專利名稱：微流體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微流體裝置。具體地說，本發(fā)明涉及一種閉環(huán)裝置，其包含用于繞環(huán)路移動流體試樣的一個或多個泵。該裝置尤其應(yīng)用于小型生物測定芯片。
背景技術(shù)：
最近對生物測定裝置設(shè)計的研發(fā)已經(jīng)集中在微流體，也就是小體積試樣和反應(yīng)物繞微流道的移動方面。在Ho的美國專利申請2004/0132218中描述了這樣一種裝置。Ho描述了一種復(fù)雜的小型生物測定芯片設(shè)計，其具有多個多反應(yīng)井和多個密封的反應(yīng)物腔。生物芯片具有微蓋裝置，所述微蓋裝置刺穿反應(yīng)物腔的密封以將反應(yīng)物釋放到反應(yīng)井內(nèi)。Ho裝置不可以用于微型泵并由此局限于相當(dāng)簡單的應(yīng)用。
Kuo在美國專利申請2003/0233827中描述的系統(tǒng)在可行的反應(yīng)物數(shù)量方面更簡單但包含膜片微型泵并由此能夠在微芯片上的區(qū)域之間移動試樣和反應(yīng)物。與許多微芯片系統(tǒng)相同，Kuo因在移動的流體后面形成真空而難以使流體繞芯片移動。為此，Kuo具有部分打開系統(tǒng)。打開系統(tǒng)并不適合大多生物測定應(yīng)用，尤其是用于長期存儲或涉及危險檢定(致癌物等)的應(yīng)用。
Singh在包括美國專利申請2002/0098122和國際專利申請WO02/057744的同族專利中描述了對(可行)可用的系統(tǒng)最全面的描述。Singh描述了一種裝有試樣并放置在讀出裝置中的可置換微流體生物芯片。該生物芯片具有多個通過讀出裝置中的電磁鐵進(jìn)行磁致動的止回閥和膜片泵。由于采用靜態(tài)電磁鐵和止回閥，Singh限制了生物芯片的通用性。
Kamholz在美國專利No.6408884和No.6415821中描述了一種有效形式的泵，并且在其中列出了許多參考文件。Kamholz描述了一種采用磁場沿微流道移動褐鐵礦ferrogel)塊以使所述塊之前或后面的流體移動的鐵磁流體泵。Kamholz僅公開出裝置具有至少一個流體入口和至少一個流體出口，從而使流體流過該裝置。Kamholz沒有公開閉環(huán)裝置。
轉(zhuǎn)讓給I-Stat Corporation的美國專利申請No.5096669中描述了一種用于采用手持式讀出裝置和可置換微芯片進(jìn)行流體分析的系統(tǒng)。所述微芯片采用毛細(xì)作用將試樣吸入芯片內(nèi)并吸入可降壓氣泡以促使試樣流過傳感器。這種I-Stat裝置不是閉合裝置并且不適于長期存儲。所述設(shè)計僅可以進(jìn)行流體的簡單移動。
在轉(zhuǎn)讓給NTU Ventures Pte Ltd.的國際申請WO2003/035229中描述了另一種設(shè)計。這種NTU裝置是流通式而不是閉環(huán)設(shè)計。為了添加和去除試樣、緩沖劑、流動促進(jìn)流體等而存在多個入口和出口。即使一些反應(yīng)物預(yù)先存儲在裝置上，該NTU裝置也需要使用者連續(xù)交互作用以執(zhí)行診斷測試。所述裝置還需要布置閥以防止流入不必要的通道和腔內(nèi)。
在轉(zhuǎn)讓給Motorola Inc，的美國專利申請No.2005/0009101中描述了一種裝有多個收集粘結(jié)配位體位置的微流體裝置。Motorola專利申請描述了采用閥控制試樣再循環(huán)多次通過粘結(jié)位置，以主要提高信號強(qiáng)度。將閥結(jié)合在微流體裝置上增加了復(fù)雜性和成本。
在轉(zhuǎn)讓給Hewlett-Packard Company的美國專利申請No.2004/0248306中描述了一種大體上被動的微流體裝置。這種Hewlett-packard裝置完全依靠毛細(xì)作用使流體試樣流過裝置。為了使毛細(xì)作用有效，需要空氣處理腔。依賴毛細(xì)作用嚴(yán)重限制了裝置的通用性和有效性。
在Streen Ostergard和Gert Blankenstein的國際申請WO1999/49319中可以發(fā)現(xiàn)微流道技術(shù)另一引人注意的應(yīng)用。它們的裝置是利用場在活化區(qū)域之間移動顆粒的“非流動”微流道系統(tǒng)。一種示例是使試樣與粘結(jié)在磁珠上的反應(yīng)物相互作用并利用磁場使所述珠移動通過通道，并由此通過緩沖劑和反應(yīng)物。
