微流體樣品舟的制作方法

文檔序號：6131369閱讀：248來源：國知局

專利名稱：微流體樣品舟的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于化學和生物樣品檢測的微流體生物芯片，特別是在微流體通道內裝載微小生物芯片，實現生物樣品、化學樣品的進樣、反應、分離和檢測的微流體樣品舟。
背景技術：
由于使用微量溶液的微流體技術的發展，使得實驗室芯片(L0C)的用途得以脫離傳統研究實驗的束縛，更進一步邁向較具實用性價值的商業應用上。在化學、生物等領域，微流體系統得到越來越多的應用，如微量流體的傳輸、微量化合物合成、樣品分離、成分分析及化學反應。在實際應用中，常常需要快速有效地混合兩種以上微量流體。眾所周知，微通道中，由于流體流動的雷諾數很低(〈2000)，屬于層流狀態，流體的混合過程是通過分子的自由擴散進行的。根據Fick定律，基于自由擴散的混合過程很緩慢，流體達到充分混合需要較長的混合時間和較長的混合通道，因此不能滿足快速反應、高效分析的需求。針對上述問題，近年來，很多學者進行了廣泛的研究，并提出了許多種不同形式，基于不同原理的微流體混合器，這些混合器大致可分為被動式和主動式兩種類型。通常被動式混合器結構簡單，但需要較長的混合通道，且混合過程不可控。主動式混合器的結構較復雜，但混合效率高，而且過程可控。被動式混合器是利用微通道中的特殊結構和形狀，產生橫向的質量輸運或者使流體產生湍流以增強混合。主動式混合器是利用外加的周期性的激勵對流場進行干擾，以增強分子的擴散作用和質量傳輸。例如超聲、光驅動、熱驅動、磁攪拌等。發明內容本發明的目的是為了能夠降低微流體芯片的生產成本，減小微流體芯片體積，結合結構簡單的特殊微結構和外在壓力驅動的方式促進微通道內微流體的充分混合反應，提高混合效率，從而提供裝載微小生物芯片的微流體樣品舟。該微流體樣品舟具有實用性強、結構簡單、成本低等特點。
本發明的微流體樣品舟包括襯底(底板)，柔性材料層，反應室，樣品儲室，廢液室，樣品儲室塞子；在襯底上封裝有至少一柔性材料層，在柔性材料上形成反應室、樣品儲室和帶有廢液出口的廢液室，以及微通道；在柔性材料層或襯底上開有可密封的溶液注入口；該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室通過微通道與柔性材料層上開有的可密封的溶液注入口連接，如圖IOA、圖10B所示；或廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與溶液注入口連通，溶液注入口的另一端口通過微通道與樣品儲室連通；或者，在襯底中建立起反應室、樣品儲室和帶有廢液出口的廢液室，以及微通道，然后覆蓋至少一柔性材料層；在柔性材料層或襯底上開有可密封的溶液注入口；該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室通過微通道與柔性材料層上開有的可密封的溶液注入口連接；或廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與溶液注入口連通，溶液注入口的另一端口通過微通道與樣品儲室連通；在襯底上可開有與樣品儲室開有的可密封的開口相通的開口，在該開口處有樣品儲室塞子，實現密封；所述的反應室中有表面被生物功能化的生物芯片，該生物芯片通過導線與微流體樣品舟外的測試儀連接，如圖13A、圖13B所示。所述的在柔性材料上形成反應室、樣品儲室和帶有廢液出口的廢液室，以及微通道時，還同時形成試劑儲室和/或泵室，該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通；試劑儲室通過微通道與柔性材料層上開有的溶液注入口連接；或該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與溶液注入口連通，溶液注入口的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通；或者，該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通，試劑儲室的另一端口通過微通道與泵室連通；泵室通過微通道與柔性材料層上開有的溶液注入口連接；或該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與溶液注入口連通，溶液注入口的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通，試劑儲室的另一端口通過微通道與泵室連通；或者，
該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與泵室連通；泵室通過微通道與柔性材料層上開有的溶液注入口連接；或該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與溶液注入口連通，溶液注入口的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與泵室連通。