CN101126765A - 微流体样品舟 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于化学和生物样品检测的微流体生物芯片，特别是在微流体通道内装载微小生物芯片，实现生物样品、化学样品的进样、反应、分离和检测的微流体样品舟。本发明所提供的装载微型生物芯片的微流体样品舟，其生物芯片为样品反应、分离和检测区。该微流体样品舟内含有一部分柔性材料层，该微流体样品舟内设计有循环驱动系统，能够使反应更加充分，提高反应的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及用于化学和生物样品检测的微流体生物芯片，特别是在微流体通道内装载微小生物芯片，实现生物样品、化学样品的进样、反应、分离和检测的微流体样品舟。
背景技术
由于使用微量溶液的微流体技术的发展，使得实验室芯片(LOC)的用途得以脱离传统研究实验的束缚，更进一步迈向较具实用性价值的商业应用上。在化学、生物等领域，微流体系统得到越来越多的应用，如微量流体的传输、微量化合物合成、样品分离、成分分析及化学反应。
在实际应用中，常常需要快速有效地混合两种以上微量流体。众所周知，微通道中，由于流体流动的雷诺数很低(＜2000)，属于层流状态，流体的混合过程是通过分子的自由扩散进行的。根据Fick定律，基于自由扩散的混合过程很缓慢，流体达到充分混合需要较长的混合时间和较长的混合通道，因此不能满足快速反应、高效分析的需求。
针对上述问题，近年来，很多学者进行了广泛的研究，并提出了许多种不同形式，基于不同原理的微流体混合器，这些混合器大致可分为被动式和主动式两种类型。通常被动式混合器结构简单，但需要较长的混合通道，且混合过程不可控。主动式混合器的结构较复杂，但混合效率高，而且过程可控。被动式混合器是利用微通道中的特殊结构和形状，产生横向的质量输运或者使流体产生湍流以增强混合。主动式混合器是利用外加的周期性的激励对流场进行干扰，以增强分子的扩散作用和质量传输。例如超声、光驱动、热驱动、磁搅拌等。
发明内容
本发明的目的是为了能够降低微流体芯片的生产成本，减小微流体芯片体积，结合结构简单的特殊微结构和外在压力驱动的方式促进微通道内微流体的充分混合反应，提高混合效率，从而提供装载微小生物芯片的微流体样品舟。该微流体样品舟具有实用性强、结构简单、成本低等特点。
本发明的微流体样品舟包括：衬底(底板)，柔性材料层，反应室，样品储室，废液室，样品储室塞子；
在衬底上封装有至少一柔性材料层，在柔性材料上形成反应室、样品储室和带有废液出口的废液室，以及微通道；在柔性材料层或衬底上开有可密封的溶液注入口；该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室通过微通道与柔性材料层上开有的可密封的溶液注入口连接，如图10A、图10B所示；或废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与溶液注入口连通，溶液注入口的另一端口通过微通道与样品储室连通；或者，
在衬底中建立起反应室、样品储室和带有废液出口的废液室，以及微通道，然后覆盖至少一柔性材料层；在柔性材料层或衬底上开有可密封的溶液注入口；该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室通过微通道与柔性材料层上开有的可密封的溶液注入口连接；或废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与溶液注入口连通，溶液注入口的另一端口通过微通道与样品储室连通；
在衬底上可开有与样品储室开有的可密封的开口相通的开口，在该开口处有样品储室塞子，实现密封；
所述的反应室中有表面被生物功能化的生物芯片，该生物芯片通过导线与微流体样品舟外的测试仪连接，如图13A、图13B所示。
所述的在柔性材料上形成反应室、样品储室和带有废液出口的废液室，以及微通道时，还同时形成试剂储室和/或泵室，该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通；试剂储室通过微通道与柔性材料层上开有的溶液注入口连接；或该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与溶液注入口连通，溶液注入口的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通；
或者，
该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通，试剂储室的另一端口通过微通道与泵室连通；泵室通过微通道与柔性材料层上开有的溶液注入口连接；或该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与溶液注入口连通，溶液注入口的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通，试剂储室的另一端口通过微通道与泵室连通；
或者，
该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与泵室连通；泵室通过微通道与柔性材料层上开有的溶液注入口连接；或该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与溶液注入口连通，溶液注入口的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与泵室连通。
所述的在衬底中建立起反应室、样品储室、带有废液出口的废液室，以及微通道时，还同时建立起试剂储室和/或泵室，该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通；试剂储室的另一端口通过微通道与柔性材料层上开有的溶液注入口连接；或该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与溶液注入口连通，溶液注入口的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通；
或者，
该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通，试剂储室的另一端口通过微通道与泵室连通；泵室通过微通道与柔性材料层上开有的溶液注入口连接；或该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与溶液注入口连通，溶液注入口的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通，试剂储室的另一端口通过微通道与泵室连通；
或者，
该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与泵室连通；泵室通过微通道与柔性材料层上开有的溶液注入口连接；或该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与溶液注入口连通，溶液注入口的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与泵室连通。
所述的废液室由多条圆环或方环微通道组成，且在圆环或方环通道壁上至少开有一个开口，以增加圆环或方环微通道的长度，减小微流体芯片的尺寸；并且当有少量试剂在微通道内往复运动时，该试剂不会直接进入废液室中心与原有废液混合，减少试剂污染的可能性。
所述的废液室顶部有一液压或气压室。
所述的样品储室可并联多个；所述的泵室和/或试剂储室可串联或并联多个。
所述的泵室顶部的柔性材料层上有一液压或气压室。
一种微流体样品舟，包括：衬底，柔性材料层，反应室，样品储室，废液室，样品储室塞子；在衬底中建立起反应室、样品储室、带有废液出口的废液室、试剂储室和/或泵室，以及微通道；然后在衬底上覆盖一具有一定硬度的封盖层，且将泵室上面的封盖层材料除去，并只在除去封盖层材料的泵室上覆盖至少一柔性材料层；
该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通；试剂储室的另一端口通过微通道与封盖层上开有的溶液注入口连接；或者，
该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通，试剂储室的另一端口通过微通道与泵室连通；泵室通过微通道与封盖层上开有的溶液注入口连接；或者，
该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与泵室连通；泵室通过微通道与封盖层上开有的溶液注入口连接；
在衬底上可开有与样品储室开有的可密封的开口相通的开口，在该开口处有样品储室塞子，实现密封；
所述的反应室中有表面被生物功能化的生物芯片，该生物芯片通过导线与微流体样品舟外的测试仪连接，如图13A、图13B所示。
所述的废液室由多条圆环或方环微通道组成，且在圆环或方环通道壁上至少开有一个开口，以增加圆环或方环微通道的长度，减小微流体芯片的尺寸；并且当有少量试剂在微通道内往复运动时，该试剂不会直接进入废液室中心与原有废液混合，减少试剂污染的可能性。
所述的废液室顶部有一液压或气压室。
所述的样品储室可并联多个；所述的泵室和/或试剂储室可串联或并联多个。
所述的泵室顶部的柔性材料层上有一液压或气压室。
一种微流体样品舟，包括：衬底，柔性材料层，反应室，样品储室，废液室，样品储室塞子；
在衬底上封装有至少一柔性材料层，在柔性材料上形成反应室、样品储室、带有废液出口的废液室和泵室，以及微通道；该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与泵室连通，如图5A、图5B所示；或者，
在衬底中建立起反应室、样品储室、带有废液出口的废液室和泵室，以及微通道，然后覆盖至少一柔性材料层；该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与泵室连通；
在衬底上可开有与样品储室开有的可密封的开口相通的开口，在该开口处有样品储室塞子，实现密封；
