微流道装置、连接装置以及使用微流道装置的方法

专利名称：微流道装置、连接装置以及使用微流道装置的方法
技术领域：
本发明涉及一种具有微流道的微流道装置、与该微流道装置连接并用于将物质(如流体或气体)注入微流道装置的微流道或将物质排出微流道的连接装置、以及该微流道装置的使用方法。
现有技术描述为了将物质(如流体或气体)注入微流道装置的微流道或将物质排出微流道，需要将专用于注入和排放的连接装置与微流道装置结合在一起。
在μTas’98 Workshop的会刊中，N.J.Mourlas等人在“NOVELINTERCONNECTION AND CHANNEL TECHNOLOGYIES FOR MICROFLUIDICS”(应用流体学的新颖互连和通道技术)(文件1)中举例说明了上面提到的这种微流道装置和这种连接装置，其中，在微流道装置上形成了多个用作微流道装置的入口和出口的开口，这些开口与微流道装置的流道连通，树脂或金属制成的微型管粘到或压到各个开口中，用以借助各开口和各管子为对应流道注入或排放流体等等(第一常规示例)。
此外，在文件1中还举例说明了另一种微流道装置和另一种连接装置，其中，在微流道装置上形成了多个用作微流道装置入口和出口的开口，它们与微流道装置的流道连通，在各开口周围形成了由SiC或类似物制成的垫层，从微流道装置的入口和出口向其不同通孔插入塑料制成的装配连接器，所述通孔通过热粘附固定在装配连接器最前端，这样通孔与入口和出口形成配合，将微型管压入各装配连接器中，用以通过各装配连接器和各管子为相应的流道注入或排放流体等(第二常规示例)。
此外，该申请人在日本专利申请特开2001-136963中提出了一种微流道装置，其中采用了一些接有由橡胶之类的弹性体制成的管子的接头，与接头的这些管子连通的通孔作成外凸形状，以便能压到与微流道装置的流道连通的入口和出口上，用以通过各管子为对应流道注入或排放流体等(第三常规示例)。
但是，在第一常规示例中，由于需要管子压挤和精确的管子粘结，这会降低这些管子与微流道装置的开口之间的接头的密封可靠性，微流道装置的生产率也会降低，从而增加了微流道装置的生产成本。在微流道装置的更换过程中，由于要解下接头和外部管道的管子、然后再装上，因此在将微流道装置换成另一个时，如果需要将许多流道与管子和管道连接起来，就要花很多时间。此外，很难让管道压到管子上的工序实现自动化。
在第二和第三常规示例中，装配连接器和接头被用于增加用于将管子与微流道装置连接起来的部件的数量，于是需要保证每个部件的可靠性，微流道装置的制造就变得很复杂。于是也象第一现有技术中那样，降低了微流道装置的生产率，增加了微流道装置的生产成本。在该微流道装置的交换过程中，也象第一常规示例中那样，要再次将装配连接器和接头与对应的开口连接起来，这也增加了更换时间。

发明内容
鉴于现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种微流道装置和用于该微流道装置的连接装置，借此可以使用于注入或排放流体或气体类物质的连接的自动化，使其更容易实施，由此增强微流道装置的可靠性和生产率，降低微流道装置的生产成本，简化微流道装置的交换过程，本发明的目的还在于提供该微流道装置的使用方法。
鉴于本发明的目的，本发明的特征在于以下方面。
1.一种微流道装置，包括基片和与所述基片结合的弹性体，其中在基片或弹性体的两个结合表面上或任一个结合表面上形成一沟槽，用以构成流道；在弹性体上形成通孔，它用作物质的入口和/或出口，并与流道连通。
2.在第1项所述的微流道装置中，在弹性体上整体地形成凸状接头，它从通孔向外展开，将接头倾斜侧壁的倾斜角设定为不小于45度、小于90度。
3.在向第2项所述的微流道装置注入物质或排放物质的连接装置中，设置了一个具有开口的刚性件和接头匹配部件，它们被设置以便围绕着所述刚性件的开口，微流道装置的接头紧压住接头匹配部件上，以便使接头匹配部件的内壁边缘与接头的倾斜侧面的外围边缘接触。
