專利名稱：微流體測(cè)定裝置的制作方法
背景技術(shù)：
微流體裝置已經(jīng)被用于生物化學(xué)領(lǐng)域以完成高通量篩選測(cè)定。微流體裝置提供了流體網(wǎng)絡(luò)(fluidic networks)，在該流體網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)生物化學(xué)反應(yīng)、試樣注射和反應(yīng)產(chǎn)物的分離。在許多傳統(tǒng)的微流體裝置中，流體的流動(dòng)和試劑的混合是使用電動(dòng)遷移現(xiàn)象(電滲和電泳)實(shí)現(xiàn)的。電動(dòng)遷移通過在微流體裝置各通道的終點(diǎn)處調(diào)節(jié)外加電勢(shì)而得到控制。在通道網(wǎng)中，用十字交叉和混合三通來(lái)控制和分配具有高容量再生性的流體?；旌先梢杂糜谝匀我灰毫鲝?到100％的比例按比例混合兩種流體流，這僅僅通過改變兩個(gè)通道中的相對(duì)場(chǎng)強(qiáng)度即可實(shí)現(xiàn)。
令人遺憾的是，使用作用(或外部)力來(lái)誘導(dǎo)液流費(fèi)用過高并且過于復(fù)雜。因此，還開發(fā)了其它微流體裝置。例如，Alajoki等人的美國(guó)專利No.6,416,642描述了一種利用毛細(xì)管(在與微流體系統(tǒng)接觸的位置，其可以是預(yù)潤(rùn)濕、干燥或潤(rùn)濕的)的裝置，所述毛細(xì)管通過用毛細(xì)作用將材料經(jīng)由通道或孔吸入而起作用，在所述通道或孔中將所述毛細(xì)管流體接觸放置。代替性地，或另外地，將大量流體選擇性地在材料的下游或研究區(qū)域注射或收回，并通過在注射位置處制造壓差來(lái)調(diào)節(jié)流速。然而，在這種傳統(tǒng)的微流體裝置中問題依然存在。例如，通過裝置的流速有時(shí)可能太快以至于不能處理采集到的數(shù)據(jù)或者沒有足夠的反應(yīng)時(shí)間。
同樣地，仍然需要改善的微流體測(cè)定裝置，即相對(duì)便宜、易于使用、并且能夠有效并正確地測(cè)定流體試樣中分析物的存在或濃度的裝置。
發(fā)明簡(jiǎn)述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，公開了一種用于檢測(cè)流體試樣中分析物的存在或濃度的測(cè)定裝置。該測(cè)定裝置包含輸入通道和于其流體連通的分析區(qū)。該分析區(qū)充當(dāng)了檢測(cè)分析物的場(chǎng)所。所述測(cè)定裝置還包含多個(gè)從分析區(qū)周邊向外延伸的毛細(xì)通道，其中使測(cè)定裝置具有使流體試樣能夠主要通過毛細(xì)作用流經(jīng)輸入通道和分析區(qū)的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，公開了一種進(jìn)行測(cè)定的方法。該方法包括向輸入通道中引入懷疑含有分析物的流體試樣。允許所述流體通過毛細(xì)作用從輸入通道流入到確定了周邊的分析區(qū)。檢測(cè)是否存在分析物。將流體試樣用多個(gè)從分析區(qū)周邊向外延伸的毛細(xì)通道從分析區(qū)吸出。
以下更加詳細(xì)地描述了本發(fā)明的其它特征和方面。
附圖簡(jiǎn)介對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說，說明書的其余部分更加詳細(xì)地闡述了本發(fā)明的完整和有效的公開，包括其最佳方式，所述闡述參考以下附圖

圖1是本發(fā)明微流體測(cè)定裝置的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖；圖2-7是本發(fā)明微流體測(cè)定裝置的其它實(shí)施方式的示意圖；和圖8是從實(shí)施例1中獲得的劑量響應(yīng)曲線，其中將相對(duì)響應(yīng)值繪制成對(duì)C-反應(yīng)蛋白濃度(微克每毫升)的曲線。
在本說明書和附圖中重復(fù)使用附圖標(biāo)記的意圖是代表本發(fā)明的相同或似的特征或元素。
代表性實(shí)施方式的詳述定義在這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“分析物”通常是指將被檢測(cè)的物質(zhì)。例如分析物可以包括抗原物質(zhì)、半抗原、抗體以及它們的組合。分析物包括，但不限于，毒素、有機(jī)化合物、蛋白質(zhì)、肽、微生物、氨基酸、核酸、激素、甾體、維生素、藥物(包括那些治療目用藥和那些非法目用藥)、藥物中間體或副產(chǎn)物、細(xì)菌、病毒顆粒及其代謝物或者上述任何物質(zhì)的抗體。一些分析物的具體例子包括鐵蛋白；肌酐激酶MB(CK-MB)；地高辛；苯妥英；魯米那(phenobarbitol)；酰胺咪嗪；萬(wàn)古霉素；慶大霉素；茶堿；丙戊酸；奎尼定；促黃體生成激素(LH)；促卵泡激素(FSH)；雌二醇；黃體酮；C-反應(yīng)蛋白；脂質(zhì)運(yùn)載蛋白(lipocalins)；IgE抗體；細(xì)胞因子；維生素B2；微球蛋白；糖化血紅蛋白(Gly.Hb)；氫化可的松；毛地黃毒苷；N-乙酰普魯卡因胺(NAPA)；普魯卡因胺；風(fēng)疹抗體，例如風(fēng)疹I(lǐng)gG和風(fēng)疹I(lǐng)gM；弓形蟲病抗體，例如弓形蟲病IgG(Toxo-IgG)和弓形蟲病IgM(Toxo-IgM)；睪丸激素；水楊酸鹽；醋胺酚；乙肝病毒表面抗原(HBsAg)；乙肝核心抗原，例如抗-乙肝核心抗原IgG和IgM(抗-HBC)；人體免疫缺陷病毒1和2(HIV1和2)；人體T-細(xì)胞白血病毒1和2(HTLV)；乙肝抗原(HBeAg)；乙肝抗原的抗體(抗-HBe)；流感病毒；促甲狀腺激素(TSH)；甲狀腺素(T4)；總?cè)饧紫僭彼?總T3)；游離三碘甲腺原氨酸(游離T3)；癌胚抗原(carcinoembryoic antigen)(CEA)；脂蛋白，膽固醇和三酸甘油酯；以及甲種胎兒球蛋白(AFP)。藥物的濫用和控制物質(zhì)包括，但并不意味著限于，安非他明；脫氧麻黃堿；巴比妥酸鹽，例如異戊巴比妥，司可巴比妥，戊巴比妥，苯巴比妥和巴比妥；苯二氮，例如利眠寧和安定；大麻素(cannabinoids)，例如大麻粉(hashish)和大麻(marijuana)；古柯堿；芬酞尼；LSD；安眠酮；鴉片劑，例如海洛因、嗎啡、可待因、氫化嗎啡酮、氫可酮、美沙酮、氧可酮、氧嗎啡酮和鴉片；苯西克定；和丙氧芬(propoxyhene)。其它潛在的分析物描述于Everhart等人的美國(guó)專利Nos.6,436,651和Tom等人的4,366,241中。
在這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“流體試樣”通常是指被懷疑含有分析物的流體。例如，流體試樣可以包括從源頭直接獲得的材料，以及用技術(shù)預(yù)處理過的材料，所述技術(shù)例如，但不限于，過濾、沉淀、稀釋、蒸餾、混合、濃縮、干擾組分的滅活和試劑的添加等。所述流體試樣可以源自生物來(lái)源，例如生理性液體，包括血液、組織液、唾液、晶狀體液、腦脊髓液、汗液、尿液、乳液、腹水液、黏液、鼻分泌液、唾液、骨膜液、腹膜液、陰道液、月經(jīng)、羊水和精液等。除了生理性液體外，其它流體樣品也可以使用，例如水和食品等。
詳細(xì)說明現(xiàn)在詳細(xì)地給出本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方式作為參考，以下內(nèi)容闡述了其中的一或多個(gè)實(shí)施例。每個(gè)實(shí)施例都是作為本發(fā)明的解釋而被提供的，并不是對(duì)本發(fā)明的限制。事實(shí)上，可以在本發(fā)明中進(jìn)行各種改進(jìn)和變化而沒有背離本發(fā)明的范圍或精神，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說是顯而易見的。例如，被圖解或描述為某一實(shí)施方式的一部分的特征，可以用于另一個(gè)實(shí)施方式中以產(chǎn)生更進(jìn)一步的實(shí)施方式。因此，本發(fā)明意圖覆蓋這樣的改進(jìn)和變化作為所附權(quán)利要求及其等同物所歸入的范圍。
