專(zhuān)利名稱(chēng)：微流道裝置、連接裝置以及使用微流道裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有微流道的微流道裝置、與該微流道裝置連接并用于將物質(zhì)(如流體或氣體)注入微流道裝置的微流道或?qū)⑽镔|(zhì)排出微流道的連接裝置、以及該微流道裝置的使用方法。
現(xiàn)有技術(shù)描述為了將物質(zhì)(如流體或氣體)注入微流道裝置的微流道或?qū)⑽镔|(zhì)排出微流道，需要將專(zhuān)用于注入和排放的連接裝置與微流道裝置結(jié)合在一起。
在μTas’98 Workshop的會(huì)刊中，N.J.Mourlas等人在“NOVELINTERCONNECTION AND CHANNEL TECHNOLOGYIES FOR MICROFLUIDICS”(應(yīng)用流體學(xué)的新穎互連和通道技術(shù))(文件1)中舉例說(shuō)明了上面提到的這種微流道裝置和這種連接裝置，其中，在微流道裝置上形成了多個(gè)用作微流道裝置的入口和出口的開(kāi)口，這些開(kāi)口與微流道裝置的流道連通，樹(shù)脂或金屬制成的微型管粘到或壓到各個(gè)開(kāi)口中，用以借助各開(kāi)口和各管子為對(duì)應(yīng)流道注入或排放流體等等(第一常規(guī)示例)。
此外，在文件1中還舉例說(shuō)明了另一種微流道裝置和另一種連接裝置，其中，在微流道裝置上形成了多個(gè)用作微流道裝置入口和出口的開(kāi)口，它們與微流道裝置的流道連通，在各開(kāi)口周?chē)纬闪擞蒘iC或類(lèi)似物制成的墊層，從微流道裝置的入口和出口向其不同通孔插入塑料制成的裝配連接器，所述通孔通過(guò)熱粘附固定在裝配連接器最前端，這樣通孔與入口和出口形成配合，將微型管壓入各裝配連接器中，用以通過(guò)各裝配連接器和各管子為相應(yīng)的流道注入或排放流體等(第二常規(guī)示例)。
此外，該申請(qǐng)人在日本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)2001-136963中提出了一種微流道裝置，其中采用了一些接有由橡膠之類(lèi)的彈性體制成的管子的接頭，與接頭的這些管子連通的通孔作成外凸形狀，以便能壓到與微流道裝置的流道連通的入口和出口上，用以通過(guò)各管子為對(duì)應(yīng)流道注入或排放流體等(第三常規(guī)示例)。
但是，在第一常規(guī)示例中，由于需要管子壓擠和精確的管子粘結(jié)，這會(huì)降低這些管子與微流道裝置的開(kāi)口之間的接頭的密封可靠性，微流道裝置的生產(chǎn)率也會(huì)降低，從而增加了微流道裝置的生產(chǎn)成本。在微流道裝置的更換過(guò)程中，由于要解下接頭和外部管道的管子、然后再裝上，因此在將微流道裝置換成另一個(gè)時(shí)，如果需要將許多流道與管子和管道連接起來(lái)，就要花很多時(shí)間。此外，很難讓管道壓到管子上的工序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化。
在第二和第三常規(guī)示例中，裝配連接器和接頭被用于增加用于將管子與微流道裝置連接起來(lái)的部件的數(shù)量，于是需要保證每個(gè)部件的可靠性，微流道裝置的制造就變得很復(fù)雜。于是也象第一現(xiàn)有技術(shù)中那樣，降低了微流道裝置的生產(chǎn)率，增加了微流道裝置的生產(chǎn)成本。在該微流道裝置的交換過(guò)程中，也象第一常規(guī)示例中那樣，要再次將裝配連接器和接頭與對(duì)應(yīng)的開(kāi)口連接起來(lái)，這也增加了更換時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種微流道裝置和用于該微流道裝置的連接裝置，借此可以使用于注入或排放流體或氣體類(lèi)物質(zhì)的連接的自動(dòng)化，使其更容易實(shí)施，由此增強(qiáng)微流道裝置的可靠性和生產(chǎn)率，降低微流道裝置的生產(chǎn)成本，簡(jiǎn)化微流道裝置的交換過(guò)程，本發(fā)明的目的還在于提供該微流道裝置的使用方法。
鑒于本發(fā)明的目的，本發(fā)明的特征在于以下方面。
1.一種微流道裝置，包括基片和與所述基片結(jié)合的彈性體，其中在基片或彈性體的兩個(gè)結(jié)合表面上或任一個(gè)結(jié)合表面上形成一溝槽，用以構(gòu)成流道；在彈性體上形成通孔，它用作物質(zhì)的入口和/或出口，并與流道連通。
2.在第1項(xiàng)所述的微流道裝置中，在彈性體上整體地形成凸?fàn)罱宇^，它從通孔向外展開(kāi)，將接頭傾斜側(cè)壁的傾斜角設(shè)定為不小于45度、小于90度。
3.在向第2項(xiàng)所述的微流道裝置注入物質(zhì)或排放物質(zhì)的連接裝置中，設(shè)置了一個(gè)具有開(kāi)口的剛性件和接頭匹配部件，它們被設(shè)置以便圍繞著所述剛性件的開(kāi)口，微流道裝置的接頭緊壓住接頭匹配部件上，以便使接頭匹配部件的內(nèi)壁邊緣與接頭的傾斜側(cè)面的外圍邊緣接觸。
依照上面提到的微流道裝置和連接裝置，通過(guò)將接頭匹配部件緊壓住凸?fàn)罱宇^上，連接裝置與微流道裝置連接。在該情況下，由于接頭的傾斜側(cè)壁的傾斜角(例如參見(jiàn)圖2中的θ1)被設(shè)置不小于45度且小于90度，這樣使得接頭向下擴(kuò)展，通過(guò)接頭匹配部件內(nèi)壁邊緣的彈性形變，接頭匹配部件能精確而緊密地與接頭的外圍邊緣接觸。
