專(zhuān)利名稱(chēng)：改進(jìn)了通道幾何結(jié)構(gòu)的微型流體裝置的制作方法
背景技術(shù)：
人們對(duì)用于獲取化學(xué)和生物化學(xué)方面信息的微型流體系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和制造既在其制備，又在其分析能力上越來(lái)越感興趣。在這種流體系統(tǒng)中采用電子工業(yè)的技術(shù)，例如平板照相、濕化學(xué)蝕刻等，更促進(jìn)了人們?cè)谶@方面的興趣。
微型流體系統(tǒng)最早用于化學(xué)或生物化學(xué)分析是在毛細(xì)管電泳(CE)領(lǐng)域。CE系統(tǒng)一般使用熔凝二氧化硅毛細(xì)管，而最近使用的是在平面二氧化硅基片上蝕刻出的通道，其中充以適當(dāng)?shù)姆蛛x基質(zhì)或介質(zhì)。待分析的樣品流體在毛細(xì)管或通道的一端注入。給毛細(xì)管兩端加上電壓，使得樣品中的物質(zhì)發(fā)生電泳遷移。樣品流體中組成元素因各自?xún)綦姾苫虼笮〉牟煌斐傻碾娪具w移率差別使得它們得以分離、鑒定和分析。有關(guān)CE法的全面論述，可參見(jiàn)Wiktorowicz的美國(guó)專(zhuān)利5,015,350和Petersen等的美國(guó)專(zhuān)利5,192,405。
關(guān)于使用平面基片制造CE系統(tǒng)也進(jìn)行了討論，可參見(jiàn)Mathies等，Proc.Natl.Acad.Sci.(1994)9111348-11352；Jacobsen等，Anal.Chem.(1994)661114-1118，Effenhauser等；Anal.Chem.(1994)662949-2953。但是，這類(lèi)系統(tǒng)通常只有一個(gè)樣品引入口，例如只有一個(gè)引入有待在毛細(xì)通道中接受分析的樣品的孔。這就需要在每次分析前進(jìn)行清洗和重新進(jìn)樣。而且，如果需要分析的樣品數(shù)目較多，各樣品中尺寸較大的組分(例如大的核酸片段、蛋白質(zhì)等)會(huì)在進(jìn)樣孔和分離通道內(nèi)聚集，還/或被毛細(xì)管壁吸附，最終影響系統(tǒng)的運(yùn)行。
所以，有必要提供包括CE系統(tǒng)在內(nèi)的微型流體系統(tǒng)，它能夠更快的分析許多份樣品，而所需的費(fèi)用、空間和時(shí)間則最少，甚至有所降低。本發(fā)明就滿(mǎn)足了這些要求以及其它要求。
發(fā)明概述首先，本發(fā)明提供了一種微型流體裝置，它包括具有第一表面的平面基片。其內(nèi)部至少有三條微細(xì)通道，第二通道與第一通道相交于第一交叉口，第三與第一通道相交于第二交叉口。其體結(jié)構(gòu)內(nèi)分布著許多樣品庫(kù)，它們都與第二通道連接。至少有一個(gè)第一退液庫(kù)與第三通道連接。
本發(fā)明還提供了一種類(lèi)似上述的微型流體裝置，但是至少一個(gè)樣品庫(kù)與第二通道連接，而至少一個(gè)樣品庫(kù)與第三通道連接。該裝置還包括至少第一和第二退液庫(kù)，第一退液庫(kù)與第一通道連接，第二退液庫(kù)與第二通道連接。
本發(fā)明還提供了一種類(lèi)似上述的微型流體裝置，但是包括一個(gè)與第一通道連通的預(yù)加樣組件。該預(yù)加樣組件具有第一進(jìn)樣通道，與第一通道相交于第一交叉口。該組件還具有第一批多個(gè)樣品庫(kù)，它們與第一進(jìn)樣通道連通；還有一個(gè)第一加樣/退液庫(kù)，它在第一批多個(gè)樣品庫(kù)和第一交叉口之間與第一進(jìn)樣通道連通。
本發(fā)明還提供了一種利用上述微型流體裝置分析許多份樣品的方法。在體結(jié)構(gòu)內(nèi)分布有許多樣品庫(kù)，都與第二通道連接。至少有第一退液庫(kù)連接于第三通道。該方法是令樣品材料從多個(gè)樣品庫(kù)中的第一樣品庫(kù)流經(jīng)第二通道，流經(jīng)第一和第二交叉口進(jìn)入第三通道，流向第一退液庫(kù)。部分樣品材料在第一交叉口注入第一通道，沿第一通道傳送，在分析通道內(nèi)檢測(cè)。
相關(guān)地，本發(fā)明提供了一種利用如上所述但是具有多個(gè)樣品庫(kù)的微型流體裝置分離樣品中組分的方法。這樣多樣品庫(kù)都連接于第二通道，至少第一退液庫(kù)連接于第三通道。該方法是令樣品從所述多個(gè)樣品庫(kù)中的第一個(gè)樣品庫(kù)流經(jīng)第二通道，流經(jīng)第一和第二交叉口進(jìn)入第三通道，流向第一退液庫(kù)。部分樣品材料在第一交叉口注入第一通道，沿第一通道傳送，從而將樣品中的組分分離開(kāi)來(lái)。
本發(fā)明還提供了一種微型流體裝置分離樣品組分的用途，這種裝置包括具有內(nèi)部和外部的體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部分布著至少第一、第二和第三微細(xì)通道，第二通道與第一通道相交于第一交叉口，第三通道與第一通道相交于第二交叉口，有多個(gè)樣品庫(kù)與第二通道連通，各自含有不同的樣品；還有一個(gè)退液庫(kù)連通于第三通道。
本發(fā)明還提供了一種微型流體裝置，它包括分析通道和進(jìn)樣通道，后者在第一交叉口與分析通道連通。有多個(gè)樣品源連通于進(jìn)樣通道，這多個(gè)樣品源中至少各有一個(gè)在第一交叉口的兩側(cè)與進(jìn)樣通道連通。第一和第二加樣/退液通道與進(jìn)樣通道分別相交于第二和第三交叉口。第二和第三交叉口位于第一交叉口的不同側(cè)。
本發(fā)明還提供了一種包括一個(gè)分析通道的微型流體裝置。有一個(gè)進(jìn)樣通道在所述分析通道的第一側(cè)，與其相交于第一交叉口。有多個(gè)樣品庫(kù)在第一交叉口的第一側(cè)與進(jìn)樣通道連通，并有一個(gè)退液通道在分析通道的第二側(cè)，與分析通道相交于第二交叉口。有一個(gè)退液庫(kù)在第一交叉口的第二側(cè)與退液通道連通。
本發(fā)明還提供了一種包括一個(gè)分析通道的微型流體裝置。進(jìn)樣通道與分析通道相交于第一交叉口。該裝置還具有一個(gè)樣品的預(yù)加樣組件，該組件的體結(jié)構(gòu)內(nèi)具有多個(gè)樣品庫(kù)和一個(gè)退液庫(kù)。每個(gè)樣品庫(kù)和該退液庫(kù)都在第一交叉口的同一側(cè)與進(jìn)樣通道連通。
本發(fā)明還提供了一種包括一個(gè)分析通道，并在內(nèi)部具有第一和第二橫向通道的微型流體裝置。第一橫向通道位于分析通道的第一側(cè)，與其相交于第一交叉口。第二橫向通道位于分析通道的第二側(cè)，與其相交于第二交叉口。第一樣品源與第一橫向通道連通，第二樣品源與第二橫向通道連通。第一退液通道位于第一橫向通道第三交叉口，第二退液通道位于第二橫向通道第四交叉口。該裝置還具有一個(gè)導(dǎo)流系統(tǒng)，用來(lái)引導(dǎo)來(lái)自第一和第二樣品源的樣品分別通過(guò)第一和第二橫向通道流入第一和第二退液通道，并使得樣品選擇性地注入分析通道。
本發(fā)明還提供了一種具有一個(gè)分析通道，并在內(nèi)部具有第一和第二橫向通道的微型流體裝置。第一橫向通道位于分析通道的第一側(cè)，與其相交于第一交叉口。第二橫向通道位于分析通道的第二側(cè)，與其相交于第二交叉口。有多個(gè)樣品源與第一橫向通道連通。第一退液通道位于內(nèi)部，并與第一橫向通道相交于第三交叉口。內(nèi)部至少有一個(gè)第二退液通道，與第二橫向通道相交于第四交叉口。該裝置還具有一個(gè)導(dǎo)流系統(tǒng)，用來(lái)引導(dǎo)來(lái)自第一和第二樣品源的樣品分別通過(guò)第一和第二橫向通道流入第一和第二退液通道，并使得樣品選擇性地注入分析通道。
本發(fā)明還提供具有一個(gè)分析通道和與之連通的進(jìn)樣通道的微型流體裝置。而且，有多個(gè)樣品源與進(jìn)樣通道連通。
本發(fā)明還提供了利用具有分析通道的微型流體裝置來(lái)分析多種不同物質(zhì)的方法。裝置內(nèi)有一個(gè)進(jìn)樣通道，與所述分析通道相交于第一交叉口。有多個(gè)樣品源與所述進(jìn)樣通道連通。第一樣品從所述多個(gè)樣品源中的第一個(gè)樣品源經(jīng)所述進(jìn)樣通道流至第一交叉口。一部分所述第一樣品注入所述分析通道。第二樣品從所述多個(gè)樣品源中第二個(gè)樣品源經(jīng)所述進(jìn)樣通道流至所述交叉口。一部分所述第二樣品注入所述分析通道；在分析通道內(nèi)分析所述的部分第二樣品。
本發(fā)明還提供用一種微型流體裝置分析多種不同樣品的方法，所述裝置包括具有第一表面(其上面有分析通道)的平面基片。該裝置的所述體結(jié)構(gòu)內(nèi)還包括與所述分析通道相交于第一交叉口的進(jìn)樣通道，具有至少第一和第二樣品庫(kù)以及一個(gè)退液庫(kù)的樣品預(yù)加樣組件，所述多個(gè)樣品庫(kù)和所述退液庫(kù)都與進(jìn)樣通道連通。樣品由所述第一庫(kù)流至第一交叉口。部分所述第一樣品注入所述分析通道。所述部分第一樣品在所述分析通道內(nèi)同時(shí)接受分析，此時(shí)，第二樣品由所述第二樣品庫(kù)進(jìn)入所述進(jìn)樣通道，然后進(jìn)入所述退液庫(kù)。所述第二樣品由所述進(jìn)樣通道傳送至所述交叉口，然后注入所述分析通道，在其中接受分析。
本發(fā)明還提供一種其體結(jié)構(gòu)中具有一個(gè)分析通道的微型流體裝置。其體結(jié)構(gòu)內(nèi)還含有多個(gè)樣品源，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)樣品通道與分析通道的第一位點(diǎn)連通。許多樣品源中第一個(gè)樣品源與分析通道該位點(diǎn)間的通道距離基本上相等于許多樣品源中第二個(gè)樣品源到分析通道該位點(diǎn)的距離。
本發(fā)明還提供了以下微型流體裝置，其體結(jié)構(gòu)中具有一個(gè)分析通道和第一樣品引入通道，該樣品引入通道與分析通道相交于第一位點(diǎn)。體結(jié)構(gòu)內(nèi)還具有第一批的許多樣品源，它們都分別通過(guò)體第一批各自分開(kāi)的樣品通道與第一樣品引入通道連通。許多樣品源中第一個(gè)樣品源至第一位點(diǎn)的通道距離基本上等于許多樣品源中第二個(gè)樣品源至該位點(diǎn)的距離。
本發(fā)明還涉及其體結(jié)構(gòu)具有一個(gè)分析通道和與之相交連通的一個(gè)進(jìn)樣通道的微型流體裝置。根據(jù)本發(fā)明這部分內(nèi)容，分析通道和進(jìn)樣通道一般不超過(guò)50μm寬。許多樣品源也與進(jìn)樣通道連通。
相關(guān)地，本發(fā)明提供了一種制造微型流體裝置的方法，所述方法包括在第一基片的第一平面上先制成許多通道。這許多通道一般包括一個(gè)分析通道、一個(gè)位于其第一側(cè)并與之相交于第一交叉口的進(jìn)樣通道。還包括與進(jìn)樣通道相交并位于第一交叉口第一側(cè)的多個(gè)樣品通道和位于分析通道第二側(cè)并與之相交于第二交叉口的一個(gè)退液通道。在這第一基片的平表面上覆蓋上第二平面基片以界定上述許多通道。第二平面基片上有許多穿透的眼，它們包括與分析通道兩端連通的兩個(gè)眼，與退液通道非相交末端連通的退液眼，以及分別與各樣品通道非相交末端連通的許多樣品眼。
