專(zhuān)利名稱(chēng)：微流體裝置和利用該微流體裝置的分析物檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
與示例性實(shí)施例一致的設(shè)備和方法涉及一種微流體裝置和利用該微流體裝置的分析物檢測(cè)方法，更具體地講，涉及一種在單個(gè)微流體裝置中檢測(cè)多個(gè)不同分析物的微流體裝置以及一種利用上述微流體裝置的分析物檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
微流體裝置指的是一種使用少量流體進(jìn)行生物或化學(xué)反應(yīng)所用的設(shè)備。通常，微流體裝置的微流體結(jié)構(gòu)具有至少一個(gè)獨(dú)立的功能，它通常包括適于在其中容納流體的室和流體可經(jīng)其流動(dòng)的通道。如本領(lǐng)域所已知的，具有微流體結(jié)構(gòu)的裝置以芯片的形式安裝在基底上，從而可在小芯片上進(jìn)行一些包括生物和/或化學(xué)反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)， 從而在該結(jié)構(gòu)上執(zhí)行若干實(shí)驗(yàn)工序和/或操作，這種裝置被稱(chēng)作“芯片上的實(shí)驗(yàn)室”。為了在微流體結(jié)構(gòu)內(nèi)使流體移動(dòng)，通常需要驅(qū)動(dòng)壓力。如此，可使用驅(qū)動(dòng)壓力、毛細(xì)管壓力或利用其它泵產(chǎn)生的壓力。近年來(lái)，提供了這樣的盤(pán)型微流體裝置，該裝置具有安裝在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上的微流體結(jié)構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)平臺(tái)利用離心力來(lái)移動(dòng)流體和/或執(zhí)行一系列任務(wù)。這種裝置通常包括存儲(chǔ)用于分析分析物的各種試劑的空間以及分析物和試?yán)l(fā)生反應(yīng)的空間。由于微流體裝置內(nèi)的空間有限，所以在將要在單個(gè)微流體裝置中評(píng)估多個(gè)分析物的情況下，用作反應(yīng)空間的地方少。盡管增大微流體裝置的尺寸可增大分析空間，但是這樣做增大了制造微流體裝置的成本，因此這種做法用處不大。因此，期望提供評(píng)估多個(gè)分析物而不需要改變微流體裝置的尺寸的能力。

發(fā)明內(nèi)容
示例性實(shí)施例提供了一種具有多個(gè)反應(yīng)室以在單個(gè)微流體裝置中同時(shí)檢測(cè)多個(gè)不同分析物的微流體裝置以及一種利用該微流體裝置的分析物的測(cè)試方法。根據(jù)示例性實(shí)施例的一方面，提供了一種微流體裝置，所述微流體裝置包括至少一個(gè)微流體結(jié)構(gòu)，所述微流體結(jié)構(gòu)包括多個(gè)反應(yīng)室，容納多個(gè)捕獲材料，每個(gè)捕獲材料將與不同的分析物結(jié)合；多個(gè)通道，連接所述多個(gè)反應(yīng)室；多個(gè)閥，位于所述多個(gè)通道上以控制流經(jīng)所述多個(gè)通道的流體。通道位于所述多個(gè)反應(yīng)室之間并可提供所述多個(gè)反應(yīng)室中的兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)室的流體連通。每個(gè)閥可為開(kāi)閥，從而在施加能量之前使流體流動(dòng)。所述閥可為包括相變材料和發(fā)熱流體的混合物。相變材料可從由蠟、凝膠和熱塑性樹(shù)脂組成的組中選擇。所述發(fā)熱流體可包括載體油和分散在載體油中的多個(gè)微加熱顆粒。在示例性實(shí)施例中，微加熱顆粒可從由微金屬氧化物、聚合物顆粒、量子點(diǎn)和磁珠組成的組中選擇。所述微流體裝置還可包括對(duì)閥提供能量的外部能量源。外部能量源可為激光光源。
捕獲材料可包括從由抗體、抗原、受體、配體、寡核苷酸、半抗原和適配體組成的組中選擇的任意一種或多種材料，但不限于此。捕獲材料可與聚苯乙烯珠或聚苯乙烯板中的任意一種或多種結(jié)合。反應(yīng)室可包括固定并放置捕獲材料的固定區(qū)域。固定區(qū)域可為包括由從聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、環(huán)烯烴共聚物(COC)、聚苯乙烯和聚碳酸酯(PC)中選擇的材料的基底。所述微流體裝置還可包括第一緩沖室，容納與不同的分析物結(jié)合的多個(gè)結(jié)合物 (通常稱(chēng)作“共軛物”)；第二緩沖室，容納與共軛物反應(yīng)的基質(zhì)材料(例如，著色劑)；第三緩沖室，容納終止基質(zhì)反應(yīng)的停止溶液。共軛物可為從由抗體、抗原、受體、配體、寡核苷酸、半抗原和適配體組成的組中選擇的任意一種。根據(jù)另一示例性實(shí)施例的一方面，提供了一種分析物檢測(cè)方法，所述方法包括將包含多個(gè)分析物的樣品和共軛物輸送至多個(gè)反應(yīng)室并且將樣品和共軛物與容納在所述多個(gè)反應(yīng)室中的捕獲材料結(jié)而形成組合物。在形成所述組合物之后，關(guān)閉連接所述多個(gè)反應(yīng)室的通道。在關(guān)閉通道之后，將基質(zhì)材料輸送至所述多個(gè)反應(yīng)室，以使基質(zhì)材料與所述組合物反應(yīng)。然后，測(cè)量基質(zhì)材料和所述組合物之間的反應(yīng)產(chǎn)生的光和/或顏色變化，以計(jì)算包含在樣品中的所述多個(gè)分析物中的每個(gè)分析物的濃度。