因此，可以精確地實(shí)現(xiàn)用于在微流道裝置與連接裝置之間注入物質(zhì)的連接。如果將接頭的傾斜側(cè)壁的傾斜角設(shè)定在上述優(yōu)選角度范圍之外的其它角度范圍內(nèi)，傾斜側(cè)壁就不能與接頭匹配部件的內(nèi)壁邊緣充分接觸，從而可能使物質(zhì)的密封性能變差。在將起管子作用的另一接頭插到接頭開(kāi)口中時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)相同的功能/效果。
通過(guò)這種方式，依照本發(fā)明的微流道裝置和連接裝置，除了連接裝置外不再需要附加的連接部件(例如裝配連接器)，也不再需要附加額外連接部件的另一裝置。此外，也不再需要將微型管壓到入口和出口中。另外，作為連接裝置的剛性部件易于通過(guò)壓在其間與微流道裝置連接，因此就能利用給定儀器實(shí)現(xiàn)微流道裝置與連接裝置之間連接操作的自動(dòng)化。結(jié)果，就能簡(jiǎn)化連接操作和連接結(jié)構(gòu)，由此可以改善連接操作的可靠性，并可以降低連接成本。
4.在第1項(xiàng)所述的微流道裝置中，在彈性體上整體地形成了凹形接頭，以使其從通孔向外展開(kāi)，將接頭傾斜側(cè)壁的傾斜角設(shè)定為不小于45度、小于90度。
5.在為第4項(xiàng)所述的微流道裝置注入或向外排放物質(zhì)的連接裝置中，設(shè)置了一個(gè)具有開(kāi)口的剛性部件和接頭匹配部件，以便圍繞著所述剛性部件的開(kāi)口，微流道裝置的接頭被緊壓在接頭匹配部件上，使得接頭匹配部件的內(nèi)壁邊緣與接頭的傾斜側(cè)面的外圍邊緣接觸。
在第2和3項(xiàng)所述的微流道裝置中，在微流道裝置上形成了凸?fàn)罱宇^，在連接裝置上形成凹形接頭匹配部件用于微流道裝置和連接裝置之間的連接。與之相反，在第4和5項(xiàng)的微流道裝置和連接裝置中，在微流道裝置上形成了凹形接頭，在連接裝置上形成凸?fàn)罱宇^匹配部件用于微流道裝置與連接裝置之間的連接。在該情況下，也能取得與第2和3項(xiàng)相同的作用/效果。
6.在第1項(xiàng)所述的微流道裝置中，將與基片結(jié)合的彈性體的至少主表面由對(duì)基片的粘性材料制成。
依照第6項(xiàng)中的微流道裝置，由于不用粘結(jié)劑就能將基片和彈性體結(jié)合起來(lái)，所以容易制造微流道裝置。此外，接頭匹配部件的內(nèi)壁邊緣能與接頭的傾斜側(cè)壁緊密接觸。
7.在第6項(xiàng)所述的微流道裝置中，彈性體主要包括硅橡膠。
8.在第7項(xiàng)所述的微流道裝置中，硅橡膠主要包括聚二甲基硅氧烷。
該情況下，由于彈性體由主要含聚二甲基硅氧烷的硅橡膠制成，彈性體能精確而緊密地與基片結(jié)合在一起。
9.在根據(jù)第1-8項(xiàng)中的任一項(xiàng)所述的微流道裝置中，彈性體以可拆卸方式與基片結(jié)合起來(lái)。
在該情況下，在微流道裝置使用一定時(shí)間后，可用另一彈性體換下該彈性體。由此，就能減少生物物質(zhì)對(duì)微流道裝置的污染。此外，由于可將彈性體與基片分開(kāi)清洗，就容易地重復(fù)利用微流道裝置，這樣在微流道裝置使用一段時(shí)間后，不會(huì)浪費(fèi)掉微流道裝置的某些部件。此外，如果制備出帶有相應(yīng)各種溝槽的各種彈性體，就能以較低的成本制造出各種微流道裝置。
10.在第1項(xiàng)所述的微流道裝置的使用方法中，多個(gè)步驟被執(zhí)行如下將基片與彈性體結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成流道，在流道中注入要以化學(xué)方式反應(yīng)的物質(zhì)，通過(guò)指定的液體處理生成產(chǎn)物，以及分離彈性體后，在沒(méi)有基片或彈性體的情況下直接處理保持在彈性體和/或基片上的產(chǎn)物。
在該情況下，可以成分執(zhí)行液體處理，以生成反應(yīng)產(chǎn)物，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物可以實(shí)施選擇性液體處理。于是，使加工性能和操作性得到改善。
11.在第10項(xiàng)所述的使用方法中，液體處理是化學(xué)反應(yīng)，使得物質(zhì)包括反應(yīng)樣品，在分開(kāi)彈性體后測(cè)量作為反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)物。
在該情況下，利用簡(jiǎn)單儀器就能測(cè)量反應(yīng)產(chǎn)物，并可以提高測(cè)量靈敏度和精度。
12.在第10或11項(xiàng)所述的使用方法中，要與產(chǎn)物反應(yīng)的反應(yīng)物質(zhì)是固定在流道中的。
在該情況下，由于在分開(kāi)彈性體后反應(yīng)物質(zhì)能保持在流道中，于是就能容易而精確地進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。
13.在第10-12項(xiàng)的任一方面所述的使用方法中，該物質(zhì)包括至少一種反應(yīng)物質(zhì)。
