[發明專利]微流體設備

無效

• 申請號: 200980136434.1
• 申請日: 2009-09-09
• 公開（公告）號: CN102159863A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: J·M·J·鄧圖恩德;M·A·雷梅;M·W·G·龐杰;M·F·吉利斯
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: F16K99/00
• 分類號: F16K99/00;B01L3/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 景軍平;劉鵬

技術領域

本發明涉及微流體設備，涉及用于形成這樣的微流體設備的方法，以及用于控制樣品流體從這樣的微流體設備的第一流體隔室到第二流體隔室內流動的方法。

背景技術

用于自動的(生物)化學分析(諸如分子診斷)的小型微流體設備正變成多種臨床應用、法庭應用和食品應用中的重要工具。這樣的微流體設備也可被稱作生物芯片，其在一個設備中合并多種實驗室步驟且可用于在中央實驗室或在護理點、患者床旁邊、現場測試或犯罪現場進行迅速測試。

樣品流體與試劑接觸的時間和/或流體以特定溫度或濃度存在于反應腔室中的時間對于大多數反應過程而言是至關重要的，反應過程例如必須在生物芯片上進行的DNA擴增、雜交、免疫測定、SDA、TMA。除了在特定時間控制液體釋放，針對多個隔室控制液體釋放的靈活性提供了重要的選擇以對結果進行復核或者取決于第一次測試結果的成果執行額外測試。

控制液體從第一隔室釋放到第二隔室的常規辦法是使用被動閥，即，基于表面張力的屏障，以將液體約束到第一隔室內直到施加了超過被動閥的壓力屏障的過壓(例如，利用外部泵)。這個辦法的主要缺點在于生物芯片的設計自由度受到限制，因為(暫時地)存儲液體的所有隔室將需要與泵接觸，泵通常可為外部泵，該外部泵需要位于芯片與外部儀器之間的流體界面。這限制了生物芯片的靈活性和便攜性。

近來，靜電致動的聚合物復合結構(PolyMEMS)被提出用作流體致動器元件來操縱(例如)生物芯片通道中的生物流體。這種結構的實例在圖1(a)中以截面形式示意性地示出。該結構在基板1上包括由第一絕緣膜3(例如SiO₂或聚丙烯酸酯膜)和第二絕緣膜4(例如聚酰亞胺或聚丙烯酸酯膜)覆蓋的下部電極2。而第二膜4又被頂部電極5覆蓋。第二膜4被結構化且通過光刻和犧牲性層蝕刻而自基板1脫離。當在兩個電極2與5之間施加電壓差時，第二膜4可克服由內部應力造成的力并展開。當移除電壓時，膜4再次卷起到其原始位置。該結構的長度可在15?μm與100μm之間，但也可實現更大的結構。圖1(b)示出這樣的膜4在卷起狀態的顯微照片。可以以0?Hz與200?Hz之間的頻率致動這些結構，即使在流體存在的情況下也是如此。這樣的結構可用于有效地混合流體。

靜電致動的替代是磁場致動。在此情況下，待致動的結構由磁性材料制成，或者包括磁性粒子，其可被吸引到基板或者被從基板排斥，生成磁場的線圈或電流線位于基板上。磁場也可由(移動的)永久磁體引起。與靜電相比較，磁性致動的優點在于(i)取決于磁場方向，力可以是排斥力或吸引力，(ii)樣品液體并不包括顯著的磁性材料且因此不受磁場影響，(iii)不能發生電解，以及(iv)在樣品液體中無電極，因此無生物相容性問題。

又一替代是使用光，環境變化(例如，濕度變化)或熱(例如，受控制的溫度變化)來致動polyMEMS。

圖2示出被動止回閥，其適合于保持流體約束于第二隔室8的入口7處的第一隔室6中。通常，僅使用毛細作用力使流體樣品流入到第一隔室6內直到第二隔室8的入口7。當例如通過使用外部泵施加微小壓差以克服閥的壓力屏障時，液體從第一隔室6流入到第二隔室8。

用于形成被動閥的另一方法是通過在兩個隔室6與8之間施加疏水性區域(例如，在水性液體的情況下)或者親水性區域(例如，在類似于油的液體的情況下)。同樣，如在上文所述的被動止回閥的情況下，當例如通過使用外部泵施加微小壓差以克服閥的壓力屏障時，液體從第一隔室6流入到第二隔室8。

但是，上述閥需要使用外部泵來將流體樣品從一個隔室移到另一個隔室內。這可以增加微流體設備或生物芯片的復雜性。

發明內容

本發明的目的是提供一種微流體設備，用于形成這樣的微流體設備的方法，以及用于控制樣品流體從這樣的微流體設備的第一流體隔室到第二流體隔室內流動的方法。

本發明的實施例提供設計微流體設備的自由，因為其中必須存儲液體的反應腔室(也被稱作流體隔室)的入口無需連接到外部泵和閥以選擇必須被填充的反應腔室并控制樣品流體從一個流體隔室到另一個流體隔室的流動。

而且，由于無需外部泵和閥，因此可改進微流體設備的靈活性、簡單性和便攜性。

上述目的通過根據本發明的方法和設備來實現。

本發明的特別且優選的方面在所附獨立和從屬權利要求中陳述。出自從屬權利要求的特征可適當地與獨立權利要求的特征和其它從屬權利要求的特征組合，而不是只如權利要求中明確陳述的那樣。

本發明提供一種微流體設備，其包括：

-第一流體隔室，

-第二流體隔室，以及