的可编程微流体装置编程的简化方 法。
[0034] 图10是根据本发明一个实施方案的可编程微流体装置的简化示意图。
[0035] 图11是根据本发明一个实施方案的微流体系统的简化示意图。
【具体实施方式】
[0036] 图1为根据本发明一个实施方案的微流体装置的简化示意图。在一个具体的实施 方案中，图1所示的微流体装置包含可编程高密度数字阵列。所述微流体装置100包含第一 压力源102和第二压力源104。在图1中，第一压力源102被称为容纳蓄积器（containment accumulator)，如下文更详细所述，所述压力源102与控制线流体连通，所述控制线可操作 用以关闭与阵列106中反应室（未显示）相关联的阀。由于使用压力源102进行的开动使 这些反应室阀关闭并使样品和/或试剂容纳于所述反应室中，因此在一些实施方案中压力 源102称为容纳蓄积器。
[0037] 在操作中，将液体放置在压力蓄积器（pressure accumulator)或压力源中，所述 压力蓄积器或压力源随后与外部正压供应（如含有压缩空气的容器）相连。在压力下，所 述压缩空气或其他流体将所述压力蓄积器中的液体推入控制线，从而开动阀。因此，所述压 力源在制造时通常不包含加压流体，而是提供在操作微流体装置期间加压流体可在其中蓄 积和储存以在激活后对控制线施加压力的容器。如在本申请全文中更完整描述的，所述压 力蓄积器可操作以在激活后维持控制线中的压力。在共同未决和共同转让美国临时专利申 请No. 61/044, 417中提供了适合实施本发明实施方案的数字阵列的额外描述，其全部公开 内容对所有目的通过整体引用并入本文。
[0038] 图6A是根据本发明一个实施方案的阵列中反应室的简图。作为一个实例，本发明 的一些实施方案采用具有反应室的单元格，其横向尺寸为100 μ mX60 μ m，高度为125 μ m。 在该示例性实施方案中，所述室的体积约为〇. 75η1。这样小的室体积能使用更小的样品体 积并减少了操作成本。直径50 μ m的通孔（via)连接反应室和测定/样品输入线。以110 μ m 的第一侧向室间距和200 μπι的第二侧向室间距放置反应室。在与含有测定/样品输入线 的层不同的层中提供50 μ m X 50 μ m的阀，所述阀可操作用以阻止流经所述输入线。该单元 格的特定几何外形不旨在限制本发明的实施方案，而只是提供具体实施方案的实例。在另 一个实施方案中，采用适合于具体应用的其他装置几何外形。
[0039] 根据本发明的一些实施方案，采用宽度范围为约5 ym至约400 μπκ深度范围为 约5 ym至约75 ym的输入线提供流经所述微流体装置的流体。宽度范围为约5 ym至约 400 μπκ深度范围为约5 μπι至约75 μπι的控制线用于通过阀关闭（valve off)经过输入线 的流体流动。在一些实施方案中采用宽度范围为约IOym至约500 μπκ长度为约IOym至 约500 μπκ高度范围约为5 μπι至约500 μπι的反应室。这些装置的几何外形通过示例的方 式提供，并且不旨在限制本文所述的实施方案。
[0040] 如图6Α所示，提供了多个输入线620,使流体能在水平方向流经所述输入线。显示 了三条输入线，但本发明的一些实施方案采用多于三条的输入线，例如，11条输入线。采用 多条输入线则单个样品可分布在多个输入线中，这提供了给定样品的多个拷贝。如对图6Β 进行的更完整的描述中所述的，所述输入线或输入通道至少部分包含在微流体装置的第一 层中。参见图1，所述输入线与阵列106左侧的测定输入线132流体连通，并与阵列106右 侧的样品输入线142流体连通。因此，来源于测定输入130或样品输入140的流体均可提 供给输入线并进而提供给反应室。
[0041] 在垂直方向上提供多个控制线610,使得能够控制经过输入线的流体流动。显示 了两条输入线，但本发明的一些实施方案采用多于两条的控制线，例如，70条控制线。在另 一个实施方案中，有71条控制线。所述多条控制线沿着输入线的长度形成分离的反应室， 提供包含相同样品的多个反应室。如对图6Β更完整的描述中所述的，所述控制线或控制通 道至少部分包含在微流体装置的第二层中。参见图1，所述控制线与闭锁控制线110的114 部分流体连通，所述闭锁控制线与容纳蓄积器102流体连通。在所述控制线与所述输入线 的交点形成阀615,其应答于控制线中的流体压力而被开动，并可操作以阻止流体流经所述 输入线。通常，所述多层微流体装置包含多个弹性体层并且阀615包含可偏转膜。在图6Α 和6Β显示的实施方案中，所述阀的可偏转膜偏转至位于与控制通道的交点之上的流体通 道中。因此，所显示的实施方案采用"上推"阀，其中可偏转膜向上偏转至流体通道中以在 阀所在位置关闭流体通道。对于在图6Α和6Β中显示的阀，释放控制通道中存在的流体压 力导致可偏转膜返回未偏转位置从而打开关闭的阀。
[0042] 流经输入线620的流体沿与图6Α平面垂直的方向经过通孔625并向上流入反应 室630,如在对图6Β的更完整描述中所述的那样反应室630至少部分包含在微流体装置的 第三层中。因此，所述通孔至少部分包含在微流体装置的至少所述第二或第三层中。通常， 采用激光融蚀处理去除第二或第三层的一部分来形成所述通孔。由于所述微流体装置是空 气可透过的，可采用封闭充填技术（blind fill technique)充填反应室并进行多种化学、 生物或其他实验。本领域技术人员了解，在反应室中存在流体后，控制线的开动将导致阀关 闭并将流体在反应室中保留预定的时间段。
