打印式数字微流体装置的使用及其制造方法

IPC分类号 : B81C1/00,B81B1/00,G01N1/00,H01J49/04

申请号

CN201480070664.3

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专利摘要

本发明的实施例涉及可由打印方法制造的数字微流体阵列，借此，数字微流体电极阵列经由打印方法(诸如，喷墨打印)被打印到合适的基底上。在一些实施例中，制备或更改基底和/或墨水，以支持电极阵列的打印，例如，通过改变表面能量来实现。在一些实施例中，通过添加阻挡层来制备多孔和/或纤维基底，或者例如，通过添加或浸透合适的材料以使得所述表面能够支持打印电极。本发明揭示涉及通过将数字微流体阵列打印在具有亲水层的基底上来形成混合装置的各种示例性实施例。

权利要求

1.一种数字微流体装置，其包括：

多孔基底，其具有适于支持电极的表面，其中，所述多孔基底包括：

由多孔纤维材料形成的多孔层；以及

设置在所述多孔层上的阻挡层，其中所述阻挡层由适于在其上形成电极的阻挡材料形成；

打印在所述多孔基底上的数字微流体电极阵列；以及

涂覆所述数字微流体电极阵列的介电层，其中所述介电层的表面是疏水的；

其中在电激励下，所述阻挡层的表面粗糙度小于1微米，所述数字微流体电极阵列的电极间沟槽深度和电极间沟槽宽度适于在电极之间输送液滴，以及

其中，所述阻挡层是第一阻挡层，并且其中所述多孔层是亲水层，以及所述多孔基底进一步包括位于所述亲水层下方的第二阻挡层。

2.根据权利要求1所述的数字微流体装置，其中所述多孔基底的至少上部部分是浸透的。

3.根据权利要求1所述的数字微流体装置，其中所述数字微流体电极阵列包括电极间沟槽，所述电极间沟槽的宽度介于5微米到100微米之间。

4.根据权利要求1所述的数字微流体装置，其中所述数字微流体电极阵列的表面粗糙度小于500nm。

5.根据权利要求4所述的数字微流体装置，其中所述数字微流体电极阵列的所述表面粗糙度小于100nm。

6.根据权利要求1所述的数字微流体装置，其中所述多孔纤维材料是纸基材料、纤维素材料或合成纤维材料。

7.根据权利要求1所述的数字微流体装置，其中所述阻挡层包括高岭土和胶乳。

8.根据权利要求1所述的数字微流体装置，其中所述阻挡层直接形成在所述多孔层上。

9.根据权利要求1所述的数字微流体装置，其中所述数字微流体电极阵列直接形成在所述阻挡层上。

10.根据权利要求1所述的数字微流体装置，其中所述第一阻挡层的至少一部分被移除，从而暴露所述亲水层的区域。

11.根据权利要求10所述的数字微流体装置，其中所述区域是在所述亲水层中形成的电喷雾尖端。

12.根据权利要求10所述的数字微流体装置，其中所述区域位于所述数字微流体电极阵列中的电极的下面，并且其中在所述电极中形成孔口，以暴露所述区域。

13.根据权利要求12所述的数字微流体装置，其中所述亲水层包括微通道，其中所述微通道与接触所述孔口的液滴流体连通。

14.根据权利要求12所述的数字微流体装置，其中位于所述孔口下方的所述亲水层的暴露区域由疏水壁环绕，从而形成所述孔口下方的亲水垫。

15.根据权利要求1所述的数字微流体装置，其进一步包括与所述数字微流体装置设置成间隔关系的顶板，所述顶板包括涂覆有介电层的至少一个电极，其中所述介电层具有疏水表面。

说明书

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2013年10月23日提交的标题为“打印式数字微流体装置的使用及其制造方法(PRINTED DIGITAL MICROFLUIDIC DEVICES METHODS OF USE AND MANUFACTURETHEREOF)”的第61/894,827号美国临时申请的优先权。

背景技术

本发明涉及数字微流体装置和方法。

作为流体操纵和诊断测试的简单且低成本的范例，最近出现利用纸质基底内形成的微流体通道的纸质微流体[1-3]。与传统的“芯片实验室”技术相比，纸质微流体具有若干明显的优点，从而使得它尤其适于在缺乏资源的环境中进行定点照护测试。最明显的益处是纸的成本较低并且打印行业的基础设施高度发达，从而使得纸基装置的生产比较经济且成规模[3]。其他重要的益处包括易于处理、干化剂的稳定性[4]以及减少依赖昂贵的外部仪器[5,6]。

尽管纸质微流体概念具有改革的潜能，但这类装置不是没有缺点。由于样品体积减少和比色读数的限制，因此，许多测定对纸质格式的灵敏度有限[6]。这些装置固有地基于通道，也表现出较大的无效体积，因为整个通道必须被填充以驱动毛细管流。对于纸基微流体装置而言，最重大的挑战大概是它们本身的惰性性质导致难以执行复杂的多路复用和多步骤测定(例如，夹心埃莉莎(ELISA))。

通过三维通道网络的开发，已经在扩展装置复杂性方面有所进展[7,8]，并且适应通道长度、宽度和矩阵性质可提供对到达装置上的具体点的试剂顺序和时间进行控制[9]。已经使用断路流体开关[10]和手动折叠[11]说明主动“阀门”类似物，然而，这些技术需要操作人员介入，从而可导致额外的复杂化。

一些组织已使用纸质“孔板”和手动移液来实施复杂的多步骤测定，包括夹心ELISA[6,12-16]。这些测定类似于使用标准96孔聚苯乙烯板执行的那些，但所述“板”是具有疏水/亲水区图案的纸张。这类装置的缺点在于：它们不是真正的“微流体”，不同于上述方法，每个试剂都必须用移液管移入给定的孔中以实施测定，类似于传统的多孔板技术。

