專利名稱：用于微流體器件的集成載體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及微流體，特別涉及微流體器件載體以及相關(guān)的設(shè)備和儀器。
背景技術(shù)：
微流體器件被定義為這樣的器件具有一個(gè)或多個(gè)通常稱之為通道、微通道、 溝或者凹槽的流體路徑，具有1000 μ m以下的截面尺寸，并且對(duì)于化學(xué)分析來說提供諸 如增加流量和減少反應(yīng)體積的益處。微流體器件的一個(gè)重要應(yīng)用是篩選會(huì)使得蛋白質(zhì)形成足夠大的用于結(jié)構(gòu)分析的 晶體的條件。常規(guī)的蛋白質(zhì)結(jié)晶反應(yīng)已經(jīng)包括通過手工地將包含蛋白質(zhì)的溶液和包含蛋 白質(zhì)結(jié)晶試劑的溶液用滴管吸取在一起來形成混合物。確定形成足夠大的符合X射線源 用于X射線衍射性能研究地被放置的晶體的正確條件已經(jīng)是耗時(shí)的蹤跡(trail)和誤差過 程。珍貴的蛋白質(zhì)分離物在供給方面極度地受限制并且當(dāng)在篩選正確的結(jié)晶條件時(shí)需要 審慎地被使用。微流體器件可用于通過減少蛋白質(zhì)結(jié)晶化驗(yàn)的體積，同時(shí)還增加在篩選期間并 聯(lián)地實(shí)施的實(shí)驗(yàn)數(shù)量來在條件篩選期間節(jié)省蛋白質(zhì)消耗。然而，將微流體器件接口連接 到諸如自動(dòng)流體配藥系統(tǒng)的大規(guī)模系統(tǒng)，已經(jīng)受到了挑戰(zhàn)，常常導(dǎo)致可以并聯(lián)地在單個(gè) 微流體器件中進(jìn)行的反應(yīng)的數(shù)量的損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通常關(guān)于用于微流體器件的載體，用于將微流體器件接口連接到大規(guī)模 系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的微流體器件載體包括提高的器件性能所歸功于的種種方面中的一個(gè) 或多個(gè)。一方面，本發(fā)明提供用于容置微流體器件的載體。所述載體包括具有多個(gè)孔的 襯底，每個(gè)孔定義在Ο. μ 和ΙΟΟμΙ之間的體積；在所述襯底內(nèi)的多個(gè)通道，其中每個(gè) 孔與所述多個(gè)通道中的至少一個(gè)進(jìn)行流體交換；以及容納部分，用于容納微流體器件和 將所述微流體器件放置為經(jīng)所述多個(gè)通道與所述多個(gè)孔進(jìn)行流體交換。所述載體襯底由 具有在至少10%，例如大約20%的斷裂拉伸延伸率的無定形環(huán)烯烴聚合物制成。合適的 聚合物具有二環(huán)戊二烯和1，3戊二烯作為單體組分。有利地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以通過注射成 型工藝而成功地實(shí)現(xiàn)這樣的載體的所有的理想的特征，包括具有比先前所取得的孔、通道和端口更小的尺寸和更大的密度的孔、通道和端口。相信這種聚合組合物(polymeric composition)減少或避免壓裂和鉆孔襯底以形成一些特征(特別是端口)的需求。另一方面，本發(fā)明的載體具有不超過150mm長(zhǎng)乘IOOmm寬(例如大約125mm 長(zhǎng)乘85mm寬)的尺寸的襯底，所述多個(gè)孔中的每個(gè)都具有含有中心點(diǎn)的孔開口，所述 多個(gè)孔被空間地布置為使得中心點(diǎn)到中心點(diǎn)的間隔為大約4.5mm(根據(jù)用于384個(gè)孔板的 SBS標(biāo)準(zhǔn))，所述多個(gè)孔被布置為成多個(gè)行，并且所述孔行被分成第一孔區(qū)域和第二孔區(qū) 域，每個(gè)孔區(qū)域具有96個(gè)孔。另一方面，本發(fā)明的載體具有在其中所述多個(gè)通道基本上均勻地圍繞所述容納 部分的周邊進(jìn)出用于所述微流體器件的所述容納部分的襯底。另一方面，本發(fā)明的載體具有還包括用于提供負(fù)壓流體到微流體器件的蓄壓器 (pressure accumulator)的襯底，其中所述蓄壓器經(jīng)長(zhǎng)度不超過20mm的通道與用于所述微 流體器件的所述容納部分進(jìn)行流體交換。另一方面，本發(fā)明的載體的所述孔中的每個(gè)都具有低于所述載體的高度的一半 的深度。涉及本發(fā)明的這些方面的另外的顯著的特征包括比先前的載體設(shè)計(jì)更小并且更 好地定位的收集器，并且更小地，更加精密地提供和更加稠密地陣列化的孔、通道和端在其它的實(shí)施方式中，提供微流體系統(tǒng)。提供陣列器件，用于包含多個(gè)分離的 反應(yīng)室，其中該反應(yīng)室被放置在反應(yīng)區(qū)內(nèi)并且與被放置到所述反應(yīng)區(qū)的外部的所述陣列 器件的流體入口進(jìn)行流體交換。所述陣列器件包括由多個(gè)層形成的彈性塊。至少一個(gè)層 具有形成在其中的至少一個(gè)凹槽。所述凹槽具有集成到具有所述凹槽的層的至少一個(gè)可 偏轉(zhuǎn)隔膜。根據(jù)本發(fā)明的載體適用于容置所述陣列器件并且具有與所述流體入口接口的 多個(gè)流體通道。熱傳遞接口包括被布置成提供從熱控制源到所述反應(yīng)區(qū)的基本均勻的熱 交換的熱傳導(dǎo)材料。在隨后的說明中更加詳細(xì)地描述本發(fā)明地這些和其它方面。


