專(zhuān)利名稱(chēng):一種用于多樣品分析的微流體器件和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微流體控制器件和其使用方法，特別是涉及一種可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、多樣品并行檢測(cè)分析的微流體控制器件和其使用方法。
背景技術(shù)：
微型全分析系統(tǒng)，或者芯片實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的眾多優(yōu)點(diǎn)和目標(biāo)之一是提高分析檢測(cè)的通量。多通量一般是指對(duì)多個(gè)樣品同時(shí)進(jìn)行分析，或者對(duì)同一樣品進(jìn)行多指標(biāo)的同時(shí)檢測(cè)，或者兩者兼而有之。多通量分析檢測(cè)要求不同樣品或者不同試劑間的有效隔離，以避免交叉污染，因此需要有多個(gè)相互獨(dú)立的分析單元；而同時(shí)性的要求必須通過(guò)實(shí)現(xiàn)多個(gè)分析單元的操作并行性才能達(dá)到。一個(gè)典型的生物分析過(guò)程往往由多步操作組成，才能最終確定樣品中的成份或特征，這些步驟包括但不限于反應(yīng)、分離、稀釋、純化、萃取、清洗、混合等，而每一步操作一般會(huì)涉及到一種特定的，但對(duì)于所有分析單元來(lái)說(shuō)又是公共的流體試劑。
顯然，將公共流體試劑從一個(gè)共同的來(lái)源同時(shí)分配到多個(gè)分析單元中去，而不是先后分別加入，是經(jīng)常遇到的一種重要的并行操作。而非公共試劑或樣品，則沒(méi)有這樣一個(gè)從共同的來(lái)源進(jìn)行并行分配的要求；特別是對(duì)于一些非公共的試劑，還可以以固體的方式預(yù)先置放于各個(gè)分析單元中，以簡(jiǎn)化流體操作。分析單元中可以進(jìn)行均相反應(yīng)(比如聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，PCR)，也可以進(jìn)行異相反應(yīng)(比如微陣列雜交)。多步反應(yīng)流程(比如大部分免疫反應(yīng)流程)常需依次加入一種以上的公共流體試劑，而且在新加入一種不同的公共流體試劑之前，上一步反應(yīng)完了的公共流體試劑需要先排除出分析單元。流體從多個(gè)分析單元中排除是一個(gè)流體被空氣替換的過(guò)程，該過(guò)程也需要并行進(jìn)行，否則替換得較快的單元有可能形成氣流短路，導(dǎo)致替換較慢的分析單元無(wú)法將剩余的流體完全排凈。
由于實(shí)際上很難做到絲毫無(wú)差的并行流動(dòng)，在多個(gè)分析單元經(jīng)過(guò)多次公共試劑的分配和排除操作后，在分析單元中極易形成氣泡并滯留其中，流動(dòng)過(guò)程最初的少許差異會(huì)因此而逐漸累積起來(lái)，直至完全破壞多個(gè)分析單元之間的流動(dòng)并行性。這種差異首先是由于幾何加工尺寸上的不一致性導(dǎo)致的，而在氣泡形成之后，這種不一致性就會(huì)加劇并且變得隨機(jī)。
為實(shí)現(xiàn)多通道并行流動(dòng)，研究人員開(kāi)發(fā)出了幾種不同形式的微流體結(jié)構(gòu)，比如一種從一個(gè)共同的源頭產(chǎn)生逐級(jí)分叉，最后再連接到各個(gè)分析單元的管道結(jié)構(gòu)，它使得每個(gè)分析單元到公共源頭之間具有一個(gè)等距離的路徑。但由于微尺度下的表面效應(yīng)，流體往往在管道分叉處隨機(jī)地選擇流入其中一個(gè)分叉管道。因此，在設(shè)計(jì)中，一般下一級(jí)分叉管道具有比上一級(jí)更小的尺寸，已產(chǎn)生逐漸增大的流動(dòng)阻力，用于克服上級(jí)管道分叉處的表面效應(yīng)。然而，這種結(jié)構(gòu)當(dāng)用于流體排除時(shí)不能很好工作，這是因?yàn)閷⒘黧w從小尺寸的微管道中排除比較困難(特別是親水性管道)，從而破壞流體操作的并行性。如果不考慮空氣替換液體的排除操作，而是直接用液體替換液體，那么需要為每一種公共流體提供單獨(dú)的這種逐級(jí)分叉的結(jié)構(gòu)，顯然如果它們?nèi)吭谝粋€(gè)平面上將不可避免地形成管路交叉。為了解決這個(gè)問(wèn)題，美國(guó)專(zhuān)利6,880,576和6,981,522公布了一種相當(dāng)復(fù)雜的多層流體分配結(jié)構(gòu)。美國(guó)專(zhuān)利6,499,499公布了一種高流阻微結(jié)構(gòu)和方法用于并行的分配流題，但是，該結(jié)構(gòu)仍不能有效地實(shí)現(xiàn)多次流體并行的分配和排除。美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)2006210439-A1公布了一種只有進(jìn)口沒(méi)有出口的多通道結(jié)構(gòu)，利用真空將公共流體自動(dòng)吸入各個(gè)通道；但是，排除流體的操作很難完成，因此多步反應(yīng)流程很難實(shí)現(xiàn)?？梢钥吹剑瑢?shí)際應(yīng)用仍存在對(duì)一種可以有效實(shí)現(xiàn)流體多次并行分配和排除的微流體器件或結(jié)構(gòu)的需求。
