用于施加連續(xù)電場(chǎng)的裝置和方法
【專利摘要】一種裝置包括：適合于產(chǎn)生具有離散電場(chǎng)分布的電場(chǎng)的電場(chǎng)施加組件、導(dǎo)電體積和電接口區(qū)域，電接口區(qū)域設(shè)置在導(dǎo)電體積和電場(chǎng)施加組件之間，以使得在與導(dǎo)電體積間隔開的位置處通過電場(chǎng)施加組件將離散電場(chǎng)施加到材料，其中電接口區(qū)域至少包括離子導(dǎo)電材料，離子導(dǎo)電材料布置成與導(dǎo)電體積相鄰并接觸導(dǎo)電體積；從而通過電接口區(qū)域平滑化由電場(chǎng)施加組件施加的離散電場(chǎng)，以使得在導(dǎo)電體積內(nèi)建立的電場(chǎng)分布基本連續(xù)。
【專利說明】用于施加連續(xù)電場(chǎng)的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及用于施加電場(chǎng)的裝置和方法及其制造方法。本發(fā)明具體適合于使施加到微流體裝置或“芯片實(shí)驗(yàn)室”型裝置(LOC)的電場(chǎng)的形狀平滑。
【背景技術(shù)】
[0002]微流體裝置(例如L0C)具有廣泛的應(yīng)用。越來越多的這些應(yīng)用涉及對(duì)象(例如生物分子)的測(cè)序(sequencing)和分選(sorting)和細(xì)胞的分選。通常，使用電泳執(zhí)行生物分子的測(cè)序和分選、和細(xì)胞的分選。電泳技術(shù)是眾所周知的并且經(jīng)常用于根據(jù)對(duì)象的電學(xué)和流體力學(xué)特性將對(duì)象(有時(shí)稱作“分析物”)分離。其他分離技術(shù)包括使用如EP1455949中所述的離心分光計(jì)。
[0003]在常規(guī)電泳中，施加恒定均勻的電場(chǎng)以使對(duì)象移動(dòng)通過流體或另一篩分基質(zhì)(sieving matrix)。在這些對(duì)象移動(dòng)通過這種材料時(shí),對(duì)象受到取決于對(duì)象的形狀和尺寸(例如流體動(dòng)力)和/或?qū)ο髮?duì)該材料的親和性(例如化學(xué)吸引/排斥力)的力、并且受到取決于對(duì)象的電荷的由于施加的電場(chǎng)產(chǎn)生的電動(dòng)力。由于每種對(duì)象類型受到不同的力，對(duì)象根據(jù)它們各自的特性以不同的終極速度移動(dòng)并且因此這些對(duì)象分成“區(qū)帶”。
[0004]近年來，本發(fā)明的發(fā)明人之一已經(jīng)提出用于對(duì)象分離的場(chǎng)移動(dòng)分析的概念，其中施加的電場(chǎng)不是恒定的，而是具有時(shí)間相依場(chǎng)梯度。W02006/070176中記載了使用這種概念的電泳裝置的示例，該專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容在此通過引用結(jié)合于本文。與常規(guī)技術(shù)相比，場(chǎng)移動(dòng)分析在分析和處理能力方面提供巨大潛力，提供更快并且更靈敏達(dá)幾個(gè)數(shù)量級(jí)的分離。
[0005]場(chǎng)移動(dòng)裝置通常采用電極網(wǎng)絡(luò)以為在微流體環(huán)境中分離和處理分析物和其他材料而施加適當(dāng)?shù)臅r(shí)間相依電場(chǎng)梯度。例如，微流體環(huán)境可以包括在玻璃裝置中或玻璃裝置上的平面分離通道，其橫截面尺寸達(dá)到0.1至幾百毫米并且長(zhǎng)度至少500 μ m。
[0006]可以在US-A-6277258和US-A-2002/0070113中找到不同電泳裝置的其他示例。
[0007]在已知微流體裝置(包括場(chǎng)移動(dòng)裝置)中，電場(chǎng)通常通過內(nèi)部電極被直接施加到通道。這種布置促進(jìn)通過在通道內(nèi)部中的導(dǎo)電分離緩沖物中產(chǎn)生電流來產(chǎn)生高電場(chǎng)。但是，這種構(gòu)造經(jīng)常導(dǎo)致沿著通道在每個(gè)電極的位點(diǎn)(locus)處對(duì)電場(chǎng)形狀造成顯著畸變。相應(yīng)地，通道中的場(chǎng)不會(huì)如例如在實(shí)施場(chǎng)移動(dòng)技術(shù)時(shí)所期望的那樣遵循從高到低的平滑過渡，而是由一系列階梯組成。分離的分子非常接近地(接觸)行進(jìn)至電極，“感覺到”場(chǎng)畸變并從而降低分離的分辨率。在期望將成形(即非均勻)電場(chǎng)施加到通道的其他應(yīng)用中也遭遇類似問題。
[0008]為解決這個(gè)問題，已經(jīng)提出增加沿著通道周期性定位的電極的數(shù)量。但是，實(shí)踐中，這種構(gòu)造出于兩個(gè)原因而沒有完全減少電場(chǎng)畸變。第一個(gè)原因是，不可能沿著通道放置無(wú)限數(shù)量的獨(dú)立可尋址電極。第二個(gè)原因是，因?yàn)殡姌O具有有限尺寸，所以與電極緊鄰的空間中的電壓是恒定的(為約等于電極的電壓的值)。因此，產(chǎn)生的電場(chǎng)是零。這會(huì)引起在整體電場(chǎng)中的顯著畸變。[0009]常規(guī)分離技術(shù)(包括已知場(chǎng)移動(dòng)技術(shù))的另一問題是，某些分析物會(huì)被損失，而不是按預(yù)期行進(jìn)通過電極，對(duì)象會(huì)朝著直接接觸通道的電極行進(jìn)并從分離處理被有效地去除。此外，由于電極和通道中的(通常為含水)液體之間的接觸引起的電解所產(chǎn)生的氣體會(huì)進(jìn)入通道，其中這些氣體會(huì)破壞電場(chǎng)和分析。
[0010]因此，需要解決上述問題的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種裝置包括:
[0012]電場(chǎng)施加組件，電場(chǎng)施加組件適合于產(chǎn)生具有離散電場(chǎng)分布的電場(chǎng)；
[0013]導(dǎo)電體積；和
[0014]電接口區(qū)域，電接口區(qū)域設(shè)置在導(dǎo)電體積和電場(chǎng)施加組件之間，電接口區(qū)域布置成使得在與導(dǎo)電體積間隔開的位置處通過電場(chǎng)施加組件將離散電場(chǎng)施加到電接口區(qū)域；
[0015]其中，電接口區(qū)域至少包括離子導(dǎo)電材料，所述離子導(dǎo)電材料布置成與導(dǎo)電體積相鄰并接觸導(dǎo)電體積；
[0016]從而通過電接口區(qū)域平滑化由電場(chǎng)施加組件施加的離散電場(chǎng)，以使得在導(dǎo)電體積內(nèi)建立的電場(chǎng)分布基本連續(xù)。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種將電場(chǎng)施加到導(dǎo)電體積的方法包括如下步驟:
[0018]提供電場(chǎng)施加組件，電場(chǎng)施加組件適合于產(chǎn)生具有離散電場(chǎng)分布的電場(chǎng)；
[0019]提供導(dǎo)電體積；和
[0020]提供電接口區(qū)域，電接口區(qū)域在導(dǎo)電體積和電場(chǎng)施加組件之間，其中，電接口區(qū)域至少包括離子導(dǎo)電材料，離子導(dǎo)電材料布置成與導(dǎo)電體積相鄰并接觸導(dǎo)電體積；
[0021]在與導(dǎo)電體積間隔開的位置處將離散電場(chǎng)施加到電接口區(qū)域；
[0022]從而通過電接口區(qū)域平滑化施加的離散電場(chǎng)，以使得在導(dǎo)電體積內(nèi)建立的電場(chǎng)分布基本連續(xù)。
[0023]應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)，術(shù)語(yǔ)“導(dǎo)電體積”這里用于描述具有體積的任意導(dǎo)體，在至少在導(dǎo)電體積的一部分中期望有基本連續(xù)的電場(chǎng)。應(yīng)當(dāng)理解，導(dǎo)電體積的特性會(huì)根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用類型改變。例如，導(dǎo)電體積可以是通道(例如在電泳或其他分離裝置中使用的分離通道)，或者可以包括多個(gè)這樣的通道。在其他應(yīng)用中，導(dǎo)電體積可以代表諸如在疏水紙基體中提供的親水區(qū)域或在多孔疏水基體中提供的多孔區(qū)域的區(qū)域。一般地，導(dǎo)電體積可以代表任意體積，其中在分析過程中流體或感興趣的對(duì)象可以被容納在該體積中(和/或可以移動(dòng)通過該體積)，不論該體積是否通過通道或其他物理實(shí)體被物理約束。例如，在導(dǎo)電體積包括一個(gè)或多個(gè)通道的情況下，每個(gè)通道可以被物理限界或可以不被物理限界:導(dǎo)電體積可以例如包含在“自由流動(dòng)”電泳裝置或“平板凝膠”技術(shù)中由分析物占據(jù)的一個(gè)或多個(gè)路徑(路徑可以被認(rèn)為是“想象的”或“虛擬”通道)。下文描述的實(shí)施例主要涉及用于分離對(duì)象的物理限定通道形式的導(dǎo)電體積，盡管可以理解這不是要加以限制。
[0024]本發(fā)明因此通過將從電場(chǎng)施加組件(例如電極陣列)獲得的離散電場(chǎng)轉(zhuǎn)變成導(dǎo)電體積中的基本連續(xù)場(chǎng)，來使施加的電場(chǎng)平滑化。“離散”電場(chǎng)是具有非均勻場(chǎng)分布的電場(chǎng)，例如包括間隙或大小陡升或陡降，例如在“階梯分布”形狀的場(chǎng)中可以觀察到的電場(chǎng)。例如，離散電場(chǎng)可以由多個(gè)點(diǎn)電壓源引起，每個(gè)點(diǎn)電壓源與下一點(diǎn)電壓源沿著導(dǎo)電體積的周邊(例如對(duì)于通道來說，是沿著通道的路徑)間隔開。通過“基本連續(xù)的”電場(chǎng)，這表示比離散電場(chǎng)更平滑的電場(chǎng)。例如，在上述示例中，平滑化的電場(chǎng)的值優(yōu)選地在一個(gè)點(diǎn)電壓源的位置和下一點(diǎn)電壓源的位置之間的間隔中逐漸地改變，從與由第一點(diǎn)源建立的電場(chǎng)相對(duì)應(yīng)的值到與由第二點(diǎn)源建立的電場(chǎng)相對(duì)應(yīng)的值。更具體地，基本連續(xù)的場(chǎng)可以平滑地插入施加的離散值之間。但是，根據(jù)施加的平滑化程度，連續(xù)場(chǎng)可能沒有達(dá)到完全線性梯度或曲線的程度，而是仍然會(huì)包括一定程度的不連續(xù)性(雖然這種不連續(xù)性的程度小于離散場(chǎng)的不連續(xù)性)。
[0025]通過在導(dǎo)電體積和電場(chǎng)施加組件之間提供電接口區(qū)域?qū)崿F(xiàn)場(chǎng)成形，電場(chǎng)施加組件具有適合的電和幾何特性，從而電場(chǎng)施加組件與導(dǎo)電體積通過電接口區(qū)域間隔開。具體地，至少部分地借助于離子導(dǎo)電材料內(nèi)的離子電流傳輸來執(zhí)行場(chǎng)平滑化，離子導(dǎo)電材料形成一部分(或全部)電接口區(qū)域，并布置成與導(dǎo)電體積相鄰且接觸導(dǎo)電體積。這種布置的巨大優(yōu)勢(shì)在于任意電解發(fā)生在電接口區(qū)域內(nèi)或在電極(或其他電壓源)處，而不是在導(dǎo)電體積內(nèi)。以此方式，不存在對(duì)導(dǎo)電體積自身內(nèi)部環(huán)境的破壞。
[0026]應(yīng)當(dāng)注意，電接口區(qū)域不需要沿著導(dǎo)電體積的整個(gè)周邊設(shè)置，而是可以僅沿著導(dǎo)電體積的一部分延伸。例如，在導(dǎo)電體積是通道的情況下，電接口區(qū)域不需要沿著通道的整個(gè)長(zhǎng)度設(shè)置，而是可以僅沿著通道的一部分延伸。
[0027]通過“與導(dǎo)電體積相鄰并接觸導(dǎo)電體積”，這意味著離子導(dǎo)電材料設(shè)置成直接電接觸導(dǎo)電體積，在離子導(dǎo)電材料和導(dǎo)電體積之間沒有任何其他的材料類型。電接口區(qū)域可以由單一成分(離子導(dǎo)電材料)組成，或者在電場(chǎng)施加組件和導(dǎo)電體積之間串聯(lián)地(并且彼此電接觸地)布置多于一種成分。在一個(gè)示例中，如下文更詳細(xì)所述，電接口區(qū)域可以包括與導(dǎo)電體積相鄰的離子導(dǎo)電材料以及非離子導(dǎo)電材料(例如電阻材料)，非離子導(dǎo)電材料設(shè)置在電場(chǎng)施加組件和離子導(dǎo)電材料之間。但是，在其他有利的實(shí)施例中，電接口區(qū)域由離子導(dǎo)電材料組成。換言之，電接口區(qū)域完全由離子導(dǎo)電材料形成。例如，直接接觸導(dǎo)電體積的上述(單一)離子導(dǎo)電材料可以在導(dǎo)電體積和電場(chǎng)施加組件之間連續(xù)地延伸?？商鎿Q地，多于一種離子導(dǎo)電成分或離子導(dǎo)電成分和非離子導(dǎo)電成分的混合物可以被串聯(lián)地部署在導(dǎo)電體積和電場(chǎng)施加組件之間，以形成電接口區(qū)域。
[0028]術(shù)語(yǔ)“離子導(dǎo)電”表示材料通過離子運(yùn)動(dòng)來導(dǎo)電。也可以有或者沒有電子或空穴通過材料的運(yùn)動(dòng)。除了電接口區(qū)域接觸導(dǎo)電體積的部分之外，導(dǎo)電體積優(yōu)選地也離子導(dǎo)電，而不是主要電氣導(dǎo)電。例如，導(dǎo)電體積可以是填充有離子導(dǎo)體(例如含水緩沖液)的通道，如下文更詳細(xì)所述。
[0029]期望的是，組成電接口區(qū)域的一種或多種成分(特別是離子導(dǎo)電材料)的導(dǎo)電性/電阻率應(yīng)當(dāng)構(gòu)造成“匹配”導(dǎo)電體積的導(dǎo)電性/電阻率。通過“匹配”，不需要電接口區(qū)域的每種成分都具有與導(dǎo)電體積相等或至少類似的離子導(dǎo)電性，盡管這是優(yōu)選的。需要的是相對(duì)導(dǎo)電性/電阻率經(jīng)平衡，以避免電流優(yōu)先地由電接口區(qū)域或由導(dǎo)電體積傳導(dǎo)。如果電接口區(qū)域的導(dǎo)電性太高或太低，在導(dǎo)電體積中場(chǎng)形狀不會(huì)按照預(yù)期形成。這是因?yàn)?，如果流體和離子導(dǎo)電材料的相對(duì)導(dǎo)電性顯著不同，則根據(jù)歐姆定律，由施加的電壓引起的所有電流將僅通過電接口區(qū)域或者僅通過導(dǎo)電體積。這將顯著地改變場(chǎng)的平滑效果，導(dǎo)致場(chǎng)的過度平滑化或平滑化不足。具體地，如果電接口區(qū)域的相對(duì)導(dǎo)電性太低，則在導(dǎo)電體積中獲得的電場(chǎng)會(huì)衰減，即表現(xiàn)得遠(yuǎn)低于在電極處施加的期望場(chǎng)，這是因?yàn)楣β蕦⒃陔娊涌趨^(qū)域中損失很大。[0030]為實(shí)現(xiàn)匹配，不需要形成電接口區(qū)域的(多種)成分和導(dǎo)電體積的電阻率/導(dǎo)電性一致，實(shí)際上這極為難以實(shí)現(xiàn)。但是，在優(yōu)選構(gòu)造中，導(dǎo)電性/電阻率是相同數(shù)量級(jí)。在具體的優(yōu)選實(shí)施例中，組成電接口區(qū)域的(多種)成分的導(dǎo)電性/電阻率與導(dǎo)電體積的導(dǎo)電性/電阻率(反之亦然)的比率在1:100至1:1之間，優(yōu)選在1:50至1:1之間，更優(yōu)選地在1:10至1:1之間。有利地，接觸導(dǎo)電體積的離子導(dǎo)電材料對(duì)于(例如由在電極處的電解產(chǎn)生的)氣體是不滲透的，從而防止氣體到達(dá)導(dǎo)電體積?？商鎿Q地，幾何形狀可以布置成將任意氣泡引導(dǎo)遠(yuǎn)離導(dǎo)電體積。離子導(dǎo)電材料優(yōu)選地防止導(dǎo)電體積內(nèi)部的任何待分離分析物到達(dá)電極。例如，材料中的任意孔優(yōu)選為太小而無(wú)法使對(duì)象從中通過。這有助于將對(duì)象限制在導(dǎo)電體積內(nèi)并避免樣品損失。
