[发明专利]带自校正的微流体控制器和检测器系统

说明书

相关申请

本申请对1998年10月14日提交的题为“微流体控制器/检测器装置及其使用方法”的美国临时专利申请No.60/104,260要求享有优先权。

发明领域

本发明涉及微流体系统的控制器和检测器系统，特别涉及与完成化学和生物化学分析的定量分析系统一起使用的微流体控制器和检测器系统。

背景技术

化学和生物化学样品的分析通常需要检测和鉴别样品的组成元素。微流体装置经常被用来分离和控制样品元素的运动以借助检测系统检测元素性质。微流体技术使少量流体通过芯片上的通道以完成实验室的多种测试，从而获得生物化学和化学信息。这种芯片上实验室技术可以使微流体系统支持新药发现、生化分析研究和医学诊断中各种应用，包括DNA、RNA和细胞分析。

微流体装置一般包括多个通过传输样品的微通道互连的井。通道上施加的电压使得样品内的大分子电泳迁移。样品经常包括添加染料，当与样品结合时荧光更强。荧光染料被用于识别和定位各种细胞结构，例如DNA序列内的特定染色体。

已经设计出各种装置来读取荧光标记的样品。装置一般包括至少一个在一个或多个激发波长下发光的光源和检测一个或多个荧光波长的检测器。光源通常是在一个狭窄中心波长下发光的激光器(单模激光器)。

尽管利用并行筛选方法和其他先进技术(例如机器人技术和大批量检测系统)作了改进，但是目前的筛选方法仍然存在许多相关的问题。例如，利用已有的并行筛选方法来筛选大量样品需要较大的空间以容纳样品和设备(例如机器人)，这种设备带来了高成本并且化验样品需要大量的试剂。此外，在许多情况下，反应容量必需非常小以处理所用的少量测试化合物。这样小容量下的化合物误差与流体处理和测量相关，例如蒸发、较小的弥散误差等。此外，流体处理设备和方法一般无法以令人接受的精度处理这些容量范围内的测量，部分原因是这种小容量下的表面张力效应。

需要一种集成系统来提高生产率、提高时间效率和性价比，提供比较方便的普通实验室程序、减少劳动强度和费用并且需要较少的训练有素的专业人员。

发明内容

本发明提供一种微流体控制器和检测器系统。控制器和检测器系统一般配置为容纳包含至少两个相交通道的流体芯片。系统比较好的是包括检测区和材料导向系统，导向系统包含设计为与至少两个相交通道接触的接口，通道位于由至少两个相交通道构成的不同相交侧面上。微流体控制器和检测器可进一步选择包括包含物镜并且位于靠近检测区的外壳内的光学模块。最后，微流体控制器和检测器一般包括与微流体控制器藕合的控制系统和带通信通道的检测器，用于控制微流体控制器和检测器的操作。控制系统设计为从光学模块接收并分析数据。

微流体控制器和检测器系统一般包括流体芯片，它包括至少两个相交通道和检测区、包含与至少两个相交通道接触的接口的材料导向系统、包含靠近检测区放置的物镜的光学模块以及与光学模块藕合并且适于接收和分析来自光学模块的数据的控制系统。接口可以是电气接口和/或与真空泵接口的真空端口。

在一个实施例中，电气接口可以选择包含至少三个电极，每个设计为与位于由相交通道形成的不同相交侧面上的一条相交通道电气接触。在另一实施例中，材料导向系统包括连接电极的罩子，因此当罩子处于闭合位置时，电极与相交通道电气接触。在另一实施例中，电气接口还包括对通道电极进行校正的基准电压源。在另一实施例中，与流体芯片的接口包括利用真空或压力移送诸如流体和/或充入的化学物质之类的材料的真空端口。

比较好的是，光学模块包括光检测器以检测从检测区经物镜发射的光。光检测器一般选自光电二极管、雪崩光电二极管、光电倍增管、二极管阵列、成像系统和电荷藕合器件。在一个实施例中，光检测器与控制系统通信。光学模块可以选择进一步包括位于光检测器附近的检测器透镜组件，来自检测区的光经过其间。此外，光学模块可以选择包括使光经物镜导向检测区的光源和反射光源光并经物镜发送检测区光的镜面。光源一般为激光器、激光二极管或者发光二极管。