專利名稱：微流體測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有微通道的流體容器和包括這種容器的用于檢驗(yàn)流體的測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在生物學(xué)和醫(yī)藥學(xué)領(lǐng)域，在集成平臺中對小樣本進(jìn)行檢驗(yàn)變得越來越重要。此類平臺通常具有微通道，所述微通道容納并引導(dǎo)有待處理的，例如有待輸送、起反應(yīng)或測量的流體成分。US6030581公開了一種測試平臺，其集成在一種類似光盤(CD)的裝置內(nèi)，并且包括用于操縱樣本流體的不同機(jī)構(gòu)。具體地，所述測試平臺可以包括帶有金屬箔的閥門，其需要集成線路，從而實(shí)現(xiàn)通過電壓進(jìn)行切換。

發(fā)明內(nèi)容
基于這種情況，本發(fā)明的目的在于提供對小流體樣本進(jìn)行檢驗(yàn)的機(jī)構(gòu)，所述機(jī)構(gòu)使用可靠，并且能夠以經(jīng)濟(jì)有效的方式生產(chǎn)。
這一目的是通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體容器和根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于流體的測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。在相關(guān)權(quán)利要求內(nèi)公開了優(yōu)選實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明的流體容器包括微通道，其容納和引導(dǎo)有待處理和/或檢驗(yàn)的(氣態(tài)或液態(tài))流體。術(shù)語“微通道”將表明允許對微小樣本進(jìn)行分析的流體容器的小型化。所述微通道通常為矩形，其高度為1到1000μm，優(yōu)選為10到100μm，其中，所述通道的寬度不是非常關(guān)鍵的設(shè)計(jì)參數(shù)，其通常處于1到1000μm的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，在至少一個(gè)微通道內(nèi)在固定的位置設(shè)置至少一個(gè)“有源元件”，其方式為，使來自光源的光束能夠抵達(dá)所述有源元件，所述光源相對于所述流體容器可以處于內(nèi)部或外部。所述(單色或多色的)光束的波長通常處于350nm到850nm的范圍內(nèi)，但是在需要的情況下也可以采用其他波長(例如紅外線)。根據(jù)定義，所述有源元件可以在光線作用下從非激活態(tài)轉(zhuǎn)化為激活態(tài)，其中，所述有源元件在所述“非激活態(tài)”和“激活態(tài)”內(nèi)將分別呈現(xiàn)不同的形狀。這里，術(shù)語“形狀”既指外形也指尺寸，例如將具有不同直徑的兩個(gè)球體看作具有不同的形狀。具體地，不同的形狀可以與體積和/或沿至少一個(gè)方向的范圍的差值有關(guān)，所述差值優(yōu)選大于5％，最優(yōu)選大于20％(相對于較小的體積/范圍而言)。因此，所述差值明顯大于與我們通常體驗(yàn)的由于加熱導(dǎo)致的每種材料的熱膨脹相關(guān)的差值?？傮w上，在激活態(tài)和非激活態(tài)下，所述有源元件的稠度都應(yīng)當(dāng)是非液態(tài)，從而使所述有源元件在這些狀態(tài)下大體呈現(xiàn)既定形狀。
由于上述類型的流體容器不需要任何電氣設(shè)備或線路，因而能夠以非常經(jīng)濟(jì)有效的方式制造。作為替代，可以通過由適當(dāng)材料構(gòu)成的有源元件實(shí)現(xiàn)諸如閥門或泵的針對流體流的控制元件，其中光束可以進(jìn)入所述適當(dāng)材料。例如，可以通過與光盤播放器的讀出/寫入裝置類似的光學(xué)系統(tǒng)生成所述光束。其優(yōu)點(diǎn)在于可以采用很多市面可得部件，并且能夠在無需直接的機(jī)械接觸的情況下對流體容器進(jìn)行控制。此外，還可以經(jīng)常將所述光源用于實(shí)現(xiàn)其他目的，例如，用于樣本的光學(xué)分析。