所述的反应室中有表面被生物功能化的生物芯片，该生物芯片通过导线与微流体样品舟外的测试仪连接，如图13A、图13B所示。
所述的在柔性材料上形成反应室、样品储室、带有废液出口的废液室、泵室，以及微通道时，还同时在泵室与样品储室之间形成试剂储室，该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通；试剂储室通过微通道与泵室连通；或者，
所述的在衬底中建立起反应室、样品储室、带有废液出口的废液室、泵室，以及微通道时，还同时在泵室与样品储室之间形成试剂储室，该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通；试剂储室通过微通道与泵室连通。
所述的废液室由多条圆环或方环微通道组成，且在圆环或方环通道壁上至少开有一个开口，以增加圆环或方环微通道的长度，减小微流体芯片的尺寸；并且当有少量试剂在微通道内往复运动时，该试剂不会直接进入废液室中心与原有废液混合，减少试剂污染的可能性。
所述的废液室顶部有一液压或气压室。
所述的样品储室可并联多个；所述的泵室和/或试剂储室可串联或并联多个。
所述的泵室顶部的柔性材料层上有一液压或气压室。
一种微流体样品舟，包括：衬底，柔性材料层，反应室，样品储室，废液室，样品储室塞子；
在衬底上复合一具有一定硬度的腔室通道层材料，然后在腔室通道层材料里建立起反应室、样品储室，带有废液出口的废液室和泵室，以及微通道；且将泵室上面的腔室通道层材料除去，并只在除去腔室通道层材料的泵室上覆盖至少一柔性材料层；该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与泵室连通，如图9A、图9B所示；
在衬底上可开有与样品储室开有的可密封的开口相通的开口，在该开口处有样品储室塞子，实现密封；
所述的反应室中有表面被生物功能化的生物芯片，该生物芯片通过导线与微流体样品舟外的测试仪连接，如图13A、图13B所示。
所述的在腔室通道层材料里建立起反应室、样品储室，带有废液出口的废液室，泵室，以及微通道时，还同时在泵室与样品储室之间建立起试剂储室，该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通；试剂储室通过微通道与泵室连通。
所述的腔室通道层开有溶液注入口，泵室通过微通道与溶液注入口连接。
所述的废液室由多条圆环或方环微通道组成，且在圆环或方环通道壁上至少开有一个开口，以增加圆环或方环微通道的长度，减小微流体芯片的尺寸；并且当有少量试剂在微通道内往复运动时，该试剂不会直接进入废液室中心与原有废液混合，减少试剂污染的可能性。
所述的样品储室可并联多个；所述的样品储室和/或泵室可串联或并联多个。
所述的泵室顶部柔性材料层上有一液压或气压室。
本发明中所述生物芯片和连接仪器的导线可以位于衬底的靠近微流通道的一面，也可以在衬底的另一面。所述生物芯片可以焊接到易于布线的衬底上，在导线和芯片上覆盖一层和生化溶液相兼容的中间层。中间层和柔性层用于优化微流体腔室通道结构，简化其制造过程。
本发明中所述的泵室与试剂储室同时为多个时，泵室与样品储室间隔串联，如图7A、图7B所示。
本发明所述的泵室顶部柔性材料层上有一液压或气压室，使用时和气体或者液体增压或减压设备密封连接，通过柔性材料层等上的入口使液体或气体进入反应室，泵室体积的变化由液压或气压室内压力变化来达到。
本发明所述的溶液入口为1个或1个以上。
本发明所述的样品储室可以是圆形或方型，直径或最大边长在10um～5000um，样品储室与泵室连通的微通道为1条或1条以上。
本发明所述的废液室可以是圆形或方型，直径或最大边长在100um～30000um；废液室由多条微通道组成，这些微通道通过微通道壁上的开口而相互联通；在废液室顶部的柔性材料层、腔室通道层或封盖层开有废液出口。
本发明所述的微通道的宽度在10um～5000um，高度在10um～200um，
本发明所述的泵室可以是圆形或方型，直径或最大边长在100um～10000um。
本发明所述的衬底为有一定硬度的材料，可以是单晶硅、玻璃、陶瓷或高聚物，如有机玻璃(PMMA)，聚碳酸酯(PC)，聚丙烯(PP)，尼龙，聚四氟乙烯，聚醚醚酮(PEEK)或硅橡胶等。
本发明所述的柔性材料层(弹性材料层)，可以使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)或弹性橡胶等材料。
本发明所述的在衬底(底板)上复合一具有一定硬度的腔室通道层材料是单晶硅、玻璃、陶瓷或高聚物，所述的高聚物如PMMA、PC、PP、尼龙、聚四氟乙烯、聚醚醚酮(PEEK)或硅橡胶等。
本发明所述的封盖层材料是单晶硅、玻璃、陶瓷或高聚物，所述的高聚物如PMMA、PC、PP、尼龙、聚四氟乙烯、聚醚醚酮(PEEK)或硅橡胶等。
本发明所述生物芯片可以是主动芯片如电化学芯片，磁敏芯片如霍耳(Hall effect)效应传感芯片、巨磁阻(Giant Magnetoresistance)效应传感芯片、磁性隧道结(magnetic Tunnel Junction，MTJ)传感芯片。也可以是被动生物芯片包括点阵生物芯片。