本發(fā)明還提供具有一個(gè)分析通道和與其相交于第一交叉口的進(jìn)樣通道的微型流體裝置。為了提供許多種樣品進(jìn)行分析，它還具有許多與進(jìn)樣通道連通的樣品源。
此外，本發(fā)明還提供實(shí)施本發(fā)明方法和裝置的成套盒。本發(fā)明成套盒可以包括以下物件之一種或多種(1)所述裝置或裝置部件；(2)進(jìn)行所述方法和/或操作所述裝置或裝置部件的說(shuō)明書(shū)；(3)一種或多種試驗(yàn)物質(zhì)；(4)裝有裝置或試驗(yàn)物質(zhì)的容器；(5)包裝材料。
附圖簡(jiǎn)述

圖1A-1C示意的是本發(fā)明裝置使用的通道和儲(chǔ)庫(kù)的幾何結(jié)構(gòu)，以及它們?cè)诩訕幼⑷朐S多種樣品(圖1A和圖1B)，在預(yù)加樣樣品(圖C)時(shí)的運(yùn)作。
圖2示意的是在本發(fā)明微型流體裝置中進(jìn)行毛細(xì)管電泳中物質(zhì)傳送各步驟的時(shí)間順序(下方)，并與沒(méi)有預(yù)加樣特征的CE系統(tǒng)(上方)進(jìn)行比較。
圖3顯示為了連續(xù)分析許多種樣品而改進(jìn)了通道/樣品庫(kù)幾何結(jié)構(gòu)的微型流體裝置的一個(gè)實(shí)施例。
圖4顯示為了連續(xù)分析許多種樣品而改進(jìn)了通道/樣品庫(kù)幾何結(jié)構(gòu)的微型流體裝置的另一個(gè)實(shí)施例。
圖5顯示連續(xù)分析許多種樣品的微型流體裝置內(nèi)的另一種通道幾何結(jié)構(gòu)。
圖6是熒光染色核酸片段的滯留時(shí)間圖，該種核酸片段是注入由采用本發(fā)明改進(jìn)的通道/樣品庫(kù)幾何結(jié)構(gòu)的基片構(gòu)成的CE通道中的。
圖7A-7C是一組嵌有熒光染料的PCR片段(圖7A)、用HaeIII剪切然后嵌入有熒光染料的Phix174 DNA(圖7B)和空白緩沖液(圖7C)的熒光溫度-時(shí)間圖，它們被相繼注入利用本發(fā)明通道/樣品庫(kù)幾何結(jié)構(gòu)的微型流體裝置的分析通道。
圖8A和8B顯示的是微型流體裝置內(nèi)進(jìn)行的核酸分離試驗(yàn)，所述裝置的通道寬度分別為30微米(圖8A)和70微米(圖8B)。
本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明I.綜述本發(fā)明提供改進(jìn)了通道和儲(chǔ)庫(kù)幾何結(jié)構(gòu)的微型流體裝置，以及在分析、制備或處理其它以流體為載體的物質(zhì)時(shí)使用這類(lèi)裝置的方法，以期獲得更大的處理能力，而對(duì)費(fèi)用、物質(zhì)和/或空間的需要卻更低。
在此，“微型流體裝置”通指這樣的裝置或系統(tǒng)它具有至少兩個(gè)相交的通道即流體管道，其中至少一根通道的橫截面直徑至少在約0.1至500微米之間，約1至約100微米更好。
本發(fā)明的微型流體裝置具有一個(gè)中心結(jié)構(gòu)，其中分布著各種微型流體元件。該裝置具有一個(gè)外表部分即表面，以及一個(gè)界定整個(gè)微型流體裝置中各種細(xì)微通道和/或庫(kù)的內(nèi)部。例如，本發(fā)明微型流體裝置的體結(jié)構(gòu)通常采用平結(jié)構(gòu)(即基本上平的或具有至少一個(gè)平表面)的固體或半固體基質(zhì)。合適的基片可由各種材料或混合材料制成。通常，平面基片是用微型制造領(lǐng)域常用的固體基材制造的，例如玻璃、石英、硅或聚硅烷等二氧化硅基的基材，以及砷化鎵等其它已知的基材。如果是以上基片，可以方便地應(yīng)用例如平板照相、濕化學(xué)蝕刻、微型機(jī)械加工(即微型鉆孔和研磨等)等常用微型制造技術(shù)來(lái)制造微型流體裝置和基片?；蛘撸梢允褂镁酆匣牟牧蟻?lái)制造本發(fā)明的裝置，包括使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨基甲酯、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯、聚砜、聚碳酸酯、聚甲基戊烯、聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的共聚物)等。如果用上述聚合材料，可以用注射成形法或壓印法來(lái)制造具有所述通道和儲(chǔ)庫(kù)幾何結(jié)構(gòu)的基片。此時(shí)，原?？梢杂蒙鲜霾牧虾头椒ㄖ腥我庖环N來(lái)制造。
裝置的通道和儲(chǔ)庫(kù)通常制造在平面基片的一個(gè)平面上，例如制成該平面上的溝槽或凹陷區(qū)域。一般用相同或相似材料制成的另一個(gè)基板覆蓋在前述基片上并與之結(jié)合，由此界定了裝置的通道和/或儲(chǔ)庫(kù)。位于下面的基片的上表面和位于上面的基片的下表面共同界定著裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即裝置的通道和儲(chǔ)庫(kù)。
在上述裝置內(nèi)，底板的表面上至少有一根主通道(又稱(chēng)分析通道)，樣品通過(guò)它傳送并接受一定的分析。通常，許多樣品從他們各自的來(lái)源連續(xù)地輸出，通過(guò)進(jìn)入與主通道相交的橫向通道而注入主通道。這一橫向通道又稱(chēng)“進(jìn)樣通道”。樣品源最好包括在裝置內(nèi)，例如以許多庫(kù)的形式分布在裝置內(nèi)，并通過(guò)例如居中的樣品通道與進(jìn)樣通道連通。但是，本發(fā)明裝置的樣品源也可以位于裝置外，但是仍然必須如上所述與進(jìn)樣通道連通。
進(jìn)樣通道內(nèi)的樣品流經(jīng)進(jìn)樣通道和分析通道的交叉口。然后，這兩個(gè)通道的交叉口內(nèi)的那部分或那一“段”樣品輸送進(jìn)分析通道，在此接受所需的分析。兩通道的交叉口，例如主通道和進(jìn)樣通道內(nèi)的交叉口可以是“T”形即“三路”交叉口，進(jìn)樣通道在此與主通道相交并在主通道內(nèi)終結(jié)，或者反過(guò)來(lái)。兩個(gè)通道又可以相交穿過(guò)，形成“四路”交叉口。此時(shí)，注入樣品的體積與交叉口的體積直接有關(guān)。如果需要較多的樣品，一般可以使進(jìn)樣通道入口側(cè)即樣品側(cè)的交叉口和進(jìn)樣通道出口側(cè)即退液側(cè)的交叉口錯(cuò)開(kāi)，這樣，更多的樣品可在加樣過(guò)程中進(jìn)入分析通道，視兩個(gè)錯(cuò)開(kāi)的交叉口之間分析通道的長(zhǎng)度而異。
為了方便討論，一般是通過(guò)對(duì)樣品進(jìn)行毛細(xì)管電泳分析(CE)來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的裝置和系統(tǒng)。所以，對(duì)這種操作而言，主通道即分析通道內(nèi)通常含有篩選基質(zhì)、緩沖液或介質(zhì)，用于優(yōu)化樣品中各組分的分離。但是，在閱讀此處公開(kāi)的內(nèi)容時(shí)應(yīng)該理解的是，此處所述改進(jìn)了幾何結(jié)構(gòu)的微型流體裝置也適用于許多非CE用途，可以用于對(duì)樣品進(jìn)行多種不同的分析反應(yīng)，就此可參見(jiàn)國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)WO98/00231，本文將其參考結(jié)合于本發(fā)明中。
如上所述，本發(fā)明裝置使用的通道和儲(chǔ)庫(kù)的幾何結(jié)構(gòu)降低了生產(chǎn)這類(lèi)裝置的費(fèi)用，因?yàn)榭梢詼p少制造裝置所需的材料。此外，本發(fā)明裝置能夠以更高的處理能力進(jìn)行試驗(yàn)，而且改進(jìn)了這些試驗(yàn)，之所以有這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于(1)縮短了樣品從裝置上的來(lái)源輸送到分析區(qū)即分析通道的路程；(2)任意兩種樣品從各自來(lái)源到達(dá)分析區(qū)即分析通道的距離相等，這使得輸送過(guò)程對(duì)樣品的影響相等；(3)增加了可置于同一裝置內(nèi)的樣品的份數(shù)；(4)允許一種樣品接受分析時(shí)，另一種樣品則輸送到一定區(qū)域即預(yù)先加樣以備后來(lái)進(jìn)行分析；(5)為各樣品提供了一個(gè)預(yù)加樣到達(dá)的共同位點(diǎn)，因此，各樣品的加樣注入循環(huán)的時(shí)間得以標(biāo)準(zhǔn)化；(6)改善了分析通道內(nèi)各物質(zhì)區(qū)(例如液帶或液段)的檢測(cè)和分辨率。II.成本的降低通常，在微型制造領(lǐng)域，需要使用“收縮”原則來(lái)優(yōu)化制造過(guò)程。所謂收縮一般是指先在最初的尺度上對(duì)裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，然后進(jìn)行比例縮小到裝置的尺寸。收縮為裝置的設(shè)計(jì)和制造提供了兩方面的優(yōu)點(diǎn)。首先，其明顯優(yōu)點(diǎn)是可以減小實(shí)際產(chǎn)品的總體尺寸。因?yàn)槌叽巛^小，即產(chǎn)品所占空間較小，就可以繼而將該裝置裝在較小的整體系統(tǒng)中。而且，許多情況下，用微型制造技術(shù)制成的裝置(包括微處理器、微型流體裝置等)可以在較大的基片(例如硅、二氧化硅等)上制成。因此，通過(guò)減小各單獨(dú)裝置的尺寸，可以增加在同一基片上生產(chǎn)的裝置的數(shù)量，由此降低了成本。
而且，增加用同一基片生產(chǎn)的裝置的數(shù)量還顯著減少了因給定基片中的缺陷而損失的裝置數(shù)量。例如，如果一張基片只能生產(chǎn)4個(gè)裝置，該基片的一個(gè)小的關(guān)鍵性缺陷存在于一個(gè)裝置內(nèi)就會(huì)造成25％的損耗，即4個(gè)裝置中的一個(gè)裝置會(huì)具有該缺陷。但是，如果同一基片可生產(chǎn)20個(gè)不同裝置，則僅5％即20個(gè)裝置中的一個(gè)裝置有缺陷。所以，減小裝置尺寸本身在成本上的優(yōu)點(diǎn)是雙重的。
就本發(fā)明裝置而言，要能夠分析許多份樣品，單個(gè)裝置的長(zhǎng)度和寬度約為5mm至100mm，但是根據(jù)要求的分析數(shù)目以及反應(yīng)試劑庫(kù)的所需體積，可以制備更大或更小的裝置。較好的是，裝置的長(zhǎng)與寬約為5mm至50mm。