對于在光線作用下改變其形狀的有源元件而言，各種不同的實(shí)現(xiàn)都是可能的。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，所述有源元件包括的材料(例如蠟)為，如果向所述材料增加熱量或從所述材料去除熱量，那么在大約10℃到大約80℃的溫度范圍內(nèi)，最優(yōu)選在大約30℃到大約40℃的范圍內(nèi)，所述材料將發(fā)生相變(phase transition)。在這種情況下，利用了與適當(dāng)材料的物理相變相關(guān)的體積變化，因此無需以復(fù)雜的方式設(shè)計(jì)有源元件的結(jié)構(gòu)，只需簡單地將一定數(shù)量或質(zhì)量的材料用作所述有源元件。例如，所述相變可以是固相、液相和氣相之間和/或不同類型的固相(晶體結(jié)構(gòu))之間的變換之一。
在對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)中，所述有源元件包括凝膠，具體而言，包括具有上臨界溶解溫度(upper-crytical solution temperature)的水凝膠。在諸如水的溶劑內(nèi)，這樣的水凝膠在低溫下溶解并膨脹，在升高的溫度下發(fā)生相分離，即溶劑釋出，凝膠塌縮(collapses)。此類凝膠的相關(guān)體積變化可以高達(dá)200％或更高。可以任選對所述凝膠進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使之具有增大的表面積，以提高反應(yīng)速度，加快擴(kuò)散過程。
在對上述實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)當(dāng)中，所述有源元件包括將所吸收的光轉(zhuǎn)換為熱量的轉(zhuǎn)換材料。所述轉(zhuǎn)換材料可以與所述凝膠非勻質(zhì)或勻質(zhì)混合或化學(xué)鍵合，其優(yōu)點(diǎn)在于，通過整個(gè)有源元件吸收光，從而實(shí)現(xiàn)快速、均勻變換。或者，可以將所述轉(zhuǎn)換材料與所述凝膠分立設(shè)置，甚至可以選擇與之通過中間保護(hù)層隔離，在這種情況下，必須將所述轉(zhuǎn)換材料中生成的熱量傳導(dǎo)至所述凝膠。
可以利用有源元件的形狀變化實(shí)現(xiàn)對流體容器內(nèi)的流體流的有效控制。例如，可以將所述有源元件設(shè)置在微通道內(nèi)，從而使其在膨脹狀態(tài)下阻塞所述微通道。因此，所述有源元件起著使流體流有選擇地通過微通道或?qū)⑵浣刂沟拈y門的作用。
根據(jù)在流控制中的另一應(yīng)用，沿微通道的至少一個(gè)壁設(shè)置所述有源元件，使所述有源元件在其膨脹狀態(tài)下將流體從所述微通道驅(qū)出。此外，所述有源元件可以在其膨脹狀態(tài)下阻塞或不阻塞所述微通道。在這種情況下，更重要的作用在于，將一定量的流體從微通道的體積內(nèi)排出，從而使所述有源元件起到泵的作用。
所述流體容器的微通道可以至少部分被諸如玻璃或透明塑料的透明材料覆蓋。之后，在這樣的微通道內(nèi)設(shè)置有源元件，使光束易于抵達(dá)有源元件，從而激發(fā)向激活態(tài)的預(yù)期變換。
本發(fā)明還涉及一種用于流體(尤其是體積通常處于100nl到1000μl量級的的少量流體)的測試系統(tǒng)，其包括下述組件上述類型的流體容器，即，具有其內(nèi)設(shè)置了至少一個(gè)光束可及的有源元件的微通道，其中，可以通過光使所述有源元件轉(zhuǎn)化為具有不同形狀的激活態(tài)。
光學(xué)系統(tǒng)，用于通過光束有選擇地照射所述流體容器的有源元件。
上述試驗(yàn)系統(tǒng)提供了用于在上述類型的流體容器內(nèi)操控樣本的完整布置。在這種情況下，通過由光學(xué)系統(tǒng)，即在流體容器外部產(chǎn)生的光控制流體容器內(nèi)的有源元件。因此，能夠盡可能使流體容器保持簡單，例如，僅包括微通道、有源元件和樣本。當(dāng)然，可以將上文所述的流體容器的所有具體實(shí)施例與測試系統(tǒng)結(jié)合采用。因此，要想了解有關(guān)所述測試系統(tǒng)的細(xì)部特征、優(yōu)點(diǎn)和改進(jìn)的更多信息，請參考前述說明。
