在探測分析物中使用的微流體方法和系統的制作方法

專利名稱：在探測分析物中使用的微流體方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及諸如(生物)傳感器的(生物)反應器的領域。更具體而言，本發明
涉及用于獲得微流體裝置的方法和系統，該微流體裝置用于探測分析物的存在，例如用于 生物、化學或生物化學實體的定性或定量探測。
背景技術：
(生物)反應器是允許以受控方式接觸各種試劑從而獲得產物的裝置。通過使用 (生物)反應器，諸如試劑量、溫度、持續時間、物理化學特性、將進行的反應順序等因素可 以被控制。(生物)反應器可以被指定為多次或單次使用。在(生物)反應器中，生物傳感 器是允許定性或定量探測樣品流體中的目標分子的裝置，該目標分子也稱為〃 分析物〃 ， 例如為蛋白質、病毒、細菌、精子/精液、細胞、細胞成份、細胞膜、孢子、DNA、 RNA等，該樣品 流體例如包括血液、血清、血漿、唾液、組織提取物、小腸液、細胞培養物提取物、食物或飼料 提取物、飲用水等。生物傳感器經常使用傳感器表面，該傳感器表面包括用于捕獲分析物的 特定識別成份。生物傳感器裝置的表面因此可以通過將特定分子吸附而被改性，這些特定 分子適合于結合樣品流體內的待探測目標分子。廣為確認的原理是對在生物傳感器上預放 置置捕獲的標記感興趣分子的計數。例如，這些感興趣分子可以用磁性顆粒或珠來標記且 這些磁性顆粒或珠可以使用磁性傳感器探測。 一種可行的備選是使用諸如熒光的光學探測 來探測分析物的數量。在此情形中，分析物本身可能攜帶熒光標記，或者備選地可以進行使 用熒光標記的識別成份的附加培養。 在多數生物傳感器中，除傳感器表面之外，傳感器裝置設置有干試劑。此試劑例如 可包括耦合到生物活性部分(例如抗藥物(drug)抗體)的標記。為了限制分析時間，試劑 可以直接沉積在傳感器表面上。當流體樣品到達時，干試劑溶解并混合到隨后潤濕傳感器 表面的流體內。標記以及傳感器表面暴露于目標分子(例如藥物)。這影響標記在被探測 的傳感器表面上的結合。將試劑直接沉積在傳感器表面的不便在于，其引起試劑與傳感器 表面的可能的過早反應(即，在試劑具有與目標反應的可能性之前)，因此干擾探測。
適于探測樣品流體內分析物存在的裝置從美國專利申請No. 2004/0115094已知。 在此專利申請中，裝置包括第一本體，該第一本體包括傳感器模塊和流體系統。此第一本體 連接到第二本體，該第二本體設置有用于樣品流體的入口和出口以及連接入口和出口的通 道。該裝置通過組裝第一和第二本體來形成。通過于此，流體系統和傳感器以用于傳輸流體 的合適方式相互連接。從這種裝置的構造看來，只能在兩個本體組裝之前在該裝置內完成 試劑的引入。在許多生物傳感器中，用戶干預最小地使用樣品流體填充裝置，即，使其自主 地填充是有利的。這可以通過利用毛細作用力填充裝置來實現。為此，使用具有親水壁的 裝置。因此使用親水材料(例如，吸附表面活性劑或親水聚合物)涂覆將與樣品流體接觸 的各部分是有利的。通過使用親水膜溶液來沖洗所組裝的裝置，這可以最充分地進行。這 一親水膜允許/促進通過自發流使用樣品流體來填充該裝置。在許多情形中，一旦部件被 涂覆，則膠合工藝不是可行或有效的。因此，涂覆工藝典型地在將盒(cartridge)的兩個部
5件膠合在一起之后實施。為此，所組裝的裝置通常使用適當的親水劑的溶液來沖洗。此過 程顯然不能在試劑位于裝置內時實施，因為試劑將分散在親水溶液中并被沖走。附加地，從 此構造看來，溶劑和樣品從同一開口供給，引起使用試劑潛在地稀釋樣品或者不適當的同 質化。因此本領域中存在對用于探測樣品流體中分析物存在的新改進探測裝置和方法的需 要。

發明內容
本發明的目的是提供在允許與樣品流體互作用中使用的良好系統、裝置和方法以 及這種裝置和系統的制造方法。根據本發明的實施例的優點在于，提供了在探測樣品流體 中的分析物中使用的良好系統、裝置和方法以及這種裝置和系統的制造方法。根據本發明 實施例的優點在于，提供一種裝置，使得能夠在該裝置組裝之后，例如就在該裝置內提供樣 品流體之前，在該裝置內提供試劑。根據本發明的實施例的優點在于，在試劑和傳感器之間 出現任何接觸之前實現樣品流體和試劑之間的接觸。本發明實施例的優點包括但不限于， 測量的可靠性和再現性和該裝置的制造簡單性以及倉庫產品下限值的降低。本發明實施例 的另一優點在于，裝置的(部分的)定制在生產工藝的較后階段進行，當一族不同產品基于 同一裝置來制作但是使用不同類型或數量的試劑時，這是有利的，即其允許在裝置已經組 裝之后該裝置的后功能化和/或定制。本發明某些實施例的優點在于，允許樣品流體和試 劑接觸時對培育周期和溫度的控制。 上述目的通過根據本發明的方法和裝置來達成。 本發明的第一方面提供微流體反應器配置，該反應器配置包括具有封閉反應室的 外壁的外殼，該反應室具有互作用表面，該外壁具有至少一個樣品入口，用于引入流體樣 品，以及不同于該樣品入口的至少一個試劑提供機構，用于將至少一種試劑引入該反應室， 由此在至少一個保持機構上提供所述試劑，用以將固體形式的至少一種試劑保持在該反應 室內的試劑區處，所述保持機構被放置在或者可放置在該反應室內與該互作用表面不同的 選擇表面上，使得當該流體樣品被引入該反應室時，由該保持機構保持的該試劑與該互作 用表面流體接觸。 該微流體反應器配置可以是在探測流體樣品中的分析物中使用的微流體傳感器 配置，其中該反應器配置包括外殼，該外殼具有封閉探測室的外壁，該探測室具有檢測表 面，該外壁具有至少一個樣品入口，用于引入該流體樣品；以及不同于該樣品入口的至少 一個試劑提供機構，用于將至少一種試劑引入該探測室，由此在至少一個保持機構上提供 所述試劑，用以將固體形式的至少一種試劑保持在該探測室內的試劑區處，該保持機構被 放置在或者可放置在該探測室內與該傳感器表面不同的選擇表面上，使得當該流體樣品被 引入該探測室時，由該保持機構保持的該試劑與該檢測表面流體接觸。根據本發明的一些 實施例的優點在于，可以在該樣品入口的潤濕親水化之后將該試劑引入該傳感器配置。根 據本發明的一些實施例的另一優點在于，該試劑可以被引入該傳感器配置且以例如冷凍干 燥方式的固體保持在探測室內的選擇位置上，同時仍允許對該樣品入口的有效親水化。這 具有的優點為，傳感器配置可以容易地存儲且試劑的數量可以精確地控制。
在本發明的微流體傳感器配置的具體實施例中，試劑提供機構可包括用于向該至 少一個保持機構遞送流體試劑的微流體輸運機構。根據本發明的實施例的優點在于，該試劑可以以液體形式被引入該探測室。根據本發明的實施例的另外優點在于，可以獲得對試劑數量的良好計量。 在本發明的微流體傳感器配置的另一具體實施例中，保持機構可以是可連接到該微流體傳感器配置的外壁的分離的蓋子。根據本發明的實施例的優點在于，該傳感器配置的功能化可以在制造工藝中較晚進行。分離的蓋子可以通過膠合(gluing)、螺紋連接(screwing)、剪切膠(clipping)、棘輪機構(clicking)及類似方法連接。
在本發明另一實施例中，本發明的傳感器配置的保持機構可適合于包括預定數量的試劑。更具體而言，本發明的傳感器配置的保持機構可包括開放毛細管通道。根據本發明的實施例的優點在于，在該保持機構上提供的試劑的數量例如可以通過所使用的開放毛細管通道的長度和尺寸精確地確定。 在另外具體實施例中，本發明的傳感器配置可包括多個試劑提供機構，所述多個試劑提供機構中的每一個試劑提供機構均適合于遞送試劑。 在本發明的再一實施例中，該樣品入口可以是親水的。根據本發明的實施例的優點在于，可以進行復用，導致了精確評定樣品中多個分析物的存在和/或數量的可能性。根據本發明的實施例的優點在于，使用親水的樣品入口，可以實現通過自發流使用樣品填充該盒。該微流體輸運機構、保持機構和/或試劑入口可以是親水的。 此外，在另外實施例中，本發明的傳感器配置的試劑提供機構可包括毛細管。根據本發明的實施例的優點在于，試劑可以利用毛細作用力提供，因此避免了對分離泵浦機構的需要。 在本發明具體實施例中，傳感器配置可還包括用于從該探測室移除該流體樣品的樣品出口 ，該樣品出口不同于該樣品入口和該試劑提供機構。 在本發明再一實施例中，本發明的傳感器配置的保持機構可連接到試劑溢流室。
