微流体盒装置和使用方法以及组件的制作方法
【专利说明】微流体盒装置和使用方法以及组件
[0001] 相关文件的交叉引用
[0002] 本申请要求与2013年9月30日提交的美国临时专利申请第61/884,432号的优先 权，其全部内容通过参见的方式纳入本文。
[0003] 本申请涉及于2013年9月12日提交的PCT申请US2013/059517以及于2014年8月27 日提交的美国非临时申请第14/470,860号，它们的全部内容都通过参见的方式纳入本文。
【背景技术】
[0004] 微流体装置需要液体试剂源进行工作。典型地，对于乳状液基的系统，这些试剂储 存在瓶中或管中，然后，由用户利用管道或连接器将所述瓶或管连接到该装置。此需要对管 道和连接器进行复杂的操作，从而会由于泄漏或操作者失误造成可能的浪费。试剂泄漏和 操作污染是系统操作中的相当大的变异源。
[0005] 正由于它们的特性，微流体装置对几何上限制为小量度的流体的行为、精确控制 和操作进行处理。为了驱动流体穿过各装置中的微量度特征部，必须提供动力以移动工作 流体。各装置可以具有微栗或小量度外压源的特征，某些装置甚至利用毛细作用力或动电 (electrokinetic)机构。产生流体运动的一种方法是使用伺服驱动注射栗。这些栗具有高 流体容量，并且通常需要复杂的流体预备工作。该过程可能导致较长的校正时间和不稳定 的流体瞬变现象。
[0006] 如果使用微量度通道，则能够生产对体积数量级为皮升、速度超过每秒100000次 的微滴的制造、处理、操作、会聚和检测具有优异控制能力的装置。待用于微流体装置的流 体源通常定位成独立于该装置，诸如位于注射器中，在此处，流体随后通过管道被引入该微 流体装置或者通过另一源引入另一装置。如果微流体装置具有多个流体输入和输出，所述 流体输入和输出连接到具有多个用于管道输送的端口的任意注射器，则该装置的复杂度与 制造、组装和运作的成本一起增加。
【发明内容】
[0007] 在一个方面，提供一种用于微流体系统的盒，其中，试剂储存并包含在该盒中，位 于密封储器中，以直到操作需要才流到微流体装置中。此允许长期储存包含有试剂的盒，同 时保护试剂和微流体装置免于污染和降解。在操作中，通过将微流体装置保持到它的试剂 源和废物储器附近，该盒减少了所需的试剂量。在一个方面，提供一种用于控制微流体盒装 置的微流体通道中的流动的机构。该机构可以是直接一体形成到该盒的微流体装置上的 阀。本文所述的装置的优势包括位于微流体系统中的阀，该阀具有简单的结构几何形状，允 许阀特征和部件的生产具有好的成本效益。另一优势是非常小的体积，其相比于任何非一 体的、脱离装置的阀，适于更小体积的流体用在微流体装置中的情形。
[0008] 在某些实施例中，提供一种系统，该系统用于通过使用具有可变形膜片的阀而控 制和调节在微流体装置中的相关联压力和流动。该可变形膜片的方法用于通过使用液体静 压力驱动微流体装置中的流体流。通过使用用以驱动流体输送的可变形膜片来密封试剂团 并且驱动试剂团，所要求保护的这种方法是具有新颖性的。
[0009] 在某些实施例中，本发明涉及一种微流体装置的盒，该盒具有用户填充端口，用户 填充端口用于按需要填充储器或者该装置的微流体通道。在一个方面，本发明的方法涉及 用流体通过一个或者某种情形下两个或更多个填充端口而填充微流体装置的指定容积，包 括设计者所需要的所有连接的通道和储器组件。在一个方面，所述方法在引入流体后，基本 不在容积中留下残余空气，这是有利的，例如在以下情形中：所储存的试剂对存在的空气敏 感，或者试剂是在存在空气时当经受典型的运输应力时会损坏的乳状液，或者在诊断终端 使用系统中用于流体的分配方法要求在微流体装置中没有空气。
[0010] 在一个方面，提供一种用于对生物样本中的目标分析物进行化验的微流体盒组 件。在某些实施例中，微流体盒包括:盒外壳，其限定一个或多个储器，该一个或多个储器包 括试剂储器，该试剂储器包含试剂;微流体基板，其附连到所述盒外壳，该微流体基板具有 与所述一个或多个储器流体联通的多个微流体通道，所述多个微流体通道适于通过使用所 述试剂而对所述样本中的所述目标分析物进行化验;一个或多个阀，其与所述多个微流体 通道流体连通，该一个或多个阀能够在关闭构造和打开构造之间致动，该关闭构造阻止流 体流过微流体通道，该打开构造允许流体从一个或多个储器流过所述多个微流体通道;和 一个或多个压力隔片，其与所述多个微流体通道流体连通，适于将压力引入所述多个微流 体通道中，以便于流体以受控的方式流过所述多个微流体通道，以当所述一个或多个阀处 于打开构造时，在流体流过所述多个微流体通道期间对该样本中的目标分析物进行化验。 该一个或多个阀包括第一阀，第一阀定位成使得当处于关闭构造时，该第一阀将位于所述 试剂储器中的试剂与所述多个微流体通道隔离，并且当处于所述打开构造时，该第一阀允 许试剂流过所述多个微流体通道。在某些实施例中，该一个或多个储器还包括废物储器，所 述废物储器与所述多个微流体通道流体联接，使得在化验终止期间，流体流过所述多个微 流体通道进入所述废物储器。
