CN100377770C - 用于工作腔的内容物的热气压隔离和任选搅动的液压装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由一或几个元件，如一载体(12)形成的流控技术装置(1)，该装置包括：一工作腔(3)；至少两根导管(41，42)，例如用于与所述工作腔(3)连通的一种所研究的液体的一进口(41)和一出口(42)；至少两个没有运动件的阀体(51，52)，用于控制所述工作腔。该装置的特点在于：它还包括两个用于一种气体，例如空气的留气腔(81，82)，该两个腔借助于两个连接腔(91，92)分别仅与两根管道(41，42)连通，并与一热源(21，22)进行热交换。

Description

用于工作腔的内容物的热气压隔离和任选搅动的液压装置
技术领域
本发明涉及一种流控技术装置，它包括或关连于一个反应器型式的工作腔，没有任何机械的或运动的零件，它首先能隔离所述工作腔的内容物，其次能隔离该工作腔内的内容物并搅动它。
本发明尤其涉及微流控技术型式的流控技术装置，例如，可以用在所谓“基片上的实验室”的系统或装置中的那种流控技术装置。当今，微流控技术是一个正在发展的领域，其在医学、制药、生物学和化学等方面有广泛的用途。简单地说，在适当的情况下，其可应用于处理某些器件或结构中的液体、气体和固体，这些器件和结构的单位容积是在1纳升和1微升之间。在这一尺度上，必须或者说是最好不用任何机械零件，尤其是运动零件，举例来说，可以选择热气动力学作为驱动或马达原理，特别是用于这类系统中的液体流动。
背景技术
迄今已经设计和研制出了要求在大得多的尺度上用于处理液体和气体的许多主要功能，以至可适用于微流控技术的尺度。
在这方面，首先，现在已经提出了各种控制阀和控制门，或者更广义的说是，能够用气体或蒸气的微气泡控制液体或各种溶液的流量的任何控制结构。举例来说，可以参照下列出版物：
A)Y.S.-Leung Ki，M.Kharouf，HTG Van Lintel，M.Haller，Ph.Renaud等人的“气泡工程学的阀控应用(Bubble Engineering Valving Applications)”，IEEE-EMBS，200，390-393。
B)Alexandros  P.Papavasilliou，Doran Liepmann，Albert P.pisano等人的“电解气泡驱动的闸阀(Electrolysis-Bubble Actuated Gate Valve)”Solid-StateSensor and Actuator Workshop，2000，48-51。
在液体的泵送功能方面，或者更广义的说，在升高液体的压力方面，例如，可以参照下列出版物：
C)Jr-Hing Tsai and Liwei Lin的“热气泡驱动的微喷口—扩散器泵(Athermal bubble actuated micro nozzle-diffuser pump)”，14th IEEE Inter.CONF.OnMEWS 2001，409-412；
D)K.Handique，D.T.Burke，C.H.Mastrangelo，and M.A.Burns等人的“用于离散液滴泵送的在基片上的热气动力学压力(On-Chip thermopneumaticpressure for discrete drop pumping)”，Analytical chemistry，Vol.73，No.8,2001，1831-1838；cf.US-C-6130098and US-A-2002/010492。
还有，在两个组分例如两种液体的混合方面，可以参照以下著作：
E)Wolfgang Ehrfeld，Wolker Hessel，Holger Lowe等人的“微反应器，用于现代化学的新技术(Microreactors，New Technology for Modern Chemistry)”，Wiley-VCH，2000，41-83。
US-C-6 193 471描述了一种用于形成和输送预定的液体体积的流控技术装置。为这一用途，按照参照其中图7说明的一个实施例，提供了一个流控技术部件，它包括串连的一个储备室、一个第一储存腔、一个毛细管部分和一个第二储存腔。储备室和两个储存腔与一个外部压力源连通。为了形成和输送预定的液体体积：
——用来自储备室的液体流过第一储存腔充满毛细管部分，并在第二储存腔处停止；在两个储存腔之间的毛细管部分限定了预定的液体体积；
——通过增高第一储存腔里的压力，使其中的液体回到储备室，这样就把分别位于两个储存腔处的两个弯月形液面之间的预定的液体体积隔离了；
——通过增高第一储存腔里的压力，把被隔离的预定体积的液体输送到第二储存腔。
根据US-C-6 193 471，是通过从外面对储备室和两个储存腔里的压力进行差异控制来实现被隔离的液体体积的形成和输送，该文参照其中的图13和14描述了这些特别复杂的控制结构。