根據本發明的實施例的優點在于，該探測室中提供的試劑的數量可以精確地選擇，由此過量試劑被收集在試劑溢流室。該溢流室可包括毛細管。該試劑溢流室可以是親水的。 在本發明的備選實施例中，傳感器配置可包括用于探測過量液體試劑的過量試劑探測機構。根據本發明的實施例的優點在于，傳感器配置可包括計量系統，用以確定待提供試劑的數量以及檢查該保持機構的恰當裝載。 在本發明再一實施例中，微流體傳感器配置可包括位于該保持機構中的固體形式的至少一種試劑。 本發明的第二方面提供在探測流體樣品內的分析物中使用的微流體反應器配置，該反應器配置包括外殼，該外殼具有封閉反應室的外壁，該外壁具有覆蓋有親水膜的至少一個樣品入口，該樣品入口用于引入流體樣品；該反應室具有互作用表面并且該外壁具有至少一個保持機構，該保持機構在該反應室內的試劑區處包括固體形式的至少一種試劑，所述保持機構放置在該反應室內的選擇表面上，使得當該流體樣品被引入該反應室時，由該保持機構保持的該固體試劑與該互作用表面流體接觸。該微流體反應器配置可以是在探測流體樣品中的分析物中使用的微流體傳感器配置，該傳感器配置包括外殼，該外殼具有封閉探測室的外壁，該外壁具有覆蓋有親水膜的至少一個樣品入口，該樣品入口用于引入該流體樣品；該探測室具有檢測表面且該外壁具有至少一個保持機構，該保持機構在該探
7測室內的試劑區處包括固體形式的至少一種試劑，所述保持機構被放置在或可放置在該探測室內的選擇表面上，使得當該流體樣品被引入該探測室時，由該保持機構保持的該固體試劑與該檢測表面流體接觸。 本發明的第二方面的另外實施例提供微流體傳感器配置，該微流體傳感器配置可
包括與該樣品入口分開的用于將試劑提供到該保持機構的微流體輸運機構。 在再一實施例中，本發明的微流體傳感器配置的保持機構可包括用于保持該固體
試劑的開放通道。 本發明的第三方面提供用于制造微流體反應器配置的方法，該方法包括下述步
驟提供互作用表面；提供外殼，該外殼封閉該互作用表面并形成反應室，所述提供外殼包
括提供具有樣品入口和至少一個試劑提供機構的外殼，該試劑提供機構不同于該樣品入
口，用于通過將試劑提供在至少一個保持機構上而將至少一種試劑引入該反應室，該保持
機構不同于該互作用表面，用于將固體形式的至少一種試劑保持在該反應室內的試劑區
處，該保持機構放置在該反應室內的選擇表面上，使得當該流體樣品被引入該反應室時，由
該保持機構保持的該試劑與該互作用表面流體接觸。該微流體反應器配置可以是微流體傳
感器配置，由此該反應室可以是探測室且該互作用表面可以是檢測表面。 本發明該第三方面的具體實施例涵蓋這樣的方法，該方法還包括在提供外殼之后
以及在將試劑引入該傳感器配置之前，經過該樣品入口將親水液體引入該探測室而使該樣
品入口親水。樣品入口的親水因此可以在引入試劑之前完成。 本發明的另外實施例可另外想到提供連接到至少一個保持機構的試劑溢流室，該試劑溢流室可包括用于探測所述溢流室中的過量試劑液體的過量探測機構。根據本發明的實施例的優點在于，可以在該保持機構上提供預定數量的試劑。根據本發明的實施例的優點在于，可以提供控制和/或校準機制以用于確定在該保持機構上是否提供了預定數量的試劑。 在本發明再一實施例中，該方法可包括經由微流體輸運機構將預定數量的所述至
少一種試劑引入所述保持機構并在所述保持機構上獲得固體形式的該試劑。 本發明的第四方面提供用于功能化至少一個微流體反應器配置的方法，該至少一
個微流體反應器配置包括由外壁封閉的反應室，該外壁具有樣品入口和試劑提供機構，該
方法包括經由不同于該樣品入口的該試劑提供機構將預定數量的至少一種試劑引入該反
應室，由此將該試劑提供在該反應室內不同于互作用表面的至少一個保持機構上，以及在
該至少一個保持機構上將該預定數量的固體形式的至少一種試劑保持在位于該反應室內
選擇表面處的該反應室內的試劑區處，使得當該流體樣品被引入該反應室時，所保持的試
劑與該互作用表面流體接觸。該微流體反應器配置可以是微流體傳感器配置，由此該反應
室可以是探測室且該互作用表面可以是檢測表面。 在本發明該第四方面的特定實施例中，該方法可包括探測該試劑的過量，用以控制提供在該保持機構上的試劑的數量。 在本發明另一實施例中，該方法可包括在所述弓|入之前從多種試劑中選擇試劑。
在本發明第五方面，提供用于探測流體樣品中的分析物的方法，該方法包括下述步驟經由樣品入口并且基于親水力，將流體樣品引入微流體傳感器配置，所述微流體傳感器配置包括探測室，所述探測室包括檢測表面和預定數量的固體形式的試劑，該方法還包括使該流體樣品與所述預定數量的試劑接觸，由此形成流體混合物，該試劑可接近來自該探測室內的該流體樣品；使該流體混合物與所述檢測表面接觸；以及探測該流體混合物和該檢測表面之間的互作用。 本發明的第六方面提供微流體傳感器配置用于探測流體樣品中的分析物的用途。
本發明的具體和優選方面在所附獨立權利要求和從屬權利要求中給出。來自從屬權利要求的特征可以與獨立權利要求的特征以及與其它從屬權利要求的特征恰當地組合而不是純粹如權利要求書中所明確地給出。 本發明的教導允許設計在探測樣品流體內的分析物中使用的改進的方法和設備。
從結合附圖進行的下述詳細描述，本發明的上述和其它特性、特征和優點將顯而易見，其中附圖通過實例的方式說明本發明的原理。給出此描述僅僅是出于實例的原因，而非限制本發明的范圍。下文中援引的參考圖指的是附圖。


圖1為根據本發明實施例的用于檢測或探測樣品內至少一種分析物的微流體傳感器配置的示意圖。 圖2為根據本發明實施例的微流體傳感器配置的垂直截面圖，該微流體傳感器配置包括試劑入口，用于向保持固體形式的試劑的保持機構提供試劑。 圖3說明根據本發明實施例的微流體傳感器配置的保持機構中的毛細管的示意圖。 圖4為根據本發明實施例的微流體傳感器配置的垂直截面圖，該微流體傳感器配置包括試劑出口和用于控制所提供的試劑數量的檢測機構。 圖5為根據本發明實施例的微流體傳感器配置的垂直截面圖，該微流體傳感器配置包括在頂面由可連接的蓋子界定的探測室。 圖6為無蓋子的圖5所示傳感器配置的詳細垂直截面圖。
圖7為圖5所示的攜帶試劑的蓋子的詳細垂直截面圖。
在不同的圖中，相同的參考符號表示相同或相似的元件。
具體實施例方式
本發明將結合具體實施例并參考特定的圖予以描述，不過本發明不限于此而僅由權利要求書限定。權利要求書中的任何參考符號不應解讀為限制范圍。所示的圖僅僅是示意性而非限制性的。在圖中，出于說明的目的，某些要素的尺寸可被放大且不按比例繪制。
在本說明書和權利要求書中使用措辭"包括"的場合，并不排除其它要素或步驟。在提到單數名詞時使用例如"一"、"該"的不定冠詞或定冠詞的場合，除非另外具體地指出，其包括多個該名詞。 此外，說明書和權利要求書中的措辭第一、第二、第三等被用于區分相似要素，而不一定用于描述順序，無論是時間、空間、等級還是任何其他方式的順序。應理解，這樣使用的措辭在合適情形下可以互換，且此處描述的本發明的實施例能夠以不同于此處所描述或示出的其它順序工作。 此外，說明書和權利要求書中的措辭頂、底、在…之上、在…之下、垂直等是用于描
9述目的且不一定用于描述相對位置。應理解，這樣使用的措辭在合適情形下可以互換，且此
處描述的本發明的實施例能夠以不同于此處所描述或示出的其它取向工作。 貫穿說明書提到的〃 一個實施例〃 或〃 實施例〃 是指結合該實施例描述的具體
特征、結構或特性被包括在本發明的至少一個實施例中。因此，貫穿本說明書多處出現的表
述〃 在一個實施例中〃 或〃 在實施例中〃 不一定都指同一實施例，但也可指同一實施例。
此外該具體特征、結構或特性可以任何合適方式在一個或多個實施例中組合，本領域普通