盡管存在有多種可用的微流體裝置，但仍需要提供一種裝置，其中在試樣已經(jīng)導(dǎo)入裝置之后在無需使用者干預(yù)的情況下可以完成進(jìn)行試樣分析的所有必須的處理步驟。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種閉環(huán)微流體裝置。
從以下描述中將會清楚地了解到其它目的。
在一種形式中(盡管如此其不一定是唯一或?qū)嶋H上是最寬泛的形式)，本發(fā)明涉及一種閉環(huán)微流體裝置，包括主體在主體上形成的至少一個微流道，所述微流道形成閉合環(huán)路；至少一個可密封的輸入口，用于將試樣輸送到所述至少一個微流道內(nèi)；以及與所述至少一個微流道流體連通的至少一個泵，所述泵接收外部原動力。
優(yōu)選地，所述裝置還包括定位在主體內(nèi)并與所述至少一個微流道流體連通的至少一個收集區(qū)域。
所述裝置優(yōu)選還包括定位在主體內(nèi)并與所述至少一個微流道流體連通的至少一個檢測區(qū)域。所述檢測區(qū)域和收集區(qū)域適當(dāng)?shù)乜梢允菍?shí)現(xiàn)兩個功能的單個區(qū)域。
可以存在至少一種反應(yīng)物，其容納在主體內(nèi)的腔中并且可以在泵的作用下移動通過所述至少一個微流道。
適當(dāng)?shù)兀霰檬氰F磁流體泵并且所述外部原動力是磁場。所述泵施加力以拉動和推動流體通過微流道。
所述裝置優(yōu)選具有使所述可密封輸入口與一個或多個腔以及一個或多個區(qū)域相連的多個微流道。
在另一形式中，本發(fā)明涉及一種在閉環(huán)微流體裝置中處理試樣的方法，包括以下步驟通過輸入口將計量數(shù)量的所述試樣吸入到在裝置主體上形成的微流道內(nèi)，所述微流道形成閉合環(huán)路；密封輸入口以閉合所述裝置；以及向泵施加外部原動力以使試樣從輸入口移動到至少一個活化區(qū)域內(nèi)，所述泵施加力以拉動和推動試樣通過微流道。


為了有助于理解本發(fā)明，現(xiàn)在將參照附圖描述優(yōu)選實(shí)施方式，其中圖1是表示閉環(huán)微流體裝置操作原理的示意圖；圖2是表示試樣導(dǎo)入第一實(shí)施方式的具有一區(qū)域的閉環(huán)微流體裝置中的示意圖；
圖3表示試樣移動進(jìn)入所述區(qū)域；圖4表示試樣移動通過所述區(qū)域；圖5表示容納在裝置中的反應(yīng)物；圖6表示反應(yīng)物移動通過所述區(qū)域；圖7是第二實(shí)施方式的閉環(huán)微流體裝置的示意圖；圖8是沿圖7中的AA截取的該實(shí)施方式的橫截面示意圖；圖9表示圖8所示視圖具有預(yù)變形壓力結(jié)構(gòu)；圖10表示圖9所示實(shí)施方式裝入試樣；圖11表示具有兩個微流道環(huán)路的閉環(huán)微流體裝置的第三實(shí)施方式；圖12表示流體試樣在第一泵的作用下繞圖11所示裝置移動；圖13表示流體試樣在第二泵的作用下繞圖11所示裝置移動；圖14表示流體試樣再次在第一泵的作用下繞圖11所示裝置移動；圖15表示生物測定芯片的簡圖；圖16表示生物測定芯片一種實(shí)施方式的詳細(xì)示意圖；圖17表示生物測定芯片讀出裝置的圖像；圖18表示生物測定芯片讀出裝置操作的示意圖；圖19表示圖16所示生物測定芯片操作的第一步驟；圖20表示圖16所示芯片操作的第二步驟；圖21表示圖16所示芯片操作的第三步驟；圖22表示圖16所示芯片操作的第四步驟；
圖23表示圖16所示芯片操作的第五步驟；圖24表示第二實(shí)施方式的生物測定芯片操作的第一步驟；圖25表示圖24所示芯片操作的第二步驟；以及圖26表示圖24所示芯片操作的第三步驟。
具體實(shí)施例方式
在描述本發(fā)明不同實(shí)施方式時，共用的附圖標(biāo)記被用于表示相同的部件。
參照圖1，示出了包括主體11和閉環(huán)微流道12的微流體裝置10的示意圖。泵13使流體試樣14繞環(huán)路移動。由于所述微流道是閉環(huán)的，因此泵可以如箭頭所示推動和拉動試樣。
泵13可以從多種合適的泵中選取。優(yōu)選的泵是利用磁場使鐵磁性塊移動通過微流道的鐵磁流體泵。其它合適的泵包括蠕動泵、注射器活塞、微懸臂和微轉(zhuǎn)子推進(jìn)器。
如圖2所示，液體試樣14可以在泵13停止的同時通過包括注入口15a，15b的試樣輸入口15導(dǎo)入微流道12內(nèi)。停止的泵防止試樣流體移動流過除注入口15a，15b之間之外的微流道。液體試樣注入一個口比如說15a內(nèi)，微流道中的空氣通過另一注入口15b排出。由于導(dǎo)入試樣的體積可以不大于注入口15a，15b之間的微流道的容積，因此這種結(jié)構(gòu)可使計量數(shù)量的液體試樣導(dǎo)入微流體裝置中。
