一种用于多样品分析的微流体器件和使用方法技术

用于多样品分析的微流体器件，它包括有：　　　　１）至少两个反应通道，每个反应通道均设有一个进口、一个出口和一个高流阻亲水性管道；　　　　２）一个分配管道，该分配管道具有一个上游端和一个下游端，并和每个反应通道的进口通过所述高流阻亲水性管道形成流体连通；　　　　３）一个排空管道，该排空管道具有一个上游端和一个下游端，并和每个反应通道的出口形成流体连通。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微流体控制器件和其使用方法，特别是涉及一种可以实现自动化、多样品并行检测分析的微流体控制器件和其使用方法。
技术介绍
微型全分析系统，或者芯片实验室系统的众多优点和目标之一是提高分析检测的通量。多通量一般是指对多个样品同时进行分析，或者对同一样品进行多指标的同时检测，或者两者兼而有之。多通量分析检测要求不同样品或者不同试剂间的有效隔离，以避免交叉污染，因此需要有多个相互独立的分析单元；而同时性的要求必须通过实现多个分析单元的操作并行性才能达到。一个典型的生物分析过程往往由多步操作组成，才能最终确定样品中的成份或特征，这些步骤包括但不限于反应、分离、稀释、纯化、萃取、清洗、混合等，而每一步操作一般会涉及到一种特定的，但对于所有分析单元来说又是公共的流体试剂。 显然，将公共流体试剂从一个共同的来源同时分配到多个分析单元中去，而不是先后分别加入，是经常遇到的一种重要的并行操作。而非公共试剂或样品，则没有这样一个从共同的来源进行并行分配的要求；特别是对于一些非公共的试剂，还可以以固体的方式预先置放于各个分析单元中，以简化流体操作。分析单元中可以进行均相反应(比如聚合酶链式反应，PCR)，也可以进行异相反应(比如微阵列杂交)。多步反应流程(比如大部分免疫反应流程)常需依次加入一种以上的公共流体试剂，而且在新加入一种不同的公共流体试剂之前，上一步反应完了的公共流体试剂需要先排除出分析单元。流体从多个分析单元中排除是一个流体被空气替换的过程，该过程也需要并行进行，否则替换得较快的单元有可能形成气流短路，导致替换较慢的分析单元无法将剩余的流体完全排净。 由于实际上很难做到丝毫无差的并行流动，在多个分析单元经过多次公共试剂的分配和排除操作后，在分析单元中极易形成气泡并滞留其中，流动过程最初的少许差异会因此而逐渐累积起来，直至完全破坏多个分析单元之间的流动并行性。这种差异首先是由于几何加工尺寸上的不一致性导致的，而在气泡形成之后，这种不一致性就会加剧并且变得随机。 为实现多通道并行流动，研究人员开发出了几种不同形式的微流体结构，比如一种从一个共同的源头产生逐级分叉，最后再连接到各个分析单元的管道结构，它使得每个分析单元到公共源头之间具有一个等距离的路径。但由于微尺度下的表面效应，流体往往在管道分叉处随机地选择流入其中一个分叉管道。因此，在设计中，一般下一级分叉管道具有比上一级更小的尺寸，已产生逐渐增大的流动阻力，用于克服上级管道分叉处的表面效应。然而，这种结构当用于流体排除时不能很好工作，这是因为将流体从小尺寸的微管道中排除比较困难(特别是亲水性管道)，从而破坏流体操作的并行性。如果不考虑空气替换液体的排除操作，而是直接用液体替换液体，那么需要为每一种公共流体提供单独的这种逐级分叉的结构，显然如果它们全部在一个平面上将不可避免地形成管路交叉。为了解决这个问题，美国专利6,880,576和6,981,522公布了一种相当复杂的多层流体分配结构。美国专利6,499,499公布了一种高流阻微结构和方法用于并行的分配流题，但是，该结构仍不能有效地实现多次流体并行的分配和排除。美国专利申请2006210439-A1公布了一种只有进口没有出口的多通道结构，利用真空将公共流体自动吸入各个通道；但是，排除流体的操作很难完成，因此多步反应流程很难实现。可以看到，实际应用仍存在对一种可以有效实现流体多次并行分配和排除的微流体器件或结构的需求。 所有在此被引用的授权专利、专利申请和其它文献都将以它们的整体作为本专利技术的参考而被包括在内。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可用于多样品并行检测分析的微流体器件。 本专利技术所提供的微流体器件，它包括有1)至少两个反应通道，每个反应通道均设有一个进口、一个出口和一个高流阻亲水性管道；2)一个分配管道，该分配管道具有一个上游端和一个下游端，并和每个反应通道的进口通过所述高流阻亲水性管道形成流体连通；3)一个排空管道，该排空管道具有一个上游端和一个下游端，并和每个反应通道的出口形成流体连通。 所述微流体器件的变化形式包括在每个反应通道的进口和高流阻亲水性管道之间的位置可再设置一个流体的加入口。 所述微流体器件包括至少两个反应通道。在某些具体的实施方案中，该器件还可包括至少三个、至少四个、至少五个、至少六个、至少七个、至少八个、至少九个、至少十个、至少十一个、或者至少十二个反应通道。反应通道的数量可根据实际需要进行调整。反应通道一端的进口数量可根据实际需要进行调整，如2、3或4个等。 专利号为6,499,499的美国专利中公布的一系列方法可用于形成本专利技术中的高流阻亲水性管道。例如，改变管道的几何尺寸和/或填充多孔性或其它能够降低流量的材料等，均可用来增加管道的流阻。 在某些具体实施例中，高流阻亲水性管道的内部尺寸可小于或等于100微米、50微米或10微米等，可根据实际需要进行调整。在某些具体实施例中，高流阻亲水性管道的最小内部尺寸与反应通道的最小内部尺寸之比可小于或等于1/2、1/5、1/10等，可根据实际需要进行调整。在某些具体实施例中，高流阻亲水性管道的内表面上水的接触角可小于或等于85°、45°、15°等，可根据实际需要进行调整。 本专利技术的微流体器件可以用多种方式及材料进行加工。所述材料可为玻璃、硅、氮化硅、石英、聚甲基丙烯酸甲酯(又称有机玻璃)或塑料等。一些常规加工或微加工手段，比如半导体工业中可用来加工微管道、微腔体、和/或微孔的加工技术等均可用来加工本专利技术的微流体器件，其它技术，例如热压印、印章法、注塑或软刻蚀等也可用来加工本专利技术的微流体器件。 本专利技术的另一个目的是提供一种将公共的流体并行地分配到所述微流体器件多个反应通道内的方法。 本专利技术所提供的将一种公共的流体并行地分配到所述微流体器件多个反应通道内的方法，可包括以下步骤1)在所述微流体器件分配管道的上游端施加一个正压力，或者在分配管道的下游端施加一个负压力，同时将分配管道的上游端与公共的流体连接，以将公共的流体引入分配管道中，直至所有的高流阻亲水性管道和分配管道内的公共流体相连通；2)将分配管道的下游端和排空管道的上游端对流体关闭，并将分配管道的上游端和排空管道的下游端对流体开通；3)在分配管道的上游端施加一个正压力，或者在排空管道的下游端施加一个负压力，使得公共的流体通过高流阻亲水性管道进入反应通道内。 在上述方法的步骤1)中，排空管道的上、下游端可以是开放或封闭的。 步骤2)中所涉及的四个动作可以同时完成，也可以以任何顺序先后完成。 上述步骤1)-3)中所述的正压力和负压力的大小可为10-10000Pascal。 非公共的流体(比如非公共样品、非公共试剂等)可以利用在排空管道下游端施加的负压从加入口加入反应通道内。在某些具体的实施方案中，每个加入口处可与一个毛细吸针的一端连接，毛细吸针的另一端和装有非公共流体的流体源相通，流体源可以是微孔板、小试剂管、定量管或微加工出来的腔体池等，使得非公共流体通过施加在排空管道下游端的负压自动吸入反应通道内。非公共流体可以在公共流体加入之前或与之同时加入到反应通道内。在完成非公共流体的加入后，并在下一步流体操作之前，应将加入口封闭。 在某本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于多样品分析的微流体器件，它包括有：１）至少两个反应通道，每个反应通道均设有一个进口、一个出口和一个高流阻亲水性管道；２）一个分配管道，该分配管道具有一个上游端和一个下游端，并和每个反应通道的进口通过所述高流阻亲水性管道形成流体连通；３）一个排空管道，该排空管道具有一个上游端和一个下游端，并和每个反应通道的出口形成流体连通。

