具有改进的气体管理的电渗泵

IPC分类号 : F04B19/00,F04B37/00,F04B37/10

申请号

CN200980147374.3

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专利摘要

提供电渗（EO）泵，其包括具有泵腔的壳体、多孔芯介质以及电极。多孔芯介质定位在泵腔内，以形成外贮存器，该外贮存器至少部分地绕多孔芯介质的外表面延伸。多孔芯介质具有在其中提供的开口内腔。内腔代表内贮存器。电极定位在内腔中并且定位成靠近外表面。电极引发流体流通过内和外贮存器之间的多孔芯介质，其中当电极引发流体流时产生气体。壳体具有流体入口，以将流体传输至内贮存器和外贮存器中的一个。壳体具有流体出口，以从所述内贮存器和外贮存器中的另一个排出流体。壳体具有气体移除装置，以从泵腔移除气体。

权利要求

1. 一种电渗（EO）泵，包括：

壳体，所述壳体具有泵腔；

多孔芯介质，所述多孔芯介质定位在所述泵腔内以形成外贮存器，所述外贮存器至少部分地围绕所述多孔芯介质的外表面延伸，所述多孔芯介质具有在其中提供的开口内腔，所述内腔代表内贮存器；和

电极，所述电极定位在所述内腔中并且靠近外表面定位，所述电极引发流体流通过所述内和外贮存器之间的多孔芯介质，其中，当电极引发流体流时产生气体；

所述壳体具有流体入口，以将流体传输到所述内贮存器和外贮存器中的一个中，所述壳体具有流体出口以从所述内贮存器和外贮存器中的另一个排出所述流体，所述壳体具有气体出口以从所述泵腔排出气体。

2. 根据权利要求1所述的EO泵，其中，所述气体出口包括液体不可渗透、气体可渗透膜，以阻碍流体流从其通过，同时允许气体从其流动通过。

3. 根据权利要求1所述的EO泵，其中，所述多孔芯介质围绕纵向轴线卷绕，所述纵向轴线沿着所述内贮存器突出，所述内贮存器具有至少一个开口端。

4. 根据权利要求1所述的EO泵，其中，所述多孔芯介质形成为细长圆柱体且在第一端开口，所述内贮存器定位在所述圆柱体中，所述外贮存器围绕所述圆柱体的外表面延伸。

5. 根据权利要求1所述的EO泵，其中，所述内贮存器具有开口端，所述多孔芯介质定向成使得所述内贮存器的所述开口端相对于重力竖直定位在所述多孔芯介质上方，使得在所述内贮存器中产生气体时，所述气体从所述内贮存器逸出通过所述开口端并且行进至气体移除装置。

6. 根据权利要求1所述的EO泵，其中，所述多孔芯介质构成圆柱形玻璃料，所述玻璃料以竖立配置放置在所述泵腔内，以将所述泵腔分离成内贮存器和外贮存器。

7. 根据权利要求1所述的EO泵，其中，所述电极包括放置在所述内贮存器中的阳极和放置在所述外贮存器中的阴极，以产生从所述内贮存器至所述外贮存器通过所述多孔芯介质的流体流。

8. 根据权利要求1所述的EO泵，其中，所述泵腔包括底壁，所述多孔芯介质定位在所述底壁上，所述底壁包括从其通过的流体入口，以将流体传送到所述多孔芯介质的内腔中。

9. 根据权利要求1所述的EO泵，其中，介质芯的内腔在底和顶端开口，流体通过所述多孔芯介质的底端进入内腔，气体从内腔被引导至所述介质芯的顶端，以被排出。

10. 根据权利要求1所述的EO泵，其中，所述泵腔包括顶壁，所述顶壁保持靠近所述气体出口的排出膜，以允许气体从所述泵腔排出。

11. 根据权利要求1所述的EO泵，其中，所述泵腔包括开口顶部，所述开口顶部被靠近所述气体出口的排出膜覆盖，以允许气体从所述泵腔排出，所述排出膜表示所述EO泵内最外的上部结构。

12. 根据权利要求1所述的EO泵，其中，所述泵腔、多孔芯介质和电极中至少一个的表面上涂覆有亲水材料，以减少气泡的附接以及引发气泡朝向所述气体移除装置迁移。

13. 根据权利要求1所述的EO泵，其中，至少一个所述电极包括销形状。

14. 根据权利要求1所述的EO泵，其中，至少一个所述电极包括沿着所述多孔芯介质的内腔和外表面中的一个延伸的螺旋弹簧形状。

15. 根据权利要求1所述的EO泵，还包括运动源，以将运动引发到所述壳体、电极和气泡中的至少一个，以主动地引起气泡分离。

16. 根据权利要求1所述的EO泵，其中，所述电极包括位于所述内贮存器内的多个内电极和位于所述外贮存器内的外电极，所述内电极选择性地带电荷以实施下述的至少一种：（a）控制所述内电极与所述外电极之间的流体流；和（b）分配所述泵腔内的气体。

17. 根据权利要求16所述的EO泵，其中，所述内电极在不同的时间选择性地带电荷。

18. 根据权利要求17所述的EO泵，其中，所述外电极包括多个外电极，所述多个外电极在不同的时间被选择性地带电荷并且与选择性地带电荷的所述内电极协调来实施下述的至少一种：（a）控制流体流；和（b）分配所述泵腔内的气体。

19. 根据权利要求1所述的EO泵，其中，所述电极包括位于所述外贮存器内的多个外电极和位于所述内贮存器内的内电极，所述外电极被选择性地带电荷以实施下述的至少一种：（a）控制所述内电极与所述外电极之间的流体流；和（b）分配所述泵腔内的气体。

20. 一种电渗（EO）泵，包括：

壳体，所述壳体具有真空腔，所述壳体具有真空入口，所述真空入口配置成联接到真空源以引发所述真空腔内的真空；

芯保持构件，所述芯保持构件被提供在所述真空腔内，所述芯保持构件具有沿着纵向轴线延伸的内泵腔，所述芯保持构件具有流体入口和流体出口，所述芯保持构件是气体可渗透且流体不可渗透的；

多孔芯介质，所述多孔芯介质被设置在所述流体入口和所述流体出口之间的所述芯保持构件内，

电极，所述电极靠近所述多孔芯介质定位，以引发通过所述多孔芯介质的流体流，所述电极沿着所述芯保持构件的纵向轴线彼此分离。

21. 根据权利要求20所述的EO泵，其中，当流体流被引发通过所述多孔芯介质时产生气体，所述气体向外通过所述芯保持构件迁移至所述真空腔。

22. 根据权利要求20所述的EO泵，其中，所述多孔芯介质具有相对端部分，且所述电极相对于所述多孔芯介质间隔开，以重叠所述多孔芯介质的相对端部分并且布置成与所述相对端部分同心。

23. 根据权利要求20所述的EO泵，其中，所述电极在所述多孔芯介质上引入电势，其引起流体在所述纵向轴线方向流动通过所述多孔芯介质，且其中，当流体流经所述多孔芯介质时产生气体，所述真空引发气体在横向于所述多孔芯介质的纵向轴线的方向上迁移向外通过所述芯保持构件。

24. 根据权利要求20所述的EO泵，其中，所述多孔芯介质沿着所述纵向轴线填充所述内泵腔。

25. 根据权利要求20所述的EO泵，其中，所述芯保持构件具有在相对端开口的细长圆柱形状。

26. 根据权利要求20所述的EO泵，其中，所述流体入口和所述流体出口位于所述内泵腔的相对端。

27. 根据权利要求20所述的EO泵，其中，所述芯保持构件表示具有由气体可渗透、液体不可渗透材料形成的外壁的管件，所述流体沿着所述管件在所述外壁内流动，而气体径向向外传送通过所述外壁。

28. 一种电渗（EO）泵，包括：

壳体，所述壳体具有泵腔；

多孔芯介质，所述多孔芯介质定位在所述泵腔内以将入口贮存器与出口贮存器分离；

电极，所述电极定位在所述入口贮存器与所述出口贮存器内，所述电极引发流体流通过所述入口贮存器和所述出口贮存器之间的介质，其中当电极引发流体流时产生气体；以及

周期性能量源，所述周期性能量源配置成引发气泡从所述EO泵的表面分离，

所述壳体具有流体入口，用于将流体传输至入口贮存器，并且所述壳体具有流体出口，用于从所述出口贮存器排出流体，所述壳体具有气体移除装置以从所述泵腔移除气体。

29. 根据权利要求28所述的EO泵，其中，所述周期性能量源包括运动源，以引发运动到至少一个所述电极上，以主动地引起气泡分离。

30. 根据权利要求29所述的EO泵，其中，所述运动源包括超声波源、压电致动器和电磁源中的一种。

31. 根据权利要求28所述的EO泵，其中，所述周期性能量源包括运动源，以引发运动到所述壳体，以主动地引起气泡从所述EO泵的表面分离。

32. 根据权利要求28所述的EO泵，其中，所述周期性能量源配置成产生周期性电流或电压到至少一个所述电极中，以主动地引起气泡分离。

33. 根据权利要求28所述的EO泵，其中，传输通过所述EO泵的流体代表工作流体，所述工作流体与相关的流体分离并且与所述相关的流体不同，所述工作流体在所述相关的流体上产生压力梯度，以引起所述相关的流体移动。

