[發(fā)明專利]微流控溫度控制系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202180007258.2
• 申請(qǐng)日: 2021-03-09
• 公開（公告）號(hào): CN114829016A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羌梁梁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 艾斯生物實(shí)驗(yàn)室有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): B01L3/00
• 分類號(hào): B01L3/00;B01L7/00;C12Q1/24
• 代理公司: 北京華睿卓成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11436
• 代理人: 程淼;劉光明

一種微流控系統(tǒng)，包括限定在所述微流控系統(tǒng)襯底中的微流控室；多個(gè)微流控通道，每個(gè)微流控通道流體連接到所述微流控室；以及多個(gè)溫度控制裝置。每個(gè)溫度控制裝置設(shè)置為與相應(yīng)的一個(gè)微流控通道的壁接觸，并且配置為加熱或冷卻所述微流控通道中的流體。一種用于操作微流控系統(tǒng)的方法，包括通過控制相應(yīng)溫度控制裝置的操作，將多個(gè)微流控通道中的每個(gè)中的流體加熱或冷卻至相應(yīng)的目標(biāo)溫度；控制從每個(gè)所述微流控通道進(jìn)入所述微流控室的流體流動(dòng)；以及使生物或化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在所述微流控室中或在與所述微流控室相鄰的反應(yīng)室中。

優(yōu)先權(quán)聲明

本申請(qǐng)要求于2020年3月10日提交的序列號(hào)為62/987,467的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容通過引用整體并入本文。

背景技術(shù)

溫度控制，諸如加熱和冷卻，是微流控芯片設(shè)計(jì)和制造中的相關(guān)參數(shù)。溫度控制對(duì)于各種生物和化學(xué)反應(yīng)都很重要，包括酶促反應(yīng)，諸如聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)、重組酶聚合酶擴(kuò)增(RPA)、環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增(LAMP)、定量PCR(qPCR)、液滴數(shù)字PCR(ddPCR)、脫氧核糖核酸(DNA)連接、核糖核酸(RNA)逆轉(zhuǎn)錄和其他反應(yīng)。化學(xué)反應(yīng)(例如染料標(biāo)記、標(biāo)簽切割和二硫鍵還原)通常在受控溫度下進(jìn)行。微流控反應(yīng)環(huán)境中的液體試劑通過微芯片或微電池的直接加熱和冷卻來加熱和冷卻，例如，使用Peltier(熱電冷卻)或電阻加熱器以目標(biāo)加熱或冷卻速率來加熱和冷卻。

發(fā)明內(nèi)容

我們?cè)诖嗣枋隽艘环N能夠有效、精確地控制系統(tǒng)中的流體溫度的微流控系統(tǒng)。這些系統(tǒng)包括流體連接到微流控室的微流控通道。每個(gè)通道中的所述流體被獨(dú)立加熱或冷卻到目標(biāo)溫度，并且所述目標(biāo)溫度下的所述流體流入所述微流控室。在一些示例中，生物或化學(xué)反應(yīng)，諸如溫度敏感反應(yīng)，發(fā)生在所述微流控室中。在一些示例中，包含處于所述目標(biāo)溫度的所述流體的所述微流控室用作相鄰反應(yīng)室的溫度調(diào)節(jié)器，在該反應(yīng)室中發(fā)生生物或化學(xué)反應(yīng)，諸如溫度敏感反應(yīng)。例如，這些微流控系統(tǒng)可用于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)測(cè)試。因?yàn)橐訜峄蚶鋮s的流體的體積相對(duì)于所述微流控室的體積小，所以加熱或冷卻是快速且節(jié)能的。該系統(tǒng)緊湊、便攜，并且可以使用電池電源(例如來自可充電電池的電源)進(jìn)行操作。這些緊湊型便攜式系統(tǒng)的應(yīng)用可包括對(duì)傳染病(例如SARS-CoV-2、流感、艾滋病毒或其他傳染病)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)或在家測(cè)試。

在一個(gè)方面中，微流控系統(tǒng)包括限定在所述微流控系統(tǒng)的襯底中的微流控室；多個(gè)微流控通道，其中每個(gè)微流控通道與所述微流控室流體連接；和多個(gè)溫度控制裝置。每個(gè)溫度控制裝置布置為與相應(yīng)的一個(gè)微流控通道的壁接觸，并且配置為加熱或冷卻所述微流控通道中的流體。

實(shí)施例可以包括以下特征中的一個(gè)或兩個(gè)或更多個(gè)的任意組合。

所述微流控系統(tǒng)包括多個(gè)泵，每個(gè)泵配置為將流體從相應(yīng)的一個(gè)微流控通道泵送到所述微流控室中。

所述微流控系統(tǒng)包括多個(gè)閥，每個(gè)閥沿著相應(yīng)的一個(gè)微流控通道布置。

所述微流控系統(tǒng)包括配置為控制所述多個(gè)溫度控制裝置的操作的溫度控制系統(tǒng)。所述溫度控制系統(tǒng)配置為實(shí)現(xiàn)所述多個(gè)溫度控制裝置的閉環(huán)反饋溫度控制。所述溫度控制系統(tǒng)包括多個(gè)溫度傳感器，每個(gè)溫度傳感器設(shè)置成與相應(yīng)的一個(gè)溫度控制裝置接觸。所述溫度控制系統(tǒng)包括一個(gè)或更多個(gè)微控制器或微處理器，其配置為基于來自相應(yīng)的溫度傳感器的信號(hào)控制每個(gè)溫度控制裝置的操作。所述溫度控制系統(tǒng)配置為獨(dú)立于每個(gè)其他溫度控制裝置的操作來控制每個(gè)溫度控制裝置的操作。所述溫度控制系統(tǒng)配置為由可充電電池供電。

所述溫度控制裝置中的至少一個(gè)包括：有源加熱或冷卻元件；以及設(shè)置在所述有源加熱或冷卻元件與各自微流控通道的壁之間的散熱器。

所述溫度控制裝置中的至少一個(gè)包括電阻加熱器、輻射加熱器或熱電加熱或冷卻裝置中的一種或更多種。

所述微流控室的頂壁、所述微流控室的底壁或兩者由光學(xué)透明材料形成。