所有在此被引用的授權(quán)專(zhuān)利、專(zhuān)利申請(qǐng)和其它文獻(xiàn)都將以它們的整體作為本發(fā)明的參考而被包括在內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種可用于多樣品并行檢測(cè)分析的微流體器件。
本發(fā)明所提供的微流體器件，它包括有1)至少兩個(gè)反應(yīng)通道，每個(gè)反應(yīng)通道均設(shè)有一個(gè)進(jìn)口、一個(gè)出口和一個(gè)高流阻親水性管道；2)一個(gè)分配管道，該分配管道具有一個(gè)上游端和一個(gè)下游端，并和每個(gè)反應(yīng)通道的進(jìn)口通過(guò)所述高流阻親水性管道形成流體連通；3)一個(gè)排空管道，該排空管道具有一個(gè)上游端和一個(gè)下游端，并和每個(gè)反應(yīng)通道的出口形成流體連通。
所述微流體器件的變化形式包括在每個(gè)反應(yīng)通道的進(jìn)口和高流阻親水性管道之間的位置可再設(shè)置一個(gè)流體的加入口。
所述微流體器件包括至少兩個(gè)反應(yīng)通道。在某些具體的實(shí)施方案中，該器件還可包括至少三個(gè)、至少四個(gè)、至少五個(gè)、至少六個(gè)、至少七個(gè)、至少八個(gè)、至少九個(gè)、至少十個(gè)、至少十一個(gè)、或者至少十二個(gè)反應(yīng)通道。反應(yīng)通道的數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。反應(yīng)通道一端的進(jìn)口數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，如2、3或4個(gè)等。
專(zhuān)利號(hào)為6,499,499的美國(guó)專(zhuān)利中公布的一系列方法可用于形成本發(fā)明中的高流阻親水性管道。例如，改變管道的幾何尺寸和/或填充多孔性或其它能夠降低流量的材料等，均可用來(lái)增加管道的流阻。
在某些具體實(shí)施例中，高流阻親水性管道的內(nèi)部尺寸可小于或等于100微米、50微米或10微米等，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。在某些具體實(shí)施例中，高流阻親水性管道的最小內(nèi)部尺寸與反應(yīng)通道的最小內(nèi)部尺寸之比可小于或等于1/2、1/5、1/10等，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。在某些具體實(shí)施例中，高流阻親水性管道的內(nèi)表面上水的接觸角可小于或等于85°、45°、15°等，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。
本發(fā)明的微流體器件可以用多種方式及材料進(jìn)行加工。所述材料可為玻璃、硅、氮化硅、石英、聚甲基丙烯酸甲酯(又稱(chēng)有機(jī)玻璃)或塑料等。一些常規(guī)加工或微加工手段，比如半導(dǎo)體工業(yè)中可用來(lái)加工微管道、微腔體、和/或微孔的加工技術(shù)等均可用來(lái)加工本發(fā)明的微流體器件，其它技術(shù)，例如熱壓印、印章法、注塑或軟刻蝕等也可用來(lái)加工本發(fā)明的微流體器件。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種將公共的流體并行地分配到所述微流體器件多個(gè)反應(yīng)通道內(nèi)的方法。
本發(fā)明所提供的將一種公共的流體并行地分配到所述微流體器件多個(gè)反應(yīng)通道內(nèi)的方法，可包括以下步驟1)在所述微流體器件分配管道的上游端施加一個(gè)正壓力，或者在分配管道的下游端施加一個(gè)負(fù)壓力，同時(shí)將分配管道的上游端與公共的流體連接，以將公共的流體引入分配管道中，直至所有的高流阻親水性管道和分配管道內(nèi)的公共流體相連通；2)將分配管道的下游端和排空管道的上游端對(duì)流體關(guān)閉，并將分配管道的上游端和排空管道的下游端對(duì)流體開(kāi)通；3)在分配管道的上游端施加一個(gè)正壓力，或者在排空管道的下游端施加一個(gè)負(fù)壓力，使得公共的流體通過(guò)高流阻親水性管道進(jìn)入反應(yīng)通道內(nèi)。
