(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレキシブルな下層（3）の第１疎水面（17'）と、少なくとも１つの使い捨てカートリッジ（2）の第２疎水面（17"）との間でのギャップ（6）内において液滴でのサンプルを操作するためのディジタルマイクロ流体システム（1）であって、該ディジタルマイクロ流体システム（1）は、
（a）１つの使い捨てカートリッジ（2）を占めるように構成される少なくとも１つのカートリッジ収容サイト（8）を持ったベースユニット（7）と、
（b）前記ベースユニット（7）の前記少なくとも１つのカートリッジ収容サイト（8）にある電極アレイ（9）であって、該電極アレイ（9）が、下基板（11）によって支持され、第１平面において実質的に延在し、複数の個別電極（10）を備える、電極アレイ（9）と、
（c）前記電極アレイ（9）の前記個別電極（10）の選択を制御するための、及び、エレクトロウェッティングによって前記使い捨てカートリッジ（2）の前記ギャップ（6）内において液滴（23）を操作するために、個々の電圧パルスをこれらの個別電極（10）に提供するための、中央制御ユニット（14）と、を備え、
前記ディジタルマイクロ流体システム（1）は、
（d）前記電極アレイ（9）及び／又は前記下基板（11）を貫通し、前記ベースユニット（7）の前記少なくとも１つのカートリッジ収容サイト（8）に位置する複数の吸引穴（35）と、
（e）排気スペース（46）において負圧を確立するための真空源（33）と、
（f）前記吸引穴（35）を前記真空源（33）にリンクする複数の真空ライン（34）と、さらに含み、
ガスケット（36）あるいは複数のシール（39，39'）は、前記使い捨てカートリッジ（2）が前記少なくとも１つのカートリッジ収容サイト（8）に位置するとき、前記カートリッジ収容サイト（8）において前記排気スペース（46）を密封して、該排気スペース（46）が、前記使い捨てカートリッジ（2）の前記フレキシブルな下層（3）と、前記カートリッジ収容サイト（8）の最上面（52）と、前記ガスケット（36）あるいは挿入ガイド（25）及び閉鎖手段（30）によって支持される前記シール（39，39'）と、によって画定され、
前記排気スペース（46）における負圧によって、前記カートリッジ収容サイト（8）に配置される前記使い捨てカートリッジ（2）の前記フレキシブルな下層（3）が、引き寄せられるとともに前記ディジタルマイクロ流体システム（1）の前記カートリッジ収容サイト（8）の前記最上面（52）に広がることを特徴とする、ディジタルマイクロ流体システム（1）。
【請求項２】
前記ガスケット（36）が、前記フレキシブルな下層（3）の前記第１疎水面（17'）と前記使い捨てカートリッジ（2）の前記第２疎水面（17"）との間での前記ギャップ（6）の高さを規定するように寸法構成されることを特徴とする、請求項１に記載のディジタルマイクロ流体システム（1）。
【請求項３】
前記ディジタルマイクロ流体システム（1）の前記電極アレイ（9）が、前記フレキシブルな下層（3）の前記第１疎水面（17'）と前記使い捨てカートリッジ（2）の前記第２疎水面（17"）との間での前記ギャップ（6）の高さを規定するように寸法構成される剛体スペーサ（5）を備えることを特徴とする、請求項１のディジタルマイクロ流体システム（1）。
【請求項４】
前記吸引穴（35）が、前記ディジタルマイクロ流体システム（1）の前記カートリッジ収容サイト（8）の前記最上面（52）に配置される前記吸引チャネル（51）の中に口を開くように構成されることを特徴とする、請求項１に記載のディジタルマイクロ流体システム（1）。
【請求項５】
前記吸引穴（35）と前記真空ライン（34）との間には、真空スペース（50）が配置され、前記真空スペース（50）が、前記カートリッジ収容サイト（8）で配置されるとともに前記下基板（11）における前記電極アレイ（9）の下に配置され、前記真空スペース（50）が、前記真空ライン（34）の少なくとも１つによって前記ディジタルマイクロ流体システム（1）の前記真空源（33）に接続されることを特徴とする、請求項１に記載のディジタルマイクロ流体システム（1）。
【請求項６】
前記カートリッジ収容サイト（8）の前記最上面（52）が、前記電極アレイ（9）を覆う誘電体層（24）を備え、該誘電体層（24）が、前記ベースユニット（7）の前記吸引穴（35）のサイトで穴を有することを特徴とする、請求項１に記載のディジタルマイクロ流体システム（1）。
【請求項７】
前記ガスケット（36）が、前記ディジタルマイクロ流体システム（1）の前記ベースユニット（7）の前記カートリッジ収容サイト（8）の前記電極アレイ（9）に対して永久に固定されることを特徴とする、請求項１に記載のディジタルマイクロ流体システム（1）。
【請求項８】
前記ガスケット（36）が、前記ディジタルマイクロ流体システム（1）の前記カートリッジ収容サイト（8）の前記電極アレイ（9）を永久に覆う前記誘電体層（24）に対して固定されることを特徴とする、請求項６に記載のディジタルマイクロ流体システム（1）。
【請求項９】
前記ガスケット（36）が、前記電極アレイ（9）を支持する前記下基板（11）に対して永久に固定され、前記誘電体層（24）が、前記下基板（11）、前記電極アレイ（9）及び前記ガスケット（36）を永久に覆うことを特徴とする、請求項６に記載のディジタルマイクロ流体システム（1）。
【請求項１０】
前記ベースユニット（7）が、前記使い捨てカートリッジ（2）を収容するように寸法構成されたフレームとして構成される挿入ガイド（25）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のディジタルマイクロ流体システム（1）。
【請求項１１】
前記ベースユニット（7）が、前記ディジタルマイクロ流体システム（1）の前記電極アレイ（9）の前記剛体スペーサ（5）に対して前記使い捨てカートリッジ（2）を押圧するための押圧プレートとして構成される閉鎖手段（30）を備えることを特徴とする、請求項３に記載のディジタルマイクロ流体システム（1）。
【請求項１２】
前記ベースユニット（7）が、前記ベースユニット（7）の前記カートリッジ収容サイト（8）の所望の位置で前記使い捨てカートリッジ（2）を固定するように構成されるクランプ（37）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のディジタルマイクロ流体システム（1）。
【請求項１３】
請求項１に記載のディジタルマイクロ流体システム（1）のカートリッジ収容サイト（8）に挿入するように構成される使い捨てカートリッジ（2）であって、該使い捨てカートリッジ（2）が、
（a）処理液体、試薬あるいはサンプルを保持するように構成された少なくとも１つの区画（21）を持ったボディ（47）であって、前記区画（21）の少なくとも１つがその内容物のうちの少なくともいくらかを供給するための貫通穴（19）を備えるボディ（47）と、
（b）液体に対して不透過性であり、且つ、前記使い捨てカートリッジ（2）のフレキシブルな下層（3）が前記電極アレイ（9）の上に配置されるとき前記ディジタルマイクロ流体システム（1）の前記電極アレイ（9）を利用して、液滴（23）でのサンプルを操作するための作業フィルムとして構成される、第１疎水面（17'）を持ったフレキシブルな下層（3）と、
（c）前記使い捨てカートリッジ（2）の前記ボディ（47）の下面（48）に取り付けられるとともに、イオンに対して少なくとも透過性のある、第２疎水面（17"）を持った上層（4）と、
（d）前記フレキシブルな下層（3）の前記第１疎水面（17'）と前記上層（4）の前記第２疎水面（17"）との間に位置するギャップ（6）と、を備え、
前記フレキシブルな下層（3）が、前記上層（4）に密封して取り付けられるか、又は、前記フレキシブルな下層（3）の周辺（40）に沿って前記ボディ（47）に取り付けられるフレキシブルなフィルムとして構成され、前記フレキシブルな下層（3）が、前記ディジタルマイクロ流体システム（1）の前記排気スペース（46）における負圧によって、前記ディジタルマイクロ流体システム（1）の前記カートリッジ収容サイト（8）の前記最上面（52）の上で引き寄せられるとともに広がるように構成され、前記使い捨てカートリッジ（2）が、前記第１疎水面（17'）と前記第２疎水面（17"）との間での特定距離を規定するための、前記フレキシブルな下層（3）と前記上層（4）との間での前記ギャップ（6）にあるスペーサ（5）を欠いている、使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項１４】
前記上層（4）が、少なくとも１つの区画（21）の下端と前記ギャップ（6）との間でシールを提供するように構成され、前記上層（4）が、処理液体、試薬あるいはサンプルを前記ギャップ（6）の中に移すためのローディングサイト（41）を備えることを特徴とする、請求項１３に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項１５】
手動で、あるいは前記上層（4）のそれぞれのローディングサイト（41）に対して各区画（21）の内容物を押圧するための作動要素（38）によって、各場合において前記区画（21）内で移動可能に構成される少なくとも１つのプランジャー（42）を備えることを特徴とする、請求項１４に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項１６】
前記区画（21）の少なくとも１つを前記上面（49）に対して密封するように構成される弾性層（44）が、前記使い捨てカートリッジ（2）の前記ボディ（47）の上面（49）に対して密封して適用されることを特徴とする、請求項１４に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項１７】
前記使い捨てカートリッジ（2）が、前記使い捨てカートリッジ（2）の前記ボディ（47）の前記下面（48）に取り付けられる平らな剛体カバープレート（12）をさらに含み、前記上層（4）が前記剛体カバープレート（12）に取り付けられ、前記剛体カバープレート（12）が、前記上層（4）のローディングサイト（41）に位置する貫通穴（19）を備えることを特徴とする、請求項１４に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項１８】
前記使い捨てカートリッジ（2）が、下面（48）を持ったプレート状の構造として構成され、各場合において、前記区画（21）が、穿孔サイト（41'）あるいは毛細管のオリフィス（41"）で貫通穴（19）によって前記下面（48）とつながることを特徴とする、請求項１４に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項１９】
請求項１に記載のディジタルマイクロ流体システム（1）のカートリッジ収容サイト（8）の中に挿入するように構成される使い捨てカートリッジ（2）であって、該使い捨てカートリッジ（2）が、
（a）下面（48）と、上面（49）と、少なくとも１つの貫通穴（19）と、を持ったボディ（47）と、
（b）液体に対して不透過性であり、且つ、前記使い捨てカートリッジ（2）のフレキシブルな下層（3）が電極アレイ（9）の上に配置されるとき前記ディジタルマイクロ流体システム（1）の前記電極アレイ（9）を利用して、液滴（23）でのサンプルを操作するための作業フィルムとして構成される、第１疎水面（17'）を持ったフレキシブルな下層（3）と、
（c）前記ボディ（47）の前記下面（48）に取り付けられた導電性材料（15）であって、該導電性材料（15）が、前記ボディ（47）の前記下面（48）に第２疎水面（17"）を提供するように構成されている、導電性材料（15）と、
（d）前記フレキシブルな下層（3）の前記第１疎水面（17'）と前記導電性材料（15）の前記第２疎水面（17"）との間にあるギャップ（6）と、を備え、
前記フレキシブルな下層（3）が、前記フレキシブルな下層（3）の周辺（40）に沿って前記ボディ（47）の前記下面（48）に密封して取り付けられるフレキシブルなフィルムとして構成され、前記フレキシブルな下層（3）が、前記ディジタルマイクロ流体システム（1）の排気スペース（46）における負圧によって、前記ディジタルマイクロ流体システム（1）の前記カートリッジ収容サイト（8）の最上面（52）の上で引き寄せられるとともに広がるように構成され、前記使い捨てカートリッジ（2）が、前記第１疎水面（17'）と前記第２疎水面（17"）との間での特定距離を規定するための、前記フレキシブルな下層（3）と前記ボディ（47）との間での前記ギャップ（6）にあるスペーサ（5）を欠いていることを特徴とする、使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項２０】
請求項１に記載のディジタルマイクロ流体システム（1）のカートリッジ収容サイト（8）の中に挿入するように構成される使い捨てカートリッジ（2）であって、該使い捨てカートリッジ（2）が、
（a）下面（48'）と、ローディングサイト（41）にある少なくとも１つの貫通穴（19）と、第２疎水面（17"）と、を備える平らな剛体カバープレート（12）と、
（b）液体に対して不透過性であり、且つ、前記使い捨てカートリッジ（2）のフレキシブルな下層（3）が電極アレイ（9）の上に配置されるとき前記ディジタルマイクロ流体システム（1）の電極アレイ（9）を利用して、液滴（23）でのサンプルを操作するための作業フィルムとして構成される、第１疎水面（17'）を持ったフレキシブルな下層（3）と、
（c）前記フレキシブルな下層（3）の前記第１疎水面（17'）と、前記剛体カバープレート（12）の前記第２疎水面（17"）との間にあるギャップ（6）と、を備え、
前記フレキシブルな下層（3）が、前記フレキシブルな下層（3）の周辺（40）に沿って前記剛体カバープレート（12）の前記下面（48'）に密封して取り付けられるフレキシブルなフィルムとして構成され、前記フレキシブルな下層（3）が、前記ディジタルマイクロ流体システム（1）の排気スペース（46）における負圧によって、前記ディジタルマイクロ流体システム（1）の前記カートリッジ収容サイト（8）の最上面（52）の上で引き寄せられるとともに広がるように構成され、前記使い捨てカートリッジ（2）が、前記第１疎水面（17'）と前記第２疎水面（17"）との間での特定距離を規定するための、前記フレキシブルな下層（3）と前記剛体カバープレート（12）の前記第２疎水面（17"）との間でのギャップ（6）にあるスペーサ（5）を欠いていることを特徴とする、使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項２１】
前記ボディ（47）の、あるいは前記剛体カバープレート（12）の少なくとも１つの貫通穴（19）が、処理液体、試薬あるいはサンプルを前記ギャップ（6）の中に移すためのローディングサイト（41）として構成されることを特徴とする、請求項１９に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項２２】
前記ボディ（47）の、あるいは前記剛体カバープレート（12）の少なくとも１つの貫通穴（19）が、処理液体、試薬あるいはサンプルを前記ギャップ（6）の中に移すためのローディングサイト（41）として構成されることを特徴とする、請求項２０に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項２３】
前記使い捨てカートリッジ（2）が、前記第２疎水面（17"）を提供するとともに、前記使い捨てカートリッジ（2）の前記剛体カバープレート（12）の前記下面（48'）に取り付けられる上層（4）を備えることを特徴とする、請求項１９に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項２４】
前記使い捨てカートリッジ（2）が、前記第２疎水面（17"）を提供するとともに、前記使い捨てカートリッジ（2）の前記剛体カバープレート（12）の前記下面（48'）に取り付けられる上層（4）を備えることを特徴とする、請求項２０に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項２５】
前記使い捨てカートリッジ（2）が、前記剛体カバープレート（12）の前記下面（48'）に取り付けられる導電性材料（15）を備え、該導電性材料（15）が、剛体カバープレート（12）の下面（48'）に前記第２疎水面（17"）を提供するように構成されていることを特徴とする、請求項１９に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項２６】
前記ボディ（47）の前記下面（48）に対して又は前記剛体カバープレート（12）の前記下面（48'）に対して取り付けられるとともに、前記フレキシブルな下層（3）の周辺（40）に沿って取り付けられるガスケット（36）をさらに備え、前記使い捨てカートリッジ（2）が前記ディジタルマイクロ流体システム（1）のカートリッジ収容サイト（8）の電極アレイ（9）の上に配置されるとき、前記ディジタルマイクロ流体システム（1）が前記電極アレイ（9）において吸引穴（35）を装備するならば、及び前記フレキシブルな下層（3）が前記吸引穴（35）によって吸引されるならば、前記ガスケット（36）が、前記第１疎水面（17'）と前記第２疎水面（17"）との間での特定距離を規定することを特徴とする、請求項１３に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項２７】
前記ボディ（47）の前記下面（48）に対して又は前記剛体カバープレート（12）の前記下面（48'）に対して取り付けられるとともに、前記フレキシブルな下層（3）の周辺（40）に沿って取り付けられるガスケット（36）をさらに備え、前記使い捨てカートリッジ（2）が前記ディジタルマイクロ流体システム（1）のカートリッジ収容サイト（8）の電極アレイ（9）の上に配置されるとき、前記ディジタルマイクロ流体システム（1）が前記電極アレイ（9）において吸引穴（35）を装備するならば、及び前記フレキシブルな下層（3）が前記吸引穴（35）によって吸引されるならば、前記ガスケット（36）が、前記第１疎水面（17'）と前記第２疎水面（17"）との間での特定距離を規定することを特徴とする、請求項１９に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項２８】
前記ボディ（47）の前記下面（48）に対して又は前記剛体カバープレート（12）の前記下面（48'）に対して取り付けられるとともに、前記フレキシブルな下層（3）の周辺（40）に沿って取り付けられるガスケット（36）をさらに備え、前記使い捨てカートリッジ（2）が前記ディジタルマイクロ流体システム（1）のカートリッジ収容サイト（8）の電極アレイ（9）の上に配置されるとき、前記ディジタルマイクロ流体システム（1）が前記電極アレイ（9）において吸引穴（35）を装備するならば、及び前記フレキシブルな下層（3）が前記吸引穴（35）によって吸引されるならば、前記ガスケット（36）が、前記第１疎水面（17'）と前記第２疎水面（17"）との間での特定距離を規定することを特徴とする、請求項２０に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項２９】