依照上面提到的微流道装置和连接装置，通过将接头匹配部件紧压住凸状接头上，连接装置与微流道装置连接。在该情况下，由于接头的倾斜侧壁的倾斜角(例如参见图2中的θ1)被设置不小于45度且小于90度，这样使得接头向下扩展，通过接头匹配部件内壁边缘的弹性形变，接头匹配部件能精确而紧密地与接头的外围边缘接触。
因此，可以精确地实现用于在微流道装置与连接装置之间注入物质的连接。如果将接头的倾斜侧壁的倾斜角设定在上述优选角度范围之外的其它角度范围内，倾斜侧壁就不能与接头匹配部件的内壁边缘充分接触，从而可能使物质的密封性能变差。在将起管子作用的另一接头插到接头开口中时，也能实现相同的功能/效果。
通过这种方式，依照本发明的微流道装置和连接装置，除了连接装置外不再需要附加的连接部件(例如装配连接器)，也不再需要附加额外连接部件的另一装置。此外，也不再需要将微型管压到入口和出口中。另外，作为连接装置的刚性部件易于通过压在其间与微流道装置连接，因此就能利用给定仪器实现微流道装置与连接装置之间连接操作的自动化。结果，就能简化连接操作和连接结构，由此可以改善连接操作的可靠性，并可以降低连接成本。
4.在第1项所述的微流道装置中，在弹性体上整体地形成了凹形接头，以使其从通孔向外展开，将接头倾斜侧壁的倾斜角设定为不小于45度、小于90度。
5.在为第4项所述的微流道装置注入或向外排放物质的连接装置中，设置了一个具有开口的刚性部件和接头匹配部件，以便围绕着所述刚性部件的开口，微流道装置的接头被紧压在接头匹配部件上，使得接头匹配部件的内壁边缘与接头的倾斜侧面的外围边缘接触。
在第2和3项所述的微流道装置中，在微流道装置上形成了凸状接头，在连接装置上形成凹形接头匹配部件用于微流道装置和连接装置之间的连接。与之相反，在第4和5项的微流道装置和连接装置中，在微流道装置上形成了凹形接头，在连接装置上形成凸状接头匹配部件用于微流道装置与连接装置之间的连接。在该情况下，也能取得与第2和3项相同的作用/效果。
6.在第1项所述的微流道装置中，将与基片结合的弹性体的至少主表面由对基片的粘性材料制成。
依照第6项中的微流道装置，由于不用粘结剂就能将基片和弹性体结合起来，所以容易制造微流道装置。此外，接头匹配部件的内壁边缘能与接头的倾斜侧壁紧密接触。
7.在第6项所述的微流道装置中，弹性体主要包括硅橡胶。
8.在第7项所述的微流道装置中，硅橡胶主要包括聚二甲基硅氧烷。
该情况下，由于弹性体由主要含聚二甲基硅氧烷的硅橡胶制成，弹性体能精确而紧密地与基片结合在一起。
9.在根据第1-8项中的任一项所述的微流道装置中，弹性体以可拆卸方式与基片结合起来。
在该情况下，在微流道装置使用一定时间后，可用另一弹性体换下该弹性体。由此，就能减少生物物质对微流道装置的污染。此外，由于可将弹性体与基片分开清洗，就容易地重复利用微流道装置，这样在微流道装置使用一段时间后，不会浪费掉微流道装置的某些部件。此外，如果制备出带有相应各种沟槽的各种弹性体，就能以较低的成本制造出各种微流道装置。
10.在第1项所述的微流道装置的使用方法中，多个步骤被执行如下将基片与弹性体结合起来，构成流道，在流道中注入要以化学方式反应的物质，通过指定的液体处理生成产物，以及分离弹性体后，在没有基片或弹性体的情况下直接处理保持在弹性体和/或基片上的产物。
在该情况下，可以成分执行液体处理，以生成反应产物，对反应产物可以实施选择性液体处理。于是，使加工性能和操作性得到改善。
11.在第10项所述的使用方法中，液体处理是化学反应，使得物质包括反应样品，在分开弹性体后测量作为反应产物的产物。
在该情况下，利用简单仪器就能测量反应产物，并可以提高测量灵敏度和精度。
12.在第10或11项所述的使用方法中，要与产物反应的反应物质是固定在流道中的。
在该情况下，由于在分开弹性体后反应物质能保持在流道中，于是就能容易而精确地进行化学反应。
13.在第10-12项的任一方面所述的使用方法中，该物质包括至少一种反应物质。