通常，本發(fā)明是指一種用于測(cè)定流體試樣中是否存在分析物的微流體裝置。本發(fā)明提供了一種通過使用至少一個(gè)輸入通道、分析區(qū)和置于分析區(qū)周邊附近的多個(gè)毛細(xì)通道而在微流體裝置中獲得連續(xù)流的技術(shù)。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，所述毛細(xì)通道從分析區(qū)放射狀延伸。作為該微流體裝置特殊結(jié)構(gòu)的結(jié)果，測(cè)定可以在“單一步驟”中完成而無(wú)需作用力，例如壓力源、動(dòng)電力等，來(lái)誘發(fā)流體試樣流經(jīng)裝置。同樣地，流速得到了控制以使流體試樣在分析區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間足夠長(zhǎng)以允許進(jìn)行期望的反應(yīng)和/或檢測(cè)。
A、微流體測(cè)定裝置本發(fā)明的微流體裝置含有一個(gè)或多個(gè)流體能夠流動(dòng)通過的區(qū)域。在這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“微流體裝置”包括了使用一個(gè)或多個(gè)具有“毛細(xì)級(jí)”尺寸的流體區(qū)的任何裝置，所述“毛細(xì)級(jí)”尺寸例如橫截面積小于約20平方毫米。然而，正如下面將詳細(xì)論述的，所述微流體裝置也可以具有一個(gè)或多個(gè)為了各種目的而具有大于毛細(xì)級(jí)尺寸的流體區(qū)，所述各種目的例如增加表面積反應(yīng)量、容納非常稀的樣品和提供檢測(cè)區(qū)域等等。
流體區(qū)類型和數(shù)量的選擇取決于所關(guān)心的分析物、所使用的檢測(cè)方法以及其它與裝置屬性和流體試樣有關(guān)的因素。例如，參考圖1，現(xiàn)在將更加詳細(xì)地描述微流體裝置10的一個(gè)實(shí)施方式。如圖所示，微流體裝置10包括至少一個(gè)輸入通道12，其可以充當(dāng)使用者施加流體試樣的場(chǎng)所。或者，輸入通道12可以與樣品孔(例如室、池、倉(cāng)等)連接，流體試樣在流向輸入通道12之前被最初地加入到所述樣品孔中。該孔在裝置體10內(nèi)可以是開啟或關(guān)閉的。此外，正如本領(lǐng)域所公知的，也可以使用通道12網(wǎng)絡(luò)，所述網(wǎng)絡(luò)是通過T形接頭、Y形接頭等相互連接而成的。這種微流體通道網(wǎng)絡(luò)的例子在O’Connor等人的美國(guó)專利Nos.6,481,453和Alajoki等人的6,416,642中有更加詳細(xì)地描述，在這里引入它們的全部?jī)?nèi)容作為參考而不論其目的。通道12可以具有任何期望的橫截面形狀，例如圓形、正方形、矩形、三角形、梯形、v形、u形、六邊形、八邊形和不規(guī)則形狀等。進(jìn)一步地，通道12可以是直的、錐形的、彎曲的、盤管的、迷宮樣的、或者具有任何其它期望的外形。
不管所選擇的形狀如何，通道12的尺寸通常是能夠使被動(dòng)的毛細(xì)流動(dòng)驅(qū)動(dòng)流體試樣通過通道12流向裝置10的其它區(qū)域的。毛細(xì)流動(dòng)通常發(fā)生在流體對(duì)通道壁的粘著力大于流體分子間的內(nèi)聚力時(shí)。具體地說，毛細(xì)壓力與通道的橫截面尺寸成反比，與流體的表面張力乘以流體與通道形成材料接觸的接觸角的余弦成正比。因此，為了促進(jìn)裝置10中的毛細(xì)流動(dòng)，可以選擇性地控制通道12的橫截面尺寸(例如寬度、直徑等)，具有較小的尺寸通常導(dǎo)致較高的毛細(xì)壓力。例如，在一些實(shí)施方式中，通道12的橫截面尺寸小于約10毫米，在一些實(shí)施方式中為約0.001至約5毫米，并且在一些實(shí)施方式中，為約0.01至約2毫米。當(dāng)然，通道12的橫截面尺寸也可以隨長(zhǎng)度而改變。通道12的高度或深度也可以改變以適應(yīng)流體試樣的不同體積。例如，通道12的深度可以是約0.1微米至約1,000微米，在一些實(shí)施方式中為約5微米至約500微米，并且在一些實(shí)施方式中，為約20微米至約100微米。
通道12的橫截面積也可以改變。例如，橫截面積一般小于約20平方毫米，在一些實(shí)施方式中為約0.001至約10平方毫米，并且在一些實(shí)施方式中，為約0.01至約5平方毫米。進(jìn)一步地，通道12的縱橫比(橫截面尺寸/深度)可以在約0.1至約200的范圍內(nèi)，在一些實(shí)施方式中為約0.2至約100，并且在一些實(shí)施方式中為約0.5至約50。在橫截面尺寸(例如寬度、直徑等)和/或高度隨長(zhǎng)度而改變的情況下，所述縱橫比由平均尺寸決定。同樣地，通道12的長(zhǎng)度可以改變。例如，通道12的長(zhǎng)度可以為約1毫米至約50厘米，在一些實(shí)施方式中，為約5毫米至約50毫米。在試劑與流體試樣混合的情況下，特別期望具有較長(zhǎng)長(zhǎng)度的通道以提供足夠數(shù)量的混合時(shí)間。
通道12與分析區(qū)14流體連通，在所述分析區(qū)14中可以進(jìn)行分析物的檢測(cè)。例如，如圖1所示，流體試樣可以順序地從通道12流入到分析區(qū)14。然而，在另一個(gè)實(shí)施方式中，流體試樣也可以在到達(dá)分析區(qū)14之前流經(jīng)其它流體區(qū)(例如清洗區(qū)、混合區(qū)等等)。一般來(lái)說，使分析區(qū)14具有能容納全部體積的流體試樣，以及進(jìn)行測(cè)定中的任何試劑的結(jié)構(gòu)。這確保了至少流體試樣中的大部分分析物能夠與分析區(qū)14內(nèi)含有的任何期望的試劑相接觸，因此改善了所獲得結(jié)果的準(zhǔn)確性。還期望對(duì)分析區(qū)14的尺寸和形狀進(jìn)行選擇以使流體試樣的流速足夠慢以允許進(jìn)行分析物的檢測(cè)。因此，在一些實(shí)施方式中，分析區(qū)14的橫截面尺寸(例如寬度、直徑等)可以在約0.5微米至約20毫米的范圍內(nèi)，在一些實(shí)施方式中，為約5微米至約10毫米，以及在一些實(shí)施方式中，為約20微米至約5毫米。同樣地，分析區(qū)14的深度可以在約0.1微米至約5毫米的范圍內(nèi)，在一些實(shí)施方式中為約5微米至約3毫米，并且在一些實(shí)施方式中，為約20微米至約1毫米。此外，分析區(qū)14的一些合適的橫截面形狀包括，但不限于，圓形、正方形、矩形、三角形、梯形、v形、u形、六邊形、八邊形和不規(guī)則形狀等等。例如，在圖1所示的實(shí)施方式中，分析區(qū)14是圓形的(例如環(huán)形)，其中區(qū)域14的橫截面尺寸被定義為環(huán)的外徑和內(nèi)徑之差。
微流體裝置10的一個(gè)有利的方面是，它不需要作用力(例如壓力源、動(dòng)電力等)來(lái)誘發(fā)流體試樣經(jīng)由裝置10的流體流動(dòng)。如上所述，這是部分地由于通道12和分析區(qū)14所選擇的特別的幾何形狀。然而，此外，微流體裝置10還含有多個(gè)與分析區(qū)14流體連通的微流體毛細(xì)通道16。該毛細(xì)通道16通過調(diào)節(jié)其從通道12和分析區(qū)14下游的壓力來(lái)幫助控制流體的流速。例如，在通道12的開口處以及在通道12與分析區(qū)14之間等處，流體和空氣之間可以形成接觸面。一旦形成，空氣/流體接觸面就降低了流體通過毛細(xì)壓力流經(jīng)裝置10的能力，因此抑制了測(cè)定的全面展開。毛細(xì)通道16有助于迫使空氣/流體接觸面通過裝置10。同時(shí)，當(dāng)被吸引向毛細(xì)通道16時(shí)，空氣/流體接觸面實(shí)際上可以充當(dāng)清洗劑，除去在測(cè)定開展中來(lái)自系統(tǒng)的非結(jié)合試劑和其它材料。
