在毛细管驱动的微流体系统中用于将试剂溶解在流体中的装置制造方法及图纸

提供了一种在毛细管驱动的微流体系统中用于将试剂溶解在流体中的装置。该装置(200)包括：用于在第一端部处接收流体的通道(102)；阀(105)，该阀布置在该通道的第二端部处以便控制流体流在其到达该通道的第二端部时停止；以及用于在由该通道(102)接收到该流体后的预定时间打开该阀(105)的致动器(108)。该装置进一步包括用于保持干燥试剂的一个或多个结构(106)。该一个或多个结构(106)各自的宽度(W2)大于该通道(102)的宽度(W1)，并且该一个或多个结构联接到该通道的侧壁，使得允许该流体从该通道进入该一个或多个结构、使保持在其中的干燥试剂溶解并且扩散回到该通道中。

A device for dissolving reagents in a capillary driven microfluidic system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在毛细管驱动的微流体系统中用于将试剂溶解在流体中的装置
本披露涉及毛细管驱动的微流体系统。特别地，本披露涉及一种在毛细管驱动的微流体系统中用于将试剂溶解在流体中的装置。
技术介绍
将试剂集成到微流体设备中对于诊断学和生命科学中的应用至关重要。将试剂集成在微流体设备的芯片上的、使得设备具有较长保质期的一种方法是将干燥试剂储存在芯片上并且在进行测试时通过缓冲流体或样品流体使它们溶解。在这种方法中，挑战在于在试剂溶解中实现精确的比如体积和浓度等条件。考虑到低雷诺数流动条件(在微流体设备范围内是这种情况)，试剂在微流体设备上的溶解可能极快，并且可能导致试剂在填充液体的前部处积聚，从而导致溶解不均匀。为了获得均匀溶解，必须将试剂更好地分配在一定体积中。可以通过比如混合器等有源流控元件来帮助试剂分配，但是这些流控元件难以制造和实施。在更简单的流体结构中，分配还可以完全依赖于分子扩散。然而，由于生物反应中使用的试剂通常是相对较大的分子(～100kDa)，分子扩散即使在较小长度范围(～500μm)内也可能需要10分钟以上，这是不期望的，因为在此类设备中期望具有快速的从采样到应答的时间。
技术实现思路
为了实现试剂在流体中均匀溶解，提供了毛细管驱动的微流体系统中的装置。该装置包括：用于在第一端部处接收流体的通道；阀，该阀布置在该通道的第二端部处以便控制流体流在其到达该通道的第二端部时停止；用于保持干燥试剂的一个或多个结构；以及用于在由该通道接收到该流体后的预定时间打开该阀的致动器。该一个或多个结构各自的宽度大于该通道的宽度，并且该一个或多个结构流体地联接到该通道，使得允许该流体从该通道进入该一个或多个结构、使保持在其中的干燥试剂溶解并且扩散回到该通道中。附图说明上述以及另外的目的、特征和优点将通过以下参考附图对本文所述的实施例进行的说明性和非限制性的详细描述而更好地得到理解，其中相同的附图标记将用于类似的元件，在附图中：图1示意性地展示了根据实施例的、在毛细管驱动的微流体系统中用于将试剂溶解在流体中的装置的俯视图。图2示意性地展示了根据进一步的实施例的、在毛细管驱动的微流体系统中用于将试剂溶解在流体中的装置的俯视图。图3示意性地展示了根据实施例的、在毛细管驱动的微流体系统中用于将两种不同类型的试剂溶解在流体中的装置的俯视图。图4是根据实施例的、在毛细管驱动的微流体系统中用于将试剂溶解在流体中的方法的流程图。具体实施方式目的是至少部分地解决现有技术的上述问题。特别地，目的是在毛细管驱动的微流体系统中实现干燥试剂在流体中均匀溶解。根据第一方面，上述目的通过在毛细管驱动的微流体系统中用于将试剂溶解在流体中的装置来实现，该装置包括：用于在第一端部处接收流体的通道，阀，该阀布置在该通道的第二端部处以便控制流体流在其到达该通道的第二端部时停止，用于保持干燥试剂的一个或多个结构，该一个或多个结构各自的宽度大于该通道的宽度，并且该一个或多个结构流体地联接到该通道，使得允许该流体从该通道进入该一个或多个结构、使保持在其中的干燥试剂溶解并且扩散回到该通道中，以及用于在由该通道接收到该流体后的预定时间打开该阀的致动器。当在使用时，上述装置工作如下。比如缓冲流体或样品流体等流体被添加到微流体系统中的装置的上游。毛细作用力将流体吸入到通道中。因为通道的宽度小于结构的宽度，所以由通道所产生的毛细管压力大于结构的毛细管压力。结果，流体填充通道比填充结构更快。以这样的方式，避免了试剂在填充液体的前部处累积。流体流然后被阀停止。在每个结构中，一旦已经填充有流体，试剂就被溶解并扩散回到通道中。当通道中达到均匀溶解时，阀被致动，流体穿过阀流出，从而输送溶解的试剂用于进一步的处理和/或分析。如本文使用的，通道或结构的宽度通常是通道或结构的尺寸。特别地，宽度是指流体的气液界面在流入和流经通道或结构时将遇到的通道或结构的最大尺寸。