[发明专利]流体向心装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年3月8日提交的美国临时申请61/450,373的优先权，并将该申请的说明书以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明关于流体向心装置。

发明背景

分子诊断包括检测可用于识别疾病、物种、个体等的分子化合物。这些分子化合物可以是例如离子、糖、代谢物、脂肪酸、氨基酸、核酸、蛋白质或脂质。核酸测试（NAT）包括识别来自病原体的特异性核酸，或识别与疾病（如癌症、遗传疾病）、物种或个体的基因特征或用于个性化用药的标记物有关的特异性核酸序列。NAT协议经常从样品制备步骤开始，在这个步骤中细胞被溶解以释放其核酸。随后核酸经过特异性制备以备用于标靶扩增程序，诸如例如聚合酶链反应（PCR）或等温扩增重组酶聚合酶扩增（RPA）或其它核酸扩增方法。标靶扩增产生可在（例如）琼脂凝胶中或在微阵列上进行实时（即在扩增期间，或在扩增结束时）分析的扩增子。扩增程序还用于扩增由分析物检测所产生的信号而且这些信号扩增方法还与标靶扩增程序相关。这些技术要求高素质人员在专用设施中执行复杂协议。由于这些原因，所以并非所有实验室、医院或护理机构都能实施分子诊断。

需要自动复杂分子诊断协议。一些方法依靠高通量机械单元，但这些单元通常十分昂贵而且占用大量空间。越来越需要开发更紧凑的仪器和移动式仪表化，如床边（POC）诊断，和减少并整合检验步骤（从样品制备到应答）到单个可弃式装置（例如：芯片实验室（lab-on-a-chip）装置或微型综合分析系统：μTAS）上。

整合到可弃式微流体系统中的主要困难步骤之一是样品制备。样品制备通常从化学和/或机械式细胞溶解步骤开始。随后为了移除或至少控制测试过程的潜在抑制剂，可纯化核酸。纯化核酸的最常用技术是基于核酸在特定pH和盐条件下的固相吸附。将酶促反应抑制剂，如蛋白质、金属和其它分子从吸附到固相上的核酸洗去。随后通过使用合适洗脱溶液从固相回收核酸。整个过程需要需待保存和待释放的不同溶液、固相基质和不同反应室。这会使整合到紧凑可弃式微流体盒中的过程变得复杂。

在流体装置的开发中，需要按照受控方式将流体移入和移出不同处理区域。常常使用泵压和阀调组件。

已经开发出实现自动化分子诊断的流体单元。例如，有一种样品制备盒，其具有旋转阀和活塞泵以移动在不同储液器中的流体。还有人利用超声波和硬颗粒进行机械细胞溶解。其它装置使用柔性塑料总成来溶解细胞并通过在特定位置压缩柔性材料使流体在容器区段之间传递。这些流体单元需要几个致动器才能完成任务。

向心平台的使用提供了一种简单且有效的方式来执行泵压和阀调选项。当旋转时，离心触发的流体压力导致流体流入流体装置内。

向心泵压提供了超越其它替代泵压方法（如注射器、活塞、蠕动或电渗泵压）的许多优点。向心泵压具有较低电力要求（唯一需要主动致动的方式是转动）、不依赖于流体pH或离子强度，且不需要任何外部流体互连或管接。因此，可以将需要不同样品和缓冲性质（例如，表面能、pH）的不同检验步骤组合到单个流体向心装置中。

向心泵压的另一个优点是可以通过流体微通道的几何设计，使毛细管力与由盘转动引起的向心力平衡来启动阀门。通过设计具有呈不同形状和在相对于流体向心装置转动中心的不同位置处的毛细管阀的微流体结构，可以通过控制旋转速度来中断和恢复液体流动。

由于用于生物材料的大部分分析方法需要几个步骤，所以难以稳健地启动被动式阀调。为了更稳健，需要在向心装置中安装主动阀。例如，可以利用相变材料（如石蜡塞）阻断微流体通道。这类型的阀不依赖于转动速度而且可以通过热来致动。例如，还可使用含产热粒子和相变材料的塞。粒子吸收来自外部装置（例如激光发射器、IR灯）的电磁波，和相变材料利用粒子所产生的热熔化。已描述用于阻断流体通道（美国专利7,837,948）和用在向心核酸测试装置上（欧洲专利公开2375256）的相变材料阀。

用于向心装置的一些主动阀方法是基于通过电磁波来实现致动。例如，可以在无激光烧蚀接触下和在不刺穿微流体装置的外层下打开在所需位置处的阀门封闭（参见例如欧洲专利公开1930635、PCT专利申请公开WO2004/050242、美国专利申请公开US2009/0189089、美国专利7,709,249、美国专利7,323,660）。

相变材料阀的致动可以通过使用电极完成，这些电极形成了在基板自身上的电阻式加热器。这些电极在微流体网络的受关注特定区域处产生热以熔化相变材料。

仍需要一种经改良的具有样品流动控制的流体向心装置。

发明概要