在對所述測試系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)中，所述光學(xué)系統(tǒng)包括控制器，所述控制器用于根據(jù)對所述有源元件的預(yù)期作用控制所述光束的位置、強(qiáng)度和/或持續(xù)時(shí)間。如果有源元件，例如，在微通道內(nèi)起著閥門作用，那么所述閥門應(yīng)當(dāng)能夠在一定時(shí)間內(nèi)保持開啟，所述光束必須保證這一點(diǎn)，例如，提供足夠的能量以維持水凝膠中的相變并補(bǔ)償流動的流體的冷卻效應(yīng)。
此外，所述光學(xué)系統(tǒng)可以包括用于采用經(jīng)聚焦的激光束掃描流體容器內(nèi)部的區(qū)域的機(jī)構(gòu)。具體地，這樣的機(jī)構(gòu)可以源自于光盤播放器的讀出和/或?qū)懭雴卧呙韬途劢辜す馐膬?yōu)點(diǎn)在于只需設(shè)置一個(gè)光源即可實(shí)現(xiàn)對多個(gè)有源元件的控制。通常，由于有源元件內(nèi)的熱過程存在慣性，能夠以足夠快的速度執(zhí)行掃描，從而基本上同時(shí)切換大量有源元件。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，所述測試系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)可以用于執(zhí)行對樣本的光學(xué)處理。例如，其能夠生成光束，并將其引導(dǎo)到樣本當(dāng)中，其能夠誘發(fā)某些過程，例如，化學(xué)反應(yīng)或熒光的激發(fā)。此外，所述光學(xué)系統(tǒng)可以用于采集從樣本射出(反射、透射、發(fā)射、……)的光，以測量樣本的光學(xué)特性。
通過參考下文所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其他方面將變得顯而易見并得到闡釋。


在下文中將借助附圖通過舉例的方式描述本發(fā)明，在附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的測試系統(tǒng)的原理圖，其采用了與吸收染料混合的水凝膠；
圖2示出了圖1所示的流體容器的備選實(shí)施例，其采用了由轉(zhuǎn)換材料構(gòu)成的分立層；圖3-5示出了將根據(jù)本發(fā)明的有源元件應(yīng)用于流體的泵送和引導(dǎo)的三個(gè)連續(xù)階段。
具體實(shí)施例方式
就醫(yī)療護(hù)理和藥理學(xué)開發(fā)而言，在類似流體容器10的小型化集成流體平臺上對生物學(xué)樣本進(jìn)行分析具有越來越高的重要性。但是，在實(shí)踐當(dāng)中，這項(xiàng)技術(shù)的成功強(qiáng)烈依賴于此類裝置的可靠性、操作簡便性和低成本。插置在讀取器內(nèi)的手持式一次性盒(disposablecartridges)必須執(zhí)行樣本的準(zhǔn)備、混合、過慮和測量等復(fù)雜的步驟序列以及取決于生物檢定類型和探測類型的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)等。這一步驟序列要求在微通道內(nèi)對流體體積進(jìn)行精確的操控。
人們已經(jīng)針對這一目的提出了很多種方案。第一類方案是所謂的無源流體裝置。無源裝置利用外部機(jī)械力，例如帶有隔膜的推針、流體泵、離心力或壓縮空氣(氣壓傳送)等。無源裝置受到有限的功能性和易損壞的接口的影響。在此類系統(tǒng)當(dāng)中，盒與讀取器之間的機(jī)械和/或流體接口要求具有高精確度以及得到可靠的維護(hù)。
第二類是有源裝置，其中，在并非帶有“機(jī)械”接口，而是帶有電接口的盒上實(shí)現(xiàn)流體傳動(fluidic actuation)。之后，將電信號和能量轉(zhuǎn)化為流體自身(電泳)或通道壁(例如在MEMS裝置中)的運(yùn)動。具有電-機(jī)械傳動的有源裝置需要采用MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)，該技術(shù)是以成本相對高昂的襯底為基礎(chǔ)的。除了考慮成本之外，閥門和泵的可靠性和正確的運(yùn)行仍然面對問題(例如，無死體積、截止?fàn)顟B(tài)下無泄漏流等要求)。