圖IA-G是被提供以示出根據(jù)本發(fā)明的載體的一些基本結(jié)構(gòu)和特征的微流體器件 載體的示意圖。圖2A和B是用于驅(qū)動(dòng)根據(jù)本發(fā)明的微流體器件的站的透視圖，分別在斷開和閉 合的位置。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的系統(tǒng)的簡(jiǎn)化的總體圖。圖4A-I是根據(jù)本發(fā)明的微流體器件載體的示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)地參考本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。在附圖中示出了具體實(shí)施方式
的例 子。雖然將會(huì)結(jié)合這些具體實(shí)施方式
來描述本發(fā)明，但是會(huì)理解到并非旨在于將本發(fā)明 限制于這些具體實(shí)施方式
。相反，旨在于覆蓋可以被包括在如所附的權(quán)利要求所定義的 本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的替換、修改和等同。在下面的說明中，闡述了許多具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明的全面理解。可以無需某些或所有這些具體細(xì)節(jié)地來實(shí)踐本發(fā)明。在其 它實(shí)例中，公知的過程操作沒有被詳細(xì)描述以便不會(huì)不必要地模糊本發(fā)明。引言
本發(fā)明通常涉及將微流體器件接口連接到大規(guī)模系統(tǒng)的微流體器件載體、以及 相關(guān)系統(tǒng)。本發(fā)明的系統(tǒng)在執(zhí)行各種化學(xué)分析的環(huán)境(context)中，例如靶材料的結(jié)晶篩 選，對(duì)于其中材料的小體積測(cè)量將會(huì)特別有用。在這樣的結(jié)晶篩選期間可以改變大量參 數(shù)。這樣的參數(shù)包括但不限于1)結(jié)晶試驗(yàn)的體積、2)靶溶液對(duì)結(jié)晶溶液的比率、3)靶 濃度、4)靶和第二小分子或第二大分子(a secondary small or macromolecule)的共結(jié)晶、 5)水合、6)培養(yǎng)時(shí)間、7)溫度、8)壓力、9)接觸表面、10)對(duì)靶分子的修飾、11)重力 和12)化學(xué)變異性。結(jié)晶試驗(yàn)的體積可以為任何可能的值，從皮升到毫升的范圍。本發(fā)明的載體和系統(tǒng)與以下的各種微流體器件一起將會(huì)特別有用，包括但不 限于可從南舊金山的Fluidigm公司獲得的Topaz 器件系列。本發(fā)明也會(huì)對(duì)于使用彈 性體的微制造(microfabricated)流體器件有用，包括那些通常在2007年4月26日提交 的并且名稱為 Integrated Chip Carriers with Thermocycler Interfaces and Methods of Using the Same(具有溫度循環(huán)器接口的集成芯片載體和使用其的方法)的美國專利申請(qǐng)?zhí)?11/740,735 (公開號(hào)為US2007/0196912，
公開日為2007年8月23日)以及它要求優(yōu)先 權(quán)的申請(qǐng)中所描述的。因此在本文中通過引用而整體包括了這些專利申請(qǐng)，特別是它們 的涉及微流體器件載體的各種元件的功能的全面的公開內(nèi)容，包括通道、蓄壓器、單向 閥等等；它們的涉及除了本文中所描述的載體之外的微流體系統(tǒng)的元件的公開內(nèi)容，包 括微流體器件、自動(dòng)站(robotic station)等等；它們的涉及通過注射成型技術(shù)的微流體器 件載體的制造的公開內(nèi)容，其中注射成型技術(shù)適用于在根據(jù)本發(fā)明的載體的制造中的使 用?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1A-G，參考具有根據(jù)本發(fā)明的載體的一般性質(zhì)的微流體器件載體， 以便提供對(duì)這樣的載體的基本特征的介紹。在該引言之后的隨后的圖和說明中闡明和描 述本發(fā)明的具體載體、它們的有益特征和相關(guān)系統(tǒng)。圖IA示出了已經(jīng)集成蓄壓孔(pressure accumulator well) 101和102的微流體器
