀释样品3中废弃物的浓度。
液滴划分电极
参考图27，第九组液滴划分电极699类似于第五组696。第九组699具有等边六边形中央电极75。第一、第二和第三锥形电极77、78、113被布置在中央电极75(各自被布置为与彼此呈120°)的交替侧上。第一、第二和第三侧电极85、86、114分别邻近第一、第二和第三锥形电极77、78、113布置。第九组699另外可以包括各自在两个锥形电极77、78、113和引出电极线83之间布置的第一、第二和第三凸电极(未示出)。
制备样品的方法
特别参考图27a，在步骤s11中，激活中央电极75、第一、第二和第三锥形电极77、78、113和第一、第二和第三侧电极85、86、114以便第一液滴41被约束在中央电极75上方、并且分别在第一、第二和第三锥形电极和侧电极上方形成三个叶形。特别参考图27b，在步骤s12中，第一、第二和第三锥形电极被去激活，这导致了第一液滴41划分成第一、第二和第三液滴41、42、43以及样品3。如果存在的话，第一、第二和第三凸电极可以允许第一液滴被保持在第一、第二和第三凸电极上方，第一、第二和第三锥形电极77、78、113和中央电极在激活第一、第二和第三侧电极85、86、114的同时被去激活之前辅助第一液滴41的三叶形形状形成。正如先前的示例，可以由液滴检查系统20检查并使用检查电极线85将样品移动到进一步处理6或将样品重新组合。
这样的布置可以允许在介质上电润湿设备2上更容易地操纵较大的液滴4。
修改
将要理解的是，可以对前面所描述的实施例做出各种修改。这样的修改可以包括在介质上电润湿设备或数字微流体设备及其元件部分的设计、制造和使用中已知的等同物和其他特征，并且其可以被用来代替或补充本文已经描述的特征。一个实施例的特征可以由另一实施例的特征替代或补充。
尽管在本申请中权利要求书已被阐述为特征的具体组合，但应理解的是，本发明的公开内容的范围还包括本文明确或隐含公开的任何新特征或特征的任何新组合或其任何概括，而无论是否涉及与当前在任何权项中所提出的相同的发明，也无论是否缓解了任何还是所有与本发明所缓解的相同的技术问题。因此，申请人给出提示，在本申请或任何可以从其导出的进一步申请的申请过程中，新的权利要求可以被阐述成此类特征和/或此类特征的组合。
1.一种操作介质上电润湿设备(2)的方法，所述介质上电润湿设备包括中央电极(75)；第一电极(77)，其与所述中央电极相邻；第二电极(78)，其与所述中央电极相邻；第三电极(85)，其与所述第一电极相邻，所述第三电极具有比所述中央电极更大的面积；第四电极(86)，其与所述第二电极相邻，所述第四电极具有比所述中央电极更大的面积；
所述方法包括：
激活所述中央电极、所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极以便导致第一液滴(41)被保持在所述中央电极、所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极的上方，其中，所述第一液滴被约束在所述中央电极的上方；
去激活所述第一电极和第二电极以便导致所述第一液滴划分成分别被保持在所述第三电极、所述第四电极和所述中央电极上方的第二液滴(42)、第三液滴(43)和第四液滴(3)；
所述第二电极、第三电极和第四电极的体积分别与所述第三电极、第四电极和中央电极的面积有关；所述第四液滴的体积小于所述第二液滴的体积；所述第四液滴的体积小于所述第三液滴的体积；
所述第三电极和所述第四电极可以具有比所述中央电极大五倍的面积。所述第三电极和所述第四电极可以具有比所述中央电极大一百倍的面积。所述第一电极和所述第二电极可以具有处于所述中央电极的面积尺寸与所述第三电极或所述第四电极中的一个电极的面积尺寸之间的面积；
在所述设备中的电极可以是共面的；
所述第一电极和所述第二电极可以彼此相对布置。所述第一电极和所述第二电极可以在第一方向上彼此相对布置；所述第三电极和所述第四电极可以彼此相对布置；所述第三电极和所述第四电极可以在第一方向上彼此相对布置；所述中央电极、所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极可以在第一方向上排成一行布置；这就是说，所述电极在所述第一方向上按所述第三电极、所述第一电极、所述中央电极、所述第二电极以及然后第四电极的次序布置成一行；所述电极的布置可以利用穿过所述中央电极的对称线对称。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述设备还包括：