附圖中示出了本文提出的既可靠又經(jīng)濟(jì)有效的測試系統(tǒng)的各種實(shí)施例。圖1示意性地示出了用于對生物學(xué)、化學(xué)、生物化學(xué)或其他流體或者氣態(tài)流體進(jìn)行檢驗(yàn)的流體容器10和相關(guān)光學(xué)系統(tǒng)30的一部分的截面圖。流體容器10基本由其上設(shè)置了由諸如塑料的透明材料構(gòu)成的微結(jié)構(gòu)蓋11的襯底12構(gòu)成，例如，所述襯底可以為玻璃板。所述微結(jié)構(gòu)蓋11包括微通道13和14(圖1以截面圖的形式示出了其中的兩個(gè))，所述微通道用于容納和引導(dǎo)所述流體，從而使之在容器10內(nèi)得到檢驗(yàn)。
此外，在微通道13和14內(nèi)設(shè)置“有源元件”1，其能夠在光束35的作用下改變其體積，因而能夠控制所述流體通過微通道13和14的運(yùn)動。在圖1所示的位于左側(cè)的微通道14中示出了這樣的一個(gè)有源元件1，其處于膨脹或“非激活”狀態(tài)，在所述狀態(tài)下，其具有較大體積，因而阻塞了微通道14，截?cái)嗔巳魏瘟黧w流。在位于右側(cè)的微通道13中，有源元件1處于收縮的“激活狀態(tài)”，在所述狀態(tài)下，其占據(jù)的體積較小，因而為流體穿過這一微通道13留有空間?？梢酝ㄟ^提供對微通道13和14的壁的局部不同的粘附力而影響膨脹和收縮下的有源元件1的運(yùn)動，即，具有高粘附力的區(qū)域保持原位，而具有較低粘附力的區(qū)域則能夠相對于微通道的內(nèi)壁發(fā)生移動。
具體地，有源元件1可以包括響應(yīng)性凝膠。作為在(典型地)水中的溶解度發(fā)生變化的結(jié)果，聚合物凝膠能夠通過改變其尺寸而響應(yīng)環(huán)境變化。來自環(huán)境的刺激因素可以是pH、電荷或溫度。具有上臨界溶解溫度(UCST)的凝膠在低溫下溶解(以及膨脹)得非常好，但是在升高的溫度下，則發(fā)生相分離(cf.C.Yu等，Anal.Chem.2003，web ed.http://dx.doi.org/10.1021/ac026455j)。這樣的凝膠系統(tǒng)的體積變化極大(＞200％)。此外，US2004/0050436 A1公開了聚合物的使用，可以通過由加熱誘發(fā)的交聯(lián)使所述聚合物從類似液體的狀態(tài)(“溶膠”)轉(zhuǎn)化為類似固體的狀態(tài)(“凝膠”)，其中，應(yīng)將所述聚合物作為溶膠添加到樣本液體內(nèi)，如果想要阻塞微通道，則將其有選擇地轉(zhuǎn)化為凝膠。
此外，有源元件1還包括“轉(zhuǎn)換材料”或染料，其吸收某一波長的激光照射(例如，在CD-R中為785nm左右，在DVD-R中為650nm左右)，并將所吸收到的光轉(zhuǎn)化為熱量?？梢栽谥苽溥^程中將所述染料(均質(zhì)地)添加到水凝膠內(nèi)。
在圖1的上部示意性地示出了用于產(chǎn)生激光束35的光學(xué)系統(tǒng)30。光學(xué)系統(tǒng)30包括產(chǎn)生發(fā)散激光束的光源36。所述激光束通過第一透鏡(或透鏡組)32受到準(zhǔn)直，通過反射鏡33受到反射，并通過物鏡34被聚焦到容器10內(nèi)。調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)30，從而使激光束35的焦點(diǎn)落在將處于激活(收縮)狀態(tài)的微通道13的有源元件1內(nèi)。整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)30，或者至少其一部分，例如反射鏡33連同物鏡34，優(yōu)選是可移動的，從而使流體容器10能夠受到掃描的面積更大。具體地，具有相應(yīng)特征的光學(xué)系統(tǒng)30可以源自于光盤播放器或記錄器的讀出/寫入單元。此外，所述光學(xué)系統(tǒng)還可以同時(shí)用于執(zhí)行樣本的處理和/或分析，例如，測量吸收或熒光特性。
