[发明专利]具有利用冰成核剂的冻结-解冻阀的流体装置和相关的操作和分析方法

说明书

本发明的实施方案提供流体装置如，但不限于，具有采用一种或多种冰成核剂(INA)的一个或多个冻结解冻阀(FTV)的微流体芯片，其可以可靠地运行以与常规的具有FTV系统的微流体装置相比在相对较高的温度下和/或以更快的速率冻结。

相关申请

本申请要求2015年7月22日提交的美国临时申请序列号62/195,652的优先权的权益，其内容通过引用结合于此，如同在本文中完整叙述一样。

联邦支持声明

本发明利用在由DOD国防部高级研究计划局(Defense Advanced ResearchProjects Agency，DARPA)授予的批准号HR0011-12-2-0001下的政府支持做出。政府具有在本发明中的某些权利。

著作权保留

本专利文献的公开内容的一部分含有属于著作权保护的素材。著作权所有者北卡罗来纳-查佩尔山大学(The University of North Carolina at Chapel Hill，N.C.)不反对任何人对在美国专利商标局专利文件或记录中存在的专利文献或专利公开内容进行复制，但是除此之外保留任何全部著作权权利。

技术领域

本发明涉及用于处理用于分析的分析物的流体装置。

发明背景

由于其操控和研究微量液体的能力，微流体装置或芯片已经得到了极大关注。参见，例如，Whitesides，G.M.，微流体的起源和未来(The Origins and the Future ofMicrofluidics).Nature 2006，442，368-373。已经利用这些装置证实了多种应用，包括色谱和电泳分离、细胞培养、和现场即时护理(point-of-care)医学诊断。在使用多种液体或试剂的微流体系统中，为了调节流体流动，阀通常是有用的或必需的。冻结-解冻阀(冻融阀，FTV)使用外部冷却源如热电冷却器(TEC)以将通道中的流体的塞子冻结，由此使在流体芯片的所需区域中的流体流动停止。之后可以通过使塞子升温直到其解冻而将通道打开。然而，FTV的实施已经被在微流体尺度上使冰晶体成核所需的低温所阻碍。

液态水既不必然地也不立即地在其熔点以下冻结。当液态水的温度降低至低于0℃时，其进入亚稳热力学状态(过冷)，其中类似固体的相(“胚”)的小聚集体遍及液相存在。这些胚与液相处于平衡地衰减和生长，并且它们的平均尺寸可以与过冷的程度成比例。为了亚稳液相向稳定固相(冰/冻结相)的转变，胚生长应当在能量上比起衰减来说是更有利和可能的。这在被称为“成核”(其存在两种类型)的过程期间发生。在纯液体中，当胚达到临界尺寸并且触发固相的继续生长时，成核均匀地进行。均匀成核的概率随着过冷相的温度的降低而增加。在大约-35℃，概率开始相对于每个连续的1℃下降以50的因数增加，并且在大约-40℃，均匀成核的可能性接近或达到100％。在这个温度范围以上，水可能会与异种物质如矿物质、灰尘、或花粉不均匀地成核。在宏观尺度上通常观察不到深度的过冷，因为这些成核杂质可能是充足的。