毛細(xì)通道16的另外一個(gè)好處是，它們有助于減慢流體在存在于分析區(qū)14時(shí)的流速。具體地說，在分析區(qū)14和毛細(xì)通道16的接觸面處，分析區(qū)14一般具有比毛細(xì)通道16大的橫截面積。因此，經(jīng)過分析區(qū)14到達(dá)了毛細(xì)通道16的流體將經(jīng)歷導(dǎo)致流速降低的壓降。分析區(qū)14和毛細(xì)通道16之間的流體流速差也產(chǎn)生一些反壓力，雖然該反壓力沒有大到足夠克服流體的毛細(xì)壓力，但其減慢了分析區(qū)14中的流體流動(dòng)。例如，在施加到裝置10后，如果不是所有的，則大部分的流體試樣可以在約1至約20分鐘的總停留時(shí)間后排出分析區(qū)14，所述總停留時(shí)間在一些實(shí)施方式中為2至約18分鐘，并且在一些實(shí)施方式中，為約3至約15分鐘。當(dāng)然，基于各種因素，總停留時(shí)間可以在很大范圍內(nèi)改變，所述因素例如分析區(qū)14所需要容納的流體試樣的體積、所采用的流體區(qū)域的數(shù)量和尺寸，流體試樣的屬性等。例如，流體的流變性質(zhì)可以影響它的總停留時(shí)間。也就是說，較小粘性的流體(例如尿液、水等)趨向于以比較大粘性的流體(例如血液)更快的速率流動(dòng)。如果期望，裝置10的設(shè)計(jì)參數(shù)也可以針對(duì)低或高粘性流體而選擇性地設(shè)定。
為了獲得對(duì)流體流速的預(yù)期的控制，選擇性地控制毛細(xì)通道16的尺寸、形狀和位置。一般來(lái)說，毛細(xì)通道16可以具有任何期望的橫截面形狀，例如圓形、正方形、矩形、三角形、梯形、v形、u形、六邊形、八邊形和不規(guī)則形狀等等。同時(shí)，毛細(xì)通道16的形狀可以隨長(zhǎng)度而改變，例如在向著分析區(qū)14中心或外圍的方向上逐漸變細(xì)。在這種情況下，可以將毛細(xì)通道16較細(xì)的部分置于鄰近分析區(qū)14的位置和/或置于分析區(qū)14內(nèi)。這在毛細(xì)通道16和分析區(qū)14的接觸面17處產(chǎn)生了一個(gè)較高的壓降，隨后其導(dǎo)致了較低的通過分析區(qū)14的流體流速。
為了提高毛細(xì)通道16從分析區(qū)14吸出流體以及減慢通過那里的流體流速的能力，還可以選擇性地控制毛細(xì)通道16的橫截面尺寸。例如，較細(xì)的毛細(xì)通道可以提供比較寬的毛細(xì)通道更低的流速。在一些實(shí)施方式中，毛細(xì)通道16的橫截面尺寸一般小于約500微米，在一些實(shí)施方式中為約5微米至約300微米，并且在一些實(shí)施方式中，為約10微米至約200微米。正如上面所指出的，毛細(xì)通道16的橫截面尺寸可以隨其長(zhǎng)度而改變，例如在向著分析區(qū)14中心的方向上逐漸變細(xì)。在這種情況下，毛細(xì)通道16的最大橫截面尺寸可以任選地落入上述示例性的范圍內(nèi)。毛細(xì)通道16的高度或深度也可以改變以容納不同體積的流體試樣。例如，毛細(xì)通道16的深度可以為約0.5微米至約500微米，在一些實(shí)施方式中為約5微米至約300微米，并且在一些實(shí)施方式中，為約10微米至約100微米。
毛細(xì)通道16的橫截面積也可以改變。例如，橫截面積一般小于約20平方毫米，在一些實(shí)施方式中為約0.001至約10平方毫米，并且在一些實(shí)施方式中，為約0.01至約5平方毫米。而且，毛細(xì)通道16的縱橫比(橫截面尺寸/深度)可以在約0.1至約10的范圍內(nèi)，在一些實(shí)施方式中為約0.25至約5，并且在一些實(shí)施方式中為約0.5至約1.5。在橫截面尺寸(例如寬度、直徑等)和/或高度隨長(zhǎng)度改變的情況下，縱橫比由平均尺寸決定。同樣的，毛細(xì)通道16的長(zhǎng)度也可以在約1毫米至約50厘米的范圍內(nèi)，并且在一些實(shí)施方式中，為約5毫米至約50毫米。
除了選擇材料和幾何形狀之外，毛細(xì)通道16的物理排列也有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)流速的預(yù)期控制。例如，為了便于在分析區(qū)14內(nèi)得到較均勻并且可控的流速，通常期望毛細(xì)通道16從分析區(qū)14的周邊向外延伸。以這種方式，毛細(xì)通道16可以有效地從分析區(qū)14以緩慢的速度吸出流體，所述速度足夠慢以提供預(yù)期的停留時(shí)間。例如，在圖1所示的實(shí)施方式中，毛細(xì)通道16從圓形分析區(qū)14的周邊放射狀地延伸。毛細(xì)通道16之間的間隔也可以根據(jù)對(duì)流體試樣流速期望的影響而改變。例如，可以將毛細(xì)通道16直接地置于彼此相鄰的位置或者置于彼此間隔一個(gè)小的距離的位置，例如約0.1至約500微米，在一些實(shí)施方式中為0.5至約100微米，并且在一些實(shí)施方式中，為約1至約50微米。雖然不是必須的，但一般期望毛細(xì)通道16彼此之間等距離間隔以便獲得均勻的流速。毛細(xì)通道16的數(shù)目也可以根據(jù)它們的尺寸、間隔空間和分析區(qū)14的尺寸和形狀而改變。例如，大量的毛細(xì)通道可以比少量的毛細(xì)通道以更快的速率從分析區(qū)14中吸出流體。在一些實(shí)施方式中，毛細(xì)通道16的數(shù)目可以從約3到約500變化，在一些實(shí)施方式中為約15至約200，并且在一些實(shí)施方式中，為約20至約80。
雖然不是必須的，但本發(fā)明的某些實(shí)施方式可以在一個(gè)或多個(gè)毛細(xì)通道16中使用吸收性材料以改善流速控制。一些可以用于形成毛細(xì)通道的合適的吸收性材料包括，但不限于，硝化纖維、纖維素材料、多孔聚乙烯墊和玻璃纖維濾紙等。吸收性材料在裝入微流體測(cè)定裝置之前可以是潤(rùn)濕的或是干燥的。預(yù)潤(rùn)濕可以促進(jìn)一些流體的毛細(xì)流動(dòng)，但一般并不是必須的。同樣，如本領(lǐng)域所公知的，毛細(xì)通道16可以包括表面活性劑來(lái)幫助毛細(xì)過程。
除了以上提到的流體區(qū)域以外，在微流體裝置10中還可以使用其它任選的區(qū)域。例如，如圖1所示，可以在與毛細(xì)通道16流體連通的地方設(shè)置溢出區(qū)18以接收穿過毛細(xì)通道后的流體。溢出區(qū)1 8的形狀和/或大小可以根據(jù)預(yù)期的流體體積而廣泛地改變。例如，在圖1所示的實(shí)施方式中，溢出區(qū)18基本上是圓形的。而且，溢出區(qū)18的橫截面尺寸可以在約0.1至約10毫米的范圍內(nèi)，在一些實(shí)施方式中為約0.5至約8毫米，并且在一些實(shí)施方式中，為約1至約4毫米。例如，較窄的溢出區(qū)18可以提供較慢的流速。如果期望，溢出區(qū)18的橫截面尺寸可以隨其長(zhǎng)度改變，例如在向著分析區(qū)14外圍的方向上逐漸變細(xì)。溢出區(qū)18的高度或深度也可以改變以容納不同體積的流體試樣。例如，溢出區(qū)18的深度可以為約0.1微米至約5毫米，在一些實(shí)施方式中為約5微米至約3毫米，并且在一些實(shí)施方式中，約20微米至約1毫米。如果期望，溢出區(qū)18還可以包含小孔以允許排出穿過裝置10的空氣。
進(jìn)一步地，微流體裝置10還可以包括服務(wù)于各種目的的其它區(qū)域。例如，微流體裝置10可以包括清洗區(qū)(未示出)，其向分析區(qū)提供清洗劑流以除去任何非結(jié)合的試劑。清洗劑的例子可以包括，例如，水和緩沖溶液等等，所述緩沖液例如PBS緩沖劑、HEPES緩沖劑等。此外，還可以提供試劑區(qū)(未示出)，親合性試劑(例如捕獲配體、氧化還原介質(zhì)、粒子、標(biāo)記物等)可以流經(jīng)所述試劑區(qū)以引發(fā)期望的反應(yīng)。如果期望，可以以上述方式形成另外的清洗和試劑區(qū)。通過使用單獨(dú)的和獨(dú)特的樣品加入、清洗和試劑區(qū)域，可以提供不同溶液的可控且連續(xù)的運(yùn)送。
