專利名稱：用于進(jìn)行微流體化驗(yàn)的化驗(yàn)片和化驗(yàn)盒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于進(jìn)行微流體化驗(yàn)的容器，更特別地，本發(fā)明 涉及一種用于容納采樣物質(zhì)和可選的化驗(yàn)試劑、緩沖劑和廢料的化驗(yàn) 盒(cartridge),所述化驗(yàn)盒可與具有微通道的微流體化驗(yàn)片(chip) 連接，在微流體化驗(yàn)片內(nèi)對(duì)在化驗(yàn)盒內(nèi)運(yùn)送的采樣物質(zhì)進(jìn)行比如實(shí)時(shí) 的聚合酶鏈反應(yīng)的化驗(yàn)。
背景技術(shù)：
核酸檢測(cè)是醫(yī)學(xué)、法醫(yī)學(xué)、工業(yè)過(guò)程、農(nóng)作物和動(dòng)物的繁殖和許 多其它領(lǐng)域的核心。對(duì)疾病情況(例如癌癥)、傳染性有機(jī)體(例如 艾滋病)、遺傳譜系、遺傳標(biāo)記等的檢測(cè)能力是用于疾病診斷和預(yù)測(cè)、 標(biāo)記輔助選擇、犯罪現(xiàn)場(chǎng)特征的勘驗(yàn)、工業(yè)有機(jī)體的繁殖能力和許多 其他工藝的普通技術(shù)。對(duì)核酸整體性測(cè)定的關(guān)注可能與傳染病或癌癥 的病理學(xué)相關(guān)。用于檢測(cè)小量核酸的最有力和最基本的技術(shù)之一是多 次復(fù)制一些或全部核酸序列，然后分析放大的產(chǎn)物。聚合酶鏈反應(yīng) ("PCR")可能是大量不同放大技術(shù)中最眾所周知的技術(shù)。
PCR是一種用于放大DNA短段的最有力的技術(shù)。利用PCR，人 們能夠從單一模板DNA分子開(kāi)始快速產(chǎn)生上百萬(wàn)的DNA復(fù)制品。 PCR包括三個(gè)階段的溫度循環(huán)DNA變性為單鏈、將基液(primer) 退火到變性鏈溫度和通過(guò)耐熱的DNA聚合酶酶素使基液延伸。重復(fù) 進(jìn)行該循環(huán)使得具有足夠的用于檢測(cè)和分析的復(fù)制品。原則上，PCR 的每一個(gè)循環(huán)能夠使復(fù)制品的數(shù)量加倍。實(shí)際上，每次循環(huán)后獲得的倍增系數(shù)總是小于2。而且，隨著PCR循環(huán)的繼續(xù)進(jìn)行，當(dāng)所需的反 應(yīng)物濃度減小時(shí)，最終停止放大PCR產(chǎn)物的形成。關(guān)于PCR的總的 詳細(xì)內(nèi)容參見(jiàn) Sambrook and Russell, Afo/ecw/"/* C7o / g—/4 Z^6oni^y (3rd Ed.)， Vols. 1-3， Cold Spring Harbor
Laboratory, Cold Spring Harbor, N.Y. (2000); C"/re"f iV^co/s / Afo,ecw/"r肌o/ogy， F. M. Ausubel et al" eds.， Current Protocols, a joint venture between Greene Publishing Associates, Inc. and John Wiley & Sons, Inc., (supplemented through 2005) and戶C7 尸ro似co/s /1 G"wV/e Af"/f( ffe awd々/7//cfl,/儲(chǔ)51 ， M.A. Innis et al" eds.， Academic Press Inc. San Diego， Calif. (1990)。
實(shí)時(shí)PCR涉及一組發(fā)展中的技術(shù)，其中一種技術(shù)隨著反應(yīng)進(jìn)程 (通常是每個(gè)PCR循環(huán)測(cè)量一次)測(cè)量放大DNA產(chǎn)物的形成。長(zhǎng)期 監(jiān)控產(chǎn)物的積累允許人們測(cè)定反應(yīng)效率以及估計(jì)DNA模板分子的初 始濃度。關(guān)于PCR的總的詳細(xì)內(nèi)容參見(jiàn)/^"/匿77we PCT .,爿w / G"wV/e， K. Edwards et al" eds.， Horizon Bioscience, Norwich, U.K. (2004)。
有若干不同實(shí)時(shí)檢測(cè)化學(xué)方法用于指示放大DNA的存在。這些 檢測(cè)化學(xué)中的大多數(shù)依賴于熒光指示器，該焚光指示器根據(jù)PCR處理 的結(jié)果而改變性質(zhì)。這些檢測(cè)化學(xué)方法中有根據(jù)對(duì)雙鏈DNA的耦合 來(lái)增加熒光效果的DNA耦合染料(比如SYBR 綠色)。其它檢測(cè)化 學(xué)方法利用Foerster共振能量轉(zhuǎn)移(FRET),根據(jù)Foerster共振能量 轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，染料的熒光效果極大地依賴于其接近另一個(gè)光吸收部分或 猝光劑的程度。這些染料和猝光劑通常附接到DNA序列專用的探針 或基液上?；贔RET的檢測(cè)化學(xué)方法中有水解探針或構(gòu)象探針。水 解探針(比如TaqMan⑧探針)使用聚合酶酶素來(lái)使報(bào)告染料分子與 附接到核苷酸探針上的猝光劑染料分子分開(kāi)。構(gòu)象探針(比如分子信 標(biāo))利用附接到低核苷酸上的染料，其熒光放射根據(jù)與目標(biāo)DNA雜 交的低核苷酸的構(gòu)象變化而改變。