在上述方法的步驟1)中，排空管道的上、下游端可以是開(kāi)放或封閉的。
步驟2)中所涉及的四個(gè)動(dòng)作可以同時(shí)完成，也可以以任何順序先后完成。
上述步驟1)-3)中所述的正壓力和負(fù)壓力的大小可為10-10000Pascal。
非公共的流體(比如非公共樣品、非公共試劑等)可以利用在排空管道下游端施加的負(fù)壓從加入口加入反應(yīng)通道內(nèi)。在某些具體的實(shí)施方案中，每個(gè)加入口處可與一個(gè)毛細(xì)吸針的一端連接，毛細(xì)吸針的另一端和裝有非公共流體的流體源相通，流體源可以是微孔板、小試劑管、定量管或微加工出來(lái)的腔體池等，使得非公共流體通過(guò)施加在排空管道下游端的負(fù)壓自動(dòng)吸入反應(yīng)通道內(nèi)。非公共流體可以在公共流體加入之前或與之同時(shí)加入到反應(yīng)通道內(nèi)。在完成非公共流體的加入后，并在下一步流體操作之前，應(yīng)將加入口封閉。
在某些具體實(shí)施例中，所述加入反應(yīng)通道內(nèi)的公共的流體可為清洗液、稀釋液或反應(yīng)液等。在某些具體實(shí)施例中，通過(guò)加入口加入的非公共的流體可含有核酸分子和/或蛋白分子。
上述方法中，公共的流體通過(guò)高流阻親水性管道進(jìn)入反應(yīng)通道后還可以再添加隔絕不同反應(yīng)通道相互連通的步驟，該步驟是將一種與公共的流體不互溶也不反應(yīng)的流體，沿分配管道和排空管道各自的上游端到各自的下游端方向，利用正壓或負(fù)壓進(jìn)入并充滿(mǎn)分配管道和排空管道。在某些具體實(shí)施例中，該步隔絕操作可在一種公共的流體分配到反應(yīng)通道后立刻施行。在某些具體實(shí)施例中，這步隔絕操作可在非公共的流體通過(guò)加入口充滿(mǎn)反應(yīng)通道后立即施行。任何與水溶性流體不互溶也不反應(yīng)的流體均可以用于此隔絕目的，比如石蠟油、礦物油或氟化液體等。
本發(fā)明還提供了一種將流體并行地從所述微流體器件多個(gè)反應(yīng)通道內(nèi)排除的方法，可包括以下步驟1)在反應(yīng)通道內(nèi)充滿(mǎn)了流體的本發(fā)明微流體器件的排空管道的上游端施加一個(gè)正壓力，或者在排空管道的下游端施加一個(gè)負(fù)壓力，以使流體從排空管道排除；2)將排空管道的下游端和分配管道的上游端對(duì)流體關(guān)閉，并將排空管道的上游端和分配管道的下游端對(duì)流體開(kāi)通；3)在排空管道的上游端施加一個(gè)正壓力，或者在分配管道的下游端施加一個(gè)負(fù)壓力，使得流體從反應(yīng)通道內(nèi)排除。
在上述將流體并行地從所述微流體器件多個(gè)反應(yīng)通道內(nèi)排除的方法中，步驟1)中從排空管道內(nèi)排除的流體可以是與反應(yīng)通道內(nèi)的流體不互溶也不反應(yīng)的流體；分配管道的上、下游端可以是開(kāi)放或封閉的。
上述步驟1)-3)中所述的正壓力和負(fù)壓力的大小可為10-10000Pascal。
本發(fā)明所提供的微流體器件可用于進(jìn)行各種多通量的并行性生物分析，比如涉及蛋白和蛋白之間的作用，酸反應(yīng)，以及其它生物分子間相互作用的檢測(cè)和/或測(cè)定等。具體的分析實(shí)例可包括多重免疫反應(yīng)分析(例如直接法、夾心法、和競(jìng)爭(zhēng)法免疫反應(yīng)等)，多重核酸擴(kuò)增反應(yīng)(包括等溫?cái)U(kuò)增、和非等溫?cái)U(kuò)增熱循環(huán)等)，多重核酸雜交反應(yīng)分析和多重蛋白-受體結(jié)合反應(yīng)分析等。
此外，具有上述微流體器件的微流體生物檢測(cè)芯片也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本質(zhì)上而言，能夠用于加工上述微流體器件及能夠經(jīng)受特定表達(dá)分析試驗(yàn)所需的試劑及反應(yīng)條件的任意固相支持物都可以被采用，例如玻璃、硅、氮化硅、石英、塑料、職能化玻璃、修飾硅、任意種類(lèi)聚合體，如(聚)四氟乙烯、偏二氟乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(又稱(chēng)有機(jī)玻璃)或其中的聯(lián)合體等均可。所述具有上述微流體器件的微流體生物檢測(cè)芯片可采用加固的雙層或多層結(jié)構(gòu)，封接技術(shù)(例如熱封接，化學(xué)或光誘導(dǎo)封接和機(jī)械封接等)可以用來(lái)集成多于一層的材料。