通道、阀、以及一个或多个结构可以例如通过使用蚀刻技术形成在芯片(比如其中形成微流体系统的半导体芯片、塑料芯片、或半导体芯片和塑料芯片的混合体)的表面上。一个或多个结构可以例如各自是所述芯片的表面上的凹部。一个或多个结构通常可以具有适用于保持干燥试剂的任何形状。一个或多个结构的三维形状可以是例如球形、半球形、椭球形、半椭球形、或圆柱形的。当使用蚀刻技术进行制造时，一个或多个结构通常可以具有圆柱形形状。在实施例中，该一个或多个结构可以因此各自具有圆形截面，其中，圆形截面的直径大于该通道的宽度。圆形形状是有利的是因为其易于制造。进一步，当将试剂点样在一个或多个结构中时，圆形形状可以是有益的。试剂的液滴通常具有球形表面。为了在不必增大结构的容积(这将导致不必要的高试剂消耗)的情况下使液滴安全地落在一个或多个结构内，具有与液滴的圆形形状相匹配的圆形形状是有利的。该一个或多个结构可以包括沿着该通道布置的多个结构。例如，该多个结构可以沿着通道被布置成阵列状图案。通过具有多个结构并沿着通道布置它们，溶解的均匀性进一步得以改善，因为流体与试剂的混合是沿着通道的长度提供的。该多个结构可以进一步沿着该通道的长度等距布置。通过沿着通道的整个长度等距布置该多个结构，可以使在通道中达到均匀溶解所需的时间独立于通道的长度。这是因为试剂中的分子在达到均匀溶解之前必须扩散的距离受到该一个或多个结构之间的距离而不是通道的长度的限制。这是有利的，因为通道的长度可以基于反应的体积要求来设计，并且不干扰溶解时间。这还是有利的，因为可以在不增加试剂分配时间的情况下向流体提供相对大量的试剂。相反，溶解时间将仅取决于通道的宽度、结构的宽度、通道与结构之间的连接长度、以及相邻结构之间的距离。应当注意，如果一个或多个结构沿着通道以不相等的距离布置，则两个结构之间的最长距离将决定最终的溶解时间。较大的分子通常比较小的分子扩散得更慢。溶解时间因此受到分子大小的影响。因此，对于包含较大的分子的试剂，有利的是比对于较小的分子包括更多数量的结构。以这样的方式，保持试剂的结构将被布置得彼此更靠近，使得扩散长度(即，分子需要扩散的距离)减小。因此，该多个结构的数量和该多个结构之间的距离可以取决于该干燥试剂中分子的大小。对于较大的分子，通常比对于较小的分子选择更多的结构，并且从而选择更小的距离。一些应用要求不同的干燥试剂(即，不同类型的干燥试剂)在储存上物理分离。在这种情况下，该装置可以包括用于保持第一类型试剂的第一多个结构和用于保持第二类型试剂的第二多个结构。以这样的方式，该装置可以提供用于以有限的附加溶解时间将不同的试剂点样在不同的结构中的解决方案。应当理解，这种情况概括为两种以上不同类型的试剂，即，可以存在用于保持第三类型试剂的第三多个结构等。进一步，第一多个结构相互之间的距离和第二多个结构相互之间的距离可以根据第一类型和第二类型的干燥试剂的分子大小来设计。例如，该第一多个结构中的结构可以以第一距离彼此相距布置，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在毛细管驱动的微流体系统中用于将试剂溶解在流体中的装置(100，200，300)，该装置包括：/n用于在第一端部(103)处接收流体的通道(102)，/n阀(105)，该阀布置在该通道(102)的第二端部(104)处以便控制流体流在其到达该通道的第二端部(104)时停止，/n用于保持干燥试剂的一个或多个结构(106)，/n该一个或多个结构(106)各自的宽度(W2)大于该通道(102)的宽度(W1)，并且/n该一个或多个结构(106)流体地联接到该通道(102)，使得允许该流体从该通道(102)进入该一个或多个结构(106)、使保持在其中的干燥试剂溶解并且扩散回到该通道(102)中，以及/n用于在由该通道(102)接收到该流体后的预定时间打开该阀(105)的致动器(108)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170705 EP 17179778.01.一种在毛细管驱动的微流体系统中用于将试剂溶解在流体中的装置(100，200，300)，该装置包括：
用于在第一端部(103)处接收流体的通道(102)，
阀(105)，该阀布置在该通道(102)的第二端部(104)处以便控制流体流在其到达该通道的第二端部(104)时停止，
用于保持干燥试剂的一个或多个结构(106)，
该一个或多个结构(106)各自的宽度(W2)大于该通道(102)的宽度(W1)，并且
该一个或多个结构(106)流体地联接到该通道(102)，使得允许该流体从该通道(102)进入该一个或多个结构(106)、使保持在其中的干燥试剂溶解并且扩散回到该通道(102)中，以及
用于在由该通道(102)接收到该流体后的预定时间打开该阀(105)的致动器(108)。


2.如权利要求1所述的装置(100，200，300)，其中，该通道(102)、该阀(105)、以及该一个或多个结构(106)形成在芯片的表面上，并且其中，该一个或多个结构(106)各自是所述芯片的表面上的凹部。


3.如权利要求1或2所述的装置(100，200，300)，其中，该一个或多个结构(106)各自具有圆形截面，其中，该圆形截面的直径(W2)大于该通道(102)的宽度(W1)。


4.如前述权利要求中任一项所述的装置(100，200，300)，其中，该一个或多个结构(106)包括沿着该通道(102)布置的多个结构。


5.如权利要求4所述的装置(100，200，300)，其中，该多个结构(106)沿着该通道(102)的长度(L)等距布置。


6.如权利要求5所述的装置(100，200，300)，其中，该多个结构的数量和该多个结构之间的距离(D)取决于该干燥试剂中分子的大小。


7.如前述权利要求中任一项所述的装置(300)，其中，该一个或多个结构(106)包括：
用于保持第一类型试剂的第一多个结构(106a)，
用于保持第二类型试剂的第二多个结构(106b)，
其中，该第一多个结构(106a)中的结构以第一距离(D1)彼此相距布置，并且该第二多个结构(106b)中的结构以不同的第二距离(D2)彼此相距布置...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，
申请(专利权)人：医学诊断公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE