[发明专利]在微流体装置中混合流体的方法及用于其的装置和系统

说明书

公开了用于混合溶液的微流体装置、系统和方法，包括微流体装置(100)，其具有经由连接通道连接到第二腔室(116)的第一腔室(110)，第二腔室(116)在操作中仅与装置(100)的第一腔室流体连通。在该方法中，第一腔室(110)中的溶液被迫入第二腔室(116)，压缩第二腔室(116)内捕获的空气，然后将该溶液返回第一腔室(110)。在返回第一腔室(110)时，溶液离开连接通道(115)并在第一腔室(110)中引起混合。

发明领域

本发明涉及用于在微流体装置中混合溶液(液体)的装置、方法和系统。

背景技术

微流体装置在化学和生物分析物的分析方面继续受到极大的关注。术语“微流体”或“微型”装置通常是指用于操纵流体的装置，其包括微流体元件(例如，通道、腔室和用于保持或移动液体的其他空间)的网络，其中至少一个元件的至少一个维度在约0.5μm至约500μm的范围内。例如，通道可具有该范围内的深度和/或宽度，而腔室可至少具有该范围内的深度。

如本领域所熟知的，微流体装置能够实现小规模反应，这提供了许多益处，例如减少试剂使用、减小样品尺寸和快速操作。另外，可以在单个装置内整合若干功能，其中可以将样本从一个装置元件传输到另一个装置元件以用于后续处理、反应或分析。这种整合方面反过来能进一步提高样品通量，因为操作员或机器人工作站的样品处理减少，空间要求更小，甚至具有用于远程或现场使用的便携性。

测定样品通常需要使样品与至少一种试剂接触，使反应进行，并分析测定结果。通常，人们更希望溶液中测定组分的浓度均匀。因为微流体装置内的流体流动通常不是湍流，所以需要混合溶液的方法。并且，可以通过混合溶液来改善反应动力学，使得发生对流传输并且不需要仅依赖于扩散传输。

上述减小的样品尺寸通常也意味着，对于给定浓度的分析物，因为样品体积小，量(分析物的分子数目)相应地小。对于某些分析方法，随着分析物的绝对数目变小，该方法的结果可能不太准确。例如，对重复样品测量的值可能具有更大的变化(标准偏差)。这可能由于多种原因引起，例如分析物最初可能不均匀地分布在测定溶液中，反应产物如扩增子可能不会随着反应进行而在整个测定溶液中均匀分布，并且在检测步骤中测量的溶液部分可能不代表测定溶液。

通常认为，即使在微流体装置中，溶液中的分子(试剂和/或测定产物)的扩散混合也比期望的慢。虽然亚微米体积的尺寸很小，但小分子的扩散混合时间大约为几分钟，并且实现较大分子(例如核酸、酶或蛋白质)或具有小一个(或多个)数量级的扩散系数的颗粒的均匀混合的时间将显著更长。结果，开发微流体装置的技术人员已经寻求增强装置中试剂混合的方法。例如，Liu等人(美国公开号2003/0175947 A1)公开了一种利用施加到微流体室内的气袋的声波或温度变化来增强混合的装置，其中气袋在声场内或在温度的影响下膨胀和收缩，以在装置中产生振荡流体流。Wang等人公开了用于在微流体装置中混合第二液相内的液滴的混合技术的另一个实例(Biomed Microdevices,12:533-541(2010))。

然而，通常，本领域的这些和其他方法仍然存在以下一个或多个问题：(1)需要增加成本和空间要求的额外设备或仪器；(2)分析物与两相系统的不相容性；(3)较大体积混合不充分；(3)引入由混合过程引起的其他变化，例如局部温度变化。

因此，仍然需要提供在装置内混合溶液的微流体装置、方法和系统，以便获得准确、可再现和可靠的分析结果；适合于低成本和高效制造和操作的装置，包括紧凑系统中的自动化，但能够处理大范围的样品体积，例如，从大约100nL到大约几毫升或更多，同时减少操作成本。

发明概述

根据本发明的装置包括第一腔室、第二腔室和连接第一腔室和第二腔室的连接通道，其中第二腔室可以被配置成除了连接通道之外没有出口，也就是说，当根据本文所述的方法使用所述装置时，第二腔室仅与连接通道流体连通。