本發(fā)明提供了一種用于多樣品分析的微流體器件。該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)并行地在多通道內(nèi)分配和排除流體(如檢測(cè)試劑等)的功能，可用于制備多重免疫分析微流體芯片、多重核酸擴(kuò)增反應(yīng)微流體芯片、多重核酸雜交反應(yīng)分析微流體芯片或多重蛋白-受體結(jié)合反應(yīng)分析微流體芯片等微流體檢測(cè)芯片，并具有使用方便、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低廉的特點(diǎn)，將在多通量的生物檢測(cè)中發(fā)揮重要作用，應(yīng)用前景廣闊。
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
圖1為本發(fā)明具有五個(gè)反應(yīng)通道的微流體器件的結(jié)構(gòu)示意圖圖2A-圖2B為樣品加入微流體器件過(guò)程的示意圖圖3A-圖3C為流體在微流體器件中分配過(guò)程的示意圖圖3D-圖3F為流體從微流體器件排空過(guò)程的示意圖圖4為充入了一種與反應(yīng)通道內(nèi)的流體不相溶和不相反應(yīng)的流體后在不同的反應(yīng)通道之間形成有效隔絕的效果圖圖5為用于多重免疫分析的微流體芯片具體實(shí)施方式
下述實(shí)施例中所用方法如無(wú)特別說(shuō)明均為常規(guī)方法。
實(shí)施例1、微流體器件的獲得以玻璃為材料(也可用硅、氮化硅、石英或塑料)，用半導(dǎo)體工業(yè)中用來(lái)加工微管道的加工技術(shù)(也可采用其它常規(guī)加工或微加工手段，比如半導(dǎo)體工業(yè)中可用來(lái)加工微腔體、和/或微孔的加工技術(shù)，以及熱壓印、印章法、注塑或軟刻蝕技術(shù))加工出如圖1所示的具有五個(gè)反應(yīng)通道(為例)的微流體器件，它包括有1)五個(gè)反應(yīng)通道(1)，每個(gè)反應(yīng)通道均設(shè)有一個(gè)進(jìn)口(2)、一個(gè)出口(3)和一個(gè)高流阻親水性管道(4)；2)一個(gè)分配管道(5)，該分配管道具有一個(gè)上游端(6)和一個(gè)下游端(7)，并和每個(gè)反應(yīng)通道的進(jìn)口通過(guò)所述高流阻親水性管道形成流體連通；3)一個(gè)排空管道(8)，該排空管道具有一個(gè)上游端(9)和一個(gè)下游端(10)，并和每個(gè)反應(yīng)通道的出口形成流體連通。
在上述微流體器件每個(gè)反應(yīng)通道的進(jìn)口和高流阻親水性管道之間的位置再設(shè)置一個(gè)水溶性流體的加入口(11)。
專(zhuān)利號(hào)為6,499,499的美國(guó)專(zhuān)利中公布的一系列方法可用于形成本發(fā)明中的高流阻親水性管道。例如，改變管道的幾何尺寸和/或填充多孔性或其它能夠降低流量的材料等，均可用來(lái)增加管道的流阻。
在該實(shí)施例中，所述高流阻親水性管道的內(nèi)部尺寸為10×500微米，該尺寸可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，如小于或等于100微米、50微米或10微米等；在該實(shí)施例中，所述高流阻親水性管道的最小內(nèi)部尺寸與反應(yīng)通道的最小內(nèi)部尺寸之比為1∶30，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，如小于或等于1/2、1/5、1/10等；在該實(shí)施例中，所述高流阻親水性管道的內(nèi)表面上水的接觸角為75°，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，如可小于或等于85°、45°、15°等。
將公共流體并行地分配到本發(fā)明微流體器件多個(gè)反應(yīng)通道內(nèi)的方法，可包括以下步驟1)在所述微流體器件分配管道的上游端施加一個(gè)正壓力1000Pa(10-10000Pa均可)，或者在分配管道的下游端施加一個(gè)負(fù)壓力1000Pa(10-10000Pa均可)，同時(shí)將分配管道的上游端與公共的流體連接，以將公共的流體引入分配管道中，直至所有的高流阻親水性管道和分配管道內(nèi)的公共的流體相連通；2)將分配管道的下游端和排空管道的上游端對(duì)流體關(guān)閉，并將分配管道的上游端和排空管道的下游端對(duì)流體開(kāi)通；3)在分配管道的上游端施加一個(gè)正壓力1000Pa(10-10000Pa均可)，或者在排空管道的下游端施加一個(gè)負(fù)壓力1000Pa(10-10000Pa均可)，使得公共的流體通過(guò)高流阻親水性管道進(jìn)入反應(yīng)通道內(nèi)。