US-C-4 676 274描述了一种由毛细管结构构成的微流控技术装置，这一毛细管结构包括各没有运动零件的毛细管阀(capillary valve)，每一个毛细管阀被构造成能够在控制气体和所研究的液体之间的界面处或者说是弯月面处产生一个超压。通过从外部控制使控制气体在各毛细管阀处进入或流出流控技术装置，可以按照任何预先建立的过程使所研究的液体流动或被“泵送”。
US-C-6 117 396描述了一个微流控技术装置，其用于从一个并且是同一个进口导管分配预定体积的所研究的液体，其作法是把外部气体源的气体注入所述装置来移动所述预定的体积。
发明内容
在这样定义或如上所述的这种型式的微流控技术装置中，本发明尤其是涉及下述功能，就是：充满一个工作腔里的液体体积在这个工作腔里的隔离，以及任选地进行这个工作腔里的所述液体体积的搅动。
本发明的目的是用特别简单的流控技术装置实现上述功能。
为此目的，本发明的一种用一个和几个元件例如用一个载体(support)构成的流控技术装置包括：
——一个工作腔；
——至少两个导管，例如用于所研究的液体的一个进口导管和一个出口导管，它们分别通过一个没有运动件的闸门型式的阀体连通于该工作腔，使可以控制该工作腔；
——两个用于截留住例如空气的气体的留气室(trapping chamber)，它们分别以一条独特的通道与两个导管之一连通，以分别连接于所述两个导管之一。
——用于与一个和/或另一个留气室进行热交换的装置，用以控制一个和/或另一个所述留气室里的气体压力。
因此，按照本发明，在工作腔的两侧分别有一个进口或一个出口和一个连接于留气室的通道，它们直接或间接地连通于放在工作腔上的、没有任何运动件的闸门型式的所述阀体。换言之，所述连接通道是通过例如一个膨胀室连接于一个进口或出口导管，这将在下文说明或定义。
举例来说，本发明中所说的导管是毛细管，对于一种预定的液体来说，毛细管能够克服液体重力保持住一定高度的所述液体。举例来说，这类导管的横截面尺度(或称直径)不超过1.5mm，例如是500μm左右。
按照本发明，“腔”或“室”的形状和/或尺度，就例如液体流动方向的一维尺寸的意义上来说，它们不同于导管。腔或室的其它尺寸也比例如导管的横向尺寸大。
本发明的一种装置，通过用几个留气室，在热驱动使得能够控制留气室里的气体的压力和/或体积的意义上，构成一个热气动力学系统。
较佳的是，该装置包括在其工作腔的两侧的两个隔离装置，这两个隔离装置分别连接于一个导管，例如一个连接于进口导管，另一个连接于出口导管，每一个都被构造成有两个状态，就是，一个可使所述两个导管之一与外部连通的状态，一个可将所述导管与外部隔开的位置。通过把该装置隔离于外部，再通过使这两个隔离装置处于关闭状态，就可把所述装置变成一个封闭的热动力学系统，尤其是相对于其容纳的、被截留在留气室里的气体而言。
较佳的是，本发明的一装置包括两个膨胀室，每一膨胀室位于所述工作腔和一个所述导管之间，每个膨胀室的一侧通过没有运动件的第一毛细管阀连通于一个所述导管，这个第一毛细管阀可遏制任何毛细管通路，可遏止液体向所述膨胀室的任何流动，每个膨胀室的另一侧通过第二毛细管阀与所述工作腔连通，这个第二毛细管阀可遏止液体向所述膨胀室的任何流动。
举例来说，两个连接通道每个都把一个留气室连接于一个膨胀室。此外，在工作腔的每一侧，每个膨胀室构成进口导管或出口导管与一个用于连接于一个留气室的通道之间的连接部(junction)。
用于控制一个和/或另一个留气室里的气体的压力和/或体积的装置是：
——两个热源，它们分别与两个留气室进行热交换；
——或一个热源，其可以与两个留气室进行热交换。
术语“热源”是指能够提供热量和/或吸收热量的任何源。
每一个热源都可以是集成在流控技术装置的阀门上的电阻，例如，在把阀门装配于载体的过程中，用光刻技术在用玻璃制造的阀门上对准地面对一个或另一个留气室制成一个铂电阻。这个电阻的阻值可以是25-50欧姆。
每一个这样的热源是一个热辐射器，例如红外线辐射器，其热辐射可被存在于留气室里的气体吸收。
按照另一个实施例，只用一个热源是有利的，或者先把它放置成面对一个留气室，而后再面对另一个。
附图说明
下面，参照附图说明本发明，各附图中：
——图1是本发明的一个流控技术装置的示意图；
——图2和3是图1的装置的两个应用阶段的示意图，其用于把所研究的液体的体积隔离或封闭在所述装置的工作腔里；
——图4-6分别是本发明的一个装置的任一毛细管阀的三个实施例的示意图，例如它们可以放在图1的器件的连接通道与膨胀室之间的连接部；
——图7和8分别是图1所示的装置的应用的两个阶段，用于搅动所述装置的工作腔里的内容物；
——图9-11是图1的一装置的膨胀室的另一个“阈值”实施例，这几个图示意地表示出这样的膨胀室的热控制的三个阶段；