发明内容

因此，在一个实施例中，提供数字微流体装置，其包括：

多孔基底，其具有适于支持电极的表面；

打印在所述多孔基底上的数字微流体电极阵列；以及

涂覆所述数字微流体电极阵列的介电层，其中所述介电层的表面是疏水的；

其中在电激励下，所述数字微流体电极阵列的电极间沟槽深度和电极间沟槽宽度以及表面粗糙度适于在电极之间输送液滴。

在另一实施例中，提供用于制造数字微流体装置的方法，所述方法包括：

提供基底；

用导电墨水将数字微流体电极阵列打印在所述基底上；以及

用具有疏水表面的介电层涂覆所述数字微流体电极阵列；

其中所述基底具有表面粗糙度，从而使得在涂覆所述数字微流体电极阵列之后，所述数字微流体装置的表面粗糙度小于约1微米；以及

其中所述导电墨水和所述基底的表面性质经过选择，从而使得打印在所述基底上的导电墨水的液滴的表面能量适合形成所述电极。

在另一实施例中，提供数字微流体装置，其包括：

多孔基底，其具有适于支持电极的表面；

在所述多孔基材上形成的数字微流体电极阵列；以及

涂覆所述数字微流体电极阵列的介电层，其中所述介电层的表面是疏水的；

其中在电激励下，所述数字微流体电极阵列的电极间沟槽深度和电极间沟槽宽度以及表面粗糙度适于在电极之间输送液滴。

参考下列具体实施方式和附图可进一步理解本发明的功能和优点方面。

附图说明

现在将参考附图，仅通过实例描述实施例，在附图中：

图1A是经过和不经过5分钟的氧等离子处理的打印在玻璃和聚酰亚胺胶带上的测试图案(在254微米的网格上隔开的点)的图像，示出表面能量对墨水液滴形成的影响。

图1B是在多孔基底上形成的数字微流体电极的示例性阵列的图解。

图1C示出其上适于打印电极的中间层的示例性实施。

图1D示出示例性数字微流体装置的截面图。

图2示出在打印纸张上形成的数字微流体装置的阵列的照片。

图3A和图3B是纸基DMF装置的两个不同实例的电极配置的图解，示出(A)设计A和(B)设计B。

图4是纸上的电极的打印测试图案的照片，示出水平方向和垂直方向上的线的梯度/间隙宽度。

图5示出具有下部阻挡层和扩展多孔层的示例性数字微流体装置的截面图。

图6A示出具有集成式纸喷雾(paperspray)质谱仪(MS)发射器的示例性混合纸基DMF装置的图解。

图6B是具有集成式纸质微通道的示例性混合纸基DMF装置的图解。

图6C是具有用于生物样品装载的集成式亲水纸垫的示例性混合纸基DMF装置的图解。

图7是示出在多孔基底上形成的示例性混合DMF装置的三层的示意图，示出样品可如何从顶层(承载工作DMF电极的阻挡层)行进到下面的亲水基底。

图8示出具有集成式纸喷雾质谱仪(MS)发射器的示例性混合纸基DMF装置的另一图解。

图9是示出烧结时间对150μm宽的打印银迹线(trace)的电阻的影响的曲线图。

图10示出通过喷墨(纸上银)和通过标准光刻法(玻璃上铬)制造的DMF装置设计A的所有迹线的平均电阻。误差棒是+/-1标准偏差。

图11A和图11B是示出具有打印银电极的纸质装置在两个不同放大倍数下的截面图的SEM图像。

图12A是示出一滴水在纸质装置上的平移的一系列视频帧，如面板(i)到(iii)所示。

图12B用曲线图表示纸基DMF装置(圆圈)上的水滴相对于用光刻法制造的标准装置(正方形)上的那些的峰值速度。误差棒是+/-1标准偏差。

图13A到图13E示意性地示出通过与鲁米诺/H2O2混合的HRP的芯片上连续稀释对纸质DMF装置执行示例性均质化学发光测定所涉及的步骤。

图14是针对示例性均质化学发光测定所测量到的校准曲线(n＝3)。误差棒是+/-1标准偏差。

图15是在执行图13D所示的步骤之后的示例性装置的图像，其中为了可视化而移除顶板。

图16是来自视频序列的一系列静止帧，示出示例性方法，所述方法涉及当用鲁米诺/H202化学发光读出器在纸质DMF装置上执行风疹IgG免疫测定时，将珠状物与上清液进行磁分离以及在洗涤缓冲液中再悬浮。

图17示出0、1.56和3.125IU/mL的风疹IgG浓度的校准曲线。误差棒是+/-1标准偏差。

具体实施方式

将参考下文论述的细节描述本发明的各种实施例和方面。下列描述和附图说明了本发明，但不应解释为限制本发明。描述很多具体细节，以便全面理解本发明的各个实施例。然而，在某些情况下，并未描述已知或常规的细节，以便简洁地论述本发明的实施例。

本文中使用的术语“包括”应被解释为包含性并且是开放式的，而不是排他地。具体而言，当用在说明书和权利要求书中时，术语“包括”及其变型是指包括指定的特征、步骤或部件。这些术语不应解释为排除其他特征、步骤或部件的存在。

本文中使用的术语“示例性”是指“用作实例、例示或说明”，并且不应被解释为优选或优于本文中公开的其他配置。

本文中使用的术语“约”和“大约”是指涵盖数值范围的上限和下限中可能存在的变型，例如，性质、参数和尺寸的变型。在一个非限制性实例中，术语“约”和“大约”是指加或减10％或更少。

除非另有说明，否则本文中使用的所有技术和科学术语都意图具有所属领域的一般技术人员通常理解的相同含义。

数字微流体(DMF)是用于使用电场在电极阵列上操纵纳升到微升尺寸的液滴的技术平台。静电力可用来融合、混合、分离和分配贮液器中的微滴，这些都没有用到泵或移动部件。

尽管DMF已应用于广泛的应用[17]，但重大的挑战是缺少装置制造的大规模且经济的方法，多数的实验室在洁净室设备中使用光刻法以在玻璃和硅上形成电极图案。一种成规模的技术是使用印刷电路板(PCB)制造，以形成DMF装置[18-20]。不幸的是，这种装置会经受与电极的较厚性质相关联的性能问题，从而阻碍可靠和有效的液滴驱动和输送。

本发明的实施例提供可采用打印方法制造的数字微流体阵列，借此，数字微流体电极阵列经由打印方法(诸如，喷墨打印)被打印到基底上。在一些实施例中，制备或更改基底和/或墨水，以支持电极阵列的打印，例如，通过改变表面能量来实现。在一些实施例中，通过添加阻挡层来制备多孔和/或纤维基底，或者例如，通过添加或浸透合适的材料以使得所述表面能够支持打印电极。

如下文描述，已发现，根据本文中揭示的方法形成的打印式数字微流体阵列克服了与PCB基数字微流体装置相关联的许多性能限制。此外，根据一些实施例，数字微流体装置可使用简单且成规模的打印方法(例如，喷墨打印)有效且廉价地制造在低成本基底上，例如，聚合物基或纸基基底。这种方法可提供较好的性能，并且更适于快速成型和/或生产。

在一个示例性实施例中，通过将数字微流体电极阵列直接打印到基底上来制造数字微流体装置。不同于形成数字微流体阵列和装置的传统方法，本文中揭示的直接打印方法提供可易于规模化的用于DMF制造的快速且具成本效益的方法。根据一个示例性实施方案，可经由喷墨打印来形成数字微流体电极阵列。本文中描述的制造技术可规模化成更大规模的工艺，例如，辊到辊工艺[27,28]。

多种导电墨水或液体可用于经由打印工序(例如，喷墨打印)形成数字微流体电极。在一个非限制性实例中，基于银纳米颗粒的墨水用于将数字微流体阵列形成到表面上。可使用的商购墨水包括SunTronic U5603(太阳化学公司(Sun Chemical))、卡波特(Cabot)导电墨水CCI-300以及施乐(Xerox)32％纳米银墨水。

在一些实施例中，可以使用适度导电的墨水。例如，在给定的适当操作条件下，经由适度导电墨水的沉积而形成的迹线可具有大于>20千欧姆的电阻，例如，高达约200千欧姆或更高。

或者，有机聚合物墨水可用于在基底上形成数字微流体电极。例如，可以使用诸如PEDOT:PSS、含有其他金属(例如，铜)的墨水等墨水，无论是作为纳米颗粒的悬浮液还是用在溶液中(例如，硝酸银)。也可以使用其他类型的墨水，诸如，含有碳纳米管的那些等。

可以控制喷墨打印方法，以防止打印喷嘴堵塞。例如，本发明的发明人发现：在喷墨打印方法的实验开发过程中，遇到的问题包括在喷墨打印过程中喷嘴会堵塞。此类问题发生的原因可能是墨水含有悬浮的颗粒(对多数导电墨水来说都是如此)。已发现，在使用之前对墨水进行过滤可改善打印的性能，并且减少或避免堵塞。在一个实例中，先使用0.45μm尼龙滤器来过滤墨水，然后再将其装载到墨盒中。此外，当不使用时，墨瓶和装载的墨盒都维持在4℃的温度。