[0011]在某些实施例中，该盒外壳包括第一板，第一板附连到盒主体的第一侧，该微流体 基板附连到所述盒主体的与第一侧相对的第二侧，该第一板适于密封所述一个或多个储器 或所述多个微流体通道中的至少一个，其中，该第一板包括用于填充一个或多个储器中的 至少一个的一个或多个填充端口以及用于将压力引入所述多个微流体通道中的所述一个 或多个压力隔片。在某些实施例中，该一个或多个储器包括样本储器，而该一个或多个填充 端口包括与该样本储器和/或试剂储器流体连通的用户填充端口。该用户填充端口可以包 括隔片，以允许通过该填充端口进行填充同时保持相应储器的密封。在一个方面，一个或多 个储器包括第一试剂储器，该第一试剂储器是密封的，并且仅通过所述一个或多个阀中的 一阀通向所述多个微流体通道，该第一试剂储器具有密封在其中的一种或多种试剂。一个 或多个储器还可包括第二试剂储器，该第二试剂储器与所述多个微流体通道通过所述一个 或多个阀中的第二阀以及位于该第一板中的所述一个或多个填充端口的试剂填充端口流 体联接。在一个方面，该一个或多个压力隔片的每个包括膜片，该膜片限定在所述第一板和 所述盒主体之间，使得用加压针刺穿所述隔片允许通过该针加压，同时保持所述多个微流 体通道中的密封。该压力隔片包括聚合物膜片，该聚合物膜片适于使得在用该加压针刺穿 之后保持对至少最小压力的密封，所述最小压力诸如是20psi或更大。
[0012]在一个方面，一个或多个阀适于在所述阀的可移动膜片运动时从关闭构造切换到 打开构造。可移动膜片可以定位在盒主体和微流体基板之间，使得可移动膜片的偏转打开 该阀，以允许流体从一个微流体通道流到邻抵该可变形膜片的另一微流体通道。一个或多 个阀适于在该盒被加压或者在真空下通过所述一个或多个隔片被置于预定压力时从关闭 构造切换到打开构造。
[0013] 在某些实施例中，该盒包括适于将所述一个或多个阀保持在关闭构造的阀密封装 置。该阀关闭装置可移除地附连到盒组件，使得当附连到盒组件时，该阀关闭装置将所述一 个或多个阀保持在关闭构造，并且当从所述盒组件移除时，所述阀能够在所述盒加压时致 动到打开构造。所述一个或多个阀的每个可以包括可移动膜片，该可移动膜片流体上密封 所述多个微流体通道中相应阀所在的一个。该可移动膜片限定在该微流体基板和附连到该 基板的盒主体之间，每个所述膜片能够通过所述盒主体中的致动孔触及，以便于关闭和打 开所述阀。在某些实施例中，所述多个阀中的每个包括布置在该盒主体和包围该致动孔的 该可移动膜片之间的一圈粘结剂，以在所述阀处于打开构造时保持所述多个微流体通道的 密封。在某些实施例中，该可移动膜片由环氧基树脂联接在该盒主体和微流体通道之间。
[0014] 在具有带可移动膜片的多个阀的实施例中，该阀关闭构件或装置可以构造为多叉 装置，该多叉装置具有对应于所述多个阀的多个叉，每个叉从所述装置的臂延伸，所述臂构 造为梁，所述梁设定一力，当所述装置附连到所述盒组件时，相应的叉以所述力压靠该阀。
[0015] 在某些实施例中，微流体盒可以包括一个或多个阀，所述阀构造有易碎膜片，使得 致动该阀包括用致动器装置来破裂该易碎膜片，以将相应阀切换到打开构造。可替换地，该 盒可以包括一阀，该阀包括一层，该层诸如是聚合物层或箱层，其阻止该阀的致动，使得刺 穿或移除该层允许将该阀致动为打开构造。在某些实施例中，该盒可以包括具有本文描述 的任一阀构造的多个阀，任一阀构造包括多个阀构造的结合。
[0016] 在某些实施例中，该微流体盒包括一个或多个储器，该一个或多个储器包括至少 两个试剂储器，并且所述微流体通道包括联结到至少两个试剂储器的至少两个微流体通 道，所述至少两个微流体通道与接头微流体通道形成接合部，使得当所述一个或多个阀打 开并且所述多个微流体通道被加压时在所述接头微流体通道中的流动在之前形成的所述 两个或多个不同标记的微滴群之间切换，其中，所述多个微流体通道构造成允许微滴以交 替方式从所述两个或多个入口通过所述微流体通道流向所述接头微流体通道。该盒还可以 包括连接通道，该连接通道与所述两个微流体通道流体连通并且位于所述两个微流体通道 之间，所述连接通道构造成允许连续相液体而不是微滴在各所述微流体通道之间流动。该 盒组件可适于使得流体从所述一个或多个储器流过所述多个微流体通道和所述一个或多 个阀，到达废物储器，而不穿过样本制备室或扩增室。
[0017] 在某些实施例中，该盒包括一个或多个光学透明或半透明部分，以允许对流过所 述微流体通道的流体的微滴的运动进行光学检测，并且/或者允许在流体的微滴流过所述 微流体通道的运动期间通过所述半透明部分对所述目标分析物的指示物进行光学检测。
[0018] 在某些实施例中，所述微流体盒包括:盒主体，限定一个或多个腔;第一板，粘结到 所述盒主体的一侧;微流体基板，具有形成在其中的多个微流体通道，所述多个微流体通道 布置在适合执行化验的网络中，其中，所述微流体基板粘结到该盒主体的相对侧，使得所述 一个或多个腔密封在第一板和微流体基板之间，形成与该微流体基板的所述微流体通道流 体连通的一个或多个储器;一个或多个阀，沿所述一个或多个储器以及微流体通道的至少 一部分之间