[发明专利]微流控器件

说明书

技术领域

本发明涉及微流控器件，以及使用该器件的系统和方法。本发明特别适合于聚合酶链式反应(PCR)应用，且将便于参照此应用描述本发明。然而，将会理解，本发明中所述的器件，系统，和方法也适合于其他应用。

背景技术

人类基因组计划的完成引发了用于并行基因组分析的高通量平台的快速发展。现在，有两种DNA微阵列被广泛用作高度并行的基因组分析平台：用于全基因体表达谱分析的微阵列，和用于单核苷酸多态性(SNP)检测及基因分型的微阵列。由于非标准化的数据分析和解释方法，微阵列结果的验证还需要一定的步骤。定量逆转录PCR(qRT-PCR)常常被用作验证基因表达谱研究的替代方法。而且，与实时PCR技术相比，微阵列技术的灵敏度和特异性都低，并且因为使用微阵列技术时包含多个步骤，该技术所得结果存在差异性。在进行SNP检测和基因分型时，PCR过程被用于在用熔解曲线技术或与寡核苷酸探针杂交分析样品前对样品进行扩增。对于基因表达谱分析，理想的方法是将实时PCR的定量及敏感能力与微阵列的高通量能力整合成单一平台，用于高度平行的基因组分析。对于多个基因目标的并行分析，除了微阵列技术外，已经有一些整合了PCR和微阵列技术的平台被开发出来。这些平台多数是将固相PCR与微阵列平台相结合而成。但是，研究表明固相PCR的效率低于液相PCR。

已经有大量的努力用于开发用于快速的，高通量的，能分析大量的基因的，以PCR为基础的生物芯片(biochips)。这些生物芯片(chips)通常包含多个小井，每个小井都可以存留一种溶液。到目前为止已开发出的器件存在的问题包括：使用人工的方法将PCR样品加入PCR芯片的各个反应井之内的冗长沉闷；使用液体分配机械手将溶液加入小井内的可观费用；或在一个凝胶点阵里面与核甘引物的固定有关的问题。而且，理想的高通量PCR芯片应该是可以廉价生产的，是用完即可丢弃的，而且能在大的反应阵列范围内维持均匀的温度。此外，迫切需要一个简单又廉价的加载样品和密封反应井的方法以减少使用芯片的花费。

高通量PCR芯片有两种类型的配置。第一种类型包含微型小室阵列或矩阵。这种配置使用微流体的流道网络来将液态的样品在一次移液操作中加入到小室阵列中。典型的，每个小室连接着用于加入样品的进口流道和用于气体排出的出口流道。然而，要使用机械阀隔离和密封这些小室是复杂的，因为只有将每个微型小室的进口和出口流道都密封起来才能避免PCR混合液在热循环的过程中蒸发掉，并防止PCR引物对之间的交叉污染。此外，这种配置中进出口的流道占据了空间，限制了芯片上的小室的密度。第二种高通量PCR芯片包含微型化的井板。这种配置可以实现高密度的微小井，同时在小井顶部上盖上薄的盖子或密封剂就可以隔离和密封这些微小井。然而，样品加载和其他液体处理操作则需要使用高精度的机械手，这样做昂贵并需要熟练的操作员。

最近报导了一种包含三个小井的用完即丢的聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料的芯片(Xiang，Q.；Xu，B.；Fu，R.；Li，D.Biomed Microdevices 2005，7，273-279)。该芯片被用于PCR，其中PCR混合液是用手工加入到小井里的(小井容积0.9微升)，在这些小井上随后盖上了矿物油以防止混合液蒸发。

另一种已经被开发的用于PCR的器件(Chaudhari，A.M.；Woudenberg，T.M.；Albin，M.；Goodson，K.E.Journal of Microelectromechanical Systems 1998，7，345-355)使用微细加工的18个容器的阵列，其中采用PCR兼容的亚克力基胶带用玻璃盖密封微型小室。

Leamon等人报告了一种新颖的PicoTiterPlate^TM平台。在这个平台内有300,000个反应体积为39.5pL的容器，可同时用于固相的非对称的PCR(Leamon，J.H.；Lee，W.L.；Tartaro，K.R.；Lanza，J.R.；Sarkis，G.J.；deWinter，A.D.；Berka，J.；Lobman，K.L.Electrophoresis 2003，24，3769-3777)。