共同受讓的、共同待決的、名稱為"微通道中的實(shí)時(shí)PCR，，的美國(guó)申請(qǐng)No. 11/505,358描述了 一種用于在流經(jīng)微通道并且通過(guò)非反應(yīng)流 體(比如通常所說(shuō)的流動(dòng)標(biāo)記的緩沖劑溶液)的液滴彼此分離來(lái)的離 散液滴中進(jìn)行PCR的方法，在此引入其公開(kāi)內(nèi)容以作參考。
現(xiàn)有技術(shù)已知了用于在微通道內(nèi)進(jìn)行比如PCR的在線化驗(yàn)的裝 置，所述裝置包括形成于化驗(yàn)片內(nèi)的一條或多條微通道的微流體化驗(yàn) 片。這些化驗(yàn)片利用采樣吸管和位于化驗(yàn)片最上面的開(kāi)放端口 (open port)來(lái)接收試劑和采樣物質(zhì)(例如DNA)并將試劑和采樣物質(zhì)(例 如DNA)輸送到化驗(yàn)片內(nèi)的微通道?；?yàn)片平臺(tái)設(shè)計(jì)用于在位于化驗(yàn) 片頂部的開(kāi)放端口處接收試劑(通常由吸液管分配)，試劑通常在真空 的影響下從開(kāi)放端口流入微通道，所述真空施加在每一條微通道的相 對(duì)端部處。DNA采樣從微孔板經(jīng)由吸管供應(yīng)到微通道，該吸管伸到化 驗(yàn)片之下并且由于施加給微通道的真空通過(guò)該吸管從孔中抽吸釆樣物 質(zhì)。
該開(kāi)放設(shè)計(jì)易于受污染-既有采樣和化驗(yàn)之間的交叉污染又有暴 露于潛在的傳染性藥劑的實(shí)驗(yàn)人員的污染。因而，需要有一種用于進(jìn) 行微流體化驗(yàn)的改進(jìn)容器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及使用化驗(yàn)盒對(duì)接微流體化驗(yàn)片，所述化驗(yàn)盒容納或適 于容納反應(yīng)流體或副產(chǎn)品，所述微流體化驗(yàn)片為在微流體化驗(yàn)片內(nèi)進(jìn) 行的DNA分析測(cè)試和其他化驗(yàn)提供了使用的靈活性和容易性?；?yàn) 盒容納DNA采樣并且還可包括緩沖劑和/或要在化驗(yàn)中使用的一種或 多種試劑，該化驗(yàn)盒還可包括能夠形成"閉合"微流體系統(tǒng)的廢料容納 室，通過(guò)該"閉合"微流體系統(tǒng)使DNA采樣和其他反應(yīng)產(chǎn)物返回到同 一采樣容納盒，從而消除了單獨(dú)管理有害生物廢料的需要。將患者的
《1入每一 滴采樣液滴確保在保持在線、連續(xù)PCR化驗(yàn)處理的優(yōu)點(diǎn)同時(shí) 不存在患者之間的采樣-采樣夾帶。
本發(fā)明的方面體現(xiàn)在一種用于進(jìn)行微流體化驗(yàn)的組件中，該組件 包括微流體化驗(yàn)片和流體化驗(yàn)盒。微流體化驗(yàn)片具有頂面和底面并且
7包括形成在頂面的 一個(gè)或多個(gè)入口端口和至少 一條微通道，該至少一 條微通道從相關(guān)聯(lián)的入口端口延伸通過(guò)至少 一 部分微流體化驗(yàn)片。每 一個(gè)入口端口與相關(guān)聯(lián)的微通道連通，使得分配到入口端口的流體流 入相關(guān)聯(lián)的微通道中，流體化驗(yàn)盒具有一個(gè)或多個(gè)用于容納流體的內(nèi) 室和與每個(gè)內(nèi)室相關(guān)聯(lián)的流體噴嘴，所述噴嘴用于從相關(guān)聯(lián)的室分配
流體或者將流體傳送到相關(guān)聯(lián)的內(nèi)室。每一個(gè)流體噴嘴構(gòu)造成與微流 體化驗(yàn)片的入口端口聯(lián)接，從而將流體從相關(guān)聯(lián)的內(nèi)室分配到與噴嘴 聯(lián)接的入口端口 ，或者將流體從與噴嘴聯(lián)接的入口端口傳送到相關(guān)聯(lián) 的內(nèi)室中。
在其它實(shí)施例中，提供了 一種構(gòu)造成與微流體化驗(yàn)片對(duì)接的化驗(yàn) 盒裝置，其中化驗(yàn)盒裝置包括輸送室和回收室。輸送室與輸送端口流 體連通并且構(gòu)造成容納反應(yīng)流體。輸送端口構(gòu)造成與微流體化驗(yàn)片對(duì) 接?；厥帐遗c回收端口流體連通并且構(gòu)造成接收來(lái)自微流體化驗(yàn)片的 廢棄物質(zhì)?；厥斩丝跇?gòu)造成與微流體化驗(yàn)片對(duì)接。
仍然在其它實(shí)施例中，提供了 一種構(gòu)造成與微流體化驗(yàn)片對(duì)接的 化驗(yàn)盒裝置，所述化驗(yàn)盒裝置包括與試劑輸送端口連接的試劑輸送室、 與緩沖劑輸送端口連接的緩沖劑輸送室、與采樣輸送端口連接的采樣 輸送室和與廢料回收端口連接的廢料回收室，其中試劑輸送端口、緩 沖劑輸送端口 、采樣輸送端口和廢料回收端口都構(gòu)造成與微流體化驗(yàn) 片對(duì)接。在該實(shí)施例中，微流體化驗(yàn)片包括一條或多條微通道，試劑、 緩沖劑和/或采樣中的 一種或多種從試劑輸送室、緩沖劑輸送室和/或 采樣輸送室流經(jīng)該一條或多條微通道并且進(jìn)入所述廢料回收室。