34. 根据权利要求28所述的EO泵，其中，所述EO泵包括接收工作流体的入口，所述EO泵通过通道联接到流动单元，所述流动单元接收相关的流体，所述工作流体在所述相关的流体上产生压力梯度，以引起所述相关的流体移动通过所述流动单元。

35. 一种用于片段化核酸的设备，所述设备包括：

样本贮存器，所述样本贮存器包括在其中具有核酸的样本流体；

至少一个剪切壁，定位在所述样本贮存器内，所述剪切壁包括具有孔的多孔材料，所述孔的尺寸允许核酸从其流动通过；

多个腔，相邻腔通过对应剪切壁彼此分离并且通过所述对应剪切壁的多孔材料彼此流体连通；和

电极，所述电极位于所述样本贮存器内，所述电极配置成产生电场，所述电极根据预定序列带电荷，其中，核酸根据预定序列移动通过所述剪切壁，以产生近似尺寸的核酸片段。

36. 根据权利要求35所述的设备，还包括电源，所述电源根据预定序列使得所述电极带电荷，所述电源交替地使得所述电极带电荷以切换电场，所述电场被保持预定时间段以将核酸在第一方向移动，然后切换另一预定时间段以将核酸在不同的第二方向移动。

37. 根据权利要求35所述的设备，其中，所述至少一个剪切壁包括第一和第二剪切壁，所述第一和第二剪切壁具有不同的孔尺寸。

38. 根据权利要求35所述的设备，其中，所述多个腔包括至少三个腔，所述预定序列使得核酸移动通过所述对应剪切壁，所述对应剪切壁将所述至少三个腔的相邻腔分开。

39. 一种片段化核酸的设备，所述设备包括：

样本贮存器，所述样本贮存器包括具有核酸的样本流体；

剪切壁，所述剪切壁定位在所述样本贮存器内，所述剪切壁包括具有孔的多孔材料，所述孔的尺寸允许核酸从其流动通过；

由所述剪切壁分离的第一和第二腔，所述第一和第二腔通过所述剪切壁的多孔材料彼此流体连通；以及

第一和第二电极，所述第一和第二电极分别位于第一和第二腔中，其中，所述第一和第二电极配置成产生电场，所述核酸移动通过所述剪切壁，从而片段化核酸。

40. 根据权利要求39所述的设备，其中，所述样本流体在第一方向流动预定时间段，所述第一和第二电极配置成使电场反向，使得所述样本流体在相反的第二方向上流动。

41. 一种片段化粒子的设备，所述设备包括：

样本贮存器，所述样本贮存器包括具有粒子的样本流体；

电极，所述电极位于所述样本贮存器内，其中，所述电极配置成产生电场以沿着流动路径移动粒子；以及

剪切壁，所述剪切壁定位在所述样本贮存器内，所述剪切壁包括具有孔的多孔材料，所述孔的尺寸允许所述粒子从其流动通过，所述剪切壁定位在所述流动路径内，使得当所述电极产生电场时，所述粒子流动通过所述剪切壁，所述剪切壁在所述粒子从其移动通过时片段化所述粒子。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年11月26日提交且具有相同标题的美国临时申请No. 61/118,073的权益，所述申请以引用的方式全文结合到本文。

技术领域

本发明总体上涉及电渗泵，且更具体地涉及用于生化分析系统的电渗泵。

背景技术

近年来，电渗（EO）泵已经被提出用于有限数量的应用中。EO泵通常包括流体腔，其被平面介质分为内贮存器和外贮存器，所述平面介质在其间形成分隔壁。所述介质还可称为玻璃料（frit）。在介质的相反侧分别在内贮存器和外贮存器中提供阳极和阴极。当电势被施加到阳极和阴极上时，介质形成泵送介质且使得流体通过电渗牵引流动通过泵送介质。EO泵的示例在美国专利申请No. 11/168,779（公开No. 2007/0009366）、美国专利申请No. 10/912,527（公开No. 2006/0029851）和美国申请No.11/125,720（公开No. 2006/0254913）中被描述，它们都明确地全文结合到本文。出现流体泵送的过程称为电渗效应。电渗效应的一个副产物是在泵腔内产生由电解引起的气泡（通常是氢和氧）。这些气泡通常形成在阳极和阴极表面上且可能在电极表面、泵送介质、或泵壳体内成核或沿着电极表面、泵送介质、或泵壳体成核。当气泡过度积聚时，其通常将降低泵性能。

已经提出各种技术以在电极处产生气体就将其从泵腔移除以避免不利地影响EO泵的性能。例如，公开No. 2007/0009366描述了一种“平面内”电渗泵，其试图减少由电解气体生成引起的泵性能的降低。公开No. 2007/0009366在其中描述了使用围绕电极提供的护套。护套由传输流体和离子但阻碍气泡和气体的材料形成。公开No. 2006/0254913描述了一种独立取向的EO泵，其中电解分解所产生的气体被收集并且通向催化剂，并接着由催化剂再结合以形成液体。催化剂位于贮存器之外，催化剂所产生的液体通过渗透膜被再引入到流体贮存器中。

然而，常规EO泵具有一些缺点。例如，现有EO泵所使用的气体管理技术可对于EO泵可微型化的程度施加不期望的设计约束。当常规EO泵减少体积时，泵腔所维持的气体相对量相对于介质的尺寸增加。当气体-介质面积比增加时，流动性能减少，且在一些情形中流率可能不期望地低。常规EO泵的流动性能和泵体积使得这种EO泵对于一些小型应用（例如，在一些生化分析中）来说是不实用的。

其中，对于分析遗传物质，使用生化分析。为了加快分析遗传物质，最近已经报道许多新的DNA测序技术，其基于扩增和非扩增分子的并行分析。这些新技术通常依赖于荧光核苷酸和寡核苷酸的检测。此外，这些新技术往往显著取决于必须以高精度水平执行的自动过程。例如，计算系统可控制流体流子系统，其负责启动在微流体流动单元内的若干反应周期。这些周期可用不同溶液和/或温度和流率来实施。然而，为了控制流体流子系统，操作各种泵送装置。这些装置中的一些具有可移动部件，其可干扰或消极地影响读取和分析荧光信号。此外，在一个或多个周期之后，泵可能需要更换或清洁，从而增加完成包括若干周期的一次运行的时间量。

生化分析通常以极小微观比例进行，且因此可受益于使用类似小的设备，例如微流体流动单元、岐管等等。常规EO泵的小型化受限，使得还不能满足对于分析物分析（例如核酸测序反应）的泵送流体的EO流的全部潜力。

此外，生物或化学分析中的不同方法和系统可需要核酸片段（例如，具有受限尺寸的DNA片段）。例如，各种测序平台使用包括DNA片段的DNA库。DNA片段可分离成单链核酸模板并且随后被测序。用于DNA片段化的各种方法是已知的，例如酶消化、声处理、雾化、例如使用注射器的水力剪切。然而，上述方法中的每种都具有不期望的限制。

仍存在对于改进EO泵设计的需求，所述改进EO泵设计具有小型尺寸但是仍以足以保持高流率的速率有效地移除气体。此外，需要可用于生物或化学分析的片段化核酸的替代性方法。

发明内容

根据至少一个实施例，提供一种电渗（EO）泵，其包括具有泵腔的壳体、多孔芯介质以及电极。多孔芯介质定位在泵腔内，以形成外贮存器，其至少部分地围绕多孔芯介质的外表面延伸。多孔芯介质围绕开口内腔。内腔代表内贮存器。电极定位在内腔中并且例如靠近外表面定位在外贮存器中。施加到电极上的电场引发通过内和外贮存器之间的多孔芯介质的流体流，其中当电极引发流体流时产生气体。壳体具有流体入口，以将流体传输至内贮存器和外贮存器中的一个。壳体具有流体出口，以从所述内贮存器和外贮存器中的另一个排出流体。壳体具有气体移除装置，以从泵腔移除气体。

气体移除装置可包括气体出口，以从泵腔排出气体。在电极引发流体流时所产生的气体包括氢和氧。替代性地或附加地，气体移除装置可包括催化剂，以再结合氢和氧以形成水，从而从泵腔移除气体。

多孔芯介质可配置成绕纵向轴线卷绕，所述纵向轴线沿着内贮存器突出。内贮存器具有至少一个开口端。多孔芯介质可形成为细长圆柱体，其在第一端开口。内贮存器定位在圆柱体内，而外贮存器围绕圆柱体的外表面延伸。

泵腔可包括顶部壁，其保持靠近气体出口的排出膜，以允许气体从泵腔排出。在具体实施例中，排出膜是气体可渗透和流体不可渗透的。可选地，泵腔可包括开口顶部，其由靠近气体出口的排出膜覆盖，以允许气体从泵腔排出。气体可排出到大气或可被所施加的真空拉出。因此，泵腔可以与真空腔气体连通。真空腔可具有联接到真空源的真空入口，以引发真空腔内的真空。可选地，在泵腔、多孔芯介质和电极中至少一个的表面是亲水的或涂覆有亲水材料，以减少气泡附接并且引发气泡朝向气体移除装置迁移。至少一个电极可构成销形状，例如以减少气泡附接或引发气泡从电极释放。至少一个电极可包括螺旋弹簧形状，其沿着多孔芯介质的内腔和外表面中的一个延伸。

