(57)【要約】デジタルマイクロ流体システム（１）で使用する使い捨てカートリッジ（２）は、第１疎水面（１７´）を有する下部層（３）、第２疎水面（１７´´）を有する硬質カバープレート（１２）及びそれらの間の隙間（６）を備える。下部層（３）は、デジタルマイクロ流体システム（１）のカートリッジ収容部（８）の最上面（５２）に設けた軟質フィルムであり、真空スペース（４６）内の負圧によって最上面（５２）に取り付けられて、これを覆っている。使い捨てカートリッジ（２）は、カートリッジ収容部（８）に組み付けてもよく、硬質カバープレート（１２）の下面（４８´）と軟質下部層（３）は、相互に接触することにより互いに封止状態で取り付けられる。組み付けた使い捨てカートリッジ（２）は、下部層（３）、平坦な硬質カバープレート（１２）及びサンプル及び処理液を有する隙間（６）を備えた１ピースのカートリッジ収容部（８）から取り出される。デジタルマイクロ流体システム（１）は、ベースユニット（７）とカートリッジ収容部（８）を、複数の個別の電極（１０）を有する電極アレイ（９）と共に備える。デジタルマイクロ流体システム（１）は、個々の電極（１０）の選択を制御し、これら電極（１０）にエレクトロウェッティングによってカートリッジ（２）の隙間（６）内の液滴を操作するためにそれぞれ電圧を印加する中央制御ユニット（１４）を備える。
2015529815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部層（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´´）の間の隙間（６）内の液滴中のサンプルを処理するためのデジタルマイクロ流体システム（１）であって、
（ａ）１つの使い捨てカートリッジ（２）を吸収するように構成した少なくとも１つのカートリッジ収容部（８）を有するベースユニット（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部（８）に配置され、下部基板（１１）によって支持され、ほぼ第１面内を延び、複数の個々の電極（１０）を備えた電極アレイ（９）と、
（ｃ）前記電極アレイ（９）の個々の電極（１０）の選択を制御し、エレクトロウェッティングによって前記カートリッジ（２）の隙間（６）内の液滴を処理するために、電極（１０）に個別に電圧を印加する中央制御ユニット（１４）と、
を備え、さらに
（ｄ）電極アレイ（９）又は下部基板（１１）を貫通し、ベースユニット（７）のカートリッジ収容部（８）に設けられる複数の吸引孔（３５）と、
（ｅ）真空スペース（４６）を負圧とするための真空源（３３）と、
（ｆ）吸引孔（３５）を真空源（３３）に連通する複数の真空ライン（３４）と、
を備え、
前記複数の真空ライン（３４）は、前記カートリッジ収容部（８）で真空スペース（４６）を封止するように構成され、前記使い捨てカートリッジ（２）、カートリッジ収容部（８）の最上面（５２）及びガスケット（３６）の軟質下部層（３）によって形成され、
前記真空スペース（４６）の負圧により、カートリッジ収容部（８）に設けられる軟質下部層（３）がカートリッジ収容部（８）の最上面（５２）に取り付けられて覆い、ガスケット（３６）が前記第１疎水面（１７´）と前記第２疎水面（１７´´）の間に所定寸法を形成するデジタルマイクロ流体システム。
【請求項２】
前記吸引孔（３５）は、吸引溝（５１）内に開口するように構成され、前記吸引溝（５１）は、カートリッジ収容部（８）の最上面（５２）に配置される請求項１に記載のデジタルマイクロ流体システム。
【請求項３】
前記吸引孔（３５）は、真空スペース（５０）内に開口するように構成され、前記真空スペース（５０）は、カートリッジ収容部（８）で、電極アレイ（９）又は下部基板（１１）の下方に配置され、かつ、真空ライン（３４）の少なくとも１つによって真空源（３３）に連結されている請求項１に記載のデジタルマイクロ流体システム。
【請求項４】
前記カートリッジ収容部（８）の最上面（５２）は、電極アレイ（９）と下部基板（１１）を覆う絶縁層（２４）を備え、前記絶縁層（２４）は、ベースユニット（７）の吸引孔（３５）の一部に孔を有する請求項１から３のいずれか１項に記載のデジタルマイクロ流体システム。
【請求項５】
前記ガスケット（３６）は、カートリッジ収容部（８）の電極アレイ（９）と下部基板（１１）を覆う絶縁層（２４）に固定されている請求項１に記載のデジタルマイクロ流体システム。
【請求項６】
前記ガスケット（３６）は、電極アレイ（９）を支持する下部基板（１１）に固定され、前記絶縁層（２４）は、下部基板（１１）、電極アレイ（９）及びガスケット（３６）を覆う請求項４に記載のデジタルマイクロ流体システム。
【請求項７】
前記ベースユニット（７）は、フレームで構成され、使い捨てカートリッジを収容する大きさに形成された挿入ガイド（２５）を備える請求項１に記載のデジタルマイクロ流体システム。
【請求項８】
前記カートリッジ収容部（８）の最上面（５２）は、下部基板（１１）と、個々の電極（１０）の露出金属面とによって形成されている請求項１から３のいずれか１項に記載のデジタルマイクロ流体システム。
【請求項９】
前記ベースユニット（７）は、カートリッジ収容部（８）の所望位置に使い捨てカートリッジ（２）を固定するように構成されたクランプ（３７）を備える請求項１に記載のデジタルマイクロ流体システム。
【請求項１０】
（ａ）液体を透過させず、下部層（３）が電極アレイ（９）を超えて配置される際、デジタルマイクロ流体システム（１）の電極アレイ（）を利用して、液滴（２３）中のサンプルを処理するためのワーキングフィルムで構成される第１疎水面（１７´）を有する下部層（３）と、
（ｂ）下面（４８´）、装填部（４１）に設けられる貫通孔（１９）及び少なくともイオンを透過させる第２疎水面（１７´´）を備える平坦な硬質カバープレート（１２）と、
（ｃ）下部層（３）の第１疎水面（１７´）及び硬質カバープレート（１２）の第２疎水面（１７´´）の間に設けられる隙間（６）と、
を備え、
前記下部層（３）は、デジタルマイクロ流体システム（１）のカートリッジ収容部（８）の最上面（５２）に設けられ、真空スペース（４６）内の負圧によって最上面（５２）に取り付けられて覆う可撓性フィルムで構成され、
デジタルマイクロ流体システム（１）のカートリッジ収容部（８）に組み付けられ、
硬質カバープレート（１２）の下面（４８´）と軟質下部層（３）は、硬質カバープレート（１２）の下面（４８´）とデジタルマイクロ流体システム（１）のカートリッジ収容部（８）の最上面（５２）を覆う軟質下部層（３）の周辺部（４０）とを互いに接触させることにより軟質下部層（３）の周辺部（４０）に沿って互いに封止状態で取付可能となるように構成され、
集められた使い捨てカートリッジ（２）は、下部層（３）と、平坦な硬質カバープレート（１２）と、サンプル及び処理液を有する隙間（６）を備える１ピースのカートリッジ収容部（８）から取り出されるように構成される請求項１に係るデジタルマイクロ流体システム（１）で使用する使い捨てカートリッジ。
【請求項１１】
前記軟質下部層（３）は、デジタルマイクロ流体システム（１）のカートリッジ収容部（８）で、周辺部（４０）に沿って硬質カバープレート（１２）に、
（ｉ）少なくとも１つの接着テープ、又は、
（ｉｉ）溶接
によって封止状態で取り付けられるように構成されている請求項１０に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項１２】
前記装填部（４１）は、穿孔部（４１´）及び穿孔オリフィス（４１´´´）を備えるグループから選択される請求項１０に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項１３】
前記硬質カバープレート（１２）の上面（４９´）は、少なくとも１つの貫通孔（１９）を封止するように構成された穿孔可能膜（３１）を封止状態で設けられている請求項１０に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項１４】
前記硬質カバープレート（１２）の下面（４８´）は、汚染されるのを阻止するように構成された剥離保護フィルム（５４）を封止状態で設けられている請求項１０に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項１５】
前記硬質カバープレート（１２）は、下面（４８´）に取り付けられ、第２疎水面（１７´´）を提供する薄肉金属プレート、金属箔又は金属層の形態の電気導電材料（１５）を備える請求項１０に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項１６】
前記硬質カバープレート（１２）は、電気導電ポリマー材料（１５）を備え、下面（４８´）には絶縁特性を有する第２疎水面（１７´´）を設けられている請求項１０に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項１７】
前記硬質カバープレート（１２）の電気導電材料（１５）は、不透明で、液滴操作を観察するための光学的透明部（５７）の少なくとも１つのアレイを備える請求項１６に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項１８】
前記軟質下部層（３）は、疎水材料の単一層で構成されている請求項１０に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項１９】
前記軟質下部層（３）は、電気非導電材料の単一層で構成され、上面には疎水面（１７）が設けられている請求項１０に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項２０】
前記軟質下部層（３）は、下部層及び疎水上部層を備え、前記下部層は絶縁層（２４）である請求項１０に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項２１】
前記ガスケット（３６）は、軟質下部層（３）の周辺部（４０）に固定され、下部層（３）、平坦硬質カバープレート（１２）、ガスケット（３６）、及び、サンプル及び処理液を有する隙間（６）を備える１ピースのカートリッジ収容部（８）から取り出すように構成されている請求項１０に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項２２】
前記ガスケット（３６）は、デジタルマイクロ流体システム（２）に固定され、下部層（３）、平坦硬質カバープレート（１２）、ガスケット（３６）、及び、サンプル及び処理液を有する隙間（６）を備える１ピースのカートリッジ収容部（８）から取り出すように構成されている請求項１０に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項２３】
（ａ）第１疎水面（１７´）を有する下部層（３）にワーキングフィルムを供給し、
（ｂ）デジタルマイクロ流体システムに、ほぼ第１平面内を延び、複数の個別の電極（１０）を備えた電極アレイ（９）を提供し、前記電極（１０）は、下部基板（１１）に支持され、電極アレイ（９）の個々の電極（１０）の選択を制御し、これら電極（１０）に、エレクトロウェッティングによって前記第１疎水面（１７´）上の液滴（２３）を処理するためにそれぞれ電圧を印加するデ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、
（ｃ）カートリッジ（２）の第２疎水面（１７´´）と下部層（３）の第１疎水面（１７´）の間の隙間（６）を形成するためのガスケット（３６）を提供する、
ステップを備えた、
デジタルマイクロ流体システム（２）又は装置のワーキングフィルムの疎水面（１７）に付着する液滴（２３）中のサンプルを処理するための方法であって、
（ｄ）デジタルマイクロ流体システム（１）のカートリッジ収容部（８）の最上面（５２）上の軟質フィルムで構成される下部層（３）を設け、前記最上面（５２）、カートリッジ収容部（８）にも設けられるガスケット（３６）、及び、軟質下部層（３）によって形成される真空スペース（４６）を形成し、
（ｅ）電極アレイ（９）又は下部基板（１１）を穿孔し、デ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部（８）に設けられる複数の吸引孔（３５）に接続される真空源（３３）を使用して、前記真空スペース（４６）内の負圧を生成し、ガスケット（３６）が真空スペース（４６）を封止し、真空スペース（４６）内の負圧により、軟質下部層（３）がデジタルマイクロ流体システム（１）のカートリッジ収容部（８）の最上面（５２）に取り付けられて覆い、
（ｆ）前記軟質下部層（３）の第１疎水面（１７´）に処理液を付加し、
（ｇ）硬質カバープレート（１２）を軟質下部層（３）上の下面（４８´）に配置し、接触させ、軟質下部層（３）の周辺部（４０）と共に封止状態で取り付けることにより、デジタルマイクロ流体システム（１）のカートリッジ収容部（８）に使い捨てカートリッジ（２）を組み付け、ガスケット（３６）が前記第１疎水面（１７´）と第２疎水面（１７´´）の間に所定の距離を形成し、
（ｈ）前記隙間（６）に少なくとも１つのサンプル液滴（２３）を付加し、エレクトロウェッティングにより前記サンプル液滴を処理する、
デジタルマイクロ流体システム（１）のカートリッジ収容部（８）の最上面（５２）に取り付けられて覆う方法。
【請求項２４】
前記ガスケット（３６）は、
（ａ）デジタルマイクロ流体システム（１）のカートリッジ収容部（８）であって、
（ｉ）最上面（５２）を形成する絶縁層（２４）、又は、
（ｉｉ）個々の電極（１０）の露出金属面と共に最上面（５２）を形成する下部基板（１１）
に固定されるカートリッジ収容部（８）、若しくは、
（ｂ）ガスケット（３６）が周辺部（４０）に固定される、使い捨てカートリッジ（２）の軟質下部層（３）の一部としてカートリッジ収容部（８）に設ける請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
硬質カバープレート（１２）を軟質下部層（３）の下面（４８´）に配置して接触させ、周辺部（４０）と共に封止状態で取り付けることは、カートリッジ収容部（８）のクランプ（３７）を利用して硬質カバープレート（１２）を押圧することにより強化される請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記隙間（６）に少なくとも１つのサンプル液滴（２３）を付加することは、液体操作システムの穿孔ピペットチップ（２０）と共に使い捨てカートリッジ（２）の穿孔可能膜（３１）を穿孔し、所望量のサンプル液滴を隙間（６）内に補給することにより行う請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１疎水面（１７´）で、エレクトロウェッティング又は幾らかの液滴（２３）中のサンプルを分析することによって液滴（２３）を処理した後、使い捨てカートリッジ（２）をデ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部（８）から取り出し、分析又は処分する請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴中のサンプルを処理するためのデジタルマイクロ流体システムで使用可能な使い捨てカートリッジに関する。デ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々の電極領域を制御し、エレクトロウェッティングによって液滴処理するために、これら電極領域にそれぞれ電圧を印加するための中央処理装置とを備える。また本発明は、分子技術を利用して液滴を容易に得るためのデジタルマイクロ流体システムと、デジタルマイクロ流体システム又は装置で液滴中のサンプルを取り扱うための代替方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動化された液体操作システムが公知である。一例として、本願出願人（Tecan Schweiz AG, Seestrasse 103, CH-8708 Mannedorf, Switzerland）のFreedum EVO（登録商標）のロボットワークステーションがある。この装置により、独立した機器あるいは分析システムに自動的に接続されて自動液体処理が可能となる。一般に、これらの自動システムには、処理のために、より多くの（マイクロリットルからミリリットルの）液体が必要とされる。またこれらは携帯可能となるように構成されていない大きなシステムである。