通過(guò)本發(fā)明裝置內(nèi)通道和儲(chǔ)庫(kù)幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，可以顯著減少單個(gè)裝置所需的基材。這種對(duì)基材需求的減少加上基片數(shù)/基片的增加和基材損耗/基片的降低顯著降低了成本。雖然這里是用二氧化硅基或硅基基片材料進(jìn)行說(shuō)明，但是不難理解的是，本發(fā)明在成本和材料方面的節(jié)省也適用于更多種類(lèi)的基材，例如玻璃、聚合材料等。III.處理能力的提高如前所述，本發(fā)明裝置中改進(jìn)的通道和儲(chǔ)庫(kù)的幾何結(jié)構(gòu)還顯著改善了對(duì)許多份樣品進(jìn)行一定試驗(yàn)的處理能力。具體地說(shuō)，在各種流通系統(tǒng)中，有相當(dāng)多的時(shí)間只是用于將物質(zhì)從系統(tǒng)的一個(gè)位置運(yùn)送到另一個(gè)位置。在毛細(xì)管電泳系統(tǒng)中，物質(zhì)是以電泳的方式從系統(tǒng)的一個(gè)位置運(yùn)送到另一個(gè)位置，即從樣品庫(kù)運(yùn)送到分析毛細(xì)管的，情況尤其如此。如果系統(tǒng)被用于連續(xù)分析許多份樣品，則該問(wèn)題更嚴(yán)重。
另一方面，本發(fā)明裝置和系統(tǒng)中使用的通道和儲(chǔ)庫(kù)的幾何結(jié)構(gòu)顯著縮短了從裝置的樣品庫(kù)到分析部位(即分析通道)的運(yùn)送時(shí)間。改進(jìn)的幾何結(jié)構(gòu)還允許在單位面積基片上容納更多的樣品庫(kù)。此外，這種改進(jìn)的幾何結(jié)構(gòu)允許進(jìn)行“預(yù)加樣”操作，這一操作允許一份樣品在分析區(qū)即分析通道內(nèi)分析的同時(shí)，另一份樣品從其儲(chǔ)庫(kù)傳送至鄰近分析區(qū)即分析通道的位置。以上幾種因素結(jié)合起來(lái)就使裝置的處理能力顯著提高。
A.多樣品庫(kù)本發(fā)明內(nèi)容之一，是本發(fā)明裝置和系統(tǒng)對(duì)于一個(gè)給定的分析通道使用多個(gè)樣品源或樣品庫(kù)，僅靠各樣品順次從其儲(chǔ)庫(kù)注入分析通道(即從第一樣品庫(kù)吸出樣品注入分析通道，然后從第二樣品庫(kù)吸出樣品注入分析通道)就能在同一裝置內(nèi)連續(xù)分析許多份樣品。雖然，在這里的一般敘述是就制造在微型流體裝置內(nèi)的樣品庫(kù)而言的，但需要明白的是，樣品庫(kù)也可以在本發(fā)明裝置以外，但是須保持著與本發(fā)明裝置上各個(gè)位點(diǎn)的連通。
多樣品庫(kù)的使用提供的優(yōu)點(diǎn)在于能夠連續(xù)分析許多份樣品而無(wú)需每次在結(jié)束前一次樣品分析后手工加樣。本發(fā)明裝置包括至少兩個(gè)位于同一基片上并與一個(gè)給定分析通道連通的隔開(kāi)的樣品庫(kù)。通常，所述裝置包括與一個(gè)給定分析通道相通的4個(gè)隔開(kāi)的樣品庫(kù)，更常見(jiàn)的是6個(gè)隔開(kāi)的樣品庫(kù)，以至少8個(gè)為佳，至少12個(gè)更好，經(jīng)常是至少16個(gè)。每個(gè)樣品庫(kù)一般都與進(jìn)樣通道連通，后者又與分析通道相交連通。通常有一個(gè)位于進(jìn)樣通道與分析通道交叉口另一側(cè)的加樣/退液庫(kù)與進(jìn)樣通道連通。這就可以通過(guò)抽吸樣品穿過(guò)交叉口導(dǎo)向加樣/退液庫(kù)而進(jìn)行加樣。還可以另加一個(gè)位于樣品進(jìn)入同一側(cè)的預(yù)加樣通道和儲(chǔ)庫(kù)與進(jìn)樣通道連通，以便當(dāng)前一份樣品正通過(guò)主通道時(shí)可對(duì)后一份樣品進(jìn)行加樣，加樣時(shí)這份樣品由其儲(chǔ)庫(kù)傳送至交叉口同側(cè)的加樣/退液庫(kù)，但不穿過(guò)交叉口。
如上所述，在本發(fā)明裝置的單位基片面積上有著較高的樣品庫(kù)和其它庫(kù)的密度。具體地說(shuō)，樣品庫(kù)和緩沖液庫(kù)一般在裝置內(nèi)，密度約2個(gè)庫(kù)/cm2，超過(guò)4個(gè)庫(kù)/cm2更好，有時(shí)可能超過(guò)8個(gè)庫(kù)/cm2。特別好的是，本發(fā)明裝置內(nèi)的各個(gè)庫(kù)間隔均勻。更具體地說(shuō)，這樣的間隔是對(duì)現(xiàn)有流體處理系統(tǒng)中間距的補(bǔ)充，例如，與多庫(kù)片的尺寸是相適的。例如較好的是，儲(chǔ)庫(kù)排列成規(guī)則間距的線(xiàn)狀方式(為沿一直線(xiàn))或網(wǎng)狀方式。例如，裝置的儲(chǔ)庫(kù)以9mm的中心距(適合96庫(kù)的片)排布成線(xiàn)狀或網(wǎng)狀，以4.5mm中心距更好(適合384庫(kù)的片)，有時(shí)約為2.25mm中心距(適合1636庫(kù)的片)。
較好的是，多個(gè)樣品儲(chǔ)庫(kù)在基片上位于分析通道的兩側(cè)。這樣將樣品庫(kù)集中在樣品注入分析通道位點(diǎn)的周?chē)o定儲(chǔ)庫(kù)和樣品注入分析通道位點(diǎn)之間的距離最短，通道長(zhǎng)度也就最短。樣品庫(kù)與分析通道之間長(zhǎng)度最短，就可以令樣品傳送到分析通道所需的時(shí)間最短。而且還盡可能減小了流體運(yùn)送過(guò)程中會(huì)造成的影響，例如組分粘附在裝置上，電滲(E/O)或電泳系統(tǒng)中的電效應(yīng)，(在進(jìn)入分析通道前是不希望出現(xiàn)這些效應(yīng)的)例如樣品內(nèi)組分的電泳偏移或分離。
更好的是，樣品庫(kù)在分析通道兩邊均等分布。這樣，在分析通道的兩側(cè)各有相互隔開(kāi)的樣品庫(kù)至少2個(gè)，一般至少各3個(gè)，至少各4個(gè)為佳，至少6個(gè)更好，至少8個(gè)則還要好。
或者更好的是，各樣品源或樣品庫(kù)的位置使得物質(zhì)從各樣品源或樣品庫(kù)到達(dá)注入通道(或者是后文將詳細(xì)說(shuō)明的樣品注入通道)的必經(jīng)路程基本相等?！盎鞠嗟取钡囊馑际侨魏我粋€(gè)儲(chǔ)庫(kù)的這段通道路程與另一儲(chǔ)庫(kù)的相差不超過(guò)25％，低于15％為佳，低于10％更好，低于5％則還要好。最好的是，這些通道路程彼此相差在2％之內(nèi)。
就到達(dá)注入點(diǎn)或預(yù)加樣點(diǎn)的通道路程而言，令樣品庫(kù)分布等距離具有許多優(yōu)點(diǎn)。起先，在許多應(yīng)用中，運(yùn)行緩沖液、篩選基質(zhì)、動(dòng)力涂料等流體加到微型流體裝置的通道中是先加在一個(gè)儲(chǔ)庫(kù)例如緩沖液庫(kù)或退液庫(kù)中，然后，這些流體通過(guò)毛細(xì)作用、和/或液壓或外加的壓力傳送到裝置的通道內(nèi)。在這類(lèi)情況下，流體通過(guò)管徑大致相同的通道，且流速大致相同。所以，如果微型流體裝置從注入點(diǎn)的通道路程不同，流體將最先到達(dá)位于最短通道末端的儲(chǔ)庫(kù)。如果有施加的壓力或液壓，這些儲(chǔ)庫(kù)會(huì)在流體到達(dá)其它儲(chǔ)庫(kù)之前開(kāi)始充液。結(jié)果造成不同樣品庫(kù)中不同的液位，繼而造成各樣品稀釋度的不同，由此影響對(duì)各樣品進(jìn)行定量比較的能力。通道的距離相等就可解決這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)榱黧w以相同的速度和時(shí)間到達(dá)并充滿(mǎn)各個(gè)儲(chǔ)庫(kù)。
通道距離相等，除了可解決稀釋問(wèn)題外，還會(huì)使各個(gè)樣品從其儲(chǔ)庫(kù)到注入點(diǎn)的時(shí)間即加樣時(shí)間相等。這有好幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，每一樣品經(jīng)過(guò)相同時(shí)間傳送到相同環(huán)境，結(jié)果傳送時(shí)間的效應(yīng)相同。例如，在核酸分析中，嵌入染料常與運(yùn)行緩沖液在裝置的通道內(nèi)混合，此時(shí)該染料就被在這些通道中傳送(即從樣品源到分析通道的傳送過(guò)程中)的核酸所吸取。傳送時(shí)間不同會(huì)造成染料被吸取量的不同，結(jié)果不同樣品的最后信號(hào)強(qiáng)度不同。此外，進(jìn)樣時(shí)間相同的優(yōu)點(diǎn)還在于使系統(tǒng)的操作者能夠?qū)⒏鞣N樣品進(jìn)樣或預(yù)加樣所需的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)化。具體地說(shuō)，每份樣品進(jìn)樣或預(yù)加樣需要相同的時(shí)間，就極大地改善了微型流體裝置的操作。
通過(guò)采用其它通道的形狀或結(jié)構(gòu)也可以達(dá)到使得各樣品源與注入點(diǎn)等距的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榇藭r(shí)給定流體(例如樣品)去向或來(lái)自一樣品源的傳送時(shí)間與其去向或來(lái)自另一樣品源的傳送時(shí)間相同。例如，如果樣品源不等距，可以通過(guò)改變通道寬度來(lái)使得去向或來(lái)自?xún)蓚€(gè)不同樣品源的流體傳送速度相同。具體地說(shuō)，靠近注入點(diǎn)或預(yù)加樣點(diǎn)的樣品源可以通過(guò)較寬的通道與注入點(diǎn)或預(yù)加樣點(diǎn)連通，這樣，在類(lèi)似或完全相同的物質(zhì)傳送條件下(例如相同的電場(chǎng))，樣品從其源通過(guò)該通道流向注入點(diǎn)或預(yù)加樣點(diǎn)所需的時(shí)間與通過(guò)較長(zhǎng)較細(xì)通道連通的樣品源所需的時(shí)間基本相同。類(lèi)似的，根據(jù)本文的詳細(xì)說(shuō)明，這樣的通道改變還可以用于均衡流體通過(guò)一共同通道引入各自樣品源所需的時(shí)間，例如在給裝置加入緩沖液等時(shí)。
“基本相同的時(shí)間”是指，對(duì)于任意其它樣品源或儲(chǔ)庫(kù)而言，樣品從其來(lái)源流至裝置的注入點(diǎn)或預(yù)加樣點(diǎn)的時(shí)間在相同的傳送條件下(例如在電動(dòng)力傳送中施加的壓力和電場(chǎng)相同)相差不超過(guò)25％，不超過(guò)15％為佳，不超過(guò)10％更好，不超過(guò)5％則還要好。最好的是，樣品從各自樣品源流至注入點(diǎn)或預(yù)加樣點(diǎn)的時(shí)間彼此相差在約2％之內(nèi)。
除了保證裝置內(nèi)各種樣品的傳送時(shí)間相同之外，一般還要求縮短樣品為到達(dá)注入點(diǎn)而必須經(jīng)過(guò)的共同通道(例如進(jìn)樣通道)的長(zhǎng)度。具體地說(shuō)，縮短進(jìn)樣通道從其與樣品通道交叉口至其與預(yù)加樣/退液通道交叉口之間的長(zhǎng)度，就減少了最后注入的物質(zhì)的交叉污染的機(jī)會(huì)。具體地說(shuō)，在下一份樣品實(shí)際注入交叉口之前，縮短的進(jìn)樣通道更可能被完全充滿(mǎn)。這樣，本發(fā)明至少包括這樣一種情況，樣品通道與進(jìn)樣通道的交叉口距進(jìn)樣通道與加樣/退液通道的交叉口很近，例如在約5mm之內(nèi)，4mm之內(nèi)為佳，約2mm之內(nèi)更好，通常約1mm之內(nèi)，這樣進(jìn)樣通道在其與樣品通道的交叉口和其與注入交叉口或預(yù)加樣交叉口之間的長(zhǎng)度少于約5mm，少于4mm為佳，少于約2mm則更好。
