用于進(jìn)行試驗(yàn)的集成微流體系統(tǒng)、方法和試劑盒的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)應(yīng)用和通過(guò)引用納入
[0002] 上述申請(qǐng)以及本文引用或其起訴期間的所有文獻(xiàn)（"申請(qǐng)引用的文獻(xiàn)"）以及申請(qǐng) 引用的文獻(xiàn)中引用或參考的所用文獻(xiàn)（"本文引用的文獻(xiàn)"）以及本文引用的文獻(xiàn)中引用或 參考的所用文獻(xiàn)，連同本文或通過(guò)引用納人本文的任何文獻(xiàn)所述的任何產(chǎn)品的任何生產(chǎn)商 說(shuō)明書(shū)、描述、產(chǎn)品規(guī)格和產(chǎn)品頁(yè)，通過(guò)引用納人本文并可用于本發(fā)明的實(shí)踐。更具體地，所 有參考文獻(xiàn)都以相同程度通過(guò)引用納人本文，就如各文獻(xiàn)被具體地和單獨(dú)地說(shuō)明通過(guò)引用 納入本文一樣。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域?yàn)槲⒘黧w，以及生物和化學(xué)科學(xué)，包括生物化學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞 生物學(xué)和分子生物學(xué)。更具體地，本發(fā)明涉及用于進(jìn)行試驗(yàn)的微流體系統(tǒng)、方法和試劑盒。 技術(shù)背景
[0004] 在大多數(shù)生物和化學(xué)實(shí)驗(yàn)室（例如分子生物學(xué)、遺傳學(xué)和生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室）中，以 不連續(xù)的處理步驟進(jìn)行一些測(cè)試或處理（稱(chēng)作"試驗(yàn)"）。各步驟在各處理部件之間手動(dòng)或 通過(guò)機(jī)器轉(zhuǎn)移。例如，在核酸試驗(yàn)中，感興趣靶標(biāo)的PCR擴(kuò)增通常在其他試驗(yàn)步驟（如雜交 或熒光標(biāo)記）發(fā)生前進(jìn)行。在另一個(gè)示例中，如在蛋白試驗(yàn)的情況下，允許樣品與某種試劑 相互作用以作為第一步驟，隨后在第二步驟中與另一種試劑相互作用以生成可讀取的輸出 值。這些手動(dòng)或機(jī)器步驟均會(huì)引入處理延遲和錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。因此，需要一種有效且可靠地 進(jìn)行試驗(yàn)的系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)、方法和試劑盒，其用于進(jìn)行有效且可靠的生物和化學(xué)試 驗(yàn)。
[0006] 該申請(qǐng)文件中任何文獻(xiàn)的引用或鑒定并非承認(rèn)這類(lèi)文獻(xiàn)是本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明通常涉及用于進(jìn)行試驗(yàn)的系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及用于進(jìn)行生物和化 學(xué)試驗(yàn)的微流體裝置。在一個(gè)實(shí)施方式中，該系統(tǒng)可包含微流體裝置和檢測(cè)器。在該實(shí)施 方式的一個(gè)方面中，該試驗(yàn)產(chǎn)生可被檢測(cè)器讀取并由系統(tǒng)進(jìn)行分析的結(jié)果。在該實(shí)施方式 的另一個(gè)方面中，該試驗(yàn)可選自生物或化學(xué)試驗(yàn)。在該實(shí)施方式的一個(gè)方面中，該試驗(yàn)可包 括一種或多種針對(duì)樣品或在樣品上進(jìn)行的反應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施方式中，該樣品在進(jìn)行試驗(yàn)期 間變大。在另一個(gè)實(shí)施方式中，該樣品在進(jìn)行試驗(yàn)期間變小。
[0008] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，該樣品可存在于微流體裝置中的載體內(nèi)。在該實(shí)施方式的 一個(gè)方面中，該載體在進(jìn)行試驗(yàn)期間變大。在該實(shí)施方式的另一個(gè)方面中，該載體在進(jìn)行試 驗(yàn)期間變小。在另一個(gè)實(shí)施方式中，該樣品可位于運(yùn)載體表面上。在該實(shí)施方式的一個(gè)方 面中，該樣品可位于微流體裝置中載體內(nèi)的運(yùn)載體的表面上。
