具有微珠集成系统的微流体芯片技术方案

本发明专利技术尤其针对微流体芯片。芯片包括在芯片的一个侧面上的主微流体通道，和微珠集成系统。微珠集成系统布置在芯片的所述一个侧面上。它包括横向于主微流体通道并且与主微流体通道流动连通的辅助微流体通道，以便与其一起形成交叉口。交叉口由在主微流体通道中布置的结构化元件来定界。结构化元件配置为，在所述交叉口处保留微珠悬浮液中流动的微珠，该微珠悬浮液在所述辅助微流体通道中前进且通过交叉口。此外，这样的结构化元件配置为，让在主微流体通道中前进的液体穿过结构化元件来通过交叉口。本发明专利技术还针对相关的装置和方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有微珠集成系统的微流体芯片
技术介绍
本专利技术总体上涉及以下领域：微流体、微流体芯片、以及将受体集成到微流体装置中的装置和方法。微流体处理小体积液体的行为、精确控制和操纵，该小体积液体典型地被限制在微米长度尺度的通道并且被限制在典型地在亚毫升范围内的体积。微流体的突出特征源于液体在微米长度尺度处展示出的独特行为。液体在微流体中的流动典型地是层状的。低于一纳升的体积可以通过制造具有微米范围内的横向尺寸的结构来达到。可以加速被大尺寸限制的反应(通过反应物的扩散)。最终，可以准确地且可再现地控制液体的平行流，以允许在液/液和液/固界面处形成化学反应和梯度。微流体装置总体上是指微制造的装置，其用于泵浦、采样、混合、分析和配量液体。为代替使用主动的泵送构件，已知微流体装置，其使用毛细管力以在微流体装置内移动液体样品。这使得装置更易于操作且较便宜，因为不需要集成的或外部的(主动的)泵。然而，制造期间的微粒、污染物和其他问题可能危害装置的基于毛细管的填充。护理点诊断的微流体装置是意味着在患者身边或现场中及可能在家里由非技术人员使用的装置。现存的即时装置典型地需要将样品装载到装置中，并且等待预先定义的时间直至可以读取信号(通常光学或荧光信号)。信号源自(生物)化学反应，并且涉及样品中的分析物的浓度。这些反应可能花费时间并且难以实现，因为它们需要最佳时机、样品的流动条件、和试剂在装置中的准确溶解。该反应典型地包含诸如抗体的脆弱试剂。装置中可能产生气泡，这可能使测试失效。此外，装置中的碎屑可阻挡液体流动。在液体必须在平行流动路径中分裂的装置中，可能无法以相同流速发生填充，并且这可能使测试有偏差或无效。在许多分析装置中，关于分析物的检测，为了绑定和积累分析物，需要在装置的区域中定位受体。受体的定位是具有挑战的问题，特别是对于以合理的成本的大量制造的装置来说。特别地，当需要关闭分析装置时，有时难以在装置的区域内引入受体。对于毛细管主动的装置，附加的难点是控制含有受体的溶液的流动并且避免这样的溶液的扩散。使用光刻可以完成受体的定位。然而，这样的技术是昂贵的、缓慢的，并且可能缺少灵活性和与诸如抗体的脆弱的受体的兼容性。还可以使用点样(spotting)(例如喷墨、针或鹅毛笔点样(pinspotting))。然而，这样的技术导致了液体的扩散、干燥伪影、受体的聚集和不均匀分布。共同使用的其他技术是在诸如纸或纤维素的多孔介质上局部分配含有受体的溶液。然而，这导致分辨率的缺失和不均匀的受体密度，这阻碍了复用、小型化和信号定量。因此，需要解决方案使得在分析装置中容易集成受体微珠成为可能。
技术实现思路