[0031 ] 在某些優(yōu)選示例中，電接口區(qū)域具有薄的“膜狀”或“薄層狀”幾何形狀，從而電接口區(qū)域的寬度(即，電場(chǎng)施加組件和導(dǎo)電體積之間的距離)至少大于沿與所述距離和導(dǎo)電體積都垂直的方向(例如沿著通道的長(zhǎng)軸)的電接口區(qū)域的厚度。更優(yōu)選地，導(dǎo)電體積和電場(chǎng)施加組件之間的距離是電接口區(qū)域的厚度的至少兩倍，優(yōu)選為電接口區(qū)域的厚度的至少5倍，更優(yōu)選地為至少5倍，更加優(yōu)選地為至少10倍，最優(yōu)選地為至少100倍。
[0032]優(yōu)選的膜狀幾何形狀有效地將電極之間獲得的電壓平均化。這沿著導(dǎo)電體積的周邊“展開”每個(gè)點(diǎn)電壓(沿任意其他方向具有相對(duì)小的電壓離差)，從而主要地沿著導(dǎo)電體積的周邊使得來自電場(chǎng)施加組件的離散施加場(chǎng)平滑化。通過保持材料較薄，電壓可以布置成沿材料的厚度方向基本恒定，從而避免在導(dǎo)電體積中建立橫向電場(chǎng)。但是，這可以可替換地通過布置電場(chǎng)施加組件來施加離散電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)，離散電場(chǎng)沿著電接口區(qū)域的厚度方向不改變(例如通過使用電極，該電極沿著其全部厚度接觸材料)。
[0033]與對(duì)電場(chǎng)平滑化一起，同時(shí)，電接口區(qū)域保持導(dǎo)電體積內(nèi)部的微流體環(huán)境與電極分開，從而不會(huì)破壞分離或操作過程。
[0034]優(yōu)選地，導(dǎo)電體積設(shè)置在基體中或基體上，電接口區(qū)域基本填充基體中或基體上的腔?；w自身可以方便地使用選擇的微細(xì)加工技術(shù)來制造。
[0035]優(yōu)選地，導(dǎo)電體積的高度約等于或大于沿相同方向的接口區(qū)域的厚度。具體地，導(dǎo)電體積的高度比材料的厚度優(yōu)選地大I至5倍之間，優(yōu)選大1.5至3倍之間，更優(yōu)選地為大近似2倍。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)這種比例能夠借助于作用在流體形式的電接口區(qū)域材料上的毛細(xì)力，制造通道形式的導(dǎo)電體積，如下文所述。
[0036]在優(yōu)選實(shí)施例中，施加離散電場(chǎng)的位置和導(dǎo)電體積之間的距離在0.1至8mm之間，優(yōu)選在0.5至2.5mm之間。優(yōu)選地，電接口區(qū)域的厚度在0.1至100 μ m之間，優(yōu)選在20至40 μ m之間。優(yōu)選地，導(dǎo)電體積的深度(高度)在0.1至500 μ m,優(yōu)選在10至100 μ m之間。
[0037]在某些情況下，期望基體中的腔具有至少一個(gè)柱狀物，以提供支撐并防止基體的頂部件坍塌。還可以部署柱狀物來改變接口的電特性，如下文所述。此外，柱狀物提供附加表面面積，以幫助將(多種)材料保持在電接口區(qū)域中。
[0038]在優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)電體積是通道，通道可以沿著任意期望的路徑。例如，通道可以是直線的或者可以是閉環(huán)形式。閉環(huán)構(gòu)造比開環(huán)設(shè)計(jì)(例如直線通道)具有若干優(yōu)勢(shì)。首先，閉環(huán)通道避免邊緣效應(yīng)，從而在通道的任一端處在通道內(nèi)部獲得的電場(chǎng)偏離期望的水平。例如，在線性通道中，通道中間的部分將通常在沿著通道的部分的任一側(cè)被提供有施加的電壓源，該部分中獲得的電壓是兩個(gè)電壓的平均值。但是，接近通道的端部的部分不會(huì)“看到”設(shè)置在兩側(cè)上的電壓源，而僅是設(shè)置在朝向通道的另一端部的一側(cè)上。這意味著，存在非對(duì)稱平均化，這引起靠近通道端部的部分內(nèi)部的場(chǎng)畸變。第二，當(dāng)向開環(huán)通道施加時(shí)移電場(chǎng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)場(chǎng)變化非常小并且電流方向保持基本不變的區(qū)域。這會(huì)在電場(chǎng)接口區(qū)域中所包含的離子導(dǎo)電材料中導(dǎo)致嚴(yán)重的局部離子消耗。結(jié)果，會(huì)損失通道中的期望場(chǎng)形狀，這是由于離子消耗的效果易于抵消施加的場(chǎng)。相反，在閉合通道中，例如圓形布置，傳播的電磁“波”(即，成形的非均勻電場(chǎng)分布)可以構(gòu)造成圍繞環(huán)路行進(jìn)。這圍繞環(huán)路“掃過”離子導(dǎo)電材料中的離子，連續(xù)地補(bǔ)充任意離子裸露區(qū)域，并且從相應(yīng)的過度集中區(qū)域帶走離子，以使得通道中的場(chǎng)保持平滑和穩(wěn)定。第三，當(dāng)使用開環(huán)通道時(shí)，裝置的有效操作長(zhǎng)度由通道的物理長(zhǎng)度決定。在閉合系統(tǒng)中，不存在主通道的開始部或結(jié)束部，所以裝置具有基本無(wú)限的操作長(zhǎng)度。
[0039]優(yōu)選地，電場(chǎng)施加組件包括與電接口區(qū)域電接觸的多個(gè)電極，電場(chǎng)施加組件還包括控制器，控制器適合于向每個(gè)電極施加電壓以獲得期望的場(chǎng)分布。
[0040]電極優(yōu)選地沿符合導(dǎo)電體積的周邊的方向彼此間隔開。例如，在導(dǎo)電體積是通道的情況下，優(yōu)選的是電極沿符合通道路徑的方向間隔開。
[0041]在優(yōu)選實(shí)施例中，多個(gè)電極沿導(dǎo)電體積的一側(cè)布置。有利地，電場(chǎng)施加組件還可以包括多個(gè)第二電極，多個(gè)第二電極沿導(dǎo)電體積的與多個(gè)第一電極相對(duì)的一側(cè)布置，從而在導(dǎo)電體積的相對(duì)兩側(cè)上形成電極對(duì)，其中電壓可以被施加到一對(duì)中的每個(gè)電極。在某些優(yōu)選實(shí)施例中，基本相同的電壓被施加到每對(duì)中的兩個(gè)電極。但是，在其他情況下，不同的電壓可以被施加到一對(duì)中的每個(gè)電極，例如以抵消由于導(dǎo)電體積的曲率引起的速度差效應(yīng)(如在W02006/070176中所述)，或者橫向操作體積內(nèi)的場(chǎng)。
[0042]裝置還可以包括電場(chǎng)測(cè)量組件，電場(chǎng)測(cè)量組件適合于測(cè)量導(dǎo)電體積內(nèi)(和/或沿著電接口材料)的電場(chǎng)；其中控制器有利地適合于基于測(cè)量的電場(chǎng)改變施加的離散電場(chǎng)。因此，除了施加離散電場(chǎng)的“寫”電極之外，可以使用“讀”電極來測(cè)量和控制施加的場(chǎng)。“讀”電極可以直接接觸導(dǎo)電體積或者可以通過電接口區(qū)域的一部分(可以是或不是位于導(dǎo)電體積和電場(chǎng)施加組件之間的電接口區(qū)域)測(cè)量建立的電場(chǎng)。例如，電場(chǎng)測(cè)量組件可以優(yōu)選地包括與電接口區(qū)域電接觸的多個(gè)電極，電場(chǎng)測(cè)量組件的多個(gè)電極優(yōu)選地布置在導(dǎo)電體積的與電場(chǎng)施加組件相對(duì)的一側(cè)上。在替換有利實(shí)施例中，裝置可以使用相同的(多個(gè))電極作為(多個(gè))寫或讀電極，根據(jù)需要在兩種模式之間切換。例如，控制器可以適合于按照規(guī)則間隔停止向每個(gè)電極提供電源短時(shí)間段，并且相反在恢復(fù)電源供應(yīng)之前即時(shí)地讀取局部場(chǎng)。
[0043]基體可以設(shè)置有與腔(和填充腔的接口區(qū)域)并且與基體的表面連接的孔(也稱作阱或阱節(jié)點(diǎn))，以在使用中容納電極?？卓梢蕴畛溆须x子導(dǎo)電流體(例如含水緩沖液、觸變凝膠或粘膠)，并且布置成使得電極伸入離子導(dǎo)電流體中。有利地，這種構(gòu)造提供用于電解的氣體產(chǎn)物的逸出點(diǎn)。此外，使基體設(shè)置有用離子導(dǎo)體填充的孔將允許有足夠的離子儲(chǔ)存尺寸，以緩解電接口區(qū)域中包括的離子導(dǎo)電材料中的離子消耗。作為對(duì)上述伸入的電極的替換形式，導(dǎo)電電極(例如由金屬膜形成)可以沉積在基體上，導(dǎo)向裝置上的一個(gè)或多個(gè)連接器，以與電場(chǎng)控制系統(tǒng)形成一體。這些電極將與接口材料接觸，可以提供排氣口以供電解氣體溢出。
[0044]有利地，電場(chǎng)施加組件還包括布置成將每個(gè)電極電連接到電接口區(qū)域的連接臂，例如流體臂。例如，上述阱可以通過這種連接臂連接到填充有電接口區(qū)域的腔。在電場(chǎng)施加組件中使用流體臂，增加設(shè)計(jì)的靈活性。例如，孔可以在基體的頂部件中被鉆出，并且具有發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用方便的任意構(gòu)造，同時(shí)流體臂作為將電壓施加到電接口區(qū)域的導(dǎo)體。通過謹(jǐn)慎地設(shè)計(jì)每個(gè)臂的尺寸(并因此設(shè)計(jì)臂所提供的電阻)，提供給材料的電壓水平可以受到控制。每個(gè)連接臂優(yōu)選地將電極中的單個(gè)電極連接到電接口區(qū)域。
[0045]在導(dǎo)電體積是通道的情況下，基體中的孔可以沿著符合導(dǎo)電體積的周邊的單線周期性間隔開。但是，這不是必要的，每個(gè)孔可以定位成與導(dǎo)電體積相距不同的距離。在一個(gè)示例中，孔可以相對(duì)于導(dǎo)電體積的周邊交錯(cuò)排列，以使得可以沿著導(dǎo)電體積的周邊設(shè)置的孔的數(shù)量最大化?？梢酝ㄟ^在孔和材料之間的電場(chǎng)施加組件的流體臂的設(shè)計(jì)來抵消孔的不同位置(并因此使用中孔容納的電極)。但是，在其他示例中，在沿著導(dǎo)電體積的周邊建立產(chǎn)生電場(chǎng)所需要的電壓變化時(shí)使用可以變化的距離。
[0046]如果導(dǎo)電體積是開環(huán)形式(例如具有至少兩個(gè)不同“端部”的通道，無(wú)論是否進(jìn)行物理限定)，則電場(chǎng)施加組件可以構(gòu)造成抵消場(chǎng)邊緣效應(yīng)。例如，對(duì)于線性通道的情況，可以布置兩個(gè)附加電極，以在通道的每個(gè)端部處提供額外的電壓。優(yōu)選地，這些電極被插入在通道上的阱節(jié)點(diǎn)中，其中阱節(jié)點(diǎn)還可以用作通道的入口和/或出口。
[0047]如上所述，電接口區(qū)域可以包括多于一種成分，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，除了離子導(dǎo)電材料之外，還包括非離子導(dǎo)電材料，以使得離子導(dǎo)電材料位于非離子導(dǎo)電材料和導(dǎo)電體積之間，通過電場(chǎng)施加組件將離散電場(chǎng)施加到非離子導(dǎo)電材料。例如，非離子導(dǎo)電材料可以放置在離子導(dǎo)電材料和電極之間。非離子導(dǎo)電材料主要借助于電子(和/或空穴)運(yùn)動(dòng)來導(dǎo)電，并且可以例如是電阻聚合物或者半導(dǎo)體(例如硅)。
[0048]在這些實(shí)施例中，優(yōu)選地，非離子導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性/電阻率和離子導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性/電阻率“匹配”。如上文針對(duì)導(dǎo)電體積和電接口區(qū)域的相對(duì)導(dǎo)電性/電阻率所述，當(dāng)前文本中的術(shù)語(yǔ)“匹配”并不意味著導(dǎo)電性/電阻率必須相等，盡管導(dǎo)電性/電阻率至少相似是優(yōu)選的。通過“匹配”電接口區(qū)域的兩種(或更多種)成分的導(dǎo)電性/電阻率，導(dǎo)電性/電阻率兩者與施加的場(chǎng)參數(shù)一起被考慮進(jìn)去，以使得非離子導(dǎo)電材料和離子導(dǎo)電材料兩者都對(duì)離散電場(chǎng)的平滑化作出貢獻(xiàn)。另一方面，如果兩種材料的相對(duì)導(dǎo)電性顯著不同，則根據(jù)歐姆定律，由施加的電壓引起的所有電流將僅通過離子導(dǎo)電材料或僅通過非離子導(dǎo)電材料。這將顯著地改變場(chǎng)的平滑效果，導(dǎo)致場(chǎng)的過度平滑化或平滑化不足，并可能導(dǎo)致場(chǎng)屏蔽效應(yīng)。因此，在優(yōu)選構(gòu)造中，各成分的導(dǎo)電性/電阻率是相同數(shù)量級(jí)。在具體的優(yōu)選實(shí)施例中，兩種材料的導(dǎo)電性/電阻率的比率在1:100至1:1之間，優(yōu)選在1:50至1:1之間，更優(yōu)選地在1:10至1:1之間。
[0049]這些考慮同樣適用于包括串聯(lián)的兩種或更多種離子導(dǎo)電成分、或者離子導(dǎo)電成分和非離子導(dǎo)電成分的混合物的電接口區(qū)域，在這種情況下，每種成分的導(dǎo)電性/電阻率優(yōu)選為“匹配”。
[0050]包括非離子導(dǎo)電材料作為電接口區(qū)域一部分的構(gòu)造提供若干優(yōu)勢(shì)。具體地，這些構(gòu)造提供與電場(chǎng)施加組件連接的靈活性。例如，電極可以連接到“干燥”固體材料(例如硅)，而不是如上所述被伸入到流體填充阱中。這可以導(dǎo)致更緊密結(jié)合和密封的裝置。另一方面，這些構(gòu)造的缺點(diǎn)在于，離子導(dǎo)電材料(通常包含流體)和“干燥的”非離子導(dǎo)電材料的組合需要流體/固體界面，該流體/固體界面易于引起電解和放出氣泡。因此，這些構(gòu)造會(huì)需要位于該界面處的孔或阱，作為氣泡的排出口。[0051]離子導(dǎo)電材料可以包括例如聚合物。有利地，聚合物易于以液體形式被引入根據(jù)本發(fā)明的裝置中，然后例如使用化學(xué)引發(fā)劑或通過熱或光引發(fā)被原位聚合。
[0052]優(yōu)選地，離子導(dǎo)電材料是多孔材料。“多孔”材料是流體可以流過的材料，例如流過材料的孔、通道或腔。泡沫體、海綿或任意其他類型的基質(zhì)狀或多孔狀材料是多孔材料的示例。例如，離子導(dǎo)電多孔材料可以包括多孔玻璃或多孔陶瓷材料。
[0053]可替代的是，離子導(dǎo)電材料可以是水凝膠。水凝膠是能夠吸收水溶液但不會(huì)溶解于水中的一類聚合物材料。水凝膠具有很多屬性，這些屬性使得水凝膠極適合于在目前公開的場(chǎng)成形接口中使用。具體地，水凝膠是多孔的，通?？椎某叽缭诘蚽m范圍中，這意味著水凝膠對(duì)于水分子和小離子是可滲透的，但是對(duì)于大分析物(包括生物分子，例如蛋白質(zhì)或DNA)是不滲透的。此外，水凝膠通常對(duì)于氣泡是不滲透的，從而防止在電極處由電解形成的氣體到達(dá)導(dǎo)電體積。