[0009] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，該試驗(yàn)在多個(gè)樣品上進(jìn)行。在另一個(gè)實(shí)施方式中，該試驗(yàn)是 級(jí)聯(lián)試驗(yàn)。在該實(shí)施方式的一個(gè)方面中，該級(jí)聯(lián)試驗(yàn)包含一系列多種試驗(yàn)，其中各試驗(yàn)可以 相同或不同，且該系列多個(gè)試驗(yàn)中的各試驗(yàn)還可包括一個(gè)或多個(gè)過(guò)程或步驟。
[0010] 本發(fā)明還涉及進(jìn)行試驗(yàn)的方法，所述試驗(yàn)包括先前所述和本文進(jìn)一步描述的系 統(tǒng)。本發(fā)明還涉及一種試劑盒，其包含進(jìn)行本發(fā)明方法所必需的系統(tǒng)和試劑，如先前所述和 本文進(jìn)一步描述。
[0011] 因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是本發(fā)明不包括任何先前已知的產(chǎn)品、制備產(chǎn)品的過(guò)程 或使用產(chǎn)品的方法，使得申請(qǐng)人保留權(quán)利并由此公開(kāi)放棄任何先前已知的產(chǎn)品、過(guò)程或方 法。還應(yīng)注意，本發(fā)明不旨在在本發(fā)明的范圍內(nèi)包括任何產(chǎn)品、制備產(chǎn)品的過(guò)程或使用產(chǎn)品 的方法，其不符合USPT0(35U.S.C. § 112,第一段）或EP0(EPC的第83條）的允許要求和書(shū) 面說(shuō)明，使得申請(qǐng)人保留權(quán)利并由此公開(kāi)放棄任何先前已知的產(chǎn)品、過(guò)程或方法。
[0012] 應(yīng)注意，在該公開(kāi)文件以及特別在權(quán)利要求和/或段落中，諸如"包含"等的術(shù)語(yǔ) 具有美國(guó)專(zhuān)利法中對(duì)其賦予的含義，例如，其可表示"包括"等；且諸如"基本由……組成"的 術(shù)語(yǔ)具有美國(guó)專(zhuān)利法中對(duì)其賦予的含義，例如，其允許未明確列出的要素，但排除發(fā)現(xiàn)于現(xiàn) 有技術(shù)中或影響本發(fā)明基本或新穎性的要素。
[0013] 公開(kāi)了這些和其他實(shí)施方式，其在下述發(fā)明詳述中明顯并包括于其中。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 以下發(fā)明詳述以示例的形式給出但不旨在單獨(dú)將本發(fā)明限制為所述特定實(shí)施方 式，其最好可連同所附附圖進(jìn)行理解。
[0015] 圖1是框圖，根據(jù)本發(fā)明，顯示系統(tǒng)的總體特征。
[0016] 圖2是框圖，根據(jù)本發(fā)明，顯示可通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行的級(jí)聯(lián)試驗(yàn)的總體特征。
[0017] 圖3顯示本發(fā)明所述系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的一個(gè)示例，其進(jìn)行級(jí)聯(lián)試驗(yàn)。
[0018] 圖4顯示本發(fā)明所述系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的另一個(gè)示例，其進(jìn)行級(jí)聯(lián)試驗(yàn)。
[0019] 圖5顯示本發(fā)明所述系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的另一個(gè)示例，其進(jìn)行級(jí)聯(lián)試驗(yàn)。
[0020] 發(fā)明詳述
[0021] 本發(fā)明通常涉及用于進(jìn)行生物和化學(xué)試驗(yàn)的系統(tǒng)，所述生物或化學(xué)試驗(yàn)單獨(dú)或統(tǒng) 稱(chēng)為"試驗(yàn)"且包括但不限于可在生物或化學(xué)實(shí)驗(yàn)室（例如分子生物學(xué)、遺傳學(xué)和生物化學(xué) 實(shí)驗(yàn)室）中進(jìn)行的任何試驗(yàn)或處理。更具體地，試驗(yàn)可以是針對(duì)樣品或在樣品上進(jìn)行的任 何生物或化學(xué)反應(yīng)，根據(jù)本發(fā)明，其結(jié)果可被檢測(cè)器讀取并由系統(tǒng)進(jìn)行分析。
