НАПОЛНЯЮЩАЯ ТЕКУЧАЯ СРЕДА ДЛЯ СТРУЙНЫХ УСТРОЙСТВ Российский патент 2020 года по МПК B01L3/00 C08L83/04 

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Данная заявка претендует на приоритет в соответствии с предварительной заявкой на патент US 62/245,147, поданной 22 октября 2015 года, содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Микроструйные устройства - это миниатюрные струйные устройства, которые работают с малыми объемами текучих сред, обычно - в субмиллилитровом диапазоне. Микроструйные устройства могут иметь микромеханические структуры (микроканалы, микротреки, микропути, микроклапаны и другие) и использовать различные механизмы для перемещения текучей среды, такие как механические детали (например, микронасосы), гидропневматические устройства/способы и эффекты на основе электричества (электрофоретические, диэлектрофоретические, электроосмотические, электросмачивающие, оптоэлектросмачивающие и вариации этих эффектов, а также иные эффекты).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, раскрытые в данной публикации, предусматривают наполняющие текучие среды для микроструйного устройства, содержащие силиконовое масло и силоксановый блоксополимер, солюбилизированный в силиконовом масле, причем силоксановый блоксополимер является по существу несмешивающимся с жидкостью на основе воды. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения менее 0,1% объемной фракции силоксанового блоксополимера в наполняющей текучей среде является смешивающимся с жидкостью на основе воды. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения силоксановый блоксополимер содержит силоксановую основную цепь и функционализированную боковую цепь. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения функционализированная боковая цепь содержит гидрофильную концевую группу. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения силоксановый блоксополимер представлен Формулой I:

где n ≥ 0, m ≥ 0, а радикал R выбран из группы, состоящей из полиакриламида, полисахарида, полигликоля, карбоксилата, карбоновой кислоты, сульфоната, сульфата, этиленгликоля, амина, аммония, углевода, карбоната и силиката. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения силоксановый блоксополимер выбран из группы, состоящей из CMS-222, CMS-221, FMS-736, FMS-141, АРТ-263 и MCR-C12, которые можно приобрести в компании Gelest (Моррисвилл, Пенсильвания). В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения концентрация силоксанового блоксополимера в наполняющей текучей среде лежит в диапазоне от примерно 0,02 масс. % до примерно 0,1 масс. %. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения концентрация силоксанового блоксополимера в наполняющей текучей среде равна примерно 0,05 масс. %. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения силиконовое масло содержит полидиметилсилоксан (PDMS; от англ.: polydimethylsiloxane). В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения силоксановый блоксополимер является сополимером (гидроксипропиленоксипропил)метилсилоксана и диметилсилоксана. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения коэффициент поверхностного натяжения на границе раздела между наполняющей текучей средой и каплей жидкости на основе воды лежит в диапазоне от примерно 3 дин/см до примерно 12 дин/см. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения менее примерно 0,1% объемной фракции силоксанового блоксополимера в наполняющей текучей среде смешивается с водным буферным раствором.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, раскрытых в данной публикации, предусмотрены струйные устройства, содержащие множество капель образца, диспергированных в наполняющей текучей среде, содержащей силоксановый блоксополимер, солюбилизированный в силиконовом масле. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения силиконовое масло является полидиметилсилоксаном (PDMS). В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения силоксановый блоксополимер является сополимером (гидроксипропиленоксипропил)метилсилоксана и диметилсилоксана. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения наполняющая текучая среда обеспечивает возможность формирования капель образца и их перемещения внутри микроструйного устройства. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения наполняющая текучая среда не оказывает влияния на биологическую функцию компонентов, содержащихся внутри капель образца. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения силоксановый блоксополимер содержит силоксановую основную цепь и функционализированную боковую цепь. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения функционализированная боковая цепь содержит гидрофильную концевую группу. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения гидрофильная концевая группа силоксанового блоксополимера выбрана из группы, состоящей из полиакриламида, полисахарида, полигликоля, карбоксилата, карбоновой кислоты, сульфоната, сульфата, этиленгликоля, полиэтиленгликоля (PEG; от англ.: polyethyleneglycole), амина, аммония, углевода, карбоната и силиката. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения силоксановый блоксополимер представлен Формулой I:

где n ≥ 0, m ≥ 0, а радикал R выбран из группы, состоящей из полиакриламида, полисахарида, полигликоля, карбоксилата, карбоновой кислоты, сульфоната, сульфата, этиленгликоля, PEG, амина, аммония, углевода, карбоната и силиката. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения силоксановый блоксополимер выбран из группы, состоящей из CMS-222, CMS-221, FMS-736, FMS-141, АРТ-263 и MCR-C12, которые можно приобрести в компании Gelest (Моррисвилл, Пенсильвания). В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения концентрация силоксанового блоксополимера в наполняющей текучей среде лежит в диапазоне от примерно 0,02 масс. % до примерно 0,1 масс. %. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения концентрация силоксанового блоксополимера в наполняющей текучей среде равна примерно 0,05 масс. %. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения наполняющая текучая среда содержит полидиметилсилоксан (PDMS). В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения поверхностное натяжение на границе раздела между каплями и наполняющей текучей средой лежит в диапазоне от примерно 3 дин/см до примерно 10-12 дин/см. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения микроструйное устройство является цифровым микроструйным устройством, в котором использован механизм, выбранный из электросмачивания, оптоэлектросмачивания, электростатического, электрофоретического, диэлектрофоретического, электроосмотического механизмов или их комбинаций. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения каждая из капель образца содержит биологический образец. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения биологический образец содержит нуклеотидную молекулу, например - молекулу ДНК. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения устройство содержит актуатор капель, выполненный с возможностью перемещения капли образца через микроструйное устройство. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения микроструйное устройство содержит: (а) подложку, содержащую поверхность подложки; (b) электродную матрицу, расположенную на поверхности подложки; (с) слой диэлектрика, расположенный на поверхности подложки и структурированный так, что он покрывает электроды; и (d) селектор электродов для последовательной активации и деактивации одного или более выбранных электродов электродной матрицы для последовательной подачи на выбранные электроды напряжения актуации, за счет которого каждая из капель, расположенных на поверхности подложки перемещается по желаемому пути, определяемому выбранными электродами. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения микроструйные устройства содержат пластину, расположенную на некотором расстоянии от поверхности подложки, которая ограничивает пространство между пластиной и поверхностью подложки, причем расстояние является достаточным для того, чтобы вместить каплю, помещенную в пространство. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения пластина содержит поверхность пластины, обращенную к поверхности подложки, и поверхность пластины является гидрофобной.

Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения включают набор, содержащий струйное устройство и контейнер, содержащий наполняющую текучую среду, причем наполняющая текучая среда содержит силоксановый блоксополимер. Набор может дополнительно содержать контейнер, содержащий водный буферный раствор, который является по существу несмешивающимся с силоксановым блоксополимером. Набор может также содержать силоксановый блоксополимер, причем менее чем примерно 0,1% объемной фракции силиконового блоксополимера в наполняющей жидкости является смешивающимся с водным буферным раствором. В варианте осуществления настоящего изобретения силиконовое масло содержит полидиметилсилоксан (PDMS). В варианте осуществления настоящего изобретения силоксановый блоксополимер является сополимером (гидроксипропиленоксипропил)метилсилоксана и диметилсилоксана. В варианте осуществления настоящего изобретения струйное устройство является электросмачивающим, оптоэлектросмачивающим, электростатическим, электрофоретическим, диэлектрофоретическим или электроосмотическим устройством.

Другим вариантом осуществления настоящего изобретения является способ выполнения операций с каплями, включающий перемещение множества водных капель через наполняющую текучую среду внутри струйного устройства, причем наполняющая текучая среда содержит силоксановый блоксополимер, солюбилизированный в силиконовом масле, а множество водных капель является по существу не смешивающимся с наполняющей текучей средой. В варианте осуществления настоящего изобретения поверхностное натяжение на границе раздела между множеством водных капель и наполняющей текучей средой лежит в диапазоне от примерно 3 дин/см до примерно 12 дин/см. В варианте осуществления настоящего изобретения перемещение множества капель включает выполнение полимеразной цепной реакции. В варианте осуществления настоящего изобретения перемещение множества капель включает приготовление образца для реакции секвенирования полинуклеотида. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения способ может включать перемещение множества водных капель, включающее применение электросмачивания, оптоэлектросмачивания, электростатического, электрофоретического, диэлектрофоретического, электроосмотического способа или их комбинации для перемещения множества водных капель. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения перемещение множества водных капель включает выполнение полимеразной цепной реакции (PCR). В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения перемещение множества водных капель включает приготовление образца для реакции секвенирования полинуклеотида.

Следует понимать, что все комбинации изложенных выше идей и дополнительных идей, более подробно обсуждаемых ниже (при условии, что эти идеи не являются взаимно несовместимыми), следует считать являющимися частью предмета настоящего изобретения, раскрытого в данной публикации. В частности, все комбинации заявленных признаков настоящего изобретения, которые станут очевидными в конце данной публикации, следует считать частью предмета настоящего изобретения, раскрытого в данной публикации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Фиг. 1А и 1В изображают полученные в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения экспериментальные данные относительно поверхностного натяжения на границе раздела фаз (IFT; от англ.: interfacial tension) между наполняющими текучими средами, содержащими CMS-222, и такими реагентами, как Реагент A (BBS) и Реагент В (ESL), и заметное улучшение технологических возможностей в случае наполняющей текучей среды, которая содержала силоксановый блоксополимер CMS-222.

Фиг. 2 изображает полученные в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения экспериментальные данные, демонстрирующие, что рабочий диапазон для Span® 85 составляет от 0,0015% до 0,004%, а рабочий диапазон для CMS-222 составляет от 0,02% до 0,1%.

Фиг. 3 изображает полученные в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения экспериментальные данные относительно IFT между наполняющей текучей средой, содержавшей CMS-222, и различными стандартными реагентами.