步驟1)中排空管道的上、下游端可以是開(kāi)放或封閉的；步驟2)中所涉及的四個(gè)動(dòng)作可以同時(shí)完成，也可以以任何順序先后完成。
本發(fā)明的微流體器件在使用時(shí)，如圖2A所示，樣品流體可從加樣口加入反應(yīng)通道，利用高流阻親水性管道的特性可以有效避免樣品流體流入分配管道。從加樣口加入樣品的步驟可以使用移液器手動(dòng)完成，也可以在排空管道的下游端連接泵，使泵產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓(10-10000Pa均可)將樣品流體自動(dòng)吸入反應(yīng)通道。當(dāng)利用壓力采用自動(dòng)吸入的方式加樣時(shí)，加樣口可以進(jìn)一步通過(guò)某種連接元件(例如吸針)和非公共的樣品或試劑流體池相通。這種自動(dòng)進(jìn)樣的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例是在多重競(jìng)爭(zhēng)性免疫分析中，非公共的抗原樣品可以首先完成和一種公共的競(jìng)爭(zhēng)性抗體試劑預(yù)混的操作，具體地說(shuō)，公共的競(jìng)爭(zhēng)性抗體試劑在充滿(mǎn)分配管道后，可以通過(guò)泵吸的方式和非公共的抗原樣品同時(shí)被引入到反應(yīng)通道內(nèi)，如圖2B所示。加樣完成后，加樣口需要被封閉。
流體在本發(fā)明微流體器件中分配過(guò)程的示意圖如圖3A-圖3C所示(為了清楚起見(jiàn)，圖中省略了樣品加入口)，其中，圖3A顯示了分配管道首先被一種公共流體充滿(mǎn)，由于毛細(xì)作用流體會(huì)進(jìn)入所有的高流阻親水性管道中，但不會(huì)深入到反應(yīng)通道中。圖3B說(shuō)明的是一旦公共流體流過(guò)某個(gè)高流阻親水性管道，就會(huì)在分配管道和排孔管道之間形成一個(gè)足夠大的壓力差，使得其能夠克服從各個(gè)反應(yīng)通道進(jìn)口到出口間由于幾何尺寸或表面性質(zhì)原因帶來(lái)的表面阻力所引起的隨機(jī)性流動(dòng)阻塞，從而形成一個(gè)并行的流動(dòng)。由于管道加工的誤差，并行流動(dòng)并不意味著多通道內(nèi)嚴(yán)格相等的流速，這一點(diǎn)特意顯示在圖3B中。但是所有反應(yīng)通道都會(huì)被確保在已建立起來(lái)的足夠大的壓力差的作用下被完全充滿(mǎn)。圖3C顯示的是最初存在于各個(gè)反應(yīng)通道內(nèi)的空氣已被公共流體完全替換，而且公共流體已經(jīng)從反應(yīng)通道出口流出，進(jìn)入到排空管道內(nèi)，并流向排空管道的下游端。
此外，如圖4所示，當(dāng)多個(gè)反應(yīng)通道充滿(mǎn)水溶性流體后，分配管道和排空管道可以選擇性地充入一種與反應(yīng)通道內(nèi)的流體不相溶和不相反應(yīng)(惰性)的流體，從而在不同的反應(yīng)通道之間形成有效的隔絕，消除了多重反應(yīng)間的交叉污染問(wèn)題。
將流體并行地從本發(fā)明微流體器件多個(gè)反應(yīng)通道內(nèi)排除的方法，包括以下步驟1)在反應(yīng)通道內(nèi)充滿(mǎn)了流體的微流體器件的排空管道的上游端施加一個(gè)正壓力1000Pa(10-10000Pa均可)，或者在排空管道的下游端施加一個(gè)負(fù)壓力1000Pa(10-10000Pa均可)，以使流體從排空管道排除；2)將排空管道的下游端和分配管道的上游端對(duì)流體關(guān)閉，并將排空管道的上游端和分配管道的下游端對(duì)流體開(kāi)通；3)在排空管道的上游端施加一個(gè)正壓力1000Pa(10-10000Pa均可)，或者在分配管道的下游端施加一個(gè)負(fù)壓力1000Pa(10-10000Pa均可)，使得流體從反應(yīng)通道內(nèi)排除。
在上述將流體并行地從微流體器件多個(gè)反應(yīng)通道內(nèi)排除的方法中，步驟1)中從排空管道內(nèi)排除的流體可以是與反應(yīng)通道內(nèi)的流體不互溶也不反應(yīng)的流體；分配管道的上、下游端可以是開(kāi)放或封閉的。
步驟2)中所涉及的四個(gè)動(dòng)作可以同時(shí)完成，也可以以任何順序先后完成。
