取样-应答微流体盒制造技术

一种微流体盒和方法用于在其上进行诊断、分子或生物化学化验，其中，用于化验所需的所有干燥和/或液体试剂都包含在盒中，且化验只需要添加试样。引入了气动液压特征、腔室和隔膜技术，用于克服在微流体盒的操作过程中的气泡干扰和试剂冲走的问题。盒插入主机仪器中，用于执行化验，且盒提供为消耗品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于诊断、分子和生物化学化验的微流体装置和方法，更特别是涉及用于从盒上的试剂储存器分配和配送流体、用于泵送、加热和混合以及用于在并不夹带气泡和并不冲失试剂的情况下再水合干燥试剂的微流体技术。
技术介绍
已经发现微流体装置更多地用作诊断化验的工具。由Wilding在美国专利 No. 5304487中所述的装置包括形成于可重复使用的硅基板上的“中等尺度”的槽道和腔室，该硅基板从盒外的注射器泵来灌注流体试剂。它没有考虑盒载流体和试剂储存和传送。不过，实际商业应用已经导向“可消耗”盒的方向-一次性的单次使用“取样-应答”盒，它自身容纳用于特殊化验所需的全部试剂或化验面板。在分子生物化验应用中特别是这样，其中，必须绝对避免与试样的储存或操作处理相关联的污染。板载试剂可以包括液体和干试剂形式。在现有的成功产品中，这两种试剂都遇到某些问题。这里，我们解决了与盒的槽道和腔室的初始润湿和干燥试剂的再水合相关联的液体处理问题。在包含微流体槽道和腔室的盒的充装和操作过程中(特别是有塑料本体的盒)，液体润湿通常不均匀，因此，气穴经常通过弯液面抵靠平面和在拐角中前进而夹带在流体柱中。在生物试样的泵送和混合过程中，可能形成泡沫和气泡，这对装置的化验性能产生不利影响。气泡可能由于容纳干燥试剂的槽道或腔室的不均匀充装而产生。试剂的再水合、润湿和通气与气泡形成的问题相互联系。在更复杂的流体网络中(例如在Dubrow的美国专利No. 6068752和Kennedy的美国专利No. 6086740中所述)和在毛细管驱动流体的装置中(例如由Buechler在美国专利申请No. 2005/0136552中或者由Wyzgol在美国专利申请No. 2004/024051中所述)，该问题加剧，已经证明它们在塑料本体的装置中都非常困难。由于脱气，气泡还可能在试样液体的加热过程中产生。已经公知气体的可溶性与温度成反比，且进行加热的溶液很容易变得过饱和。由于脱气而产生的气泡源形成空穴，流体在该处进行剪切，例如在微流体空腔中进行机械或超声波混合的过程中。气泡在微流体“比色杯”中干扰液体的光学问诊。光的通路可能由于由气泡表面的曲率产生的透镜效果和/或由于气泡折射光而改变。气泡还可以通过改变在气泡界面处的溶质浓度、通过使得蛋白质结构变性和通过影响在液体中的容积加热速率和温度均匀性而干扰生物化学反应。例如，在PCR反应中(其中，耐热聚合酶用于扩增目标核酸的复制)，当液体中存在气泡时加热和冷却将不均匀，从而降低处理效率和限制灵敏性。气泡的存在还降低了反应腔室中的流体容积，且在依赖于在10-50 μ L或更小的容积内检测分析物的化验中，在反应腔室中存在较大的捕获气泡能够有效杀死该化验。在依赖于速率确定的反应中，气泡能够显著干扰斜率的光学确定以及干燥试剂的均匀快速再水合(这是在具有合适基质可用性的情况下开始反应所需)。多种干燥试剂(例如荧光探针、酶、缓冲剂或控制分析物)可以置于微流体装置的腔室内，并为合适进行化验所需。在润湿过程中，夹带一个或多个气泡可能导致干试剂和试样的不完全溶解和混合，从而降低反应效率和降低测试的灵敏性。Lei在美国专利No. 6637463中提出通过利用表面张力特征和/或截面面积来改变平行槽道中的流动阻抗，以便使得压力降均衡，因此使得流过多个流动通路的流量均衡。在 一个实例中，多个出口槽道用于从井中排出流体，以避免形成再循环流或流体停滞，否则将导致流体的低效率洗涤和捕获气泡。