前記ローディングサイト（41）が、穿孔サイト（41'）、毛細管のオリフィス（41"）及びピペット操作オリフィス（41'''）を含む群から選ばれることを特徴とする、請求項１３に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項３０】
前記ローディングサイト（41）が、穿孔サイト（41'）、毛細管のオリフィス（41"）及びピペット操作オリフィス（41'''）を含む群から選ばれることを特徴とする、請求項１９に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項３１】
前記ローディングサイト（41）が、穿孔サイト（41'）、毛細管のオリフィス（41"）及びピペット操作オリフィス（41'''）を含む群から選ばれることを特徴とする、請求項２０に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項３２】
前記カバープレート（12）の前記下面（48'）が、イオンに対して少なくとも透過性のある前記第２疎水面（17"）として構成されることを特徴とする、請求項１９に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項３３】
前記カバープレート（12）の前記下面（48'）が、イオンに対して少なくとも透過性のある前記第２疎水面（17"）として構成されることを特徴とする、請求項２０に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項３４】
前記フレキシブルな下層（3）が、疎水性材料の単一層として構成されることを特徴とする、請求項１３に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項３５】
前記フレキシブルな下層（3）が、疎水性材料の単一層として構成されることを特徴とする、請求項１９に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項３６】
前記フレキシブルな下層（3）が、疎水性材料の単一層として構成されることを特徴とする、請求項２０に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項３７】
前記フレキシブルな下層（3）が、電気的に非導電性材料である単一層として構成され、前記フレキシブルな下層（3）の上面が疎水面（17）であるように処理されていることを特徴とする、請求項１３に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項３８】
前記フレキシブルな下層（3）が、電気的に非導電性材料である単一層として構成され、前記フレキシブルな下層（3）の上面が疎水面（17）であるように処理されていることを特徴とする、請求項１９に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項３９】
前記フレキシブルな下層（3）が、電気的に非導電性材料である単一層として構成され、前記フレキシブルな下層（3）の上面が疎水面（17）であるように処理されていることを特徴とする、請求項２０に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項４０】
前記フレキシブルな下層（3）が、電気的に非導電性の下層と、疎水性の上層を備えるラミネートとして構成されることを特徴とする、請求項１３に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項４１】
前記フレキシブルな下層（3）が、電気的に非導電性の下層と、疎水性の上層を備えるラミネートとして構成されることを特徴とする、請求項１９に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項４２】
前記フレキシブルな下層（3）が、電気的に非導電性の下層と、疎水性の上層を備えるラミネートとして構成されることを特徴とする、請求項２０に記載の使い捨てカートリッジ（2）。
【請求項４３】
作業フィルムの疎水面（17）に付着する液滴（23）でのサンプルを操作する方法であって、該方法が、
（a）フレキシブルな下層（3）の第１疎水面（17'）を、第２疎水面（17"）を、及び、前記第１疎水面（17'）及び前記第２疎水面（17"）の間にあるギャップ（6）を、使い捨てカートリッジ（2）に提供するステップであって、前記使い捨てカートリッジ（2）が、ボディ（47）及び／又は平らな剛体カバープレート（12）と、前記ギャップ（6）に処理液体、試薬あるいはサンプルを供給するための少なくとも１つの貫通穴（19）と、をさらに備える、使い捨てカートリッジ（2）に提供するステップと、
（b）第１平面において実質的に延在し、下基板（11）によって支持されるとともに、電極アレイ（9）の個別電極（10）の選択を制御するための、及びエレクトロウェッティングによって前記第１疎水面（17'）の上で前記液滴（23）を操作するための個々の電圧パルスをこれらの個別電極（10）に提供するための、前記ディジタルマイクロ流体システム（1）の中央制御ユニット（14）に接続される複数の個別電極（10）を備える、少なくとも１つの電極アレイ（9）をディジタルマイクロ流体システム（1）に提供するステップと、
（c）前記疎水面（17"）が、前記フレキシブルな下層（3）の前記第１疎水面（17'）に対して実質的に平行に且つ間隔をおいて延在するように前記ギャップ（6）を規定するステップと、を備え、
該方法は、
（d）前記フレキシブルな下層（3）の周辺（40）に沿って前記使い捨てカートリッジ（2）の前記ボディ（47）に対してあるいは前記平らな剛体カバープレート（12）に対して、密封して取り付けられるフィルムとして前記フレキシブルな下層（3）を設けるステップであって、前記使い捨てカートリッジ（2）が、前記第１疎水面（17'）と前記第２疎水面（17"）との間での特定距離を規定するための前記ギャップ（6）にあるスペーサ（5）を欠いている、フレキシブルな下層（3）を設けるステップと、
（e）前記ディジタルマイクロ流体システム（1）の前記ベースユニット（7）のカートリッジ収容サイト（8）に前記使い捨てカートリッジ（2）を配置するステップと、
（f）ガスケット（36）あるいは挿入ガイド（25）及び閉鎖手段（30）で支持される複数のシール（39，39'）によって、前記カートリッジ収容サイト（8）において排気スペース（46）を密封するステップであって、前記排気スペース（46）が、前記使い捨てカートリッジ（8）の前記フレキシブルな下層（3）と、前記カートリッジ収容サイト（8）の最上面（52）と、前記ガスケット（36）あるいは前記挿入ガイド（25）及び前記閉鎖手段（30）での前記複数のシール（39，39'）と、によって画定される、前記排気スペース（46）を密封するステップと、
（g）前記排気スペース（46）において負圧を作り出すステップであって、前記負圧によって、前記カートリッジ収容サイト（8）に配置される前記使い捨てカートリッジ（2）の前記フレキシブルな下層（3）が、前記カートリッジ収容サイト（8）の前記最上面（52）の上に引き寄せられるとともに広がる、負圧を作り出すステップと、を備える方法。
【請求項４４】
前記フレキシブルな下層（3）の前記第１疎水面（17'）と前記使い捨てカートリッジ（2）の前記第２疎水面（17"）との間でのギャップ（6）の高さを規定するように寸法構成されるガスケット（36）によって、前記ギャップ（6）を規定するステップが実行されることを特徴とする、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記フレキシブルな下層（3）の前記第１疎水面（17'）と前記使い捨てカートリッジ（2）の前記第２疎水面（17"）との間での前記ギャップ（6）の高さを規定するように寸法構成される、前記ディジタルマイクロ流体システム（1）の前記電極アレイ（9）の上にある剛体スペーサ（5）によって、前記ギャップ（6）を規定するステップが実行されることを特徴とする、請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
前記排気スペース（46）における前記負圧が真空源（33）によって作り出され、前記真空源（33）が、ディジタルマイクロ流体システム（1）の中央制御ユニット（14）によって制御されるとともに、前記使い捨てカートリッジ（2）の前記フレキシブルな下層（3）を引き寄せるための吸引穴（35）及び／又は真空スペース（50）に複数の真空ライン（34）によってリンクされることを特徴とする、請求項４３に記載の方法。
【請求項４７】
エレクトロウェッティングによって前記第１疎水面（17'）の上で液滴（23）を操作することの後に、及び／又は、これらの液滴（23）のうちのいくつかにおいてサンプルを分析することの後に、前記使い捨てカートリッジ（2）が、前記ディジタルマイクロ流体システム（1）の前記ベースユニット（7）の前記カートリッジ収容サイト（8）から取り出されるとともに廃棄されることを特徴とする、請求項４３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液滴でのサンプルを操作するためのディジタルマイクロ流体システムの中で、あるいはそのシステム上で使用される使い捨てカートリッジに関する。ディジタルマイクロ流体システムは、基板によって支持された電極アレイと、この電極アレイの個別電極の選択を制御するための、及びエレクトロウェッティングによって液滴を操作するための個々の電圧パルスをそれらに提供するための、中央制御ユニットと、を備える。この発明は、小滴の作動した分子技術を容易にするためのディジタルマイクロ流体システムに関するとともに、マイクロ流体システム又は装置において液滴ディジタルでのサンプルを操作する代替方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動液体処理システムは、当該技術において一般に有名である。例は、本出願人（Tecan Schweiz AG、Seestrasse 103、CH-8708 Mannedorf、Switzerland）からのフリーダムEVO（登録商標）のロボットのワークステーションである。この装置は、スタンドアロンの器具において、あるいは分析システムとの自動接続において自動液体処理を可能にする。これらの自動システムは、典型的にはプロセスに多くの液体（マイクロリッターからミリリッターまで）を要求する。それらは、ポータブルであるように構成されていない大きなシステムである。
【０００３】
生体サンプルの自動処理に対処する多くのアプローチが、マイクロ流体の分野から始まる。この技術分野は、一般に、少量での、通常マイクロスケールかナノスケールのフォーマットでの液体の制御及び操作に関係がある。チャネル・システムでの液体の移動は、例えば、固定式装置でのミクロなポンプ、あるいは実験用具を回転させるときでの向心力によって制御されることそれ自体既知である。ディジタルマイクロ流体では、所定電圧が電極アレイの電極に印加される。その結果、個々の小滴がアドレス指定される（addressed）（エレクトロウェッティング）。
【０００４】
エレクトロウェッティング方法の一般的な概観に対して、非特許文献１を参照すること。簡潔には、エレクトロウェッティングは、好ましくは疎水性層によって覆われて、多くの微小電極を使用して、液滴を移動させる方法を指す。電極アレイの電極に所定電圧を印加することによって、液滴の表面張力の変更（それはアドレス指定された電極上に存在する）がもたらされる。これは、アドレス指定された電極上の小滴の接触角の著しい変化をもたらし、従って小滴の移動をもたらす。当該エレクトロウェッティング手順については、電極を配置する２つの原理方法が既知である。小滴の移動をもたらすための電極アレイを持った１つの単一表面を使用すること、あるいは同様の電極アレイと反対であり且つ少なくとも１つの接地電極を提供する第２表面を加えること。エレクトロウェッティング技術の主な利点は、少量の液体だけが必要であるということである（例えば単一の小滴）。したがって、液体処理はかなり短い時間内で実行される。更に、液体の移動は、サンプルの自動処理に帰着する完全に電子制御下で制御される。
【０００５】
電極アレイ（電極の単平面の配置）を持った１つの単一表面を使用するエレクトロウェッティングによって液滴を操作するための装置は、特許文献１から既知である。電極のすべてが、キャリア基板の表面に配置されるか、あるいは基板へ低下するか、非湿潤性の表面によって覆われる。電圧源が電極に接続される。それに続く電極に電圧を印加することにより小滴が移動して、それにより、電極への電圧印加のシーケンスにより電極上での液滴の移動をガイドする。
【０００６】
少なくとも１つの接地電極を持った対向する表面を持った電極アレイを使用する、液滴動作のマイクロスケールの制御用のエレクトロウェッティング装置は、特許文献２（電極の両平面の配置）から既知である。この装置の各表面は、複数の電極を備えてもよい。電極アレイの駆動電極は、個々の単一の電極のエッジにある突出部によって互いに櫛歯状の関係で好ましくは配置される。２つの対向する配列が、ギャップを形成する。ギャップの方を指向した電極アレイの表面は、好ましくは、電気的絶縁性の疎水性層によって覆われる。液滴は、ギャップに位置決めされ、ギャップの反対側に配置された複数の電極に複数の電場を連続的に印加することにより、無極性の充填物流体内で移動する。
【０００７】
ポリマーフィルムの上で液滴でのサンプルを操作するためのポリマーフィルムを持った容器は、特許文献３から既知である。生体サンプル処理システムは、大容量処理用の容器、及び下面及び疎水性上面を持ったフラットなポリマーフィルムを備える。フラットなポリマーフィルムは、突出部によって容器の基部側に対して距離を置いている。容器がフィルム上に置かれるとき、この距離は少なくとも１つのギャップを規定する。液滴操作器具は液滴動作をもたらすための少なくとも１つの電極アレイを備える。液滴操作器具に対する制御装置に加えて、少なくとも１つの電極アレイを支持する基板が開示されている。容器とフィルムとは、液滴操作器具に可逆的に取り付けられる。システムは、少なくとも１つの液滴が、少なくとも１つのウェル（well）から容器のチャネルを通してフラットなポリマーフィルムの疎水性の上面上に、及び少なくとも１つの電極アレイ上に、移動することを可能にする。液滴操作器具は、エレクトロウェッティングによってフラットなポリマーフィルムの疎水性の上面上での液滴のガイドされた移動を制御するとともに、生体サンプルを処理する。
【０００８】
さらに、生体サンプルの処理に関連して液滴を操作するための当該エレクトロウェッティング装置の使用は、特許文献４として公表されて既知である。典型的には、小滴アクチュエータが、誘電体によって絶縁された制御電極（エレクトロウェッティング電極）を持った下基板と、導電性の上基板と、上基板及び下基板の上の疎水性コーティングと、を含むことは開示される。小滴アクチュエータの１つ以上の構成要素（つまり移動可能なフィルム、可逆的に取り付け可能な上基板及び下基板、及び内蔵型の置換可能なカートリッジのような、容易に置換されてもよい使い捨ての構成要素）を置換するための小滴アクチュエータ装置が開示されている。
【０００９】
特許文献４として公表されていることから、固定された下基板（例えばPCBからなる）を持った小滴アクチュエータ、エレクトロウェッティング電極を持った小滴アクチュエータ、及び除去可能か置換可能な上基板を持った小滴アクチュエータは既知である。内蔵型のカートリッジは、例えば、バッファー、試薬及び充填物流体（filler fluid）を含む。カートリッジ中の小袋は、流体リザーバとして使用されてもよく、カートリッジギャップに流体（例えば試薬か油）を放出するために穴をあけられてもよい。カートリッジは接地電極（それは疎水性層と置き換えられてもよい）と、カートリッジのギャップの中にサンプルを装填するための開口と、を含んでもよい。インターフェース材料（例えば液体、接着剤あるいはグリース）は、電極アレイへのカートリッジの付着を与えてもよい。
【００１０】
特許文献５（英訳版用のUS2009/0298059Alを参照）には、分子診断解析を実行するための自動システムでのマイクロ流体の処理及び分析のための使い捨てカートリッジが開示されている。カートリッジは、フラットなチャンバー装置（おおよそクレジットカードサイズ）として構成され、システムに挿入される。サンプルは、ポートを通じてカートリッジへピペットで移される。
【００１１】
小滴アクチュエータ構造は特許文献６から既知である。この文献は、特に小滴アクチュエータの電極アレイに対する様々な配線構成について言及し、制御電極を備える第２の基板からギャップによって分離された参照電極配列を持った第１基板を備える当該小滴アクチュエータの２つの層状の実施形態を追加的に開示する。２つの基板は平行に配列され、それによって、ギャップを形成する。ギャップの高さは、スペーサによって設定されてもよい。各場合において、疎水性コーティングはギャップに面する表面上に配置されている。第１基板及び第２基板は、最終的には電極アレイを備えるカートリッジの形態をとってもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第5,486,337号明細書
【特許文献２】米国特許第6,565,727号明細書
【特許文献３】国際公開第WO2010/069977Al号
【特許文献４】国際公開第WO2011/002957A2号
【特許文献５】国際公開第WO2006/125767Al号
【特許文献６】国際公開第WO2008/106678号
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】IEEEトランザクション、Washizu、工業利用（第３4巻）、第４号、1998年、及び、Pollackら、Labチップ、2002年、第２巻、96頁-101頁
【発明の概要】
【００１４】
この発明は、液滴でのサンプル（samples in liquid droplets）の操作に対して１つ以上の使い捨てカートリッジを収容するように構成されるディジタルマイクロ流体システムで、あるいはディジタルマイクロ流体装置で使用される代替の使い捨てカートリッジを提案することを目的とする。
【００１５】
この目的は、第１の代替の使い捨てカートリッジが提供されることで達成される。この発明の第１の代替の使い捨てカートリッジは、
（a）処理液体、試薬あるいはサンプルを保持するように構成された少なくとも１つの区画を持ったボディであって、区画の少なくとも１つがその内容物のうちの少なくともいくらかを供給するための貫通穴を備えるボディと、
（b）液体に対して不透過性であり、且つ、使い捨てカートリッジの下層が電極アレイの上に配置されるときディジタルマイクロ流体システムの電極アレイを利用して、液滴でのサンプルを操作するための作業フィルム（working film）として構成される、第１疎水面を持った下層と、
（c）使い捨てカートリッジのボディの下面に取り付けられる第２疎水面を持った上層と、