件載體襯底，每個(gè)蓄壓孔101和102都具有在其中的干孔(dry well) 103、104，用于容納 閥，優(yōu)選為附接于蓋子的單向閥(見圖1B)。襯底100進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)孔庫(well bank) 106a、b、c和d，每個(gè)都具有位于其中的一個(gè)或多個(gè)孔105。襯底100的孔105中 的每一個(gè)都具有從孔105引導(dǎo)到容納部分107的通道，其中容納部分107用于容納微流體 器件并將微流體器件放置為經(jīng)多個(gè)通道與多個(gè)孔進(jìn)行流體交換。微流體器件可以為各式 各樣的器件，包括可從Fluidigm公司獲得的Topaz 1.96和Topaz 4.96芯片。圖IB描繪了完整的集成微流體器件載體199 (見圖1C)的分解圖，該微流體器 件載體199包括圖IA中示出的元件，并且進(jìn)一步包括使載體199和微流體器件108的完 整的元件，其中該微流體器件108附著到，或者更優(yōu)選地粘結(jié)到，并且還更優(yōu)選地直接 粘結(jié)到襯底100的微流體器件容納部分107，優(yōu)選地不使用粘合劑，如其會(huì)被配置為用在 微粒體系統(tǒng)中的載體199中。在微流體器件108中，一個(gè)或多個(gè)通道與一個(gè)或多個(gè)通孔 (via) 114流體交換，這依次提供微流體器件108內(nèi)的通道和襯底100內(nèi)的通道之間的流體 交換，襯底100內(nèi)的通道然后導(dǎo)向孔排(well row) 106a_d中的孔105以提供襯底100的孔105和微流體器件108內(nèi)的通道之間的流體交換。蓄壓孔頂蓋(accumulator well top) 109和110附接到蓄壓孔101和102以形成蓄 壓室(accumulator chamber) 115和116。蓄壓孔頂蓋109和110分別包括閥112和111， 其優(yōu)選為用于引入和容置負(fù)壓(underpressure)氣體到蓄壓室115和116中的單向閥。閥 111和112位于干孔102和104內(nèi)部以便當(dāng)在蓄壓室115和116中存在流體時(shí)使流體不與 閥111和112接觸。單向閥111和112適用于允許增加或者釋放收集器(accumulator) 115 和116中的壓力，以便從收集器引入或者移出流體，并且還可操作地維持載體199內(nèi)的壓 力，從而對(duì)被放置在其中的微流體器件的合適區(qū)域維持或施加壓力。具有受控的流體壓 力“板上”源的優(yōu)點(diǎn)是如果微流體器件被流體壓力的變化驅(qū)動(dòng)，則該微流體器件可以被 保持在不受外部流體壓力源的影響的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，因此將微流體器件和載體從附接到那個(gè) 外部流體壓力源的操縱電纜(umbilical cord)中解放出來。收集器可以進(jìn)一步包括氣體增 壓入口端口、流體增加端口、和用于將流體壓力傳遞到連接塊的增壓流體出口。閥111 和112優(yōu)選地可以通過按壓在優(yōu)選的單向閥內(nèi)的刨刀(shave)、銷(pin)或者類似物機(jī)械地 被打開，以克服單向閥的自閉力從而允許從蓄壓室釋放壓力以減少包含在蓄壓室內(nèi)的流 體的壓力。在操作中，流體，優(yōu)選為氣體，被引入到蓄壓室115和116以增壓蓄壓室115 和116而蓄壓室的一部分包含流體以創(chuàng)建液壓。流體，在液壓下，可以依次用于通過經(jīng) 過收集器出口(通道170)供應(yīng)液壓來驅(qū)動(dòng)微流體器件108內(nèi)的可偏轉(zhuǎn)部分，諸如隔膜 (membrane),優(yōu)選為閥隔膜(valve membrane)，其中該收集器出口(通道170)與蓄壓室 115和116以及微流體器件105內(nèi)的至少一個(gè)通道進(jìn)行流體交換。如所示，兩個(gè)分離的收集器115和116被集成到載體中。在優(yōu)選的使用中，第 二收集器用于驅(qū)動(dòng)并且維持微流體器件的第二可偏轉(zhuǎn)部分(優(yōu)選為第二可偏轉(zhuǎn)隔膜閥)的 驅(qū)動(dòng)。在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，第一收集器用于驅(qū)動(dòng)計(jì)量單元內(nèi)的接口閥，并且第二 收集器用于驅(qū)動(dòng)計(jì)量單元內(nèi)的防漏閥(containmentvalve)，彼此互相獨(dú)立。在其它的實(shí)施 方式中，也可以包括多個(gè)收集器以提供增加的閥系統(tǒng)的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)或者傳動(dòng)(drive)經(jīng)過微 流體器件的流體。圖ID描繪了微流體器件載體199和孔105的平面圖，其中一端口位于孔的基底 的附近，優(yōu)選地為底部，或者可替換地為孔105的用于流體從孔到形成在襯底100中的通 道的通行的面，優(yōu)選地在襯底100的與孔105相對(duì)的面上。在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中， 襯底100被成型為具有在其中的凹槽，通過密封層，優(yōu)選為膠膜或者密封層，這些凹槽 被做成通道。根據(jù)本發(fā)明，用某些聚合物制造襯底100及其相關(guān)元件。在下面進(jìn)一步的 細(xì)節(jié)中將會(huì)描述本發(fā)明的這個(gè)方面。蓄壓孔頂蓋109和110可以進(jìn)一步包括入口螺釘(access screw) 112，其可以被移 除以引入或者移除來自蓄壓室115和116的氣體或流體。優(yōu)選地，閥112和111可以被 驅(qū)動(dòng)以釋放流體壓力，否則保持蓄壓室115和116內(nèi)的流體壓力。缺口(notch) 117用于 輔助微流體器件到其它儀器(例如用于操作或者分析微流體器件或者在其中進(jìn)行的反應(yīng) 的儀器)的正確放置。圖ID進(jìn)一步繪出了圍繞襯底的微流體器件容納部分107的水合室150，其可以 被水合蓋151覆蓋以形成加濕室來有助于微流體器件108周圍的濕度的控制。通過增加揮