技術人員在閱讀此公開內容之后將顯見這一點。 類似地應理解，為了使公開內容流暢且助于理解一個或多個各發明點的目的，在本發明的示范性實施例的描述中，本發明的各種特征有時在單個實施例、圖或者其描述中被分組在一起。然而，這種公開方法不應解釋為反映這樣的意圖，即，所主張保護的發明需要比每個權利要求中所明確列出的特征更多的特征。相反，如下述權利要求所反應，發明方面在于少于單個前文公開實施例的所有特征。因此，在具體描述之后的權利要求明確被合并到此詳細描述內，每個權利要求本身代表本發明的單獨實施例。 此外，盡管此處描述的一些實施例包括其它實施例中所包括的一些特征而不包括其它特征，如本領域技術人員所理解，不同實施例的特征的組合意在落入本發明的范圍內，并形成不同的實施例。例如，在下述權利要求中，任一主張的實施例可以按任意組合來使用。 此外，設備實施例的此處描述的元件為出于實施本發明的目的而實施由該元件執行功能的機構的實例。 在此處提供的描述中，給出許多具體細節。然而應理解，本發明的實施例可按無這些具體細節的方式來實踐。在其它情形中，未詳細地示出公知方法、結構和技術，以免模糊對此描述的理解。 提供下述措辭或定義僅僅用于助于理解本發明。這些定義不應解讀為具有比本領域普通技術人員所理解的范圍更小的范圍。 在此處使用且如果未另外指出，措辭〃 耦合〃 不應解釋成僅僅局限于直接連接。可以使用措詞〃 耦合〃 和〃 連接〃 及其衍生形式。應理解，這些措詞不是意指相互的同義詞。因此，表述〃 裝置A耦合到裝置B〃的范圍不應限于這樣的裝置或系統，其中裝置A的輸出直接連接到裝置B的輸入。其指在A的輸出和B的輸入之間存在路徑，該路徑可以是包括其它裝置或機構的路徑。 〃 耦合〃 可指兩個或多個元件或者直接物理接觸，或者兩個或多個元件相互不直接接觸但仍相互協作或互作用。 此處使用的措辭"樣品"是指可包括至少一種感興趣分析物的成份。樣品優選為流體，也稱為"樣品流體"，例如含水成份。此處使用的措辭"分析物"是指通過使用本發明實施例來確定其存在、不存在或濃度的物質。分析物可包括但不限于有機分子；例如葡萄糖或乙醇的代謝物；蛋白質；肽；核酸段；例如藥品、抗生素或藥物、濫用藥物的分子；在酶催化過程中具有調節效果的分子，例如促進劑、活化劑、抑制劑或者輔因子；病毒；細菌；細胞、細胞成份；細胞膜；孢子；DNA ;RNA ;微生物及其碎片和產物；或者用于其附連位、結合元或者受體(例如抗體)可被培育的任何物質。 此處使用的措辭"標記"是指能夠產生可探測信號的分子或材料，或者是能夠結合到另一分子或形成復合體的分子或材料，該另一分子或復合體產生可探測信號。用于本發明的不同探測系統和方法的合適標記有許多并在本領域有廣泛描述。這些標記可以是光學標記(例如發光分子，比如熒光劑、磷光劑、化學發光劑、生物發光劑及類似物_有色分子、在反應時產生顏色的分子)、放射性標記、磁性和/或電子標記、酶、特定地可識別的配體、通過聲波共振可探測的微泡及類似物。標記可以是直接標記，其可由傳感器探測。備選地，標記可以是間接標記，其在隨后培育過程之后變得可探測。本發明的方法中使用的標記可能是分析物特定標記，即，能夠特定地結合到分析物。然而也可以想到，對于分析物以精制形式存在的場合，標記結合到目標是足夠的。 此處使用的措辭〃 分析物相似物〃 是指可以與用于捕獲或結合分析物的探針或捕獲探針相關的物質。分析物相似物在競爭性測定中使用，其中基于與分析物相似物的競爭，例如在競爭性結合到探針或捕獲探針中確定該分析物。 措辭"探針"在本發明中涉及特定地結合分析物的結合分子。在本發明上下文中可想到的探針包括能夠選擇性結合到潛在分析物的生物活性部分，諸如但不限于完整抗體、諸如Fab碎片的抗體碎片、單鏈Fv、單變量疇、VHH、重鏈抗體、肽、表位、膜受體或者任意類型受體或其一部分、基板捕捉酶突變體、完整抗原分子(半抗原)或抗原碎片、寡肽、寡核苷酸、模擬表位、核酸和/或其混合物。抗體可以提升為非蛋白質化合物以及蛋白質或肽。探針通常是結合對的免疫反應性或親合反應性元的元。探針的性質將由待探測分析物的性質決定。最通常地，探針是基于與分析物的特定相互作用而發展得到的，例如但不限于抗原-抗體結合、互補核苷酸序列、碳水化合物-凝集素、互補肽序列、配體-受體、輔酶、酶抑制劑-酶等。在本發明中，探針的功能與分析物特定地互作用以允許其探測。因此，探針可以被標記或者可以直接或間接地可探測。例如如果該分析物為蛋白質，則該探針可以是抗分析物抗體。備選地，例如如果該分析物為核苷酸序列，則該探針可以是互補寡核苷酸序列。 此處使用的措辭〃 捕獲探針〃 是指用于通過識別或結合事件而將分析物和/或標記分析物固定在傳感器表面上的探針。 此處使用的措辭〃 傳感器〃 是指允許定性和/或定量探測樣品流體中的分析物的裝置。如果分析物為生物性質或者如果傳感器依賴于用于探測的生物實體(例如抗體捕獲探針)，則傳感器有時稱為〃 生物傳感器〃 。此處使用的〃 傳感器〃 通常通過檢測表面來進行其檢測，該檢測表面或者捕獲分析物或者將固定在其上的分析物相似物與樣品流體中存在的分析物進行交換。 而在下述描述中，本發明的方面和實施例的特征結合微流體傳感器配置給出，本發明的方面和實施例還涉及可以在其中獲得與樣品流體的受控反應的微流體反應器配置。反應器可以是生物反應器。反應器可適合于以受控方式將各種試劑與樣品流體接觸，從而獲得產物。如下述方面和實施例所述，反應器不需要探測器和檢測表面。在反應器中，檢測表面被互作用表面替代，由此提供例如特定類型的另外試劑。在本發明實施例中，反應器例如因此可以適合于在裝配該配置之后提供試劑，使得試劑在與樣品流體接觸之前不與設在反應室內不同位置上的互作用表面處的其他試劑互作用。因此，盡管實施例是結合傳感器配置予以描述，但所提出的構思可以做必要變通地應用到具有互作用表面而非檢測表面的反應器，該反應器可選地設置有另外試劑。 在第一方面，本發明涉及在探測樣品流體中的分析物的存在中使用的微流體傳感
11器配置。微流體傳感器配置例如適合于探測流體樣品內的生物、化學或生物化學分析物的檢測應用。微流體傳感器配置還可允許以受控方式接觸各種試劑從而獲得產物，例如微流體傳感器配置可以是反應器配置。在圖1中示出這種微流體傳感器配置100的示意性表示。微流體傳感器配置100包括具有外壁101和探測室102的外殼，探測室102由外壁101封閉或者基本封閉，其中探測將發生在探測室102內。由外壁封閉的探測室102例如可以通過組裝包括傳感器表面的第一部分和包括微流體部分的第二部件來形成，不過本發明不限于此。探測室102至少部分地由傳感器表面104界定，樣品流體106在被引入時可從該探測區內接近該傳感器表面。探測室102可具有固定體積，或者可選地具有在調諧或調適此體積之后首先固定的體積。例如如果要求定量探測，則后者是有利的。在具有固定體積的探測室102中，可以提供固定體積的流體106。探測室102的體積可以是任何合適的探測用體積，例如但不限于介于O. l和10iU之間的體積。如果進行競爭性測定，則具有嚴格定義的體積的探測室102也是優選的，因為樣品體積是重要的且標記的濃度決定結果。標記的數目可以通過提供例如給料嚴格界定體積的嚴格界定濃度的標記來定義，與嚴格界定體積組合得到單位體積樣品流體106的準確數目的標記。 傳感器裝置100的外壁101包括用于流體樣品106的樣品入口 108。用于流體樣品106的樣品入口 108具有位于探測室102中的入口開口，該入口開口不同于用于引入試劑的試劑提供機構IIO，例如試劑入口的入口開口，該試劑將作為固體形式的試劑112被保持在探測室102內。用于流體樣品的樣品入口 108可包括毛細管導管(此處稱為〃 毛細管〃 )，例如，具有使得例如液體流體樣品的液體經由毛細作用力可以在其內驅動的管或中空截面。毛細管截面的直徑的典型尺寸為O. l至2mm。可選地，裝置IOO可進一步或者備選地包括壓力機構114，用于迫使流體樣品106通過用于流體樣品的樣品入口 108。合適的壓力機構包括但不限于例如泵、注射器及類似物。這種壓力可以以本領域技術人員所知曉的微流體形式提供。壓力機構114可提供用于迫使流體樣品進入探測室102的正壓力，或者壓力機構114可以產生用于牽引探測室102內的流體樣品而應用在裝置100的探測室102側上的真空或低壓。樣品入口 108可以通過使用親水液體潤濕來使之親水。