（d）下層の第１疎水面と上層の第２疎水面との間にあるギャップと、を備える。
【００１６】
任意選択で、上層によって提供される第２疎水面は、液体に対して不透過性であるか又は液体に対して不透過性では無いが、第２疎水面あるいは上層が、それぞれ、イオンに対して少なくとも透過性であることは好ましい。
【００１７】
この発明の第１の代替の使い捨てカートリッジは、フレキシブルな下層の周辺に沿って上層に密封して取り付けられるフレキシブルなフィルムとして下層が構成され、使い捨てカートリッジが、第１疎水面と第２疎水面との間での特定距離を規定するためにフレキシブルな下層と上層との間に位置するスペーサを欠いていることを特徴としている。この発明の第１の代替の使い捨てカートリッジは、さらに、少なくとも１つの区画の下端とギャップとの間にシールを提供するように上層が構成され、当該上層が処理液体、試薬あるいはサンプルをギャップの中に移すためのローディングサイトを備えることを特徴としている。
【００１８】
この目的は、第２の代替の使い捨てカートリッジが提供されることで達成される。この発明の第２の代替の使い捨てカートリッジは、
（a）下面、上面及び少なくとも１つの貫通穴を持ったボディと、
（b）液体に対して不透過性であり且つ使い捨てカートリッジの下層が電極アレイの上に配置されるときディジタルマイクロ流体システムの電極アレイを利用して、液滴でのサンプルを操作するための作業フィルムとして構成される第１疎水面を持った下層と、
（c）ボディの下面に取り付けられた導電性材料であって、ボディの下面に第２疎水面を提供するように構成されている導電性材料と、
（d）下層の第１疎水面と導電性材料の第２疎水面との間にあるギャップと、を備える。
【００１９】
任意選択で、ボディに第２疎水面を提供する導電性材料は、液体に対して不透過性であるか又は液体に対して不透過性では無いが、第２疎水面を提供する導電性材料がイオンに対して少なくとも透過性であることは好ましい。
【００２０】
この発明の第２の代替の使い捨てカートリッジは、フレキシブルな下層の周辺に沿って使い捨てカートリッジの導電性材料に密封して取り付けられるフレキシブルなフィルムとして下層が構成され、使い捨てカートリッジが、第１疎水面と第２疎水面との間での特定距離を規定するための、フレキシブルな下層と導電性材料との間に位置するスペーサを欠いていることを特徴としている。この発明の第２の代替の使い捨てカートリッジは、さらに、ボディの少なくとも１つの貫通穴が、処理液体、試薬あるいはサンプルをギャップの中に移すためのローディングサイトとして構成されていることを特徴としている。
【００２１】
液滴でのサンプルを操作するための１つ以上の当該使い捨てカートリッジが配置されるマイクロ流体システム又はマイクロ流体装置を提案することが、この発明のさらなる目的である。この目的は、第１の及び第２の代替のディジタルマイクロ流体システムが提供されることで達成される。下層の第１疎水面と、この発明の少なくとも１つの使い捨てカートリッジの第２疎水面との間でのギャップ内において液滴でのサンプルを操作するための第１の及び第２のディジタルマイクロ流体システムは、
（a）１つの使い捨てカートリッジを占める（take up）ように構成される少なくとも１つのカートリッジ収容サイトを持ったベースユニットと、
（b）ベースユニットの少なくとも１つのカートリッジ収容サイトに位置する電極アレイであって、電極アレイが、下基板によって支持されて、第１平面に実質的に延在して、複数の個別電極を備える電極アレイと、
（c）電極アレイの個別電極の選択を制御するための、及びエレクトロウェッティングによってカートリッジのギャップ内において液滴を操作するためにこれらの個別電極に個々の電圧パルスを提供するための、中央制御ユニットと、
（d）電極アレイ及び／又は下基板を貫通し、ベースユニットの少なくとも１つのカートリッジ収容サイトに位置する複数の吸引穴と、
（e）排気スペースにおいて負圧を確立するための真空源と、
（f）吸引穴を真空源にリンクする複数の真空ラインと、を備える。
【００２２】
この発明の第１のディジタルマイクロ流体システムは、さらに、使い捨てカートリッジが少なくとも１つのカートリッジ収容サイトに位置するとき、ガスケットが、カートリッジ収容サイトにおいて排気スペースを密封し、排気スペースが使い捨てカートリッジのフレキシブルな下層、カートリッジ収容サイトの最上面及びガスケットによって画定されることを特徴としている。この発明のディジタルマイクロ流体システムは、さらに、排気スペースでの負圧により、カートリッジ収容サイトに配置される使い捨てカートリッジのフレキシブルな下層が、フレキシブルな下層の第１疎水面と少なくとも１つの使い捨てカートリッジの第２疎水面との間でのギャップにあるスペーサを使用すること無く、ディジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容サイトの最上面の上に引き寄せられるとともに広がることを特徴としている。
【００２３】
この発明の第２の代替ディジタルマイクロ流体システムは、ディジタルマイクロ流体システムが、第１疎水面と第２疎水面との間での特定距離を規定するためのスペーサと、スペーサに使い捨てカートリッジを押下する（hold down）ために、及びフレームの第１シール及び第２シールによって排気スペースを密封するために、カートリッジ収容サイトの中心に使い捨てカートリッジを配置するためのフレームと、を備えることを特徴としている。マイクロ流体システムは、使い捨てカートリッジのフレキシブルな下層と、カートリッジ収容サイトの最上面と、シールを持ったフレームとによって画定される排気スペースをさらに含む。この発明のディジタルマイクロ流体システムは、さらに、排気スペースでの負圧によって、カートリッジ収容サイトに配置されるフレキシブルな下層が、ディジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容サイトの最上面の上に引き寄せられるとともに広がることを特徴としている。
【００２４】
好ましくは、シールは、つまり異なる材料及び／又は断面を備える２つの異なるタイプのものである。複数の第１タイプのシールは、非常に従順な（compliant）材料のものであるか、リップシールとして構成されている。第１タイプのシールは、好適には、シール支持部がそれぞれの対向部に対してしっかりと押圧することを可能にするように大きく変形することができる。この従順なシールについての好ましい材料は、例えば天然ゴムのＯリング、あるいはNeoprene（登録商標）のようなデュポンエラストマーのＯリングである。第２タイプのシールは、好ましくは、最小の圧縮だけを受けるのにあまり従順でなく且つ硬くて、排気スペースを効果的に密封して、スペーサに対して使い捨てカートリッジをしっかりと押圧するというタスクを組み合わせる材料である。この剛性シールに対する好ましい材料は、例えばViton（登録商標）のようなデュポンパフォーマンスエラストマーのＯリングである。
【００２５】
この発明のさらなる目的は、ディジタルマイクロ流体システムあるいはディジタルマイクロ流体装置で液滴ディジタル（digital）でのサンプルを操作する代替方法を提案することである。このさらなる目的は、作業フィルムの疎水面に付着する液滴でのサンプルを操作する第１の代替方法が提案されていることで達成される。この発明に係る第１の代替方法は、
（a）下層の第１疎水面を持った、上層の第２疎水面を持った、及び第１疎水面及び第２疎水面間でのギャップを持った、使い捨てカートリッジを提供するステップであって、使い捨てカートリッジが、処理液体、試薬あるいはサンプルを保持する少なくとも１つの区画を持ったボディをさらに備え、区画がその内容物のうちの少なくともいくらかをギャップに供給するための貫通穴を備える、使い捨てカートリッジを提供するステップと、
（b）第１平面に実質的に延在して、電極アレイの個別電極の選択を制御するために、及びエレクトロウェッティングによって第１疎水面の上で液滴を操作するためにこれらの個別電極に個々の電圧パルスを提供するために、下基板によって支持され、ディジタルマイクロ流体システムの中央制御ユニットに接続された複数の個別電極を備える電極アレイをディジタルマイクロ流体システムに提供するステップと、
（c）上層の疎水面が、下層の第１疎水面に対して実質的に平行に且つ間隔をおいて延在するようにギャップを規定するステップと、を備える。
【００２６】
この発明の液滴でのサンプルを操作する第１の代替方法は、さらに、
（d）フレキシブルな下層の周辺に沿って上層に密封して取り付けられるフレキシブルなフィルムとして下層を提供するステップであって、使い捨てカートリッジが、第１疎水面と第２疎水面との間での特定距離を規定するための、フレキシブルな下層と上層との間に位置するスペーサを欠いている、下層を提供するステップと、
（e）ディジタルマイクロ流体システムのベースユニットのカートリッジ収容サイト上に使い捨てカートリッジを配置するステップであって、上層が、少なくとも１つの区画の下端とギャップとの間でシールを提供するように構成され、上層が処理液体、試薬あるいはサンプルをギャップの中に移すためのローディングサイトを備える、使い捨てカートリッジを配置するステップと、
（f）カートリッジ収容サイトの周辺に位置したガスケットによって排気スペースをカートリッジ収容サイトにおいて密封するステップであって、排気スペースがフレキシブルな下層、電極アレイ、下基板及びガスケットによって画定されている、密封するステップと、
（g）排気スペースにおいて負圧を確立するステップであって、負圧によって、カートリッジ収容サイトに配置される使い捨てカートリッジのフレキシブルな下層が電極アレイ及び下基板の上に（over）引き寄せられるとともに広がる、負圧を確立するステップと、を含むことを特徴としている。
【００２７】
このさらなる目的は、作業フィルムの疎水面に付着する液滴でのサンプルを操作する第２の代替方法が提案されていることで達成される。この発明に係る第２の代替方法は、
（a）下面、上面、少なくとも１つの貫通穴及び第１疎水面を持った下層を備えるボディを使い捨てカートリッジに提供するステップであって、導電性材料がボディの下面に取り付けられ、導電性材料がイオンに対して少なくとも透過性があってボディの下面に第２疎水面を提供するように構成され、ギャップが第１疎水面及び第２疎水面の間に設けられているボディを使い捨てカートリッジに提供するステップと、
（b）第１平面に実質的に延在して、電極アレイの個別電極の選択を制御するために、及びエレクトロウェッティングによって第１疎水面の上で液滴を操作するためにこれらの個別電極に個々の電圧パルスを提供するために、下基板によって支持され、ディジタルマイクロ流体システムの中央制御ユニットに接続された複数の個別電極を備える電極アレイをディジタルマイクロ流体システムに提供するステップと、
（c）第１疎水面及び第２疎水面が、互いに実質的に平行に且つ間隔をおいて延在するようにギャップを規定するステップであって、ボディの少なくとも１つの貫通穴が、処理液体、試薬あるいはサンプルをギャップの中に移すためのローディングサイトとして構成されている、ギャップを規定するステップと、を備える。
【００２８】
この発明の液滴でのサンプルを操作する第２の代替方法は、さらに、
（d）フレキシブルな下層の周辺に沿って導電性材料に密封して取り付けられるフレキシブルなフィルムとして下層を提供するステップであって、使い捨てカートリッジが、第１疎水面と第２疎水面との間での特定距離を規定するために第１疎水面及び第２疎水面の間にあるスペーサを欠いている、下層を提供するステップと、
（e）ディジタルマイクロ流体システムのベースユニットのカートリッジ収容サイトに使い捨てカートリッジを配置するステップと、
（f）カートリッジ収容サイトの周辺に位置したガスケットによって排気スペースをカートリッジ収容サイトにおいて密封するステップであって、排気スペースが、フレキシブルな下層、電極アレイ、下基板及びガスケットによって画定されている、密封するステップと、
（g）排気スペースにおいて負圧を確立するステップであって、負圧によって、カートリッジ収容サイトに配置される使い捨てカートリッジのフレキシブルな下層が、電極アレイ及び下基板の上に引き寄せられるとともに広がる、負圧を確立するステップと、含むことを特徴としている。
【００２９】
このさらなる目的は、作業フィルムの疎水面に付着する液滴でのサンプルを操作する第３の代替方法及び第４の代替方法が提案されていることで達成される。この発明に係る第３の代替方法は、
（a）下層の第１疎水面を、第２疎水面を、及び第１疎水面及び第２疎水面の間にギャップを、使い捨てカートリッジに提供するステップであって、使い捨てカートリッジが、ボディ及び／又は平らな剛体カバープレートと、処理液体、試薬あるいはサンプルをギャップの中に供給するための少なくとも１つの貫通穴と、をさらに備える、ギャップを使い捨てカートリッジに提供するステップと、
（b）第１平面に実質的に延在して、電極アレイの個別電極の選択を制御するために、及びエレクトロウェッティングによって第１疎水面の上で液滴を操作するためにこれらの個別電極に個々の電圧パルスを提供するために、下基板によって支持され、ディジタルマイクロ流体システムの中央制御ユニットに接続された複数の個別電極を備える電極アレイをディジタルマイクロ流体システムに提供するステップと、
（c）疎水面が、下層の第１疎水面に対して実質的に平行に且つ間隔をおいて延在するようにギャップを規定するステップと、を備える。
【００３０】
この発明の液滴でのサンプルを操作する第３の代替方法は、さらに、
（d）フレキシブルな下層の周辺に沿って使い捨てカートリッジのボディあるいは平らな剛体カバープレートに密封して取り付けられるフレキシブルなフィルムとして下層を提供するステップであって、使い捨てカートリッジが、第１疎水面と第２疎水面との間での特定距離を規定するための、ギャップに位置するスペーサを欠いている、下層を提供するステップと、
（e）ディジタルマイクロ流体システムのベースユニットのカートリッジ収容サイトに使い捨てカートリッジを配置するステップと、
（f）ガスケットによってカートリッジ収容サイトにおいて排気スペースを密封するステップであって、排気スペースが、使い捨てカートリッジのフレキシブルな下層、カートリッジ収容サイトの最上面及びガスケットによって画定されている、密封するステップと、
（g）排気スペースに負圧を確立するステップであって、負圧によって、カートリッジ収容サイトに配置される使い捨てカートリッジのフレキシブルな下層が、カートリッジ収容サイトの最上面の上に引き寄せられるとともに広がる、負圧を確立するステップと、を含むことを特徴としている。
【００３１】
この発明の液滴でのサンプルを操作する第４の代替方法は、さらに、
（d）フレキシブルな下層の周辺に沿って使い捨てカートリッジの平らな剛体カバープレートに密封して取り付けられるフレキシブルなフィルムとして下層を提供するステップであって、使い捨てカートリッジが、第１疎水面と第２疎水面との間での特定距離を規定するための、ギャップに位置するスペーサを欠いている、下層を提供するステップと、
（e）カートリッジ収容サイトでの中心配置（centering）フレームの内部に及びディジタルマイクロ流体システムのベースユニットのスペーサ上に使い捨てカートリッジを配置するステップと、
（f）カートリッジ収容サイトでのシーリングの使い捨てカートリッジに圧力を印加するとともに、フレームの第１シール及び第２シールによって排気スペースを密封するステップであって、排気スペースが、使い捨てカートリッジのフレキシブルな下層、カートリッジ収容サイトの最上面及びシールを持ったフレームによって画定されている、圧力を印加するともに密封するステップと、
（g）排気スペースに負圧を確立するステップであって、負圧によって、カートリッジ収容サイトに配置される使い捨てカートリッジのフレキシブルな下層が、カートリッジ収容サイトの最上面の上に引き寄せられるとともに広がる、負圧を確立するステップと、を含むことを特徴としている。
【００３２】
ディジタルマイクロ流体システム、使い捨てカートリッジ、及び液滴でのサンプルを操作する方法の追加で創造性のある特徴及び好ましい実施形態及び変形例は、それぞれの従属クレームから派生する（derive from）。
【００３３】
この発明の利点は次のものを備える。
・１つの実施形態によれば、カートリッジの形状、フレキシブルな下層及びこのフレキシブルな下層の下面に印加された負圧とともに、ディジタルマイクロ流体システムのカートリッジ及びPCBの間のガスケットが、ギャップを囲む２つのフィルム間のギャップを規定するのに十分である。
・別の実施形態によれば、カートリッジの形状、フレキシブルな下層、シールを持ったフレーム及びこのフレキシブルな下層の下面に印加された負圧とともに、ディジタルマイクロ流体システムのカートリッジ及びPCBの間のガスケットが、ギャップを囲む２つのフィルム間のギャップを規定するのに十分である。
・この発明の使い捨てカートリッジは、エレクトロウェッティングが起こるギャップを囲む２つの表面間のスペーサを必要としない。
・ガスケットは、使い捨てカートリッジの一部分とすることができるか、あるいはPCBの表面に固定することができる。
・スペーサはPCBの一部分が好適である。
【００３４】
この発明に係る、内蔵型の使い捨てカートリッジ、ディジタルマイクロ流体システム、及びサンプルを操作する方法は、本発明の範囲及び要旨を狭くすることなく、この発明の選択され且つ例示の実施形態を示す添付の概略図の助けを借りて説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】電極アレイ及び移動可能なカバープレートをそれぞれ備える４個のカートリッジ収容サイトを持った、中央制御ユニット及びベースユニットを装備しているディジタルマイクロ流体システムに関する概観である。
【図２】第１実施形態に係る使い捨てカートリッジが収容された状態にある１つのカートリッジ収容サイトの断面図である。
【図３】第２実施形態に係る使い捨てカートリッジが収容された状態にある１つのカートリッジ収容サイトの断面図である。
【図４Ａ】第３実施形態に係る使い捨てカートリッジが収容された状態にある１つのカートリッジ収容サイトの断面図であって、カバーが部分的に閉じられた状態でカートリッジ収容サイトに置かれたときのクッション状のカートリッジを示す。
【図４Ｂ】第３実施形態に係る使い捨てカートリッジが収容された状態にある１つのカートリッジ収容サイトの断面図であって、完全に閉じられたカバーによってカートリッジ収容サイトの内部でオペレーション形状に押圧されたときのクッション状のカートリッジを示す。
【図５】第４実施形態に係る使い捨てカートリッジが収容された状態にある１つのカートリッジ収容サイトの断面図である。
【図６】第５実施形態に係る使い捨てカートリッジが収容された状態にある１つのカートリッジ収容サイトの断面図である。
【図７】電極アレイ及び固定されたカバープレートをそれぞれ備える１２個のカートリッジ収容サイトを持った、中央制御ユニット及びベースユニットを装備しているディジタルマイクロ流体システムに関する概観である。