[0054]在優(yōu)選實(shí)施例中，電接口區(qū)域的電阻率在電場(chǎng)接口區(qū)域的整個(gè)體積內(nèi)恒定。電接口區(qū)域的電均勻性一般是有利的，以便于實(shí)現(xiàn)各向同性場(chǎng)平滑化效果?？商鎿Q地，在其他實(shí)施例中，電阻率可以至少沿一個(gè)方向變化，例如沿與導(dǎo)電體積的周邊垂直的方向或者沿通道的細(xì)長(zhǎng)方向。這能夠例如在使用單一電場(chǎng)施加組件的同時(shí)將不同大小的場(chǎng)施加到多個(gè)同心圓形通道，每個(gè)圓形通道通過電場(chǎng)接口區(qū)域的一部分被間隔開。
[0055]通過沿一個(gè)或多個(gè)方向改變區(qū)域材料的成分，例如通過使用不同電特性的多個(gè)電接口成分，可以實(shí)現(xiàn)改變電接口區(qū)域的電阻率。但是，這種改變實(shí)踐中很難。可替換地，通過在腔中引入柱狀物并且沿著一個(gè)或多個(gè)方向改變柱狀物的尺寸或柱狀物的密度，可以更容易地改變電阻率。這具有的效果是，減少導(dǎo)電材料并因此增大電接口區(qū)域的電阻率(或者如果柱狀物的密度降低則降低電阻率)。用于改變電接口區(qū)域的電阻率的另一示例方法是改變腔的深度。
[0056]電接口區(qū)域的導(dǎo)電性和相對(duì)厚度優(yōu)選地使得電流不會(huì)過量，以避免在施加電極的區(qū)域處焦耳加熱和過度電解。
[0057]在優(yōu)選實(shí)施例中，基體是電阻或絕緣。期望基體對(duì)于可見光、紅外線(IR)或紫外線(UV)輻射中的任意一項(xiàng)或多項(xiàng)是透明的，以允許通過基體對(duì)電接口區(qū)域材料進(jìn)行光圖案化和光聚合作用，或者使得裝置適合與光學(xué)檢測(cè)技術(shù)一起使用。但是，在其他情況下，基體不需要光學(xué)透明。
[0058]有利地，根據(jù)本發(fā)明的裝置可以允許在導(dǎo)電體積中同時(shí)分析。例如，體積可以包括多個(gè)通道，每個(gè)通道與下一個(gè)通道通過電接口區(qū)域的區(qū)域橫向間隔開，其中電場(chǎng)施加組件構(gòu)造成將離散電場(chǎng)施加到電接口材料的一個(gè)部分，從而通過電接口區(qū)域平滑化離散電場(chǎng)，以使得在多個(gè)通道中的每一個(gè)中建立基本連續(xù)的電場(chǎng)。在優(yōu)選構(gòu)造中，在每個(gè)通道中建立的基本連續(xù)的電場(chǎng)都基本相同，盡管如上所述這不是必需的。作為替換形式，多個(gè)通道可以被堆疊在導(dǎo)電體積內(nèi)，呈一個(gè)通道位于另一通道的頂部上，每個(gè)層包括由絕緣體層分開的通道，電接口材料與每個(gè)通道層的一側(cè)或兩側(cè)接觸。在另一示例中，接口材料層和導(dǎo)電體積(通道)層可以被堆疊成，一者位于另一者的頂部上，兩者由絕緣層分分開。用于將樣品引入導(dǎo)電體積內(nèi)的分離通道的入口通道可以被嵌入在絕緣層中。
[0059]根據(jù)本發(fā)明的裝置可以是例如微流體裝置或用于分離對(duì)象的分離裝置，其中導(dǎo)電體積是分離通道。例如，裝置可以是用于分離對(duì)象的分離裝置，分離裝置包括:根據(jù)本發(fā)明的裝置，其中導(dǎo)電體積是分離通道，分離通道在使用中容納待分離對(duì)象，從而通道中的基本連續(xù)的電場(chǎng)引起產(chǎn)生作用在每個(gè)對(duì)象上的電動(dòng)力；和平衡源，平衡源構(gòu)造成引起產(chǎn)生與每個(gè)對(duì)象上的電動(dòng)力相反的力；從而在電場(chǎng)和平衡源的組合影響下，分離通道中的對(duì)象被分離成區(qū)帶。由平衡源引起的一個(gè)或多個(gè)“平衡”力可以簡(jiǎn)單地是由于對(duì)象通過靜態(tài)流體或凝膠的流體動(dòng)力阻力引起的力，或者導(dǎo)電體積可以填充有色譜柱或膠粒，以使得(多個(gè))平衡力可以由于尺寸排出和/或親和性分離過程而產(chǎn)生。平衡力還可以由于流體動(dòng)力或電滲泵送流體通過導(dǎo)電體積而產(chǎn)生。
[0060]在優(yōu)選實(shí)施例中，裝置是電泳裝置，其中，平衡源是與待分離對(duì)象一起容納在通道中的流體，裝置還包括控制器，控制器適合于改變施加的離散電場(chǎng)，以相對(duì)于分離通道調(diào)節(jié)電場(chǎng)分布，從而在由于通道內(nèi)建立的電場(chǎng)引起的電動(dòng)力和由于流體弓I起的流體動(dòng)力的組合影響下，分離通道中的對(duì)象被分離成區(qū)帶。因此，在這種情況下，平衡力是流體動(dòng)力。
[0061]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，一種制造裝置的方法包括如下步驟:
[0062]提供電場(chǎng)施加組件，電場(chǎng)施加組件適合于產(chǎn)生具有離散電場(chǎng)分布的電場(chǎng)；
[0063]提供導(dǎo)電體積；和
[0064]提供電接口區(qū)域，電接口區(qū)域在導(dǎo)電體積和電場(chǎng)施加組件之間，其中，電接口區(qū)域至少包括離子導(dǎo)電材料，離子導(dǎo)電材料布置成與導(dǎo)電體積相鄰并接觸導(dǎo)電體積，
[0065]從而在使用中，在與導(dǎo)電體積間隔開的位置處將離散電場(chǎng)施加到電接口區(qū)域；
[0066]以致于在使用中，通過電接口區(qū)域平滑化施加的離散電場(chǎng)，以使得在導(dǎo)電體積內(nèi)建立的電場(chǎng)分布基本連續(xù)。
[0067]有利地，導(dǎo)電體積可以使用選擇的精細(xì)機(jī)械加工技術(shù)被蝕刻到基體的表面中?？商鎿Q地，導(dǎo)電體積可以通過將兩個(gè)或更多個(gè)板安裝在一起而提供，至少一個(gè)板被蝕刻或以其他方式機(jī)械加工從而形成包含導(dǎo)電體積(例如內(nèi)部通道)的基體。
[0068]有利地，腔可以使用類似的精細(xì)機(jī)械加工技術(shù)在基體中形成。腔然后可以被填充預(yù)聚物(例如單體)或液體形式的材料(例如液體預(yù)聚物)，該預(yù)聚物或液體形式的材料隨后會(huì)被聚合或固化以形成電接口區(qū)域的至少一種成分。通常，這是電接口區(qū)域的離子導(dǎo)電成分。優(yōu)選地，材料在插入/注入腔之前(和在固化/聚合之前)是含水的。這使材料一旦在腔內(nèi)部，則減小材料在體積中很大變化(特別是膨脹)的可能性，如果材料在固化之后是含水的則可能會(huì)產(chǎn)生很大變化。這會(huì)導(dǎo)致基體裂開和/或?qū)щ婓w積的體積減小。
[0069]在優(yōu)選實(shí)施例中，使用光引發(fā)劑或熱引發(fā)劑實(shí)現(xiàn)聚合作用。光引發(fā)劑是使得聚合物對(duì)光(通常是UV輻射)敏感的催化劑成分。通過自由基驅(qū)動(dòng)聚合過程，通過光引發(fā)劑暴露于適當(dāng)波長(zhǎng)的輻射來產(chǎn)生自由基。光引發(fā)劑通常在暴露于光子(通常是UV)時(shí)產(chǎn)生自由基，但是還可以通過可見光或甚至電子束來激發(fā)。因此，通過例如具有UV光的輻射來控制材料的聚合。還可以使用不需要熱或光引發(fā)機(jī)制來聚合電接口區(qū)域的材料的適合引發(fā)劑。一個(gè)示例是丙烯酰胺的APS/TEMED引發(fā)。
[0070]這產(chǎn)生對(duì)材料進(jìn)行光圖案化以在材料中限定通道的可能性。例如，掩?？梢苑胖迷谘b置的將形成導(dǎo)電體積的區(qū)域上。在暴露于光引發(fā)輻射之后，材料的未掩蔽區(qū)域被固化，同時(shí)掩蔽的導(dǎo)電體積保持為流體。導(dǎo)電體積內(nèi)的材料然后可以例如通過沖刷被移除以形成期望的體積。在特別優(yōu)選的示例中，沖刷步驟可以使用導(dǎo)電體積將在使用中容納的流體(例如緩沖液或篩分凝膠)進(jìn)行，從而導(dǎo)電體積立即準(zhǔn)備好供使用。[0071]類似地，熱引發(fā)劑可以用于通過升高溫度來控制聚合作用。熱引發(fā)劑是在被加熱時(shí)斷裂以形成自由基的分子。加熱可以是例如通過使用微波輻射或激光進(jìn)行全局(例如加熱整個(gè)裝置)或局部加熱。因此，可以實(shí)現(xiàn)電接口區(qū)域的類似圖案化。在電接口區(qū)域聚合之后，裝置可以浸泡在緩沖液中，使得裝置的離子含量在裝置使用之前達(dá)到平衡。
[0072]可替換地，可以通過使用作用在液體形式的電接口區(qū)域上(例如預(yù)聚物聚合之前作用在預(yù)聚物上)的毛細(xì)力來獲得導(dǎo)電體積?？梢允褂镁哂羞m合尺寸的腔獲得導(dǎo)電體積(例如通道)，其中通道的深度大于接口區(qū)域的厚度，優(yōu)選為接口區(qū)域厚度的兩倍。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)能夠填充腔并同時(shí)防止填充通道。但是，如上所述，根據(jù)流體接口區(qū)域材料的粘度和制成基體的具體材料的表面能(以及其他參數(shù))，腔/通道的其他尺寸也能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)效果。例如，通道的深度優(yōu)選在腔厚度的I至5倍之間，更優(yōu)選地在1.5至3倍之間。一旦利用預(yù)聚物適當(dāng)?shù)靥畛淝唬A(yù)聚物可以如上所述被聚合。
[0073]在利用預(yù)聚物填充腔之前，腔表面可以例如通過硅烷化被處理，以增強(qiáng)電接口區(qū)域材料對(duì)基體的粘結(jié)力。還可以通過對(duì)腔不同區(qū)域的選擇性硅烷化來對(duì)材料進(jìn)行圖案化，使得某些區(qū)域疏水而某些區(qū)域親水。如有需要，硅烷化劑可以可替換地或附加地被增加到預(yù)聚物混合物。
[0074]在另一示例中，可以在腔和導(dǎo)電體積之間形成物理停止機(jī)制，以防止材料進(jìn)入導(dǎo)電體積。例如，尺寸減小的區(qū)域足以停止流體材料的行進(jìn)。
[0075]優(yōu)選地，導(dǎo)電體積以適合的方式進(jìn)行處理，以使得在導(dǎo)電體積內(nèi)部存在的感興趣對(duì)象或分析物進(jìn)行分析期間，防止這些對(duì)象或分析物粘著到導(dǎo)電體積的內(nèi)壁或內(nèi)表面。例如，導(dǎo)電體積的內(nèi)表面可以被硅烷化或涂覆適合的材料，例如聚合物。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0076]現(xiàn)在將參照下列附圖描述根據(jù)本發(fā)明的用于使電場(chǎng)的形狀平滑的裝置和方法、以及該裝置的制造方法的示例:
[0077]圖1是根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一實(shí)施例的示意性示圖；
[0078]圖2示意性示出圖1中所示的裝置的一部分。
[0079]圖3是通過電接口區(qū)域?qū)﹄妶?chǎng)分布進(jìn)行平滑化的示意性示圖；
[0080]圖4A是與由電場(chǎng)施加組件沿著通道施加的示例性離散(“不平滑”)電場(chǎng)分布相對(duì)應(yīng)的電壓分布的曲線；
[0081]圖4B是與圖4A相對(duì)應(yīng)的離散電場(chǎng)的曲線；
[0082]圖4C是當(dāng)電接口區(qū)域用于平滑化離散電場(chǎng)分布時(shí)、與在通道形式的導(dǎo)電體積內(nèi)獲得的示例性連續(xù)電場(chǎng)分布相對(duì)應(yīng)的電壓分布的曲線；
[0083]圖4D是與圖4C相對(duì)應(yīng)的電場(chǎng)的曲線；
[0084]圖5A、圖5B和圖5C分別示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的其他實(shí)施例的橫截面圖；
[0085]圖6A和圖6B示出由毛細(xì)力形成通道；
[0086]圖7A至圖7C示出用于提供基體內(nèi)部的電接口區(qū)域和通道的技術(shù)；
[0087]圖8A至圖SC示出制造根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一示例性方法；
[0088]圖9是第一實(shí)施例的平面圖，第一實(shí)施例具有線性通道形式的導(dǎo)電體積，并且電接口區(qū)域沿著通道的兩側(cè)定位；[0089]圖10是第二實(shí)施例的示意性示圖，第二實(shí)施例具有線性通道形式的導(dǎo)電體積，并且電接口區(qū)域僅沿著通道的一側(cè)定位；
[0090]圖11是第三實(shí)施例的示意性示圖，第三實(shí)施例具有由離子導(dǎo)電材料和非離子導(dǎo)電材料組成的電接口區(qū)域；
[0091]圖12是示出沿著線性通道形式的導(dǎo)電體積的示例性電場(chǎng)分布的曲線；
[0092]圖13是第三實(shí)施例的示意性示圖，第三實(shí)施例具有圓形通道形式的導(dǎo)電體積；
[0093]圖14是示出沿著圓形通道形式的導(dǎo)電體積的示例性電場(chǎng)分布的曲線；
[0094]圖15是具有圓形通道和不連續(xù)接口區(qū)域的裝置的示意性示圖；
[0095]圖16A是第四實(shí)施例的示意性示圖，第四實(shí)施例具有圓形通道和電極的非對(duì)稱構(gòu)造;
[0096]圖16B是第四實(shí)施例的一部分的示意性示圖，其中感興趣的分析物被分離成“區(qū)帶”;
[0097]圖17A和圖17B是分別具有線性和圓形通道以及電極的替換構(gòu)造的其他實(shí)施例的示意性示圖，讀電極位于寫電極之間；
[0098]圖18示意性示出實(shí)施例的示例性交錯(cuò)構(gòu)造；
[0099]圖19A和圖19B分別示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的一部分的另一實(shí)施例的俯視圖和橫截面圖；和
[0100]圖20、圖21和圖22示出裝置的其他實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0101]應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本文描述的示例性實(shí)施例的裝置和方法具有廣泛應(yīng)用，并且可以用在需要平滑電場(chǎng)的應(yīng)用的任意裝置中，例如微流體裝置或例如L0C。潛在應(yīng)用包括用于分離對(duì)象的類似電泳的技術(shù)或其他分離技術(shù)(例如EP1455949中所述的離心分光法)。可替換應(yīng)用包括用于例如在疏水紙基材中、在“自由流動(dòng)”電泳裝置中、在平板凝結(jié)中或在電色譜法中提供的親水區(qū)域中分離對(duì)象的微流體裝置，
[0102]下文描述的示例性實(shí)施例的重點(diǎn)將在于用于在通道中分離對(duì)象的電泳應(yīng)用，特別是TO2006/070176中描述的類型的電場(chǎng)移動(dòng)技術(shù)，但是應(yīng)當(dāng)理解這不是要加以限制。
[0103]待分離“對(duì)象”可以包括例如聚合物，例如蛋白質(zhì)、DNA分子、RNA分子或其他類型的生物分子(例如生物細(xì)胞)。還能想到無(wú)機(jī)對(duì)象，例如色素、染料、塵粒等。至少某些對(duì)象具有有效電荷，以使得這些對(duì)象在存在施加的電場(chǎng)的情況下受到力。電荷可以是對(duì)象固有的(例如，對(duì)于離子的情況)或者可以由于液體中對(duì)象的雙電層而產(chǎn)生(例如ζ電勢(shì))。
