[发明专利]从用于芯片微流控的液柱中抽取液滴

说明书

在先申请的参照引用

本申请是申请日为2005年10月22日的美国临时申请60/728,985的非临时版本，并要求享有该临时申请的优先权。

美国政府的支持

导致该即时发明的实验得到了国土安全高级研究计划部(HSARPA)SBIR第1阶段批准资助项目的支持，编号NBCHC050123。

技术领域

本发明涉及微流控技术，即微小规模的流体试样的传送和处理技术。

背景技术

本发明要解决的问题是基于表面现象、尤其基于电润湿来从液柱中抽取试样液滴，以实现多级分离，并实现在初始微流控回路外部进行分析的功能。数字微流控技术(参见SungKwon Cho，Hyejin Moon，及Chang-Jin Kim，“通过用于数字微流控回路的基于电润湿驱动的产生、传送、切断、和合并液滴”，Journal of Microelectromechanical Systems，第12卷，第1期，2003年2月，70-80页；和M.G.Pollack，R.B.Fair，以及A.D.Shenderov，“用于微流控应用的基于电润湿驱动的液滴”，Appl.Phys.Lett.，第77卷，第11期，1725-1726页，2000)作为示例的技术用于说明芯片上的液滴抽取。本领域的普通技术人员将意识到本发明适用于多种流控技术，其中流体在通道或柱子中传送，并且预期在不干扰总的传送的条件下除去流体试样。“柱子”包括通常传送流体的装置比如通道、管道、或毛细管(例如，其内用有形壁限制流体的管子)、以及任何使流体形成直通液流的结构(比如，其表面性能将流体的流动膜限制在该表面上一部分上的表面)。通过任何限制或抑制液体流动从而使其沿特定方向或路径流动的安排，比如在通道(例如，限制流体的有形壁)中填充液体或通过利用不均匀的表面特性及其效应以产生对液柱的方向亲合性(比如，没有有形壁)，从而形成液柱。

在许多情况中，液柱被设计成不仅能传送流体，而且能分离并浓缩流体内的溶质分子或颗粒。许多流控分析系统和传感芯片(例如，用于生物化学领域，即化学和生物学领域的应用)利用连续的液柱来传送以及分离和分析流体试样。例如，微流控传感芯片通常依靠壁式液柱(微通道)来传送流体试样，并通过毛细管电泳(CE)、介电泳分离(DEP)以及其他分离技术来促进流体试样分离成溶质分子或悬浮粒子的浓缩带或浓缩区。浓缩带产物的评估典型地通过使用各种光学、电学或化学分析系统来在液柱内(或末端处)进行。为降低误差概率，需用二次分离和分析设备对分离带进行评估。然而，这些二次设备通常与一次分析设备不在同一位置或与一次分析设备不相邻；这些二次设备可以位于下游或通道结构的外部，于是需要将浓缩带从一次分析设备中传送或转运到该二次位置处。浓缩带到这些二次评估位置处的随后的传送难以在不干扰一次通道中液柱的条件下实现，从而引起浓缩分子或颗粒产生不希望有的扩散或压力驱动扩散。于是，为整合或运行多级分离和分析位置，在分析位置之间的传送期间，需要精确地去掉一次液柱的不连续部分并保留浓缩带。

发明内容

本发明的微流控设备和方法使用补充液滴以促进从微流控装置中的通道或分离柱中抽取液滴。许多例子可证明该补充液滴有利于从微流控通道或柱子中抽取一部分液流。该抽取使分离颗粒或溶质分子的不连续带能从液流中去掉，从而可独立地进行处理和分析。通道或分离柱可用有形壁限定；或者它可存在于流控设备的表面上，其边界基于表面的表面性能差异而被限定。抽取点沿柱子或通道的长度方向设置。如果柱子或通道用有形壁封闭，那么抽取点包括穿过有形壁的开口。

在抽取点处，在柱子或通道的一侧提供某种装置，以便从通道或柱子中抽取一部分流体。同时提供EWOD表面或其他的微流控技术，用于驱动邻近抽取点的液滴。通常，抽取点还包括与抽取装置相对的通道或柱壁中的开口。该开口上设有EWOD表面或其他装置，以便将补充液滴传送到与抽取装置相对的开口中。当抽取装置试图从柱子或通道中抽出大量流体时，水分子的粘附性会阻止该抽力并施加相反的“回抽”力。如果液滴仍被抽取，那么柱子或通道内的分离颗粒或分子的其他带彼此混合或变紊乱。进一步地，通道或柱子中的部分或全部内容物或许会随着被抽取的液滴，有效地排出一部分微流控系统。补充液滴通过抵消“回抽”力并稳定柱子或通道内的液流来消除该问题。由于抽取装置将液滴从柱子或通道一侧抽出，故补充液滴进入通道或柱子内以占据先前被抽取的液滴所占据的区域。这抑制了柱子或通道内颗粒带或分子带的紊乱或混合，从而防止流控系统任一部分的排出。

附图说明