——图12是本发明的一个流控技术装置的工作腔的一个实施例；
——图14表示出本发明的一个装置，其已修改成能实现图13中示意地表示的免疫测定程式(immunoassay format)。
具体实施方式
参见图1，本发明的一装置是用微技术(microtechnology)制造的，用这种微技术能够在任何一个扁平载体(flat support)上得到一个例如图1以放大的比例示意地表示的空心结构。在各种微技术中，可以列举硅或玻璃载体的化学或等离子蚀刻、平板载体的机械加工、热模压、注塑模制或激光束烧蚀，平板可以是诸如聚碳酸酯的塑料板。在实际应用中，起始点(starting point)是一扁平载体；图1中示意地表示的空心结构是用载体的表面之一得到的，并且把这一空心结构以不漏气的方式密封起来。这种密封可以这样来做，即，把至少一层密封板或薄膜放在已制成了空心结构的载体的表面上并密封于或结合于所述载体，如果必要，可以再用一个适当的罩盖住被密封了的整个部件。
一般地说，参照图1，在载体12上空心结构形成了一个流控技术装置1，它包括：
——一个工作腔或微反应器(microreactor)3；
——至少两个用于所研究的液体(该图中未示)的导管41和42，例如进口导管41和出口导管42，它们间接地连通于工作腔3；
——两个用于例如空气的气体的留气室81和82，它们分别通过连接通道91和92以及下面将说明的膨胀室61和62间接地连通于两个导管41和42，并且两个留气室81和82可分别与热源21和22进行热交换；
——两个膨胀室61和62，它们分别位于工作腔3和导管41或42之间，每一膨胀室的一侧分别通过第一毛细管阀71或72连通于导管41或42，毛细管阀是没有任何运动零件的毛细管限制型阀门，毛细管阀可遏止液体向所述膨胀室的任何流动，两个膨胀室的另一侧分别通过第二毛细管阀51或52连通于工作腔3，和上述一样，它们可遏止液体向膨胀室的任何流动；
——两个连接通道91和92，它们分别把留气室81或82连通于膨胀室61或62；
——两个像上述那样的毛细管阀101和102，它们分别把通道91或92连通于对应的膨胀室61或62，这两个毛细管阀分别可遏止液体向留气室81和82的任何流动；
——两个隔离装置201和202，它们分别位于工作腔3的一侧，分别连接于导管41和42的端部，两个隔离装置都被构造成可处于两个状态，即能使所述导管与外部连通的打开状态和把所述导管隔离于外部的关闭状态。
术语“毛细管阀”，例如图3中以标号71标示的放大了的毛细管阀，是指没有运动零件的、由毛细管形式的限制作用构成的阀门，它能遏止液体向给定方向的任何流动，例如在图3中，毛细管阀71可遏止向膨胀室61的流动。在实际应用中，每一毛细管阀被构造成能产生一个例如残留空气的气体与例如所研究的液体之类的液体之间的界面，这个界面在实际应用中被称为弯月面，弯月面产生一个超压，一般地说，这个超压能遏止任何流动通过这个阀门，当然要在一个给定的压力或称“阈值”压力之下。
在实际应用中，这样的弯月面的形成和重现性取决于许多因素，其中一些可列举如下：
——形成弯月面处的边缘或称管壁的几何形状；
——对构成所述边缘或称管壁的材料的液体润湿性和/或表面张力、管壁的处理情况，例如是疏水性的还是亲水性的，尤其是能否改变对液体的上述性质。
如图1中的例子所示，也如图3的放大图所示，为了形成具有上述功能的毛细管阀，边缘或称管壁的相对几何形状是可以选择的。
在实际应用中，用已有的微技术可将工作腔3构造成例如一个容积为0.1μl(微升)的微反应器，膨胀室61和62的容积可为0.03μl，留气室81和82的容积可为约0.03-0.15μl。
在实际应用中，如上所述的流控技术装置1适用于(但是其工作方式尚未描述，下文将描述之)在给它提供的下列技术环境中工作：
——首先，热和/或冷，以便通过与热和/或冷源21和22的热交换来加热和/或冷却整个器件1，或选择性地通过只与留气室81或82进行热交换而单独加热或冷却留气室81和82；
——一压力或负荷，器件1的出口例如出口导管42里的压力或负荷；
——一压力源或负荷，在器件1的进口例如进口导管41处建立压力源或负荷，一般地说，使其压力高于出口例如出口导管42里的压力，可以用任何适当的方法建立这种压力差，诸如，在依靠压力充注的情况下，可使进口导管处的液柱高度比出口导管处的高，或用安装在一个注射管泵上的注射管进行充注；
在本发明的装置的有源操作(active operating)阶段中，即充满所研究的液体的工作腔的隔离，可以伴有或不伴有搅动，可以通过使隔离装置201和202处于封闭状态而把所述装置隔离于外部，构成一个与源21和/或22进行热交换的封闭系统。
在制造中，熟悉本技术领域的人，根据载体12的情况，对流控技术装置1的几何形状和尺度可以采用和调整许多参数，以使所述装置的工作是稳定的并且重现性好。这些参数中的一些列举如下：
