可编程微流体数字阵列的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请号为200980154761. X的中国专利申请的分案申请，原申请是2009 年12月07日提交的PCT国际申请PCT/US2009/067037于2011年7月15日进入中国国家 阶段的申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及可编程微流体数字阵列。
【背景技术】
[0003] 微流体装置能在不久之前仍无法想象的尺度上用于分析、制备、测量以及其他操 作功能。微流体装置的优点包括节约珍贵的试剂和样品、样品分析或合成的高密度和高通 量、肉眼几乎不可见的水平上的流体精确度和准确度以及替换在宏观流体尺度上操作的对 应设备所带来的空间减少。与微流体装置尺寸减小和密度增大相关的是更高的复杂度和更 大的工程和制造成本以及更精细的装置构造。
[0004] 尽管在微流体设计和应用方面有这些进展，但是降低微流体芯片的复杂度以及简 化它们的操作还是有用的。此外，需要增强的控制流体流动以及微流体装置中发生的相关 反应过程的能力。因此，本领域需要与微流体装置相关的改进的方法和系统。
【发明内容】
[0005] 本发明涉及微流体装置。更具体地，本发明涉及可编程微流体数字阵列及其操作 方法。仅作为举例，所述方法和设备已应用于在微流体芯片中提供异步逻辑功能的系统中。 此外，本发明的一些实施方案将单向阀整合入数字阵列以提供闭锁控制线。然而，应认识到 本发明具有广得多的适用范围。
[0006] 根据本发明的一个实施方案，提供了微流体装置。所述微流体装置包含压力源和 与压力源流体连通的控制线。所述微流体装置还包含多个通过所述控制线操作的阀，还包 含独立阀，所述独立阀位于所述控制线附近并在所述压力源和所述多个阀之间。
[0007] 根据本发明的另一个实施方案，提供了操作具有阀和控制线的微流体装置的方 法，所述控制线具有与其相连的阀组。所述方法包括关闭所述阀并对所述控制线施加压力。 所述关闭的阀导致与所述控制线相连的阀组不可操作。
[0008] 根据本发明的又一个实施方案，提供了微流体装置。所述微流体装置包含第一阀、 第二阀和与所述第一阀和第二阀流体连通的控制线。所述微流体装置还包含与所述控制线 流体连通的压力蓄积器（pressure accumulator)以及位于所述压力蓄积器和所述第二阀 之间的所述控制线附近的单向阀。
[0009] 根据本发明的一个替代性实施方案，提供了微流体装置。所述微流体装置包含多 个以阵列布局布置的反应室。所述多个反应室的每一个具有与多个反应室中之一流体连通 的第一阀和与所述多个反应室中的所述之一流体连通的第二阀。所述微流体装置还包含可 操作以开动所述第一阀和所述第二阀的第一控制线以及与所述多个反应室流体连通的输 入线组。所述微流体装置还包含与所述输入线组流体连通的多个样品入口以及布置于所述 第一控制线中的单向阀。
[0010] 根据本发明的另一个替代性实施方案，提供了微流体装置。所述微流体装置包含 多个反应室和多个第一输入口。所述多个第一输入口的每个通过第一多个输入线之一与所 述多个反应室的一个或多个流体连通。所述微流体装置还包含多个第二输入口。所述多个 第二输入口的每个通过第二多个输入线之一与所述多个反应室的一个或多个流体连通。所 述微流体装置还包含与第一控制线流体连通的第一压力蓄积器。所述第一控制线设置为关 闭所述第一多个输入线。此外，所述微流体装置包含与第二控制线流体连通的第二压力蓄 积器。所述第二控制线设置为关闭所述第二多个输入线。另外，所述微流体装置包含布置在 所述第一压力蓄积器和所述第一多个输入线之间的所述第一控制线中的第一单向阀，和布 置在所述第二压力蓄积器和所述第二多个输入线之间的所述第二控制线中的第二单向阀。 [0011] 根据又一个替代性实施方案，提供了操作具有多个阀以及单向阀的微流体装置的 方法。所述方法包括向所述微流体装置的控制线施加第一流体压力，以及应答于所述第一 压力的施加而关闭所述多个阀。所述方法还包括应答于所述第一压力的施加而关闭所述单 向阀，以及向所述微流体装置的第二控制线施加第二流体压力。
[0012] 根据本发明的一个具体实施方案，提供了操作具有多个输入口的微流体装置的方 法。所述方法包括向所述多个输入口之一提供输入流体，以及开动阀组以关闭与所述多个 输入口的亚组连接的第一部分输入线。所述亚组不包含所述多个输入口的所述之一。所述 方法还包括使所述输入流体流过与所述多个输入口的所述之一连接的输入线，使所述输入 流体流经所述输入线到达所述输入线的第二部分并关闭第二阀组以分隔多个反应室。
[0013] 根据本发明的另一个具体实施方案，提供了操作可编程微流体装置的方法，所述 装置具有与第一输入线组和第二输入线组流体连通的反应位点阵列。所述方法包括开动可 操作用以阻塞所述第一输入线组的第一阀组，以及开动可操作用以阻塞第二输入线组之亚 组的第一部分的第二阀组。所述方法还包括通过所述第二输入线组的第二部分将样品装载 入所述反应位点以及开动可操作用以分隔所述反应位点的第三阀组。