很清楚，所描述的實(shí)施方式僅僅是示例性的，本發(fā)明的微流體裝置絕不僅限于以上描繪和描述的特定結(jié)構(gòu)。在這一點(diǎn)上，參考圖2-7，它們圖解了本發(fā)明的微流體裝置的其它幾個(gè)實(shí)施方式。例如，圖2-4描繪了包含通道112、分析區(qū)114、多個(gè)毛細(xì)通道116和溢出區(qū)118的微流體裝置100。這些實(shí)施方式中的分析區(qū)114是圓形的，其中區(qū)域114的橫截面尺寸通過圓的直徑被簡(jiǎn)單地定義。此外，圖5-6圖解了包含通道212、分析區(qū)214、多個(gè)毛細(xì)通道216和溢出區(qū)218的微流體裝置200。與之前的實(shí)施方式相反，溢出區(qū)218向外逐漸變細(xì)。最后，圖7圖解了包含孔311的微流體裝置300，所述孔311向多路通道312供液。每一個(gè)通道312都與分析區(qū)314、多個(gè)毛細(xì)通道316和溢出區(qū)318流體連通。圖7所示的實(shí)施方式可能對(duì)檢測(cè)流體試樣中的多種分析物的存在或濃度特別有用。通過整體考慮上述說明書，其它結(jié)構(gòu)的變化對(duì)于技術(shù)人員來(lái)說是顯而易見的。
再參考圖1，不考慮其所使用的流體區(qū)的類型，微流體裝置10一般使用固體基底(未示出)，流體區(qū)12、14、16和18被置于其上或其內(nèi)。根據(jù)材料與微流體裝置所處的整體條件的相容性來(lái)選擇用以形成所述基底的材料，所述整體條件包括pH的極值、溫度、鹽度和電場(chǎng)的施加。這樣的材料對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說是公知的。例如，所述基底可以由許多合適的塑料、玻璃、功能化塑料和玻璃、硅片、箔、玻璃等中的任意一種形成。優(yōu)于剛性基底，熱塑性薄膜也可能是合適的。這樣的膜包括，但不限于，聚合物例如聚乙烯-對(duì)苯二甲酸酯(MYLAR)，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂，丙稀腈-丙烯酸甲酯共聚物，玻璃紙，纖維素聚合物例如乙基纖維素、醋酸纖維素、醋酸丁酸纖維素、丙酸纖維素、三乙酸纖維素、三乙酸纖維素，聚乙烯，聚乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，離子交聯(lián)聚合物(乙烯高聚物)聚乙烯-尼龍共聚物、聚丙烯、甲基戊烯聚合物、聚氟乙烯和芳香聚砜。
可以使用多種不同的已知技術(shù)在這樣的固體基底上和/或基底內(nèi)制造流體區(qū)。例如，一些合適的微組裝技術(shù)包括光刻法、濕法化學(xué)蝕刻、激光燒蝕、空氣磨蝕工藝、注模、壓花、印刷等。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，可以使用印刷技術(shù)以形成一個(gè)或多個(gè)微流體區(qū)。幾個(gè)合適的印刷技術(shù)描述于Kumar等人的美國(guó)專利Nos.5,512,131；Everhart等人的5,922,550；Kuhr等人的6,294,392；Kennedy的6,509,085和Everhart等人的6,573,040中，在此引入它們的全部?jī)?nèi)容作為參考而不論其目的。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，利用“壓印印刷(stamp printing)”在基底上形成微流體區(qū)。一些合適的壓印印刷技術(shù)描述于Kumar等人的美國(guó)專利Nos.5,512,131和Everhart等人的5,922,550中。例如，可以使用彈性體印模將墨水通過接觸轉(zhuǎn)移到基底表面。印模是通過在具有與預(yù)期的印刷圖案相反圖案的母模上澆鑄聚二甲基硅氧烷(PDMS)制造的，所述印模因此將產(chǎn)生預(yù)期的通道圖案。母模使用標(biāo)準(zhǔn)的光刻技術(shù)制備，或者由具有微尺度表面特征(Microscale surfacefeatures)的現(xiàn)有材料而構(gòu)建。在一個(gè)實(shí)施方式中，將光刻法制造的母模置于玻璃或塑料陪替氏培養(yǎng)皿(Petri dish)中，并且將SYLGARD硅氧烷彈性體184和SYLGARD硅氧烷彈性體184固化劑(DowCorning Corporation)的混合物傾注于其上。使聚二甲基硅氧烷(PDMS)彈性體置于室溫下，然后固化；或替代性地，為了加快固化，可以將所述彈性體在約60至約65℃的溫度下進(jìn)行固化。當(dāng)固化時(shí)，PDMS是足夠彈性的以使印模與基底40的表面之間具有良好的共形接觸。
所產(chǎn)生的印模通過將印模暴露于用于幫助形成流體通道的預(yù)期材料的溶液中而得到“墨化”。這一般是通過將印模正面向下放入所述溶液中約10秒至約10分鐘而完成的。在環(huán)境條件下或者通過暴露于空氣或氮?dú)饬髦袑⑺鲇∧８稍?。墨化后，將印模施加于基底表面。使用輕微壓力以確保印模和基底之間完全接觸。然后在約1秒至約5分鐘后，將印模從基底上輕輕地剝落。除去印模后，可以將基底進(jìn)行漂洗和干燥。
例如以上所描述的，壓印印刷可以用于制備各種形式的微流體區(qū)。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，用下述材料墨化彈性體印模，所述材料能顯著地改變基底的表面能以致于其對(duì)于用以制造所述區(qū)域的單體或預(yù)聚物(如果二次固化)、或者聚合物來(lái)說可以是選擇性地“可潤(rùn)濕的”。所述印?？梢跃哂型黄鸬奶卣饕杂∷㈩A(yù)期的通道圖案。示例性的壓印印刷方法可以包括用潤(rùn)濕劑墨化印模，所述潤(rùn)濕劑例如親水性自組裝單層(SAMs)，所述親水性自組裝單層包括那些羧基-封端的。這種自組裝單層的各種例子描述于Everhart等人的美國(guó)專利No.5,922,550中。在另一個(gè)實(shí)施方式中，可以使用疏水性潤(rùn)濕劑。具體地說是，將與預(yù)期圖案相反的圖案壓印印刷到親水性基底上。在暴露于單體或預(yù)聚物(如果二次固化)、或者聚合物中時(shí)，墨將僅在基底上進(jìn)行選擇性地潤(rùn)濕，因此產(chǎn)生預(yù)期的通道圖案。
另一種壓印印刷技術(shù)可以僅包括用單體或預(yù)聚物(如果二次固化)、或者聚合物溶液墨化彈性體壓模。所述壓?？梢跃哂信c預(yù)期的通道圖案相匹配的突起的特征以便在基底上發(fā)生通道形成材料的直接轉(zhuǎn)移?？墒褂玫挠忠环N合適的接觸印刷技術(shù)是“絲網(wǎng)印刷”。絲網(wǎng)印刷是手動(dòng)地或光學(xué)機(jī)械地進(jìn)行的。絲網(wǎng)可以包括具有例如約40至約120絲孔每沿線厘米的網(wǎng)眼的絲或尼龍織物。將絲網(wǎng)材料附著于框架上并且將其繃緊以提供光滑的表面。將鏤花模板施加于絲網(wǎng)的底面，即與基底相接觸的那一面，將在所述基底上印刷流體區(qū)。將印刷材料涂在絲網(wǎng)上，并且通過用橡膠滾軸按磨絲網(wǎng)(其是與基底接觸的)將印刷材料轉(zhuǎn)移。
除了接觸印刷之外，任何各種公知的非接觸印刷技術(shù)也可以用于本發(fā)明。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，可以使用噴墨印刷。噴墨印刷是一種非接觸印刷技術(shù)，其包括強(qiáng)迫墨水通過微型噴嘴(或者噴嘴系列)以形成直接噴向基底的液滴。通常使用兩種技術(shù)，即“DOD”(按需滴液)或“連續(xù)的”噴墨印刷。在連續(xù)系統(tǒng)中，墨水在壓力下通過至少一個(gè)孔或噴嘴以連續(xù)流的形式噴射。用增壓調(diào)節(jié)器(pressurizationactuator)干擾所述流以在距噴口固定距離處將所述流打?yàn)橐旱巍Ｏ喾?，DOD系統(tǒng)在每個(gè)噴口處使用增壓調(diào)節(jié)器以將墨水打?yàn)橐旱巍８飨到y(tǒng)中的增壓調(diào)節(jié)器可以是壓電晶體、聲學(xué)裝置、熱學(xué)裝置等。噴墨系統(tǒng)種類的選擇根據(jù)由印刷頭所要印刷的材料的種類而改變。例如，導(dǎo)電材料有時(shí)需要連續(xù)系統(tǒng)，因?yàn)橐旱问庆o電偏斜的。因此，當(dāng)流體通道由絕緣材料形成的時(shí)候，DOD印刷技術(shù)可能是更合意的。