——所用的液体对装置的内表面的润湿性，尤其要考虑装置内表面的几何形状和表面特性；
——装置外部的上游压力和下游压力，即分别在进口导管41和出口导管42的液位处的压力；
——装置的各个部分的温度和它们之间的热交换，以及温度和热交换的控制。
可以根据所设想的应用来优化工作腔3的形状。用于某些化学反应，图12中所示的毛细管形状是有利的，这种形状似乎适用于所研究的液体的正确搅动，进而能达到更均匀的或更完全的反应。
按照下面规定的操作方法，上述的装置可用于隔离或封闭工作腔3的内容物。
开始时，器件1是空的，以及隔离装置201和202是处于打开状态，如图2所示。所以，它们自然地充满了大气压力下的环境空气，或者像上述那样，通过提高器件的进口和出口压力而使它们处于较高的压力下。
较佳的是，工作腔3和膨胀室61和62是通过用例如一个外部的泵使所研究的液体进行强制流动而被充满，就是使所研究的液体从进口导管41流到出口导管42，把残留气体亦即环境空气推到并留在两个留气室81和82内。所以环境空气是以一个“充入”温度被截留在留气室81和82内，这个温度可能相同或不同于环境温度，被截留在留气室81和82里的空气的压力大致等于出口压力，也就是导管42内的压力。
由于设置了上述的毛细管阀101和102，由于器件按照图1而构造，存在于膨胀室61和62里的液体被阻止进入分别通往留气室81和82的连接通道91和92。
图4-6给出了毛细管阀的各种可能的形状。
图4和5表示出可用在润湿性液体的情况下的截面缩小的毛细管，而图6表示出截面加大的毛细管，它形成一个堵在阀门处的弯月面(见图6)。
像上述那样在毛细管阀处得到的超压意味着不要求对残留气体施加与之一样大的压力。
可以分别按照图4和5示意地表示的实施例之一制造毛细管阀101或102。在图4中，挡板95被放置成对连接通道91和92的根部有一个角度并倾斜地指向留气室81或82。在图5中，在连接通道的根部设置了限制喉口(restriction)。
在使所研究的液体流动之后，该器件就达到图2所示的状态，其中导管41和42、膨胀室61和62、工作腔3中都充满了所研究的液体。
然后，通过使隔离装置201和202处于关闭状态，器件1就被隔离了，如图3所示。
接着，使留在两个留气室里的残留气体达到一个“隔离”温度，这个温度高于前面所说的”充入”温度，以使留气室81和82里的压力升高到一个足够高的压力，以便把两个膨胀室61和62里的所研究的液体分别通过导管41和42全部排出。其结果，膨胀室61和62里充满了残留气体的两个气泡，这样就把工作腔3隔离了，其中的所研究的液体不会有任何漏出，所研究的液体中含有的颗粒也不会向导管41和42扩散，或者说，也不会从导管41和42向工作腔漏泄和扩散。
在整篇说明中，术语“颗粒”是指任何离散的单体，例如载有生物信息的单体，诸如带有电荷的、磁性的或非磁性的载有生物分子的颗粒。
这样，器件1就达到了图3所示的状态，其中工作腔3以及导管41和42中都充满了液体。在这一状态，由于有上述那样的毛细管阀71和72，液体被阻止流出导管41和42，毛细管阀71和72可以是在该装置构造中一并制成的，或者是为此用途专门制造的。类似地，由于有毛细管阀51和52，工作腔3里的液体被阻止进入膨胀室61和62。
这一隔离步骤可以按照以下几种不同的方式进行：
——或者把整个装置加热到“隔离”温度，在这样的情况下在膨胀室61和62里同时地分别形成一个残留气体的气泡；
——或者分别用热源21或22先后给留气室81或82加热，那么在膨胀室61和62里先后分别形成一个气泡；
——或者给整个装置加热，尤其是对于在工作腔3里进行反应混合物的化学反应，这样做较好，此外，先后加热留气室81和82。
关于留气室81和82，它们的尺寸是这样的，即，它们初始包含一个残留气体体积，在被加热到“隔离”温度时残留气体完全或部分地分别占据了膨胀室61和62。而且，在器件1冷却到一个选择性地低于”充入”温度的温度时，液体自然地要向留气室81和82返回，这时这两个留气室81和82起到了补偿作用。当温度再升高时，液体又分别回到膨胀室61和62而不会留在留气室81和82里。
可以清楚地理解：不设置膨胀室61和62，流控技术装置1也可以用于隔离或封闭上述工作腔3。
所以，按照以上说明，以特别简单的方式，尤其是采用纯粹热气体力学的方式，特别是热动力学的方式来启动器件，就能隔离反应混合物，使其中包含的任何颗粒或物质不向外扩散。依靠这样的封闭反应混合物的浓度不会改变，这对于产品和对于进行的反应的完善性是非常重要的。
下面说明将同一个流控技术装置1用于搅动工作腔3里的内容物。对于这样的应用：
——两个膨胀室61和62基本上完全相同，特别是容积方面；
——两个留气室81和82基本上完全相同，特别是容积方面；以及
——对两个留气室分别用热源21和22以局部和单独的方式加热。