所述的在襯底中建立起反應室、樣品儲室、帶有廢液出口的廢液室，以及微通道時，還同時建立起試劑儲室和/或泵室，該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通；試劑儲室的另一端口通過微通道與柔性材料層上開有的溶液注入口連接；或該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與溶液注入口連通，溶液注入口的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通；或者，該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通，試劑儲室的另一端口通過微通道與泵室連通；泵室通過微通道與柔性材料層上開有的溶液注入口連接；或該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與溶液注入口連通，溶液注入口的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通，試劑儲室的另一端口通過微通道與泵室連通；或者，該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與泵室連通；泵室通過微通道與柔性材料層上開有的溶液注入口連接；或該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與溶液注入口連通，溶液注入口的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與泵室連通。所述的廢液室由多條圓環或方環微通道組成，且在圓環或方環通道壁上至少開有一個開口，以增加圓環或方環微通道的長度，減小微流體芯片的尺寸；并且當有少量試劑在微通道內往復運動時，該試劑不會直接進入廢液室中心與原有廢液混合，減少試劑污染的可能性。所述的廢液室頂部有一液壓或氣壓室。所述的樣品儲室可并聯多個;所述的泵室和/或試劑儲室可串聯或并聯多個。所述的泵室頂部的柔性材料層上有一液壓或氣壓室。
一種微流體樣品舟，包括襯底，柔性材料層，反應室，樣品儲室，廢液室，樣品儲室塞子；在襯底中建立起反應室、樣品儲室、帶有廢液出口的廢液室、試劑儲室和/或泵室，以及微通道；然后在襯底上覆蓋一具有一定硬度的封蓋層，且將泵室上面的封蓋層材料除去，并只在除去封蓋層材料的泵室上覆蓋至少一柔性材料層；該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通；試劑儲室的另一端口通過微通道與封蓋層上開有的溶液注入口連接；或者，該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通，試劑儲室的另一端口通過微通道與泵室連通；泵室通過微通道與封蓋層上開有的溶液注入口連接；或者，該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與泵室連通；泵室通過微通道與封蓋層上開有的溶液注入口連接；在襯底上可開有與樣品儲室開有的可密封的開口相通的開口，在該開口處有樣品儲室塞子，實現密封；所述的反應室中有表面被生物功能化的生物芯片，該生物芯片通過導線與微流體樣品舟外的測試儀連接，如圖13A、圖13B所示。所述的廢液室由多條圓環或方環微通道組成，且在圓環或方環通道壁上至少開有一個開口，以增加圓環或方環微通道的長度，減小微流體芯片的尺寸；并且當有少量試劑在微通道內往復運動時，該試劑不會直接進入廢液室中心與原有廢液混合，減少試劑污染的可能性。所述的廢液室頂部有一液壓或氣壓室。所述的樣品儲室可并聯多個;所述的泵室和/或試劑儲室可串聯或并聯多個。所述的泵室頂部的柔性材料層上有一液壓或氣壓室。一種微流體樣品舟，包括襯底，柔性材料層，反應室，樣品儲室，廢液室，樣品儲室塞子；在襯底上封裝有至少一柔性材料層，在柔性材料上形成反應室、樣品儲室、帶有廢液出口的廢液室和泵室，以及微通道；該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與泵室連通，如圖5A、圖5B所示；或者，在襯底中建立起反應室、樣品儲室、帶有廢液出口的廢液室和泵室，以及微通道，然后覆蓋至少一柔性材料層；該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與泵室連通；在襯底上可開有與樣品儲室開有的可密封的開口相通的開口，在該開口處有樣品儲室塞子，實現密封；所述的反應室中有表面被生物功能化的生物芯片，該生物芯片通過導線與微流體樣品舟外的測試儀連接，如圖13A、圖13B所示。所述的在柔性材料上形成反應室、樣品儲室、帶有廢液出口的廢液室、泵室，以及微通道時，還同時在泵室與樣品儲室之間形成試劑儲室，該廢液室通過微通道與反應室連通,反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通；試劑儲室通過微通道與泵室連通；或者，所述的在襯底中建立起反應室、樣品儲室、帶有廢液出口的廢液室、泵室，以及微通道時，還同時在泵室與樣品儲室之間形成試劑儲室，該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通；試劑儲室通過微通道與泵室連通。所述的廢液室由多條圓環或方環微通道組成，且在圓環或方環通道壁上至少開有一個開口，以增加圓環或方環微通道的長度，減小微流體芯片的尺寸；并且當有少量試劑在微通道內往復運動時，該試劑不會直接進入廢液室中心與原有廢液混合，減少試劑污染的可能性。所述的廢液室頂部有一液壓或氣壓室。所述的樣品儲室可并聯多個;所述的泵室和/或試劑儲室可串聯或并聯多個。所述的泵室頂部的柔性材料層上有一液壓或氣壓室。一種微流體樣品舟，包括襯底，柔性材料層，反應室，樣品儲室，廢液室，樣品儲室塞子；在襯底上復合一具有一定硬度的腔室通道層材料，然后在腔室通道層材料里建立起反應室、樣品儲室，帶有廢液出口的廢液室和泵室，以及微通道; 且將泵室上面的腔室通道層材料除去，并只在除去腔室通道層材料的泵室上覆蓋至少一柔性材料層；該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與泵室連通，如圖9A、圖9B所示；在襯底上可開有與樣品儲室開有的可密封的開口相通的開口，在該開口