【０００３】
生物学的サンプルの自動処理を実行するための多くの試みがマイクロ流体工学分野で行われている。一般に、この技術分野は、少量、通常マイクロからナノスケールの液体の制御及び操作に関する。チャネルシステムでの液体の動きは、それ自体、例えば、設置装置のマイクロポンプ又は回転式の実験器具での求心力によって制御されることが知られている。デ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、その結果個々の液滴がアドレス指定される（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手法の一般的な概要について、Washizu, IEEE Transactions on Industry Applications, Volume 34, No. 4, 1998, and Pollack et al., Lab chip, 2002, Volume 2, 96-101. Brieflyを参照すると、エレクトロウェッティングは、好ましくは疎水層によって覆われた微小電極アレイを利用して液滴を移動させる方法を参考にしている。電極アレイの電極に所定電圧を印加することにより、アドレス指定された電極に出現する液滴の表面張力の変化が引き起こされる。これにより、アドレス指定された電極の液滴の接触角度が顕著に変化し、その後その液滴が移動する。そのようなエレクトロウェッティング処置のため、電極を整列させるための２つの基本的な方法、すなわち、液滴の動作を抑制し、あるいは、同様な電極アレイとは反対側に位置し、少なくとも１つの接地電極を提供する第２表面を追加する方法が公知である。エレクトロウェッティング技術の主な利点は、少量の液体のみ、例えば、単一の液滴が必要とされるだけであるということである。したがって、液体処理は非常に短い時間内で行うことができる。また、液体の動作制御は、電気制御下で完全に行うことができ、その結果サンプルは自動処理される。
【０００５】
電極アレイ（電極の単一面配列）を備えた単一表面を使用するエレクトロウェッティングによる液滴操作装置が米国特許第5,486,337号公報で公知である。全ての電極は、基板キャリアの表面に設けられ、基板表面から位置を下げられるか、あるいは、非濡れ表面によって覆われる。電源は電極に接続されている。液滴は各電極に電圧を印加することにより移動し、その結果、電極への連続的な電圧印加に従って電極上で液滴が動作する。
【０００６】
反対面に少なくとも１つの接地電極を備えた電極アレイを使用し、液滴の動作をマイクロスケールで制御するためのエレクトロウェッティング装置は、米国特許第6,565,727号公報（電極の２方面配列）で公知である。この装置の各表面は複数の電極を備える。電極アレイの駆動電極は、各単一電極の縁に配置される突出部によって互いに組み合わされた状態に配置されるのが好ましい。２つの反対側の配列は間隙を形成する。間隙に向かって方向付けされた電極アレイの表面は電気的に絶縁された疎水性の層で覆われているのが好ましい。液滴は間隙に位置し、複数の電界を連続的に印加することにより、無極性フィラー内で、間隙とは反対側に位置する複数の電極へと移動する。
【０００７】
液滴内のサンプルを処理するためのポリマーフィルムを備えた容器が国際公開第2010/069977号公報で公知である。生物サンプル処理システムは、大容量処理のための容器と、下面及び疎水性上面を備えた平坦ポリマーフィルムとを備える。平坦ポリマーフィルムは、突出部によって容器の底面側との間に距離を維持する。この距離は、容器がフィルム上に配置された際、少なくとも１つの隙間を形成する。液滴操作装置は、液滴の動きを誘発する少なくとも１つの電極アレイを備える。また少なくとも１つの電極アレイを支持する基板は、液滴操作装置のための制御部と同様であることが開示されている。容器及びフィルムは、液滴操作装置に反対に取り付けられている。したがって、システムにより、少なくとも１つの液滴を、少なくとも１つのウェルから、容器の溝を介して、平坦ポリマーフィルムの疎水性上面上と、少なくとも１つの電極アレイの上方とに転置可能となる。液滴操作装置は、平坦ポリマーフィルムの疎水性上面上の液滴の動きを制御し、そこで生物サンプルを処理する。また、そのような、生物サンプルの処理上、液滴を処理するためのエレクトロウェッティング装置の使用は、国際公開第2011/002957号公報として公開された国際特許出願で公知である。そこには、一般に、液滴アクチュエータが、下及び上基板上に、絶縁体、導電性最上部基板、及び、疎水性コーティングによって遮断された制御電極（エレクトロウェッティング電極）を有する下基板を備える。また、液滴アクチュエータの１以上の部品、すなわち、交換容易な使い捨て部品（例えば、移動可能なフィルム、容易に取付可能な上及び下基板、及び、全てを備えた交換可能なカートリッジ）が開示されている。国際公開第2011/002957号公報として公開された国際出願には、固定された下基板（例えば、ＰＣＢ）、エレクトロウェッティング電極、及び、移動可能又は取り替え可能な上基板を備えた液滴アクチュエータが開示されている。全てを備えたカートリッジは、例えば、緩衝物、試薬、及び、装填流体を有していてもよい。カートリッジ内のポーチは貯留部として使用してもよいし、流体（例えば、サンプルや油）をカートリッジの隙間へと解放するために穴を空けるようにしてもよい。カートリッジは、接地電極を備えても良く、疎水層や、サンプルをカートリッジの隙間に装填する開口に置き換えても良い。界面材料（例えば、液体、接着剤、又は、グリース）により電極アレイにカートリッジを接着するようにしてもよい。
【０００８】
マイクロ流体処理のための使い捨てカートリッジと分子診断分析を実行するための自動システムでの分析とが国際公開第2006/125767号公報（米国公開第2009/ 0298059号公報参照）に開示されている。カートリッジは、（ほぼクレジットカードのサイズの）平坦なチャンバー装置として構成されている。サンプルはポートを介してカートリッジ内に注入することができる。
【０００９】
液滴アクチュエータは、国際公開2008/106678号公報で公知である。特に、この文献は液滴アクチュエータの電極アレイのための種々の配線構造に言及しており、さらに制御電極を備えた第２基板との隙間によって分離された関連する電極アレイを有する第１基板を備えた、そのような液滴アクチュエータの２つの層を有する実施形態を開示する。２つの基板は平行に配置されているので、隙間が形成される。隙間の高さは、スペーサによって形成してもよい。疎水性コーティングは、隙間に面する表面を備えた各ケース内にある。第１及び第２基板は、電極アレイを均等に備えるカートリッジの形態であってもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第5,486,337号公報
【特許文献２】国際公開第2010/069977号公報
【特許文献３】国際公開第2011/002957号公報
【特許文献４】国際公開第2006/125767号公報
【特許文献５】国際公開2008/106678号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の第１の目的は、デジタルマイクロ流体システムで使用される代替使い捨てカートリッジ、又は、液体内のサンプルを処理するために１以上のそのような使い捨てカートリッジを収容するように構成されたデジタルマイクロ流体装置を提供することである。
【００１２】
また本発明の第２の目的は、液滴中のサンプルを操作するそのような使い捨てカートリッジを配置可能なマイクロ流体システム又は装置を提案することである。
【００１３】
また本発明の第３の目的は、デジタルマイクロ流体システム又は装置を使用して液滴中のサンプルを操作するための代替方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１の目的は、第１代替使い捨てカートリッジを設けることによって達成される。
【００１５】
本発明の第１代替使い捨てカートリッジは、
（ａ）液体に対して不浸透性で、デジタルマイクロ流体システムの電極アレイを利用して、基部層が前記電極アレイ上に配置されるとき、液滴内のサンプルを処理するための作業フィルムとして構成される第１疎水性表面と、
（ｂ）下面、装填部に配置される少なくとも１つの貫通孔、及び、第２疎水面を備えた平坦な硬質カバープレートと、
（ｃ）基部層の第１疎水面と硬質カバープレートの第２疎水面との間に形成される隙間と、
を備える。
【００１６】
本発明の第１代替使い捨てカートリッジは、下部層がデジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容部の最上面に設けられ、真空スペース内の負圧によって前記最上面に取り付けられて覆うように構成された軟質フィルムで構成されていることを特徴とし、前記真空スペースは、使い捨てカートリッジの軟質下部層、カートリッジ収容部の最上面及びデジタルマイクロ流体システム又は使い捨てカートリッジ。のガスケットによって形成されるのが好ましい。
【００１７】
また本発明の第１使い捨てカートリッジは、デジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容部に組み付けられるように構成されていることを特徴とし、硬質カバープレートの下面と軟質下部層は、硬質カバープレートの下面と、デジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容部の最上面を覆う軟質下部層とを互いに接触させることにより、軟質下部層の周辺部に沿って封止状態で取付可能となるように構成されている。
【００１８】
また本発明の第１使い捨てカートリッジは、下部層、平坦硬質カバープレート及びサンプル及び処理液を有する隙間を備えた１ピース内のカートリッジ収容部から取り出されるように構成されていることを特徴とする。
【００１９】
平坦硬質カバープレートは、電気導電材料を備えるか、あるいは、電気導電材料から形成されているのが好ましい。また第２疎水面は、平坦硬質カバープレート又はそこに取り付けた層によって設けられてもよい。第２疎水面は、液体を透過させてもさせなくてもよい。但し、第２疎水面は、少なくともイオンを透過させるのが好ましい。この目的は、第２代替使い捨てカートリッジを設けることにより達成される。
本発明の第２使い捨てカートリッジは、
（ａ）下面、上面及び少なくとも１つの貫通孔を有する本体と、
（ｂ）液体を透過させず、電極アレイで覆われる際、デジタルマイクロ流体システムの電極アレイを利用して、液滴中のサンプルを操作するためのワーキングフィルムとして構成される第１疎水面を有する下部層と、
（ｃ）本体の下面に取り付けられ、第２疎水面が設けられる電気導電材料と、
（ｄ）下部層の第１疎水面と電気導電材料の第２疎水面の間に設けた隙間と、
を備える。
【００２０】
本発明の第２代替使い捨てカートリッジは、下部層が軟質下部層の周辺部に沿って使い捨てカートリッジの電気導電材料に封止状態で取り付けられる軟質フィルムとして構成されていることを特徴とし、第１疎水面と第２疎水面の間に所定寸法を形成するために、軟質下部層と電気導電材料との間に配置されるスペーサはない。また本発明の第２代替使い捨てカートリッジは、本体の少なくとも１つの貫通孔が処理液、試料又はサンプルを隙間内に搬送する装填部として構成されていることを特徴とする。
【００２１】
また第２疎水面を設けた電気導電材料は、液体を透過できてもできなくてもよいが、少なくともイオンを透過できるのが好ましい。
【００２２】
第２の目的は代替マイクロ流体システムが提供されることで達成される。下部層の第１疎水面と本発明の少なくとも１つの使い捨てカートリッジの第２疎水面の間の隙間内の液滴中のサンプルを操作するためのデ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取り出すために構成される少なくとも１つのカートリッジ収容部を有するベースユニットと、
（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部に配置され、下部基板によって指示され、ほぼ第１平面内を延び、複数の個々の電極を備える電極アレイと、
（ｃ）前記電極アレイの個々の電極の選択を制御し、エレクトロウェッティングによって前記カートリッジの隙間内の液滴を操作するために個々の電極に電圧を印加する中央制御ユニットと、
（ｄ）電極アレイ又は下部基板を貫通し、ベースユニットのカートリッジ収容部に設けられる複数の吸引孔と、
（ｅ）真空スペース内に負圧を生成する真空源と、
（ｆ）吸引孔を真空源に接続する複数の真空ラインと、
を備える。
【００２３】
複数の真空ラインは１以上の真空ラインと解釈することができる。
【００２４】
本発明の代替デジタルマイクロ流体システムは、ガスケットがカートリッジ収容部で真空スペースを封止するように構成され、真空スペースは、使い捨てカートリッジの軟質下部層、カートリッジ収容部の最上面及びガスケットによって形成されていることを特徴とする。
【００２５】
また本発明のデジタルマイクロ流体システムは、真空スペース内の負圧により、カートリッジ収容部に設けられる軟質下部層がデジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容部の最上面に取り付けられて、これを覆うことを特徴とし、ガスケットは、前記第１疎水面と前記第２疎水面の間に所定寸法を形成する。
【００２６】
前記ガスケットは、最小圧力であれば耐えることができる軟質材料であるのが好ましく、真空スペースを封止すると共に、最終隙間高さを形成する。このガスケットにとって好ましい材料は、例えば、天然ゴム、DuPont performance elastomer社製のViton（登録商標）、フッ素ゴムのリングである。第１代替デジタルマイクロ流体システムのガスケットの好ましい実施形態は、Ｘリング又は角リングであり、角リングが最も好ましい。
【００２７】
第３の目的は、デジタルマイクロ流体システム又は装置のワーキングフィルムの疎水面に付着した液滴中のサンプルを操作するための代替方法を提供することによって達成される。
本発明に係る第１代替方法は、
（ａ）第１疎水面を有する下部層の形態でワーキングフィルムを提供し、
（ｂ）デジタルマイクロ流体システムに、ほぼ第１平面内を延び、下部基板によって支持されて、電極アレイの個々の電極の選択を制御し、これら電極に、エレクトロウェッティングによって第１疎水面上の液滴を操作するために個別に電圧を印加する中央制御ユニットに接続された多数の個々の電極を備えた電極アレイを提供し、
（ｃ）カートリッジの第２疎水面と下部層の第１疎水面の間に隙間を形成するガスケットを提供する、
ステップを備える。
【００２８】
本発明の液滴中のサンプルを操作するための代替方法は、前記方法がさらに、