在該情況下，由于物質(zhì)除了反應(yīng)樣品(例如液體樣品)外還包括反應(yīng)物質(zhì)(例如液體試劑)，就能在注入物質(zhì)的同時(shí)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。如果物質(zhì)包括兩種或兩種以上的反應(yīng)物質(zhì)，就能同時(shí)進(jìn)行各種化學(xué)反應(yīng)。
14.在第10項(xiàng)所述的使用方法中，液體處理是分離，使得物質(zhì)包括要分離的物質(zhì)，在分開(kāi)彈性體后收集產(chǎn)物作為分離產(chǎn)物。
在該情況下，能從注入到流道內(nèi)的物質(zhì)中分離出指定產(chǎn)物，直接收集和易于反應(yīng)。此外，還能提高產(chǎn)物的收集效率和反應(yīng)效率。
15.在第10-14項(xiàng)的任一項(xiàng)所述的使用方法中，基片和彈性體結(jié)合面中的任何一個(gè)被平坦地形成，在基片或彈性體的平坦結(jié)合面上對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行處理。
在該情況下，能同時(shí)進(jìn)行流道中的三維處理和平坦表面上的二維處理，這樣就容易在光學(xué)條件下同時(shí)實(shí)施產(chǎn)物生成操作和產(chǎn)物處理操作，而這以常規(guī)方式是不能實(shí)現(xiàn)的。因此，與常規(guī)技術(shù)相比，這增強(qiáng)了加工性能和操作性。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明為了更好地理解本發(fā)明，可參照附圖，其中

圖1是表示依照本發(fā)明的微流道裝置的第一實(shí)施例的立體圖；圖2是表示圖1所示微流道裝置和與該微流道裝置連接在一起的連接裝置的組合體的剖視圖，圖3是表示依照本發(fā)明的微流道裝置的第二實(shí)施例的立體圖，圖4是表示圖3所示微型定量裝置和與該微流道裝置連接在一起的連接裝置的組合體的剖視圖，圖5是表示依照本發(fā)明的微流道裝置的第三實(shí)施例和與該微流道裝置連接在一起的連接裝置的組合體的立體圖，圖6是表示圖5所示組合體的剖視圖，圖7是表示圖5所示組合體的部件的立體圖；
圖8是表示依照本發(fā)明的微流道裝置的第四實(shí)施例的分解立體圖；圖9是表示依照本發(fā)明的微流道裝置的第五實(shí)施例和與該微流道裝置連接在一起的連接裝置的組合體的立體圖，圖10是表示圖9所示組合體的剖視圖，以及圖11是表示圖9所示組合體的部件的立體圖。
本發(fā)明的最佳實(shí)施方式[第一實(shí)施例]圖1和2涉及依照本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖1是表示第一實(shí)施例的微流道裝置的立體圖，圖2是表示圖1所示的微流道裝置和與該微流道裝置連接在一起的連接裝置的組合體的剖視圖。
所示微流道裝置包括基片1-1和彈性體1-2，它們彼此結(jié)合在一起。在基片1-1和彈性體1-2的兩個(gè)結(jié)合面上或者在任一結(jié)合面上形成了構(gòu)成流道的溝槽。如圖2所示，在該實(shí)施例中，在彈性體1-2的結(jié)合面上形成了溝槽1-14，以構(gòu)成了流道1-3，通孔被形成以使得與流道1-3連通，用以構(gòu)成流體或氣體類(lèi)物質(zhì)的入口1-6和出口1-7。
此外，在入口1-6和出口1-7周?chē)c彈性體1-2整體地形成了凸起接頭1-4。該情況下，將接頭1-4的傾斜側(cè)壁1-12的傾斜角θ1設(shè)定為相對(duì)彈性體1-2的主表面不小于45度，且小于90度。
如圖2所示，用于微流道裝置注入或排放的連接裝置由剛性部件1-5構(gòu)成，其中形成了對(duì)應(yīng)于入口1-6和出口1-7的開(kāi)口1-8和1-9，在微流道裝置與連接裝置之間的連接區(qū)域上形成了凹形接頭匹配部件1-10，以便圍住開(kāi)口1-8和1-9。將接頭連接部件1-10的尺寸設(shè)定得小于凹形接頭1-4的尺寸。接頭匹配部件1-10的內(nèi)壁邊緣1-11與凹形接頭1-4的傾斜側(cè)壁1-12的外圍邊緣接觸，由此將剛性部件1-5、即連接部件與微流道裝置連接起來(lái)。
在該實(shí)施例中，微流道裝置和連接裝置按照這種方式通過(guò)凹形接頭匹配部件1-10與凸起接頭1-4壓接觸的方式彼此連接起來(lái)，其中所述接頭匹配部件1-10具有在作為連接裝置的剛性部件1-5中形成的開(kāi)口1-8和1-9，所述凸?fàn)罱宇^1-4具有在微流道裝置的彈性體1-2上形成的入口1-6和出口1-7。該情況下，將接頭1-4的傾斜側(cè)壁的傾斜角θ1設(shè)定為不小于45度、小于90度，這樣接頭1-4向下擴(kuò)展。由于接頭1-4的傾斜側(cè)壁1-12發(fā)生彈性形變，從而與接頭匹配部件1-10的內(nèi)壁邊緣1-11接觸，于是就能將要注入和排放的物質(zhì)準(zhǔn)確地密封在微流道裝置和連接裝置之間的連接處。
在此，如果將接頭1-4的傾斜側(cè)壁1-12的傾斜角θ1設(shè)定在上述優(yōu)選角度范圍之外的其它角度范圍內(nèi)，傾斜側(cè)壁1-12就不能與接頭匹配部件1-10的內(nèi)壁邊緣1-11充分接觸，由此可能會(huì)降低對(duì)要注入和排放物質(zhì)的密封性能。因此，優(yōu)選將傾斜角θ設(shè)定在上述優(yōu)選角度范圍內(nèi)。