【技术特征摘要】
1.用于多样品分析的微流体器件，它包括有1)至少两个反应通道，每个反应通道均设有一个进口、一个出口和一个高流阻亲水性管道；2)一个分配管道，该分配管道具有一个上游端和一个下游端，并和每个反应通道的进口通过所述高流阻亲水性管道形成流体连通；3)一个排空管道，该排空管道具有一个上游端和一个下游端，并和每个反应通道的出口形成流体连通。2.根据权利要求1所述的微流体器件，其特征在于在所述每个反应通道的进口和高流阻亲水性管道之间的位置再设置一个流体的加入口。3.根据权利要求1所述的微流体器件，其特征在于所述高流阻亲水性管道的内部尺寸小于或等于100微米。4.根据权利要求3所述的微流体器件，其特征在于所述高流阻亲水性管道的内部尺寸小于或等于50微米。5.根据权利要求4所述的微流体器件，其特征在于所述高流阻亲水性管道的内部尺寸小于或等于10微米。6.根据权利要求1所述的微流体器件，其特征在于所述高流阻亲水性管道的最小内部尺寸与所述反应通道的最小内部尺寸之比小于或等于1/2。7.根据权利要求6所述的微流体器件，其特征在于所述高流阻亲水性管道的最小内部尺寸与所述反应通道的最小内部尺寸之比小于或等于1/5。8.根据权利要求7所述的微流体器件，其特征在于所述高流阻亲水性管道的最小内部尺寸与所述反应通道的最小内部尺寸之比小于或等于1/10。9.根据权利要求1所述的微流体器件，其特征在于所述高流阻亲水性管道内表面上水的接触角小于或等于85°。10.根据权利要求9所述的微流体器件，其特征在于所述高流阻亲水性管道内表面上水的接触角小于或等于45°。11.根据权利要求10所述的微流体器件，其特征在于所述高流阻亲水性管道内表面上水的接触角小于或等于15°。12.一种将公共的流体并行地分配到权利要求1-11任一项所述微流体器件的多个反应通道内的方法，包括以下步骤1)在权利要求1-11任一项所述微流体器件的分配管道的上游端施加一个正压力，或者在分配管道的下游端施加一个负压力，同时将分配管道的上游端与公共的流体连接，直至所有的高流阻亲水性管道和分配管道内的公共的流体相连通；2)将分配管道的下游端和排空管道的上游端对流体关，并将分配管道的上游端和排空管道的下游端对流体开通；3)在分配管道的上游端施加一个正压力，或者在排空管道的下游端施加一个负压力，公共的流体通过高流阻亲水性管道进入反应通道内。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述公共的流体为清洗液、稀释液或反...

【专利技术属性】
技术研发人员：官晓胜，郭旻，张荣，董栋，胡玉明，崔婷，程京，
申请(专利权)人：博奥生物有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：11