在该情况下，由于物质除了反应样品(例如液体样品)外还包括反应物质(例如液体试剂)，就能在注入物质的同时进行化学反应。如果物质包括两种或两种以上的反应物质，就能同时进行各种化学反应。
14.在第10项所述的使用方法中，液体处理是分离，使得物质包括要分离的物质，在分开弹性体后收集产物作为分离产物。
在该情况下，能从注入到流道内的物质中分离出指定产物，直接收集和易于反应。此外，还能提高产物的收集效率和反应效率。
15.在第10-14项的任一项所述的使用方法中，基片和弹性体结合面中的任何一个被平坦地形成，在基片或弹性体的平坦结合面上对产物进行处理。
在该情况下，能同时进行流道中的三维处理和平坦表面上的二维处理，这样就容易在光学条件下同时实施产物生成操作和产物处理操作，而这以常规方式是不能实现的。因此，与常规技术相比，这增强了加工性能和操作性。
附图的简要说明为了更好地理解本发明，可参照附图，其中

图1是表示依照本发明的微流道装置的第一实施例的立体图；图2是表示图1所示微流道装置和与该微流道装置连接在一起的连接装置的组合体的剖视图，图3是表示依照本发明的微流道装置的第二实施例的立体图，图4是表示图3所示微型定量装置和与该微流道装置连接在一起的连接装置的组合体的剖视图，图5是表示依照本发明的微流道装置的第三实施例和与该微流道装置连接在一起的连接装置的组合体的立体图，图6是表示图5所示组合体的剖视图，图7是表示图5所示组合体的部件的立体图；
图8是表示依照本发明的微流道装置的第四实施例的分解立体图；图9是表示依照本发明的微流道装置的第五实施例和与该微流道装置连接在一起的连接装置的组合体的立体图，图10是表示图9所示组合体的剖视图，以及图11是表示图9所示组合体的部件的立体图。
本发明的最佳实施方式[第一实施例]图1和2涉及依照本发明的第一实施例。图1是表示第一实施例的微流道装置的立体图，图2是表示图1所示的微流道装置和与该微流道装置连接在一起的连接装置的组合体的剖视图。
所示微流道装置包括基片1-1和弹性体1-2，它们彼此结合在一起。在基片1-1和弹性体1-2的两个结合面上或者在任一结合面上形成了构成流道的沟槽。如图2所示，在该实施例中，在弹性体1-2的结合面上形成了沟槽1-14，以构成了流道1-3，通孔被形成以使得与流道1-3连通，用以构成流体或气体类物质的入口1-6和出口1-7。
此外，在入口1-6和出口1-7周围与弹性体1-2整体地形成了凸起接头1-4。该情况下，将接头1-4的倾斜侧壁1-12的倾斜角θ1设定为相对弹性体1-2的主表面不小于45度，且小于90度。
如图2所示，用于微流道装置注入或排放的连接装置由刚性部件1-5构成，其中形成了对应于入口1-6和出口1-7的开口1-8和1-9，在微流道装置与连接装置之间的连接区域上形成了凹形接头匹配部件1-10，以便围住开口1-8和1-9。将接头连接部件1-10的尺寸设定得小于凹形接头1-4的尺寸。接头匹配部件1-10的内壁边缘1-11与凹形接头1-4的倾斜侧壁1-12的外围边缘接触，由此将刚性部件1-5、即连接部件与微流道装置连接起来。
在该实施例中，微流道装置和连接装置按照这种方式通过凹形接头匹配部件1-10与凸起接头1-4压接触的方式彼此连接起来，其中所述接头匹配部件1-10具有在作为连接装置的刚性部件1-5中形成的开口1-8和1-9，所述凸状接头1-4具有在微流道装置的弹性体1-2上形成的入口1-6和出口1-7。该情况下，将接头1-4的倾斜侧壁的倾斜角θ1设定为不小于45度、小于90度，这样接头1-4向下扩展。由于接头1-4的倾斜侧壁1-12发生弹性形变，从而与接头匹配部件1-10的内壁边缘1-11接触，于是就能将要注入和排放的物质准确地密封在微流道装置和连接装置之间的连接处。
在此，如果将接头1-4的倾斜侧壁1-12的倾斜角θ1设定在上述优选角度范围之外的其它角度范围内，倾斜侧壁1-12就不能与接头匹配部件1-10的内壁边缘1-11充分接触，由此可能会降低对要注入和排放物质的密封性能。因此，优选将倾斜角θ设定在上述优选角度范围内。