如前面参照图2已说明的那样，首先，通过使所研究的液体从进口导管41流动到出口导管42，使工作腔3和膨胀室61和62充满液体，把残留气体以一个预定的温度(前面说是充入温度)截留在两个留气室81、82里。这样，装置1就达到图2中示意表示的状态。
使隔离装置201和202处于关闭状态，就把装置1隔离了。
将留气室81和82里的残留气体的温度从充入温度升高到一个“参照”温度；留气室81和82里的温度的这一升高最好是同步的。但是，要使留气室82里的参照温度较高，而留气室81里的参照温度较低。由于有留气室81和82里的参照温度的这一差别，膨胀室62由残留气体的一个气泡完全充满，而膨胀室61由同样的残留气体部分地充满。因此，首先，所研究的液体的一个分开的部分20留在膨胀室61内，其次，膨胀室61和留气室81这一侧的残留气体被压缩。这样，装置1就达到图7所示的状态。
在分别如图2和图7所示的装置1的两个状态之间，被移位量的所研究的液体已经向进口导管41和/或出口导管42方向流动。如果必要，可以加热存在于留气室81里的残留气体并随后再加热存在于留气室82里的残留气体，以便把液体向出口导管42方向排出。
接着，使留气室81里的残留气体的温度从前面达到的参照温度升高一个增量Δt，而不改变留气室82里的参照温度。当然为了达到同样的结果，可以简单地保持热源21和22的热交换。因此，首先，所研究的液体的那一部分20从工作腔3移动到与留气室82相关的膨胀室62，并且这样被从膨胀室61排出，其次，在膨胀室62里的残留气体被压缩。
于是，器件1达到图8所示的状态。
由于本发明的流控技术装置的尺寸非常小，可以有利地依靠热对流和热消散自然地达到这一冷却。
然后使另一个留气室81里的残留气体的温度回到上述较低的“参照”温度，使同样的一部分液体20移动到与留气室81相关连的膨胀室61，以便重新达到图7所示的状态。
上述操作可以完成一整数次数，以使分开的那一部分液体20在工作腔3两侧之间振荡。可使这种振荡的频率为0.5到25Hz。这种振荡可以进行一小时以上，对应于在工作腔3里进行的化学(或其它)反应的持续时间。
因此，本发明的流控技术装置1可以用于振荡或封闭并搅动工作腔3里的全部或一些所研究的液体，可按照以下步骤进行：
a)首先，通过使所研究的液体从进口导管41流动到出口导管42而充满工作腔3和膨胀室61和62，把残留气体截留在留气室81、82内；
b)在所研究的液体流动之后，使两个留气室里的残留气体达到一个“隔离”温度，以使所述留气室内的压力达到一个“平衡压力”，这个平衡压力足以使两个膨胀室61、62里的全部或一部分所研究的液体通过至少两个导管41、42中之一排出，并使所述两个膨胀室的全部或部分分别充以残留气体气泡，而把工作腔隔离起来，使其中的所研究的液体不会有任何漏出和/或使该液体包含的颗粒不会向导管41、42扩散；
c)改变两个留气室81、82至少其中之一里的残留气体的温度，以改变其压力，并把所研究的液体推向两个膨胀室61、62中之一，而不破坏工作腔3的隔离；
d)再改变两个留气室81、82至少其中之一里的残留气体的温度，以改变其压力，并把所研究的液体推向两个膨胀室61、62中的另一个，而不破坏工作腔3的隔离。
在步骤d)中得到的压力是平衡压力。
最好是重复进行步骤c)和d)。
上述操作可以进行整数次数，以使分开的那一部分液体20在工作腔3的两侧振荡，由于振荡，残留气体在两个方向，或者说是在膨胀室62里被压缩，或在膨胀室61里被压缩，并且每一次都在相反的方向施加返回作用。
如以上参照图1-3所述，可以看到：不仅可以达到搅动作用，而且可产生振荡作用，由于存在于工作腔3里的容量的所研究的液体是被隔离的，同一液体的分开的那一部分20一般是工作腔3的容积的百分之几。特别是，毛细管阀71、72、51、52、101和102在搅动功能中所起的作用与在单纯隔离功能中的作用精确地相同。
用同样的各毛细管阀可以压缩残留气体，使其不能流向进口导管41或出口导管42。这样，在上述搅动功能中残留气体可以起到吸收冲击的作用。
通过膨胀室61和62的几何形状的组合以及上述“搅动”温度的选择，可以确定分开的那一部分20的所研究的液体。
如图9-11所示，膨胀室61或62可以有预定的几何参数，以便得到一个“阈值”结构。
按照这几个图，在与工作腔相邻的方向，每一膨胀室61或62包括两个连续的狭窄部分A和B，B的直径或截面面积比A的小。因此，从图9所示的膨胀室61的完全充满开始，为了完全排空，需要以非线性的方式以两步或两个阈值来升高温度，使所研究的液体和残留气体之间的界面或称弯月面处的毛细管力从一个狭窄部分向另一狭窄部分增大。这使得可产生容积的不连续变化或者说是分阶段的变化，所以，不管是在隔离方式还是在搅动方式，或者这两种方式下，都可以对本发明的流控技术装置进行更灵活的热控制。