本發(fā)明的其他方面包括結(jié)構(gòu)的操作方法、功能和元件的相互關(guān)系， 在參照附圖、考慮下述說(shuō)明和所附的權(quán)利要求的情況下，將變得更顯 而易見(jiàn)，所有這些內(nèi)容形成了本發(fā)明的一部分，其中相同的附圖標(biāo)記 在各幅圖中表示相應(yīng)的部件。


圖la是體現(xiàn)本發(fā)明方面的微流體化驗(yàn)片和化驗(yàn)盒的一個(gè)實(shí)施例 的透視圖，其中化驗(yàn)盒顯示為與微流體化驗(yàn)片分離；
8圖lb是圖la所示的微流體化驗(yàn)片和化驗(yàn)盒的透視圖，其中化驗(yàn) 盒顯示為與微流體化驗(yàn)片聯(lián)接；
圖2a是圖lb所示的由微流體化驗(yàn)片和化驗(yàn)盒構(gòu)成的組件的透視 圖，其中組件可操作地位于微孔板上方；
圖2b是圖lb所示的由微流體化驗(yàn)片和化驗(yàn)盒構(gòu)成的組件的側(cè)視 圖，其中組件可操作地位于微孔板上方；
圖3是微流體化驗(yàn)片的微通道和吸管的示意圖，其中吸管與微孔 板的孔接合；
圖4是在微通道內(nèi)進(jìn)行微流體化驗(yàn)的過(guò)程中容納在微通道內(nèi)的反 應(yīng)流體的示意圖5是用于說(shuō)明在用與圖2a和2b所示的微孔板可操作地布置在
所進(jìn)行步驟的流程圖6是體現(xiàn)本發(fā)明方面的微流體化驗(yàn)片和化驗(yàn)盒的 一個(gè)替代實(shí)施 例的透視圖，其中化驗(yàn)盒顯示為與微流體化驗(yàn)片聯(lián)接；
圖7是微通道和多吸管化驗(yàn)片結(jié)構(gòu)的示意圖8是用于體現(xiàn)本發(fā)明方面的微流體化驗(yàn)片和化驗(yàn)盒的一個(gè)替代 實(shí)施例的無(wú)吸管的微流體化驗(yàn)片的微通道的示意圖9是體現(xiàn)本發(fā)明方面的無(wú)吸管的微流體化驗(yàn)片和化驗(yàn)盒的一個(gè) 替代實(shí)施例的示意圖IO是用圖8或9所示的由微流體化驗(yàn)片和化驗(yàn)盒構(gòu)成的組件進(jìn) 行微流體化驗(yàn)的過(guò)程中所進(jìn)行步驟的流程圖11是體現(xiàn)本發(fā)明方面的微流體化驗(yàn)片和多個(gè)化驗(yàn)盒的一個(gè)替 代實(shí)施例的透視圖，其中化驗(yàn)盒顯示為與微流體化驗(yàn)片聯(lián)接。
具體實(shí)施例方式
圖la和lb顯示了體現(xiàn)本發(fā)明方面的微流體和試劑盒結(jié)構(gòu)的第一 實(shí)施例。該結(jié)構(gòu)包括與微流體化驗(yàn)片40聯(lián)接的化驗(yàn)盒10?；?yàn)盒IO 和微流體化驗(yàn)片40可用在一種用于進(jìn)行比如在美國(guó)申請(qǐng)No.
911/505,358中所述的在線、實(shí)時(shí)PCR化驗(yàn)的系統(tǒng)中，在此引入其內(nèi)容 以作參考。
化驗(yàn)盒10包括主體部分12,其中多個(gè)噴嘴或出口端口 14、 16、 18從主體部分伸出。圖示的實(shí)施例不用于進(jìn)行限制?；?yàn)盒可具有多 于或少于所圖示的三個(gè)噴嘴。在主體部分12內(nèi)，化驗(yàn)盒10包括與相 應(yīng)噴嘴流體連通的內(nèi)室(未顯示)，這些內(nèi)室可容納用于輸送到微流體 化驗(yàn)片40內(nèi)的相應(yīng)微通道或從微流體化驗(yàn)片40內(nèi)的相應(yīng)微通道移出 的不同流體。這些流體可包括例如采樣DNA物質(zhì)、緩沖劑或試劑(包 括化驗(yàn)專用試劑)和反應(yīng)廢棄產(chǎn)物或其它反應(yīng)流體和/或副產(chǎn)品。化驗(yàn) 盒IO還可包括比如端口 20、 22的輸入端口，其與相關(guān)聯(lián)的內(nèi)室連通 用于將流體注入該室。這些端口優(yōu)選包括在流體已經(jīng)注入化驗(yàn)盒之后 關(guān)閉該端口的蓋。該蓋優(yōu)選包括某一類型的疏水性通風(fēng)口，其防止流 體穿過(guò)該蓋住的端口從該室流出但是允許通風(fēng)口在流體從該室抽出時(shí) 平衡周圍大氣壓力和內(nèi)室壓力之間的壓力?；?yàn)盒10還可包括與負(fù)壓 源(即真空)連接的真空端口 24，用于通過(guò)噴嘴14、 16或18中的一 個(gè)或多個(gè)將流體(例如反應(yīng)廢棄產(chǎn)物)抽吸到與真空端口 24連通的廢 料室。
在一個(gè)實(shí)施例中，化驗(yàn)盒IO由適當(dāng)?shù)膬?yōu)選惰性材料注模而成，該 惰性材料比如聚丙烯、聚碳酸酯或聚苯乙烯。化驗(yàn)盒10還可包括用于 流體容納(即室)、流體輸送、壓力控制和采樣制備(未顯示)的內(nèi)部 設(shè)計(jì)特征?；?yàn)盒也可由其它合適材料構(gòu)造而成。
每一個(gè)內(nèi)室的流體容量可在20jiL到5mL之間，優(yōu)選在50nL到 1000nL之間，最優(yōu)選在100nL到500nL之間。當(dāng)然，也可使用其它 室容積。如果廢料隔室與化驗(yàn)盒設(shè)計(jì)結(jié)合，則該廢料隔室可具有高達(dá) 大約5mL或更多的容量。