在该实施例中，除了连接装置外不再需要诸如装配连接器之类的附加连接部件，其中形成了入口1-8和出口1-9，作为流道与微流道装置的流道1-3连通，也不再需要附加连接部件的另一装置的附件。此外，也不再需要将微型管子压到入口1-8和出口1-9中。在该实施例中，刚性部件1-5作为连接装置，易于通过压在其间而与微流道装置连接，这样就能利用指定仪器实现微流道装置与连接装置之间的连接操作自动化。结果，可以简化连接操作和连接结构，进而可以改善连接操作的可靠性，降低连接成本。
如图2所示，在该实施例中，接头匹配部件1-10被形成在刚性部件5的入口1-8和出口1-9处作为连接装置，但是可以形成在另一管形刚性部件上。
在该实施例中，在弹性体1-2上形成沟槽1-4以构成流道1-3。然而，在基片1-1上还可形成另一沟槽以构成另一流道。此外，还可在基片1-1和弹性体1-2上形成若干个沟槽，以便彼此配合构成流道。这些情况下可以呈现出与该实施例相同的功能和效果。
弹性体1-2可由能粘住基片1-1的材料制成。该情况下，基片1-1和弹性体1-2不用任何粘结剂就能彼此结合形成流道。于是，连接操作就能简化得多，并且倾斜侧壁1-12能与接头匹配部件1-10的内壁边缘1-11牢牢接触。
可将硅橡胶作为粘性材料的例子，尤其是粘结性能优良的聚二甲基硅氧烷。利用硅橡胶能让微流道装置和连接装置结合得更容易、更牢固。对于硅橡胶而言，优选采用用于模塑构图的硅RVT橡胶KE一1310ST(这是它的商品名，由Shin-Etsu化学股份有限公司制造)。
理想的是以可拆卸方式将弹性体1-2与基片1-1结合在一起。该情况下，在微流道装置使用一段时间后，弹性体1-2可被另一弹性体替换。由此，就能减少由于注入和排放的物质对微流道装置的污染。此外，由于能将弹性体1-2与基片1-1分开洗涤，微流道装置就容易再利用，这样微流道装置的某些部件在使用一段时间后也不会浪费掉。另外，如果制备出具有各种各样沟槽的各种弹性体，就能以较低的成本制造出各种微流道装置。
在该实施例中，除了优选的微流道装置外，还可提供优选的连接装置和连接方法，借此可将诸如流体或气体之类的物质从外部导入微流道装置，它们可用作DNA毛细管阵列(微流道装置)的连接装置和连接方法，作为微流道装置。
图3和4涉及依照本发明的第二实施例。图3是表示第二实施例的微流道装置的立体图，图4是表示图3所示的微流道装置和与该微流道装置连在一起的连接装置的组合体。
在该实施例中，所示微流道装置包括基片2-1和弹性体2-2，它们象在第一实施例中那样彼此结合在一起。在弹性体2-2的结合表面上形成了用于构成流道2-3的沟槽2-14，形成与流道2-3连通的通孔，这些通孔构成了流体或气体之类的物质的入口2-6和出口2-7。此外，在该实施例中，与第一实施例不同的是，还在入口2-6和出口2-7周围与弹性体2-2整体地形成了凹形接头2-4。该情况下，将接头2-4的倾斜侧壁2-12的倾斜角度θ2设为相对弹性体2-2的主表面不大于45度、且小于90度。
连接装置由刚性部件2-5构成，其中形成了与入口2-6和出口2-7相对应的开口2-8和2-9，在微流道装置和连接装置之间的连接区域上形成了凸状接头匹配部件2-10，以便围绕在开口2-8和2-9周围。将接头匹配部件2-10的尺寸设定得小于凹形接头2-4的尺寸。接头匹配部件2-10的内壁边缘2-11与凹形接头2-4的外围边缘接触，以便将刚性部件2-5(即，连接装置)与微流道装置连接在一起。
在该实施例中，微流道装置按照这种方式通过凸状接头匹配部件2-10相对凹形接头2-4的压接触彼此连接起来，这样就能展现出与第一实施例相同的功能/效果。此外，弹性体2-2的上表面是平坦的，于是几乎不会存在微流道装置的输送误差，并且改善了微流道装置的操作性。
在该实施例中，在入口2-8和出口2-9上形成的接头匹配部件2-10还可设置在另一管形刚性部件上。