8發(fā)性流體(例如水)到加濕室151，優(yōu)選地通過濕潤(rùn)吸水材料或者海綿，可以增加濕度。 優(yōu)選地可以使用聚乙烯醇。通過改變聚乙烯醇和水的比例，優(yōu)選地用于濕潤(rùn)吸水材料或 者海綿可以實(shí)現(xiàn)濕度控制。通過使用濕度控制裝置，諸如HUMIDIPAK 濕度包，也可 以控制水合，其中該濕度控制裝置例如使用水蒸汽可滲透但流體不可滲透的包膜以容置 具有適合于維持理想的濕度水平的鹽濃度的鹽溶液。見Saari等人的專利號(hào)為6,244,432 的美國專利，其中為了所有目的，包括本公開內(nèi)容的特定目的和濕度控制裝置和方法的 教導(dǎo)，該專利通過引用被包括在本文中。水合蓋150優(yōu)選為透明的以便在使用期間不會(huì) 妨礙微流體器件內(nèi)的事件的可視化。類似地，襯底100在微流體器件容納部分107之下 的部分優(yōu)選是透明的，但是也可以是不透明的或者反射性的。圖IE繪出了通道形成在其中的襯底100的平面圖，通過通道172提供孔105和 在容納部分107內(nèi)附著于襯底100的微流體器件108(未示出)之間的流體交換。蓄壓室 115和116通過通道170與容納部分107進(jìn)行流體交換并且最終與微流體器件108進(jìn)行流 體交換。圖IF繪出了襯底100的底部平面圖。在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，凹槽形成在襯 底100底部在第一端口 190和第二端口 192之間，其中第一端口 190通過襯底100流到形 成孔105的相反面，第二端口 192流過襯底100與微流體器件108 (未示出)中的通孔進(jìn) 行流體交換。圖IG繪出了襯底100的截面圖，其中微流體器件108和附著于襯底100的與微 流體器件108相對(duì)的面的密封層181 —起位于微流體器件容納部分107中?？?05通過 第一端口 190、通道172和第二端口 192與微流體器件108進(jìn)行流體交換并且進(jìn)入微流體 器件108的凹槽中，其由襯底100的頂面197密封以形成通道185。密封層181從成型或 者機(jī)械加工到襯底100的底面198中的凹槽形成通道172。密封層181優(yōu)選是透明材料， 例如聚苯乙烯、聚碳酸酯、或聚丙烯。在一個(gè)實(shí)施方式中，密封層181是撓性的(例如 以膠帶的形式)，并且可以通過粘結(jié)，比如利用膠粘密封或者熱封，或者機(jī)械式地(比如 通過擠壓)附著于襯底100。優(yōu)選地，用于密封層181的材料是適用于形成流體密封與每 個(gè)凹槽一起形成具有最小泄露的流體通道。密封層181可以進(jìn)一步由剛性的附加的支撐 層(未示出)來支撐。在另一實(shí)施方式中，密封層181是剛性的。熱傳遞接口(未示出)也被提供用于在操作中與載體一起使用。該熱傳遞接口 包括被布置成提供從熱控制源到在載體上的微流體器件的反應(yīng)區(qū)的基本均勻的熱交換的 熱傳導(dǎo)材料。以這種方式，熱能(例如，來自PCR機(jī)器)可以最小的或減少的熱阻抗被 傳遞到微流體器件彈性塊。在一些實(shí)施方式中，熱傳導(dǎo)材料包括硅(Si)。本發(fā)明的微流體器件載體通常被用作如本發(fā)明所提供的系統(tǒng)的部件。圖2A繪出 了用于驅(qū)動(dòng)安裝在根據(jù)本發(fā)明的載體中的微流體器件的自動(dòng)站的透視圖。自動(dòng)氣動(dòng)控制 和收集器充電站(accumulator charging station) 200包括用于容置如在圖4A_I中所繪出的類 型的本發(fā)明的微流體器件載體205的容納座(receiving bay) 203。壓板(platen) 207適用于 接觸微流體器件205的上表面209。壓板207具有在其中的端口，這些端口與微流體器 件載體205對(duì)齊以提供流體壓力，優(yōu)選地氣體壓力，到在微流體器件載體205內(nèi)的孔和收 集器。在一個(gè)實(shí)施方式中，通過臂211的移動(dòng)逆著微流體器件載體205的上表面221推 動(dòng)壓板207，其中該臂211鉸接在樞軸213上并且由在一端附接于臂211和在另一端附接于平臺(tái)217的活塞215來推動(dòng)。沿著活塞215的傳感器檢測(cè)活塞移動(dòng)并且將關(guān)于活塞位 置的信息轉(zhuǎn)發(fā)到控制器，優(yōu)選地在遵照軟件腳本的計(jì)算機(jī)(未示出)的控制下的控制器。 板檢測(cè)器219檢測(cè)在容納座203內(nèi)的微流體器件載體205的存在，并且優(yōu)選地可以檢測(cè)微 流體器件載體205的適當(dāng)?shù)亩ㄏ?。這可能發(fā)生，例如通過反射離開微流體器件載體205 的面的光而光學(xué)地檢測(cè)微流體器件載體205的存在和定向?？梢宰詣?dòng)地、氣動(dòng)地、電性 地或類似方式降低壓板207。在一些實(shí)施方式中，壓板207被手動(dòng)降低以嚙合載體205。