微-流體4b驗(yàn)片40包4舌主體42， 該主體帶有.入口端口排，比如入-口端口 44、 46和48。與入口端口 44、 46和48連通的微通道延伸通 過(guò)微流體化驗(yàn)片40。微流體化驗(yàn)片40包括微通道部分50，微通道形 成在該微通道部分50中，并且如下更詳細(xì)的描述，該微通道部分50提供了用于對(duì)在微通道內(nèi)流動(dòng)的物質(zhì)進(jìn)行不同與化驗(yàn)相關(guān)的操作的位
置。微通道部分50可由比如玻璃或塑料的任何合適材料制成。在共同 受讓德、共同待決的美國(guó)申請(qǐng)No. 11/505,358中公開(kāi)了一條微通道部 分的實(shí)例，在其引入其內(nèi)容已作參考。
化驗(yàn)盒10通過(guò)將噴嘴14、 16和18與來(lái)自排44、 46和48的一 列入口端口連接在一起而聯(lián)接到微流體化驗(yàn)片40上。噴嘴和入口端口 之間的連接可以是通過(guò)將每個(gè)噴嘴14、16和18插入相應(yīng)入口端口 44、 46和48的摩擦配合方式進(jìn)行的。替代地，該連接可以是路厄(luer) 鎖定連接或一些其他類型的鎖定連接，這允許化驗(yàn)盒附接到微流體化 驗(yàn)片上，但是一旦連接好，化驗(yàn)盒不能從微流體化驗(yàn)片上拆下來(lái)。
微流體化驗(yàn)片40可包括用于從外部容器抽吸流體(例如試劑)的 吸管52。如圖2a和2b所示，由微流體化驗(yàn)片40和化驗(yàn)盒10構(gòu)成的 結(jié)構(gòu)可位于具有多個(gè)獨(dú)立孔82的微孔板80的上方。微流體化驗(yàn)片40 和微孔板80相對(duì)彼此運(yùn)動(dòng)(例如，在計(jì)算機(jī)控制下通過(guò)自動(dòng)設(shè)備使微 流體化驗(yàn)片40和/或微孔板80運(yùn)動(dòng))，從而將在微流體化驗(yàn)片下方延 伸的吸管52放置在孔82的選定孔中以將該井中的內(nèi)容物抽吸到吸管 中并且因而進(jìn)入微流體化驗(yàn)片40。
圖3示意性圖示了一種形成在微流體化驗(yàn)片40中的微通道62。 孩丈通道62包括輸入端口 70，該輸入端口與孩i流體化驗(yàn)片40的入口端 口排48或46 (或二者)相對(duì)應(yīng)，來(lái)自化驗(yàn)盒10的流體通過(guò)該輸入端 口注入微通道。在該實(shí)施例中，微通道62還包括輸出(廢料)端口 72，該輸出端口與微流體化驗(yàn)片40的入口端口排44相對(duì)應(yīng)，來(lái)自微 通道62的物質(zhì)通過(guò)該輸出端口注入化驗(yàn)盒10。吸管52通過(guò)連接件60 與微通道聯(lián)接。在一個(gè)實(shí)施例中， 一條微通道62與微流體化驗(yàn)片40 的入口端口排44、 46和48內(nèi)的每一列入口端口相關(guān)聯(lián)。因此，在如 圖la所示的實(shí)施例中，微流體化驗(yàn)片40將包括六條微通道，其每一 條通道與六列入口端口中的每一列相關(guān)聯(lián)。
在具有單個(gè)吸管52的一個(gè)實(shí)施例中，吸管52通過(guò)連接件60與每 一條微通道62聯(lián)接，使得通過(guò)吸管52抽吸到微流體化驗(yàn)片40上的物
ii質(zhì)被分給包含在微流體化驗(yàn)片40內(nèi)的每一條微通道中。如圖3由虛線 80所表示的，微流體化驗(yàn)片40和微孔板80相對(duì)彼此運(yùn)動(dòng)，使得吸管 52可放置在多孔板80中的多個(gè)孔82,、 822、 82j中的任一個(gè)孔中。
在一個(gè)實(shí)施例中，微通道62包括用于混合經(jīng)由端口 70和吸管52 引入微通道62中的物質(zhì)的混合部分64。混合部分64可包括微通道的 蜿蜒部分或用于混合微通道的內(nèi)容物的其他已知裝置。在其他實(shí)施例 中，微通道62不包括混合部分。
而且，微通道62還包括位于微流體化驗(yàn)片40的微通道部分50 內(nèi)的在線PCR部分66和分析部分68。分析部分68可設(shè)置用于進(jìn)行 微通道內(nèi)容物的光學(xué)分析，比如檢測(cè)添加到反應(yīng)物質(zhì)中的染料熒光或 比如高分辨率溶解分析(HRTm)的其它分析。在美國(guó)申請(qǐng)No. 11/505,358中描述了這種在線PCR和微流體分析，在此并入其內(nèi)容以 作參考。在一個(gè)實(shí)施例中，微通道62在微流體化驗(yàn)片40內(nèi)制成U形 轉(zhuǎn)彎，從而返回到化驗(yàn)盒10，使得完成在線PCR和分析時(shí)反應(yīng)產(chǎn)物 可通過(guò)輸出端口 72注入化驗(yàn)盒10內(nèi)的廢料室。在其他實(shí)施例中，也 可使用微通道的其他結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可用于進(jìn)行多個(gè)按順序的化驗(yàn)，由此在包含在微通 道內(nèi)的DNA液滴或其它采樣物質(zhì)內(nèi)進(jìn)行不連續(xù)化驗(yàn)。按順序布置的 液滴可包含不同的PCR基液或其它化驗(yàn)專用試劑，而且該按順序布置 的液滴可由通常稱作流動(dòng)標(biāo)記的非反應(yīng)物質(zhì)的液滴將它們彼此分隔 開(kāi)。在共同受讓、共同待決的申請(qǐng)No. 11/505,358中也描述了用于在 單一微通道中進(jìn)行多個(gè)不連續(xù)化驗(yàn)的技術(shù)。