还提供电渗（EO）泵，其包括周期性能量源，所述周期性能量源配置成引发气泡从EO泵的表面分离。在具体实施例中，周期源包括运动源，以将运动引发到壳体、电极、气泡和多孔芯介质中的至少一个上，例如以主动地引起气泡从EO泵的表面分离。可选地，运动源可用于将运动引发到至少一个电极上，例如以主动地引起气泡从电极分离。运动可被引发到一个或两个电极上，与泵的其余部分的运动无关。例如，运动可具体地引发到一个或两个电极上，使得运动源不在壳体中引发实质运动。运动源例如可以是超声波源、压电致动器和电磁源中的一种。可选地，超声波源可配置成仅将运动引入到气泡中而不会引起壳体或电极物理上移动。替代性地或附加地，周期性源可配置成产生用于至少一个电极的电流或电压的周期。周期可具有这样的频率，其导致主动地引起气泡从电极分离同时仍产生用于驱动流体流经泵的足够电渗力。可以用基准信号以外的附加周期性波形施加基准电流或电压。

根据至少一个实施例，提供电渗（EO）泵，其包括壳体，所述壳体具有真空腔，所述壳体具有真空入口，其配置成联接到真空源以引发真空腔内的真空。芯保持构件被提供在真空腔内。所述芯保持构件具有沿着纵向轴线延伸的内泵腔。所述芯保持构件具有流体入口和流体出口。所述芯保持构件是气体可渗透且流体不可渗透的。多孔芯介质被提供在芯保持构件内位于流体入口和流体出口之间。电极位于内腔中，例如靠近芯保持构件，以引发通过多孔芯介质的流体流。所述电极沿着芯保持构件的纵向轴线通过多孔芯介质彼此分离。

当在流体流被引发通过多孔芯介质时产生气体时，气体向外迁移通过芯保持构件到真空腔中。多孔芯介质具有相对端部分，电极可相对于多孔芯介质间隔开，以重叠多孔芯介质的相对端部分并且布置成与相对端部分同心。电极引入在多孔芯介质上的电势差，从而引起流体在纵向轴线方向上流动通过多孔芯介质。

当流体流动通过多孔芯介质时产生气体时，真空引起气体在横向于多孔芯介质的纵向轴线的径向方向向外迁移通过芯保持构件。多孔芯介质沿着纵向轴线填充内泵腔。芯保持构件具有在相对端开口的细长圆柱形。流体入口和流体出口位于内泵腔的相对端。芯保持构件可代表管件，其具有由PTFE AF或气体可渗透液体不可渗透膜形成的外壁，其中流体沿着管件在外壁中流动同时气体径向向外传送通过外壁。可选地，多孔芯介质可包括包装纳米级球膜（packed nanoscale sphere），从而形成胶体晶体。替代性地，多孔芯介质可包括珠的集合。

在一个实施例中，提供用于微流体检测系统的流动单元。流动单元包括流动单元本体，其具有配置成将溶液传输通过流动单元本体的通道。流动单元还包括底表面和顶表面。底表面配置成由检测系统可移除地保持，且顶表面是透明的且允许光线从其穿过。流动单元本体还包括流体入口和出口端口，其与通道流体连通。在流动单元本体中还提供泵腔。泵腔与通道的一端和流体入口和出口端口的一个流体连通并且被夹在它们之间。电渗（EO）泵被保持在泵腔中。EO泵引发溶液流动通过EO泵和在流体入口和出口端口之间的通道。

可选地，流动单元可包括触头，其设置在流动单元本体的顶表面和底表面中的至少一个上。触头电联接到EO泵。此外，EO泵包括多孔芯介质芯，其定位在电极之间，从而基于电极之间保持的电势引发流体通过多孔芯介质的流率。

在一个实施例中，提供用于附接到微流体分析系统内的检测器子系统的岐管。岐管包括壳体，其具有检测器接合端和线路终止端。壳体具有从其延伸通过的内部通路，其配置成传输溶液。检测器接合端配置成可移除地联接到检测器子系统。通路具有终止在设置在壳体的检测器接合端的通路入口的一端。通路入口配置成与检测器系统上的流体出口端口密封地匹配。线路终止端包括至少一个容座，其配置成联接到排出线路。通路具有终止在容座处通路出口的另一端。通路出口配置成与排出线路上的连接器密封地匹配。在壳体中还提供泵腔。所述泵腔与通路的端部以及通路入口和出口的一个流体连通并且夹在它们之间。岐管还包括电渗（EO）泵，其保持在泵腔中。EO泵引发溶液流动通过EO泵和通路入口和出口之间的通路。

在又另一实施例中，提供用于片段化核酸的设备。所述设备包括样本贮存器，所述样本贮存器包括具有核酸的流体。设备还包括剪切壁，其定位在样本贮存器内。所述剪切壁包括具有孔的多孔芯介质，所述孔的尺寸允许核酸从其流动通过。设备还包括由剪切壁分开的第一和第二腔。所述第一和第二腔通过剪切壁的多孔芯介质彼此流体连通。并且，所述设备还可包括第一和第二电极，所述第一和第二电极分别位于第一和第二腔中。第一和第二电极配置成产生电场，所述电场引发样本流体流动。所述核酸移动通过剪切壁，从而片段化核酸。

在另一实施例中，提供用于片段化粒子的设备。所述设备包括样本贮存器，所述样本贮存器包括其中具有粒子的样本流体。设备还包括电极，所述电极位于样本贮存器内。电极配置成产生电场以沿着流动路径移动粒子。设备还包括定位在样本贮存器内的剪切壁。所述剪切壁包括具有孔的多孔材料，所述孔的尺寸允许粒子从其流动通过。所述剪切壁定位在流动路径内，使得当电极产生电场时粒子流动通过剪切壁。剪切壁在粒子从其移动通过时片段化所述粒子。

粒子可以是聚合物，例如核酸。粒子还可以是生物分子、化合物、细胞、细胞器、颗粒和分子复合物。粒子可带电荷，使得电场在带电荷的粒子上施加力。粒子基于下述的至少一种可移动通过样本贮存器：（a）电渗效应；和（b）在粒子带电荷时，施加到粒子上的力。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例形成的电渗（EO）泵的侧视截面图。

图2A示出了图1中的EO泵的俯视平面图。

图2B示出了图1中的EO泵的剖切部分的侧视透视图。

图3示出了根据替代性实施例形成的EO泵的侧视截面图。

图4示出了用于根据实施例形成的EO泵中的电极的配置。

图5示出了用于根据替代性实施例形成的EO泵中的电极的配置。

图6示出了根据替代性实施例形成的EO泵。

图7示出了根据本发明实施例形成的电渗（EO）泵的侧视截面图。

图8示出了采用根据一个实施例形成的电渗（EO）泵的检测器系统。

图9示出了可用于图8中的检测器系统的具有流动单元的读取器子系统。

图10A-10B示出了根据一个实施例形成的流动单元。

图10C示出了根据替代实施例形成的流动单元配置。

图10D示出了根据替代实施例形成的流动单元配置。

图11示出了用于图案化根据一个实施例的流动单元的工艺的示意图。

图12A-12E示出了可用于构造根据一个实施例的流动单元的蚀刻过程。

图13示出了可构造成接收根据一个实施例的EO泵的流动单元的平面图。

图14示出了可构造成接收根据一个实施例的EO泵的流动单元的端部部分的截面图。

图15示出了可根据一个实施例形成的保持器子组件的透视图。

图16示出了用于形成出口岐管的部件的分解透视图。

图17示出了在层被固定到一起之后的岐管的截面图。

图18示出了EO泵的截面。

图19示出了根据替代性实施例形成的EO泵的截面图。

图20示出了可根据替代性实施例形成的出口岐管的透视图。

图21示出了入口岐管的平面图以及示出了可根据替代性实施例形成的“推动”岐管。

图22示出了根据替代性实施例形成的流动单元。

图23示出了根据替代性实施例形成的流动单元的平面图。

图24示出了集成一个或多个加热机构的流动单元的平面图。

图25示出了根据一个实施例形成的流体流系统。

图26示出了根据一个实施例形成的EO泵的俯视透视图。

图27示出了根据一个实施例形成的EO泵的仰视透视图。

图28示出了根据一个实施例形成的EO泵的侧视截面图。

图29示出了根据一个实施例形成的岐管的端部透视图。

图30示出了根据一个实施例形成的泵/流子系统的框图。

图31示出了根据另一实施例形成的EO泵的侧视截面图。

图32是图31中的EO泵的俯视平面图。

图33示出了根据另一实施例形成的核酸剪切设备的俯视平面图。

图34是可根据各种实施例使用的泵系统的侧视图。

具体实施方式

根据本文所描述的至少一些实施例，可实现下述技术效果中的一项或多项。本发明的实施例提供EO泵，其在气体被产生为电渗过程的副产物时负责气体的实时有效管理，例如由于在驱动流体流的电极处水分子的裂解而产生的氢气和氧气。通过有效气体管理，本文所述的EO泵实施例以一定速率移除该气体，所述一定速率足以保持期望流率并且防止或至少阻碍气体传送到期望应用中的下游部件。本文所述的EO泵实施例使得流体在泵送结构内被泵送，所述泵送结构具有满足与用于生物化学化验（例如，由合成反应测序等等）的流动单元有关的设计条件的极小形状因素和流参数。