通過(guò)將樣品和共軛物輸送至多個(gè)反應(yīng)室以與捕獲材料結(jié)合來(lái)制備組合物的步驟可包括將樣品引入微流體裝置，并將樣品輸送至所述多個(gè)反應(yīng)室。之后，當(dāng)樣品被饋送至多個(gè)反應(yīng)室時(shí)，樣品與容納在多個(gè)反應(yīng)室中的捕獲材料結(jié)合以制備第一組合物。在制備第一組合物之后，共軛物可被輸送至多個(gè)反應(yīng)室，從而共軛物與每個(gè)第一組合物反應(yīng)以制備第二組合物。制備第一組合物的步驟可包括將包含在樣品中的多個(gè)不同的分析物與容納在多個(gè)反應(yīng)室中的不同的捕獲材料結(jié)合，以形成多個(gè)不同的第一組合物。在形成任意的組合物之后，可將清洗緩沖物引入至多個(gè)反應(yīng)室中，以去除未形成組合物的任意殘留物。關(guān)閉連接多個(gè)反應(yīng)室的通道的步驟可包括將能量施加至安裝在每個(gè)通道上的閥， 以熔化閥的組分，從而關(guān)閉通道。將基質(zhì)材料輸送至多個(gè)反應(yīng)室的步驟可包括將基質(zhì)材料引入到多個(gè)反應(yīng)室中的每個(gè)反應(yīng)室中，從而使基質(zhì)材料與作為組合物的組分的共軛物反應(yīng)。所述方法還可包括將停止溶液引入到多個(gè)反應(yīng)室中的每個(gè)反應(yīng)室中，以停止基質(zhì)材料與組合物之間的反應(yīng)。


從下面結(jié)合附圖對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行的描述，以上和/或其它方面將變得清楚和更容易被理解，在附圖中圖I是示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的微流體裝置的示意圖；圖2A至圖3B是示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的閥的結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖4是示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的利用微流體裝置的分析物的測(cè)試工序的流程圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，將參照附圖來(lái)描述示例性實(shí)施例。然而，本公開(kāi)可以以各種其它的形式實(shí)施，并不具體限于這里描述的實(shí)施例。在附圖中，相同的標(biāo)號(hào)在整個(gè)附圖中表示大致具有相同構(gòu)造或執(zhí)行相似功能和動(dòng)作的元件。簡(jiǎn)單地示出了諸如室、通道等的單獨(dú)的結(jié)構(gòu)，所述單獨(dú)的結(jié)構(gòu)的尺寸比例可與其實(shí)際的比例尺不同。在諸如“微流體裝置”、“微顆粒”等的表達(dá)中，術(shù)語(yǔ)“微”不應(yīng)該被解釋為尺寸的單位，而是以與術(shù)語(yǔ)“巨大”的意思相反的意思使用。圖I是示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的微流體裝置的構(gòu)造的示意圖。如圖I所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的微流體裝置210可包括至少一個(gè)微流體結(jié)構(gòu) 190，所述至少一個(gè)微流體結(jié)構(gòu)190包括平臺(tái)200 ;多個(gè)室(100、110、120、130、140、150、 160、170和180)，設(shè)置在平臺(tái)200上；至少一個(gè)通道185，所述室通過(guò)至少一個(gè)通道185連接；至少一個(gè)閥187 (用黑色圓形表示)，用于打開(kāi)和關(guān)閉通道；及檢測(cè)單元(未示出)。平臺(tái)200可包括圓形盤(pán)狀平臺(tái)，但不限于此?？衫帽┧犷?lèi)樹(shù)脂(acrylic)或其它塑料材料來(lái)形成平臺(tái)，每個(gè)平臺(tái)易于成型且具有生物惰性表面。然而，在沒(méi)有具體限制的情況下，可充分使用具有化學(xué)或生物穩(wěn)定性、光學(xué)透明性和/或機(jī)械可加工性的任何材料。即，可使用從由塑料、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、玻璃、云母、硅石、硅晶圓材料等組成的組中選擇的至少一種材料來(lái)制造平臺(tái)。在示例性實(shí)施例中，考慮到經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)和簡(jiǎn)單的可加工性，選擇塑料材料。因此，示例性常用的塑料材料可包括聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯等，但不限于此。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，平臺(tái)可包括多層的板。例如，可在兩個(gè)板相互面對(duì)的側(cè)面上形成與室或通道對(duì)應(yīng)的下陷的凹刻結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)相對(duì)的板上的兩個(gè)或兩個(gè)以上凹刻結(jié)構(gòu)結(jié)合時(shí)，可在平臺(tái)內(nèi)形成空的空間和/或通道?？墒褂谜澈蟿?