当然，可以使上面参照图7和8所述的搅动以预先选定的幅度和频率进行。搅动可以在器件内局部地发生，不需要引入颗粒或其它东西，因为在充满所研究的液体的过程中被截留在被隔离的液体的周边或外面的残留气体是用于这一用途的唯一的东西。
总的来说，利用本发明的流控技术装置能够特别简单地只用热或其它控制来达到工作腔3的隔离，使其中的液体不会漏出以及液体包含的颗粒不会向外扩散，还能够达到带有搅动作用的同样的隔离。
以上说明或限定的流控技术装置特别适用于诸如ELISA方法或ELOSA方法，用于测定目标产物或被分析物，下面参照图13进行说明。
按照这一方法，它包含测定即定性或定量地检测包括两个配位场(site)C1、C2的目标产物(target species)或被分析物(analyte)C，两个配位场C1和C2分别结合有第一配位物(ligand)L1和第二配位物L2，并且配位物L2直接或间接地键合于一示踪物(label)E。
为此目的，该方法包括以下步骤：
a)提供载体M1，并将其机能化以带有第一配位物L1，将其放在例如一种液体介质里，放在一个培养室(未示)内；
b)仍然是在液体里，在培养室内，使被机能化了的载体M1、L1、目标产物或被分析物C以及有示踪物的第二配位物L2、E相继地或同时地接触，以获得由载体M1、第一配位物L1、目标产物C以及有示踪物的第二配位物L2、E组合成的络合物300；
c)提供另一个载体M2，并将其机能化以带有第三配位物L3(303)，其能够结合于目标产物C，例如将其放在液体介质里或与液体介质接触；
d)使络合物300以定向的方式离解，以便将由目标产物C和有示踪物的第二配位物L2、E组合成的轭合物301分离于包括M1、L1的机能化的载体302；
e)在液体介质里，使另一个包括M2、L3的载体303与轭合物301接触，以便得到另一个由载体M2、第三配位物L3、目标产物C和有示踪物的第二配位物L2、E组合成的络合物304；
f)定性地和/或定量地检测络合物304的示踪物E。
对这种一般称为免疫测定法类型的方法可以进行各种调整或添加，尤其是可以根据被分析物C或根据用于进行分析的器件来这样做。于是：
——第三配位物L3可以相同于或不同于第一配位物L1；
——步骤e)可以在一个与使能得到初始络合物300的培养室相同或不同的室内进行；
——载体M1和/或另一个载体M2可以是分散的形状的，例如颗粒形状的，如果适当其可以包括或含有磁性物质；
——步骤b)和e)的在液体介质里进行接触的作法可以在两个不同的培养室里进行；
——在离解步骤d)之前，将浓化在络合物300中的一个组分分离于进行接触作用之后得到的液体介质；
——在步骤b)过程中或之后，可以进行各种冲洗，这首先是为了除去过多的有示踪物的第二配位物L2、E，其次是为了除去被机能化了的载体M1、L1上的同样的未充分吸收的反应物；
——通过放在液体介质里，以及尤其是用磁性颗粒形式的载体M1和/或M2，能够从液体介质的漂浮层分离出轭合物301。
以熟悉免疫测定法领域的人所共知的方式，说明以下术语的含义：
——术语“目标产物”或“被分析物”，是指想要测定亦即定性和/或定量地检测的任何实体，尤其是生物实体，举例来说，其可以是一种抗体或一种抗原，或其它多核苷酸；
术语“配位物”，是指能够通过特别是例如氢类型的弱的化合键结合于属于目标产物的一个“结合”配位场的任何实体，例如其可以是一种抗体或一种抗原，或一种部分地互补于目标多核苷酸的其它多核苷酸；
术语“载体”，是指分散形状的或非分散形状的任何基体，其一般对于被分析物和/或配位物是惰性的，这使得可以通过机能化附着一个编辑的(editorial)实体，例如一个配位物；
——术语“机能化”，是指化学、物理化学或生物化学、或生物学类型的任何处理，其用于把上述编辑的实体附着于载体。
为了进行以上定义的测定方法，可以用下述办法修改并采用图1所示的装置，如图14所示：
——让它包括一个培养室305，使培养室的出口306连通于本发明的装置的进口导管41，并使工作腔3以填充色谱分离法标柱的形式包括如以上定义的颗粒303，即被机能化以带有第三配位物L3的载体M2；
——在培养室305的出口处设置一个与进口导管41接触的用于定向分离的装置例如加热装置307，以便能把上述的络合物300离解为载体M1和第一配位物L1与目标产物C和有示踪物的第二配位物，如果适当这一装置307可以组合于一个用于浓缩络合物300的装置。
——在离解装置307的下游设置一个用于截住颗粒例如磁性颗粒的装置308，也是使其与进口导管41相接触，这样能把从络合物300离解出来的被机能化的载体302的颗粒截留住。
用这种办法，轭合物301可以流动到工作腔3，并在其中，结合于机能化的载体M2、L3(303)。

Claims (23)

1.一种用一个或多个元件制造的流控技术装置(1)，它包括：
——一个工作腔(3)；
