[发明专利]微流体设备

说明书

技术领域

本发明涉及微流体设备，涉及用于形成这样的微流体设备的方法，以及用于控制样品流体从这样的微流体设备的第一流体隔室到第二流体隔室内流动的方法。

背景技术

用于自动的(生物)化学分析(诸如分子诊断)的小型微流体设备正变成多种临床应用、法庭应用和食品应用中的重要工具。这样的微流体设备也可被称作生物芯片，其在一个设备中合并多种实验室步骤且可用于在中央实验室或在护理点、患者床旁边、现场测试或犯罪现场进行迅速测试。

样品流体与试剂接触的时间和/或流体以特定温度或浓度存在于反应腔室中的时间对于大多数反应过程而言是至关重要的，反应过程例如必须在生物芯片上进行的DNA扩增、杂交、免疫测定、SDA、TMA。除了在特定时间控制液体释放，针对多个隔室控制液体释放的灵活性提供了重要的选择以对结果进行复核或者取决于第一次测试结果的成果执行额外测试。

控制液体从第一隔室释放到第二隔室的常规办法是使用被动阀，即，基于表面张力的屏障，以将液体约束到第一隔室内直到施加了超过被动阀的压力屏障的过压(例如，利用外部泵)。这个办法的主要缺点在于生物芯片的设计自由度受到限制，因为(暂时地)存储液体的所有隔室将需要与泵接触，泵通常可为外部泵，该外部泵需要位于芯片与外部仪器之间的流体界面。这限制了生物芯片的灵活性和便携性。

近来，静电致动的聚合物复合结构(PolyMEMS)被提出用作流体致动器元件来操纵(例如)生物芯片通道中的生物流体。这种结构的实例在图1(a)中以截面形式示意性地示出。该结构在基板1上包括由第一绝缘膜3(例如SiO₂或聚丙烯酸酯膜)和第二绝缘膜4(例如聚酰亚胺或聚丙烯酸酯膜)覆盖的下部电极2。而第二膜4又被顶部电极5覆盖。第二膜4被结构化且通过光刻和牺牲性层蚀刻而自基板1脱离。当在两个电极2与5之间施加电压差时，第二膜4可克服由内部应力造成的力并展开。当移除电压时，膜4再次卷起到其原始位置。该结构的长度可在15 μm与100μm之间，但也可实现更大的结构。图1(b)示出这样的膜4在卷起状态的显微照片。可以以0 Hz与200 Hz之间的频率致动这些结构，即使在流体存在的情况下也是如此。这样的结构可用于有效地混合流体。

静电致动的替代是磁场致动。在此情况下，待致动的结构由磁性材料制成，或者包括磁性粒子，其可被吸引到基板或者被从基板排斥，生成磁场的线圈或电流线位于基板上。磁场也可由(移动的)永久磁体引起。与静电相比较，磁性致动的优点在于(i)取决于磁场方向，力可以是排斥力或吸引力，(ii)样品液体并不包括显著的磁性材料且因此不受磁场影响，(iii)不能发生电解，以及(iv)在样品液体中无电极，因此无生物相容性问题。

又一替代是使用光，环境变化(例如，湿度变化)或热(例如，受控制的温度变化)来致动polyMEMS。

图2示出被动止回阀，其适合于保持流体约束于第二隔室8的入口7处的第一隔室6中。通常，仅使用毛细作用力使流体样品流入到第一隔室6内直到第二隔室8的入口7。当例如通过使用外部泵施加微小压差以克服阀的压力屏障时，液体从第一隔室6流入到第二隔室8。

用于形成被动阀的另一方法是通过在两个隔室6与8之间施加疏水性区域(例如，在水性液体的情况下)或者亲水性区域(例如，在类似于油的液体的情况下)。同样，如在上文所述的被动止回阀的情况下，当例如通过使用外部泵施加微小压差以克服阀的压力屏障时，液体从第一隔室6流入到第二隔室8。

但是，上述阀需要使用外部泵来将流体样品从一个隔室移到另一个隔室内。这可以增加微流体设备或生物芯片的复杂性。

发明内容

本发明的目的是提供一种微流体设备，用于形成这样的微流体设备的方法，以及用于控制样品流体从这样的微流体设备的第一流体隔室到第二流体隔室内流动的方法。

本发明的实施例提供设计微流体设备的自由，因为其中必须存储液体的反应腔室(也被称作流体隔室)的入口无需连接到外部泵和阀以选择必须被填充的反应腔室并控制样品流体从一个流体隔室到另一个流体隔室的流动。

而且，由于无需外部泵和阀，因此可改进微流体设备的灵活性、简单性和便携性。

上述目的通过根据本发明的方法和设备来实现。

本发明的特别且优选的方面在所附独立和从属权利要求中陈述。出自从属权利要求的特征可适当地与独立权利要求的特征和其它从属权利要求的特征组合，而不是只如权利要求中明确陈述的那样。

本发明提供一种微流体设备，其包括：

-第一流体隔室，

-第二流体隔室，以及