具有可编程验证特征的微流体设备制造技术

一种用于光学读取在微流体设备中被编码的信息的方法，该微流体设备包括输入微通道、微流体模块和节点组。第一组的节点将输入微通道连接到微流体模块中的一个微流体模块，并且第二组的节点将微流体模块中的一个微流体模块连接到另一个微流体模块，以形成有序的一对微流体模块，其中第一组和第二组的节点具有不同的液体钉扎强度。加载到输入微通道中的液体使得液体有序地穿过每个微流体模块，其顺序由节点的液体钉扎强度决定。液体的通过产生光学可读的动态图案，该图案根据液体穿过装置的有序通过而演变。

Microfluidic devices with programmable verification features

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有可编程验证特征的微流体设备
本专利技术总体上涉及微流体设备领域。它还涉及用于这种设备的验证和/或安全特征，以及用于在微流体设备中光学读取、解码和编码这种特征的方法。在实施例中，这种方法被应用于用于诊断测试的测试设备，例如快速测试设备(例如，护理点测试设备和非处方测试)。
技术介绍
微流体技术处理小体积的流体的精确控制和操纵，这些流体通常被限制在微型通道并且限制在通常在亚毫米范围内的体积。微流体的突出特征源自液体在微尺度上表现出的独特行为。微流体中的液体流动通常是层流的。通过制造侧向尺寸在微米范围内的结构，可以达到远远低于一纳升的体积。微流体设备通常是指用于泵送、取样、混合、分析和计量液体的微制造设备。许多微流体设备具有用户芯片接口和封闭的流动路径。封闭的流动路径有助于将功能元件(例如，加热器、混合器、泵、UV检测器、阀等)集成到一个设备中，同时使与例如泄漏和蒸发有关的问题最小化。液体样品的分析通常需要一系列步骤(例如，过滤、试剂溶解、加热、洗涤、信号读取等)。快速诊断测试(RDT)设备是用于快速简便的医学诊断测试的设备。它们通常允许在几个小时或更短的时间内获得结果。它们尤其包括护理点(POC)测试设备和非处方(OTC)测试装置。护理点(POC)测试设备是用于护理点测试(还被称为床边测试)的设备。这种设备允许在护理点处或附近(例如，在患者护理的时间和地点)进行医学诊断测试。非处方(OTC)测试装置是类似的设备。但是，它们通常比POC设备更简单，并且通常可以在药房购买，以便人们自己进行测试，例如，在家中或不在医疗场所，而无需医疗人员的帮助。这种测试设备通常是便携式的(例如，手持设备)，易于使用，制造成本低并且快速。因此，它们被世界卫生组织(WHO)视为抗击传染病以及其他疾病并且用于在这种疾病流行的国家中改进健康的一项重要技术。OTC设备经常用于例如监测治疗(例如，确保适当剂量的血液抗凝药)，用于监测血液中的葡萄糖，或用于检测体液中的滥用药物。最广泛使用的诊断设备可能是所谓的“侧向流动测定法”，其依赖于纤维素条带，样品沿着该条带流动并与该条带上存在的试剂反应。这种设备还被称为剥离测试，通常以棒的形式提供，将其浸入液体中进行测试。如果样品中存在分析物，则条纹上会出现视觉提示，例如彩色信号。类似的测试设备用于检测疟疾、肝炎病毒、HIV、与心力衰竭相关的生物标志物等。除疾病外，本文所考虑的测试设备通常用于检测特定状况，例如怀孕或排卵。关于假冒或不适当出售这种测试装置，已经有许多报告和警报。例如，一些消息来源报道，已经售出假冒测试装置用于诊断利什曼病(Leishmaniasis)。此外，据报道，除其他欺诈外，还出售了假的怀孕测试装置、用于葡萄糖监测的假测试装置和假的人类免疫缺陷病毒(HIV)测试套件(最初被设计为测试怀孕或其他状况)。世界卫生组织认为，假冒测试装置损害了对某些疾病的监控、检测和根除。对于大规模传染病，这尤其令人担忧，因为预防、治疗、发现和根除某些疾病通常需要协调一致的全球监控。通常，用于监控、检测和根除某些疾病的程序涉及不同类型的患者和医疗机构(例如，巡回站与医院)。因此，成立了名为IMPACT的工作组(http://apps.who.int/impact/en/)，以提供建议并提高人们对医疗产品假冒问题的认识。该工作组着重于假冒药品，并对在医疗产品包装中添加安全特征的常用方法提供了有用的建议。不幸的是，这种安全特征在实践中经常被破坏。
技术实现思路