还发现，当使用涉及喷墨打印的方法时，由打印机制造商(北极星(Dimatix))供应的打印头清洁垫不太适合用来生产本文所述的数字微流体装置的基于颗粒的导电墨水。所提供的清洁垫是吸附剂纤维素垫，借此，打印机可经编程以定期精化来自喷嘴的墨水和/或通过使墨水与清洁垫短暂接触而吸干打印头上的过多墨水。使用这些导电墨水的话，这个过程无效，因为清洁垫很快便被浸透。已发现，用无绒纸巾(例如，金佰利(Kimwipes))缠绕纤维素清洁垫以及手动用浸泡过乙醇/乙二醇的50/50混合物的纸巾轻轻缠绕打印头可大大减少堵塞喷嘴的发生。

应进一步注意，喷射波形被调整(时间和振幅)，以实现稳定的喷射行为。最初使用墨水制造商供应的波形和参数。在观察从打印头喷嘴喷出的液滴的实时视频时，进行调整以改善微滴速度、形状、轨迹等。还执行实验研究，以确定合适的微滴间距(取决于墨水和基底的表面能量)。例如，在涉及将电极阵列打印到纸基基底上的本文所述的实例中，针对研究的所有墨水/纸的组合，微滴间距维持在约25到35微米之间。

根据本文中提供的方法，数字微流体阵列电极可打印在多种基底和表面上。例如，用于打印数字微流体阵列电极的基底包括：聚合物薄膜，例如，聚酯、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)以及聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)；绝缘基底，例如，玻璃基底；半导体基底，例如，硅；以及复合基底，例如，FR-4。上述很多墨水已被发现适合使用喷墨打印在此类材料上形成电极。

还将理解，除了喷墨打印之外可使用其他打印方法，例如，丝网打印、苯胺打印、凹版打印、胶版打印、微接触打印、气溶胶喷印。

为了适合DMF的液滴操纵，基底应电绝缘并且具有较低的表面粗糙度，以减少接触线摩擦。疏水/介电层(位于打印电极层的顶部上)的表面粗糙度应<1微米，以实现流畅的微滴移动，因此，对基底表面粗糙度的限制取决于疏水/介电层使这个基础的粗糙度变平整的能力。如果疏水/介电层是完全共形的，那么基底的表面粗糙度应小于约1微米，但一些疏水/介电涂层可允许更粗糙的基底。

为了适合电极的打印，基底应满足表面粗糙度和表面能量的某些限制，以使得导电墨水粘附到基底，并且邻近的液体形成邻接的导电特征。

将理解，对基底粗糙度和表面能量的具体限制取决于墨水与基底之间的物理和化学交互。如果表面能量太大，那么打印液滴将无法被限制成清晰的圆点，并且可不由自主地以不受控制的方式向外带走。如果表面能太低，那么墨水液滴可能以不受控制的方式在表面上汇积，并且可无法接触邻近的打印微滴，从而造成导电特征中出现间隙。

在一些实施例中，表面能量可以更改，以便促进将给定墨水打印在给定表面上。针对任何给定的墨水和表面，存在一定的表面能量范围，在该范围内，打印微滴将干燥，以形成清晰的圆点。下列方法中的任一个或所有方法都可用来改变表面能量，以便获得打印电极的条件。

在一个实施例中，根据这些微滴的体积和所得的干燥圆点的直径，微滴间距可调整以使得邻近微滴留下的点形成连续的导电特征。

在另一实施例中，可通过改变墨水的化学成分来控制表面能量。

在其他实施例中，在打印电极之前，基底或其表面可进行处理或更改。例如，通过表面的更改，例如，经过化学处理或等离子处理(例如，氧等离子处理)，可以控制表面能量(或者等效物或相关度量，例如，接触角)。图1A中示出这样的实施例，该图示出经过和不经过5分钟的氧等离子处理的打印在玻璃和聚酰亚胺胶带上的墨点(在254微米的网格上隔开的点)的测试图案的图像，以便示出表面能量对液滴形成的影响，具体而言，对它们的圆对称性和直径的影响。从此图中明白，表面性质可能以受控的方式更改，以便获得适合在其上打印电极的条件。

在其他实施例中，基底可由多孔或纤维的材料形成，并且可包括额外的阻挡层，所述阻挡层形成有适当的表面粗糙度和表面特征，以在其上支持电极的打印。参考图1B，示出示例性实施例，其中多孔基底110上形成数字微流体电极阵列。在一些实施例中，多孔基底110包括至少一个多孔层115，所述多孔层上设有阻挡层120。阻挡层120是适合在其上形成电极的层，例如，采用打印形成电极。如下文描述，除了阻挡层120之外，可以提供一个或多个额外的层，以便促进在其上形成电极。

图1B中示出的示例性阵列包括驱动电极130和贮存电极140，所述电极设置在阻挡层120上。在一个实施例中，每个电极可分别由所连接的专用接触电极激励，所述接触电极经由导电路径连接到所述电极(图1B中没有示出此类接触电极和导电路径)。电极130和140设有适于液滴输送的尺寸、间距和几何形状。下文详细描述合适的参数和几何范围。

在一些实施例中，多孔材料层可以是纤维材料。所述纤维材料可由天然存在的纤维素材料形成。例如，纤维层可来源于从木质纤维素材料中得到的纤维素木浆，例如，木头、碎布和/或草。

在一些实施例中，纤维层可以是一层或多层纸，或者纸基材料。纸或纸基材料可由造纸工艺形成，例如，包括化学制浆方法(诸如但不限于，牛皮纸浆制造法和亚硫酸盐制浆工艺)、机械法制浆，以及回收方法。所述纸可以是适合在其上形成电极的任何种类的纸，例如，打印和书写纸、包装纸、纸板、硬纸板、卡片纸、滤纸和其他特种纸。

在一些实施例中，纤维层可至少部分由编织纤维材料形成。编织纤维材料的实例包括纺织材料，例如，布料和以片状结构形成的其他织物。

在一些实施例中，纤维层和/或多孔层可至少部分由合成材料形成。合成材料的实例包括合成纺织材料，例如，聚酯织物、由聚合物形成的过滤材料、合成膜材料，以及侧流和蛋白质印迹材料，例如，硝化纤维。

在一些实施例中，多孔层的至少上部部分可包括用固体或液体物质浸透的多孔材料。如下文进一步描述，阻挡层不必是此类实施例需要的。

在一些实施例中，多孔基底110可包括一个或多个多孔的层，但任选地，不是纤维层。非纤维的多孔材料的实例包括由烧结颗粒、蚀刻材料和自组装多孔材料形成的多孔材料。

如上文所述，多孔基底110包括其上适合支持电极阵列的阻挡层120。根据各种方法，阻挡层120可由多种不同的材料形成。例如，在一些实施例中，根据2006年2月2日由博列洛(Bollstrom)等人提交的第2011/0293851号美国专利申请中揭示的方法，阻挡层可在纤维层上形成，所述专利申请以引用的方式全文并入本文。

阻挡层的一个实例是由阻挡材料形成的层，所述阻挡材料包括粘土(例如，高岭土)与聚合物(例如，胶乳)的混合物。此类阻挡层的一个示例性实施方案包括用约30pph的乙烯丙烯酸共聚物胶乳混杂的高岭土。所示这样的层适于导电墨水的打印。

图1C示出一组中间层180的另一示例性实施方案，在一些实施例中，可使用所述中间层来代替单个阻挡层。图1D示出适于在其上形成电极的中间层的示例性而非限制性的实施例。中间层180包括预涂层182、平滑层184、阻挡层122以及顶涂层。