Фиг. 4 изображает полученные в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения экспериментальные данные относительно IFT на границе раздела между наполняющей текучей средой, содержавшей различные силоксановые блок-сополимеры, и такими реагентами, как Реагент A (BBS) и Реагент В (ESL).

СВЕДЕНИЯ. ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящей публикации описаны композиции и способы для улучшения операций с каплями в микроструйных устройствах. В случае биомедицинских применений некоторые микроструйные устройства предназначены для проведения обработки образцов, включающей концентрирование, фильтрацию, промывку, дозирование, смешивание, транспортировку, разделение образцов, лизирование образцов и другие функции, связанные с обращением с образцами.

Микроструйные устройства могут включать цифровые струйные картриджи, имеющие верхнюю пластину, обычно изготовленную из полимерного материала, которая покрыта слоем электропроводящего покрытия, два гидрофобных слоя с расположенными между ними электродными дорожками или электродными путями, диэлектрическое покрытие и нижнюю печатную плату (РСВ; от англ.: printed circuit board). Пространство между двумя гидрофобными слоями может быть заполнено наполняющей текучей средой, которая является несмешивающейся или по существу несмешивающейся с текучей средой образца. В некоторых вариантах осуществления текучей среды образца используют электросмачивание для перемещения образца через наполняющую текучую среду внутри микроструйного устройства.

При использовании в контексте настоящего изобретения одна текучая среда является несмешивающейся с другой текучей средой, если они не образуют гомогенной смеси при объединении друг с другом. Текучие среды, являющиеся несмешивающимися, будут разделяться с образованием различных жидких слоев. При использовании в контексте настоящего изобретения термин «по существу несмешивающаяся» относится к текучей среде, которая при смешивании с капельной фазой после уравновешивания будет почти полностью разделяться на две дискретные фазы, при этом лишь незначительная часть одной текучей среды смешается с другой текучей средой. Например, по существу несмешивающаяся смесь может иметь объемную фракцию первой жидкости, составляющую менее чем примерно 0,5%, примерно 0,3%, примерно 0,05% или примерно 0,01%, которая смешивается со второй текучей средой.

В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение предусматривает струйные устройства, например - цифровые микроструйные устройства. В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение предусматривает способы улучшения операций с каплями, анализа образцов, срока службы устройств и надежности струйных устройств, в которых использована наполняющая текучая среда. Электросмачивающие устройства могут содержать внутри устройства гидрофобную наполняющую текучую среду и гидрофильный водный образец, смешанный с заранее определенным буферным раствором, который образует каплю образца в наполняющей текучей среде. Для того чтобы капля эффективно перемещалась внутри устройства, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения в характерном случае является желательным поверхностное натяжение капли, лежащее в диапазоне от примерно 6 дин/см до примерно 12 дин/см. Это целевое поверхностное натяжение может быть обеспечено за счет добавления поверхностно-активного вещества в буферный раствор. Однако в случае некоторых типов анализов поверхностно-активное вещество может негативно повлиять на выполнение анализа, например - посредством ингибирования определенных химических реакций. Соответственно, некоторые варианты осуществления настоящего изобретения относятся к усовершенствованным наполняющим текучим средам, которые содержат блок-сополимерное гидрофобное поверхностно-активное вещество на основе силоксана. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения блок-сополимерное поверхностно-активное вещество на основе силоксана может отрегулировать поверхностное натяжение капли образца внутри наполняющей текучей среды так, чтобы оно лежало в целевом диапазоне от примерно 6 дин/см до примерно 12 дин/см.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения наполняющая текучая среда содержит низковязкое масло, например - силиконовое масло или наполняющую текучую среду на основе гексадекана. В качестве примера, низковязкое масло может иметь вязкость, равную примерно 7 сСт или менее. Наполняющая текучая среда может также являться галогенированным маслом или содержать галогенированное масло, например - фторированное масло или перфторированное масло. В варианте осуществления настоящего изобретения в наполняющую текучую среду добавляют поверхностно-активное вещество на основе полимера для изменения поверхностного натяжения водных капель, движущихся внутри наполняющей текучей среды. В тех вариантах осуществления настоящего изобретения, в которых используют наполняющую текучую среду на основе полидиметилсилоксана (PDMS), полимерное поверхностно-активное вещество может быть растворимым в PDMS, но не в водном буферном растворе. Обнаружено, что один класс полимеров, а именно - блок-сополимеры на основе силоксана, являются растворимыми в таких наполняющих текучих средах и нерастворимыми в водных буферных растворах. Соответственно, одним из вариантов осуществления настоящего изобретения является микроструйное устройство, в котором используют блок-сополимерное поверхностно-активное вещество на основе силоксана в наполняющей текучей среде на основе PDMS. Следует понимать, что наполняющие текучие среды, раскрытые в данной публикации, являются совместимыми с биомедицинскими струйными применениями.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения блок-сополимерное поверхностно-активное вещество на основе силоксана включает силоксановую основную цепь, функционализированную линейной гидрофильной боковой цепью, например - гидрофильной концевой группой.

Приведенное ниже подробное описание настоящего изобретения относится к некоторым специфическим вариантам осуществления настоящего изобретения. В этом описании даны ссылки на графические материалы, на которых для ясности одинаковые детали или стадии могут быть обозначены одинаковыми ссылочными номерами. Ссылки в данном описании на «один вариант осуществления настоящего изобретения», «вариант осуществления настоящего изобретения» или «в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения» означают, что определенный признак, структура или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления настоящего изобретения, могут быть включены в по меньшей мере один вариант осуществления настоящего изобретения. Появление фраз «один вариант осуществления настоящего изобретения», «вариант осуществления настоящего изобретения» или «в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения» в различных местах описания не обязательно связано с одним и тем же вариантом осуществления настоящего изобретения и не относится к отдельным или альтернативным вариантам осуществления настоящего изобретения, по существу отличающимся от других вариантов осуществления настоящего изобретения. Более того, описаны различные признаки, которые могут быть обнаружены в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения и не обнаружены в других. Сходным образом, описаны различные требования, которые могут быть требованиями в одних вариантах осуществления настоящего изобретения, но не в других вариантах осуществления настоящего изобретения.

Использованные в данной публикации заголовки разделов предназначены только для организационных целей, и их не следует понимать как ограничивающие предмет настоящего изобретения.

Определения

Если в явном виде не указано иное, то все технические и научные термины, используемые в данной публикации, имеют то же значение, которое обычно используют специалисты в данной области техники. Использование термина «включающий» и других форм, таких как «включают», «включает» и «включенный», не является ограничивающим. Использование термина «имеющий» и других форм, таких как «имеют», «имеет» и «имел», не является ограничивающим. При использовании в контексте настоящего изобретения, будь то в переходной фразе или в пункте формулы изобретения, термины «содержит» и «содержащий» следует интерпретировать как имеющие неограничивающий смысл. То есть, указанные выше термины следует интерпретировать как синонимичные фразам «имеющие по меньшей мере» или «включающие по меньшей мере». Например, при использовании в контексте способа термин «содержащий» означает, что способ включает по меньшей мере указанные стадии, но может включать и дополнительные стадии. При использовании в отношении соединения, композиции или устройства термин «содержащий» означает, что соединение, композиция или устройство содержит по меньшей мере указанные признаки или компоненты, но может также содержать дополнительные признаки или компоненты.

При использовании в контексте настоящего изобретения термин «актуатор капель» означает устройство для манипулирования каплями. Относительно примеров актуаторов капель см. публикации Pamula et al., Патент US 6911132, под названием «Apparatus for Manipulating Droplets by Electrowetting-Based Techniques», выданный 28 июня 2005 г.; Pamula et al., Публикация заявки US 20060194331, под названием «Арparatuses and Methods for Manipulating Droplets on a Printed Circuit Board», опубликованная 31 августа 2006 г.; Pollack et al., Международная патентная публикация WO/2007/120241, под названием Droplet-Based Biochemistry," опубликованная 25 октября 2007 г.; Shenderov, Патент US 6773566, под названием «Electrostatic Actuators for Microfluidics and Methods for Using Same», выданный 10 августа 2004 г.; Shenderov, Патент US 6565727, под названием «Actuators for Microfluidics Without Moving Parts», выданный 20 мая 2003; Kim et al., Публикация заявки US 20030205632, под названием «Electrowetting-driven Micropumping», опубликованная 6 ноября 2003 г.; Kim et al., Публикация заявки US 20060164490, под названием «Method and Apparatus for Promoting the Complete Transfer of Liquid Drops from a Nozzle», опубликованная 27 июля 2006 г.; Kim et al., Публикация заявки US 20070023292, под названием «Small Object Moving on Printed Circuit Board», опубликованная 1 февраля 2007 г.; Shah et al., Публикация заявки US 20090283407, под названием «Method for Using Magnetic Particles in Droplet Microfluidics», опубликованная 19 ноября 2009 г.; Kim et al., Публикация заявки US 20100096266, под названием «Method and Apparatus for Real-time Feedback Control of Electrical Manipulation of Droplets on Chip», опубликованная 22 апреля 2010 г.; Velev, Патент US 7547380, под названием «Droplet Transportation Devices and Methods Having a Fluid Surface», выданный 16 июня 2009 г.; Sterling et al., Патент US 7163612, под названием «Method, Apparatus and Article for Microfluidic Control via Electrowetting, for Chemical, Biochemical and Biological Assays and the Like», выданный 16 января 2007 г.; Becker et al., Патент US 7641779, под названием «Method and Apparatus for Programmable Fluidic Processing», выданный 5 января 2010 г.; Becker et al., Патент US 6977033, под названием «Method and Apparatus for Programmable Fluidic Processing», выданный 20 декабря 2005 г.; Deere et al., Патент US 7328979, под названием «System for Manipulation of a Body of Fluid», выданный 12 февраля 2008 г.; Yamakawa et al., Публикация заявки US 20060039823, под названием «Chemical Analysis Apparatus», опубликованная 23 февраля 2006 г.; Wu, Публикация заявки US 20110048951, под названием «Digital Microfluidics Based Apparatus for Heat-exchanging Chemical Processes», опубликованная 3 марта 2011 г.; Fouillet et al., Публикация заявки US 20090192044, под названием «Electrode Addressing Method», опубликованная 30 июля 2009 г.; Fouillet et al., Патент US 7052244, под названием «Device for Displacement of Small Liquid Volumes Along a Micro-catenary Line by Electrostatic Forces», выданный 30 мая 2006 г.; Marchand et al., Публикация заявки US 20080124252, под названием «Droplet Microreactor», опубликованная 29 мая 2008 г.; Adachi et al., Публикация заявки US 20090321262, под названием «Liquid Transfer Device», опубликованная 31 декабря 2009 г.; Roux et al., Публикация заявки US 20050179746, под названием «Device for Controlling the Displacement of a Drop Between Two or Several Solid Substrates», опубликованная 18 августа 2005 г.; и Dhindsa et al., «Virtual Electrowetting Channels: Electronic Liquid Transport with Continuous Channel Functionality», Lab Chip, 10:832-836 (2010). Содержание всех указанных публикаций полностью включено в данную публикацию посредством ссылки.