圖2B繪出了壓板207在下方位置被逆著微流體器件載體205的上表面221推動(dòng) 的充電站200，此時(shí)該上表面221被壓板207的罩(shmud)所覆蓋。在一個(gè)實(shí)施方式中， 引導(dǎo)到壓板207的流體線位于臂211內(nèi)并且被連接到流體壓力供應(yīng)，優(yōu)選地在控制器控制 下的自動(dòng)氣動(dòng)壓力供應(yīng)。壓力供應(yīng)提供受控的流體壓力到在壓板207的壓板表面(未示 出)中的端口，以供應(yīng)受控的增壓流體到微流體器件載體205。通過采用萬向節(jié)223壓 板207的精確的定位得以實(shí)現(xiàn)，至少部分地得以實(shí)現(xiàn)，其中在萬向節(jié)223處壓板207附接 于臂211使得壓板207可以關(guān)于垂直于微流體器件載體205的上表面221的軸裝以萬向接 頭。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)300 —般包括一個(gè)或多個(gè)容納站310(比如參考 圖2A-2B描述的自動(dòng)站)，每個(gè)容納站310都適用于容納載體199。在具體實(shí)施方式
中， 系統(tǒng)300包括四(4)個(gè)容納站310，盡管可以提供更少或者更多數(shù)量的站310。接口板320 適用于向下平移(translate)使得接口板320嚙合載體199的上表面和它的微流體器件。接 口板320包括用于與載體199中適用于容納流體、壓力或類似物的區(qū)域相結(jié)合的一個(gè)或多 個(gè)端口 325。系統(tǒng)300進(jìn)一步包括處理器，該處理器在一個(gè)實(shí)施方式中是與膝上計(jì)算機(jī)或 者其它計(jì)算裝置330相關(guān)的處理器。計(jì)算裝置330包括適用于維持用于執(zhí)行本發(fā)明的預(yù) 期的過程的軟件、腳本以及類似物的存儲(chǔ)器。進(jìn)一步地，計(jì)算裝置330包括用于繪出微 流體器件的研究和分析的結(jié)果的屏幕340。系統(tǒng)300耦合到一個(gè)或多個(gè)壓力源，比如增壓 流體、氣體或類似物，用于傳送類似物到流體地耦合到(一個(gè)或多個(gè))接口板320的微流 體載體和裝置。微流體器件載體根據(jù)本發(fā)明的微流體器件載體包括改進(jìn)的器件性能所歸功的多個(gè)方面的一個(gè)或 多個(gè)。將參考描繪根據(jù)本發(fā)明的載體的優(yōu)選實(shí)施方式的圖4A-I來描述本發(fā)明的各種方 圖4A和B分別以透視圖和俯視圖的方式描繪了以透視圖和示意性的俯視圖的方 式的根據(jù)本發(fā)明的微流體器件載體的襯底的優(yōu)選實(shí)施方式。載體襯底400具有集成的蓄 壓孔401和402。在完整的載體中，蓄壓孔中的每一個(gè)都具有在其中的干孔(未示出) 用于容納閥，優(yōu)選地為附接于蓋子的單向閥，如上述參考圖IB所描述的那樣。襯底400 進(jìn)一步包括各具有96個(gè)孔的兩個(gè)區(qū)域406a和406b。襯底400的孔405中的每一個(gè)都具 有從孔405引導(dǎo)到容納部分407的通道，其中該容納部分407用于容納微流體器件和將微 流體器件放置為經(jīng)多個(gè)通道與多個(gè)孔進(jìn)行流體交換。該微流體器件可以是各種各樣的器 件，包括可以從Fluidigm公司獲得的Topaz 1.96和Topaz 4.96芯片。缺口 417用于輔
助微流體器件到其它儀器(例如用于操作和分析微流體器件或在其中進(jìn)行的反應(yīng)的儀器) 的正確放置。
如上述參考圖IB和C所描述地那樣，在完整的載體中，蓄壓孔401和402用頂 蓋來覆蓋以形成蓄壓室。蓄壓孔頂蓋包括用于引入和容置負(fù)壓氣體到蓄壓室的閥，該閥 優(yōu)選為單向閥。閥位于干孔內(nèi)以便當(dāng)流體存在于蓄壓室中時(shí)使流體免于接觸閥。單向閥 適用于允許在收集器內(nèi)的壓力的增加或釋放，以引入流體或從收集器移出流體，并且還 維持載體內(nèi)的壓力，從而維持或施加壓力到被放置在其中的微流體器件的適當(dāng)區(qū)域。具 有受控流體壓力的“板上”源的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)微流體器件由流體壓力的變化所驅(qū)動(dòng)時(shí)，該微 流體器件可以被保持在不受外部流體壓力源的影響的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，因此將微流體器件和載 體從附接于那個(gè)流體壓力的外部源的操縱電纜中解放出來。收集器可以進(jìn)一步包括氣體 增壓入口端口、流體增加端口和用于將流體壓力傳遞到連接塊的增壓流體出口。閥優(yōu)選 地可以通過按壓在優(yōu)選的單向閥中的刨刀、銷或類似物而機(jī)械地被打開，以便克服單向 閥的自閉力從而準(zhǔn)許壓力從蓄壓室釋放以減少包含在蓄壓室中的流體的壓力。在操作中，流體，優(yōu)選地為氣體，被引入到蓄壓室以對(duì)它們進(jìn)行加壓，而一部 分蓄壓室包含流體以創(chuàng)建液壓。