根據本發明的實施例的優點在于，提供試劑提供機構，使得在組裝例如包括傳感器表面、外壁和樣品入口 108的傳感器配置100的主要部件之后允許裝載試劑，以及使得樣品入口 108的親水化可以在裝載試劑(例如裝載可溶解試劑)之前完成。
傳感器表面104可由所使用的傳感器116的固體表面構成。傳感器116可以是微流體傳感器配置100的一部分，或者該傳感器可以至少部分包括在外部傳感器內，該外部傳感器為盒讀取器的一部分且微流體傳感器配置100可以是適于引入到該盒讀取器內且適于使用該外部傳感器以獲得讀出的盒。還可以使用例如收納在盒讀取器內的外部探測器。外部探測器于是用于探測傳感器表面104上的變化，例如光學變化，該變化可以透過窗戶外壁101由該探測器觀察到。傳感器表面104可包括用于捕獲感興趣顆粒的生物或生物化學活性部分。生物或生物化學活性部分例如可以指捕獲探針和/或分析物相似物，其附連到傳感器表面且在恰當條件下能夠分別結合分析物或標記探針或者與分析物或標記探針反應。生物活性層的捕獲探針和/或分析物相似物可以通過任何本領域已知的方法保留或者固定在表面上。這些生物活性部分可以以位置特定的方式而附連到傳感器表面104，意味著例如通過表面104上的抗蛋白質層，這些部分上的特放置置在耦合時被涉及。傳感器
12表面104可具有多孔表面從而增強表面體積比。 外壁101另外包括至少一個試劑提供機構110。試劑提供機構110具有的優點是， 允許至少已經在傳感器配置內形成樣品入口之后裝載試劑，這允許在裝載試劑之前對樣品 入口或者其它部件進行特定處理。試劑提供機構110不同于樣品入口 108，它是位于壁101
的分離位置處的分離入口。試劑提供機構iio適合于以用于引入至少一種試劑到探測室內
以及用于在至少一個保持機構118上提供試劑以將固體形式的試劑保持在探測室102內的 試劑區。試劑提供機構110例如可適合于引入液體或者固體形式的試劑。作為固體，該試 劑可以通過引入保持機構118來引入，例如通過其上存在固體形式試劑的保持機構，覆蓋 由試劑提供機構iio提供的試劑入口來引入。保持機構的表面可適合于保持或固定試劑。 另一實例為試劑提供機構IIO，其包括用于向保持機構118遞送流體試劑的微流體輸運機 構120，該流體試劑在保持機構118可以被固化。保持機構118的結構可適合于保持試劑。 保持機構118例如可包括開放通道以用于接收液體形式的試劑以及在固化和/或干燥之后 用于固定固體形式的試劑。可提供試劑溢流室122以收集或拋棄過量流體試劑，且可提供 溢流或過量探測機構124以控制提供到該保持機構上的試劑數量。探測機構124可助于控 制例如使用受控數量的試劑來恰當地填充保持機構118。保持機構118可適合于將試劑固 定，即它可以是固定機構。示范性的實施例將在下文予以更詳細描述。
使用試劑提供機構110引入到探測室102內的試劑優選為可溶解試劑，即適合于 與流體樣品接觸時溶解的試劑。該試劑可助于基于標記的分析物探測。該試劑可包括化學 或生物化學性質的試劑以用于與分析物反應以產生代表樣品內分析物存在的可探測信號。 比如，該試劑可包括探針或者標記探針。在具體實施例中，該試劑包括用磁性或可磁化顆粒 標記的探針。用于在不同探測系統和方法中使用的合適試劑包括選擇為用于確定各種分析 物存在和/或濃度的各種活性成份。許多可獲得的化學制劑可以與各種分析物的每一種 分析物一起使用。該可獲得的化學制劑與待評定的分析物相關地選擇。在一個實例中，包 括在試劑內的探針為抗體。在其它實例中，試劑可含有例如酶、輔酶、酶抑制劑、酶基板、諸 如ATP、NADH等以促進酶轉換的輔助因素(co-factor)、維生素、礦物質，本發明明顯不限于 此。例如，試劑可包括一種或多種酶、輔酶和輔助因素，其可被選擇以用于確定樣品中代謝 物或小分子的存在。此外，試劑也可包括標記、緩沖鹽、清潔劑、糖等。多種不同試劑可存在 于分離結構內，以實現由溶液組成驅動的使用不同標記或者在不同條件下的測定。
固體形式的試劑112可以是干燥或者凍干形式。這導致長的保存期限，即存儲期 間的良好屬性，藉此例如在添加流體樣品之前的互作用受限制。在一個具體實施例中，試劑 被包括在多孔材料內，例如試劑形成多孔層。多孔層可以通過沉積包括在干燥期間升華材 料的試劑層來獲得，或者通過干燥該試劑層例如使水和/或諸如碳酸銨的鹽升華來獲得。 由此得到的多孔試劑層另外可以是多納米孔或多微米孔的。多孔性是有利的，因為它助于 改善試劑成份的溶解。試劑可以保持在可交聯聚合物材料內。試劑隨后通過初始化聚合物 的交聯而被固定在保持機構內。在另一具體實施例中，試劑被包括在一個或多個可溶解的 凍干珠內。這些珠例如可以通過將含有試劑組成的溶液滴在冷凍介質內，隨后通過冷凍干 燥所獲得的珠來形成。可以通過諸如點滴、洗液、印刷(例如在微流體傳感器配置中的恰當 位置的噴墨印刷)的任何合適的微沉積技術來應用試劑，如下文更詳細所描述。 一個備選 是以液體形式將試劑提供在保持機構內的通道內并在該保持機構上固化試劑來應用該試劑，其中固化例如是通過自然干燥、強制干燥或者冷凍干燥。對于應用強制干燥的情形，本 公開內容涵蓋獲得固體形式試劑的任何恰當干燥裝置，例如(真空)烘箱、冷凍干燥機。在 另一實施例中，一個以上的試劑層可依次沉積和/或沉積在傳感器配置內在探測時使用的 不同基板表面上，例如彼此并排地沉積。在本發明的一些實施例中，試劑被保持的位置優選 地與傳感器表面104不同且分開。 作為可選特征，本發明的傳感器配置還可包括用于經由微流體傳輸機構從探測區 移除樣品流體的樣品出口 226，其中所述樣品出口 226不同于允許流體樣品進入的樣品入 口 108且也不同于試劑提供機構即用于引入試劑的試劑入口，試劑可以通過該試劑提供機 構被引入到探測區內，并且如果存在試劑出口，所述樣品出口 226也可以不同于該試劑出 口。對于裝置為例如生物反應器的反應器的情形，產物可以通過樣品出口 226被收集。
如上述，傳感器表面104可以是傳感器116的一部分或者與外部傳感器協作。探 測傳感器116可包括任何合適的傳感器，例如磁性、機械或光學傳感器，不過本發明不限于 此。磁性傳感器例如可以是霍爾傳感器或者可包括諸如GMR、 TMR或AMR傳感器的磁阻元 件。此外，可提供激發機構128，例如用于激發助于探測的標記的光源或者用于例如激活攜 帶試劑的磁珠的磁場。傳感器配置還可包括用于處理傳感器結果因此允許提供合適輸出的 處理裝置130。此處理裝置130可以是諸如計算裝置的任何合適機構。作為可選特征，傳感 器配置可還包括用于將試劑或其成份保留在保持機構上的保留機構132。當與獲得由自然 溶解和擴散得到的時機(timing)不同的時機時，此保留機構允許保持試劑或其成份以及 釋放試劑或其成份。作為可選特征，根據本發明的一些實施例，微流體傳感器配置還可包括 致動機構134。致動機構134可以是混合機構和/或可以是例如在使樣品流體接觸試劑之 后用于放置或置換流體混合物成份的機構。 類似地，作為可選特征，根據本發明的一些實施例，傳感器配置還可包括溫度控制 機構136。溫度控制機構136可控制或改變探測室102內的溫度，從而優化樣品流體和試劑 之間的互作用。這些溫度控制機構可包括例如電阻元件的加熱元件和/或例如珀爾帖冷卻 器的冷卻元件。優選地，溫度控制機構在傳感器表面之下和/或之上從而影響探測室的溫 度。溫度控制機構136也可以放置在探測室內探測區的外部，從而控制(生物)化學反應 的過程和/或速率或者可能影響期望結果的樣品的特定屬性(諸如粘度)。
