用于测定设备的光学反应井孔的制作方法

本发明涉及能够执行生物测定(biological assay)的微流控设备(microfluidicdevice)的领域。具体而言，本公开涉及用于将流体样品从流体源传输到被配置为适应生物测定的多个样品腔室中的系统、设备和方法。

背景技术：

0、背景

1、许多现有的微流控设备被配置成将流体样品从微流控设备内的一个位置(例如，公共源)传输到微流控设备内的一个或更多个替代位置(例如，一个或更多个样品腔室)。在微流控设备被配置成将流体样品从微流控设备内的一个位置传输到微流控设备内的单个替代位置的特定实施例中，现有的微流控设备可以使用死端填充(dead-end filling)，其中流体样品克服封闭系统的内部压力被传送到该封闭系统中。死端填充能够精确填充微流控设备的单个位置，使得流体样品的溢流以及因此流体样品的浪费被最小化。在流体样品包含昂贵组分的实施例中，死端填充所提供的这种精确性尤其重要。

2、在微流控设备被配置成将流体样品从微流控设备内的一个位置传输到微流控设备内的多个替代位置的替代实施例中，流体样品的这种传送经常被不同时地执行，使得这些位置中的一个或更多个在不同时间完成填充。在使用微流控设备执行测定的实施例中，不同时完成填充是有问题的，因为测定结果的可靠性取决于影响结果的变量(例如反应时间)的均匀性。此外，微流控设备的多个位置的不同时填充可能导致微流控设备的多个位置中的一个或更多个位置的不精确填充，从而发生流体样品的溢流，并因此出现流体样品的浪费。这不仅在流体样品的组分昂贵的实施例中是特别不希望的，而且在使用微流控设备执行测定的实施例中，不精确的填充会增加流体样品在多个位置之间不均匀的可能性，从而进一步损害测定结果的可靠性。除了上述现有微流控设备的这些缺点之外，许多现有的微流控设备还不包括有助于启动测定的内置特征。

3、本文所述的新型设备包括微流控设备，该微流控设备被配置成使用死端填充来控制流体样品从公共流体源到多个样品腔室的传输，使得多个样品腔室被同时填充。本文所述的设备能够精确填充多个样品腔室，使得流体样品的溢流以及因此流体样品的浪费最小化。此外，如本文所述的设备所实现的，多个样品腔室的同时填充增加了流体样品在多个样品腔室之间的均质性的可能性，并提高了反应时间在多个样品腔室之间的均匀性，从而提高了由微流控设备产生的测定结果的可靠性。

4、在某些实施例中，本文所述的新型设备还包括有助于启动测定的特征。例如，在某些实施例中，本文所述的新型设备的样品腔室中的一个或更多个样品腔室包括双锥形腔室，该双锥形腔室在用流体样品填充的过程中使气泡在样品腔室内的截留最小化。最小化气泡截留在测定启动期间是有利的，因为在一些实施例中，气泡干扰测定的结果。

技术实现思路

0、概述

1、本公开总体上涉及微流控设备，其将流体样品从流体源传输到多个样品腔室中，该多个样品腔室被配置为适应生物测定。

2、在一个方面，本公开提供了一种装置，该装置包括公共流体源和连接到该公共流体源的多个独立的连续流控路径(fluidic pathways)。每个独立的连续流控路径包括样品腔室和气动隔室。具有流体体积的样品腔室连接到公共流体源。具有气动体积的气动隔室连接到样品腔室，从而间接地连接到公共流体源。除了样品腔室和公共流体源之间的连接，多个独立的连续流控路径中的每个流控路径是封闭系统。在一些实施例中，装置的一个流控路径的流体体积大于装置的另一个流控路径的流体体积。为了支持将样品同时输送到每个样品腔室，对于多个流控路径中的每个流控路径，流体体积与气动体积的比率基本上相等。

3、在该装置的一些实施例中，样品腔室包括测定腔室和将公共流体源连接到测定腔室的进入导管。在某些实施方式中，测定腔室体积在1μl和35μl之间。类似地，气动隔室可以包括空气腔室和将样品腔室连接到空气腔室的气动导管。因此，每个流控路径可以包括进入导管、测定腔室、气动导管和空气腔室。