[0043] 图6B是本发明一个实施方案的阵列中的控制线、流体输入线和反应室的简化透 视图。阵列（例如，图1所示的阵列106)是多层微流体装置的一部分。每层通常包含具有 一个或更多个凹槽、通道、室等的弹性体结构。如本文所示，第一层601包含布置成平行通 道阵列的多个控制通道610和另外的控制通道611。所述控制通道610和另外的控制通道 611与一个或更多个压力源或压力蓄积器流体连通。因此在一个实施方案中，控制通道610 与压力蓄积器102流体连通，控制通道611在与压力蓄积器104流体连通。尽管在图6B中 显示了单个控制通道611，但本领域普通技术人员应理解所显示的单个通道代表了与601 层相关联的一个或更多个控制通道。
[0044] 此外，所述控制通道不限制于与层601相关的位置。所述控制通道可适应于具体 应用而置于其他层。例如，在一个多重控制（control-on-control)的实施中，为了使第一 控制线（例如控制通道611)对第二控制线（例如控制通道610)产生控制，将所述第二控制 线根据控制通道的长度放置在第一层601和第二层602两者中。采用与通孔625相似的通 孔将第二控制线从第一层601转换到第二层602。通过在第一控制线上方穿过第二控制线， 在两条控制线的交点形成阀。一旦开动所述第一控制线，则所述第一控制线和所述第二控 制线之间阀位置的柔性膜向上推动以在阀位置阻塞位于602层中的第二控制线。因此，如 在下文中更完整描述的，可在不同控制线之间或控制线和流体输入线之间形成"上推"阀。 参见图1，与阀128相连的控制线通过通孔从结构的下层过渡到上层，而后穿过控制线122 使控制线122从而能够开动分隔阀124。而后，与阀128相关联的控制线经另一个通孔穿回 到第一层中从而通过并开动流体输入线132的阀。一旦控制线122被开动，分隔阀124阻 塞经过与阀128相连的控制线的流动，阻止阀128通常应答于控制线110开动的关闭。
[0045] 第二层602包含也以平行通道阵列布置的多个流体输入通道620。在图6A和6B 所显示的实施方案中，控制通道610和输入通道620彼此垂直地排列。通过向控制通道610 中存在的液体（通常为基本不可压缩的流体）施加压力来实现微流体装置中存在的阀的开 动。通常，将液体放置在蓄积器（accumulator)或压力源中并且向蓄积器提供加压的流体 (例如空气、氮气等）。蓄积器中压力的增加使液体在压力下进入控制线。应答于所施加的 压力，形成601层顶部的可偏转膜向上偏转进入流体输入通道620。因此，在控制通道和流 体输入通道交点产生"上推"阀。一些其他实施方案可通过重新定位多种控制和流体层采 用"下推"、"下拉"或"上拉"阀。
[0046] 在提供多重控制的本发明的一些实施方案中，可提供一个或更多个另外的控制层 (例如下层601)，或者通过将控制线排布入602层。所述一个或更多个另外的控制层可包 含另外的控制线（未显示），其一旦开动将通过阀关闭层601中存在的控制线。因此，通过 对一个或更多个另外的控制线中存在的控制流体（例如液体）施加流体压力，柔性膜偏转 至控制线610,阻止流体流经控制线。因此，本发明的一些实施方案提供了控制层，也称为多 重控制。本领域普通技术人员会了解许多变化、改进和替换。
[0047] 所述第二层还包含多个通孔625,产生提供从所述输入通道到第三层603之流体 流动的流体通道。第三层603包含多个反应室630,其通过通孔与所述流体输入通道流体连 通。在所示的实施方案中，反应室630形成为与层603的底部相连，换言之，所述反应室从 底部是开放的。因此，通孔被完全包含在602层中。在另一些实施方案中，所述通孔可被包 含在602和603层两者中以适应于具体的应用。
[0048] 在一些实施方案中，微流体装置可包含根据旋转或浇注制造方案制备的一个或更 多个层。例如，旋转方案可涉及在有图案的盘或模具上放置聚合材料，并旋转所述盘以在盘 上产生聚合物层。示例性聚合物包括聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酯、氟代聚合 物、聚四氟乙稀、聚碳酸醋、多晶娃和聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS)。饶 注方案可涉及如将PDMS材料浇注在有图案的模板或模具上，这可产生可从模具上完整地 剥下或拉下的PMDS层。通常，通过浇注制造技术制备的层比用旋转制造技术制备的层厚。 弹性块可包含任何所需组合的一个或更多个浇注或旋转层。
[0049] 在一些实施方案中，可根据旋转方案制造第一层603。例如，可将PDMS放置在具有 对应于多种所需的控制通道610的凸起部分的模具上。可旋转所述模具以在整个模具上产 生PDMS薄层。在固化后，可从模具上剥掉第一层601并贴附在适合的刚性基质（如玻璃、 硅）或塑料（聚苯乙烯）上。或者，第一层601可保持为贴附在模具上。第一层601可包 含开口、凹槽或至少部分形成或限定控制通道610的其他空隙。
[0050] 为