微流控芯片制造技术

本申请提供了微流控芯片。具体地，一种用于执行微生物学测试的微流控芯片，包括基板，其中布置有温育区段、样品储池和连接所述样品储池与所述温育区段的微流控通道。所述微流控芯片还包括用于包含非水性液体的非水性液体储池，其中所述储池经由可释放的气密且液密的阀与所述微流控通道可连接，所述微流控通道将所述样品储池与所述温育区段连接，每个温育区段包括通过气体交换通道(115)连接至不通气的气体腔(111)的温育孔(113)。气体腔(111)的温育孔(113)。气体腔(111)的温育孔(113)。

【技术实现步骤摘要】
微流控芯片


[0001]本专利技术涉及用于微生物学测试，特别是微生物鉴定和抗微生物敏感感性测试(AST)的测试卡。抗生素耐药性的表型测定需要在抗生素存在下培养分离的微生物(如从患者收集的样品)(在本说明书中，如果测定涉及这种组合的敏感性，则“抗生素”也可以是指两种或更多种不同抗生素的组合)，并检查培养期间是否发生了微生物生长。最小抑制浓度(MIC)的确定需要针对不同的抗生素浓度进行这种培养。添加特定的辅助试剂可以允许测定耐药机制。
[0002]为了进行药物敏感性和MIC确定的自动测试(通常与样品中存在的微生物的鉴定组合)，使用一次性测试卡，其中在多个温育区段中同时培养从样品中分离出的细菌。在本申请的上下文中，每当提及“细菌”时，其同样适用于其他微生物，例如单细胞真菌。在准备待分析的分离株并将其放置于卡上之后，在专用设备(所谓的“分析仪”)中自动执行进一步的步骤。这些步骤通常包括微生物的培养和循环光学测量以检测其生长。测试卡通常是由聚合物材料制成的微流控芯片。样品放入芯片上的样品室中，在其中流动通过微流体通道的网络至多个其中进行温育的独立的温育区段。样品流动和温育区段的填充可以通过压差、重力或毛细管力驱动。
[0003]一个重要的问题是如何可以确定多种抗生素及其组合的敏感性和MIC。在现有技术中已知的用于这些类型测试的卡仅具有64至136个温育区段，其限制了单次测试中获得的信息。从用户的角度来看，这是根本性的问题，因为即使进行针对给定微生物菌株的测试也无法保证结果与给定国家/地区以及EUCAST(European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing)或CLSI(Clinical&Laboratory Standards Institute)制定的准则相一致。通常，有关耐药性的信息是作为所谓的抗生素浓度断点而获得的，而不是需要进行大量培养的实际MIC水平。本专利技术旨在解决这个和其它与用于微生物鉴定和药物敏感性测试的测试卡的功能和正确操作有关的技术问题。