图5到7涉及依照本发明的第三实施例。图5是表示第三实施例的微流道装置的立体图，图6是表示图5所示微流道装置和与该微流道装置连在一起的连接装置的组合体的剖视图。图7是表示图5所示组合体的部件的立体图。图7(a)和(b)分别是表示连接装置和微流道装置的立体图，图7(c)和(d)分别是表示微流道装置的弹性体和基片的立体图。图7(b)所示的微流道装置由图7(d)所示的基片3-1和图7(c)所示的弹性体3-2构成，它们彼此结合在一起。图5和6所示的组合体由图7(b)所示的微流道装置和图7(a)所示的连接装置构成，它们通过压在其间而结合。
该实施例是对第一实施例的改进，所以仅描述该实施例的主要部分。
所示微流道装置包括布置在下侧的基片3-1和布置在上侧的弹性体3-2。弹性体3-2用作图5、6、7(b)和7(c)所示的基片3-1的盖部件，这样它是由聚二甲基硅氧烷(PDMS)利用模具通过整体浇铸的方式制成的。在弹性体3-2上形成了用于注入悬浮液的悬浮液入口3-6，和在悬浮液经过处理而通过弹性体3-2后用于收集悬浮液的五个出口3-7。此外，在这些入口3-6和3-7周围还与弹性体3-2整体地形成了凸状接头3-4。在该实施例中，与形成了凸状接头3-4的主表面相对的弹性体3-2的后表面是平滑的。
基片3-1可由硅制成。如图6和图7(d)所示，在基片3-1的结合表面上形成了沟槽3-14以构成流道3-3。基片3-1和弹性体3-2通过粘性PDMS将带沟槽3-14的主表面与弹性体3-2的后表面粘结起来而彼此结合在一起，由此构成微流道装置。即，图7(c)和(d)所示的部件竖直粘接，构成图7(b)所示的微流道装置。
图5、6和7(a)所示的连接装置由铝部件之类的刚性部件构成，其中形成了与入口3-6和出口3-7相对应的开口3-8和3-9，在刚性部件3-5的后表面上形成了凹形接头匹配部件3-10。然后，将注入和排放用的管子3-15与接头匹配部件3-10连接起来，使其与开口3-8和3-9连通。在图5、6和7(a)中，切掉了管子3-15的未连接端(最前部)。
如图5和6所示，连接部件可被紧压住微流道装置，使其与后者连接，让接头匹配部件3-10与接头3-4配合，接头匹配部件3-10的内壁边缘3-11压靠在接头3-4的倾斜侧壁3-12的外围边缘上。即，图7中，图7(a)和(b)所示的部件竖直结合，以此构成图5和6所示的组合体。
依照该实施例，能够展示出与第一和第二实施例相同的功能/效果。在该实施例中，刚性部件3-5上形成的(6个)接头匹配部件3-10和(6个)接头3-4连成一块，由此容易实现连接操作的自动化。此外，由于弹性体3-2由粘性和弹性优良的PDMS制成，于是通过利用PDMS的粘性和弹性就能精确地密封接头匹配部件3-10的边缘3-11与接头3-4之间的连接。
可对该实施例作出改进和修改。例如，接头3-4的数量并不限于该实施例所示的六个，而是可以是组合体中所需的任何数目。此外，与各接头3-4相对应的接头匹配部件3-10可由多个刚性部件构成。
此外，基片3-1可由硅以外的玻璃或熔融石英制成，弹性体3-2可由PDMS之外的任何其它弹性材料制成，例如乳胶。
此外，可以各种图形形成流道，除了在基片3-1上形成沟槽外，还可在弹性体3-2上形成沟槽，既在基片3-1上又在弹性体3-2上形成沟槽。
此外，如果采用了能通过例如酶反应、抗体抗原反应和核酸杂交反应或发光反应之类的生物反应与例如血成分和核酸这样的物质起化学反应的试剂，该组合体可用作反应器。可将试剂布置在弹性体和基片中的任何一个上。该情况下，反应后可以更换弹性体和基片中的任意一个。于是，通过更换能重新使用微流道装置，微流道装置的部件也就不会浪费。该改进适用于第一和第二实施例。
图8是表示涉及依照本发明的微流道装置的第四实施例的重要部分的分解立体图。在该实施例中，局部地凿出弹性体4-2的沟槽4-14，用两个基片4-1将弹性体4-2夹起来，构成流道4-3。基片4-1优选由光学透明材料制成。该情况下，能容易实现外部观察或光学测量。图8中，用参考数字4-4表示接头，分别用参考数字4-6和4-7表示入口和出口。