流體從本發(fā)明微流體器件中排除過(guò)程的示意圖如圖3D-圖3F所示(為了清楚起見(jiàn)，圖中省略了樣品加入口)，其中，圖3D顯示的是流體首先從排空管道內(nèi)排除干凈。圖3E顯示的是流體正在通過(guò)反向流動(dòng)從多反應(yīng)通道內(nèi)排除。在排空過(guò)程快要結(jié)束之際，由于其中一些反應(yīng)通道內(nèi)流體的流動(dòng)稍快一些，流體的后液面將會(huì)較早得到達(dá)高流阻親水性管道，并產(chǎn)生一個(gè)反向的毛細(xì)作用力，該毛細(xì)作用力能夠阻止流體從高流阻親水性管道內(nèi)被排除，從而起到了一種閥的作用，使得分配管道和排空管道之間能夠始終維持一個(gè)壓力差，而不會(huì)通過(guò)流動(dòng)較快的反應(yīng)通道被過(guò)早的泄掉。這種閥的作用非常關(guān)鍵，因?yàn)樗拇嬖谑沟们秩氲目諝饽軌蛞砸欢ǖ膲毫Τ掷m(xù)將那些流動(dòng)較慢的反應(yīng)通道內(nèi)的流體也最終排除干凈。圖3F顯示了流體排空過(guò)程的最終狀態(tài)，其中所有的反應(yīng)通道內(nèi)已經(jīng)完全沒(méi)有了流體，只是所有的高流阻親水性管道內(nèi)由于毛細(xì)作用會(huì)殘留一點(diǎn)流體。
實(shí)施例2、用于多重免疫分析的微流體芯片的獲得本發(fā)明的微流體器件可用于制備多通量的微流體生物檢測(cè)芯片，如用于多重免疫分析的微流體芯片，如圖5所示，該用于多重免疫分析的微流體芯片具有一個(gè)簡(jiǎn)單的兩層機(jī)構(gòu)一片聚甲基丙烯酸甲酯(12)(又稱(chēng)有機(jī)玻璃)和一片玻璃(13)粘合為一體，其中，聚甲基丙烯酸甲酯層表面具有本發(fā)明的微流體器件結(jié)構(gòu)(溝槽)，它包括有1)十二個(gè)反應(yīng)通道(1)，每個(gè)反應(yīng)通道均設(shè)有一個(gè)進(jìn)口(2)、一個(gè)出口(3)、和一個(gè)高流阻親水性管道(4)；2)一個(gè)分配管道(5)，該分配管道具有一個(gè)上游端(6)和一個(gè)下游端(7)，并和每個(gè)反應(yīng)通道的進(jìn)口通過(guò)所述高流阻親水性管道形成流體連通；3)一個(gè)排空管道(8)，該排空管道具有一個(gè)上游端(9)和一個(gè)下游端(10)，并和每個(gè)反應(yīng)通道的出口形成流體連通。
設(shè)在上述聚甲基丙烯酸甲酯層中的微流體溝槽的每個(gè)反應(yīng)通道的進(jìn)口和高流阻親水性管道之間的位置再設(shè)置一個(gè)水溶性流體的加入口(11)；所述分配管道的上游端設(shè)有三個(gè)流體進(jìn)口，其下游端設(shè)有一個(gè)流體出口；所述排空管道的上游端設(shè)有一個(gè)流體進(jìn)口，其下游端設(shè)有一個(gè)流體出口。
此外，12個(gè)蛋白微陣列事先通過(guò)點(diǎn)樣固定在有機(jī)玻璃片上，并和有機(jī)玻璃上的12個(gè)反應(yīng)通道相對(duì)應(yīng)。
上述微流體芯片的使用方法如下將樣品流體用移液器從加入口加入反應(yīng)通道內(nèi)，然后讓樣品流體在一定的溫度條件下與每個(gè)反應(yīng)通道內(nèi)的蛋白微陣列發(fā)生反應(yīng)，例如通過(guò)抗體抗原的特異性親和反應(yīng)。
反應(yīng)完成后，樣品流體首先通過(guò)在排空管道的上游端施加一個(gè)正壓力500Pa(10-10000Pa均可)，或者在排空管道的下游端施加一個(gè)負(fù)壓力500Pa(10-10000Pa均可)，以使排空管道內(nèi)的任何流體從排空管道排除；然后，將排空管道的下游端和分配管道的上游端對(duì)流體關(guān)閉，并將排空管道的上游端和分配管道的下游端對(duì)流體開(kāi)通；最后，在排空管道的上游端施加一個(gè)正壓力500Pa(10-10000Pa均可)，或者在分配管道的下游端施加一個(gè)負(fù)壓力500Pa(10-10000Pa均可)，使得樣品流體從反應(yīng)通道內(nèi)排除。隨后用清洗液將反應(yīng)通道清洗三次，清洗液在反應(yīng)通道內(nèi)的并行分配和隨后排除的操作過(guò)程與實(shí)施例1及上述樣品流體并行在反應(yīng)通道內(nèi)分配的方法相同。接下來(lái)，二抗標(biāo)記溶液被并行分配到各反應(yīng)通道內(nèi)，并滯留一段時(shí)間已完成標(biāo)記反應(yīng)，隨后被并行地排除出各反應(yīng)通道。接著，各反應(yīng)通道再次被清洗三遍，以清洗掉非特異性吸附。最后，將含有酶底物的溶液并行地流入到各反應(yīng)通道內(nèi)，從而在蛋白微陣列上產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，化學(xué)發(fā)光的信號(hào)能夠被CCD攝像機(jī)捕捉到，并用于下一步數(shù)據(jù)分析。
