包括便于其加载的沟槽的微流体芯片及相关方法技术

一种微流体芯片能够包括主体和由主体限定的微流体网络。网络可以包括一个或更多个入口端口、测试空间以及在入口端口与测试空间之间延伸的一个或更多个流动路径。沿着每个流动路径，流体被允许从入口端口中的一个流动穿过至少一个液滴生成区域流并流动到测试空间，在该至少一个液滴生成区域中流动路径的最小横截面积沿流动路径增加。网络能够包括沿着测试空间的周边的至少一部分设置的沟槽，使得来自流动路径的流体在未流过测试空间的情况下不被允许流入到沟槽中，其中，沟槽沿沟槽的深度比测试空间在周边处的深度大至少10％。比测试空间在周边处的深度大至少10％。比测试空间在周边处的深度大至少10％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括便于其加载的沟槽的微流体芯片及相关方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年8月20日提交的美国临时专利申请No.62/889，420的优先权，其全部内容通过引用并入本文。


[0003]本专利技术总体上涉及微流体芯片，更具体地但不限于，涉及限定一个或更多个网络的液滴生成微流体芯片，该液滴生成微流体芯片各自具有测试空间和能够从测试空间接收液滴的沟槽。

技术介绍

[0004]微流体芯片在众多领域中得到了越来越多的应用，包括化妆品、药品、病理学、化学、生物学和能源等。微流体芯片通常具有一个或更多个通道，这些通道被设置为传输、混合和/或分离一个或更多个样品以对其进行分析。通道中的至少一个可以具有大约一微米或几十微米的尺寸，从而允许对相对较小(例如纳升或皮升)的样品体积进行分析。与传统台式技术相比，微流体芯片中使用的较小样本体积提供了许多优势。例如，由于芯片部件的规模，使用微流体芯片可以实现更精确的生物测量结果，包括对单一细胞和/或分子的操作和分析。微流体芯片还能够提供对其中细胞环境的改进控制，以便于进行与细胞生长、老化、抗生素抗性等相关的实验。而且，微流体芯片由于其样本体积小、成本低和可处置性而非常适合于包括识别病原体和即时诊断的诊断应用。
[0005]在一些应用中，微流体芯片被配置为生成液滴以便于对样品进行分析。液滴能够封装正在研究中的细胞或分子，从而有效地放大其浓度并增加反应次数。因此，基于液滴的微流体芯片可以非常适合诸如化学筛选和PCR之类的高通量应用。
>[0006]传统上的芯片的微流体网络的测试空间是利用将网络入口端口处的压力增加到环境压力以上来加载样品，使得样品流到测试空间。这些微流体芯片通常必须在液滴形成后平衡测试空间与周围环境之间的压力，例如通过允许至少一部分液体通过第二端口离开的方式。为防止压力平衡期间的液滴损失，这些芯片可能需要额外的机构来将液滴保持在测试空间中。在许多芯片中，测试空间中的液滴优选形成二维阵列，其中液滴重叠、堆叠和/或压缩最少，以便于对其分析。例如，当液滴重叠、堆叠和/或压缩时，它们可能更难相互区分。
[0007]测试空间可以具有液滴容量，如果超过该液滴容量，将不期望地导致该测试空间中的液滴重叠、堆叠和/或压缩，尤其是当芯片具有液滴保持机构时。减轻这种不利影响的尝试在很大程度上并不令人满意，并且是昂贵的和/或复杂的。例如，控制引入到入口端口中的液体的体积(例如使得该体积能够在不会使测试空间过载的情况下产生足够用于分析的液滴)可能是困难且不切实际的。此外，当达到测试空间的液滴容量时使流停止的流动控制机构通常既昂贵又复杂。
[0008]当同时加载多个微流体网络时，可能会增加与体积控制和流动控制相关联的这些
挑战。在这些情况下，网络的测试空间中的一个可能在其他网络之前达到其容量，因为更大体积的液体可能已被引入到该网络的入口端口中和/或测试空间可能具有不同的液滴容量。如果不独立控制，当部分加载的测试空间的加载完成时，满容量的测试空间可能会继续接收液滴，这会产生不期望的液滴重叠、堆叠和/或压缩。随着微流体网络数量的增加，防止这种体积不匹配会变得特别困难。并且流动控制的费用和复杂性也可能随着微流体网络的数量而增加，因为这样的系统可能需要对网络中每一个进行独立的流动控制。