一旦流體試樣14已經(jīng)裝入微流道12內(nèi)，則注入口15a，15b例如通過如圖3所示的蓋16a，16b得到密封。泵13致動將試樣14通過微流道例如移動到活化區(qū)域17。
將會認(rèn)識到一旦注入口15a，15b利用蓋16a，16b得到密封，則所述裝置完全閉合。這一點(diǎn)在所述裝置被用于對致癌或病源試樣進(jìn)行測定的情況下特別有利。然而，該裝置不一定必須用于該用途。其可以特別適用于長期存儲生物試樣。一旦試樣導(dǎo)入微流體裝置，則其可以長時間免受污染。該裝置的優(yōu)選實(shí)施方式由可以存儲在絕對零度或在其附近以及真空下的醫(yī)用塑料構(gòu)成。發(fā)明人相信該裝置非常適用于生物試樣例如血液的長期存儲。
如上所述，圖2所示的優(yōu)選實(shí)施方式包括在一種實(shí)施方式中是存儲區(qū)域的活化區(qū)域17。為了長期存儲，試樣14可以保持在區(qū)域17處，但通常優(yōu)選的是，泵13使試樣14繼續(xù)移動通過區(qū)域17，如圖4所示，從而將重要成分18保留在區(qū)域17處。在這種情況下區(qū)域17被認(rèn)為是用于從試樣14中收集并保持重要成分18的收集區(qū)域。這些重要成分可以在無限時間內(nèi)存儲在閉環(huán)微流體裝置中。
圖2-4所示的實(shí)施方式使試樣可以長時間存儲并且使重要成分可以從試樣中提取出來并得到存儲。發(fā)明人相信該裝置將會應(yīng)用于存儲血液、提取血液成分以存儲、以及存儲天然和合成提取物。試樣可以包含在后續(xù)分析例如基因定型、鑒定或法醫(yī)檢定分析中被收集并免受降解的核酸。該裝置特別適用于長期存儲刑事案件中使用的遺傳證據(jù)。
在許多應(yīng)用中將會需要利用微流體裝置10中攜帶的反應(yīng)物處理試樣。圖5所示的實(shí)施方式表明反應(yīng)物19可以在試樣14導(dǎo)入之前放置在微流道12內(nèi)。從在前論述中可以清楚地了解到，試樣14可以在泵13停止的同時在不會擾動反應(yīng)物19的情況下通過注入口15a，15b導(dǎo)入并鎖定在適當(dāng)位置。一旦注入口15a，15b得到密封并且泵13得到致動，則試樣14移動通過微流道12。反應(yīng)物19也以相同的速度移動通過微流道12。如圖6所示，重要成分18被收集在區(qū)域17處并被反應(yīng)物19沖洗。泵13的繼續(xù)操作將使反應(yīng)物19移動經(jīng)過重要成分18到達(dá)泵13附近的位置并將試樣14移動到注入口15a，15b附近的位置。
圖7表示包括主體21和閉環(huán)微流道22的微流體裝置20的第二實(shí)施方式。泵23使流體試樣24繞環(huán)路22移動通過區(qū)域27。
流體試樣24在泵23停止的同時通過試樣注入口25導(dǎo)入微流道22內(nèi)。當(dāng)流體注入口25內(nèi)時，壓力由壓力容納結(jié)構(gòu)26吸收。該壓力容納結(jié)構(gòu)可以具有多種形式，但一種適當(dāng)?shù)男问绞敲芊庥谠谥黧w21上形成的空腔28上的可變形膜片，在圖8中可以最清楚地看到。
在圖7所示實(shí)施方式中，試樣24在壓力容納結(jié)構(gòu)變形的同時注入微流道22內(nèi)。圖9表示壓力容納結(jié)構(gòu)26預(yù)變形并且可以被用作吸入機(jī)構(gòu)的變形實(shí)施方式。使用者填充注入口25并且結(jié)構(gòu)26被(手動或自動)釋放以將試樣24吸入空腔28內(nèi)，如圖10所示。
圖1-10中公開的總的操作原理可以應(yīng)用于更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。圖11表示包括雙環(huán)路微流道52的微流體裝置50的實(shí)施方式，所述微流道52包括具有泵53的第一環(huán)路52a和具有泵54的第二環(huán)路52b。第一流體塊55位于第一環(huán)路52a內(nèi)并且第二流體塊56位于第二環(huán)路52b內(nèi)。這些流體塊可以是通過上述方法中的一種導(dǎo)入的試樣或者可以是預(yù)先定位在環(huán)路內(nèi)的反應(yīng)物。
當(dāng)?shù)诙?4停止并且第一泵53致動時，第一流體塊55如箭頭所示被驅(qū)動通過環(huán)路52a。塊55將如圖12所示繞環(huán)路移動。由于與第二環(huán)路52b中的壓力相比，泵53在塊55的后面產(chǎn)生更高的壓力并在前面產(chǎn)生更低的壓力，因此塊55不會移動到第二環(huán)路52b內(nèi)。
如圖13所示，可以通過斷開第一泵53并致動第二泵54而使第二流體塊56繞環(huán)路52b移動。將會認(rèn)識到任何一個泵都可以使流體塊移動通過環(huán)路之間的共用微流道。一旦第一流體塊55已經(jīng)移入第二環(huán)路52b內(nèi)，則第二泵54可以停止并且第一泵53重新致動，但在相反方向上。這樣將會驅(qū)動流體塊56進(jìn)入第一環(huán)路52a，如圖14所示。
圖11-14所示的連續(xù)操作表明閉環(huán)微流體裝置如何被用于在無需任何移動部件(在鐵磁流體泵的情況下)或機(jī)械閥的情況下操縱流體試樣。可以構(gòu)造復(fù)雜的裝置(都將落入本發(fā)明的范圍內(nèi))移動流體試樣和反應(yīng)物以進(jìn)行收集、復(fù)雜處理和分析。
在圖15中示意性示出了具有腔的復(fù)雜生物測定芯片。該生物測定芯片總體標(biāo)示為60，并包括其中形成多個通道62和腔63的塑料主體61。下文參照結(jié)合了芯片讀出裝置80的芯片60的操作更詳細(xì)地描述通道和腔各自的作用，如圖17所示。在一些實(shí)施方式中，連接器64在芯片60和讀出裝置80之間傳送電信號。
在圖16中示出了一種實(shí)施方式的生物測定芯片詳細(xì)的布置示意圖。在該實(shí)施方式中芯片被構(gòu)造成分析小的化學(xué)或生物試樣以檢測一個或多個目標(biāo)物質(zhì)。該芯片被構(gòu)造成包括磁性收集區(qū)域70以及電活化檢測區(qū)域71，所述檢測區(qū)域71在該實(shí)施方式中是檢測由收集區(qū)域釋放的帶電顆粒中的信號的電極布置。第一鐵磁流體泵72使來自第一腔73的溶液移動通過多個通道例如74。第二鐵磁流體泵75使來自第二腔76的另一溶液移動通過多個通道。試樣在口77處導(dǎo)入芯片60內(nèi)。
所述生物測定芯片包括多個被動的止動結(jié)構(gòu)，從而可以使反應(yīng)物容納在各個腔內(nèi)。一般地說，止動結(jié)構(gòu)最小的橫截面尺寸比第二通道最小的橫截面尺寸小，足以使得相差的毛細(xì)力防止來自第一通道的流體利用毛細(xì)作用通過止動結(jié)構(gòu)，并在第二通道中沒有任何流體時吸入第二通道內(nèi)。
在本領(lǐng)域中已知的是，鐵磁流體泵通過在磁場的作用下移動的鐵磁流體滴形成。在優(yōu)選實(shí)施方式中，磁性油滴72a，75a在例如由移動的磁鐵產(chǎn)生的外加場的作用下在腔72b，75b內(nèi)移動。
下文參照具體應(yīng)用更詳細(xì)地描述芯片60。如上所述，芯片60操作作為閉環(huán)系統(tǒng)。一旦試樣導(dǎo)入芯片60內(nèi)，則對試樣沒有任何外部接觸。鐵磁流體泵操作以使試樣和溶液繞芯片移動并且通過連接器采集信號。
芯片讀出裝置80具有容納芯片70的容室81。連接器64與讀出裝置中相應(yīng)的連接器82對準(zhǔn)。當(dāng)門83關(guān)閉時，可以在顯示器84上得到可以進(jìn)行的測試的項目單并且可以采用按鈕85進(jìn)行選擇。當(dāng)完成測試時，用過的芯片60通過按壓按鈕86排出。發(fā)明人期望可以置換芯片60，盡管如此可以想到利用可以再次使用的芯片。
圖18表示芯片讀出裝置80的功能構(gòu)件的示意性框圖。讀出裝置中心是數(shù)字信號處理器或其它處理構(gòu)件90。在該構(gòu)件中完成所有的控制和分析過程。盡管被示為單個構(gòu)件，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到通常通過多個集成電路和分立構(gòu)件提供所述功能。一對致動器91，92提供使油滴72a，75a沿腔72b，75b移動的原動力。在一種簡單的實(shí)施方式中，致動器是在測定芯片60之下線性移動的磁鐵。還可以通電產(chǎn)生磁場。可以想到比簡單的線性運(yùn)動更復(fù)雜的運(yùn)動。來自檢測區(qū)域71的信號經(jīng)由連接器64和82進(jìn)入DSP 90?？梢栽陲@示器84上得到測試結(jié)果。讀出裝置還可以具有用于與計算機(jī)相連以進(jìn)行更詳細(xì)地離線分析的外部存取端口(未示出)。