根据一方面，本专利技术体现为一种用于光学读取在微流体设备中被编码的信息的方法。微流体设备包括输入微通道、微流体模块和节点组。第一组的每个节点将输入微通道连接到微流体模块中的一个微流体模块。第二组的每个节点将微流体模块中的一个微流体模块连接到另一个微流体模块，以形成有序的一对微流体模块。第一组和第二组的节点具有不同的液体钉扎强度。该方法包括提供微流体设备，将液体加载到输入微通道中，以使液体以由每个节点的液体钉扎强度确定的顺序有序地通过每个微流体模块，使得该通路产生光学可读的动态图案，该图案根据穿过设备的通路的发展而变化。该方法还包括光学读取所产生的动态图案。根据另一方面，本专利技术体现为一种用于在微流体设备中编码信息的方法。微流体设备包括输入微通道、微流体模块和节点组。第一组的每个节点将输入微通道连接到微流体模块之一。第二组的每个节点将一个微流体模块连接到另一个微流体模块，以形成有序的一对微流体模块。基于所提供的编码信息数据，第一组和第二组的节点可以被变更为具有不同的液体钉扎强度。该方法包括提供编码信息数据和微流体设备，以及通过基于所提供的编码信息数据变更节点的子集来对信息进行编码，以使得第一组和第二组的节点具有不同的液体钉扎强度。现在将通过非限制性示例并参考附图来描述体现本专利技术的方法以及它们所依赖的微流体设备。附图说明图1是如实施例中使用的具有横向通道配置的微流体设备的俯视图，该微流体设备具有处于交叉开关配置的节点的可编程阵列，该设备是3D硅制的；图2和图3示出了3D节点的俯视图，如在实施例中一样，其可以有利地用于图1的设备中。如图3所示，该节点包括液体钉扎结构，该液体钉扎结构可以由于在节点的腔体中适当地放置的润湿材料而被挫败(foiled)，从而激活节点；图4是具有如图1所示的配置的原型设备的俯视图的照片(灰度级，出于描述目的，进行了高度对比)；图5-图6是3D视图，示出了实施例中涉及的微流体设备的可能的制造方法，该制造方法依赖于注射成型技术；图7A-图7D示出了三层设备(或其一部分)的分解图，如其他实施例所涉及的，其流动路径可以有利地在芯吸介质(例如，纸张)上实现；图8示意性地描绘了根据图7A或图7B的设备的俯视图；图9是如实施例中所涉及的另一种微流体设备的俯视图，其包括以交叉开关配置连接的八个微流体模块；图10是图2的节点的变型的俯视图，其中，如实施例中所涉及的，节点分支成两个分配通道；图11示意性地描绘了包括m个模块(m＝2、3，…，36)的设备，其中形成有光学可读介质，该介质包括横贯模块布置的材料斑点，如实施例所涉及的；图12-图14描绘了包括隐藏图案的光学可读介质。图12示出了由于附加的可溶性斑点而如何可以将非可溶性斑点的图案隐藏在一般图案中。如在实施例中，可溶性斑点通过液体润湿其中布置有图案的模块的流动路径而被溶解和冲洗。如在实施例中，图13示出了在操作实际设备时针对单个模块捕获的一系列屏幕截图。图14示出了在不同模块中出现的非可溶性斑点的残留图案；图15是示出了根据实施例的用于解码信息的方法的高级步骤的流程图，该信息特别地以非可溶性斑点的残留图案被编码，如图14所示；图16示出了根据实施例的另一流程图，该流程图示出了如图14所示的用于通过光学可读介质对信息进行编码的方法的高级步骤；和图17A-图17F示出了图14的一个更简单的变型，根据该变型，通过检测类似于图1的设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光学读取在微流体设备中被编码的信息的方法，所述方法包括：/n提供所述微流体设备，所述微流体设备包括：/n输入微通道；/n至少两个微流体模块；以及/n节点的两个组，节点的每个组具有至少两个节点，节点的所述两个组包括第一组和第二组，其中：/n所述第一组的每个节点将所述输入微通道连接到所述至少两个微流体模块中的相应一个微流体模块，/n所述第二组的每个节点连接所述至少两个微流体模块中的两个微流体模块的相应的有序对，并且/n在节点的所述第一组和所述第二组的每个组中，节点具有不同的液体钉扎强度；将液体加载到所述输入微通道中，由此所述液体以由所述节点的所述不同的液体钉扎强度确定的顺序穿过所述至少两个微流体模块中的每个微流体模块；以及/n光学读取由所述液体引起的动态图案，所述图案根据所述液体穿过所述至少两个微流体模块中的每个微流体模块的所述顺序动态地演变。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170623 US 15/630,9911.一种用于光学读取在微流体设备中被编码的信息的方法，所述方法包括：
提供所述微流体设备，所述微流体设备包括：
输入微通道；
至少两个微流体模块；以及
节点的两个组，节点的每个组具有至少两个节点，节点的所述两个组包括第一组和第二组，其中：
所述第一组的每个节点将所述输入微通道连接到所述至少两个微流体模块中的相应一个微流体模块，
所述第二组的每个节点连接所述至少两个微流体模块中的两个微流体模块的相应的有序对，并且
在节点的所述第一组和所述第二组的每个组中，节点具有不同的液体钉扎强度；将液体加载到所述输入微通道中，由此所述液体以由所述节点的所述不同的液体钉扎强度确定的顺序穿过所述至少两个微流体模块中的每个微流体模块；以及
光学读取由所述液体引起的动态图案，所述图案根据所述液体穿过所述至少两个微流体模块中的每个微流体模块的所述顺序动态地演变。


