微流体芯片及化验系统技术方案

这里描述的系统和方法包括具有多个互连的微观特征的微流体芯片，从而提供了用于处理至少一种试剂的可配置流体输送系统。提供插入物，以便可取下地装配到芯片的一个或多个微观特征中，其中插入物包括用于与试剂相互作用的位点。如下所述，微流体芯片和插入物提供了高效且精确地进行平行化验的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
这里描述的系统和方法总体上属于微流体领域。具体地，这些系统和 方法属于微流体隔膜结构、微流体芯片、便携式微流体试剂自动处理系统 及其制造和用途。
技术介绍
微流体泛指用于处理少量流体的系统、装置和方法。因为微流体系 统可以综合运用各种操作来处理流体，例如化学或者生物样品，这些系统 大体具有许多应用领域，例如生物化验(例如，用于医疗诊断和药物输送)、 生化检测器、或者生命科学研究。一类微流体装置是微流体芯片。微流体芯片可以包括各种微观尺度的 特征(即微观特征)，例如通道、阀、泵和/或用于储存流体的容器， 用于让流体在芯片上的各个位置之间来回行进，和/或用于与流体试剂反 应。然而，现有的流体系统缺乏允许可控制地处理多路流体的合适机构， 除非通过规定的流动模式，这样就限制了该系统可以用在各种化学或者生 物化验中的实用性。这是因为真实世界的化验往往需要在不断改变的条件 下重复处理不同的试剂。此外，许多现有的微流体装置被限制到一种特定的用途，在没有进行 彻底的重新设计的情况下，不能轻易适应或者专用于其它应用。这些装置 缺乏模块化，因此不能共用允许使用一种设计方案的通用装置元件来执行 多种功能。缺少适应性导致生产成本增加，因为每种用途都需要不同的系统来生产。此外，许多现有的微流体系统都缺乏直接到终点的化验装置，该装置 能够轻松地检测由化验引起的分析物的相互作用或者存在。举例来说，化 验之后样品颜色变化的视觉检测常常用于评价化验结果，但这种技术很少 应用于微流体系统。这样，就需要改进用于处理流体以分析生物或化学样品的微流体系 统。希望该系统可以批量生产、便宜，并且优选是一次性的。还希望该系 统操作简便，并且许多或者基本上所有的流体处理步骤都是自动的。希望 该系统可以定制，并且是模块化的，以便该系统可以轻松快捷地重新配置， 以适应各种应用。希望该系统能够提供直接且有意义的化验结果。
技术实现思路
在一个实施例中，这里描述的系统和方法包括用于处理一种或多种试 剂的微流体塑料芯片。该芯片可以包含各种微流体特征，包括阀、泵、通 道和容器。这些微观特征互相连接，从而允许用户指定并且适合特定应用 的流体流动模式的不同组合。具体地，芯片允许将一种或多种试剂从试剂盒体(cartridge)上相应试剂容器经输送结构输送到多个化验通道。输 送由气动驱动的泵和阀的自动操作引导。通过用这里描述的自动方法从空 间上并且暂时性地调整试剂从试剂容器向通道的流动，用户可以高效率地 进行生物免疫测定。在一方面，微流体芯片包括具有多个通道的塑料基片、将试剂引到至 少一个通道内的分配结构、和可控制地引导试剂在通道中流动的可配置输 送系统。在一方面，通道包括多个入口通道、多个出口通道和多个化验通道。 可配置输送系统包括与入口通道和出口通道相连的分配阀，用于将试剂分 配到化验通道。化验通道被配置成用于进行生物化验。在一方面，入口通道、出口通道、化验通道和分配结构都位于基片本 体内。在一方面，接口装置是独立的试剂盒体，它被可取下地结合到基片顶面上，并且具有与相应的入口通道流体相通的多个试剂容器。各个入口通 道分别受阀控制，以便将试剂从相应的试剂容器通过分配阀和出口通道输 送到化验通道。在另一方面，有一个缓冲液容器将入口通道与分配阀联系起来。缓冲 液容器的特征是具有比各试剂容器大得多的存储容积，用于储存洗涤缓冲 液。位于缓冲液容器下方的隔膜阀可控制地通过分配阀将洗涤缓冲液释放 到化验通道中。在另一方面，本专利技术包括一个或多个传送容器(shuttle reservoir) 和出口容器，用于储存在反应培养过程中输送的试剂和缓冲液。传送容器 通过相应的化验通道与相应的出口容器相连。