[0014] 根据本发明的又一个具体实施方案，提供了微流体装置。所述微流体装置包含预 定数量的输入口和多个输入流体线，所述输入口的每个可操作以接收多个输入流体之一， 所述多个输入流体线的每个与所述预定数量的输入口之一流体连通。所述微流体装置还包 含阀组，所述阀组的每个可操作以关闭所述多个输入流体线之一。所述阀组的数量少于所 述预定数量。所述微流体装置还包含与所述输入流体线的每个流体连通的歧管和第二阀 组，所述第二阀组的每个可操作以关闭所述歧管的一部分。
[0015] 根据本发明的一个实施方案，提供了操作可编程微流体装置的方法，所述装置具 有反应位点阵列，其与第一输入线组、第二输入线组和与所述第二输入线组连接的歧管流 体连通。所述方法包括开动可操作用以关闭所述第一输入线组的第一阀组，开动可操作用 以关闭第二输入线组之亚组的第一部分的第二阀组，以及开动可被操作用以使所述歧管停 用（deactivate)的第三阀组。所述方法还包括撤销开动（deactuate)所述第二阀组，将多 个样品通过所述第二输入线组的第二部分装载入所述反应位点，以及开动可被操作用以分 隔所述反应位点的第四阀组。
[0016] 根据本发明的另一个实施方案，提供了操作可编程微流体装置的方法，所述装置 具有与第一输入线组和第二输入线组流体连通的反应位点阵列。所述方法包括开动可被操 作用以阻塞所述第一输入线组的第一阀组，以及开动可被操作用以分隔所述反应位点的第 二阀组。所述方法还包括撤销开动所述第二阀组，将多个样品通过第二输入线组装载入所 述反应位点以及开动所述第二阀组。
[0017] 根据本发明的又一个实施方案，提供了微流体装置。所述微流体装置包含多个反 应位点和第一输入线组，所述第一输入线组提供预定数量的第一输入口和所述多个反应位 点之间的流体连通。所述第一组的数量是所述预定数量。所述微流体装置还包含第二输入 线组，其提供预定数量的第二输入口与所述多个反应室之间的流体连通。所述第二输入线 组的每个包含主干部分和分支部分，并且所述第二组的数量少于所述预定数量。所述微流 体装置还包含可编程的输入装置，其可操作用以使用所述第一输入线组或所述第二输入线 组装填所述反应室。
[0018] 根据本发明的一个具体实施方案，提供了设置具有多个控制线的微流体装置的方 法。所述方法包括开动第一控制线以及将阀置于第一状态。所述方法还包括之后开动可被 操作用以将阀组置于第二状态的第二控制线。处于所述第一状态的阀阻止所述阀组被置于 第二状态。
[0019] 根据本发明的另一个具体实施方案，提供了设置具有多个控制线的微流体装置的 方法。所述方法包括通过开动第一控制线和然后开动第二控制线来建立所述微流体装置的 第一状态，以及通过开动所述第二控制线和随后开动所述第一控制线建立所述微流体装置 的第二状态。
[0020] 根据本发明的又一个具体实施方案，提供了一种微流体装置。所述微流体装置包 含第一阀和第二阀。所述微流体装置还包含与所述第一阀和所述第二阀流体连通的控制 线，以及与所述控制线流体连通的压力源。所述微流体装置还包含布置于所述控制线中所 述压力源与所述第二阀之间的单向阀。
[0021] 根据本发明的另一个替代性实施方案，提供了微流体系统。所述微流体系统包含 载体。所述载体包含多个第一输入口和多个第一输入线。所述多个第一输入线的每个与所 述多个第一输入口之一流体连通。所述载体还包含多个第二输入口和多个第二输入线。所 述多个第二输入线的每个与所述多个第二输入口之一流体连通。所述载体还包含第一压力 源和第二压力源。所述微流体系统还包含装在所述载体之上的微流体装置。所述微流体装 置包含多个第三输入线和多个第四输入线。所述多个第三输入线的每个与所述多个第一输 入线之一流体连通，所述第四输入线的每个与所述多个第二输入线之一流体连通。所述微 流体装置还包含与所述第一压力源流体连通的第一控制线，可被操作用以阻塞所述第一控 制线至少一部分的单向阀，和与所述第二压力源流体连通的第二控制线。
[0022] 本发明具有超越常规技术的许多优点。例如，本发明技术允许在制造后定制微流 体装置，使用户能够提供多个可编程面板的设置。本发明的这些和其他实施方案以及其许 多优点和特征联系下文和附图进行了更详细的描述。
【附图说明】
[0023] 图1是根据本发明一个实施方案的微流体装置的简化示意图。
[0024] 图2A是根据本发明一个实施方案的单向阀的简化示意图。
[0025] 图2B是显示图2A所示单向阀的简化顶视图。
[0026] 图3是一种操作根据本发明一个实施方案的微流体装置之方法的简化流程图。
[0027] 图4是一种操作根据本发明另一个实施方案的微流体装置之方法的简化流程图。
[0028] 图5是一种操作根据本发明又一个实施方案的微流体装置之方法的简化流程图。
[0029] 图6A是根据本发明一个实施方案的阵列中反应室的简图。
[0030] 图6B是根据本发明一个实施方案的阵列中控制线、流体输入线和反应室的简化 透视图。
[0031] 图7显示一种对根据本发明一个实施方案的可编程微流体装置编程的简化方法。
[0032] 图8显示一种对根据本发明另一个实施方案的可编程微流体装置编程的简化方 法。
[0033] 图9显示一种对根据本发明又一个实施方案