Некоторые актуаторы капель будут содержать одну или более подложек и электроды, связанные с одной или более подложками (например, наслоенные на подложки, прикрепленные к подложкам и/или погруженные в подложки) и предназначенные для выполнения одной или более операций с каплями. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения две или более подложек устроены так, что между ними имеется зазор для операций с каплями. Например, некоторые актуаторы капель будут включать базовую (или нижнюю) подложку, электроды для операций с каплями, связанные с подложкой, один или более диэлектрических слоев поверх подложки и/или электродов, и необязательно - один или более гидрофобных слоев поверх подложки, причем диэлектрические слои и/или электроды образуют поверхность для операций с каплями. Также может быть предусмотрена верхняя подложка, которая отделена от поверхности для операций с каплями зазором, обычно называемым зазором для операций с каплями. Различные схемы расположения электродов на верхней и/или нижней подложках обсуждаются в указанных выше патентах и заявках на патент, а некоторые новые схемы расположения электродов обсуждаются в описании настоящего изобретения. Во время операций с каплями капли могут оставаться в постоянном контакте или в частом контакте с заземляющим электродом или электродом сравнения. Заземляющий электрод или электрод сравнения могут быть связаны с верхней подложкой, обращенной к зазору, или с нижней подложкой, обращенной к зазору. Если электроды имеются на обеих подложках, электрические контакты для подсоединения электродов к устройству актуатора капель для управления электродами или мониторинга электродов могут быть связаны с одной или обеими пластинами. В некоторых случаях электроды, находящиеся на одной подложке, могут быть электрически связаны с другой подложкой, так что только одна подложка находится в контакте с актуатором капель. В варианте осуществления настоящего изобретения электропроводящий материал (например, эпоксидная смола, такая как MASTER BOND^™ Polymer System EP79, которую можно приобрести в компании Master Bond, Inc., Хакенсак, Нью-Йорк) обеспечивает электрическое соединение между электродами на одной подложке и электрическими путями на других подложках; например, заземляющий электрод на верхней подложке может быть соединен с электрическим путем на нижней подложке таким проводящим материалом. Если используют несколько подложек, то между подложками может быть предусмотрен спейсер для определения высоты зазора между ними и ограничения распределительных резервуаров актуатора. Высота спейсера может быть равна, например, по меньшей мере примерно 5 мкм, примерно 100 мкм, примерно 200 мкм, примерно 250 мкм, примерно 275 мкм или более. Альтернативно или дополнительно высота спейсера может составлять максимально примерно 600 мкм, примерно 400 мкм, примерно 350 мкм, примерно 300 мкм или менее. Спейсер может быть, например, образован слоем выступов из верхней или нижней подложки и/или материалом, вставленным между верхней и нижней подложками. В одной или более подложках могут быть предусмотрены одно или более отверстий для формирования пути текучей среды, по которому жидкость может быть доставлена в зазор для операций с каплями. В некоторых случаях одно или более отверстий могут быть расположены так, чтобы обеспечить взаимодействие с одним иди более электродами, например, расположены так, чтобы жидкость, протекающая через отверстие, поступала в достаточной близости от одного или более электродов для операций с каплями, чтобы обеспечить возможность выполнения операции с каплями одним или более электродами для операций с каплями с использованием жидкости. Базовая (или нижняя) и верхняя подложки в некоторых случаях могут быть сформированы как один интегральный компонент. Один или более электродов сравнения могут быть предусмотрены на базовой (или нижней) и/или верхней подложках и/или в зазоре. Примеры схем расположения электродов сравнения приведены в указанных выше патентах и заявках на патенты.

В контексте настоящего изобретения термины «слой» или «пленка» используют как взаимозаменяемые для обозначения структуры или тела, которое может быть плоским или по существу плоским, и которое может быть осаждено, сформировано, нанесено в форме покрытия, нанесено посредством обработки или иным образом нанесено на другую структуру.

В контексте настоящего изобретения термин «связываться» (например, первый компонент «связан с» или «находится в связи с» вторым компонентом) используют для обозначения структурной, функциональной, механической, электрической, оптической или струйной связи или любой их комбинации между двумя или более компонентами или элементами. Как таковой, тот факт, что один компонент связан со вторым компонентом, не исключает возможности того, что между ними могут присутствовать, и/или быть с ними функционально связанными, или находиться с ними в контакте дополнительные компоненты.

Следует понимать, что если в контексте настоящего изобретения указано, что определенный компонент, например - слой, область или подложка, расположен или сформирован «на» другом компоненте, «в» другом компоненте или «у» другого компонента, то указанный компонент может находиться непосредственно на другом компоненте, или, альтернативно, между ними могут находиться промежуточные компоненты (например, один или более буферных слоев, промежуточных слоев, электродов или контактов). Также следует понимать, что термины «размещен на» и «сформирован на» используются как взаимозаменяемые для описания того, как указанный компонент размещен или расположен по отношению к другому компоненту. Поэтому термины «размещен на» и «сформирован на» не предназначены для внесения каких-либо ограничений в отношении конкретных способов транспортировки, осаждения или изготовления материала.

Следует понимать, что, если в контексте настоящего изобретения указано, что жидкость в любой форме (например, в форме капли или непрерывного тела, движущихся или стационарных) описывается как находящаяся «на», «у» или «поверх» электрода, массива, матрицы или поверхности, то такая жидкость может быть в непосредственном контакте с электродом, массивом, матрицей или поверхностью, или она может быть в контакте с одним или более слоями или одной или более пленками, которые размещены между жидкостью или электродом, массивом, матрицей или поверхностью.

При использовании в контексте настоящего изобретения термин «реагент» описывает любой материал, который можно использовать для реакции с материалом образца, разбавления, сольватирования, суспендирования, эмульгирования, инкапсулирования материала образца, взаимодействия с материалом образца или добавления к материалу образца.

При использовании в контексте настоящего изобретения термин «примерно», если он используется для модификации численного значения, относится к изменению численного значения, которое может происходить. Например, изменения могут происходить вследствие процедур обращения с жидкостью, используемых для приготовления растворов; вследствие непреднамеренной ошибки во время проведения этих процедур; из-за различий в производстве, источнике или чистоте ингредиентов, используемых для получения композиций или осуществления способов. В варианте осуществления настоящего изобретения термин «примерно» означает изменение указанного численного значения в пределах 1%, 5% или до 10%.

При использовании в контексте настоящего изобретения термин «по существу» означает «в большой или значительной мере». Например, одна композиция может быть по существу такой же, как другая композиция, если они идентичны друг другу на 95%, 96%, 97%, 98% или 99%.

Все литературные источники или сходные материалы, процитированные в данной публикации, включающие, но не ограниченные этим, патенты, заявки на патенты, статьи, монографии, учебники и веб-страницы, независимо от формата этих литературных источников и сходных материалов, полностью включены в данную публикацию посредством ссылки. В том случае, если один или более из включенных литературных источников или сходных материалов отличается от данной публикации или противоречит ей, включая, но не ограничиваясь этим, термины, использование терминов, описанные способы и т.п., приоритет имеет данная публикация.

Наполняющая текучая среда

При использовании в контексте настоящего изобретения термин «наполняющая текучая среда» означает текучую среду, которая связана со струйным устройством. Наполняющую текучую среду можно использовать для заполнения струйного или микроструйного устройства, например - электросмачивающего устройства. Внутри струйного устройства может быть подложка для операций с каплями, которая содержит актуатор капель для перемещения капель внутри устройства с помощью электрических или электросмачивающих сил. Наполняющая текучая среда может быть по существу несмешивающейся с капельной фазой водного образца, помещенного в струйное устройство для преобразования капельной фазы в объект для опосредованных электродами операций с каплями. Например, капля может быть по существу не смешивающейся с наполняющей текучей средой, если менее чем примерно 0,1% объемной фракции жидкости капли смешивается с жидкостью наполняющей текучей среды. Сходным образом, силиконовый блок-сополимер в наполняющей жидкости может быть по существу несмешивающимся с жидкостью капли, если менее чем примерно 0,1% объемной фракции силиконового блок-сополимера в наполняющей текучей среде смешивается с жидкостью капли.