本發明的第一方面現在將通過諸多具體實施例予以描述，本發明不限于這些實施 例而僅由權利要求限定。 在根據第一方面的第一具體實施例中，試劑提供機構110適合于以液體形式引入 試劑并將其遞送到保持機構118，試劑在那里可以被固化和/或干燥。通過干燥，溶劑可以 從試劑移除，得到固體試劑。探測室在此處理之前已經基本上完成，例如探測室已經封閉， 使得在提供試劑之前，樣品入口可能已經完全形成且可選地也已經被處理。試劑提供機構 因此包括連接到探測室102內的保持機構118的微流體輸運機構120。保持機構可確定探 測室102內保持試劑的試劑區。保持機構的形狀或性質也可確定保持在探測室內的試劑數 量。保持機構由此放置在探測室102內的選擇表面處，使得當流體樣品被引入探測室時，試 劑與檢測表面流體接觸。保持機構和傳感器表面之間的距離可以被設置從而確定試劑和樣 品流體的反應速率及其對傳感器表面的影響。 一種以上的試劑可按照順序方式或者作為混 合物引入保持機構118。備選地，在本發明的其它實施例中，可存在具有公共入口或各自入口的多個保持機構。微流體輸運機構120和/或保持機構118可包括微流體結構，例如毛 細管，例如管、中空通道截面、多個細通道、或者諸如燈芯材料或玻璃纖維墊的規則柱或隨 機結構的〃 樹林〃 組成的多孔結構，其具有使得液體(例如試劑溶液)可以在其中且經由 毛細作用力驅動的尺寸。毛細管截面的典型尺寸為0. 1至2mm。傳感器配置可還包括壓力 機構，用于迫使試劑通過試劑入口進入連接到保持機構的微流體輸運機構。合適的壓力機 構包括但不限于例如泵、注射器及類似物。優選地，毛細管尺寸設置為使得試劑不流入探測 室以外的部分且不流入試劑區以外的部分。此外，毛細管尺寸可適合于確定毛細管內包括 的預定數量的試劑，此試劑將在流體樣品被引入探測室102內時與該流體樣品接觸。更一 般而言，保持機構118可適合于保持或固定預定數量的試劑。附加地，所述毛細管可以是親 水的或者可以通過涂層而變成親水的從而容納含水樣品，如下文將描述。試劑提供機構110 可位于外壁內與樣品入口 108不同的任何合適位置上。比如，試劑提供機構IIO可界定例 如探測室的探測區的頂部。備選地，試劑可以位于檢測表面與界定此區域的對立側的表面 之間。還可以實現具有攜帶至少一種試劑的兩個或多個保持機構的探測區(例如探測室)。 通過說明的方式，圖2和圖3說明根據第一方面的微流體傳感器配置的實例。圖2示出此 示范性傳感器配置100的垂直截面圖。傳感器配置100包括含有微流體輸運機構120的試 劑提供機構110。應注意，微流體輸運機構120可以是流體結構，例如是毛細管，更優選地是 親水的毛細管，且其不同于樣品流體入口 108。微流體輸運機構120連接到保持機構118， 試劑可以以固體形式保持在該保持機構上。例如，通過包括朝探測室開放的開放通道以及 包括用以保持和容易填充通道的毛細管屬性和/或親水屬性，保持機構118的表面可適合 于保持試劑。通道的長度由此可適合于保持將被應用到保持機構118的預定數量的試劑。 此通道302的可能形狀的實例示于圖3。保持機構內可存儲試劑的數量可以由通道的長度 確定，例如由圖3示出的結構中彎折數目確定。對于其它毛細管結構，存在控制試劑數量的 類似方式。 在第二具體實施例中，對如第一具體實施例所討論的傳感器配置予以描述，由此 傳感器配置100還包括用于試劑的試劑溢流室402，用以收集提供到該保持機構的過量試 劑。后者在圖4予以說明。對于保持機構118包括用于保持試劑的通道302的情形，試劑 溢流室402可以放置在設置有用于通道302入口的該通道的對立側上。對于相對于可以被 保持在保持機構118上的體積而言，太多試劑通過微流體輸運機構120被應用在保持機構 118內的情形，過量試劑將通過溢流室402被排出。可選地，溢流室可以是配置在裝置內部 或者配置在裝置外部的室。備選地，溢流室簡單地由保持機構端部處的孔組成，例如由保持 機構內通道端部處的孔組成。這種情況下設想，通道露出到裝置的外部。在一個具體實施例 中，溢流室本身是通道。在另一實施例中，如上所述，溢流室是親水的或者制成親水的。為 了控制試劑在保持機構上的提供，例如為了避免過填充毛細管，試劑溢流室402可配備有 例如流體傳感器的溢流探測機構404以探測液體。此流體傳感器可以與給料設備和/或該 保持機構的設計組合地使用，以在諸如毛細管的流體結構內提供標準數量的試劑。流體傳 感器可以連接到給料設備，且可以在試劑到達出口時給出信號。當給料設備被給予期望數 量的試劑，且試劑未在特定時間內到達出口時，流體傳感器將不會給出信號。流體傳感器可 以是本領域技術人員公知的簡單潤濕傳感器，即，兩個電極足以測量出口處的電阻或電容。 溢流探測機構可用于驗證盒是否恰當地用該試劑來填充。該系統可包括提供與該保持機構
15的填充有關的信息的反饋系統。這種反饋可以被提供到給料系統。在一個實例中，在給料 過程中所選擇的用于反饋的解決方案為安裝在用于試劑的保持機構出口處的流體傳感器。 此傳感器因此可以與給料設備組合地使用。傳感器可以連接到給料設備，且可以在試劑溶 液到達出口時給出信號。當給料設備被給予期望數量，且試劑溶液未在特定時間內到達出 口時，傳感器將不會給出指示給料設備需要進一步填充的信號。 在第三具體實施例中，探測區(例如探測室)可以通過傳感器支撐元件和微流體 部件的組裝來形成，該微流體部件一方面包括樣品入口以及作為基板的保持機構，該保持 機構由于覆蓋了由該試劑提供機構提供的入口的至少一部分因而也可被稱為蓋子，該微流 體部件另一方面包括試劑。試劑因此可以應用到基板的表面，其中所述基板適合于裝在探 測室的試劑入口 ，此試劑入口不同于流體樣品入口 。 一種以上的試劑可以同時或者順序應 用在基板上，和/或一個以上的基板可以在探測過程中同時或順序使用。根據這些實施例， 基板包括試劑，以便當基板裝在探測室的試劑入口上時使所述試劑可接近達到該樣品流 體。保持機構例如可以通過膠合、剪切膠、棘輪機構、螺紋連接等以任何合適方式固定到探 測室的外壁。基板因此可以用作形成探測區的側頂部或壁(例如探測區的頂)的蓋子。后 者允許分開制造用于包括蓋子的裝置的部件以及用于包括傳感器表面和至少樣品入口但 可選也包括樣品出口的裝置的部件。這因此允許獨立地制造這些部件，由此獲得用于制造 這些部件的獨立自由度。通過說明方式，本發明和優選實施例不限于此實施例，此實施例的 實例示于圖5至圖7。圖5以垂直截面示出例如包括保持機構118作為蓋子的裝置的部件。 保持機構118包括應用在其上中心部分的試劑。圖6以垂直截面視圖示出不具有保持機構 118的同一裝置，此裝置包括位于底部的具有傳感器表面的傳感器116以及包括試劑入口 的試劑提供機構，其中保持機構118裝配在該試劑入口。圖7以垂直截面視圖示出攜帶固 體形式的試劑112的保持機構118。為了將例如蓋子的保持機構118固定在該裝置的試劑 入口內，可以利用例如粘合劑、剪切機構、棘輪機構、螺紋連接機構等。 本發明的另外優點在于，本發明的傳感器配置有利地提供了對流體樣品和試劑之 間的互作用的控制。實際上，試劑和檢測表面之間的距離可以選擇為使得在與試劑互作用 的流體樣品的成份到達傳感器表面之前，至少經過了最小的互作用或者混合時間。按此方 式，流體樣品和試劑之間的互作用或混合時間可以被選擇或調整。本發明的一方面是提供 試劑和檢測表面之間的距離，使得提供至少1秒的互作用時間且優選地5至60秒范圍內的 互作用時間。例如，通過改變試劑和傳感器的距離，或者在采用磁性機構的情況下，通過改 變磁力得到給定的距離，此時間可以調整。 微流體傳感器配置的不同元件可以按照不同方式組織。比如，在具體實施例中，試 劑提供機構被包括在第一本體202內，而傳感器表面104被包括在第二本體204內，其中該 第一和第二本體組裝形成用于探測流體樣品中分析物存在中使用的傳感器配置，如圖2和 圖4所示。在另一實施例中，第一本體202還包括溢流室，其位于該本體的內部或外部；以 及保持機構，例如毛細管，將試劑提供機構IIO耦合到置于保持機構118附近的溢流室。在 再一實施例中，該裝置僅包括一個本體，如上所述的所有必需的元件以及可選地可選元件 也被引入該本體內。 在第二方面，本發明涉及探測樣品流體中分析物的存在中使用的微流體傳感器配 置的制造工藝。該裝置可以是如本發明的第一方面所述的裝置，包括相同的特征和優點。