第五电极(70)，其与所述中央电极相邻；
第六电极(71)，其与所述中央电极相邻；
其中，所述方法还包括：
其中，激活所述中央电极、所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极以便导致第一液滴(41)被保持在激活的中央电极、激活的第一电极、激活的第二电极、激活的第三电极和激活的第四电极的上方；
激活所述中央电极、所述第一电极、所述第二电极、所述第五电极和所述第六电极以便导致液滴(4)被保持在所述中央电极、所述第一电极、所述第二电极、所述第五电极和所述第六电极的上方；去激活所述第五电极和所述第六电极；并且激活所述第三电极和所述第四电极；
所述第五电极和所述第六电极可以彼此相对布置；所述第五电极和所述第六电极可以在不与所述第一方向平行的第二方向上彼此相对布置；所述第二方向可以与所述第一方向垂直。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
使用传感器确定被保持在所述中央电极上方的所述第四液滴中的粒子(21)的数量；
响应于所述在第四液滴中的所述粒子的数量在预定义的范围之外：
至少激活所述第一电极和所述第二电极以便导致所述第二液滴、所述第三液滴和所述第四液滴合并成单个液滴(4)；
介质上电润湿设备还可以包括第七电极线(83)，其中，至少一个第七电极与所述中央电极相邻；
所述方法还可以包括：响应于在所述第四液滴中的所述粒子的数量在预定义的范围之内：激活和去激活所述第七电极线中的电极以便将所述第四液滴移动到处理部分(6，97)；
与所述中央电极相邻的所述至少一个第七电极可以处于所述线的一个端部处，
所述方法还可以包括激活电极以便导致对样品液滴的第一处理被移动到所述第一处理部分，其中，所述第一处理是热调控的处理；
所述第一处理可以是单细胞核酸扩增；所述第一处理可以是细胞培养。
4.根据权利要求1或2所述的方法，所述介质上电润湿设备包括多个中央电极，所述方法还包括：
其中，去激活所述第一电极和所述第二电极以便导致所述第一液滴划分成第二液滴(42)、第三液滴(43)和第四液滴(3)，包括：
对于多个所述中央电极中的每个给定中央电极：
使用传感器确定被保持在所述给定中央电极上方的所述第一液滴中的粒子(21)的数量；
响应于被保持在所述给定中央电极上方的所述第一液滴中的所述粒子(21)的数量在预定义的范围内，标记所述给定电极；
不标记被标记的并且与另一标记的中央电极相邻的任何中央电极；
在去激活所述不标记的中央电极同时去激活所述第一电极和所述第二电极，导致所述第一液滴划分成被保持在所述第三电极和所述第四电极上方的第二液滴(42)和第三液滴(43)、以及被保持在所述标记的中央电极中的每个电极上方的第四液滴(3)；
所述介质上电润湿还可以包括第七电极线(83)，其中，至少一个第七电极与所述中央电极相邻；
所述方法还可以包括：响应于在所述第四液滴中的所述粒子的数量在预定义的范围之内：激活和去激活所述第七电极线中的电极以便将所述第四液滴移动到处理部分(6，97)；
所述第七电极线可以将所述第五电极和/或所述第六电极划分成多个部分；所述第七电极线可以被用于将一个或多个液滴或样品从所述液滴划分电极的布置中转移出来；这样的布置可以允许液滴或样品被移动到例如多个进一步处理部分中(例如被循环)或者移动到引出电极；所述进一步处理部分可以在相同的介质上电润湿设备上或者其可以在不同的设备上。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述液滴中的粒子的数量通过使用相机(22)捕获被保持在电极上方的液滴的图像并且使用在处理器(12，25)中的机器视觉来分析所述图像而确定；
所述粒子可以是生物细胞；
这可以允许包含单个生物细胞的液滴被识别。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述介质上电润湿设备具有棋盘格形电极(89)的区域，其中，所述介质上电润湿设备中的所述电极中的至少一个电极包括在所述棋盘格形电极的区域内的一组棋盘格形电极，其中，所述电极组同时被激活或去激活；
这可以使包括相连的电极的阵列的介质上电润湿设备能够执行将以另外方式要求包括具有专门设计和制造的形状的电极的设备的方法，所述相连的电极的阵列还可以是棋盘格形的电极阵列；在所述棋盘格形的电极阵列中的电极可以是正方形、矩形、三角形、六边形或八边形。
