專利名稱:三維微流體系統(tǒng)的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及三維微流體系統(tǒng)。
背景技術:
利用微流體通道的微流體系統(tǒng)一般限于沿支承通道的基底表面平面的二維流體流動。微流體系統(tǒng)的概念和設計是利用由控制流體流路的物理或化學障礙所限定的毛細管通道。但是,能夠具有三維運行的微流體通道是有優(yōu)勢的,因為三維微流體系統(tǒng)能夠顯著減小微流體裝置的尺寸。而且,采取不同方案制造微流體通道以形成微流體裝置,而不必在支承通道的基底表面上設置物理和化學障礙是一大優(yōu)勢。在Honkai ffu, Teri W. Odom, Daniel Τ· Thui 禾口George Μ. ffhitesides, J. Am. Chem. Soc.2003,125,554-559 "Fabrication of complex three-dimensional microchannel systems in PDMS”中描述了這種三維微流體系統(tǒng)。該論文描述利用由聚二甲基硅氧烷(PDMQ形成的通道的系統(tǒng),其可以制成復雜的幾何形狀,由此允許流體在超過一個的平面上流動。但是,這種系統(tǒng)的制造復雜,而且PDMS的使用限制了可以通過通道的溶液類型。在 Martinez Α. W. ;Phillips S. Τ.和 Whitesides GM. PNAS,2008,105, 19606-1961!"Three-dimensional microfluidic devices fabricated in layered paper and tape”中描述了三維紙基微流體裝置。該論文描述了利用紙和膠帶的層合結構制造三維裝置。該微流體通道圖案利用光刻和PDMS制造。由此制造的裝置利用在多孔基底中限定物理障礙的原理,因此該裝置是剛性的。對于長流體通道,需要相對大量的液體,因為該三維通道必須充滿流體。
發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的一個目的是提供一種三維微流體系統(tǒng),其提供新的無障礙流體輸送概念并克服已知系統(tǒng)的至少一個缺陷。以此為念,根據(jù)本發(fā)明的一方面,提供一種三維微流體系統(tǒng),其包括至少一根親水線,沿該親水線可以通過毛細管芯吸作用輸送流體,以及用以支承親水線的至少一個疏水基底。線可以例如縫進疏水基底中或繞在其周圍或與其編織,這取決于基底的物理特性。預期使用超過一根的親水線。作為替代或附加地,可以使用超過一個的疏水基底。根據(jù)優(yōu)選的實施方案,可以將多根親水線支承在至少一個疏水基底上,其中所述線相互分開。這使得不同流體能夠沿不同的線輸送而沒有任何混合發(fā)生,即使這些線可能在沒有接觸下重疊??商鎿Q地,可以將多根親水線支承在至少一個疏水基底上,其中所述線的至少一對相互接觸。這允許在接觸的不同線上輸送的流體之間發(fā)生一定程度的混合。疏水基底可以由各種不同材料中的任一種制成,包括但不限于聚合物、金屬陶瓷或這些材料的復合體。疏水基底可以優(yōu)選是親水線織進其中的連續(xù)膜??商鎿Q地,疏水基底可以是親水線交織在其中的織造片材。在另一優(yōu)選實施方案中,疏水基底可以是所述親水線捻合在其周圍的疏水線。預期疏水基底可以是用以支承穿過其中的親水線的凝膠或蠟。親水線可以由任何親水材料形成。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案,親水線可以由纖維素材料形成。親水線優(yōu)選由親水材料的連續(xù)絲形成??商鎿Q地,親水線可以由親水粉末的不連續(xù)線形成。親水線的直徑可以為Imm至lnm??商鎿Q地,親水線可以具有可變直徑的橫截面,由此允許控制沿線輸送的流體的流量。