如上所述，讀出裝置和芯片并不局限于任何特定檢測方法。讀出裝置可以包括其它可選擇的檢測裝置，例如光電二極管93。在該實(shí)施方式中信號由讀出裝置直接讀取并且不需要任何連接器64，82。
為了更清楚地理解測定芯片60的操作，參照圖19-23所示的芯片布置描述一種具體的示例。芯片60初始充有在緩沖劑腔73中的緩沖劑溶液100和在清潔劑腔76中的清潔劑溶液101。油滴72a，75a分別容納在泵腔72b，75b內(nèi)。
在使用中，從讀出裝置的測試項目單中選取一種測試。通過在具有指示種(reporter species)和磁珠的測試瓶中混合幾分鐘來制備試樣102，所述指示種和磁珠都涂敷有能夠識別和收集試樣中的分析物的化學(xué)或生物受體。該分析物被收集在磁珠和指示種之間。適當(dāng)?shù)闹甘痉N包括但不局限于樹突基體(dendrimers)、乳膠珠、脂質(zhì)體、膠體金、熒光材料、可視材料、生物和化學(xué)發(fā)光材料、酶、核酸、肽、蛋白質(zhì)、抗體和核酸適體(aptamer)。受體可以是生物細(xì)胞、蛋白質(zhì)、抗體、肽、抗原、核酸、核酸適體、酶、或其它生物受體以及化學(xué)受體。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，指示種是填充大量標(biāo)記分子的脂質(zhì)體，使得每個分析物分子此時間接攜帶大量標(biāo)記分子，其在具有溶解劑的脂質(zhì)體溶解之后降得到釋放，從而導(dǎo)致直接的信號放大。存留在脂質(zhì)體中合適的標(biāo)記物包括熒光染料、可視染料、生物和化學(xué)發(fā)光材料、酶基片、酶、放射性材料和電活化材料。合適的溶解劑包括表面活性劑例如辛烷基吡喃型葡萄糖、十二烷基鈉硫酸鹽、二氧化鈉膽酸鹽、非離子活性劑-20、以及三硝基甲苯X-100。備選地，可以采用補(bǔ)充溶解。
將會認(rèn)識到可以采用磁珠之外的其它收集系統(tǒng)并且具體制備將取決于測試特性和試樣特性。此外，本發(fā)明并不局限于任何特定的測試構(gòu)造并包括直接和間接的競爭性和非競爭性測定。發(fā)明人想到可利用的測試范圍會隨著時間而擴(kuò)大。然而，為了說明設(shè)定了具體的試樣制備方法。
試樣102加入如圖19所示的口77中。施加并壓緊(104)蓋103以迫使試樣102通過通道105填入試樣腔106。多余的試樣填入廢料腔107以通過排氣口108排出空氣。排氣口108關(guān)閉并且密封的測定芯片60布置在讀出裝置80中。
讀出裝置80中的磁性致動器91致動以驅(qū)動油滴72a通過腔72b，由此迫使緩沖劑溶液100進(jìn)入被動的止動結(jié)構(gòu)110并通過通道111，如圖20所示。緩沖劑溶液涌入試樣腔106并迫使試樣102流向磁性收集區(qū)域70。磁珠和脂質(zhì)體顆粒109被收集在磁性收集區(qū)域70內(nèi)并由緩沖劑溶液100沖洗，如圖21所示。緩沖劑溶液洗掉任何粘結(jié)不牢的顆粒并由此確保產(chǎn)生低背景信號。
當(dāng)?shù)谝淮判灾聞悠魅匀黄鹱饔脮r，讀出裝置80中的第二磁性致動器92致動以沿腔75b驅(qū)動油滴75a，由此迫使清潔劑溶液101從腔76中流入通道120(圖21)內(nèi)。當(dāng)通道120充滿清潔劑時，磁性致動器91停止。清潔劑101因此流向區(qū)域70。當(dāng)清潔劑101達(dá)到磁性收集區(qū)域70時，清潔劑使脂質(zhì)體爆噴(burst)(圖22)。電活化帶電顆粒112通過電極71回涌并且產(chǎn)生診斷信號(圖23)。該信號由讀出裝置80中的DSP 90通過連接器64和連接器82接收。
鐵磁流體泵72，75的操作時刻對測定芯片的操作很關(guān)鍵。第二泵75剛好在第一泵72的沖程結(jié)束之前起動。這樣確保使帶入氣泡的危險降低。清潔劑進(jìn)入通道131同時泵72仍然在操作，由此一些清潔劑流到緩沖劑后面并收集氣泡132，如圖22所示。當(dāng)泵72停止時，泵75的繼續(xù)操作迫使清潔劑101橫過收集區(qū)域70。
檢測器71被設(shè)計成適于在測定芯片60中實(shí)施的特定測試。在優(yōu)選實(shí)施方式中，檢測器是具有交錯(互成角度配置的)電極的電極陣列，其被設(shè)計成放大檢測信號，并且指示種是收集電活化標(biāo)記物的脂質(zhì)體。