處有樣品儲室塞子，實現密封；所述的反應室中有表面被生物功能化的生物芯片，該生物芯片通過導線與微流體樣品舟外的測試儀連接，如圖13A、圖13B所示。所述的在腔室通道層材料里建立起反應室、樣品儲室，帶有廢液出口的廢液室，泵室，以及微通道時，還同時在泵室與樣品儲室之間建立起試劑儲室，該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通；試劑儲室通過微通道與泵室連通。所述的腔室通道層開有溶液注入口，泵室通過微通道與溶液注入口連接。所述的廢液室由多條圓環或方環微通道組成，且在圓環或方環通道壁上至少開有一個開口，以增加圓環或方環微通道的長度，減小微流體芯片的尺寸；并且當有少量試劑在微通道內往復運動時，該試劑不會直接進入廢液室中心與原有廢液混合，減少試劑污染的可能性。所述的樣品儲室可并聯多個;所述的樣品儲室和/或泵室可串聯或并聯多個。所述的泵室頂部柔性材料層上有一液壓或氣壓室。本發明中所述生物芯片和連接儀器的導線可以位于襯底的靠近微流通道的一面，也可以在襯底的另一面。所述生物芯片可以焊接到易于布線的襯底上，在導線和芯片上覆蓋一層和生化溶液相兼容的中間層。中間層和柔性層用于優化微流體腔室通道結構，簡化其制造過程。本發明中所述的泵室與試劑儲室同時為多個時，泵室與樣品儲室間隔串聯，如圖7A、圖7B所示。本發明所述的泵室頂部柔性材料層上有一液壓或氣壓室，使用時和氣體或者液體增壓或減壓設備密封連接，通過柔性材料層等上的入口使液體或氣體進入反應室，泵室體積的變化由液壓或氣壓室內壓力變化來達到。本發明所述的溶液入口為1個或1個以上。本發明所述的樣品儲室可以是圓形或方型，直徑或最大邊長在10um 5000um,樣品儲室與泵室連通的微通道為1條或1條以上。本發明所述的廢液室可以是圓形或方型，直徑或最大邊長在100um 30000um;廢液室由多條微通道組成，這些微通道通過微通道壁上的開口而相互聯通；在廢液室頂部的柔性材料層、腔室通道層或封蓋層開有廢液出口。本發明所述的微通道的寬度在10um 5000um，高度在10um 200um，本發明所述的泵室可以是圓形或方型，直徑或最大邊長在100um 畫00um。
本發明所述的襯底為有一定硬度的材料，可以是單晶硅、玻璃、陶瓷或高聚物，如有機玻璃(PMMA)，聚碳酸酯(PC)，聚丙烯(PP)，尼龍，聚四氟乙烯，聚醚醚酮(PEEK)或硅橡膠等。本發明所述的柔性材料層(彈性材料層)，可以使用聚二甲基硅氧烷 (PDMS)或彈性橡膠等材料。本發明所述的在襯底(底板)上復合一具有一定硬度的腔室通道層材料是單晶硅、玻璃、陶瓷或高聚物，所述的高聚物如PMMA、 PC、 PP、尼龍、聚四氟乙烯、聚醚醚酮(PEEK)或硅橡膠等。本發明所述的封蓋層材料是單晶硅、玻璃、陶瓷或高聚物，所述的高聚物如PMMA、 PC、 PP、尼龍、聚四氟乙烯、聚醚醚酮(PEEK)或硅橡膠等。本發明所述生物芯片可以是主動芯片如電化學芯片，磁敏芯片如霍耳 (Hall effect)效應傳感芯片、巨磁阻(GiantMagnetoresistance)效應傳感芯片、磁性隧道結(magnetic Tunnel Junction, MTJ)傳感芯片。也可以是被動生物芯片包括點陣生物芯片。本發明所述的生物芯片材料可以是半導體材料、單晶硅、玻璃、陶瓷、金剛石或類金剛石。該類材料表面可以進一步鍍上一層薄膜，如氮化硅、二氧化硅、碳化硅或金屬膜如金膜或鈦膜等。本發明所述的生物芯片材料可以是免疫吸附固相載體材料如纖維素、交聯右旋糖酐、葡萄球菌聚苯乙烯或聚丙烯酰胺材料等。本發明所述的生物芯片表面經過活化處理如氨基、醛基、羧基、羥基、硫醇、生物素或鏈親和素等，或被生物功能化，其生物功能化的是蛋白、核酸、DNA或化學小分子。由上述泵室的收縮和擴張推動樣品儲室中的液體流經反應室。1個或1 個以上的溶液入口，供溶液經上述一條或多條微通道流入反應室。所述的微流體樣品舟中，至少泵室頂部是由柔性材料構成。通過向泵室頂部施加正壓或負壓實現泵室的收縮或擴張。所述的微流體樣品舟中，生化反應和分子識別均在位于反應室中的生物芯片上進，因為生物芯片上修飾有捕捉耙標分子的官能團。所述的微流體樣品舟中，樣品儲室有一開口，樣品經此口進入樣品儲室；該開口要求密封封裝。所述的微流體樣品舟中，所述溶液入口在與含溶液的裝置連接前處于密封狀態。所述的流體樣品舟中，溶液入口可與含溶液的裝置密封連接。本發明所提供的裝載微型生物芯片的微流體樣品舟，其生物芯片為樣品反應、分離和檢測區。該微流體樣品舟內含有一部分柔性材料層，該微流體樣品舟內設計有循環驅動系統，能夠使反應更加充分，提高反應的靈敏度。

圖1A.本發明實施例1的微流體樣品舟結構側視示意圖。圖IB.本發明實施例1的微流體樣品舟結構正視示意圖。圖2A.本發明實施例1的微流體樣品舟結構側視示意圖。圖2B.本發明實施例1的微流體樣品舟結構正視示意圖。圖3A.本發明實施例2的微流體樣品舟結構側視示意圖。圖3B.本發明實施例2的微流體樣品舟結構正視示意圖。圖4A.本發明實施例3的微流體樣品舟結構側視示意圖。圖4B.本發明實施例3的微流體樣品舟結構正視示意圖。圖5A.本發明實施例4的微流體樣品舟結構側視示意圖。圖5B.本發明實施例4的微流體樣品舟結構正視示意圖。圖6A.本發明實施例4的微流體樣品舟結構側視示意圖。圖6B.本發明實施例4的微流體樣品舟結構正視示意圖。圖7A.本發明實施例4的微流體樣品舟結構側視示意圖。圖7B.本發明實施例4的微流體樣品舟結構正視示意圖。圖8A.