[0104]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的裝置1，裝置I包括通道形式的導(dǎo)電體積2，該通道可以例如在毛細(xì)管中或在微流體芯片上實(shí)施。導(dǎo)電體積2在下文中將表示為通道2，但是應(yīng)當(dāng)理解這不是要加以限制。類似地，導(dǎo)電體積的相關(guān)周邊被看作是沿著通道2的長(zhǎng)度延伸的通道的側(cè)邊，盡管這也不是要加以限制。
[0105]裝置I還包括場(chǎng)成形電接口區(qū)域3，在本實(shí)施例中，電接口區(qū)域由離子導(dǎo)電材料3形成于通道2旁邊并且與通道2電接觸。在本示例中，因?yàn)殡娊涌趨^(qū)域3僅由一種成分(離子導(dǎo)電材料)組成，所以區(qū)域3將被可互換地稱為“電接口材料3”。該術(shù)語(yǔ)在下文中將參考除下文描述的第三實(shí)施例之外的全部?jī)?nèi)容使用。但是，應(yīng)當(dāng)理解這不是加以限制，因?yàn)殡娊涌趨^(qū)域3可以包括附加離子或非離子導(dǎo)電材料形式的其他成分，如下文在圖11所示的示例性第三實(shí)施例中更詳細(xì)描述。
[0106]裝置I還包括電場(chǎng)施加組件4和控制器6，電場(chǎng)施加組件4下面稱為“寫”電極5a并且可以包括例如間隔的電極的陣列(例如，一排)以沿著通道2將電場(chǎng)施加到材料3。在優(yōu)選示例中，電極沿著通道2周期性間隔開，但這不是必需的。
[0107]可以可選地提供包括例如“讀”電極5b的陣列的電場(chǎng)測(cè)量組件，以測(cè)量施加的電場(chǎng)。在本示例中，“讀”電極從電接口材料3的第二部分測(cè)量電場(chǎng)，該第二部分在通道的與“讀”電極相對(duì)的一側(cè)上。但是，可能是其他布置，如下文將說明。
[0108]控制器6可以包括電源單元6b和處理器6a，電源單元6b用于在寫電極5a上產(chǎn)生各自的電壓，處理器6a接收來自讀電極5b的反饋電壓并且響應(yīng)于接收的反饋來調(diào)節(jié)產(chǎn)生的電壓?？刂破骺梢岳绨凑誛02006/070176中描述的方式操作，以根據(jù)期望場(chǎng)分布產(chǎn)生電壓，電壓然后隨時(shí)間變化。可替換地，可以施加任意期望形狀的非移動(dòng)(即，時(shí)間恒定(time-constant))場(chǎng)。場(chǎng)分布的示例將在下文給出。
[0109]如下文更詳細(xì)所述，通道2將采取任意形狀，包括如圖1所示的直線型或彎曲的。在某些實(shí)施例中，通道可以形成閉合環(huán)路。在裝置I是用于分離對(duì)象的電泳裝置時(shí)，通道2可以包含流體，流體特別可以是精選的緩沖液(buffer)，例如通常是導(dǎo)電含水的緩沖液或凝膠。流體的pH影響由待分離對(duì)象呈現(xiàn)的視在電荷(apparent electrical charge),因此可以根據(jù)將在通道2中分離的分析物的性質(zhì)來選擇，以提供優(yōu)化分離條件。對(duì)于DNA或變形SDS處理的蛋白質(zhì)的情況，緩沖液的pH通常在7.5至9范圍內(nèi)。但是，其他pH范圍可能更適合于其他類型的分析物，例如，天然蛋白質(zhì)和代謝物可能需要不同的PH條件以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化分離。導(dǎo)電體積的PH不必在整個(gè)裝置中恒定，并且如果需要，可以在裝置的不同區(qū)域中安排不同的PH值。待分離對(duì)象在通道2中懸浮在流體內(nèi)。還可以提供檢測(cè)器以檢測(cè)通道內(nèi)發(fā)生的事件。例如，可以利用W02006/070176記載的任意檢測(cè)器類型。
[0110]如下文更詳細(xì)描述的，電接口材料3是離子導(dǎo)電(即，通過離子運(yùn)動(dòng)傳導(dǎo)電流)，并且可以包括例如選擇的聚合物(例如水凝膠)或者多孔材料(例如多孔玻璃、多孔陶瓷、電解質(zhì)填充的泡沫體或海綿)。應(yīng)當(dāng)注意，材料3可以自身為離子導(dǎo)電和/或可以在材料3內(nèi)包含離子導(dǎo)電物質(zhì)，例如含水緩沖液?？梢允褂玫倪m合緩沖液是Tris-Borate-EDTA (三羥甲基氨基甲烷-硼酸-EDTA) (TBE)，濃度優(yōu)選在0.1X至IOX范圍內(nèi)(通常，IOX TBE從供應(yīng)商獲得，然后根據(jù)需要稀釋:例如，為制成IX TBE，應(yīng)當(dāng)利用去離子水實(shí)施1:10稀釋)。為根據(jù)TBE的成分制成IOx濃縮的TBE儲(chǔ)備溶液(stock solution)，通常的步驟是:稱取54g三羥甲基氨基甲烷(Tris base)(化學(xué)式量=121.14)和27.5g硼酸(FW (化學(xué)式量)=61.83)，并將這兩者溶解在約900mL去離子水中；添加20mL的0.5M EDTA (pH8.0)并將溶液調(diào)配成IL的最終體積)。應(yīng)當(dāng)理解，TBE是示例，也可以使用其他適合的緩沖液系統(tǒng)。
[0111]電接口材料3優(yōu)選具有中等或高電阻率，以避免在應(yīng)用電極的區(qū)域中焦耳加熱和過度電解。但是，優(yōu)選的是，電接口材料的電阻率可與導(dǎo)電體積2的電阻率相當(dāng)，以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)程度的平滑化，如下文更詳細(xì)描述。
[0112]在本示例中，電接口材料3位于由電阻材料(例如玻璃或塑料)制成的基體7的腔7a中。腔7a優(yōu)選設(shè)計(jì)成使得腔7a可以完全用電接口材料3填充。在圖1所示的裝置I中，基體7設(shè)置成一個(gè)一體式部件，通道2例如通過在制造基體的過程中進(jìn)行模制而被設(shè)置在基體7內(nèi)位于腔7a的中間。在下文詳細(xì)描述的其他實(shí)施例中，可以通過將兩個(gè)或更多個(gè)基體部件結(jié)合而形成通道2。在其他示例中，通道可以形成于基體的外表面上。腔7a也可以在內(nèi)部或外部。
[0113]在其他示例中，電接口材料可以在不容納于腔內(nèi)的情況下被應(yīng)用于裝置。例如，材料可以在適當(dāng)位置處附連到裝置的表面，以至少接觸通道的邊緣。
[0114]在電接口材料位于基體內(nèi)部的情況下，電極陣列5a、5b可以通過孔8連接到腔7a上的多個(gè)接觸點(diǎn)，孔也被稱為阱或阱節(jié)點(diǎn)。圖1中所示的孔是圓形，但是應(yīng)當(dāng)理解孔可以采取任何形狀，包括橢圓形或矩形。每個(gè)孔8提供從基體表面到腔7a的上側(cè)或外側(cè)內(nèi)壁的通道，以使得位于孔8中的電極與電接口材料3直接電接觸。在其他示例中，如下所述，通過具有流體填充連接臂的電場(chǎng)施加組件實(shí)現(xiàn)電極5a、5b與電接口材料3之間的間接電接觸。每個(gè)孔8還可以用作容納離子導(dǎo)電溶液(例如，含水緩沖液)的阱，以補(bǔ)充電接口材料3。優(yōu)選地，由阱提供的儲(chǔ)藏規(guī)模足以緩解電接口材料中的離子消耗。例如，每個(gè)阱的大小可以設(shè)定為容納約Imm3體積。
[0115]在某些構(gòu)造中，排氣口(未示出)可以定位在孔8的頂部上，以使得電解氣體能夠被排出并同時(shí)覆蓋阱以防止溢出。優(yōu)選地，排氣口由微孔材料制成以排斥孔8內(nèi)側(cè)的含水電解質(zhì)。這對(duì)于包裝的盒狀裝置是有利的，防止預(yù)填充的內(nèi)含物(即，孔8內(nèi)部的電解質(zhì))漏出。在某些實(shí)施例中，電解質(zhì)可以構(gòu)造成在裝置設(shè)置之后刺破排氣口。
[0116]腔7a具有在孔8和通道2的最近側(cè)之間的寬度(W)，該寬度由寫電極5a的間隔和電場(chǎng)平滑化的期望程度決定。例如，孔8可以沿著通道2設(shè)置在相距通常從100 μ m到幾_處。寬度(《)越大，實(shí)現(xiàn)的平滑化程度越高。但是，如果寫電極的間隔較小，則相對(duì)低的平滑化程度(并因此較小的寬度(《))就足夠了。優(yōu)選地，沿y方向的寬度(《)至少相當(dāng)于并且優(yōu)選地為大于材料3沿z方向的厚度(t)。S卩，材料具有“膜”狀構(gòu)造。
[0117]在典型示例中，腔7a沿y方向的寬度(W)在0.1至0.5mm之間，而電極之間沿著通道在X方向上的間隔約3mm，腔7a沿著通道在x方向上的長(zhǎng)度(I)是幾厘米(例如12cm)，腔7a沿z方向的厚度(t)在I至100 μ m之間。在某些情況下，期望腔7a的厚度(t)較小或者最多等于通道2的深度(d)，以使得通道中的分析物和電場(chǎng)接口材料之間的相互作用最小。例如，對(duì)于深度為I至100 μ m且寬度為20至200 μ m的通道2，腔7a優(yōu)選厚度(t)為I至100 μ m并且寬度(w)為I至5_。在替換實(shí)施例中，為實(shí)現(xiàn)在y-ζ平面中提高場(chǎng)均勻性，優(yōu)選的是接口材料3例如在所有側(cè)面上(包括上和下側(cè)面)圍繞通道2。參照根據(jù)本發(fā)明的制造裝置的不同方法，下文將提供其他示例性尺寸。
[0118]應(yīng)當(dāng)注意，在不使用腔來容納電接口材料的實(shí)施方式中，上述示例性腔尺寸可等同地應(yīng)用于其自身的電接口材料。
[0119]除了用于連接電極的孔8之外，可以提供用作入口和/或出口 9a、9b的多個(gè)阱節(jié)點(diǎn)，以在通道2中嵌入和/或取出流體和/或分析物。如圖1所示，在線性通道2的情況下，兩個(gè)附加的阱節(jié)點(diǎn)9a、9b用于插入形成電場(chǎng)施加組件4的一部分的附加寫電極(未示出)，附加寫電極提供額外的電壓以抵消(counter)電場(chǎng)邊緣效應(yīng)，如下文進(jìn)一步描述。這些阱節(jié)點(diǎn)還可以用作入口和/或出口。
[0120]如上所述，電極5a、5b可以(例如通過孔8)直接連接到腔7a中的電接口材料3上的不同點(diǎn)，或者如圖2所示通過連接臂10 (也稱作“流體”臂10)間接連接。無(wú)論哪種方式，電場(chǎng)施加組件4向電場(chǎng)接口材料提供一系列離散電壓點(diǎn)，導(dǎo)致產(chǎn)生離散電場(chǎng)分布?！氨邸?0可以是材料3的延續(xù)部分，或者可替換地，“臂”10可以僅填充有流體。無(wú)論哪種情況，每個(gè)流體臂10優(yōu)選地將單個(gè)點(diǎn)電壓(例如，僅一個(gè)電極)連接到電接口材料3。
[0121]這種流體臂提供額外的靈活度，因?yàn)樗鼈兊某叽缈梢允艿娇刂埔赃M(jìn)一步調(diào)節(jié)提供給電接口材料3的電壓。例如，通過增大臂的深度或橫向?qū)挾?，該臂提供的電阻被減小并且視在電壓增大。相反，通過增大臂10的長(zhǎng)度(沿著在孔8和材料3之間的方向)，電阻增大。這可以按照多種方式利用。例如，如果孔8不是定位成全部與通道相距相同的距離(可能是例如在“交錯(cuò)”實(shí)施例中的情況，下文提供該實(shí)施例的示例)，則流體臂10的尺寸可以設(shè)定為抵消電接口材料3 “看到”的電場(chǎng)上的不同電極位置的效果，例如通過將連接較近電極的那些臂10設(shè)計(jì)成比連接較遠(yuǎn)電極的那些臂10窄。以此方式，每個(gè)臂10將向每個(gè)電極提供基本相同的電阻，以使得在每個(gè)點(diǎn)處施加到材料3的電壓將減小基本相等的量，從而不會(huì)影響場(chǎng)的形狀。
[0122]可替換地，流體臂10在塑造施加到材料3的電場(chǎng)的形狀中起到積極的作用。例如，如果流體臂10的尺寸設(shè)定成提供不同水平的電阻，則相同的電壓將被施加到每個(gè)電極，同時(shí)使材料具有不同電壓的點(diǎn)(并因此提供非零電場(chǎng))。實(shí)踐中，可以采用兩種方式的一定組
口 O
[0123]因此，伸進(jìn)孔8中的寫電極5a為控制器6所設(shè)定的接合點(diǎn)提供必需的電壓。在這個(gè)示例中，每個(gè)相對(duì)的孔8容納讀電極5b，以測(cè)量由寫電極5a施加的電壓。此外，讀電極可以通過流體臂10連接，對(duì)它們尺寸的考慮同樣適用。示出的布置是“非對(duì)稱”設(shè)計(jì)的示例，其中一行寫電極5a設(shè)置在通道2的一側(cè)上，與一行讀電極5b相對(duì)，并且其中通道2平行于并且位于兩個(gè)電極行5a、5b之間。
[0124]在優(yōu)選示例中，兩個(gè)相對(duì)的電極行之間的總寬度可以從I至6mm的范圍，并且通常約2.2mm。因此，電接口材料3通常的示例性寬度(w)是1mm，電接口材料3設(shè)置在200 μ m寬的通道2的每側(cè)上。但是，實(shí)踐中，電接口材料3可以窄到200 μ m寬或者更小，通道自身也可以比上述更窄。如果需要具有小于一微米或甚至納米級(jí)尺寸的較小裝置，則對(duì)電接口材料3的寬度沒有嚴(yán)格的下邊界限制就很重要。應(yīng)當(dāng)理解，這些是示例性尺寸，總寬度可以改變，例如在下文將詳細(xì)描述的多通道設(shè)計(jì)情況中總寬度會(huì)更大。
[0125]圖3是裝置I的一部分的示意圖，示出電接口材料3的設(shè)置成靠近并電接觸通道2的區(qū)域。圖3中所示的等高線示意性示出電接口材料3內(nèi)部的恒定電壓的線。注意在本示例中，純粹為了舉例說明，將相同的電壓施加到每個(gè)示出的電極，但是實(shí)踐中，將提供不同的電壓以導(dǎo)致產(chǎn)生沿通道2長(zhǎng)度的電場(chǎng)。由每個(gè)電極5a施加的電壓在電極5a (或流體臂10)接觸電接口材料3的點(diǎn)和通道2之間離子傳導(dǎo)，等電位線的曲率隨著它們的半徑增大而減小。最終，如果材料尺寸足夠大，則等電位線在靠近通道2處變得基本平直，這具有使施加的電壓平滑化的效果。在提供給材料3的電壓沿著通道的長(zhǎng)度(S卩，沿X方向)變化的情況下，在施加點(diǎn)源的位置處或附近，將建立離散電場(chǎng)。但是，朝著通道2和在通道2處，材料3的平滑化效果表示在通道2內(nèi)部獲得基本連續(xù)的電場(chǎng)。
[0126]圖4A是示出示例性電壓V的圖表，電壓V可以沿著符合通道的路徑的方向(在這種情況下，沿著X軸)(例如通過電極5a)提供給材料3?？梢钥闯?，本質(zhì)上存在點(diǎn)電壓源，點(diǎn)電壓源的大小布置成沿著通道增大。在本示例中，電壓構(gòu)造成與Xn成比例地增大，其中n=2，盡管可以采用適合本申請(qǐng)的任意其他電壓變化。圖4A中示出的點(diǎn)電壓引起產(chǎn)生如圖4B所示的沿著通道獲得的離散電場(chǎng)E。可以看出，電場(chǎng)的大小階梯狀增大，每個(gè)階梯表示場(chǎng)中的不連續(xù)性。
[0127]圖4C是示出示例性電壓V的曲線，可以在與通道2相鄰處或通道2內(nèi)部沿著通道方向(X)測(cè)量電壓V。可以看出，電壓分布現(xiàn)在是基本連續(xù)的。圖4C的電壓分布引起產(chǎn)生如圖4D所示的沿著通道獲得的基本連續(xù)(“平滑”)的電場(chǎng)E。圖4D中示出的具體連續(xù)電場(chǎng)E是線性的(例如，與X成比例)，盡管可以領(lǐng)會(huì)根據(jù)施加到電極的具體電壓分布，連續(xù)電場(chǎng)可以是任意基本連續(xù)函數(shù)。
[0128]實(shí)踐中，平滑化的電場(chǎng)仍然可以包含一定程度的不連續(xù)性。例如，如果在上述示例中應(yīng)用相同的參數(shù)，但是材料3的寬度顯著減小，則平滑化將不完全，并因此在通道中建立的電場(chǎng)將是修正的階梯函數(shù)，而不是直線。但是，這仍然比原始的離散施加的場(chǎng)更連續(xù)。
