[发明专利]微流体芯片及化验系统

说明书

相关申请的交叉引用 

本申请要求享有2006年1月19日提交的临时申请No.60/760552的优先权，该临时申请通过整体引用而结合于此。 

技术领域

这里描述的系统和方法总体上属于微流体领域。具体地，这些系统和方法涉及微流体隔膜结构、微流体芯片、便携式微流体试剂自动处理系统及其制造和用途。 

背景技术

″微流体″泛指用于处理少量流体的系统、器件和方法。由于微流体系统可以综合运用各种操作来处理流体，例如化学或者生物样品，这些系统可应用于许多领域，例如生物化验(例如，用于医疗诊断和药物输送)、生化检测器、或者生命科学研究。 

一类微流体器件是微流体芯片。微流体芯片可以包括各种微观尺度的结构(即″微观结构″)，例如通道、阀、泵和/或用于储存流体的容器，用于让流体在芯片上的各个位置之间来回流动，和/或用于与流体试剂反应。 

然而，除非按照规定的流动模式，现有的流体系统缺乏允许可控制地处理多路流体的合适机构，因而限制了该系统可以用在各种化学或者生物化验中的实用性。这是因为真实世界的化验往往需要在不断改变的条件下重复处理不同的试剂。 

此外，许多现有的微流体器件被限制到一种特定的用途，在没有进行彻底的重新设计的情况下，不易改装或定制以适于其它应用。这些器件缺乏模块化，因此不能共用通用部件以允许使用一种设计来执行多种功能。缺少适应性导致生产成本增加，因为每种用途都需要生产不同的系统来实 现。 

此外，许多现有的微流体系统都缺乏直接到终点的化验器件，该器件能够轻松地检测由化验引起的分析物的相互作用或者存在。举例来说，化验之后样品颜色变化的视觉检测常常用于评价化验结果，但这种技术很少应用于微流体系统。 

这就需要改进用于处理流体以分析生物或化学样品的微流体系统。希望该系统可以批量生产、便宜，并且最好是一次性的。还希望该系统操作简便，并且许多或者基本上所有的流体处理步骤都是自动的。希望该系统可以定制，并且是模块化的，以便该系统可以轻松快捷地重新配置，以适应各种应用。希望该系统能够提供直接且有意义的化验结果。 

发明内容

在一个实施例中，这里描述的系统和方法包括用于处理一种或多种试剂的微流体塑料芯片。该芯片可以包含各种微流体结构，包括阀、泵、通道和容器。这些微观结构互相连接，从而允许用户指定并且适合特定应用的流体流动模式的不同组合。具体地，芯片允许将一种或多种试剂从试剂盒体(cartridge)上相应试剂容器经输送结构输送到多个化验通道。输送由气动驱动的泵和阀的自动操作引导。通过用这里描述的自动方法从时空上调整试剂从试剂容器向通道的流动，用户可以高效率地进行生物免疫测定。 

在一方面，微流体芯片包括具有多个通道的塑料基片、将试剂引到至少一个通道内的分配结构、和可控制地引导试剂在通道中流动的可配置输送系统。 

在一方面，通道包括多个入口通道、多个出口通道和多个化验通道。可配置输送系统包括与入口通道和出口通道相连的分配阀，用于将试剂分配到化验通道。化验通道被配置成用于进行生物化验。 

在一方面，入口通道、出口通道、化验通道和分配结构都位于基片本体内。 

在一方面，接口器件是独立的试剂盒体，它被可取下地结合到基片顶 面上，并且具有与相应的入口通道流体相通的多个试剂容器。各个入口通道分别受阀控制，以便将试剂从相应的试剂容器通过分配阀和出口通道输送到化验通道。 

在另一方面，有一个缓冲液容器将入口通道与分配阀联系起来。缓冲液容器的特征是具有比各试剂容器大得多的存储容积，用于储存洗涤缓冲液。位于缓冲液容器下方的隔膜阀可控制地通过分配阀将洗涤缓冲液释放到化验通道中。 

在另一方面，本发明包括一个或多个传送容器(shuttle reservoir)和出口容器，用于储存在反应培养过程中输送的试剂和缓冲液。传送容器通过相应的化验通道与相应的出口容器相连。传送容器和出口容器的容积远大于化验通道的容积，因此在反应培养过程中，化验通道中的反应试剂可以被输送到传送容器和/或出口容器内。 

在另一方面，本发明包括芯片上的废物容器，它将出口通道与分配阀联系起来。废物容器的特征是具有比缓冲液容器大得多的存储容积，用于储存所有用过的试剂和洗涤缓冲液。位于废物容器下方的单独致动的隔膜阀用于调节从往返输送和/或出口容器经分配阀到废物容器的流体流动。