本發明實施例4的微流體樣品舟結構側視示意圖。圖8B.本發明實施例4的微流體樣品舟結構正視示意圖。圖9A.本發明實施例4的微流體樣品舟結構側視示意圖。圖9B.本發明實施例4的微流體樣品舟結構正視示意圖。圖10A.本發明實施例5的微流體樣品舟結構側視示意圖。圖10B.本發明實施例5的微流體樣品舟結構正視示意圖。圖11A.本發明實施例6的微流體樣品舟結構側視示意圖。圖11B.本發明實施例6的微流體樣品舟結構正視示意圖。圖11C.本發明實施例6的微流體樣品舟泵室結構側視示意圖。圖12A.本發明實施例7的微流體樣品舟結構側視示意圖。圖12B.本發明實施例7的微流體樣品舟結構正視示意圖。圖13A.本發明實施例8的微流體樣品舟結構側視示意圖。圖13B.本發明實施例8的微流體樣品舟結構正視示意圖。圖14A.本發明實施例9的微流體樣品舟結構側視示意圖。圖14B.本發明實施例9的微流體樣品舟結構正視示意圖。圖15A.本發明實施例9的微流體樣品舟結構側視示意圖。圖15B.本發明實施例9的微流體樣品舟結構正視示意圖。附圖標記101、 201、 301、 401、 501、 601、 701、 801、 901、 1001、 1101 、 1201、1301、 1401、 1501.襯底102、 202、 302、 402、 502、 602、 702、 802、 908、 1002、 1102、 1202、1302、 1402、 1502.柔性材料層102' 、 202' 、 302' 、 402' 、 502' 、 602' 、 702' 、 802' 、 902'、 1002' 、 1102' 、 1202' 、 1302'.微通道103、 203、 303、 403、 503、 603、 703、 803、 903、 1003、 1103、 1203、1303、 1403、 1503.反應室104、 204、 304、 404、 504、 604、 704、 804、 904、 1004、 1104、 1204、1304、 1404、 1504.樣品儲室 704' 、 804'.試劑儲室105、 205、 305、 405、 505、 605、 705、 805、 905、 1105、 1305、 1405、 1505.泵室106、 206、 306、 406、 506、 606、 706、 806、 906、 1006、 1106、 1206、1306、 1406、 1506.廢液室107、廢液室出口108、 207、 307、 407、 507、 607、 707、 807、 907、 1007、 1107、 1207、1307、 1407、 1507.可密封樣品儲室開口 108'.樣品儲室塞子109、 208、 408、 1008、 1108、 1208、 1308、 1408、 1508.溶液注入口 309、 902.腔室通道層409.封蓋層1109. 壓力室1110. 入口1206.廢液室的廢液出口1309、 1409、 1509.多條電導體連接線1510. 和生化溶液相兼容的中間層材料1511. 和生化溶液相兼容絕緣密封材料具體實施方式
實施例1.請參見圖1A、圖1B、圖2A和圖2B。微流體樣品舟基本結構如圖1所示，101襯底；102柔性材料層；103反應室；104樣品儲室；105泵室；106廢液室；107廢液室出口； 108可密封樣品儲室開口； 108'樣品儲室塞子；109溶液注入口。襯底101為有一定硬度的材料，如有機玻璃，聚碳酸酯，聚丙烯，尼龍，聚四氟乙烯，聚醚醚酮
或硅橡膠等。在襯底之上封裝有一柔性材料層(彈性材料層)，以在柔性材料層上形成一個泵室、一個反應室、一個樣品儲室和一個廢液室，以及微通道102'，該柔性材料層可以使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)或彈性橡膠等材料。在柔性材料層上開有溶液注入口，廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與泵室連通，泵室通過2個微通道與2個溶液注入口連接(圖中同時顯示有2 個溶液注入口塞子)。微通道中的廢液室106內設計有1個以上一處開口的空心圓，當溶液進入廢液室時由廢液室中最外緣的空心圓逐次向內最終充滿廢液室，多余的廢液可以從柔性材料上開的廢液出口排除。當適量的樣品從襯底上開的與樣品儲室開的可密封樣品儲室開口 108相通的開口加入后，用樣品儲室塞子108' 塞上，能夠形成密閉系統。當從溶液注入口 109加入液體時，可密封樣品儲室開口 108需要使用塞子108'密封上。當適量的液體被導入微通道中后，通過在泵室105外面施加壓力，推動液體在微通道內移動，停止施加壓力液體能夠返回原來狀態，通過這樣的反復運動使微通道內的液體能夠充分混合。其中廢液室中數個開口空心圓起到加長微通道的作用，并且當有少量試劑在微通道內往復運動時，該試劑不會直接進入廢液室中心與原有廢液混合，減少試劑污染的可能性。表面被生物功能化的生物芯片被放置在反應室103中，該生物芯片材料可以是單晶硅、玻璃、陶瓷、金剛石膜或類金剛石膜，或免疫吸附固相載體如纖維素、交聯右旋糖酐、葡萄球菌聚苯乙烯或聚丙烯酰胺等。生物芯片上可以功能化蛋白、核酸、DNA或化學小分子等。溶液注入口 109可以導入除樣品以外的任何試劑溶液，也可以密封可密封樣品儲室開口 108，使樣品也從溶液注入口 109導入。微流體通道和各種儲室可以建立在襯底101襯底材料上，如圖1所示。如圖2所示，微流體通道202'和反應室203，樣品儲室204，泵室205，廢液室206也可以制作在襯底201中，然后在上面覆蓋至少一層柔性材料層 202。當適量的樣品從襯底上開的與樣品儲室開的可密封樣品儲室開口 207 相通的開口加入后，用樣品儲室塞塞上，能夠形成密閉系統。溶液從溶液注入口 208加入(圖中同時顯示有2個溶液注入口塞子)。實施例2.請參見圖3A、圖3B。圖3A、圖3B顯示，只有泵室上面覆蓋一層柔性材料302。在襯底(底板) 301上復合一具有一定硬度的腔室通道層材料309，在該材料里建立起泵室 305、反應室303、樣品儲室304和廢液室306，以及微通道302'，將泵室
