微流体温度驱动的阀制造技术

一种微流体温度驱动的阀，其主题是一种利用核酸扩增来分析液体样品的仪器中使用的微流体器件、一种利用核酸扩增分析液体样品的仪器、一种分析液体样品的方法以及一种扩增液体中的核酸的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的主题是一种利用核酸扩增分析液体样品的仪器中使用的 微流体器件、 一种利用核酸扩增分析液体样品的仪器、 一种分析液体样 品的方法以及 一 种扩增液体中的核酸的方法。
技术介绍
本专利技术对保健，以及生物学和医学科学研究领域特别有用，尤其在 核酸分析、基因定量和基因分型，这类需要对所含组分实施可靠样品分 析的领域。扩增核酸用的方法和器件是技术上熟知的。一种利用包括变性和扩增步骤的反应循环的方法是聚合酶链反应(PCR)。该技术给核酸处理带来革命性变化，特别是核酸分析，因为它 提供一种将特定序列的核酸的数量由微不足道增加到可检测数量的工 具。PCR描述在，例如，EP 0201184和EP 0200362中。 一种利用加热 和冷却某一延长的金属块以控制方式对管子中的样品实施热循环的仪 器公开在例如EP 0236069中。最近，已研发出改进和更强大的PCR技术。定量实时PCR是一种 用于同时定量和扩增给定DNA分子特定部分的实验室技术。它被用来 确定某一特定序列是否存在于样品中以及，如果存在，可对样品中复制 的份数进行定量。2种常用定量方法是采用嵌入了双链DNA的荧光染料 以及，当与互补DNA杂交时，发荧光的改性DNA低聚核苷探针。此类 方法描述在，例如，EP 0512334中。通常，聚合酶链反应在特殊反应容器中实施。为提供鲁棒、可靠和 高度准确的核酸扩增结果，重要的是避免反应区的污染。PCR能使单个 分子扩增十亿倍。因此，哪怕很少量污染物也可能被扩增并导致假阳性结果。此种污染物常常是来自以前的PCR扩增的产物，被称作带入的污 染。除了预防反应区灌注期间带入的污染之外，特别重要的是，在反应 进行期间将反应区密封，以防止污染物。这在1个以上反应区使用共同 的流体通道同时灌注的场合特别难以办到。此类场合常常采用带有多个 反应区的小型化器件以达到较高处理量，具有减小的反应体积，这导致对减少污染危险的技术要求的进一步提高。微流体学是设计、制造和制定与"纳-或皮升"范围流体体积打交道的 器件和方法的科学。微流体硬件要求不同于宏观尺度硬件的构造和式 样。通常不可能将传统器件按比例缩小，然后预期它们在微流体场合同 样能行，因为系统行为有了巨大改变。毛细管作用改变了流体通过微尺 度-直径管子的规律，它将与宏观尺度通道截然不同。另外，涉及到诸多 未知因素，尤其涉及微尺度热量传递和质量传递。微流体体系在保健， 例如，血细胞分离、生化化验、化学合成、基因分析、药物筛选和电色谱法等方面具有多种多样和广泛潜在的应用。为解决污染问题，已研发出减少当进行反应时的交叉污染危险的、 允许将液体样品灌注并维持在反应区中及其以外的特定微流体阀。这 里，该阀将每个反应腔逐一气密密封。这一点很重要，特别是在对1或 多个样品就几个截然不同的参数接受试验的阵列格式中。由于交叉反应 可能导致假阳性结果，故主要的任务是避免此类交叉反应。于是，在许 多领域，阀被应用在阵列器件中以防止反应腔特定试剂的带入。技术上已知有几种类型阀，其中两种主要类型可能是著名的，通常被称作一次性关闭阀(once-close valve)和启/闭阀(ON/OFF valve)。 一次性 关闭阀在基态(ground state)处于敞开并可能关闭仅仅一次。关闭后，该 阀将可能被被再打开。启/闭型阀可打开和关闭数次，通常借助外部执行 机构。US 20050072946公开一种采用多层软光刻(lithography)的拔i流体 阀。此种阀的特征在于其恒定厚度的弹性体膜部分，从而允许该膜沿其整个宽度对外加压力产生相近的反抗力。此种用可挠曲膜制造的启/闭阀 可具有极低致动压力，因此可用于实现主动(active)功能，例如，在集成 微流体芯片中的泵和混合机。然而，此类带有一体化软膜的器件是采用 双组分生产技术制造的。第一组分一般是较硬聚合物材料，例如，聚丙 烯(PP)或聚甲基丙烯酸曱酯(PMMA),而第二组分是软材料，例如，热 塑性弹性体(TPE)。