提供径向EO泵设计，其实施例将在下文进一步详细描述。如将显而易见的，与具有相同流体死体积的常规EO泵设计相比，径向设计实施例提供增加效率的气体管理以及增加的流体流率。虽然不必要旨在限制本发明的所有实施例，但是一种可能的解释是，与具有基本上类似总的死体积的常规EO泵设计的活动泵截面面积相比，径向设计的活动泵截面面积是其大约π倍。部分地由于流率与在EO泵中多孔芯介质（也称为玻璃料）上的活动泵表面面积的关系，可实现在该径向泵设计中增加的流率。同样不希望受理论约束，认为流率与玻璃料的活动泵表面面积线性成比例。因此，当活动泵表面面积比常规平面泵增加大约π倍时，类似地，流率按比例量增加。因此，提供径向EO泵设计，其流率是具有类似死体积和类似电势的常规泵设计的流率的至少大约3倍。

此外，径向EO泵设计实施例提供机会将在阳极和阴极电极处产生的气泡排出通过沿着径向EO泵的公共侧或端部定位的公共半渗透膜。例如，EO泵的顶端可配置成排出阳极和阴极电极的气体，其至少部分地依赖于在流体内的气体浮力特征以及径向设计，与具有相同死体积的标准EO泵设计的排出表面面积相比，所述径向设计提供增加的排出表面面积。更有效地移除气泡提供在EO泵中增加的流率和流体流稳定性。在一些实施例中，电极所产生的气体可被引发进行迁移，以通过应用在气体可渗透膜的相对侧上的真空或者加压泵腔自身而排出。本文所描述的至少一些EO泵设计能够显著增加排出区域相对于EO泵的总体积的表面面积。本文所描述的至少一些EO泵设计提供总死体积或包装尺寸的显著减少，但是保持或增加这种EO泵所实现的流率。本文所描述的至少一些EO泵设计能够便于制造并且改进长期稳定性。由电解引起的气泡可能会堵塞电极和泵送介质，从而导致减少且不稳定的流量以及产生压力。气泡被捕获的位置以及气泡堵塞的程度是不可预测和不可重复的，因为电解气泡随机地形成。有效移除电解气体确保EO泵在长运行时段内的稳定和可重复操作。

图1示出了根据本发明实施例形成的电渗（EO）泵10的侧视截面图。泵10包括壳体12、多孔芯介质14以及电极16和17。壳体12构造有上板18和下板20，所述板可以是平坦的并且彼此平行布置以及通过侧壁22间隔开。泵腔28的下板20代表底壁，多孔芯介质14定位在该底壁上。

图2A示出了图1中的EO泵10的俯视平面图。如图2A所示，当从上方向下看时，上板18、下板20以及侧壁22都是圆形的。在图1和图2的示例中，壳体12形成为短、宽管状或圆柱形，其中侧壁22具有小于其直径26的纵向长度24。替代性地，壳体12、泵腔28和/或多孔芯介质14可构造成不同的形状或其它尺寸。例如，壳体12、泵腔28和/或多孔芯介质14可布置成具有长的纵向长度和短的直径。作为其它示例，壳体12、泵腔28和/或多孔芯介质14可具有非圆形截面，例如如在图2A中的顶部看时，壳体12可具有正方形、矩形、三角形、椭圆形、六边形和多边形等等的截面。当如图1所示从侧向看以及沿着纵向轴线24测量时，壳体12、泵腔28和/或多孔芯介质14可具有正方形、球形、圆锥形、多边形或矩形截面。作为其它示例，当沿着纵向长度24以及沿着直径26测量时，壳体12、泵腔28和/或多孔芯介质14可构造为球体，其具有圆形或椭圆形截面。

壳体12包括内泵腔（总体上以大括号28示出），其在侧壁22的内表面23之间侧向延伸以及在上板18和下板20的内表面之间纵向延伸。多孔芯介质14定位在泵腔28内并且定向成相对于重力竖立的配置。例如，多孔芯介质14可构成圆柱形玻璃料，其竖立地放置在泵腔28中。在图1和图2的示例中，多孔芯介质14具有以开孔管状形状彼此同心形成的内表面32和外表面34。可选地，内表面32不需要与外表面34同心。例如，内表面32在从顶部向下看时（例如，图2A）可具有椭圆或非圆截面，而外表面34在从顶部向下看时可保持基本上圆形截面。替代性地，内表面32可遵循基本上圆形路径，而外表面34布置成椭圆或其它非圆形状。多孔芯介质14的内表面32围绕开口内腔，其表示内贮存器36。内贮存器36在相对端38和40开口，所述相对端沿着纵向轴线42彼此间隔开。

多孔芯介质14从侧壁22向内间隔开，以形成沿着围绕多孔芯介质14的弯曲路径延伸的外贮存器30。外贮存器30跨多孔芯介质14的外表面34和侧壁22的内表面23之间的间隙。内贮存器36沿着纵向轴线42对中。

多孔芯介质14可形成为多孔的体积，一组连续路径从其通过，其中路径跨内表面32和外表面34之间。多孔芯介质14可由半刚性材料制成，其能够保持预建立的体积形状，同时维持在该体积上的表面电荷。多孔芯介质14可形成有贯穿的均匀路径（例如，类似尺寸的开口）。替代性地，通过多孔芯介质14的路径可以是非均匀的。例如，当流从内部径向向外移动时，该路径靠近内表面32可具有较大的开口；而在路径径向向外移动到外表面34时，在介质14内的开口/路径的尺寸可减少。替代性地，当流从外侧径向向内移动时，该路径靠近内表面34可具有较大的开口；随着路径朝向内表面32径向向内移动时，路径中开口的尺寸减少。有用的多孔芯介质包括具有例如在US 2006/0029851 Al中描述的材料、孔尺寸和其它性质的多孔芯介质，所述文献以引用的方式结合到本文。

壳体12具有至少一个流体入口46、至少一个流体出口48以及至少一个气体出口50。在图1和图2的实施例中，流体入口46位于下板20中并且将流体传输到内贮存器36中。下板20还包括一对流体出口48，以在流体被泵送通过多孔芯介质14之后将流体从外贮存器30排出。可选地，流体入口46和/或流体出口48可位于侧壁22中。上板18包括多个气体出口50，其布置为内贮存器36和外贮存器30上方的排出口。流体入口46将流体传送通过壳体12的底部到达泵腔28，而流体出口48将流体从泵腔28也通过壳体12的底部移除。气体出口50位于相对于流体入口46和流体出口48的相对端，以允许气体从壳体12的顶部排出，由此将流体和气体入口和出口相比于壳体12的总纵向长度24和直径26定位成相对彼此具有相对明显的距离。气体沿着横向于流体流方向的方向朝向气体出口50迁移通过多孔芯介质14。

电极16和17定位在内腔36和外贮存器30中。例如，电极16可定位成靠近多孔芯介质14的内表面32但是从该内表面32稍微间隔开。电极17可定位成靠近多孔芯介质14的外表面34但是从该外表面34稍微间隔开。电极16和17通过电源7供应有相反的电荷，这取决于流体流的期望方向。例如，电极16可构成阳极，而电极17构成阴极以实现径向向外的流。替代性地，电极17可构成阳极，而电极16构成阴极以实现径向向内的流。当相反电荷被施加到电极16和17时，电压电势和电流可选地产生在横向于纵向轴线42的方向上通过多孔芯介质14的径向流体流。电极16和17以及多孔芯介质14协作，以在内贮存器36和外贮存器30之间引发通过多孔芯介质14的流体流。流的方向取决于施加到电极16和17上的电荷。例如，当电极16表示阳极而电极17表示阴极时，当多孔芯介质的表面电荷是负时，流体从内贮存器36径向向外流到外贮存器30。

在图1的示例中，纵向轴线42定向成平行于重力方向，其中流体流以横向于重力方向的方向（例如，径向向内或径向向外）移动。可选地，壳体12可倾斜或歪斜，使得纵向轴线42相对于重力方向定向为锐角或钝角。如上所述，当电极16和17引发流体流时产生气体。气体可在电极16和17的任一个或两个上产生，以及沿着多孔芯介质14或在多孔芯介质14内产生。壳体12通过气体出口50联接到气体移除装置52，以从泵腔28排出气体和/或抽吸气体。在电极16和17引发流体流时产生的气体可包括氢和氧。气体移除装置52可包括催化剂，以再结合氢和氧以形成水，该水可被再引入到泵腔28中。