——至少两个用于所研究的液体的导管(41、42)，所述导管分别通过没有任何运动件的型式的阀体(51、52)连通于工作腔(3)，用于控制所述工作腔；
——两个用于留住气体的留气室(81、82)，它们分别通过通道(91，92)连通于导管(41，42)；
——用于与一个和/或另一个留气室(81、82)进行热交换的装置，用于控制一个和/或另一个留气室内的气体压力。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，没有任何运动件的每一阀体(51、52)是毛细管阀。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，每一毛细管阀被构造成能够在气体与所研究的液体之间的称为弯月面的界面处产生一个超压，这个超压能遏止液体克服这个超压流过所述阀。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，每个毛细管阀包括一个根部，在所研究的液体是润湿性液体时该根部的横截面是沿所述弯月面的凹面方向逐增的，而在所研究的液体是非润湿性液体时该根部的横截面是沿所述弯月面的凹面方向逐减的。
5.如前面任一权利要求所述的装置，其特征在于，它包括两个能起隔离作用的隔离装置(201、202)和两个所述导管(41、42)，所述隔离装置分别设置在两个导管(41、42)的外侧端部上，所述隔离装置被构造成可处于两个状态，即一个可使所述两个导管之一与外部连通的打开状态和一个可把所述导管与外部隔开的关闭状态。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它包括两个膨胀室(61、62)和两个所述导管，所述膨胀室分别位于所述工作腔(3)与两个导管(41、42)之一之间，两个膨胀室的一侧分别通过没有任何运动件的能遏制液体向所述膨胀室的任何流动的两个第一毛细管阀(71、72)之一与所述两个导管之一连通，两个膨胀室的另一侧分别通过没有任何运动件的能遏制液体向所述膨胀室的任何流动的两个第二毛细管阀(51、52)之一与所述工作腔(3)连通。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，有两个连接通道(91、92)分别把两个留气室(81、82)之一连接于两个膨胀室(61，62)之一。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，每一连接通道(91、92)分别通过没有任何运动件的能遏止液体向所述留气室(81或82)的任何流动的毛细管阀(101或102)连通于对应的膨胀室(61或62)。
9.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述两个膨胀室容积相同。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，两个所述留气室容积相同。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它包括一个培养室(305)，该培养室的出口(306)与所述导管(41、42)中的进口导管(41)连通，并且所述工作腔(3)包括颗粒形状的一个载体(M2)，该载体被机能化为带有配位物(L3)。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，设置有一个与所述导管(41、42)中的进口导管(41)接触的用于定向离解的装置(307)。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述与所述进口导管(41)接触的用于定向离解的装置(307)为一加热装置。
14.如权利要求12或13所述的装置，其特征在于，在用于定向离解的装置(307)的下游设置有一个接触所述进口导管(41)的、用于截住颗粒的装置(308)。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述颗粒为磁性颗粒。
16.如权利要求6到9中之任一权利要求所述的流控技术装置(1)的应用，所述流控技术装置用于隔离或称封闭所述工作腔(3)里的所研究的液体的全部或一部分，其特征在于：
a)首先通过使所研究的液体从所述导管(41、42)中的进口导管(41)流动到所述导管(41、42)中的出口导管(42)用所研究的液体充满所述工作腔(3)和两个膨胀室(61、62)，并将残留气体截留在两个留气室(81、82)里；
b)在使所研究的液体流动之后，使两个留气室(81、82)里的残留气体达到一个“隔离”温度，以使所述两个留气室里的压力达到一个“平衡压力”值，这个平衡压力足以把两个膨胀室(61、62)里的全部或一部分所研究的液体通过至少两个导管(41、42)之一排出，并使两个膨胀室(61、62)的全部或部分容积充以残留气体的气泡，从而隔离了所述工作腔(3)，使其中的所研究的液体不会有任何漏出，和/或使所研究的液体含有的颗粒不会向所述导管(41、42)扩散。