根據(jù)本發(fā)明的另一方面,可以提供一種三維微流體系統(tǒng),其包括支承在親水基底上的至少一根疏水線,其中所述流體可通過毛細管芯吸作用沿該線輸送??梢匝厥杷€輸送的流體包括非水性流體如烴類流體、油和其它低表面張力的有機流體。優(yōu)選地,該系統(tǒng)還包括用于允許或阻止流體沿至少一根親水線流動的開關裝置。 開關裝置可以包括在至少一根親水線上的至少一個疏水段和用以旁路通過疏水段并允許流體流動的裝置。旁路通過裝置可以包括成環(huán)的親水線??商鎿Q地,旁路通過裝置可以包括橋接親水線。根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供一種在包括至少一根親水線的微流體系統(tǒng)內(nèi)輸送至少一種流體的方法,包括將流體提供給親水線的一端,并且流體通過毛細管芯吸作用沿線輸送。優(yōu)選地,多種流體可以在不混合的情況下輸送通過微流體系統(tǒng),因為每一種所述流體沿不同親水線提供,并且這些線相互分開。可替換地,通過將每種所述流體提供給不同的親水線,多種流體可以輸送并混合通過微流體系統(tǒng),并且線相互接觸。根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供一種在包括至少一根親水線的微流體系統(tǒng)內(nèi)檢測流體樣品的方法,包括將所述流體樣品提供給親水線的一端用以通過毛細管芯吸作用沿其輸送,該線的至少部分形成樣品檢測區(qū)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供一種在微流體系統(tǒng)內(nèi)輸送并混合多種流體的方法, 該微流體系統(tǒng)包括至少兩根親水線和具有至少兩個區(qū)的疏水基底,每根親水線支承在疏水基底的不同區(qū)上,所述方法包括將每種所述流體提供給不同的親水線;并使所述至少兩根親水線接觸以引起流體混合。優(yōu)選地,將疏水基底的區(qū)折疊在一起,從而使所述至少兩根親水線接觸。根據(jù)本發(fā)明的三維微流體系統(tǒng)可用在眾多不同應用領域中。利用比色和非比色檢測原理,本發(fā)明可以構建在其它材料如織物、無紡物、粉末、凝膠、蠟等內(nèi)以形成微流體傳感器。本發(fā)明可以例如用于進行酶聯(lián)免疫吸附測定(ELISA)類測試、電泳和色譜分析以及其它更復雜的反應和測試。親水線可以用于輸送并檢測寬范圍的液體包括烴類。因此本發(fā)明可以用在不同生物流體的生物測定或例如水質(zhì)的環(huán)境測試的應用中。 由于微流體系統(tǒng)可以構建在其它材料內(nèi),因此它作為例如民用或軍用穿戴者的衣服織物內(nèi)的集成檢測系統(tǒng)具有許多個人護理和軍事應用。本發(fā)明可以單獨或與任何其它分析儀器結合使用。根據(jù)本發(fā)明的三維微流體系統(tǒng)具有許多優(yōu)點。不像先前基于PDMS和其它物理障礙(其中輸送的流體可以與障礙物理或化學反應或使障礙溶脹)的系統(tǒng),其優(yōu)選允許輸送各種不同流體。不像其它診斷或檢測裝置,其優(yōu)選僅需要相對少量的樣品流體。例如已發(fā)現(xiàn)低至0. 1微升的流體體積可以提供有用的結果。該系統(tǒng)可以優(yōu)選制得非常緊湊,由此在使用本發(fā)明的裝置中允許高密度流路。因其容易制造,生產(chǎn)成本可以相對低,并具有高度的設計靈活性。因此這些系統(tǒng)可以制成一次性產(chǎn)品的一部分??梢暂斔透鞣N不同的流體,而且流體流動可以優(yōu)選控制成允許流體混合或通過例如改變線的橫截面來控制流體流量。本發(fā)明也可以優(yōu)選容易地與不同開關和流動控制裝置集成操作。除了需要控制微流體裝置中的流動以外,還需要混合試劑和樣品。復雜的檢測化學經(jīng)常涉及多個步驟和化學中間體,這要求在機載片上實驗室的裝置中能夠?qū)⒁后w混合在一起。例如,快速混合在用于生化分析的許多微流體系統(tǒng)如涉及酶反應的那些系統(tǒng)中是必須的。