上面的腔室通道層材料除去，在泵室上面覆蓋一層柔性材料302，如PDMS。可密封樣品儲室開口 307由樣品儲室塞子實現密封，溶液從溶液注入口加入(圖中同時顯示有2個溶液注入口塞子)。實施例3.請參見圖4A、圖4B。圖4A、圖4B顯示，只有泵室上面覆蓋一層柔性材料402。在襯底(底板) 401中建立起泵室405、反應室403、樣品儲室404和廢液室406,以及微通道402'，在微通道等上面蓋一層有一定硬度的封蓋層材料409，將泵室上面的封蓋層材料除去，在泵室上覆蓋一層柔性材料如PDMS.可密封樣品儲室開口 407由樣品儲室塞子實現密封，溶液從溶液注入口加入(圖中同時顯示有2個溶液注入口塞子)。實施例4.請參見圖5A、圖5B、圖6A、圖6B、圖7A、圖7B、圖8A、圖8B、圖9A、圖9B。本實施例是將反應試劑事先封裝在泵室或反應試劑儲室中，所以無需在柔性材料層上開溶液注入口。圖5A、圖5B顯示的是在襯底501上封裝有至少一層柔性材料層502，以在柔性材料層上形成一個泵室505、一個樣品儲室504，一個反應室503和一個廢液室506，以及微通道502'。廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與泵室連通，泵室里事先封存反應試劑。圖6A、圖6B顯示的是在襯底601上封裝有至少一層柔性材料層'602，以在柔性材料層上形成兩個并聯的泵室605、兩個并聯的樣品儲室604、一個反應室603和一個廢液室606，以及微通道602'。廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與聯通兩個并聯的樣品儲室的微通道相連通，每個樣品儲室的另一端口通過微通道與各自的泵室連通。圖7A、圖7B顯示的是在襯底701上封裝有至少一層柔性材料層702，以在柔性材料上形成兩個串聯的泵室705、一個樣品儲室704和在兩個泵室之間的試劑儲室704'，及一個反應室703和一個廢液室706，以及微通道702 '。廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與一樣品儲室相連通，該樣品儲室的另一端口通過微通道與一個泵室相連通，該泵室的另一端口通過微通道與試劑儲室相連通，該試劑儲室的另一端口通過微通道與另一泵室相連通。圖8A、圖8B顯示的是在襯底801上封裝有至少一層柔性材料層802，以
在柔性材料層上形成一串聯的泵室805、試劑儲室804'、樣品儲室804，和一個反應室803及一個廢液室806，以及微通道802'。廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與一樣品儲室相連通，該樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室相連通，該試劑儲室的另一端口通過微通道與泵室相連通。圖9A、圖9B顯示的是在襯底901上復合一具有一定硬度的腔室通道層材料902，在該材料里建立起一個泵室905、一個反應室903、一個樣品儲室 904和一個廢液室906，以及微通道902'，將泵室上面的腔室通道層材料除去，在泵室上面覆蓋一層柔性材料908，如PDMS。廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室相連通，該樣品儲室的另一端口通過微通道與泵室相連通。由上述封裝泵室的收縮和擴張推動儲室中的液體流經反應室。樣品和反應液都可以從樣品儲室入口導入。另外構成微通道層材料與襯底層材料可以相同，使用如硅橡膠或PDMS等，也可以不同，如襯底使用前所述的單晶硅、玻璃、陶瓷或高聚物，高聚物如PMMA、 PC、 PP、尼龍、聚四氟乙烯、PEEK 或硅橡膠等，構成微通道層材料使用柔性材料，如硅橡膠，PDMS等。圖9A、圖9B顯示至少泵室頂部是由柔性材料構成。通過向泵室頂部施加正壓或負壓實現泵室的收縮或擴張。可密封樣品儲室開口 507， 607， 707， 807， 907由樣品儲室塞子實現密封。實施例5.請參見圖IOA、圖IOB。圖10A、圖IOB顯示的是在襯底1001上封裝有至少一層柔性材料層1002，以在襯底與柔性材料層之間形成一個反應室1003，一個樣品儲室1004和一個廢液室1006，以及微通道1002'。在柔性材料層上開有2個溶液注入口 1008 (圖中同時顯示有2個溶液注入口塞子)，供溶液經上述多條通道流入反應室。廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室相連通，該樣品儲室的另一端口通過微通道與2個溶液注入口連接。通過向樣品儲室頂部施加正壓或負壓來推動樣品流經反應室。當構成反應室，樣品儲室和廢液室，以及微通道的材料為具有一定硬度的材料時，至少樣品儲室頂部是由柔性材料構成。通過向樣品儲室頂部施加正壓或負壓來推動樣品流經反應室。可密封樣品儲室開口 1007由樣品儲室塞子實現密封。
