[发明专利]微流体温度驱动的阀

说明书

发明领域

本发明的主题是一种利用核酸扩增分析液体样品的仪器中使用的微流体器件、一种利用核酸扩增分析液体样品的仪器、一种分析液体样品的方法以及一种扩增液体中的核酸的方法。

背景技术

本发明对保健，以及生物学和医学科学研究领域特别有用，尤其在核酸分析、基因定量和基因分型，这类需要对所含组分实施可靠样品分析的领域。扩增核酸用的方法和器件是技术上熟知的。

一种利用包括变性和扩增步骤的反应循环的方法是聚合酶链反应(PCR)。该技术给核酸处理带来革命性变化，特别是核酸分析，因为它提供一种将特定序列的核酸的数量由微不足道增加到可检测数量的工具。PCR描述在，例如，EP 0201184和EP 0200362中。一种利用加热和冷却某一延长的金属块以控制方式对管子中的样品实施热循环的仪器公开在例如EP 0236069中。

最近，已研发出改进和更强大的PCR技术。定量实时PCR是一种用于同时定量和扩增给定DNA分子特定部分的实验室技术。它被用来确定某一特定序列是否存在于样品中以及，如果存在，可对样品中复制的份数进行定量。2种常用定量方法是采用嵌入了双链DNA的荧光染料以及，当与互补DNA杂交时，发荧光的改性DNA低聚核苷探针。此类方法描述在，例如，EP 0512334中。

通常，聚合酶链反应在特殊反应容器中实施。为提供鲁棒、可靠和高度准确的核酸扩增结果，重要的是避免反应区的污染。PCR能使单个分子扩增十亿倍。因此，哪怕很少量污染物也可能被扩增并导致假阳性结果。此种污染物常常是来自以前的PCR扩增的产物，被称作带入的污染。除了预防反应区灌注期间带入的污染之外，特别重要的是，在反应进行期间将反应区密封，以防止污染物。这在1个以上反应区使用共同的流体通道同时灌注的场合特别难以办到。此类场合常常采用带有多个反应区的小型化器件以达到较高处理量，具有减小的反应体积，这导致对减少污染危险的技术要求的进一步提高。

微流体学是设计、制造和制定与“纳-或皮升”范围流体体积打交道的器件和方法的科学。微流体硬件要求不同于宏观尺度硬件的构造和式样。通常不可能将传统器件按比例缩小，然后预期它们在微流体场合同样能行，因为系统行为有了巨大改变。毛细管作用改变了流体通过微尺度-直径管子的规律，它将与宏观尺度通道截然不同。另外，涉及到诸多未知因素，尤其涉及微尺度热量传递和质量传递。微流体体系在保健，例如，血细胞分离、生化化验、化学合成、基因分析、药物筛选和电色谱法等方面具有多种多样和广泛潜在的应用。

为解决污染问题，已研发出减少当进行反应时的交叉污染危险的、允许将液体样品灌注并维持在反应区中及其以外的特定微流体阀。这里，该阀将每个反应腔逐一气密密封。这一点很重要，特别是在对1或多个样品就几个截然不同的参数接受试验的阵列格式中。由于交叉反应可能导致假阳性结果，故主要的任务是避免此类交叉反应。于是，在许多领域，阀被应用在阵列器件中以防止反应腔特定试剂的带入。

技术上已知有几种类型阀，其中两种主要类型可能是著名的，通常被称作一次性关闭阀(once-close valve)和启/闭阀(ON/OFF valve)。一次性关闭阀在基态(ground state)处于敞开并可能关闭仅仅一次。关闭后，该阀将可能被被再打开。启/闭型阀可打开和关闭数次，通常借助外部执行机构。

US 20050072946公开一种采用多层软光刻(lithography)的微流体阀。此种阀的特征在于其恒定厚度的弹性体膜部分，从而允许该膜沿其整个宽度对外加压力产生相近的反抗力。此种用可挠曲膜制造的启/闭阀可具有极低致动压力，因此可用于实现主动(active)功能，例如，在集成微流体芯片中的泵和混合机。然而，此类带有一体化软膜的器件是采用双组分生产技术制造的。第一组分一般是较硬聚合物材料，例如，聚丙烯(PP)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，而第二组分是软材料，例如，热塑性弹性体(TPE)。那些双组分技术是复杂且成本高的，况且生产1个器件的时间，与单组分技术相比，大大增加。另外，该弹性体阀必须是三维构成的。该器件不得不建造在几层上，每层具有特定功能(例如，流体层、开关层等)。用于阀的致动层在几何上位于流体层上方。这样的多层工艺进一步增加了商品的成本和器件的复杂性。