壳体12还包括液体不可渗透、气体可渗透膜56，其是液体不可渗透的以阻碍流体流从其通过并且防止液体通过气体出口50离开内贮存器36或外贮存器30。膜56是气体可渗透的，以允许气体从其流动通过到达气体出口50。膜56被保持在多孔芯介质14的开口端38与上板18之间。如上所述，多孔芯介质14围绕纵向轴线42缠绕，使得内贮存器36具有至少一个开口端38。多孔芯介质14的开口端38相对于重力定位在内贮存器36的竖直上方，使得当在内贮存器36中产生气体时，气体向上迁移并且从内贮存器36通过开口端38逸出以及行进到气体移除装置52。气体相对于重力在预定方向（如箭头A所示）迁移，直到在膜56处收集为止，之后被气体移除装置52移除。气体出口50可包括一系列排出口（如图2A所示），以允许气体从泵腔28排出。可选地，膜56可用作最上层，其中上板18可整体地移除。因此，膜56可表示构成EO泵10的一部分的最外上部结构。

EO泵10可包括运动源58和60，其分别被提供在内贮存器36和外贮存器30中。运动源58和60与电极16和17相互作用，以将运动引发到电极16和17中的至少一个，以主动地引起气泡从电极16和17分离。例如，运动源58和60可表示超声波源、压电致动器和/或电磁源。运动源58和60可直接联接到对应电极16和17并且与其电绝缘。替代性地，运动源58和60可靠近对应电极16和17但不直接接合该对应电极16和17，并且间接引发运动。例如，附接到电极或者形成电极的一部分的磁性材料可由于靠近电磁力的发生器（例如，具有从其通过的电流的线卷）而被引发移动。运动源58和60可连续或周期性地被激活，以引入连续或周期性能量，其配置成引发气泡从EO泵110的表面分离。可选地，运动源58和60可将运动引入壳体12、电极16、17和/或气泡中的至少一个中。例如，超声波源可配置成将运动仅引入气泡中，而不引起壳体或电极物理移动。

运动源58和60可连续或周期性地被激活，以引入连续或周期性能量，该能量配置成引发气泡从EO泵10的表面分离。运动源58和60可相对于EO泵10的泵送操作按照间歇的方式被控制。例如，EO泵10可用于具有间歇泵送活动的应用中，其中电极16和17带电荷一段时间并且然后断开或停用一段时间。在电极16和17被停用且EO泵10停机的时间段期间，运动源58和60可被控制以引发运动。作为一个示例，当EO泵在一系列泵送间隔（该一系列泵送间隔由停用间隔分离）被接通时，运动源58和60在泵送间隔的停用间隔期间可引发电极16和17的振动。

可选地，泵腔28、多孔芯介质1和/或电极16和17中至少一个的表面可涂有亲水材料，以减少气泡的附接以及引发气泡朝向气体移除装置52的迁移。例如，电极16和17可涂有质子交换膜，例如由EI DuPont De Nemours and Company of Wilmington, Delaware制造的Nafion?材料。替代性地，电极16和17可涂有其它共聚物，其用作离子交换树脂并且允许水容易地从其通过传输同时阻止气体。

图2B示出了图1中的EO泵10的一部分的剖切部分的侧视透视图。图2B示出了各个部件之间的关系。图2B还示出了绕侧壁22的周边分布的一系列紧固件59。紧固件59将上板18和下板20保持在一起，多孔芯介质14和流体不可渗透、气体可渗透膜56被夹在它们之间。气体出口50被示意为排出口的样式。替代性地或附加地，上板18和下板20可粘结或结合到侧壁22。

本文所阐述的EO泵可使用各种方法来制造。在具体实施例中，EO泵腔的各个板和壁可模制为单一材料。例如，泵壳体的全部或一些部分可模注成形，且在一些实施例中，多孔材料可被提供为在模制件中的插件中。EO泵还可由丙烯酸成分制成，所述丙烯酸成分可通过使用热量和压力的熔融结合而被联接以在材料之间产生分子键，而不需要添加粘结剂。超声波焊接是用于联接塑料部件（例如，用于EO泵中的）另一方法。在一些实施例中，在部件之间的分界面处可使用硅树脂垫圈材料。硅树脂可能是尤其有用的，因为其与玻璃结合良好。例如，粘结剂可用于结合硅树脂垫圈，硅树脂垫圈继而可结合到多孔芯介质。这种制造过程提供避免粘结剂的优势，所述粘结剂在一些条件下可吸入多孔芯材料中。

图3示出了根据替代性实施例形成的EO泵110。EO泵110包括壳体112、多孔芯介质114、以及电极116和117。壳体112构造有下板120和歇靠在下板120上的侧壁122。下板120和侧壁122限定内部泵腔128。多孔芯介质114定位在泵腔128内并且相对于重力沿着纵向轴线142定向为竖立配置。多孔芯介质114具有彼此同心地形成的内表面132和外表面134。多孔芯介质114的内表面132围绕开口内贮存器136，其在沿纵向轴线142彼此间隔开的相对端138和140处开口。电极116和117位于内贮存器136和外贮存器130中。

壳体112具有至少一个流体入口146和至少一个流体出口148。壳体112包括形成气体出口150的开口顶部，气体出口150在跨内贮存器136、多孔芯介质114和外贮存器130的整个上部区域上延伸。开口顶部气体出口150接收气体可渗透、液体不可渗透膜156。尤其有用的气体可渗透、液体不可渗透介质是改性PTFE。气体可渗透、液体不可渗透膜可由具有亲水涂层的各种微结构材料中的任何一种制成。例如，这种涂层材料包括使用例如在US 5,888,591和US 6,156,435中描述的热丝化学气相沉积（HTFCVD）的方法涂有PTFE的材料，上述文献中的每篇以引用的方式结合到本文。仅作为示例，膜156可由不同的ePTFE膜制成，例如由W.L. Gore & Associates所提供的用于保护性排出产物中的膜。可选地，膜156可以是软半可渗透膜，其粘结（例如，胶结）到壳体112的顶部。膜156不被上板覆盖（如图1所示）。如图3所示，侧壁122可包括延伸部分121，以延伸超出多孔芯介质114的端部138一定距离，以在多孔芯介质114上方以及在侧壁122内形成容座（pocket）。于是，膜156可配合到该容座中并且暴露于环境空气中。替代性地，侧壁122可在等于多孔芯介质114高度的高度处终止，膜156可跨越侧壁122的上边缘并且覆盖该上边缘。

可选地，EO泵110可包括一个或多个运动源158，其可设置在壳体112上。例如，运动源158可靠着下板120安装，以在运动源158振动时引发整个壳体112的运动，以主动地引起气泡从多孔芯介质114、侧壁122和/或电极116和117分离。运动源158可表示超声波源、压电致动器和/或电磁源。运动源158可直接联接到壳体112并且与壳体112电绝缘。替代性地，运动源158可位于靠近侧壁122。例如，附接到泵或者形成泵部件一部分的磁性材料可由于靠近电磁力发生器（例如，具有从其通过的电流的线卷）而引发移动。运动源158可连续地或周期性地被激活，以引入连续或周期性能量，该能量配置成引发气泡从EO泵110的表面的分离。

EO泵110包括定位在内表面132和电极116之间的过滤膜层115、定位在外表面134和电极117之间的过滤器或膜层119。膜层115和119由导电多孔材料形成，其利于在电极116和117与多孔芯介质114之间传导电荷。膜层115和119由亲水材料形成，以促进气泡朝向气体出口150的迁移。可选地，膜层115和119可由电绝缘材料形成。

图4示出了根据实施例形成的电极216和217的配置。电极217示出为实线，而电极216示出为虚线。电极217位于外贮存器中靠近多孔芯介质214的外表面，而电极216位于内贮存器中靠近多孔芯介质的内表面。多孔芯介质214以与关于图1所讨论的布置相似的方式安装到下板220上。电极217包括具有螺旋或弹簧形状的连续本体部分215，其沿着围绕多孔芯介质210的外表面的螺旋路径延伸。本体部分215联接到在本体部分215的基部形成的尾部213。尾部213延伸通过下板220。

电极216还包括具有螺旋或弹簧形状的连续本体部分211，其沿着靠近多孔芯介质214的内表面的螺旋路径延伸。本体部分211联接到在本体部分211的基部形成的尾部209。尾部209从内贮存器向下延伸通过下板220。尾部213和209电联接到电源207，该电源引发在电极216和217上的电势。

可选地，尾部213和209可终止在下板220的上表面上并且联接到电触头，所述电触头联接到电源207。电极216和217可从下板220继续向上至直接相邻于多孔芯介质214的开口端238的点。替代性地，本体部分211和215中的一个或两者不延伸到开口端238，而是终止在开口端238下面或不到该开口端238。本体部分215和211可在相同或相反方向上螺旋。替代性地，本体部分211和215中的一个可以不是螺旋形，而本体部分211和215中的另一个保持螺旋形。可选地，电极216和217可放置在顶部半可渗透膜（例如，图1中的介质56或图3中的膜156）上或者直接相邻该顶部半可渗透膜放置，以便在形成气体时该气体可直接逸出。

图5示出了根据替代性实施例形成的电极316和317的配置。多孔芯介质314以与关于图1所讨论的配置类似的方式安装到下板320上。电极317示出为实线，而电极316示出为虚线。电极317包括一系列本体区段315，其围绕多孔芯介质314的外表面以公共锐角或螺旋路径彼此平行地延伸。该系列本体区段315联接到在本体区段315的基部形成的公共尾部313。尾部313延伸通过下板220并且联接到电源307。该系列本体区段315包括由终止环319联接的外端。环319和尾部313维持本体区段315处于期望形状，其从多孔芯介质314的外表面稍微间隔开。