圖2示出了流體容器10的備選實(shí)施例。采用相同的附圖標(biāo)記表示與圖1中相同的組件，將不再對其重復(fù)說明。與圖1相比，現(xiàn)在，微通道13、14中的有源元件2由純水凝膠塊2a和由轉(zhuǎn)換材料2b構(gòu)成的分立層構(gòu)成。由轉(zhuǎn)換材料構(gòu)成的所述層2b相對于入射光束35的方向設(shè)置于水凝膠2a之下。轉(zhuǎn)換層2b可以由染料構(gòu)成，所述染料可以與根據(jù)圖1的系統(tǒng)中采用的處于與水凝膠混合的狀態(tài)的染料相同。
盡管圖1和圖2所示的布局采用了激光束35的透射，但是也可能采用反射布局工作。在這種情況下，襯底12的上表面可以，例如，設(shè)有使激光通過反射返回至有源元件的反射涂層。此外，可以任選對離開容器10的激光(通過透射或反射)進(jìn)行分析，以提供與有源元件和/或樣本流體相關(guān)的信息。
此外，當(dāng)然還可能采用一個(gè)以上的光源(例如激光器陣列)，從而對所述有源元件中的幾個(gè)，甚至全部進(jìn)行獨(dú)立且同時(shí)的照射。
所提出的系統(tǒng)的核心方面在于，采用經(jīng)過聚焦和激勵(lì)(actuated)的激光束35作為熱源，從而在微流體平臺上對流體進(jìn)行操控。所述激光器及其操縱系統(tǒng)包括一種關(guān)鍵設(shè)置，其類似于諸如CD-R的光數(shù)據(jù)存儲器所采用的拾取器(pick-up)，與其的重要區(qū)別在于，襯底不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，而是使流體容器10靜止不動。
在圖1或圖2所示的裝置的操作過程中，激光束35掃描流體容器或盒10，并按時(shí)間調(diào)整激光功率，從而在需要的位置提供需要的功率。如上文所述，通過在制備過程中向水凝膠添加染料(圖1)，或者在位于水凝膠2a下面的薄聚合物層2b內(nèi)(圖2)實(shí)現(xiàn)功率的吸收。在照射的同時(shí)，光35將被轉(zhuǎn)化為熱量，該熱量將導(dǎo)致水凝膠塌縮。由于與熱傳導(dǎo)相比激光束35的激勵(lì)可能非?？?，因而有可能對幾個(gè)位置進(jìn)行準(zhǔn)同時(shí)激勵(lì)。當(dāng)水凝膠在冷狀態(tài)下阻塞通道，在受熱時(shí)開啟通道時(shí)，其可以起到閥門的作用(圖1和圖2)。通過校正一組此類閥門的協(xié)同動作，能夠根據(jù)目的實(shí)時(shí)調(diào)整流體的路由。通過閥門系統(tǒng)的不同操作，能夠?qū)崿F(xiàn)蠕動泵的作用。系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間通過凝膠結(jié)構(gòu)的尺寸以及激光器的聚焦和功率控制得到調(diào)整。
在下文中，將更為詳細(xì)地描述測試系統(tǒng)的具體實(shí)例。在這一例子中，采用聚NIPAA(N-異丙基-丙烯酰胺)作為水凝膠。水中的聚NIPAA的可靠切換需要從室溫切換至大約40℃，即20℃的升溫。此類凝膠的熱容量基本等于水的熱容量，即4kJ/kgK。就靜止射束而言，所處理的體積取決于時(shí)間尺度。在任何情況下，透熱深度均應(yīng)對應(yīng)于閥門高度的量級，從而獲得均勻的溫度分布。就大約2·10-7的熱導(dǎo)率而言，在5ms內(nèi)得到了50μm的滲透深度。在5ms內(nèi)將50μm3加熱20℃所需的功率為2mW，在應(yīng)用于光存儲器中時(shí)，能夠從二極管激光器容易地吸收該功率。只要凝膠1或2a(圖1和圖2)發(fā)生收縮，流體就能夠通過。所述流體將開始使凝膠冷卻。因此，必須調(diào)節(jié)激光器的功率，以保持溫度，同時(shí)又不會過熱?？梢酝ㄟ^如圖1所示的控制器31提供這樣的功率控制，例如，可以通過微處理器實(shí)現(xiàn)所述控制器31。激光源36的功率將決定能夠同時(shí)激勵(lì)的閥門的數(shù)量(例如，在50mW的情況下可以支持25個(gè)閥門，這些閥門對于在盒上進(jìn)行的全面分析足夠了)。
除了聚NIPAA外，還可以采用其他具有UCST行為的材料。作為吸收染料，可以采用可溶于水的標(biāo)準(zhǔn)CD-R染料，但是必須使其附著于凝膠網(wǎng)絡(luò)，以避免污染生物樣本。這一點(diǎn)可以通過使諸如丙烯酸鹽基的反應(yīng)基附著到所述染料上，并使其與凝膠發(fā)生共聚而實(shí)現(xiàn)。就位于凝膠2a之下的單獨(dú)的轉(zhuǎn)換或“加熱”層2b(參見圖2)而言，可以任選在轉(zhuǎn)換層2b和膨脹層2a之間提供薄阻擋層(未示出)，以防止有任何物質(zhì)從一個(gè)層流入另一個(gè)層。