實施例6.請參見圖IIA、圖IIB、圖11C。圖IIA、圖IIB、圖11C顯示的是在襯底1101上封裝有至少一層柔性材料層1102，以在柔性材料層上形成一個泵室1105, —個反應室1103，一個樣品儲室1104和一個廢液室1106，以及微通道1102'。廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室相連通，該樣品儲室的另一端口通過微通道與泵室相連通，泵室通過微通道與溶液注入口連接。在柔性材料層上開有2個溶液注入口 1108 (圖中同時顯示有2個溶液注入口塞子)，泵室1105頂部柔性材料層上有一液壓或氣壓室1109，使用時，液壓或氣壓室1109的入口 1110和氣體或者液體增壓或減壓設備密封連接，通過液壓或氣壓室的體積收縮和擴張，推動泵室頂部柔性材料層的變化，使泵室體積的變化由液壓或氣壓室內壓力變化來達到。可密封樣品儲室開口 1107由樣品儲室塞子實現密封。實施例7.請參見圖12A、圖12B。本實施例是通過廢液室中的壓力變化來推動溶液和樣品流過反應室，所以無需泵室。圖12A、圖12B顯示的是在襯底1201上封裝有至少一層柔性材料層1202，以在柔性材料層上形成一個反應室1203，一個樣品儲室1204和一個廢液室 1206，以及微通道。廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室相連通，該樣品儲室的另一端口通過微通道與2個溶液注入口 1208連接(圖中同時顯示有2個溶液注入口塞子)，在使用前此注入口不密封，只有在需要注入溶液時此口和溶液注入設備密封連接。使用時，廢液室1206通過廢液室的廢液出口 1205，與微流體樣品舟外的一液體或者氣體增壓或減壓設備密封連接。通過液體或者氣體壓力設備的壓力變化，增加或減少廢液室內的壓力來推動溶液和樣品流過反應室。可密封樣品儲室開口 1207由樣品儲室塞子實現密封。實施例8.請參見圖13A、圖13B。本實施例描述的是微流體樣品舟上有一條或多條導線。圖13A、圖13B顯示的是在襯底1301上封裝有至少一層柔性材料層1302，以在柔性材料層上形成一個泵室1305、一個樣品儲室1304，一個反應室1303 和一個廢液室1306，以及微通道1302'。廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微
通道與泵室連通，泵室通過微通道與2個溶液注入口 1308連接(圖中同時顯示有2個溶液注入口塞子)。所述的反應室中有表面被生物功能化的生物芯片，該生物芯片通過一條或多條電導體連接線1309與微流體樣外的測試儀連接。可密封樣品儲室開口 1307由樣品儲室塞子實現密封。實施例9請參見圖14A、圖14B。本實施例的基本結構與實施例8相同，襯底1401, 柔性材料層1402，反應室1403，樣品儲室1404，泵室1405，廢液室1406，可密封樣品儲室開口 1407，溶液注入口 1408。與實施例8的圖13A、圖13B 對比，在本實施例中芯片和連接測試儀的導線位于襯底的不同面。布有導線 1409的一面的材料可以是易于布線的材料，如FR-4 (—種由玻璃纖維和環氧樹脂構成的材料)。另一面，也就是和溶液接觸的一面，可以涂上和生化溶液相兼容的材料。請參見圖15A、圖15B。襯底1501，柔性材料層1502，反應室1503，樣品儲室1504，泵室1505，廢液室1506,可密封樣品儲室開口 1507，溶液注入口 1508。與實施例8的圖13A、圖13B對比，本實施例增加了 1510和生化溶液相兼容的中間層材料。襯底1501是由易于布線的材料(如FR-4)構成，芯片和導線布置在該層上。和生化溶液相兼容的中間層材料1510覆蓋住導線 1509，和柔性材料層1502 —起優化微流體腔室通道結構，簡化其制造過程。和生化溶液相兼容絕緣密封材料1511起到保護焊接線的作用。
權利要求
1.一種微流體樣品舟，包括襯底，柔性材料層，反應室，樣品儲室，廢液室，樣品儲室塞子；其特征是在襯底上封裝有至少一柔性材料層，在柔性材料上形成反應室、樣品儲室和帶有廢液出口的廢液室，以及微通道；在柔性材料層或襯底上開有可密封的溶液注入口；該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室通過微通道與柔性材料層上開有的可密封的溶液注入口連接；或廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與溶液注入口連通，溶液注入口的另一端口通過微通道與樣品儲室連通；或者，在襯底中建立起反應室、樣品儲室和帶有廢液出口的廢液室，以及微通道，然后覆蓋至少一柔性材料層；在柔性材料層或襯底上開有可密封的溶液注入口；該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室通過微通道與柔性材料層上開有的可密封的溶液注入口連接；或廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與溶液注入口連通，溶液注入口的另一端口通過微通道與樣品儲室連通；樣品儲室開有可密封的開口，在該開口處有樣品儲室塞子，實現密封；所述的反應室中有表面被生物功能化的生物芯片，該生物芯片通過導線與微流體樣品舟外的測試儀連接。