如前所述，樣品注入主分析通道的過(guò)程通常包括將樣品傳送穿過(guò)進(jìn)樣通道與分析通道的交叉口。所以，較好的是，本發(fā)明的裝置或系統(tǒng)一般包括加樣/退液庫(kù)和與進(jìn)樣通道連通但位于與分析通道進(jìn)樣側(cè)相對(duì)另一側(cè)的通道。給位于分析通道兩側(cè)的所需樣品庫(kù)和加樣/退液庫(kù)之間加上電壓，就使得物質(zhì)沿進(jìn)樣通道并穿過(guò)進(jìn)樣通道與分析通道的交叉口(又稱(chēng)注入點(diǎn))進(jìn)入加樣/退液通道和儲(chǔ)庫(kù)。
由于本發(fā)明的裝置和系統(tǒng)以讓各種樣品位于分析通道的兩側(cè)為佳，所以這類(lèi)裝置通常還包括分析通道兩側(cè)的一個(gè)加樣/退液庫(kù)和與進(jìn)樣通道連通的相應(yīng)通道。具體地說(shuō)，分析通道一側(cè)的預(yù)加樣室是分析通道另一側(cè)的加樣/退液庫(kù)。這一結(jié)構(gòu)特征可參見(jiàn)圖1。
圖1A簡(jiǎn)明地展示了微型流體裝置(未示出)內(nèi)兩個(gè)通道(例如主分析通道100與進(jìn)樣通道102)的一個(gè)交叉口。進(jìn)樣通道還包括第一和第二樣品引入通道，分別為104和106，它們與進(jìn)樣通道位于交叉口108兩側(cè)的段分別連通，這兩個(gè)樣品引入通道還與第一樣品源110和第二樣品源112連通，這些樣品源例如是位于裝置內(nèi)的樣品庫(kù)。進(jìn)樣通道位于交叉口兩側(cè)的段除了與第一和第二樣品引入通道連接外還與第一和第二加樣/退液通道114和116分別連通，后兩者又與第一和第二加樣/退液庫(kù)118和120連通。
圖1B顯示從第一和第二樣品庫(kù)順次注入樣品。具體地說(shuō)，圖1B中的分圖1和II顯示的是第一樣品(用斜線(xiàn)陰影表示)被傳送進(jìn)入進(jìn)樣通道102，穿過(guò)進(jìn)樣通道與主通道100的交叉口，進(jìn)入第二加樣/退液通道116。在電引導(dǎo)系統(tǒng)(例如本發(fā)明中一般所述的E/O流即電泳傳輸系統(tǒng))中，這個(gè)傳送過(guò)程是通過(guò)在第一樣品庫(kù)110和第二加樣/退液庫(kù)120之間加上電壓令物質(zhì)順電流途徑的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。然后，交叉口的那段樣品注入到主通道100中，這是通過(guò)在交叉口108兩側(cè)的主通道的兩個(gè)位置(即主通道100兩端的緩沖液庫(kù)和退液庫(kù))之間加電壓實(shí)現(xiàn)的。在此注入過(guò)程中，可以去除樣品庫(kù)110和第二加樣/退液庫(kù)120之間的電壓，例如，允許這些儲(chǔ)庫(kù)“漂送”。但是，通常，這兩個(gè)庫(kù)之間的電壓仍是維持的，為了使得恰好是交叉口中的物質(zhì)流入(例如引入)到主通道中，也是為了避免分析過(guò)程中樣品可能擴(kuò)散或滲到交叉口中。
如圖1B的分圖III和IV所示，將第二樣品(用交叉線(xiàn)陰影表示)加入然后注入主通道100中，方法與第一樣品相同，所不同的是，在加樣過(guò)程中，電壓加在第二樣品庫(kù)112和第一加樣/退液庫(kù)118之間。
除了可從分析通道兩側(cè)注入樣品外，與沒(méi)有這一特征的裝置相比，在分析通道的兩側(cè)都設(shè)置了加樣/退液庫(kù)還允許當(dāng)一個(gè)樣品在分析通道內(nèi)接受分析時(shí)，另一樣品可以預(yù)先加入。
例如，在典型的平面基片式CE裝置(其中分離通道和進(jìn)樣通道彼此交叉)中，樣品加入分離通道的過(guò)程是將樣品裝在進(jìn)樣通道末端的庫(kù)內(nèi)，在進(jìn)樣通道上加上電壓，直至樣品電泳通過(guò)進(jìn)樣通道與分離通道的交叉口。通常，電壓是通過(guò)設(shè)在給定通道末端的庫(kù)(又稱(chēng)“港口”)內(nèi)的電極施加的。然后，交叉口內(nèi)的那段物質(zhì)沿分離通道進(jìn)行電泳，這是利用在分析或分離通道長(zhǎng)度方向上施加電壓實(shí)現(xiàn)的。為了避免干擾樣品的分析或分離，即避免對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行干擾，必須等到分離結(jié)束才可加入后繼樣品。
但是這里所述的通道結(jié)構(gòu)中，當(dāng)?shù)谝粯悠氛诜治鐾ǖ乐薪邮芊治?例如電泳)時(shí)，后繼樣品可以傳送到進(jìn)樣通道內(nèi)靠近甚至毗鄰注入點(diǎn)的位置。具體地說(shuō)，在樣品庫(kù)以及與進(jìn)樣通道連通且與該樣品庫(kù)位于分析通道同一側(cè)的加樣/退液庫(kù)之間施加電壓，樣品就從相應(yīng)的樣品庫(kù)通過(guò)進(jìn)樣通道一段傳送至加樣/退液通道/庫(kù)，此時(shí)不通過(guò)分析通道。而且，在這個(gè)后繼樣品的預(yù)加樣進(jìn)料過(guò)程中維持所加的電壓，使得預(yù)加樣點(diǎn)(例如加樣/退液通道114和進(jìn)樣通道102的交叉口處)的電壓基本上等于注入點(diǎn)108的電壓，這個(gè)預(yù)加樣過(guò)程的進(jìn)行就不會(huì)影響分析通道內(nèi)物質(zhì)的傳送，例如，在進(jìn)樣通道和分析通道之間不會(huì)產(chǎn)生橫向電場(chǎng)。當(dāng)某一通道的一端施加電壓Va，其另一端施加電壓Vb時(shí)要確定該通道內(nèi)某個(gè)給定居中點(diǎn)的電壓值Vi，可采用以下公式Vi＝Rb+(Va-Vb)/(Ra+Rb)其中Ra是施加Va的點(diǎn)與其電壓Vi的居中點(diǎn)之間的電阻，Rb是施加Vb的點(diǎn)與居中點(diǎn)之間的電阻。
在結(jié)束分析前一個(gè)樣品后，只要將已在進(jìn)樣通道內(nèi)的后一個(gè)樣品傳送通過(guò)進(jìn)樣通道和分析通道的交叉口，然后和前次一樣，交叉口內(nèi)的樣品段被傳送進(jìn)入分析通道。
圖1C顯示的通道交叉結(jié)構(gòu)與圖1B的相同，但是該結(jié)構(gòu)是用來(lái)當(dāng)前一樣品在主通道中接受分析時(shí)另一樣品預(yù)先進(jìn)樣的。具體地說(shuō)，分圖I顯示的是圖1B第一樣品進(jìn)入后期的情況。在分析第一樣品時(shí)，通過(guò)傳送第二樣品進(jìn)入進(jìn)樣通道然后進(jìn)入第二加樣/退液通道，第二樣品就送至進(jìn)樣通道內(nèi)靠近注入點(diǎn)即交叉口108的位置。如分圖II所示，第一樣品分析(例如電泳分離等)完成后，將第二樣品傳送通過(guò)交叉口108再進(jìn)入分析通道(分圖III)。然后對(duì)全部要分析的若干樣品重復(fù)上述過(guò)程。
圖2顯示，具有后續(xù)樣品預(yù)加樣結(jié)構(gòu)的裝置，與沒(méi)有這種結(jié)構(gòu)的裝置相比，明顯節(jié)省了時(shí)間。分圖A簡(jiǎn)明地顯示使用一般微型流體裝置(即在分析通道兩側(cè)沒(méi)有分開(kāi)的加樣/退液庫(kù))將多份樣品添加注入分析通道所經(jīng)歷的時(shí)間過(guò)程。具體地說(shuō)，加入任何給定樣品都需要傳送樣品通過(guò)分析通道與進(jìn)樣通道的交叉口，然后將交叉口處的樣品傳送到分離通道內(nèi)。在這類(lèi)一般裝置中，當(dāng)一份給定樣品接受分析時(shí)，沒(méi)有其它樣品加入，因?yàn)槟菢訉?huì)擾亂分析通道內(nèi)的物流。所以，必須在一份樣品完全分析完畢后才能加入后面的樣品，結(jié)果在進(jìn)樣注入的時(shí)間線(xiàn)上，如箭頭所示，樣品的進(jìn)樣和分析在時(shí)間上是不重疊的。
圖2的分圖B顯示了在本發(fā)明裝置中連續(xù)分析各個(gè)樣品的時(shí)間線(xiàn)，該裝置中在含有要加入的樣品的庫(kù)的同側(cè)還具有附加的加樣/退液庫(kù)。因此可以允許樣品從其庫(kù)進(jìn)入進(jìn)樣通道(這又稱(chēng)為預(yù)加樣)，此時(shí)不與分析通道內(nèi)的物流交叉，也不在其它方面影響該物流。因此，當(dāng)一份樣品正沿分析通道傳送并接受分析時(shí)，后面的樣品可以預(yù)先加入到進(jìn)樣通道內(nèi)。如分圖B所示，時(shí)間上的節(jié)省是很明顯的，尤其是要分析許多份樣品(例如8、10、12、16或更多)時(shí)。
為了減少預(yù)加入的樣品和分析通道之間的死體積，通常要求加樣/退液通道與進(jìn)樣通道相交的位點(diǎn)比較靠近進(jìn)樣通道和分析通道的交叉口。在本發(fā)明微型流體裝置中，這兩個(gè)交叉口的距離一般小于5mm，小于2mm為佳，小于1mm更好，通常小于0.5mm。
此外，對(duì)多樣品庫(kù)的裝置來(lái)說(shuō)，一般要求能將各樣品預(yù)加樣在進(jìn)樣通道內(nèi)相同的位點(diǎn)。這樣可以對(duì)預(yù)加樣、加樣和注入各樣品的時(shí)間安排進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和簡(jiǎn)化。而且，在預(yù)加樣期間，對(duì)該樣品可以進(jìn)行許多其它操作，包括稀釋、與底料或其它反應(yīng)物混合等。因此，加樣/退液通道與進(jìn)樣通道的相交的位點(diǎn)在全部的樣品庫(kù)和主通道之間是較好的。這樣，較好的是，每個(gè)加樣/退液通道與進(jìn)樣通道的相交位點(diǎn)是在(1)進(jìn)樣通道和主通道的交叉口和(2)進(jìn)樣通道與各樣品通道的交叉口之間。以下將更詳細(xì)的說(shuō)明樣品的加樣和預(yù)加樣。
最后，除上述優(yōu)點(diǎn)以外，設(shè)置多樣品庫(kù)且各樣品庫(kù)具有一根單獨(dú)通道與注入點(diǎn)至少部分地連通，這還至少提供了另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，尤其是用在CE用途中時(shí)。典型的CE系統(tǒng)通過(guò)同一通路(例如同一樣品庫(kù)或同一通道和路徑)引入各樣品。這一點(diǎn)經(jīng)常造成例如核酸大分子或絡(luò)合物或蛋白質(zhì)等遷移極慢的物質(zhì)在該路徑內(nèi)累積，這種累積可能造成分離通道或毛細(xì)管的堵塞。
就象本發(fā)明這樣，為每一份待測(cè)樣品設(shè)置隔開(kāi)的引入通路，與不同樣品通過(guò)同一路徑引入不同，遷移緩慢的物質(zhì)通常會(huì)滯留在樣品源或與共用進(jìn)樣通道連接的那個(gè)通道內(nèi)。這一影響在CE用途中尤其明顯，CE在裝置的不同通道內(nèi)含有篩選基質(zhì)或介質(zhì)，該基質(zhì)會(huì)強(qiáng)化大尺寸組分的差異遷移率。