圖3到圖5示出了具有微通道22-24的流體容器20的一部分的頂視圖，在所述微通道22-24內(nèi)分別設(shè)置了作為閥門或泵的有源元件3-5。
圖3示出了所述流體容器20的第一操作階段，其中，閥門3膨脹(即，就水凝膠而言未受激勵(lì))，從而關(guān)閉對應(yīng)的右下通道25，同時(shí)使另一閥門4收縮，以開啟右上通道26。此外，設(shè)置于可滲透壁21(例如隔膜)上的有源元件5或“泵送元件”處于收縮狀態(tài)(即，就水凝膠而言，受到激光束的激勵(lì))。采用水密涂層6覆蓋泵送元件5的右側(cè)，其形成了具有樣本流體的室24的邊界，涂覆的目的在于防止泵送元件和樣本之間的流體交換。但是，在其左側(cè)，泵送元件5處于開啟狀態(tài)，從而與室22交換水，室22與壁21鄰接，并且經(jīng)由通道23與貯水槽(未示出)連通。因而，泵送元件5能夠分別在膨脹和收縮過程中通過壁21吸納或排出水。
圖4示出了流體容器20的操作的下一階段，其中，泵送元件5轉(zhuǎn)換到了膨脹狀態(tài)，該過程伴隨著通過壁21從貯水槽吸入水。因此，泵送元件7將樣本流體從室24擠壓到與之連通的上部通道26內(nèi)。
在圖5中，閥門4關(guān)閉，同時(shí)閥門3開啟(例如，通過光的照射)。此外，泵送元件5再次處于收縮狀態(tài)，從而將樣本流體通過下部通道25抽吸到室24內(nèi)，同時(shí)將其內(nèi)部的水通過壁21擠壓回貯水槽內(nèi)。圖3到圖6表明，可以將閥門3和4結(jié)合實(shí)現(xiàn)泵送作用，并且可以采用覆蓋有熱響應(yīng)凝膠5的通道壁實(shí)現(xiàn)蠕動，并建立樣本流。
總之，微通道內(nèi)的流控制是用于分析生物學(xué)和/或化學(xué)樣本的小型化傳感器的關(guān)鍵部分。對生物學(xué)樣本中的(例如)蛋白質(zhì)的選擇性探測需要一系列的流控制操作和交互作用，其只能借助于閥門實(shí)現(xiàn)。作為靈活性差的無源閥門和造價(jià)高昂、可靠性低的機(jī)電閥門的替代，我們提出由在水中具有上臨界溶解溫度的聚合凝膠構(gòu)成的熱激勵(lì)閥門。所述熱激勵(lì)，即溫度變化，是通過在所述水凝膠內(nèi)包含染料并由其吸收激光照射而實(shí)現(xiàn)的。通過具有光控定位的激光快速激勵(lì)/掃描，能夠?qū)Χ鄠€(gè)閥門進(jìn)行準(zhǔn)同時(shí)處理。通過這種方式，能夠在某一分析的執(zhí)行過程中采取流體動作。所需的激光作用可以通過CD-R或DVD-R拾取器實(shí)現(xiàn)?？梢酝ㄟ^光刻或其他構(gòu)造技術(shù)在全塑料襯底上結(jié)合微流體通道系統(tǒng)容易地實(shí)施所描述的系統(tǒng)，通過這種方式，所述系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)成本非常低的盒，所述盒具有與CD技術(shù)中非常類似的魯棒的全光接口。
最后，需要指出的是，在本申請中，術(shù)語“包括”不排除其他元件或步驟，“一”或“一個(gè)”不排除復(fù)數(shù)，可以通過單個(gè)處理器或其他裝置實(shí)現(xiàn)幾個(gè)機(jī)構(gòu)的功能。此外，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)視為對其范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種具有微通道(13、14、22-26)的流體容器(10、20)，在所述微通道內(nèi)設(shè)置了至少一個(gè)光束(35)可及的有源元件(1-5)，其中，通過光(35)的照射，所述有源元件(1-5)能夠轉(zhuǎn)化到具有不同形狀的激活態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體容器(10、20)，其特征在于，在所述有源元件處于激活態(tài)時(shí)，其至少沿一個(gè)方向