[发明专利]微流装置和制备及使用方法

说明书

技术领域

本发明领域主要涉及微流装置、微流装置的制作方法和微流装置在生物学测定中的使用。

本申请要求于2005年7月14日在美国提出的临时专利申请No.60/699,580的优先权，在这里通过参考引入其内容。

背景技术

即时检验(Point of care tests，POC)，即在医护现场进行的检验，已经在医院、医生办公腔、工作场所和可能存在有害物的环境中成为常用的诊断工具。各种任务，例如工作场所药物滥用检测、针对污染物的环境检测和战场上的生物战制剂检测等能够采用即时检验简单而轻松的进行。由于检验通常是由几乎没有(即使有也极少)接受过临床诊断培训的人员进行，即时检验需要简单、快捷、并易于使用。理想的即时检验需要最少量的设备。

大部分的即时检验依赖于利用了微孔隔膜的毛细作用的免疫层析法测定。在免疫层析法测定中，流动相样本溶液中的分析物通过亲和结合与其它成份分离，以获取固定于静止固相的分子。由硝酸纤维素或尼龙制成的隔膜为亲和层析法的固态静止相和分配层析法的液相提供了基体，使免疫复合物粒子通过毛细作用与其它液态溶质分离。

在1979年首次发现蛋白质能够透过隔膜转移时，由尼龙或硝酸纤维素制成的隔膜就已经被用于抗原/抗体检测。硝酸纤维素已经在研究技术如蛋白质印迹法(Western blotting)和侧流法免疫诊断学中被广泛用作固定蛋白质的表面。微孔性和硝酸纤维素为快速免疫层析法测定提供了许多帮助，包括比如：高的结合能力；非共价蛋白质附着；稳定的长期固定环境；和有益于一致结合的环境。

典型的现有技术的快速免疫测定套件(kit)包括具有附着了示踪物比如荧光示踪物、金示踪物或其它示踪物的第一捕获抗体的试剂垫。第二捕获抗体被附着到硝酸纤维素或尼龙隔膜带。硝酸纤维素或尼龙隔膜带的一端被与试剂垫直接接触放置。第二捕获抗体通常被接合至隔膜带以形成特殊的几何图案，比如直线。当包括待分析的分析物的试样被施加到试剂垫时，分析物与带示踪物的第一捕获抗体结合以形成结合复合物，然后容纳结合复合物的溶液被通过隔膜带汲取。在隔膜带中，复合物与接合于隔膜的第二捕获抗体结合。第二次结合由于所述示踪物沿包括接合于隔膜的捕获抗体的几何图案集中而可肉眼观察到，或者作为可选方案，结合可以通过其它方法检测，如荧光检测、或电化学检测。

免疫层析法测定中控制信号强度的关键参数是隔膜的毛细流率和蛋白质的结合容量。毛细流率和结合容量由隔膜的微孔尺寸、孔隙率和厚度确定的。隔膜的蛋白质结合容量依赖于它的微孔尺寸和表面特性。硝酸纤维素隔膜通常经过表面活化剂处理以有助于表面保持潮湿。使用表面活化剂所应注意的是：表面活化剂改变了隔膜的毛细流动行为，并且改变的程度难以预测。

隔膜的蛋白质结合能力和粒子穿过隔膜的移动速度依赖于隔膜的微孔尺寸。不幸的是，由于制造过程的复杂和精密的特性，隔膜制造商不能在隔膜的生产过程中保持一致的微孔尺寸和孔隙率。在不同生产批次之间、而且甚至在同一生产批次中存在较高的微孔尺寸和孔隙率的变动性。在相同条件下生产的不同样品检测套件中，发现超过大约20％信号强度差异并不希奇。可变性是致使基于隔膜的免疫测定不适用于定量检测的主要因素。高的可变性限制了即时检验在定量分析中的使用。虽然进行了许多尝试以提高微孔隔膜的行为，但仍存在保持一致的品质问题。

为解决信号强度的可变性，人们已经提出和研究了许多解决方案，比如：改进检测器；改变微粒的示踪物；和优化试剂配方。然而，这些方案在性能上只有微小的改进。

考虑到前述的POC检验及其生产的缺点，需要提供更为精确的POC检验和方法以生产出检验精度提高的POC检验套件，使得检验能够与用于定性分析一样用于定量分析。

一些POC检验使用微流测定装置。多种提供沟槽的物质已经被使用在微流装置中，比如硅、玻璃和塑料。这些材料中的每一个都有缺点。硅和玻璃成本高。硅在微沟槽的制造过程中需要大量的化学蚀刻处理，这破坏了生物材料的活性，从而经常与生物材料不兼容。塑料通常是不亲水的，使得它需要主动输送系统以推动分析物在沟槽内流动，这与多孔渗水隔膜采用被动毛细作用不同。膜型微流装置已经设计出来，但它使用冲切粘合带来制作沟槽(见比如，授予O′Coner等人的美国专利No.6,919,046to和授予Chow等人的美国专利No.6,857,449)。作为可选方案，授予Madou等人的美国专利No.6,790,599描述了采用光刻工艺的微流沟槽制造方法，但这一发明未提出设计以分析生化物质的大体可用的微流装置。