針對附圖將方便進一步描述本發(fā)明,這些附圖示出根據(jù)本發(fā)明的三維微流體系統(tǒng)的優(yōu)選實施方案。本發(fā)明的其它實施方案也是可以的,因此附圖的特定性不應理解為替代本發(fā)明前面描述的一般性。附圖中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的三維微流體系統(tǒng)的第一實施例。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的三維微流體系統(tǒng)的第二實施例。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的三維微流體系統(tǒng)的第三實施例。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的三維微流體系統(tǒng)的第四實施例。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的三維微流體系統(tǒng)的第五實施例。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的三維微流體系統(tǒng)的第六實施例。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的三維微流體系統(tǒng)的第七實施例。圖8示出根據(jù)本發(fā)明的三維微流體系統(tǒng)的第八實施例。圖9示出根據(jù)本發(fā)明的三維微流體系統(tǒng)的第九實施例。圖10示出根據(jù)本發(fā)明的三維微流體系統(tǒng)的第十實施例。圖11示出根據(jù)本發(fā)明的三維微流體系統(tǒng)的第十一實施例。圖12示出根據(jù)本發(fā)明的三維微流體系統(tǒng)的第十二實施例。圖13示出根據(jù)本發(fā)明的三維微流體系統(tǒng)的第十三實施例。圖14示出根據(jù)本發(fā)明的三維微流體系統(tǒng)的第十四實施例。圖15示出根據(jù)本發(fā)明的三維微流體系統(tǒng)的第十五實施例。圖16示出根據(jù)本發(fā)明的三維微流體系統(tǒng)的第十六實施例。本發(fā)明的詳細描述線在毛細管作用下引導液體流動,其中線的纖維素纖維之間的空間形成毛細管通道。用膠或蠟堵住這些通道可以策略性使得液體的毛細管流動不能通過線上的某個位置。 利用該效應可以簡單用線形成流動控制裝置。如下面實施例所示,線可以用來構造開/關功能開關,其允許使用者使液體在線基微流體裝置中能夠流動或不能流動,從而增加制造低成本線基反應器的可能性。多步反應的不同試劑可以通過簡單起動或關閉開關而同時或分別引入反應區(qū)。線基裝置也可以構造成選擇器,其允許使用者將他們希望的樣品或試劑導向所需位置。而且,線可以用作當需要在特定時間將樣品和試劑混合在一起時有用的可控混合器。 所有這些新型簡單的線基微流體裝置部件的成本非常低,而且可以在沒有特殊實驗室設備的情況下容易地制造,因此適合用在欠發(fā)達地區(qū)、偏遠區(qū)域或可以在全球用作就地使用