2.根據權利要求1所述的微流體樣品舟，其特征是所述的在柔性材料上形成反應室、樣品儲室和帶有廢液出口的廢液室，以及微通道時，還同時形成試劑儲室和/或泵室，該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通；試劑儲室通過微通道與柔性材料層上開有的溶液注入口連接；或該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與溶液注入口連通，溶液注入口的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通；或者，該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通，試劑儲室的另一端口通過微通道與泵室連通；泵室通過微通道與柔性材料層上開有的溶液注入口連接；或該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與溶液注入口連通，溶液注入口的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通，試劑儲室的另一端口通過微通道與泵室連通；或者，該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與泵室連通；泵室通過微通道與柔性材料層上開有的溶液注入口連接；或該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與溶液注入口連通，溶液注入口的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與泵室連通。
3. 根據權利要求1所述的微流體樣品舟，其特征是所述的在襯底中建立起反應室、樣品儲室、帶有廢液出口的廢液室，以及微通道時，還同時建立起試劑儲室和/或泵室，該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通；試劑儲室的另一端口通過微通道與柔性材料層上開有的溶液注入口連接；或該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與溶液注入口連通，溶液注入口的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通；或者，該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通，試劑儲室的另一端口通過微通道與泵室連通；泵室通過微通道與柔性材料層上開有的溶液注入口連接；或該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與溶液注入口連通，溶液注入口的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通，試劑儲室的另一端口通過微通道與泵室連通；或者，該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與泵室連通；泵室通過微通道與柔性材料層上開有的溶液注入口連接；或該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與溶液注入口連通，溶液注入口的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與泵室連通。
4. 根據權利要求1、 2或3所述的微流體樣品舟，其特征是所述的廢液室由多條圓環或方環微通道組成，且在圓環或方環通道壁上至少開有一個開口，以增加圓環或方環微通道的長度，減小微流體芯片的尺寸。
5. 根據權利要求1、 2或3所述的微流體樣品舟，其特征是所述的廢液室頂部有一液壓或氣壓室。
6. 根據權利要求1、 2或3所述的微流體樣品舟，其特征是所述的樣品儲室可并聯多個；所述的泵室和/或試劑儲室可串聯或并聯多個。
7. 根據權利要求2或3所述的微流體樣品舟，其特征是所述的泵室頂部的柔性材料層上有一液壓或氣壓室。
8. 根據權利要求6所述的微流體樣品舟，其特征是所述的泵室頂部的柔性材料層上有一液壓或氣壓室。
9. 一種微流體樣品舟，包括襯底，柔性材料層，反應室，樣品儲室，廢液室，樣品儲室塞子；其特征是在襯底中建立起反應室、樣品儲室、帶有廢液出口的廢液室、試劑儲室和/或泵室，以及微通道；然后在襯底上覆蓋一具有一定硬度的封蓋層，且將泵室上面的封蓋層材料除去，并只在除去封蓋層材料的泵室上覆蓋至少一柔性材料層；該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通；試劑儲室的另一端口通過微通道與封蓋層上開有的溶液注入口連接；或者，該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通，試劑儲室的另一端口通過微通道與泵室連通；泵室通過微通道與封蓋層上開有的溶液注入口連接；或者，該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與泵室連通；泵室通過微通道與封蓋層上開有的溶液注入口連接；樣品儲室開有可密封的開口，在該開口處有樣品儲室塞子，實現密封；所述的反應室中有表面被生物功能化的生物芯片，該生物芯片通過導線與微流體樣品舟外的測試儀連接。
10. 根據權利要求9所述的微流體樣品舟，其特征是所述的廢液室由多條圓環或方環微通道組成，且在圓環或方環通道壁上至少開有一個開口，以增加圓環或方環微通道的長度，減小微流體芯片的尺寸。
11. 根據權利要求9所述的微流體樣品舟，其特征是所述的廢液室頂部有一液壓或氣壓室。
12. 根據權利要求9所述的微流體樣品舟，其特征是所述的樣品儲室可并聯多個；所述的泵室和/或試劑儲室可串聯或并聯多個。
13. 根據權利要求9或12所述的微流體樣品舟，其特征是所述的泵室頂部的柔性材料層上有一液壓或氣壓室。