图9到11涉及依照本发明的第五实施例。图9是表示第五实施例的微流道装置和与该微流道装置连接的连接装置的组合体的立体图，图10是表示图9所示组合体的剖视图。然后，图11是表示图9所示组合同的部件的立体图。图11(a)和(b)分别是表示连接装置和微流道装置的立体图，图11(c)和(d)分别是表示从上侧和下侧观察时的弹性体的立体图。图11(b)的微流道装置由图11(c)和(d)所示的基片5-1和弹性体5-2构成，它们彼此结合在一起。图9和10所示的组合同由图11(b)所示的微流道装置和图11(a)所示的连接装置构成，它们通过压挤方式结合。
该实施例是对第二实施例的改进，因此由于该实施例的基本结构于第二实施例的结构类似，所以仅描述该实施例的主要部分。
所示微流道装置包括下侧布置的基片5-1和上侧布置的弹性体5-2。如图9、10、11(b)到11(d)所示，弹性体5-2用作基片5-1的盖部件，这样它由聚二甲基硅氧烷(PDMS)采用模具通过整体浇铸的方式制成。在弹性体5-2上形成了用于注入悬浮液的悬浮液入口5-16和在悬浮液经过处理而通过弹性体5-2后收集该悬浮液的三个出口5-6和5-7。此外，在要连接的主表面上，于入口5-16和出口5-6；5-7周围与弹性体5-2一体地形成了凹形接头5-4。然后在弹性体5-2的后表面上形成沟槽5-14，它构成了图11(d)所示的流道5-3。然后在沟槽5-14上形成支柱5-17。
如图10所示，基片5-1由平板玻璃制成。基片5-1和弹性体5-2利用粘性PDMS彼此结合，构成微流道装置。
图9、10和11(a)所示的连接装置由诸如铝部件之类的刚性部件构成，其中形成了与入口5-16和出口5-6；5-7连通的开口5-8和5-9，在刚性部件5-5的后表面上形成了构成接头匹配部件5-10用的管道5-18，在刚性部件5-5的主表面上形成了注入和排放用的管道5-15。在图9、10和11(a)中，切掉了管道5-15的未连接端(最前端)。
如图9和10所示，连接部件可被紧压住微流道装置，并与其连接起来，使接头匹配部件5-10与接头5-4匹配，接头匹配部件5-10的内壁边缘5-11紧压在接头5-4的倾斜侧壁5-12的外围边缘上。即，在图11中，图11(a)和(b)所示的部件竖直地结合，构成图9和10所示的组合体。在此，图10是微流道装置与连接装置之间的组合体的横截面图，其中横向布置了三个出口5-6和5-7。
在该实施例中，可将微流道装置用作DNA芯片，在其中固定着DNA探针。该情况下，将DNA探针固定在基片的流道中。由于基片是平坦的，就可通过常规固定方式进行DNA探针的固定，例如点样法、利用喷墨法的点固化法或者利用光学反应的光学固化法。
在基片上形成了DNA探针之后，利用弹性体的粘性将弹性体与基片结合起来，构成微流道装置。如果弹性体由硅树脂制成，基片与弹性体之间连接的密封足以不漏流体，由于弹性体压住基片与弹性体之间的接头上，弹性体容易形变。因此，优选的是采用硅树脂弹性体。
结果，如果在微流道上形成了能让不同种类的流体在里面流动的多个流道，在流动操作过程中流体不会发生混合，流道不会破裂，这样就能将微流道装置用于化学反应、提取或流道洗涤之类的液体处理。由于基片在液体处理之后可以拆下来，因此可通过市场可购买的测量装置测量里面固定了DNA探针的基片。
具体而言，可将要测量的含核酸的液体样品注入图1-4所示的流道1-3或2-3中，通过流道内的核酸杂交反应生成产物。该情况下，要同时或先后注入含能与靶核酸反应的核酸探针的液体试剂。该情况下，要适当控制注入压力和排放压力，以便将液体样品泵送入流道中，在靶核酸与核酸之间发生化学反应。按照这种方式就能在流道内三维地进行核酸杂交反应。
在反应了一段时间之后，将弹性体1-2或2-2从基片1-1或2-1上取下，研究留在基片或弹性体上的液体样品。例如，可利用荧光测量装置进行研究。该情况下要测量液体样品发出的荧光强度。在荧光测量过程中，由于能直接测量液体样品的荧光，因此与测量流道内的液体样品的荧光不同的是，这样可以增强测量灵敏度。具体而言，在采用图1-4所示的微流道装置的情况下，由于基片是平坦的，就可在基片的流道内以高密度固定不同种类的核酸探针。这样，如果以三维方式进行核酸杂交反应，并以二维方式进行测量，那么就能高效而有效地实现反应量的提高和各种测量。