、雙面膠帶、超聲焊接等來(lái)實(shí)現(xiàn)這種板的結(jié)合。可在平臺(tái)上設(shè)置一個(gè)或多個(gè)微流體結(jié)構(gòu)190。例如，在將平臺(tái)劃分成若干部分之后，單個(gè)的微流體結(jié)構(gòu)190可視情況彼此獨(dú)立地設(shè)置在每個(gè)所述部分中。在這里使用的術(shù)語(yǔ)“微流體結(jié)構(gòu)”指的是包括多個(gè)室、多個(gè)通道和多個(gè)閥的普通結(jié)構(gòu)，并包括流體流。因此，“微流體結(jié)構(gòu)”可根據(jù)室、通道、閥和/或容納在該結(jié)構(gòu)中的材料的種類(lèi)形成具有一個(gè)功能或多個(gè)不同功能的特定單元。在示例性實(shí)施例中，平臺(tái)可為可旋轉(zhuǎn)的盤(pán)式平臺(tái)，并且離心力可用作驅(qū)動(dòng)壓力以運(yùn)輸流體。然而，平臺(tái)不具體限于這種盤(pán)式，并可以采用放置并固定在可旋轉(zhuǎn)的框架上的任意圓形盤(pán)形形狀或可旋轉(zhuǎn)的扇形形狀。為了使平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，可包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部件(未示出) 以使平臺(tái)高速旋轉(zhuǎn)。微流體結(jié)構(gòu)190可包括樣品室100、緩沖室110、130和140、清洗緩沖室120、反應(yīng)室150和160以及檢測(cè)室170和180。樣品室100可提供容納諸如血液的流體樣品的空間。樣品室100可具有樣品入口 105和樣品容納部件107，其中，樣品經(jīng)樣品入口 105 注入。容納部件107可具有通過(guò)通道185連接到反應(yīng)室150的出口，并且還可具有安裝在出口上以控制經(jīng)過(guò)通道185的流體樣品的流動(dòng)的閥187。閥187可為從不同類(lèi)型的微流體閥中選擇的任意一種。例如，閥187可為所謂的“常閉閥”，其中，閥關(guān)閉通道以防止流體流動(dòng)，除非閥由于外部電源的供應(yīng)而打開(kāi)。在示例性實(shí)施例中，樣品室100還可包括毛細(xì)管閥結(jié)構(gòu)，僅在施加預(yù)定壓力時(shí)樣品通過(guò)毛細(xì)管閥結(jié)構(gòu)。當(dāng)毛細(xì)管閥結(jié)構(gòu)設(shè)置在樣品入口 105 和樣品容納部件107之間時(shí)，毛細(xì)管閥結(jié)構(gòu)在防止流體樣品回流到樣品入口的同時(shí)使得注入的樣品在注入壓力的作用下從樣品入口 105向樣品容納部件107流動(dòng)。樣品室100可容納諸如血液的流體，并且還可以包括樣品分離部件作為將流體離心分離成上層清液(即，血清、血漿等)和沉淀(即，血細(xì)胞)的結(jié)構(gòu)。用于使流體樣品離心分離的樣品分離部件可具有多種形態(tài)。樣品分離部件可包括上層清液收集部件(未示出) 和位于上層清液收集部件的端部的沉淀收集部件(未示出)，沉淀收集部件收集具有相對(duì)高的比重的沉淀。上層清液收集部件可具有通道，以將離心分離的上層清夜分布到反應(yīng)室中。閥可控制穿過(guò)通道的樣品的流動(dòng)。閥可采用各種形狀的任意微流體閥。例如，閥可為如上所述的所謂的“常閉閥”，“常閉閥”關(guān)閉通道以阻擋流體流動(dòng)直到閥接收外部電源而打開(kāi)。用于確定上層清液的量的上層清液計(jì)量室可設(shè)置在樣品分離部件和反應(yīng)室150 之間。為了檢查，上層清液計(jì)量室可具有用以容納期望量的上層清液的體積。在上層清液計(jì)量室的出口處，可設(shè)置閥以控制流體流動(dòng)。如上所述，閥可以為所謂的“常閉閥”。上層清液計(jì)量室可通過(guò)通道185連接到反應(yīng)室150。盡管在圖中未示出，但是在樣品分離部件和上層清液計(jì)量室之間還可以設(shè)置室和通道，以容納計(jì)量之后剩余的過(guò)量的流體樣品。緩沖室110、130和140可容納分析物的檢查(分析)所需的反應(yīng)溶液。在示例性實(shí)施例中，第一緩沖室110可容納第一緩沖物。第一緩沖物可為通過(guò)抗原-抗體反應(yīng)、配體-受體結(jié)合等與分析物結(jié)合的共軛緩沖物。共軛物可包括與分析物結(jié)合的結(jié)合物和用于檢測(cè)分析物的標(biāo)記。結(jié)合物可為結(jié)合分析物的捕獲探針，結(jié)合物包括抗原、抗體、受體、配體、寡核苷酸、半抗原、適配體等，并且可根據(jù)正被測(cè)試的分析物的類(lèi)型而進(jìn)行選擇。標(biāo)記可包括諸如乳膠珠、金膠體、銀膠體等的金屬膠體、酶(HRP、ALP等)、著色材料、熒光材料或包含熒光材料的納米顆粒、磷光體材料或包含磷光體材料的納米顆粒、夜間發(fā)光材料(nocti-luminescent materials)、發(fā)光材料、含有顏料的脂質(zhì)體、金屬納米顆粒、 碳納米顆粒、有色聚合物納米顆粒、超順磁材料或含有超順磁材料的納米顆粒、鑭系(III) 螯合物或含有鑭系(III)螯合物的納米顆粒、放射性同位素等，但不限于此。在示例性實(shí)施例中，第一緩沖室110可容納多個(gè)共軛物，每個(gè)共軛物特定地與多個(gè)不同分析物中的一個(gè)或多個(gè)分析物結(jié)合。例如，分別特定地與前列腺特異性抗原(PSA) 和睪丸激素結(jié)合的兩種類(lèi)型的共軛物可容納在第一緩沖室110中。