4、在一些实施例中，测定腔室包括双锥形腔室，该双锥形腔室又包括锥形入口、锥形出口和两个弯曲边界。锥形入口与流控路径的进入导管的末端流体连通。类似地，锥形出口与气动隔室的末端流体连通，通常与气动导管的末端流体连通。这两个弯曲边界从锥形入口延伸到锥形出口，使得这两个弯曲边界一起包围了测定腔室的体积。此外，锥形入口和锥形出口由测定腔室体积的最大尺寸分开。此外，每个弯曲边界包括中点，并且两个弯曲边界之间的距离随着边界从中点朝向锥形入口弯曲以及从中点朝向锥形出口弯曲而减小。

5、在某些实施例中，测定腔室包括形成在整体式基体(monolithic substrate)中的第一边界表面和由塞子(plug)形成的第二边界表面。塞子包括主体和盖。塞子的主体伸入测定腔室的整体式基体中一定深度，使得通过改变塞子的主体伸入测定腔室的整体式基体中的深度，可以容易地改变测定腔室体积。特别地，塞子的盖形成测定腔室的第二边界表面。在进一步的实施例中，膜可以形成测定腔室的第三边界表面，使得第一边界表面、第二边界表面和第三边界表面一起包围测定腔室体积。在一些实施例中，塞子盖包括内部腔体，该内部腔体被配置成容纳一种或更多种干燥试剂，用于在测定腔室内进行的测定。另外，磁性混合元件可以位于测定腔室内，以便于在测定腔室内启动测定。

6、在所公开的装置的某些方面，一个或更多个膜可以粘附到装置的一部分。例如，第一膜12可以粘附到装置的至少一部分的表面，使得第一膜形成装置的一个或更多个腔室、隔室或导管的一个壁。在下面进一步详细讨论的某些实施例中，可能希望使用热来密封该装置的流控路径中的一个或更多个流控路径的一部分。相应地，在这样的实施例中，具有较高熔化温度的第二膜14可以粘附到第一膜12。

7、在另一个不同的方面，本公开提供了一种同时填充多个样品腔室的方法。该方法包括提供根据上述一个或更多个实施例的装置。为了在多个样品腔室的同时填充中使用，所提供的装置的公共流体源包含流体样品，并且所提供的装置的每个独立的连续流控路径包含气体，例如，举例来说空气。在提供该装置之后，向公共流体源中的流体样品施加供应压力，从而迫使来自公共流体源的流体样品进入该装置的每个流控路径的样品腔室。在某些实施例中，供应压力以恒定压力施加。在替代实施例中，供应压力从较低压力施加到较高压力。在某些方面，流体样品克服重力经由进入导管行进到多个样品腔室。流体样品进入装置的每个流控路径的样品腔室中的这种传输将流控路径内的气体朝向流控路径的气动隔室压缩。这又导致流控路径的气动隔室中的内部压力增加。当气动隔室中的内部压力等于供应压力时，流体样品停止从公共流体源流入流控路径。

8、在所公开的方法的一些实施例中，所提供的装置的至少两个样品腔室在体积上不同。例如，所提供的装置的第一流控路径的样品腔室的流体体积可以大于所提供的装置的第二流控路径的样品腔室的流体体积。通常，从公共流体源进入多个样品腔室中的每个样品腔室的流动速率与样品腔室的流体体积成比例。另外，如上所述，对于所提供的装置的每个流控路径，流体体积与气动体积的比率基本上相等。因此，所提供的装置的样品腔室(包括第一流控路径和第二流控路径的不同尺寸的样品腔室)以基本成比例的速率填充，使得样品腔室同时填充。

9、如上所述，由所公开的方法提供的装置的某些实施例可以包括一个或更多个样品腔室，样品腔室又包括双锥形腔室。在所提供的装置的一个或更多个样品腔室包括双锥形腔室的这种实施例中，双锥形腔室的两个弯曲边界减缓了流体样品的前沿弯液面处的流体前进速率，使得当流体样品到达锥形出口时，流体样品的弯液面关于测定腔室的最大尺寸基本上对称，从而使填充期间测定腔室内气泡的截留最小化。