如第2011/0293851号美国专利申请所揭示，例如，预涂层182可由下列材料形成，例如，粗矿物和/或颜料颗粒，例如，重质碳酸钙、高岭土、沉淀碳酸钙或滑石。所述颗粒通常可具有采用沉降测量到的大于1微米的平均尺寸，但所用的矿物/颜料的颗粒尺寸并不是关键因素。

如第2011/0293851号美国专利申请所述，平滑层184可由矿物和/或颜料颗粒形成，例如，碳酸钙、高岭土、煅烧高岭土、滑石、二氧化钛、石膏、白垩、白椴木(satinewhite)、硫酸钡、硅铝酸钠、氢氧化铝或者它们混合物中的任一个。所述矿物/颜料颗粒通常可具有采用沉降测量到的小于1微米的平均尺寸，并且在一些实施例中，平滑层的厚度可以是约3到7μm。

在一些实施例中，如第2011/0293851号美国专利申请所述，阻挡层122可包括滑石和矿物和/或颜料颗粒，它们会增加阻挡层的表面能量。阻挡层的表面能量的增加改善了顶涂层到阻挡层的粘附。所用的矿物/颜料颗粒可以与顶涂层中使用的相同，即，高岭土、沉淀碳酸钙(PCC)、重质碳酸钙(GCC)、滑石、云母或者包括所述矿物/颜料中的两个或更多的混合物。在一些实施例中，阻挡层的厚度可以是约1到25μm。

根据第2011/0293851号美国专利申请，较薄的顶涂层可以涂覆在阻挡层上。顶涂层包括矿物和/或颜料颗粒，以便改善最终基底的打印适性，并且有利的是，顶涂层尽可能地薄和平滑。可用在顶涂层中的典型矿物/颜料是碳酸钙、高岭土、煅烧高岭土、滑石、二氧化钛、石膏、白垩、白椴木、硫酸钡、硅铝酸钠、氢氧化铝或者它们混合物中的任一个、高岭土或沉淀碳酸钙(PCC)。顶涂层的厚度可以在约0.4到15μm内。

应理解，阻挡层的上述实例以及可以提供的额外层仅仅是说明性实例，并且可使用其他涂层或层，只要它们粘附到多孔层并且在其上支持电极的形成即可。

例如，可用于数字微流体阵列的打印的替代类型的基底是类似于商用照片纸的纸质基底。与前述阻挡涂覆的基底相比，商用照片纸，诸如爱普生(Epson)和惠普公司(HP)制造的那些呈现出适当的表面性质(粗糙度和表面能量)。因此，预期此类纸质基底可适于打印与上述那些类似(并且可能甚至更小)的导电特征。应注意，尽管合并了阻挡层的前述多层纸可作为由薄阻挡层涂覆的标准和典型纸质基底，但照片纸似乎具有洒满材料的基底，所述材料改变基底的全部或至少上部部分的疏水性(与只在顶部和底部上形成阻挡层相反)。例如，已观察到，在激光蚀刻到各种深度时，此类照片纸基底似乎不吸水。因此，在一些实施例中，具有适当表面粗糙度的此类浸透的多孔基底可用于在其上打印数字微流体电极，而无需其表面上的阻挡层。

还将理解，尽管上述实例涉及使用打印方法在多孔基底(包括多孔层和阻挡层)上形成数字微流体电极，但在其他实施例中，电极可经由其他非打印工艺形成在阻挡层(或者设于阻挡层上的适当层)上，例如，电子束蒸发、溅射以及其他沉淀法，之后再进行适当的删减制造方法或步骤，以产生所需的电极特征(例如，采用光刻法和激光烧蚀)。

再次参考图1B，将了解，经由在其上形成一个或多个介电和疏水层，这个示例性结构适于用作DMF装置。图1D中提供的截面图示出此类层的添加。这个示例性实施方案示出基于多孔材料的DMF装置的截面，其中多孔基底110(包括多孔层115和阻挡层120)支持驱动电极130和132。驱动电极130和132以及阻挡层120的以其他方式暴露的顶部表面示为涂覆有介电层150(例如，聚对二甲苯)和疏水层(例如，特氟龙)。将理解，这个实施例只是DMF结构的一个实例，并且在其他实施例中，具有疏水表面的单个介电层可用来涂覆电极130、132和阻挡层120。

图2示出经由电极的打印而在纸质基底(其上设有阻挡层)上形成的数字微流体装置的阵列的照片。每个数字微流体装置200包括驱动电极205和贮存电极210。接触电极215通过导电路径220连接到驱动电极和贮存电极。

图3A和图3B示出由喷墨打印机打印的替代示例性数字微流体装置的图解，示出驱动电极300和350、贮存电极310和360、接触电极320和370，以及导电路径330和380。

图1D中所示的示例性DMF装置可用作单板DMF结构。在其他实施例中，图1D中所示的示例性DMF装置可用作双板DMF装置的底板(或顶板)。在此类实施例中，界定中间间隙的一个或多个间隔物和顶板可具有与图1D所示的装置类似的结构，例如，具有单个综合顶板电极或者具有多个顶板电极。在其他实施例中，顶板可采用透明基底的形式，例如，玻璃板或聚合物薄膜，所述基底上设有形成的一个或多个导电电极(例如，由氧化铟锡形成的透明电极，但也可使用不透明的电极)，并且涂覆由合适的疏水层和任选的介电层。例如，此类实施例可提供包括可多次使用的顶板和一次性底板的套件。

还将理解，采用类似于传统玻璃基DMF装置的形式，本文所述的DMF装置应能够在户外和油浸的环境下操作。可能无需对装置进行任何更改便可在油环境中操作。类似于传统DMF装置，当用油操作时本文中揭示的装置预期具有类似的优点，包括激励电压较低、消除液滴蒸发、减少表面生物淤积以及不太严格地要求电极间距和“沟槽”深度。同样地，本文中揭示的DMF装置在油中操作时将经历与玻璃装置相同的缺点，包括多余地将液滴中的分析物抽到周围的油介质中、与油混溶液不相容以及装置漏油。

再次参考图1D，用于形成数字微流体装置的重要特征是空间分辨率，这确定了可使用的最小电极间距。电极间距(之后称为“电极间沟槽宽度”)可能是重要参数，因为分开较大间隙(例如，大于约100μm)的相邻电极对于微滴移动来说可能成问题[21]。图1D中在160处示出电极间沟槽宽度。为了促进平滑的微滴移动，电极之间的电极间沟槽宽度应足够小，以便源于相邻(被激励的)电极的电场与液滴的前缘静电交互。这个电极间沟槽宽度应在5到100μm之间，但这个范围的上端的大小可导致与一些液体、较小微滴等相关的问题。电极间沟槽宽度的较小值(例如，介于约5到50μm之间)是优选的，并且对所有的可行条件来说应是足够的。尽管在涉及在多孔基底上形成电极阵列的实例中示出并描述了这个标准，但将理解，这个标准以及下文描述的额外标准还涉及在非多孔基底上形成的DMF电极阵列。

执行分辨率测试图案以便针对具有阻挡层的示例性纸基基底来测试上述喷墨打印方法的分辨率。图4示出使用这种方法的小到30μm的水平和垂直特征能力，这适于DMF。通常，观察到较大的特征中由电短路或断路造成的故障概率较低。因此，所示纸基DMF装置中使用的驱动电极形成有约60到90μm的电极间间距。可能的是，通过调整阻挡层的墨水或表面性质或者其上设置的额外顶涂层来进一步减小这个间隙。