6(point-of-care)產(chǎn)品??梢允褂蒙藤徢杌┧狨ヮ惪煨д澈蟿┒氯€通道,以選擇性抑制液體沿線流動。使用粘合劑或膠,流體不透過膠封段是可能的。膠完全堵塞線內(nèi)的內(nèi)纖維通道。而且, 可以用膠將線緊緊固定到聚合物膜上。這些堵塞和粘合特性允許開關構建到線基微流體裝置中??梢允褂镁郾┚酆衔锬ぶС芯€并制造折疊、楔和拉環(huán)型開關(所有這些描述在下文)。下面實施例舉例說明該三維微流體系統(tǒng)在各種不同狀況下的操作。最初的5個實施例說明根據(jù)本發(fā)明的三維微流體系統(tǒng)的操作原理。其它實施例說明本發(fā)明具有流動控制布置的實施方案。實施例1在圖1所示的本發(fā)明一個實施方案中,用等離子體(K1050X)等離子體去光阻機 (plasma asher, Quorum Emitech, UK)在10至50W的強度將棉纖維線3處理5至50秒以增加其親水性。經(jīng)處理的線3沒有顯示出可見的印記或顏色變化。接著將若干根經(jīng)處理的線3以圖1所示的存在若干個重疊圈的圖案縫制在聚合物膜5上。這是三維圖案,其中若干根線相互交叉,它們的縫線從聚合物膜的上方和下方穿過彼此,因此它們沒有接觸。這些線限定毛細管通路而不需要障礙。當流體被引到不同線上時,它們在毛細管作用下沿所述線行進。由于該三維結構,微流體系統(tǒng)裝置允許流體獨立行進而不會混合。這種微流體系統(tǒng)可以以多層構建以形成復雜的流體輸送裝置。這種微流體系統(tǒng)可以用于輸送寬范圍的流體,包括烴類,其不能用帶PDMS障礙的微流體系統(tǒng)輸送。實施例2圖2所示的本發(fā)明第二實施方案說明親水性線在沒有織進或縫進支承基底下如何能夠輸送流體樣品。當一根親水性線6與疏水性線7編織時,流體僅沿親水性線6行進。 圖2示出兩根棉線的辮,其中一根是經(jīng)等離子體處理的6,另一根是沒有經(jīng)處理的7。線的親水性質(zhì)通過等離子體處理提供。引到經(jīng)處理的線6上的流體僅沿親水性線6行進。這樣的實際好處是本發(fā)明可以引入用于服裝和其它應用的織物內(nèi)。當使用縫紉機將線縫進織物時,某些縫紉機使用兩根線,一根沿針頭行進,另一根來自底下。如果這些線中一根親水而另一根疏水,液體將僅通過親水性線輸送。或者,可以縫制其中一根線(疏水)支持另一根(親水)的圖案,但僅親水性線輸送流體。支持親水性線的疏水性線不輸送流體。可替代地,繩中親水性線可用于輸送或檢測流體樣品,但繩中其它線僅用于提供強度,并不輸送流體樣品。實施例3圖3所示的本發(fā)明第三實施方案說明如何可以利用親水性線制造本發(fā)明的微流體系統(tǒng)以在流體沿線輸送的過程中混合不同流體。圖3左側示出浸透3種不同顏色流體的 3根經(jīng)等離子體處理的線B、Y、M,其中最上面的線輸送藍色流體B,中間的線輸送黃色流體 Y,最下面的線輸送紫紅色流體M。最上面和中間的線在中間混合區(qū)C編織,而最下面的線沒有。這兩根編織的線B、Y的流體混合形成綠色流體G至中間混合區(qū)C右側,而最下面的線 M中輸送的紫紅色流體不會經(jīng)歷混合,因為線M沒有與其它線編織。實施例4
圖4所示的本發(fā)明第四實施方案說明親水性線如何可以用于制造樣品檢測器。引到線上的液體的量(按體積計)導致與所加入的體積成比例的芯吸長度。線的單條縫線上因流體沿其長度通過所致的顏色變化足以提供視覺檢測。圖4示出一系列親水性線,其中 0. 1,0. 2,0. 4和0. 8微升的帶色流體各自被按從最上面到最下面的線順序引到每根經(jīng)等離子體處理的線上。因沿線輸送流體所致顏色變化的線長幾乎與所引入的流體體積成比例。 流體被引到每根線上的位置點在圖4中標記為10。最上面的線具有引入其中的0. 1微升流體。流體行進到的點在圖4中標記為11。標記為12的點對應于0. 2微升流體輸送到的位置。類似地,點13表示0. 4微升流體行進到的位置,點14表示0. 8微升流體行進到的位置。所述成比例意指線上的液體顏色密度不受多少體積的每個樣品加到線上的影響。被染區(qū)的顏色密度將相同,因為單位長度的被染線的染料量相同。因此即使沒有準確的液體處理裝置,也能夠獲得好的分析結果。實施例5圖5所示的本發(fā)明第五實施方案說明親水性線如何可用于與其它材料,包括但不限于紙、織物和其它織造、無紡材料、粉末、凝膠、蠟和寬范圍的其它材料制造微流體傳感器。