在該實(shí)施例中，除了連接裝置外不再需要諸如裝配連接器之類(lèi)的附加連接部件，其中形成了入口1-8和出口1-9，作為流道與微流道裝置的流道1-3連通，也不再需要附加連接部件的另一裝置的附件。此外，也不再需要將微型管子壓到入口1-8和出口1-9中。在該實(shí)施例中，剛性部件1-5作為連接裝置，易于通過(guò)壓在其間而與微流道裝置連接，這樣就能利用指定儀器實(shí)現(xiàn)微流道裝置與連接裝置之間的連接操作自動(dòng)化。結(jié)果，可以簡(jiǎn)化連接操作和連接結(jié)構(gòu)，進(jìn)而可以改善連接操作的可靠性，降低連接成本。
如圖2所示，在該實(shí)施例中，接頭匹配部件1-10被形成在剛性部件5的入口1-8和出口1-9處作為連接裝置，但是可以形成在另一管形剛性部件上。
在該實(shí)施例中，在彈性體1-2上形成溝槽1-4以構(gòu)成流道1-3。然而，在基片1-1上還可形成另一溝槽以構(gòu)成另一流道。此外，還可在基片1-1和彈性體1-2上形成若干個(gè)溝槽，以便彼此配合構(gòu)成流道。這些情況下可以呈現(xiàn)出與該實(shí)施例相同的功能和效果。
彈性體1-2可由能粘住基片1-1的材料制成。該情況下，基片1-1和彈性體1-2不用任何粘結(jié)劑就能彼此結(jié)合形成流道。于是，連接操作就能簡(jiǎn)化得多，并且傾斜側(cè)壁1-12能與接頭匹配部件1-10的內(nèi)壁邊緣1-11牢牢接觸。
可將硅橡膠作為粘性材料的例子，尤其是粘結(jié)性能優(yōu)良的聚二甲基硅氧烷。利用硅橡膠能讓微流道裝置和連接裝置結(jié)合得更容易、更牢固。對(duì)于硅橡膠而言，優(yōu)選采用用于模塑構(gòu)圖的硅RVT橡膠KE一1310ST(這是它的商品名，由Shin-Etsu化學(xué)股份有限公司制造)。
理想的是以可拆卸方式將彈性體1-2與基片1-1結(jié)合在一起。該情況下，在微流道裝置使用一段時(shí)間后，彈性體1-2可被另一彈性體替換。由此，就能減少由于注入和排放的物質(zhì)對(duì)微流道裝置的污染。此外，由于能將彈性體1-2與基片1-1分開(kāi)洗滌，微流道裝置就容易再利用，這樣微流道裝置的某些部件在使用一段時(shí)間后也不會(huì)浪費(fèi)掉。另外，如果制備出具有各種各樣溝槽的各種彈性體，就能以較低的成本制造出各種微流道裝置。
在該實(shí)施例中，除了優(yōu)選的微流道裝置外，還可提供優(yōu)選的連接裝置和連接方法，借此可將諸如流體或氣體之類(lèi)的物質(zhì)從外部導(dǎo)入微流道裝置，它們可用作DNA毛細(xì)管陣列(微流道裝置)的連接裝置和連接方法，作為微流道裝置。
圖3和4涉及依照本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖3是表示第二實(shí)施例的微流道裝置的立體圖，圖4是表示圖3所示的微流道裝置和與該微流道裝置連在一起的連接裝置的組合體。
在該實(shí)施例中，所示微流道裝置包括基片2-1和彈性體2-2，它們象在第一實(shí)施例中那樣彼此結(jié)合在一起。在彈性體2-2的結(jié)合表面上形成了用于構(gòu)成流道2-3的溝槽2-14，形成與流道2-3連通的通孔，這些通孔構(gòu)成了流體或氣體之類(lèi)的物質(zhì)的入口2-6和出口2-7。此外，在該實(shí)施例中，與第一實(shí)施例不同的是，還在入口2-6和出口2-7周?chē)c彈性體2-2整體地形成了凹形接頭2-4。該情況下，將接頭2-4的傾斜側(cè)壁2-12的傾斜角度θ2設(shè)為相對(duì)彈性體2-2的主表面不大于45度、且小于90度。
連接裝置由剛性部件2-5構(gòu)成，其中形成了與入口2-6和出口2-7相對(duì)應(yīng)的開(kāi)口2-8和2-9，在微流道裝置和連接裝置之間的連接區(qū)域上形成了凸?fàn)罱宇^匹配部件2-10，以便圍繞在開(kāi)口2-8和2-9周?chē)?。將接頭匹配部件2-10的尺寸設(shè)定得小于凹形接頭2-4的尺寸。接頭匹配部件2-10的內(nèi)壁邊緣2-11與凹形接頭2-4的外圍邊緣接觸，以便將剛性部件2-5(即，連接裝置)與微流道裝置連接在一起。
在該實(shí)施例中，微流道裝置按照這種方式通過(guò)凸?fàn)罱宇^匹配部件2-10相對(duì)凹形接頭2-4的壓接觸彼此連接起來(lái)，這樣就能展現(xiàn)出與第一實(shí)施例相同的功能/效果。此外，彈性體2-2的上表面是平坦的，于是幾乎不會(huì)存在微流道裝置的輸送誤差，并且改善了微流道裝置的操作性。
在該實(shí)施例中，在入口2-8和出口2-9上形成的接頭匹配部件2-10還可設(shè)置在另一管形剛性部件上。
圖5到7涉及依照本發(fā)明的第三實(shí)施例。圖5是表示第三實(shí)施例的微流道裝置的立體圖，圖6是表示圖5所示微流道裝置和與該微流道裝置連在一起的連接裝置的組合體的剖視圖。圖7是表示圖5所示組合體的部件的立體圖。圖7(a)和(b)分別是表示連接裝置和微流道裝置的立體圖，圖7(c)和(d)分別是表示微流道裝置的彈性體和基片的立體圖。圖7(b)所示的微流道裝置由圖7(d)所示的基片3-1和圖7(c)所示的彈性體3-2構(gòu)成，它們彼此結(jié)合在一起。圖5和6所示的組合體由圖7(b)所示的微流道裝置和圖7(a)所示的連接裝置構(gòu)成，它們通過(guò)壓在其間而結(jié)合。