[0129]如上所述，電接口材料3選擇為具有適合的離子傳輸特性，以允許在電極5a和通道2之間進(jìn)行電連接。相反地，如果材料主要通過電子(或空穴)的運(yùn)動(dòng)來主要地導(dǎo)電，則材料將充當(dāng)電極，并且在材料的表面支持電化學(xué)反應(yīng)，并且在過程中由電解產(chǎn)生氣泡。這些氣泡將嚴(yán)重地破壞在通道2中獲得的電場(chǎng)并引起破壞裝置I的操作。這通過使用離子導(dǎo)電材料3來避免。優(yōu)選地，電接口材料3具有適當(dāng)?shù)目焖匐x子遷移率，以使得在使用過程中離子消耗不會(huì)變得過度。
[0130]接口材料3的導(dǎo)電性和相對(duì)尺寸應(yīng)當(dāng)使得在使用中，電流流動(dòng)不過度，以避免在電極阱節(jié)點(diǎn)處焦耳加熱和過渡電解。
[0131 ] 如上所述，接口材料3的離子導(dǎo)電性應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地使得該導(dǎo)電性與填充的通道2 (通常為緩沖液或凝膠)的導(dǎo)電性相當(dāng)。如果接口材料3的導(dǎo)電性太高或太低，則在通道2中不會(huì)形成符合預(yù)期的電場(chǎng)形狀。這是因?yàn)?，如果通?內(nèi)部的流體和電接口材料3的相對(duì)導(dǎo)電性顯著不同，則歐姆定律預(yù)測(cè)所有的電流將主要地通過電接口材料3或者主要地通過通道2，從而改變場(chǎng)的平滑效果(S卩，過度平滑化或平滑化不足)。此外，如果材料3的導(dǎo)電性太低，則在通道2中獲得的電場(chǎng)會(huì)衰減，即遠(yuǎn)低于在電極5a處施加的期望場(chǎng)，這是因?yàn)楣β蕦⒃陔娊涌诓牧?中損失很大。因此，優(yōu)選的是將通道2和電場(chǎng)接口材料3的相對(duì)電阻率考慮在內(nèi)以在通道2中實(shí)現(xiàn)期望的場(chǎng)。在優(yōu)選構(gòu)造中，相對(duì)電阻率是相同數(shù)量級(jí)。在具體的優(yōu)選情況下，通道2和材料3的導(dǎo)電性/電阻率相差的因子不超過100，優(yōu)選為不超過50，最優(yōu)選地為不超過10。
[0132]但是，在實(shí)踐這會(huì)很難，因?yàn)樵谘b置是電泳裝置的情況下，體積內(nèi)的流體的導(dǎo)電性/電阻率的范圍有限。這是因?yàn)榱黧w必須(在PH值和濃度方面)具有適當(dāng)?shù)某煞忠援a(chǎn)生適合的分離條件。如此，流體的導(dǎo)電性受約束，并且與電接口材料的優(yōu)選導(dǎo)電性(如上所述，該優(yōu)選導(dǎo)電性理想地為保持中等偏低)相比通常相對(duì)較高。因此，將通道2中的流體和材料3的導(dǎo)電性布置成非常接近可能并不可行，盡管優(yōu)選為將任意差別保持盡可能小。施加的電場(chǎng)的大小和/或形狀可以被調(diào)整以將產(chǎn)生的結(jié)果考慮在內(nèi)。
[0133]電接口材料3的電阻率可以在其整個(gè)體積內(nèi)為恒定的，這對(duì)于采用均勻的電接口材料3的目的來說是優(yōu)選的。這將引起產(chǎn)生在材料中各向同性的場(chǎng)平滑化?？商鎿Q地，在其他實(shí)施例中，期望電場(chǎng)接口材料的電阻率至少沿一個(gè)方向變化。例如，材料3的電阻率/導(dǎo)電性可以沿著通道的長(zhǎng)度(在本示例中為沿X方向)變化，以引起附加的場(chǎng)成形效果。在其他示例中，電阻率/導(dǎo)電性可以沿與通道路徑垂直的方向(這里為I方向)變化，下文將提供這樣的示例。
[0134]可以通過在腔2中引入柱狀物(未示出)并且沿一個(gè)方向改變這些柱狀物的直徑或者密度，來改變電接口材料的電阻率。這具有的效果是，減少導(dǎo)電材料并因此增大電場(chǎng)接口材料3的電阻率(或者如果柱狀物的密度降低則降低電阻率)。可替換地，材料自身的成分可以改變。例如，對(duì)于水凝膠的情況(下文描述)，水凝膠的孔和/或離子通道的密度可以經(jīng)設(shè)計(jì)，以在不同區(qū)域之間變化。作為另一替換形式，電接口材料的厚度可以沿著電接口材料的寬度變化。
[0135]還期望電接口材料3對(duì)于由電極孔8中的電解產(chǎn)生的氣泡來說是不可滲透的，以避免這些氣泡破壞離子在材料內(nèi)的運(yùn)輸并因此使電場(chǎng)畸變。還期望電接口材料3對(duì)于通道2中包含的任意分析物來說是可不滲透的。
[0136]此外，電接口材料3應(yīng)當(dāng)足夠穩(wěn)固、化學(xué)和熱穩(wěn)定且惰性。同樣重要的是，材料3在電場(chǎng)中穩(wěn)定并且不會(huì)顯著地物理扭曲或改變材料的電或物理特性。還期望電接口材料3適當(dāng)?shù)卣掣降交w7內(nèi)部的腔7a，并且不會(huì)允許明顯地將通道2內(nèi)部的任意分析物粘到電接口材料3的表面。
[0137]可以經(jīng)設(shè)計(jì)滿足上述所有標(biāo)準(zhǔn)的具體適合的材料是水凝膠。水凝膠是能夠吸收水溶液但不會(huì)溶解于水中的一類聚合物材料。水凝膠形成孔或通道的網(wǎng)絡(luò)，孔或通道可以容納流體并且流體中的離子可以穿過孔或通道。這種特性源自于，通過物理和/或化學(xué)交聯(lián)將聚合物鏈的三維網(wǎng)絡(luò)保持在一起，其中這些大分子之間的間隔將被水填充。根據(jù)聚合物的特性以及用于形成水凝膠的網(wǎng)絡(luò)的特性和密度，這樣的結(jié)構(gòu)能夠容納不同數(shù)量的水。通常，孔和/或通道具有小尺寸，以使得材料可以被稱為納米多孔。在使用水凝膠作為電接口材料的情況下，優(yōu)選的是通道和/或孔內(nèi)攜帶的流體(借助于離子轉(zhuǎn)運(yùn))傳導(dǎo)電荷通過材料。固有的水凝膠自身優(yōu)選地為基本電絕緣。因此水凝膠具有很多吸引人的屬性，這些屬性使得水凝膠極為適合于用作電場(chǎng)接口，以平滑化電場(chǎng)的形狀。但是應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)，可以使用滿足規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的任意類型的離子導(dǎo)電材料。
[0138]有兩種一般類別的水凝膠。物理凝結(jié)或假凝膠由通過靜電力、氫鍵、疏水作用或鏈纏結(jié)連接的聚合物鏈組成。這些水凝膠通過非永久的力或鍵被保持在一起，因此這些水凝膠通常會(huì)在加熱時(shí)轉(zhuǎn)變回聚合物溶液。另一方面化學(xué)水凝膠(也稱為真或永久水凝膠)通過鏈之間的共價(jià)鍵被保持在一起。任一種水凝膠類型可以用在本文公開的裝置中。
[0139]優(yōu)選地，電接口材料3與制成基體7的材料相容?；w7通常例如由玻璃、熔融石英、石英或塑料(例如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)或環(huán)烯烴共聚物(C0C))、或者由彈性體(例如聚二甲基硅氧烷(PDMS))制成。
[0140]此外，當(dāng)選擇電接口材料3時(shí)，必須考慮材料是否易于結(jié)合到裝置I中。液體聚合物(例如未固化的水凝膠)材料可以通過入口 9a、9b (例如通過注射)被引入到基體7的腔7a中，并使用例如光引發(fā)(例如通過UV輻射)或通過熱的手段被原位聚合，以形成電接口材料3。這將在下文中更詳細(xì)描述。
[0141]基體7自身可以使用選擇的微細(xì)加工工藝來制造，現(xiàn)在將說明微細(xì)加工工藝的一些示例。理想地，用于制造基體7的材料對(duì)用于后續(xù)光圖案化和光聚合作用的紫外線輻射是透明的。這還有利于檢測(cè)通道內(nèi)的事件?；w還可以為此目的對(duì)可見光透明。[0142]如圖1和圖2所示，例如通過機(jī)械加工或模制，通道2和腔7a可以在單一基體件內(nèi)形成。可替換地，如圖5A至圖5C所示，可以用于形成通道2和腔7a的凹槽被設(shè)置在分開的板71、72上，分開的板71、72然后被附連在一起以形成基體7。板71、72中的一者或兩者可以包括電極連接點(diǎn)，一個(gè)部件(通常是頂板71)具有例如利用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備鉆出、射出、鑄造或模制的孔8。制造的板71、72然后通常使用熱壓、等離子腔、爐、超聲、溶劑、適合的粘合劑或通過文獻(xiàn)中描述的任意其他常規(guī)結(jié)合方法被結(jié)合在一起以形成封閉系統(tǒng)。
[0143]通道2可以通過蝕刻、機(jī)械加工、熱壓成型、注射成型、鑄造、燒蝕或其他方式形成被基體表面劃定物理界限的導(dǎo)槽來制造，但是從下文可以看出，這不是必要的。在一種情況下，如圖8A所示，通道2可以在基體7的頂部件72中形成，達(dá)到通常約20-40 μ m的深度。在基體的底部件71中形成的腔7a另為約20-40 μ m厚。如圖5A所示，一旦兩個(gè)板被附連到一起，這將使得總通道深度為40-80 μ m,因?yàn)檫@包括腔的厚度。
[0144]在另一示例中，如圖SB所示，通道2和腔7a兩者都可以在一個(gè)板72的表面上形成，被附連到第二板，第二板可以具有或不具有另外的凹槽。
[0145]圖5C和圖SC示出的示例中，沒有形成物理引導(dǎo)通道來限定通道2，而是通道2最終被完全容納在同一腔7a內(nèi)，腔7a在使用中保持電接口材料。通道2的側(cè)面由電接口材料自身限定。
[0146]如果基體材料是塑料，則通道2和腔7a可以在每個(gè)基材板71、72中通過適當(dāng)?shù)木軝C(jī)械加工工具或計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)機(jī)器被微機(jī)械加工而成、使用模具/工具和熱壓機(jī)被壓印而成、使用另一液體聚合物材料被光圖案化而成、通過功率足夠大的激光器被選擇性熔化和蒸發(fā)而成、或者通過文獻(xiàn)中記載的任意適合方法形成。如果基體材料是玻璃、熔融石英或石英，則通道2和基體7優(yōu)選地為使用標(biāo)準(zhǔn)氫氟酸蝕刻工藝或深反應(yīng)離子蝕刻被蝕刻而成。玻璃例如可以被機(jī)械加工、激光器或電化學(xué)蝕刻、或者噴砂。
[0147]適合于形成該裝置的另一可替換地制造方法是3D打印。存在能夠以非常高的分辨率形成小型化結(jié)構(gòu)的成套系統(tǒng)。本文描述的裝置可以利用這樣的系統(tǒng)制造，例如使用光圖案化聚合物，可選地包括直接沉積和結(jié)合接口材料(例如水凝膠)。
[0148]基體中形成的腔可以經(jīng)處理以防止在分析過程中通道2內(nèi)部感興趣的分析物粘著到導(dǎo)電體積的內(nèi)壁或內(nèi)表面。例如，導(dǎo)電體積的內(nèi)壁或表面可以涂覆有適合的材料，例如聚合物。將填充電接口材料3的腔的表面可以被硅烷化以改進(jìn)將材料3對(duì)基體的粘附，或者涂覆有任意其他適合的粘附增強(qiáng)體系。涂覆或硅烷化可以選擇性的以實(shí)現(xiàn)材料的圖案化。
[0149]孔8可以通過激光器或砂、或通過文獻(xiàn)中的任意適合技術(shù)被被機(jī)械鉆出或燒蝕而成。通常，基體部件71、72然后被正確地對(duì)準(zhǔn)并結(jié)合。
[0150]電接口材料可以以多種方式被插入。在某些情況下，電接口材料可以被設(shè)置成固態(tài)已固化形式。在這種情況下，例如在兩個(gè)板71、72被結(jié)合在一起之前，材料可以被簡(jiǎn)單地放置在腔7a內(nèi)。此外，在沒有腔的示例中，這可能是優(yōu)選的選項(xiàng)——例如材料可以在腔旁邊被粘結(jié)到基體的表面。
[0151]但是，在優(yōu)選示例中，電接口材料以流體形式(例如預(yù)聚物)被引導(dǎo)至裝置。這發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生基體和材料之間的更好結(jié)合，在界面處沒有留下或留下很少的分析物或氣體能夠通過的間隙。如果材料被布置在裝置的外表面上，或者在板71、72被結(jié)合在一起之前被引導(dǎo)至板71、72中的一者或另一者，則材料可以通過任意便利方法(包括印刷、涂覆或旋涂等)被涂覆在表面上或者腔中。如果材料將被引導(dǎo)至已經(jīng)制成的內(nèi)腔中，則注射方法是優(yōu)選的。例如,如下文所述,材料可以被注射通過任意孔8。
[0152]用于以流體形式引導(dǎo)材料3的一種特別優(yōu)選的技術(shù)是利用毛細(xì)力，毛細(xì)力由于腔7a尺寸小而作用在電接口材料3上。如果設(shè)置在基體中的腔7a (和任意引導(dǎo)通道)具有適合的尺寸，在引導(dǎo)時(shí)，電接口材料3填充在腔7a中，而組成通道2的區(qū)域(位于腔7a上方和內(nèi)部)基本沒有接口材料，如圖5A所示。為使毛細(xì)效應(yīng)有效，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)設(shè)置在腔上方的引導(dǎo)通道2的深度優(yōu)選地為約等于腔7a的厚度。因此，在通過毛細(xì)作用填充電接口腔的情況下對(duì)于物理機(jī)械加工或蝕刻的通道2來說，這將導(dǎo)致通道2的總深度約為腔7a厚度的兩倍(并因此約為填充腔的電接口材料3的厚度的兩倍)。
[0153]圖4A和圖4B示意性示出通過毛細(xì)作用形成通道2的方式。圖6A所示的毛細(xì)力F。作用在腔7a內(nèi)部的液體形式的電接口材料3的表面上，腔7a代表液體材料3的“容器”。在毛細(xì)力F。的影響下，液體材料3到達(dá)通道2的區(qū)域，然后停止流動(dòng)。例如，根據(jù)涉及的表面和液體的相對(duì)親和性，如圖6所示，液體材料可以在腔7a中在設(shè)置于腔上方的通道2的任一側(cè)上形成(凹或凸)彎液面，盡管并不總是如此。
[0154]毛細(xì)力Fc使得液體材料填充腔7a，在通道2的任一側(cè)上，沿著朝向通道2的方向抽吸液體材料3。如圖6B所示，毛細(xì)力F。作用在材料3上，直到液體材料3到達(dá)通道2為止，這時(shí)毛細(xì)力由于“容器”表面(容器這時(shí)包括通道2)的尺寸增大而停止作用在液體材料3的表面上。電接口材料3然后可以例如通過使預(yù)聚物聚合而被固化。這例如可以通過光照射、熱手段或室溫化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)。
[0155]在電場(chǎng)施加組件將包括連接臂10的情況下，臂的尺寸可以部分地基于針對(duì)腔的毛細(xì)填充的上述相同原則決定。例如，如果想要使臂10填充有除電接口材料3之外的流體，則臂的尺寸可以構(gòu)造成使得毛細(xì)作用不會(huì)將流體材料3抽吸到臂10中。例如，臂10的深度或橫向?qū)挾瓤梢赃x擇為相對(duì)于腔的尺寸足夠大，以防止電接口材料3進(jìn)入流體臂10。另一方面，如果想要使連接臂10成為電接口材料3的延續(xù)部分，則臂10的深度或橫向?qū)挾瓤梢越档停允沟妹?xì)力會(huì)迫使電接口材料進(jìn)入臂10。
[0156]在另一示例中，例如利用包括液體預(yù)聚物的接口材料3的可光圖案化性，可以在保持通道2的同時(shí)形成電接口材料。在這樣的一種情況下，圖5B所示的基體板71、72對(duì)光(例如UV輻射)透明。在制造它們之后，基體部件被制造、結(jié)合并填充液體預(yù)聚物。圖7A中示意性示出通道2和填充有液體預(yù)聚物的腔7a。電接口材料3然后使用光掩模由液體預(yù)聚物制成，光掩模選擇性地掩蓋基體上方的區(qū)域。