圖5示出流體輸送通過鋁箔基底20,并且一張紙21用作檢測器以顯示流體到達。在該布置中,親水性線23用作液體輸送通路,紙21用作顏色顯示檢測器。紙上的顏色變化可以出現(xiàn)在比線的單條縫線大的區(qū)域上,因此可以提供更強的信號。如此做,指示劑或樣品可以沉積在該張紙21上,線23于是可以用于輸送所述樣品或指示劑。因此,當沿線行進的樣品遇到紙上的指示劑時(或當沿線行進的指示劑遇到紙上的樣品時),可以收集可檢測的信號。實施例6-結式開關第六實施方案說明單根線上的結如何可用于形成基本的開/關流動控制機構,稱作開關(switch)。這示于圖6和9中。圖6的插圖說明如何系簡單的單結。在線上松散地系帶拖環(huán)(draw loop)的單結, 以使其可以沿該線的長度滑動。拖環(huán)段具有通過用少量速干粘合劑(如Supa Glue)潤濕線所形成的小疏水區(qū)域,其有效堵塞線的纖維素纖維之間的毛細管通道,從而堵塞流體在線中流動。接著滑動結并置于該區(qū)域,以使不能發(fā)生流動?,F(xiàn)在開關處于“關”位置。當將結滑離該堵塞區(qū)域時,流體即被允許沿線長流動。被堵塞的通道區(qū)61保持沒有被染色,但紫紅色的墨沿線的其余部分運動。圖9中,稀的紫紅色噴墨用墨用于檢查沿打結開關的開/關流動??梢酝ㄟ^將結置于粘合劑堵塞區(qū)域而使開關處于“關”位置,導致墨在到達該堵塞區(qū)時停止?jié)B透。如圖9C所示,在將結滑離堵塞區(qū)61之后,墨流過結并通過線長,同時被堵塞區(qū)保持沒有被流體潤濕。 這種設計的主要優(yōu)點是其簡單性。這種類型的開關不需要膜或支承件,可以由單根線制成。實施例7-楔式開關圖10A1、10A2和10A3示出“楔”膜起動開關裝置用于雙模式流動控制。該裝置通過切出直接彼此相對并且中心位于矩形聚合物膜的相對邊上的兩個小切口(約5mm)來構造。接著在它們之間切出與前兩個切口垂直并且中心也在矩形邊上的第三切口,從而向內(nèi)穿透其寬度的大約一半。接著可以將所需長度的線楔進這兩個外切口的每一個中。接著可以將這兩根線中的一根的自由端緊緊楔進中間切口中,而另一根線僅是松散地置于中間切口的第一根線上。圖IOAl示出處于開/關位置的未用楔型開關。圖10A2中的部分潤濕楔開關保持開著并且使得墨不能流動。圖10A3示出關著的開關,引導墨流動。簡單通過將線拉向右下方100并將其楔在聚合物膜102的切口中而在兩根線之間引導流動,在此其與左側104的線接觸被鎖定。液體(稀的紫紅色墨)流動現(xiàn)在可以容易地在這些線之間跳過,從而形成連續(xù)的流路。這種設計可以在沒有過多設備下構建,例如僅有線、剪刀和一塊塑料膜是必須的。實施例8-具有橋的折疊式開關圖10B1、10B2和10B3示出折疊起動裝置。該裝置由矩形聚合物膜折成兩個面積相等的小矩形而構造。在該折疊體的一側將線106平行于折疊體的折線縫進膜102,但在中間呈“ζ”形彎曲,末端通過楔進小切口而固定到膜上。接著用粘合劑堵塞在該折疊裝置外表面上的“ζ”形對角線段以阻止流動。在膜的另一側上縫制與折線垂直并直接對著“ζ”形中間的小橋108。圖IOBl示出處于開/關位置的未使用的折疊型開關。圖10B2中部分潤濕的折疊開關保持打開,使得墨不能流動。圖10B3示出在用于輸送墨流動之后重新打開的全潤濕折疊開關。該微流體開關裝置通過膜對折起動。這使得相對側的線106、108彼此接觸。左側的小段線108充當允許流體在右側部分堵塞的線106的不同段之間跳過的橋。此外,其它多孔材料如織物和紙可用作橋以允許線上的開/關流動控制。實施例9-拉環(huán)起動式開關圖11示出由折疊式開關變化得到的拉環(huán)式開關。拉環(huán)起動開關是折疊式開/關功能性開關的簡單變換。任何通過折疊起動的裝置都可調(diào)整為通過拉環(huán)發(fā)揮作用。以上實施例8詳述的折疊型開關可以變化為通過拉環(huán)式起動機構發(fā)揮作用。