在另一示例中，為了檢測(cè)甲狀腺疾病，分別特定地與促甲狀腺激素(TSH)和自由T4蛋白(fT4)結(jié)合的兩種可選類(lèi)型的共軛物可容納在第一緩沖室110中。在另一示例中，特定地與前述四種不同材料結(jié)合的四種類(lèi)型的共軛物可容納在第一緩沖室110中。列出上述共軛物僅出于示出的目的，并不具體限制本發(fā)明。閥187可位于第一緩沖室110的出口處。閥可為閉閥，如上所述。然后可將第一緩沖物引入第一緩沖室110中，并且閥使所述緩沖物保持在密封的狀態(tài)下直到閥被打開(kāi)。第一緩沖室可連接到第一計(jì)量室(未示出)，以將檢查所需的預(yù)定量的第一緩沖物提供給反應(yīng)室。第一計(jì)量室可通過(guò)閥187連接到第一緩沖室110，并且另一閥187可設(shè)置在第一計(jì)量室的出口處。上述閥中的任意一個(gè)或者二者可為常閉閥，如上所述。通過(guò)打開(kāi)閥，第一計(jì)量室測(cè)量的預(yù)定量的第一緩沖物可被提供給反應(yīng)室。第二緩沖室130可容納第二緩沖物。在示例性實(shí)施例中，第二緩沖物可接受 (receive)諸如3，3'，5，5'-四甲基聯(lián)苯胺(TMB)的基質(zhì)材料，基質(zhì)材料在與由共軛物得到的產(chǎn)物反應(yīng)或競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生特定的顏色。閥187可設(shè)置在第二緩沖室130的出口處， 并且閥可為如上所述的常閉閥，以使第二緩沖室130保持在密閉條件下直到閥被打開(kāi)。第二緩沖室130可連接到第二計(jì)量室(未示出)以將預(yù)定量的第二緩沖物提供給反應(yīng)室。第二計(jì)量室可通過(guò)閥187連接到第二緩沖室130，而另一閥187可設(shè)置在第二計(jì)量室的出口處。閥可為如上所述的常閉閥。通過(guò)打開(kāi)閥，第二計(jì)量室測(cè)量的預(yù)定量的第二緩沖物可被提供給反應(yīng)室150。參照?qǐng)D1，在示例性實(shí)施例中，第二緩沖室130連接到第一反應(yīng)室150， 且單獨(dú)的第二緩沖室130首先連接到第二反應(yīng)室160。在另一示例性實(shí)施例中，通過(guò)第二計(jì)量室(未示出)從第二緩沖室130提供定量的基質(zhì)材料，并且定量的基質(zhì)材料可通過(guò)連接到第一反應(yīng)室150的通道185被傳送到第一反應(yīng)室150，然后通過(guò)通道185被傳送到第二反應(yīng)室160。第三緩沖室140可容納第三緩沖物。在示例性實(shí)施例中，第三緩沖物為使基質(zhì)反應(yīng)停止的停止溶液。閥187可設(shè)置在第三緩沖室140的出口處，并且閥可為如上所述的常閉閥，以使第三緩沖室140保持在密閉條件下直到閥被打開(kāi)。第三緩沖室140可連接到第三計(jì)量室(未示出)以將預(yù)定量的第三緩沖物提供給反應(yīng)室150。第三計(jì)量室可通過(guò)閥187 連接到第三緩沖室140，而另一閥187可設(shè)置在第三計(jì)量室的出口處。閥可為如上所述的常閉閥。通過(guò)打開(kāi)閥，第三計(jì)量室測(cè)量的預(yù)定量的第三緩沖物可被提供給反應(yīng)室150。參照?qǐng)D 1，在示例性實(shí)施例中，第三緩沖室140連接到第一反應(yīng)室150，并且單獨(dú)的第三緩沖室140 可連接到第二反應(yīng)室160，然而，這僅是示出性的示例。在另一示例性實(shí)施例中，通過(guò)第三計(jì)量室(未示出)從第三緩沖室140提供定量的基質(zhì)材料，并且定量的基質(zhì)材料可通過(guò)連接到第一反應(yīng)室150的通道185被傳送到第一反應(yīng)室150，然后通過(guò)連接到第二反應(yīng)室160 的通道185被傳送到第二反應(yīng)室160。清洗緩沖室120可容納清洗緩沖物，以在分析物和緩沖物反應(yīng)之后清理殘余物。 清洗緩沖室120可通過(guò)閥187連接到反應(yīng)室150。閥187可為如上所述的常閉閥，以使清洗緩沖室120保持在密閉條件下直到閥被打開(kāi)。在示例性實(shí)施例中，反應(yīng)室150可容納捕獲材料,捕獲材料通過(guò)抗原-抗體反應(yīng)、 配體-受體結(jié)合等與包含在液體樣品或上層清夜中的分析物結(jié)合。捕獲材料為用于結(jié)合分析物的捕獲探針，并可包括抗體、抗原、受體、配體、寡核苷酸、半抗原或適配體等，并且可根據(jù)分析物的類(lèi)型而進(jìn)行選擇。例如，在分析物為氨基甲酸酯類(lèi)殺蟲(chóng)劑的情況下，捕獲材料可為乙酰膽堿酯酶(AChE)。在另一示例中，如果分析物為抗原，則捕獲材料可為捕獲抗體。反應(yīng)室可具有固定并放置捕獲材料的固定區(qū)域。用于形成固定區(qū)域的示例性材料包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、環(huán)烯烴共聚物(COC)、聚苯乙烯和聚碳酸酯(PC)，但不限于此。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，捕獲材料可容納在反應(yīng)室150中，同時(shí)被粘附到聚苯乙烯珠 157或聚苯乙烯板。根據(jù)另一示例性實(shí)施例的微流體結(jié)構(gòu)190可包括多個(gè)反應(yīng)室(100、160)，以容納能夠特定地與各個(gè)分析物結(jié)合的捕獲材料，從而同時(shí)檢測(cè)多個(gè)不同的分析物。圖I示出了兩個(gè)反應(yīng)室，即，第一反應(yīng)室150和第二反應(yīng)室160，然而，這僅是示出性的示例。