在某些實(shí)施例中，本發(fā)明微型流體裝置中還可以有較窄的通道，特別在裝置的注入點(diǎn)處。具體地說(shuō)，縮小至少在注入交叉口的尺寸可以大大減少注入分析通道的樣品量，這樣，測(cè)出的帶更窄，而相鄰帶之間的分辨率更高。
分析通道較窄在利用激光熒光進(jìn)行檢測(cè)的系統(tǒng)中尤其有用。具體地說(shuō)，將注入通道和分析通道的寬度減小至入射到分析通道檢測(cè)部分上激光斑大小的約1倍至5倍，如前所述，可以提高分析通道內(nèi)條帶的分辨率，而不會(huì)顯著改變裝置的靈敏度。雖然進(jìn)入分析通道和通過(guò)檢測(cè)器的物質(zhì)較少，但是檢測(cè)器能夠檢測(cè)的物質(zhì)所占的百分比較高。所以，較好的是，使用光斑為10微米的激光時(shí)，分析通道的寬度宜為約10至50微米，約20至40微米為佳，約30至35微米更佳。IV.裝置說(shuō)明改進(jìn)了通道和儲(chǔ)庫(kù)幾何結(jié)構(gòu)的本發(fā)明裝置實(shí)施例之一見(jiàn)圖3所示裝置300是由一塊平面基片302制成的，在其表面上制成許多通道。將第二層平面基片覆蓋在第一塊上形成許多儲(chǔ)庫(kù)，前者上分布了許多孔。然后，第二層基片與第一層基片結(jié)合。
如圖所示，該裝置包括一個(gè)主要的分離或分析通道304沿著基片的中部縱向沿伸。它開(kāi)始于緩沖液庫(kù)306并與其連通，終止于退液庫(kù)308和310并通過(guò)通道312與它們連通。進(jìn)樣通道314與主通道304相交并連通。如圖所示，該裝置還具有許多樣品庫(kù)316到346，通過(guò)各自的樣品通道348至378或通過(guò)中間樣品通道都與進(jìn)樣通道314連通。另有加樣/退液通道380和382，它們與進(jìn)樣通道314連通，分別位于進(jìn)樣通道與主通道304交叉口的兩側(cè)，且位于該交叉口及交叉口各側(cè)相應(yīng)樣品通道之間。這兩個(gè)加樣/退液通道都分別終止于加樣/退液庫(kù)384和386。
多個(gè)隔開(kāi)的樣品庫(kù)分布在主通道兩側(cè)，這是為了在基片上設(shè)置盡可能多的儲(chǔ)庫(kù)，同時(shí)樣品到達(dá)分析通道的必經(jīng)路程盡可能短。
為了調(diào)控和引導(dǎo)裝置內(nèi)物質(zhì)的電泳移動(dòng)，有一個(gè)電極與各儲(chǔ)庫(kù)306-310、316-346、348和386都有電氣連接。同樣，雖然本實(shí)施例是以裝置內(nèi)物質(zhì)的電泳傳送和引導(dǎo)來(lái)說(shuō)明的，但顯然，其它形式的物質(zhì)傳送和引導(dǎo)也是可以的，例如電滲流體傳送和引導(dǎo)、壓力或氣動(dòng)的流體傳送系統(tǒng)、包括使用微型泵或其它位移驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的，同樣都能受益于本發(fā)明。
運(yùn)行中，第一樣品位于樣品庫(kù)例如316中。在樣品庫(kù)316和退液庫(kù)318間電壓的作用下，樣品沿樣品通道348傳送至進(jìn)樣通道314，穿過(guò)進(jìn)樣通道314與主通道304的交叉口。較好的是，在緩沖液庫(kù)306和退液庫(kù)318間也加上電壓，提供一段來(lái)自主通道的限制流，對(duì)流過(guò)交叉口的樣品進(jìn)行“收聚”，避免交叉口內(nèi)樣品的泄漏和擴(kuò)散。有關(guān)節(jié)制進(jìn)樣的詳情可參見(jiàn)Ramsey等的PCT申請(qǐng)No.WO96/04547，將其參考結(jié)合在本發(fā)明中。
進(jìn)樣通道314和主通道304交叉口處的樣品段例如收聚流段，在緩沖液庫(kù)306和退液庫(kù)308及310之間的電壓作用下沿主通道304傳送，此時(shí)儲(chǔ)庫(kù)316和386則讓其“漂送”。有時(shí)，可以在這些漂送庫(kù)上施加適當(dāng)?shù)碾妷菏沟眠M(jìn)樣通道的樣品離開(kāi)交叉口，以避免樣品滲進(jìn)分析通道。
當(dāng)?shù)谝粯悠费刂魍ǖ?04傳送并接受分析(例如電泳分離)時(shí)，第二樣品可以預(yù)加樣在進(jìn)樣通道314內(nèi)待作分析。在樣品庫(kù)318和加樣/退液庫(kù)384上加一個(gè)合適的電壓，后繼樣品就從樣品庫(kù)318進(jìn)入進(jìn)樣通道314并通過(guò)加樣/退液通道380后到達(dá)加樣/退液庫(kù)384。如前所述，通常維持加在這些儲(chǔ)庫(kù)上的電壓使得注入點(diǎn)(通道304與314的交叉口)的電壓基本上等于預(yù)加樣點(diǎn)(通道314與382的交叉口)的電壓，為的是在預(yù)加樣時(shí)避免在進(jìn)樣通道和主通道之間產(chǎn)生橫向電場(chǎng)，即橫向電壓梯度。
第一樣品沿主分析通道304流動(dòng)后，在樣品庫(kù)318和加樣/退液庫(kù)386之間施加電壓，進(jìn)樣通道314內(nèi)的預(yù)先加入的樣品就流過(guò)進(jìn)樣通道314與主通道304的交叉口。再在主通道304上施加合適電壓使交叉口處的樣品段沿主通道傳送，此時(shí)如前所述尺寸第三樣品預(yù)加料。對(duì)主通道兩側(cè)的各樣品庫(kù)都重復(fù)上述過(guò)程。如圖所示，主通道的兩則各有一個(gè)隔開(kāi)的“預(yù)加樣組件”，它包括一組與進(jìn)樣通道連通的樣品庫(kù)和通道。這兩個(gè)預(yù)加樣組件各具有與進(jìn)樣通道連通的自己的加樣/退液庫(kù)和通道，通過(guò)它們，樣品可以從各自?xún)?chǔ)庫(kù)流入進(jìn)樣通道到達(dá)其中靠近其與主通道交叉口的某個(gè)位置，此時(shí)不會(huì)影響主通道內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)。如前所述，為了盡可能減小樣品預(yù)加樣和注入之間的死體積，預(yù)加樣組件的加樣/退液通道(例如加樣/退液通道308)與其進(jìn)樣通道(例如314)的相交位置應(yīng)靠近進(jìn)樣通道與主通道的交叉口。
圖4顯示了裝置的一種類(lèi)似的通道/儲(chǔ)庫(kù)幾何結(jié)構(gòu)，它具有12個(gè)分開(kāi)的樣品庫(kù)，也具有上述預(yù)加樣結(jié)構(gòu)特征。為了使幾何結(jié)構(gòu)更緊湊，在裝置的底部，緩沖液庫(kù)306、退液庫(kù)310和加樣/退液庫(kù)384及386排成一列。由此形成樣品/退液/緩沖液庫(kù)的網(wǎng)格陣列，這樣，這個(gè)12個(gè)樣品的裝置所占基片面積僅為圖3中的大約一半。雖然這一裝置的樣品庫(kù)少于前述的圖3裝置，但是通過(guò)優(yōu)化通道和儲(chǔ)庫(kù)的幾何結(jié)構(gòu)，樣品數(shù)對(duì)于面積的比例顯著提高。具體地說(shuō)，如果圖4裝置的邊長(zhǎng)為17.5mm(例如17.5mm×17.5mm)，從一張5英寸×5英寸的正方形基片可獲得49個(gè)裝置，即每個(gè)基片可進(jìn)行588份樣品的分析。假設(shè)圖3裝置尺寸為22.4mm×37mm，每個(gè)基片僅可制得15個(gè)裝置，僅可進(jìn)行240份樣品的分析。
如前所述，本發(fā)明的裝置、系統(tǒng)和方法不局限于毛細(xì)管電泳，可以廣泛應(yīng)用于采用許多種不同物質(zhì)傳送機(jī)制的整個(gè)微型流體領(lǐng)域，包括例如電滲運(yùn)送系統(tǒng)、電泳運(yùn)送系統(tǒng)，甚至壓力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。但是，如果這類(lèi)裝置、系統(tǒng)和方法應(yīng)用于毛細(xì)管電泳，即用于分離核酸片段之類(lèi)的樣品組分時(shí)，一般要求降低裝置通道內(nèi)的電滲流的量，從而優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)電荷或大小不同的組分的遷移度差異，繼而優(yōu)化它們的可分離度。
所以，如果本發(fā)明的裝置和系統(tǒng)應(yīng)用于毛細(xì)管電泳，宜先用動(dòng)力篩選基質(zhì)預(yù)先處理裝置的通道。這類(lèi)動(dòng)力篩選基質(zhì)一般包含帶電聚合物，例如線(xiàn)性聚丙烯酰胺，它們能夠與毛細(xì)管壁結(jié)合，由此屏蔽管壁的帶電表面，減小電滲流。特別適用的動(dòng)力篩選基質(zhì)包括美國(guó)專(zhuān)利5,264,101(參考結(jié)合于此)中的那些動(dòng)力篩選基質(zhì)以及Perkin Elmer Corp的GeneScanTM篩選緩沖液。
圖5是采用本發(fā)明另一種通道幾何結(jié)構(gòu)的裝置。如圖所示，該裝置的通道幾何結(jié)構(gòu)與圖4的類(lèi)似。具體地說(shuō)，如圖所示，微型流體裝置500由基片502制成，基片上具有主通道504，在其末端是緩沖液庫(kù)506和退液庫(kù)508。主通道504分別在左側(cè)和右側(cè)與進(jìn)樣通道512及514的第一末端相交連通。樣品通道512的第二末端分別通過(guò)樣品通道542至550與樣品庫(kù)516至526連通，但進(jìn)樣通道514的第二末端分別通過(guò)樣品通道552至562與樣品庫(kù)528至538連通。樣品預(yù)加樣/退液通道582及584分別在注入點(diǎn)或交叉口附近與進(jìn)樣通道512及514相交。
該裝置的運(yùn)行與圖3和圖4裝置基本相同。但是，如同所示，裝置500的樣品通道540至562從各自?xún)?chǔ)庫(kù)至樣品通道與各自進(jìn)樣通道(512或514)相交點(diǎn)的長(zhǎng)度基本相等。該裝置顯示了前文所概括的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。
而且，在圖5的另一方面內(nèi)容中，為了盡可能縮短進(jìn)樣通道的長(zhǎng)度來(lái)避免預(yù)加樣期間樣品交叉污染的可能性，進(jìn)樣通道512及514與各自樣品/預(yù)加樣通道582及584的交叉口被安排在這些通道與各自樣品通道例如540至500及552至562交叉口的附近。較好的是，這些交叉口之間的進(jìn)樣通道長(zhǎng)度小于約5mm，小于約2mm為佳。
如上所述，本發(fā)明裝置可廣泛用于化學(xué)和生物化學(xué)物質(zhì)的分析。例如，本發(fā)明至少有一方面內(nèi)容提供了這類(lèi)裝置和系統(tǒng)在分離核酸、蛋白質(zhì)、或其它大分子物質(zhì)以及電荷差異物質(zhì)的組分時(shí)的用途。本發(fā)明裝置有時(shí)以成套盒的形式提供。本發(fā)明成套盒可以包含以下組件之一或多種(1)前文所述的裝置或裝置部件，例如前文所述的微型流體裝置；(2)進(jìn)行所述方法和/或操作所述裝置或裝置部件的說(shuō)明書(shū)；(3)一種或多種試驗(yàn)物質(zhì)，例如反應(yīng)試劑、熒光染料、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、篩選基質(zhì)等；(4)裝有裝置或試驗(yàn)物質(zhì)的容器；(5)包裝材料。