流體，在液壓下，又可以依次用于用于通過經(jīng)過收集器 出口供應(yīng)液壓來驅(qū)動(dòng)安裝在載體上的微流體器件內(nèi)的可偏轉(zhuǎn)部分，諸如隔膜，優(yōu)選為閥 隔膜，其中該收集器出口與蓄壓室以及微流體器件內(nèi)的至少一個(gè)通道進(jìn)行流體交換如示出地那樣，提供兩個(gè)分離的蓄壓孔401和402以形成集成到載體中的兩個(gè)分 離的蓄壓室。在一個(gè)優(yōu)選的使用中，第二收集器用于驅(qū)動(dòng)和維持微流體器件的第二可偏 轉(zhuǎn)部分(優(yōu)選地為第二可偏轉(zhuǎn)隔膜閥)的驅(qū)動(dòng)。在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，第一收集器 用于驅(qū)動(dòng)在計(jì)量單元內(nèi)的接口閥，并且第二收集器用于驅(qū)動(dòng)在計(jì)量單元內(nèi)的防漏閥，彼 此之間獨(dú)立。在又一另外的實(shí)施方式中，也可以包括多個(gè)收集器以提供增加的閥系統(tǒng)的 獨(dú)立驅(qū)動(dòng)或傳動(dòng)流經(jīng)微流體器件的流體。圖4C和D描繪了圖4B的載體的收集器的結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。圖4C是是沿著C_C 示出蓄壓孔401和402的剖面和它們相對(duì)于載體的微流體器件容納部分407(也被稱為 芯片安裝區(qū))的定位的截面圖。圖4D是示出在這個(gè)實(shí)施方式中的蓄壓孔402及其特點(diǎn) (dimension)的襯底400的部分D的展開截面圖。通過通道411和端口 412和413，蓄壓 孔402與容納部分407進(jìn)行流體交換，并且最終與微流體器件(未示出)進(jìn)行流體交換。 在優(yōu)選的實(shí)施方式中，端口 412自襯底400的底部形成并且通過襯底400到達(dá)形成該孔 402的相反面。形成第二端口 413，該第二端口 413通過襯底400與安裝在襯底的容納部 分407中的微流體器件(未示出)中的通孔進(jìn)行流體交換。該兩個(gè)端口 412和413經(jīng)通 道411進(jìn)行流體交換。在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，襯底400成型有在其中的凹槽，通過 密封層，優(yōu)選地通過膠膜或密封層409，該凹槽被制為通道。圖4B的平面圖和圖4E的對(duì)應(yīng)的沿E_E的截面圖繪出了微流體器件載體襯底400 和孔405，其中端口 408位于臨近孔的基底，優(yōu)選地為底部，或者可替換地在孔405的用 于流體從孔到形成在襯底400中的通道410的通行的面，優(yōu)選地在襯底400的與孔405相 對(duì)的面上。圖4F是襯底400的部分F的展開截面圖，示出了在這個(gè)實(shí)施方式中的蓄壓孔 402及其特點(diǎn)。在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，襯底400成型有在其中的凹槽，通過密封層， 優(yōu)選地通過膠膜或密封層409，該凹槽被制為通道。形成在襯底中的通道410提供孔405 和在容納部分407中附著于襯底400的微流體器件(未示出)之間的流體交換。圖4G是 襯底400的部分G的展開截面圖，示出了蓄壓孔402的細(xì)節(jié)。
圖4H繪出了襯底400的底部平面圖。在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，通道410形成 在襯底400中在第一端口 408和第二端口 420之間，其中第一端口 408通過襯底400流到 形成孔405的相反面，第二端口 420通過襯底400與襯底的容納部分407中的微流體器件 (未示出)中的通孔進(jìn)行流體交換。圖41是圖4H的部分I的展開圖，示出了在這個(gè)實(shí)施 方式中的通道和端口以及特點(diǎn)的細(xì)節(jié)。通道410優(yōu)選地從被通 過密封層(優(yōu)選地為膠膜或密封層409)被制為通道的成 型在襯底400的底面490的凹槽形成。密封層409優(yōu)選是透明材料，例如聚苯乙烯、聚 碳酸酯、或聚丙烯。在一個(gè)實(shí)施方式中，密封層409是撓性的(例如以膠帶的形式)，并 且可以通過粘結(jié)，比如利用膠粘密封或者熱封，或者機(jī)械式地附著(比如通過擠壓)，來 附著于襯底400。優(yōu)選地，用于密封層409的材料是適用于形成流體密封與每個(gè)凹槽一 起形成具有最小泄露的流體通道。密封層409可以進(jìn)一步由剛性的附加的支撐層(未示 出)來支撐。在另一實(shí)施方式中，密封層409是剛性的。熱傳遞接口(未示出)也被提供用于在操作中與載體一起使用。該熱傳遞接口包 括被布置成提供從熱控制源到在載體上的微流體器件的反應(yīng)區(qū)的基本均勻的熱交換的熱 傳導(dǎo)材料。熱傳遞接口一般相對(duì)于微流體器件的下側(cè)(underside)來被緊密配合(mate)。 以這種方式，熱能(例如，來自PCR機(jī)器)可以最小的或減少的熱阻抗被傳遞到微流體 器件彈性塊。在一些實(shí)施方式中，熱傳導(dǎo)材料包括硅(Si)。在特定實(shí)施方式中，來自拋 光的和光滑的硅晶圓的硅，與在半導(dǎo)體工業(yè)中所使用的硅相似或相同。在本發(fā)明的領(lǐng)域 內(nèi)也可以使用其它低熱阻抗材料，取決于所尋找的熱剖面的屬性。