Зазор для операций с каплями актуатора капель может быть заполнен наполняющей текучей средой. Например, наполняющая текучая среда может быть низковязким маслом или содержать низковязкое масло, например - силиконовое масло или гексадекановую наполняющую текучую среду. Наполняющая текучая среда может быть галогенированным маслом или содержать галогенированное масло, такое как фторированное или перфорированное масло. Наполняющая текучая среда может заполнять весь зазор актуатора капель или может покрывать одну или более поверхностей актуатора капель. Наполняющие текучие среды могут быть электропроводящими или неэлектропроводящими. Наполняющие текучие среды могут быть выбраны для облегчения операций с каплями и/или для снижения потерь реагента или целевых веществ из капель, для улучшения формирования микрокапель, снижения прекрестного загрязнения между каплями, снижения загрязнения поверхностей актуатора капель, снижения разложения материалов актуатора капель и т.д. Например, наполняющие текучие среды могут быть выбраны для обеспечения совместимости с материалами актуатора капель. Например, фторированные наполняющие текучие среды можно успешно использовать совместно с фторированными поверхностными покрытиями. Фторированные наполняющие текучие среды можно использовать для снижения потерь липофильных соединений, например - в случае подложек с умбеллифероном, таких как подложки с 6-гексадеканоиламидо-4-метилумбеллифероном (например, для использования в анализах на болезнь Краббе, болезнь Ниманна-Пика или других анализах); другие подложки с умбеллифероном описаны в публикации Winger et al., Публикация патента US 20110118132, под названием «Enzymatic Assays Using Umbelliferone Substrates with Cyclodextrins in Droplets of Oil», опубликованной 19 мая 2011, содержание которой полностью включено в данную публикацию посредством ссылки. Примеры подходящих фторированных масел включают масла марки Galden, такие как Galden НТ170 (температура кипения 170°С, вязкость 1,8 сСт, плотность 1,77), Galden НТ200 (температура кипения 200°С, вязкость 2,4 сСт, плотность 1,79), Galden НТ230 (температура кипения 230°С, вязкость 4,4 сСт, плотность 1,82) (все масла производства компании Solway Solexis); масла марки Novec, такие как Novec 7500 (температура кипения 128°С, вязкость 0,8 сСт, плотность 1,61), Fluorinert FC-40 (температура кипения 155°С, вязкость 1,8 сСт, плотность 1,85), Fluorinert FC-43 (температура кипения 174°С, вязкость 2,5 сСт, плотность 1,86) (оба масла производства компании 3М). В целом, выбор перфорированных наполняющих текучих сред основан на кинематической вязкости (например, менее 7 сСт) и температуре кипения (например, более 150°С для использования в прикладных задачах, связанных с ДНК/РНК (ПЦР и т.п.)). Наполняющие текучие среды могут быть смешаны, например, с поверхностно-активными веществами и другими добавками.

Например, добавки могут быть выбраны для улучшения операций с каплями и/или снижения потерь реагентов или целевых веществ из капель, для улучшения формирования микрокапель, снижения перекрестного загрязнения между каплями, снижения загрязнения поверхностей актуатора капель, снижения разложения материалов актуатора капель и т.д. Композиции наполняющих текучих сред, включающие поверхностно-активные присадки, могут быть выбраны для улучшения рабочих характеристик в присутствии реагентов, используемых в специфических протоколах анализов, и для эффективного взаимодействия (или отсутствия взаимодействия) с материалами актуатора капель. Примеры наполняющих текучих сред и композиций наполняющих текучих сред, пригодных для использования в способах и устройствах, раскрытых в данной публикации, приведены в публикациях Srinivasan et al, Международная патентная публикация No. WO/2010/027894, под названием «Droplet Actuators, Modified Fluids and Methods», опубликованная 3 июня 2010 г.; Srinivasan et al, Международная патентная публикация WO 2009/021173, под названием «Use of Additives for Enhancing Droplet Operations», опубликованная 12 февраля 2009 г.; Sista et al., Международная патентная публикация WO 2008/098236, под названием «Droplet Actuator Devices and Methods Employing Magnetic Beads», опубликованная 15 января 2009 г.; и Monroe et al., Публикация заявки US 20080283414, под названием «Electrowetting Devices», опубликованная 20 ноября 2008 г., содержание которых полностью включено в данную публикацию посредством ссылки, а также в других патентах и заявках на патенты, процитированных в данной публикации. В некоторых случаях во фторированные масла могут быть добавлены фторированные поверхностно-активные вещества, например - Zonyl FSO-100 (производства компании Sigma-Aldrich) и/или другие. Наполняющая текучая среда может быть жидкостью. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения вместо жидкости можно использовать наполняющий газ.

Варианты осуществления настоящего изобретения включают микроструйные устройства для биомедицинских применений, содержащие полимер, солюбилизированный в масле, например - в силиконовом масле. Различные типы и концентрации полимеров могут быть смешаны с маслом для получения наполняющей текучей среды, которая обеспечивает целевое поверхностное натяжение на границе раздела с каплями водного буферного раствора. Варианты осуществления настоящего изобретения включают способы регулирования поверхностного натяжения на границе раздела между наполняющей текучей средой и буфером для получения капель образца, поверхностное натяжение которых находилось бы в целевом диапазоне поверхностного натяжения. В случаях, когда наполняющая текучая среда содержит полидиметилсилоксан (PDMS), выбранное поверхностно-активное вещество может быть растворимым в PDMS, но не в водном буферном растворе, который содержит образец. В варианте осуществления настоящего изобретения один из классов полимеров, а именно - блок-сополимеры на основе силоксана, идентифицирован как растворимые в PDMS и поэтому пригодные для использования в микроструйных устройствах для биомедицинских применений. Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения относятся к наполняющим текучим средам, содержащим блок-сополимеры на основе силоксана, которые имеют желаемое поверхностное натяжение на границе раздела фаз (IFT, interfacial tension).

При использовании в контексте настоящего изобретения термин IFT относится к поверхностному натяжению на границе раздела жидких фаз, например -на границе раздела между наполняющей текучей средой и водной жидкостью (такой как буферный раствор), которая содержится внутри капли. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения IFT измеряют посредством диспергирования капель, содержащих определенные реагенты, например -буферные растворы для биомедицинских применений, в наполняющей текучей среде. Следует понимать, что при использовании различных реагентов желаемое значение IFT или желаемый диапазон IFT могут варьироваться. Поэтому наполняющие текучие среды по настоящему изобретению можно отрегулировать для достижения желаемого значения IFT или желаемого диапазона IFT для определенного реагента. Регулирование IFT наполняющей текучей среды можно осуществить различными способами, например, но не ограничиваясь этим, посредством варьирования концентрации блок-сополимера на основе силоксана, солюбилизированного в наполняющей текучей среде. Например, наполняющие текучие среды по настоящему изобретению могут иметь значение поверхностного натяжения на границе раздела фаз (IFT), которое равно примерно 3 дин/см, примерно 4 дин/см, примерно 5 дин/см, примерно 6 дин/см, примерно 7 дин/см, примерно 8 дин/см, примерно 9 дин/см, примерно 10 дин/см, примерно 11 дин/см, примерно 12 дин/см, примерно 13 дин/см, примерно 14 дин/см, примерно 15 дин/см, примерно 16 дин/см, примерно 17 дин/см, примерно 18 дин/см, примерно 19 дин/см, примерно 20 дин/см. IFT может быть больше или меньше этих значений, или альтернативно оно может лежать в диапазоне, который находится между любыми двумя из указанных значений. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения наполняющая текучая среда имеет значение IFT, лежащее в диапазоне от 8 дин/см до 15 дин/см. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения наполняющая текучая среда имеет значение IFT, лежащее в диапазоне от 6 дин/см до 12 дин/см.

Соответственно, блок-сополимер на основе силоксана может быть солюбилизирован в наполняющей текучей среде в таком диапазоне концентраций, чтобы можно было достичь желаемого значения IFT или желаемого диапазона IFT. Блок-сополимер на основе силоксана может быть солюбилизирован в наполняющей текучей среде в различных концентрациях. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения концентрация блок-сополимера на основе силоксана в наполняющей текучей среде лежит в диапазоне от примерно 0,001 масс. % до примерно 5,0 масс. %, или от примерно 0,005 масс. % до примерно 2,5 масс. %, или от примерно 0,01 масс. % до примерно 1,0 масс. %, или от примерно 0,02 масс. % до примерно 0,1 масс. %, или от примерно 0,04 масс. % до примерно 0,1 масс. %, или в диапазоне, ограниченном любыми из двух указанных выше значений.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения наполняющие текучие среды обеспечивают формирование и движение капель. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения наполняющие текучие среды не должны оказывать побочного эффекта на большинство биологических функций.

Блок-сополимеры на основе силоксана

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения блок-сополимеры на основе силоксана содержат силоксановую основную цепь, которая функционализирована линейной гидрофильной боковой цепью, например -гидрофильной концевой группой. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения блок-сополимеры на основе силоксана содержат структуру, представленную Формулой I:

где n ≥ 0, m ≥ 0, а радикал R может включать, но не ограничен этим, полиакриламид, полисахарид, полигликоль, карбоксилат/карбоновую кислоту, сульфонат/сульфат, этиленгликоль/PEG, амин/аммоний, углевод, карбонат, силикат и т.д.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения блок-сополимер на основе силоксана выбран из группы, состоящей из CMS-222 (сополимер (гидроксипропиленоксипропил)метилсилоксана и диметилсилоксана, 150-200 сСт), CMS-221 (сополимер ((карбинол-функционального)метилсилоксана и диметилсилоксана, 125-150 сСт), CMS-626 (сополимер 35% гидроксиэтиленоксипропилметилсилоксана и диметилсилоксана, 550-650 сСт), CMS-832 (терполимер гидроксиэтиленоксипропилметилсилоксана, 3,4-(диметоксифенилпропил)метилсилоксана и диметилсилоксана, 1000-2000 сСт), DBE 311 (блок-сополимер диметилсилоксана и 30-35% этиленоксида, 10 сСт), DBE 411 (блок-сополимер диметилсилоксана и 45-50% этиленоксида, 5-10 сСт), АВР-263 (сополимер додецилметилсилоксана и гидроксиполиалкиленоксипропил-метилсилоксана, 1000-4000 сСт), АРТ-263 (сополимер 60-70% додецилметилсилоксана и 30-40% 2-фенилпропилметилсилоксана, 1100-1300 сСт), MCR С61 (терминированный монодикарбинолом полидиметилсилоксан, асимметричный, 50-60 сСт), MCR-C12 (терминированный монокарбинолом полидиметилсилоксан, асимметричный, 15-20 сСт), DMS S31 (терминированный силанолом полидиметилсилоксан, 1000 сСт), DBE-224 (блок-сополимер диметилсилоксана и 25-30% этиленоксида, 400 сСт), FMS 736 (сополимер 15-20% тридекафтороктилметилсилоксана и 80-85% диметилсилоксана, 400-7000 сСт), FMS 121 (поли(3,3,3-трифторпропилметилсилоксан), 80-120 сСт), FMS 9922 (терминированный силанолом политрифторпропилметилсилоксан, 150-250 сСт), FMS 9921 (терминированный силанолом политрифторпропилметилсилоксан, 50-160 сСт) (все продукты производства компании Gelest, Моррисвилль, Пенсильвания), Silsoft 900 (производства компании Momentive, Уотерфорд, Нью-Йорк), 482412 (сополимер диметилсилоксана и метил(3-гидроксипропил)силоксана, привитого полиэтиленгликолем, метиловый эфир, 45 сСт), 480320 (сополимер диметилсилоксана и [3-(2-(2-гидроксиэтокси)этокси)пропил]метилсилоксана, 75 сСт), 480290 (полидиметилсилоксан, терминированный моноглицидиловым эфиром, 65 сСт), 481246 (полидиметилсилоксан, терминированный бисгидроксиалкилом, 100 сСт), 481963 (полидиметилсилоксан, терминированный гидроксильной группой, 750 сСт), 481955 (полидиметилсилоксан, терминированный гидроксильной группой, 65 сСт), 481939 (полидиметилсилоксан, терминированный гидроксильной группой, 25 сСт) (все продукты производства компании Sigma, Сент-Луис, Миссури), FC 770 (производства компании 3М Electronics, Сент-Пол, Миннесота), XG 2852, SIB 1816 (производства компании ABCR Chemicals, Германия), ASC С12 (производства компании ABCR Chemicals, Германия) и бензохинона.