电极316还包括一系列本体区段311，其围绕多孔芯介质314的内表面以公共锐角或螺旋路径彼此平行地延伸。该系列本体区段311联接到在本体区段311的基部形成的公共尾部309。尾部309延伸通过下板320并且联接到电源307。该系列本体区段322可包括上端，其没有终止环（未示出）或者可替代地由终止环联接。

电极能够以各种方式构造。例如，一个或多个电极可包括销形状、筛网形状、一系列销、一系列竖直条带等等。例如，电极可表示围绕侧壁22的内表面23（图1）展开的销阵列或触头网格。可选地，单个电极的尾部不需要通过下板20。相反，尾部可侧向向内延伸通过侧壁22并且向内突出通过外贮存器30至靠近多孔芯介质14的位置，但不接触该多孔芯介质14。

图6示出了根据替代性实施例形成的EO泵410。EO泵410包括壳体412、多孔芯介质414、以及电极416和417。壳体412构造有下板420和歇靠在下板420上的侧壁422。下板420和侧壁422限定内泵腔428。多孔芯介质414定位在泵腔428内并且相对于重力沿着纵向轴线442定向在直立配置。多孔芯介质414具有锥形形状，具有平坦顶部和平坦底部（例如，截头圆锥形）。多孔芯介质414具有内表面432，其以逐渐减小的锐角从下板420向上延伸，直到在顶端438开口为止。多孔芯介质414具有外表面434，其以逐渐减小的钝角从下板420向上延伸，直到在顶端438开口为止。内表面432和外表面434可以公共或不同角度向上延伸，使得多孔芯介质414可具有非均匀或均匀的径向厚度。例如，多孔芯介质414可包括靠近底端440的较厚的基部部分405和靠近顶端438的较薄的头端部分403。可选地，多孔芯介质414可构造成沿着其长度具有均匀径向厚度。多孔芯介质的厚度和形状的这种变化可提供改进气体管理的优势，例如与其它形状相比将气泡更有效地导向到排出膜或者在不允许有效排出的位置减少气泡形成。

多孔芯介质414的内表面432围绕开口内贮存器436，其在沿着纵向轴线442彼此间隔开的相对的顶端438和底端440开口。电极416和417位于内贮存器436和外贮存器430中。内贮存器436包括倒置的锥形，其在顶部具有较窄宽度而在底部具有较宽的宽度。侧壁422具有非逐渐减小的轮廓，其不符合外表面434，从而形成在外贮存器430内的倒置锥形形状，其在底部具有窄宽度431且在顶部具有宽的宽度433。壳体412具有至少一个流体入口446和至少一个流体出口448。气体可渗透、液体不可渗透膜456覆盖多孔芯介质414的顶部开口端438，其跨内贮存器436和外贮存器430。壳体412还包括盖件418，其在膜456上面延伸并且联接侧壁422。盖件418从膜456间隔开，以在其中形成气体收集区域459。盖件418包括气体出口450。在通过气体出口450排出时/之前，气体收集在气体收集区域459中。

电极416包括一组销电极，其笔直且向上突出通过下板420。销电极416沿内表面432围绕内贮存器436分布。销电极416可具有不同的长度。每个销电极416的长度可基于销电极416相对于内表面432的位置。电极417还可包括一组销电极，其向内突出通过侧壁422并且沿着外表面434向上弯曲。销电极417沿外表面434围绕外贮存器430分布。销电极417可具有不同长度。每个销电极417的长度可基于销电极417相对于外表面434的位置。可选地，电极可被放置成直接接触泵送介质或泵壳体。

图7示出了根据本发明实施例形成的EO泵70的侧视截面图。泵70包括壳体72，其在其中配置有真空腔74。壳体72包括真空入口76，其配置成联接到真空源78以引发在真空腔74内的真空。芯保持构件80配置在真空腔74内。芯保持构件80具有内泵腔82，其沿着纵向轴线84延伸。芯保持构件80具有位于其相对两端的流体入口86和流体出口88。芯保持构件由气体可渗透和流体不可渗透的材料制成，例如PTFE AF。其它有用的芯保持构件由具有疏水涂层的各种微结构材料中的任何材料制成。这种涂敷的材料例如包括使用诸如例如在US 5,888,591和US 6,156,435中描述的热丝化学气相沉积（HFCVD）的方法涂有PTFE的材料，上述文献中的每篇以引用的方式结合到本文。可选地，真空源78可被完全移除且EO泵70操作成不引发腔74中的真空。

多孔芯介质90被设置在芯保持构件80内。多孔芯介质90位于流体入口和流体出口86和88之间。多孔芯介质布置成在截面方向上基本上填充芯保持构件80，以需要所有流体传送通过多孔芯介质，以从流体入口86传输到流体出口88。举例来说，多孔芯介质90可包括多孔均匀和非均匀材料，或替代性地珠的集合，其任一保持表面电荷并且允许流体从其通过。例如在US 2006/0029851 Al中描述了其它示例性材料，其以引用的方式被结合到本文。可选地，泵介质可由PEEK或用于生物分析方法中的其它生物相容聚合物制成。

芯保持构件80具有细长圆柱形形状，其在相对端96和97开口。流体入口和流体出口86和88位于内泵腔82的相对端96和97处。芯保持构件80表示具有由例如PTFE AF形成的外壁的管件。当气体径向向外传送通过外壁时，流体沿着管件在外壁内流动。

电极92和94靠近芯保持构件80定位并且彼此分离，使得流体流在带电荷时被引发从流体入口86至流体出口88通过多孔芯介质90。电极92和94沿着纵向轴线84彼此分离。在图7的示例性实施例中，电极92和94构造为环形电极，其围绕芯保持构件80的外表面81安装。电极92和94引入在多孔芯介质90上的电势差，其引起流体沿着纵向轴线在箭头A的方向上流动通过多孔芯介质90。如上所述，当流体流动通过多孔芯介质90时，在电极处产生气体。由气体可渗透材料形成的芯保持构件80允许气体沿着芯保持构件80的长度径向向外远离多孔芯介质90驱散。可选真空源78在真空腔74内引入真空，以引发气体在横向于纵向轴线84的径向方向远离多孔芯介质90迁移并且向外通过芯保持构件80。

虽然未示出，电极92和94联接到与上述关于图1-6讨论的电源类似的电源。可选地，EO泵70可包括在电极92和/或94、和/或在壳体72内或围绕壳体72的外部的一个或多个运动源。运动源以关于图1-6讨论的方式操作，以引发气泡从EO泵70内的表面分离。

在本文描述了若干不同泵，且所述泵在附图中被示出用于说明如何能够制造或使用各个泵元件。本发明不旨在局限于本文所描述的具体实施例。应当理解的是，可实施在上述和后文讨论的部件的各种组合和变换。例如，在附图中示出在本文描述的泵在若干方面不同，包括但不局限于诸如电极、壳体、多孔芯介质和贮存器的泵部件的各种位置；诸如电极、壳体、多孔芯介质和贮存器的泵部件的各种形状；可选使用运动源；可选存在的顶板；可选使用紧固件；以及可选使用亲水涂层或膜。这些和其它泵部件可按照各种组合使用或与不同的EO泵设计使用，不管其是否在本文描述或是否是本领域已知的，如本领域技术人员鉴于本文的教导将理解的。

本文所讨论的EO泵可以各种应用来实施，包括但不局限于生化分析系统、流动单元、或用于产生和/或分析分析物阵列（例如，核酸阵列）的其它微流体装置。本文所述的实施例包括可用于产生和/或分析分析物阵列（例如，核酸阵列）的系统、流动单元和岐管（或其它微流体装置）。具体地，通过在固体表面上核酸扩增而产生核酸簇，形成阵列的实施例。一些实施例可包括彼此相互作用以产生、读取和分析阵列的若干子系统。该子系统可包括流体流子系统、温度控制子系统、光和读取器子系统、保持流动单元和岐管的移动台阶以及计算子系统，该计算子系统可操作其它子系统并且实施读数的分析。具体地，一些系统和装置可与电渗（EO）泵集成或包括EO泵。此外，该系统和装置包括光学、机械、流体、热、电和计算方面/特征的各个组合。虽然本文描述了其中的一部分，但是这些方面/特征可在要求美国临时申请no.60/788,248和no.60/795,368优先权的国际专利申请no.PCT/US2007/007991（公开为WO 2007/123744）以及要求美国临时申请no. 60/816,283优先权的国际专利申请no.PCT/US2007/014649（公开为WO 2008/002502）中更完整地描述，上述文献都以引用的方式全文结合到本文中。

本文所使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，且不旨在进行限制。例如，本文所使用的“流动单元”可具有一个或多个流体通道，化学分析物（例如，生化物质）在该流体通道中被检测（例如，其中化学分析物是直接附接到流动单元的多核苷酸或者其中化学分析物是附接到阵列设置在流动单元上的一个或多个珠或其它基质上的多核苷酸）并且可由玻璃、硅、塑料或其组合或者其它合适材料制成。在具体实施例中，要被检测的化学分析物显示在流动单元的表面上，例如经由通过共价或非共价键将分析物附接到该表面上。可使用本文所描述的设备或方法检测的其它分析物包括蛋白质、肽、糖类、生物活性分子、合成分子等等的库。为了说明目的，在下文仅针对核酸序列来示例化该设备和方法。然而，应当理解的是，其它应用包括使用这些其它分析物，例如用于估计RNA表达、基因型、蛋白质组、小分子库合成等等。