【図８Ａ】第６実施形態に係る使い捨てカートリッジが収容された状態にある１つのカートリッジ収容サイトの断面図であって、実質的に垂直な電極アレイ及びカバープレートを持った実質的に垂直なカートリッジ収容サイトに挿入されたトップエントリーのカートリッジを示す。
【図８Ｂ】第６実施形態に係る使い捨てカートリッジが収容された状態にある１つのカートリッジ収容サイトの断面図であって、図８Ａに示された断面Ｂから見たときのトップエントリーのカートリッジを示す。
【図９】その収容サイトに達する前の１つの使い捨てカートリッジの断面図であって、使い捨てカートリッジが第７実施形態に従って構成されている。
【図１０】その収容サイトに達した後の図９の使い捨てカートリッジの断面図であって、使い捨てカートリッジが第７実施形態に従って構成されて、クランプによって適所に保持されている。
【図１１】その収容サイトに達した後の使い捨てカートリッジの断面図であって、使い捨てカートリッジが第８実施形態に従って構成されて、クランプによって適所に保持されている。
【図１２】その収容サイトに達した後の使い捨てカートリッジの断面図であって、使い捨てカートリッジが第９実施形態に従って構成されて、クランプ無しで適所に保持されている。
【図１３】その収容サイトに達する前の１つの使い捨てカートリッジの断面図であって、使い捨てカートリッジが第１０実施形態に従って構成されて、クランプで、あるいはクランプ無しでカートリッジ収容サイトで保持されている。
【図１４】その収容サイトに達する前の１つの使い捨てカートリッジの断面図であって、使い捨てカートリッジが第１１実施形態に従って構成されて、クランプで、あるいはクランプ無しでカートリッジ収容サイトで適所に保持されている。
【図１５】その収容サイトにある１つの使い捨てカートリッジの部分断面図であって、使い捨てカートリッジが第１２実施形態に従って構成されて、フレームによってカートリッジ収容サイトの中心に置かれて、ねじで締めたプレートを持ったPCBのスペーサ上で押圧されている。
【図１６】その収容サイトにある１つの使い捨てカートリッジの部分断面図であって、使い捨てカートリッジが第１２実施形態に従って構成されて、カートリッジ収容サイトの中心に置かれて、ねじで締めたフレームプロファイルによってスペーサ上で押圧されている。
【図１７】その収容サイトにある１つの使い捨てカートリッジの部分断面図であって、使い捨てカートリッジが第１２実施形態に従って構成されて、ねじで締めたフレームによってカートリッジ収容サイトの中心に置かれて、押圧プレートでPCBのスペーサ上で押圧されている。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１は、電極アレイ9及び１枚のカバープレート12をそれぞれ備える４個のカートリッジ収容サイト8を持った、中央制御ユニット14及びベースユニット7を装備している例示のディジタルマイクロ流体システム1に関する概観を示す。ディジタルマイクロ流体システム1は、下層3、上層4、及び最終的には下層3及び上層4の間のギャップ6を規定するスペーサ5を含む使い捨てカートリッジ2内において液滴23でのサンプルを操作するように構成される。したがって、液滴23でのサンプルは、使い捨てカートリッジ2のギャップ6において操作される。
【００３７】
典型的なディジタルマイクロ流体システム1は、使い捨てカートリッジ2を占めるよう構成される少なくとも１つのカートリッジ収容サイト8を持ったベースユニット7を備える。ディジタルマイクロ流体システム1はスタンドアロンであり不動のユニットとすることができ、ディジタルマイクロ流体システム1上で、複数のオペレーターが、複数のオペレーターが持ってくるカートリッジ2を使って作業している（work with）。ディジタルマイクロ流体システム1は、複数のカートリッジ収容サイト8及び複数の電極アレイ9を備えてもよい。その結果、複数のカートリッジ2が同時に及び／又は平行に働くことができる。カートリッジ収容サイト8、電極アレイ9及びカートリッジ2の数は、１つであるか例えば、１乃至１００個のあらゆる数であるか、さらに多くの数であってもよい。この数は、例えば、中央制御ユニット14の作業能率（working capacity）によって制限されてもよい。
【００３８】
液体取り扱いワークステーションに、あるいはフリーダムEVO（登録商標）のロボットのワークステーションにディジタルマイクロ流体システム1を統合することは好ましいかもしれない。その結果、ピペット操作ロボットは、液体の部分及び／又はサンプルを含む液体をカートリッジ2間で移すために利用される。
【００３９】
別法として、システム1は、少ない数の（例えば単一の）使い捨てカートリッジ2を備えてそれと共働することができるハンドヘルドユニットとして構成することができる。すべての当業者は、ちょうど言及された２つの極端（extreme）の中間に位置している中間の解決策が作動して（operate）働く（work）ことを理解するであろう。
【００４０】
典型的なディジタルマイクロ流体システム1は、第１平面に実質的に延在して複数の個別電極10を備える少なくとも１つの電極アレイ9を備える。当該電極アレイ9は、ベースユニット7のカートリッジ収容サイト8のそれぞれの１つに位置する。好ましくは、電極アレイ9のそれぞれは、下基板11によって支持される。その下基板11はベースユニット7に固定される。「電極アレイ」、「電極レイアウト」及び「プリント回路基板（PCB）」という表現が、同意語として本願において利用されることに注意される。
【００４１】
典型的なディジタルマイクロ流体システム1は、上基板13を持った少なくとも１つのカバープレート12を備える。各ケースにおいて、少なくとも１つのカバープレート12は、カートリッジ収容サイト8に位置する。カバープレート12の上基板13と電極アレイ9あるいはPCBを持った下基板11とは、スペース又はカートリッジ収容サイト8をそれぞれ規定する。第１の変形例（ベースユニット7の真中に２つのカートリッジ収容サイト8を見ること）では、カートリッジ収容サイト8は、それぞれのカートリッジ収容サイト8の電極アレイ9に関して実質的に平行な方向に移動可能であるスライド自在に挿入された使い捨てカートリッジ2を受け取るために構成されている。当該フロントローディングあるいはトップローディングは、使い捨てカートリッジ2の部分的な挿入に従って、カートリッジ2が正確に着座するカートリッジ収容サイト8内のその最終目的地にカートリッジ2を運ぶ、引き入れる（drawing-in）自動運動によって支持される。好ましくは、これらのカートリッジ収容サイト8は、移動可能なカバープレート12を備えていない。液滴でのサンプルに対するすべての意図した操作を実行した後、使用されたカートリッジ2は引き入れる自動運動によって放出されて、分析ステーションに運ばれるかあるいは廃棄される。
【００４２】
第２の変形例（ベースユニット7の右側及び左側において２つのカートリッジ収容サイト8を見ること）では、カートリッジ収容サイト8は、それぞれのカートリッジ収容サイト8の電極アレイ9に関して移動可能に構成されるカバープレート12を備える。好ましくは、カバープレート12は、１つ以上のヒンジ16を中心にして、及び／又は電極アレイ9に実質的に垂直な方向に移動可能に構成される。
【００４３】
典型的なディジタルマイクロ流体システム1は、少なくとも１つの電極アレイ9の個別電極10の選択を制御するための、及びエレクトロウェッティングによってカートリッジ2内において液滴を操作するためにこれらの個別電極10に個々の電圧パルスを提供するための、中央制御ユニット14を備える。図１に部分的に示されるように、すべての単一の個別電極10は、中央制御ユニット14に動作可能なように接続され、したがって、この中央制御ユニット14によって独立してアドレス指定することができる。中央制御ユニット14は、当該技術において既知の方法で必要な電位を生成するとともに提供するための適切な電源を備える。
【００４４】
少なくとも１つのカバープレート12は、第２平面に延在するとともに、少なくとも１つのカバープレート12が割り当てられるカートリッジ収容サイト8の電極アレイ9と実質的に平行に延在する導電性材料15をさらに含む。カバープレート12のこの導電性材料15は、好ましくは、電気的な接地電位の電源に接続されるように構成される。この導電性材料15は、ディジタルマイクロ流体システム1において操作された液滴のエレクトロウェッティング移動に寄与する。
【００４５】
本出願人は、驚いたことに、カバープレート12の導電性材料15とある電気的な（例えば接地）電位のあらゆる電源との間に接続がない場合に、導電性材料15が、ディジタルマイクロ流体システム1において操作された液滴のエレクトロウェッティング移動にも寄与することに気付いた。したがって、カバープレート12はあらゆる任意方向に移動可能に構成することができる。そして、カバープレート12の特に好ましい移動を選択するとき、電気接点は考慮される必要が無い。したがって、カバープレート12は、電極アレイ9と実質的に平行な方向に移動可能に、及び、ベースユニット7のそれぞれの電極アレイ9に関して線形、円形、あるいはあらゆる任意の移動を実行するために移動可能に構成されてもよい。
【００４６】
図２は、第１実施形態に係る使い捨てカートリッジ2が、カートリッジ収容サイト8に収容された状態にある１つの例示のカートリッジ収容サイト8の断面図を示す。カバープレート12は、ヒンジ16を介してディジタルマイクロ流体システム1のベースユニット7と機械的に接続されている。したがって、カバープレート12はさっと開くことができる。そして、使い捨てカートリッジ2は、トップエントリーのローディング（図１を参照）を介してカートリッジ収容サイト8に配置される。カバープレート12の導電性材料15は、上基板13に取り付けられる、薄い金属板か金属箔として構成される。
【００４７】
別法として、カバープレート12の導電性材料15は、上基板13上に堆積する金属層として構成されている。それらがそれ自体既知のように、導電性材料15の当該堆積は化学的又は物理的な気相蒸着技術によって実行されてもよい。
【００４８】
カバープレート12は、ベースユニット7のカートリッジ収容サイト8で収容される使い捨てカートリッジ2に力を印加するように構成されている。この力は、電極アレイ9の表面にできるだけ接近してカートリッジの下層3を位置決めするために、使い捨てカートリッジ2を電極アレイ9に付勢する（urge）。この力は、さらにカバープレート12の穿孔設備（piercing facility）18に関する電極アレイ9上での完全な位置に使い捨てカートリッジ2が入ることを働きかける。この穿孔設備18は、カートリッジ2のギャップ6にサンプル小滴を導入するように構成される。穿孔設備18は、全カバープレート12を横切って導くとともに、穿孔ピペットチップ20がカートリッジ2の上層4を押し通す（push through）とともに貫通することを可能にする貫通穴19として構成される。穿孔ピペットチップ20は、携帯型のピペット（図示せず）あるいはピペット操作ロボット（図示せず）の一部としてもよい。
【００４９】
この場合、電極アレイ9は、誘電体層24によって覆われる。電極アレイ9は、下基板11に固定される。そして、すべての個別電極10は、電気的に且つ作動的に中央制御ユニット14と接続されている（ここでは、１０個の電極10のうち３つの接続だけが描かれている）。ディジタルマイクロ流体システム1は、ギャップ6を含む使い捨てカートリッジ2内において液滴23でのサンプルを操作するように構成される。したがって、液滴23でのサンプルは、使い捨てカートリッジ2のギャップ6において操作される。
【００５０】
使い捨てカートリッジ2は、下層3と、上層4と、このギャップ6において液滴23でのサンプルを操作するための、下層3と上層4との間のギャップ6を規定するスペーサ5と、を備える。下層3及び上層4は、カートリッジ2のギャップ6に露出される疎水面17を備える。カートリッジ2の下層3及び上層4は、完全に疎水性のフィルムであるか、あるいはカートリッジ2のギャップ6に露出される疎水面を少なくとも備える。カートリッジ2が導電層を有しないことは、この図２から明らかである。ここで、カートリッジ2のスペーサ5は、ギャップ6におけるサンプル小滴に適用される分析に必要とされた試薬に対する区画21を含むボディとして少なくとも部分的に構成される。
【００５１】
図３は、第２実施形態に係る使い捨てカートリッジ2が、カートリッジ収容サイト8に収容された状態での１つの例示のカートリッジ収容サイト8の断面図を示す。前実施形態と異なって、カバープレート12は、ディジタルマイクロ流体システム1のベースユニット7と機械的に接続され、ベースユニット7と不動に固定されている。カバープレート12の導電性材料15は、上基板13に取り付けられる厚い金属板として構成される。ここで、カバープレート12は、ベースユニット7のカートリッジ収容サイト8で収容される使い捨てカートリッジ2に力を印加するようには構成されていない。したがって、カバープレート12はその場にとどまる。そして、使い捨てカートリッジ2はフロントエントリーのローディングを介してカートリッジ収容サイト8に配置される。該フロントエントリーのローディングは、通常、電極アレイ9と平行な方向において使い捨てカートリッジ2の移動を含む（図１を参照）。使い捨てカートリッジ2の適切な引き入れを可能にし、かつ収容サイト8において正確にカートリッジを位置決めするために、ベースユニット7は、好ましくは、挿入ガイド25を装備している。これらの挿入ガイド25は、好ましくはテトラフルオロエチレンのような自己潤滑性のプラスチック材料からできており、好ましくは、スライド自在に使い捨てカートリッジ2を挿入するのに十分なスペースをそれらの間で空けている。別法として、カバープレート12の導電性材料15は、上基板13の材料の間にはさまれる金属板、金属箔あるいは金属層として構成される（図８Ａを参照）。
【００５２】
図３の使い捨てカートリッジ2は、下層3と、上層4と、このギャップ6にある液滴23でのサンプルを操作するための下層3及び上層4の間でのギャップ6を規定するスペーサ5と、を備える。下層3及び上層4は、カートリッジ2のギャップ6に露出される疎水面17を備える。カートリッジ2の下層3及び上層4は、完全に疎水性のフィルムであるか、あるいはカートリッジ2のギャップ6に露出される疎水面を少なくとも備える。図２に図示されたものとの違いとして、このカートリッジ2は、下層3の一部に取り付けられるかあるいは下層3の一部を形成する誘電体層24を有する。したがって、下層3ｇが誘電体層24によって覆われるか、あるいは、下層3それ自体が誘電体から作られる。したがって、電極アレイ9が当該誘電体層24を有する必要はない。ここで、カートリッジ2のスペーサ5は、ギャップ6におけるサンプル小滴に適用される分析において必要である試薬用の区画21を含むボディとして少なくとも部分的に構成される。この場合、電極アレイ9は誘電体層24によって覆われる。
【００５３】
電極アレイ9は下基板11に固定される。そして、すべての個別電極10は、電気的に且つ作動的に中央制御ユニット14と接続される（ここでは、１０個の電極10のうち３つの接続だけが描かれている）。ディジタルマイクロ流体システム1は、ギャップ6を含む使い捨てカートリッジ2内において液滴23でのサンプルを操作するように構成される。したがって、液滴23でのサンプルは、使い捨てカートリッジ2のギャップ6において操作される。
【００５４】
カバープレート12は、カートリッジ2のギャップ6の中にサンプル小滴を導入するように構成される穿孔設備18をさらに含む。穿孔設備18は、全カバープレート12を横切って導くとともに、穿孔ピペットチップ20がカートリッジ2の上層4を押し通す（push through）とともに貫通することを可能にする貫通穴19として構成される。穿孔ピペットチップ20は、携帯型のピペット（図示せず）の一部、あるいはピペット操作ロボット（図示せず）の一部であってもよい。ここで、カバープレート12は、カバープレート12を貫通し、カートリッジ2の上層4を貫通し、区画21から試薬部を取り出す（withdraw）ための貫通穴19を通して押される穿孔ピペットチップ20用でありカートリッジ2のギャップ6に試薬部を導入するための追加の穿孔設備22を備える。ここで、区画21は、スペーサ5のボディにおける切欠（cutout）として構成される。切欠は、下層3及び上層4によって閉じられている。
【００５５】
図４は、第３実施形態に係る使い捨てカートリッジ2が、カートリッジ収容サイト8に収容された状態での１つの例示のカートリッジ収容サイト8の断面図を示す。電極アレイ9は下基板11に固定される。そして、すべての個別電極10は、電気的に且つ作動的に中央制御ユニット14と接続される（ここでは、１０個の電極10のうち３つの接続だけが描かれている）。ディジタルマイクロ流体システム1は、ギャップ6を含む使い捨てカートリッジ2内において液滴23でのサンプルを操作するように構成される。したがって、液滴23でのサンプルは、使い捨てカートリッジ2のギャップ6において操作される。
【００５６】
カバープレート12は、ヒンジ16を介してディジタルマイクロ流体システム1のベースユニット7と機械的に接続される。したがって、カバープレート12はさっと開くことができる。そして、使い捨てカートリッジ2は、トップエントリーのローディングを介してカートリッジ収容サイト8に配置される（図１を参照）。ここで、カバープレート12の導電性材料15は、金属の導体材料からなり、単一の一体部として上基板13及び導電性材料15の両方を備える。別法として、カバープレート12の導電性材料15は、チタン・インジウム酸化物（TIO）、あるいは上基板13に取り付けられるか統合される導電性充填物材料を持ったプラスチック材料のような合成物（compound）として構成される（図示せず）。両方の場合では、導電性材料15がプラスチック層によって覆われることは好ましいかもしれない（図示せず）。好ましくは、このプラスチック層の材料は、ポリプロピレン（PP）及びポリアミド（PA）を備える群から選ばれる。カバープレート12の自動開閉は、閉鎖手段30によって達成されてもよい。
【００５７】
カバープレート12は、カートリッジ2のギャップ6へサンプル小滴を導入するように構成される穿孔設備18をさらに含む。穿孔設備18は、全カバープレート12を横切って導くとともに、穿孔ピペットチップ20がカートリッジ2の上層4を押し通す（push through）とともに貫通することを可能にする貫通穴19として構成される（図４Ｂを参照）。穿孔ピペットチップ20は、携帯型のピペット（図示せず）の一部、あるいはピペット操作ロボット（図示せず）の一部であってもよい。ここで、カバープレート12は、カバープレート12を貫通し、カートリッジ2の上層4を貫通し、カートリッジ2のギャップ6から例えばシリコ−ン油を取り出す（withdraw）ための貫通穴19を通して押される穿孔ピペットチップ20用の追加の穿孔設備22を備える（図４Ｂを参照）。
【００５８】