這通過在裝置內(nèi)設置聚合物膜的可移去小段,接著利用粘合劑、熱封或釘密封裝置永久折疊來實現(xiàn)。在通過使用者拉起而移去拉環(huán)時,裝置相對側的線彼此接觸,該開關被起動。這種起動方法的優(yōu)點是其易于使用,因為它省去使用者保持裝置折疊關閉的需要,使得使用者與裝置內(nèi)部的接觸最少。萬一應用要求混入有害試劑,該開關使得它們能夠完全封在塑料膜內(nèi),從而降低使用者接觸的風險。圖IlA示出起動前未使用的拉環(huán)開關。拉環(huán)111可以標識為繪制在其端部的箭頭。圖IlB所示的拉環(huán)開關具有載有墨溶液的進口區(qū)112。圖IlC的拉環(huán)開關的拉環(huán)已移去,以允許墨通過裝置流動。折疊型開關可以通過將一薄片聚合物膜上膠充當拉環(huán)而改造成拉環(huán)開關。拉環(huán)需要大到足以覆蓋在此相對的線彼此接觸的區(qū)域,但要小到足以允許釘或其它用具密封折疊裝置永久關閉。接著將拉環(huán)插入折疊的裝置內(nèi)。釘住折疊裝置平行于折線的遠端邊緣的兩側,但不要刺穿拉環(huán)??商鎿Q地,可以使用粘合劑或熱封作為釘?shù)奶娲桨?。實施?0-選擇性流動控制裝置可以僅使用線和粘合劑來制造根據(jù)本發(fā)明實施方案的選擇性流動控制裝置。圖12 所示裝置由兩根用于引導流體的線121、123和兩根疏水以允許操縱的支承線122、1M組成。利用簡單的單結(其結構示于圖7)將一根親水線121的兩端系到支承線上。接著使用粘合劑選擇性堵塞該引導線的中間,形成在此墨流不能穿透的5mm區(qū)。接著利用活索將第二引導線123與第一線121相系。接著可以沿第一線121拽第二引導線123,并將其置于疏水區(qū)以使該裝置處于“關”位置,也如圖7所示。圖12所示的雙路選擇開關裝置允許使用者在兩種可用的樣品或試劑之間進行選擇,從而能夠在使用者希望的時候?qū)⒘鲃訉蛱囟ǔ隹谕ǖ?。圖12A示出設定在關位置的未使用的選擇開關。圖12B示出處于關位置但載有黃色墨120和青色墨125的選擇開關。 圖12C示出引導黃色墨流動的選擇開關。當使用者選定黃色墨流動時,黃色墨從開關流到圖12C底邊的線。類似地,當使用者選定青色墨流動時,青色墨從開關流到如圖12D所示開關底部的線。圖12D示出處于關位置并預先攜有青色墨的選擇開關??商鎿Q地,該裝置可以逆向發(fā)揮作用將單個樣品或試劑引到下部通道,使用者選擇他們希望將流動導向的出口。這種裝置在具有多個反應器或檢測站的復雜系統(tǒng)中有用, 使得使用者能夠用同一設備選擇性執(zhí)行不同類型的分析??商鎿Q的設計使用線和折疊聚合物支承膜的組合。使用者可以通過在不同方向上折疊而在不同出口之間進行選擇,或者相反利用單個出口在不同進口之間進行選擇。實施例11-流動混合裝置混合液體的能力對于許多應用都重要。流動混合器要求所述實施方案的最復雜的構造方法。從以上針對折疊式開關(實施例8)所述相同的折疊矩形膜開始,用縫紉針將膜刺5個孔。圖8示出這些孔的位置并可用作模板。如所示接著將進口線81縫進左側的2 個孔中,用少量粘合劑堵塞中間82以防止流動,接著將該線的兩端固定在小切口 84中。接著將第二根線83縫進相對側并如圖8的步驟3所述系上。最后步驟(步驟4)是將該結的兩個松散端捻成一個出口通道,并將該捻合的線固定在另一小切口 85中。制造中必須注意確保進口線和出口線在膜的相同側。圖13所示的本發(fā)明實施方案能夠在使用者希望的特定時間提供兩種帶色墨的優(yōu)異混合?;旌习l(fā)生在裝置130折疊使得兩個濕線段131、132與混合區(qū)133接觸時。在該情況下,圖13C中青色噴墨用墨132與黃色用墨131混合得到的亮綠色133說明該混合器的有效性。這種類型的混合開關對要求兩個或更多個步驟的檢測化學具有價值,其中樣品與混合器中的初始試劑混合并接著反應,隨后在后續(xù)的混合器中與其它試劑進一步反應。