Следует понимать, что соотношение между размером гидрофильной головки и липофильного хвоста и характер гидрофильного взаимодействия можно модифицировать для каждого типа реагентов или применений. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения блок-сополимеры на основе силоксана являются диметиконами. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения блок-сополимеры на основе силоксана являются сополимерами полисилоксана и полигликолей. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения блок-сополимеры на основе силоксана являются бис-силанолами, имеющими структуру:

где n ≥ 10.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения блок-сополимеры на основе силоксана способны к формированию мицелл/агрегатов. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения блок-сополимеры на основе силоксана являются несмешивающимися с водными жидкостями, такими как вода и другие водные буферы. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения блок-сополимеры на основе силоксана являются смешивающимися с маслом. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения блок-сополимеры на основе силоксана являются стабильными при определенных условиях, например - температурных, УФ, щелочных, кислотных и т.д.

Струйные устройства

Варианты осуществления настоящего изобретения, описанные в данной публикации, включают струйные устройства, содержащие множество капель, диспергированных в наполняющей текучей среде, содержащей блок-сополимер на основе силоксана. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения микроструйное устройство по настоящему изобретению является электросмачивающим устройством. Электросмачивающие устройства и способы активации капель посредством электросмачивания описаны в Публикации патента US 2004/0055891, содержание которой полностью включено в данную публикацию посредством ссылки. Микроструйное устройство может содержать актуатор капель. Актуатор капель включает подложку с одним или более электродами, предназначенными для выполнения одной или более операций с каплями. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения актуатор капель содержит одну или более матриц, дорожек или сетей таких электродов. Для выполнения операций с каплями можно использовать различные электрические свойства. Примерами являются электросмачивание и электрофорез.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения с актуатором капель соединен картридж. Картридж может включать верхнюю пластину, часто изготовленную из полимерного материала, два слоя гидрофобного покрытия, слой диэлектрического покрытия и нижнюю печатную плату (РСВ) с электродными дорожками или электродными путями, проходящими между одним из гидрофобных слоев и слоем диэлектрического покрытия. Пространство или зазор между двумя гидрофобными слоями может быть заполнено наполняющими текучими средами по настоящему изобретению. Перемещение капель запускается напряжением, подаваемым на картридж.

Способы выполнения операций с каплями

Варианты осуществления настоящего изобретения, раскрытые в данной публикации, также предусматривают способы выполнения операций с каплями в микроструйном устройстве. Операции с каплями могут быть выполнены с использованием различных механизмов, включающих, но не ограниченных этим, электросмачивание, оптоэлектросмачивание, электростатический, электрофоретический, диэлектрофоретический, электроосмотический способы или их комбинацию.

При использовании в контексте настоящего изобретения термин «операция с каплей» означает любую манипуляцию с каплей в актуаторе капель. Операция с каплей может, например, включать: загрузку капли в актуатор капель; дозирование одной или более капель из источника капель; расщепление, разделение или деление капли на две или более капель; транспортировку капли из одного положения в другое в любом направлении; слияние или объединение двух или более капель в одну каплю; разбавление капли; перемешивание капли; взбалтывание капли; деформацию капли; удержание капли в определенном положении; инкубирование капли; транспортировку капли из актуатора капель; другие операции с каплями, описанные в данной публикации; и/или любую комбинацию указанных выше операций. Термины «слить», «слияние», «объединить», «объединение» и подобные используют для обозначения создания одной капли из двух или более капель. Следует понимать, что в случае, когда этот термин использован в отношении двух или более капель, можно использовать любую комбинацию операций с каплями, которой будет достаточно для объединения двух или более капель в одну. Например, «слияния капли А с каплей В» можно добиться посредством транспортировки капли А до ее контакта со стационарной каплей В, транспортировки капли В до ее контакта с каплей А или транспортировки капель А и В до их контакта друг с другом. Термины «расщепление», «разделение» или «деление» не означают конкретного исхода в отношении объема полученных капель (то есть объем полученных капель может быть одинаковым или различным) или числа полученных капель (число полученных капель может быть равно 2, 3, 4, 5 или более). Термин «перемешивание» относится к операциям с каплями, которые приводят к более гомогенному распределению одного или более компонентов внутри капли. Примеры «загрузочных» операций с каплями включают загрузку посредством микродиализа, загрузку с помощью давления, роботизированную загрузку, пассивную загрузку и загрузку пипеткой.

Операции с каплями могут быть опосредованы электродами. В некоторых случаях операции с каплями дополнительно облегчаются за счет использования гидрофильных и/или гидрофобных областей на поверхностях и/или за счет физических препятствий. Примеры операций с каплями приведены в патентах и заявках на патенты, процитированных выше под заголовком «актуатор капель». Иногда для определения или подтверждения исхода операции с каплями могут быть использованы способы измерения импеданса или электрической емкости или визуализационные способы. Примеры таких способов описаны в публикации Sturmer et al., Публикация патента US 20100194408, под названием «Capacitance Detection in a Droplet Actuator», опубликованной 5 августа 2010 г., содержание которой полностью включено в данную публикацию посредством ссылки.

В общих чертах, измерительные или визуализационные способы могут быть использованы для подтверждения присутствия или отсутствия капли на конкретном электроде. Например, присутствие дозированной капли на целевом электроде после операции дозирования капли подтверждает эффективность операции дозирования капли. Сходным образом, присутствие капли на детекторном пятне во время соответствующей стадии протокола анализа может подтвердить, что предыдущая серия операций с каплями успешно обеспечила каплю для детекции. Время транспортировки капли может быть очень коротким.

Например, в различных вариантах осуществления настоящего изобретения время транспортировки капли от одного электрода к следующему может превышать примерно 1 с, или примерно 0,1 с, или примерно 0,01 с, или примерно 0,001 с. В варианте осуществления настоящего изобретения электроды работают в режиме переменного тока, но могут быть переключены в режим постоянного тока для визуализации. Для проведения операций с каплями полезно, чтобы площадь основания капли была сходной с площадью электросмачивания. Соответственно, с каплями, объем которых равен или в 2 или 3 раза превышает объем капли, установленный по умолчанию, удобно работать с использованием 1, 2 и 3 электродов, соответственно. Если площадь основания капли больше, чем число электродов, доступных для выполнения операции с каплей за определенное время, разница между размером капли и числом электродов, не может быть больше 1. Соответственно, каплей, объем которой в 2 раза больше объема капли, установленного по умолчанию, можно успешно управлять с использованием одного электрода, а каплей, объем которой в 3 раза больше объема капли, установленного по умолчанию, можно успешно управлять с использованием двух электродов. Если капли содержат гранулы, предпочтительно, чтобы размер капли был равным числу электродов, управляющих каплей, например - транспортирующих каплю.

В различных вариантах осуществления настоящего изобретения манипуляция с каплями, осуществляемая актуатором капель, может быть опосредована электродами, например - опосредована электросмачиванием, или опосредована диэлектрофорезом, или опосредована силами Кулона. Примеры других способов управления операциями с каплями, которые могут быть использованы в актуаторах капель по настоящему изобретению, включают использование устройств, которые создают гидродинамическое давление текучей среды, например - устройств, которые работают на основе механических принципов (например, внешние шприцевые насосы, пневматические мембранные насосы, вибрационные мембранные насосы, вакуумные устройства, центробежные силы, пьезоэлектрические/ультразвуковые насосы и акустические силы); электрических или магнитных принципов (например, электроосмотический поток, электрокинетические насосы, магнитожидкостные уплотнения,

электрогидродинамические насосы, притяжение или отталкивание с использованием магнитных сил и магнитогидродинамические насосы); термодинамических принципов (например, генерация пузырьков газа/расширение объема, индуцированное фазовым переходом); других принципов смачивания поверхности (например, электросмачивание и оптоэлектросмачивание, а также градиенты поверхностного натяжения, химически, термически, структурно или радиоактивно индуцированные); силы тяжести; поверхностного натяжения (например, капиллярный эффект); электростатических сил (например, электроосмотический поток); центробежного потока (подложку помещают на компакт-диск и вращают); магнитных сил (например, поток вызывают осциллирующие ионы); магнитогидродинамических сил; и вакуума или дифференциала давления.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения можно использовать комбинации двух или более из указанных способов для выполнения операции с каплей в актуаторе капель по настоящему изобретению. Сходным образом, один или более из указанных способов можно использовать для доставки жидкости в зазор для операций с каплями, например - из резервуара, находящегося в другом устройстве, или из внешнего резервуара актуатора капель (например, из резервуара, связанного с подложкой актуатора капель и путем потока из резервуара в зазор для операций с каплями).