該實(shí)施例是對(duì)第一實(shí)施例的改進(jìn)，所以?xún)H描述該實(shí)施例的主要部分。
所示微流道裝置包括布置在下側(cè)的基片3-1和布置在上側(cè)的彈性體3-2。彈性體3-2用作圖5、6、7(b)和7(c)所示的基片3-1的蓋部件，這樣它是由聚二甲基硅氧烷(PDMS)利用模具通過(guò)整體澆鑄的方式制成的。在彈性體3-2上形成了用于注入懸浮液的懸浮液入口3-6，和在懸浮液經(jīng)過(guò)處理而通過(guò)彈性體3-2后用于收集懸浮液的五個(gè)出口3-7。此外，在這些入口3-6和3-7周?chē)€與彈性體3-2整體地形成了凸?fàn)罱宇^3-4。在該實(shí)施例中，與形成了凸?fàn)罱宇^3-4的主表面相對(duì)的彈性體3-2的后表面是平滑的。
基片3-1可由硅制成。如圖6和圖7(d)所示，在基片3-1的結(jié)合表面上形成了溝槽3-14以構(gòu)成流道3-3。基片3-1和彈性體3-2通過(guò)粘性PDMS將帶溝槽3-14的主表面與彈性體3-2的后表面粘結(jié)起來(lái)而彼此結(jié)合在一起，由此構(gòu)成微流道裝置。即，圖7(c)和(d)所示的部件豎直粘接，構(gòu)成圖7(b)所示的微流道裝置。
圖5、6和7(a)所示的連接裝置由鋁部件之類(lèi)的剛性部件構(gòu)成，其中形成了與入口3-6和出口3-7相對(duì)應(yīng)的開(kāi)口3-8和3-9，在剛性部件3-5的后表面上形成了凹形接頭匹配部件3-10。然后，將注入和排放用的管子3-15與接頭匹配部件3-10連接起來(lái)，使其與開(kāi)口3-8和3-9連通。在圖5、6和7(a)中，切掉了管子3-15的未連接端(最前部)。
如圖5和6所示，連接部件可被緊壓住微流道裝置，使其與后者連接，讓接頭匹配部件3-10與接頭3-4配合，接頭匹配部件3-10的內(nèi)壁邊緣3-11壓靠在接頭3-4的傾斜側(cè)壁3-12的外圍邊緣上。即，圖7中，圖7(a)和(b)所示的部件豎直結(jié)合，以此構(gòu)成圖5和6所示的組合體。
依照該實(shí)施例，能夠展示出與第一和第二實(shí)施例相同的功能/效果。在該實(shí)施例中，剛性部件3-5上形成的(6個(gè))接頭匹配部件3-10和(6個(gè))接頭3-4連成一塊，由此容易實(shí)現(xiàn)連接操作的自動(dòng)化。此外，由于彈性體3-2由粘性和彈性?xún)?yōu)良的PDMS制成，于是通過(guò)利用PDMS的粘性和彈性就能精確地密封接頭匹配部件3-10的邊緣3-11與接頭3-4之間的連接。
可對(duì)該實(shí)施例作出改進(jìn)和修改。例如，接頭3-4的數(shù)量并不限于該實(shí)施例所示的六個(gè)，而是可以是組合體中所需的任何數(shù)目。此外，與各接頭3-4相對(duì)應(yīng)的接頭匹配部件3-10可由多個(gè)剛性部件構(gòu)成。
此外，基片3-1可由硅以外的玻璃或熔融石英制成，彈性體3-2可由PDMS之外的任何其它彈性材料制成，例如乳膠。
此外，可以各種圖形形成流道，除了在基片3-1上形成溝槽外，還可在彈性體3-2上形成溝槽，既在基片3-1上又在彈性體3-2上形成溝槽。
此外，如果采用了能通過(guò)例如酶反應(yīng)、抗體抗原反應(yīng)和核酸雜交反應(yīng)或發(fā)光反應(yīng)之類(lèi)的生物反應(yīng)與例如血成分和核酸這樣的物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)的試劑，該組合體可用作反應(yīng)器。可將試劑布置在彈性體和基片中的任何一個(gè)上。該情況下，反應(yīng)后可以更換彈性體和基片中的任意一個(gè)。于是，通過(guò)更換能重新使用微流道裝置，微流道裝置的部件也就不會(huì)浪費(fèi)。該改進(jìn)適用于第一和第二實(shí)施例。
圖8是表示涉及依照本發(fā)明的微流道裝置的第四實(shí)施例的重要部分的分解立體圖。在該實(shí)施例中，局部地鑿出彈性體4-2的溝槽4-14，用兩個(gè)基片4-1將彈性體4-2夾起來(lái)，構(gòu)成流道4-3?；?-1優(yōu)選由光學(xué)透明材料制成。該情況下，能容易實(shí)現(xiàn)外部觀察或光學(xué)測(cè)量。圖8中，用參考數(shù)字4-4表示接頭，分別用參考數(shù)字4-6和4-7表示入口和出口。
圖9到11涉及依照本發(fā)明的第五實(shí)施例。圖9是表示第五實(shí)施例的微流道裝置和與該微流道裝置連接的連接裝置的組合體的立體圖，圖10是表示圖9所示組合體的剖視圖。然后，圖11是表示圖9所示組合同的部件的立體圖。圖11(a)和(b)分別是表示連接裝置和微流道裝置的立體圖，圖11(c)和(d)分別是表示從上側(cè)和下側(cè)觀察時(shí)的彈性體的立體圖。圖11(b)的微流道裝置由圖11(c)和(d)所示的基片5-1和彈性體5-2構(gòu)成，它們彼此結(jié)合在一起。圖9和10所示的組合同由圖11(b)所示的微流道裝置和圖11(a)所示的連接裝置構(gòu)成，它們通過(guò)壓擠方式結(jié)合。
該實(shí)施例是對(duì)第二實(shí)施例的改進(jìn)，因此由于該實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)于第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)類(lèi)似，所以?xún)H描述該實(shí)施例的主要部分。