（ｄ）デジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容部の最上面の軟質フィルムで構成された下部層を設けることにより、最上面によって形成される真空スペース、カートリッジ収容部にも設けられるガスケット及び軟質下部層を生成し、
（ｅ）電極アレイ又は下部基板を貫通し、デ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部に設けた複数の吸引孔に接続された真空源を使用して真空スペース内を負圧とし、ガスケットが真空スペースを封止し、真空スペース内の負圧により軟質下部層がデジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容部の最上面に取り付けられて覆い、
（ｆ）軟質下部層の第１疎水面に処理液を付加し、
（ｇ）硬質カバープレートに軟質下部層の下面を配置し、下面を軟質下部層の周辺部と共に下面に接触させて封止状態で取り付け、デジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容部に使い捨てカートリッジを組み付け、ガスケットが第１疎水面と第２疎水面の間に所定寸法を形成し、
（ｈ）少なくとも１つのサンプル液滴を隙間に付加し、エレクトロウェッティングによってサンプル液滴を操作する、
ステップを備えることを特徴とする。
【００２９】
追加した発明の特徴、好ましい実施形態、デジタルマイクロ流体システムの変形例及び液滴中のサンプルを処理するための方法は、各独立項から得られる
【発明の効果】
【００３０】
本発明の利点は、
・軟質下部層とデジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容部の最上面の間のガスケットは、硬質カバーの幾何学的形状、軟質下部層、及び、軟質下部層の下方側に作用する負圧と共に、軟質下部層の疎水面と隙間を閉鎖する硬質カバープレートの下面の間に十分な隙間を形成する。
・またカートリッジとマイクロ流体システムのＰＣＢの間のガスケットは、カートリッジの幾何学的形状、軟質下部層、及び、軟質下部層の下方側に作用する負圧と共に、隙間を閉鎖する２つのフィルムの間に十分な隙間を形成する。
・本発明の使い捨てカートリッジは、軟質下部層と、エレクトロウェッティングが施される隙間を閉鎖する硬質カバーの下面の間にスペーサを必要としない。また本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施される隙間を閉鎖する２つのフィルムの間にスペーサを必要としない。
・ガスケットは、軟質下部層の一部としたり、ＰＣＢやカートリッジ収容部の最上面に固定したりすることができる。
・ガスケットは、使い捨てカートリッジの一部としたり、ＰＣＢや使い捨てカートリッジの最上面に固定したりすることができる。
・いずれの使い捨てカートリッジであっても、デジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容部に組み付けられているか否かに拘わらず、カートリッジ収容部から取り出し、さらに周辺環境や作業者を汚染させる危険性の全くない状態で処理又は処分することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】中央制御ユニット及びベースユニットと、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た４個のカートリッジ収容部とを装備するデジタルマイクロ流体システムの概略図である。
【図２】第１実施形態に係る使い捨てカートリッジを備えた１つのカートリッジ収容部の断面図である。
【図３】第２実施形態に係る使い捨てカートリッジを備えた１つのカートリッジ収容部の断面図である。
【図４】第３実施形態に係る使い捨てカートリッジを備えた１つのカートリッジ収容部の断面図である。
【図５】第４実施形態に係る、中央制御ユニット及びベースユニットと、電極アレイをそれぞれ備えた１２個のカートリッジ収容部、及び、固定したカバープレートを装備するデジタルマイクロ流体システムの概略図である。
【図６Ａ】第４実施形態に係る使い捨てカートリッジの断面図であって、ほぼ垂直な電極アレイ及びカバープレートを備えたほぼ垂直なカートリッジ収容部内に挿入された最上位置のカートリッジを示す。
【図６Ｂ】第４実施形態に係る使い捨てカートリッジの断面図であって、図６Ａに図示された断面Ｂから見た最上位置のカートリッジを示す。
【図７】収容部に到達する前の第５実施形態に係る１つの使い捨てカートリッジの断面図である。
【図８】クランプによって所定位置に保持され、収容部に到達した後の第５実施形態に係る図７の使い捨てカートリッジの断面図である。
【図９】クランプによって所定位置に保持され、収容部に到達した後の第６実施形態に係る使い捨てカートリッジの断面図である。
【図１０】クランプなしに所定位置に保持され、収容部に到達した後の第７実施形態に係る使い捨てカートリッジの断面図である。
【図１１Ａ】デジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容部に挿入可能である、ガスケットを取り付けた軟質下部層の断面図である。
【図１１Ｂ】デジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容部の一部であり、デジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容部に挿入可能であり、ガスケットが取り付けられていない軟質下部層の断面図である。
【図１２】デジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容部に真空スペースを形成する、ガスケットが取り付けられた又は取り付けられていない軟質下部層の断面図である。
【図１３】適宜、オイルを供給する間、デジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容部の最上面に取り付けられて、これを覆う、ガスケットを取り付けられ又は取り付けられていない軟質下部層の断面図である。
【図１４】平坦硬質カバープレートがクランプの助けを借りて軟質下部層に押圧され、デジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容部に組み付けられる使い捨てカートリッジの断面図である。
【図１５Ａ】デジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容部から取り出された、ガスケットが一部を構成する使用済使い捨てカートリッジの断面図である。
【図１５Ｂ】デジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容部から取り出され、ガスケットがデジタルマイクロ流体システムの一部を構成する使用済使い捨てカートリッジの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明に係る、自己充足の使い捨てカートリッジ、デジタルマイクロ流体システム、及び、サンプルを処理するための方法は、本発明の範囲及び要旨を狭めることなく、選択された実施形態を示す添付図面を参照して説明される。
【００３３】
図１は、中央制御ユニット１４と、電極アレイ９をそれぞれ有する４つのカートリッジ収容部８及びカバープレート１２を有するベースユニット７と、を備えたデジタルマイクロ流体システム１の概略図を示す。デ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内の液滴２３中のサンプルを処理するように構成されている。使い捨てカートリッジ２は、下部層３と、上部層４と、下部層３と上部層４の間に隙間６を形成するスペーサ５とを備えている。液滴２３中のサンプルは、使い捨てカートリッジ２の隙間６で処理される。一般的なデジタルマクロ流体システム１は、使い捨てカートリッジ２を取り入れるように構成された少なくとも１つのカートリッジ収容部８を有するベースユニット７を備える。デジタルマイクロ流体システム１は、単体で動かすことのできないユニットであり、オペレータが搬送する多くのカートリッジと共に駆動している。このため、デ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部８と複数の電極アレイ９を備えてもよく、それにより複数のカートリッジ２を同時にすなわち並行して処理することができる。複数のカートリッジ収容部８、電極アレイ９及びカートリッジ２は、例えば、１から１００以上の数であってもよいが、この数は、例えば、中央制御ユニット１４の処理能力によって制限されるものである。
【００３４】
デジタルマイクロ流体システム１は、液体処理ワークステーションやFreedom EVO（登録商標）ロボットステーションと統合するのが好ましい。ピペットロボットは、液体又は液体を含有するサンプルをカートリッジ２へ、あるいは、カートリッジ２から搬送するために利用することができる。
【００３５】
またシステム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、一緒に駆動可能である携帯ユニットとして構成することができる。また当業者であれば、丁度説明した両極端の間にある中間解法が操作されて実行されることを理解するであろう。
【００３６】
また一般的なデジタルマイクロ流体システム１は、ほぼ第１平面内を延び、複数の個々の電極を有する少なくとも１つの電極アレイ９を備える。そのような電極アレイ９は、ベースユニット７のカートリッジ収容部８のうちの１つに配置されている。各電極アレイ９は、ベースユニット７に固定された下部基板１１によって支持されているのが好ましい。なお、「電極アレイ」及び「電極レイアウト」、又は、「下部基板」及び「プリント基板」は、ここではそれぞれの場合で同義語として使用しているが、プリント基板は下部基板１１と電極アレイ９を備えていてもよい。
【００３７】
また、一般的なデジタルマイクロ流体システム１は、上部基板１３を有する少なくとも１つのカバープレート１２を備える。いずれの場合でも、少なくとも１つのカバープレート１２がカートリッジ収容部８に配置される。カバープレート１２の上部基板１３と、電極アレイ９を有する下部基板１１すなわちプリント基板とは、空間すなわちカートリッジ収容部８をそれぞれ形成する。第１変形例（ベースユニット７の中央部の２つのカートリッジ収容部８参照）では、カートリッジ収容部８は、電極アレイ９に対してほぼ平行な方向に移動可能にスライド挿入された使い捨てカートリッジ２を保持するように構成されている。そのような前方又は上方からの装填は、使い捨てカートリッジ２の平行挿入に続いて、カートリッジ収容部８内の最終目的地へと搬送し、正確に配置する引通し機械的運動によって行うことができる。これらカートリッジ収容部８は移動可能なカバープレート１２を備えていないのが好ましい。液滴内のサンプルに対して意図している全ての操作を実行した後、使用済みカートリッジ２は引通し機械的運動によって排出し、分析ステーションに搬送し、又は処分することができる。
【００３８】
第２変形例（ベースユニット７の左右の２つのカートリッジ収容部８参照）では、カートリッジ収容部８は、各カートリッジ収容部８の電極アレイ９に対して移動可能に構成されたカバープレート１２を備える。カバープレート１２は、１以上のヒンジ１６を中心と移動可能であるか、あるいは、電極アレイ９に向かってほぼ垂直な方向に移動可能であるように構成されるのが好ましい。
【００３９】
また、一般的なデ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の個々の電極１０の選択を制御し、これら電極１０に、エレクトロウェッティングによってカートリッジ２内の液滴を処理するためにそれぞれ電極を印加する中央制御ユニット１４を備える。図１に部分的に示すように、全ての各電極１０は中央制御ユニット１４に操作可能に接続されているため、この中央制御ユニット１４によって個々にアドレス指定でき、その技術分野で公知の方法により必要な電位を生成し、印加する。さらに、少なくとも１つのカバープレート１２は、第２プレート内で、少なくとも１つのカバープレート１２が割り当てられたカートリッジ収容部８の電極アレイ９とほぼ平行に延びている。このカバープレート１２の電気導電材料１５は接地電位源に接続されるように構成されているのが好ましい。この電気導電材料１５は、デジタルマイクロ流体システム１内で操作される液滴のエレクトロウェッティング動作に寄与する。
【００４０】
出願人らは、カバープレート１２の導電材料１５と電位源（例えば、接地電位源）との間が接続されていなければ、導電材料１５もデジタルマイクロ流体システム１で操作される液滴のエレクトロウェッティング動作に寄与することを見出した。このように、カバープレート１２は、任意の方向に移動可能に構成することができ、カバープレート１２の特に好ましい動作を選択する際、電気接点は考慮に入れる必要がない。また、カバープレート１２は、電極アレイ９とほぼ平行な方向に、ベースユニット７の各電極アレイ９に対して直線状、円弧状、あるいは任意の方向に搬送するために移動可能となるように構成してもよい。
【００４１】
図２は、カートリッジ収容部８と共にそこに収容される第１実施形態に係る使い捨てカートリッジを備えたものの断面図を示す。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に機械的に連結されているので、カバープレート１２は回動して開放可能であり、使い捨てカートリッジ２は上方からの装填（図１参照）によりカートリッジ収容部８内に配置可能である。カバープレート１２の電気導電材料１５は、上部基板１３に取り付けた薄い金属プレート又は金属箔で構成してもよい。
【００４２】
またカバープレート１２の電気導電材料１５は、上部基板１３に形成した金属層で構成されている。そのような導電材料１５は、公知の電気的又は物質的な蒸着によって付着させるようにしてもよい。
【００４３】
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部８に収容される使い捨てカートリッジ２を付勢するように構成されている。これにより、使い捨てカートリッジ２は、カートリッジの下部層３を可能な限り電極アレイ９の最上面に近付けるために、電極アレイ９に対して付勢される。また使い捨てカートリッジ２は、カバープレート１２の穿孔部１８に対して電極アレイ９上の理想的な位置に付勢される。この穿孔部１８は、サンプルの液滴をカートリッジ２の隙間６へと導くように構成されている。穿孔部１８は、カバープレート１２を貫通する貫通孔１９で構成されており、この貫通孔１９に穿孔ピペットチップ２０を挿通させて、カートリッジ２の上部層４を穿孔可能となっている。穿孔ピペットチップ２０は、携帯用ピペット（図示せず）又はピペットロボット（図示せず）の一部であってもよい。
【００４４】
この場合、電極アレイ９は、誘電層２４によって覆われる。電極アレイ９は、下部基板１１に固定され、個々の電極１０の全ては中央制御ユニット１４に電気的に操作可能に接続されている（ここでは、１０個の電極１０の３つの接続のみが図示されている。）。デジタルマイクロ流体システム１は、隙間を有する使い捨てカートリッジ２内の液滴２３中のサンプルを処理するように構成されている。このため、液滴２３中のサンプルは使い捨てカートリッジ２の隙間６で操作される。
【００４５】