Поверхности для операций с каплями некоторых актуаторов капель по настоящему изобретению могут быть изготовлены из гидрофобных материалов или могут быть покрыты покрытием или обработаны для придания им гидрофобности. Например, в некоторых случаях какой-либо участок или все поверхности для операций с каплями могут быть дериватизированы материалами или химическими веществами с низкой поверхностной энергией, например - посредством осаждения или использования синтеза in situ с использованием таких соединений, как полифторированные или перфорированные соединения в растворе или полимеризуемые мономеры. Примерами являются TEFLON® AF (который можно приобрести в компании DuPont, Вилмингтон, Делавэр), представители семейства материалов CYTOP, покрытия, входящие в семейство FLUOROPEL® гидрофобных и супергидрофобных покрытий (которые можно приобрести в компании Cytonix Corporation, Белтсвилл, Мэриленд), силановые покрытия, фторсилановые покрытия, гидрофобные производные фосфонатов (например, продаваемые компанией Aculon, Inc.) и покрытия NOVEC™ для электронных компонентов (которые можно приобрести в компании 3М Company, Сент-Пол, Миннесота), другие фторированные мономеры для плазмохимического осаждения из паровой фазы (PECVD; от англ.: plasma-enhanced chemical vapor deposition) и органосилоксаны (например, SiOC) для PECVD.

Напряжение и частота для транспортировки капель могут быть подобраны для работы с реагентами, используемыми в специфических протоколах анализа. Конструкционные параметры могут варьироваться, например - число и местоположение резервуаров актуатора, число соединений независимых электродов, размер (объем) различных резервуаров, местоположение магнитов/зон промывки гранул, размер электродов, межэлектродное расстояние и высоту зазора (между верхней и нижней подложками) можно варьировать для использования конкретных реагентов, протоколов, объемов капель и т.д. В некоторых случаях подложку по настоящему изобретению можно дериватизировать материалами или химическими веществами с низкой поверхностной энергией, например -посредством осаждения или синтеза in situ с использованием полифторированных или перфорированных соединений в растворе или полимеризуемых мономеров. Примерами являются покрытия TEFLON® AF и покрытия FLUOROPEL® для нанесения покрытий погружением или распылением, другие фторированные мономеры для плазмохимического осаждения из паровой фазы (PECVD) и органосилоксаны (например, SiOC) для PECVD.

Кроме того, в некоторых случаях какой-либо участок или вся поверхность для операций с каплями могут быть покрыты веществом, снижающим фоновые помехи, например - фоновую флуоресценцию подложки печатной платы (РСВ). Например, покрытие, снижающее фоновые помехи, может содержать черные матричные смолы, например - черные матричные смолы, которые можно приобрести в компании Toray Industries, Inc., Япония. Электродами актуатора капель может управлять контроллер или процессор, который является частью системы, и который может выполнять функции обработки информации, а также хранения данных и программного обеспечения с возможностями ввода и вывода информации. Реагенты могут быть доставлены в зазор для операций с каплями актуатора капель или в резервуар, находящийся в соединении по текучей среде (гидравлическом соединении) с зазором для операций с каплями. Реагенты могут иметь жидкую форму, например - форму капель, или они могут находиться в восстанавливаемой форме в зазоре для операций с каплями или в резервуаре, находящемся в соединении по текучей среде с зазором для операций с каплями. Восстанавливаемые реагенты могут быть объединены с жидкостью для восстановления. Примером восстанавливаемых реагентов, пригодных для использования в способах и устройстве по настоящему изобретению, являются реагенты, описанные в публикации Meathrel et al., Патент US 7727466, под названием «Disintegratable Films for Diagnostic Devices», выданный 1 июня 2010, содержание которой полностью включено в данную публикацию посредством ссылки.

При использовании в контексте настоящего изобретения термин «капля» может означать объем жидкости, находящийся на актуаторе капель. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения капля по меньшей мере частично ограничена наполняющей текучей средой. Например, капля может быть полностью окружена наполняющей текучей средой, или она может быть ограничена наполняющей текучей средой, одной или более поверхностями актуатора капель и/или атмосферой. В качестве другого примера капля может быть ограничена наполняющей текучей средой и атмосферой. Капли могут быть, например, водными и неводными, или они могут быть смесями или эмульсиями, содержащими водные и неводные компоненты. Капли могут содержать твердые частицы, например -магнитные гранулы.

Капли могут иметь очень разнообразные формы. Неограничивающие примеры включают форму диска, форму пули, форму усеченной сферы, эллипсоидную форму, сферическую форму, форму частично сжатой сферы, полусферическую форму, овоидную форму, цилиндрическую форму, комбинации этих форм и различные формы, образующиеся во время операций с каплями, например - при слиянии или расщеплении капель, или образующиеся в результате контакта этих форм с одной или более поверхностями актуатора. Примеры капельных текучих сред, которые могут быть подвергнуты операциям с каплями с использованием способа по настоящему изобретению, приведены в публикации Eckhardt et al., Международная патентная публикация WO 2007/120241, под названием «Droplet-Based Biochemistry», опубликованная 25 октября 2007, содержание которой полностью включено в данную публикацию посредством ссылки.

В различных вариантах осуществления настоящего изобретения капля может содержать биологический образец, например - цельную кровь, лимфу, сыворотку крови, плазму, пот, слезную жидкость, слюну, мокроту, цереброспинальную жидкость, амниотическую жидкость, семенную жидкость, вагинальные выделения, серозную жидкость, синовиальную жидкость, перикардиальную жидкость, перитонеальную жидкость, плевральную жидкость, транссудаты, экссудаты, кистозную жидкость, желчь, мочу, желудочный сок, кишечный сок, образцы кала, жидкости, содержащие одну или множество клеток, жидкости, содержащие органеллы, флюидизированные ткани, флюидизированные организмы, жидкости, содержащие многоклеточные организмы, биологические мазки и биологические смывы. Кроме того, капля может содержать реагент, например - воду, деионизированную воду, солевые растворы, растворы кислот, растворы щелочей, растворы детергентов и/или буферные растворы.

Капля может содержать нуклеиновые кислоты, например - ДНК, геномную ДНК, РНК, мРНК или их аналоги; нуклеотиды, например - дезоксирибонуклеотиды, рибонуклеотиды или их аналоги, например - аналоги, содержащие терминаторные элементы, например - такие, как описано в публикациях Bentley et al., Nature 456:53-59 (2008); Gormley et al., Международная патентная публикация No. WO/2013/131962, под названием «Improved Methods of Nucleic Acid Sequencing», опубликованная 12 сентября 2013 г.; Barnes et al., Патент US 7057026, под названием «Labelled Nucleotides», выданный on 6 июня 2006 г.; Kozlov et al., Международная патентная публикация WO 2008/042067, под названием, «Compositions and Methods for Nucleotide Sequencing», опубликованная 10 апреля 2008 г.; Rigatti et al., Международная патентная публикация WO 2013/117595, под названием «Targeted Enrichment and Amplification of Nucleic Acids on a Support», опубликованная 15 августа 2013 г.; Hardin et al., Патент US 7329492, под названием «Methods for Real-Time Single Molecule Sequence Determination», выданный 12 февраля 2008 г.; Hardin et al., Патент US 7211414, под названием «Enzymatic Nucleic Acid Synthesis: Compositions and Methods for Altering Monomer Incorporation Fidelity», выданный 1 мая 2007 г.; Turner et al., Патент US 7315019, под названием «Arrays of Optical Confinements and Uses Thereof», выданный 1 января 2008 г.; Xu et al., Патент US 7405281, под названием «Fluorescent Nucleotide Analogs and Uses Therefor», выданный 29 июля 2008 г.; и Ranket al., Публикация заявки US 20080108082, под названием «Polymerase Enzymes and Reagents for Enhanced Nucleic Acid Sequencing», опубликованная 8 мая 2008 г., содержание которых полностью включено в данную публикацию посредством ссылки; ферменты, например -полимеразы, лигазы, рекомбиназы или транспозазы; партнеры по связыванию, такие как антитела, эпитопы, стрептавидин, авидин, биотин, лектины или углеводы; или другие биохимически активные молекулы. Другими примерами содержимого капель являются реагенты, использованные для приготовления, например - реагент для биохимического протокола, такого как протокол амплификации нуклеиновой кислоты, протокол анализа на основе сродства, протокол ферментативного анализа, протокол реакции секвенирования полинуклеотида и/или протокол анализов биологических жидкостей. В варианте осуществления настоящего изобретения реакция секвенирования полинуклеотида является процессом, осуществляемым в устройстве для секвенирования нуклеотидов, например - в секвенсере следующего поколения, с целью определения последовательности нуклеотидов в полинуклеотидном фрагменте. При использовании в настоящем изобретении капля может содержать одну или более гранул.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения капля образца или реагента имеет водную основу. В некоторых других вариантах осуществления настоящего изобретения капля образца или реагента содержит смесь воды и одного или более органических растворителей, таких как спиртовые растворители. В некоторых других вариантах осуществления настоящего изобретения капля образца или реагента содержит только один или более органических растворителей. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения капля содержит биологический образец, например - нуклеиновую кислоту.

Способы выполнения операций с каплями в микроструйном устройстве по настоящему изобретению можно использовать в различных биомедицинских применениях, например - в протоколах амплификации нуклеиновых кислот, в протоколах анализов на основе сродства, в протоколах секвенирования и протоколах анализов биологических жидкостей и т.п.