在一些實(shí)施方式中，熱傳導(dǎo)材料具有低熱質(zhì)量(即引起溫度的快速變化的材 料，即使良好的熱導(dǎo)體，例如銅)。在一些實(shí)施方式中，拋光的硅用于增強(qiáng)鏡像效應(yīng)和 增加系統(tǒng)中所使用的檢測(cè)器可以收集的光的量，或者以實(shí)時(shí)的方式，或者作為PCR反應(yīng) 的終點(diǎn)分析(end-point analysis)。這些益處也可以改善等溫反應(yīng)(iso-thermal reaction)。 在不同的實(shí)施方式中，熱傳導(dǎo)材料可以是反射性的，可以包括諸如硅或經(jīng)拋光的硅的半 導(dǎo)體，和/或可以包括金屬。在一個(gè)實(shí)施方式中，反應(yīng)區(qū)位于微流體器件的中心部分內(nèi) 并且流體入口被布置在微流體器件的周邊處。在陣列器件的周邊處微流體器件可以與載 體耦合并且在反應(yīng)區(qū)處熱傳導(dǎo)材料可以與陣列器件的表面耦合。在一些實(shí)施方式中，提供裝置，用于施加力到熱傳遞接口以朝著熱控制源推動(dòng) 熱傳遞接口。用于施加力的裝置可以包括用于通過形成在熱控制器件表面或在熱傳遞器 件中的通道朝著熱傳遞接口施加真空源的裝置?？梢蕴峁┱婵账綑z測(cè)器用于檢測(cè)在熱 控制器件的表面和熱傳遞器件的表面之間所實(shí)現(xiàn)的真空的水平。在一個(gè)實(shí)施方式中，真 空水平檢測(cè)器位于沿著遠(yuǎn)離真空源的位置的通道或多個(gè)通道處。一方面，載體襯底400由具有至少10%的(例如大約20% )斷裂拉伸延伸率 (tensile elongation at break)的無定形環(huán)烯烴聚合物(ISOR527)制成。合適的聚合物具有 雙環(huán)戊二烯和1，3戊二烯作為單體組分，例如Zeonor 聚合物，從日本東京的Zeon公 司可以獲得。優(yōu)選的聚合物是Zeonor 1420R，其說明在此提供，如下
權(quán)利要求
1.微流體器件載體，包括具有多個(gè)孔的襯底，每個(gè)孔定義在0.1 μ 1和100 μ 1之間的體積；在所述襯底內(nèi)的多個(gè)通道，其中每個(gè)孔與所述多個(gè)通道中的至少一個(gè)進(jìn)行流體交 換；以及容納部分，用于容納微流體器件和將所述微流體器件放置為經(jīng)所述多個(gè)通道與所述 多個(gè)孔進(jìn)行流體交換；其中所述載體襯底由具有至少10%的斷裂拉伸延伸率的無定形環(huán)烯烴聚合物制成。
2.如權(quán)利要求1所述的載體，其中所述聚合物的斷裂拉伸延伸率為大約20%。
3.如權(quán)利要求2所述的載體，其中所述聚合物具有二環(huán)戊二烯和1，3戊二烯作為單 體組分。
4.如權(quán)利要求1所述的載體，其中所述多個(gè)孔中的每個(gè)都具有含有中心點(diǎn)的孔開口， 并且所述多個(gè)孔被空間地布置為使得中心點(diǎn)到中心點(diǎn)的間隔為大約4.5mm。
5.如權(quán)利要求4所述的載體，包括一個(gè)或多個(gè)孔行。
6.如權(quán)利要求5所述的載體，包括多個(gè)孔行和其中所述多個(gè)行被分成不只一個(gè)孔庫。
7.如權(quán)利要求5所述的載體，其中所述孔的體積在0.1μ 1和10 μ 1之間。
8.如權(quán)利要求5所述的載體，其中所述孔行被分成第一孔區(qū)域和第二孔區(qū)域，其中所 述第一孔區(qū)域和所述第二孔區(qū)域中的每個(gè)孔區(qū)域具有96個(gè)孔。
9.如權(quán)利要求1所述的載體，其中所述容納部分進(jìn)一步包括熱控制器件。
10.如權(quán)利要求5所述的載體，其中所述孔進(jìn)一步包括上表面并且其中所述孔適用于 當(dāng)逆著所述上表面推動(dòng)壓板時(shí)形成壓力腔。
11.如權(quán)利要求10所述的載體，進(jìn)一步包括蓄壓器。
12.如權(quán)利要求1所述的載體，進(jìn)一步包括微流體器件，所述微流體器件包括室，其 中所述室通過所述襯底中的通道耦合到孔。
13.如權(quán)利要求1所述的載體，進(jìn)一步包括微流體器件，所述微流體器件包括室和 閥，其中所述室通過所述襯底中的通道耦合到孔并且其中所述閥通過所述襯底中的通道 耦合到收集器。
14.如權(quán)利要求1所述的載體，其中所述襯底具有長(zhǎng)度、寬度和高度和不超過150_ 長(zhǎng)乘IOOmm寬的尺寸，所述多個(gè)孔中的每個(gè)都具有含有中心點(diǎn)的孔開口，所述多個(gè)孔 被空間地布置為使得中心點(diǎn)到中心點(diǎn)的間隔為大約4.5mm，所述多個(gè)孔被布置為成多個(gè) 行，并且所述孔行被分成第一孔區(qū)域和第二孔區(qū)域，每個(gè)孔區(qū)域具有96個(gè)孔。
15.如權(quán)利要求14所述的載體，其中所述襯底具有大約125_長(zhǎng)乘85mm寬的尺寸。
16.如任一前述權(quán)利要求所述的載體，其中所述多個(gè)通道基本上均勻地圍繞所述容納 部分的周邊進(jìn)出用于所述微流體器件的所述容納部分。
17.如任一前述權(quán)利要求所述的載體，進(jìn)一步包括蓄壓器，其中所述蓄壓器經(jīng)長(zhǎng)度不 超過20mm的通道與用于所述微流體器件的所述容納部分進(jìn)行流體交換。