所示微流道裝置包括下側(cè)布置的基片5-1和上側(cè)布置的彈性體5-2。如圖9、10、11(b)到11(d)所示，彈性體5-2用作基片5-1的蓋部件，這樣它由聚二甲基硅氧烷(PDMS)采用模具通過(guò)整體澆鑄的方式制成。在彈性體5-2上形成了用于注入懸浮液的懸浮液入口5-16和在懸浮液經(jīng)過(guò)處理而通過(guò)彈性體5-2后收集該懸浮液的三個(gè)出口5-6和5-7。此外，在要連接的主表面上，于入口5-16和出口5-6；5-7周?chē)c彈性體5-2一體地形成了凹形接頭5-4。然后在彈性體5-2的后表面上形成溝槽5-14，它構(gòu)成了圖11(d)所示的流道5-3。然后在溝槽5-14上形成支柱5-17。
如圖10所示，基片5-1由平板玻璃制成?；?-1和彈性體5-2利用粘性PDMS彼此結(jié)合，構(gòu)成微流道裝置。
圖9、10和11(a)所示的連接裝置由諸如鋁部件之類(lèi)的剛性部件構(gòu)成，其中形成了與入口5-16和出口5-6；5-7連通的開(kāi)口5-8和5-9，在剛性部件5-5的后表面上形成了構(gòu)成接頭匹配部件5-10用的管道5-18，在剛性部件5-5的主表面上形成了注入和排放用的管道5-15。在圖9、10和11(a)中，切掉了管道5-15的未連接端(最前端)。
如圖9和10所示，連接部件可被緊壓住微流道裝置，并與其連接起來(lái)，使接頭匹配部件5-10與接頭5-4匹配，接頭匹配部件5-10的內(nèi)壁邊緣5-11緊壓在接頭5-4的傾斜側(cè)壁5-12的外圍邊緣上。即，在圖11中，圖11(a)和(b)所示的部件豎直地結(jié)合，構(gòu)成圖9和10所示的組合體。在此，圖10是微流道裝置與連接裝置之間的組合體的橫截面圖，其中橫向布置了三個(gè)出口5-6和5-7。
在該實(shí)施例中，可將微流道裝置用作DNA芯片，在其中固定著DNA探針。該情況下，將DNA探針固定在基片的流道中。由于基片是平坦的，就可通過(guò)常規(guī)固定方式進(jìn)行DNA探針的固定，例如點(diǎn)樣法、利用噴墨法的點(diǎn)固化法或者利用光學(xué)反應(yīng)的光學(xué)固化法。
在基片上形成了DNA探針之后，利用彈性體的粘性將彈性體與基片結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成微流道裝置。如果彈性體由硅樹(shù)脂制成，基片與彈性體之間連接的密封足以不漏流體，由于彈性體壓住基片與彈性體之間的接頭上，彈性體容易形變。因此，優(yōu)選的是采用硅樹(shù)脂彈性體。
結(jié)果，如果在微流道上形成了能讓不同種類(lèi)的流體在里面流動(dòng)的多個(gè)流道，在流動(dòng)操作過(guò)程中流體不會(huì)發(fā)生混合，流道不會(huì)破裂，這樣就能將微流道裝置用于化學(xué)反應(yīng)、提取或流道洗滌之類(lèi)的液體處理。由于基片在液體處理之后可以拆下來(lái)，因此可通過(guò)市場(chǎng)可購(gòu)買(mǎi)的測(cè)量裝置測(cè)量里面固定了DNA探針的基片。
具體而言，可將要測(cè)量的含核酸的液體樣品注入圖1-4所示的流道1-3或2-3中，通過(guò)流道內(nèi)的核酸雜交反應(yīng)生成產(chǎn)物。該情況下，要同時(shí)或先后注入含能與靶核酸反應(yīng)的核酸探針的液體試劑。該情況下，要適當(dāng)控制注入壓力和排放壓力，以便將液體樣品泵送入流道中，在靶核酸與核酸之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。按照這種方式就能在流道內(nèi)三維地進(jìn)行核酸雜交反應(yīng)。
在反應(yīng)了一段時(shí)間之后，將彈性體1-2或2-2從基片1-1或2-1上取下，研究留在基片或彈性體上的液體樣品。例如，可利用熒光測(cè)量裝置進(jìn)行研究。該情況下要測(cè)量液體樣品發(fā)出的熒光強(qiáng)度。在熒光測(cè)量過(guò)程中，由于能直接測(cè)量液體樣品的熒光，因此與測(cè)量流道內(nèi)的液體樣品的熒光不同的是，這樣可以增強(qiáng)測(cè)量靈敏度。具體而言，在采用圖1-4所示的微流道裝置的情況下，由于基片是平坦的，就可在基片的流道內(nèi)以高密度固定不同種類(lèi)的核酸探針。這樣，如果以三維方式進(jìn)行核酸雜交反應(yīng)，并以二維方式進(jìn)行測(cè)量，那么就能高效而有效地實(shí)現(xiàn)反應(yīng)量的提高和各種測(cè)量。
采用液體試劑的化學(xué)反應(yīng)和測(cè)量適用于上面提到的所有實(shí)施例。該情況下，理想的是在微流道裝置上形成用于保持測(cè)量時(shí)所用的液體試劑的溝槽或微孔。采用固定試劑的化學(xué)反應(yīng)和測(cè)量適用于上面提到的所有實(shí)施例。該情況下，由于微流道裝置可分成基片和彈性體，理想的是將固定試劑設(shè)置在基片或彈性體的平坦表面上?？赏ㄟ^(guò)點(diǎn)固化法或光學(xué)固化法實(shí)現(xiàn)固定試劑的設(shè)置。此外，優(yōu)選多次將固定試劑設(shè)置在微流道裝置的流道內(nèi)?？赏ㄟ^(guò)增加或減少點(diǎn)樣數(shù)量或光學(xué)照射數(shù)量來(lái)控制固化長(zhǎng)度。
