[发明专利]一种微流控装置及控制其流体流动的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微流控装置及控制其流体流动的方法。它也涉及一个包含所述微流控装置的热循环仪。

背景技术

含有孔阵列的微孔板(也叫微量滴定板)已广泛应用于生物或化学领域，在生物或化学领域中可以使用微孔板执行多种涉及化学和生物样品的测试。例如，不同对的聚合酶链反应(PCR)引物能被预先载入一个微孔板的不同孔中用于对一个给定样品的靶核酸分子的同时扩增。另外，孔阵列能用于其他类型的试验，如细胞或抗体试验。

依照高通量检测的最新发展，这样的微孔板配置的孔的数量已由先前的少于一百增加到通常的几千或更多，这相应地导致更小尺寸的孔和较高密度的孔阵列。

按照惯例，手工或机械移液操作被用于加载流体样品到孔阵列。然而，由于孔阵列密度的增加，完成孔阵列的加载变得更费时，其通常可以包括几百或几千个孔。此外，一个微孔板的孔阵列的密度越大，相应地每个孔的尺寸就越小，由于严格的技术要求，执行移液操作出现了困难，例如将移液管的末端与所述更小尺寸的孔对齐，产生更小的液滴，以有效的方式，加载到尺寸更小的孔中。

另一个问题是，传统的孔通常被配置为死端孔，当孔的尺寸缩小时，在孔底部的角落(多个角落)会困住空气，因为加入孔内的流体样品的液滴会覆盖相关的孔的开口或孔底部附近的部分空间，这样就在孔内困住一个气穴。明显地，被困住的气穴会对试验有负面影响。例如，在核酸扩增(如聚合酶链反应(PCR))所需的加热步骤下，被困的气穴能够引起流体样品蒸发到气穴的附近，因此引起气穴膨胀并将流体样品推出孔。

除了上面概述的困住气穴的方式外，在加载流体样品进入孔的过程期间也能进一步困住气穴。特别地，将引起目前上述问题的流体样品加载装置，通常具有与顶部空间的一个共有通道相连接的孔，流体样品通过该共有通道进入孔。由于覆盖在所述孔顶部流体样品的运动(其不被希望地阻碍了流体样品通过开孔进入孔的通道)，或者阻止流体样品润湿孔全部表面的孔表面疏水性，空气随后被困在孔中。

为了促进流体样品流入孔中,在将样品加载进入孔前，可以通过真空从孔中去除空气。然而，真空处理孔和空间或真空处理一个连接孔的通道能够在真空孔和处于大气压下的流体样品存储室之间产生一个气压差。样品加载期间，这样的气压差会导致样本高速流入孔-连接空间/通道和相关的孔。这样的高速流通常会将孔内部预先加载的材料冲出孔，导致本应在孔内进行的试验失败。

保留孔中预先加载的材料很重要。因为许多生物和化学应用使用孔阵列，特异的(如在不同孔中的不同PCR引物或蛋白质或抗体)或者非特异的(如所有孔中的相同PCR引物、Taq聚合酶、细胞、蛋白质、或化学反应成分)材料被预先加载到孔中，并且这些材料中的一些通常在流体样品被引入填满孔前是冻干的。这将是明显的，在流体样品的引导过程中，保留目标孔内的那些材料是很重要的。当一个大的真空应用于孔和孔-连接空间来消除孔中的空气以促进样本流入孔中时，大的气压差导致流体样品以高速流入孔中，并把(一些)材料冲出孔，造成孔内那些材料的损失或者不被希望地将那些材料从一个孔移动到另一个孔，从而导致特定于某些孔的一些材料的交叉污染。

对于打算装入那些孔的流体样品，保留特定孔中的预先加载的材料，是很重要的，因为被装入相关的孔中的部分流体样品的损失会将预先加载的材料冲出并进入近邻的孔或冲出一小片进入相连的通道。

真空度要求越高(进一步低于大气压强),样品加载速度就越高从而可能会影响到孔，并将预先加载材料冲出。例如，对于一个规模为0.5mm×0.5mm×0.5mm的孔阵列要求10托的真空水平，在一个与所有孔相连的0.5mm高间隙空间，样品(水)流速度能够达到每秒钟750mm。由被要求的真空度产生的这样高的速度，对于保留孔中预先加载的材料是不理想的。