技术实现思路

[0009]因此，本领域需要能够有效地(并以简单且具有成本效益的方式)减轻当测试空间在达到其液滴容量后继续加载液滴时可能导致的液滴的重叠、堆叠和/或压缩的微流体芯片。本专利技术的芯片能够通过使用沟槽来解决这一需求，该沟槽沿测试空间的周边的至少一部分(例如至少大部分)设置，并且该沟槽的沿沟槽的深度比测试空间在周边处的深度大至少10％。与传统芯片不同，以这种方式，沟槽能够提供相对较大的区域，液滴能够通过该区域离开测试空间，使得当达到测试空间的液滴容量时，液滴移除的速率能够类似于或大于额外的液滴进入测试空间的速率。因此，即使在额外的液滴被引入到满容量的测试空间中时，也可以减轻液滴重叠、堆叠和/或压缩。以这种方式(无论是加载单个微流体网络还是同时加载多个微流体网络)，沟槽能够便于液滴的二维阵列的形成，该二维阵列的形成促进对该液滴的准确分析，而无需精确、昂贵和/或复杂的体积控制和流动控制。
[0010]一些本专利技术的微流体芯片包括主体和由主体限定的微流体网络，网络包括一个或更多个入口端口，一些本专利技术的方法包括将液体设置在微流体网络的一个或更多个入口端口中的第一入口端口内。在一些实施例中，网络包括一个或更多个入口端口、测试空间以及在入口端口与测试空间之间延伸的一个或更多个流动路径。在一些实施例中，沿流动路径中每一个，流体被允许从入口端口中的一个流动穿过至少一个液滴生成区域并流动到测试空间，在该至少一个液滴生成区域中流动路径的最小横截面积沿流动路径增加。一些方法包括沿流动路径中的第一流动路径引导至少一部分液体，使得部分液体从第一入口端口流动穿过至少一个液滴生成区域并流动到测试空间，在该至少一个液滴生成区域中第一流动路径的最小横截面积沿第一流动路径增加。
[0011]在一些实施例中，网络包括沿测试空间的周边的至少一部分、可选地至少大部分设置的沟槽，使得来自流动路径的流体在未流过测试空间的情况下不被允许流入到沟槽中。在一些实施例中，沿着沟槽，沟槽的深度比测试空间在周边处的深度大至少10％、可选地大至少90％。在一些实施例中，测试空间的深度为15至90微米(μm)和/或在整个测试空间上基本相同。在一些实施例中，沟槽的深度为至少100μm。在一些实施例中，垂直于沟槽的中心线截取的沟槽的最大横向尺寸小于或等于测试空间的宽度和长度中的每一个的10％。在一些实施例中，网络包括与沟槽流体连通的一个或更多个出口端口，使得流体在未流过测试空间的情况下被允许从沟槽流动到出口端口。
[0012]在一些方法中，沿第一流动路径对至少一部分液体进行引导，使得由这部分液体形成液滴并被引导至测试空间，液滴中的至少一个从测试空间流动到沟槽，并可选地流动到出口端口中的一个。在一些方法中，每个液滴的体积为25至500皮升。
[0013]在一些实施例中，流动路径中的每一个在至少一个液滴生成区域中包括收缩段、
恒定段和膨胀段，使得流体被允许离开收缩段进入到恒定段中并流动到膨胀段。在一些实施例中，恒定段的深度比收缩段的深度大至少10％，并且该深度可选地沿恒定段的长度的至少90％基本相同。在一些实施例中，膨胀段的深度随着远离恒定段而增加。在一些方法中，沿第一流动路径对至少一部分液体进行引导，使得该部分液体离开收缩段进入到恒定段中并流动到膨胀段。