[0022] "樣品"、"一種或多種樣品"或"感興趣的樣品"是可以以單數(shù)或復(fù)數(shù)形式互換使用 的術(shù)語(yǔ)，且不旨在限于任何特定量，且在本文中使用時(shí)可以是用戶希望從中收集信息的任 何分子或物質(zhì)。在進(jìn)行試驗(yàn)期間，樣品可在尺寸、體積或內(nèi)容物上變大或變?。ɡ绶謩e通 過(guò)膨脹或分割）。因此，在進(jìn)行試驗(yàn)期間，可將樣品擴(kuò)增和/或細(xì)分一次或多次。
[0023] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，樣品存在于微流體裝置中的載體內(nèi)。在該實(shí)施方式 的一個(gè)方面中，在試驗(yàn)期間的各點(diǎn)處，多種樣品（即一種以上）可共同存在于相同載體中和 /或可分為單獨(dú)載體內(nèi)的單獨(dú)樣品。此外，在進(jìn)行試驗(yàn)期間，包含一種或多種樣品的載體可 在尺寸、體積或內(nèi)容物上變大或變?。ɡ绶謩e通過(guò)膨脹或分割）。在進(jìn)行試驗(yàn)期間，可將 載體擴(kuò)增和/或細(xì)分一次或多次。本發(fā)明所述系統(tǒng)還可進(jìn)行"級(jí)聯(lián)試驗(yàn)"，其是一系列多種 (即一種以上）試驗(yàn)，其中各試驗(yàn)可以相同或不同，且該系列中的各試驗(yàn)中還可包括一個(gè)或 多個(gè)過(guò)程或步驟。在該實(shí)施方式的一個(gè)發(fā)明中，該樣品存在于微流體裝置中載體內(nèi)的運(yùn)載 體上。
[0024] 如本文中所用，"膨脹"指通過(guò)注射或其他方式轉(zhuǎn)移流體或其他組分至載體內(nèi)（如 通過(guò)擴(kuò)散或滲透控制的擴(kuò)散）增加載體的體積或內(nèi)容物，或者對(duì)于樣品而言指通過(guò)擴(kuò)增 (如PCR、細(xì)胞分裂或其他用于增加樣品內(nèi)容物或體積的機(jī)制）增加樣品的體積或內(nèi)容物， 從而使樣品或載體的尺寸、體積和/或內(nèi)容物大于膨脹前。如本文中所用，"分割"指分離、 細(xì)分和/或分配樣品或載體，從而使樣品或載體的尺寸、體積和/或內(nèi)容物小于分割前。
[0025] 因此，在一個(gè)示例中，在級(jí)聯(lián)試驗(yàn)內(nèi)，可以對(duì)載體內(nèi)的樣品擴(kuò)增（例如通過(guò)PCR、細(xì) 胞分裂或用于增加樣品內(nèi)容物的其他機(jī)制）一次、兩次或多次包含多種樣品和/或分割一 次、兩次或多次至多種單個(gè)樣品。類(lèi)似地，在另一個(gè)示例中，在級(jí)聯(lián)試驗(yàn)內(nèi)，可使含有樣品的 載體膨脹一次、兩次或多次和/或分割一次、兩次或多次至多種單個(gè)樣品，其中各載體可包 含一種或多種樣品。此外，在另一個(gè)示例中，在級(jí)聯(lián)試驗(yàn)內(nèi)，可將第一載體中存在的樣品注 射至第二載體，其中該第二載體可包含或不包含一種或多種其他樣品。此外，在另一個(gè)示例 中，可在運(yùn)載體（例如珠）表面上擴(kuò)增樣品。在該示例中，在級(jí)聯(lián)試驗(yàn)內(nèi)，該運(yùn)載體還可存 在于包含多個(gè)運(yùn)載體的載體內(nèi)，其中各運(yùn)載體在其表面上包含至少一種樣品，且各樣品隨 后與其相應(yīng)的運(yùn)載體分離，之后在對(duì)載體進(jìn)行一次或多次分割時(shí)選擇性分割一種或多種樣 品與一種或多種其他樣品。在該示例中，在樣品與其相應(yīng)運(yùn)載體分離后，在對(duì)載體進(jìn)行一次 或多次分割時(shí)，可從載體中除去或不除去運(yùn)載體。
[0026] 圖1是框圖，根據(jù)本發(fā)明，顯示系統(tǒng)的總體特征。如總體所示，樣品進(jìn)入系統(tǒng)并通 過(guò)級(jí)聯(lián)試驗(yàn)處理。在試驗(yàn)終點(diǎn)處是檢測(cè)系統(tǒng)，其基于試驗(yàn)的結(jié)果和內(nèi)容物生成信號(hào)。最后， 系統(tǒng)分析那些信號(hào)以測(cè)定試驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)用戶的偏好，本發(fā)明的系統(tǒng)還提供了級(jí)聯(lián)試驗(yàn)的 任何和所有階段處樣品、載體和/或結(jié)果的檢測(cè)和分選，從而僅允許相關(guān)、經(jīng)選擇或優(yōu)選的 信息可以以讀取值的形式過(guò)濾通過(guò)，因此改善級(jí)聯(lián)試驗(yàn)的通量。