2.根据权利要求1所述的方法，其中光学读取所述动态图案包括：
光学读取所述动态图案包括检测所述至少两个微流体模块的光学对比度的变化，所述变化是在所述液体穿过所述至少两个微流体模块中的每个微流体模块时由所述液体引起的。


3.根据权利要求2所述的方法，其中所提供的所述设备的所述至少两个微流体模块中的至少一个微流体模块包括：
光学可读介质，所述光学可读介质形成布置在其流动路径上的材料的斑点的图案，所述斑点在视觉检查时无法检测到；并且
光学读取所述动态图案包括检测所述斑点的图案的光学对比度的所述变化，所述变化是在所述液体润湿所述斑点的图案时由所述液体引起的。


4.权利要求1的方法，其中所提供的所述设备的所述至少两个微流体模块中的至少一个微流体模块包括：
光学可读介质，所述光学可读介质形成布置在其流动路径上的材料的斑点的图案，所述斑点包括第一材料的第一斑点和第二材料的第二斑点，其中所述第一材料比所述第二材料难溶于所加载的所述液体；并且
光学读取所述动态图案包括：在所述第二斑点开始溶解于在所述至少一个微流体模块中通过的所述液体并被在所述至少一个微流体模块中通过的所述液体冲洗之后，光学读取由所述第一斑点形成的残留图案。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，
所提供的所述设备的所述至少两个微流体模块中的每个微流体模块均包括光学可读介质，所述光学可读介质形成布置在其流动路径上的材料的斑点的图案；并且
光学读取动态图案包括：在所述第二斑点开始溶解于在所述微流体模块中的每个微流体模块中通过的所述液体并被在所述微流体模块中的每个微流体模块中通过的所述液体冲洗之后，光学读取由所述至少两个微流体模块的每个微流体模块中的所述第一斑点形成的残留图案。


6.根据权利要求5所述的方法，其中，
光学读取所述动态图案还包括：光学读取初始图案，所述初始图案由所述至少两个微流体模块中的每个微流体模块中的所述第一斑点和所述第二斑点中的每个斑点形成。


7.根据权利要求5所述的方法，其中所提供的所述设备的所述至少两个微流体模块的所述光学可读介质的所述残留图案对相应的密钥进行编码，所述相应的密钥形成一组不同的密钥，并且其中所述方法还包括：
存储关于所述相应的密钥的光学读取信息；以及
存储关于光学读取关于所述相应的密钥的信息的顺序的顺序信息。


8.根据权利要求5所述的方法，其中，
所述至少两个微流体模块中的每个微流体模块中的每个光学可读介质的所述斑点根据二维格子进行布置。


9.根据权利要求8所述的方法，其中，
所述格子的相邻单元之间的间距大于或等于110μm。


10.根据权利要求8所述的方法，其中，
所述格子包括q×r个单元，其中q和r均大于或等于4。


11.根据权利要求1所述的方法，其中，
所提供的所述设备的节点的所述两个组中的每个组的节点都隐藏在所述设备中，以使所述设备的用户看不到。


12.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述至少两个组中的每个组的所述节点被配置为允许所述节点中的每个节点在其上钉扎液体或让液体通过。


13.权利要求1的方法，其中所提供的所述微流体设备包括：
一组m个分配微通道，m≥2；
一组m个微流体模块，所述m个微流体模块分别与所述m个分配微通道流体连通；以及
一组m个输出微通道，每个输出微通道被连接到所述m个微流体模块中相应一个微流体模块的输出，其中：
所述第一组包括m个节点，每个节点从所述输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·戈凯瑟，E·德拉马什，
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