使い捨てカートリッジ２は、下部層３と、上部層４と、下部層３及び上部層４の間の隙間６を形成し、隙間６の液滴中のサンプルを処理するためのスペーサ５と、を備える。下部層３及び上部層４は、カートリッジ２の隙間６に露出する疎水面１７を備える。カートリッジ２の下部層３及び上部層４は全体が疎水フィルムであり、少なくともカートリッジ２の隙間６に露出する疎水面を備える。図２から、カートリッジ２は導電層を有しないことは明らかである。ここでは、カートリッジ２のスペーサ５は、少なくとも一部が、隙間６内のサンプル液滴の分析で必要とされる試薬のためのコンパートメントを有する本体として構成されている。図３は、第２実施形態に係る使い捨てカートリッジ２が収容されるカートリッジ収容部８の一例の断面図を示す。前記実施形態とは異なり、カバープレート１２は、デジタルマイクロ流体システム１のベースユニット７に機械的に連結され、移動不能に固定されている。カバープレート１２の電気導電材料１５は、上部基板１３に取り付けられる肉厚の金属プレートとして構成されている。ここでは、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部８に収容される使い捨てカートリッジ２を付勢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は静止し、使い捨てカートリッジ２は前方挿入によってカートリッジ収容部８に配置することができる。通常、そのような前方挿入は、電極アレイ９（図１参照）と平行な方向への使い捨てカートリッジ２の動きを含む。使い捨てカートリッジ２を適切に吸い込んで、収容部８の適切な位置に配置するため、ベースユニット７は挿入ガイド２５を備えるのが好ましい。これら挿入ガイド２５はテトラフルオロエチレン等の自己潤滑樹脂材料からなり、その間のスペースに使い捨てカートリッジ２をスライド挿入するのに丁度よい大きさである。また、カバープレート１２の電気導電材料１５は、上部基板１３（図８Ａ参照）の材料間に挟持される金属プレート、金属箔、又は、金属層として構成されている。図３の使い捨てカートリッジ２は、下部層３、上部層４、及び、下部層３と上部層４の間に隙間６を形成するスペーサ５を備え、この隙間６で液滴２３のサンプルを操作可能とする。下部層３及び上部層４は、カートリッジ２の隙間６に露出する疎水面１７を備える。カートリッジ２の下部層３及び上部層４は、全体が疎水フィルムであっても良いし、少なくともカートリッジ２の隙間６に露出する疎水面１７を備えていても良い。図２に図示するものとは相違するように、このカートリッジ２は下部層３の一部に取り付けられるか、あるいは、下部層３の一部を構成する誘電層２４を有する。したがって、下部層３は誘電層２４によって覆われるか、あるいは、下部層３自身が誘電材料で形成される。この結果、電極アレイ９はそのような誘電層２４を有する必要がない。ここでは、カートリッジ２のスペーサ５は、少なくとも部分的に、隙間６のサンプル液滴に付加される分析物で必要とされる試薬のためのコンパートメント２１を備えた本体として構成されている。この場合、電極アレイ９は、誘電層２４で覆われてはいない。電極アレイ９は、下部基板１１に固定され、全ての個々の電極１０は電気的に操作可能な状態で中央制御ユニット１４に接続されている（ここでは、１０個の電極１０の３つの接続のみが図示されている）。デジタルマイクロ流体システム１は、隙間６を有する使い捨てカートリッジ２内の液滴２３のサンプルを処理するように構成されている。したがって、液滴２３のサンプルは使い捨てカートリッジ２の隙間６で操作される。
【００４６】
またカバープレート１２は、サンプル液滴をカートリッジ２の隙間６内に導くように構成された穿孔部１８を備える。穿孔部１８は、カバープレート１２を貫通する貫通孔１９で構成されており、この貫通孔１９を穿孔ピペットチップ２０が挿通して、カートリッジ２の上部層４を穿孔可能となっている。穿孔ピペットチップ２０は、携帯ピペット（図示せず）又はピペットロボット（図示せず）の一部であってもよい。ここでは、カバープレート１２は追加の穿孔部２２を備え、これら穿孔部２２は、カバープレート１２を貫通する貫通孔１９に挿通され、カートリッジ２の上部層４を貫通し、コンパートメント２１から試薬部を引き込む穿孔ピペットチップ２０のためのものであり、前記試薬部をカートリッジ２の隙間６に案内するためのものである。ここで、コンパートメント２１は、スペーサ５の本体の切り抜きとして構成されており、この切り抜きは下部層３と上部層４によって閉鎖されている。図４は、カートリッジ収容部８と、そこに収容される、第３実施形態に係る使い捨てカートリッジ２とを示す。カバープレート１２は、ヒンジ１６によってデジタルマイクロ流体システム１のベースユニット７に機械的に連結されている。使い捨てカートリッジ２の適切な上部挿入と、収容部８でのカートリッジの整列配置を可能とするため、ベースユニット７は挿入ガイド２５を備えるのが好ましい。これら挿入部２５は、テトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）等の自己潤滑樹脂材料からなり、使い捨てカートリッジ２にスライド挿入するのに丁度よい隙間を残しているのが好ましい。第１の代替解決法として、カバープレート１２の電気導電材料１５が金属導電材料で構成されており、単一の統合部として上部基板１３と電気導電材料１５を備えている。また、カバープレート１２の電気導電材料は、チタニウム・インジウム酸化物（ＴＩＯ）又は上部基板１３（図示せず）に取付又は一体化された電気導電装填材料を含む樹脂材料等の化合物で構成されている。いずれの場合であっても、電気導電材料１５は、樹脂層（図示せず）によって覆われているのが好ましく、この樹脂層の材料はポリプロピレン及びポリアミドを備えたグループから選択されるのが好ましい。
【００４７】
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部８に収容される使い捨てカートリッジ２を付勢するように構成されている。これにより、電極アレイ９に向かって使い捨てカートリッジ２が押圧され、カートリッジの下部層３が電極アレイ９の最上面に可能な限り接近して位置する。また使い捨てカートリッジ２が電極アレイ９の所定位置へと押圧される。さらに穿孔部１８が設けられている。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の隙間６に配置されると共に、上部層４を下部層３の反対側に配置するとき、上部層４を穿孔するように構成された穿孔ピン２７を備える。穿孔ピン２７はピンプレート２８に取り付けられるのが好ましく、ピンプレート２８は使い捨てカートリッジ２のスペーサ５の一部と共に穿孔ピン２７を連結する。またカバープレート１２は貫通孔１９を備え、そこにはカートリッジ収容部８に設けられ、適切な位置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が配置されている。またカバープレート１２は転置部２９を備え、それは上部層４を転置するためにカバープレート１２から下部層３に向かって突出している。この転置部２９は、上部層４を穿孔する際、穿孔ピン２７と協働するように構成されている。このため、穿孔部１８を利用して、サンプル液滴又は試薬部をカートリッジ２の隙間６に案内してもよい。貫通孔１９の一部は、使い捨てピペットチップ２６が試薬液滴又は試薬部を使い捨てカートリッジ２の隙間６にピペットで供給するために使用できるように広げられているのが好ましい。使い捨てピペットチップ２６は、携帯ピペット（図示せず）又はピペットロボット（図示せず）の一部であってもよい。
【００４８】
この場合、電極アレイ９は、絶縁層２４によって覆われている。電極アレイ９は、下部基板１１に固定され、全ての個々の電極１０は中央制御ユニット１４に電気的及び操作可能に接続されている（ここでは、１０個の電極１０の３つの接続のみが図示されている。）。デジタルマイクロ流体システム１は、隙間６を有する使い捨てカートリッジ２内で液滴２３のサンプルを処理するように構成されている。したがって、液滴のサンプルは使い捨てカートリッジ２の隙間６で操作される。
【００４９】
既に紹介した第１及び第２実施形態と同様に、使い捨てカートリッジ２は、下部層３と、上部層４と、下部層３及び上部層４の間の隙間６を形成するスペーサ５とを備え、この隙間６で液滴２３のサンプルを処理する。下部層３及び上部層４はカートリッジ２の隙間６に露出する疎水面１７を備える。第１疎水面１７´は下部層３の内面に位置し、第２疎水面１７´´は、上部層４の内面に位置する。カートリッジ２の下部層３及び上部層４は、全体が疎水フィルムであるか、あるいは、カートリッジ２の隙間６に露出する疎水面を少なくとも備えている。図４から明らかなように、カートリッジ２には導電層がない。ここでは、カートリッジ２のスペーサ５は、隙間６のサンプル液滴に採用する分析で必要とされる試薬のためのコンパートメント２１を備えた本体として構成されており、これは、これら試薬が携帯ピペット又はピペットロボット（上記参照）で従来のピペット方法によって隙間６に追加されるからである。
【００５０】
使い捨てカートリッジ２（図４参照）の第３実施形態に係る穿孔ピン２７は自己支持ピンプレート２８によって連結されるスペーサ５の近くに配置されている。これにより、スペーサ５は、上部層４がカバープレート１２の転置部２９によって転置される際、穿孔ピン２７を安定させる。電極アレイ９は穿孔処理によって影響を受けず、個々の電極１０の全てをエレクトロウェッティングのために使用できる。自己支持ピンプレート２８に沿って第１疎水面１７´に向かう下方へとピペットに吸引された液体を排出することが回避されるならば、穿孔ピン２７（図６参照）の下部に向かう、いわゆる雨溝を付加するのが好ましい。しかしながら、そのような排出が好ましいならば、そのような雨溝は追加しなくてもよい。
【００５１】
図５は、中央制御ユニット１４と、電極アレイ９及び固定カバープレート１２をそれぞれ備えた１２個のカートリッジ収容部８を有するベースユニット７とを備えたデジタルマイクロ流体システム１の概略を示す。特にこのベースユニット７は、第４実施形態に係るカートリッジ２を持ち上げ、ほぼ垂直な電極アレイ９及びカバープレート１２（図６参照）を備えたほぼ垂直なカートリッジ収容部８内に移送するのに適している。そのような移送は、液体操作ワークステーション（図示せず）のロボット化された把持装置によって行われるのが好ましい。
【００５２】
図６は、第４実施形態に係る使い捨てカートリッジ２を備えたデ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部８の一例の断面図を示す。上部挿入カートリッジ２が、ほぼ垂直な電極アレイ９及びカバープレート１２を備えたほぼ垂直なカートリッジ収容部８に挿入されることは、図６Ａから即座に明らかである。この使い捨てカートリッジ２は、下部層３と、上部層４と、下部層３及び上部層４の間の隙間６を形成するスペーサ５を備え、この隙間６で液滴２３のサンプルを処理する。下部層３及び上部層４は、カートリッジ２の隙間６に露出する疎水面１７´、１７´´を備える。カートリッジ２の下部層３及び上部層４は全体が疎水フィルムであるか、あるいは、少なくともカートリッジ２の隙間６に露出する疎水面を備えている。図２に図示する例のように、このカートリッジ２には、下部層３の一部に取り付けられるか、あるいは、形成される絶縁層はない。このため、電極アレイ９がそのような絶縁層２４を有する必要がある。このカートリッジ２はシリコンオイルを装填されているのが好ましい。
【００５３】
電極アレイ９は、下部基板１１に固定され、全ての個々の電極１０は、中央制御ユニット１４に電気的及び操作可能に接続されている（ここでは、１４個の電極１０の４つの接続のみが図示されている。）。デジタルマイクロ流体システム１は、隙間６を有する使い捨てカートリッジ２内の液滴２３のサンプルを処理するように構成されている。したがって、液滴２３のサンプルは使い捨てカートリッジ２の隙間６で操作される。
【００５４】
カバープレート１２は、デ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、あるいは、全体を一体化されており、移動不能である。これにより、使い捨てカートリッジ２は、上方装填部を介してカートリッジ収容部８内へと挿入することができる。ここでは、カバープレート１２の電気導電材料１５は、金属導電材料であり、上部基板１３の材料間に挟持されている。またカバープレート１２の電気導電材料１５は、上部基板１３（図示せず）に代えて、あるいは、追加した樹脂層によって覆われてもよい。
【００５５】
またスペーサ５はサンプル液滴をカートリッジ２の隙間６に案内するように構成された穿孔部１８を備える。穿孔部１８は、スペーサ５の拡大部として構成されている。この拡大されたスペーサの一部は、穿孔ピペットチップ２０を挿入して自己閉鎖する穿孔可能膜３１を備えるのが好ましい。穿孔ピペットチップ２０は、携帯ピペット（図示せず）又はピペットロボット（図示せず）の一部であってもよい。カートリッジ２の隙間６への液体の自動搬送又は隙間６からの液体の排出は、カートリッジ２のこの拡大スペーサ部によって提供される比較的に大きな穿孔領域によって容易となる。約１〜３ｍｍの隙間幅であれば、穿孔領域の幅寸法は約５〜１０ｍｍであるのが好ましく、それは約９６ウェルマイクロプレートのウェルサイズであり、液体処理システム又は液体処理ワークステーションの自動ピペットによって容易に到達できる。またコンパートメント２１（図６Ｂも参照）のための空間を提供すると同時に、カートリッジ２の拡大スペーサ部は、デジタルマイクロ流体システム１のカートリッジの外面を処理し、収容部８に対してカートリッジ２を挿入及び排出するために利用するのが好ましい自動ロボットグリッパー（図示せず）によって把持されるグリップ面を提供する。さらにカートリッジ２の拡大スペーサ部は、カートリッジ２が収容部８に適切に収容される際、ベースユニット７の表面に隣接する隣接面を提供する。
【００５６】
電極アレイ９は、液滴２３をコンパートメント２１からプリント基板（ＰＣＢ）又は電極アレイ９の別の位置まで移動可能とするため、ベースユニット７の表面に対して最前位置へと延びているのが好ましい。また電極アレイ９の反応位置からコンパートメント２１に向かう反対方向に液滴を移動させることが非常に好ましく、特にその場合、反応生成物がデジタルマイクロ流体システム１とカートリッジ２の外側で分析される。
【００５７】
図６Ｂは、図６Ａに示す断面Ｂから見た図６Ａの上部挿入カートリッジ２を示す。この断面は、隙間６と、自己保持型の使い捨てカートリッジ２の下部層３と上部層４の間とを通る。また断面はスペーサ５を横切る。スペーサ５では、Ｕ字部が下部層３と上部層４の間に配置され、拡大スペーサ部がＵ字部、下部層３及び上部層４の周囲に配置される。スペーサ５のＵ字部は（好ましくは射出成形された）樹脂材料からなり、下部層３及び上部層４に接着又は融合されているのが好ましい。拡大スペーサ部も射出成形により生成されている。これにより、分離バー３２を設けると、一方では穿孔可能膜３１の下方にコンパートメント２１を生成でき、他方では穿孔可能膜３１を固定できる。そのような固定は、分離バー３２と拡大スペーサ部を穿孔可能膜３１へとバック射出成形することにより得られる。そして、拡大スペーサ部は、下部層３及び上部層４と共にスペーサ５のＵ字部に配置される。
【００５８】