如果將作為DNA試劑的核酸探針固定到平面基片上，而不在彈性體內(nèi)形成流道，就可二維地進(jìn)行使用核酸探針的化學(xué)反應(yīng)。該情況下，用于化學(xué)反應(yīng)的核酸探針數(shù)量與三維化學(xué)反應(yīng)相比是很小的，并且化學(xué)反應(yīng)的攪拌作用也不足。結(jié)果，所得液體樣品的測(cè)量靈敏度也變差。實(shí)際上，在載玻片(寬約25mm，長(zhǎng)約76mm)的核酸雜交反應(yīng)中，由于PDMS制成的、里面形成了的溝槽的彈性體(寬約25mm，長(zhǎng)約76mm)與載玻片結(jié)合，測(cè)量強(qiáng)度很大。相反，在蓋玻片上的核酸雜交反應(yīng)中，由于要在給定反應(yīng)溫度下于上面有液體樣品的蓋玻片上安裝另一蓋玻片，所以測(cè)量靈敏度很小。在前一反應(yīng)中，于載玻片的中央?yún)^(qū)域(在寬20mm、長(zhǎng)20mm的范圍內(nèi))形成了六條流道。以與載玻片的流道相匹配的方式進(jìn)行固定和彈性體溝槽的形成。通過(guò)這種方式，盡管在微流道裝置上形成了多個(gè)流道(例如六個(gè)流道)，但在每個(gè)流道上都能進(jìn)行液體處理，而不會(huì)發(fā)生相鄰流道的混合。
除了化學(xué)反應(yīng)以外，給定流體(液體或氣體)的分離和收集也可適用于上面提到的所有實(shí)施例。該情況下，基片和彈性體彼此結(jié)合，構(gòu)成微流道裝置，利用該微流道裝置實(shí)施三維分離。三維分離是指親和色譜、電泳遷移等。然后，分離后從基片和/或彈性體上分開(kāi)彈性體，以便能容易地收集所得產(chǎn)物。可在給定化學(xué)反應(yīng)中進(jìn)行分離和收集。
分開(kāi)彈性體后，通過(guò)點(diǎn)固化或類(lèi)似方式將指定試劑加到流體中，以便在收集之前或代替收集進(jìn)行流體與試劑之間的選擇性反應(yīng)。然后，在分開(kāi)彈性體之后，清洗基片和/或彈性體。該情況下能夠減少?gòu)U物污染，并能重復(fù)地再利用基片和/或彈性體。
在依照本發(fā)明的上述實(shí)施例的使用過(guò)程中，通過(guò)這種方式可以實(shí)施復(fù)合液體處理，該處理是采用了基片和彈性體的組合體的三維液體處理和分開(kāi)彈性體后對(duì)三維液體處理所形成的產(chǎn)物的二維液體處理的組合。該情況下，最多能利用上面提到的所有實(shí)施例。
下面將描述依照本發(fā)明的第五實(shí)施例的功能和效果。接頭的使用能給出與前面所提實(shí)施例相同的作用/效果。即，由于在同一剛性部件5-5上形成了(四個(gè))接頭匹配部件5-10，這些接頭匹配部件5-10與接頭5-4連成一塊。由此就簡(jiǎn)化了連接操作，從而容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。具體而言，如果彈性體5-2由高粘性和彈性的PDMS構(gòu)成，由于PDMS的粘性和彈性，就能容易地制造出微流道裝置，并能精確密封接頭5-4與接頭匹配部件5-1之間的連接。
可對(duì)第五實(shí)施例作出改進(jìn)和修改。例如，接頭5-4的數(shù)目并不限于該實(shí)施例所示的四個(gè)，而是可以是組合體所需的任何數(shù)目。此外，入口5-8和出口5-6；5-7的總數(shù)也不限于該實(shí)施例所示的四個(gè)，而是可以是組合體所需的任意數(shù)量。此外，可在多個(gè)剛性部件上形成與各接頭5-4相對(duì)應(yīng)的接頭匹配部件5-10。另外，基片5-1還可由玻璃以外的硅或熔融石英制成，彈性體5-2可由PDMS以外的乳膠之類(lèi)的其它彈性材料制成。
微流道裝置與連接裝置之間的連接不再取決于微流道裝置的流道結(jié)構(gòu)。因此圖11(d)中所示的溝槽5-14的結(jié)構(gòu)是示例性的，而非限制性的。溝槽5-14可設(shè)置在基片5-1上，或者既設(shè)置在基片5-1上又設(shè)置在彈性體5-2上。
盡管參照以上例子詳細(xì)描述了本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于上述公開(kāi)內(nèi)容，可在不脫離本發(fā)明范圍的情況下做出各種變化和改進(jìn)。例如，可在彈性體的側(cè)面而非在它的主表面上形成凸?fàn)罨虬夹蔚慕宇^。
(工業(yè)可用性)依照本發(fā)明，能容易地實(shí)現(xiàn)注入和排放物質(zhì)(如流體或氣體)的連接，以及使之自動(dòng)化。此外，還改進(jìn)了連接的可靠性。基于此，能以較低的成本和較高的生產(chǎn)率提供微流道裝置和在上述連接的情況下連接的連接裝置。此外，微流道裝置和/或連接裝置可以被容易地更換。
在微流道裝置和連接裝置的使用中，可以充分地實(shí)施液體處理以產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)物，能對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物實(shí)施選擇性的液體處理。因此可以改善處理性能和操作性。
權(quán)利要求