除了以上提到的印刷技術(shù)之外，任何其它的合適的印刷技術(shù)均可以用于本發(fā)明。例如，其它的合適的印刷技術(shù)可以包括，但不限于，例如激光印刷、熱帶印刷、活塞印刷、噴印、膠版印刷、凹版印刷等。進(jìn)一步地，各種其它的非印刷技術(shù)也可以用于本發(fā)明。例如，一些可以用在本發(fā)明中形成微流體裝置的其它技術(shù)的例子描述于Alajolki等人的美國(guó)專利No.6,416,642中，在這里將其全部?jī)?nèi)容引入作為參考而不論其目的。
B、檢測(cè)技術(shù)一般來(lái)說，任何類型的測(cè)定都可以用于本發(fā)明，包括均質(zhì)的和非均質(zhì)的免疫測(cè)定。均質(zhì)的免疫測(cè)定是其中未絡(luò)合的標(biāo)記物種沒有與絡(luò)合的標(biāo)記物種分離的測(cè)定。非均質(zhì)測(cè)定是其中未絡(luò)合的標(biāo)記物種與絡(luò)合的標(biāo)記物種相分離的測(cè)定。分離可以通過物理分離進(jìn)行，例如，通過將一類物種轉(zhuǎn)移到另一個(gè)反應(yīng)器、過濾、離心分離、色譜分離、固相捕獲和磁力分離等等，并且可以包括一個(gè)或多個(gè)洗滌步驟。所述分離也可以是非物理性的，其中沒有進(jìn)行一種或兩種物種的轉(zhuǎn)移，但是物種在原地相互分離。例如，在一個(gè)特別的實(shí)施方式中，使用非均質(zhì)免疫測(cè)定。這種免疫測(cè)定利用了免疫系統(tǒng)的機(jī)理，在所述系統(tǒng)中產(chǎn)生抗體以響應(yīng)致病的或者與有機(jī)體無(wú)關(guān)的抗原的存在。這些抗體和抗原，即免疫反應(yīng)物，能夠彼此結(jié)合，因此產(chǎn)生了非常專一的反應(yīng)機(jī)理，該機(jī)理可以用于檢測(cè)液體試樣中特定抗原的存在或濃度。
本發(fā)明中還可以使用任何的各種各樣的檢測(cè)技術(shù)。例如，在一個(gè)特別的實(shí)施方式中，可以使用基于衍射的檢測(cè)技術(shù)。術(shù)語(yǔ)“衍射”是指當(dāng)波被障礙物阻擋時(shí)所觀測(cè)到的，由超過了物體幾何影子區(qū)界限的干擾傳播而引發(fā)的現(xiàn)象。當(dāng)物體大小與波的波長(zhǎng)具有相同的數(shù)量級(jí)時(shí)，該效果明顯。對(duì)于基于衍射的檢測(cè)技術(shù)來(lái)說，所述障礙物是分析物(有或者沒有粘附顆粒)并且所述波是光波。例如，基于衍射的測(cè)定裝置的各種例子描述干Everhart等人的美國(guó)專利No.6,221,579中，在這里引入其全部?jī)?nèi)容作為參考而不論其目的。僅為了例證的目的，現(xiàn)在將更加詳細(xì)地描述一個(gè)可在本發(fā)明中使用的基于衍射的檢測(cè)技術(shù)的實(shí)施方式。
例如，可以使用隔離介質(zhì)，例如多孔膜、聚合物膜等進(jìn)行測(cè)定。為了便于基于衍射的檢測(cè)，隔離介質(zhì)可以任選地與金屬涂層一起使用。這種其上具有金屬涂層的隔離介質(zhì)的光學(xué)透明度可以為約5％至約95％的，并且在一些實(shí)施方式中，為約20％至約80％。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔離介質(zhì)的光學(xué)透明度至少為約80％，并且金屬涂層的厚度達(dá)到了維持光學(xué)透明度大于約20％的程度，以致于衍射圖案可以通過反射或透射光中的一種而產(chǎn)生。這相當(dāng)于約10至約20納米的金屬涂層厚度。然而，在其它實(shí)施方式中，金屬的厚度可以在約1納米至1000納米之間。用于沉積在膜上的優(yōu)選的金屬是金。然而，也可以使用銀、鋁、鉻、銅、鐵、鋯、鉑、鈦和鎳，以及這些金屬的氧化物。可以用氧化鉻來(lái)制造金屬化層。除了金屬涂層之外，隔離介質(zhì)的表面也可以用其它材料進(jìn)行處理，例如衍生化或涂敷表面，以增強(qiáng)它們?cè)谖⒘黧w系統(tǒng)中的效用，例如提供強(qiáng)化的流體方向。此外，可以在隔離介質(zhì)上形成絕緣層，例如二氧化硅，特別是在那些向裝置或其部件中施加了電場(chǎng)的應(yīng)用中。
接受材料也可以被用于隔離介質(zhì)，其能夠與所關(guān)心的分析物或其絡(luò)合物結(jié)合。所述接受材料可以是生物學(xué)接受材料。這樣的生物學(xué)接受材料是本領(lǐng)域所公知的并且可以包括，但不限于，抗體、抗原、半抗原、維生素H、抗生物素蛋白、抗生物素蛋白鏈菌素、中性抗生物素蛋白、captavidin、A蛋白、G蛋白、碳水化合物、凝集素、核苷酸序列、縮氨酸序列、效應(yīng)物和受體分子、激素和激素結(jié)合蛋白、酶輔助因子和酶、酶抑制劑和酶、以及它們的衍生物?？梢允褂萌魏魏线m的方法來(lái)施加接受材料?？梢允┘咏邮懿牧弦允蛊洳糠值鼗蚓鶆虻馗采w隔離介質(zhì)表面(例如，上面)。雖然不是必須的，但用非接觸的方法施加所述接受材料可能是期望的，以便消除在施加過程中由于接觸導(dǎo)致污染的可能性。合適的施加方法包括，但不限于，浸漬、噴霧、滾壓、旋涂、以及任何其中接受材料層通常可被均勻地施加在隔離介質(zhì)整個(gè)測(cè)試表面上的其它技術(shù)。簡(jiǎn)單的物理吸著可以發(fā)生在許多材料上，例如聚乙烯、玻璃、尼龍或者其它為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的材料。一個(gè)固定接受材料層的特別的實(shí)施方式包括分子附著，例如可能是在硫醇或含二硫化物的化合物與金之間的附著。例如，可以在硅片、玻璃或聚合物膜(例如，MYLAR膜)上負(fù)載約5至約2000納米厚的金涂層。接受材料通過暴露在它的溶液中而附著在金的表面上。接受材料層也可以作為金屬化熱塑膜上的烷基硫醇鹽、羧酸、羥胺酸和膦酸自組裝單層而形成在隔離介質(zhì)上。所述自組裝單層具有結(jié)合在其上的接受材料。例如，在此引入其全部?jī)?nèi)容作為參考而不論其目的的美國(guó)專利No.5,922,550提供了關(guān)于這種自組裝單層以及所述單層的制造方法的更加詳細(xì)的說明。
一旦將接受材料層施加到隔離介質(zhì)上，就接著在介質(zhì)上放置掩膜(未示出)，并用能源輻射所述掩膜。以其基本形式，“掩膜”用來(lái)防護(hù)或“保護(hù)”至少接受材料的一個(gè)區(qū)域或一部分免受能源輻射，并且將至少一個(gè)鄰近的部分暴露于能源中。例如，掩膜可以是一般透明或半透明的空白物(例如，材料帶)，其具有印刷或用其它方式確定在其上面的防護(hù)區(qū)域的圖案。掩膜暴露的非防護(hù)區(qū)域相當(dāng)于隔離介質(zhì)的外露區(qū)域。或替代性地，掩膜可以僅為被置于隔離介質(zhì)上的單獨(dú)的物體。所述物體下的區(qū)域?qū)⒈槐Ｗo(hù)并因此確定了接受材料的活性區(qū)，物體周圍的區(qū)域?qū)⒈┞队谀茉粗胁⒁虼舜_定了接受材料的非活性區(qū)。或替代性地，所述物體可以具有任意的有孔圖案，通過該圖案確定相對(duì)應(yīng)的暴露區(qū)域。
掩膜可以由任何合適的材料形成，所述材料保護(hù)了位于其下面部分的隔離介質(zhì)免受能源輻射。已經(jīng)被證明了對(duì)涂有抗體溶液的鍍金MYLAR膜上活性和非活性接受材料區(qū)域圖案的確定有效的材料是其上印有防護(hù)或保護(hù)區(qū)域圖案的透明或半透明聚合物膜(例如，MYLAR膜)。該類掩膜對(duì)波長(zhǎng)等于或大于約330納米的光源有效。對(duì)于波長(zhǎng)小于330納米的光源，可以使用具有確定在其上的鉻或其它鍍金屬防護(hù)區(qū)的石英或熔融硅掩膜。選擇孔的圖案和大小以使活性和非活性區(qū)域之間的可見衍射差異最大化可能是所期望的。作為一個(gè)圖案的例子，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如果活性區(qū)域被確定為直徑為約10微米并且彼此間隔為約5微米的基本的圓形時(shí)是合適的。然而，提供了確定的衍射圖像的其它圖案也是合適的。