采用液体试剂的化学反应和测量适用于上面提到的所有实施例。该情况下，理想的是在微流道装置上形成用于保持测量时所用的液体试剂的沟槽或微孔。采用固定试剂的化学反应和测量适用于上面提到的所有实施例。该情况下，由于微流道装置可分成基片和弹性体，理想的是将固定试剂设置在基片或弹性体的平坦表面上。可通过点固化法或光学固化法实现固定试剂的设置。此外，优选多次将固定试剂设置在微流道装置的流道内。可通过增加或减少点样数量或光学照射数量来控制固化长度。
如果将作为DNA试剂的核酸探针固定到平面基片上，而不在弹性体内形成流道，就可二维地进行使用核酸探针的化学反应。该情况下，用于化学反应的核酸探针数量与三维化学反应相比是很小的，并且化学反应的搅拌作用也不足。结果，所得液体样品的测量灵敏度也变差。实际上，在载玻片(宽约25mm，长约76mm)的核酸杂交反应中，由于PDMS制成的、里面形成了的沟槽的弹性体(宽约25mm，长约76mm)与载玻片结合，测量强度很大。相反，在盖玻片上的核酸杂交反应中，由于要在给定反应温度下于上面有液体样品的盖玻片上安装另一盖玻片，所以测量灵敏度很小。在前一反应中，于载玻片的中央区域(在宽20mm、长20mm的范围内)形成了六条流道。以与载玻片的流道相匹配的方式进行固定和弹性体沟槽的形成。通过这种方式，尽管在微流道装置上形成了多个流道(例如六个流道)，但在每个流道上都能进行液体处理，而不会发生相邻流道的混合。
除了化学反应以外，给定流体(液体或气体)的分离和收集也可适用于上面提到的所有实施例。该情况下，基片和弹性体彼此结合，构成微流道装置，利用该微流道装置实施三维分离。三维分离是指亲和色谱、电泳迁移等。然后，分离后从基片和/或弹性体上分开弹性体，以便能容易地收集所得产物。可在给定化学反应中进行分离和收集。
分开弹性体后，通过点固化或类似方式将指定试剂加到流体中，以便在收集之前或代替收集进行流体与试剂之间的选择性反应。然后，在分开弹性体之后，清洗基片和/或弹性体。该情况下能够减少废物污染，并能重复地再利用基片和/或弹性体。
在依照本发明的上述实施例的使用过程中，通过这种方式可以实施复合液体处理，该处理是采用了基片和弹性体的组合体的三维液体处理和分开弹性体后对三维液体处理所形成的产物的二维液体处理的组合。该情况下，最多能利用上面提到的所有实施例。
下面将描述依照本发明的第五实施例的功能和效果。接头的使用能给出与前面所提实施例相同的作用/效果。即，由于在同一刚性部件5-5上形成了(四个)接头匹配部件5-10，这些接头匹配部件5-10与接头5-4连成一块。由此就简化了连接操作，从而容易实现自动化。具体而言，如果弹性体5-2由高粘性和弹性的PDMS构成，由于PDMS的粘性和弹性，就能容易地制造出微流道装置，并能精确密封接头5-4与接头匹配部件5-1之间的连接。
可对第五实施例作出改进和修改。例如，接头5-4的数目并不限于该实施例所示的四个，而是可以是组合体所需的任何数目。此外，入口5-8和出口5-6；5-7的总数也不限于该实施例所示的四个，而是可以是组合体所需的任意数量。此外，可在多个刚性部件上形成与各接头5-4相对应的接头匹配部件5-10。另外，基片5-1还可由玻璃以外的硅或熔融石英制成，弹性体5-2可由PDMS以外的乳胶之类的其它弹性材料制成。
微流道装置与连接装置之间的连接不再取决于微流道装置的流道结构。因此图11(d)中所示的沟槽5-14的结构是示例性的，而非限制性的。沟槽5-14可设置在基片5-1上，或者既设置在基片5-1上又设置在弹性体5-2上。
尽管参照以上例子详细描述了本发明，但本发明并不限于上述公开内容，可在不脱离本发明范围的情况下做出各种变化和改进。例如，可在弹性体的侧面而非在它的主表面上形成凸状或凹形的接头。