1.一種微流道裝置，包括基片和與所述基片結(jié)合的彈性體，其中在所述基片和所述彈性體的結(jié)合表面的兩個(gè)結(jié)合表面或任意一個(gè)結(jié)合表面上形成溝槽，以構(gòu)成流道，在所述彈性體上形成一通孔，它用作物質(zhì)的入口和/或出口，并與所述流道連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流道裝置，其中在所述彈性體上以整體方式形成一凸?fàn)罱宇^，以使其從所述通孔向外展開(kāi)，所述接頭的傾斜側(cè)壁的傾斜角設(shè)定為不小于45度和小于90度。
3.一種連接裝置，用于將物質(zhì)注入權(quán)利要求2所述的微流道裝置或?qū)⑽镔|(zhì)排出微流道裝置，它包括具有開(kāi)口的剛性部件和接頭匹配部件，它們被設(shè)置以便圍繞在所述剛性部件的所述開(kāi)口周?chē)?，其中所述微流道裝置的接頭緊壓住所述接頭匹配部件，使得所述接頭匹配部件的內(nèi)壁邊緣與所述接頭的傾斜側(cè)面的外圍邊緣接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流道裝置，其中在所述彈性體上以整體方式形成一凹形接頭，以使其由所述通孔向外展開(kāi)，所述接頭的傾斜側(cè)壁的傾斜角設(shè)定為不小于45度、小于90度。
5.一種向權(quán)利要求4所述的微流道裝置注入物質(zhì)或從微流道裝置向外排放的連接裝置，它包括具有開(kāi)口的剛性部件和接頭匹配部件，它們被設(shè)置以便圍繞在所述剛性部件的所述開(kāi)口周?chē)渲兴鑫⒘鞯姥b置的接頭緊壓住所述接頭匹配部件，使得所述接頭匹配部件的內(nèi)壁邊緣與所述接頭的傾斜側(cè)面的外圍邊緣接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流道裝置，其中，與所述基片結(jié)合的所述彈性體的至少主表面由對(duì)所述基片的粘性材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微流道裝置，其中所述彈性體主要包括硅橡膠。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微流道裝置，其中所述硅橡膠主要包括聚二甲基硅氧烷。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的微流道裝置，其中所述彈性體以可拆卸方式與所述基片結(jié)合。
10.一種使用權(quán)利要求1所述微流道裝置的方法，包括以下步驟將基片與彈性體結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成流道，將要以化學(xué)方式反應(yīng)的物質(zhì)注入所述流道中，以通過(guò)指定的液體處理生成產(chǎn)物；以及在分開(kāi)所述彈性體后，在不存在所述基片或所述彈性體的情況下，直接處理在所述彈性體和/或所述基片上保持的所述產(chǎn)物。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的使用方法，其中所述液體處理是化學(xué)反應(yīng)，使得所述物質(zhì)包括反應(yīng)樣品，在分開(kāi)所述彈性體后將所述產(chǎn)物作為反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行測(cè)量。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的使用方法，其中要與所述產(chǎn)物反應(yīng)的反應(yīng)物質(zhì)被固定在所述流道中。
13.根據(jù)權(quán)利要求10-12中任一項(xiàng)所述的使用方法，其中所述物質(zhì)包括至少一種反應(yīng)物質(zhì)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的使用方法，其中所述液體處理是分離，使得所述物質(zhì)包括要分離的物質(zhì)，在分開(kāi)所述彈性體后，將所述產(chǎn)物作為分離產(chǎn)物進(jìn)行收集。
15.根據(jù)權(quán)利要求10-14中任一項(xiàng)所述的使用方法，其中使所述基片和所述彈性體的任一個(gè)結(jié)合表面平坦地形成，所述產(chǎn)物在所述基片或所述彈性體的所述平坦結(jié)合表面上接受處理。
全文摘要
一種微流道裝置，其中通過(guò)結(jié)合基片和彈性體，并在其結(jié)合表面上形成溝槽，以形成流道，在彈性體中形成用作注入口和排放注入材料的排放口的通孔，在通孔的開(kāi)口上形成凸出或凹入形的整體接頭，其具有斜角為45度至小于90度的傾斜側(cè)壁。然將用于引導(dǎo)注入材料進(jìn)出微流道裝置的連接裝置壓接在接頭上，從而可以容易地實(shí)現(xiàn)了用于注入和排放流體和氣體之類(lèi)的物質(zhì)的連接，并使之自動(dòng)化，還能容易地實(shí)現(xiàn)裝置更換。
文檔編號(hào)B01L3/00GK1568427SQ0281997
公開(kāi)日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2002年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月9日
發(fā)明者崎純, 蓧原悅夫 申請(qǐng)人:奧林巴斯株式會(huì)社