選擇能源以使通過掩膜曝露的接受材料能夠失活或者不能結(jié)合分析物。并不被理論所限制，一種可能的機(jī)理是能源通過游離基機(jī)理本質(zhì)地破壞了接受材料的鍵結(jié)構(gòu)。選擇能源以使通過掩膜曝露的接受材料能夠失活。所述能源通過游離基機(jī)理本質(zhì)地破壞了接受材料的鍵結(jié)構(gòu)。掩膜防護(hù)區(qū)域下的接受材料在輻射步驟中得到保護(hù)。因此，通過除去掩膜，確定了活性和非活性接受材料區(qū)的圖案。應(yīng)該理解術(shù)語(yǔ)“圖案”最少包括一個(gè)活性區(qū)和一個(gè)非活性區(qū)。在接下來(lái)的將基于衍射的測(cè)定裝置暴露于含有有價(jià)值分析物介質(zhì)中的過程中，這種分析物將與活性區(qū)中的接受材料結(jié)合。所述分析物在相當(dāng)于活性區(qū)域的可見衍射圖案中產(chǎn)生透射和/或反射光的衍射。
可以選擇任何合適的能源來(lái)照射掩膜和隔離介質(zhì)的結(jié)合體。例如，所述能源可以是光源，例如紫外(UV)光源，電子束，輻射源等。在一個(gè)特別的實(shí)施方式中，接受材料是一種蛋白質(zhì)基材料，例如抗體，使之失活的能源是UV光源。將傳感器暴露于UV源中足夠長(zhǎng)的時(shí)間以使抗體失活。波長(zhǎng)和曝露時(shí)間可以根據(jù)特定類型的接受材料而改變。其它合適的能源可以包括可調(diào)激光，電子束，各種類型的輻射束包括伽馬和X-射線源，各種強(qiáng)度和波長(zhǎng)的光包括在微波和更小波長(zhǎng)下具有足夠量級(jí)的光束等。值得注意的是，可以特別地制作許多能源以使特殊的抗體或其它類型的生物分子失活。應(yīng)該注意不要讓能源破壞(例如，熔化)下面的隔離介質(zhì)或掩膜。
在一些情況下，例如當(dāng)分析物太小而不易被檢測(cè)的時(shí)候，可以使用檢測(cè)探針來(lái)標(biāo)記分析物?？梢允褂猛ǔＤ軌虍a(chǎn)生可被視覺或儀器裝置檢測(cè)的信號(hào)的任何物質(zhì)。多種合適的可檢測(cè)物質(zhì)可以包括色原體；發(fā)光化合物(例如，熒光的、磷光的等)；放射化合物；視覺標(biāo)記(例如，乳膠粒子或膠質(zhì)的金屬粒子，例如金)；以及脂質(zhì)體或其它含有信號(hào)產(chǎn)生物質(zhì)的囊；等等。其它合適的可檢測(cè)物質(zhì)被描述于Jou等人的美國(guó)專利Nos.5,670,381和Tarcha等人的5,252,459中，在這里引入其全部?jī)?nèi)容作為參考而不論其目的。
可檢測(cè)物質(zhì)可以單獨(dú)使用或者與微粒(有時(shí)稱為“球”或“微球”)結(jié)合使用。例如，可以使用天然存在的粒子，如核、支原體、質(zhì)粒、質(zhì)體、哺乳動(dòng)物細(xì)胞(例如，紅細(xì)胞)、單細(xì)胞微生物(例如，細(xì)菌)、多糖(例如，瓊脂糖)、和氧化物顆粒(例如，二氧化硅、二氧化鈦等)等等。進(jìn)一步地，還可以使用合成的粒子。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，使用了用熒光或彩色染料標(biāo)記的乳膠粒子。雖然本發(fā)明中可以使用任何乳膠粒子，但所述乳膠粒子一般由下述物質(zhì)形成，所述物質(zhì)為聚苯乙烯、丁二烯苯乙烯、苯乙烯丙烯酸-乙烯基三元聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯-馬來(lái)酸酐共聚物、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯基嘧啶、聚二乙烯基苯、聚丁烯鄰苯二甲酸酯、丙烯腈和乙烯基氯-丙烯酸酯等等，或者它們的醛、羧基、氨基，羥基或酰肼衍生物。其它合適的微粒被描述干Jou等人的美國(guó)專利Nos.5,670,381和Tarcha等人的5,252,459中。可商購(gòu)獲得的合適熒光粒子的例子包括Molecular Probes，Inc.銷售的商品名為“FluoSphere”(紅色580/605)和“TransfluoSphere”(543/620)的熒光羧基化微球體，以及“Texas Red”和5-和6-羧基四甲基若丹明，它們也是由MolecularProbes，Inc.銷售的。此外，可商購(gòu)獲得的合適的有色乳膠微粒的例子包括Bang’s Laboratory，Inc.銷售的羧基化乳膠球。
在使用時(shí)，粒子的形狀通?？梢宰兓＠?，在一個(gè)特別的實(shí)施方式中，所述粒子的形狀是球形的。然而，應(yīng)該理解其它形狀也是可以通過本發(fā)明預(yù)見的，例如碟形、棒條形、圓盤形、條形、管形、不規(guī)則形狀等。此外，粒子的大小也可以改變。例如，粒子的平均尺寸(例如，直徑)可以在約0.1納米至約1,000微米的范圍內(nèi)，在一些實(shí)施方式中，為約0.1納米至約100微米，并且在一些實(shí)施方式中，為約1納米至約10微米。例如，“微米級(jí)”的粒子通常是所期望的。在使用時(shí)，這種“微米級(jí)”的粒子的平均尺寸可以為約1微米至約1,000微米，在一些實(shí)施方式中為約1微米至約100微米，并且在一些實(shí)施方式中，為約1微米至約10微米。同樣地，也可以使用“納米級(jí)”的粒子。這種“納米級(jí)”的粒子的平均尺寸可以為約0.1至約1000納米，在一些實(shí)施方式中為約10至約600納米，并且在一些實(shí)施方式中，為約20至約400納米。
在一些情況下，用一些方法修飾檢測(cè)探針以使它們能更容易地與分析物結(jié)合也是合意的。在這種情況下，檢測(cè)探針可以用某種特異性結(jié)合組分來(lái)修飾，所述結(jié)合組分附著其上形成共軛探針。特異性結(jié)合組分一般是特異性的結(jié)合對(duì)成分，即，兩種不同的分子，其中一種分子與第二種分子化學(xué)和/或物理結(jié)合。例如，免疫活性特異性結(jié)合組分可以包括抗原、半抗原、配體、抗體(主要的或次要的)、以及它們的絡(luò)合物，包括那些由重組DNA方法或肽合成所形成的。抗體可以是單克隆或多克隆抗體，重組蛋白或其混合物(復(fù)數(shù))或片段(復(fù)數(shù))，以及抗體與其它特異性結(jié)合組分的混合物。這種抗體的制備以及它們用作特異性結(jié)合組分的適用性的細(xì)節(jié)是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。其它常見的特異性結(jié)合對(duì)包括但不限于，維生素H與抗生物素蛋白(或其衍生物)，維生素H與抗生物素蛋白鏈菌素，碳水化合物與凝集素，互補(bǔ)核苷酸序列(包括DNA雜交試驗(yàn)中用來(lái)檢測(cè)目標(biāo)核酸序列的探針和捕獲核酸序列)，互補(bǔ)肽序列包括那些由重組方法形成的序列，效應(yīng)物與受體分子，激素與激素結(jié)合蛋白，輔酶與酶，以及酶抑制劑與酶等等。此外，特異性結(jié)合對(duì)可以包括原特異性結(jié)合組分的類似物組分。例如，可以使用分析物的衍生物或片段，即，分析物類似物，只要其具有至少一個(gè)與分析物相同的抗原表位。
通常利用各種公知技術(shù)的任何一種就能將特異性結(jié)合組分連接到檢測(cè)探針上。例如，利用羧基、氨基、醛基、溴乙?；?、碘乙酰基、硫醇基、環(huán)氧基以及其它反應(yīng)性或連接官能團(tuán)，以及自由基殘基和自由基正離子可以完成特異性結(jié)合組分與檢測(cè)探針的共價(jià)連接，通過該共價(jià)連接可以完成蛋白的偶聯(lián)反應(yīng)。也可以引入表面官能團(tuán)作為功能化的共聚單體，這是因?yàn)闄z測(cè)探針的表面可以含有相對(duì)較高表面濃度的極性基團(tuán)。此外，雖然檢測(cè)探針在合成后經(jīng)常被功能化，但在某些情況下，例如聚(苯硫酚)，探針能夠直接與蛋白共價(jià)連接而不需要進(jìn)一步的修飾。除了共價(jià)結(jié)合之外，還可以使用其它連接技術(shù)，例如物理吸附作用。