盡管優(yōu)選實(shí)施方式采用兩個鐵磁流體泵，但將會認(rèn)識到本發(fā)明并不局限于此。圖24是采用單個鐵磁流體泵210的芯片200的結(jié)構(gòu)圖。此外，芯片并不局限于檢測電活化物質(zhì)。圖24所示的實(shí)施方式采用光電檢測技術(shù)，其中在光敏試樣通過窗口212時通過讀出裝置中的光電二極管93對其進(jìn)行檢測。
與第一實(shí)施方式相同，芯片預(yù)裝有緩沖劑201和反應(yīng)物202。試樣203被制備并導(dǎo)入到口204內(nèi)。試樣在蓋207施加壓力時填入氣泡收集器205中，多余的試樣進(jìn)入廢料腔206。排氣口208關(guān)閉并且排氣口209打開，如圖25所示。鐵磁流體泵210致動以通過通道221泵送緩沖劑201，由此迫使試樣203橫過收集區(qū)域211并進(jìn)入廢料腔222內(nèi)，如圖25所示。同時，反應(yīng)物202被吸入止動結(jié)構(gòu)224內(nèi)。
通道例如220足夠小以存在適當(dāng)?shù)谋砻鎻埩?。因此只要排氣?09打開，試樣203和緩沖劑201就會流入廢料腔222內(nèi)。
一旦緩沖劑201達(dá)到廢料腔222則排氣口209關(guān)閉。鐵磁流體泵210反向，使得其迫使反應(yīng)物202通過氣泡收集器225和通道226到達(dá)收集區(qū)域211。反應(yīng)物202與收集區(qū)域211處的顆粒反應(yīng)以產(chǎn)生通過窗口212得到檢測的化學(xué)發(fā)光。
可以預(yù)計，具體應(yīng)用中需要其它鐵磁流體泵設(shè)計。
已經(jīng)描述了用于電檢測和光電檢測系統(tǒng)的微流體裝置的應(yīng)用。將會認(rèn)識到本發(fā)明并不局限于任何特定檢測系統(tǒng)，實(shí)際上如在前所述，所述裝置可以僅用于存儲而不用于任何檢測系統(tǒng)。還將認(rèn)識到本發(fā)明并不局限于特定的微流道數(shù)量或構(gòu)造。盡管所述實(shí)施方式被描述成具有一個或兩個微流道環(huán)路，但對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是本發(fā)明可以擴(kuò)展到不同程度地流體連接的多個環(huán)路。
整個說明書的目的是描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式而不是要將本發(fā)明限制在任何一種實(shí)施方式或具體的特征組合。
權(quán)利要求
1.一種閉環(huán)微流體裝置，包括主體在主體中形成的至少一個微流道，所述微流道形成閉合環(huán)路；至少一個可密封的輸入口，用于將試樣輸送到所述至少一個微流道內(nèi)；以及與所述至少一個微流道流體連通的至少一個泵，所述泵接收外部原動力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，還包括位于主體內(nèi)并與所述至少一個微流道流體連通的一個或多個活化區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，所述一個或多個活化區(qū)域中的至少一個包括適于存儲試樣的存儲區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，所述一個或多個活化區(qū)域中的至少一個包括適于收集一種或多種試樣成分的收集區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，所述一個或多個活化區(qū)域中的至少一個包括適于檢測一種或多種試樣成分的檢測區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，所述一個或多個活化區(qū)域中的至少一個包括適于收集試樣或試樣成分的收集區(qū)域，并且所述一個或多個活化區(qū)域中的至少一個包括適于檢測一種或多種試樣成分的檢測區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，還包括位于主體內(nèi)并與所述至少一個微流道流體連通的一個或多個腔。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，所述一個或多個腔中的至少一個容納至少一種可以在泵的作用下移動通過所述至少一個微流道的反應(yīng)物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，所述泵是鐵磁流體泵，并且所述外部原動力是磁場。