[发明专利]用于微流体设备的无源泵

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年9月4日提交的美国临时申请62/214,352的权益，该美国临时申请据此全文以引用方式并入本文。

关于联邦资助的研究或开发的声明

本发明是在政府支持下进行的，授权UL1TR001111，由美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)提供资金。美国政府在本发明中享有部分权利。

背景技术

随着将许多诊断测试转移到使用地点的热切期望，微流体设备在保健、环境监测、食品安全和其他应用中的广泛使用具有令人难以置信的潜力。具体地讲，微流体系统处理少量液体的能力使其非常适用于许多生物分析应用。

尽管有许多优点，但是一些重大的技术难题阻止了微流体设备广泛应用于许多应用。例如，大多数微流体依靠笨重、昂贵的泵来引导和控制设备内的流体流。因为流体流的精确控制有利于许多应用，所以此类外部泵通常是需要的。例如，通过仔细控制/优化流体流，可以增加测试(例如，免疫测定)的灵敏度，从细胞培养物转移产物用于分析，以及使限制靶标与生物传感器中的固定识别分子结合的耗尽区的影响最小化。然而，对复杂和/或昂贵的外部仪器诸如泵的需要极大地限制了微流体测试在即时诊断、食品和水测试以及环境监测中的潜在用途，尤其是在低资源环境下。为了使这些微流体设备易于使用、更实惠并且在操作中更可靠，需要用于控制微流体设备内流体流的经改进的设备和方法。

发明内容

本文提供了微流体泵。所述泵(包括本文所述的混合泵和复合泵)制造简单，成本低廉，并且通过附接的微流体系统提供对流体流的简便和精确控制。另外，该泵是无源泵(即，不需要能量输入)，并且可被设计成一次性的、可生物降解的和/或易燃的。

无源微流体泵包括流体入口、吸收区域、将流体入口和吸收区域流体连接的阻力区域，以及封闭阻力区域、吸收区域或其组合的蒸发阻挡层。阻力区域可包括第一多孔介质和流体非导电边界，该流体非导电边界限定流体流从流体入口通过第一多孔介质到吸收区域的路径。吸收区域可包括流体非导电边界，该流体非导电边界限定第二多孔介质的体积，该第二多孔介质的尺寸被设定成吸收从阻力区域吸入的预定体积的流体。阻力区域和吸收区域可被配置成当流体入口与流体接触时，建立从流体入口通过阻力区域前进到吸收区域的毛细管驱动流体前缘。

可以选择阻力区域和吸收区域的尺寸和性质以提供被配置成当流体连接到微流体设备时产生期望的流体流量分布(例如，恒定、阶跃增加、阶跃减少、振荡、逐渐增加或逐渐减少)的无源泵。例如，在某些实施方案中，对通过阻力区域的流体流的阻力大于对通过吸收区域的流体流的阻力(例如，为其至少五倍，至少十倍或至少二十倍)。在这些实施方案中，当泵流体连接到微流体设备时，可以修改阻力区域的尺寸和性质以选择由该泵提供的流量。在某些实施方案中，当毛细管驱动流体从阻力区域前进通过第二多孔介质时，阻力区域被配置成提供1nL/min至100μL/min的流体流量。同样，可以修改吸收区域的尺寸和性质以选择预定体积的流体，该预定体积的流体将以由阻力区域确定的流量泵送。例如，吸收区域的尺寸被设定成吸收从阻力区域吸入的1μL至10mL(例如，10μL至10mL)的流体。在某些实施方案中，阻力区域可被配置成提供在10秒至7天(例如，从0.1分钟至90分钟)内能有效地将预定体积的流体输送到吸收区域的流体流量。

如果需要，本文所述的泵还可包括流动延时元件，该流动延时元件影响通过泵的流体流。例如，该泵还可包括可溶解溶质，该可溶解溶质设置在流体入口、阻力区域或其组合中。该泵还可包括可溶解膜，该可溶解膜形成对通过泵的元件的流体流的阻挡层。

蒸发阻挡层可封闭阻力区域、吸收区域或其组合。在一些情况下，蒸发阻挡层可封闭阻力区域。在一些情况下，蒸发阻挡层可封闭吸收区域。在某些实施方案中，蒸发阻挡层可封闭阻力区域和吸收区域两者。在蒸发阻挡层封闭吸收区域的情况下，泵还可包括操作性地联接到吸收区域的通风口(例如，以在吸收区域充满流体时允许压力均衡)。

在一些实施方案中，无源微流体泵还可包括第二(或更多)吸收区域。这种泵在本文称为“混合泵”。当流体连接到微流体设备时，此类泵可被设计成引起更复杂的流体流量分布。例如，在一些实施方案中，该泵该可包括第二阻力区域和第二吸收区域。第二吸收区域可与第一吸收区域并联或串联地流体连接。