[發明專利]用于生物分析中的數字測定的微流控設備和方法

在審

• 申請號: 201910766544.1
• 申請日: 2019-08-19
• 公開（公告）號: CN110846388A
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發明（設計）人: 薩莉·安德森;帕梅拉·安·多希;菲利浦·馬克·施賴恩·羅伯斯
• 申請（專利權）人: 夏普生命科學（歐洲）有限公司
• 主分類號: C12Q1/686
• 分類號: C12Q1/686;G01N33/68;C12M1/38;C12M1/36;C12M1/34;C12M1/02;C12M1/00;B01L3/00;B01L7/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 張國梁

描述了介質上電潤濕(EWOD)設備和在EWOD設備中執行數字生物測定的相關方法。所述方法包括以下步驟：將含有生物實體和測定試劑的樣品池輸入EWOD設備；通過用EWOD設備進行電潤濕操作，將樣品池分割成用于生物測定的分割區；測量每個分割區的體積；改變分割區的條件以啟動生物測定，其中改變的條件導致生物實體執行生物過程以產生產物物質；并通過以下步驟進行生物測定：實時測量每個分割區的分割區性質和體積，其中分割區性質表示由各自分割區內的任何生物實體或多個實體的生物過程產生的產物物質；基于測量的分割區性質和體積，確定每個分割區中的產物物質濃度；并基于所確定的產物物質濃度，通過每個分割區中包含的生物實體的數量對分割區進行分類。基于這種分類，可以計算生物實體的數量，所述數量又可以用于計算樣品池中的生物實體的總數或濃度。所述方法可進一步包括增強的分割過程，其使得分割區的體積變化最小化。

技術領域

本發明一般涉及有源矩陣介質上電潤濕(Active Matrix Electro-wetting-On-Dielectric，AM-EWOD)設備和生物分析中的數字測定，例如諸如用于核酸定量的數字聚介酶鏈式反應(PCR)、用于蛋白質生物標記定量的酶聯免疫吸附測定(ELISA)、用于酶轉換量定量的酶促測定，以及用于表型分型和基因分型的基于細胞的測定。更具體地，本發明涉及在AM-EWOD設備上執行生物分析中的數字測定的系統和方法。

背景技術

介質上電潤濕(Electrowetting on dielectric，EWOD)是用于通過施加電場來操縱液滴的公知技術。有源矩陣EWOD(AM-EWOD)是指在包含晶體管的有源矩陣陣列中例如通過使用薄膜晶體管(TFT)實現EWOD。因此，它是用于芯片實驗窒技術的數字微流控的候選技術。對該技術的基本原理的介紹可以在以下文獻中找到：“Digital microfluidics：is atrue lab-on-a-chip poss ble？”，R.B.Fair，Microfluid Nanofluid(2007)3：245-281)。

圖1以橫截面形式示出了常規EWOD設備的一部分。該設備包括下基板10，其最上層由導電材料形成，該導電材料被圖案化以便實現多個陣列元件電極12(例如圖1中的12A和12B)。給定陣列元件的電極可以被稱為元件電極12。包括極性材料(其通常也是含水的和/或離子的)的液滴14被約束在下基板10和頂基板16之間的平面中。可以通過隔離物18實現這兩個基板之間的合適的間隙，并且非極性環繞流體20(例如油)可用于占據未被液滴14占據的體積。設置在下基板10上的絕緣體層22將導電元件電極12A、12B與第一疏水涂層24分離，其中，液滴14以用θ表示的接觸角26位于第一疏水涂層24上。疏水涂層由疏水材料(通常是但不一定是含氟聚合物)形成。

第二疏水涂層28在頂基板16上，液滴14可以與第二疏水涂層28接觸。在頂基板16和第二疏水涂層28之間插入參考電極30。

接觸角θ如圖1所示限定，并由固體與液體(γ_sL)、液體與非極性環繞流體(γ_LG)和固體與非極性環繞流體(γ_SG)界面之間的表面張力分量的平衡來確定，并且在沒有施加電壓的情況下滿足楊氏定律，該等式由下式給出：

在操作中，可以將稱為EW驅動電壓(例如，圖1中的V_T、V₀和V₀₀)的電壓從外部施加到不同的電極(例如，分別施加到參考電極30、元件電極12、12A和12B)。建立得到的電力有效地控制疏水涂層24的疏水性。通過布置不同的EW驅動電壓(例如V₀和V₀₀)施加到不同的元件電極(例如12A和12B)，液滴14可以在兩個基板10和16之間的橫向平面中移動。