因此,微流體結(jié)構(gòu)可包括兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)室。例如，為了檢測(cè)前列腺癌，第一反應(yīng)室可容納與前列腺特異性抗原特定結(jié)合的捕獲材料，而第二反應(yīng)室可包括與睪丸激素特定結(jié)合的捕獲材料。 在另一示例性實(shí)施例中，為了檢查甲狀腺疾病，第一反應(yīng)室可容納與促甲狀腺激素(TSH) 特定結(jié)合的捕獲材料，而第二反應(yīng)室可容納與自由T4蛋白(fT4)特定結(jié)合的捕獲材料。在另一示例性實(shí)施例中，微流體結(jié)構(gòu)可包括四個(gè)反應(yīng)室，每個(gè)反應(yīng)室分別包含與上述四種材料特定結(jié)合的捕獲材料。前面的描述僅為示出性示例，并不具體限制本發(fā)明。這樣，通過(guò)包含與不同分析物特定結(jié)合的捕獲材料的多個(gè)反應(yīng)室，在各個(gè)反應(yīng)室內(nèi)可以同時(shí)檢測(cè)多個(gè)不同的分析物。在下文中，僅出于示出的目的，第一反應(yīng)室150被用于檢測(cè)前列腺特異抗原(PSA)，第二反應(yīng)室160被用于檢測(cè)睪丸激素，從而解釋多個(gè)反應(yīng)室的結(jié)構(gòu)特性。多個(gè)反應(yīng)室可通過(guò)位于反應(yīng)室之間的通道185而連接，并且多個(gè)反應(yīng)室可以在任意反應(yīng)室之間提供受一個(gè)或多個(gè)閥188控制的流體連通。任意的一個(gè)閥或多個(gè)閥188可為所謂的常開(kāi)閥，如上面所討論的，常開(kāi)閥指的是接收外部能量或電源時(shí)關(guān)閉而在提供電源前打開(kāi)從而使流體流過(guò)的閥。圖I示出了常開(kāi)閥188，常開(kāi)閥188位于第一反應(yīng)室150和第二反應(yīng)室160之間的通道185處。常開(kāi)閥188被示出為大的黑色圓圈，而常閉閥187用小的黑色圓圈表不。因此，多個(gè)反應(yīng)室被流體連接直到通道185被關(guān)閉。由于多個(gè)反應(yīng)室被流體連接， 所以任意一個(gè)或多個(gè)流體樣品或上層清液、共軛緩沖物和清洗緩沖物可被傳送到反應(yīng)室中的任意一個(gè)，并且可視情況通過(guò)通道185被順序地運(yùn)輸?shù)饺我獾钠渌磻?yīng)室。這樣，如果需要，在單個(gè)反應(yīng)室中的任何材料可被運(yùn)輸?shù)饺我獾钠渌磻?yīng)室。因此，增加僅與被測(cè)試的分析物的數(shù)量對(duì)應(yīng)的反應(yīng)室的數(shù)量可以是足夠的，而不是增加樣品室100的數(shù)量，從而在有限的空間內(nèi)同時(shí)檢測(cè)多個(gè)不同的分析物。在每個(gè)反應(yīng)室內(nèi)完成如上所述的檢測(cè)分析物所需的步驟(即，傳送上述上層清液、共軛物和清洗緩沖物到反應(yīng)室)之后，開(kāi)閥188可被關(guān)閉，并且分別從連接到每個(gè)反應(yīng)室的第二緩沖室130輸送基質(zhì)材料。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，輸送至每個(gè)反應(yīng)室的基質(zhì)材料可與共軛物反應(yīng)。檢測(cè)室170和180通過(guò)通道185與多個(gè)反應(yīng)室中的每個(gè)反應(yīng)室流體連通，并且可容納完成全部反應(yīng)之后的來(lái)自反應(yīng)室的用于檢測(cè)的最終流體?？稍跈z測(cè)室170和180中進(jìn)行分析物的檢測(cè)，或者，在全部反應(yīng)完成之后可在反應(yīng)室內(nèi)直接檢測(cè)分析物。然而，捕獲材料可以在反應(yīng)室中所粘附的機(jī)械結(jié)構(gòu)(例如，珠157)可反射用于檢測(cè)分析物而照射的光， 從而難以進(jìn)行檢測(cè)。因此，當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，可在檢測(cè)室170和180中執(zhí)行分析物的檢測(cè)， 檢測(cè)室170和180中的每個(gè)容納完成各個(gè)反應(yīng)之后的來(lái)自反應(yīng)室的最終流體。檢測(cè)部件(未示出)可設(shè)置在微流體結(jié)構(gòu)190的外部，并感測(cè)諸如熒光性、光發(fā)射和/或光吸收的光學(xué)性質(zhì)。在示例性實(shí)施例中，檢測(cè)部件可包括光源；光接收部件，被布置成與光源對(duì)應(yīng)并接收穿過(guò)檢測(cè)室170和180的光；分析部件，分析光接收部件接收的光的光學(xué)性質(zhì)然后計(jì)算分析物的濃度。光源可包括以預(yù)定頻率閃爍的光源、諸如發(fā)光二極管(LED)的半導(dǎo)體發(fā)光器件、