圖4示意性圖示了微通道的內(nèi)容物，其中根據(jù)一個(gè)實(shí)施例在DNA 或其它采樣物質(zhì)的不連續(xù)液滴內(nèi)進(jìn)行多個(gè)不連續(xù)化驗(yàn)。參照?qǐng)D4，并 且在圖中從右向左移動(dòng)，對(duì)于在微通道中從左向右移動(dòng)的流體，附圖 標(biāo)記108表示最初注入微通道以便填充微通道的基礎(chǔ)流體(priming fluid )。在添加基礎(chǔ)流體之后，包含與PCR基液混合的控制采樣(例 如，包含已知DNA和/或已知DNA濃度的采樣)的液滴或一團(tuán)制劑 (bolus ) 104被注入孩t通道。控制液滴104通過(guò)流動(dòng)標(biāo)記流體106與
12基礎(chǔ)流體108分離開(kāi)。流動(dòng)標(biāo)記106可包括非反應(yīng)流體，比如，例如 緩沖劑溶液。附圖標(biāo)記100和98分別表示第一采樣液滴和第n采樣液 滴。每一個(gè)采樣液滴通常具有大約8納升的體積，也可具有2-50納升 的體積，并且包括一定量的與特定PCR基液或其它化驗(yàn)專用試劑相結(jié) 合的DNA或其它采樣物質(zhì)，用于進(jìn)行每個(gè)液滴內(nèi)的化驗(yàn)和分析每個(gè) 液滴內(nèi)的化驗(yàn)結(jié)果。液滴98-100中的每一個(gè)通過(guò)流動(dòng)標(biāo)記彼此分離 開(kāi)。如圖4所示，控制液滴104通過(guò)流動(dòng)標(biāo)記102與采樣液滴100分 離開(kāi)。附圖標(biāo)記94表示第二控制液滴，該第二控制液滴包括與PCR 基液相結(jié)合的第二控制采樣或其它化驗(yàn)專用試劑?？刂埔旱?4通過(guò)流 動(dòng)標(biāo)記96與第n個(gè)測(cè)試液滴98分離開(kāi)。
圖4顯示了分別位于測(cè)試液滴98-100之前和之后的僅兩個(gè)控制液 滴104、 94。但是應(yīng)該理解的是可使用多于或少于兩個(gè)控制液滴，并 且控制液滴可置于測(cè)試液滴之間，通過(guò)流動(dòng)標(biāo)記與測(cè)試液滴分離開(kāi)。 再者，圖4顯示了布置成直線的液滴，但是微通道可以是非直線的而 且可以例如形成如圖3所示的U形轉(zhuǎn)彎。
附圖標(biāo)記92表示沖洗溶液，該沖洗溶液經(jīng)過(guò)微通道沖洗出微通道 的內(nèi)容物。附圖標(biāo)記90表示最終使流體泵送通過(guò)微通道以迫使微通道 的內(nèi)容物進(jìn)入廢料容器。注意在圖4中，清楚起見(jiàn)，顯示為每一個(gè)方 塊與鄰近方塊分離開(kāi)。然而，事實(shí)上，不存在用于使流動(dòng)標(biāo)記的各液 滴和采樣液滴分離的間隙；通過(guò)微通道的流動(dòng)通常是基本上連續(xù)的。
圖5顯示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的在線化驗(yàn)的定時(shí)步驟(timing step)。 通常在系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)該定時(shí)步驟的執(zhí)行。在步驟122，用 緩沖劑溶液填裝微通道。緩沖劑溶液可容納在化驗(yàn)盒IO內(nèi)的隔室內(nèi)， 或者它可通過(guò)吸管52從多孔板80的一個(gè)孔82中吸取。其間，如步驟 120所表示的通過(guò)箭頭與所有其他步驟連接，比如DNA物質(zhì)的采樣物 質(zhì)從化驗(yàn)盒10內(nèi)的采樣隔室連續(xù)注入微通道。在填裝步驟122之后， 在步驟124將一定量的流動(dòng)標(biāo)記緩沖劑物質(zhì)吸到微通道。接下來(lái)，在 步驟126將負(fù)控制采樣和PCR基液吸到微通道以形成控制測(cè)試液滴。 在步驟128將另一定量的流動(dòng)標(biāo)記緩沖劑溶液吸到微通道。如上所注
13意到的，如在步驟120所指出的，在整個(gè)過(guò)程中將DNA采樣連續(xù)注 入微通道。在步驟130， PCR化驗(yàn)基液或其他化驗(yàn)專用試劑通過(guò)吸管 52從多孔板80的孔82i吸取進(jìn)入孩t通道并且與連續(xù)流動(dòng)的DNA采樣 的一部分混合，從而形成測(cè)試液滴。在步驟132，流動(dòng)標(biāo)記緩沖劑被 吸入微通道并且與連續(xù)流動(dòng)的DNA采樣的一部分混和，從而形成連 續(xù)標(biāo)記液滴以使在前一 步驟中形成的測(cè)試液滴與隨后的測(cè)試液滴分離 開(kāi)。在步驟134，執(zhí)行邏輯判斷步驟以確定是否已經(jīng)完成了對(duì)采樣物 質(zhì)要進(jìn)行的所有化驗(yàn)。如果否，過(guò)程返回到步驟130,另一定量的PCR 化驗(yàn)基液或其它化驗(yàn)專用試劑被吸到微通道并且與連續(xù)流動(dòng)的DNA 采樣的一部分混和，從而形成隨后的測(cè)試液滴。接下來(lái)，重復(fù)步驟132 以形成另一個(gè)流動(dòng)標(biāo)記液滴。當(dāng)已經(jīng)完成所有化驗(yàn)時(shí)，在步驟136將 正控制液滴和PCR基液吸到微通道以形成第二控制測(cè)試液滴。如上所 注意到的，然而，控制液滴在測(cè)試液滴之前和之后不是必然需要的。 而且，在步驟138，微通道的內(nèi)容物被沖洗到廢料容器。