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，包括使所述可密封輸入口與一個或多個腔以及一個或多個活化區(qū)域相連的多個微流道。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，所述可密封輸入口將計量數(shù)量的試樣輸送到所述至少一個微流道內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，還包括與所述可密封輸入口流體連通的壓力容納結(jié)構(gòu)，該壓力容納結(jié)構(gòu)在試樣被輸送到所述至少一個微流道內(nèi)時吸收壓力。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，還包括與所述可密封輸入口流體連通的吸入機(jī)構(gòu)，該吸入機(jī)構(gòu)將試樣吸入所述至少一個微流道內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，還包括一個或多個可密封廢料口。
15.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，所述一個或多個活化區(qū)域中的至少一個是檢測來自所述試樣的信號的電極。
16.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，所述一個或多個活化區(qū)域中的至少一個是磁性收集區(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，還包括數(shù)據(jù)傳送裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，所述一個或多個活化區(qū)域中的至少一個是光電檢測區(qū)域，其檢測來自所述試樣中的光敏顆粒的信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，包括兩個相連的微流道，一個泵與每個微流道流體連通。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，包括位于主體內(nèi)的至少兩個腔，一個腔與每個微流道流體連通，其中一個腔包含緩沖劑溶液并且一個腔包含清潔劑。
21.一種在閉環(huán)微流體裝置中處理試樣的方法，包括以下步驟通過輸入口將計量數(shù)量的所述試樣吸入到在裝置主體上形成的微流道內(nèi)，所述微流道形成閉合環(huán)路；密封輸入口以閉合所述裝置；以及向泵施加外部原動力，以使試樣從輸入口移動到至少一個活化區(qū)域內(nèi)，所述泵施加力以拉動和推動試樣通過微流道。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟在第一活化區(qū)域收集試樣；以及利用裝置中預(yù)存儲的反應(yīng)物處理試樣。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，還包括使外部原動力致動以將反應(yīng)物從預(yù)存儲腔移動到第一活化區(qū)域的步驟。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟在第一活化區(qū)域收集試樣；利用裝置中預(yù)存儲的反應(yīng)物處理試樣；以及在第二活化區(qū)域分析試樣。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，還包括使外部原動力致動，以將反應(yīng)物從預(yù)存儲腔移動到第一活化區(qū)域并將試樣從第一活化區(qū)域移動到第二活化區(qū)域的步驟。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述第一活化區(qū)域是收集區(qū)域，并且第二活化區(qū)域是檢測區(qū)域。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述第一活化區(qū)域和第二活化區(qū)域聯(lián)合定位成收集和檢測區(qū)域。
28.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，還包括使外部原動力反向以使試樣的移動方向反向的步驟。