10、同样如上所述，在某些方面，可能希望利用热来密封该装置的流控路径。在这些方面，本文公开的方法还包括当流体样品停止从公共流体源流入流控路径时密封该多个流控路径中的每个流控路径。该密封步骤可以通过热熔(heat staking)进行。

11、在又一方面，本公开提供了一种用于使干燥试剂再水合(rehydrating)的装置，其不同于上述装置的各种实施例。在这些方面，所讨论的装置包括测定腔室。测定腔室包括形成在整体式基体中的第一边界表面和由塞子形成的第二边界表面。塞子包括主体和盖。塞子的主体伸入测定腔室的整体式基体中一定深度，使得通过改变塞子的主体伸入测定腔室的整体式基体中的深度，可以容易地改变测定腔室体积。特别地，塞子的盖形成测定腔室的第二边界表面。测定腔室的第一边界表面和第二边界表面一起包围测定腔室体积。在塞子的盖中形成的内部腔体可以容纳一种或更多种干燥试剂，用于在测定腔室中进行的测定。测定腔室包含位于测定腔室体积内的磁性混合元件。磁性混合元件能够在测定腔室体积内回转(gyration)。

12、在用于使干燥试剂再水合的装置的某些实施例中，测定腔室包括由膜形成的第三边界表面。在这样的实施例中，第一边界表面、第二边界表面和第三边界表面一起包围测定腔室体积。

13、在又一个不同的方面，本公开提供了一种溶解干燥试剂的方法。该方法包括提供根据上述实施例之一的用于使干燥试剂再水合的装置。该方法还包括用流体填充测定腔室，以及通过旋转位于测定腔室外部的磁体来引起磁性混合元件在装置的测定腔室内回转。磁性混合元件在测定腔室内的这种回转将试剂溶解在流体中。

14、总体而言，在一个实施例中，塞子包括具有底表面的主体、主体中的中心开口和底表面上的干燥试剂，其中主体由可透射红色光谱、蓝色光谱和绿色光谱中的至少一种中的激发波长和发射波长的材料形成。

15、该实施例和其他实施例可以包括以下特征中的一个或更多个。干燥试剂可以在底表面的比主体中的中心开口的宽度更宽的一部分上。中心开口的宽度可以比底表面的包含干燥试剂的一部分宽。塞子还可以包括底表面中的腔体，其中该腔体内有干燥试剂。塞子还可以包括在中心开口底部和塞子主体底部之间的塞子厚度，其中腔体的深度小于塞子厚度的90％。塞子还可以包括在中心开口底部和塞子主体底部之间的塞子厚度，其中腔体的深度小于塞子厚度的70％。塞子还可以包括在中心开口底部和塞子主体底部之间的塞子厚度，其中腔体的深度小于塞子厚度的50％。塞子还可以包括在塞子底表面上从塞子主体的外边缘到腔体周边的环形部。该环形部可以完全包围腔体的周边。腔体还可以包括位于底表面中的周边，其中腔体的起始角从周边相对于底表面测量，并且起始角为60度或更小。腔体可以比塞子主体中心开口宽。塞子主体中心开口可以比腔体宽。塞子主体底表面可以进一步包括塞子主体底表面上的有界区域(bounded area)，其中干燥试剂在该有界区域内。塞子底表面上的有界区域可以由塞子主体底表面上的特征提供。该特征可以升高到塞子底表面之上，或者凹进塞子底表面内。该特征可以具有弯曲的横截面或矩形横截面。有界区域的宽度可以大于主体中心开口的宽度，有界区域的宽度可以小于主体中心开口的宽度，或者有界区域的宽度可以与主体中心开口的宽度大约相等。塞子可以具有抛光或光滑的表面处理，有利于激发波长和发射波长的透射率。塞子还可以包括在塞子主体上围绕塞子主体中的中心开口的凸缘。干燥试剂可以选自由以下物质组成的组：核酸合成试剂、肽合成试剂、聚合物合成试剂、核酸、核苷酸、核碱基、核苷、肽、氨基酸、单体、检测试剂、催化剂或其组合。干燥试剂可以是粘附在塞子底表面的连续膜。干燥试剂可以是冻干试剂。干燥试剂可以包括粘附在塞子底表面的多个微滴。