為了形成根據(jù)本發(fā)明的微流體測(cè)定裝置，可以將隔離介質(zhì)置于與基底鄰接的位置，所述基底具有一個(gè)或多個(gè)流體區(qū)。雖然不是必須的，但通常將隔離介質(zhì)和基底層壓在一起以形成液密封。例如，合適的結(jié)合技術(shù)可以包括粘結(jié)、超聲波結(jié)合、熱擴(kuò)散結(jié)合等。在使用期間，將流體試樣施加于樣品孔和/或輸入通道。流體試樣可以包含有價(jià)值的分析物和任選地包含用于進(jìn)行測(cè)定的試劑(例如，檢測(cè)探針)。因此，除了充當(dāng)施加流體試樣的場(chǎng)所以外，樣品加入孔和/或輸入通道還可以充當(dāng)裝置中所用試劑混合、稀釋或反應(yīng)的場(chǎng)所?；蛱娲缘?，可以將測(cè)定試劑施加到隔離介質(zhì)上(例如，通過脫水)，在那里測(cè)定試劑可以通過與隔離介質(zhì)接觸而在流體試樣中變?yōu)樵賾腋〉?。例如，可以將隔離介質(zhì)層壓到基底上以使脫水的測(cè)定試劑處于與輸入通道鄰接的位置。在又一個(gè)實(shí)施方式中，可以僅將期望的測(cè)定試劑施加于分析區(qū)。無(wú)論如何，在其到達(dá)分析區(qū)之前流體試樣均流過裝置。隔離介質(zhì)通常置于與分析區(qū)足夠接近的位置以使流體中包含的分析物或其絡(luò)合物能夠與用于檢測(cè)的接受材料結(jié)合。
在如上所述的實(shí)施方式中，利用單獨(dú)的部件來(lái)形成微流體測(cè)定裝置。也就是說，所述測(cè)定裝置使用了由流體區(qū)形成的基底和施加了接受材料的隔離介質(zhì)?；着c隔離介質(zhì)的結(jié)合形成了能夠檢測(cè)分析物的存在或數(shù)量的微流體裝置。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明也包括其中僅利用了單一部件的實(shí)施方式。例如，可以通過使用任何上述的技術(shù)將接受材料直接施加于包含流體區(qū)的基底表面。在一個(gè)實(shí)施方式中，接受材料被直接施加到存在于分析區(qū)內(nèi)基底上的金屬涂層上。以這種方式，流體試樣可以流經(jīng)輸入通道而進(jìn)入分析區(qū)，在那里分析物(或其絡(luò)合物)可以與接受材料結(jié)合。
此外，本發(fā)明中可以利用任何已知類型的測(cè)定或檢測(cè)技術(shù)。例如，可以利用其它已知的光學(xué)檢測(cè)技術(shù)，例如磷光、熒光、吸光度等。例如，光學(xué)檢測(cè)器可以使用光源和檢測(cè)器，任選地使其與在分析區(qū)上形成的光學(xué)檢測(cè)窗相鄰。進(jìn)一步地，微流體裝置還可以使用電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)，所述電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)一般包括對(duì)分析物(或其絡(luò)合物)與電極帶上的捕獲配體之間的電化學(xué)反應(yīng)的檢測(cè)。多種示例性的電化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)描述于Walling等人的美國(guó)專利Nos.5,508,171；Vreeke等人的5,534,132；Monbouquette的 6,241,863；Crismore等人的6,270,637；Heller等人的6,281,006和Feldman等人的6,461,496中，在這里引入它們的全部?jī)?nèi)容作為參考而不論其目的。
不論使用的具體檢測(cè)機(jī)理如何，本發(fā)明的微流體裝置允許在“單一步驟”中進(jìn)行測(cè)定而不需要作用力，例如壓力源，動(dòng)電力等，來(lái)誘發(fā)流體試樣流經(jīng)裝置。同樣地，流速得到了控制以使流體試樣在分析區(qū)內(nèi)的總停留時(shí)間足夠長(zhǎng)以允許完成預(yù)期的反應(yīng)和/或檢測(cè)。
參考以下實(shí)施例可以更好地理解本發(fā)明。
實(shí)施例1證明了能夠形成根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的微流體裝置。具體地說是，最初由聚二甲基硅氧烷(PDMS)硅橡膠(“Sylgard 184”，由Dow Coning of Midland，Michigan獲得)形成微模制聚合物片。所述PDMS預(yù)聚物是粘度為3900厘泊的液體。通過使用鉑基催化劑(1份催化劑10份預(yù)聚合物)的自由基傳遞機(jī)理使該P(yáng)DMS預(yù)聚合物聚合。PDMS的原始液態(tài)特性使其能夠以高精確度和良好的尺寸穩(wěn)定性復(fù)制結(jié)構(gòu)精細(xì)的塑模。
接著在硅片上形成50微米厚的光致抗蝕劑(由Dow Chemical獲得，名稱為“EPON SU-8”)。具體地說是，將3毫升的SU-8光致抗蝕劑在100 RPM下分散到6”直徑的硅片上，緩慢升高到500 RPM，接著迅速升高到2000 RPM并保持30秒。將沉淀的光致抗蝕劑在接觸加熱板上進(jìn)行軟烘焙(65℃2分鐘，接著95℃5分鐘)。接著，使用LS-1000太陽(yáng)能模擬器(Solar Light of Philadelphia，Pennsylvania)，將SU-8光致抗蝕劑與具有預(yù)設(shè)計(jì)流體區(qū)圖案的鉻-圖案石英光掩模一起曝光30秒。使用CAD程序來(lái)建立對(duì)流體區(qū)的設(shè)計(jì)。所述設(shè)計(jì)示于圖1并具有如下尺寸。
表1流體區(qū)的尺寸
95℃下在接觸加熱板上進(jìn)行7分鐘的曝光后烘焙之后，通過在SU-8顯影劑(MicroChem of Newton，MA)中浸漬約6分鐘將母模顯影，隨后進(jìn)行旋轉(zhuǎn)干燥環(huán)節(jié)(2000RPM，30秒)。最后，通過使用上述旋轉(zhuǎn)干燥條件的動(dòng)力異丙醇漂洗環(huán)節(jié)(1mL)對(duì)圖案進(jìn)行清洗。用所得的負(fù)突起母模澆鑄突起的PDMS微流體裝置。只要PDMS微模制的流體裝置一固化，就將其小心地從模子上取下來(lái)然后粘附到膜上。PDMS部件具有當(dāng)其處于與膜緊密接觸的位置時(shí)能夠形成液密結(jié)合的表面能。
所述膜由CPFilms，Inc.of Martinsville，Virginia獲得，并且是具有10-納米厚的金涂層(每平方英寸≤13ohms)的7-mil Mylar膜。將所述鍍金膜暴露于硫醇鹽化的對(duì)CRP(BiosPacific)反應(yīng)的單克隆抗體中2分鐘。然后將膜用蒸餾過的去離子水漂洗并用0.2-微米過濾過的空氣吹干。將所述涂膜安放在真空壓盤上并且將鉻-圖案石英光掩模直接與所述膜的涂敷面接觸放置。甚至進(jìn)一步通過抽強(qiáng)真空來(lái)減少掩膜與膜之間的間隔。然后將涂膜暴露于222-納米光(單色的，由一對(duì)KrF激發(fā)態(tài)燈泡產(chǎn)生，所述燈泡由Heraeus Noblelight of Duluth，georgia獲得)下2分鐘。測(cè)定裝置的流動(dòng)相由直徑為300-納米的羧化物修飾的乳膠微球體(Bangs Laboratories)形成。將單克隆抗-CRP抗體(BiosPacific)共軛到乳膠微球體上并且將粒子保存在1.25％固體濃度的pH為7.2的磷酸鹽緩沖鹽水(PBS)和Triton X-100(0.3％)中。
為了開始測(cè)定，將所述共軛粒子與含有多種濃度的C-反應(yīng)蛋白樣品預(yù)混合，并且將所產(chǎn)生的混合物施加到裝配的微流體裝置的輸入通道中。所述混合物流入輸入通道，充滿分析區(qū)，最后開始流入毛細(xì)通道。3至5分鐘后，毛細(xì)通道被充滿到使輸入通道和最終分析區(qū)沒有流體存在的程度。后退的空氣/流體接觸面帶走了任何未結(jié)合的流動(dòng)相，僅在分析區(qū)中留下信號(hào)粒子，在所述分析區(qū)中存在充足的分析物以形成“三明治”結(jié)構(gòu)。結(jié)果用基于衍射的檢測(cè)技術(shù)獲得，所述檢測(cè)技術(shù)例如描述于Kaylor等人的2003/0107740中，在此引入其全部?jī)?nèi)容作為參考而不論其目的。改變分析物的濃度重復(fù)試驗(yàn)以產(chǎn)生圖8所示的劑量-反應(yīng)曲線。
實(shí)施例2
除了利用圖2所示的設(shè)計(jì)并且具有如下尺寸外，微流體裝置的形成如實(shí)施例1所述。