上述微型流體裝置通常裝在電氣調(diào)節(jié)器單元內(nèi)，在裝置的每個(gè)儲(chǔ)庫(kù)內(nèi)都設(shè)有電極如前所述地進(jìn)行裝置的運(yùn)作。調(diào)節(jié)器單元通過(guò)與裝置內(nèi)儲(chǔ)庫(kù)接觸的電極傳遞合適的電流，為的是引導(dǎo)物質(zhì)經(jīng)過(guò)裝置的通道流動(dòng)。調(diào)節(jié)器傳遞的電流通常是每個(gè)電極適用的，使用者將每個(gè)電極的電流時(shí)間曲線(xiàn)輸入與調(diào)節(jié)器連接的電腦。然后，電腦指令調(diào)節(jié)器向不同的電極發(fā)送電流令物質(zhì)在裝置的通道中以受控方式運(yùn)行，例如提供足夠的電流進(jìn)行前述的物質(zhì)電動(dòng)傳送。
以下將結(jié)合實(shí)施例更詳細(xì)的說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例實(shí)施例l多樣品分析一可容16份樣品的裝置，稱(chēng)LabChipTM，其幾何結(jié)構(gòu)如圖3所示，由直徑100mm厚500微米的白冕玻璃基片制成。使用的基片可與市售最常見(jiàn)的平板照相裝置配合使用。利用標(biāo)準(zhǔn)平板照相技術(shù)在玻璃基片上蝕刻出所示構(gòu)型的75微米寬、12微米深的通道。在另一片每邊長(zhǎng)5英寸的玻璃基片上穿孔，孔對(duì)應(yīng)各個(gè)通道的末端。將兩片基片熱結(jié)合形成所示的通道和庫(kù)結(jié)構(gòu)。從這塊大的材料上切下22.4mm×37mm大小的裝置。
制備篩選緩沖液稱(chēng)取2.5g GeneScan Polymer(Perkin Elmer Corp.)，0.5g基因分析緩沖液(Perkin Elmer Corp.)和2.5ml水，裝入20ml的閃爍瓶，該瓶離心30秒。每0.5ml篩選緩沖液添加1μl Syber Green 1 DNA嵌入染料(Molecular ProbeInc.)，再在1.5ml的Eppendorf管中離心30秒。含大小從50至1000bp的6個(gè)DNA片段的5μl PCR標(biāo)志物(Promega Corp.)與含Syber Green的15μl緩沖液混合并離心。
在LabChipTM的通道內(nèi)充以3.5％的GeneScanTM緩沖液(Perkin Elmer Corp.)在緩沖液庫(kù)內(nèi)加入55μl篩分緩沖液，用注射筒給該庫(kù)施加少許壓力。該緩沖液含有的聚合物按其大小能阻礙DNA的遷移，而且對(duì)通道壁有修飾作用，能減小電滲流。然后在緩沖液庫(kù)和退液庫(kù)內(nèi)添加4μlGeneScanTM緩沖液。
將DNA標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，用HinfI(Promega Corp.)剪切的PhiX174，在含有1μM SyberGreen 1 DNA嵌入染料(Molecular Probe Inc.)的3.5％GeneScanTM緩沖液中進(jìn)行50∶1的稀釋?zhuān)?μl該溶液加入16個(gè)樣品庫(kù)的每個(gè)庫(kù)內(nèi)。然后，將裝置放在Nikon反轉(zhuǎn)顯微鏡Diaphot 200下，配以PTI型814PMT檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行熒光閃爍檢測(cè)。光源是配以40X顯微鏡物鏡的OptiQuip 1200-1500 50W鎢/鹵燈。用配有合適濾光鏡/二色鏡的濾光管(Chroma，Brattleboro VT)選擇激發(fā)波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)?；戏磻?yīng)物庫(kù)的電流和電壓由一調(diào)壓器來(lái)調(diào)節(jié)，該調(diào)壓器對(duì)在微型流體裝置的每個(gè)單獨(dú)儲(chǔ)庫(kù)都各有一個(gè)可調(diào)電極。樣品的連續(xù)注入遵循以下循環(huán)
步驟1最初的樣品預(yù)加樣(45秒)步驟2加樣(5秒)步驟3注入(1秒)步驟4后抽(2秒)步驟5進(jìn)行分析/下一樣品的預(yù)加樣(85秒)步驟6下一樣品的加樣(5秒)步驟7重復(fù)步驟3-6以下表提供了在一個(gè)循環(huán)內(nèi)加在各儲(chǔ)庫(kù)上電流的例子。插入一個(gè)后抽步驟是為了將樣品抽離進(jìn)樣通道和主通道的交叉口，從而避免樣品的滲漏。而且，在加樣步驟例如步驟2和6，向交叉口施加一收聚，使得樣品流不會(huì)因?qū)α餍?yīng)擴(kuò)散到主通道內(nèi)。用基于電流的控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)施加的電壓，如用參考結(jié)合于此的普通轉(zhuǎn)讓的1996年7月3日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)08/678,436所述。上述各步驟中使用的電流見(jiàn)表1。調(diào)節(jié)加在主緩沖液庫(kù)306上的電壓，使其能為系統(tǒng)的其余部分提供合適的平衡電流。
表1步驟 樣品庫(kù) 樣品電流(μA) 加樣/退液室 加樣/退液電流(μA) 緩沖液室 退液電流(μA)1332 -7386 10 310-22332 -7384 10 310-23332 5384 5 308-124334 1384 1 308-85334 -7386 10 308-7.56334 -7384 10 310-2用該方法進(jìn)行最初分離的結(jié)果見(jiàn)圖6。顯然，利用毛細(xì)管電泳的該方法在明顯縮短時(shí)間的同時(shí)得到了較高的分辨率。而且，在分離16份樣品的全過(guò)程中，沒(méi)有發(fā)生分辨率的降低。實(shí)施例2連續(xù)樣品交叉污染的檢測(cè)為了確定裝置內(nèi)的連續(xù)運(yùn)行是否發(fā)生樣品的交叉污染，連續(xù)試驗(yàn)了兩份不同的核酸片段樣品和一份純緩沖液樣品，并檢測(cè)污染結(jié)果。
上述16庫(kù)裝置中的每一個(gè)庫(kù)都加入PCR標(biāo)志物、HAEIII剪切的PhiX174或純緩沖液。根據(jù)各庫(kù)的相繼注入順序來(lái)加樣。記錄每次運(yùn)行的熒光數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化。
圖7A、7B和7C是相繼注入PCR標(biāo)志物、PhiX174/HAEIII和緩沖液空白的圖。圖7B顯示，沒(méi)有測(cè)到表明由前面的PCR標(biāo)志物試驗(yàn)滲到PhiX174/HAEIII試驗(yàn)中的異常熒光峰。另外，圖7C顯示，即使在純緩沖液試驗(yàn)中也未測(cè)到來(lái)自前面含DNA樣品的交叉污染。實(shí)施例3窄通道注入如實(shí)施例1所述制備一微型流體裝置，其通道的幾何結(jié)構(gòu)如圖5所示，所不同的是，裝置內(nèi)所有通道的寬度都減小至30微米，而通道深度仍保持為約12微米。用它來(lái)與實(shí)施例1中幾何結(jié)構(gòu)如圖4所示但通道寬度約70微米的微型流體裝置比較。兩裝置內(nèi)分離通道的長(zhǎng)度基本相等。
如前所述，準(zhǔn)備兩裝置時(shí)都用篩選緩沖液，且都用來(lái)分離購(gòu)自Promega Corp.，Madison WI的核酸的標(biāo)準(zhǔn)100堿基對(duì)序列梯。窄通道和寬通道裝置內(nèi)的分離結(jié)果分別見(jiàn)圖8A和8B。顯然，窄通道裝置得到的分辨率(圖8A)高于寬通道裝置的(圖8B)。
本說(shuō)明書(shū)中具體并單獨(dú)指明了某些出版物或?qū)＠暾?qǐng)參考結(jié)合于此，但所有出版物和專(zhuān)利申請(qǐng)都也相同程度地參考結(jié)合于此。雖然，為了清楚和便于理解，通過(guò)敘述和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但顯然，在所附的權(quán)利要求范圍內(nèi)是可以進(jìn)行某些改變和修正的。
權(quán)利要求
1.一種微型流體裝置，它包括具有內(nèi)部和外部的體結(jié)構(gòu)；分布在內(nèi)部的至少第一、第二和第三微細(xì)通道，第二通道與第一通道相交于第一交叉口，第三通道與第一通道相交于第二交叉口；分布在體結(jié)構(gòu)內(nèi)的多個(gè)樣品庫(kù)，各庫(kù)均與第二通道連接；至少一個(gè)連接于第三通道的第一退液庫(kù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型流體裝置，其中第二和第三通道在第一通道的兩側(cè)與第一通道相交。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微型流體裝置，其中的第一和第二交叉口位于第一通道上的同一點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微型流體裝置，其中的第二與第三通道共線(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型流體裝置，它還包括至少一個(gè)連接于第三通道的樣品庫(kù)和至少一個(gè)連接于第二通道的第二退液庫(kù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微型流體裝置，其中的第一退液庫(kù)在至少一個(gè)樣品庫(kù)和第一交叉口之間與第三通道連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微型流體裝置，其中第一退液庫(kù)通過(guò)第一加樣/退液通道連接于第三通道，第一加樣/退液通道與第三通道相交于第三交叉口，第三交叉口位于至少一個(gè)樣品庫(kù)和第二交叉口之間；第二退液庫(kù)通過(guò)第二加樣/退液通道連接于第二通道，第二加樣/退液通道與第二通道相交于第四交叉口，第四交叉口位于多個(gè)樣品庫(kù)和第一交叉口之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微型流體裝置，其中第三和第四交叉口與第二和第一交叉口分別相距不超過(guò)5mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微型流體裝置，其中第三和第四交叉口與第二和第一交叉口分別相距不超過(guò)2mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型流體裝置，其中的體結(jié)構(gòu)包括具有至少第一平表面的第一平面基片；至少分布在第一平表面上的許多槽，這些槽對(duì)應(yīng)于至少第一、第二和第三通道；具有第一平表面的第二基片，第二基片的第一平表面與第一基片的第一平表面匹配，覆蓋在槽上密封形成第一、第二和第三通道，這些通道構(gòu)成內(nèi)部；分布在第一和第二基片至少其一上的多個(gè)孔，這些孔與第一、第二和第三通道連通，界定出多個(gè)樣品庫(kù)和至少第一退液庫(kù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的微型流體裝置，其中第一和第二平面基片中至少其一是二氧化硅型基片。