18.如權(quán)利要求17所述的載體，其中所述蓄壓器經(jīng)長(zhǎng)度不超過IOmm的通道與用于所 述微流體器件的所述容納部分進(jìn)行流體交換。
19.如任一前述權(quán)利要求所述的載體，其中所述孔中的每個(gè)具有低于所述載體的高度的一半的深度。
20.微流體器件載體，包括 具有長(zhǎng)度、寬度和高度的襯底；在所述襯底內(nèi)的多個(gè)孔，每個(gè)孔定義在0.1 μ 1和100 μ 1之間的體積； 在所述襯底內(nèi)的多個(gè)通道，其中每個(gè)孔與所述多個(gè)通道中的至少一個(gè)進(jìn)行流體交 換；以及容納部分，用于容納微流體器件和將所述微流體器件放置為經(jīng)所述多個(gè)通道與所述 多個(gè)孔進(jìn)行流體交換；其中所述襯底具有不超過150mm長(zhǎng)乘IOOmm寬的尺寸，所述多個(gè)孔中的每個(gè)都 具有含有中心點(diǎn)的孔開口，所述多個(gè)孔被空間地布置為使得中心點(diǎn)到中心點(diǎn)的間隔為大 約4.5mm，所述多個(gè)孔被布置為成多個(gè)行，并且所述孔行被分成第一孔區(qū)域和第二孔區(qū) 域，每個(gè)孔區(qū)域具有96個(gè)孔。
21.如權(quán)利要求20所述的載體，其中所述襯底具有大約125mm長(zhǎng)乘85mm寬的尺寸。
22.微流體器件載體，包括具有多個(gè)孔的襯底，每個(gè)孔定義在0.1 μ 1和100 μ 1之間的體積； 在所述襯底內(nèi)的多個(gè)通道，其中每個(gè)孔與所述多個(gè)通道中的至少一個(gè)進(jìn)行流體交 換；以及容納部分，用于容納微流體器件和將所述微流體器件放置為經(jīng)所述多個(gè)通道與所述 多個(gè)孔進(jìn)行流體交換；其中所述多個(gè)通道基本上均勻地圍繞所述容納部分的周邊進(jìn)出用于所述微流體器件 的所述容納部分。
23.如權(quán)利要求22所述的載體，所述通道為大約0.1mm寬和大約0.15mm深，具有大 約Imm的通道斜度。
24.微流體器件載體，包括具有多個(gè)孔的襯底，每個(gè)孔定義在0.1 μ 1和100 μ 1之間的體積；在所述襯底內(nèi)的多個(gè)通道，其中每個(gè)孔與所述多個(gè)通道中的至少一個(gè)進(jìn)行流體交換；容納部分，用于容納微流體器件和將所述微流體器件放置為經(jīng)所述多個(gè)通道與所述 多個(gè)孔進(jìn)行流體交換；以及蓄壓器；其中所述蓄壓器經(jīng)長(zhǎng)度不超過20mm的通道與用于所述微流體器件的所述容納部分 進(jìn)行流體交換。
25.如權(quán)利要求24所述的載體，所述蓄壓器經(jīng)長(zhǎng)度不超過IOmm的通道與用于所述微 流體器件的所述容納部分進(jìn)行流體交換.
26.如權(quán)利要求25所述的載體，其中所述蓄壓器具有不超過200cm2的軌跡和不超過 2000cm3的體積。
27.微流體器件載體，包括 具有長(zhǎng)度、寬度和高度的襯底；在所述襯底內(nèi)的多個(gè)孔，每個(gè)孔定義在0.1 μ 1和100 μ 1之間的體積；在所述襯底內(nèi)的多個(gè)通道，其中每個(gè)孔與所述多個(gè)通道中的至少一個(gè)進(jìn)行流體交 換；以及容納部分，用于容納微流體器件和將所述微流體器件放置為經(jīng)所述多個(gè)通道與所述 多個(gè)孔進(jìn)行流體交換；其中所述孔中的每個(gè)具有低于所述載體的高度的一半的深度。
28.如權(quán)利要求27所述的載體，其中所述載體的高度不超過15mm并且所述孔的深度 不超過7mmο
29.如權(quán)利要求28所述的載體，其中所述孔的深度大約為5mm。
30.微流體系統(tǒng)，包括微流體陣列器件，包括多個(gè)分離的反應(yīng)室，其中該反應(yīng)室被放置在反應(yīng)區(qū)內(nèi)并且與 被放置到所述反應(yīng)區(qū)的外部的所述陣列器件的流體入口進(jìn)行流體交換，所述陣列器件包 括由多個(gè)層形成的彈性塊，其中至少一個(gè)層具有形成在其中的至少一個(gè)凹槽，所述凹槽 具有集成到具有所述凹槽的層的至少一個(gè)可偏轉(zhuǎn)隔膜；如任一前述權(quán)利要求所述的載體，適用于容置所述微流體陣列器件，所述載體具有 與所述流體入口接口的多個(gè)流體通道；以及熱傳遞接口，包括被布置成提供從熱控制源到所述反應(yīng)區(qū)的基本均勻的熱交換的熱 傳導(dǎo)材料。
全文摘要
用于容置微流體器件的載體包括具有多個(gè)孔的襯底，每個(gè)孔定義在0.1μl和100μl之間的體積；在所述襯底內(nèi)的多個(gè)通道，其中每個(gè)孔與所述多個(gè)通道中的至少一個(gè)進(jìn)行流體交換；以及容納部分，用于容納微流體器件和將所述微流體器件放置為與所述多個(gè)孔進(jìn)行流體交換。所述載體具有聚合組合物和/或增強(qiáng)其性能和與現(xiàn)有儀器的兼容性的結(jié)構(gòu)特征的陣列。
文檔編號(hào)B81B7/00GK102015522SQ200980114857
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月22日
發(fā)明者Y·D·阿明 申請(qǐng)人:弗盧迪格姆公司