那些双组分技术是复杂且成本高的，况且生产1个 器件的时间，与单组分技术相比，大大增加。另外，该弹性体阀必须是 三维构成的。该器件不得不建造在几层上，每层具有特定功能(例如，流 体层、开关层等)。用于阀的致动层在几何上位于流体层上方。这样的多 层工艺进一步增加了商品的成本和器件的复杂性。利用Peltier(珀耳帖)-致动的微型阀(Richard P. Welle和Brian S. Hardy,第24届热电学国际会议(24th International Conference on Thermoelectrics (ICT))， 2005， pp. 343-346)抑制流体排出物进出反应区的 阀在技术上是公知的。Peltier元件放在靠近流体通道网或流体通道网下 方。通过利用Peltier元件冷却进出反应腔的通道中的流体使流体冻结， 从而导致通道内形成水塞。该冰塞堵住通道，于是扩散受阻。当把Peltier 元件关掉时，冰塞融化，于是通道重新打开。这样一来，液体就可流过 通道，同时扩散可再次发生了。此类型阀也划归启/闭阀一类，因为可能 要实施几个冻融循环。然而，此种Peltier-致动的阀具有许多缺点。每个 阀在非常靠近的部位就需要1个Peltier元件。该Peltier元件是尺寸有 限的，因此，该阀不能用于具有高度密集反应腔和通道的微流体器件。 另外，每个Peltier元件必须能电子存取和调节，从而要求容纳布线和复 杂控制器的空间。不仅如此，此种阀也不能用于热循环领域，因为在关 闭状态，通道中的液体被冻结在非常靠近反应腔的部位，而这里却进行 着50 90。C之间温度的热循环。阀与反应腔之间的温度梯度势必既影响 冻结也影响加热过程，而这两个过程都需要较多能量。这种作用将限制 快速热循环的速度和效率。再者，冷冻也导致液体体积的改变，从而在 器件及其材料中感应出应力。利用毛细管与所述毛细管进入反应区的开口之间润湿度差异的、基 于毛细管的被动阀被称作毛细管驱动的截止阀或毛细管破裂阀，其描述 在Duffy等人的《分析化学》(Analytical Chemistry, 1999， 71， 4669 ~ 4678) 中。此种被动阀基于润湿能。将弯月面从细毛细管推入到较大腔内所需 要的力被用作阀。该压力——被定义为单位面积的力——通常明显低于 1.4 bar,其是热循环期间被关闭的PCR反应腔中产生的压力。因此，被 动阀不足以强到耐受PCR反应的加热所产生的压力。该压力导致较大的 腔#/润湿，因此该阀将在应该关闭时却开启。总之，所有上面所描述的这些阀都具有共同缺点它们不过是部分 地适应微流体用途要求的宏观阀的小型化而已，因此，不能满足微流体 用途的全部需要和要求。这样的阀的共同之处在于，需要外致动，例如， 电流、气压或温度。然而，超结构零件，例如，供应外致动作用所需要 的管道和接线通常都非常占据空间并且是成本密集型。特别是对于集成 芯片领域来说，可供此类阀使用的空间仅仅是有限的。另外，尤其是在微流体芯片上的核酸分析中，携带阀致动的另一层的添加是不利的，因为微流体芯片的热质量(thermal mass)应尽可能小以便提供快速和高效 的传热，特别是当实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用核酸扩增分析液体样品用的仪器中使用的微流体器件，其至少包括：－反应腔，具有适合给所述反应腔灌注所述液体样品的进口通道，和－适合从所述反应腔中排出流体的出口，其中所述出口可在反应腔灌注所述液体样品后关闭，且其中所述进口通道还包含至少一个包含死端分岔的微流体阀，所述死端分岔不具有出口，它包含气体并且尺寸设计为，在至少所述死端分岔加热期间，至少包含足以密封所述进口通道的量的气体，此时所述气体从所述死端分岔膨胀到所述进口通道中形成能可逆地密封所述进口通道的扩散屏障。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：M格劳瑟，
申请(专利权)人：霍夫曼拉罗奇有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[]