[发明专利]具有可变形阀的微流体器件

说明书

技术领域

本发明一般地涉及微流体器件及其制造与操作方法领域。更具体地说，本发明涉及配备微阀的微流体器件。

背景技术

微流体器件一般涉及微加工器件，这些器件用于泵抽、取样、混合、分析和定量液体。其显著特点源自液体在微米长度级上展现出的特殊特性(请参阅Brody J P、Yager P、Goldstein R E和Austin R H等人在1996年发表于Biophys J.第71卷，3430-3411页的“Biotechnology at low Reynolds Numbers”和Knight J B、Vishwanath A、Brody J P和Austin R H等人在1998年发表于Phys.Rev.Lett.第80卷，第3863-3866页的“Hydrodynamic Focusing on Silicon Chip:Mixing Nanoliter In Microseconds”)。微流体中的液体流动通常分层。明显低于一纳升的体积可通过制造具有在微米范围的水平尺寸的结构来实现。可加速被限于大规模上的反应(通过反应剂扩散)(请参阅Squires T M和Quake S R等人在2005年发表于Rev.Mod.Phys.第77卷，977-1026页的“Microfluidic:Fluid physics at naonoliter scale”)。最后，平行的液体流也可精确且可再现地控制，从而允许在液体/液体和液体/固体界面上呈现化学反应和梯度(Kenis P J A、Ismagilov R F和Whitesides G M在1999年发表于Science第285卷，83-85页的“Microfabrication Inside Capillaries Using Multiphase Laminar Flow Patterning”)。因此，微流体用于生命科学中的各种应用。

许多微流体器件具有用户芯片接口以及关闭的流动路径。关闭的流动路径有利于将功能元件(例如，加热器、混合器、泵、UV检测器、阀等)集成到一个器件，同时最小化有关泄露和蒸发的问题。

液体样品分析经常需要一系列步骤(例如，过滤、反应剂溶解、加热、清洗、信号读取等)。对于便携式诊断器件，需要采用各种泵抽和阀门原理的精确流体控制。获取简单、制造成本低廉、易于操作的阀通常极具挑战性。

一般可识别两类用于微流体器件的阀(或“微阀”)：(i)有源阀和(ii)无源阀。

一般而言，有源微阀的制造复杂性增加，且制造成本高昂，需要致动功率。它们进一步需要外部周边设备并且还需要功率才能处于“打开”或“关闭”状态。一个实例是“突变结无源微阀”。这种微阀需要有源泵抽以泵抽疏水结构(在其中水液被压缩(constriction)钉扎)中的水液。泵抽压力增加会强制使液体通过阀。当实现时，这种解决方案无法与毛细管驱动型微流体兼容。进一步需要有源泵抽和致动，即，附加的周边设备。此外，液体在压缩之前，倾向于以更大的体积破裂。

接下来，无源微阀一般缺乏交互性(即，它们执行预定的打开或关闭条件)，需要复杂的化学物品集成制造。此外，最初处于关闭状态的无源阀一般存在排气问题。

以下参考提及到目前为止已经开发的各种微阀类型：

-Liu等人在2004年发表于Anal.Chem.第76卷，1824-1831页的文章

-Ahn等人在2004年1月发表于Proc.of IEEE第92卷，第一期，154-173页的文章

-Zoval等人在2004年1月发表于Proc.of IEEE第92卷，第一期，140-153页的文章。

发明内容

根据第一方面，本发明实现为微流体器件，包括：第一微通道、第二微通道，以及包括至少输入端口和输出端口的阀，所述端口分别连接到所述第一微通道和所述第二微通道，所述阀被设计为控制液体沿着所述端口限定的流动方向流动，其中，所述阀进一步包括接合所述端口并限定在垂直于所述流动方向的方向上比每个所述微通道都宽的空腔的一个或多个壁，所述壁沿着与所述流动方向相交的变形方向至少部分可变形，从而使得所述壁能够被赋予至少第一变形状态和第二变状态，以便在所述第二变形状态下比在所述第一变形状态下沿着所述流动方向牵引基本上更多的所述液体。

在其它实施例中，所述微流体器件可以包括以下特征中的一个或多个：