已经发现可以显著影响DMF装置中的液滴输送的另一几何参数是相邻电极之间形成的沟槽(例如，间隙或通道)的深度，之后称为“电极间沟槽深度”。图1D中的170处示出所述沟槽深度，并且这个参数与电极高度175相关联。在一些实施例中，电极间沟槽深度应小于1μm(优选<500nm的深度)。

有益的是，将经由本文中揭示的方法可达到的电极间沟槽深度和宽度与使用DMF装置的基于PCB的制造可达到的那些进行对比。已经表明，归因于PDB的铜层厚度，制造在PCB上的DMF装置可达到的电极间沟槽深度大于15μm。此类较深的电极间沟槽深度可导致液滴激励和输送的性能较差。此外，典型的PCB制造工艺无法产生小于100μm的特征，从而将电极间沟槽宽度限制在大于100μm，也导致由相邻电极之间的相对较大间隔造成的性能问题。

应注意，沟槽深度的上述论述涉及空气基DMF装置。当此类装置与注油介质操作时，达到约10μm的电极间沟槽深度和达到约150μm的电极间沟槽宽度可以是足够的。

另一相关性能特征是电极和导电路径的导电性。导电性较差的薄电极可造成焦耳加热和/或无计划的电压降。如图9所示，喷墨打印的迹线电阻随着烧结时间而降低，并且如图10所示，已发现这些迹线的电阻比具有采用标准光刻法(即，玻璃上铬)制造的相同设计的装置的电阻低500倍。本文中描述的示例性装置用约10s的烧结时间制造而成。图9示出其他烧结时间也可用来实现低导电性。

可影响DMF装置的性能的另一参数是表面形貌，该参数因表面形貌的随机变化而存在，并且经常被量化成表面粗糙度。用来操纵DMF装置上的微滴的静电驱动力通常是大约数十μN。为了让微滴移动，这个施加的力必须超出对抗微滴运动的阻力。阻力可由粘性阻力(微滴和填充介质(例如，油或空气)中的粘性阻力)和接触线摩擦构成，所述接触线摩擦是装置表面与液体之间的交互的性质。在多数情况下(且尤其是在填充空气的装置中)，大部分的阻力都是因为接触线摩擦。通过使用疏水涂层、用油填充装置、密封油中的微滴等，可减少接触线摩擦。

接触线摩擦还受到基底的表面粗糙度影响。降低表面粗糙度通常可减少接触线摩擦，并且具体而言，减少电极之间的“沟槽”的深度可防止局部接触线固定。表面形貌对于承载由光刻法(通常用在学术实验室中)进行图案化的金属电极的玻璃DMF装置的影响可以忽略；而相比之下，由PCB制造形成的DMF装置的性能可被形貌严重降低[21]。实际上，与通常大于1μm的印刷电路板(PCB)的表面粗糙度相比，针对根据本文中揭示的方法制造的装置测量到的平滑表面(表面粗糙度<100nm)是应用到纸的阻挡涂层和表面处理的结果。因此，在一些实施例中，打印数字微流体装置的表面粗糙度小于约1μm、小于约500nm，或者小于约100nm。

如图11A和图11B所示，对于如本文所述制造的示例性装置而言，形成在阻挡层上的银层的表面粗糙度恰好。这与图12中所示的液滴速度测量值一致，所述测量值非常接近获取的那些。

本文中提供的实施例可用来提供大量的DMF装置，以用于使用打印在多孔基底上的电极来执行各种基于液滴的方案，例如，基于液滴的测定。例如，本文中揭示的实施例可适于实施当前使用现有的纸质微流体平台无法实现的复杂多步骤测定。

此外，在一些实施例中，DMF装置可形成在包括亲水层(例如，亲水纤维和/或多孔层)的多孔基底上，所述亲水层中可适于合并一个或多个基于通道的微流体特征或元件，从而提供混合DMF-微通道装置。例如，结合更传统的基于毛细管流的纸质微流体技术，此类混合装置可用来将DMF用于复杂的微滴操纵。

图5示出示例性DMF装置400，所述装置是通过更改图1D的DMF装置以允许DMF层与基础亲水层410之间的流体连通而获得的。下部阻挡层425已被添加，以限制亲水层410内的流体流，并且阻挡层420在两个位置被暴露。在440处，穿过电极430并且穿过阻挡层420形成孔口。在450处，阻挡层420被移除，以暴露基础亲水层，例如，以便接近或可见其中形成的微流体通道。

可以合并的基于毛细管流的纸质微流体技术的实例包括，但不限于，电喷雾(例如，纸喷雾)质谱仪发射器，其包括形成作为尖端的亲水基底700的暴露部分，如图6A所示。此类装置的另一实例在图8中示出。电喷雾质谱仪发射器需要用于喷雾的尖锐尖端，以及用于喷雾电势的外部高压电源。在移除顶部阻挡层(例如，图5所示的区域450)之后或者通过形成穿过阻挡层到达下方亲水纸(例如，图5中的440处所示)的进入孔，电喷雾(例如，纸喷雾)发射器的三角形可在DMF装置的边缘处被切断。经由连接到浸湿的纸喷雾发射器的导电夹，或者通过直接打印在纸喷雾发射器的亲水纸上的电极，可以施加喷雾电压。

混合装置的其他实例包括混合DMF-微通道和/或侧流装置，其中DMF阵列设置在亲水基底上(位于上述阻挡层上)，并且其中阻挡层的一部分被移除，以暴露被配置作为微通道或侧流膜的基础亲水层，从而允许接触并将液滴吸附到亲水层中以及允许亲水层内的有向流。在一个实施例中，侧流通道可以作为较宽通道，如在传统侧流装置中那样。在另一实施例中，所述通道可以是由疏水壁限定的微通道(例如，具有1mm或更小的直径)，如在纸基微流体通道中那样。侧流通道或微通道可合并干燥和/或固定的试剂，以用于执行测定，例如，比色测定。图6B示出基于微通道的装置的示例性实施方案，所述装置将限定的微通道710用于侧流和/或分隔，其可通过孔口720进入。

在图6C示出的另一示例性实施例中，DMF装置可适于暴露亲水层的具体区域，以便提供亲水垫730。疏水壁可环绕暴露的疏水区域形成，以便限制其中的液体并且限制亲水垫的吸附能力。此类实施例可用于生物样品装载，例如，将样品装载到数字微流体装置上，从而解决芯片界的问题。例如，亲水垫可用来提供干血点(DBS)或干尿点(DUS)。在这种情况下，样品可完全合并到装置中，从而使得在处理和分析之前更容易进行样品收集。一个或多个垫也可或者替代地用来提供干化剂，以用于测定。如附图中示出，亲水垫在DMF电极内取向，以促进液滴在所述垫上流畅地移动，例如，以便进行析出、化学衍生化以及其他处理步骤。

在一个实施例中，DMF装置可完全组装(例如，顶板和底板与封闭电极阵列的部分或整个垫圈附接)，并且血样或尿样可通过装置底部上的亲水垫引入(和/或装置的顶部是形成在顶板中的此类特征)，因为亲水垫将有效地充当使用毛细管作用的通孔。此类实施例的有益之处在于，在样品或试剂装载到装置的过程中，它将防止装置的工作疏水表面被刮擦、弄脏或以其他方式被污染。

尽管每个混合平台可提供独特的功能，但用于每个实施例的装置形式通常包括(i)顶部阻挡层被移除以暴露下方的亲水基底的区域，和/或(ii)孔洞或其他孔口穿过顶部阻挡层达到亲水基底的区域，从而使得液滴可行进到基底并且通过该孔洞进入所述基底。