16制造工藝包括提供傳感器表面，以及提供封閉該傳感器表面并形成該探測室的外殼。提供 外殼由此包括提供具有樣品入口和至少一個試劑提供機構的外殼，該試劑提供機構不同 于該樣品入口且適合于引入至少一種試劑到該探測室內以用于在至少一個保持機構上提 供試劑，該保持機構不同于該檢測表面且適合于將固體形式的至少一種試劑保持在該探測 室內的試劑區處。該保持機構由此可以放置在該探測室內的選擇表面上，使得當該流體樣 品被引入探測室時，由該保持機構保持的試劑與該檢測表面流體接觸。提供外殼可包括組 裝不同部件使得形成該探測室和該樣品入口。這種制造技術的優點在于，提供試劑提供機 構，這允許在組裝大部分部件之后，即在組裝檢測表面、樣品入口、外殼和可選的樣品出口 之后，用試劑來裝載該探測室。后者是有利的，因為它允許在提供試劑之前對傳感器配置的 后功能化和/或該傳感器配置的不同部件的處理。 如上述，第二方面的工藝包括提供檢測表面。檢測表面6可以預制獲得，其上已經 提供有生物或生物化學活性部分，或者檢測表面6可以經由使用生物或生物化學活性部分 涂覆傳感器或檢測表面來獲得。第二方面的工藝還包括形成探測區，該探測區在其底部由 檢測表面6界定，且在與該檢測表面相對的上部由基板或者一個或多個開口界定，例如形 成包括檢測表面104和與該檢測表面相對的上部的探測室102。 本發明的微流體傳感器配置的探測室可以通過本領域已知的各種技術來制造， 例如擠出成型、模塑互連裝置(MID)、壓模成型、注射成型、(熱)壓花、鑄造(PDMS)、光刻 (SU8)、(濕)刻蝕(玻璃)。裝置的各種部件(微流體輸運機構、保持機構、檢測表面…)隨 后放置在如此形成的探測室內和周圍，并例如通過膠合、剪切膠、棘輪機構、焊接等按任何 合適方式固定。也可以進行在探測中使用的該傳感器配置的另外組裝，即，例如提供探測機 構、提供連接機構以用于連接該探測機構到該裝置從而獲得所使用的探測機構的讀出。本 發明有利地是，使得可以在包括已經進行樣品入口的形成以及可選地包括樣品入口親水化 的探測機構制造之后，但是在該裝置將在探測分析中使用之前，通過在基板或者例如微流 體輸運機構的流體結構或例如本發明毛細管的保持機構上應用試劑，來進行該裝置的功能 化/定制。本發明第二方面的工藝還包括在不同于該試劑入口的位置處提供用于流體樣品 的入口和/或出口。這些入口和出口可以通過本領域技術人員已知的任何方式來形成，諸 如通過在探測室內鉆、鏜、沖孔、切割、插入例如中空管及類似物的對象來形成。
本發明的實施例因此有利地提供了在引入試劑之前以及例如在組裝之后使樣品 入口和/或探測室的其它部件親水化的可能性，允許例如在所組裝的裝置上使用親水流 體。后者助于提高制造效率。此外，該系統被制造為使得試劑可以在制造工藝結束時被引 入，導致后功能化。 對于例如在微流體輸運機構和保持機構中發現的諸如毛細管的微流體結構，它 們通常由聚合物制成，可選地由撓性聚合物制成，例如由來自硅橡膠的網狀橡膠制成。因 為易于制造、氣體滲透性、惰性和生物兼容性的原因，這種優選的硅橡膠為聚二甲基硅氧烷 (P匿S)。附加地，P匿S容易成型并允許可靠生產微米以及甚至納米尺度的微流體結構。此 外，PDMS的光透明性以及自發熒光的缺乏允許使用多種探測方法與這些微流體結構結合使 用。然而，PDMS在性質上是極為疏水的，因此需要在將微流體結構與含水樣品結合使用之前 使用潤濕劑來處理微流體結構。例如通過冷氧或氬等離子體、吸附表面活性劑、諸如Tween 20、Tween 80、 Pluronics F80及類似物的親水聚合物進行處理是需要的，以使聚合物具有
17親水屬性(例如見EP1750789)。適于制作本發明的微流體結構的其它聚合物包括但不限于 丙烯酸樹脂(PMMA)、環烯烴(COC)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯、聚丙烯和聚醚酰 亞胺。例如，諸如PEG、PVA/PVAc、PEI的親水材料的共價耦合的技術可用于使這些聚合物具 有親水屬性。如此制造的毛細管隨后例如通過膠合、卡裝及類似方法的已知方式附連到該 傳感器配置的本體。備選地，這些毛細管結構可以通過例如刻蝕、雕刻、熔化及類似方法而 直接形成于本發明的裝置上。如果需要，可以在組裝之前或之后但是在應用例如流體樣品 和/或試劑的任何含水溶液之前，使用親水溶液沖洗該裝置的任何或者所有部分。合適的 親水劑包括所有已知類型的乳化劑，不過具有胺基基團、酰胺基基團、羧基基團和/或羥基 基團的聚合物親水劑是優選的。使用溶液粘度(4X在2(TC，水中)介于4至70mPa. s且皂化 度介于80至99. 5%的聚乙烯醇，獲得非常良好的結果(例如見美國專利No. 4， 013， 617)。 典型地，所組裝的裝置通過樣品入口使用該親水溶液來沖洗，而試劑通過不同于樣品入口 的連接到微流體輸運機構的試劑入口引入。 作為可選特征，試劑區和檢測表面之間的距離在制造期間可以調整。此距離應提 供使試劑被流體樣品完全溶解并且使所得到的流體混合物完全同質化的足夠時間，以及提 供快速的探測。因此必須找到折衷。 作為另一可選特征，此第二實施例的工藝還包括在傳感器表面之下和/或之上提 供磁性致動機構。此致動機構可以嵌在部件內，或者可以作為單獨部件安置。此致動機構 可以執行為探測室組裝的一部分或者其可以在探測室組裝之后提供。 在第三方面，本發明涉及用于功能化至少一個微流體傳感器配置的方法，例如根 據本發明第一方面的任一實施例中所述的微流體傳感器配置。因此優點在于，此功能化可 以在微流體傳感器配置制造的后階段進行，實現了將微流體傳感器配置的制造與傳感器配 置的功能化徹底分開的可能性。此外，此功能化允許在將試劑(例如可溶解試劑)引入探 測室之前對諸如樣品入口的不同部件進行處理。該方法包括將預定數量的至少一種試劑引 入探測室。該探測室由此被封閉在外壁內，該外壁包括樣品入口和試劑提供機構。該試劑 提供機構由此不同于該樣品入口。考慮到該傳感器配置將被使用的應用，可以從多種試劑 選擇該試劑。引入該試劑由此允許在該探測室內不同于該檢測表面的至少一個保持機構上 提供該試劑。該方法另外包括在該至少一個保持機構上將固體形式的預定數量的該至少一 種試劑保持在位于該探測室內選擇表面處的該探測室內的試劑區處。該試劑由此放置成 使得當該流體樣品被引入該探測室時，該試劑與該檢測表面流體接觸。引入該試劑可包括 將流體試劑引入微流體結構，例如毛細管，以將該試劑引導至該保持機構。備選地，預定數 量的試劑可以以固定形式被提供在保持機構上，此保持機構可以連接到該傳感器配置的外 壁。將該保持機構連接到該傳感器配置的外壁于是在探測區內提供該試劑的恰當位置。該 試劑可以以諸如但不限于微沉積技術的任何合適方式沉積。 一個沉積實例是給料，由此使 用閥控制在該保持機構的中心部分上或者諸如微流體輸運機構的流體結構內的小體積應 用，其中該流體結構適合于例如經由毛細作用力將該試劑輸運到該保持機構。在一個實施 例中，通過在與該保持機構連接的微流體輸運機構內提供流體試劑并將該流體試劑引入在 該保持機構上，當在該探測室內放置該保持機構時，因此在該保持機構上提供該試劑。其它 技術可包括諸如噴墨印刷或噴射的非接觸印刷技術；或者諸如移印(tampon printing)、 微接觸印刷、絲網印刷、印模印刷的接觸印刷，等等。試劑比如可以作為一個或多個層沉積。在根據本發明的一些實施例中，功能化方法另外包括通過測量或者探測在與該保持機構 連接的試劑溢流室內收集的過量試劑，控制在該保持機構上提供的試劑的數量。后者允許 控制在該保持機構上的試劑的提供。保持機構的恰當填充以及溢流均可被確定。