Наборы

Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения предусматривают наборы, содержащие контейнер, содержащий наполняющую текучую среду, содержащую силоксановый блок-сополимер, и одно или более струйных устройств. В варианте осуществления настоящего изобретения струйное устройство является электросмачивающим устройством. Наполняющая текучая среда может содержать силоксановый блок-сополимер и силиконовое масло. Силиконовым маслом может быть PDMS. Набор также может содержать контейнер, содержащий водный буферный раствор, и водный буферный раствор может быть по существу несмешивающимся с силоксановым блок-сополимером. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения менее примерно 0,1% объемной фракции силоксанового блок-сополимера в наполняющей текучей среде смешивается с водным буферным раствором. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения силоксановый блок-сополимер содержит силоксановую основную цепь и функционализированную боковую цепь. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения функционализированная боковая цепь содержит гидрофильную концевую группу. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения гидрофильная концевая группа силоксанового блок-сополимера выбрана из группы, состоящей из полиакриламида, полисахарида, полигликоля, карбоксилата, карбоновой кислоты, сульфоната, сульфата, этиленгликоля, амина, аммония, углевода, карбоната и силиката. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения силоксановый блок-сополимер представлен Формулой I:

где n ≥ 0, m ≥ 0, а радикал R выбран из группы, состоящей из полиакриламида, полисахарида, полигликоля, карбоксилата, карбоновой кислоты, сульфоната, сульфата, этиленгликоля, амина, аммония, углевода, карбоната и силиката. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения силоксановый блок-сополимер выбран из группы, состоящей из CMS-222, CMS-221, FMS-736, FMS-141, АРТ-263 и MCR-C12. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения концентрация силоксанового блок-сополимера в наполняющей текучей среде лежит в диапазоне от примерно 0,02 масс. % до примерно 0,1 масс. %. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения концентрация силоксанового блок-сополимера в наполняющей текучей среде оставляет примерно 0,05 масс. %. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения наполняющая текучая среда содержит полидиметилсилоксан (PDMS).

Способы загрузки наполняющей текучей среды

Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, описанные в данной публикации, предусматривают способы загрузки наполняющей текучей среды в микроструйное устройство, содержащее множество капель, диспергированных в наполняющей текучей среде, содержащей силоксановый блок-сополимер, солюбилизированный в наполняющей текучей среде. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения поверхностное натяжение на границе раздела между каплями и наполняющей текучей средой лежит в диапазоне от 3 дин/см до 10-12 дин/см. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения способы включают перемещение капель с использованием механизма, выбранного из электросмачивания, оптоэлектросмачивания, электростатического, электрофоретического, диэлектрофоретического, электроосмотического механизмов или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения способы включают перемещение капель с использованием механизма электросмачивания.

ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения более подробно описаны в приведенных ниже примерах осуществления настоящего изобретения, которые никоим образом не ограничивают объем формулы изобретения.

Пример 1

Получили ряд силоксановых блок-сополимерных диметиконов, включавших несколько силоксановых блок-сополимеров из компании Momentive (Уотерфорд, Нью-Йорк), таких как Silsoft 900 и SF 1528. Другой силоксановый блок-сополимер, известный как CMS-222, получили из компании Gelest (Моррисвилл, Пенсильвания). CMS-222 - это сополимер (гидроксипропиленоксипропил)метилсилоксана и диметилсилоксана. Вначале испытали растворимость этих и других силоксановых блок-сополимеров в концентрации, равной 1%, в силиконовом масле полидиметилсилоксане (PDMS). Силоксановые блок-сополимеры, которые были нерастворимыми в PDMS масле, исключили из списка. Затем также подтвердили нерастворимость в воде этих силоксановых блок-сополимеров в концентрации, равной 1%. Растворимые в воде силоксановые блок-сополимеры также исключили из списка. В заключение исследовали поверхностное натяжение воды с использованием метода висячей капли для определения концентрации поверхностно-активного вещества, необходимой для достижения правильного целевого уровня поверхностного натяжения. Диметиконы, которые не смогли довести поверхностное натяжение на границе раздела масла и воды до примерно 10 дин/см, исключили из списка. В контексте настоящего изобретения первая жидкость является растворимой во второй жидкости, если первая жидкость полностью растворяется во второй жидкости.

Затем PDMS масло с добавлением одного из этих диметиконов ввели в картридж Neoprep™ для микроанализов, коммерчески доступный из компании Illumina, Сан-Диего, США. Картридж Neoprep™ - это картридж для анализов с использованием электросмачивания, состоящий из нижней пластины, изготовленной из печатной платы (РСВ), покрытой слоем диэлектрика и гидрофобным слоем, и верхней пластины, состоящей из полимерного материала (поликарбоната), покрытой гидрофобным слоем. Подтвердили, что капли воды могут формироваться и перемещаться вдоль поверхностей внутри этой композиции наполняющей текучей среды. Обнаружили, что наполняющее масло с добавлением диметикона, в частности - CMS-222 производства компании Gelest, хорошо работает в этом картридже. Дополнительное испытание с поверхностно-активным веществом Silsoft 900 также продемонстрировало, что добавление к маслу диметиконового поверхностно-активного вещества обеспечивает очень хорошую работу устройства.

Пример 2

Процедура составления композиции: Пустую бутыль объемом 5 л поместили на весы и определили ее массу. 4 л PDMS масла с вязкостью, равной 5 сСт, добавили в бутыль объемом 5 л и определили собственную массу масла. Собственную массу масла определили перед добавлением силиконового блок-сополимера CMS-222. 2,0 г CMS-222 добавили к 4 л масла и определили фактическую массу CMS-222. Если процентное содержание не укладывалось в допустимый диапазон, добавляли дополнительное количество PDMS масла с вязкостью, равной 5 сСт, чтобы выполнить спецификации для концентрации, и повторяли расчет.

В бутыль поместили цилиндрический перемешивающий элемент магнитной мешалки размером 3'', бутыль закрыли и переместили на плиту магнитной мешалки. Установили скорость перемешивания, равную примерно (вихревая воронка занимает примерно половину раствора) и перемешивали содержимое бутыли в течение 1 часа при комнатной температуре. Затем раствор перенесли в маленькие стеклянные флаконы, отмерив 8,2 мл раствора в каждый флакон, и дегазировали в течение 3 часов под вакуумом (<1 торр). Была достигнута целевая концентрация CMS-222 в PDMS, равная 0,05%.

Пример 3

Определили поверхностное натяжение на границе раздела фаз (IFT) наполняющих текучих сред, имевших концентрации CMS-222 в PDMS масле с вязкостью 5 сСт, лежавшие в диапазоне от 0,02% до 0,1%, и различных реагентов и воды. Фиг. 1 демонстрирует данные по IFT, полученные в этих испытаниях. Как показано на Фиг. 1А, различные концентрации CMS-222 испытали против двух водных буферных растворов (BBS и ESL) и воды, чтобы определить, будет ли результирующее поверхностное натяжение лежать в целевом диапазоне поверхностного натяжения. Фиг. 1В отображает результаты испытаний из Фиг. 1А и демонстрирует способность буферных растворов BBS и ESL в наполняющих текучих средах, содержащих CMS-222, сохранять поверхностное натяжение в диапазоне от 6 мН/м до 12 мН/м. Как показано, значительное улучшение IFT было достигнуто при использовании наполняющих текучих сред, содержавших CMS-222, по сравнению с наполняющими текучими средами, содержавшими Span® 85 (данные не приведены), и процесс был воспроизводимым с индексом воспроизводимости процесса (cpk), превышавшим 1,33 в исследованном диапазоне концентраций (от 0,02% до 0,1%).

Пример 4

Рабочие диапазоны CMS-222 и Span® 85 (Sigma, Сент-Луис, Миссури) в отношении IFT были испытаны с использованием реагенте A (BBS), реагента В (ESL) и других буферных растворов ERP4, ATL3, QDR, LIG4, SPB, BWS2, FAM, ЕРМ2, РРС2, QSD6 и в воде. Использовали стандартные измерения IFT способом висячей капли в масле, содержавшем CMS-222 и Span® 85. Каплю реагента выдавливали из иглы шприца в контейнер с PDMS маслом до тех пор, пока она почти полностью не отделялась от кончика иглы. В этот момент делали снимок висячей капли и анализировали форму профиля ее контура с использованием уравнения Лапласа, получая значение IFT. Рабочий диапазон IFT определили посредством предварительной функциональной корреляции: менее 12 дин/см для реагента В и более 6 дин/см для реагента А. Фиг. 2 является диаграммой, которая демонстрирует экспериментальные данные по результатам измерения IFT текучих сред, содержавших CMS-222 и Span® 85, при различных концентрациях этих поверхностно-активных веществ (показаны в логарифмическом масштабе). Эти данные демонстрируют, что рабочий диапазон, показанный как «окно», для Span® 85, составляет от 0,0015 масс. % до 0,004 масс. %, а рабочий диапазон для CMS-222 составляет от 0,02 масс. % до 0,1 масс. %. Также исследовали IFT между текучими средами с CMS-222 и различными стандартными нанореагентами. Фиг. 3 показывает, что IFT на границе раздела текучих сред с CMS-222 и всех буферных растворов было очень сходным с IFT старых и современных стандартных производственных масел.

Пример 5

Ряд силоксановых блок-сополимеров испытали на их способность образовывать мицеллы или агрегаты. Их также испытали с целью определения диапазонов их рабочих концентраций и смешиваемости с водой. Даже в том случае, когда сополимеры лишь слабо смешивались с водой, их исключали. Сополимеры также испытали на их смешиваемость с PDMS маслом (по шкале «хорошо», «приемлемо», «плохо», «неудовлетворительно»). Дополнительные факторы, которые исследовали для каждого из различных полимеров, включали легкость их использования, обращения или получения (дружественность к производству). Другие факторы включали их доступность, цену, токсичность, горючесть и стабильность (термическую, по отношению к УФ-излучению, кислотам, щелочам или реагентам). Авторы изобретения обнаружили, что поверхностно-активные вещества на основе силоксана, в частности - диметиконы, соответствуют всем критериям для использования в качестве блок-сополимеров в наполняющей текучей среде для струйных устройств.

Затем силоксановые блок-сополимеры в концентрации, равной 0,01%, испытали на поверхностное натяжение посредством измерения IFT на границе раздела с буферными растворами ESL и BBS. Сополимеры, для которых зарегистрировали IFT, лежавшее в диапазоне от примерно 8 мН/м до 15 мН/м, были выбраны в качестве кандидатов для применения в качестве поверхностно-активных веществ. Результаты испытаний суммированы на Фиг. 4 и в Таблице 1, приведенной ниже. Обнаружили, что некоторые поверхностно-активные вещества, преимущественно - фторпроизводные, повышали IFT BBS и снижали IFT ESL. Это обратная тенденция по сравнению с чистым маслом.