9激光二極管(LD)、諸如鹵素?zé)舻臍怏w放電燈、氙燈等。光接收部件可根據(jù)入射光的強(qiáng)度產(chǎn)生電信號(hào)，并可包括例如耗盡層光電二極管、雪崩光電二極管(APD)、光電倍增管(PMT)等。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的檢測(cè)部件的光源和光接收部件可布置成彼此相對(duì)，微流體結(jié)構(gòu)190被置于光源和光接收部件之間。另外，可通過(guò)鏡子或?qū)Ч鈽?gòu)件引導(dǎo)光路。分析部件可利用存儲(chǔ)在其中的標(biāo)準(zhǔn)曲線來(lái)計(jì)算分析物的濃度。下面將更詳細(xì)地描述上述的常閉閥187及常開(kāi)閥188。開(kāi)閥和閉閥均積極應(yīng)對(duì)外部電源或能量。圖2A和圖2B是示出了適用于微流體結(jié)構(gòu)190中的常閉閥187的示例性實(shí)施例。 閉閥187可包含在室溫下為固體的閥材料VI。閥材料Vl以固體狀態(tài)存在于通道185中并阻擋通道185，如圖2A所示。閥材料Vl可在高溫下熔化，并移動(dòng)到通道185內(nèi)的空間，如圖 2B所示，并可被再次固化同時(shí)打開(kāi)通道185。外部輻射的能量E可為電磁波，并且能量源可為照射激光的激光光源、照射可見(jiàn)光或紅外光的發(fā)光二極管或者氙燈。作為激光光源，包括至少一個(gè)激光二極管。外部能源300可根據(jù)可被包含在閥材料Vl中的發(fā)光顆粒吸收的電磁波的波長(zhǎng)而進(jìn)行適當(dāng)?shù)剡x擇。這種閥材料Vl可包含熱塑性樹(shù)脂。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，閥材料Vl可包括在室溫下為固體的相變材料，諸如蠟。蠟在室溫下可為固體，當(dāng)被加熱時(shí)變成液體。示例性的蠟包括石蠟、微晶蠟、合成蠟、自然蠟等，但不限于此。相變材料可為凝膠或熱塑性樹(shù)脂。在凝膠的情況下，可采用聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯酰胺等。在另一示例性實(shí)施例中，閥材料Vl可包括分散在其中的大量微加熱顆粒310 以吸收電磁波，然后產(chǎn)生熱。微加熱顆?？删哂写蠹sInm至大約100 μ m的直徑，以自由穿過(guò)寬度為大約O. Imm至大約Imm的微通道185。微加熱顆粒310可具有熱性質(zhì),其中，當(dāng)暴露于例如激光束的電磁能量時(shí)，微加熱顆粒310的溫度快速升高，從而產(chǎn)生熱。而且，微加熱顆粒310可均勻地分散在蠟中。為了表現(xiàn)出上述性質(zhì)，每個(gè)微加熱顆粒310可具有包含金屬組分的核和疏水的表面結(jié)構(gòu)。例如，微加熱顆粒310可具有Fe核和包括多個(gè)圍繞Fe 的表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)。在另一示例性實(shí)施例中，微加熱顆粒310可以以分散狀態(tài)儲(chǔ)存在載體油(carrier oil)中。載體油還可為疏水的，以使具有疏水表面結(jié)構(gòu)的微加熱顆粒 310均勻地分散在載體油中。因此，可通過(guò)形成均勻分散的熔融轉(zhuǎn)變材料和包含微加熱顆粒 310的載體油，并將混合物引入通道185來(lái)關(guān)閉通道185。微加熱顆粒310并不具體限制為如出于示出目的在這里所提供的聚合物顆粒。在另一示例性實(shí)施例中，微加熱顆粒310可為量子點(diǎn)形式或磁珠形式。在另一示例性實(shí)施例中，微加熱顆?？蔀橹T如A1203、TiO2, Ta2O3> Fe203、Fe3O4或HfO2的微金屬氧化物。在另一示例性實(shí)施例中，常開(kāi)閥188可包括具有或不具有微加熱顆粒的相變材料。圖3A和圖3B是示出了常開(kāi)閥188的一個(gè)示例的剖視圖。開(kāi)閥188可包括連接到通道 185的一部分的閥室VC和容納在閥室VC中的閥材料V2。閥材料V2可為與常閉閥187的閥材料Vl的材料相同的材料。如圖3A所示，在施加外部能量之前，閥材料V2存在于閥室 VC中，因此通道185為開(kāi)的。然后，當(dāng)外部能量E被施加到閥材料V2時(shí)，閥材料V2熔化、膨脹并流入到通道185中。在進(jìn)入通道185時(shí)，閥材料V2固化以阻擋流經(jīng)通道185的流體。 參照?qǐng)D1，用小的黑色圓圈表示常閉閥187，而用大的黑色圓圈表示常開(kāi)閥188。圖4是示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的利用微流體裝置210檢測(cè)分析物的方法的流程圖。
諸如從實(shí)驗(yàn)者收集的全部血液的流體樣品被引入樣品室100中( 呆作10),然后通過(guò)樣品分離部件中的離心分離，分離出包含血清或血漿的上層清液與包含血細(xì)胞的沉淀 (操作11)。在分離出上層清液之后，打開(kāi)連接樣品分離部件和第一反應(yīng)室150的通道的常閉閥187，然后利用平臺(tái)200的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作為驅(qū)動(dòng)壓力將上層清液運(yùn)送至第一反應(yīng)室150 (操作12)。這里，上層清液還可通過(guò)連接第一反應(yīng)室150和第二反應(yīng)室160的通道被運(yùn)送至第二反應(yīng)室160。當(dāng)上層清液流入第一反應(yīng)室和第二反應(yīng)室時(shí)，存在于上層清液中的待測(cè)分析物結(jié)合到容納在第一反應(yīng)室和第二反應(yīng)室中的捕獲材料。分析物和捕獲材料的這種結(jié)合可提供第一組合物(操作13)。在這方面，為了有助于分析物和捕獲材料的結(jié)合，平臺(tái)200從一側(cè)向另一側(cè)搖晃數(shù)次。在形成第一組合物之后,連接第一緩沖室110和第一反應(yīng)室150的通道185的閉閥187被打開(kāi)，利用平臺(tái)200的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作為驅(qū)動(dòng)壓力將共軛緩沖物輸送至第一反應(yīng)室150(操作14)。