図４Ａは、カバープレート12が部分的に閉じられた状態での、ディジタルマイクロ流体システム1のベースユニット7のカートリッジ収容サイト8に置かれるようなクッション状のカートリッジ2を示す。この使い捨てカートリッジ2は、下層3及び上層4を備えるが、このギャップ6内において液滴23でのサンプルを操作するための、下層3及び上層4の間のギャップ6を規定するスペーサを備えていない。下層3及び上層4は、カートリッジ2のギャップ6に露出した疎水面17'，17"を備える。カートリッジ2の下層3及び上層4は、完全に疎水性のフィルムであるか、あるいはカートリッジ2のギャップ6に露出される疎水面を少なくとも備える。図２に図示されたものと同様に、このカートリッジ2は下層3の一部に付くか下層3の一部を形成する誘電体層を有さない。したがって、電極アレイ9が当該誘電体層24を有する必要がある。スペーサのないこのカートリッジ2は、シリコ−ン油、他の油、あるいは、水と混和しない別の化学的に実質的に不活性な材料（例えばヘキサデカン）で好ましくは満たされる袋又は枕として構成される。
【００５９】
図４Ｂは完全に閉じられたカバープレート12によってカートリッジ収容サイト8の内部でオペレーション形状に押圧されたときのクッション状のカートリッジ2を示す。カバープレート12が少なくとも部分的に開口している限り（図４Ａを参照）、クッション状の又は袋状のカートリッジ2は、主として、カートリッジ2の薄膜バッグ又は袋に好ましい油充填が働かせている力による形をとってもよい。好ましくは、カートリッジ2を扱うこと（収容サイト8に挿入して収容サイト8から取り出すこと）は、自動化された吸引装置（図示せず）で行なわれる。しかしながら、クッション状又は袋状のカートリッジ2がオペレーション形状に押圧されたとき（図４Ａを参照）、クッション状又は袋状のカートリッジ2は、ベースユニット7のカートリッジ収容サイト8の内部空間に従う形状に付勢される（urged into）。したがって、スペーサを提供することを必要としないで、上層4は、下層3及び電極アレイ9に対して実質的に平行に且つ間隔をおいて配向されている。
【００６０】
枕状のカートリッジ2の穿孔の間にあるいは穿孔の後に油が漏れ出すかこぼれることを回避するために、カートリッジ2の上層4は、セルフシールの貫通可能な薄膜として構成されてもよい。別法としてすなわちセルフシールの貫通可能な上層4との組み合わせで、カバープレート12は、少なくとも穿孔設備18，22の領域においてセルフシールの貫通可能な薄膜を装備していてもよい。少なくとも穿孔設備18，22（図示せず）の領域における該セルフシールの貫通可能な薄膜は、好ましくは、カートリッジ2と接触しているカバープレート12の表面上に配置される。
【００６１】
図５は、第４実施形態に係る使い捨てカートリッジ2が、カートリッジ収容サイト8に収容された状態での１つの例示のカートリッジ収容サイト8の断面図を示す。カバープレート12は、ヒンジ16を介してディジタルマイクロ流体システム1のベースユニット7と機械的に接続される。したがって、カバープレート12はさっと開くことができる。そして、使い捨てカートリッジ2は、トップエントリーのローディングを介してカートリッジ収容サイト8に配置される（図１を参照）。ここで、カバープレート12の導電性材料15は、金属の導体材料からなり、単一の一体部として上基板13及び導電性材料15の両方を備える。別法として、カバープレート12の導電性材料15は、チタン・インジウム酸化物（TIO）、あるいは上基板13に取り付けられるか統合される導電性充填物材料を持ったプラスチック材料のような合成物（compound）として構成される（図示せず）。両方の場合では、導電性材料15がプラスチック層（図示せず）によって覆われることは好ましいかもしれない。好ましくは、このプラスチック層の材料は、ポリプロピレン（PP）及びポリアミド（PA）を備える群から選ばれる。
【００６２】
ここでも、カバープレート12は、ベースユニット7のカートリッジ収容サイト8で収容される使い捨てカートリッジ2に力を印加するように構成される。この力は、電極アレイ9の表面にできるだけ接近してカートリッジの下層3を位置決めするために、使い捨てカートリッジ2を電極アレイ9に付勢する。この力は、電極アレイ9上での所定位置に使い捨てカートリッジ2を付勢する。さらに、穿孔設備18が設けられる。この第３実施形態に係る使い捨てカートリッジ2は、カートリッジ2のギャップ6に位置して、上層4が下層3と反対方向に移動させられるとき穿孔に対して上層4を穿孔するように構成される穿孔ピン27を備える。好ましくは、穿孔ピン27はピンプレート28に取り付けられる。該ピンプレート28は、穿孔ピン27を使い捨てカートリッジ2のスペーサ5の一部と接続している。カバープレート12は、全カバープレート12を横切って導くとともに、カートリッジ収容サイト8に着座した、適切に位置決めされた使い捨てカートリッジ2の穿孔ピン27と一致するように（in register with）位置する貫通穴19をさらに含む。カバープレート12は変位部29をさらに含む。変位部29は、下層3と反対方向に上層4を移動させるためにカバープレート12から突出する。この変位部29は、上層4を貫通するときに穿孔ピン27と協働するように構成される。したがって、この穿孔設備18の利用によって、サンプル小滴及び／又は試薬部がカートリッジ2のギャップ6に導入されてもよい。好ましくは、使い捨てのピペットチップ26が使い捨てカートリッジ2のギャップ6にサンプル小滴及び／又は試薬部をピペット操作するために使用されるように、貫通穴19の一部が広げられる。使い捨てのピペットチップ26は、携帯型のピペット（図示せず）の一部、あるいはピペット操作ロボット（図示せず）の一部であってもよい。
【００６３】
この場合、電極アレイ9は誘電体層24によって覆われる。電極アレイ9は下基板11に固定される。そして、すべての個別電極10は、電気的に且つ作動的に中央制御ユニット14と接続される。ここでは、１０個の電極10のうち３個の接続だけが描かれている。ディジタルマイクロ流体システム1は、ギャップ6を含む使い捨てカートリッジ2内において液滴23でのサンプルを操作するように構成される。したがって、液滴23でのサンプルは、使い捨てカートリッジ2のギャップ6において操作される。
【００６４】
既に導入された第１実施形態及び第２実施形態と同様に、使い捨てカートリッジ2は、下層3と、上層4と、このギャップ6において液滴23でのサンプルを操作するための下層3及び上層4の間でのギャップ6を規定するスペーサ5と、を備える。下層3及び上層4は、カートリッジ2のギャップ6に露出される疎水面17を備える。第１疎水面17'が下層3の内部に設けられる。そして、第２疎水面17"が上層4の内部に設けられる。カートリッジ2の下層3及び上層4は、完全に疎水性のフィルムであるか、あるいはカートリッジ2のギャップ6に露出される疎水面を少なくとも備える。カートリッジ2が導電層を有しないことは、この図２から明らかである。ここで、携帯型のピペット、あるいはピペット操作ロボット（上記参照）での従来のピペット操作によって、これらの試薬がギャップ6に加えられるので、カートリッジ2のスペーサ5は、ギャップ6におけるサンプル小滴に適用される分析において必要である試薬用の区画21を含むボディとして構成される必要がない（does not deed to）。
【００６５】
図６は、第５実施形態に係る使い捨てカートリッジ2が、カートリッジ収容サイト8に収容された状態での１つの例示のカートリッジ収容サイト8の断面図を示す。前実施形態と同様に、カバープレート12は、ヒンジ16によってディジタルマイクロ流体システム1のベースユニット7と機械的に接続される。使い捨てカートリッジ2の適切なトップローディングを可能にし、かつ収容サイト8でカートリッジを正確に位置決めすることを可能にするために、ベースユニット7は、好ましくは、挿入ガイド25を装備している。これらの挿入ガイド25は、好ましくはテトラフルオロエチレン（PTFE）のような自己潤滑性のプラスチック材料からできており、好ましくは、使い捨てカートリッジ2をスライド自在に挿入するのに十分なスペースをそれらの間に空ける（leave）。前実施形態と同様に、第１の代替の解決策として、カバープレート12の導電性材料15は、金属の導体材料からなり、単一の一体部として上基板13及び導電性材料15の両方を備える。別法として、カバープレート12の導電性材料15は、チタン・インジウム酸化物（TIO）、あるいは上基板13に取り付けられるか統合される導電性充填物材料を持ったプラスチック材料のような合成物（compound）として構成される（図示せず）。両方の場合では、導電性材料15がプラスチック層（図示せず）によって覆われることは好ましいかもしれない。好ましくは、このプラスチック層の材料は、ポリプロピレン及びポリアミドを備える群から選ばれる。
【００６６】
ここにおいても、カバープレート12はベースユニット7のカートリッジ収容サイト8で収容される使い捨てカートリッジ2に力を印加するように構成される。この力は、電極アレイ9の表面にできるだけ接近してカートリッジの下層3を位置決めするために、電極アレイ9に使い捨てカートリッジ2を付勢する。この力は、さらに電極アレイ9上での規定された位置に使い捨てカートリッジ2を付勢する。さらに、穿孔設備18が提供される。この第３実施形態に係る使い捨てカートリッジ2は、カートリッジ2のギャップ6に位置するとともに、上層4が下層3と反対方向に移動するときに上層4を穿孔するように構成される穿孔ピン27を備える。好ましくは、穿孔ピン27がピンプレート28に取り付けられる。ピンプレート28は、穿孔ピン27を使い捨てカートリッジ2のスペーサ5の一部分に接続している。カバープレート12は、全カバープレート12を横切って導き、カートリッジ収容サイト8で着座した、適切に位置決めされた使い捨てカートリッジ2の穿孔ピン27と一致して位置する貫通穴19をさらに含む。カバープレート12はさらに変位部29を含む。変位部29は、下層3と反対方向に上層4を移動させるためにカバープレート12から突出する。この変位部29は、上層4を貫通するときに穿孔ピン27と協働するように構成される。したがって、この穿孔設備18の利用によって、サンプル小滴及び／又は試薬部がカートリッジ2のギャップ6に導入されてもよい。好ましくは、貫通穴19の一部分は、使い捨てのピペットチップ26がサンプル小滴及び／又は試薬部を使い捨てカートリッジ2のギャップ6においてピペット操作するために使用されてもよいように広げられる。使い捨てのピペットチップ26は、携帯型のピペット（図示せず）の、あるいはピペット操作ロボット（図示せず）の一部分であってもよい。
【００６７】
この場合、電極アレイ9は誘電体層24によって覆われる。電極アレイ9は下基板11に固定される。そして、すべての個別電極10は、電気的に且つ作動的に中央制御ユニット14と接続される。１０個の電極10のうちの３つの接続だけがここで描かれている。ディジタルマイクロ流体システム1は、ギャップ6を含む使い捨てカートリッジ2内において液滴23でのサンプルを操作するように構成される。したがって、液滴23でのサンプルは、使い捨てカートリッジ2のギャップ6において操作される。
【００６８】
既に導入された第１実施形態、第２実施形態及び第４実施形態と同様に、使い捨てカートリッジ2は、下層3と、上層4と、このギャップ6において液滴23でのサンプルを操作するために下層3及び上層4の間でのギャップ6を規定するスペーサ5と、を備える。下層3及び上層4は、カートリッジ2のギャップ6に露出される疎水面17を備える。第１疎水面17'は、下層3の内部に設けられる。そして、第２疎水面17"は、上層4の内部に設けられる。カートリッジ2の下層3及び上層4は、完全に疎水性のフィルムであるか、あるいはカートリッジ2のギャップ6に露出される疎水面を少なくとも備える。カートリッジ2が導電層を有しないことは、この図２から明らかである。ここで、携帯型のピペット、あるいはピペット操作ロボット（上記参照）での従来のピペット操作によってこれらの試薬がギャップ6に加えられたので、カートリッジ2のスペーサ5は、ギャップ6におけるサンプル小滴に適用される分析に必要だった試薬用の区画21を含むボディとして構成されることを必要としない（does not deed to）。
【００６９】
使い捨てカートリッジ2の第４実施形態（図５を参照）の穿孔ピン27が、下層3の第１疎水面に背を向けていることが注目される。したがって、上層4がカバープレート12の変位部29によって移動させられるとき、下基板11及び電極アレイ9は穿孔ピン27に安定性を提供する。したがって、ピンプレート28は非常に薄くすることができる。別法として、ピンプレート28が省略される。そして、穿孔ピン27は下層3の第１疎水面に接合される（glued to）。下層3の内面に当該小さな穿孔ピン27を接合するだけのことが、個別電極10の多くがエレクトロウェッティングに使用されるという長所を持つ。別の利点は、穿孔ピン27の位置（もちろんカバープレート12での貫通穴19の位置）が、スペーサ5へのあらゆる距離で任意に選ばれるということである。しかしながら、穿孔ピン27の正確な位置決めは、使い捨てカートリッジ2の大量生産の間に多少厄介かもしれない。
【００７０】
対照的に、使い捨てカートリッジ2の第５実施形態の穿孔ピン27（図６を参照）は、自立のピンプレート28によって接続されたスペーサ5に非常に接近して配置される。したがって、上層4がカバープレート12の変位部29によって移動するとき、スペーサ5は穿孔ピン27に安定性を提供する。有利には、電極アレイ9は穿孔プロセスによって含まれていないし影響されていない。そして、個別電極10のすべては、エレクトロウェッティングに使用される。自立のピンプレート28に沿って第１疎水面17'にピペットで移された液体を排水することが回避されれば、いわゆるウェザー溝（weather groove）を突刺ピン27（図６を参照）の下部に加えることは好ましい。当該排出（draining down）が好ましい場合、当該ウェザー溝の追加が省略されるかもしれない。
【００７１】
図７は、電極アレイ9及び固定されたカバープレート12をそれぞれ備える１２個のカートリッジ収容サイト8と共に、中央制御ユニット14及びベースユニット7を装備するディジタルマイクロ流体システム1についての概観に示す。このベースユニット7は、第６実施形態に係るカートリッジ2を占めること、及び、実質的に垂直な電極アレイ9及びカバープレート12（図８を参照）で構成された（with）実質的に垂直なカートリッジ収容サイト8にこれらのカートリッジをローディングすることに特に適している。好ましくは、当該ローディングは、液体取り扱いワークステーション（図示せず）の自動化された把持装置によって実行される。
【００７２】
図８は、第６実施形態に係る使い捨てカートリッジ2がカートリッジ収容サイト8に収容された状態でのディジタルマイクロ流体システム1のベースユニット7の１つの例示のカートリッジ収容サイト8の断面図を示す。トップエントリーのカートリッジ2が、実質的に垂直な電極アレイ9及びカバープレート12で構成された（with）実質的に垂直なカートリッジ収容サイト8に挿入されることは、図８Ａから直ちに明らかである。この使い捨てカートリッジ2は、下層3と、上層4と、このギャップ6において液滴23でのサンプルを操作するために下層3及び上層4の間でのギャップ6を規定するスペーサ5と、を備える。下層3及び上層4は、カートリッジ2のギャップ6に露出される疎水面17'，17"を備える。カートリッジ2の下層3及び上層4は、完全に疎水性のフィルムであるか、あるいはカートリッジ2のギャップ6に露出される疎水面を少なくとも備える。図２に図示されたものと同様に、このカートリッジ2は、下層3の一部に付けられたか又は下層3の一部分を形成する誘電体層を有しない。したがって、電極アレイ9は当該誘電体層24を有する必要がある。好ましくは、このカートリッジ2は、シリコ−ン油で満たされる。
【００７３】
電極アレイ9は下基板11に固定される。そして、すべての個別電極10は、電気的に且つ作動的に中央制御ユニット14と接続される。１４個の電極10のうちの４つの接続だけがここで描かれている。ディジタルマイクロ流体システム1は、ギャップ6を含む使い捨てカートリッジ2内において液滴23でのサンプルを操作するように構成される。したがって、液滴23でのサンプルは、使い捨てカートリッジ2のギャップ6において操作される。
【００７４】
カバープレート12は、ディジタルマイクロ流体システム1のベースユニット7に機械的に接続されるか、又は完全にベースユニットへ一体化されており、移動可能ではない。使い捨てカートリッジ2は、トップエントリーのローディングを介してカートリッジ収容サイト8に挿入される（図７を参照）。ここで、カバープレート12の導電性材料15は、金属の導体材料からなり、上基板13の材料の間にはさまれる。別法として、カバープレート12の導電性材料15は、上基板13（図示せず）の材料の代わりに又はそれに追加して、プラスチック層によって覆われてもよい。
【００７５】
スペーサ5は、さらに、カートリッジ2のギャップ6にサンプル小滴を導入するように構成された穿孔設備18を含む。穿孔設備18は、スペーサ5の拡径部として構成される。この拡径したスペーサ部分は、好ましくは、穿孔ピペットチップ20が押し通されるのを可能にする、貫通可能でセルフシールの薄膜31を装備している。穿孔ピペットチップ20は、携帯型のピペット（図示せず）、あるいはピペット操作ロボット（図示せず）の一部分であってもよい。カートリッジ2のギャップ6への液体の自動供給又はカートリッジ2のギャップ6からの液体の取り出し（withdrawal）は、カートリッジ2のこの拡径したスペーサ部分によって提供された相対的に大きな穿孔エリアによって単純化される。約１乃至約３mmのギャップ間隔を仮定して、好適にはこの穿孔エリアの幅が約５乃至約１０mmであり、したがって、約９６ウェル（well）というマイクロプレートのウェルのサイズを有する。それは、液体の処理システムの自動分注器、あるいは液体取り扱いワークステーションの自動分注器によって容易に達せられる。区画21（さらに図８Ｂを参照）用のスペースを設けるのと同時に、カートリッジ2の拡径したスペーサ部分は、好ましくは、ディジタルマイクロ流体システム1の外部にあるカートリッジを取り扱うとともに、それらの収容サイト8からのカートリッジ2の挿入及び取り出しを行うために利用される自動ロボット・グリッパー（図示せず）によって把持されるための把持表面をさらに提供する。さらに、カートリッジ2の拡径したスペーサ部分は、カートリッジ2が収容サイト8に正確に収容されるとき、ベースユニット7の表面に当接する当接面を提供する。
【００７６】
区画21からプリント回路基板（PCB）又は電極アレイ9上での別個の位置まで液滴23を移動させることができるように、ベースユニット7の表面に関して電極アレイ9が最前の（foremost）位置に延在することは好ましい。特に、反応生成物がディジタルマイクロ流体システム1の外部で分析され、カートリッジ2の外部で分析される場合、電極アレイ9上の反応サイトから区画21に反対方向に液滴23を移動させることは、非常に好ましい。
【００７７】
