[发明专利]微流体混合装置、微流体模块和方法

说明书

本发明公开了一种包括两个波纹管泵(105，115)的微流体混合装置、包括该微流体混合装置的微流体模块和用来使用该微流体混合装置的方法。公开的装置实现在微流体尺度下的样品的高效混合。更特别地，该微流体混合装置包括：第一波纹管泵(105)；第二波纹管泵(115)；第一微通道，该第一微通道将该第一波纹管泵(105)与样品入口和试剂储器流体互连，其中该第一微通道包括介于该泵和该入口之间的阀(V10)和介于该泵和该储器之间的阀(V1)；第二微通道，该第二微通道将该第一波纹管泵(105)与该第二波纹管泵(115)流体互连，其中该第二微通道包括介于该第一泵和第二泵之间的阀(V11)；第三微通道，该第三微通道将该第一波纹管泵(105)与该第二波纹管泵流体互连，其中该第三微通道包括介于该第一泵和第二泵之间的阀(V11)；第一气动构件和第二气动构件，该第一气动构件和第二气动构件气动地连接到该第一波纹管泵和第二波纹管泵；其中该第二波纹管泵(115)的体积大于该第一波纹管泵(105)的体积。

技术领域

本发明总体上涉及微流体装置，该微流体装置用来混合流体化的生物样品和试剂以便制备、处理和/或分析该样品。

背景技术

与临床、生物或环境测试相关的生物分析物频繁地在复杂的流体混合物中以低的浓度被发现。重要的是，从背景抑制或干涉基质成分俘获、集中和富集特别的分析物，该基质成分可能限制分析物检测化验的敏感性和/或特殊性。特别的分析物包括但不限于核酸、蛋白质(包括例如抗原或抗体)、原核或真核细胞、病毒、和小的分子(诸如药物和代谢物)。常规样品制备方法包括离心分离、固相俘获、选择性沉淀、过滤和提取。这些方法通常不服从高效的自动化和与后续化验步骤的集成，特别地以与护理点测试的发展相容的方式。

微流体装置在最近几年已经变得流行以便执行分析测试。在使用由半导体行业开发的工具来小型化电子设备的情况下，已经可能制造可以被廉价地大量生产的复杂流体系统。系统已经被开发用来执行多种分析技术以便信息的获取和处理。

用来执行分析的能力微流体地提供生产量、试剂消耗和可自动化性的显著优点。微流体系统的另一优点是能够在单个“芯片上折叠”装置中集成多个不同操作以便执行反应物的处理以便分析和/或合成。微流体装置可以以多层层合结构被构造，其中每一层具有由层合材料制造的通道和结构以形成流体在其中流动的微尺度空穴或通道。微尺度或微流体通道通常被定义为流体通道，该流体通道的至少一个内部横截面尺寸小于500μm，并且典型地在大约0.1μm和大约500μm之间。

在此通过引用整体并入的美国专利No.5716852是微流体装置的例子。No.5716852专利教导一种使用层流流动通道用来检测样品流中的分析物粒子的存在的微流体系统，该层流流动通道具有至少两个输入通道，该至少两个输入通道提供指示流和样品流，其中层流流动通道的深度足够小以允许该流的层流流动，并且其长度足以允许分析物的粒子扩散到指示流中以形成检测区域，并且该层流流动通道具有通道的出口以形成单个混合的流。称为T传感器的这种装置允许在通道内的彼此相邻的不同流体层的运动而不混合它们(除了通过扩散)。样品流(诸如全血)，受体流(诸如指示溶液)，和参考流(该参考流可以是已知分析物标准)被引入T传感器内的共同微流体通道，并且该流彼此相邻地流动直到它们离开该通道。较小的粒子(诸如离子或小蛋白质)快速地扩散过流体边界，而较大的分子更慢地扩散。大的粒子(诸如血细胞)在两个流动流接触的时间内不显示出显著的扩散。

人们普遍认为，在微流体通道的层流流态特性中，混合被限制到扩散。因为涉及的尺寸，其中扩散自由路径长度大致上等于该装置尺寸，扩散混合可能是对于溶质来说非常有效的。这种条件实现带状流动、T传感器和其它有用的微流体现象。然而，对于较大的分析物(诸如细胞、细菌、病毒粒子)，并且对于高分子复合物和线型聚合物，扩散混合是慢的并且用来俘获或耗尽这些物质的过程需要延长的培育。关于混合的扩散极限因此在其中需要样品和试剂或滴的大量混合或组合的微流体装置中出现问题。这个问题还没有被完全解决，并且正积极寻找用来改善该混合技术的方法、装置和设备。

发明内容