這里，輸送至第一反應(yīng)室150的共軛緩沖物還可通過(guò)連接第一反應(yīng)室150和第二反應(yīng)室160的通道185被傳送至第二反應(yīng)室160。當(dāng)共軛緩沖物流入第一反應(yīng)室和第二反應(yīng)室時(shí)，共軛緩沖物與容納在第一反應(yīng)室和第二反應(yīng)室中的每個(gè)中的對(duì)應(yīng)的第一組合物結(jié)合。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，共軛緩沖物可與包含在第一組合物中的分析物結(jié)合，以形成具有夾層結(jié)構(gòu)的第二組合物(操作15)。在這方面，為了有助于共軛物和第一組合物的結(jié)合，平臺(tái)200可以從一側(cè)向另一側(cè)搖晃數(shù)次。在形成第二組合物之后，連接清洗緩沖室120和第一反應(yīng)室150的通道185的閉閥被打開(kāi)，利用平臺(tái)200的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作為驅(qū)動(dòng)壓力將清洗緩沖物輸送至第一反應(yīng)室150。這里，輸送至第一反應(yīng)室150的清洗緩沖物還可以通過(guò)連接第一反應(yīng)室150和第二反應(yīng)室160的通道被運(yùn)送至第二反應(yīng)室160。輸送至第一反應(yīng)室和第二反應(yīng)室的清洗緩沖物可去除沒(méi)有形成第二組合物而留在反應(yīng)室中的殘留物(操作16)。在去除了這種未結(jié)合的殘留物之后，連接第一反應(yīng)室和第二反應(yīng)室的通道的閥被關(guān)閉(操作17)。因此，第一反應(yīng)室和第二反應(yīng)室之間的通道的閥可為常開(kāi)閥，如上所述。在關(guān)閉了第一反應(yīng)室和第二反應(yīng)室之間的通道的情況下，連接第二緩沖室130和第一反應(yīng)室150的通道的閉閥與連接第二緩沖室130和第二反應(yīng)室160的通道的閉閥均被打開(kāi)，利用平臺(tái)200的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作為驅(qū)動(dòng)壓力將基質(zhì)材料輸送至第一反應(yīng)室150 和第二反應(yīng)室160 (操作18)。當(dāng)基質(zhì)材料被輸送至第一反應(yīng)室和第二反應(yīng)室時(shí)，形成第二組合物的共軛物可與基質(zhì)材料反應(yīng)，因此引發(fā)顏色變化和/或產(chǎn)生特定的顏色。在預(yù)定時(shí)間之后，連接第二緩沖室140和第一反應(yīng)室150的通道的閉閥與連接第二緩沖室140和第二反應(yīng)室160的通道的閉閥均被打開(kāi)，以利用平臺(tái)200的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作為驅(qū)動(dòng)壓力將停止溶液輸送至第一反應(yīng)室150和第二反應(yīng)室160 (操作19)。當(dāng)停止溶液進(jìn)入第一反應(yīng)室和第二反應(yīng)室時(shí)，第二組合物和基質(zhì)材料之間的基質(zhì)反應(yīng)可被終止。在完成基質(zhì)反應(yīng)之后，在第一反應(yīng)室150中形成的第二組合物和在第二反應(yīng)室 160中形成的第二組合物均通過(guò)檢測(cè)部件相對(duì)于著色程度進(jìn)行測(cè)量，從而測(cè)量每個(gè)分析物的濃度(操作20)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，可在第一反應(yīng)室和第二反應(yīng)室中直接執(zhí)行分析物濃度的測(cè)量。在另一示例性實(shí)施例中，在將清洗緩沖物輸送至第一反應(yīng)室和第二反應(yīng)室之后，第二組合物與固定支撐件(諸如珠)分離，并且第二組合物被輸送至第一檢測(cè)室170 和第二檢測(cè)室180，以測(cè)量分析物的濃度。根據(jù)示例性實(shí)施例的一方面，在單個(gè)微流體裝置中可同時(shí)測(cè)試(或檢測(cè))若干分析物，從而對(duì)分析物提供快速且有效的測(cè)試同時(shí)降低制造該裝置的成本。而且，正極和/或負(fù)極控制可包括在微流體結(jié)構(gòu)中，以確保測(cè)試的質(zhì)量。盡管上面已經(jīng)參照附圖描述了示例性實(shí)施例，但是清楚理解的是這些示例性實(shí)施例不具體限制本發(fā)明構(gòu)思的范圍。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的原理和精神的情況下，可對(duì)這些示例性實(shí)施例進(jìn)行改變和/或變型。因此，明顯理解的是，本發(fā)明構(gòu)思不限于上述示出的技術(shù)構(gòu)造和布置。
權(quán)利要求