作為可選特征，試劑可以在保持機構的表面上被干燥。試劑的干燥可以通過應用 低的環境蒸汽壓來進行，不過低的環境蒸汽壓不是必須的。干燥可包括從試劑的流體相干 燥該試劑以及干燥在移除大部分試劑之后已經處于固體形式的試劑。干燥可包括減少試劑 中存在的含水成份的數量。在干燥期間可以利用加熱以提高其效率。比如，保持機構的表面 可以被加熱。良好的干燥改善保存期限，即存儲屬性。在示范性實施例中，在沉積和/或干 燥試劑期間提供的環境氛圍具有非常低的濕度。后者具有干燥快速進行的優點。惰性氣體 可以在該環境氛圍中使用。非常低的濕度是指相對濕度小于30%，更優選地相對濕度小于 10%，以及甚優選地相對濕度小于3%。作為可選特征，試劑可以為凍干形式，S卩，通過首先 干燥試劑且隨后將冷凍水從其中升華而被冷凍干燥。換言之，也可以應用凍干的步驟。備 選地，試劑可以在與該流體樣品接觸時將釋放試劑的水溶性聚合物相關聯地提供，該水溶 性聚合物例如為聚酯酰胺(PEA)、聚酯聚氨酯(PEUR)、或者聚酯尿素(PEU)聚合物(例如見 WO/2006/083874)。水溶性聚合物可被制造成攜帶一種或多種試劑。又一備選是將試劑提 供成被包括在一個或多個可溶解的凍干珠內。這些珠例如可以通過下述方式形成將包括 該試劑組成的溶液滴在冷凍介質內，隨后如上所述冷凍干燥所得到的珠。
在第四方面，本發明涉及探測流體樣品內分析物的存在中使用的方法。該方法優 選地可以使用如第一方面所述的微流體傳感器配置來進行，不過本發明不限于此。在探測 中使用的該方法包括經由樣品入口并基于親水力，將流體樣品引入微流體傳感器配置。由 于樣品入口制成親水的，引入樣品因此可以基于由樣品入口應用的牽引力來進行。該樣品 入口應用的牽引力允許自發填充。樣品入口應用的牽引力允許探測室的自動的和/或自動 化的填充。微流體傳感器配置由此可包括探測室，該探測室包括檢測表面以及固體形式的 試劑。該方法另外包括使該流體樣品與預定數量的試劑接觸，由此形成流體混合物。該試 劑由此可從該探測室內接近該流體樣品。該方法另外包括使流體混合物與檢測表面接觸以 及探測流體混合物和檢測表面之間的互作用。使流體樣品與試劑接觸可包括接觸被保持 或固定在保持機構上的試劑，該試劑可位于諸如保持機構內的通道的流體結構中。按此方 式，樣品流體中存在的分析物可以與試劑7互作用，由此助于感興趣顆粒的可探測性。此 接觸步驟可包括溶解其中放置了試劑成份的可溶解基體，例如溶解應用到保持機構的試劑 層。 一旦試劑與樣品流體接觸，例如在使用時，凍干試劑珠溶解和釋放其內容。因此，如此 形成的流體混合物與傳感器接觸并潤濕其表面。該方法因此另外包括使流體混合物與傳感 器表面接觸，該傳感器表面不同于基板或流體結構并界定探測區。按此方式，獲得了感興趣 顆粒和傳感器表面之間的互作用。此互作用可以快速地進行，因為傳感器表面最初基本上 沒有試劑，因此導致沒有用于感興趣顆粒的互作用區域。探測區可以是包括保持機構和傳 感器表面的探測室。此外，由于試劑被提供在探測區，在充分靠近傳感器表面的地方提供該 試劑，這助于快速互作用。該方法另外包括探測流體混合物和傳感器表面之間的互作用。后 者允許獲得對流體樣品的定量或定性分析，例如，獲得關于流體樣品中某些成份的存在和 數量的信息。對流體混合物和傳感器表面的互作用的探測可包括經由探測特定探針來探測 該分析物。探針(例如標記抗體)和傳感器均暴露于分析物且分析物影響探針到傳感器表面的結合。取決于所進行的測定的類型，使用例如磁性或可磁化顆粒標記的分析物(經由 探針)或者結合到固定的捕獲探針(夾心測定)，或者與分析物相似物競爭以結合固定的捕 獲探針(競爭性測定)。在移除過量(未結合)標記分析物(其在一些實施例等價于移除 磁性或可磁化顆粒)之后，被結合的標記分析物(例如，用磁性顆粒標記)的數量可以被測 量。因此，結合測定可涉及以一數目將磁性標記的分子附著到傳感器，該數目反映分析物分 子的濃度或存在。這些測試例如可用于探測濫用藥物，不過本發明不限于此。大量關于結 合測定方法的變型已經被描述且均在本發明的范圍內。在用作標記時磁性或可磁化顆粒的 探測一般是通過應用電、磁或者電磁場并使用磁性或非磁性(例如光學或聲學)傳感器來 完成。用于探測磁性或可磁化顆粒的實施例的實例在專利申請W02005/116661中以及此處 引用的參考資料中給出。也可使用標記的聲學和/或聲波探測。在一些實施例中，磁性顆 粒僅存在于凍干珠內以使得可經由磁性機構即磁性致動來操縱它們，且不用作標記。在這 些實施例中，傳感器上或內的探針的探測將是適合于鏈接到探針的標記的類型。此外，各種 類型的結合和釋放測定可以使用包括光學屬性的磁性顆粒，例如熒光、發色、散射、吸收、折 射、反射、SE(R)RS活性或(生物)化學發光標記、分子信標、放射性標記、或者酶標記。光 學活性標記可發射探測器可探測的光，例如可見光、紅外或紫外波長區域的光。然而，本發 明不限于此且光學標記在本申請中可以指在電磁波譜的任何合適且可探測波長區域內發 射的標記。根據第三方面的實施例，本發明還涉及如第一方面實施例中所述的微流體傳感 器配置在探測流體樣品中分析物的用途。 通過說明方式，本發明不限于此，在此處下文提供根據本發明的探測實例且討論 制造工藝的不同階段。 該實例討論使用微流體傳感器配置探測濫用藥物(麻醉劑)。該實例中探測濫用 藥物的原理基于生物化學功能化磁性顆粒(珠)用作標記物的磁性生物傳感器。這些珠結 合到功能化的GMR傳感器表面，它們在那里被探測。GMR傳感器放置在反應室內，位于使用 微流體結構用樣品流體填充的盒的內部。藥物分子(目標)通過競爭/置換測定被探測， 即生物傳感器包括試劑區和探測區。試劑包括耦合到生物活性部分(例如抗藥物抗體)的 標記(例如磁珠)。檢測表面的探測區設置有生物活性的表面涂層(藥物相似物)。當流 體樣品到達時，試劑溶解/混合到樣品內/與樣品混合。隨后或者同時，流體樣品朝檢測表 面輸運并潤濕檢測表面。標記抗體以及檢測表面暴露于藥物分子。自由藥物分子影響標記 與檢測表面的結合，這一點被探測到。因為表面上和流體樣品中的藥物分子與可用的抗體 競爭，此測定需要嚴格界定數目的標記抗體。因此，探測原理要求反應室中功能化磁珠的數 量已知。珠以干燥形式存在于盒內，并且在流體樣品一被引入探測室時就再分散在該流體 樣品內。 在該實例中，微流體傳感器配置的樣品入口 、保持機構和微流體輸運機構通過使 用親水材料涂覆部件(例如通過使用Tween 20的潤濕處理)而制成親水的。包括共價地 涂覆有單克隆抗嗎啡抗體的羧基超順磁納米顆粒(直徑為500nm的涂敷有聚合物殼體的鐵 氧化物珠，Adembeads，Ademtech，France)的試劑通過經由微流體輸運機構被引入并提供預 定數量的試劑到保持機構而被親水化，隨后被應用，如圖4所示。 探測室內珠溶液的保持機構的過載由此通過保持機構內位于微流體結構端部的 附加孔而得以避免。
檢測表面涂覆有作為抗原的BSA嗎啡(嗎啡-3-葡萄苷酸)共軛物，且在藥物陰 性或藥物陽性流體樣品存在(體積為1 P 1)時，抗嗎啡抗體_磁性顆粒共軛物到BSA嗎啡 的結合通過使用特殊設計的讀取器讀出GMR傳感器而被探測。
權利要求
一種微流體反應器配置(100)，該反應器配置(100)包括具有封閉反應室(102)的外壁的外殼，該反應室(102)具有互作用表面(104)，該外壁具有a)至少一個樣品入口(108)，用于引入流體樣品(106)，以及b)不同于該樣品入口(108)的至少一個試劑提供機構(110)，用于將至少一種試劑引入該反應室(102)，由此在至少一個保持機構(118)上提供所述試劑，用以將固體形式的至少一種試劑保持在該反應室(102)內的試劑區處，所述保持機構(118)被放置在或者可放置在該反應室(102)內與該互作用表面不同的選擇表面上，使得當該流體樣品(106)被引入該反應室(102)時，由該保持機構(118)保持的該試劑與該互作用表面(104)流體接觸。