既に指摘したように、スペーサ５は、その拡大部として構成される穿孔部１８をも備える。この拡大スペーサ部は、拡張ピペットチップ２０を挿入できる、穿孔可能な自己閉鎖膜３１を備えるのが好ましい。穿孔ピペットチップ２０は、携帯ピペット（図示せず）又はピペットロボット（図示せず）の一部であってもよい。ここでは、スペーサ５は、自己閉鎖膜３１に挿通され、カートリッジ２の隙間６から、例えばシリコンオイルを排出する穿孔ピペットチップ２０のための追加穿孔部２２を備える。図６Ｂのカートリッジ２では、液滴２３（例えば、サンプル）は、穿孔部１８の穿孔ピペットチップ２０により案内されて、下部層３の疎水面１７´上を作動位置へと移動する。液滴２３をコンパートメント２１と隙間６へと案内するのと同時に、同量のシリコンオイル（又は、液滴２３には混合しない他の化学不活性液体）が追加穿孔部２２の各コンパートメント２１から排出される。そのような隙間６での液体の同時平衡の代わりに、所望量のオイル又は不活性液体の除去を、液滴２３の挿入前後に短時間で行うことができる。またコンパートメント２１はこの液体から移動可能な液滴２３を生成するために必要とされる以上の液体を貯留する貯留部として機能させてもよい。この結果、多くのそのような液滴２３は、一旦、コンパートメント２１の少なくとも１つに案内される１回の液体量から生成してもよい。しかしながら、オイル又は不活性流体の回収のために１つのコンパートメント２１を後回しにし、試薬生成物の回収のために他のコンパートメント２１を後回しにするのが賢明である。代替可能で非常にシンプルな実施形態（図示せず）によれば、疎水面１７´、１７´´を備え、それぞれ隙間６へと方向付けされた下部層３及び上部層４を備えた使い捨てカートリッジ２は、エレクトロウェッティングのためのＰＣＢに実装できる。電気導電材料１５を備えたカバープレート１２を利用する代わりに、電気導電フィルム（例えば、アルミ箔）を上部層４の外面に取り付けることができる。そのような導電フィルムは、接地されていないときでさえ、エレクトロウェッティングを可能とすることが分かる。カートリッジ２に接地されていない導電フィルムを取り付ける代わりに、上部層４は外面に薄いフィルム状のコーティングを設けることができる。すなわち、上部層４の外表面の薄い導電フィルムは、導電性塗料によってでさえ得ることができる。これにより、第２面で延び、電極アレイ９とほぼ平行な電気導電材料であって、カートリッジ２の上部層４に設けられ、液滴２３中のサンプルを処理する間は別の電位源に接続されていない電気導電材料を提供することが提案される。疎水面１７に付着する液滴２３中のサンプルを処理する方法は、使い捨てカートリッジ２の下部層３に第１疎水面１７´を提供するステップを備える。この下部層３は、デジタルマイクロ流体システム１の電極アレイ９の上方にほぼ平行に配置されている。前記電極アレイ９は、ほぼ第１平面内を延び、デジタルマイクロ流体システム１のベースユニット７の下部基板１１によって支持された複数の個々の電極１０を備える。前記電極アレイ９は、個々の電極１０の選択を制御し、これら電極１０に、エレクトロウェッティングによ��て前記第１疎水面１７´上で前記液滴２３を処理するために、それぞれ電圧を印加するデジタルマイクロ流体システム１の中央制御ユニット１４に接続されている。
【００５９】
また前記方法は、前記第１疎水面１７´にから離れ、ほぼ平行な第２疎水面１７´´を提供するステップを備える。
【００６０】
さらに前記方法は、上部基板１３を備えた、あるいは、上部基板１３のないカバープレート１２の提供を含む。またカバープレート１２は、第２平面内を延び、電極アレイ９とほぼ平行な電気導電材料１５を備える。特に、カバープレート１２の電気導電材料１５は、液滴２３中のサンプルを処理する間、別の電位源に接続されていないのが好ましい。カートリッジ２の下部層３及び上部層４は、全体が疎水フィルムからなるか、あるいは、隙間６に露出する疎水面１７´、１７´´を備えている。使い捨てカートリッジ２の隙間５で、少なくとも１つの液滴２３にエレクトロウェッティング処理を施して操作した後、操作又は分析の結果を評価でき、使い捨てカートリッジ２がカートリッジ収容部８にある間、すなわち、デジタルマイクロ流体システム１又はワークステーションの分析システムを利用する間、デジタルマイクロ流体システム１は統合される。また使い捨てカートリッジ２は、デジタルマイクロ流体システム１のベースユニット７から取り出すことができ、他の場所で分析することができる。
【００６１】
分析後、使い捨てカートリッジ２は処分でき、電極アレイ９は除去できる。デジタルマイクロ流体システム１は、第１及び第２実施形態に係るカートリッジ２を動作させる際、いかなるサンプル又は試薬とも接触することがないため、そのような他の使い捨てカートリッジ２の再利用を直ちに行うことができ、いかなる中間クリーニングも不要とすることができる。デジタルマイクロ流体システム１のカバープレート１２の貫通孔１９は、第３又は第４実施形態に係るカートリッジ２と動作させる際、サンプル及び試料と接触するようにしてもよいので、そのような他の使い捨てカートリッジ２との再利用は、ある中間クリーニング又はカバープレート１２の交換の後、実行することができる。
【００６２】
本発明の目的は、エレクトロウェッティングによる液滴２３の操作中に、電極アレイ９から液滴２３を分離するフィルムを動作させて、除去及び使い捨て可能なカートリッジを提供することである。上記明細書中に示した自己保持使い捨てカートリッジ２の異なる実施形態に示すように、取り外し及び使い捨て可能なフィルムは、カートリッジ２の下部層３及び上部層４として設けられるのが好ましい。
【００６３】
好ましい実施形態では、カートリッジ２の下部層３は、真空引きによってＰＣＢに取り付けられている。ＰＣＢの小さな排出孔は、この目的のために真空ポンプに接続されている。下部層３をそのように真空引きすることにより、カートリッジ２の下部層３を電極アレイ９の表面、又は、カートリッジ収容部８の最上面のそれぞれに、より適切に接触させるために、液体又は粘着物の使用を回避することができる。特に、添付された図７、８、９及び１０では、第５及び第６実施形態の使い捨てカートリッジ２が示されている。いずれの場合でも、使い捨てカートリッジ２は、本体に、処理液体、試薬又はサンプルを保持するように構成された少なくとも１つのコンパートメント２１を備える。少なくとも１つのコンパートメント２１は、下方の隙間６にその内容物の少なくとも幾らかを移送する貫通孔１９を備える。また使い捨てカートリッジ２は、液体が浸透不能であり、下部層３が電極アレイ９上に配置される際、デジタルマイクロ流体システム１の電極アレイ９を利用する液滴２３中のサンプルを処理するためのワーキングフィルムで構成される第１疎水面１７´を有する下部層３を備える。さらに使い捨てカートリッジ２は、少なくともイオンを透過可能で、下面４８に取り付けられる第２疎水面１７´´を有する上部層４を備える。また使い捨てカートリッジ２は、下部層３の第１疎水面１７´と上部層４の第２疎水面１７´´との間に位置する隙間６を備える。本発明のカートリッジ２の下部層３は、柔軟な下部層３の周辺部４０に沿って上部層４に密閉状態で取り付けた可撓性フィルムで構成されている。これにより、使い捨てカートリッジ２には、第１疎水面１７´と第２疎水面１７´´の距離を画定する柔軟な下部層３と上部層４の間に配置されるスペーサ５が全くない。上部層４は、少なくとも１つのコンパートメント２１の下端と隙間６の間をシールするように構成されている。また上部層４は、隙間６に処理液、試薬又はサンプルを搬送する装填部４１を備える。図７には、収容部８に到達する前の使い捨てカートリッジ２の断面図が示されている。軟質下部層３は、上部層４に周辺部４０の周囲でのみ取り付けられており、その主要部が周辺部４０から吊され、上部層４には接触していない。またカートリッジ収容部８にカートリッジ２を正確に配置する前に隙間６は閉鎖されるが、幅及び平行方向には形成されない。ここでは、使い捨てカートリッジ２の本体４７は、ほぼ平坦な下面４８を備え、中央開口４３を有するフレーム構造として構成されている。図８には、使い捨てカートリッジ２がデジタルマイクロ流体システム１の電極アレイ上のカートリッジ収容部８に到達した後の、図７の使い捨てカートリッジ２の断面図が図示されている。この使い捨てカートリッジ２は、第５実施形態に係る構成であり、クランプ３７によって所定位置に保持されている。クランプ３７はヒンジ１６によってデ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に取り付けるのが好ましい。クランプ３７は、例えば、クリップ、スナップロック、あるいは、ネジ（図示せず）によってデ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に取り付けてもよい。
【００６４】
また図７及び図８の第５実施形態では、使い捨てカートリッジ２は、本体４７の下面４８に取り付けた平坦な硬質カバープレート１２を備える。上部層４は、硬質カバープレート１２に取り付けられ、硬質カバープレート１２は、上部層４の装填部４１（ここでは、穿孔部４１´及び毛管口４１´´）に設けた貫通孔１９を備える。ここでは、硬質カバープレート１２は、上部層４のための真っ直ぐな取付面が設けられると共に貫通孔１９を備える。カバープレートは、clear Mylar（デュポン帝人の登録商標、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のフィルム）のような硬質材料で製造される。硬質カバーは、前述のように、カバープレート１２の機能を発揮させるために、電気導電材料１５、例えば、チタニウム・インジウム酸化物（ＴＩＯ）又は電気導電装填材料で（好ましくは下方側を）コーティングしてもよい。暗めの線で図示するように、カバープレート１２は使い捨てカートリッジ２の本体４７の下面４８に取り付けられている。この取付は、好ましくは、丁度、Mylarのような化学的に不活性な材料からなる接着テープを使用することにより行ってもよい。またカートリッジ２の本体４７の材料によるが、カートリッジ２へのカバープレート１２の取付は溶接により行うことができる。暗めの線で図示するように、ここでは上部層４はカバープレート１２の下面４８に封止状態で取り付けられている。上部層４の取付は、接着テープや溶接（例えば、レーザ溶接）によって行うことができる。柔軟な下部層３は、接着テープや溶接技術を使用することにより周辺部４０に沿って上部層４に封止状態で取り付けられる。
【００６５】
図７では、ピペットオリフィス４１´´が同様に図示されている。そのようなピペットオリフィス４１´´は、使い捨てカートリッジ２の中央開口４３内に配置され、ピペットチップによって接近できるように構成され、これにより処理液、試料又はサンプルをピペットで吸引して隙間６内へと供給するために使用することができる。勿論、ピペットオリフィス４１´´は、カバープレート１２に開口を備え、上部層４に貫通孔を備える。そのようなピペットオリフィス４１´´はコンパートメント２１の下方に配置される１以上の穿孔オリフィス４１´に追加して、あるいは、これに代えて使用することができる。
【００６６】
この使い捨てカートリッジ２は、上部層２７の各装填部４１に、各コンパートメント２１の内容物を押圧するために、手動又は駆動要素３８（図８参照）によってコンパートメント２１内に移動できるように構成された少なくとも１つのプランジャ４２を備える。プランジャ４２は、コンパートメント２１の各装填部４１で上部層４に穿孔するように構成された穿孔ピン２７を備える。これにより、プランジャ４２は、上部層４の穿孔部４１´を介して隙間６内にコンパートメント２１の内容物の幾らかを押圧するように構成される。またプランジャ４２は、上部層４の毛管口４１´´を介して隙間６内にコンパートメント２１の内容物の幾らかを押圧するように構成されている。この毛管口４１´´は、プランジャ４２（図９の左側参照）に圧力を付与することなしに水様液が流動することを阻止する毛細管力を示すサイズに形成されているのが好ましい。このため、装填部４１は、穿孔部４１´、毛管口４１´´、及び、穿孔オリフィス４１´´´を備えるグループから選択してもよい。
【００６７】
図９には、使い捨てカートリッジ２がデジタルマイクロ流体システム１の電極アレイ９上のカートリッジ収容部８に到達した後の断面図が示されている。使い捨てカートリッジ２は、第６実施形態に従って構成され、クランプ３７によって所定位置に保持される。
【００６８】
図９では、プランジャ４２は使い捨てカートリッジ２の本体４７の上面４９でコンパートメント２１をシールするように構成されている。このシールは、プランジャ４２の周囲のＯリング３９によっても行われるのが好ましい。また図９及び図１０に示すように、使い捨てカートリッジ２の本体４７の上面４９に対して、コンパートメント２１の少なくとも１つがシールされるように構成された弾性層４４がシール状態とされる。プランジャ４２は、背面側で弾性層４４に取り付けられるのが好ましく、弾性層の外面に（手動又は駆動要素３８で、図１０参照）全く圧力を作用させることなく、プランジャ４２は本体４７（図７参照）の上面４９に近い所定位置に保持される。
【００６９】
しかしながら、プランジャ４２が押し下げられると（図８及び図９参照）、穿孔ピン２７がカバープレート１２又は本体４７に貫通孔１９を形成し、上部層４を穿孔する。このため、コンパートメント２１の内容物の一部すなわち（溶液又は懸濁液中の）処理液、試薬又はサンプルがプランジャによって隙間６へと押圧される。この結果、上部層の第１疎水面１７´上に、液滴２３が溜まり、下部層３の第１疎水面１７´と上部層４の第２疎水面１７´´の間の隙間で操作可能となる。液滴２３の処理は、使い捨てカートリッジ２が収容されるデジタルマイクロ流体システム１の電極アレイ９の影響を受ける。
【００７０】
またプランジャ４２を押し下げると、処理液、試薬又はサンプルである（溶液又は懸濁液中の）コンパートメント２１の内容物の一部に力が作用し、毛管口４１´´を介して隙間６（プランジャ４２の移動準備がされた図９左側参照）内へと移動される。この結果、下部層３の第１疎水面１７´上では、液滴２３が溜まり、下部層３の第１疎水面１７´と上部層４の第２疎水面１７´´の間の隙間で処理することができる。また使い捨てカートリッジ２が収容されるデジタルマイクロ流体システム１の電極アレイ９は液滴２３の処理に影響する。
【００７１】
図９の第６実施形態において、使い捨てカートリッジ２の本体４７は、ほぼ平坦な下面４８を有する平板状構造で構成されており、コンパートメント２１は、穿孔部４１´又は毛管口４１´´に貫通孔１９を有する下面４８へと導かれる。
【００７２】
本発明に係る使い捨てカートリッジ２の第５及び第６実施形態では、軟質下部層３が疎水材料からなる単一層で構成されることが１つの好ましい変形例である。第２の好ましい変形例では、軟質下部層３は、電気非導電材料からなる単一層で構成されており、軟質下部層３の上面が疎水性であるように取り扱われている。第３の好ましい変形例では、軟質下部層３は、下部層及び疎水上部層を備えた積層物で構成されており、下部層は電気的に導電性又は非導電性を有する。本発明の使い捨てカートリッジ２の他の好ましい実施形態では、絶縁層２４は下部層３（例えば、図９参照）の下面上に積層されている。この結果、個々の電極１０の上面は露出金属面であり、ガスケット３６はカートリッジ２、ＰＣＢ、又は下部基板１１に取り付けるようにしてもよい。
【００７３】
さらに本発明の使い捨てカートリッジの第５及び第６実施形態の他の変形例では、使い捨てカートリッジ２は、下面に軟質下部層３の周辺部４０に沿って取り付けられるガスケット３６を備える。したがって、ガスケット３６は、使い捨てカートリッジ２がデジタルマイクロ流体システム１の電極アレイ９上に配置される際、前記第１疎水面１７´と前記第２疎水面１７´´の間に所定の距離を形成する。これは、前記デジタルマイクロ流体システム１が電極アレイ９又はＰＣＢ１１に吸引孔３５を備え、軟質下部層３が前記吸引孔３５によって吸引される場合である。
【００７４】
図１０は、使い捨てカートリッジ２が収容部８に到達した後の断面図を示し、使い捨てカートリッジ２は、第７実施形態に従って構成され、クランプなしに所定位置に保持されている。実際に、第７実施形態の２つの異なる変形例が示されている。
・左側では、本体４７が平板構造で構成されている。