1.一種微流體裝置，所述微流體裝置包括多個(gè)反應(yīng)室，分別容納將與不同分析物結(jié)合的多個(gè)捕獲材料；多個(gè)通道，連接所述多個(gè)反應(yīng)室； 多個(gè)閥，設(shè)置在所述多個(gè)通道內(nèi)并被構(gòu)造為控制流經(jīng)所述多個(gè)通道的流體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微流體裝置，其中，所述多個(gè)通道定位成在所述多個(gè)反應(yīng)室之間提供流體連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微流體裝置，其中，每個(gè)閥為開(kāi)閥，在對(duì)所述閥施加能量之前為打開(kāi)的以使流體流動(dòng)，并且所述開(kāi)閥包括包含相變材料和發(fā)熱流體的混合物，其中，從由蠟、凝膠和熱塑性樹(shù)脂組成的組中選擇相變材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微流體裝置，其中，所述發(fā)熱流體包括載體油和分散在載體油中的多個(gè)微加熱顆粒，其中，從由微金屬氧化物、聚合物顆粒、量子點(diǎn)和磁珠組成的組中選擇微加熱顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微流體裝置，所述微流體裝置還包括對(duì)閥提供能量的外部能量源，其中，外部能量源包括激光束源。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微流體裝置，其中，從由抗體、抗原、受體、配體、寡核苷酸、半抗原和適配體組成的組中選擇捕獲材料，其中，捕獲材料結(jié)合到聚苯乙烯珠或板。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微流體裝置，其中，所述多個(gè)反應(yīng)室中的至少一個(gè)具有固定并放置捕獲材料的固定區(qū)域，其中，固定區(qū)域?yàn)橛蓮木奂谆┧峒柞?、環(huán)烯烴共聚物、聚苯乙烯和聚碳酸酯中選擇的材料組成的基底。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微流體裝置，所述微流體裝置還包括第一緩沖室，容納結(jié)合到不同分析物的多個(gè)共軛物；第二緩沖室，容納與共軛物反應(yīng)并產(chǎn)生顏色的基質(zhì)材料；第三緩沖室，容納終止與基質(zhì)材料的反應(yīng)的停止溶液。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微流體裝置，其中，所述共軛物為從由抗體、抗原、受體、配體、寡核苷酸、半抗原和適配體組成的組中選擇的任意一種。
10.一種分析物檢測(cè)方法，所述方法包括將包含多個(gè)分析物的樣品和共軛物輸送至多個(gè)反應(yīng)室；通過(guò)將樣品和共軛物與容納在所述多個(gè)反應(yīng)室中的捕獲材料結(jié)合而形成組合物；在形成所述組合物之后，關(guān)閉連接所述多個(gè)反應(yīng)室的通道；在關(guān)閉通道之后，將基質(zhì)材料輸送至所述多個(gè)反應(yīng)室，以使基質(zhì)材料與所述組合物反測(cè)量基質(zhì)材料和所述組合物之間的反應(yīng)產(chǎn)生的光，以確定樣品中的所述多個(gè)分析物的濃度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的分析物檢測(cè)方法，其中，形成組合物的步驟包括將樣品引入微流體裝置，以將樣品輸送至所述多個(gè)反應(yīng)室；在輸送樣品之后，使包含在樣品中的所述多個(gè)分析物結(jié)合到容納在所述多個(gè)反應(yīng)室中的不同的捕獲材料，從而形成多個(gè)不同的第一組合物；在形成第一組合物之后，將共軛物輸送至所述多個(gè)反應(yīng)室并使共軛物結(jié)合到所述第一組合物，從而形成第二組合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的分析物檢測(cè)方法，所述方法還包括在形成所述組合物之后，將清洗緩沖物引入所述多個(gè)反應(yīng)室中的每個(gè)反應(yīng)室，以去除未形成所述組合物的殘留物。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的分析物檢測(cè)方法，其中，關(guān)閉連接所述多個(gè)反應(yīng)室的通道包括將能量施加到通道的閥，以熔化閥的閥材料，從而關(guān)閉通道。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的分析物檢測(cè)方法，其中，將基質(zhì)材料輸送至多個(gè)反應(yīng)室以使基質(zhì)材料與所述組合物反應(yīng)包括分別將基質(zhì)材料輸送至所述多個(gè)反應(yīng)室，以執(zhí)行基質(zhì)材料與包含在所述組合物中的共軛物的基質(zhì)反應(yīng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的分析物檢測(cè)方法，所述方法還包括將停止溶液引入到所述多個(gè)反應(yīng)室中的每個(gè)反應(yīng)室中，以停止基質(zhì)材料與所述組合物的反應(yīng)。
全文摘要
提供了一種具有多個(gè)反應(yīng)室以同時(shí)檢測(cè)多個(gè)不同分析物的微流體裝置以及利用該微流體裝置的分析物檢測(cè)方法。所述微流體裝置包括多個(gè)反應(yīng)室，容納將與不同分析物結(jié)合的多個(gè)捕獲材料；多個(gè)通道，連接所述多個(gè)反應(yīng)室；多個(gè)閥，設(shè)置在所述多個(gè)通道內(nèi)以控制流經(jīng)所述多個(gè)通道的流體。
文檔編號(hào)B01L3/00GK102580644SQ20121001460
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月10日
發(fā)明者李凡石, 金貴炫 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社