技术介绍

[0004]EP 0785433 A2描述了一种用于微生物学测试的卡，其中样品在压力差下填充温育区段。在填充芯片之前，将样品放在使用软管与芯片连接的单独容器中。尽管已确定需要“在固定尺寸的卡片上放置更多孔”，但该芯片只有45个温育区段，这大大限制了可以在单次测试中进行的可能测试的数量。部分原因是“向卡中添加更多孔可能会增加孔间交叉污染的可能性”，其“可能是由样品、生长介质或试剂沿流体通道网络从一个孔扩散到相邻的孔而造成的”。为了避免这种情况，在优选的实施方式中，沿流体通道测量的相邻孔之间的分隔距离“在粗略测量为8.9cm
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5.7cm的卡片中大于或等于2.5cm(...)”。填充程序需要额外的系统元件(样品容器和软管)，这会增加操作复杂性和污染风险。
[0005]专利申请EP 1696238 A2中公开了一种类似的芯片。其通过补偿芯片周围的压力填充，该压力预先降低到48
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62mbar。填充过程持续3
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60s，并且9095％的样品流向温育区段。另外，通向温育区段的通道是倾斜的，因此重力可以帮助对其填充。根据说明书，使用具
有圆形截面的通道，与矩形通道相比，确保流动阻力较低和扰动较小。为了允许适当的样品体积流动，通向不同数量分支(温育区段)的通道具有不同的横截面。
[0006]WO 2012/048096 A2显示了用于AST的微流控芯片，其具有用于样品过量的腔室，使得其吸入芯片的容积可以大于温育片段和微流控通道网络的容积之和。在一些现有技术的微流控芯片中，也包括于US 2003/0152994 A1的微流控芯片(图9)中，通过温育区段的布置，需要这样的腔室，称为样品过量室，溢流池或真空腔室，位于不通气的盲流体分布通道的末端，其中从样品源通向各自温育区段的微流控通道之间的长度和/或流动阻力不均性会导致温育室的填充不均。WO 2012/048096 A2的样品过量通道比引导样品进入温育区段的通道小(即，截面积较小)，使得填充过程足够缓慢以确保温育区段的填充适当。此外，描述非水性液体(疏水性液体)的可能使用是为了在将样品充满后分隔温育区段。为此，可以使用各种各样的液体，包括矿物油、烯烃、酯、酰胺、胺、硅氧烷、有机硅氧烷、醚、乙缩醛、碳酸二烷基酯、烃。液体分隔的温育区段也可以放置于外部容器中，在填充过程期间，细菌悬浮液会存储于该外部容器中，因为非水性液体不会与这种悬浮液(通常是肉汤中的悬浮液)混合。上述微流控芯片具有比其先前版本的申请EP 0785433 A2中公开的测试卡更多的温育区段。然而，它们的数量(最多140个)受限于约14μL至约15μL的单个温育孔的大致容积，或约2μL至约4μL的单个除泡器(bubble trap)的容积，以及“溢流池”的存在，仍然太小而无法进行广泛的鉴定和敏感分析试验。
[0007]在上述关于测试卡的申请和其他出版物中讨论了使用非水性液体分隔微流控芯片中的腔室，例如，K.A.Heyries et al.Megapixel digital PCR(Nature Methods Vol 8No 8,August 2011)的文章。在这些方案中，非水性液体从外部提供给系统。专利申请WO 2014/052671 A1指定了用于生物学分析(多重PCR)的装置(蜂窝管)，其中具有非水性液体的油室是系统的一部分，并且可以与反应室的区域流体连接。专利申请US 2017/0029871中描述的用于样品制备以进行PCR反应的药筒中使用了类似方案，其中公共流体通道用于填充与其串联的多个孔。样品和密封剂储池没有布置于同一微流控装置中，但可以通过阀门与其连接。该方案的缺点包括孔填充不均匀和污染风险增加。
[0008]在专利申请EP 0903569 A1和US 2009/0155128 A1中也存在用于在多个独立的温育区段中进行自动微生物学测试的卡。这些芯片分别由重力或毛细力填充。
[0009]US 2012/0082599A1公开了通过向样品施加比在这些封闭结构中产生的压力更高的压力而填充封闭的室(死端)。后者用作“在截面中完全填充通道支腿的液体输送方向上对前端面施压的压力源”，并由此“防止少量流体与末端表面意外分离，并由于润湿引导或拖动邻近通道壁附近的部分流体量，并且以这种方式确保其前侧对输送的流体的精确划分”。在该文件中讨论的实施方式中，封闭结构中的压力可以通过改变其容积(例如，通过使用柔性膜或可移动活塞)另外控制，但并未提及在开始填充程序之前降低压力和随后将其升高到大气压的填充程序。这可能是由于以下事实：本专利技术的明显优势之一是控制流动的能力，通过控制施加于样品上的压力，可以在两个方向上驱动其流动，或使其保持静止，使得反应、检测或混合发生的位置可以在芯片上被隔开。
[0010]US 2013/0065280A1描述了一种芯片，具有基板以及样品室，分配通道，反应室，包含防止交叉污染的防混合材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于样品分析的微流控芯片，包括多个包含未通气的气体腔的温育区段和将所述样品引导至每个温育区段的微流控通道，其中，所述芯片的两侧由液体和蒸汽不可渗透的材料覆盖，其中，所述微流控通道以分形结构布置，在所述分形结构中，当所述样品在分叉中被分成两体积时，离开所述分叉的样品体积之比基本上等于所述温育区段的数量之比，其中各体积由设置在所述分叉后的所述微流控通道引导至所述温育区段。2.根据权利要求1所述的微流控芯片，由聚合物材料制成。3.根据权利要求1所述的微流控芯片，由金属制成。4.根据权利要求1所述的微流控芯片，由玻璃制成。5.根据权利要求2所述的微流控芯片，其中，所述聚合物材料选自由以下组成的组：聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、环烯烃聚合物和环烯烃共聚物。6.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述微流控通道形成在所述芯片的两侧上。7.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，两个相邻的温育区段之间的最短距离小于或等于10mm，所述距离是沿着连接这些区段的所述微流控通道测量的。8.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述温育区段的数量等于或大于128。9.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述温育区段的数量等于或大于640。10.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，所有温育区段是相同的。11.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，通向所述温育区段的所有通道的容积之和与共享这些通道的所述温育区段的数量之商是恒定的。12.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，微流控通道网络包括至少一个T型岔口。13.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述温育区段的填充借助压力差实现。14.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，每个温育区段包括连接至所述未通气的气体腔的孔。15.根据权利要求14所述的微流控芯片，其中，所述孔由气体交换通道连接至所述未通气的...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得，
申请(专利权)人：细菌MICSP有限公司，
类型：发明
国别省市：