[0157]圖5B示出通道2上方的光掩模M，其中掩模M對(duì)通過激光或類似光源沿與基體垂直的方向施加到基體的UV輻射基本不透明。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)，可以使用具有適合能量(波長(zhǎng))的任意光源來發(fā)起液體預(yù)聚物中的聚合作用，掩模M僅需要對(duì)選擇的具體波長(zhǎng)不透明。在聚合作用之后，例如通過使流體(即，液體或氣體)流過通道2來沖出未固化的材料，任意未聚合的材料(即，存在于掩模下的材料)可以被從基體去除?？商鎿Q地，可以應(yīng)用低壓或真空來取出未固化的材料。圖7C示出通過移除位于光掩模下方的未聚合材料而形成得到的通道2。實(shí)踐中，沖刷可能不會(huì)移除所有的材料，接口材料的區(qū)域會(huì)保持在通道中，如圖5B所示。但是，這不是問題。
[0158]在基體中沒有初始形成引導(dǎo)通道并且整個(gè)腔2填充有預(yù)固化材料的情況下，相同的光圖案化原則可以用于產(chǎn)生通道2。如圖5C所示，通道2的壁然后由材料3自身來限定。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)，對(duì)于通過以此方式對(duì)電接口材料3進(jìn)行光圖案化而獲得的通道2來說，通道2的深度可以約等于腔7a的厚度，這是由于不需要在基體中物理提供或蝕刻引導(dǎo)通道(B卩，通道2僅是電接口材料3中位于由掩模M遮蔽的區(qū)域下的空間)。
[0159]在其他示例中，聚合的接口材料3可以被化學(xué)或機(jī)械地進(jìn)行蝕刻、燒蝕或機(jī)械加工，以從通道區(qū)域去除聚合的接口材料3。
[0160]制造、結(jié)合并且在腔7a內(nèi)包括電接口材料3的基體7通常稱為芯片。
[0161]根據(jù)應(yīng)用，一旦形成芯片，通道2可以填充適合于將在芯片上執(zhí)行的工藝類型的任意材料，通常為流體。(應(yīng)當(dāng)注意，如果裝置用于某些應(yīng)用，例如如果裝置不是電泳裝置，則流體可以省略。)通道2可以通過基體7的頂部件71中的入口 9a被填充。例如，填充通道2的流體可以設(shè)計(jì)成對(duì)具有不同荷質(zhì)比的分析物提供不同的阻力，或者僅根據(jù)被插入通道2中的篩分材料(通常稱為分離凝膠或篩分基質(zhì))提供不同的尺寸。這可以是任意流體(例如水/緩沖液)、或任意分離凝膠系統(tǒng)(例如，聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或羥乙基纖維素(HEC))?？商鎿Q地，導(dǎo)電體積可以被填充膠粒，或者塞滿整體多孔聚合物、色譜凝膠(例如環(huán)糊精)或粒子床，以利用尺寸排出和/或親和性分離過程。
[0162]芯片然后可以與白色和紅色電極陣列5a、5b交互，電極陣列5a、5b將芯片連接到控制器6。控制器6包括處理器6a，處理器6a包括軟件控制的電子器件以根據(jù)分析中的需要提供電場(chǎng)形狀。例如，控制器6可以以沿著通道2的適合的時(shí)變場(chǎng)梯度形式提供場(chǎng)移動(dòng)。當(dāng)通過電接口材料3施加移動(dòng)電場(chǎng)時(shí)，被限制在通道2中的任何分析物會(huì)由于在通道2中獲得的電場(chǎng)而受到電動(dòng)力，該電場(chǎng)具有平滑連續(xù)的形狀。
[0163]如果提供電場(chǎng)測(cè)量組件，例如上述“讀”電極陣列，則控制器6可以使用測(cè)量的電場(chǎng)執(zhí)行反饋，以調(diào)節(jié)施加的電壓，從而實(shí)現(xiàn)期望的電場(chǎng)。
[0164]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的裝置可以是用于分離對(duì)象的分離裝置，其中通道2容納待分離對(duì)象。在通道2中獲得的基本連續(xù)電場(chǎng)產(chǎn)生作用在每個(gè)對(duì)象上的電動(dòng)力?？梢允褂萌缦挛呐e例說明的平衡源(balancing source),以引起與電動(dòng)力相反的力作用在每個(gè)對(duì)象上，以使得分離通道中的對(duì)象在電場(chǎng)和平衡源的組合影響下進(jìn)行分離。
[0165]例如，裝置可以是電泳裝置，其中平衡源是與待分離對(duì)象一起容納在通道中的流體。對(duì)于電泳裝置的情況，在電動(dòng)力和由于通道2中的流體引起的流動(dòng)動(dòng)力的組合影響下，具有適合尺寸的通道內(nèi)部的分析物可以分離成“區(qū)帶”，區(qū)帶的寬度和分離依賴于施加的場(chǎng)的條件。裝置還可以擴(kuò)展為例如使用質(zhì)譜分析法或其他分析方法為在集中于區(qū)帶中之后進(jìn)行下游分析而選擇性地移除和/或分選分析物，以確定每個(gè)區(qū)帶的成分?？梢杂糜谶@個(gè)目的的布置的示例在圖15B中示出，下文將進(jìn)一步描述。
[0166]應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)，根據(jù)本發(fā)明的裝置不限于上述應(yīng)用，上述應(yīng)用僅僅是示例性的。
[0167]如果提供檢測(cè)器用于檢測(cè)通道內(nèi)的事件，則處理器6b也可以構(gòu)造成分析收集的數(shù)據(jù)。例如，控制器6可以例如從芯片被放置成接近或成為一體的顯微鏡、光譜儀(例如執(zhí)行拉曼光譜學(xué))、光電二極管陣列、電荷耦合器件(CCD)、光電倍增管(PMT)或類似的波長(zhǎng)選擇裝置，來分析可視數(shù)據(jù)(通常是來自熒光標(biāo)記的生物分子分析物的光)。這也可以是來自非可視的電磁輻射分析方法的數(shù)據(jù)。其他的非電磁監(jiān)測(cè)方法(例如，導(dǎo)電性的局部變化、輻射和折射率變化)也可以用于檢測(cè)通道2內(nèi)部的分析物。這更全面地在W02006/070176中描述。
[0168]如上所述，圖1的實(shí)施例是所謂的“非對(duì)稱”實(shí)施方式，圖9示出其示意性平面圖以用于其他說明。在本示例中，寫電極5a的行與讀電極5b的行相對(duì)，通道2位于這兩者之間，其中通道2與兩行5a、5b平行并且由電接口材料3分開。電極5a、5b通過連接臂10連接到電接口材料3。
[0169]但是，如已經(jīng)指出的，提供讀電極(或任意形式的電場(chǎng)測(cè)量裝置)是可選的，圖10是第二實(shí)施例的示意性示圖，第二實(shí)施例沒有包括讀電極。在這種構(gòu)造中，電接口材料3僅存在于通道的一側(cè)上，并且位于通道2和寫電極5a的陣列之間。如果期望監(jiān)測(cè)建立的電場(chǎng)，這可以通過寫電極5a實(shí)現(xiàn)。例如，對(duì)于較短間隔(例如，每IOOms中一微秒，盡管實(shí)踐中循環(huán)周期可以依賴于在時(shí)移電泳系統(tǒng)中電場(chǎng)的速度)，對(duì)寫電極5a的電壓供應(yīng)可以關(guān)斷，替代地，相同的電極用于獲得對(duì)沿著通道2的每個(gè)位置處電壓的測(cè)量結(jié)果。假設(shè)測(cè)量間隔足夠短，則這對(duì)通道2內(nèi)部分析物的運(yùn)動(dòng)沒有實(shí)質(zhì)影響。
[0170]圖11是第三實(shí)施例中電接口區(qū)域3和導(dǎo)電體積2的示意性示圖，其中電接口區(qū)域3包括離子導(dǎo)電材料3a和非離子導(dǎo)電材料3b。應(yīng)當(dāng)注意，圖11沒有繪制出裝置的其他部件，例如基體，但是這些其他部件可以按照上文針對(duì)前述實(shí)施例討論的類似方式提供。離子導(dǎo)電材料3a可以是如上文針對(duì)前兩個(gè)實(shí)施例中的“電接口材料”描述的任意適合材料，例如水凝膠。非離子導(dǎo)電材料3b (例如導(dǎo)電材料)可以是電阻聚合物、半導(dǎo)體或者甚至是金屬材料。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)，可以使用任意非離子導(dǎo)電材料。離子導(dǎo)電材料3a位于非離子導(dǎo)電材料3b和通道2之間。在本實(shí)施例中，寫電極5a直接接觸非離子導(dǎo)電材料3b。
[0171]優(yōu)選地，非離子導(dǎo)電材料3b的導(dǎo)電性/電阻率和離子導(dǎo)電材料3a的導(dǎo)電性/電阻率“匹配”。通過“匹配”，這表示兩個(gè)導(dǎo)電性與施加的場(chǎng)的形狀和大小一起考慮，以使得非離子導(dǎo)電材料3b和離子導(dǎo)電材料3a兩者都對(duì)平滑化由電極5a施加到非離子導(dǎo)電材料的離散電場(chǎng)作出貢獻(xiàn)。在優(yōu)選構(gòu)造中，導(dǎo)電性/電阻率具有相同的數(shù)量級(jí)。兩種材料的導(dǎo)電性/電阻率的比率優(yōu)選在100:1和1:1之間。
[0172]在圖11所示的實(shí)施例中，電極5a可以連接到材料3b，而不是如上文針對(duì)前兩個(gè)實(shí)施例所述的伸進(jìn)流體阱中。有利地，這使得裝置更緊密結(jié)合和密封。但是，(電接觸的)離子導(dǎo)電材料3a和非離子導(dǎo)電材料3b之間的接口部通常是流體/固體，這有助于引起電解和放出氣泡?？?、阱或軌道(未示出)可以在這種接口部處設(shè)置在基體中，以作為氣泡的排出口。有利地，定位成與通道2相鄰的離子導(dǎo)電材料3a對(duì)來自電解的氣體來說是不滲透的，從而防止氣泡到達(dá)通道2。
[0173]圖9、圖10和圖11中所示的裝置例如具有單一線性通道2，通道2具有開始部和結(jié)束部。采用這種“開環(huán)”構(gòu)造存在多個(gè)缺點(diǎn)。首先，端部引起場(chǎng)邊緣效應(yīng)，其中在裝置的任一端處在通道2內(nèi)部獲得的電場(chǎng)偏離期望的水平。圖12中示出這種效應(yīng)的示例。期望的電場(chǎng)具有如虛線所示的線性分布，而通道2中獲得的實(shí)際電場(chǎng)偏離該線，如實(shí)線曲線所示。這是由于隨著接近電場(chǎng)施加組件的端部而非對(duì)稱場(chǎng)平均化。在接近通道端部處在實(shí)線曲線中觀察到的場(chǎng)扁平化表示裝置的很大部分不能用于分析。
[0174]第二，當(dāng)利用開環(huán)系統(tǒng)執(zhí)行場(chǎng)移動(dòng)操作時(shí)，會(huì)出現(xiàn)場(chǎng)變化非常小并且電流方向保持基本未改變的區(qū)域，持續(xù)顯著長(zhǎng)的時(shí)間段。這會(huì)在電場(chǎng)接口材料3中導(dǎo)致嚴(yán)重的局部離子消耗。結(jié)果，會(huì)損失通道2中的期望場(chǎng)形狀，這是由于離子消耗的效果易于抵消施加的場(chǎng)。在嚴(yán)重的情況下，這會(huì)導(dǎo)致非線性電泳效應(yīng)和形成電滲流漩渦，這在分析物分離過程中極為不利。第三，當(dāng)使用開環(huán)系統(tǒng)時(shí)，開環(huán)系統(tǒng)的有效操作長(zhǎng)度由開環(huán)系統(tǒng)的通道2的物理長(zhǎng)度決定。
[0175]在第三實(shí)施例中，通過使用閉環(huán)構(gòu)造(例如如圖13示意性示出的圓形通道2)可以克服上述列出的缺點(diǎn)。圓形通道2通過電接口材料3連接到一組寫電極5a和(可選的)一組讀電極5b。通道2的周長(zhǎng)可以是例如100-200mm之間，通常為120mm。
[0176]寫電極5a沿著與圓形通道2同心的圓圈周期性間隔開，該圓圈的半徑大于通道2的圓形路徑的半徑。類似地，讀電極5b在與通道2同心的圓圈中周期性地布置，該圓圈的半徑小于通道2的半徑。但是應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)，寫電極5a的位置可以與讀電極5b的位置交換，反之亦然。此外，電極連接點(diǎn)(由電極孔8和連接臂10形成)可以在作為寫電極5a的連接點(diǎn)和作為讀電極5b的連接點(diǎn)之間切換。此外，電極的外環(huán)可以由讀電極和寫電極的混合構(gòu)成，內(nèi)環(huán)也是如此，它們可以沿著通道改變功能(這也適用于直通道設(shè)計(jì))。
[0177]與上述裝置I類似，感興趣的分析物可以作為插塞或者以其他方式通過布置在通常的交叉注射系統(tǒng)中的一個(gè)入口 9 (也可以用作出口)被注射到圖13所示的圓形通道2中?？商鎿Q地，由于樣品的初始物理尺寸不相干，感興趣的分析物可以與分離緩沖液或凝膠預(yù)先混合，使得圖13所示的交叉注射系統(tǒng)9成為可選的。
[0178]如圖14所示，上述類型的場(chǎng)邊緣效應(yīng)在閉環(huán)系統(tǒng)(如圖13的圓形裝置)中不會(huì)發(fā)生。在這種情況下，與用于線性通道2的圖12所示的畸變相比，，“邊緣”處的場(chǎng)畸變非常小。(在閉合通道的情況下，“邊緣”表示在場(chǎng)“倒轉(zhuǎn)”(即，沿相反方向行進(jìn))以成環(huán)的情況下有用電場(chǎng)的邊界，這在W02006/07176中描述)。這是因?yàn)殡妶?chǎng)被施加到裝置的整個(gè)環(huán)，因此不存在非對(duì)稱的場(chǎng)平均化。
[0179]此外，在場(chǎng)移 動(dòng)系統(tǒng)(例如W02006/07176中所述的系統(tǒng))中，傳播的EM波繞環(huán)路行進(jìn)。這圍繞環(huán)路掃過電接口材料3中的離子，連續(xù)地補(bǔ)充材料的任意離子裸露區(qū)域，以使得通道2中的場(chǎng)保持平滑和穩(wěn)定。閉環(huán)系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)是不存在通道2的開始部和結(jié)束部，所以裝置具有基本無(wú)限的操作長(zhǎng)度。除完全線性或完全閉環(huán)的通道之外，應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)通道2的線性或彎曲部段的任意組合可以用在根據(jù)本發(fā)明的裝置中。
[0180]圖15是另一閉環(huán)設(shè)計(jì)的其他示意性示圖，其中電接口材料3被中斷并且沒有形成圍繞通道2的連續(xù)區(qū)域。盡管電接口材料3被中斷，沿著通道2和電接口材料3形式的電連接路Si1U2……in仍然將作為材料的“閉環(huán)”，對(duì)施加的電場(chǎng)執(zhí)行需要的平滑化功能。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)，在本實(shí)施例中，電接口材料3僅設(shè)置在通道2的一側(cè)上。
[0181]圖16A示出另一閉環(huán)設(shè)計(jì)變化形式，其中在通道2的任一側(cè)上的電接口材料3具有不同的寬度，寫電極5a和讀電極5b相對(duì)于通道2偏移而不是直接彼此相對(duì)。圖16A的裝置還具有不同布置的入口 9a和出口 9b。電接口材料3僅需要在寫電極5a—側(cè)上，可以借助于直接連接到通道2的納米或微通道來讀取電壓?？商鎿Q地，寫電極5a也可以相對(duì)于通道2位于內(nèi)圈上，讀電極5b在外圈上，或者這些電極可以以任意圖案交替。接口材料3可以相應(yīng)地定位，以使得接口材料3 (僅)設(shè)置在寫電極和通道之間，或者可以布置在通道的兩側(cè)上以適應(yīng)各種電極布置。在另一可替換設(shè)計(jì)中，還可以借助于控制器6通過將寫電極陣列5a切換到讀陣列持續(xù)較短時(shí)間段(通常為幾毫秒)來讀取電場(chǎng)。
[0182]在本示例中，開口 9a作為樣品的入口，而開口 9b用作廢棄物的出口。這在圖16B的放大示圖中更清楚地示出。一旦對(duì)象被分離成分析物區(qū)帶A，則通過在開口 9b內(nèi)激活適合的電場(chǎng)來吸引并從主通道2移除有問題的區(qū)帶，可以通過出口 9b從分析中移除選擇的區(qū)帶。以此方式移除的區(qū)帶可以被導(dǎo)入阱陣列以進(jìn)行存儲(chǔ)，以使得每個(gè)阱將容納一種分析物或者具有非常類似的質(zhì)荷比(q/m)的一系列分析物。這種阱的陣列將形成MALDI型板的基礎(chǔ)(阱將容納基質(zhì)材料并且在激光解吸之前被干燥)，或者它們將被抽出以供后續(xù)使用或輔助分析。類似地，通過使區(qū)帶穿過連接口 20移動(dòng)到輔助通道，區(qū)帶可以被選擇以用于其他應(yīng)用或分析。這可以采取第二電泳通道形式，第二電泳通道可能具有不同的q/m范圍“窗口”或者具有不同的分辨率?？商鎿Q地，可以采用不同的分析技術(shù)，例如質(zhì)譜分析法(例如噴霧電離)。在另一示例中，可以使用兩個(gè)或更多個(gè)裝置的“級(jí)聯(lián)”，對(duì)選擇的區(qū)帶在第二(并且可能是后續(xù))場(chǎng)移動(dòng)電泳裝置中進(jìn)行進(jìn)一步分析，第二場(chǎng)移動(dòng)電泳裝置布置成接收從第一裝置輸出的樣品。如有需要，不同場(chǎng)移動(dòng)參數(shù)可針對(duì)每個(gè)裝置進(jìn)行選擇以例如利用給定的窄遷移范圍來分析具體的成分。在完全一體化的裝置中，分析物可以被直接輸送到芯片的另一部分以在生物化學(xué)處理中使用，例如DNA可以受到放大和/或修改并且被注射到細(xì)胞中，或者蛋白質(zhì)可以被引導(dǎo)至細(xì)胞以評(píng)價(jià)該蛋白質(zhì)的作用。
[0183]圖17A和圖17B分別示出用于線性和閉環(huán)系統(tǒng)的可替換“對(duì)稱”設(shè)計(jì)。每個(gè)設(shè)計(jì)由兩組位于通道2任一側(cè)上的寫電極5a組成,一行讀電極5b位于通道一側(cè)上。在本不例中，電極5a、5b直接安裝到電接口材料3，即沒有使用連接臂。讀電極5b可以實(shí)際上直接接觸通道2本身(B卩，不通過材料3)。
[0184]在截至目前描述的實(shí)施例中，電極施加或讀取電壓的連接點(diǎn)已經(jīng)沿著與通道相距恒定間隔的適當(dāng)?shù)木€分布成行。但是，如上文提到的，這不是必要的，并且如有需要，可以采用流體臂作為電場(chǎng)施加組件的一部分以增加系統(tǒng)的靈活性。在一個(gè)示例中，容納電極的連接點(diǎn)(孔8)可以相對(duì)于通道2交錯(cuò)分布，如圖18示意性所示。這種構(gòu)造有助于使孔8沿著通道的間隔最大化，意味著沿著通道的點(diǎn)電壓的間隔可以減小。這繼而意味著相對(duì)于其他情況，初始的離散電場(chǎng)更平滑，從而減小材料3需要的進(jìn)一步場(chǎng)平滑化的量，并因此允許減小材料3的寬度。在本示例性圖案中，連接點(diǎn)可以在與通道2相距的不同距離dl、d2之間交替，以向每個(gè)電極提供相同水平的電阻。
[0185]圖19A和圖19B分別不意性不出另一芯片構(gòu)造的俯視圖和正視圖，該芯片構(gòu)造包括多個(gè)通道2。通道2是線性的，并且通常布置成彼此平行并且通過電接口材料3彼此間隔開。另一典型構(gòu)造將包括多個(gè)同心閉環(huán)通道2。但是應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)，可以是多個(gè)線性或彎曲通道2的任意組合。每個(gè)通道2可以具有用于容納電極的連接點(diǎn)(孔8)，以向每個(gè)通道2分開提供電場(chǎng)。但是，如圖18所示，優(yōu)選的是為寫電極和可選的讀電極提供一組連接點(diǎn)。電接口材料布置在每個(gè)通道之間，以使得電接口材料向每個(gè)通道提供平滑形式的施加的電場(chǎng)。優(yōu)選地，在每個(gè)通道中建立的場(chǎng)將基本相同，這通常將是電接口材料的導(dǎo)電性/電阻率在所有區(qū)域中均勻的情況。
[0186]但是，如果期望在每個(gè)通道中建立不同強(qiáng)度的電場(chǎng)，則這可以通過例如沿y方向(橫穿通道)改變電接口材料的導(dǎo)電性/電阻率而實(shí)現(xiàn)。通過一個(gè)電場(chǎng)施加組件4施加離散電場(chǎng)然后將會(huì)引起在每個(gè)通道中產(chǎn)生具有期望大小的平滑電場(chǎng)。如上所述，材料的導(dǎo)電性/電阻率的變化可以通過對(duì)材料自身進(jìn)行工程設(shè)計(jì)或通過在腔中加入特征(或柱狀物)或改變腔的深度(厚度)而實(shí)現(xiàn)。[0187]如果電接口材料的導(dǎo)電性/電阻率僅沿著橫穿通道的方向變化，則在每個(gè)通道內(nèi)建立的電場(chǎng)將具有類似的形狀。但是，如果導(dǎo)電性/電阻率沿著通道的方向(這里是X方向)(附加地或可替換地)變化，則由同一施加的離散電場(chǎng)在每個(gè)通道中可以實(shí)現(xiàn)不同的場(chǎng)分布形狀。
[0188]包括多個(gè)通道2的裝置可以通過與上述相同的技術(shù)來制造。具體地，對(duì)液體聚合物進(jìn)行光圖案化以形成電接口材料3特別適合于這些裝置。但是，還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果內(nèi)部腔的尺寸被適當(dāng)?shù)剡x擇，則通過毛細(xì)作用進(jìn)行填充也可以實(shí)現(xiàn)期望的結(jié)果，其中電接口材料3填充每個(gè)腔區(qū)域，同時(shí)使通道2保持基本為空的。
[0189]如上所述，應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)根據(jù)本文描述的示例性實(shí)施例的裝置和方法具有廣泛的應(yīng)用，并且可以用在具有需要施加平滑電場(chǎng)的導(dǎo)電體積的任意裝置中。這些技術(shù)對(duì)于期望有成形(非均勻)電場(chǎng)的情況特別有用。上述示例性實(shí)施例集中于用于在分離通道2中分離對(duì)象的電泳應(yīng)用，但是應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)這不是要加以限制。
[0190]在可替換實(shí)施例中，導(dǎo)電體積可以例如是在疏水紙基體上制成的親水紙區(qū)域。電接口材料3可以沿著親水性區(qū)域的兩側(cè)設(shè)置，寫電極可以例如被絲網(wǎng)印刷在紙上，以使得寫電極與電場(chǎng)接口材料3重疊，但是不與親水性區(qū)域重疊。電接口材料3可以例如被旋涂、模制或簡(jiǎn)單地噴撒在紙上并根據(jù)需要進(jìn)行光圖案化。待分離對(duì)象然后可以引入到親水性紙區(qū)域中以在施加電場(chǎng)后被分離。
[0191]在其他示例中，導(dǎo)電體積2可以采用任意體積形式，其中流體和/或感興趣的對(duì)象在分析期間可以被容納在該體積中(和/或可以移動(dòng)通過該體積)。導(dǎo)電體積2不需要自身例如在“自由流動(dòng)”電泳裝置中物理限定流體和/或分析物的路徑?！白杂闪鲃?dòng)”電泳裝置通常包括通過腔室泵送的電解質(zhì)以使得存在通過裝置的流體動(dòng)力流動(dòng)。感興趣的分析物與電解質(zhì)一起被泵送。帶狀電極可以沿著腔室放置，與流動(dòng)的方向?qū)R并且沿垂直方向間隔開。電場(chǎng)可以與流動(dòng)方向垂直地移動(dòng)，以使得分析物集中到分離流，分離流可以在裝置的底部被隔離到不同的通道中。
[0192]圖20a和圖20b中示出根據(jù)本發(fā)明的“自由流動(dòng)”電泳裝置的示例。細(xì)長(zhǎng)寫電極5a可以形成于多孔疏水性基體(未示出)上。提供多孔疏水層以使得來自電解的氣體逸出，但是這不是必要的。
[0193]電極5a可以被豎直定向，伸入到豎直定向的阱中，以使得流體或緩沖液被保留在阱中。有利地，由電解產(chǎn)生的氣泡可以向上移動(dòng)，并且離開阱。電接口材料層3然后可以被沉積在電極的頂部上，然后利用柱狀物陣列(未示出)進(jìn)行圖案化。另一電接口材料層3可以增加到頂部，并且導(dǎo)電體積2形成為由柱狀物間隔開的兩個(gè)電接口材料層3之間的圖案化腔。在上電接口材料層3的頂部上，可以提供更多的豎直電極，作為讀電極5b。
[0194]待分離對(duì)象然后可以在裝置的頂部被引入到導(dǎo)電體積2中，并連續(xù)地被泵送通過腔，如箭頭F所示。電場(chǎng)可以與流動(dòng)F垂直地從腔的一側(cè)移動(dòng)到另一側(cè)，導(dǎo)致沿著分開的路徑在腔內(nèi)部移動(dòng)的對(duì)象被高度集中地分離。如圖20 (b)的橫截面圖所示，樣品可以初始包括兩種不同類型的對(duì)象A和B。如標(biāo)記為A和B的箭頭示意性所示，每種對(duì)象將由于施加的場(chǎng)而經(jīng)歷不同的橫向運(yùn)動(dòng)。分開的對(duì)象可以被收集在設(shè)置于導(dǎo)電體積2底部的分開的通道中。有利地，即使當(dāng)導(dǎo)電體積2不是閉環(huán)時(shí)，這些裝置也可以連續(xù)地操作，對(duì)于大量樣品的分離(例如用于制備化學(xué))非常有用。[0195]可替換地，電極5a可以被水平定向。在這種構(gòu)造中，代替在裝置的“一側(cè)”上提供水平阱(這將具有不希望的效果，即，使阱中的流體流出)，提供通道狀“長(zhǎng)阱”，該長(zhǎng)阱填充有緩沖液并且沿著通道具有幾個(gè)小孔，小孔作為氣泡的排出口。
[0196]在另一示例中，導(dǎo)電體積可以包括“平板凝膠”，平板凝膠是用于篩分基質(zhì)的基本平坦區(qū)域的通用術(shù)語(yǔ)，平板凝膠形成于例如載片或芯片的表面上。這種部件通常用于DNA和蛋白質(zhì)分析中。
[0197]在圖21中示出將上述原則應(yīng)用于平板凝膠型布置的實(shí)施例。這里，平行的線性讀電極5b放置成與電接口材料5b的第一區(qū)域接觸，在電接口材料5b的頂部上沉積平板凝膠形式的分離凝膠層2。電極可以被豎直或水平定向，伸入到上述“長(zhǎng)阱”中。電接口材料3的第二區(qū)域沉積在平板凝膠2的頂部上，另一組平行線性電極放置成與上電接口材料3接觸以形成寫電極5a。當(dāng)然，每組電極的作用可以交換，以使得下面的組用作場(chǎng)產(chǎn)生器，而上面的組用作場(chǎng)測(cè)量電極。
[0198]在使用中，包含樣品的(多種)分析物在系統(tǒng)的一端處被引入到平板凝膠，根據(jù)需要施加電場(chǎng)以將樣品集中并分離成該樣品的構(gòu)成成分。在分離過程中，樣品與線性電極垂直地(沿X方向)移動(dòng)。
[0199]為清楚起見，圖22示出平板凝膠2，移除其他裝置部件，以便于能看到分離的結(jié)果。應(yīng)注意，平板凝膠被描繪成與圖21所示的取向不同。這里，線性電極的位置由標(biāo)記為5的虛線示出。根據(jù)施加到平板凝膠的三種樣品的開始位置，分析物已經(jīng)沿著三個(gè)分離“通道”C1X2X3分離成區(qū)帶A。在每個(gè)虛擬“通道”之間不需要物理屏障，盡管如有需要可以包括物理屏障。
【權(quán)利要求】
1.一種裝置，所述裝置包括: 電場(chǎng)施加組件，所述電場(chǎng)施加組件適合于產(chǎn)生具有離散電場(chǎng)分布的電場(chǎng)； 導(dǎo)電體積；和 電接口區(qū)域，所述電接口區(qū)域設(shè)置在所述導(dǎo)電體積和所述電場(chǎng)施加組件之間，所述電接口區(qū)域布置成使得在與所述導(dǎo)電體積間隔開的位置處通過所述電場(chǎng)施加組件將離散電場(chǎng)施加到所述電接口區(qū)域； 其中，所述電接口區(qū)域至少包括離子導(dǎo)電材料，所述離子導(dǎo)電材料布置成與所述導(dǎo)電體積相鄰并接觸所述導(dǎo)電體積； 從而通過所述電接口區(qū)域平滑化由所述電場(chǎng)施加組件施加的所述離散電場(chǎng)，以使得在所述導(dǎo)電體積內(nèi)建立的所述電場(chǎng)分布基本連續(xù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，施加所述電場(chǎng)的所述位置與所述導(dǎo)電體積之間的距離至少是所述電接口區(qū)域在與所述距離和所述導(dǎo)電體積兩者都垂直的方向上的厚度，優(yōu)選地為至少兩倍，更優(yōu)選地為至少5倍，更加優(yōu)選地為至少10倍，最優(yōu)選地為至少100倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中，所述導(dǎo)電體積設(shè)置在基體中或所述基體上。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述電接口區(qū)域基本填充設(shè)置在所述基體中的腔。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述導(dǎo)電體積的高度約等于或大于沿相同方向的所述接口區(qū)域的厚度。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述導(dǎo)電體積的高度比沿相同方向的所述接口區(qū)域的厚度大I至5倍之間，優(yōu)選大I至3倍之間，更優(yōu)選地為大近似2倍。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，施加所述電場(chǎng)的位置和所述導(dǎo)電體積之間的距離在0.1至0.8mm之間，優(yōu)選在0.5至2.5mm之間。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述電接口區(qū)域的厚度在0.1至100 μ m之間，優(yōu)選在20至40 μ m之間。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述導(dǎo)電體積的高度在0.1至500 μ m，優(yōu)選在10至100 μ m之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求3至9中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述腔設(shè)置有在所述腔的相對(duì)的壁之間延伸的至少一個(gè)柱狀物。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述導(dǎo)電體積是通道。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述通道是毛細(xì)管。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的裝置，其中，所述通道是直線的。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述通道是閉環(huán)形式，優(yōu)選為圓形。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述電場(chǎng)施加組件包括與所述電接口區(qū)域電接觸的多個(gè)電極。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述電場(chǎng)施加組件包括控制器，所述控制器適合于根據(jù)期望的場(chǎng)分布向每個(gè)電極施加電壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的裝置，其中，所述電極沿符合所述導(dǎo)電體積的周邊的方向間隔開。
18.根據(jù)權(quán)利要求15至17中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述多個(gè)電極沿所述導(dǎo)電體積的一側(cè)布置。