14. 一種微流體樣品舟，包括襯底，柔性材料層，反應室，樣品儲室，廢液室，樣品儲室塞子；其特征是在襯底上封裝有至少一柔性材料層，在柔性材料上形成反應室、樣品儲室、帶有廢液出口的廢液室和泵室，以及微通道；該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與泵室連通；或者，在襯底中建立起反應室、樣品儲室、帶有廢液出口的廢液室和泵室，以及微通道，然后覆蓋至少一柔性材料層；該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與泵室連通；樣品儲室開有可密封的開口，在該開口處有樣品儲室塞子，實現密封；所述的反應室中有表面被生物功能化的生物芯片，該生物芯片通過導線與微流體樣品舟外的測試儀連接。
15. 根據權利要求14所述的微流體樣品舟，其特征是所述的在柔性材料上形成反應室、樣品儲室、帶有廢液出口的廢液室、泵室，以及微通道時，還同時在泵室與樣品儲室之間形成試劑儲室，該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通；試劑儲室通過微通道與泵室連通；或者，所述的在襯底中建立起反應室、樣品儲室、帶有廢液出口的廢液室、泵室，以及微通道時，還同時在泵室與樣品儲室之間形成試劑儲室，該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通；試劑儲室通過微通道與泵室連通。
16. 根據權利要求14或15所述的微流體樣品舟，其特征是所述的廢液室由多條圓環或方環微通道組成，且在圓環或方環通道壁上至少開有一個開口，以增加圓環或方環微通道的長度，減小微流體芯片的尺寸。
17. 根據權利要求14或15所述的微流體樣品舟，其特征是所述的廢液室頂部有一液壓或氣壓室。
18. 根據權利要求14或15所述的微流體樣品舟，其特征是所述的樣品儲室可并聯多個；所述的泵室和/或試劑儲室可串聯或并聯多個。
19. 根據權利要求14或15所述的微流體樣品舟，其特征是所述的泵室頂部的柔性材料層上有一液壓或氣壓室。
20. 根據權利要求18所述的微流體樣品舟，其特征是所述的泵室頂部的柔性材料層上有一液壓或氣壓室。
21. —種微流體樣品舟，包括襯底，柔性材料層，反應室，樣品儲室，廢液室，樣品儲室塞子，其特征是在襯底中建立起反應室、樣品儲室、帶有廢液出口的廢液室和泵室，以及微通道，然后在襯底上覆蓋一具有一定硬度的封蓋層，且將泵室上面的封蓋層材料除去，并只在除去封蓋層材料的泵室上覆蓋至少一柔性材料層；該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與泵室連通；樣品儲室開有可密封的開口，在該開口處有樣品儲室塞子，實現密封；所述的反應室中有表面被生物功能化的生物芯片，該生物芯片通過導線與微流體樣品舟外的測試儀連接。
22. 根據權利要求21所述的微流體樣品舟，其特征是所述的廢液室由多條圓環或方環微通道組成，且在圓環或方環通道壁上至少開有一個開口，以增加圓環或方環微通道的長度，減小微流體芯片的尺寸。
23. 根據權利要求21所述的微流體樣品舟，其特征是所述的廢液室頂部有一液壓或氣壓室。
24. 根據權利要求21所述的微流體樣品舟，其特征是所述的樣品儲室可并聯多個；所述的泵室和/或試劑儲室可串聯或并聯多個。
25. 根據權利要求21或24所述的微流體樣品舟，其特征是所述的泵室頂部的柔性材料層上有一液壓或氣壓室。
26. —種微流體樣品舟，包括襯底，柔性材料層，反應室，樣品儲室，廢液室，樣品儲室塞子；其特征是-在襯底上復合一具有一定硬度的腔室通道層材料，然后在腔室通道層材料里建立起反應室、樣品儲室，帶有廢液出口的廢液室和泵室，以及微通道；且將泵室上面的腔室通道層材料除去，并只在除去腔室通道層材料的泵室上覆蓋至少一柔性材料層；該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與泵室連通；樣品儲室開有可密封的開口，在該開口處有樣品儲室塞子，實現密封；所述的反應室中有表面被生物功能化的生物芯片，該生物芯片通過導線與微流體樣品舟外的測試儀連接。
27. 根據權利要求26所述的微流體樣品舟，其特征是所述的在腔室通道層材料里建立起反應室、樣品儲室，帶有廢液出口的廢液室，泵室，以及微通道時，還同時在泵室與樣品儲室之間建立起試劑儲室，該廢液室通過微通道與反應室連通，反應室的另一端口通過微通道與樣品儲室連通，樣品儲室的另一端口通過微通道與試劑儲室連通;試劑儲室通過微通道與泵室連通。
28. 根據權利要求26或27所述的微流體樣品舟，其特征是所述的腔室通道層開有溶液注入口，泵室通過微通道與溶液注入口連接。
29. 根據權利要求26或27所述的微流體樣品舟，其特征是所述的廢液室由多條圓環或方環微通道組成，且在圓環或方環通道壁上至少開有一個開口，以增加圓環或方環微通道的長度，減小微流體芯片的尺寸。
30. 根據權利要求26或27所述的微流體樣品舟，其特征是所述的樣品儲室可并聯多個；所述的樣品儲室和/或泵室可串聯或并聯多個。
31. 根據權利要求26或27所述的微流體樣品舟，其特征是所述的泵室頂部柔性材料層上有一液壓或氣壓室。
32. 根據權利要求30所述的微流體樣品舟，其特征是所述的泵室頂部柔性材料層上有一液壓或氣壓室。
全文摘要
本發明涉及用于化學和生物樣品檢測的微流體生物芯片，特別是在微流體通道內裝載微小生物芯片，實現生物樣品、化學樣品的進樣、反應、分離和檢測的微流體樣品舟。本發明所提供的裝載微型生物芯片的微流體樣品舟，其生物芯片為樣品反應、分離和檢測區。該微流體樣品舟內含有一部分柔性材料層，該微流體樣品舟內設計有循環驅動系統，能夠使反應更加充分，提高反應的靈敏度。
文檔編號G01N33/50GK101126765SQ20071017562
公開日2008年2月20日申請日期2007年10月9日優先權日2007年10月9日
發明者高云華申請人:中國科學院理化技術研究所

完整全部詳細技術資料下載