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的微型流體裝置，其中的二氧化硅型基片選自玻璃、石英和熔凝二氧化硅。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的微型流體裝置，其中的二氧化硅型基片是玻璃。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型流體裝置，其中第一和第二平面基片中至少其一是聚合材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的微型流體裝置，其中的聚合材料選自聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨基甲酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚砜、聚碳酸酯、聚甲基戊烯、聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的共聚物。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的微型流體裝置，其中的聚合材料是聚甲基丙烯酸甲酯。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型流體裝置，其中的多個(gè)樣品庫(kù)至少有2個(gè)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型流體裝置，其中的多個(gè)樣品庫(kù)至少有4個(gè)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型流體裝置，其中的多個(gè)樣品庫(kù)至少有8個(gè)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型流體裝置，其中的多個(gè)樣品庫(kù)至少有12個(gè)。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型流體裝置，它還具有至少2個(gè)連接于第三通道的樣品庫(kù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型流體裝置，它還具有至少4個(gè)連接于第三通道的樣品庫(kù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型流體裝置，它還具有至少8個(gè)連接于第三通道的樣品庫(kù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型流體裝置，它還具有至少12個(gè)連接于第三通道的樣品庫(kù)。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型流體裝置，其中的多個(gè)樣品庫(kù)在體結(jié)構(gòu)內(nèi)是線(xiàn)性排列，并間隔均勻的。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的微型流體裝置，其中間隔均勻的樣品庫(kù)之間的中心距約9mm。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的微型流體裝置，其中間隔均勻的樣品庫(kù)之間的中心距約4.5mm。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的微型流體裝置，其中間隔均勻的樣品庫(kù)之間間的中心距約2.25mm。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型流體裝置，其中多個(gè)樣品庫(kù)排列成網(wǎng)格狀，而且間隔均勻。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的微型流體裝置，其中間隔均勻的樣品庫(kù)之間的中心距約9mm。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的微型流體裝置，其中間隔均勻的樣品庫(kù)之間的中心距約4.5mm。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的微型流體裝置，其中間隔均勻的樣品庫(kù)之間的中心距約2.25mm。
33.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型流體裝置，其中多個(gè)樣品庫(kù)中每一個(gè)都通過(guò)相互隔開(kāi)的樣品通道連接于第二通道，這些樣品通道與各樣品庫(kù)分別連通并與第二通道相交。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的微型流體裝置，其中樣品通道連通于多個(gè)樣品庫(kù)中的每一個(gè)，且與第二通道相交于一共同交叉口。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的微型流體裝置，其中的共同交叉口距第一交叉口約5mm之內(nèi)。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的微型流體裝置，其中的共同交叉口距第一交叉口約2mm之內(nèi)。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的微型流體裝置，其中各樣品通道長(zhǎng)度大致相等。
38.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型流體裝置，其中第二通道的寬度至少小于第一通道。
39.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型流體裝置，其中第二通道的寬度至少在約10微米至50微米之間。
40.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型流體裝置，其中至少第一通道內(nèi)包含分離介質(zhì)。
41.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型流體裝置，其中的分離介質(zhì)是一種篩選基質(zhì)。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的微型流體裝置，其中的篩選基質(zhì)是聚丙烯酰胺。
43.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型流體裝置，其樣品庫(kù)內(nèi)還有樣品，樣品是核酸。
44.一種微型流體裝置，它包括具有內(nèi)部和外部的體結(jié)構(gòu)；分布在內(nèi)部的至少第一、第二和第三微細(xì)通道，第二通道與第一通道相交于第一交叉口，第三通道與第一通道相交于第二交叉口；分布在體結(jié)構(gòu)內(nèi)的多個(gè)樣品庫(kù)，至少一個(gè)樣品庫(kù)連接于第二通道，而且至少一個(gè)樣品庫(kù)連接于第三通道；至少第一和第二退液庫(kù)，第一退液庫(kù)連接于第二通道，第二退液庫(kù)連接于第三通道。
45.一種微型流體裝置，它包括具有內(nèi)部和外部的體結(jié)構(gòu)；分布在內(nèi)部的第一通道；與第一通道連通的至少第一樣品預(yù)加樣組件，該預(yù)加樣組件包括與第一通道相交于第一交叉口的第一進(jìn)樣通道，與第一進(jìn)樣通道連通的第一組多樣品庫(kù)；位于第一組多樣品庫(kù)和第一交叉口之間，與第一進(jìn)樣通道連通的第一預(yù)加樣/退液庫(kù)。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的微型流體裝置，它還至少具有與第一通道連通的第二樣品預(yù)加樣組件，該第二預(yù)加樣組件包括與第一通道相交于第二交叉口的第二進(jìn)樣通道，與第二進(jìn)樣通道連通的第二組多樣品庫(kù)；位于第二組多樣品庫(kù)和第二交叉口之間，與第二進(jìn)樣通道連通的第二預(yù)加樣/退液庫(kù)。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的微型流體裝置，其中的第一和第二交叉口位于第一通道上的一共同位點(diǎn)。
48.根據(jù)權(quán)利要求46所述的微型流體裝置，其中第一和第二進(jìn)樣通道共線(xiàn)。
49.一種分析多份樣品的方法，它包括a)提供一種微型流體裝置，它包括具有內(nèi)部和外部的體結(jié)構(gòu)；分布在內(nèi)部的至少第一、第二和第三微細(xì)通道，第二通道與第一通道相交于第一交叉口，第三通道與第一通道相交于第二交叉口；分布在體結(jié)構(gòu)內(nèi)的多個(gè)樣品庫(kù)，各庫(kù)均與第二通道連接；至少一個(gè)連接于第三通道的第一退液庫(kù)；b)運(yùn)送樣品從所述多樣品庫(kù)中的第一庫(kù)經(jīng)過(guò)第二通道，經(jīng)過(guò)第一和第二交叉口，進(jìn)入第三通道，流向第一退液庫(kù)；c)將第一交叉口的該部分樣品注入第一通道；d)沿第一通道運(yùn)送該部分第一樣品；和e)在分析通道內(nèi)分析該部分第一樣品。
50.根據(jù)權(quán)利要求49的方法，還包括對(duì)于來(lái)自多樣品庫(kù)中至少第二庫(kù)的樣品重復(fù)步驟b)至e)。
51.根據(jù)權(quán)利要求49的方法，還包括對(duì)于來(lái)自多樣品庫(kù)中每一庫(kù)的樣品重復(fù)步驟b)至e)。
52.根據(jù)權(quán)利要求49的方法，其中提供的微型流體裝置還包括至少第四通道，它通過(guò)加樣/退液通道在第三交叉口將第二退液庫(kù)與第二通道連接，第三交叉口在第二通道上，介于多樣品庫(kù)和第一交叉口之間；運(yùn)送樣品自第一樣品庫(kù)至第一交叉口的步驟，包括運(yùn)送樣品經(jīng)過(guò)第二通道至第三交叉口，然后進(jìn)入第四通道，流向第二退液庫(kù)。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，其中運(yùn)送樣品自第一樣品庫(kù)至第一交叉口的步驟包括運(yùn)送第三交叉口處的物質(zhì)經(jīng)過(guò)第二通道進(jìn)入第一交叉口。
54.根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，其中自樣品庫(kù)送出樣品的步驟包括利用電動(dòng)力使樣品自樣品庫(kù)向第一交叉口運(yùn)動(dòng)。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中電動(dòng)力使樣品運(yùn)動(dòng)的步驟包括在樣品庫(kù)和第一退液庫(kù)之間施加一電壓梯度來(lái)使樣品流經(jīng)第一和第二交叉口，進(jìn)入第三通道，流向第一退液庫(kù)。