19.根據(jù)權(quán)利要求15至18中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述電場(chǎng)施加組件還包括多個(gè)第二電極，所述多個(gè)第二電極沿所述導(dǎo)電體積的與所述多個(gè)第一電極相對(duì)的一側(cè)布置，從而在所述導(dǎo)電體積的相對(duì)兩側(cè)上形成電極對(duì)。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述裝置還包括電場(chǎng)測(cè)量組件，所述電場(chǎng)測(cè)量組件適合于測(cè)量所述導(dǎo)電體積內(nèi)的電場(chǎng)，其中所述控制器適合于基于測(cè)量的電場(chǎng)改變施加的離散電場(chǎng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中，所述電場(chǎng)測(cè)量組件包括與所述電接口區(qū)域電接觸的多個(gè)電極，所述電場(chǎng)測(cè)量組件的多個(gè)電極優(yōu)選地布置在所述導(dǎo)電體積的與所述電場(chǎng)施加組件相對(duì)的一側(cè)上。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述電場(chǎng)測(cè)量組件包括直接接觸所述導(dǎo)電體積的多個(gè)電極。
23.根據(jù)權(quán)利要求3至22中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述基體設(shè)置有至少一個(gè)阱，所述阱連接所述腔并且連接所述基體的表面，所述阱用于在使用中容納電極。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中，所述至少一個(gè)阱通過適合于在使用中容納導(dǎo)電流體的所述電場(chǎng)施加組件的連接臂流體連接到所述腔。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或24所述的裝置，所述裝置包括沿符合所述導(dǎo)電體積的周邊的方向間隔開的多個(gè)阱。
26.根據(jù)權(quán)利要求23至25中任一項(xiàng)所述的裝置，還包括: 沿著符合所述導(dǎo)電體積的周邊的方向設(shè)置的多個(gè)第一阱，其中所述多個(gè)第一阱中的每一個(gè)定位在與所述導(dǎo)電體積相距第一距離處，和 沿著符合所述導(dǎo)電體積的路徑的方向設(shè)置的多個(gè)第二阱，其中所述多個(gè)第二阱中的每一個(gè)定位在與所述導(dǎo)電體積相距第二距離處， 從而所述多個(gè)第一阱中的阱相對(duì)于所述多個(gè)第二阱中的阱沿與所述導(dǎo)電體積的周邊垂直的方向交錯(cuò)布置。
27.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，如果所述導(dǎo)電體積是開環(huán)形式的通道，則所述電場(chǎng)施加組件還包括位于所述通道的每個(gè)端部處的兩個(gè)電極，以抵消所述通道中的電場(chǎng)邊緣效應(yīng)。
28.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述電接口區(qū)域由所述離子導(dǎo)電材料組成。
29.根據(jù)權(quán)利要求1至27中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述電接口區(qū)域包括所述離子導(dǎo)電材料和非離子導(dǎo)電材料，以使得所述離子導(dǎo)電材料位于所述非離子導(dǎo)電材料和所述導(dǎo)電體積之間，通過所述電場(chǎng)施加組件將所述離散電場(chǎng)施加到所述非離子導(dǎo)電材料。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的裝置，其中，所述非離子導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性和所述離子導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性匹配，以使得所述非離子導(dǎo)電材料和所述離子導(dǎo)電材料兩者都對(duì)所述離散電場(chǎng)的平滑化作出貢獻(xiàn)。
31.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述離子導(dǎo)電材料是電絕緣的。
32.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述離子導(dǎo)電材料是聚合物。
33.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述離子導(dǎo)電材料是多孔材料，以使得流體可以通過材料。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的裝置，其中，所述離子導(dǎo)電材料是水凝膠。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的裝置，其中，所述離子導(dǎo)電材料是多孔玻璃或多孔陶瓷材料。
36.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述導(dǎo)電體積填充有離子導(dǎo)體，所述離子導(dǎo)體的導(dǎo)電性與所述離子導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性為相同數(shù)量級(jí)，優(yōu)選為等于所述離子導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性。
37.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述電場(chǎng)接口區(qū)域的電阻率遍及所述電場(chǎng)接口區(qū)域的整個(gè)體積恒定。
38.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述電場(chǎng)接口區(qū)域的電阻率能夠沿一個(gè)方向變化。
39.根據(jù)權(quán)利要求2至38中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述基體是電阻的。
40.根據(jù)權(quán)利要求2至39中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述基體對(duì)于可見光、紅外線(IR)或紫外線(UV)輻射中的任意一項(xiàng)或多項(xiàng)是透明的。
41.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述導(dǎo)電體積包括多個(gè)通道，每個(gè)通道與下一個(gè)通道通過所述電接口區(qū)域的一部分橫向間隔開，其中所述電場(chǎng)施加組件構(gòu)造成將所述離散電場(chǎng)施加到所述電接口區(qū)域的一個(gè)部分，從而通過所述電接口區(qū)域平滑化所述離散電場(chǎng)，以使得在每個(gè)通道中建立基本連續(xù)的電場(chǎng)。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的裝置，其中，在每個(gè)通道中建立的所述基本連續(xù)的電場(chǎng)都基本相同。
43.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述裝置是微流體裝置。
44.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述裝置是用于分離對(duì)象的裝置，其中所述導(dǎo)電體積是分離通道。
45.一種用于分離對(duì)象的分離裝置，所述分離裝置包括: 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述導(dǎo)電體積是分離通道，所述分離通道在使用中容納待分離對(duì)象，從而所述通道中的基本連續(xù)的電場(chǎng)產(chǎn)生作用在每個(gè)對(duì)象上的電動(dòng)力；和 平衡源，所述平衡源構(gòu)造成產(chǎn)生與每個(gè)對(duì)象上的所述電動(dòng)力相反的力； 從而在電場(chǎng)和所述平衡源的組合影響下，所述分離通道中的對(duì)象被分離成區(qū)帶。
46.一種根據(jù)權(quán)利要求45所述的用于分離對(duì)象的電泳裝置，其中，所述平衡源是與所述待分離對(duì)象一起容納在所述分離通道中的流體，所述裝置還包括控制器，所述控制器適合于改變施加的離散電場(chǎng)，以相對(duì)于所述分離通道調(diào)節(jié)電場(chǎng)分布，從而在由于所述通道內(nèi)建立的電場(chǎng)引起的電動(dòng)力和由于所述流體引起的流體動(dòng)力的組合影響下，導(dǎo)致所述分離通道中的對(duì)象被分離成區(qū)帶。
47.一種將電場(chǎng)施加到導(dǎo)電體積的方法，所述方法包括如下步驟: 提供電場(chǎng)施加組件，所述電場(chǎng)施加組件適合于產(chǎn)生具有離散電場(chǎng)分布的電場(chǎng)； 提供導(dǎo)電體積；和提供電接口區(qū)域，所述電接口區(qū)域在所述導(dǎo)電體積和所述電場(chǎng)施加組件之間，其中，所述電接口區(qū)域至少包括離子導(dǎo)電材料，所述離子導(dǎo)電材料布置成與所述導(dǎo)電體積相鄰并接觸所述導(dǎo)電體積； 在與所述導(dǎo)電體積間隔開的位置處將離散電場(chǎng)施加到所述電接口區(qū)域； 從而通過所述電接口區(qū)域平滑化施加的離散電場(chǎng)，以使得在所述導(dǎo)電體積內(nèi)建立的所述電場(chǎng)分布基本連續(xù)。
48.使用根據(jù)權(quán)利要求1至44中任一項(xiàng)所述的裝置的根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法。
49.一種分離對(duì)象的方法，所述方法包括根據(jù)權(quán)利要求47或48將電場(chǎng)施加到通道，其中所述導(dǎo)電體積是分離通道，所述分離通道在使用中容納待分離的對(duì)象，從而電動(dòng)力作用在每個(gè)對(duì)象上；所述方法包括: 將與所述電動(dòng)力相反的平衡力施加在每個(gè)對(duì)象上； 從而在所述電場(chǎng)和平衡源的組合影響下，導(dǎo)致所述分離通道中的對(duì)象被分離成區(qū)帶。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的分離對(duì)象的方法，其中，所述方法是電泳方法，所述平衡力是由于和所述待分離的對(duì)象一起容納在所述分離通道中的流體引起的流體動(dòng)力，所述方法還包括: 改變施加的電場(chǎng)，以調(diào)節(jié)相對(duì)于所述分離通道的場(chǎng)分布，從而在由于所述電場(chǎng)引起的電動(dòng)力和由于所述流體引起的流體動(dòng)力的組合影響下，使得所述對(duì)象分離成區(qū)帶。
51.一種制造裝置的方法，所述方法包括如下步驟: 提供電場(chǎng)施加組件，所述電場(chǎng)施加組件適合于產(chǎn)生具有離散電場(chǎng)分布的電場(chǎng)； 提供導(dǎo)電體積；和 提供電接口區(qū)域，所述電接口區(qū)域在所述導(dǎo)電體積和所述電場(chǎng)施加組件之間，其中，所述電接口區(qū)域至少包括離子導(dǎo)電材料，所述離子導(dǎo)電材料布置成與所述導(dǎo)電體積相鄰并接觸所述導(dǎo)電體積， 從而在使用中，在與所述導(dǎo)電體積間隔開的位置處將離散電場(chǎng)施加到所述電接口區(qū)域； 以致于在使用中，通過所述電接口區(qū)域平滑化施加的離散電場(chǎng)，以使得在所述導(dǎo)電體積內(nèi)建立的所述電場(chǎng)分布基本連續(xù)。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的制造裝置的方法，其中，所述導(dǎo)電體積形成于基體中或所述基體上。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的制造裝置的方法，其中，提供所述導(dǎo)電體積包括蝕刻到所述基體的表面中。
54.根據(jù)權(quán)利要求51所述的制造裝置的方法，其中，提供所述導(dǎo)電體積包括將所述基體安裝在蝕刻的板上。
55.根據(jù)權(quán)利要求52至54中任一項(xiàng)所述的制造裝置的方法，其中，提供所述電接口區(qū)域的步驟包括在所述基體中形成腔，用液體形式的電接口區(qū)域材料填充所述腔，并且由所述腔內(nèi)部的液體材料形成所述電接口區(qū)域。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的制造裝置的方法，其中，液體形式的材料是液體預(yù)聚物，其中形成所述電接口區(qū)域包括使所述液體預(yù)聚物聚合。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的制造裝置的方法，其中，使所述液體預(yù)聚物聚合包括使用光引發(fā)劑對(duì)所述預(yù)聚物進(jìn)行光圖案化。
58.根據(jù)權(quán)利要求55至57中任一項(xiàng)所述的制造裝置的方法，其中，所述電接口區(qū)域材料在填充所述腔之前是含水的。
59.根據(jù)權(quán)利要求55至58中任一項(xiàng)所述的制造裝置的方法，其中，所述導(dǎo)電體積的高度大于所述腔的高度，以使得通過作用在填充所述腔的液體形式的所述電接口區(qū)域材料上的毛細(xì)力的作用，形成所述導(dǎo)電體積。
60.根據(jù)權(quán)利要求51至59中任一項(xiàng)所述的制造裝置的方法，其中，提供所述導(dǎo)電體積包括對(duì)所述導(dǎo)電體積的內(nèi)表面進(jìn)行處理，以使得在使用中防止分析物粘著到所述導(dǎo)電體積的所述內(nèi)表面。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的制造裝置的方法，其中，處理所述內(nèi)表面包括所述導(dǎo)電體積的硅烷化或所述內(nèi)表面的聚合物涂覆。
62.根據(jù)權(quán)利要求55至61中任一項(xiàng)所述的制造裝置的方法，還包括，在填充所述腔之前處理所述腔的步驟，以增強(qiáng)所述電接口區(qū)域和所述腔之間的粘結(jié)力。
63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的制造裝置的方法，其中，處理所述腔包括所述腔的硅烷化。
64.根據(jù)權(quán)利要求63所述的制造裝置的方法，其中，處理所述腔包括所述腔的選擇性硅烷化。
65.根據(jù)權(quán)利要求51至64中任一項(xiàng)所述的制造裝置的方法，其中所述裝置是根據(jù)權(quán)利要求I至44中任一項(xiàng)所述的裝置。
【文檔編號(hào)】G01N27/447GK103620398SQ201280022037
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月6日
【發(fā)明者】D·賽德瑞斯, A·伊勒斯, R·杰克遜 申請(qǐng)人:基因徽型器件有限公司