传送容器和出口容器的容积 远大于化验通道的容积，因此在反应培养过程中，化验通道中的反应试剂 可以被输送到传送容器和/或出口容器内。在另一方面，本专利技术包括芯片上的废物容器，它将出口通道与分配阀 联系起来。废物容器的特征是具有比缓冲液容器大得多的存储容积，用于 储存所有用过的试剂和洗漆缓冲液。位于废物容器下方的单独致动的隔膜 阀用于调节从往返输送和/或出口容器经分配阀到废物容器的流体流动。在另一方面，本专利技术包括一个或多个双向流体泵，每个泵都结合到至 少三个阀，这三个阀分别控制着通过化验通道、传送容器和出口通道到分 配阀的流体流动。泵和阀结构能够实现多种流体抽吸和输送模式，例如从 试剂容器到传送容器、从试剂容器到化验通道再到出口容器、从传送容器 经化验通道再到出口容器、从出口容器经化验通道再到传送容器、从出口 容器到废物容器、以及从传送容器到废物容器。在另一方面，接口装置包括独立的试剂芯片，该芯片包括入口通道、 分配阀和多个试剂容器。试剂容器与入口通道有联系，用于将试剂引到分 配阀。接口装置还包括里面设置有出口通道的管道芯片。管道芯片适合被 可取下地结合到试剂芯片和基片上，用于将试剂从试剂芯片引到基片内的 化验通道中。将应用芯片分成若干模块允许有更大的设计和制造灵活性， 允许利用各种芯片材料并重复使用试剂盒体。在另一方面，本专利技术包括设置在化验通道的空隙体积内进行生物化验或者化学反应的插入物，其中化验通道被配置成接收插入物，并防止插入 物的反应表面接触通道的表面。在另一方面，化验通道适合从与化验通道相连的出口容器的开口接收 插入物。在另一方面，化验通道的空隙体积包括通向基片顶面的开口和用于可 取下地盖住空隙体积开口的盖子，其中插入物可以被布置在该开口中。在另一方面，插入物的反应表面可以包含一种或多种样品分析物或者 试剂，用于与从试剂盒体释放出来的试剂潜在地相互作用。为专门应用挑 选样品分析物或者试剂。按照某些实施例，插入物包含穿孔的隔膜条和结 合到隔膜条表面并与隔膜条上的孔对齐的至少一个隔膜片。每个隔膜片都 涂有包含诸如分析对象或者捕捉分析物的抗体的生物和/或化学材料的试 剂样品。按照某些实施例，孔包括中心的圆形区域和通向圆形区域的两个 矩形区域。矩形区域被配置成捕捉通过化验通道的流体流中的气泡。在另一方面，隔膜条由非弹性体的塑性粘合材料制成。按照某些实施 例，非弹性体塑料包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯和丙烯酸 类。按照某些实施例，隔膜片由硝化纤维素、聚偏氟乙烯和/或尼龙制成。在另一方面，加热元件被结合到微流体芯片上，用于控制化验温度， 以提高化验的可重复性、速度和灵敏度。在另一方面，本专利技术提供了实施生物化验的方法。在一个或多个点有 样品的插入物被放到适当的化验通道中之后，来自试剂盒体的试剂可以经 分配结构流过化验通道，从而接触到插入物的反应表面。来自缓冲液容器 的洗涤缓冲液也可以流过化验通道，从而接触通道中的插入物。在反应培 养期或者洗涤期，化验通道中的过量反应试剂和/或洗涤缓冲液在与每个 化验通道相连的传送容器和出口容器之间被来回泵送。当化验结束时，储 存在传送容器和出口容器中的流体废物经分配结构被泵送到废物容器中。 通过让包括缓冲液、洗涤试剂、抗体、抗原、酶的轭合物和它们的基质的 适当试剂流动，微流体芯片可用于在每块隔膜片上进行免疫测定或者其它 生物化验，以便检测分析对象。在另一方面，传送容器被用作试剂容器，用于在每个化验通道中形成独特的化验条件。从试剂容器中释放出来的试本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微流体装置，包括：　其中设置有多个通道的基片；　能够保持材料的至少一个试剂容器；以及　分配阀，所述分配阀适合通过与所述分配阀相连的至少一个通道可控地将材料流从所述至少一个试剂容器引导到多个出口容器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-1-19 60/760,5521.