[发明专利]用于加工、控制和/或检测流体样品并有减小的死体积的流体样品输送装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有减小的死体积的流体样品输送装置，该装置用于加工、控制和/或检测流体样品。本发明尤其涉及一种具有减小的死体积的分子诊断应用。根据本发明的具有减小的死体积的流体样品输送装置优选地用于分子诊断。

背景技术

生物工艺学行业将大部分努力贯注于发展小型化流体样品输送装置，诸如用于样品操作和分析的微流体装置，通常指的是芯片上的实验室(LOC)或微全分析系统(MicroTAS)。这些系统用于检测和分析特定的生物分子，如DNA和蛋白质。

通常地，微系统装置包括流体的、电子的以及机械的功能元件，包括泵、阀、混合器、加热器和传感器，例如光学、磁性和/或电传感器。通常的分子诊断化验包括例如细胞溶解、洗涤、PCR放大和/或检测的处理步骤。

集成的微流体装置需要在单个模板上结合多种功能，例如过滤、混合、流体致动、阀作用、加热、冷却以及光学、电气或磁性检测。随着模块化概念，不同的功能会在分开的功能衬底如硅或玻璃上实现。这些功能需要集成有微流体通道系统，该系统一般由塑料制成。由于极小的通道形状，因此这种集成方式成为非常有挑战性的工作。衬底和通道板之间的界面需要非常平滑和精确，并且通道形状需要是可再次形成的，而功能衬底要具有最小的覆盖区以节省成本。特别地，对于需要流体及电子界面的功能，湿界面的分离是非常重要的。连接技术必须与功能衬底上的生化试剂以及表面处理相一致。

通过参考结合在此的US-A12003/0057391公开了一种低功率集成的泵及阀阵列，其提供了在微制造流体系统中执行泵和阀操作的革命性方法，该微制造流体系统用于例如医学诊断微芯片的应用。所述方法将低功率、高压力源与聚合物、陶瓷或金属栓塞结合在一起，该栓塞装入到微通道内，类似于微型注射器。当压力源被致动时，聚合物栓塞在微通道内滑动，从而在栓塞的相对一侧泵送流体，而不会使流体泄露到栓塞的周围。该栓塞也可充当微型阀。

然而，US-A12003/0057391中的泵系统没有提供足够小的死体积、以及没有提供最优化的快速流体输送。此外，栓塞必须具有可靠的装配以避免样品流体泄露，这样在低的垂直制造范围内，不能提供低功率集成的泵及阀阵列。

近十年来，在微流体系统装置的发展中已经进行了相当多的研究工作，目的是集成更多的功能而同时减小流体的分析样品体积。

除了这种工作，对于流体样品输送装置例如微流体系统装置、微流体生物芯片(通常指生物芯片、LOC以及microTAS)还需要克服上述现有技术的至少一个缺点。此外，还需要发展将外围功能整体集成到单个微芯片上的技术，包括用于片上流体岐管的创新低功率/压力源，这些岐管允许在小的液体体积内分析样品、以及提供更经济的试剂及样品使用。特别地，需要具有最优化的、减至最小的死体积的流体样品输送装置。

发明内容

根据本发明的流体样品输送装置，也被称为微流体装置，允许用于分子诊断应用的多种功能元件的集成。根据本发明的流体样品输送装置在小的液体体积内分析样品、提供了更为经济的试剂和样品的使用、以及在一些情况下显著地加快了化验。

此外，根据本发明的用于分子诊断应用的流体样品输送装置允许流体样品的横向流动。这样允许了传感器以及其它装置的垂直集成，所述其它装置用于化验的流体样品的处理、加工和/或分析。为了将大量数目的功能元件集成在根据本发明的用于分子诊断应用的流体样品输送装置上，提出将这些功能元件中的全部或者至少大部分都集成到至少一个衬底上。

此外，根据本发明的流体样品输送装置提供了具有优化的死体积的流体样品输送，所述死体积减至最小，优选约为零。

根据本发明的一种具有减小的死体积的流体样品输送装置，用于加工、控制和/或检测流体样品，所述流体样品输送装置包括：

衬底，其中，所述衬底的上表面包括至少一个加工、控制和/或检测元件；

至少一个柔性膜，其中，所述柔性膜设置在所述衬底的上表面上；

至少一个柱塞和/或致动元件，用于驱使所述柔性膜的向上和/或向下运动，从而引起流体流动和/或停止流体流动；

设置在所述柔性膜的上部外表面或下部外表面上的至少一个盖板，其中，所述盖板包括用于接收柱塞和/或致动元件的至少一个通孔和/或切口，使得所述柱塞和/或致动元件的运动导致紧邻设置的柔性膜区域的泵和/或阀作用，从而在所述衬底的上表面与所述柔性膜的下表面之间引起流体流动；以及引导流体样品在衬底上流动的至少一个通道由所述柔性膜暂时地形成。