図８Ｂは、図８Ａに示された断面Ｂから見たときの図８Ａのトップエントリーのカートリッジ2を示す。断面は、ギャップ6を貫通して、内蔵型の使い捨てカートリッジ2の下層3及び上層4の間を走る。断面は、スペーサ5と交差する。Ｕ字形状の部分は下層3及び上層４の間に位置する。拡径したスペーサ部分はＵ字形状の部分と下層3及び上層４とのまわりに設けられる。好ましくは、スペーサ5のＵ字形状の部分は、プラスチック材料（好ましくは射出成型）からできており、下層3及び上層４に接合又は融合されている。拡径したスペーサ部分が射出成型によって生成されることは好ましい。これによって、一方では貫通可能な薄膜31よりも下に区画21を作り、他方では貫通可能な薄膜31を安定させる分離棒32の提供が可能になる。好ましくは、当該安定化は、分離棒32及び拡径したスペーサ部分を貫通可能な薄膜31に背面射出成型（back-injection molding）することによって提供される。好ましくは、拡径したスペーサ部分は、下層3及び上層４を持ったスペーサ5のＵ字形状の部分に課される（imposed）。
【００７８】
既に指摘されていたように、スペーサ5は、スペーサ5の拡径部分として構成される穿孔設備18を含む。この拡径したスペーサ部分は、好ましくは、穿孔ピペットチップ20が押し通されることを可能にする、貫通可能なセルフシールの薄膜31を装備している。穿孔ピペットチップ20は、携帯型のピペット（図示せず）の一部、あるいはピペット操作ロボット（図示せず）の一部であってもよい。ここで、スペーサ2は、セルフシールの薄膜31を通して押されるとともに、カートリッジ2のギャップ6から例えばシリコ−ン油を取り除く、穿孔ピペットチップ20のための追加の穿孔設備22を備える。この図８Ｂのカートリッジ2では、液滴23（例えばサンプル）は、穿孔設備18で穿孔ピペットチップ20によって導入され、次に、実際の位置に下層3の疎水面17'の上で移動した。液滴23を区画21及びギャップ6に導入するのと同時に、同量のシリコ−ン油（あるいは液滴23と混合しない他のあらゆる化学的に不活性な液体）が、追加の穿孔設備22でそれぞれの区画21から取り除かれる（withdrawn）。ギャップ6における液体の当該同時の釣り合い（balancing）、油あるいは不活性な液体の予期された量の取り除きの代替は、液滴23の挿入直前に、あるいは液滴23その挿入の直後に実行される。区画21は、この液体から移動可能な液滴23を生成するのに必要とするものよりも多くの液体を保存するための貯蔵所として働いてもよい。したがって、複数の当該小滴23は、一旦導入された単一の液体体積から少なくとも１つの区画21に生成されてもよい。しかしながら、油又は不活性な液体の除去のために１つの区画21を取っておくこと、及び、試薬製品の除去のために他の区画21を取っておくことは望ましい。
【００７９】
代替の及び非常に簡単な実施形態（図示せず）によれば、ギャップ6の方を指向する疎水面17'、17"を持った下層3及び上層4を備える使い捨てカートリッジ2は、エレクトロウェッティング用のPCBに取り付けられる。導電性材料15を装備しているカバープレート12を利用する代わりに、導電性のフィルム（例えばアルミホイル）が、上層4の外面に取り付けられる。当該導電性のフィルムがアースされていないときでもエレクトロウェッティングを可能にすることが判明した。アースされていない導電性のフィルムをカートリッジに取り付ける代わりに、上層4は、その外面上に薄膜コーティングを有することができる。薄膜コーティングはあらゆる金属からなることができ、化学的蒸発技術又は物理的蒸発技術によって堆積される。上層4の外面上でのこの薄い導電性フィルムは、導電性のペンキからなることもできる。第２平面に延在するとともに実質的に電極アレイ9と平行に延在する導電性材料15を設けることが提案されている。導電性材料15は、カートリッジ2の上層4上で位置するとともに、液滴23でのサンプルの操作の間に別個の電位の電源に接続されない。
【００８０】
疎水面17に付着する液滴23でのサンプルを操作する方法は、使い捨てカートリッジ2の下層3上に第１疎水面17'を提供するステップを備えることを特徴としている。この下層3は、ディジタルマイクロ流体システム1の電極アレイ9の上で実質的に平行に位置している。電極アレイ9は、実質的に第１平面に延在し、ディジタルマイクロ流体システム1のベースユニット7の下基板11によって支持される複数の個別電極10を備える。電極アレイ9は、電極アレイ9の個別電極10の選択を制御するための、及びエレクトロウェッティングによって第１疎水面17'の上で液滴23を操作するためにこれらの個別電極10に個々の電圧パルスを提供するための、ディジタルマイクロ流体システム1の中央制御ユニット14に接続される。
【００８１】
当該方法は、第１疎水面17'に対して実質的に平行に且つ離間している第２疎水面17"を提供するステップを備える。この方法で、第１疎水面17'及び第２疎水面17"の間にギャップ6が形成される。好ましくは、当該ギャップ6は、スペーサ5によって規定される、第１疎水面17'を備える下層3と、第２疎水面を17"を備える上層4とが、スペーサ5に取り付けられる。
【００８２】
方法は、カバープレート12に上基板13を提供することをさらに含む。カバープレート12は、さらに第２平面に延在して、電極アレイ9と実質的に平行に延在する導電性材料15を備える。液滴23でのサンプルを操作する間に、カバープレート12の導電性材料15が別個の電位の電源に接続されていないことは特に好ましい。
【００８３】
示されるか又は説明されたすべての実施形態において、使い捨てカートリッジ2のギャップ6がシリコ−ン油で実質的に満たされることは好ましい。さらに、カートリッジ2の下層3及び上層4が、完全に疎水性のフィルムであるか又は、カートリッジ2のギャップ6に露出される疎水面17'，17"を備えることは常に好ましい。エレクトロウェッティングして、使い捨てカートリッジ2のギャップ6を持った少なくとも１つの液滴23を操作した後に、（つまり、ディジタルマイクロ流体システム1、あるいはワークステーションの解析システムを利用して）使い捨てカートリッジ2がまだカートリッジ収容サイト8にあり、ディジタルマイクロ流体システム1が一体化される間、操作の結果あるいは分析の結果が評価される。交互に（alternately）、使い捨てカートリッジ2が、ディジタルマイクロ流体システム1のベースユニット7から取り出されて、他のところで分析される。
【００８４】
分析の後、使い捨てカートリッジ2が配置されて、電極アレイ9が再使用される。カートリッジ2の第１実施形態又は第２実施形態と協働するとき、ディジタルマイクロ流体システム1の構成要素があらゆるサンプルあるいは試薬と接触することが無いので、他の使い捨てカートリッジ2との当該再使用は直ちに且つ中間洗浄なしで行われる。カートリッジ2の第３実施形態又は第４実施形態と協働するときディジタルマイクロ流体システム1のカバープレート12の貫通穴19が、サンプル及び試薬と接触するかもしれないので、他の使い捨てカートリッジ2との当該再使用法は、いくらかの中間洗浄の後に、あるいはカバープレート12の置換の後に行われる。
【００８５】
エレクトロウェッティングによって液滴23を操作する間に電極アレイ9から液滴23を分離する作業フィルムを除去可能で使い捨てカートリッジに提供することが、この発明の目的である。上記明細書に示された内蔵型の使い捨てカートリッジ2の６つの異なる実施形態に示されるように、除去可能で使い捨てのフィルムは、好ましくは、カートリッジ2の下層3及び上層4として提供される。
【００８６】
好ましい実施形態では、カートリッジ2の下層3は真空によってPCBに引き寄せられる。PCBにおける小さな排気穴は、この目的のための真空ポンプに接続されている。下層3に当該真空吸引を適用することによって、カートリッジ2の下層3を電極アレイ9の表面により良好に接触させるためにあらゆる液体あるいは接着剤を使用することを回避することができる。
【００８７】
添付した図９、１０及び１１において、第７実施形態及び第８実施形態に係る使い捨てカートリッジの特に好ましい実施形態が示される。各場合において、使い捨てカートリッジ2は、処理液体、試薬あるいはサンプルをそこで保持するように構成される少なくとも１つの区画21を持ったボディ47を備える。区画21の少なくとも１つは、その内容物のうちの少なくともいくらかをギャップ6に供給するための貫通穴19を備える。使い捨てカートリッジ2は、さらに、液体に対して不透過性であり、且つ、使い捨てカートリッジ2の下層3が電極アレイ9の上に配置されるときディジタルマイクロ流体システム1の電極アレイ9を利用して、液滴23でのサンプルをその上で操作するための作業フィルムとして構成される、第１疎水面17'を持った下層3を備える。使い捨てカートリッジ2は、さらに、イオンに対して少なくとも透過性があり、且つ、使い捨てカートリッジ2のボディ47の下面48に取り付けられる、第２疎水面17"を持った上層4を備える。さらに、使い捨てカートリッジ2は、下層3の第１疎水面17'と第２疎水面17"の上層4との間に位置するギャップ6を備える。創造性のあるカートリッジ2の下層3は、フレキシブルな下層3の周辺40に沿って上層4に密封して取り付けられるフレキシブルなフィルムとして構成される。したがって、使い捨てカートリッジ2は、第１疎水面17'と第２疎水面17"との間での特定距離を規定するためにフレキシブルな下層3と上層4との間に位置するあらゆるスペーサ5を欠いている。上層4は、少なくとも１つの区画21の下端とギャップ6との間でのシールを提供するように構成される。さらに、上層4は、処理液体、試薬あるいはサンプルをギャップ6の中に移すためのローディングサイト41を備える。
【００８８】
図９では、その収容サイト8に達する前の１つの使い捨てカートリッジ2の断面図が示されている。フレキシブルな下層3がその周辺40のまわりで上層4に取り付けられるフレキシブルな下層3が示されて、下層3の大部分が、その周辺40から緩くつるされて、上層4に接していない。したがって、カートリッジ収容サイト8に、あるいはカートリッジ収容サイト8上で正確に使い捨てカートリッジ2を配置する前に、ギャップ6は囲まれるが、その幅方向及び平行方向で規定されない。ここで、使い捨てカートリッジ2のボディ47は、本質的にフラットな下面48を備えて、フレーム構造全体を貫通する中央の開口43を持ったフレーム構造として構成される。
【００８９】
図１０では、図９の使い捨てカートリッジ2の断面図が、ディジタルマイクロ流体システム1の電極アレイ上のそのカートリッジ収容サイト8に使い捨てカートリッジ2が達した後が図示される。使い捨てカートリッジ2が、第７実施形態に従って構成され、クランプ37によって適所に保持される。一方では、好ましくは、クランプ37が、ヒンジ16によってディジタルマイクロ流体システム1のベースユニット7の基板11に取り付けられる。他方では、クランプ37が、例えばクリップ、スナップロック、ねじ（図示せず）によって、ディジタルマイクロ流体システム1のベースユニット7の基板11に取り付けられてもよい。
【００９０】
図９及び１０の第７実施形態では、使い捨てカートリッジ2は、使い捨てカートリッジ2のボディ47の下面48に取り付けられる、平坦な剛体カバープレート12をさらに備える。上層4は、剛体カバープレート12に取り付けられる。剛体カバープレート12は、上層4のローディングサイト41に（ここでは、穿孔サイト41'、及び毛細管のオリフィス41"において）位置する貫通穴19を備える。ここで、剛体カバープレート12は、上層4用の真っすぐな取付面を提供して、さらに貫通穴19を備える。カバープレートは、透明なMylar（デュポンと帝人の登録商標であって、ポリエチレン・テレフタレート（PET）からなるフィルム）のような剛性材料から製造されてもよい。剛体であるカバーは、（好ましくは下側で）導電性材料15で覆われてもよい、導電性材料15は、例えば、前に記載したようなカバープレート12の機能を達成するために、チタン・インジウム酸化物（TIO）からなるか、あるいは導電性の充填物材料を持ったプラスチック材料からなる。暗いライン（darker line）で示されるように、カバープレート12は、使い捨てカートリッジ2のボディ47の下面48に取り付けられる。この取付は、好ましくは、ちょうどMylar（登録商標）のような化学的に不活性な材料からなる、接着テープあるいは接着剤ストリップの使用によって達成されてもよい。カートリッジ2のボディ47の材料に応じて、溶接方法がカートリッジ2にカバープレート12を取り付けるために適用される。暗いラインで示されるように、上層4は、カバープレート12の下面48に密封して取り付けられる。上層4のこの取付は、接着テープあるいは接着剤ストリップの使用により、あるいは溶接（例えばレーザー溶接）によって実行することができる。フレキシブルな下層3は、接着テープあるいは接着剤ストリップの使用により、あるいは溶接技術の適用により、フレキシブルな下層3の周辺40に沿って上層4に密封して取り付けられる。
【００９１】
図９では、ピペット操作オリフィス41'''が同様に図示される。使い捨てカートリッジ2の中央の開口43に位置するとともに、ピペットチップによってアクセス可能に構成される当該ピペット操作オリフィス41'''は、液体、試薬あるいはサンプルをギャップ6に直接的に処理するピペット操作に使用することができる。もちろん、ピペット操作オリフィス41'''は、（存在するならば）カバープレート12の開口及び上層4の貫通穴を備える。当該ピペット操作オリフィス41'''は、１つ以上の突刺オリフィス41'に加えて、あるいは１つ以上の突刺オリフィス41'の代わりに使用することができる。１つ以上の突刺オリフィスは各場合において区画21よりも下に位置する。
【００９２】
この使い捨てカートリッジ2は、上層4のそれぞれのローディングサイト41に対してそれぞれの区画21の内容物（content）を押圧するために区画21内を手動で移動可能であるかあるいは作動要素38（図１０を参照）によって移動可能であるように構成される少なくとも１つのプランジャー42を備える。プランジャー42は、区画21のそれぞれのローディングサイト41で上層4を穿孔するように構成される穿孔ピン27を備える。プランジャー42は、上層4の穿孔サイト41'を通して及びギャップ6の中に区画21の内容物のうちのいくらかを押圧するように構成される。別法として、プランジャー42は、毛細管のオリフィス41"の上層4を通して及びギャップ6の中に区画21の内容物のうちのいくらかを押圧するように構成される。この毛細管のオリフィス41"は、好ましくは、圧力がプランジャー42で印加されることなく、水性液体が流れることを防ぐ毛管力を示すように寸法構成される（図１１の左側を参照）。したがって、ローディングサイト41は、好ましくは、穿孔サイト41'、毛細管のオリフィス41"及びピペット操作オリフィス41'''を備える群から選ばれる。
【００９３】
図１１では、ディジタルマイクロ流体システム1の電極アレイ9上にあるそのカートリッジ収容サイト8に達した後の使い捨てカートリッジ2の断面図が示される。使い捨てカートリッジ2が、第８実施形態に従って構成されて、クランプ37によって適所に保持されている。
【００９４】
図１１では、プランジャー42は、使い捨てカートリッジ2のボディ47の上面49に対して区画21を密封するように構成されている。好ましくは、このシーリングは、Ｏリング・シール39をプランジャー42の周囲に置くことで達成される。別法として、図９及び１０に示されるように、上面49に対して少なくとも１つの区画21を密封するように構成される弾性層44が、使い捨てカートリッジ2のボディ47の上面49に密封して適用される（sealingly applied）。好ましくは、プランジャー42が、その裏面で弾性層44に取り付けられる。したがって、弾性層の外側にいかなる圧力も加えることなく（手動であるいは作動要素38を用いて、図１０を参照）、プランジャー42は、ボディ47の上面49に接近して適所に保持される（図９を参照）。
【００９５】
しかしながら、プランジャー42が押下された場合（図１０及び図１１の右側を参照）、穿孔ピン27は、カバー層12あるいはボディ47にある貫通穴19を貫通するとともに、上層4を貫通する。同時に、区画21の内容物の一部分である、処理液体、試薬あるいはサンプル（溶液又は懸濁液）は、プランジャーによってギャップ6の中に押圧される。その結果、下層3の第１疎水面17'においては、小滴23が、作り上げられ、下層3の第１疎水面17'及び上層4の第２疎水面17"との間でのギャップにおいて操作される。小滴23の操作は、使い捨てカートリッジ2が収容されるディジタルマイクロ流体システム1の電極アレイ9によって達成される。
【００９６】
別法として、プランジャー42を押下することは、区画21の内容物の一部分である、処理液体、試薬あるいはサンプル（溶液又は懸濁液）が、毛細管のオリフィス41"を通って及びギャップ6の中に移動される（プランジャー42は移動する準備ができている、図１１の左側を参照）。その結果、下層3の第１疎水面17'においては、小滴23が作り上げられて、下層3の第１疎水面17'及び上層4の第２疎水面17"との間でのギャップにおいて操作される。再び、小滴23の操作は、使い捨てカートリッジ2が収容されるディジタルマイクロ流体システム1の電極アレイ9によって達成されるであろう。
【００９７】
図１１の第８実施形態によれば、使い捨てカートリッジ2のボディ47は、本質的にフラットな下面48を持ったプレート状の構造として構成され、各場合において、区画21は、穿孔サイト41'あるいは毛細管のオリフィス41"で貫通穴19によって（with）下面48とつながる（lead to）。
【００９８】
この発明の使い捨てカートリッジ2の第７実施形態及び第８実施形態では、フレキシブルな下層3が疎水性材料の単分子層又は単一層としてそれぞれ構成されるのは１つの好ましい選択肢である。第２の好ましい選択肢によれば、フレキシブルな下層3は、電気的に非導電性の材料の単分子層又は単一層としてそれぞれ構成される。フレキシブルな下層3の上面17が疎水性となるように処理されている。第３の好ましい選択肢によれば、フレキシブルな下層3は、下層及び疎水性の上層を備えるラミネートとして構成される。下層は、電気的に導電性であるか又は非導電性である。この発明の使い捨てカートリッジ2の別の好ましい実施形態によれば、誘電体層24は、下層3の下面上に積層される（例えば図１１を参照）。
【００９９】
この発明の使い捨てカートリッジの第７実施形態及び第８実施形態の１つの変形例によれば、使い捨てカートリッジ2は、下面に取り付けられるとともに、フレキシブルな下層3の周辺40に沿って取り付けられるガスケット36をさらに備える。使い捨てカートリッジ2がディジタルマイクロ流体システム1の電極アレイ9の上に配置されるときに、ガスケット36は、第１疎水面17'と第２疎水面17"との間での特定距離を規定する。これは、ディジタルマイクロ流体システム1が電極アレイ9の吸引穴35を装備している場合、及びフレキシブルな下層3が吸引穴35によって吸引される場合である。
【０１００】
図１２は、その収容サイト8に達した後の使い捨てカートリッジ2の断面図を示し、使い捨てカートリッジ2が、第９実施形態に従って構成されるとともに、クランプ無しで適所に保持されている。実質的に、第９実施形態の２つの異なる変形例が示される。
* 図１２の左側では、ボディ47がプレート構造として構成される。
* 図１２の右側では、ボディ47がフレーム構造として構成される。
両方の場合、使い捨てカートリッジ2のボディ47の下面48が、本質的にフラットである。したがって、第９実施形態として構成された使い捨てカートリッジ2は、下面48、上面49及び少なくとも１つの貫通穴19を持ったボディ47を備える。少なくとも１つの貫通穴19は、ピペットチップ26によってアクセス可能に構成されるピペット操作オリフィス41'''として設計されている。貫通穴19は、処理液体、試薬あるいはサンプルをギャップ6の中にピペット操作することを可能にする。
【０１０１】
ボディ47に加えて、使い捨てカートリッジ2は、液体に対して不透過性であり且つ液滴23でのサンプルをその上で操作するための作業フィルムとして構成される、第１疎水面17'を持った下層3を備える。当該操作は、使い捨てカートリッジ2の下層3が電極アレイ9の上に配置されるとき、ディジタルマイクロ流体システム1の電極アレイ9を利用して行なわれる。好ましくは、フレキシブルな下層3は、接着テープあるいは接着剤ストリップ、あるいは代わりに溶接によって、フレキシブルな下層3の周辺40に沿って導電性材料15に密封して取り付けられる。
【０１０２】
使い捨てカートリッジ2は、ボディ47の下面48に取り付けられた導電性材料15をさらに備える。導電性材料15は、イオンに対して少なくとも透過性があり、ボディ47の下面48に第２疎水面17"を提供するように構成される。下層3は、フレキシブルな下層3の周辺40に沿って使い捨てカートリッジ2の導電性材料15に密封して取り付けられるフレキシブルなフィルムとして構成される。使い捨てカートリッジ2は、第１疎水面17'と第２疎水面17"との間での特定距離を規定するための、フレキシブルな下層3と導電性材料15との間にあるスペーサ5（図２、図６及び図８乃至１０を参照）を欠いている。
【０１０３】
使い捨てカートリッジ2は、下層3の第１疎水面17'と導電性材料15の第２疎水面17"との間にあるギャップ6をさらに含む。ボディ47の少なくとも１つの貫通穴19は、処理液体、試薬あるいはサンプルをギャップ6の中に移すためのローディングサイト41として構成される。
【０１０４】
使い捨てカートリッジ2は、区画21のようなものをさらに含む。それは、１つ以上のローディングサイト41の近くに位置したボディ47において１つ以上の容器状のくぼみとして構成される。しかしながら、これらの区画21は、長い期間にわたって、あるいは出荷の間に液体を蓄えるのが目的ではなく、それらはローディングサイト41にあるピペット操作オリフィス41'''の近くにピペットチップ26（使い捨てであるか、あるいは使い捨てではない）が達することをできるように構成されているだけである。好ましくは、これらの「区画21」は、ローディングサイト41のまわりで中央のくぼみを備える。中央のくぼみによって、いくらかの液体が、ギャップ6の中に液体を移すことに先立って一時的に溜められる（deposited）。
【０１０５】
図１３は、ディジタルマイクロ流体システム1のその収容サイト8に達する前の１つの使い捨てカートリッジ2の断面図を示す。ここで、図示された使い捨てカートリッジは、第１０実施形態に従って構成され、クランプであるいはクランプ無しでカートリッジ収容サイトで保持される。第７実施形態（上記と図９を参照）に係る使い捨てカートリッジと比較したときにいくつかの類似性にもかかわらず、この第１０実施形態が区画21を欠いていることを特徴としている。したがって、この発明に係る使い捨てカートリッジ2のこの第１０実施形態は、処理液体、試薬あるいはサンプルをギャップ6の中に移すためのローディングサイト41として構成される少なくとも１つの貫通穴19を備える。
【０１０６】
この使い捨てカートリッジ2は、ディジタルマイクロ流体システム1のカートリッジ収容サイト8の中に挿入するように構成され、下面48'を持った剛体カバープレート12を備える。図示された剛体カバープレート12は、相対的に薄く（例えば約０．５mm乃至２mmの厚さを有する）、優れた安定化のために枠状のボディ47の下面48に取り付けられる。この使い捨てカートリッジ2は、カバープレート12のローディングサイト41にある少なくとも１つの貫通穴19と、液体に対して不透過性であるか不透過性ではない第２疎水面17"と、をさらに備える。第２疎水面17"は、イオンに対して少なくとも透過性がある。この使い捨てカートリッジ2は、液体に対して不透過性であり、且つ、使い捨てカートリッジ2の下層3が電極アレイ9の上に配置されるときディジタルマイクロ流体システム1の電極アレイ9を利用して、液滴23でのサンプルをその上で操作するための作業フィルムとして構成される、第１疎水面17'を持った下層3をさらに備える。この使い捨てカートリッジ2は、下層3の第１疎水面17'と剛体カバープレート12の第２疎水面17"との間に位置するギャップ6をさらに備える。
【０１０７】
第１０実施形態に係るこの使い捨てカートリッジ2は、フレキシブルな下層3の周辺40に沿って剛体カバープレート12の下面48'に密封して取り付けられるフレキシブルなフィルムとして下層3が構成されることを特徴としている。フレキシブルな下層3は、ディジタルマイクロ流体システム1の排気スペース46における負圧によってディジタルマイクロ流体システム1のカートリッジ収容サイト8の最上面52の上に引き寄せられるとともに広がるように構成される。したがって、使い捨てカートリッジ2は、第１疎水面17'と剛体カバープレート12の第２疎水面17"との間の特定距離を規定するための、フレキシブルな下層3と剛体カバープレート12の第２疎水面17"との間でのギャップ6にあるスペーサ5を欠いている。
【０１０８】
好ましくは、この使い捨てカートリッジ2は、剛体カバープレート12の下面48'に取り付けられる導電性材料15を備える。示された好ましい変形例の実施形態によれば、導電性材料15は、剛体カバープレート12の下面48'に第２疎水面17"を提供するように構成される。しかしながら、別法として、第２疎水面17"を備える上層4は、剛体カバープレート12の下面48'に直接的に取り付けられてもよい。あるいは、剛体カバープレート12の下面48'は、疎水性であるように処理されてもよい。したがって、剛体カバープレート12それ自体が第２疎水面17"を備えていない（両方とも不図示）。
【０１０９】
図１４は、その収容サイト8に達する前の１つの使い捨てカートリッジ2の断面図を示す。使い捨てカートリッジ2は、第１１実施形態に従って構成されて、クランプであるいはクランプ無しでカートリッジ収容サイト8で適所に保持される。図示された使い捨てカートリッジ2は、使い捨てカートリッジ2に対する生産コストを低減するために、最小数の要素を備える。
【０１１０】
この第１１実施形態に係る使い捨てカートリッジ2は、本願に開示されるようなディジタルマイクロ流体システム1のカートリッジ収容サイト8の中に挿入するように構成される。この使い捨てカートリッジ2は、
（a）下面48'と、ローディングサイト41にある少なくとも１つの貫通穴19と、イオンに対して少なくとも透過性のある第２疎水面17"と、を備える平らな剛体カバープレート12と、
（b）液体に対して不透過性であり、且つ、使い捨てカートリッジ2の下層3が電極アレイ9の上に配置されるときディジタルマイクロ流体システム1の電極アレイ9を利用して、液滴23でのサンプルをその上で操作するための作業フィルムとして構成される、第１疎水面17'を持った下層3と、
（c）下層3の第１疎水面17'と剛体カバープレート12の第２疎水面17"との間にあるギャップ6と、を備える。
【０１１１】
この第１１実施形態に係る使い捨てカートリッジ2は、下層3が、フレキシブルな下層3の周辺40に沿って剛体カバープレート12の下面48'に密封して取り付けられるフレキシブルなフィルムとして構成されることを特徴としている。フレキシブルな下層3は、ディジタルマイクロ流体システム1の排気スペース46での負圧によって、ディジタルマイクロ流体システム1のカートリッジ収容サイト8の最上面52の上に引き寄せられるとともに広がるように構成される。使い捨てカートリッジ2は、剛体カバープレート12の第１疎水面17'と第２疎水面17"との間での特定距離を規定するための、フレキシブルな下層3と剛体カバープレート12の第２疎水面17"との間でのギャップ6にあるスペーサ5を欠いている。この使い捨てカートリッジ2は、剛体カバープレート12の少なくとも１つの貫通穴19が、処理液体、試薬あるいはサンプルをギャップ6の中に移すためのローディングサイト41として構成されることをさらに特徴としている。
【０１１２】
好ましくは、カバープレート12の下面48'が、第２疎水面17"として構成される。別法として、カートリッジ2が、第２疎水面17"を提供するとともに、使い捨てカートリッジ2の剛体カバープレート12の下面48'に取り付けられる上層4を備えることは好ましいかもしれない。カートリッジ2が、剛体カバープレート12の下面48'に取り付けられる導電性材料15を備えることは第２の代替として好ましいかもしれない。導電性材料15は、剛体カバープレート12の下面48'に第２疎水面17"を提供するように構成されている。
【０１１３】
図１３及び１４に示されるディジタルマイクロ流体システム1は、図１乃至１２に示されるディジタルマイクロ流体システム1と同様の構造を有する。しかしながら、図９乃至１２に図示される特定の実施形態のすべては、複数の吸引穴35を備える。複数の吸引穴35は、ベースユニット7のカートリッジ収容サイト8に位置し、電極アレイ9と、電極アレイ9を支える下基板11とを貫通する。図９乃至１２のそれらの実施形態は、これらの吸引穴35に直接的につながって、これらの吸引穴35を真空源33にリンクする、複数の真空ライン34を備える。図９乃至１２に示されるようなそれらの実施形態において、排気スペース46内で負圧を実質的に均等に分配するために、吸引穴35が、電極アレイ9のエリアとカートリッジ収容サイト8にわたって実質的に均等に分布していることが必要である。
【０１１４】
図９乃至１４に示されるようなディジタルマイクロ流体システム1は、下層3の第１疎水面17'と少なくとも１つの使い捨てカートリッジ2の第２疎水面17"との間でのギャップ6内において液滴でのサンプルを操作するのに適している。
【０１１５】
しかしながら、図１３及び１４に示されるディジタルマイクロ流体システム1は、電極アレイ9ではなく下基板11を貫通する複数の吸引穴35を備える。これらの吸引穴35は、好ましくは、電極アレイ9のエリアのまわりでカートリッジ収容サイト8に分布される。排気スペース46内で負圧を実質的に均等に分配するために、吸引穴35は吸引チャネル51の中に口を開く（mouth）ように構成される。吸引チャネル51は、ディジタルマイクロ流体システム1のカートリッジ収容サイト8の最上面52に配置される。図１３及び１４に示される実施形態では、カートリッジ収容サイト8の最上面52は、電極アレイ9及び下基板11の上面に取り付けられる誘電体層24によって提供される。したがって、吸引チャネル51は、誘電体層24の表面に皿穴の開けられた（countersunk）溝として構成される。これらの吸引チャネル51あるいは溝のパターンは、分岐しているか分岐していない真っすぐなライン、分岐しているか分岐していない蛇行するラインと、それらのあらゆる組み合わせと、を備えてもよい。示されるように、吸引チャネル51あるいは溝は、電極アレイ11の一部分及び／又は下基板11の一部分にわたって延びて（reach）いてもよい。図１３及び１４に示されるように真っすぐな吸引穴35から逸れると、最適なものとして、吸引穴35はあらゆる任意の方向に下基板11を貫通することができる。例えば、吸引穴35は、斜角であるいは階段状に下基板11を貫通するように構成することができる。特に、下基板11が互いの上で挟まれる２つの分離したプレートを備えるように構成される場合（図示せず）には、吸引穴35の階段状の構成及び／又は分岐した構成は、誘電体層24の表面での吸引チャネル51あるいは溝の複雑さを低減するために好ましいかもしれない。
【０１１６】
どんな場合でも、均一な負圧が排気スペース46で確立されるように吸引チャネル51あるいは溝を配置することは好ましい。使い捨てカートリッジ2がカートリッジ収容サイト8に位置するやいなや、ガスケット36がカートリッジ収容サイト8において排気スペース46を密封する。排気スペース46は、使い捨てカートリッジ2のフレキシブルな下層3と、カートリッジ収容サイト8の最上面52と、ガスケット36とによって画定される。
【０１１７】
吸引穴35は、適切な数の真空ライン34によってディジタルマイクロ流体システム1の真空源33に直接的にリンクされる（図９乃至１２を参照）。別法として、吸引穴35は、真空スペース50の中に口を開く（mouth）ように構成されてもよい。真空スペース50は、少なくとも１つのカートリッジ収容サイト8に配置されるとともに、電極アレイ9及び／又は下基板11の下に配置される。好ましくは、真空スペース50は、少なくとも１つの真空ライン34によってディジタルマイクロ流体システム1の真空源33に接続される（図１３及び１４を参照）。
【０１１８】
先に示された他のすべての実施形態のように、好ましくは、フレキシブルな下層3は、疎水性材料の単分子層又は単一層としてそれぞれ構成される。
【０１１９】
第１の好ましい代替の変形例によれば、フレキシブルな下層3は、電気的に非導電性の材料の単分子層又は単一層としてそれぞれ構成される。フレキシブルな下層3の上面は、疎水面17であるように処理されている。第２の好ましい代替の変形例によれば、フレキシブルな下層3は、下層及び疎水性の上層を備えるラミネートとして構成される。下層は、電気的に導電性であるか又は非導電性である。
【０１２０】
別の代替の実施形態では、使い捨てカートリッジ2は、下面に取り付けられるとともに、フレキシブルな下層3の周辺40に沿って取り付けられるガスケット36をさらに備える。使い捨てカートリッジ2がディジタルマイクロ流体システム1の電極アレイ9の上に配置されるときに、ディジタルマイクロ流体システム1が電極アレイ9において吸引穴35を装備するならば、及びフレキシブルな下層3が吸引穴35によって吸引されるならば、ガスケット36は、第１疎水面17'と第２疎水面17"との間での特定の距離を規定する。
【０１２１】
図１２では、ガスケット36は、電極アレイ9の個別電極10を支持する下基板11に取り付けられる。ここで、酸化、機械的なインパクト及び汚染のような他の影響から個別電極を保護する誘電体層24は、電極アレイ9の表面に取り付けられる。誘電体層24は、さらに使い捨てカートリッジ2に対する収容サイト8の周りに延在する閉じられたリングとして構成されるガスケット36を覆う。誘電体層24は、挿入ガイド25の少なくとも一部分をさらに覆い、使い捨てカートリッジ2の一部分にわたって延びるか（左側を参照）、あるいは使い捨てカートリッジ2の全高さを超えて延びる（右側を参照）。
【０１２２】
ここまでに説明されたこの発明の使い捨てカートリッジの第７実施形態、第８実施形態及び第９実施形態によれば、ベースユニット7の電極アレイ9にあるカートリッジ収容サイト8においてこれらの創造性のある使い捨てカートリッジ2の少なくとも１つを占めるように構成される代替のディジタルマイクロ流体システムが提案されている。好ましくは、少なくとも１つの当該使い捨てカートリッジ2のフレキシブルな下層3と上層4との間でのギャップ6内において液滴でのサンプルを操作するための当該ディジタルマイクロ流体システム1は、
（a）使い捨てカートリッジ2を占めるように構成される少なくとも１つのカートリッジ収容サイト8を持ったベースユニット7と、
（b）ベースユニット7のカートリッジ収容サイト8にある電極アレイ9であって、電極アレイ9が、下基板11によって支持され、第１平面において実質的に延在して、複数の個別電極10を備える電極アレイ9と、
（c）電極アレイ9の個別電極10の選択を制御するための、及びエレクトロウェッティングによってカートリッジ2のギャップ6内において液滴を操作するためにこれらの個別電極10に個々の電圧パルスを提供するための、中央制御ユニット14と、を備える。
【０１２３】
創造性のあるディジタルマイクロ流体システム1は、
（d）電極アレイ9を貫通し、ベースユニット7のカートリッジ収容サイト8にわたって分布する複数の吸引穴35と、
（e）排気スペース46において負圧を確立するための真空源33と、
（f）吸引穴35を真空源33にリンクする複数の真空ライン34と、をさらに備える。
【０１２４】
創造性のあるディジタルマイクロ流体システム1は、ガスケット36がカートリッジ収容サイト8の周辺45の周りに位置するとき、ガスケット36がカートリッジ収容サイト8において排気スペース46を密封することを特徴としている。排気スペース46は、使い捨てカートリッジ2のフレキシブルな下層3と、ディジタルマイクロ流体システム1の電極アレイ9及び下基板11と、ガスケット36と、によって画定される。
【０１２５】
創造性のあるディジタルマイクロ流体システム1は、排気スペース46での負圧により、カートリッジ収容サイト8に配置される使い捨てカートリッジ2のフレキシブルな下層3が、ディジタルマイクロ流体システム1の電極アレイ9及び下基板11の上に引き寄せられるとともに広がることをさらなる特徴としている。使い捨てカートリッジ2のフレキシブルな下層3の広がりによって規定されたギャップ6は、使い捨てカートリッジ2のフレキシブルな下層3と上層4との間にあるスペーサ5を使用することなく可能になっていることは明らかに注目される。
【０１２６】
この発明の使い捨てカートリッジ2の第７実施形態及び第８実施形態の別の変形例によれば、使い捨てカートリッジ2はガスケット36を備えていない。代わりに、ガスケット36は、ディジタルマイクロ流体システム1のベースユニット7の下基板11に永久に固定される。あるいは、ガスケット36は、電極アレイ9及び下基板11を永久に覆う誘電体層24に固定される。もちろん、この場合、誘電体層24は、排気スペース46での負圧の形成を可能にするために、ベースユニット7の吸引穴35のサイトにおいて穴を有する。それにより、カートリッジ収容サイト8に配置される使い捨てカートリッジ2のフレキシブルな下層3が、ディジタルマイクロ流体システム1の電極アレイ9及び下基板11の上に引き寄せられるとともに広がる。
【０１２７】
この発明の使い捨てカートリッジ2の第７実施形態及び第８実施形態のさらなる変形例によれば、ガスケット36は、下面に永久に取り付けられるとともに、ベースユニット7のカートリッジ収容サイト8に配置される使い捨てカートリッジ2のフレキシブルな下層3の周辺40に沿って永久に取り付けられる。
【０１２８】
創造性のあるディジタルマイクロ流体システム1は、好ましくは、ベースユニット7を装備している。ベースユニット7は、フレームとして構成される挿入ガイド25を備える。挿入ガイド25は、使い捨てカートリッジ2をそこに収容するように寸法構成される。ベースユニット7が、ベースユニット7のカートリッジ収容サイト8上での所望の位置でこの使い捨てカートリッジ2を固定するように構成されるクランプ37を備えることは特に好ましい。第９実施形態（図１２を参照）に関連して実証されるように、当該クランプ37を使用する絶対的な必要性がない。ここで、層のすべてが十分にシールされる。そして、底面の上の排気スペース46での真空は、確実に適所に使い捨てカートリッジ2を保持するとともに、ディジタルマイクロ流体システム1のカートリッジ収容サイト8内に使い捨てカートリッジ2を保持する。
【０１２９】
ベースユニット7がカートリッジ収容サイト8に配置される使い捨てカートリッジ2の区画21内で移動可能に各場合に構成されるプランジャー42を作動させるように構成される作動要素38を備えることはさらに好ましい。したがって、各場合でのプランジャー42は、ベースユニット7のカートリッジ収容サイト8にある使い捨てカートリッジ2のギャップ6の中にそれぞれの区画21の内容物を押圧するように構成される。
【０１３０】
好ましくは、作動要素38は、ディジタルマイクロ流体システム1の中央制御ユニット14によって駆動され且つ制御されたモータであるように構成される。好ましくは、挿入ガイド25が、アルミニウムから、別の軽金属あるいは軽合金から、あるいはステンレス鋼から製造される。以下の材料及び寸法は、この発明の使い捨てカートリッジ2を製造するのに特に好ましい。
【０１３１】
【表１】
0005980429.tif 000002
【０１３２】
創造性のある使い捨てカートリッジ2及び創造性のあるディジタルマイクロ流体システム1は、疎水面17に付着する液滴23でのサンプルを操作する代替方法が実行されるのを可能にする。この方法は、
（a）下層3の第１疎水面17'を、上層4の第２疎水面17"を、及び、第１疎水面17'及び第２疎水面17"の間でのギャップ6を、使い捨てカートリッジ2に提供するステップであって、使い捨てカートリッジ2が、処理液体、試薬あるいはサンプルを保持する少なくとも１つの区画21を持ったボディ47をさらに備え、区画21がその内容物のうちの少なくともいくらかをギャップ6に供給するための貫通穴19を備える、ギャップ6を使い捨てカートリッジ2に提供するステップと、
（b）第１平面において実質的に延在し、下基板11によって支持され、電極アレイ9の個別電極10の選択を制御するための、及びエレクトロウェッティングによって第１疎水面17'の上で液滴23を操作するためにこれらの個別電極10に個々の電圧パルスを提供するための、ディジタルマイクロ流体システム1の中央制御ユニット14に接続された複数の個別電極10を備える電極アレイ9をディジタルマイクロ流体システム1に提供するステップと、
（c） 上層4の疎水面17"が、下層3の第１疎水面17'に対して実質的に平行に且つ間隔をおいて（in a distance）延在するように、ギャップ6を規定するステップと、を備える。
【０１３３】
この方法は、
（d）フレキシブルな下層3の周辺40に沿って上層4に対して密封して取り付けられるフレキシブルなフィルムとして下層3を設けるステップであって、使い捨てカートリッジ2が、第１疎水面17'と第２疎水面17"との間での特定距離を規定するための、フレキシブルな下層3と上層4との間にあるスペーサ5を欠いている、下層3を設けるステップと、
（e）ディジタルマイクロ流体システム1のベースユニット7のカートリッジ収容サイト8上に使い捨てカートリッジ2を配置するステップであって、上層4が、少なくとも１つの区画21の下端とギャップ6との間でシールを提供するように構成され、上層4が、処理液体、試薬あるいはサンプルをギャップ6に移すためのローディングサイト41を備える、使い捨てカートリッジ2を配置するステップと、
（f）カートリッジ収容サイト8の周辺45の近くに位置したガスケット36によって排気スペース46をカートリッジ収容サイト8において密封するステップであって、排気スペース46がフレキシブルな下層3、電極アレイ9、下基板11及びガスケット36によって画定されている、排気スペース46を密封するステップと、
（g）排気スペース46において負圧を生成するステップであって、該負圧によって、カートリッジ収容サイト8に配置される使い捨てカートリッジ2のフレキシブルな下層3が、電極の上に引き寄せられるとともに広がる、負圧を生成するステップと、を備えることを特徴とする。
【０１３４】
この方法を適用するとき、好ましくは、排気スペース46での負圧が真空源33によって作成される。真空源33は、ディジタルマイクロ流体システム1の中央制御ユニット14によって制御され、電極アレイ9を貫通し、ベースユニット7のカートリッジ収容サイト8にわたって分布する吸引穴35に複数の真空ライン34によってリンクされる。使い捨てカートリッジ2の区画21に含まれたプランジャー42が、手動であるいは作動要素38によって移動され、それぞれの区画21の内容物が、上層4のそれぞれのローディングサイト41に対して押圧されることはさらに好ましい。さらに、プランジャー42の穿孔ピン27で、区画21のそれぞれの穿孔サイト41'で上層4が貫通され、区画21の内容物のうちのいくらかが、上層4のこの穿孔サイト41'の中に空けられた穴を通して押圧され、ギャップ6の中に押圧される。別法としてあるいは追加的に、区画21の内容物のうちのいくらかが、上層4のそれぞれの毛細管のオリフィス41"を通してプランジャー42で押圧され、ギャップ6の中に押圧されることは好ましい。圧力がプランジャー42に印加されることなく水性液体が流れることを防止する毛管力を示すように、毛細管のオリフィス41"が寸法構成されている。
【０１３５】
添付した図１５乃至図１７では、第１２実施形態に係る使い捨てカートリッジの特に好ましい実施形態が、部分断面で示されている。各場合において、使い捨てカートリッジ2が、ディジタルマイクロ流体システム1のその収容サイト8に位置する。各場合での使い捨てカートリッジ2は、
（a）液体に対して不透過性であり、且つ、使い捨てカートリッジ2の下層3が電極アレイ9の上に配置されるときディジタルマイクロ流体システム1の電極アレイ9を利用して、液滴23でのサンプルをその上で操作するための作業フィルムとして構成される、第１疎水面17'を持った下層3と、
（b）下の第２疎水面17"と、上面58と、少なくとも１つの貫通穴19とを持った剛体カバープレート12と、
（c）下層3の第１疎水面17'と剛体カバープレート12の第２疎水面17"との間にあるギャップ6と、を備える。
【０１３６】
各場合での下層3は、剛体カバープレート12の下の第２疎水面17"に密封して取り付けられるフレキシブルなフィルムとして構成される。したがって、使い捨てカートリッジは、第１疎水面17'と第２疎水面17"との間での特定距離を規定するための、フレキシブルな下層3と剛体カバープレート12との間にあるスペーサを欠いている。好ましくは、フレキシブルな下層3は、剛体カバープレート12の下面17'に対してその周辺40の周囲で密封して取り付けられる。好ましくは、下層3の上で小滴23を操作するとき、ギャップ6は、少なくとも部分的に油53で満たされる。
【０１３７】
好ましくは、剛体カバープレート12の上面58は、剥離式の保護フィルム54で、あるいは外部から貫通穴19の汚染を妨げるとともに、使い捨てカートリッジ2のギャップ6の内容物によって環境の汚染を妨げる保護フィルムとして働く貫通可能な薄膜31で、少なくとも部分的に覆われている。
【０１３８】
下層3の第１疎水面17'と、図１５乃至図１７に図示した使い捨てカートリッジの剛体カバープレート12の第２疎水面17"との間でのギャップ6内において液滴23でのサンプルを操作するためのディジタルマイクロ流体システム1は、
（a）１つの使い捨てカートリッジ2を占めるように構成される少なくとも１つのカートリッジ収容サイト8を持ったベースユニット7と、
（b）ベースユニット7の少なくとも１つのカートリッジ収容サイト8にある電極アレイ9であって、電極アレイ9が下基板11によって支持され、第１平面において実質的に延在し、複数の個別電極10を備える電極アレイ9と、
（c）電極アレイ9の個別電極10の選択を制御するための、及び、エレクトロウェッティングによってカートリッジ2のギャップ6内において液滴23を操作するための個々の電圧パルスをこれらの個別電極10に提供するための、中央制御ユニット14と、
（d）電極アレイ9における複数の吸引穴35であって、吸引穴35が下基板11の真空スペース50の中にマウントされる吸引穴35と、
（e）排気スペース46において負圧を確立するための真空源33と、
（f）真空スペース50を真空源33にリンクする、複数の真空ライン34（つまり１つ以上の真空ライン34）と、を備える。
【０１３９】
図１５乃至１７に図示したディジタルマイクロ流体システム1は、ねじで締めるか留クランプして、それによって剛体スペーサ5にカートリッジを押圧するレベルとは無関係に、第１疎水面17'と第２疎水面17"との間での特定距離を規定するための剛体スペーサ5を備える。図１５乃至１７にさらに図示したディジタルマイクロ流体システム1は、カートリッジ収容サイト8で使い捨てカートリッジ2を中心に置くための、剛体スペーサ5に使い捨てカートリッジ2を押下するための、及び、フレームの第１シール39及び第２シール39'によって排気スペース46を密封するための、フレームとして構成された挿入ガイド25を備える。挿入されたカートリッジ2に関して、フレーム25は、カートリッジ収容サイト8の周辺45のまわりにある小さな割れ目（cleft）を開いておく。ディジタルマイクロ流体システム1は排気スペース46をさらに含む。排気スペース46は、使い捨てカートリッジ2のフレキシブルな下層3と、カートリッジ収容サイト8の最上面52と、シール39，39'を持ったフレーム25によって画定される。前に示されたディジタルマイクロ流体システム1の他の実施形態と同様に、排気スペース46での負圧によって、カートリッジ収容サイト8に配置されるフレキシブルな下層3が、ディジタルマイクロ流体システム1のカートリッジ収容サイト8の最上面52上で引き寄せられるとともに広がる。
【０１４０】
好ましくは、図１５乃至１７に示される実施形態において、電極アレイ又はＰＣＢ9は、図１１及び１２と似ているが、図２乃至６、８乃至１０及び１３乃至１４の実施形態とは似ていない誘電体層24によって覆われていない。したがって、ＰＣＢ9の電極10は、裸の金属（bare metal）である。したがって、使い捨てカートリッジのフレキシブルな下層3あるいは作業フィルムは、疎水面17'を持った誘電体層あるいは誘電体層のラミネート及び疎水性層をトップに備える。別法として、フレキシブルな下層3は、電気的に非導電性の材料の単分子層（monolayer）又は単一層としてそれぞれ構成され、フレキシブルな下層3の上面17'は疎水性であるように処理されている。
【０１４１】
好ましくは、電極アレイ9における吸引穴35のうちの少なくともいくつかは、中央制御ユニット14に個別電極10のうちの少なくともいくつかを接触させるための、ＰＣＢ9を貫通する導電性の貫通穴として構成される。ＰＣＢ9におけるこれらの導電性の貫通穴か真空ビアは、電気めっきを施すことにより、あるいはチューブかリベットでライニングすることにより導電性にしてもよい。
【０１４２】
好ましくは、排気スペース46を効果的に密閉するために、シール39，39'は、異なる材料及び／又は断面を備える２つの異なるタイプである。複数の第１タイプのシール39（図１５乃至１７において大きく描かれている）は、大きく変形する非常に従順な（compliant）材料からなる。したがって、シール支持部（例えばフレーム25及び下部構造11）は、それぞれの対向部（つまりＰＣＢ9の上面及び下面）に対してしっかりと押圧される。この従順なシール39に対する好ましい材料は、天然ゴムの、あるいはネオプレン（登録商標）のようなデュポンエラストマーのＯリングである。別法として（図示せず）、第１タイプのシール39はリップシールとして構成されてもよい。
【０１４３】
好ましくは、第２タイプのシール39'は、それほど従順でなく、最小の圧縮だけを受けるのに十分に硬く、排気スペース46を密封すること、剛体スペーサ5に対して使い捨てカートリッジ2をしっかりと押圧することのタスクを組み合わせる材料である。この剛性シール39'に対する好ましい材料は、例えばバイトン（蝋録商標）のようなデュポンパフォーマンスエラストマーのＯリングである。
【０１４４】
図１５では、使い捨てカートリッジ2は、フレーム25によってカートリッジ収容サイト8の中心に配置され（centered）、押圧プレートとして構成される閉鎖手段30でＰＣＢ9の剛体スペーサ5上で押圧される。参照番号57は、下部構造11、ＰＣＢ9、フレーム25及び押圧プレート30におけるねじ穴を示す。排気スペース46を確実に密封するための別の第１タイプ・コンプライアントシール39が、押圧プレート30とフレーム25との間に位置する。必要な場合、剛体カバープレート12にある少なくとも１つの貫通穴19は、サンプル用のローディングサイト41として利用することができる。ディジタルマイクロ流体システム1は光学的検出装置55を装備していてもよい。そして、ＰＣＢ9は、追加的に支持ポスト56によって支持されてもよい。それにより、使い捨てカートリッジ2のギャップ6の内部でサンプルの光学的分析を行うことができる。
【０１４５】
図１６では、使い捨てカートリッジ2は、カートリッジ収容サイト8の中心に配置され、挿入ガイド25として及び閉鎖手段30として同時に働くフレームプロファイルによって、ＰＣＢ9の剛体スペーサ5に押圧される。ここで、フレームプロファイルは、ＰＣＢ9にねじで留められるとともにディジタルマイクロ流体システム1の下部構造11にねじで留められる。参照番号57は、下部構造11、ＰＣＢ9、フレームプロファイル25，30におけるねじ穴を示す。別法として（図示せず）、フレームプロファイルは、クランプ37（図１７と比較可能である）によってディジタルマイクロ流体システム1のＰＣＢ9、及び下部構造11に押下されてもよい。必要な場合、剛体カバープレート12における少なくとも１つの貫通穴19が、キャップ6にサンプルを満たすための、あるいは穿孔ピペットチップ20であるいは使い捨てのピペットチップ26でギャップ6からサンプルを取り出す（withdraw）ための、ピペット操作オリフィス41'''として利用される。その結果、使い捨てカートリッジ2のギャップ6の外側で及び分離した解析システムにおいてサンプルの分析が可能になる。
【０１４６】
図１７では、使い捨てカートリッジ2は、ねじで締めたフレーム25によってカートリッジ収容サイト8の中心に配置され、押圧プレートとして構成される閉鎖手段30でＰＣＢ9の剛体スペーサ5に押圧される。参照番号57は、下部構造11、ＰＣＢ9及びフレーム25におけるねじ穴を示す。排気スペース46を確実に密封するための別の第１タイプ・コンプライアントシール39が、押圧プレート30とフレーム25との間に位置する。押圧プレート30は、クランプ37によって、フレーム25を、及び挿入されたカートリッジ2を押下してもよい。必要な場合、剛体カバープレート12における少なくとも１つの貫通穴19は、サンプル用のローディングサイト41として利用される。ディジタルマイクロ流体システム1は光学的検出装置55を装備してもよい。そして、ＰＣＢ9は、追加的に支持ポスト56によって支持される。それにより、使い捨てカートリッジ2のギャップ6の内部でサンプルの光学的分析が可能になる。
【０１４７】
各場合に、エレクトロウェッティングによって第１疎水面17'の上で液滴23を操作すること、及び／又は、これらの液滴23のうちのいくつかにおいてサンプルを分析することの後に、使い捨てカートリッジ2は、ディジタルマイクロ流体システム1のベースユニット7のカートリッジ収容サイト8から取り出されて、廃棄されることは好ましい。
【０１４８】
熟練者に合理的と思われる本願に開示したカートリッジ2の異なる実施形態の特徴のあらゆる組み合わせは、この発明の要旨及び範囲に含まれる。それらが各場合において特に述べられていなくても、参照番号は、ディジタルマイクロ流体システム1の同様の要素を、特にこの発明の使い捨てカートリッジ2の同様の要素を指す。
【０１４９】
関連する特許出願
この出願は、2013年1月09日に出願された国際出願第PCT/EP2013/050326号の優先権を主張する。国際出願第PCT/EP2013/050326号の全ての内容が、すべての目的に対して明示的な参照によって本願に組み込まれる。
【符号の説明】
【０１５０】
1  ディジタルマイクロ流体システム       32  分離棒
2  使い捨てカートリッジ                 33  真空源
3  フレキシブルな下層                   34  真空ライン
4  上層                                 35  吸引穴
5  スペーサ（剛体スペーサ）             36  ガスケット
6  ギャップ（3と4の間のギャップ）       37  クランプ
7  ベースユニット                       38  作動要素
8  カートリッジ収容サイト               39  シール（第１タイプ、従順なシール）
9  電極アレイ（PCB）                    39'  シール（第２タイプ、剛性シール）
10  個別電極                             40  3の周辺
11  下基板                               41  ローディングサイト
12  カバープレート（剛体カバープレート） 41'  穿孔サイト
13  上基板                               41"  毛細管のオリフィス
14  中央制御ユニット                     41'''  ピペット操作オリフィス
15  導電性材料                           42  プランジャー
16  ヒンジ                               43  中央の開口
17  疎水面                               44  弾性層
17'  第１疎水面                          45  8の周辺
17"  第２疎水面                          46  排気スペース
18  穿孔設備                             47  ボディ
19  貫通穴                               48  47の下面
20  穿孔ピペットチップ                   48'  12の下面
21  区画                                 49  47の上面
22  追加の穿孔設備                       50  真空スペース
23  液滴                                 51  吸引チャネル
24  誘電体層                             52  8の最上面
25  挿入ガイド（フレーム）               53  油
26  使い捨てのピペットチップ             54  剥離式の保護フィルム
27  穿孔ピン                             55  光学的検出装置
28  ピンプレート                         56  支持ポスト
29  変位部                               57  ねじ穴
30  閉鎖手段（押圧プレート）             58  12の上面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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