17.如权利要求6到9中之任一权利要求所述的流控技术装置(1)的应用，所述流控技术装置用于隔离或封闭并搅动所述工作腔(3)里的全部或一部分所研究的液体，其特征在于：
a)首先通过使所研究的液体从所述导管(41、42)中的进口导管(41)流动到所述导管(41、42)中的出口导管(42)用所研究的液体充满所述工作腔(3)和两个膨胀室(61、62)，并将残留气体截留在两个留气室(81、82)里；
b)在使所研究的液体流动之后，使两个留气室(81、82)里的残留气体达到一个“隔离”温度，以使所述两个留气室里的压力达到一个“平衡压力”值，这个平衡压力足以把两个膨胀室(61、62)里的全部或一部分所研究的液体通过至少两个导管(41、42)中之一排出，并使两个膨胀室(61、62)的全部或部分容积充以残留气体的气泡，从而隔离了所述工作腔(3)，使其中的所研究的液体不会有任何漏出，和/或使所研究的液体含有的颗粒不会向所述导管(41、42)扩散；
c)改变存在于两个留气室(81、82)中至少之一里的残留气体的温度以改变其压力，并把所研究的液体推向两个膨胀室(61、62)中之一，而又不破坏所述工作腔(3)的隔离；
d)再次改变存在于两个留气室(81、82)中至少一个里的残留气体的温度以改变其压力，并把所研究的液体推向两个膨胀室(61、62)中之另一个，而又不破坏所述工作腔(3)的隔离。
18.如权利要求17所述的应用，其特征在于，步骤d)中达到的压力是平衡压力。
19.如权利要求17所述的应用，其特征在于，重复进行步骤c)和d)。
20.如权利要求6到9中之任一权利要求所述的流控技术装置(1)的应用，所述流控制技术装置用于搅动所述工作腔(3)里的内容物，其特征在于：
a)首先通过使所研究的液体从所述导管(41、42)中的进口导管(41)流动到所述导管(41、42)中的出口导管(42)用所研究的液体充满所述工作腔(3)和两个膨胀室(61、62)，并将残留气体以一个预定的“充入”温度截留在两个留气室(81、82)里；
b)接着，加热两个留气室(81和82)里的残留气体，使其温度从充入温度升高到一个“参照”温度，而且使一个留气室(82)里的温度较高，而另一个留气室(81)里的温度较低，以使与所述另一个留气室(81)相关联的膨胀室(61)里形成所研究的液体的一个分离的部分(20)，从而压缩其内的残留气体，而在与所述一个留气室(82)相关联的膨胀室(62)里形成残留气体气泡；
c)再升高两个留气室中之所述另一个留气室(81)里的残留气体的温度，以将所研究的液体的同样的一部分(20)从工作腔(3)推向与所述一个留气室(82)相关联的膨胀室(62)，从而压缩其内的残留气体；
d)使两个留气室中的所述另一个留气室(81)里的残留气体的温度回到所述“参照”温度，以将所研究的液体的同样的一部分(20)推向与所述另一个留气室(81)相关联的膨胀室(61)。
21.如权利要求20所述的应用，其特征在于，在步骤b)中，对两个留气室(81和82)里的残留气体同时进行加热或相继进行加热。
22.如权利要求20所述的应用，其特征在于，将步骤c)和d)重复进行一个整数次数，以便产生所述分离的那一部分液体(20)穿过所述工作腔(3)的振荡。
23.如权利要求16所述的应用，其特征在于，所述应用用于进行一ELISA或ELOSA类型的方法，用于测定一个目标产物或被分析物(C)，其包括两个分别用于络合直接或间接结合有一个示踪物(E)的第一配位物(L1)和第二配位物(L2)的配位部位(C1、C2)，在流控技术装置中两个所述留气室容积相同，该方法包括下列步骤：
a)提供一个载体(M1)，将其机能化为带有所述第一配位物(L1)，并将被机能化的载体(M1、L1)放在一个培养室内；
b)在所述培养室内在液体介质里，使所述被机能化的载体(M1、L1)、目标产物或被分析物(C)以及加有示踪物的第二配位物(L2、E)同时或相继接触，以得到载体、第一配位物、目标产物、带有示踪物的第二配位物的络合物；
c)提供被机能化为带有第三配位物(L3)的另一个载体(M2)，使其能够结合于目标产物(C)；
d)以定向的方式离解络合物，以将由目标产物(C)和有示踪物(E)的第二配位物(L2、E)组成的轭合物分离于被机能化的载体(M1、L1)；
e)在所述液体介质里，使所述另一个被机能化的载体(M2、L3)与所述轭合物接触，以得到另一个载体、第三配位物、目标产物、带有示踪物的第二配位物的另一络合物；
f)定性地和/或定量地检测所述另一络合物的示踪物(E)。
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