[發明專利]具有微珠集成系統的微流體芯片和芯片中集成受體的方法

有效

• 申請號: 201780069958.8
• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN109937092B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: Y.特米茲;M.利姆;E.德拉馬切
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 王蕊瑞

本發明尤其針對微流體芯片。芯片包括在芯片的一個側面上的主微流體通道，和微珠集成系統。微珠集成系統布置在芯片的所述一個側面上。它包括橫向于主微流體通道并且與主微流體通道流動連通的輔助微流體通道，以便與其一起形成交叉口。交叉口由在主微流體通道中布置的結構化元件來定界。結構化元件配置為，在所述交叉口處保留微珠懸浮液中流動的微珠，該微珠懸浮液在所述輔助微流體通道中前進且通過交叉口。此外，這樣的結構化元件配置為，讓在主微流體通道中前進的液體穿過結構化元件來通過交叉口。本發明還針對相關的裝置和方法。

技術領域

本發明總體上涉及以下領域：微流體、微流體芯片、以及將受體集成到微流體裝置中的裝置和方法。

背景技術

微流體處理小體積液體的行為、精確控制和操縱，該小體積液體典型地被限制在微米長度尺度的通道并且被限制在典型地在亞毫升范圍內的體積。微流體的突出特征源于液體在微米長度尺度處展示出的獨特行為。液體在微流體中的流動典型地是層狀的。低于一納升的體積可以通過制造具有微米范圍內的橫向尺寸的結構來達到。可以加速被大尺寸限制的反應(通過反應物的擴散)。最終，可以準確地且可再現地控制液體的平行流，以允許在液/液和液/固界面處形成化學反應和梯度。

微流體裝置總體上是指微制造的裝置，其用于泵浦、采樣、混合、分析和配量液體。為代替使用主動的泵送構件，已知微流體裝置，其使用毛細管力以在微流體裝置內移動液體樣品。這使得裝置更易于操作且較便宜，因為不需要集成的或外部的(主動的)泵。然而，制造期間的微粒、污染物和其他問題可能危害裝置的基于毛細管的填充。

護理點診斷的微流體裝置是意味著在患者身邊或現場中及可能在家里由非技術人員使用的裝置。現存的即時裝置典型地需要將樣品裝載到裝置中，并且等待預先定義的時間直至可以讀取信號(通常光學或熒光信號)。信號源自(生物)化學反應，并且涉及樣品中的分析物的濃度。這些反應可能花費時間并且難以實現，因為它們需要最佳時機、樣品的流動條件、和試劑在裝置中的準確溶解。該反應典型地包含諸如抗體的脆弱試劑。裝置中可能產生氣泡，這可能使測試失效。此外，裝置中的碎屑可阻擋液體流動。在液體必須在平行流動路徑中分裂的裝置中，可能無法以相同流速發生填充，并且這可能使測試有偏差或無效。

在許多分析裝置中，關于分析物的檢測，為了綁定和積累分析物，需要在裝置的區域中定位受體。受體的定位是具有挑戰的問題，特別是對于以合理的成本的大量制造的裝置來說。特別地，當需要關閉分析裝置時，有時難以在裝置的區域內引入受體。對于毛細管主動的裝置，附加的難點是控制含有受體的溶液的流動并且避免這樣的溶液的擴散。

使用光刻可以完成受體的定位。然而，這樣的技術是昂貴的、緩慢的，并且可能缺少靈活性和與諸如抗體的脆弱的受體的兼容性。還可以使用點樣(spotting)(例如噴墨、針或鵝毛筆點樣(pin spotting))。然而，這樣的技術導致了液體的擴散、干燥偽影、受體的聚集和不均勻分布。共同使用的其他技術是在諸如紙或纖維素的多孔介質上局部分配含有受體的溶液。然而，這導致分辨率的缺失和不均勻的受體密度，這阻礙了復用、小型化和信號定量。因此，需要解決方案使得在分析裝置中容易集成受體微珠成為可能。

發明內容

根據第一方面，本發明實施為微流體芯片。芯片包括在芯片的一個側面上的主微流體通道、和微珠集成系統。微珠集成系統布置在芯片的相同側面上。它包括橫向于主微流體通道并且與主微流體通道流動連通的輔助微流體通道，以便與其一起形成交叉口。交叉口由在主微流體通道中布置的結構化元件來定界。結構化元件配置為，在所述交叉口處保留微珠懸浮液中流動的微珠，該微珠懸浮液在所述輔助微流體通道中前進且通過交叉口。此外，這樣的結構化元件配置為，讓在主微流體通道中前進的液體穿過結構化元件來通過交叉口。

上述解決方案使得減緩和加速微珠的集成成為可能，微珠典型地包括受體。例如，上述裝置和對應地該集成方法不需要離心來裝填微珠或沉淀，這是耗時的步驟。可以距主通道一距離處裝載微珠，而不必直接在主通道中局部地分配微珠。因此微珠集成可以例如在幾分鐘內簡單且快速地實現，并且可能是無人值守的。