此外，流动单元可包括两个或多个流动单元的组合等等。如本文所使用的，术语“多核苷酸”或“核酸”是指脱氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸（RNA）或者由核苷酸类似物制成的DNA或RNA的类似物。本文所使用的术语还包括cDNA，其例如通过反转录酶作用从RNA模板制成的互补DNA或拷贝DNA。在一些实施例中，例如要通过使用所述系统测序分析的核酸在基质上固定（例如，在流动单元内的基质或在诸如流动单元的基质上的一个或多个珠等等）。本文所使用的术语“固定”旨在包括直接或间接、共价或非共价附接，除非清楚地或在文中另外声明。分析物（例如，核酸）在一些状况下可保持固定或附接到载体，在该状况下旨在使用该载体，例如在需要核酸测序的应用中。

本文所使用的术语“固态载体”（或，“基质”）是指核酸可附接到其上的任何惰性基质或胞间质（matrix），例如玻璃表面、塑料表面、胶乳、葡聚糖、聚苯乙烯表面、聚丙烯表面、聚丙烯酰胺凝胶、金表面、和硅片。例如，固态载体可以是玻璃表面（例如，流动单元通道的平坦表面）。在一些实施例中，固态载体可包括惰性基质或胞间质，其通过应用包括反应基的中间材料的层或涂层而被“功能化”，所述反应基允许共价附接到诸如多核苷酸的分子上。作为非限制性示例，这种载体可包括被承载在惰性基质（例如，玻璃）上的聚丙烯酰胺水凝胶。分子（多核苷酸）可直接共价附接到中间材料（例如，水凝胶），但中间材料自身可以非共价地附接到该基质或胞间质上（例如，玻璃基质）。载体可包括均具有不同附接分析物的多个颗粒或珠。

在一些实施例中，本文所描述的系统可用于边合成边测序（SBS）。在SBS中，四个荧光标记改性核苷酸被用于测序在基质（例如，流动单元）的表面上的扩增DNA的致密簇（可能数百万簇）。包含用于测序的核酸样本的流动单元可采用离散的可独立检测单分子、包含颗粒化分子种（species）（例如，具有公共序列的扩增核酸）的均质种群的特征（或簇）阵列，或者特征是包括核酸分子的珠的阵列。核酸可被制备，使得核酸包括相邻于未知目标序列的寡核苷酸引物。为了开始第一SBS测序循环，一个或多个不同标记的核苷酸和DNA聚合酶等等可通过流体流子系统流动到流动单元中/通过流动单元。可一次添加单个核苷酸，或用于测序程序中的核苷酸可被具体设计以具有可逆终止性质，从而允许测序反应的每个循环在出现所有四个标记核苷酸（A、C、T、G）时同时发生。在四个核苷酸被混合在一起时，聚合酶能够选择包括正确基部并且每个序列延伸单个基部。在使用该系统的这种方法中，所有四个替代物之间的自然竞争导致比在反应混合物中存在仅一个核苷酸（其中，因此大多数序列不暴露于正确核苷酸）的情形更精确。具体基部一个接一个重复的序列（例如，均聚物）类似于任何其它序列且具有高精度地被处理。

图8示出了采用根据一个实施例形成的电渗（EO）泵的检测器系统1150。系统1150可包括流体流子系统1100，用于将试剂流（例如，荧光核苷酸、缓冲物、酶和裂解试剂等等）或其它溶液导向到流动单元1110和废物阀1120中以及通过流动单元1110和废物阀1120。如将在下文更详细描述的，流体流系统1100和流动单元1110可包括EO泵。流动单元1110可使得核酸序列的簇（例如，在长度上具有约200-1000的基部）排序，其可选地附接到流动单元1110的基质以及可选地其它部件。流动单元1110还可包括珠阵列，其中每个珠可选地包含多个单序列复本。系统1150还可包括温度控制子系统1135，以调节流动单元通道和试剂存储区域/容器内的反应状况（以及，可选地照相机、光学器件和/或其它部件）。在一些实施例中，可能是温度控制子系统1135一部分的加热/冷却元件定位在流动单元1110下面，以便在操作系统1150期间加热/冷却流动单元1110。可选可移动台1170允许流动单元被正确定向用于激光（或其它光线1101）激励基质以及可选地相对于镜头1142和照相机系统1140移动以允许读取基质的不同区域，流动单元1110放置在可移动台1170上。此外，系统的其它部件还可选地可移动/可调节（例如，照相机、物镜（lens objective）、加热器/冷却器等等）。

通过照相机系统1140（例如，CCD照相机），流动单元1110被监测且测序被跟踪，所述照相机系统可与过滤器切换组件（未示出）内的各个过滤器、镜头1142和聚焦激光/会聚激光组件（未示出）相互作用。激光装置1160（例如，在可选地包括多个激光的组件内的激励激光）可照明流动单元1X110内的荧光测序反应，其经由通过光纤1161（其可选地能够包括一个或多个再成像镜头、光纤安装件等等）进行激光照明。应当理解的是，本文的示出的是示例性实施例且不必要被认作限制性的。

图9示出了具有可与成像或测序系统（例如，在图8中所述的检测器系统1150）一起使用的具有流动单元1300的读取器子系统。如所示的，当核酸样本被放置在流动单元1300的表面上时，通过光纤1320联接的激光可定位成照明流动单元1300。物镜部件1310可定位在流动单元1300上方并且在荧光团被激光或其它光线照明之后捕获和监测各个荧光发射。如所示的，试剂可通过一个或多个管件1330被引导通过流动单元1300，所述管件被连接到合适试剂存储器等等。流动单元1300可放置在流动单元保持器1340内，该流动单元保持器可放置在可移动的台阶区域1350上面。在进行测序时，流动单元保持器1340可将流动单元1300相对于激光或将激光照明引导到成像表面上的棱镜（未示出）和照相机系统固定地保持在正确的位置或定向。替代性地，物镜部件1310定位在流动单元1300下面。激光可与如图9所示类似地定位，或者可相应地被调节用于物镜部件1310读取荧光发射。在其它替代性实施例中，流动单元1300可从两侧（即，顶部和底部）观测到。由此，可使用多个读取器或成像系统，以读取从流动单元1300的通道发射出的信号。

图10A和图10B显示了根据一个实施例形成的流动单元1400。流动单元1400包括底部或基部层1410（例如，是1000μm深的硼硅玻璃）、覆盖基部层1410的通道间隔器或层1420（例如，是100μm深的蚀刻硅）、以及盖件层1430（例如，300μm深）。在组装后，层1310、1420和1430形成封闭通道3X412，其在通过盖件层1430的两端分别具有入口和出口端口1414和1416。如将在下文更详细讨论的，流动单元1400可配置成接合或可密封地匹配岐管，例如岐管810（见图15）。替代性地，流动单元1400的入口1414和出口1416可在流动单元1400的底部或侧面开口。此外，虽然流动单元1400包括八个（8）通道1412，但是替代性实施例可包括其它数量。例如，流动单元1400可包括仅一个（1）通道1412或者可能两个（2）、三个（3）、四个（4）、十六个（16）或更多的通道1412。在一个实施例中，通道层1420可使用标准光刻方法来构造。一种这样的方法包括暴露100μm的硅层并且使用深反应离子蚀刻或湿式蚀刻来蚀刻掉暴露通道。此外，通道1412可具有不同的深度和/或宽度（既包括在不同流动单元的通道之间的不同又包括相同流动通道中通道之间的不同）。例如，虽然在图10B中的单元内形成的通道1412是100μm深，但是其它实施例可选地包括更大深度（例如，500μm）或更小深度（例如，50μm）的通道。

图10C和图10D示出了根据替代性实施例形成的流动单元配置。如图10C所示，流动单元1435可具有比参考流动单元1400描述的通道1412更宽的通道1440，或者具有一共八个（8）入口1445和出口端口1447的两个通道。流动单元1435可包括用于附加结构化支撑的中心壁1450。在图10D的示例中，流动单元1475可包括偏移通道1480，使得入口1485和出口端口1490分别在流动单元1475的相对端以错开的行布置。

流动单元可由许多可能材料形成或构造。例如，流动单元可由感光玻璃制成，感光玻璃例如是可根据需要形成和操作的Foturan?（德国美因茨的Mikroglas）或Fotoform?（日本东京的Hoya）。其它可能材料可包括塑料，例如环烯烃共聚物（例如，Topas?（肯塔基州佛罗伦萨的Ticona）或Zeonor?（肯塔基州路易斯维尔的Zeon Chemicals）），其具有良好的光学性质并且可耐受升高的温度。此外，流动单元可由在相同流动单元内的多种不同材料制成。因此，在一些实施例中，基部层、通道壁以及盖件层能可选地采用不同的材料。同样，虽然图10B中的示例示出了由三个（3）层形成的流动单元1400，但是其它实施例可包括两个（2）层，例如具有在其中蚀刻/烧蚀/形成的通道的基部层和盖件层等等。其它实施例可包括具有仅一个层的流动单元，其包括在其中蚀刻/烧蚀/形成的流动通道。