表2流體區(qū)的尺寸
實(shí)施例3除了利用圖3所示的設(shè)計(jì)并且具有如下尺寸外，微流體裝置的形成如實(shí)施例1所述。
表3流體區(qū)的尺寸
實(shí)施例4除了利用圖4所示的設(shè)計(jì)并且具有如下尺寸外，微流體裝置的形成如實(shí)施例1所述。
表4流體區(qū)的尺寸
實(shí)施例5除了利用圖5所示的設(shè)計(jì)并且具有如下尺寸外，微流體裝置的形成如實(shí)施例1所述。
表5流體區(qū)的尺寸
實(shí)施例6除了利用圖6所示的設(shè)計(jì)并且具有如下尺寸外，微流體裝置的形成如實(shí)施例1所述。
表6流體區(qū)的尺寸
實(shí)施例7除了利用圖7所示的設(shè)計(jì)并且具有如下尺寸外，微流體裝置的形成如實(shí)施例1所述。
表7流體區(qū)的尺寸
雖然已經(jīng)參照其具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)地描述，但是應(yīng)該清楚，通過完成了對(duì)上文的理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很容易地想到這些實(shí)施方式的改變、演變和等同方式。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)被確定為所附的權(quán)利要求及其任何等同替換的范圍。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)流體試樣中分析物的存在或濃度的測(cè)定裝置，所述測(cè)定裝置包括輸入通道；與所述輸入通道流體連通的分析區(qū)，所述分析區(qū)確定了一個(gè)周邊，其中所述分析區(qū)充當(dāng)檢測(cè)分析物的場(chǎng)所；和多個(gè)從所述分析區(qū)周邊向外延伸的微流體毛細(xì)通道，其中使測(cè)定裝置具有使流體試樣能夠主要通過毛細(xì)作用流經(jīng)所述輸入通道和所述分析區(qū)的結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的測(cè)定裝置，其中所述輸入通道的橫截面積小于約20平方毫米。
3.如權(quán)利要求1或2所述的測(cè)定裝置，其中所述分析區(qū)的大小足以基本上容納施加到測(cè)定裝置中的全部體積的流體試樣。
4.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)定裝置，其中所述分析區(qū)基本上是圓形的。
5.如權(quán)利要求4所述的測(cè)定裝置，其中所述毛細(xì)通道從所述分析區(qū)的周邊放射狀延伸。
6.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)定裝置，其中流體試樣能夠從所述輸入通道順序流入到所述分析區(qū)。
7.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)定裝置，其中所述毛細(xì)通道在向著所述分析區(qū)中心的方向逐漸變細(xì)。
8.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)定裝置，其中所述毛細(xì)通道的縱橫比為約0.1至約10，優(yōu)選約0.25至約5的縱橫比，更優(yōu)選約0.5至約1.5的縱橫比。
9.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)定裝置，其中所述毛細(xì)通道的橫截面積小于約20平方毫米，優(yōu)選約0.001至約10平方毫米、優(yōu)選約0.01至約5平方毫米、并且更優(yōu)選約3至約500個(gè)所述毛細(xì)通道。
10.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)定裝置，其中該測(cè)定裝置包括約15至約200個(gè)所述的毛細(xì)通道。
11.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)定裝置，其進(jìn)一步包括與所述毛細(xì)通道流體連通的溢流區(qū)。
12.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)定裝置，其進(jìn)一步包括基底，在所述基底上部或內(nèi)部置有所述輸入通道、所述分析區(qū)和所述毛細(xì)通道。
13.如權(quán)利要求12所述的測(cè)定裝置，其中所述基底層壓有隔離介質(zhì)，所述隔離介質(zhì)含有能夠與分析物或其絡(luò)合物結(jié)合的接受材料。
14.如權(quán)利要求13所述的測(cè)定裝置，其中所述隔離介質(zhì)包括具有金屬涂層的聚合物膜。
15.一種檢測(cè)流體試樣中分析物的存在或濃度的測(cè)定裝置，所述測(cè)定裝置包括輸入通道；與所述輸入通道流體連通的基本呈圓形的分析區(qū)，所述分析區(qū)確定了一個(gè)周邊，其中所述分析區(qū)充當(dāng)檢測(cè)分析物的場(chǎng)所；多個(gè)從所述分析區(qū)周邊放射狀延伸的毛細(xì)通道，其中所述毛細(xì)通道的縱橫比為約0.1至約10，并且其橫截面積小于約20平方毫米；和與所述多個(gè)毛細(xì)通道流體相通的溢流區(qū)，其中使測(cè)定裝置具有使流體試樣能夠主要通過毛細(xì)作用而流經(jīng)所述輸入通道和所述分析區(qū)的結(jié)構(gòu)。
16.一種進(jìn)行測(cè)定的方法，所述方法包括將懷疑含有分析物的流體試樣引入輸入通道；允許流體試樣通過毛細(xì)作用從所述輸入通道流入確定了一個(gè)周邊的分析區(qū)；檢測(cè)是否存在分析物；和使用多個(gè)微流體毛細(xì)通道從分析區(qū)吸出流體試樣，所述毛細(xì)通道從所述分析區(qū)的周邊向外延伸。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中將流體施加到與所述輸入通道流體連通的樣品孔中，流體通過毛細(xì)作用從所述樣品孔流入所述輸入通道。
18.如權(quán)利要求16或17所述的方法，其中所述毛細(xì)通道從所述分析區(qū)周邊放射狀地延伸。
19.如權(quán)利要求16至18任一項(xiàng)所述的方法，其中所述毛細(xì)通道的縱橫比為約0.1至約10，優(yōu)選約0.5至約1.5。
20.如權(quán)利要求16至19任一項(xiàng)所述的方法，其中所述毛細(xì)通道的橫截面積小于約20平方毫米，并且優(yōu)選約0.01至約5平方毫米。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種檢測(cè)流體試樣中是否存在分析物的微流體測(cè)定裝置。本發(fā)明提供了一種通過使用至少一個(gè)輸入通道、分析區(qū)和多個(gè)置于分析區(qū)周邊附近的毛細(xì)通道而在微流體裝置中獲得連續(xù)流的技術(shù)。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，毛細(xì)通道從分析區(qū)放射狀延伸。作為該微流體裝置特殊結(jié)構(gòu)的結(jié)果，測(cè)定可以在“單一步驟”中完成而無(wú)需作用力，例如壓力源、動(dòng)電力等，來(lái)誘發(fā)流體試樣流經(jīng)裝置。同樣地，流速得到了控制以使流體試樣在分析區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間足夠長(zhǎng)以允許進(jìn)行期望的反應(yīng)和/或檢測(cè)。
文檔編號(hào)B01L3/00GK101087656SQ200580044807
公開日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2005年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月23日
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