在又一实施例中，阻挡层的一部分被移除，以暴露基础亲水层，所述基础亲水层可充当形成在阻挡层上的DMF阵列的蓄废器。例如，如果电极放置在暴露区域的附近或邻近，或者例如，如果电极的一部分也被移除以暴露基础亲水层，那么接触电极的液滴可以或将流到基础亲水层中，从而所述基础亲水层充当隐藏的蓄废器。在一些实施例中，整个基础层可作为隐藏蓄废器，而在其他实施例中，可经由基础亲水层内的疏水壁来界定一个或多个隐藏蓄废器。在另一实施例中，充当蓄废器的装置的亲水部分将放置成与外部吸收垫物理接触，以进一步提高废液存储能力。

图7示出分解图，示出了对示例性混合装置的各个层作出的更改。顶部阻挡层被移除以在800处的装置上的具体位置暴露下方亲水基底，从而形成通向亲水层的穿孔。在一个实施例中，阻挡层可在应用DMF装置的介电层和疏水层之前移除，并且该区域将被掩盖，以防止介电层和疏水层沉积在暴露的裸纸上。在所需的区域中，阻挡层可选择性地图案化或完全移除。例如，这可通过机械移除、激光蚀刻或化学蚀刻(例如，用酸进行的湿化学蚀刻，或者氧气反应离子蚀刻)来实现。如附图所示，亲水纸中的通道810或垫的几何形状可由疏水壁820或疏水边界区域界定。将理解，在所需的疏水区域可使用若干种方法形成亲水壁，包括但不限于，将蜡涂到亲水材料以及对疏水区域进行光刻图案化(例如，使用SU-8光致抗蚀剂)。在另一实施例中，通过从环绕通道的区域中机械移除亲水材料来形成通道“切口”，可以形成所述通道。

尽管已单独呈现混合装置的前述示例性实施例，但将理解，这些混合实施例中的两个或更多可合并到单个装置上。例如，单个混合装置可包括用于样品装载的亲水垫和用于MS分析(析出和分析干血点中的药物)的纸喷雾发射器，以及这些或其他混合实施例的任何其他组合。

在另一实施例中，疏水特征，例如，点或通道可形成在非多孔基底的表面上，并且与DMF电极的打印阵列整合。例如，最近已展示具有亲水特征的非多孔基底(例如，聚合物薄膜)。田(Tian)等人的方法[《微型实验室11》第17期(2011年8月8日)2869到2875页的田俊飞、李旭和沈伟的“用于化学分析和ELISA的打印二维微区板”(Tian,Junfei,Xu Li,andWei Shen.“Printed Two-dimensional Micro-zone Plates for Chemical Analysis andELISA.”Lab on a Chip 11,no.17(August 8,2011):2869–2875)，doi:10.1039/C1LC20374F]涉及喷墨打印UV固化清漆，其上施加了纤维素或其他材料的细粉。在UV固化之后，粉末颗粒被固化的清漆固定，从而导致形成多孔的亲水特征。

因此，在一个实施例中，亲水元件可使用此类方法制造在其上有DMF阵列(例如，经由打印形成，如上所述)的基底上，其中DMF基底无需多孔或含有隐藏的亲水层。此类亲水元件可与DMF阵列整合，以提供混合装置(例如，具有集成式干血点区域、侧流通道、蓄废器和/或电子喷雾特征)的打印DMF电极。

在又一实施例中，一个或多个传感器点电极可打印在具有数字微流体阵列的基底上，例如但不限于，用于电化学检测和/或阻抗感测的电极。

呈现下列实例以使得所属领域的技术人员能够理解和实践本发明的实施例。它们不应被视作限制本发明的范围，而是仅说明和表示本发明。

实例

实例1：材料和试剂

除非另有说明，否则从西格玛奥瑞奇公司(安大略省奥克维尔)(Sigma-Aldrich(Oakville,ON))购买试剂。去离子(DI)水在25℃下的电阻率为18MΩ·cm。普朗尼克(Pluronic)L64(德国巴斯夫公司，BASF Corp.,Germany)由加拿大布伦塔格(安大略省多伦多)(Brenntag Canada(Toronto,ON))慷慨捐赠。用于装置打印的多层涂覆纸质基底由芬兰奥博大学的M·托伊瓦卡教授(Prof.M.Toivakka of University,Finland)[27]惠赠。芯片上的试剂溶液从供应商获取或者内部定制。来自供应商的试剂包括来自雅培公司(伊利诺伊州雅培科技园)(Abbott Laboratories(Abbott Park,IL))的风疹IgG标准试剂和涂有顺磁微粒的风疹病毒，以及SuperSignal ELISA Femto化学发光底物，包括来自赛默飞世尔科技公司(伊利诺伊州罗克福德)(Thermo Fischer Scientific(Rockford,IL))的稳定过氧化物(H2O2)和鲁米诺强化剂溶液。定制的DMF相容的洗涤缓冲液和偶联物稀释剂如先前所述那样制备[24,26]。在使用之前，风疹IgG标准试剂在含有4％牛血清白蛋白(BSA)的杜尔贝科磷酸盐缓冲液(DPBS)中稀释，并且化学发光底物分别以0.05％和0.025％的v/v添加普朗尼克L64。通过在偶联物稀释剂中稀释辣根过氧化物(HRP)偶联的山羊多克隆抗人IgG(16ng/mL)来形成偶联物工作液。通过以"1.5×108颗粒/mL在来自赛默飞世尔科技公司(伊利诺伊州罗克福德)的Superblock TBS中粒化、洗涤和重悬浮微粒，形成微粒工作悬液。

实例2：DMF装置制造

通过喷墨打印连接到接触垫的银驱动电极和贮存电极的阵列来形成纸质DMF装置。图1A和图1B含有此类基底的代表照片，如图所示，使用两种不同的设计。设计A包括5个贮存电极(4.17x4.17mm)和19个驱动电极(1.65x1.65mm)，并且设计B包括8个贮存电极(5.6x5.6mm)和38个驱动电极(2.16x2.16mm)。在实践中，每个纸质基底形成装置底板，所述底板与导电顶板接合，以操纵夹在它们之间的400-800nL微滴。

通过根据制造商提供的数据表，使用北极星(Dimatix)DMP-2800喷墨打印机(加利福尼亚州圣克拉拉的北极星公司(FUJIFILM Dimatix,Inc.,Santa Clara,CA))和熙日电子(SunTronic)U6503基于银纳米颗粒的墨水将电极图案打印在纸质基底上，形成DMF底板。打印之后，基底使用1500W的红外线灯[28]在～1cm的距离处烧结10s。

设计A还制造有玻璃上铬基底，如先前所述[22]。如下文进一步描述，设计B用于风疹IgG免疫测定，而设计A用于所有其他的实验。

迄今为止，已经制造出一百种以上的工作纸基DMF装置。所述装置制造起来比较廉价且快速；墨水和纸的成本少于$0.01/装置，并且设计A和B各自需要约1和2分钟进行打印。将理解，这些成本和时间基于使用单个打印机来打印单个装置，并且随着打印电子领域逐渐成熟和/或如果这些方法规模化至更大的生产运行，预期成本和速度都将改善。例如，当订购小批量时商用导电墨水仍相对较贵，例如，～$30/mL，并且与本实例中同时使用的<6相比，典型的办公喷墨打印机(依赖于相同的压电原理)具有>100个喷嘴。由于打印时间与喷嘴数量成反比，因此，预期在将来，有可能将这个时间减少到数秒/装置。