線基混合器也可以制造成具有實施例9討論的“拉環(huán)”或“滑珠”起動機構。應用本發(fā)明的以上實施方案可以用在各種應用領域中。下文描述該線基微流體裝置的 3個應用例子。形成包含蛋白質(zhì)、葡萄糖和這兩種分析物混合物的3個樣品溶液。反應器單開關可構造成線基微流體裝置以控制流體流入反應區(qū)的順序和計時。這些裝置可以作為適用于兩步/多步反應的低成本且易用的微流體反應器使用。重要的是選擇合適材料作為反應區(qū)。已表明紙、線打的結或纖維素粉末因其多孔結構和吸收性質(zhì)是可行的選擇。在該應用中,織物用作反應區(qū)??梢院唵斡眉舻痘蚩椢锛羟袡C將織物片材切成所需形狀以獲得恰好規(guī)定的反應區(qū)。圖14示出使用兩個折疊開關141、142和織物反應區(qū)(3X3mm,用雙面膠固定)組合的微流體反應器。在該情況下,首先通過起動右側開關引入蛋白質(zhì)指示劑,隨后將在左側開關141中的含蛋白質(zhì)分析物的樣品加入反應區(qū)143,從而實現(xiàn)圖14C所示的顏色變化。該設計允許使用者“加載”其自己的檢測化學工藝以形成功能檢測器并執(zhí)行多步反應。可以使這兩根進口線的兩端至固定長度,以控制樣品和指示劑溶液的吸取量。雙路選擇器在本發(fā)明一個實施方案的另一應用中,可以將線制成選擇性控制液體流動方向的微流體裝置。利用不同的裝置設計,可以將兩個或更多個樣品導向一個指定的出口端,或可以將單個樣品驅(qū)到不同的出口通道內(nèi)。例如,圖15所示,用含葡萄糖和蛋白質(zhì)的樣品溶液表示一種將樣品流導入不同出口通道的可能性。將葡萄糖和蛋白質(zhì)指示劑(0. Ιμ 分別沉積到上左側線151和右側線152(即左出口通道和右出口通道)上。接著在周圍條件下將指示劑干燥15分鐘。從下端線153(即進口通道)引入樣品溶液。圖15B示出當通過將環(huán)移向右邊選定樣品溶液流到右出口通道152時,蛋白質(zhì)指示劑的顏色由黃色變?yōu)樗{綠色 155。這表明樣品溶液包含蛋白質(zhì)并已到達期望的通道。接著將環(huán)移向左(圖15C)以將樣品流導入左出口通道151。這表現(xiàn)為因存在葡萄糖指示劑引起黃褐色156形成。結果表明線基選擇器完全適合實際應用?;旌掀髟诒景l(fā)明一個實施方案的另一應用中,圖16所示裝置將兩個樣品混合在一起。接著該裝置用預裝的指示劑檢測存在于分開的檢測區(qū)中的兩種不同生物標志分析物(葡萄糖和蛋白質(zhì))以說明所實現(xiàn)的混合。這兩種試劑在單根線161、162的不同端進入裝置左側,其具有堵塞區(qū)163以防止預先混合。接著沿折線164折疊該裝置,以將這兩個樣品溶液引入捻合的線165內(nèi)進行混合。最后通過分開捻合的兩根線將混合溶液分成兩股流166、 167。蛋白質(zhì)和葡萄糖指示劑已分別沉積到分開的左側線166和右側線167的各端。圖16B 表明含蛋白質(zhì)和葡萄糖的樣品成功混合,其中這兩種組分在混合后分開檢測,通過顏色變化168、169顯示。
權利要求
1.一種三維微流體系統(tǒng),其包括至少一根親水線,流體能通過毛細管芯吸作用沿所述親水線輸送;和至少一個疏水基底,用以支承所述親水線。
2.根據(jù)權利要求1的三維微流體系統(tǒng),其包括支承在所述至少一個疏水基底上的多根親水線,其中所述線相互分開。
3.根據(jù)權利要求1的三維微流體系統(tǒng),其包括支承在所述至少一個疏水基底上的多根親水線,其中所述線中的至少一對相互接觸。
4.根據(jù)權利要求1的三維微流體系統(tǒng),其中所述疏水基底是親水線織進其中的連續(xù)膜。
5.根據(jù)權利要求1的三維微流體系統(tǒng),其中所述疏水基底是親水線交織在其中的織造片材。
6.根據(jù)權利要求1的三維微流體系統(tǒng),其中所述疏水基底是所述親水線捻合在其周圍的疏水線。