盡管本發(fā)明通過(guò)上述具體實(shí)施例加以說(shuō)明，以幫助對(duì)本發(fā)明的理解，但是對(duì)該具體實(shí)施例的一般性修改仍將被視為本發(fā)明權(quán)力要求所涵蓋的內(nèi)容。本發(fā)明的權(quán)力要求在權(quán)力要求書(shū)中做明確規(guī)定。
權(quán)利要求
1.用于多樣品分析的微流體器件，它包括有1)至少兩個(gè)反應(yīng)通道，每個(gè)反應(yīng)通道均設(shè)有一個(gè)進(jìn)口、一個(gè)出口和一個(gè)高流阻親水性管道；2)一個(gè)分配管道，該分配管道具有一個(gè)上游端和一個(gè)下游端，并和每個(gè)反應(yīng)通道的進(jìn)口通過(guò)所述高流阻親水性管道形成流體連通；3)一個(gè)排空管道，該排空管道具有一個(gè)上游端和一個(gè)下游端，并和每個(gè)反應(yīng)通道的出口形成流體連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的微流體器件，其特征在于在所述每個(gè)反應(yīng)通道的進(jìn)口和高流阻親水性管道之間的位置再設(shè)置一個(gè)流體的加入口。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的微流體器件，其特征在于所述高流阻親水性管道的內(nèi)部尺寸小于或等于100微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的微流體器件，其特征在于所述高流阻親水性管道的內(nèi)部尺寸小于或等于50微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的微流體器件，其特征在于所述高流阻親水性管道的內(nèi)部尺寸小于或等于10微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的微流體器件，其特征在于所述高流阻親水性管道的最小內(nèi)部尺寸與所述反應(yīng)通道的最小內(nèi)部尺寸之比小于或等于1/2。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的微流體器件，其特征在于所述高流阻親水性管道的最小內(nèi)部尺寸與所述反應(yīng)通道的最小內(nèi)部尺寸之比小于或等于1/5。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的微流體器件，其特征在于所述高流阻親水性管道的最小內(nèi)部尺寸與所述反應(yīng)通道的最小內(nèi)部尺寸之比小于或等于1/10。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的微流體器件，其特征在于所述高流阻親水性管道內(nèi)表面上水的接觸角小于或等于85°。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的微流體器件，其特征在于所述高流阻親水性管道內(nèi)表面上水的接觸角小于或等于45°。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的微流體器件，其特征在于所述高流阻親水性管道內(nèi)表面上水的接觸角小于或等于15°。
12.一種將公共的流體并行地分配到權(quán)利要求
1-11任一項(xiàng)所述微流體器件的多個(gè)反應(yīng)通道內(nèi)的方法，包括以下步驟1)在權(quán)利要求
1-11任一項(xiàng)所述微流體器件的分配管道的上游端施加一個(gè)正壓力，或者在分配管道的下游端施加一個(gè)負(fù)壓力，同時(shí)將分配管道的上游端與公共的流體連接，直至所有的高流阻親水性管道和分配管道內(nèi)的公共的流體相連通；2)將分配管道的下游端和排空管道的上游端對(duì)流體關(guān)，并將分配管道的上游端和排空管道的下游端對(duì)流體開(kāi)通；3)在分配管道的上游端施加一個(gè)正壓力，或者在排空管道的下游端施加一個(gè)負(fù)壓力，公共的流體通過(guò)高流阻親水性管道進(jìn)入反應(yīng)通道內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12所述的方法，其特征在于所述公共的流體為清洗液、稀釋液或反應(yīng)液。
14.根據(jù)權(quán)利要求
12所述的方法，其特征在于所述方法中還包括將非公共流體利用在排空管道下游端施加的負(fù)壓從加入口加入到反應(yīng)通道內(nèi)的操作。