具有不同的范圍和/或具有不同的體積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體容器(10、20)，其特征在于，所述有源元件包括凝膠(1、2a、3-5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流體容器(10、20)，其特征在于，所述有源元件包括將吸收到的光(35)轉(zhuǎn)化為熱量的轉(zhuǎn)換材料(2b)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體容器(10、20)，其特征在于，將所述有源元件(1-5)設(shè)置為使其在激活態(tài)或非激活態(tài)下阻塞所述微通道(13、14、25、26)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體容器(10、20)，其特征在于，沿微通道(24)的壁(21)設(shè)置所述有源元件(5)，使其在從激活態(tài)轉(zhuǎn)化到非激活態(tài)或者從非激活態(tài)轉(zhuǎn)化到激活態(tài)的過程中，將流體擠壓出所述微通道(24)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體容器(10、20)，其特征在于，所述微通道(13、14、22-26)至少部分被透明材料覆蓋。
8.一種用于流體的測試系統(tǒng)，包括具有微通道(13、14、22-26)的流體容器(10、20)，在所述微通道內(nèi)設(shè)置了至少一個(gè)光束(35)可及的有源元件(1-5)，其中，通過光(35)的照射，所述有源元件(1-5)能夠轉(zhuǎn)化到具有不同形狀的激活態(tài)；光學(xué)系統(tǒng)(30)，其用于利用光束(35)有選擇地照射所述流體容器(10、20)的有源元件(1-5)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測試系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)系統(tǒng)(30)包括控制器(31)，所述控制器(31)用于根據(jù)對所述有源元件(1-5)的預(yù)期作用控制所述光束(35)的位置、強(qiáng)度和/或持續(xù)時(shí)間。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測試系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)系統(tǒng)(30)包括用于利用經(jīng)過聚焦的激光束(35)掃描位于所述流體容器(10、20)內(nèi)部的區(qū)域的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測試系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)系統(tǒng)(30)用于執(zhí)行對所述樣本的光學(xué)處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于研究流體樣本的測試系統(tǒng)，其包括流體容器(10)和光學(xué)系統(tǒng)(30)。所述流體容器(10)設(shè)有容納和引導(dǎo)樣本流體的微通道(13、14)。在所述微通道內(nèi)設(shè)置有源元件(1)，具體而言，所述有源元件由與吸光染料混合的水凝膠構(gòu)成。通過激光束(35)能夠使所述有源元件從非激活態(tài)轉(zhuǎn)化為具有不同形狀的激活態(tài)?？梢圆捎闷湓O(shè)計(jì)微閥門和/或泵。優(yōu)選通過源自于光盤播放器的讀出/寫入單元的光學(xué)系統(tǒng)(30)生成所述激光束(35)。
文檔編號B01L3/00GK101036044SQ200580033868
公開日2007年9月12日 申請日期2005年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月6日
發(fā)明者賴因霍爾德·溫貝格爾-弗里德爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司