7.一种计算机程序(16)，其在由至少一个处理器(12)执行时，导致所述至少一个处理器执行权利要求1至6中任意一项所述的方法。
8.一种计算机程序产品，其包括根据权利要求7所述的存储计算机程序的计算机可读介质。
9.一种装置包括：
介质上电润湿设备(2)；和
控制器(8)；
所述介质上电润湿设备包括中央电极(75)；
第一电极(77)，其与所述中央电极相邻；
第二电极(78)，其与所述中央电极相邻；
第三电极(85)，其与所述第一电极相邻，所述第三电极具有比所述中央电极更大的面积；
第四电极(86)，其与所述第二电极相邻，所述第四电极具有比所述中央电极更大的面积；
所述控制器被配置为激活所述中央电极、所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极，以便导致第一液滴(41)被保持在所述中央电极、所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极的上方，其中，所述第一液滴被约束在所述中央电极的上方；
去激活所述第一电极和所述第二电极以便导致所述第一液滴划分成分别被保持在所述第三电极、所述第四电极和所述中央电极的上方的第二液滴(42)、第三液滴(43)和第四液滴(3)。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述介质上电润湿设备还包括：
第五电极(70)，其与所述中央电极相邻；
第六电极(71)，其与所述中央电极相邻；
所述控制器还被配置为：
其中，激活所述中央电极、所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极以便导致第一液滴(41)被保持在激活的中央电极、激活的第一电极、激活的第二电极、激活的第三电极和激活的第四电极的上方；
激活所述中央电极、所述第一电极、所述第二电极、所述第五电极和所述第六电极以便导致所述液滴(4)被保持在所述中央电极、所述第一电极、所述第二电极、所述第五电极和所述第六电极的上方；去激活所述第五电极和所述第六电极；并且激活所述第三电极和所述第四电极。
11.根据权利要求9或10所述的装置，还包括：
传感器，其被配置为确定液滴内的粒子(21)的数量；
所述控制器，响应于在所述第四液滴中的所述粒子的数量在预定义的范围之外，被配置为：
至少激活所述第一电极和所述第二电极以便导致所述第二液滴、所述第三液滴和所述第四液滴合并成单个液滴(4)。
12.根据权利要求9或10所述的装置，还包括：
传感器，其被配置为确定液滴内的所述粒子的数量；
其中，所述介质上电润湿设备还包括多个中央电极；
所述控制器还被配置为：
其中，去激活所述第一电极和所述第二电极以便导致所述第一液滴分成第二液滴(42)、第三液滴(43)和第四液滴(3)包括：
对于所述多个中央电极中的每个给定中央电极：
使用所述传感器确定被保持在所述给定中央电极上方的所述第一液滴中的粒子(21)的数量；
响应于被保持在所述给定中央电极上方的所述第一液滴中的所述粒子(21)的数量在预定义的范围内，标记所述给定电极；
不标记被标记并与另一标记的中央电极相邻的任何中央电极；
在去激活所述不标记的中央电极的同时去激活所述第一电极和所述第二电极，导致所述第一液滴划分成被保持在所述第三电极和所述第四电极上方的第二液滴(42)和第三液滴(43)、以及被保持在所述标记的中央电极中的每个电极上方的第四液滴(3)。
13.根据权利要求11或12所述的装置，还包括：
处理器(12，25)；
其中，所述传感器是相机(22)，并且其中，所述液滴中的粒子的数量通过使用相机捕获被保持在电极上方的所述液滴的图像并且使用在所述处理器中的机器视觉分析所述图像而确定。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的装置，其中，所述介质上电润湿设备具有棋盘格形电极的区域(89)，其中，所述介质上电润湿设备中的所述电极中的至少一个电极包括在所述棋盘格形电极的区域内的一组棋盘格形电极；
所述控制器还被配置为同时激活或去激活所述电极组。
15.一种系统(1)，包括：
根据权利要求9至14中任一项所述的装置；以及
计算机系统(11)，其被可操作地连接到所述控制器，所述计算机系统被配置为执行权利要求1至8中任一项所述的方法并且记录至少一个液滴的位置。
技术总结