2. 如權利要求l所述的微流體反應器配置(IOO)，該微流體反應器配置(100)為探 測流體樣品(106)中的分析物而使用的微流體傳感器配置(IOO)，其中該反應室為探測室 (102)并且該互作用表面(104)為檢測表面(104)。
3. 如權利要求1至2任意一項所述的微流體反應器配置(100)，其中該試劑提供機構 (110)包括用于向該至少一個保持機構(118)遞送流體試劑的微流體輸運機構(120)。
4. 如前述權利要求任意一項所述的微流體反應器配置(IOO)，其中該保持機構(118) 為可連接到該微流體反應器配置(100)的該外壁的分離的蓋子。
5. 如前述權利要求任意一項所述的反應器配置(IOO)，其中所述保持機構(118)適合 于包括預定數量的試劑。
6. 如權利要求1至5任意一項所述的反應器配置(IOO)，其中所述保持機構(118)包 括開放毛細管通道(302)。
7. 如權利要求至6任意一項所述的反應器配置(IOO)，包括多個試劑提供機構(110)， 所述多個試劑提供機構(110)中的每一個試劑提供機構適合于遞送試劑。
8. 如權利要求1至7任意一項所述的反應器配置(100)，其中所述樣品入口 (108)是 親水的。
9. 如權利要求1至8任意一項所述的反應器配置(100)，其中所述試劑提供機構(110)包括毛細管。
10. 如權利要求1至9任意一項所述的反應器配置(100)，還包括用于從該反應室 (102)移除該流體樣品(106)的樣品出口 (126)，所述樣品出口 (126)不同于所述樣品入口 (106)和所述試劑提供機構(110)。
11. 如權利要求1至IO所述的反應器配置(100)，其中所述保持機構(118)連接到試 劑溢流室(122)。
12. 如權利要求1至11所述的反應器配置(100)，其中所述反應器配置(100)包括用 于探測過量液體試劑的過量試劑探測機構(124)。
13. 如權利要求至12任意一項所述的微流體反應器配置(100)，還包括位于所述保持 機構(118)中的固體形式的至少一種試劑。
14. 一種在探測流體樣品內的分析物中使用的微流體反應器配置(100)，該反應器配 置包括外殼，該外殼具有封閉反應室(102)的外壁，a) 該外壁具有覆蓋有親水膜的至少一個樣品入口 (108)，該樣品入口 (108)用于引入 流體樣品(106);b) 該反應室(102)具有互作用表面(104)并且該外壁具有至少一個保持機構(118)，該保持機構在該反應室(102)內的試劑區處包括固體形式的至少一種試劑，所述保持機構 (118)放置在該反應室(102)內的選擇表面上，使得當該流體樣品(106)被引入該反應室 (102)時，由該保持機構(118)保持的該固體試劑與該互作用表面(104)流體接觸。
15. 如權利要求14所述的微流體反應器配置(100)，該微流體反應器配置(100)為在 探測流體樣品(106)中的分析物而使用的微流體傳感器配置(100)，其中該反應室為探測 室(102)并且該互作用表面(104)為檢測表面(104)。
16. 如權利要求14至15任意一項所述的微流體傳感器配置(100)，其中該反應器配置 (100)包括用于提供試劑到該保持機構(118)的與該樣品入口 (108)分開的微流體輸運機 構(120)。
17. 如權利要求14至16任意一項所述的微流體傳感器配置(100)，其中該保持機構 (118)包括用于保持該固體試劑的開放通道(302)。
18. —種用于制造微流體反應器配置(100)的方法，該方法包括下述步驟a) 提供互作用表面(104)，b) 提供外殼，該外殼封閉該互作用表面(104)并形成反應室(102)， 所述提供外殼包括提供具有樣品入口 (108)和至少一個試劑提供機構(110)的外殼，該試劑提供機構不同于該樣品入口 (108)，用于通過將試劑提供在至少一個保持機構 (118)上而將至少一種試劑引入該反應室(102)，該保持機構不同于該互作用表面(104)， 用于將固體形式的至少一種試劑保持在該反應室內的試劑區處，該保持機構(118)放置在 該反應室(102)內的選擇表面上，使得當該流體樣品被引入該反應室(102)時，由該保持機 構(118)保持的該試劑與該互作用表面(104)流體接觸。
19. 如權利要求18所述的方法，還包括，在所述提供外殼之后并且在將試劑引入該傳 感器配置(100)之前，通過經由該樣品入口 (102)將親水液體引入該探測室(102)而使該 樣品入口 (108)親水。
20. 如權利要求18所述的方法，還包括提供連接到所述至少一個保持機構(118)的試 劑溢流室(124)。
21. 如權利要求20所述的方法，還包括提供用于探測所述溢流室內的過量試劑液體的 過量探測機構(124)。
22. 如權利要求18至21任意一項所述的方法，還包括經由微流體輸運機構(120)將預 定數量的所述至少一種試劑引入所述保持機構(118)并在所述保持機構上獲得固體形式 的所述試劑。
23. —種用于功能化至少一個微流體反應器配置(100)的方法，該至少一個微流體反 應器配置(100)包括由外壁封閉的反應室(102)，該外壁具有樣品入口 (108)和試劑提供機構(iio)，該方法包括a) 經由不同于該樣品入口 (108)的該試劑提供機構(110)將預定數量的至少一種試劑 引入該反應室(102)，由此將該試劑提供在該反應室(102)內不同于互作用表面的至少一 個保持機構(118)上，以及b) 在該至少一個保持機構(118)上將該預定數量的固體形式的至少一種試劑保持在 位于該反應室(102)內選擇表面處的該反應室(102)內的試劑區處，使得當該流體樣品被 引入該反應室(102)時，所保持的試劑與該互作用表面(104)流體接觸。
24. 如權利要求23所述的方法，該方法還包括探測所述試劑的過量，用以控制提供在 該保持機構(118)上的試劑的數量。
25. 如權利要求23至24任意一項所述的方法，該方法包括在所述引入之前從多種試劑 中選擇試劑。
26. —種用于探測流體樣品內的分析物的方法，包括下述步驟經由樣品入口 (108)并且基于親水力，將流體樣品(106)引入微流體傳感器配置 (100)，所述微流體傳感器配置(100)包括探測室(102)，所述探測室(102)包括檢測表面 (104)和預定數量的固體形式的試劑，該方法還包括使該流體樣品與所述預定數量的試劑接觸，由此形成流體混合物，該試劑可接近來自 該探測室(102)內的該流體樣品；使該流體混合物與所述檢測表面(104)接觸；以及 探測該流體混合物和該檢測表面(104)之間的互作用。
27. 如權利要求1至17任意一項所述的微流體反應器配置用于探測流體樣品(106)內 的分析物的用途。
全文摘要
描述了一種在探測流體樣品(106)中的分析物中使用的微流體反應器配置(100)。反應器配置設置有試劑提供機構，使得試劑可以在組裝反應器配置之后被引入。后者可以通過引入溶液或懸浮液形式的試劑以及通過移除液體即通過干燥將其固定在保持機構(118)上來進行，該保持機構包括位于探測室內的固體形式的試劑。在引入試劑之前，諸如樣品入口的已經存在的反應器配置的部件可以通過潤濕親水技術而制成親水的。本發明涉及制造技術以及所得到的產物。本發明還另外涉及使用用于特定應用的特定試劑來功能化該反應器配置。后者可以在制作和組裝主要的反應器配置部件之后很好地進行。
文檔編號B01L3/00GK101754813SQ200880025402
公開日2010年6月23日 申請日期2008年7月11日 優先權日2007年7月20日
發明者A·H·J·英明克, F·K·德塞杰, G·J·弗霍克斯, H·J·A·布蘭斯, H·S·范達姆, J·H·紐溫休斯, J·W·威坎普, M·J·J·西伯斯, S·舒萊波夫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司