29.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，還包括向第二泵施加外部原動力以使反應(yīng)物移動通過第二微流道從而與所述試樣反應(yīng)的步驟。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，還包括向所述泵或所述第二泵施加外部原動力以使反應(yīng)物從腔移動到活化區(qū)域的步驟。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，還包括依次向所述泵和所述第二泵施加外部原動力以使所述試樣和反應(yīng)物以受控方式移動通過所述微流道和所述第二微流道的步驟。
32.一種閉環(huán)微流體裝置，包括主體；在主體中形成的第一微流道，所述微流道形成閉合環(huán)路；在主體中形成并與第一微流道流體連通的第二微流道，所述第二微流道形成閉合環(huán)路；與第一微流道流體連通的一個或多個腔；與第二微流道流體連通的一個或多個腔；用于將試樣輸送到所述第一或第二微流道中的一個內(nèi)的至少一個可密封輸入口；與第一微流道流體連通并接收外部原動力以使流體移動通過所述第一微流道的第一泵；與第二微流道流體連通并接收外部原動力以使流體移動通過所述第二微流道的第二泵；以及位于主體內(nèi)并與所述第一或第二微流道中的至少一個流體連通的一個或多個活化區(qū)域。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，包括在所述第一微流道中的緩沖劑存儲腔。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，包括在所述第二微流道中的清潔劑存儲腔。
35.根據(jù)權(quán)利要求32所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，所述第一微流道和所述第二微流道具有共用流道部分。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，包括在所述共用流道部分中的收集區(qū)域。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，所述收集區(qū)域是磁性收集區(qū)域。
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，包括在所述共用流道部分中的檢測區(qū)域。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的閉環(huán)微流體裝置，其特征在于，所述檢測區(qū)域包括檢測來自所述試樣的信號的電極。
40.一種用于閉環(huán)微流體裝置的讀出裝置，所述閉環(huán)微流體裝置包括主體；在主體中形成的至少一個微流道，所述微流道形成閉合環(huán)路；用于將試樣輸送到所述至少一個微流道內(nèi)的可密封輸入口；與所述至少一個微流道流體連通的至少一個泵，所述泵接收外部原動力；以及位于主體內(nèi)并與所述至少一個微流道流體連通的一個或多個活化區(qū)域；所述讀出裝置包括容納所述閉環(huán)微流體裝置的容室；提供所述外部原動力的一個或多個致動器；與所述一個或多個活化區(qū)域中的至少一個信號連通并從中接收表示所述試樣的信號的連接器；以及提供控制所述致動器的信號并分析從所述連接器接收的信號以表征所述試樣的信號處理器。
全文摘要
一種閉環(huán)微流體裝置具有至少一個形成在主體上的微流道(74)以及與微流道流體連通的泵(72)。該泵由外部原動力致動以推動和拉動流體通過微流道。形成與微流道流體連通的多個腔(73，76)以存儲反應(yīng)物。反應(yīng)物在泵的作用下移動通過微流道。還在微流道上形成多個活化區(qū)域(70，71)。在活化區(qū)域進(jìn)行多種反應(yīng)和診斷。試樣通過可密封輸入口(77)導(dǎo)入微流道內(nèi)。微流道形成閉合環(huán)路，所有所需的反應(yīng)物和診斷劑容納在閉環(huán)微流體裝置內(nèi)。試樣完全在閉環(huán)微流道內(nèi)得到處理和分析。
文檔編號B01L3/00GK101031500SQ200580032736
公開日2007年9月5日 申請日期2005年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月28日
發(fā)明者塞德里克·埃米爾·弗朗索瓦·羅比約, 布雷特·托馬斯·凱特爾, 克勞斯·斯特凡·德雷澤, 達(dá)利博爾·達(dá)迪奇, 查爾斯·奧蓋爾斯貝·梅斯, 西蒙·喬納森·斯彭斯 申請人:克利弗蘭生物傳感器私人有限公司