圖6顯示了一種布置，其中化驗(yàn)盒10與具有三個(gè)吸管142、 144 和146的微流體化驗(yàn)片140連接。在該布置中，輸入端口排44、 46 和48中的每一列將與三個(gè)不同微通道聯(lián)接，每一個(gè)微通道將與三個(gè)吸 管142、 144和146中的一個(gè)連接。因而，在圖6所示的布置中，微流 體化驗(yàn)片140將包括18條微通道、3條微通道用于6列入口端口中的 每一列。該布置允許增加并行總處理能力。例如，在藥物基因 (pharmacogenomic )應(yīng)用中，單個(gè)DNA采樣可與若干個(gè)PCR基液 組并行處理。該并行構(gòu)造還可設(shè)計(jì)有四個(gè)或更多個(gè)吸管。
圖7示意性圖示了在圖6的多吸管構(gòu)造中形成在微流體化驗(yàn)片40 中的微通道62。每一條微通道62優(yōu)選構(gòu)造成基本上如上所述的圖3 的連接。然而，在該實(shí)施例中，輸入端口排44、 46和48的每一列將 與三個(gè)不同微通道聯(lián)接，而且每一條微通道將與三個(gè)吸管142、 144 和146中的一個(gè)連接。
圖8和9顯示了本發(fā)明的一個(gè)替代布置，其不包括吸管。在該無(wú) 吸管的布置中，包括緩沖劑、DNA采樣物質(zhì)和化驗(yàn)專用試劑的所有物質(zhì)可能自動(dòng)容納在化驗(yàn)盒內(nèi)。在該設(shè)計(jì)中，試劑盒提供所有功能DNA 采樣制備、試劑供應(yīng)、緩沖劑/試劑供應(yīng)和廢料容納。
圖8和9是不包括吸管的微流體化驗(yàn)片182的微通道170的示意 圖。如圖8所示，微通道170包括緩沖劑輸入端口 160，緩沖劑溶液 的連續(xù)流通過(guò)緩沖劑輸入端口注入微通道170 。 DNA采樣物質(zhì)或其它 采樣物質(zhì)通過(guò)DNA輸入端口 162注入微通道170, PCR基液或其它 化驗(yàn)專用試劑通過(guò)試劑輸入端口 164注入微通道170。反應(yīng)廢棄物質(zhì) 通過(guò)輸出端口 166退出微通道170并且進(jìn)入化驗(yàn)盒10的廢料隔室。微 通道170可包括混合部分172、在線PCR部分174和分析區(qū)域176。 通過(guò)輸入端口 162和164的物質(zhì)注入由注入端口閥178和180控制。 該閥可以是例如壓電或氣泡噴射類型的閥。閥178和180的目的是用 于以選定間隔將采樣物質(zhì)和化驗(yàn)專用試樣注入緩沖劑溶液的連續(xù)流中 以形成不連續(xù)的測(cè)試液滴，例如如圖4所示。
如圖9所示，化驗(yàn)盒10的噴嘴18與微通道的端口 A連通。圖9 圖示了一種結(jié)構(gòu)，其中如圖8所示的輸入端口 160和162被有效地結(jié) 合在該結(jié)構(gòu)中，使得容納在化驗(yàn)盒IO內(nèi)的DNA采樣材料和緩沖劑溶 液的混合物通過(guò)端口 A注入孩史通道170。替代地，如圖8所示，可在 離散端口處從第四噴嘴和化驗(yàn)盒(未顯示)的相關(guān)隔室或者從緩沖劑 溶液的外部源注入緩沖劑溶液?；?yàn)盒10的噴嘴16與輸入端口 B連 通，該輸入端口 B與圖8的輸入端口 164相對(duì)應(yīng)?；?yàn)盒10的噴嘴 14與微流體化驗(yàn)片182的端口 C連通，該端口 C與圖9所示的輸出 端口 166相對(duì)應(yīng)。為了通過(guò)孩i通道170抽吸DNA采樣物質(zhì)和試劑以 及緩沖劑溶液并且進(jìn)入化驗(yàn)盒10的廢料隔室，真空源與化驗(yàn)盒IO在 真空端口 24處連接。
比如緩沖劑和試劑的反應(yīng)流體可在工廠裝載到化驗(yàn)盒中，附隨優(yōu) 選設(shè)在化驗(yàn)盒本身上的比如批號(hào)和產(chǎn)品有效期的信息。然后，使用者 在使用化驗(yàn)盒之前可將DNA采樣物質(zhì)添加到適當(dāng)?shù)氖抑?。替代地?可提供空化驗(yàn)盒而且可由實(shí)驗(yàn)人員在將化驗(yàn)盒附接到微流體化驗(yàn)片上 之前為該化驗(yàn)盒充滿希望的化驗(yàn)流體(例如采樣物質(zhì)、緩沖劑、試劑)。
15圖10圖示了一個(gè)計(jì)時(shí)程序，其使用如圖9所示的由無(wú)吸管化驗(yàn)盒和微流體化驗(yàn)片構(gòu)成的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在步驟190，向化驗(yàn)盒廢料端口(即真空端口 24)施加負(fù)壓以在微通道170內(nèi)形成負(fù)壓。在步驟192，DNA和緩沖劑溶液在A點(diǎn)處連續(xù)流入微通道。在步驟194， PCR基液/試劑或其它化驗(yàn)專用試劑在B點(diǎn)(即端口 164 )處注入微流體流中。在步驟196，使反應(yīng)流體到微通道的輸入延時(shí)。在步驟198，在微通道170的部分174處對(duì)微通道內(nèi)的物質(zhì)進(jìn)行熱循環(huán)(或其它化驗(yàn)處理)。在步驟200，在微通道170的部分176處對(duì)微通道的內(nèi)容物進(jìn)行HRTm測(cè)試或其它分析。在步驟202，確定是否需要進(jìn)行其他化驗(yàn)。如果需要進(jìn)行進(jìn)一步的重復(fù)化驗(yàn)，則過(guò)程返回步驟194，另外的PCR基液/試劑在B點(diǎn)處注入流中，隨后進(jìn)行延時(shí)(步驟196)、 PCR熱循環(huán)(步驟198)和測(cè)量或分析(步驟200)。當(dāng)已經(jīng)完成所有希望的化驗(yàn)時(shí)，在步驟204在端口 C (輸出端口 164)處沖洗微通道170到廢料隔室。除了 DNA采樣物質(zhì)通過(guò)DNA輸入端口 162注入孩吏通道170和PCR基液通過(guò)試劑輸入端口 164注入微通道170之外，圖IO所圖示的定時(shí)程序類似于如圖8所示的使用由無(wú)吸管的化驗(yàn)盒和微流體化驗(yàn)片構(gòu)成的結(jié)構(gòu)所完成的定時(shí)程序。
