用于微流體裝置分段裝載的毛細屏障的制作方法
【專利說明】用于微流體裝置分段裝載的毛細屏障
[0001 ] 聯(lián)邦資助的研究與開發(fā)
[0002]本發(fā)明是按照由國防部高級研究計劃署授予的合同HR0011-12-C-0080在政府的支持下完成的。美國政府享有本發(fā)明的一定權(quán)利。
[0003]發(fā)明背景
[0004]向微流體芯片裝載多種液體在許多方面具有挑戰(zhàn)性。例如，裝載會因為采樣口少導致通向微流體芯片的通路受到限制而具有挑戰(zhàn)性。另外，通道尺寸可以接近100 μπι。對于這些實施方式，表面力可能變得重要，因為水性液體除非被外壓驅(qū)動否則不會進入疏水性通道，且如果通道從多個方向被裝載則氣泡可能被截留。該微流體芯片的某些應用包括形成位于多種液體之間的液對液界面。在這些情況中，要裝載的液體可能不易獲得，例如含有稀有細胞或稀缺DNA或RNA樣品的液體。因此需要在形成液對液界面時將液體損失降到最低。
[0005]本發(fā)明的各方面使得在微流體通道內(nèi)形成液體界面而不損失樣品液。關(guān)于這些和其它方面，本發(fā)明涉及一種使第一液體和第二液體在條或多條液體通道內(nèi)相互作用的裝置和方法。這些裝置和方法可以包括利用毛細作用力在液體界面區(qū)域設(shè)置第一液體的彎液面。另外用于第二液體的脫逸路徑或通道允許第二液體流向液體界面區(qū)域，在該處提供了供液體脫逸的路徑。另外，在該脫逸路徑中提供用于限制脫逸液體的體積流率的手段。
[0006]本發(fā)明的某些其它實施方式涉及使第一液體和第二液體在具有液體界面區(qū)域的毛細結(jié)構(gòu)中相互作用的裝置和方法。這些方法包括提供包括將第一液體引向液體界面區(qū)域的第一微流體通道和將第二液體引向液體界面區(qū)域的第二微流體通道的毛細結(jié)構(gòu)。該液體界面區(qū)域具有毛細屏障以阻截第一液體沿著第一微流體通道在公稱流體壓力下向液體界面區(qū)域的流動。該毛細屏障的上游部分為第一液體提供了彎液面屏障。另外，這些方法包括使第一液體在第一微流體通道內(nèi)流動直至該毛細屏障已將第一微流體通道中第一液體的流動阻截的狀態(tài)。當在該毛細屏障已將第一微流體通道內(nèi)第一液體的流動阻截的狀態(tài)下，通過氣體流出口來從該液體界面區(qū)域釋放氣壓。該釋放是由于第二液體在第二微流體通道內(nèi)流向液體界面區(qū)域而發(fā)生的，且在第二液體在第二微液體通道內(nèi)流向液體界面區(qū)域時發(fā)生。
[0007]與上述的許多方面相一致，相關(guān)裝置的實例包括具有用于將第一液體引向液體界面區(qū)域的第一微流體通道和用于將第二液體引向該液體界面區(qū)域的第二微流體通道的毛細結(jié)構(gòu)。該液體界面區(qū)域具有阻截沿著第一微流體通道在公稱流體壓力下流向液體界面區(qū)域的第一液體的毛細屏障。該毛細屏障的上游部分為第一液體提供了彎液面屏障。這種類型的裝置還可以包括釋放液體界面區(qū)域中氣壓的氣體流出口，該氣體流出口的構(gòu)造降低或防止液體的損失。該氣體流出口在毛細屏障已將第一微流體通道內(nèi)的第一液體的流動阻截的狀態(tài)和在第二微流體通道內(nèi)的第二液體流向液體界面區(qū)域的狀態(tài)中是有用的。
[0008]上述討論/概述并不旨在描述本發(fā)明的每個實施方式或每個實現(xiàn)方式。以下的附圖和詳細描述也例示了各種實施方式。
[0009]附圖
[0010]通過考慮以下結(jié)合附圖的詳細描述，可以更全面地理解各示例性的實施方式，其中:
[0011]圖1顯示了與本發(fā)明的各方面相一致的示例性的毛細結(jié)構(gòu)和狀態(tài)圖；
[0012]圖2A顯示了與本發(fā)明的各方面相一致的包括流向液體界面區(qū)域的第一液體的示例性的毛細結(jié)構(gòu)，
[0013]圖2B顯示了與本發(fā)明的各方面相一致的包括被阻截的第一液體和流向液體界面區(qū)域的第二液體的示例性的毛細結(jié)構(gòu)，
[0014]圖2C顯示了與本發(fā)明的各方面相一致的毛細結(jié)構(gòu)中的第一液體和第二液體的液對液界面，
[0015]圖2D顯示了與本發(fā)明的各方面相一致的毛細結(jié)構(gòu)中的第一液體和第二液體的示例性圖像；
[0016]圖3A顯示了與本發(fā)明的各方面相一致的第一示例性的毛細屏障，