7.根據(jù)權利要求1的三維微流體系統(tǒng),其中所述疏水基底是用以支承穿過其中的親水線的凝膠或蠟。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項的三維微流體系統(tǒng),其中所述親水線由纖維素材料形成。
9.根據(jù)權利要求1至7中任一項的三維微流體系統(tǒng),其中所述親水線由親水材料的連續(xù)絲形成。
10.根據(jù)權利要求1至8中任一項的三維微流體系統(tǒng),其中所述親水線由線形式的親水粉末形成。
11.根據(jù)前述權利要求中任一項的三維微流體系統(tǒng),其中所述線的直徑為Imm至lnm。
12.根據(jù)權利要求1至10中任一項的三維微流體系統(tǒng),其中所述線具有可變直徑的橫截面。
13.—種三維微流體系統(tǒng),其包括支承在親水基底上的至少一根疏水線,其中流體通過毛細管芯吸作用沿所述線輸送。
14.根據(jù)權利要求1至10中任一項的三維微流體系統(tǒng),其還包括用于允許或阻止流體沿所述至少一根親水線流動的開關裝置。
15.根據(jù)權利要求14的三維微流體系統(tǒng),其中所述開關裝置包括在所述至少一根親水線上的至少一個疏水段和用以旁路通過所述疏水段并允許流體流動的裝置。
16.根據(jù)權利要求15的三維微流體系統(tǒng),其中所述旁路通過裝置包括成環(huán)的親水線。
17.根據(jù)權利要求15的三維微流體系統(tǒng),其中所述旁路通過裝置包括橋接親水線。
18.根據(jù)權利要求14至17中任一項的三維微流體系統(tǒng),其中所述系統(tǒng)包括一對親水線和用于分開所述線并使所述線接觸以允許流體從一根所述線流到另一根所述線的裝置。
19.一種在包括至少一根親水線的微流體系統(tǒng)內(nèi)輸送至少一種流體的方法,包括將流體提供給親水線的一端,流體通過毛細管芯吸作用沿所述線輸送。
20.根據(jù)權利要求19的方法,其包括將多種流體在不混合下輸送通過所述微流體系統(tǒng),包括將每一種所述流體提供給不同的親水線,并且這些線相互分開。
21.根據(jù)權利要求20的方法,其包括通過所述微流體系統(tǒng)輸送并混合多種流體,包括將每一種所述流體提供給不同的親水線,并且這些線相互接觸。
22.—種在包括至少一根親水線的微流體系統(tǒng)內(nèi)檢測流體樣品的方法,包括將所述流體樣品提供給用于通過毛細管芯吸作用沿其輸送的所述親水線的一端,所述線的至少部分形成樣品檢測區(qū)。
23.一種在微流體系統(tǒng)內(nèi)輸送并混合多種流體的方法,所述微流體系統(tǒng)包括至少兩根親水線和具有至少兩個區(qū)的疏水基底,每根親水線支承在疏水基底的不同區(qū)上,所述方法包括將每種所述流體提供給不同的親水線;和使所述至少兩根親水線接觸以引起所述流體的混合。
24.根據(jù)權利要求23的方法,其中將所述疏水基底的區(qū)折疊在一起,使所述至少兩根親水線接觸。
全文摘要
一種三維微流體系統(tǒng),包括至少一根親水線,通過毛細管芯吸作用流體能沿所述親水線輸送;和用以支承親水線的至少一個疏水基底。一種在微流體系統(tǒng)內(nèi)輸送并混合多種流體的方法,所述微流體系統(tǒng)包括至少兩根親水線和具有至少兩個區(qū)的疏水基底,每根親水線支承在疏水基底的不同區(qū)上,所述方法包括將每種所述流體提供給不同的親水線;和使所述至少兩根親水線接觸以造成流體混合。
文檔編號B81B1/00GK102482071SQ201080036936
公開日2012年5月30日 申請日期2010年7月20日 優(yōu)先權日2009年7月20日
發(fā)明者大衛(wèi)·羅伯特·巴萊里尼, 李煦, 沈衛(wèi), 田君飛 申請人:莫納什大學