56.根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，其中提供的微型流體裝置中，第一和第二交叉口都位于第一通道上的一共同位點(diǎn)；還包括利用電動(dòng)力收聚第一和第二交叉口內(nèi)的第一樣品。
57.根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，其中運(yùn)送樣品經(jīng)過(guò)第一通道的步驟還包括利用電動(dòng)力運(yùn)送第二和第三通道內(nèi)的樣品分別離開(kāi)第一和第二交叉口。
58.一種分離樣品各組分的方法，它包括a)提供微型流體裝置，它包括具有內(nèi)部和外部的體結(jié)構(gòu)；分布在內(nèi)部的至少第一、第二和第三微細(xì)通道，第二通道與第一通道相交于第一交叉口，第三通道與第一通道相交于第二交叉口；分布在體結(jié)構(gòu)內(nèi)的多個(gè)樣品庫(kù)，各庫(kù)均與第二通道連接；至少一個(gè)連接于第三通道的第一退液庫(kù)；b)運(yùn)送樣品從所述多樣品庫(kù)中的第一庫(kù)經(jīng)過(guò)第二通道，經(jīng)過(guò)第一和第二交叉口，進(jìn)入第三通道，流向第一退液庫(kù)；c)將第一交叉口的那部分樣品注入第一通道；d)沿第一通道運(yùn)送樣品，令樣品中各組分分離。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的方法，其中還包括至少在第一通道內(nèi)提供分離介質(zhì)。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中樣品從第一樣品庫(kù)送出的步驟包括在樣品庫(kù)和第一退液庫(kù)之間施加電壓梯度。
61.根據(jù)權(quán)利要求58所述的方法，還包括檢測(cè)在第一通道內(nèi)樣品的各組份。
62.權(quán)利要求1、44、45或46所述微型流體裝置的用途，用于分離和檢測(cè)樣品中的組分。
63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的用途，其中的樣品組分包括核酸。
64.根據(jù)權(quán)利要求62所述的用途，其中的樣品組分包括蛋白質(zhì)。
65.一種微型流體裝置，它包括具有外部和內(nèi)部的體結(jié)構(gòu)；位于所述內(nèi)部的一根分析通道；位于所述內(nèi)部與分析通道連通并與其相交于第一交叉口的進(jìn)樣通道；與所述進(jìn)樣通道連通的多個(gè)樣品源，所述多樣品源中至少有一個(gè)與所述第一交叉口兩側(cè)的所述進(jìn)樣通道連通；位于所述內(nèi)部的第一和第二加樣/退液通道，它們與所述的進(jìn)樣通道分別相交于第二和第三交叉口。所述第二和第三交叉口位于所述第一交叉口的不同側(cè)。
66.一種微型流體裝置，它包括具有外部和內(nèi)部的體結(jié)構(gòu)；位于所述內(nèi)部的一根分析通道；位于所述體內(nèi)部分析通道的第一側(cè)，并與之相交于第一交叉口的進(jìn)樣通道；在所述第一交叉口第一側(cè)與所述進(jìn)樣通道連通的多個(gè)樣品庫(kù)；位于所述內(nèi)部所述分析通道第二側(cè)并與之相交于第二交叉口的一根退液通道；在所述第一交叉口所述第二側(cè)連通所述退液通道的一個(gè)退液庫(kù)。
67.一種微型流體裝置，它包括具有外部和內(nèi)部的體結(jié)構(gòu)；位于所述內(nèi)部的一根分析通道；位于所述內(nèi)部并與所述分析通道相交于第一交叉口的進(jìn)樣通道；位于所述體結(jié)構(gòu)內(nèi)，具有多個(gè)樣品庫(kù)和一個(gè)退液庫(kù)的樣品預(yù)加樣組件，所述多樣品庫(kù)中的每一個(gè)和所述退液庫(kù)都在所述第一交叉口的同一側(cè)與所述進(jìn)樣通道連通。
68.一種微型流體裝置，它包括具有外部和內(nèi)部的體結(jié)構(gòu)；位于所述內(nèi)部的一根分析通道；位于所述內(nèi)部的第一和第二橫向通道，所述的第一橫向通道位于所述分析通道的第一側(cè)并與之相交于第一交叉口，所述第二橫向通道位于所述分析通道的第二側(cè)并與之相交于第二交叉口；位于體結(jié)構(gòu)內(nèi)與所述第一橫向通道連通的第一樣品源；位于體結(jié)構(gòu)內(nèi)與所述第二橫向通道連通的至少第二樣品源；位于所述內(nèi)部與所述第一橫向通道相交于第三交叉口的第一退液通道；位于所述內(nèi)部并與所述第二橫向通道相交于第四交叉口的至少第二退液通道；樣品引導(dǎo)系統(tǒng)，用于將樣品從所述第一和第二樣品源分別通過(guò)所述第一和第二橫向通道傳送至所述第一和第二退液庫(kù)，將所述樣品選擇性地注入所述分析通道。
69.一種微型流體裝置，它包括具有外部和內(nèi)部的體結(jié)構(gòu)；位于所述內(nèi)部的一根分析通道；位于所述內(nèi)部的第一和第二橫向通道，所述的第一橫向通道位于所述分析通道的第一側(cè)并與之相交于第一交叉口，所述第二橫向通道位于所述分析通道的第二側(cè)并與之相交于第二交叉口；與所述第一橫向通道連通的多個(gè)樣品源；在所述內(nèi)部并與第一橫向通道相交于第三交叉口的第一退液通道；位于所述內(nèi)部并與所述第二橫向通道相交于第四交叉口的至少第二退液通道；樣品引導(dǎo)系統(tǒng)，用于將樣品從所述第一和第二樣品源分別通過(guò)所述第一和第二橫向通道傳送至所述第一和第二退液庫(kù)，將所述樣品選擇性地注入所述分析通道。
70.一種微型流體裝置，它包括具有外部和內(nèi)部的體結(jié)構(gòu)；位于所述內(nèi)部的一根分析通道；位于所述內(nèi)部并相交連通于所述分析通道的進(jìn)樣通道；與所述進(jìn)樣通道連通的多個(gè)樣品源。
71.一種分析多種不同樣品的方法，它包括提供一種微型流體裝置，它包括具有外部和內(nèi)部的平板型體結(jié)構(gòu)；位于所述內(nèi)部的分析通道；位于所述內(nèi)部并與所述分析通道相交于第一交叉口的進(jìn)樣通道；與所述進(jìn)樣通道連通的多個(gè)樣品源；將第一樣品從多個(gè)樣品源中的第一源經(jīng)過(guò)所述進(jìn)樣通道傳送至所述第一交叉口；將所述第一樣品的該部分注入所述分析通道；在所述分析通道內(nèi)分析所述第一樣品的該部分；將第二樣品從多個(gè)樣品源中的第二源經(jīng)過(guò)所述進(jìn)樣通道傳送至所述交叉口；將所述第二樣品的該部分注入分析通道；在分析通道內(nèi)分析所述第二樣品的該部分。
72.一種分析多種不同樣品的方法，它包括提供一種微型流體裝置，它包括具有內(nèi)部和外部的體結(jié)構(gòu)；位于所述內(nèi)部的分析通道；位于所述內(nèi)部并與所述分析通道相交于第一交叉口的進(jìn)樣通道；位于所述體結(jié)構(gòu)內(nèi)包括至少第一和第二樣品庫(kù)和一個(gè)退液庫(kù)的樣品預(yù)加樣組件，多個(gè)樣品庫(kù)中的每一個(gè)和所述退液庫(kù)都與所述進(jìn)樣通道連通；將第一樣品從第一樣品庫(kù)傳送至所述第一交叉口；將所述第一樣品的該部分注入所述分析通道；在所述分析通道內(nèi)分析所述第一樣品的該部分，與此同時(shí)將第二樣品從所述第二樣品庫(kù)傳送進(jìn)入所述進(jìn)樣通道，然后傳送至所述退液庫(kù)；將所述第二樣品從所述進(jìn)樣通道傳送至所述交叉口；將所述第二樣品的該部分注入所述分析通道；在所述分析通道內(nèi)分析所述第二樣品的該部分。
73.一種微型流體裝置，它包括體結(jié)構(gòu)；位于體結(jié)構(gòu)內(nèi)的分析通道；位于體結(jié)構(gòu)內(nèi)的多個(gè)樣品源，每個(gè)樣品源通過(guò)一根或多根樣品通道與分析通道內(nèi)第一位點(diǎn)連通；多個(gè)樣品源中第一源與分析通道中的所述位點(diǎn)的距離和第二樣品源與分析通道中的該位點(diǎn)的距離基本相等。
74.一種微型流體裝置，它包括體結(jié)構(gòu)；位于體結(jié)構(gòu)內(nèi)的分析通道；位于體結(jié)構(gòu)內(nèi)并與分析通道相交于第一位點(diǎn)的第一樣品引入通道；位于體結(jié)構(gòu)內(nèi)的第一組多個(gè)樣品源，其中每一個(gè)樣品源都通過(guò)體結(jié)構(gòu)內(nèi)第一組隔開(kāi)的多個(gè)樣品通道與第一樣品引入通道連通，其中多個(gè)樣品源中第一樣品源至第一位點(diǎn)的距離與第二樣品源至該點(diǎn)的距離基本相等。
75.一種微型流體裝置，它包括具有外部和內(nèi)部的體結(jié)構(gòu)；位于所述內(nèi)部的分析通道；位于所述內(nèi)部并與所述分析通道相交連通的進(jìn)樣通道；所述分析通道和所述進(jìn)樣通道的寬度小于50微米；與所述進(jìn)樣通道連通的多個(gè)樣品源。
76.制造微型流體裝置的方法，它包括在第一基片第一平表面上制成許多通道，這些通道為分析通道；位于分析通道第一側(cè)并與之相交于第一交叉口的進(jìn)樣通道；多個(gè)樣品通道，它們與所述進(jìn)樣通道相交于所述第一交叉口的第一側(cè)；位于所述分析通道第二側(cè)并與之相交于第二交叉口的一個(gè)退液通道；在第一基片的第一平表面上覆蓋第二基片以界定這些通道，第二基片上有許多穿透的眼，這些眼包括與分析通道兩端連通的兩個(gè)眼，與退液通道非相交末端連通的退液眼，以及與各樣品通道非相交末端分別連通的多個(gè)樣品眼。
77.一種微型流體裝置的用途，所述裝置包括位于內(nèi)部的分析通道，與分析通道相交于第一交叉口的進(jìn)樣通道和與進(jìn)樣通道連通的多個(gè)樣品源，所述用途是用來(lái)分別分析許多份樣品。
78.分析樣品組分的成套盒它包括權(quán)利要求1所述的微型流體裝置；與分離樣品組分用途說(shuō)明書(shū)包裝在一起的分離介質(zhì)。
全文摘要
一種微型流體裝置,它具有:主分析通道(100);進(jìn)樣通道(102);進(jìn)樣通道(102)與主分析通道(100)形成交叉口(108),樣品引人通道(104、106)與進(jìn)樣通道(102)連通且位于交叉口(108)的對(duì)側(cè);與樣品引入通道(104、106)連通的第一和第二樣品源(110和112);與進(jìn)樣通道(102)連通且位于交叉口(108)兩側(cè)的加樣/退液通道(114、116);與加樣/退液通道(114、116)連通的加樣/退液庫(kù)(118、120)。
文檔編號(hào)B01L3/00GK1253625SQ98804504
公開(kāi)日2000年5月17日 申請(qǐng)日期1998年4月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月25日
發(fā)明者R·S·杜布羅, C·B·肯尼迪, L·布塞 申請(qǐng)人:卡鉗技術(shù)有限公司