不过，各个特征都必须通过试验来设计并有误差，因此设计并不耐用或者并不能很容易地适用于不同化验。因为尺寸和表面化学的微观变化很难在微流体循环制造中进行控制，因此该方法已经证明不能实际解决在微流体卡中的平行子线路之间均等分割流量的问题。且没有提出使用具有提高润湿特征的隔膜。Ulmanella (美国专利申请No. 2007/0280856)报道了通过物理改变腔室的底表面来控制充满微流体腔室的流体的弯液面的努力，例如通过安装能障以便在弯液面横过腔室底板时减慢或停止弯液面的前边缘，或者通过使用在底表面上的多个槽或柱，或者通过对腔室沿深度进行雕刻以便调整毛细作用，或者通过使用注射器泵，通过离心，或者通过在腔室的出口侧施加真空。这些方法都证明不能实际解决问题。毛细作用极其不可预测，并将促进气穴的形成，而使用注射器泵或应用真空(如现有技术中通常采用)将剪切流体和沿最小阻力的通道驱动流体，从而进一步加剧问题。例如，当从单个进口分支的两个或更多微流体槽道用于流体时(例如用于在平行的多个诊断化验通路之间分割试样或试剂)，流体可能充满最容易润湿的通路，并使得具有更高流体阻力的通道空出。在槽道之间的非常小阻力差异都将导致单个槽道的有利润湿和分支平行槽道并不润湿，该是本领域技术人员公知的问题。Ulmanella进一步解决了干燥试剂对微流体腔室的润湿的影响，并结束了包含中心点状干燥试剂的腔室的充装效率小于50%的情况，具有进口侧点状试剂的腔室以65%的效率润湿，但是对于具有出口侧点状试剂的腔室，没有气泡时的充装效率增加至95%。不过，在制造过程中以毫米精度来定位试剂点将并不需要，也并不是在存在干燥试剂点时实现润湿的、令人满意的方式，因为优选是腔室在试剂再水合之前充分润湿，以使得试剂的浓度不会由于冲出至下游槽道中而稀释，当干试剂位于腔室的下游出口处时很可能出现这种情况。还已知能够降低在微流体槽道或腔室中的界面和表面张力，例如通过基板的等离子体处理或包含表面活性剂以便降低疏水性，以及通过使得槽道相交点呈圆角。这些处理还已知用于提高可润湿性，但是并不有效消除机械夹带气泡和由于热脱气、空腔或停滞区域而引起的气泡。实际上，表面活性剂能够增大气相倾向以形成稳定气泡和泡沫，该气泡和泡沫能够由于它们的持续性而使得化验性能失败。而且通过处理(例如等离子体处理)而引起的表面变化预计将很难在制造中进行控制，并可能是暂时的，从而在装置的储存过程中逐渐退化。因此，希望的是以及本专利技术的目的是开发机械装置和方法，用于在化验槽道的初始润湿过程中和在干试剂的再水合过程中减少气泡的形成和夹带，以及用于在装置的操作过程中防止或减少气泡的积累和干扰。
技术实现思路
本专利技术的微流体盒(这里更通常称为“装置”)通常由柔性塑料本体形成，该柔性塑料本体容纳有流体槽道和腔室，该流体槽道和腔室成一定图形，并根据要在其中进行的诊断或生物化学化验的需要而相互流体连通。化验通过在一个或多个步骤中使得试样与一个或多个试剂反应来进行，通常在装置的一个或多个槽道或腔室中，时间和温度将有效用于形成可检测的产品，该产品指示分析物在试样中的存在或缺乏。盒通常是可消耗的，即它们一次使用，然后丢弃；并包含用于一个或多个化验所需的所有试剂。为了进行化验，本专利技术的装置插入主机仪器中，该主机仪器依赖于光学检测(或其它检测装置)，例如分光光度计或荧光计，用于检测表示感兴趣的任何目标分析物的存在、缺乏和/或数量的色原体或荧光团。在优选实施例中，在装置中的光学窗与主机仪器中的 检测装置交接。不过，在光学窗中存在一个或多个气泡可能损害分析物的检测。气泡还可能干扰形成可检测产品所需的反应，例如生物化学或分子反应的扩增子或其它产品，其中，气泡可能导致反应混合物的不均匀加热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·F·巴特雷尔，I·斯普拉格，M·S·布拉格德，J·卡波丹诺，
申请(专利权)人：精密公司，
类型：发明
国别省市：