[0027] 本發(fā)明的系統(tǒng)允許通過(guò)將樣品的部分、份數(shù)或組分注射至任何類(lèi)型的載體中來(lái)對(duì) 任何類(lèi)型的樣品（其由用戶導(dǎo)入）進(jìn)行分割。例如，本發(fā)明所述系統(tǒng)提供將一種樣品注射 至大量載體（如液滴）中，且該過(guò)程可以級(jí)聯(lián)形式重復(fù)，其中注射的液滴可再次被注射至其 他液滴中用于額外的分割和/或?qū)⑿碌幕瘜W(xué)試劑導(dǎo)入大量液滴中。相反地，本發(fā)明的系統(tǒng) 允許將大量液滴注射至單個(gè)液滴中（樣品合并（samplejoining))。樣品合并優(yōu)選發(fā)生在 微流體通道之間的連接處。注射的方向（即通過(guò)分割或通過(guò)樣品合并進(jìn)入特定液滴或從特 定液滴排出）受交叉微流體通道中相對(duì)壓力的支配。
[0028] 圖2是框圖，根據(jù)本發(fā)明，顯示可通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行的級(jí)聯(lián)試驗(yàn)的總體特征。在圖2所 示的系統(tǒng)120中，由用戶將樣品121注射至系統(tǒng)120中。隨后將樣品121分割為"N"個(gè)片 段123,向其中通過(guò)注射或膨脹加入任何所需試驗(yàn)試劑（如圖所示，例如，通過(guò)試劑組1127) 并在其上進(jìn)行一種或多種試驗(yàn)。例如，對(duì)于圖2所示的各N片段，最初三個(gè)N片段123分別 命名為：在分割的N片段1上進(jìn)行的試驗(yàn)稱(chēng)作"試驗(yàn)1"、在分割的N片段2上進(jìn)行的試驗(yàn)稱(chēng) 作"試驗(yàn)2"和在分割的N片段3上進(jìn)行的試驗(yàn)稱(chēng)作"試驗(yàn)3"等，依此類(lèi)推，在最后分割的 N片段上進(jìn)行的試驗(yàn)稱(chēng)作"試驗(yàn)N"。
[0029] 隨后，將先前測(cè)試的各N片段123進(jìn)一步分割為多個(gè)"M"個(gè)片段125,向其中通過(guò) 注射或膨脹加入任何所需試驗(yàn)試劑（如圖所示，例如，通過(guò)試劑組2128)并在其上進(jìn)行進(jìn)一 步試驗(yàn)。例如，如圖2所示，在從N片段1分割的各M片段上進(jìn)行的各試驗(yàn)分別稱(chēng)作"試驗(yàn) 1-1"、"試驗(yàn)1-2"和"試驗(yàn)1-3"等，依此類(lèi)推，在從N片段1分割的M片段上進(jìn)行的最后一 次試驗(yàn)稱(chēng)作"試驗(yàn)1-M"。類(lèi)似地，在從N片段2分割的各M片段上進(jìn)行的各試驗(yàn)分別稱(chēng)作 "試驗(yàn)2-1"、"試驗(yàn)2-2"和"試驗(yàn)2-3"等，依此類(lèi)推，在從N片段2分割的M片段上進(jìn)行的 最后一次試驗(yàn)稱(chēng)作"試驗(yàn)2-M"。此外，如圖2所示，在從N片段3分割的各M片段上進(jìn)行的 各試驗(yàn)分別稱(chēng)作"試驗(yàn)3-1"、"試驗(yàn)3-2"和"試驗(yàn)3-3"等，依此類(lèi)推，在從N片段3分割的 M片段上進(jìn)行的最后一次試驗(yàn)稱(chēng)作"試驗(yàn)2-M"。如圖2所示，可對(duì)各N片段123分割多次產(chǎn) 生任意多個(gè)M片段125,其各自可進(jìn)行任意多次試驗(yàn)，顯示為"試驗(yàn)N-1"、"試驗(yàn)N-2"、"試驗(yàn) N-3"直至"試驗(yàn)N-M"。該級(jí)聯(lián)試驗(yàn)的這些過(guò)程可通過(guò)本發(fā)明的系統(tǒng)重復(fù)任意多次，如圖2 中126所示。
[0030] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，該系統(tǒng)是集成微流體裝置。如本文中所用，"微流體 裝置"是能夠?qū)ι倭恳后w或氣態(tài)流體施加確定性功能的裝置，所述少量液體或氣態(tài)流體通 常以體積（例如毫升（mL)、微升（y L)、納升（nL)、皮升（pL)或飛升（fL)體積）和/或通 過(guò)物理量度（如毫米（_)、微米（um)(也稱(chēng)作"百萬(wàn)分之一米"）、納米（nm)等）來(lái)測(cè)量。 功能可包括混合、分解、分選、加熱等。微流體裝置