根据第一方面，本专利技术实施为微流体芯片。芯片包括在芯片的一个侧面上的主微流体通道、和微珠集成系统。微珠集成系统布置在芯片的相同侧面上。它包括横向于主微流体通道并且与主微流体通道流动连通的辅助微流体通道，以便与其一起形成交叉口。交叉口由在主微流体通道中布置的结构化元件来定界。结构化元件配置为，在所述交叉口处保留微珠悬浮液中流动的微珠，该微珠悬浮液在所述辅助微流体通道中前进且通过交叉口。此外，这样的结构化元件配置为，让在主微流体通道中前进的液体穿过结构化元件来通过交叉口。上述解决方案使得减缓和加速微珠的集成成为可能，微珠典型地包括受体。例如，上述装置和对应地该集成方法不需要离心来装填微珠或沉淀，这是耗时的步骤。可以距主通道一距离处装载微珠，而不必直接在主通道中局部地分配微珠。因此微珠集成可以例如在几分钟内简单且快速地实现，并且可能是无人值守的。在实施例中，结构化元件包括突出元件，该突出元件从主微流体通道的下部壁突出。这样的元件例如可以是易于图案化的柱状物。突出元件可以沿着跨越主微流体通道两个平行线延伸，该线部分地定界所述交叉口。根据一个实施例，突出元件彼此间隔开以便形成让液体穿过其通行的开口。例如，突出元件具有在4和18μm之间的平均直径，在两个平行线的每一个中的两个连续的突出元件之间的平均间隙是在2和8μm之间，两个平行线以12和50μm之间的平均距离来间隔。一个实施例中，主微流体通道包括横向的、抗湿的毛细结构，该毛细结构在主微流体通道的与交叉口相邻的边缘侧壁处形成。这可以降低液体的横向扩散(来自主通道和/或辅助通道)，并且减慢了液体在主通道中的前进。在实施例中，芯片还包括：样品装载区域，其在交叉口的一侧与主微流体通道流动连通；以及毛细泵，其在交叉口的另一侧与主微流体通道流动连通。主微流体通道将样品装载区域连接到毛细泵，由此限定液体流动方向D(从样品装载区域延伸到毛细泵)。在液体已经与例如在交叉口处俘获的微珠上的受体相互作用之后，可以在主通道(或在分流通道)中完成液体的分析。芯片可以包含两个类型的辅助微流体通道(即，第一和第二辅助微流体通道)，各位于在主通道的一侧。微珠集成系统例如可以包括微珠悬浮液装载区域，其在主微流体通道的一侧并且经由第一辅助微流体通道与主微流体通道流动连通。微珠集成系统还可以包括一个或多个第二辅助微流体通道，其在主微流体通道的另一侧并且与交叉口流动连通。一个或多个第二辅助微流体通道可以将通过交叉口的液体从微珠悬浮液中横向排出，而不是经由主通道，所以不会阻碍分析液的分析。实施例中，微珠集成系统还可以包括辅助毛细泵，其在主微流体通道的另一侧并且经由一个或多个第二辅助微流体通道与交叉口流动连通。辅助泵帮助液体从已经通过交叉口的微珠悬浮液抽出液体。在一个实施例中，第一辅助微流体通道具有到交叉口的第一开口，一个或多个第二辅助微流体通道相应地具有到交叉口的一个或多个第二开口。一个或多个第二开口配备在交叉口的级别处的主微流体通道的侧壁中。可以尺寸定制一个或多个第二开口的每一个，以便防止微珠离开交叉口再进入一个或多个第二辅助微流体通道。实施例中，第一辅助微流体通道实质上垂直于主微流体通道的在所述交叉口的级别处的部分延伸。这使得最大化从微珠悬浮液装载垫到交叉口的距离(所有事物在其他方面是相同的)成为可能，以避免污染主通道。实施例中，在芯片的一个侧面上，微珠悬浮液装载区域至少部分地由在微珠悬浮液装载区域的外围处布置的抗湿结构来围绕。这防止在装载微珠悬浮液时液滴的扩散。实施例中，辅助微流体通道经由朝向交叉口加宽的锥形部分与交叉口流动连接。这减轻了当集成微珠时，微珠在交叉口的入口处阻塞或者朝向微珠悬浮液装载区域流回到辅助通道中的风险。在一个实施例中，主微流体通道(在从主微流体通道中的液体装载点延伸到交叉口的给定的液体流动方向D上)连续地展示了：收缩件和锥形部分，该锥形部分朝向交叉口加宽。这些附加的结构帮助维持稳定的流体流动穿过交叉口，尽管结构化元件定界交叉口(其必须减慢了在交叉口附近的液体前进)。实施例中，微珠集成系统还包括多个辅助微流体通道。辅助微流体通道中的每一个在主微流体通道的一侧横切于主微流体通道并且与主微流体通道流动连通，以便与其一起形成相应的交叉口。交叉口的每一个由在主微流体通道中布置的结构化元件来定界。遵循如前所述的相同原理，结构化元件配置为，在每个交叉口处保留微珠悬浮液中流动的微珠，该微珠悬浮液在相应的辅助微流体通道中前进且通过所述每个交叉口。