[0017]圖3B顯示了與本發(fā)明的各方面相一致的第二示例性毛細屏障；以及
[0018]圖4顯示了與本發(fā)明的各方面相一致的示例性的毛細結(jié)構(gòu)。
[0019]本發(fā)明適于各種修改和替代形式，其細節(jié)通過舉例方式顯示在附圖中，并被詳細描述如下。但應當理解，本發(fā)明并不僅限于下述的特定實施方式。相反，本發(fā)明涵蓋了所有落入包括權(quán)利要求中所定義的方面在內(nèi)的本發(fā)明范圍內(nèi)的修改、等效物和替代物。另外，本申請中使用的“實例”一詞只作為說明，而非限制。
[0020]發(fā)明描述
[0021]相信本發(fā)明的各方面可以應用于各種不同類型的涉及通過毛細屏障來形成液對液界面以在界面處將前行液體截停的裝置、系統(tǒng)和裝置。與本發(fā)明的各方面相一致的該毛細屏障利用表面力將液體的彎液面截留或截停在所需且固定的位置。一旦該液體的彎液面在交叉處截停，則不同的液體被裝載，且填入第一液體的彎液面。所形成的液對液界面有助于例如用于通過等速電泳(ITP)來高效提取核酸的細胞裂解物的有限注射。然而本發(fā)明無需限定于此，通過上下文描述的各個例子的討論可以理解本發(fā)明的各方面。
[0022]各示例性的實施方式針對使第一液體和第二液體在具有液體界面區(qū)域的毛細結(jié)構(gòu)中相互作用的方法和裝置。在該毛細結(jié)構(gòu)中，提供第一微流體通道以將第一液體引向液體界面區(qū)域和第二微流體通道以將第二液體引向液體界面區(qū)域。該液體界面區(qū)域包括毛細屏障，該毛細屏障對沿著第一微流體通道在公稱液體壓力下流向該液體界面區(qū)域的第一液體的流動進行阻截。該毛細屏障的上游部分為第一液體提供了彎液面屏障。第一液體在第一微流體通道內(nèi)流動直至該毛細屏障阻截了該第一液體的流動的狀態(tài)。當該毛細屏障已經(jīng)阻截了第一微流體通道中第一液體的流動時，釋放氣壓。由于第二液體在第二微流體通道中流向該液體界面區(qū)域，且在第二液體在該第二微液體通道內(nèi)流向液體界面區(qū)域時，氣壓通過氣體流出端口從液體界面區(qū)域釋放。在某些實施方式中，在第一液體的流動被阻截后，第二液體流入該第二微流體通道中直到在該第一液體和該第二液體之間形成液對液界面。
[0023]本發(fā)明的各方面使得在微流體通道內(nèi)形成液體界面而不損失樣品液。這些裝置和方法可以包括利用毛細作用力在液體界面區(qū)域設(shè)置第一液體的彎液面的毛細屏障，同時利用脫逸路徑來允許第二液體向該液體界面區(qū)域流動。該脫逸路徑中提供了用于限制脫逸液體的體積流率的手段，其結(jié)構(gòu)例示于圖4和下文的相關(guān)討論中，實例包低容量通道、收縮通道和/或沿途的突變。
[0024]在某些其它實施方式中，提供微流體芯片以負載該毛細結(jié)構(gòu)。可以包括例如柱狀物形式的突起物，其位于液體界面區(qū)域的上游部分或其附近，并位于供第一液體流向液體界面區(qū)域的路徑的壁上；該突起物配置和排列以通過施加對抗(第二)液體體積流率的作用力來進行限制。該微流體芯片還包括接收指征第一液體和第二液體之間的相互作用的數(shù)據(jù)的電路。在某些其它實施方式中，與本發(fā)明的各方面相一致，在該微流體芯片上提供第一液體引入口以向第一微流體通道供給第一液體，以及在該微流體芯片上提供第二液體引入口以向第二微流體通道供給第二液體。
[0025]本發(fā)明的某些實施方式中，一條或多條第一微流體通道和第二微流體通道分別包括疏水性表面，以幫助在液體界面區(qū)域阻截液流。在某些實施方式中，第一微流體通道和第二微流體通道由聚二甲基硅氧烷(PDMS)構(gòu)成。另外，在本發(fā)明的某些實施方式中，該毛細屏障的上游部分至少有一部分被在該毛細結(jié)構(gòu)中流動的第一液體的橫截面積的變化所限定。在這些實施方式中，橫截面積的變化足以阻截在液體界面區(qū)域內(nèi)的第一液體流。另夕卜，在這些實施方式中，毛細屏障在第一液體在第一微流體通道中流動時幫助阻截該第一液體。另外，在本發(fā)明的其它實施方式中，阻截第一微流體通道中的液流的表面力大約等于阻截該毛細屏障中的液流的表面力。以這種方式，位于該毛細屏障上游部分的該毛細屏障被在該毛細結(jié)構(gòu)中流動的第一液體的橫截面積的變化所限定，這在第一液體在第一微流體通道中流動時幫助阻截該第一液體。在本發(fā)明的某些實