[0014]在一些实施例中，微流体网络是第一微流体网络，并且可选地，主体限定第二微流体网络。在一些实施例中，第二网络包括一个或更多个入口端口、测试空间以及在入口端口与测试空间之间延伸的一个或更多个流动路径。在一些实施例中，沿第二网络的流动路径中的每一个，流体被允许从入口端口中的一个流动穿过至少一个液滴生成区域并流动到测试空间，在该至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种微流体芯片，包括：主体；以及由所述主体限定的微流体网络，所述网络包括：一个或更多个入口端口；测试空间；一个或更多个流动路径，其在所述入口端口与所述测试空间之间延伸，其中，沿着每个流动路径，流体被允许从入口端口中的一个流动穿过至少一个液滴生成区域并流动到测试空间，在所述至少一个液滴生成区域中，所述流动路径的最小横截面积沿流动路径增加；以及沟槽，其沿着所述测试空间的周边的至少一部分设置，使得来自流动路径的流体在未流过测试空间的情况下不被允许流入到所述沟槽中，其中，沿所述沟槽，所述沟槽的深度比所述测试空间在周边处的深度大至少10％。2.根据权利要求1所述的芯片，其中，所述沟槽沿着所述测试空间的周边的至少大部分设置。3.根据权利要求1或2所述的芯片，其中，沿所述沟槽，所述沟槽的深度比所述测试空间在周边处的深度大至少90％。4.根据权利要求1至3中任一项所述的芯片，其中，所述网络包括与所述沟槽流体连通的一个或更多个出口端口，使得流体在未流过测试空间的情况下被允许从所述沟槽流动到所述出口端口。5.根据权利要求1至4中任一项所述的芯片，其中：所述测试空间的深度为15至90微米(μm)；并且所述沟槽的深度为至少100μm。6.根据权利要求1至5中任一项所述的芯片，其中，所示测试空间的深度在整个测试空间上基本相同。7.根据权利要求1至6中任一项所述的芯片，其中，所述流动路径中的每一个在至少一个液滴生成区域中包括收缩段、恒定段和膨胀段，使得流体被允许离开收缩段进入到恒定段中并流动到膨胀段，其中：所述恒定段的深度比所述收缩段的深度大至少10％，并且该深度沿恒定段的长度的至少90％基本相同；并且所述膨胀段的深度远离所述恒定段而增加。8.根据权利要求1至7中任一项所述的芯片，其中，所述沟槽垂直于沟槽的中心线截取的最大横向尺寸小于或等于所述测试空间的宽度和长度中的每一个的10％。9.根据权利要求1至8中任一项所述的芯片，其中：所述微流体网络是第一微流体网络；并且所述主体限定第二微流体网络，所述第二微流体网络包括：一个或更多个入口端口；测试空间；一个或更多个流动路径，其在所述入口端口与所述测试空间之间延伸，其中，沿着每个流动路径，流体被允许从入口端口中的一个流动穿过至少一个液滴生成区域并流动到测试
空间，在所述至少一个液滴生成区域中，所述流动路径的最小横截面积沿流动路径增加；以及沟槽，其沿着所述测试空间的周边的至少一部分设置，使得来自流动路径的流体在未流过测试空间的情况下不被允许流入到所述沟槽中，其中，沿所述沟槽，所述沟槽的深度比所述测试空间在周边处的深度大至少10％。10.一种加载微流体芯片的方法，所述方法包括：将液体设置在微流体网络的一个或更多个入口端口中的第一入口端口内，所述微流体网络包括：测试空间；一个或更多个流动路径，其在所述入口端口与所述测试空间之间延伸；以及沟槽，其沿着所述测试空间的周边的至少一部分设置，使得来自流动路径的流体在未流过测试空间的情况下不被允许流入到所述沟槽中，其中，沿所述沟槽，所述沟槽的深度比所述测试空间在周边处的深度大至少10％；以及沿着流动路径中的第一流动路径引导至少一部分液体，使得该部分液体从所述第一入...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗丝，
申请(专利权)人：派特恩生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：