[发明专利]用于使液体与试剂充分混合的微流控元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于使液体与试剂充分混合的微流控元件和一种借助于微流控元件进行充分混合的方法。

背景技术

用于使液体与试剂充分混合的微流控元件例如被用在诊断试验(体外诊断)中，通过使用该微流控元件对体液样品中包含的分析物进行分析以便实现医疗目的。术语充分混合(thoroughly mixing)包括以液体形式提供试剂，即两种液体彼此混合，的可能性，且还包括提供固体形式的试剂且将该试剂溶于液体中并使其均匀化的可能性。进行分析的重要部件是所谓的试验载体(test carrier)，例如，具有用来接收液体样品(特别是体液)的通道结构的微流控元件被设置在所述试验载体上，以便允许实现复杂的多步骤试验规程的性能。试验载体中可包括一个或多个微流控元件。

例如，在具有多步骤试验顺序的免疫化学分析中，其中出现了结合与自由反应组分的分离(“结合/自由分离(bound/free separation)”)使用了流控试验载体，使用流控试验载体使得可能实现受控液体传输。可采取内部措施(在流控元件内部)或采取外部措施(例如被设置在装置中)来实施对流控过程顺序的控制。可基于压力差的施加或基于力的变化来实现(外部)控制，例如通过改变重力的作用方向能够实现所述力的变化，且通过离心力也能够实现所述力的变化，所述离心力例如是作用在旋转微流控元件或旋转试验载体上的离心力且是旋转速度和与旋转轴线之间距离的函数。

微流控元件以及这类试验载体包括载体材料，所述载体材料通常由基板制成，所述基板由塑料材料制成。该元件和试验载体具有样品分析通道，所述样品分析通道通过该基板和盖或覆盖层而被封闭，所述样品分析通道通常包括一系列的多个通道部段和位于所述一系列多个通道部段之间的室，所述室相对于所述通道部段被加宽。具有其通道部段和室的样品分析通道的结构和尺寸由对基板的塑料部分进行的结构化限定，所述结构化的塑料部分是例如采用注塑成型技术或用于产生适合结构的其它方法产生的。例如在M.Madou，“Fundamentals ofMicrofabrication”CRC Press，Boca Raton，FL，USA，2002中描述了这类试验载体和微流控元件的生产。

例如在以下公开文献中已公知地披露了包括所述试验载体的分析系统：

美国专利4,456,581

美国专利4,580,896

美国专利4,814,144

US A 2004/0265171

EP 1077 771B1

为了进行分析，在样品分析通道中包含有试剂，所述试剂与被引入该样品分析通道内的液体产生反应。该液体样品与该试剂在试验载体中彼此混合从而使得样品液体与试剂的反应导致被测变量产生变化，这种变化表征了样品液体中包含的分析物。该被测变量的测量是在试验载体本身上进行的。尤其是，典型的方法是可用光学方式进行分析的测量方法，在该方法中检测颜色变化或另一种可用光学方式测量的变量。

在具有毛细管通道结构和小尺寸的样品分析通道中普遍存在的主要是层流条件。液体和/或液体与固体在这种毛细管通道中仅实现了不良的充分混合。现有技术中已公知地存在用来改进试剂与样品液体的充分混合的多种过程。

例如，在处在分析系统中的围绕旋转轴线进行旋转的旋转试验载体中，通过迅速改变旋转方向或通过改变旋转速度而促进充分混合。然而，这种“摇摆模式(shake mode)”对分析系统的驱动单元提出了很高的要求。磨损以及出现故障和失灵的风险也相对较高。

现有技术中已公知的另一种改进样品液体与试剂的充分混合的方法是引入磁性颗粒，通过电磁体或永久磁体的作用使磁性颗粒进行运动。由于整合了该颗粒而使得增加了试验载体的生产成本。此外，该分析系统必须具有另一部件，即磁体。

此外，下面的这种元件也是已公知的，这种元件的毛细管通道包含专用的阻流结构，如肋部。形成这类通常被实施为微结构的阻碍结构使得试验载体的生产过程更为昂贵和困难。此外，这类结构并不适于所有混合过程和/或所有试剂和样品液体。

尽管已经进行了多种尝试来改进混合过程和微流控元件，如试验载体，特别是改进试剂与样品流体的充分混合，但进一步地仍需要在这方面对微流控元件作出改进。

本发明因此基于提供一种微流控元件，特别是试验载体，的目的，通过使用所述微流控元件，特别是试验载体，使得改进了混合过程，尤其是改进了试剂与样品液体的充分混合。

发明内容