[发明专利]改进的微流体设备、系统和方法

说明书

本发明涉及微流体设备，诸如用于诊断的盒，其允许盒上式处理，包括通过聚合酶链式反应(PCR)的扩增，以及涉及使用该微流体设备的系统和方法，其中微流体盒在设备的扩增/PCR区段中的所述样品中的核酸扩增之前被加压。

技术领域

本发明涉及微流体设备，诸如用于诊断的盒，其允许盒上式处理，包括通过聚合酶链式反应(PCR)的扩增，以及涉及使用该微流体设备的系统和方法，其中微流体盒在设备的扩增/PCR区段中的所述样品中的核酸扩增之前被加压。

背景

近年来，一直在努力开发和制造能够在设备上进行各种化学和生物化学分析和合成的微流体设备，诸如盒。目标是提供设备，使得允许以前的基于实验室的活动能够在护理点(POC)以及时有效的方式被执行。此类微流体设备可适于与自动化系统一起使用，从而提供附加的益处，诸如降低成本和减少操作员错误。

在许多情况下，期望此类微流体设备能够执行包括核酸扩增在内的分子技术。通过聚合酶链式反应(PCR)扩增DNA，需要反应混合物在移动通过存在于盒上的微流体通道时经受反复多回合的加热和冷却(热循环)，这可包括将反应混合物保持在存在于盒上的一个或更多个静态室中。因此，盒内反应混合物的温度必须在PCR循环内变化，并且实际上在PCR实验中必须变化多次，PCR实验通常需要相对较高的循环数才能从样品中获得合适的核酸扩增。盒内温度的变化确实带来了技术挑战。例如，DNA的变性通常在大于90摄氏度，并且通常在接近98摄氏度时发生。然后，温度需要下降，因为将引物退火到变性DNA通常在约45摄氏度至70摄氏度执行。最后，温度再次升高，因为用聚合酶延伸退火的引物的步骤通常在约70摄氏度至75摄氏度执行。已描述了允许这种情况的各种机制，其中使用了采用加热区的系统，或者使用了使所采用的微流体通道内的温度快速变化的装置。此类设备和系统是已知的。

与温度的快速循环相关联的一个挑战是，特别是在较高的温度时，从样品流体中冒出的气泡会降低PCR效率，并使样品的准确定位更加不可预测。

消除或减轻与现有技术相关联的问题中的一些将是有益的。

术语“穿梭流(Shuttle flow)”或“穿梭PCR”是指通过使PCR混合物的小栓塞(small plugs)在温度区之间来回穿梭来执行热循环的技术。这样，温度变化在空间上发生。

在整个文件中，提及“微流体”意指具有至少一个小于1毫米的尺寸和/或能够以微升或更少的量来处理的流体部分。

在整个文件中，对“盒”或“芯片”的引用意指包括一个或更多个基材的组装单元，其中具有流体可流动的通道或室。此类盒可包括不同区域或区，在这些不同区域或区中可发生诸如样品混合、过滤、PCR扩增、鉴定和/或可视化的活动，并且可包括板载试剂。盒通常被设计成由诸如护理点(POC)仪器的诊断仪器接收，该仪器结合了附加功能以允许诊断测试或此类测试的一部分被自动化。

发明概述

根据本发明的第一方面，提供了一种微流体设备，该微流体设备包括：

流体通道，其具有聚合酶链式反应(PCR)区段，所述PCR区段被配置为允许在其中发生聚合酶链式反应(PCR)所需的温度变化，

设备的流体可隔离部分(或流体通道的一部分)，其至少包括流体通道的具有PCR区段的部分，

至少一个关闭装置，其可被致动以将流体可隔离部分与外部环境流体地隔离，以及

在所述可隔离部分被隔离时用于增加所述可隔离部分中的压力的至少一个装置。