[发明专利]用于流体的可编程微量操作的剂量计

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2005年6月3日提交的美国临时申请60/687,032的优 先权，其题目为“Dosimeter for Programmable Microscale Manipulation of Fluids(用于流体的可编程微量操作的剂量计)”，这里参考地引入其整 体内容。

技术领域

本发明涉及用于化学、生物和生化过程或反应的微流路领域。更 具体地说，本发明公开了一种用于以可编程方式调节微结构中流体流 动的剂量计。

背景技术

近年来，制药、生物技术、化学和相关工业越来越多地采用微室 和通道结构用于进行各种反应和分析。这些结构的好处包括小型化、 降低空间和试剂成本和能令其无需人类干预而平行地或系列地(即一 个接着一个)进行大量反应。

微流装置是目前实现micro-TAS(微型全分析系统)的最有前景 的候选物。一般而言，该方向的所有尝试可以以两种方式为特征：根 据担负流体传送的力和根据用来指引流体流动的机构。前者称为发动 机。后者称为阀，构成逻辑或模拟传动装置，对于许多基本操作是必 须的，如流体的体积定量、流体的混合、将流体输入组与流体输出组 连接、以充分紧密的方式密封容器(根据应用，对于气体或液体通过) 以允许流体储存、调节流体流速。

作为发动机，现有技术公开了许多方案，包括电动和电渗透传送、 机械微泵、外部压力、声能和向心力。本发明主要(但非排他地)涉 及向心装置类别。因此，一些关于向心装置的现有技术的汇总包括： Yamaji等(EP 00392475A2)和Takase等(EP 00417305A1)公开了基 于旋转盘的液体样品分析仪；Kellogg等(US 6,063,589/WO 0187485A2) 和Mian等(US 6,319,469，US 21055812A1)公开了使用向心力加速以 驱动微流系统中流体移动的装置和方法；Kopf-Sill等(US 5,160,702) 教导了具有改进的发动机结构的分析仪；和Gordon(US 5,892,577， US 6,256,088，US 6,339,473)教导了用于进行样品分析的设备和方法。

通过使用阀具有调节流体流动的能力的装置在现有技术中是已知 的，它们提供流体流动的实时控制和模拟调节的能力不同。举例来说， 一些阀具有以模拟方式调节流体流动的能力，像热水龙头，一些阀在 开-关状态之间转换，反之亦然，像灌溉传动装置，一些阀具有单一的 开-关转换，像电安全开关，或关-开转换，像加压线路中的安全阀。

现有技术的微流阀装置具有每个阀的成本高以及可以实现的集成 规模和复杂性的缺点。不幸地，在中尺度范围内，大多数现有装置的 可靠性被怀疑。另外，用阀的构件和阀的功能改变样品材料，有助于 它们的不可靠性质，不能生产具有重现性结果的微分析装置。现有装 设阀门的装置的设计使它们的制造成本和复杂性不适合它们在“丢弃 式”和大量生产的微分析装置内具成本效益地使用。

一些现有技术的阀门装置的汇总如下：Unger等的美国专利 6,408,878(Unger)教导了弹性材料阀和泵系统，其中第二弹性材料层 粘结到第一弹性材料层的上表面上，使得在第一和第二弹性材料层之 间的第二凹槽中形成控制通道，并且第一弹性材料层位于平坦的基底 顶部，使得在第一弹性材料层和平坦的基片之间的第一凹槽中形成流 动通道。不幸地，Unger遇到设计复杂和制造成本的问题。除了阀门复 杂性外，基于气动传动装置的控制系统必须通过多个独立的管线连接 到各种阀上，它的多路性(为了具有比装置上实际阀门少的控制管线 而需要的)对线路设计具有影响，需要准确的压力控制。