・右側では、本体４７はフレーム構造で構成されている。
使い捨てカートリッジ２の本体４７の下面４８はほぼ平坦である。これにより、第９実施形態に従って構成された使い捨てカートリッジ２は、下面４８を有する本体４７と、上面４９と、少なくとも１つの貫通孔１９とを備える。少なくとも１つの貫通孔１９は、ピペットチップ２６によって接近可能に構成されたピペットオリフィス４１´´´として設計されている。貫通孔１９は、処理液、試薬又はサンプルをピペットで吸引し隙間６に排出することを可能とする。
【００７５】
本体４７に加えて、使い捨てカートリッジ２は、液体が透過不能で、液滴２３中のサンプルを処理するワーキングフィルムとして構成された第１疎水面１７´を有する下部層３を備える。そのような処理は、使い捨てカートリッジ２の下部層３が電極アレイ９の上方に配置された際、デジタルマイクロ流体システム１の電極アレイ９を利用することにより行われる。軟質下部層３は接着テープや溶接によって軟質下部層３の周辺部４０に沿って電気導電材料１５に密閉状態で取り付けられるのが好ましい。
【００７６】
また使い捨てカートリッジ２は、本体４７の下面４８に取り付けられる電気導電材料１５を備えるのが好ましい。電気導電材料１５は、少なくともイオンが透過できない第２疎水面１７´´を有する本体４７の下面４８が設けられるように構成されている。下部層３はその周辺部４０に沿って使い捨てカートリッジ２の電気導電材料１５に密閉状態で取り付けられる軟質フィルムで構成されている。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´´の間に特定の距離を形成するために、軟質下部層３と電気導電材料１５の間に配置されるスペーサ５（図２、４及び６から８参照）は有していない。
【００７７】
また使い捨てカートリッジ２は、下部層３の第１疎水面１７´と電気導電材料１５の第２疎水面１７´´の間に配置された隙間６を備える。本体４７の少なくとも１つの貫通孔１９は、処理液、試薬又はサンプルを隙間６内へと移送するための装填部４１として構成されている。
【００７８】
また使い捨てカートリッジ２は、１以上の装填部４１の周囲に配置される本体４７に１以上の容器状の凹部として構成されるコンパートメント２１のようなものを備えるのが好ましい。しかしながら、これらコンパートメント２１は、長時間に亘って、あるいは、排出中でさえ、液体を貯留することを意味するものではなく、それらは単に、（使い捨て可能又は使い捨てしない）ピペットチップ２６を装填部４１に設けたピペットオリフィス４１´´´の近傍に到達可能とするように構成されている。これらコンパートメント２１は、装填部４１の周囲に中央凹部を備え、この中央凹部により、液体の幾らかは搬送前に隙間６内に一時的に貯留可能となる。
【００７９】
全ての他の実施形態で既に示したように、軟質下部層３は、疎水性材料からなる単一層として構成されるのが好ましい。第１の好ましい代替変形例において、軟質下部層３は、電気非導電材料の単一層で構成され、軟質下部層３の上面は疎水面１７であるように取り扱われる。第２の好ましい代替変形例において、軟質下部層３は下部層と疎水上部層を備えた積層物として構成されており、下部層は電気的に導電又は非導電である。
【００８０】
また他の代替実施形態では、使い捨てカートリッジ２は、下面に、軟質下部層３の周辺部４０に沿って取り付けられるガスケット３６を備える。これにより、ガスケット３６は、使い捨てカートリッジ２がデジタルマイクロ流体システム１の電極アレイ９上に配置される際、デジタルマイクロ流体システム１が電極アレイ９又はＰＣＢ１１に吸引孔３５を備えるか、あるいは、軟質下部層３が前記吸引孔３５によって吸引されるならば、第１疎水面１７´と第２疎水面１７´´の間を所定寸法離間させる。
【００８１】
図１０では、ガスケット３６は電極アレイ９の個々の電極１０を支持する下部基板１１又はＰＣＢに取り付けられている。ここでは、絶縁層２４は電極アレイ９の最上面に取り付けられて、酸化、機械的衝撃及び汚染等の他の影響から個々の電極を保護する。また絶縁層２４は、使い捨てカートリッジ２のための収容部９の周囲に延びる閉鎖リングで構成されている。また清掃を容易とするため、絶縁層２４は、少なくとも挿入ガイド２５の一部を覆い、使い捨てカートリッジ２の一部を超えて（左側参照）、あるいは、全高を超えて（右側参照）延びている。
【００８２】
これまで記載した本発明の使い捨てカートリッジ２の第５、第６及び第７実施形態において、第１の代替のデジタルマイクロ流体システムが提案されおり、それはベースユニット７の電極アレイ９に設けられるカートリッジ収容部８内のこれら発明の使い捨てカートリッジ２の少なくとも１つを吸収するように構成されている。そのような少なくとも１つの使い捨てカートリッジ２の軟質下部層３と上部層４の間の隙間内の液滴中のサンプルを処理するためのデ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を吸引するように構成された少なくとも１つのカートリッジ収容部８を有するベースユニット７と、
（ｂ）ベースユニット７のカートリッジ収容部８に配置され、下部基板１１によって支持され、第１平面内を延び、複数の個々の電極１０を備える電極アレイ９と、
（ｃ）電極アレイ９の個々の電極１０の選択を制御し、これら電極１０にエレクトロウェッティングによってカートリッジ２内の液滴を処理するためにそれぞれ電圧を印加する中央制御ユニット１４と、
を備える。
また第１の代替のデ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部８に配設される複数の吸引孔３５と、
（ｅ）真空スペース４６内の低圧を生成する真空源３３と、
（ｆ）吸引孔３５を真空源３３に連通する複数の真空ライン３４と、
を備える。
【００８３】
複数の真空ラインは、１以上の真空ラインと解釈することができる。
【００８４】
第１の代替のデジタルマイクロ流体システム１は、ガスケット３６が、カートリッジ収容部８の周辺部４５の周囲に配置される際、カートリッジ収容部８と、使い捨てカートリッジ２の軟質下部層３によって形成される真空スペース４６と、デジタルマイクロ流体システム１の電極アレイ９及び下部基板１１と、ガスケット３６とを封止する点を特徴とする。
【００８５】
また第１の代替のデジタルマイクロ流体システム１は、真空スペース４６内の低圧により、カートリッジ収容部８に配置される使い捨てカートリッジ２の軟質下部層３を、デジタルマイクロ流体システム１の電極アレイ９と下部基板１１又はＰＣＢとに取り付けて、そこから拡張させる。なお、使い捨てカートリッジ２の軟質下部層３を拡張することにより形成される隙間６は、使い捨てカートリッジ２の軟質下部層３と上部層４の間に配置されたスペーサ５を使用することなく形成可能である。
【００８６】
本発明の使い捨てカートリッジ２の第５及び第６実施形態の他の変形例では、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の下部基板１１に完全に固定されるか、あるいは、電極アレイ９と下部基板１１又はＰＣＢを完全に覆う絶縁層２４に固定されている。この場合勿論、絶縁層２４は、真空スペース４６を低圧にすることを可能とするために、ベースユニット７の吸引孔３５の位置に孔を有しており、カートリッジ収容部８に配置された使い捨てカートリッジ２の軟質下部層３を、デジタルマイクロ流体システム１の電極アレイ９と下部基板１１に取り付けられてこれを覆う。
【００８７】
本発明の使い捨てカートリッジ２の第５及び第６実施形態のさらなる変形例では、ガスケット３６は、下面に、ベースユニット７のカートリッジ収容部８に配置した使い捨てカートリッジ２の軟質下部層３の周辺部４０に沿って完全に取り付けられている。第１の代替のデジタルマイクロ流体システム１は、ベースユニット７を備えているのが好ましく、それはフレームとして構成され、使い捨てカートリッジ２を収容するサイズに形成された挿入ガイド２５を備えているのが好ましい。特に、ベースユニット７は、そのカートリッジ収容部８の所望位置に使い捨てカートリッジ２を固定するように構成されたクランプ３７を備えているのが好ましい。第７実施形態（図１０参照）について示したように、そのようなクランプ３７を使用する必要は全くない。ここでは、層は全て完璧に封止されており、下面上の真空スペース４６内の真空度は、適切で安全に、デジタルマイクロ流体システム１のカートリッジ収容部８内に、使い捨てカートリッジ２を保持する。
【００８８】
またベースユニット７は、カートリッジ収容部８に配置される使い捨てカートリッジ２のコンパートメント２１内で移動可能となるように構成されたプランジャ４２を駆動させるように構成された駆動要素３８を備えるのが好ましい。これにより、プランジャ４２は、各コンパートメント２１の内容物を、ベースユニット７のカートリッジ収容部８に配置される使い捨てカートリッジ２の隙間６内へと押し込むように構成されている。駆動要素３８は、モータ駆動し、デ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ように構成されている。挿入ガイド２５は、アルミニウム、他の軽金属、軽合金、あるいは、ステンレスで製造されるのが好ましい。
【００８９】
特に、以下の材料と寸法は、本発明の使い捨てカートリッジ２を製造するのに適している。
（テーブル１）
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【００９０】
第８実施形態に係る使い捨てカートリッジ２は、図１１Ａから図１５Ｂに示されている。この使い捨てカートリッジ２は、デジタルマイクロ流体システム１のカートリッジ収容部８に収集され、又、カートリッジ収容部８から無傷で取り出されるように構成されている。これにより、第８実施形態に係る使い捨てカートリッジ２は、カートリッジ収容部８から取り出されて、周辺環境を汚染したり、個人を操作したりする恐れなく処理又は処分される。図１１Ａは、ガスケット３６を取り付けられた軟質下部層３の断面図を示す。軟質下部層３とガスケット３６の結合物は、デジタルマイクロ流体システム１のカートリッジ収容部８に挿入されるように構成されている。軟質下部層３とガスケット３６の結合物は、第８実施形態の第１変形例に係る使い捨てカートリッジ２の一部となり、軟質下部層３、平坦な硬質カバープレート１２、ガスケット３６及び潜在的にサンプルと処理液を有する隙間６を備えたカートリッジ収容部８から無傷で取り出されるように構成されている。図１１Ｂは、ガスケット３６が取り付けられていない軟質下部層３の断面図を示し、ガスケット３６は、デジタルマイクロ流体システム１のカートリッジ収容部８の一部である。軟質下部層３は、デジタルマイクロ流体システム１のカートリッジ収容部に挿入されるように構成されている。軟質下部層３は、第８実施形態の第２変形例に係る使い捨てカートリッジ２の一部となり、軟質下部層３、平坦硬質カバープレート１２、ガスケット３６及びサンプル及び処理液を有する隙間６を備えたカートリッジ収容部８から無傷で取り出されるように構成されている。図１２は、ガスケット３５を取り付けられた又は取り付けられていない軟質下部層３の断面図を示す。軟質下部層３の変形例のいずれでも、ガスケット３６を備えているか否かに拘わらず、デジタルマイクロ流体システム１のカートリッジ収容部８の最上面５２に配置され、（配置されたガスケット３６とカートリッジ収容部８の最上面５２と共に）真空スペース４６を形成するように構成されている。また軟質下部層３の両変形例は、真空スペース４６内の負圧によって最上面５２に取り付けられて覆うように構成されている。下部層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´´の間の隙間６内の液滴中のサンプルを処理するためのデジタルマイクロ流体システム１が図１２に図示されている。このデ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を吸引するように構成された少なくとも１つのカートリッジ収容部８を有するベースユニット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部８に設けられ、下部基板１１を支持し、ほぼ第１面内を延び、複数の電極１０を備えた電極アレイ９と、
（ｃ）前記電極アレイ９の個々の電極１０の選択を制御し、これら電極１０に、エレクトロウェッティングによって前記カートリッジ２の隙間６内の液滴を処理するための電圧をそれぞれ印加するための中央制御ユニット１４と、
を備える。
またこのデジタルマイクロ流体システム１は、
（ｄ）電極アレイ９又は下部基板１１を穿孔し、ベースユニット７のカートリッジ収容部８に設けられる複数の吸引孔３５と、
（ｅ）真空スペース４６内の負圧を生成するための真空源３３と、
（ｆ）吸引孔３５を真空源３３に連通する複数の真空ライン３４と、
を備える。
【００９１】
複数の真空ラインは、１以上の真空ラインであると理解することができる。
【００９２】
このデジタルマイクロ流体システム１は、デジタルマイクロ流体システム１又は使い捨てカートリッジ２のガスケット３６が前記カートリッジ収容部８で真空スペース４６を封止するように構成され、真空スペース４６が使い捨てカートリッジ２の軟質下部層３、カートリッジ収容部８の最上面５２及びガスケット３６によって形成される。
【００９３】
図１２から図１４に示すデジタルマイクロ流体システム１は、下部基板１１を穿孔するが、電極アレイ９は穿孔しない複数の吸引孔３５を備える。これら吸引孔３５は、電極アレイ９の領域周辺のカートリッジ収容部８に配置されるのが好ましい。真空スペース４６内の負圧を実質的に均等に作用させるため、吸引孔３５は、吸引溝５１内に開口するように構成されており、吸引溝５１はデジタルマイクロ流体システム１のカートリッジ収容部８の最上面５２に配置されている。図１２から図１４に示す実施形態では、カートリッジ収容部８の最上面５２には、電極アレイ９と下部基板１の上面に取り付けた絶縁層２４が設けられている。この結果、吸引溝５１は絶縁層２４の表面で開口を広げる溝として構成されている。これら吸引溝５１の形状には、枝分かれした、あるいは、枝分かれしない真っ直ぐなライン、枝分かれした、あるいは、枝分かれしない曲がったライン、及び、これらの種々の組み合わせが含まれる。図示するように、吸引溝５１は電極アレイ９又は下部基板１１の一部を超えて延びていてもよい。図１２から図１４に示すように、真っ直ぐな吸引溝５１から外れて、吸引孔３５は、最適となるように任意の方向に下部基板１１を穿孔でき、例えば、傾斜角度を付けて又は階段状に下部基板１１を穿孔するように構成することができる。特に、下部基板１１が互いの上部で挟持された２つの分離プレート（図示せず）を備えるように構成されている場合、絶縁層２４の表面で吸引溝５１が複雑にならないように、吸引孔３５を階段状又は分岐した形状とするのが好ましい。
【００９４】
いずれの場合であっても、真空スペース４６内で負圧となるように凹凸のない吸引溝５１が配置されるのが好ましい。使い捨てカートリッジ２の軟質下部層３がカートリッジ収容部８に配置されると直ぐに、ガスケット３６はカートリッジ収容部８内で、使い捨てカートリッジ２の軟質下部層３、カートリッジ収容部８の最上面５２、及び、ガスケット３６によって形成される真空スペース４６を封止する。カートリッジ収容部８の最上面５２は、電極アレイ９と下部基板１１を覆う絶縁層２４を備え、絶縁層２４はベースユニット７の吸引孔３５に対応する位置に穴を有する。吸引孔３５は、適切な数の真空ライン３４（図７から図１０参照）によってデジタルマイクロ流体システム１の真空源３３に直接連通することができる。吸引孔３５は、真空スペース５０内に開口するように形成されているのが好ましく、真空スペース５０は少なくとも１つのカートリッジ収容部８で、電極アレイ９又は下部基板１１の下方に配置されている。真空スペース５０は、少なくとも１つの真空ライン３４（図１２から図１４参照）によってデジタルマイクロ流体システム１の真空源３３に接続されている。またこのデジタルマイクロ流体システム１は、真空スペース４６内の負圧により、カートリッジ収容部８に配置された軟質下部層３が、デジタルマイクロ流体システム１の最上面５２に取り付けられて覆い、ガスケット３６は、第１疎水面１７´と第２疎水面１７´´の間に所定寸法を形成する。
【００９５】
ガスケット３６は、デジタルマイクロ流体システム１のカートリッジ収容部８の電極アレイ９と下部基板１１を完全に覆う絶縁層２４に固定されるのが好ましい。またガスケット３６は、電極アレイ９を支持する下部基板１１に固定され、絶縁層２４が下部基板１１、電極アレイ９及びガスケット３６を完全に覆う。一般的な代替物として、ガスケット３６は予想される使い捨てカートリッジ２の軟質下部層３に固定される。
【００９６】
ベースユニット７は、フレームとして構成された挿入ガイド２５を備え、使い捨てカートリッジ２を収容するようなサイズに形成されているのが好ましい。またベースユニット７は、カートリッジ収容部８の所望位置に使い捨てカートリッジ２を固定するように構成されたクランプ３７（図１３及び図１４参照）を備えているのが好ましい。
【００９７】
使い捨てカートリッジ２をデジタルマイクロ流体システム１のカートリッジ収容部８に組み付けるため、硬質カバープレート１２（図１３参照）の下面４８´と軟質下部層３が、硬質カバープレート１２の下面４８´と、デジタルマイクロ流体システム１（図１４参照）の最上面５２を超えて広がる軟質下部層３の周辺部４０とに互いに接触させることにより、軟質下部層３の周辺部４０に沿って互いに封止状態で取り付けることができるように構成されている。図１３は、第１疎水面１７´上にオイル５３を適宜供給する間、デジタルマイクロ流体システム１のカートリッジ収容部８の最上面５２に取り付けられて覆う、ガスケット３６を取り付けた、又は、取り付けられていない軟質下部層３の断面図を示す。オイル５３を第１疎水面１７´に簡単に供給するため、硬質カバープレート１２は決まった位置にはなく、任意のクランプが例えばヒンジ１６を中心として傾斜することにより持ち上げられる。オイル５３は、ピペット２６によって吸引されるのが好ましく、第１疎水面１７´の全体を覆う必要はない。本発明では、サンプル液滴と混合しない液体は全てオイル５３と呼んでおり、それはシリコンオイル、ヘキサデセン、あるいは、室温以下からほぼ１００℃まで変化させ、他の処理液及びサンプルに対して化学的に不活性であることを要求される処理温度の液体である他の物質であり得る。
【００９８】
軟質下部層３に適量のオイル５３を供給した後、硬質カバープレート１２は軟質下部層３に載置される。硬質カバープレート１２の上面４９´には、少なくとも１つの貫通孔１９を封止するように構成された穿孔可能膜３１を封止状態で設けるのが好ましい。硬質カバープレート１２の下面４８´には、（貫通孔１９も同様に）汚染を防止するように構成された剥離保護フィルム５４を封止状態で設けるのが好ましい。選択された硬質カバープレート１２が、そのような穿孔可能膜３１と剥離保護フィルム５４を備えるならば、剥離保護フィルム５４のみが取り除かれるのが好ましく、硬質カバープレート１２が軟質下部層３上とオイル５３上に慎重に配置される。硬質カバープレート１２は、下面４８´に取り付けられるか堆積され、絶縁特性を有するのが好ましい第２疎水面１７´´に設けられ、又は、そこで処理される、薄い金属プレート、金属箔、又は金属層の形態の電気導電材料１５を備える。また硬質カバープレート１２は、電気導電材料１５と、硬質カバープレート１２が絶縁特性を有するのが好ましい第２疎水面１７´´を提供するように処理される下面４８´とを備えるか、あるいは、形成されてもよい。ポリマーは、電気導電体、例えば、カーボン粒子、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、金属粒子、あるいは、金属ファイバーを添加したものから形成することができる。しかしながら、そのようなポリマー製品は、通常、不透明であるか、あるいは、少なくとも可視光の透過性を著しく損なうものである。液滴処理を視認可能とするために、不透明な電気導電ポリマー材料の硬質カバープレート１２は、少なくとも１つの光学的透明部５７のアレイを備えるのが好ましい。硬質カバープレート１２の下面４８´の絶縁特性は絶縁ポリマーの共押出又は積層によって得ることができる。また電気導電ポリマーは、例えば、いわゆる直線バックボーンのポリマー黒色顔料（ポリエチレン、ポリピロール及びポリエチレン）やそれらの共重合体から選択することができる。バンド構造を処理することにより、電気導電ポリチオフェンが可視光に対して透明性を有するように改良される。硬質カバープレート１２を透明又は不透明電気導電ポリマーから生成する際、下面４８´の絶縁特性は絶縁ポリマーの共押出又は積層によって得ることができる。
【００９９】
ガスケット３６は、
（ａ）カートリッジ収容部８の最上面５２（例えば、最上面５２を形成する絶縁層２４）に完全に固定された、デジタルマイクロ流体システム１のカートリッジ収容部８、又は、
（ｂ）軟質下部層３の周辺部４０に完全に取り付けられた、使い捨てカートリッジ２の軟質下部層３
の一部としてカートリッジ収容部８に設けるようにしてもよい。
【０１００】
使い捨てカートリッジ２は、軟質下部層３をその周辺部４０に沿って硬質カバープレート１２に封止状態で取り付けることによって、デジタルマイクロ流体システム１のカートリッジ収容部８に組み付けられている。そのような封止取付は軟質下部層３の周辺部４０又は硬質カバープレート１２の下面４９´に配置した少なくとも１つの接着テープによって行われる。また封止取付は、溶接、好ましくはレーザ溶接によって行ってもよい。硬質カバープレート１２を軟質下部層３の下面４８´に配置し、下面４８´に接触させ、そして下面４８´に軟質下部層３の周辺部４０を取り付けることが、カートリッジ収容部８のクランプ３７を利用して軟質下部層３に硬質カバープレート１２を押し付けることによって強化されている。またそのようなクランプ３７は、液滴２３中のサンプルを処理又は分析する間、カートリッジ収容部８の所定位置にカートリッジを保持するために使用してもよい。
【０１０１】
図１４は、デジタルマイクロ流体システム１のカートリッジ収容部８に組み付けられる使い捨てカートリッジ２の断面図を示し、カートリッジの平坦な硬質カバープレート１２はクランプ３７の助けを得て軟質下部層３に押圧されている。硬質カバープレート１２の上面４９´には、可視光を透過させない穿孔可能膜３１が設けられているので、硬質カバープレート１２は電気導電体（図示せず）であり、又、図示される第２疎水面１７´´に直接提供される絶縁特性を示す不透明材料で形成することができる。穿孔可能膜３１は穿孔ピペットチップ２０と共に穿孔部４１´で穿孔され、サンプルを含有する液滴２３は貫通孔１９を介して隙間６に供給される。ピペットチップ２０を後退させた後、液滴の処理はエレクトロウェッティングによって行われる。カートリッジ収容部８とマイクロ流体システム１の各部は、基本的に図１２から図１４では同じであり、前述の通りである。
【０１０２】
なおここでは、クランプ３７は、挿入ガイド２５、又は、カートリッジ収容部８に近接するデジタルマイクロ流体システム１の他の硬質な部分に連結されている。クランプ３７は、ヒンジ１６を介してデジタルマイクロ流体システム１に完全に連結されているのが好ましい。またクランプ３７は、例えば、スナップロック、ネジ、あるいは、必要に応じて容易に取外可能な同様な構成によりデジタルマイクロ流体システム１に一時的に連結されているのが好ましい。図１１から図１５に図示する本発明の使い捨てカートリッジ２と、図１２から図１４に図示する本発明のデジタルマイクロ流体システム１は、疎水面１７に付着して処理される液滴２３中のサンプルを処理するための代替方法を可能とする。
代替の方法は、
（ａ）第１疎水面１７´を有する下部層３の形態でデジタルマイクロ流体システム１を提供し、
（ｂ）第１平面内を延び、下部基板１１に支持され、電極アレイ９の個々の電極１０の選択を制御し、これら電極１０にエレクトロウェッティングによって第１疎水面１７´で液滴２３を処理するためにそれぞれ電圧を印加するための中央制御ユニット１４に接続される複数の個々の電極１０を備える電極アレイ９を有するデジタルマイクロ流体システム１を提供し、
（ｃ）カートリッジ２の第２疎水面１７´´と下部層３の第１疎水面１７´の間に隙間６を形成するためのガスケット３６を提供する、
ステップを備える。
代替の方法はさらに、
（ｄ）デジタルマイクロ流体システム１のカートリッジ収容部８の最上面５２に軟質フィルムとして構成される下部層３を配置し、その結果、前記最上面５２、カートリッジ収容部８にも配置されるガスケット３６及び軟質下部層３によって形成される真空スペース４６を生成し、
（ｅ）電極アレイ９又は下部基板１１を穿孔し、デ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部８に配置される複数の吸引孔３５に連通する真空源３３を使用することにより真空スペース４６内を負圧とし、前記ガスケット３６は真空スペース４６を封止し、真空スペース４６内の負圧により、軟質下部層３がデジタルマイクロ流体システム１のカートリッジ収容部８の最上面５２に取り付けられて覆い、
（ｆ）軟質下部層３の第１疎水面１７´に処理液を追加し、
（ｇ）硬質カバープレート１２に軟質下部層３の下面４８´を配置し、この下面４８´に接触し、軟質下部層３の周辺部４０に下面４８´を取り付け、その結果、デジタルマイクロ流体システム１のカートリッジ収容部８に使い捨てカートリッジ２を組み付け、ガスケット３６が第１疎水面１７´と第２疎水面１７´´の間に所定寸法を形成し、
（ｈ）少なくとも１つのサンプル液滴２３を隙間６に追加し、エレクトロウェッティングによってそのサンプル液滴２３を処理する、
ステップを備える。
【０１０３】
エレクトロウェッティング又はいずれかの液滴中のサンプルを分析することにより第１疎水面１７´上の液滴２３を処理した後、使い捨てカートリッジ２は、デジタルマイクロ流体システム１のカートリッジ収容部８から取り出され、分析又は処分される。硬質カバープレート１２の上面４９´に取り付けた穿孔可能膜３１を利用するのが好ましく、この穿孔可能膜３１は、隙間６又は貫通孔１９に含まれる液体がデジタルマイクロ流体システム１、周辺部、又は、作業者に到達して汚染しないように、貫通孔１９及び隙間６を封止する。このことは図１５Ａに図示されており、この図はデジタルマイクロ流体システム１のカートリッジ収容部８から取り出した後の、（依然、隙間６にオイル５３及びサンプル液滴２３が残留する）使用済使い捨てカートリッジ２の断面図を示す。この場合、ガスケット３６は、軟質下部層３の一部であり、ガスケット３６が配置される使い捨てカートリッジ２の一部でもある。
【０１０４】
図１５Ａに一例として示される硬質カバープレート１２は、全体が絶縁特性を提供するポリマー材料で形成されている。硬質カバープレート１２の下面４８´は隙間６に対向する第２疎水面１７´´である。全ての好ましい実施形態では、同様に、軟質下部層３の上面は隙間６に対向する第１疎水面１７´である。
【０１０５】
これに対し、図１５Ｂは、デジタルマイクロ流体システム１のカートリッジ収容部８から取り出した後の使用済使い捨てカートリッジ２の他の例の断面図を示す。一の相違点は、ガスケット３６はデジタルマイクロ流体システム１の一部であるということであり、依然、隙間６にはオイル５３とサンプル液滴２３を含有する使い捨てカートリッジ２の取出時のカートリッジ収容部８にある。他の相違点は、硬質カバープレート１２が電気的に導電性を有する不透明なポリマー材料を備えることである。液滴２３を視覚的に制御処理することができるようにするため、硬質カバープレート１２は、穿孔される光学的透光部５７のアレイを備える。この硬質カバープレート１２は、隙間６に対向する第２疎水面１７´´が設けられる絶縁層２４を備えるのが好ましい。貫通孔１９と隙間６を封止する穿孔可能膜３１がないため、ここではフィルムシール５５又はプラグ５６は、使用済カートリッジの安全な取出のための貫通孔１９に接近して配置されている。
【０１０６】
代替の方法を採用する際、真空スペース４６内の負圧は真空源３３によって生成されている。真空源３３はデジタルマイクロ流体システム１の中央制御ユニット１４によって制御されている。真空源３３には、電極アレイ９を穿孔し、ベースユニット７のカートリッジ収容部８に配置される吸引孔３５に接続される複数の真空ライン３４が連通している。また使い捨てカートリッジ２のコンパートメント２１に含まれるプランジャ４２は、手動又は駆動要素３８によって移動するのが好ましく、各コンパートメント２１の内容物は上部層４の各装填部４１に向かって押圧される。またプランジャ４２の穿孔ピン２７を有する上部層４は、コンパートメント２１の各穿孔部４１´で穿孔されるのが好ましく、コンパートメント２１の内容物の幾らかは上部層４の穿孔部４１´内と隙間６内へと押し出される。これに代えて、又は、これに追加して、コンパートメント２１の内容物の幾らかは各毛管口４１´´を介して隙間６へとプランジャ４２で押し出されるのが好ましく、毛管口４１´´は、圧力がプランジャ４２に作用することなく水滴が流動することを阻止する毛細管現象を発生させるようなサイズに形成されている。
【０１０７】
エレクトロウェッティング又はこれら液滴２３の幾らかに含まれるサンプルを分析することにより第１疎水面１７´上の液滴２３を処理した後、使い捨てカートリッジ２がデ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部８から取り出されて処分されるのが好ましい。
【０１０８】
ここで当業者にとって妥当であると思われるとして開示されたカートリッジ２の異なる実施形態の特徴の種々の組み合わせが本発明の要旨及び範囲に包含される。一般的な結論として、予定される使用で選択されるデジタルマイクロ流体システム１の実際のデザインに依存して、絶縁層２４は、（下部基板１１又はＰＣＢから離れて示す絶縁層２４が、例えば、図１２から図１４を参照して、カートリッジ収容部８の最上面５２として構成されるように）設けても、あるいは、下部基板１１又はＰＣＢの個々の電極１０の上部にそれぞれ設けなくてもよい。個々の電極１０及びＰＣＢ１１の露出金属面がカートリッジ収容部８の最上面５２（図３及び図９参照）を形成するならば、絶縁特性が使い捨てカートリッジ２の軟質下部層３に組み込まれているのが好ましく、さらなる選択として、（必要に応じて）ＰＣＢの表面に、吸引孔３５又は吸引溝５１が個々の電極１０の間に配置されていてもよい。
【符号の説明】
【０１０９】
１  デジタルマイクロ流体システム
２  使い捨てカートリッジ
３  軟質下部層
４  上部層
５  スペーサ
６  隙間
７  ベースユニット
８  カートリッジ収容部
９  電極アレイ
１０  電極
１１  下部基板
１２  カバープレート
１３  上部基板
１４  中央制御ユニット
１５  電気導電材料
１６  ヒンジ
１７  疎水面
１７´  第１疎水面
１７´´  第２疎水面
１８  穿孔部
１９  貫通孔
２０  穿孔ピペットチップ
２１  コンパートメント
２２  追加穿孔部
２３  液滴
２４  絶縁層
２５  挿入ガイド
２６  使い捨てピペットチップ
２７  穿孔ピン
２８  ピンプレート
２９  転置部
３０  閉鎖手段
３１  穿孔可能膜
３２  分離バー
３３  真空源
３４  真空ライン
３５  吸引孔
３６  ガスケット
３７  クランプ
３８  駆動要素
３９  シール
４０  （軟質下部層の）周辺部
４１  装填部
４１´  穿孔部
４１´´  毛管口
４１´´´  ピペットオリフィス
４２  プランジャ
４３  中心孔
４４  弾性層
４５  （カートリッジ収容部の）周辺部
４６  真空スペース
４７  本体
４８  （本体の）下面
４８´  （カバープレートの）下面
４９  （本体の）上面
４９´  （カバープレートの）上面
５０  吸引スペース
５１  吸引溝
５２  （カートリッジ収容部の）最上面
５３  オイル
５４  剥離保護フィルム
５５  フィルムシール
５６  プラグ
５７  光学透過性アレイ
【図１】
2015529815.tif 000004
【図２】
2015529815.tif 000005
【図３】
2015529815.tif 000006
【図４】
2015529815.tif 000007
【図５】
2015529815.tif 000008
【図６Ａ】
2015529815.tif 000009
【図６Ｂ】
2015529815.tif 000010
【図７】
2015529815.tif 000011
【図８】
2015529815.tif 000012
【図９】
2015529815.tif 000013
【図１０】
2015529815.tif 000014
【図１１Ａ】
2015529815.tif 000015
【図１１Ｂ】
2015529815.tif 000016
【図１２】
2015529815.tif 000017
【図１３】
2015529815.tif 000018
【図１４】
2015529815.tif 000019
【図１５Ａ】
2015529815.tif 000020
【図１５Ｂ】
2015529815.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成27年2月9日(2015.2.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部層（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´´）の間の隙間（６）内の液滴中のサンプルを処理するためのデジタルマイクロ流体システム（１）であって、
（ａ）１つの使い捨てカートリッジ（２）を吸収するように構成した少なくとも１つのカートリッジ収容部（８）を有するベースユニット（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部（８）に配置され、下部基板（１１）によって支持され、ほぼ第１面内を延び、複数の個々の電極（１０）を備えた電極アレイ（９）と、
（ｃ）前記電極アレイ（９）の個々の電極（１０）の選択を制御し、エレクトロウェッティングによって前記カートリッジ（２）の隙間（６）内の液滴を処理するために、電極（１０）に個別に電圧を印加する中央制御ユニット（１４）と、
を備え、さらに
（ｄ）電極アレイ（９）又は下部基板（１１）を貫通し、ベースユニット（７）のカートリッジ収容部（８）に設けられる複数の吸引孔（３５）と、
（ｅ）真空スペース（４６）を負圧とするための真空源（３３）と、
（ｆ）吸引孔（３５）を真空源（３３）に連通する複数の真空ライン（３４）と、
を備え、
前記複数の真空ライン（３４）は、前記カートリッジ収容部（８）で真空スペース（４６）を封止するように構成され、前記使い捨てカートリッジ（２）、カートリッジ収容部（８）の最上面（５２）及びガスケット（３６）の軟質下部層（３）によって形成され、
前記真空スペース（４６）の負圧により、カートリッジ収容部（８）に設けられる軟質下部層（３）がカートリッジ収容部（８）の最上面（５２）に取り付けられて覆い、ガスケット（３６）が前記第１疎水面（１７´）と前記第２疎水面（１７´´）の間に所定寸法を形成するデジタルマイクロ流体システム。
【請求項２】
前記吸引孔（３５）は、吸引溝（５１）内に開口するように構成され、前記吸引溝（５１）は、カートリッジ収容部（８）の最上面（５２）に配置される請求項１に記載のデジタルマイクロ流体システム。
【請求項３】
前記吸引孔（３５）は、真空スペース（５０）内に開口するように構成され、前記真空スペース（５０）は、カートリッジ収容部（８）で、電極アレイ（９）又は下部基板（１１）の下方に配置され、かつ、真空ライン（３４）の少なくとも１つによって真空源（３３）に連結されている請求項１に記載のデジタルマイクロ流体システム。
【請求項４】
前記カートリッジ収容部（８）の最上面（５２）は、電極アレイ（９）と下部基板（１１）を覆う絶縁層（２４）を備え、前記絶縁層（２４）は、ベースユニット（７）の吸引孔（３５）の一部に孔を有する請求項１に記載のデジタルマイクロ流体システム。
【請求項５】
前記ガスケット（３６）は、カートリッジ収容部（８）の電極アレイ（９）と下部基板（１１）を覆う絶縁層（２４）に固定されている請求項１に記載のデジタルマイクロ流体システム。
【請求項６】
前記ガスケット（３６）は、電極アレイ（９）を支持する下部基板（１１）に固定され、前記絶縁層（２４）は、下部基板（１１）、電極アレイ（９）及びガスケット（３６）を覆う請求項４に記載のデジタルマイクロ流体システム。
【請求項７】
前記ベースユニット（７）は、フレームで構成され、使い捨てカートリッジを収容する大きさに形成された挿入ガイド（２５）を備える請求項１に記載のデジタルマイクロ流体システム。
【請求項８】
前記カートリッジ収容部（８）の最上面（５２）は、下部基板（１１）と、個々の電極（１０）の露出金属面とによって形成されている請求項１に記載のデジタルマイクロ流体システム。
【請求項９】
前記ベースユニット（７）は、カートリッジ収容部（８）の所望位置に使い捨てカートリッジ（２）を固定するように構成されたクランプ（３７）を備える請求項１に記載のデジタルマイクロ流体システム。
【請求項１０】
（ａ）液体を透過させず、下部層（３）が電極アレイ（９）を超えて配置される際、デジタルマイクロ流体システム（１）の電極アレイ（）を利用して、液滴（２３）中のサンプルを処理するためのワーキングフィルムで構成される第１疎水面（１７´）を有する下部層（３）と、
（ｂ）下面（４８´）、装填部（４１）に設けられる貫通孔（１９）及び少なくともイオンを透過させる第２疎水面（１７´´）を備える平坦な硬質カバープレート（１２）と、
（ｃ）下部層（３）の第１疎水面（１７´）及び硬質カバープレート（１２）の第２疎水面（１７´´）の間に設けられる隙間（６）と、
を備え、
前記下部層（３）は、デジタルマイクロ流体システム（１）のカートリッジ収容部（８）の最上面（５２）に設けられ、真空スペース（４６）内の負圧によって最上面（５２）に取り付けられて覆う可撓性フィルムで構成され、
デジタルマイクロ流体システム（１）のカートリッジ収容部（８）に組み付けられ、
硬質カバープレート（１２）の下面（４８´）と軟質下部層（３）は、硬質カバープレート（１２）の下面（４８´）とデジタルマイクロ流体システム（１）のカートリッジ収容部（８）の最上面（５２）を覆う軟質下部層（３）の周辺部（４０）とを互いに接触させることにより軟質下部層（３）の周辺部（４０）に沿って互いに封止状態で取付可能となるように構成され、
集められた使い捨てカートリッジ（２）は、下部層（３）と、平坦な硬質カバープレート（１２）と、サンプル及び処理液を有する隙間（６）を備える１ピースのカートリッジ収容部（８）から取り出されるように構成される請求項１に係るデジタルマイクロ流体システム（１）で使用する使い捨てカートリッジ。
【請求項１１】
前記軟質下部層（３）は、デジタルマイクロ流体システム（１）のカートリッジ収容部（８）で、周辺部（４０）に沿って硬質カバープレート（１２）に、
（ｉ）少なくとも１つの接着テープ、又は、
（ｉｉ）溶接
によって封止状態で取り付けられるように構成されている請求項１０に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項１２】
前記装填部（４１）は、穿孔部（４１´）及び穿孔オリフィス（４１´´´）を備えるグループから選択される請求項１０に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項１３】
前記硬質カバープレート（１２）の上面（４９´）は、少なくとも１つの貫通孔（１９）を封止するように構成された穿孔可能膜（３１）を封止状態で設けられている請求項１０に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項１４】
前記硬質カバープレート（１２）の下面（４８´）は、汚染されるのを阻止するように構成された剥離保護フィルム（５４）を封止状態で設けられている請求項１０に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項１５】
前記硬質カバープレート（１２）は、下面（４８´）に取り付けられ、第２疎水面（１７´´）を提供する薄肉金属プレート、金属箔又は金属層の形態の電気導電材料（１５）を備える請求項１０に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項１６】
前記硬質カバープレート（１２）は、電気導電ポリマー材料（１５）を備え、下面（４８´）には絶縁特性を有する第２疎水面（１７´´）を設けられている請求項１０に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項１７】
前記硬質カバープレート（１２）の電気導電材料（１５）は、不透明で、液滴操作を観察するための光学的透明部（５７）の少なくとも１つのアレイを備える請求項１６に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項１８】
前記軟質下部層（３）は、疎水材料の単一層で構成されている請求項１０に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項１９】
前記軟質下部層（３）は、電気非導電材料の単一層で構成され、上面には疎水面（１７）が設けられている請求項１０に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項２０】
前記軟質下部層（３）は、下部層及び疎水上部層を備え、前記下部層は絶縁層（２４）である請求項１０に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項２１】
前記ガスケット（３６）は、軟質下部層（３）の周辺部（４０）に固定され、下部層（３）、平坦硬質カバープレート（１２）、ガスケット（３６）、及び、サンプル及び処理液を有する隙間（６）を備える１ピースのカートリッジ収容部（８）から取り出すように構成されている請求項１０に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項２２】
前記ガスケット（３６）は、デジタルマイクロ流体システム（２）に固定され、下部層（３）、平坦硬質カバープレート（１２）、ガスケット（３６）、及び、サンプル及び処理液を有する隙間（６）を備える１ピースのカートリッジ収容部（８）から取り出すように構成されている請求項１０に記載の使い捨てカートリッジ。
【請求項２３】
（ａ）第１疎水面（１７´）を有する下部層（３）にワーキングフィルムを供給し、
（ｂ）デジタルマイクロ流体システムに、ほぼ第１平面内を延び、複数の個別の電極（１０）を備えた電極アレイ（９）を提供し、前記電極（１０）は、下部基板（１１）に支持され、電極アレイ（９）の個々の電極（１０）の選択を制御し、これら電極（１０）に、エレクトロウェッティングによって前記第１疎水面（１７´）上の液滴（２３）を処理するためにそれぞれ電圧を印加するデ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、
（ｃ）カートリッジ（２）の第２疎水面（１７´´）と下部層（３）の第１疎水面（１７´）の間の隙間（６）を形成するためのガスケット（３６）を提供する、
ステップを備えた、
デジタルマイクロ流体システム（２）又は装置のワーキングフィルムの疎水面（１７）に付着する液滴（２３）中のサンプルを処理するための方法であって、
（ｄ）デジタルマイクロ流体システム（１）のカートリッジ収容部（８）の最上面（５２）上の軟質フィルムで構成される下部層（３）を設け、前記最上面（５２）、カートリッジ収容部（８）にも設けられるガスケット（３６）、及び、軟質下部層（３）によって形成される真空スペース（４６）を形成し、
（ｅ）電極アレイ（９）又は下部基板（１１）を穿孔し、デ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部（８）に設けられる複数の吸引孔（３５）に接続される真空源（３３）を使用して、前記真空スペース（４６）内の負圧を生成し、ガスケット（３６）が真空スペース（４６）を封止し、真空スペース（４６）内の負圧により、軟質下部層（３）がデジタルマイクロ流体システム（１）のカートリッジ収容部（８）の最上面（５２）に取り付けられて覆い、
（ｆ）前記軟質下部層（３）の第１疎水面（１７´）に処理液を付加し、
（ｇ）硬質カバープレート（１２）を軟質下部層（３）上の下面（４８´）に配置し、接触させ、軟質下部層（３）の周辺部（４０）と共に封止状態で取り付けることにより、デジタルマイクロ流体システム（１）のカートリッジ収容部（８）に使い捨てカートリッジ（２）を組み付け、ガスケット（３６）が前記第１疎水面（１７´）と第２疎水面（１７´´）の間に所定の距離を形成し、
（ｈ）前記隙間（６）に少なくとも１つのサンプル液滴（２３）を付加し、エレクトロウェッティングにより前記サンプル液滴を処理する、
デジタルマイクロ流体システム（１）のカートリッジ収容部（８）の最上面（５２）に取り付けられて覆う方法。
【請求項２４】
前記ガスケット（３６）は、
（ａ）デジタルマイクロ流体システム（１）のカートリッジ収容部（８）であって、
（ｉ）最上面（５２）を形成する絶縁層（２４）、又は、
（ｉｉ）個々の電極（１０）の露出金属面と共に最上面（５２）を形成する下部基板（１１）
に固定されるカートリッジ収容部（８）、若しくは、
（ｂ）ガスケット（３６）が周辺部（４０）に固定される、使い捨てカートリッジ（２）の軟質下部層（３）の一部としてカートリッジ収容部（８）に設ける請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
硬質カバープレート（１２）を軟質下部層（３）の下面（４８´）に配置して接触させ、周辺部（４０）と共に封止状態で取り付けることは、カートリッジ収容部（８）のクランプ（３７）を利用して硬質カバープレート（１２）を押圧することにより強化される請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記隙間（６）に少なくとも１つのサンプル液滴（２３）を付加することは、液体操作システムの穿孔ピペットチップ（２０）と共に使い捨てカートリッジ（２）の穿孔可能膜（３１）を穿孔し、所望量のサンプル液滴を隙間（６）内に補給することにより行う請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１疎水面（１７´）で、エレクトロウェッティング又は幾らかの液滴（２３）中のサンプルを分析することによって液滴（２３）を処理した後、使い捨てカートリッジ（２）をデ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部（８）から取り出し、分析又は処分する請求項２３に記載の方法。
【国際調査報告】
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