图11给出了根据一个实施例图案化流动通道的过程的示意图。首先，用掩模500在基质510的表面上掩模出期望图案，接着暴露到UV光线。玻璃暴露到在从290至330 nm之间波长的UV光线下。在UV暴露步骤期间，银和其它掺杂原子融合在所照明的区域（区域520）。接下来，在5000℃和6000℃之间的加热处理期间，玻璃围绕在区域520中的银原子结晶。最后，当在室温下用10%氢氟酸溶液蚀刻（各向异性蚀刻）之后，结晶区域具有高达玻璃质区域20倍的蚀刻速率，从而得到通道530。如果湿式化学蚀刻被超声波蚀刻或喷射蚀刻支持，那么得到的结构呈现大范围比率。

图12A-E示出了可用于构造根据一个实施例的流动单元的蚀刻过程。图12A示出了包括通道600和通孔605的双层流动单元的端部视图。通道600和通孔605暴露/蚀刻到盖件层630中。盖件层630匹配底部层620（如图12E所示）。通孔605配置成允许试剂/流体进入到通道600中。通道600可通过诸如从Invenios（加利福尼亚州圣巴巴拉）可得到的3-D工艺蚀刻到层630中。盖件层630可包括Foturan并且可被UV蚀刻。Foturan在暴露到UV时改变颜色并且变得光学上不透明（或，伪不透明）。在图12B中，盖件层630被掩模并且曝光以在该层内得到光学不透明区域610。光学不透明区域可有利于阻碍错误引导的光线、光线散射或其它不期望反射，它们否则会消极地影响序列读取的质量。在替代性实施例中，诸如铬或镍的金属薄层（例如，100-500 nm）可选地设置在流动单元的层之间（例如，在图12E中的盖件层和底部层之间），以有助于阻碍不期望的光线散射。图12C和图12D示出了底部层620与盖件层630的匹配，图12E示出了其剖视图。

流动单元的层可以许多不同的方式彼此附接。例如，层可经由粘结剂、结合（例如，热量、化学等等）和/或机械方法附接。本领域技术人员熟悉将各种玻璃/塑料/硅层彼此附接的许多方法和技术。此外，虽然在本文描述了具体流动单元设计和构造，但是这种描述不应被认为是限制性的。其它流动单元可包括除了本文所述以外的不同材料和设计和/或可通过除了本文所述的方法以外的不同蚀刻/烧蚀技术或其它产生方法来产生。因此，具体流动单元成分或构造方法在所有实施例中都不应被认为是限制性的。

可用于测序的试剂、缓冲物和其它材料经由流体流子系统100（见图1）被调节和分配。一般而言，流体流子系统100以合适速率并且可选地以合适温度运输合适试剂（例如，酶、缓冲物、染料和核苷酸等等），从试剂存储区域（例如，瓶或其它存储容器）通过流动单元110且可选地到达废物接收区域。流体流子系统100可被计算机控制并且能可选地控制各种试剂成分的温度。例如，一些成分可选地保持在冷却温度例如，4℃+/- 1℃（例如，用于含酶溶液），而其它试剂可选地保持在升高的温度（例如，当具体酶促反应在升高温度发生时要流动通过流动单元的缓冲物）。

在一些实施例中，各种溶液在流动通过流动单元1110（例如，与稀释合适核苷酸混合的浓缩缓冲物等）之前可选地被混合。这种混合和调整也可选地被流体流子系统1100控制。此外，有利的是最小化系统1150的部件之间的距离。在泵与流动通道之间可具有1：1关系，或者流动通道在流体子系统的各个部件处可分支成两个或多个通道和/或可组合成一个或多个通道。流体试剂可存储在试剂容器（例如，在室温下的缓冲物、5X SSC缓冲物、酶促缓冲物、水、裂解缓冲物、用于酶的冷却容器、酶混合物、水、扫描混合物等等）中，它们都连接到流体流子系统1100。

多路阀还可用于允许可控地出入多个线路/容器。起动泵可用于将试剂从容器向上抽吸通过管件，使得试剂“准备好”进入流动单元1110中。因此，可避免在错误温度下的死空气、试剂（例如，由于安置在管件中）。流体流自身可选地通过多种泵类型中的任何泵（例如，正/负排量、真空、蠕动和电渗等等）类型驱动。

不管本文使用哪种泵/泵类型，试剂通过管件可选地从其存储区域运输到流动单元1110。这种管件（例如，PTFE）可被选择，以便例如最小化与试剂的相互作用。管件的直径可在不同实施例之间（和/或可选地在不同试剂存储区域之间）变化，但可基于例如对于减少“死体积”或在线路中留有流体的量的需要来选择。此外，管件的尺寸可选地能在流动路径的各个区域之间变化。例如，试剂存储区域中的管件尺寸的直径不同于从泵到流动单元的管件的尺寸等等。

流体流系统1100还装配有压力传感器，其自动检测并报告系统的流体性能的特征，例如泄漏、阻塞和流量体积。这种压力或流量传感器可用于仪器维护和故障检修。流体系统可由一个或多个计算机部件控制，例如将在下文描述的。应当理解的是，在各个实施例中的流体流配置可变化，例如在试剂容器的数量、管件长度、直径、和组成以及选择器阀和泵类型等方面。

如上所述，系统1150（图8）的各个部件可联接到处理器或计算系统，其用于根据预编程或使用者输入指令命令这些仪器的操作、接收来自于这些仪器的数据和信息、以及向使用者解释、操作和报告该信息。由此，计算系统通常合适地联接到这些仪器/部件（例如，在需要时包括模数或数模转换器）。计算系统可包括用于接收使用者指令的合适软件，其采用进入设定参数域中的使用者输入形式（例如，在GUI中）或者采用例如针对各种不同具体操作（例如，自动聚焦、SBS测序等等）预编程的预编程指令的形式。于是，软件可将这些指令转化为用于命令正确操作的合适语言，以实施期望操作（例如，流体方向和运输、自动聚焦等等）。此外，数据（例如，来自于核酸阵列的光发射轮廓）或从系统收集的其它数据可以印刷形式输出。不管是印刷形式或电子形式（例如，显示在监视器上）的数据可采用各种或多种格式，例如曲线、直方图、数值系列、表、图形等等。

图13和图14示出了可构造成根据一个实施例接收EO泵的流动单元700。图13是流动单元700的平面图，图14是流动单元700的端部部分的截面图。流动单元700包括流动单元本体702，其可由彼此堆叠的一个或多个基质层形成。如图14所示，流动单元本体702包括底部层704、通道间隔器或层706和盖件层708。通道间隔器706能可选地光学不透明，以便阻碍否则可能消极地影响序列读取质量的错误引导光线、光线散射或其它不期望反射。流动单元本体702具有基本上平坦底表面720（图14）和基本上平坦顶表面722。表面720和722可以是透明的，以允许光线从其穿过，且表面720或722（以及分别的对应层704和708）可配置成由系统1150保持，或更具体地由保持器子组件800（如图15所示）保持。例如，底部层704可具有钻孔或凹口，用于接合保持器806和/或棱镜804（均如图15所示）。层704、706和708配置成形成一个或多个通道712，其在流动单元本体702的一端697处的流体入口/出口（I/O）端口714（见图13）与位于另一端699处的另一流体入口/出口（I/O）端口716（见图14）之间延伸并且与它们流体连通。此外，流动单元本体702可包括一个或多个泵腔724，其每个均插入到通道712的一端699与一个流体I/O端口716之间。泵腔724成形以保持一个或多个电渗（EO）泵730，这将在下文更详细地描述。

如图13所示，泵腔724联接到流体通道712以及气体排出通道713。气体排出通道713延伸到公共区域，例如流动单元本体702的侧面698或端部699。气体排出通道713在气体端口717终止，所述气体端口717联接到气体移除装置（例如，图1中的52）或真空源（例如，图7中的78）。气体端口717可与保持器组件800中的匹配端口对齐。可选地，泵腔724可用公共气体端口717联接到公共气体排出通道713，由此简化至流动单元本体702/来自于流动单元本体702的气体联接路径。

泵腔724接收与本申请所描述的本发明中的或与本发明一致的EO泵10（图1）或任何其它EO泵。为了方便起见，图14中的EO泵10将用关于图1的上文讨论的附图标记来描述。EO泵10包括侧壁22、多孔芯介质14、上板18和下板20、气体可渗透但液体不可渗透的膜56、电极16和17、流体入口46和流体出口48以及气体出口50。电极16和17终止在下板20上的触头19和21，以利于EO泵10插入到流动单元本体702之后的电连接。触头19和21联接到流动单元本体702中的匹配触头。

在EO泵10被插入到泵腔724中之后，流体入口46对齐入口端口716，而流体出口48对齐联接到流体通道715的端口。流体通道748联接到每个流体出口48并且从EO泵10的底板20向上延伸到达流体通道715。气体出口50接收传送通过膜56的气体。气体出口50将气体排出到气体通道713中，所述气体

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