16、总体而言，在一个实施例中，测定腔室包括锥形入口；锥形出口；塞子，塞子包括底表面和主体中的中心开口，其中主体由能够透射紫外光谱、蓝色光谱、绿色光谱和红色光谱中的至少一种中的激发波长和发射波长的材料形成；两个弯曲边界，其中每个弯曲边界从锥形入口延伸到锥形出口，从而两个弯曲边界和塞子一起包围测定腔室的体积；以及从每个弯曲边界延伸的肩部，其中，塞子接触每个肩部，使得测定腔室的边界由两个弯曲边界提供，肩部从弯曲边界中的每个弯曲边界和塞子延伸。

17、该实施例和其他实施例可以包括以下特征中的一个或更多个。测定腔室内的塞子可以具有位于其上的干燥试剂。塞子上的腔体可以位于肩部中的每个肩部之间，并且干燥试剂位于腔体中。弯曲边界的一部分或肩部的一部分可以成形为符合腔体的周边。塞子上的干燥试剂可以位于肩部中的每个肩部之间。塞子主体的底部的平坦部分可以接触肩部。每个肩部的高度可以用来调节测定腔室的体积。每个肩部的高度可以是100微米或更高。每个肩部的高度不能大于两个弯曲边界在最大分离点处彼此之间的距离。肩部可以成形为保持测定腔室从锥形入口到锥形出口的整体弯曲边界。两个弯曲边界和肩部可以在整体式基体中形成。测定还可以包括粘附到整体式基体表面的膜，其中该膜形成测定腔室的一个壁。测定腔室可以具有塞子。

18、总体而言，在一个实施例中，一种装置包括公共流体路径和连接到该公共流体路径的多个独立的连续流控路径，其中每个独立的连续流控路径包括测定腔室和气动隔室。测定腔室连接到公共流体路径，测定腔室具有部分地由塞子限定的流体体积，该塞子上具有干燥试剂；并且具有气动体积的气动隔室经由测定腔室连接到公共流体路径。除了测定腔室和公共流体源之间的连接，多个独立的连续流控路径中的每个流控路径是封闭系统。每个测定腔室包括双锥形腔室和从每个弯曲边界延伸的肩部，其中塞子接触每个肩部，使得测定腔室的边界由两个弯曲边界提供，肩部从弯曲边界中的每个弯曲边界和塞子延伸。双锥形腔室包括与流控路径的进入导管的末端流体连通的锥形入口、与气动隔室的末端流体连通的锥形出口以及两个弯曲边界，其中每个弯曲边界从锥形入口延伸到锥形出口，使得两个弯曲边界一起包围测定腔室的体积。

19、该实施例和其他实施例可以包括以下特征中的一个或更多个。塞子上的腔体可以位于肩部中的每个肩部之间，并且干燥试剂位于腔体中。塞上的干燥试剂可以位于肩部中的每个肩部之间。塞子主体的底部的平坦部分可以接触肩部。每个肩部的高度可以用来调节测定腔室的体积。每个肩部的高度可以是100微米或更高。肩部可以成形为保持测定腔室从锥形入口到锥形出口的整体弯曲边界。两个弯曲边界可以在整体式基体中形成。塞子的主体可以伸入测定腔室的整体式基体中一定深度，使得通过改变塞子的主体伸入测定腔室的整体式基体中的深度，可以容易地改变测定腔室体积。弯曲边界的一部分或肩部的一部分可以成形为符合腔体的周边。该装置还可以包括粘附到该装置的至少一部分的表面的第一膜。第一膜可以形成装置的一个或更多个腔室、隔室或导管的一个壁。该装置还可以包括粘附到第一膜的第二膜。第二膜可以具有比第一膜更高的熔化温度。该装置还可以包括利用第一膜或第二膜在每个流控路径中形成的热熔区域。热熔区域可以使公共流体路径与测定腔室和气动腔室密封开。该装置还可以包括位于多个独立的连续流控路径中的每一个内的凸起平台(raised platform)，该凸起平台位于测定腔室的入口和公共流体路径之间。热熔区域可以利用凸起平台的一部分形成。该装置可以具有塞子。