15.根據(jù)權(quán)利要求
14所述的方法，其特征在于所述非公共流體在公共流體之前加入到反應(yīng)通道中。
16.根據(jù)權(quán)利要求
14所述的方法，其特征在于所述非公共流體與公共流體同時(shí)加入到反應(yīng)通道中。
17.根據(jù)權(quán)利要求
14所述的方法，其特征在于所述完成非公共流體的加入后，并在下一步流體操作之前，將加入口封閉。
18.根據(jù)權(quán)利要求
14所述的方法，其特征在于所述通過(guò)加入口加入的流體含有核酸分子和/或蛋白分子。
19.根據(jù)權(quán)利要求
12-18任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述方法中還包括隔絕不同反應(yīng)通道相互連通的操作，是將一種與反應(yīng)通道內(nèi)公共或非公共的流體不互溶也不反應(yīng)的流體，沿分配管道和排空管道各自的上游端到各自的下游端方向，利用正壓或負(fù)壓進(jìn)入并充滿(mǎn)分配管道和排空管道。
20.根據(jù)權(quán)利要求
19所述的方法，其特征在于所述隔絕操作在公共的流體分配到反應(yīng)通道后立刻施行。
21.根據(jù)權(quán)利要求
19所述的方法，其特征在于所述隔絕操作在非公共的流體通過(guò)加入口充滿(mǎn)所述反應(yīng)通道后立即施行。
22.根據(jù)權(quán)利要求
19所述的方法，其特征在于所述與反應(yīng)通道內(nèi)公共或非公共的水溶性流體不互溶也不反應(yīng)的流體為石蠟油、礦物油或氟化液體。
23.一種將流體并行地從權(quán)利要求
1-11任一項(xiàng)所述微流體器件多個(gè)反應(yīng)通道內(nèi)排除的方法，可包括以下步驟1)在反應(yīng)通道內(nèi)充滿(mǎn)了流體的權(quán)利要求
1-11任一項(xiàng)所述微流體器件的排空管道的上游端施加一個(gè)正壓力，或者在排空管道的下游端施加一個(gè)負(fù)壓力，以使流體從排空管道排除；2)將排空管道的下游端和分配管道的上游端對(duì)流體關(guān)閉，并將排空管道的上游端和分配管道的下游端對(duì)流體開(kāi)通；3)在排空管道的上游端施加一個(gè)正壓力，或者在分配管道的下游端施加一個(gè)負(fù)壓力，流體從反應(yīng)通道內(nèi)排除。
24.根據(jù)權(quán)利要求
23所述的方法，其特征在于所述步驟1)中從排空管道內(nèi)排除的流體為水溶性流體。
25.根據(jù)權(quán)利要求
23所述的方法，其特征在于所述步驟1)中從排空管道內(nèi)排除的流體為與反應(yīng)通道內(nèi)的流體不互溶也不反應(yīng)的流體。
26.權(quán)利要求
1-11任一項(xiàng)所述的微流體器件在制備微流體生物檢測(cè)芯片中的應(yīng)用。
27.根據(jù)權(quán)利要求
26所述的應(yīng)用，其特征在于所述微流體生物檢測(cè)芯片為多重免疫分析微流體芯片、多重核酸擴(kuò)增反應(yīng)微流體芯片、多重核酸雜交反應(yīng)分析微流體芯片或多重蛋白-受體結(jié)合反應(yīng)分析微流體芯片。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明公開(kāi)了用于多樣品分析的微流體器件和方法。該微流體器件包括有1)至少兩個(gè)反應(yīng)通道，每個(gè)反應(yīng)通道均設(shè)有一個(gè)進(jìn)口、一個(gè)出口、和一個(gè)高流阻親水性管道；2)一個(gè)分配管道，該分配管道具有一個(gè)上游端和一個(gè)下游端，并和每個(gè)反應(yīng)通道的進(jìn)口通過(guò)所述高流阻親水性管道形成流體連通；3)一個(gè)排空管道，該排空管道具有一個(gè)上游端和一個(gè)下游端，并和每個(gè)反應(yīng)通道的出口形成流體連通。該設(shè)備使用方便、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，將在多通量的生物檢測(cè)中發(fā)揮重要作用，應(yīng)用前景廣闊。
文檔編號(hào)G01N35/00GK1996009SQ200710063384
公開(kāi)日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2007年1月10日
發(fā)明者官曉勝, 郭旻, 張 榮, 董棟, 胡玉明, 崔婷, 程京 申請(qǐng)人:博奧生物有限公司, 清華大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan