[发明专利]取样-应答微流体盒

说明书

相关申请的交叉引用

根据35USC§119（e），本申请要求美国临时专利申请No.61/299534的优先权，该美国临时专利申请No.61/299534的申请日为2010年1月29日，该申请整个被本文参引。

技术领域

本发明涉及用于诊断、分子和生物化学化验的微流体装置和方法，更特别是涉及用于从盒上的试剂储存器分配和配送流体、用于泵送、加热和混合以及用于在并不夹带气泡和并不冲失试剂的情况下再水合干燥试剂的微流体技术。

背景技术

已经发现微流体装置更多地用作诊断化验的工具。由Wilding在美国专利No.5304487中所述的装置包括形成于可重复使用的硅基板上的“中等尺度”的槽道和腔室，该硅基板从盒外的注射器泵来灌注流体试剂。它没有考虑盒载流体和试剂储存和传送。不过，实际商业应用已经导向“可消耗”盒的方向-一次性的单次使用“取样-应答”盒，它自身容纳用于特殊化验所需的全部试剂或化验面板。在分子生物化验应用中特别是这样，其中，必须绝对避免与试样的储存或操作处理相关联的污染。

板载试剂可以包括液体和干试剂形式。在现有的成功产品中，这两种试剂都遇到某些问题。这里，我们解决了与盒的槽道和腔室的初始润湿和干燥试剂的再水合相关联的液体处理问题。在包含微流体槽道和腔室的盒的充装和操作过程中（特别是有塑料本体的盒），液体润湿通常不均匀，因此，气穴经常通过弯液面抵靠平面和在拐角中前进而夹带在流体柱中。在生物试样的泵送和混合过程中，可能形成泡沫和气泡，这对装置的化验性能产生不利影响。气泡可能由于容纳干燥试剂的槽道或腔室的不均匀充装而产生。试剂的再水合、润湿和通气与气泡形成的问题相互联系。在更复杂的流体网络中（例如在Dubrow的美国专利No.6068752和Kennedy的美国专利No.6086740中所述）和在毛细管驱动流体的装置中（例如由Buechler在美国专利申请No.2005/0136552中或者由Wyzgol在美国专利申请No.2004/024051中所述），该问题加剧，已经证明它们在塑料本体的装置中都非常困难。

由于脱气，气泡还可能在试样液体的加热过程中产生。已经公知气体的可溶性与温度成反比，且进行加热的溶液很容易变得过饱和。由于脱气而产生的气泡源形成空穴，流体在该处进行剪切，例如在微流体空腔中进行机械或超声波混合的过程中。

气泡在微流体“比色杯”中干扰液体的光学问诊。光的通路可能由于由气泡表面的曲率产生的透镜效果和/或由于气泡折射光而改变。气泡还可以通过改变在气泡界面处的溶质浓度、通过使得蛋白质结构变性和通过影响在液体中的容积加热速率和温度均匀性而干扰生物化学反应。例如，在PCR反应中（其中，耐热聚合酶用于扩增目标核酸的复制），当液体中存在气泡时加热和冷却将不均匀，从而降低处理效率和限制灵敏性。气泡的存在还降低了反应腔室中的流体容积，且在依赖于在10-50μL或更小的容积内检测分析物的化验中，在反应腔室中存在较大的捕获气泡能够有效杀死该化验。

在依赖于速率确定的反应中，气泡能够显著干扰斜率的光学确定以及干燥试剂的均匀快速再水合（这是在具有合适基质可用性的情况下开始反应所需）。多种干燥试剂（例如荧光探针、酶、缓冲剂或控制分析物）可以置于微流体装置的腔室内，并为合适进行化验所需。在润湿过程中，夹带一个或多个气泡可能导致干试剂和试样的不完全溶解和混合，从而降低反应效率和降低测试的灵敏性。

Lei在美国专利No.6637463中提出通过利用表面张力特征和/或截面面积来改变平行槽道中的流动阻抗，以便使得压力降均衡，因此使得流过多个流动通路的流量均衡。在一个实例中，多个出口槽道用于从井中排出流体，以避免形成再循环流或流体停滞，否则将导致流体的低效率洗涤和捕获气泡。不过，各个特征都必须通过试验来设计并有误差，因此设计并不耐用或者并不能很容易地适用于不同化验。因为尺寸和表面化学的微观变化很难在微流体循环制造中进行控制，因此该方法已经证明不能实际解决在微流体卡中的平行子线路之间均等分割流量的问题。且没有提出使用具有提高润湿特征的隔膜。