纸质基底附加到玻璃载片，以方便处理。特氟龙接头密封胶带(俄亥俄州克利夫兰的麦克马斯特公司(McMaster-Carr,Cleveland,OH))缠绕在电接触垫的周围，以防止它们被随后的绝缘层覆盖。两种类型的基底(玻璃和纸)用气相沉积仪器(印第安纳州印第安纳波利斯的特殊涂料公司(Specialty Coating Systems,Indianapolis,IN))涂覆有6.2μm的聚对二甲苯-C，并且通过旋涂(在全氟三丁胺(Fluorinert)FC-40中以1％wt/wt在1000rpm下旋转30s)以及在160℃后烘10min来涂覆～50nm的特氟龙-AF 1600(特拉华州威明顿市的杜邦公司(DuPont,Wilmington,DE))。氧化铟锡(ITO)涂覆的玻璃板(明尼苏达州斯蒂尔沃特的三角洲科技有限公司(Delta Technologies Ltd.,Stillwater,MN))也涂覆了50nm的特氟龙-AF(如上)，以用作装置顶板。通过堆叠两件双面胶带(每件～80μm)来接合顶板和底板，从而形成～440nL(设计A)和～750nL(设计B)的单位微滴体积(覆盖单个驱动电极)。

实例3：玻璃和纸基DMF装置的导电性

使用福禄克179数字万用表(Fluke 179True RMS Digital Multimeter)来测量喷墨打印的纸上银的2cm长/150μm迹线上的导电性；针对每个条件评估9条迹线(三个单独的装置上各3条)。针对3个纸质装置和3个玻璃上铬装置，针对设计A的所有电极来测量接触垫与驱动电极之间的电阻。如图9所示，喷墨打印的迹线电阻随着烧结时间而降低，并且如图10所示，已发现这些迹线的电阻比具有采用标准光刻法(即，玻璃上铬)制造的相同设计的装置的电阻低500倍。

实例4：玻璃和纸基DMF装置的表面粗糙度

扫描电子显微镜(SEM)用来评估此处使用的纸质装置的表面形状(图11A和图11B)。如图所示，喷墨打印纸质装置的银层的厚度<500nm，这比由PCB形成的装置上通常见到的10到30μm厚的电极要薄得多(注意，基于PCB的DMF装置上的电极之间的深“沟槽”已被报告对微滴移动来说成为问题[19-21])。原子力显微镜(AFM)用来评估表面粗糙度，从而暴露纸上银裸基底的表面粗糙度(Ra)为Ra≈250nm，并且在聚对二甲苯-C和特氟龙沉积之后银-纸质基底的表面粗糙度为Ra<100nm。这些值比针对PCB DMF装置报告的那些小一个和两个数量级[18-20]。

二次电子模式下的S-3400N变压SEM(伊利诺伊州绍姆堡的日立高科美国公司(Hitachi High Technologies America,Inc.,Schaumburg,IL))以5kV的加速电压获得SEM图像。表面粗糙度估计依据的是轻敲模式(1Hz的扫描率)下的数字仪器Nanoscope IIIAmultimode AFM(加利福尼亚州圣巴巴拉的布鲁克纳米表面仪器部(Bruker Nano Surface,Santa Barbara,CA))在空气中测量到的125x 125μm窗口(512x 512样品)的绝对高度值的算术平均值。在分析之前，所有的图像都经受零次展平和二次平面适配过滤器。

最直接地测量表面形貌对DMF性能的影响是评估单独微滴的激励。装置通过伸缩探针连接器而接合到DropBot微滴控制器，其中所述控制器具有[24]或不具有[22]集成式磁力控制。微滴受到控制并且使用基于阻抗的反馈电路[22]来测量速度。

图12A和图12B示出纸质装置上的水滴的可动性。水滴的瞬时速度由阻抗感测[22]进行测量，并且数据表明纸质DMF装置的性能比得上采用光刻法形成的玻璃装置的性能。

实例5：使用纸基数字微流体装置的均质化学发光测定的示例

HRP标准液(在添加0.05％v/v L64的DPBS中，100μU/mL)的微滴和洗涤缓冲液的微滴从贮存器分配、混合并且融合，以形成稀释系列(1倍、2倍、4倍)。一滴SuperSignal化学发光底物随后分配并与每滴稀释的HRP混合和融合，并且汇积的微滴混合40秒、驱动到检测区域，而且在2分钟之后用H10682-110PMT(日本滨松的滨松光学株式会社(HamamatsuPhotonics K.K..,Hamamatsu,Japan))测量发射光。每个条件重复3次。

执行两个测试，以探测纸质DMF装置用于执行复杂多步骤测定的能力。作为第一测试，探究针对均质化学发光测定来生成芯片上连续稀释和校准曲线的能力：混合有鲁米诺/H2O2的释辣根过氧化物(HRP)。如图13A到图13E所示，这个实验需要63个独立的步骤：27个分配、18个混合、6个分离和12个测量。从总共的三个初始用移液管移液的步骤，可形成四点校准曲线。尽管这比较复杂，但测定直接以可重复的方式在纸质DMF装置上实施(图14，R2＝0.993)。图15示出步骤4之后的装置的照片，其中为了可视化而移除顶板。该测定的复杂性使得它可能难以或者不可能在毛细管驱动的纸质装置上实施。

实例6：使用纸基数字微流体装置的风疹IgG免疫测定的示例

作为使用纸质DMF探究复杂测定开发的可行性以及示出这些装置对于低成本诊断测试的适应性的第二测试，选择实施风疹IgG夹心ELISA。风疹又称德国麻疹，是由风疹病毒引起的疾病。尽管在出生后得风疹会引起一些并发症，但先天风疹综合症可导致严重的发育缺陷，包括失明、耳聋以及终止妊娠[23]。

风疹的ELISA需要较大的电极阵列、使用磁珠连接的抗体以及用于分离和洗涤的机动化磁体(图16)[24]。每个评估的浓度需要30个独立的步骤(11个分配、10个混合、8个磁分离以及1个测量)。最重要的是，如图17所示，所述方法可重复(R2＝0.988)并且比较灵敏(检测限度＝0.15IU/mL)，从而示出检测远低于10IU/mL临床阈值的浓度的能力[25]。由于对多种抗体而言，可商购磁珠，因此，预期这个过程可提供涉及量化广泛相关生物标记的总体蓝图。此外，除了低装置成本的明显益处，这个方法保留较高的分析性能，其中相对于传统的自动化免疫测定分析器[24,26]，大大减少了样品体积。

通过实例示出上述具体实施例，但应理解，这些实施例可能有多种修改和替代形式。应进一步理解，权利要求书并不意图限于所揭示的特定形式，而是覆盖落入本发明的精神和范围内的所有修改、等效物和替代。

参考文献

[1]《应用化学》，2007年第46期，1318-1320，A·W·马丁内斯、S·T·菲利普斯、M·J·布特、G·M·怀特赛兹。(A.W.Martinez,S.T.Phillips,M.J.Butte,G.M.Whitesides,Angew.Chem.Int.Ed.2007,46,1318–1320.)

[2]《微型实验室》，2008年第8期，1988-1991，W·赵、A·范登博格。(W.Zhao,A.vanden Berg,Lab.Chip 2008,8,1988–1991.)

[3]《生物微流体》，2012年第6期，011301，X·李、D·R·巴莱利尼、W·沈。(X.Li,D.R.Ballerini,W.Shen,Biomicrofluidics 2012,6,011301.)