圖11圖示了由附圖標(biāo)記240所表示的微流體化驗(yàn)片的一個(gè)替代實(shí)施例。微流體化驗(yàn)片240包括主體242和帶有三排入口端口 244、 246和248的微通道窗250。多個(gè)化驗(yàn)盒210與入口端口 244、 246和248聯(lián)接(注意多化驗(yàn)盒可以類似于先前描述的實(shí)施例的方式與微流體化驗(yàn)片聯(lián)接)。微流體化驗(yàn)片不同于先前描述的微流體化驗(yàn)片是由于微流體化驗(yàn)片240內(nèi)的微通道沒(méi)有制成U形轉(zhuǎn)彎并且沒(méi)有返回用于將用過(guò)的反應(yīng)流體從微通道傳送到化驗(yàn)盒210的廢料隔室的廢料端口 ，而是，微流體化驗(yàn)片240包括真空度端口 224，該真空端口設(shè)在從入口端口244、 246和248來(lái)看窗259相對(duì)側(cè)的主體240上?？纱嬖谟糜诿恳粭l微通道的專用真空端口 224，或者一個(gè)或多個(gè)真空端口可與兩個(gè)或更多個(gè)(或所有)微通道聯(lián)接。
在使用圖11所示的實(shí)施例的過(guò)程中，外部真空源(未顯示)可與端口 224連接以通過(guò)微流體化驗(yàn)片240的微通道抽吸流體，代替將真空端口附接到化驗(yàn)盒210上用于將流體抽吸到包含在化驗(yàn)盒內(nèi)的廢料隔室中。也與本實(shí)施例有關(guān)的是，來(lái)自微通道的用過(guò)的反應(yīng)流體被傳送到與微通道(未顯示)流體連通的廢料隔室中，該廢料隔室未包含在化驗(yàn)盒210內(nèi)。
雖然已經(jīng)通過(guò)某些優(yōu)選實(shí)施例的公開(kāi)內(nèi)容相當(dāng)詳細(xì)地描述和顯示了本發(fā)明，但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將很容易想到本發(fā)明的其他實(shí)施例。因而，本發(fā)明被認(rèn)為包括在隨后所附的權(quán)利要求書(shū)的精神和范圍內(nèi)的所有修改和變型。
1權(quán)利要求
1. 一種用于進(jìn)行微流體化驗(yàn)的組件，包括微流體化驗(yàn)片，其具有頂面和底面并且包括形成在所述頂面中的一個(gè)或多個(gè)入口端口；和至少一條微通道，所述至少一條微通道從相關(guān)聯(lián)的入口端口延伸通過(guò)至少一部分所述微流體化驗(yàn)片，由此每一個(gè)入口端口與相關(guān)聯(lián)的微通道連通以使得分配到所述入口端口的流體流入相關(guān)聯(lián)的微通道；和流體化驗(yàn)盒，其具有一個(gè)或多個(gè)用于容納流體的內(nèi)室和與每一個(gè)內(nèi)室相關(guān)聯(lián)的流體噴嘴，所述流體噴嘴用于從相關(guān)聯(lián)的室分配流體或?qū)⒘黧w傳送到相關(guān)聯(lián)的內(nèi)室中，每一個(gè)流體噴嘴構(gòu)造成與所述微流體化驗(yàn)片的入口端口聯(lián)接，從而將流體從相關(guān)聯(lián)的內(nèi)室分配到與噴嘴聯(lián)接的入口端口或者將流體從與噴嘴聯(lián)接的入口端口傳送到相關(guān)聯(lián)的內(nèi)室。
2. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中化驗(yàn)盒包括三個(gè)內(nèi)室和三個(gè)噴嘴。
3. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中所述噴嘴和入口端口中的至少 一個(gè)構(gòu)造有單向鎖定連接件，以使得噴嘴與微流體化驗(yàn)片的入口端口 聯(lián)接之后，噴嘴在此后不能與入口端口分離。
4. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中化驗(yàn)盒是注模而成的。
5. 如權(quán)利要求4所述的組件，其中化驗(yàn)盒是由選自包括聚丙烯、 聚碳酸酯和聚苯乙烯的組中的材料注模而成的。
6. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中所述化驗(yàn)盒內(nèi)的至少一個(gè)內(nèi)室 包含反應(yīng)流體。
7. 如權(quán)利要求6所述的組件，其中所述反應(yīng)流體是選自包括DNA 采樣物質(zhì)、緩沖劑溶液、試劑或所述DNA釆樣物質(zhì)、緩沖劑溶液和 試劑這些流體中的兩種或更多種的混合物的組中的流體。
8. 如權(quán)利要求7所述的組件，其中所述試劑包括PCR基液。