В по меньшей мере некоторых из описанных ранее вариантов осуществления настоящего изобретения один или более элементов, использованных в одном варианте осуществления настоящего изобретения, можно взаимозаменяемо использовать в другом варианте осуществления настоящего изобретения, кроме тех случаев, когда такая замена не является технически осуществимой. Специалистам в данной области техники будет очевидно, что различные другие исключения, дополнения и модификации могут быть выполнены в способах и структурах, описанных выше, без отклонения от объема заявленного предмета изобретения. Все модификации и изменения такого рода входят в объем настоящего изобретения, определенный прилагаемой формулой изобретения.

Что касается использования в данной публикации терминов во множественном и/или единственном числе, то специалисты в данной области техники могут переходить от множественного числа к единственному и/или от единственного к множественному в зависимости от контекста данной публикации. Различные формы единственного или множественного числа могут быть явным образом указаны в данной публикации во избежание разночтений.

Специалистам в данной области техники будет понятно, что, в целом, термины, использованные в данной публикации, и в частности - в формуле изобретения (например, в тексте отдельных пунктов формулы изобретения), в основном являются «открытыми» терминами (например, термин «включающий» следует интерпретировать как «включающий, но не ограниченный», термин «имеющий» следует интерпретировать как «имеющий по меньшей мере», термин «включает» следует интерпретировать как «включает, но не ограничивается», и т.д.). Также специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что, если в пункте формулы изобретения намеренно упоминается конкретное число, то такое намерение должно быть явным образом выражено в данном пункте формулы изобретения, а в отсутствие такого указания отсутствует и соответствующее намерение. Например, с целью лучшего понимания в тексте пунктов формулы изобретения могут содержаться вводные фразы «по меньшей мере один» или «один или более». Однако использование таких фраз не означает, что, если в тексте пункта формулы изобретения использованы неопределенные артикли «а» или «an», то этот пункт формулы изобретения ограничен вариантами осуществления настоящего изобретения, содержащими только один указанный признак, даже в том случае, если этот пункт одновременно содержит вводные фразы «один или более» или «по меньшей мере один» и неопределенные артикли «а» или «an» (например, «а» и/или «an» следует интерпретировать как «по меньшей мере один» или «один или более»); то же относится и к использованию определенных артиклей. Кроме того, даже если в пункте формулы изобретения в явной форме указано определенное число, специалисты в данной области техники должны понимать, что такое указание следует интерпретировать как означающее по меньшей мере указанное число (например, указание на «два элемента», в отсутствие других указаний, означает по меньшей мере два элемента или два или более элементов.

Кроме того, в тех случаях, когда используется выражение, аналогичное «по меньшей мере один из А, В и С, и т.д.», специалист в данной области техники должен понимать, что, например, выражение «система, имеющая по меньшей мере один из А, В и С» может включать, но не ограничивается, системы, которые имеют только А, только В, только С, совместно А и В, совместно А и С, совместно В и С и/или совместно А, В и С.Также следует понимать, что по существу любое дизъюнктивное слово и/или любую дизъюнктивную фразу, имеющую два или более альтернативных значений, будь то в описании, формуле изобретений или графических материалах, следует понимать как включающую одно из значений, любое из значений или оба значения. Например, фразу «А или В» следует понимать как включающую возможности «А», или «В», или «А и В».

Кроме того, если признаки или аспекты настоящего изобретения описаны в терминах группы Маркуша, то специалисты в данной области техники поймут, что изобретение также описано в терминах любого отдельного элемента или подгруппы элементов группы Маркуша.

Как будет очевидно специалисту в данной области техники, для любых целей, например - в контексте составления письменного описания, все диапазоны, указанные в данной публикации, также включают любые поддиапазоны и комбинации поддиапазонов. Все указанные диапазоны легко можно рассматривать как в достаточной мере описанные и позволяющие разбить указанный диапазон по меньшей мере на равные половины, трети, четверти, пятые части, десятые части и т.д. В качестве неограничивающего примера можно указать, что любой диапазон, указанный в данной публикации, можно разбить на нижнюю треть, среднюю треть и верхнюю треть, и т.д. Также специалисту в данной области техники будет понятно, что все выражения типа «до», «по меньшей мере», «более чем», «менее чем» и т.п.включают указанное число и относятся к диапазонам, которые можно в дальнейшем разбить на поддиапазоны, как указано выше. Наконец, специалист в данной области техники поймет, что диапазон включает каждое конкретное число. Например, термин «группа, содержащая от 1 до 3 изделий» означает группы, содержащие 1, 2 или 3 изделия. Сходным образом, термин «группа, содержащая от 1 до 5 изделий» означает группы, содержащие 1, 2, 3, 4 или 5 изделий, и так далее.

Изобретение относится к наполняющей текучей среде для струйного устройства, которая содержит силиконовое масло и силоксановый блок-сополимер, солюбилизированный в силиконовом масле, причем силоксановый блок-сополимер является по существу несмешивающимся с водной жидкостью. Также изобретение относится к наборам, содержащим струйное устройство и контейнер, содержащий указанную наполняющую текучую среду и способу выполнения операций с каплями в струйном устройстве, который включает перемещение множества водных капель через наполняющую текучую среду внутри струйного устройства, и перемещение множества капель включает выполнение полимеразной цепной реакции или приготовление образца для реакций секвенирования. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл., 5 пр.

1. Наполняющая текучая среда для струйного устройства, отличающаяся тем, что она содержит:

- силиконовое масло; и

- силоксановый блок-сополимер, солюбилизированный в силиконовом масле, причем силоксановый блок-сополимер является по существу несмешивающимся с водной жидкостью.

2. Наполняющая текучая среда по п. 1, отличающаяся тем, что менее чем примерно 0,1% объемной фракции силоксанового блок-сополимера в наполняющей жидкости способно смешиваться с водной жидкостью.

3. Наполняющая текучая среда по п. 1, отличающаяся тем, что силоксановый блок-сополимер содержит силоксановую основную цепь и функционализированную боковую цепь.

4. Наполняющая текучая среда по п. 3, отличающаяся тем, что функционализированная боковая цепь содержит гидрофильную концевую группу.

5. Наполняющая текучая среда по п. 4, отличающаяся тем, что гидрофильная концевая группа силоксанового блок-сополимера выбрана из группы, состоящей из полиакриламида, полисахарида, полигликоля, карбоксилата, карбоновой кислоты, сульфоната, сульфата, этиленгликоля, амина, аммония, углевода, карбоната и силиката.

6. Наполняющая текучая среда по п. 5, отличающаяся тем, что силоксановый блок-сополимер представлен Формулой I:

где n≥0, m≥0, а радикал R выбран из группы, состоящей из полиакриламида, полисахарида, полигликоля, карбоксилата, карбоновой кислоты, сульфоната, сульфата, этиленгликоля, амина, аммония, углевода, карбоната и силиката.

7. Наполняющая текучая среда по п. 1, отличающаяся тем, что концентрация силоксанового блок-сополимера в наполняющей текучей среде лежит в диапазоне от примерно 0,02 мас.% до примерно 0,1 мас.%.

8. Наполняющая текучая среда по п. 1, отличающаяся тем, что концентрация силоксанового блок-сополимера в наполняющей текучей среде составляет примерно 0,05 мас.%.

9. Наполняющая текучая среда по п. 1, отличающаяся тем, что силиконовое масло содержит полидиметилсилоксан (PDMS).

10. Наполняющая текучая среда по п. 9, отличающаяся тем, что силоксановый блок-сополимер является сополимером (гидроксипропиленоксипропил)метилсилоксана и диметилсилоксана.

11. Наполняющая текучая среда по п. 1, отличающаяся тем, что поверхностное натяжение на границе раздела наполняющей текучей среды и капли водной жидкости лежит в диапазоне от примерно 3 дин/см до примерно 12 дин/см (от примерно 0,003 Н/м до примерно 0,012 Н/м).

12. Набор, отличающийся тем, что он содержит:

- струйное устройство; и

- контейнер, содержащий наполняющую текучую среду, причем наполняющая текучая среда содержит силоксановый блок-сополимер и силиконовое масло.

13. Набор по п. 12, отличающийся тем, что он дополнительно содержит контейнер, содержащий водный буферный раствор, который является по существу несмешивающимся с силоксановым блок-сополимером.

14. Набор по п. 13, отличающийся тем, что менее чем примерно 0,1% объемной фракции силоксанового блок-сополимера в наполняющей жидкости способно смешиваться с водным буферным раствором.

15. Набор по п. 12, отличающийся тем, что силиконовое масло содержит полидиметилсилоксан (PDMS).

16. Набор по п. 15, отличающийся тем, что силоксановый блок-сополимер является сополимером (гидроксипропиленоксипропил)метилсилоксана и диметилсилоксана.

17. Набор по п. 12, отличающийся тем, что струйное устройство является электросмачивающим, оптоэлектросмачивающим, электростатическим, электрофоретическим, диэлектрофоретическим или электроосмотическим устройством.

18. Способ выполнения операций с каплями в струйном устройстве, отличающийся тем, что он включает перемещение множества водных капель через наполняющую текучую среду внутри струйного устройства, причем наполняющая текучая среда содержит силоксановый блок-сополимер, солюбилизированный в силиконовом масле, а множество водных капель является по существу несмешивающимся с наполняющей текучей средой.

19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что перемещение множества водных капель включает использование электросмачивания, оптоэлектросмачивания, электростатического, электрофоретического, диэлектрофоретического, электроосмотического механизмов или их комбинации для перемещения множества водных капель.

20. Способ по п. 18, отличающийся тем, что поверхностное натяжение на границе раздела между множеством водных капель и наполняющей текучей средой лежит в диапазоне от примерно 3 дин/см до примерно 12 дин/см (от примерно 0,003 Н/м до примерно 0,012 Н/м).

21. Способ по п. 18, отличающийся тем, что перемещение множества капель включает выполнение полимеразной цепной реакции.

22. Способ по п. 18, отличающийся тем, что перемещение множества капель включает приготовление образца для реакции секвенирования полинуклеотида.