[发明专利]微流体单元及与其一起使用的自旋共振装置

说明书

技术领域

本发明涉及微流体单元以及与其一起使用的自旋共振装置。

背景技术

微流体单元通常包括具有等于或小于1mm（尤其是，在100nm至1mm的范围内）的至少一个尺寸的一个或多个通道。在使用中，流体样本被引入到单元的所述一个或多个通道中，并且在其中被分析。该分析可能涉及例如使用设置在单元内并且被布置为与引入到单元中的样本的至少一部分反应的一个或多个试剂。如此，微流体单元可以提供集成的便携式分析装置，从而消除消耗时间的试验室分析过程。

还已知将微流体单元与其它装置（诸如，蛋白质阵列以及质谱仪）耦接以进一步增强分析功能性。D.Erickson和Dongqing Li在综述文章“集成微流体装置”Analytica Chimica Acta507（2004）11-26中提供了集成微流体技术的综述。

已经提出提供使用核磁共振分析微升量的流体样本以用于NMR谱检查和/或NMR成像的装置。存在若干与将NMR装置集成到包括微流体单元的便携式分析装置中相关联的若干问题，如下面讨论的。

NMR装置是公知的。它们基于如下的原理起作用：特定的核素（nuclei）具有量子自旋，该量子自旋产生磁场。优选地，通过对样本施加静磁场，将这些核素的自旋与所施加的磁场对准。然后施加振荡射频磁场到该样本并且频率变化。在该振荡磁场进入与核自旋共振时，其使核自旋翻转以与静磁场的方向相反地取向。该转变导致可以检测的局部磁场变化。由于围绕的电子的局部屏蔽影响以及紧密间隔的核自旋之间的自旋-自旋相互作用，不同的核素将在所施加的振荡磁场的不同的频率处自旋翻转。由于局部化学环境而导致的核自旋的共振频率改变被称为NMR化学偏移（chemical shifting）。如此，可以经由表示化学偏移数据的NMR谱得到关于样本的化学结构的信息。此外，如果在样本中在许多不同的位置处通过例如施加在空间中变化的磁场进行测量，则可以如在磁共振成像（MRI）中那样产生样本的NMR像。

标准的NMR装置使用电感性的射频（rf）拾取线圈来产生振荡磁场以及通过由于在其进入与所施加的场共振时核自旋的自旋翻转而导致的NMR信号的方式感测磁场中的变化。然而，该拾取线圈是非常不敏感的，并因此使用相对大的样本体积和高的磁场强度（通常通过超导磁体产生），来改善信号强度以及增加解析NMR化学偏移的能力。这导致标准的NMR装置是非常大的并且不适用于集成到小的便携式分析装置和/或使用小的样本体积的装置中。

已知对使用电感性的rf拾取线圈的替代物使用作为NMR信号传感器。例如，已经提出了诸如超导量子干涉装置（SQUID）和碱蒸汽原子磁力计的磁力计。然而，再次地，这些装置不适于集成到小的便携式分析装置中，因为SQUID需要低温冷却而碱蒸汽原子磁力计需要加热的蒸汽单元。

WO2009/046350认识到与将已知的NMR装置布置整合到微流体单元中相关的前述问题，并建议了一种替代方案，其使用固态磁电阻传感器。磁电阻传感器包括薄的铁质材料的条带，其中在施加与电流方向垂直的磁场时出现电阻变化。电阻变化被测量并且表示局部化的磁场中的变化。以这样的方式，在磁电阻传感器被放置得很靠近已经被静磁场极化的微流体通道并且通过施加例如振荡射频磁场使核自旋反复翻转时，可以检测到磁场强度中的瞬态变化。还可以利用电子自旋共振（ESR）以类似的方式使用这样的技术以用于分析电子自旋，而不是核自旋。

与WO2009/046350中描述的布置相关的一个问题是，尽管可以使磁电阻传感器小以整合到微流体单元中，但是在没有施加强（>1特斯拉）的同质场的情况下，它们并不足够敏感来解析精确的化学偏移信息的。建议，对于较低精确的测量，可以使用更简单的磁体，以利于小型化（见WO2009/046350的35段）。然而，由WO2009/046350的教导显然可知，由于对于用以解析这样的信息的强同质磁场的需要，在需要期望的精确的化学偏移信息时，磁电阻传感器并不足够敏感以利于这样的小型化。

本发明的某些实施例的一个目标是提供对WO2009/046350中建议的方案的替代布置，以将自旋共振传感器集成到微流体单元中。另外的目标是提供一种布置，其在较低的施加磁场强度下足够敏感以解析详细化学偏移信息，从而利于小型化而不损失功能性。

概述

根据本发明第一方面，提供了一种微流体单元，包括：

微流体通道，用于接收流体样本；以及

传感器，设置得与所述微流体通道相邻；

其中，所述传感器包括金刚石材料，所述金刚石材料包括一个或多个量子自旋缺陷。