结构化元件还可以让在主微流体通道中前进的液体穿过定界交叉口的结构化元件来通过每个交叉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微流体芯片，包括：主微流体通道，其在所述芯片的一侧上；以及微珠集成系统，其布置在所述芯片的所述一侧上，所述微珠集成系统包括横向于所述主微流体通道且与所述主微流体通道流动连通以便与其构成交叉口的辅助微流体通道，由在所述主微流体通道中布置的结构化元件来定界所述交叉口，所述结构化元件配置为：在所述交叉口处保留微珠悬浮液中流动的微珠，所述微珠悬浮液在所述辅助微流体通道中前进且通过所述交叉口；并且让在所述主微流体通道中前进的液体穿过所述结构化元件通过所述交叉口。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.03 US 15/342,4031.一种微流体芯片，包括：主微流体通道，其在所述芯片的一侧上；以及微珠集成系统，其布置在所述芯片的所述一侧上，所述微珠集成系统包括横向于所述主微流体通道且与所述主微流体通道流动连通以便与其构成交叉口的辅助微流体通道，由在所述主微流体通道中布置的结构化元件来定界所述交叉口，所述结构化元件配置为：在所述交叉口处保留微珠悬浮液中流动的微珠，所述微珠悬浮液在所述辅助微流体通道中前进且通过所述交叉口；并且让在所述主微流体通道中前进的液体穿过所述结构化元件通过所述交叉口。2.根据权利要求1所述的微流体芯片，其中：结构化元件包括突出元件，所述突出元件从所述主微流体通道的下部壁突出。3.根据权利要求2所述的微流体芯片，其中：所述突出元件沿着跨越所述主微流体通道的两个平行线延伸，所述线部分地定界所述交叉口，其中所述突出元件彼此间隔开以便形成开口以让液体穿过其通行。4.根据权利要求3所述的微流体芯片，其中：所述突出元件具有在4和18μm之间的平均直径，在所述两个平行线的每一个中的两个连续的突出元件之间的平均间隙是在2和8μm之间，所述两个平行线以12和50μm之间的平均距离来间隔开。5.根据权利要求1所述的微流体芯片，其中：所述主微流体通道包括横向的、抗湿的毛细结构，所述毛细结构在所述主微流体通道与所述交叉口相邻的边缘侧壁处形成。6.根据权利要求1所述的微流体芯片，其中所述芯片还包括：样品装载区域，其在所述交叉口的一侧与所述主微流体通道流动连通；以及毛细泵，其在所述交叉口的另一侧与所述主微流体通道流动连通，借此所述主微流体通道将所述样品装载区域连接到所述毛细泵，由此限定从所述样品装载区域延伸到所述毛细泵的液体流动方向D。7.根据权利要求1所述的微流体芯片，其中：所述辅助微流体通道是第一辅助微流体通道，并且所述微珠集成系统还包括：微珠悬浮液装载区域，其在所述主微流体通道的一侧上并且经由所述第一辅助微流体通道与所述主微流体通道流动连通；以及一个或多个第二辅助微流体通道，其在所述主微流体通道的另一侧上并且与所述交叉口流动连通。8.根据权利要求7所述的微流体芯片，其中所述微珠集成系统还包括：辅助毛细泵，其在所述主微流体通道的所述另一侧上并且经由所述一个或多个第二辅助微流体通道与所述交叉口流动连通。9.根据权利要求8所述的微流体芯片，其中：所述第一辅助微流体通道具有到所述交叉口的开口，并且所述一个或多个第二辅助微流体通道分别具有到所述交叉口的一个或多个第二开口，所述一个或多个第二开口配备在所述主微流体通道的在所述交叉口的水平处的侧壁中，其中所述一个或多个第二开口中的每一个比所述第一开口更窄。10.根据权利要求7所述的微流体芯片，其中：所述第一辅助微流体通道实质上垂直于所述主微流体通道在所述交叉口的水平处的部分延伸。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y特米兹，M利姆，E德拉马切，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US