20、总的来说，在一个实施例中，同时填充多个样品腔室的方法包括：(1)对公共流体路径内的流体样品加压；(2)将流体样品从公共流体路径引入多个进入导管；(3)使流体样品沿着每个进入导管朝向每个进入导管中的进入导管末端流动，每个进入导管连接到样品腔室；(4)使流体样品沿着每个样品腔室的锥形入口部分流动；(5)使流体样品邻近一对肩部并沿着每个样品腔室内的塞子流动；(6)使流体样品沿着每个样品腔室的锥形出口部分朝向气动隔室末端流动；以及(7)将包含在每个进入导管和每个样品腔室中的气体移置到与每个气动隔室末端连通的气动腔室中。

21、该实施例和其他实施例可以包括以下特征中的一个或更多个。对流体样品加压的步骤可以在恒定压力下进行。恒定压力可以是5psi、10psi、20psi、40psi或60psi中的一个。对流体加压的步骤可以进一步包括以一系列增加的压力水平对流体样品加压。每一个增加的压力水平被施加一致的持续时间。每一个增加的压力水平可以被增加恒定的量。对流体样品加压可以施加从较低压力水平到较高压力水平的一系列压力水平。在使用中，气动腔室可以在样品腔室的上方，使得流体样品沿着样品腔室的锥形出口部分朝向气动隔室末端流动的步骤以及移置包含在每个进入导管内的气体的步骤能够克服重力进行。在使用中，多个样品腔室可以定向成使得与多个样品腔室中的特定样品腔室相关联的每个气动腔室位于样品腔室上方。使流体样品流入装置的每个流控路径的样品腔室可以将流控路径内的气体朝向流控路径的气动隔室压缩。该方法还可以包括当每个气动隔室中的内部压力等于施加到公共流体路径的压力时维持在对流体样品加压的步骤期间达到的压力。该方法还可以包括：在移置气体的步骤期间增加每个气动隔室内的压力；以及当施加到公共流体路径的压力等于每个气动隔室内的压力时，停止增加压力。该方法还可以包括当每个气动隔室中的内部压力等于施加到公共流体路径的压力时，停止使样品流动的步骤中的每个。多个样品腔室中的至少两个样品腔室的体积可以不同。从公共流体路径进入多个样品腔室中的每个样品腔室的流动速率可以与样品腔室的流体体积成比例，并且存在至少两种不同的流动速率。该方法还可以包括同时填充多个样品腔室中的每个样品腔室。该方法还可以包括在使流体样品沿着锥形入口流动的步骤期间或之后，使流体样品沿着样品腔室内的两个发散的弯曲边界流动。方法还可以包括在使流体样品沿着一对肩部流动的步骤之后或期间，使流体样品沿着样品腔室内的两个会聚的弯曲边界流动。两个弯曲边界的会聚可以减缓流体在流体样品的弯液面的前沿处前进的速率，使得当流体样品到达锥形出口时，流体样品的弯液面关于测定腔室的最大尺寸基本上对称，从而使填充期间在测定腔室内的气泡截留最小化。该方法还可以包括将弯液面邻近气动腔室末端定位在每个样品腔室中。该方法还可以包括执行一个或更多个步骤，以便将在流体样品内形成的一个或更多个气泡邻近样品腔室内的流体样品的弯液面定位。弯液面可以靠近气动腔室末端。该方法还可以包括密封多个进入导管中的每一个，同时执行对公共流体路径内的流体样品加压的步骤。该方法还可以包括当使流体样品沿着样品腔室的锥形部分流动的步骤停止时，密封多个进入导管中的每一个。该方法还可以包括当使流体样品从公共流体路径沿着每个进入导管流动的步骤停止时，密封多个进入导管中的每个进入导管。密封的步骤还可以包括对封闭的进入导管的一部分热熔。该方法还可以包括加热第一膜的邻近每个进入导管的一部分，熔化第一膜以密闭每个进入导管。该方法还可以包括同时密封所有进入导管。该方法还可以包括加热而不熔化第二膜，该第二膜通过第一膜与进入导管分离。该方法还可以包括在不熔化第二膜的情况下将进入导管的一部分熔合到第一膜的一部分。在密封每个进入导管之后，第一膜的一部分或第二膜的一部分可以熔合到形成在每个进入导管中的凸起平台。