[发明专利]用于处理由间隔物分离的液体体积的序列的微流体探针头

说明书

技术领域

本发明涉及微流体探针头，包括该微流体探针的微流体探针以及用于处理由间隔物分离的单独的液体体积的序列的方法。

背景技术

微流体学处理小体积流体的行为、精确控制和操纵，小体积流体通常被限制于微米长度尺度的通道和通常在亚毫升范围内的体积。这里，流体是指液体，并且任一术语可以在文档的其余部分中互换使用。特别地，微流体学中典型的液体体积范围为10^-15L至10^-5L，并且经由具有10^-7m至10^-4m的典型直径的微通道输送。

在微尺度处，液体的行为可以与在较大的(即宏观的)尺度处的行为不同，使得特别地，表面张力、粘滞能量耗散和流体阻力是流动的主要特点。例如，将流体的动量的影响与粘度的影响进行比较的雷诺数(Reynolds number)可以降低到使得流体的流动行为变成层流而不是湍流的这样的程度。

此外，由于在低雷诺数流动中不存在湍流，处于微尺度的液体在传统的、混沌的意义上不一定混合，并且相邻液体之间的分子或小颗粒的界面输送通常通过扩散发生。因此，液体的某些化学和物理性质(如浓度、pH、温度和剪切力)是确定性的。这在单次和多步反应中提供了更均匀的化学反应条件和较高等级的产物。

微流体探针是一种装置，特别是微制造的扫描装置，该装置用于沉积、取回、输送、递送和/或去除液体，特别是包含化学物质和/或生化物质的液体。例如，微流体探针可以用在诊断医学、病理学、药理学和分析化学的各种分支等领域。这里，微流体探针可以用于执行用于酶分析，脱氧核糖核酸(DNA)分析和蛋白质组学的分子生物学程序。

许多化学和生化过程需要相继执行多个步骤，涉及在包括不同温度，不同浓度和/或不同持续时间的各种条件下将目标表面暴露于不同液体，特别是包括(生物)化学物质，溶剂和缓冲剂的液体。

因此，微流体探针应当能够在相继的液体之间低混合或者不混合的情况下，使液体的序列以小体积递送到表面。在液体的输送期间，毛细管或微流体通道内的这些相继的液体部分通常被称为“填料(plugs)”。通常，在微流体毛细管和通道中，由于(泰勒Taylor)分散造成的包括不同液体的后续填料之间的混合降低了这些后续填料之间的浓度梯度。为了将小体积的填料的序列递送到表面，微流体探针应能够在形成小体积填料的序列的不同液体之间快速切换。同时，为了防止后续填料彼此混合，应该在递送到表面期间限制填料的分散。

已知适用于在表面上形成生物分子的连续和不连续图案以及在表面上对抗蚀材料进行处理的微流体探针头。然而，由于平流和扩散效应，相继递送到目标表面的液体有彼此混合的倾向。结果是，递送到表面的填料的序列在其到达表面时的溶质或颗粒浓度、粘度和填料体积方面与生成序列的时间点之后不久的其初始状态相比可能不再相同。

防止相继递送的液体彼此混合的一种方法是通过在包括不同连续相液体的相继的填料之间插入不混溶相流体的间隔物来获得。例如，相继的填料可以是水性的，而不混溶相的间隔物由油或气体构成。不混溶相的间隔物阻止溶质和/或颗粒在相继的填料之间扩散。D.Chen等人的文章“The chemistrode:A droplet-based microfluidic device for stimulation and recording with high temporal,spatial,and chemical resolution”(PNAS，2008(105)，16843-16848)公开了一种工具，其将由不混溶相的分段分离的水刺激填料递送到目标表面并且取回反应填料。然而，该工具和不混溶相的间隔物与目标表面直接接触。

许多现有技术解决方案的缺点是它们不适用于在潮湿环境中进行的局部化学过程，特别是当想要使用流体动力学流动限制时。因此，由于使用该装置和方法的液体的扩散，导致不能定位液滴的沉积。

发明内容

根据第一方面，本发明可以被实施为一种用于处理由间隔物分离的单独的液体体积的序列的微流体探针头。微流体探针头包括入口、出口、第一流体通道和第二流体通道以及流体旁路。流体旁路将第一流体通道和第二流体通道彼此连接。第一流体通道被配置用于将单独的液体体积的序列从入口递送到沉积区域。流体旁路连接第一流体通道和第二流体通道，以允许从第一流体通道去除间隔物并且由此在没有间隔物的情况下获得单独的液体体积的自由序列。第一流体通道被配置用于将单独的液体体积的自由序列递送到沉积区域。第二流体通道被配置用于将去除的间隔物从流体旁路递送到出口。