[4]《微型实验室》，2012年第12期，4321-4327，G·E·弗里德利、H·Q·乐、E·付、P·耶格尔。(G.E.Fridley,H.Q.Le,E.Fu,P.Yager,Lab.Chip 2012,12,4321–4327.)

[5]《分析化学》，2008年第80期，3699-3707，A·W·马丁内斯、S·T·菲利普斯、E·卡里略、S·W·托马斯、H·辛迪、G·M·怀特赛兹。(A.W.Martinez,S.T.Phillips,E.Carrilho,S.W.Thomas,H.Sindi,G.M.Whitesides,Anal.Chem.2008,80,3699–3707.)

[6]《应用化学》，2010年第49期，4771-4774，C·M·程、A·W·马丁内斯、J·龚、C·R·梅斯、S·T·菲利普斯、E·卡里略、K·A·米瑞卡、G·M·怀特赛兹。(C.-M.Cheng,A.W.Martinez,J.Gong,C.R.Mace,S.T.Phillips,E.Carrilho,K.A.Mirica,G.M.Whitesides,Angew.Chem.Int.Ed.2010,49,4771–4774.)

[7]《国家科学院院刊》，2008年第105期，19606–19611，A·W·马丁内斯、S·T·菲利普斯、G·M·怀特赛兹。(A.W.Martinez,S.T.Phillips,G.M.Whitesides,Proc.Natl.Acad.Sci.2008,105,19606–19611.)

[8]《美国化学杂志》，2011年第133期，17564–17566，H·刘、R·M·克鲁克斯。(H.Liu,R.M.Crooks,J.Am.Chem.Soc.2011,133,17564–17566.)

[9]《微型实验室》，2010年第10期，918–920，E·付、B·卢茨、P·考夫曼、P·耶格尔。(E.Fu,B.Lutz,P.Kauffman,P.Yager,Lab.Chip 2010,10,918–920.)

[10]《分析化学》，2008年第80期，9131–9134，X·李、J·田、T·阮、W·沈。(X.Li,J.Tian,T.Nguyen,W.Shen,Anal.Chem.2008,80,9131–9134.)

[11]《微型实验室》，2011年第12期，174–181，A·V·戈文达拉扬、S·拉马钱德兰、G·D·维吉尔、P·耶格尔、K·F·波琳热。(A.V.Govindarajan,S.Ramachandran,G.D.Vigil,P.Yager,K.F. Lab.Chip 2011,12,174–181.)

[12]《微型实验室》，2011年第11期，2869–2875，J·田、X·李、W·沈。(J.Tian,X.Li,W.Shen,Lab.Chip 2011,11,2869–2875.)

[13]《欧洲化学》，2012年第18期，4938–4945，J·严、L·葛、X·宋、M·严、S·葛、J·于。(J.Yan,L.Ge,X.Song,M.Yan,S.Ge,J.Yu,Chem.–Eur.J.2012,18,4938–4945.)

[14]《生物传感器与生物电子学》，2012年第31期，212–218，S·王、L·葛、X·宋、J·于、S·葛、J·黄、F·曾。(S.Wang,L.Ge,X.Song,J.Yu,S.Ge,J.Huang,F.Zeng,Biosens.Bioelectron.2012,31,212–218.)

[15]《分析家》，2012年第137期，3821–3827，S·王、L·葛、X·宋、M·严、S·葛、J·于、F·曾。(S.Wang,L.Ge,X.Song,M.Yan,S.Ge,J.Yu,F.Zeng,Analyst 2012,137,3821–3827.)

[16]《化学通讯》，2013年第49期，1383–1385，J·严、M·严、L·葛、J·于、S·葛、J·黄。(J.Yan,M.Yan,L.Ge,J.Yu,S.Ge,J.Huang,Chem.Commun.2013,49,1383–1385.)

[17]《分析化学年度评论》，2013年第5期，413–440，K·曹、A·H·C·吴、R·福贝尔、A·R·惠勒。(K.Choi,A.H.C.Ng,R.Fobel,A.R.Wheeler,Annu.Rev.Anal.Chem.2012,5,413–440.)

[18]《微全分析系统国际学术会议会报》，2005年，地566到568页，P·Y·派克、V·K·帕米拉、M·G·波拉克、K·查克拉巴蒂。(P.Y.Paik,V.K.Pamula,M.G.Pollack,K.Chakrabarty,in Proc Intl Conf MicroTAS,2005,pp.566–568.)

[19]《佛罗里达州迈阿密IEEE MEMS会报》，2005年，第726到729页，J·龚、C·J·金(J.Gong,C.J.Kim,in Proc.IEEE MEMS,Miami,Florida,2005,pp.726–729.)

[20]《先进材料》，2007年第19期，133-137，M·贾华德、A·R·惠勒。(M.Abdelgawad,A.R.Wheeler,Adv.Mater.2007,19,133–137.)

[21]《微流体动力学与纳流体动力学》，2008年第4期，349–355，M·贾华德、A·R·惠勒(M.Abdelgawad,A.Wheeler,Microfluid.Nanofluidics 2008,4,349–355.)

[22]《应用物理学快报》，2013年第102期，193513，R·福贝尔、C·福贝尔、A·R·惠勒。(R.Fobel,C.Fobel,A.R.Wheeler,Appl.Phys.Lett.2013,102,193513.)

[23]《柳叶刀》，2004年第363期，1127–1137，J·巴纳特维拉、D·布朗。(J.Banatvala,D.Brown,The Lancet 2004,363,1127–1137.)

[24]《分析化学》，2013年，DOI 10.1021/ac401847x，K·曹、A·H·C·吴、R·福贝尔、D·A·张燕、L·E·亚纳尔、E·L·皮尔森、C·M·奥勒卡斯卡、A·T·费舍尔、R·P·洛玛、J·M·罗宾逊、J·奥黛特、A·R·惠勒。(K.Choi,A.H.C.Ng,R.Fobel,D.A.Chang-Yen,L.E.Yarnell,E.L.Pearson,C.M.Oleksak,A.T.Fischer,R.P.Luoma,J.M.Robinson,J.Audet,A.R.Wheeler,Anal.Chem.2013,DOI10.1021/ac401847x.)

[25]《病理学》，1996年第106期，170–174，L·P·斯丹茨尔、艾姆·J·克兰(L.P.Skendzel,Am.J.Clin.Pathol.1996,106,170–174.)

[26]《分析化学》，2012年第84期，8805–8812，A·H·C·吴、K·曹、R·P·洛玛、J·M·罗宾逊、A·R·惠勒。(A.H.C.Ng,K.Choi,R.P.Luoma,J.M.Robinson,A.R.Wheeler,Anal.Chem.2012,84,8805–8812.)

[27]《有机电子学》，2009年第10期，1020–1023，R·博列洛、A·曼特兰、D·塔比约克、P·哈来宁、N·凯霍维特亚、R·奥斯特贝卡、J·佩尔托宁、M·托伊瓦卡。(R. A. D. P.Ihalainen,N.Kaihovirta,R. J.Peltonen,M.Toivakka,Org.Electron.2009,10,1020–1023.)

[28]《固体薄膜》，2012年第520期，2949–2955，D·塔比约克、H·阿尼奥、P·普金尼、R·博列洛、A·曼特兰、P·哈来宁、T. J·佩尔托宁、M·托伊瓦卡、H·特夫、R·奥斯特贝卡。(D. H.Aarnio,P.Pulkkinen,R. A. P.Ihalainen,T. J.Peltonen,M.Toivakka,H.Tenhu,R. Thin SolidFilms 2012,520,2949–2955.)

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