一种微流体装置，包括其中设置有多个通道的基片；能够保持材料的至少一个试剂容器；以及分配阀，所述分配阀适合通过与所述分配阀相连的至少一个通道可控地将材料流从所述至少一个试剂容器引导到多个出口容器。2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基片是其中蚀刻有 所述多个通道的塑料基片，并且所述至少一个试剂容器被可取下地结合到 所述塑料基片的顶面上，从而将材料引到所述多个通道中的至少一个。3. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分配阀与至少一个 双向泵相连，以便通过致动所述泵将材料从所述至少一个试剂容器输送到 所述多个出口容器中的至少一个。4 .如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括至少一个插入物， 它构造成适合装配在至少一个通道内，并且具有与所述材料相互作用的反 应表面。5. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括至少一个试剂阀， 所述试剂阀具有开启和关闭状态、并且使所述至少一个试剂容器与所述多 个出口容器经所述分配阀流体相连。6. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括与至少一个通道 相连的至少一个双向泵。7. 如权利要求6所述的装置，其特征在于，双向泵包括至少三个可 独立致动的阀结构，所述阀结构通过相应的通道串联。8. 如权利要求6所述的装置，其特征在于，至少一个通道将第一容 器和第二容器连起来，并且至少一个双向泵适合使所述材料沿朝向第一容 器的第一方向和朝向第二容器的第二方向往返输送。9. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括与相应通道相联 的多个双向泵，其中所述分配阀经多个双向泵中的对应一个双向泵与相应的通道流体相 连；以及在关闭状态下，所述分配阀基本上防止各通道之间以及至少一个试剂 容器与通道之间的流体连通。10. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括适合可取下地结合到所述基片上的盒体，并使所述至少一个试剂容器设置在所述盒体上， 以便将所述材料输送到设置在所述基片内的多个通道中。11. 如权利要求4所述的装置，其特征在于，插入物可取下地装配在 至少一个通道的空隙体积内，其中，在所述插入物的反应表面和空隙体积 的表面之间设置有间隙，以适合允许所述材料由其通过。12. 如权利要求11所述的装置，其特征在于，空隙体积适合从流体连 接到空隙体积的至少一个容器的开口接收插入物，其中，空隙体积的宽度 至少约等于插入物的宽度。13. 如权利要求11所述的装置，其特征在于，空隙体积适合从空隙体 积的开口接收插入物，并且设置有可取下地盖住所述开口的盖元件。14. 如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述插入物包括隔膜。15. 如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述插入物还包括设置 在所述隔膜的粘合层的孔上方的隔膜片。16. 如权利要求15所述的装置，其特征在于，孔是下述形状之一圆 形、以及包含圆形区域和通向所述圆形区域的两个相反矩形区域的形状。17. 如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述隔膜片被涂敷有化 学试剂和生物试剂中的至少一种。18. 如权利要求15所述的装置，其特征在于，隔膜片由硝化纤维、聚 偏氟乙烯、聚苯乙烯和尼龙中的一种制成。19. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基片包含多...

【专利技术属性】
技术研发人员：周朋，林肯扬，
申请(专利权)人：奇奥尼公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]