[发明专利]无阀流体切换流量芯片及其用途

说明书

本发明提供了一种包括流体流动屏障结构或配置的无阀微流体流量芯片。本发明进一步提供了在无阀微流体流量芯片中具有增加的流体输送控制的系统和方法。所述系统和所述方法可以用于目前的无阀微流体流量芯片以及当前可用的无阀微流体流量芯片。

援引加入

PCT申请表作为本申请的部分与本说明书同时提交。本申请主张在同时提交的PCT申请表中确定的权益或优先权的每一项申请都通过引用以其整体且为了所有目的而并入本文。

政府支持声明

本发明是在政府的支持下根据由美国环境保护局颁发的合同第EP-D-15-007号下提出的。政府在本发明中有一定权利。

联合研究协议声明

主题和所要求的发明是由或代表加州伯克利的HJ科技公司和加州伯林盖姆的Protein Fluidics公司在名称为“HJ公司和Protein Fluidics公司之间的开发协议”的联合研究协议下提出的。所公开的主题是由或代表在所要求的发明的有效提交日期或在有效提交日期之前生效的联合研究协议的一方或多方开发的，并且所要求的发明是由或代表联合研究协议的一方或多方提出的，并且所要求的发明是因为在联合研究协议的范围内进行的活动而提出的。

背景技术

使用无阀流体切换的基于疏水通道网络的可重构微流体系统可以用于多种应用。由于疏水屏障的坚固性和各种流体输送事件的要求，这种技术的实施遇到了挑战。

目前已知的可重构微流体系统利用连接孔和通道之间的疏水屏障（HPB）来控制流体运动。装置使用连接到孔的直通道以及用于流体控制的过程，这些过程实施三种压力：高、低和真空，其中，低压力在名义上是大气压力，高气体压力将流体从源孔通过连接通道移动到目的地孔，并且在这种输送过程中，目的地孔保持在低压（大气）。在将流体从源孔移动到目的地孔的压力循环步骤结束时，已经将连接通道排空，以在源孔和通道之间重新建立疏水屏障。

发明内容

在一个方面中，提供了一种无阀微流体流量芯片。在一些实施例中，流量芯片包括由微流体通道连接的一个或多个微流体腔网络，其中，储器是各自只与一个通道连接的腔，并且节点是各自连接到两个或两个以上的通道的腔；其中：i）第一多个通道各自只连接两个腔；ii）第二多个通道包括一个或多个流体流动屏障结构或配置；以及iii）多个腔包括气体压力端口。在一些实施例中，第一多个通道和第二多个通道可以是相同的、不同的或部分相同的（例如重叠）。在一些实施例中，所述一个或多个流体流动屏障结构或配置位于腔与通道的接口处或附近。在一些实施例中，一个或多个流体流动屏障结构或配置将流体流动的通道阻力或移动流体所需的压力增加至少约20%，例如至少约25%、30%、35%、40%、45%、50%或更多，例如与没有流体流动屏障结构或配置的通道相比。在一些实施例中，微流体通道中的一个或多个是疏水的或包括疏水涂层。在一些实施例中，一个或多个流体流动屏障结构或配置包括通道、肋和/或非线性路径的收缩或变窄。在一些实施例中，一个或多个流体流动屏障结构或配置包括选自由蛇形或S曲线几何结构、接合点、鱼骨或分离通道组成的组的几何结构。在一些实施例中，一个或多个流体流动屏障结构或配置包括位于与通道一致的位置的空隙（例如密封腔）。在一些实施例中，腔中的一个或多个或复数个不是圆柱形的，并且包括位于腔与一个或多个通道的接合点处的凹曲度，使得腔形成从腔向一个或多个通道延伸的半岛（例如腔的形状是莲花垫）。在一些实施例中，腔中的一个或多个或复数个包括进入腔的一个或多个通道的垂直入口，使得在通道进入腔的情况下，几何结构会出现急剧变化（例如约90°，例如不是渐变的或喇叭形的）。在一些实施例中，对节点进行配置，使得入口（例如输入、输送）通道和出口（例如输出、分析）通道接合点位于不同的竖直平面，例如在输入通道在节点的一侧进入并且输出通道从节点的中心退出的情况下。在一些实施例中，在入口通道和出口通道之间创建区域，当在输送过程中排空腔时，该区域可以保留一定数量的流体。在一些实施例中，流量芯片包括疏水流体层（115），该疏水流体层包括选自由聚丙烯（PP）、环烯烃聚合物（COP）、环烯烃共聚物（COC）组成的组的一种或多种聚合物；含氟聚合物，诸如聚四氟乙烯（PTFE）、氟化乙丙烯（FEP，六氟丙烯和四氟乙烯的共聚物）、全氟烷氧基聚合物树脂（PFA）；以及硅酮聚合物，诸如聚二甲硅氧烷（PDMS）。在一些实施例中，可以通过使用添加剂、表面涂层或表面改性对聚合物进行改性，以提高其疏水性。在一些实施例中，腔中的一个或多个或复数个各自可以与多达4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个、14个、15个或16个通道连接。在一些实施例中，一个或多个网络中的每个网络都包括输入/输出通道，该输入/输出通道具有比微流体通道的流体流动阻力更高的流体流动阻力。在一些实施例中，每个流量芯片都可以包含以规则间隔间隔开的多个网络，其中，网络的数量、间距和密度由行业标准定义，诸如美国国家标准协会（ANSI）实验室自动化和筛选学会（SLAS）4-2004（R2012）。