9. 如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述微流體化驗(yàn)片包括多個(gè)布 置成三排的入口端口。
10. 如權(quán)利要求9所述的組件，其中化驗(yàn)盒包括三個(gè)噴嘴，所述 三個(gè)噴嘴構(gòu)造成與三排入口端口中的一列三個(gè)對(duì)準(zhǔn)的入口端口配合。
11. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中所述微流體化驗(yàn)片包括從所 述微流體化驗(yàn)片的底面伸出的一個(gè)或多個(gè)吸管，每一個(gè)所述吸管與至 少一條微通道連通。
12. 如權(quán)利要求11所述的組件，其中所述微流體化驗(yàn)片包括兩個(gè) 或更多個(gè)吸管。
13. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中所述微流體化驗(yàn)片包括一個(gè) 或多個(gè)真空端口，每一個(gè)真空端口與至少一條微通道連通。
14. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中每一條微通道從入口端口伸 出并且構(gòu)造成終止于另一個(gè)不同的入口端口 。
15. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中化驗(yàn)盒包括與噴嘴連通的真 空端口 。
16. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中化驗(yàn)盒內(nèi)的至少一個(gè)內(nèi)室是 廢料容器，所述廢料容器構(gòu)造成容納來(lái)自所述至少一條微通道的反應(yīng) 流體。
17. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中位于所述微流體化驗(yàn)片中的 所述微通道具有基本上U形構(gòu)造。
18. —種構(gòu)造用于與微流體化驗(yàn)片對(duì)接的化驗(yàn)盒裝置，包括 輸送室，所述輸送室與輸送端口處于流體連通，其中所述輸送室構(gòu)造成容納反應(yīng)流體，并且所述輸送端口構(gòu)造成與微流體化驗(yàn)片對(duì)接； 和回收室，所述回收室與回收端口處于流體連通，其中所述回收室 構(gòu)造成接收來(lái)自所述微流體化驗(yàn)片的廢棄物質(zhì)，而且所述回收端口構(gòu) 造成與所述微流體化驗(yàn)片對(duì)接。
19. 如權(quán)利要求18所述的化驗(yàn)盒裝置，其中化驗(yàn)盒是可拋棄的。
20. 如權(quán)利要求18所述的化驗(yàn)盒裝置，其中所述微流體化驗(yàn)片結(jié)合有吸管以將試劑吸到化驗(yàn)片中。
21. —種構(gòu)造用于與微流體化驗(yàn)片對(duì)接的化驗(yàn)盒裝置，包括 試劑輸送室，其中所述試劑輸送室與試劑輸送端口連接；緩沖劑輸送室，其中所述緩沖劑輸送室與緩沖劑輸送端口連接； 釆樣輸送室，其中所述采樣輸送室與采樣輸送端口連接； 廢料回收室，其中所述廢料回收室與廢料回收端口連接；并且 其中，所述試劑輸送端口、所述緩沖劑輸送端口、所述采樣輸送 端口和所述廢料回收端口構(gòu)造成與所述微流體化驗(yàn)片對(duì)接。
22. 如權(quán)利要求21所述的化驗(yàn)盒裝置，其中化驗(yàn)盒是可拋棄的。
23. 如權(quán)利要求21所述的化驗(yàn)盒裝置，其中所述微流體化驗(yàn)片結(jié) 合有吸管以將試劑吸到化驗(yàn)片中。
24. 如權(quán)利要求21所述的化驗(yàn)盒裝置，其中所述微流體化驗(yàn)片包 括一條或多條微通道，試劑、緩沖劑和/或采樣中的一種或多種從所述 試劑輸送室、緩沖劑輸送室和/或采樣輸送室流經(jīng)所述一條或多條微通 道并且進(jìn)入所述廢料回收室。
25. —種用于DNA分析應(yīng)用的微流體化驗(yàn)片，其中通過(guò)負(fù)壓控 制，DNA采樣經(jīng)由化驗(yàn)盒引入并且PCR試劑通過(guò)與微孔板連接的吸 管引入。
全文摘要
一種用于進(jìn)行微流體化驗(yàn)的組件，該組件包括微流體化驗(yàn)片和流體化驗(yàn)盒，該微流體化驗(yàn)片帶有入口端口和與該入口端口連通的微通道，該流體化驗(yàn)盒具有內(nèi)部的可容納流體的室和與每一個(gè)內(nèi)室相關(guān)聯(lián)的噴嘴，該內(nèi)室構(gòu)造成與入口端口聯(lián)接。容納在化驗(yàn)盒內(nèi)的比如采樣物質(zhì)、緩沖劑和/或試劑的反應(yīng)流體從化驗(yàn)盒分配到入口端口和微流體化驗(yàn)片的微通道中。本發(fā)明的實(shí)施例包括化驗(yàn)盒，該化驗(yàn)盒包括用于在化驗(yàn)結(jié)束時(shí)接收來(lái)自微通道的用過(guò)的DNA和其他反應(yīng)流體的廢料隔室。
文檔編號(hào)C12Q1/68GK101512018SQ200780033147
公開(kāi)日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2007年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月6日
發(fā)明者G·A·戴爾, I·T·奈特 申請(qǐng)人:佳能美國(guó)生命科學(xué)公司