(工业可用性)依照本发明，能容易地实现注入和排放物质(如流体或气体)的连接，以及使之自动化。此外，还改进了连接的可靠性。基于此，能以较低的成本和较高的生产率提供微流道装置和在上述连接的情况下连接的连接装置。此外，微流道装置和/或连接装置可以被容易地更换。
在微流道装置和连接装置的使用中，可以充分地实施液体处理以产生反应产物，能对反应产物实施选择性的液体处理。因此可以改善处理性能和操作性。
权利要求
1.一种微流道装置，包括基片和与所述基片结合的弹性体，其中在所述基片和所述弹性体的结合表面的两个结合表面或任意一个结合表面上形成沟槽，以构成流道，在所述弹性体上形成一通孔，它用作物质的入口和/或出口，并与所述流道连通。
2.根据权利要求1所述的微流道装置，其中在所述弹性体上以整体方式形成一凸状接头，以使其从所述通孔向外展开，所述接头的倾斜侧壁的倾斜角设定为不小于45度和小于90度。
3.一种连接装置，用于将物质注入权利要求2所述的微流道装置或将物质排出微流道装置，它包括具有开口的刚性部件和接头匹配部件，它们被设置以便围绕在所述刚性部件的所述开口周围，其中所述微流道装置的接头紧压住所述接头匹配部件，使得所述接头匹配部件的内壁边缘与所述接头的倾斜侧面的外围边缘接触。
4.根据权利要求1所述的微流道装置，其中在所述弹性体上以整体方式形成一凹形接头，以使其由所述通孔向外展开，所述接头的倾斜侧壁的倾斜角设定为不小于45度、小于90度。
5.一种向权利要求4所述的微流道装置注入物质或从微流道装置向外排放的连接装置，它包括具有开口的刚性部件和接头匹配部件，它们被设置以便围绕在所述刚性部件的所述开口周围，其中所述微流道装置的接头紧压住所述接头匹配部件，使得所述接头匹配部件的内壁边缘与所述接头的倾斜侧面的外围边缘接触。
6.根据权利要求1所述的微流道装置，其中，与所述基片结合的所述弹性体的至少主表面由对所述基片的粘性材料制成。
7.根据权利要求6所述的微流道装置，其中所述弹性体主要包括硅橡胶。
8.根据权利要求7所述的微流道装置，其中所述硅橡胶主要包括聚二甲基硅氧烷。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的微流道装置，其中所述弹性体以可拆卸方式与所述基片结合。
10.一种使用权利要求1所述微流道装置的方法，包括以下步骤将基片与弹性体结合起来，构成流道，将要以化学方式反应的物质注入所述流道中，以通过指定的液体处理生成产物；以及在分开所述弹性体后，在不存在所述基片或所述弹性体的情况下，直接处理在所述弹性体和/或所述基片上保持的所述产物。
11.根据权利要求10所述的使用方法，其中所述液体处理是化学反应，使得所述物质包括反应样品，在分开所述弹性体后将所述产物作为反应产物进行测量。
12.根据权利要求10或11所述的使用方法，其中要与所述产物反应的反应物质被固定在所述流道中。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的使用方法，其中所述物质包括至少一种反应物质。
14.根据权利要求10所述的使用方法，其中所述液体处理是分离，使得所述物质包括要分离的物质，在分开所述弹性体后，将所述产物作为分离产物进行收集。
15.根据权利要求10-14中任一项所述的使用方法，其中使所述基片和所述弹性体的任一个结合表面平坦地形成，所述产物在所述基片或所述弹性体的所述平坦结合表面上接受处理。
全文摘要
一种微流道装置，其中通过结合基片和弹性体，并在其结合表面上形成沟槽，以形成流道，在弹性体中形成用作注入口和排放注入材料的排放口的通孔，在通孔的开口上形成凸出或凹入形的整体接头，其具有斜角为45度至小于90度的倾斜侧壁。然将用于引导注入材料进出微流道装置的连接装置压接在接头上，从而可以容易地实现了用于注入和排放流体和气体之类的物质的连接，并使之自动化，还能容易地实现装置更换。
文档编号B01L3/00GK1568427SQ0281997
公开日2005年1月19日 申请日期2002年7月1日 优先权日2001年8月9日
发明者崎纯, 蓧原悦夫 申请人:奥林巴斯株式会社