本发明所述的生物芯片材料可以是半导体材料、单晶硅、玻璃、陶瓷、金刚石或类金刚石。该类材料表面可以进一步镀上一层薄膜，如氮化硅、二氧化硅、碳化硅或金属膜如金膜或钛膜等。
本发明所述的生物芯片材料可以是免疫吸附固相载体材料如纤维素、交联右旋糖酐、葡萄球菌聚苯乙烯或聚丙烯酰胺材料等。
本发明所述的生物芯片表面经过活化处理如氨基、醛基、羧基、羟基、硫醇、生物素或链亲和素等，或被生物功能化，其生物功能化的是蛋白、核酸、DNA或化学小分子。
由上述泵室的收缩和扩张推动样品储室中的液体流经反应室。1个或1个以上的溶液入口，供溶液经上述一条或多条微通道流入反应室。所述的微流体样品舟中，至少泵室顶部是由柔性材料构成。通过向泵室顶部施加正压或负压实现泵室的收缩或扩张。所述的微流体样品舟中，生化反应和分子识别均在位于反应室中的生物芯片上进行，因为生物芯片上修饰有捕捉靶标分子的官能团。所述的微流体样品舟中，样品储室有一开口，样品经此口进入样品储室；该开口要求密封封装。所述的微流体样品舟中，所述溶液入口在与含溶液的装置连接前处于密封状态。所述的流体样品舟中，溶液入口可与含溶液的装置密封连接。
本发明所提供的装载微型生物芯片的微流体样品舟，其生物芯片为样品反应、分离和检测区。该微流体样品舟内含有一部分柔性材料层，该微流体样品舟内设计有循环驱动系统，能够使反应更加充分，提高反应的灵敏度。
附图说明
图1A.本发明实施例1的微流体样品舟结构侧视示意图。
图1B.本发明实施例1的微流体样品舟结构正视示意图。
图2A.本发明实施例1的微流体样品舟结构侧视示意图。
图2B.本发明实施例1的微流体样品舟结构正视示意图。
图3A.本发明实施例2的微流体样品舟结构侧视示意图。
图3B.本发明实施例2的微流体样品舟结构正视示意图。
图4A.本发明实施例3的微流体样品舟结构侧视示意图。
图4B.本发明实施例3的微流体样品舟结构正视示意图。
图5A.本发明实施例4的微流体样品舟结构侧视示意图。
图5B.本发明实施例4的微流体样品舟结构正视示意图。
图6A.本发明实施例4的微流体样品舟结构侧视示意图。
图6B.本发明实施例4的微流体样品舟结构正视示意图。
图7A.本发明实施例4的微流体样品舟结构侧视示意图。
图7B.本发明实施例4的微流体样品舟结构正视示意图。
图8A.本发明实施例4的微流体样品舟结构侧视示意图。
图8B.本发明实施例4的微流体样品舟结构正视示意图。
图9A.本发明实施例4的微流体样品舟结构侧视示意图。
图9B.本发明实施例4的微流体样品舟结构正视示意图。
图10A.本发明实施例5的微流体样品舟结构侧视示意图。
图10B.本发明实施例5的微流体样品舟结构正视示意图。
图11A.本发明实施例6的微流体样品舟结构侧视示意图。
图11B.本发明实施例6的微流体样品舟结构正视示意图。
图11C.本发明实施例6的微流体样品舟泵室结构侧视示意图。
图12A.本发明实施例7的微流体样品舟结构侧视示意图。
图12B.本发明实施例7的微流体样品舟结构正视示意图。
图13A.本发明实施例8的微流体样品舟结构侧视示意图。
图13B.本发明实施例8的微流体样品舟结构正视示意图。
图14A.本发明实施例9的微流体样品舟结构侧视示意图。
图14B.本发明实施例9的微流体样品舟结构正视示意图。
图15A.本发明实施例9的微流体样品舟结构侧视示意图。
图15B.本发明实施例9的微流体样品舟结构正视示意图。
附图标记
101、201、301、401、501、601、701、801、901、1001、1101、1201、1301、1401、1501.衬底
102、202、302、402、502、602、702、802、908、1002、1102、1202、1302、1402、1502.柔性材料层
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.反应室
104、204、304、404、504、604、704、804、904、1004、1104、1204、1304、1404、1504.样品储室
704′、804′.试剂储室
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.废液室
107.废液室出口
108、207、307、407、507、607、707、807、907、1007、1107、1207、1307、1407、1507.可密封样品储室开口
108’.样品储室塞子
109、208、408、1008、1108、1208、1308、1408、1508.溶液注入口
309、902.腔室通道层
409.封盖层
1109.压力室
1110.入口
1206.废液室的废液出口
1309、1409、1509.多条电导体连接线
1510.和生化溶液相兼容的中间层材料
1511.和生化溶液相兼容绝缘密封材料
具体实施方式
实施例1.
请参见图1A、图1B、图2A和图2B。
微流体样品舟基本结构如图1所示，101衬底；102柔性材料层；103反应室；104样品储室；105泵室；106废液室；107废液室出口；108可密封样品储室开口；108’样品储室塞子；109溶液注入口。衬底101为有一定硬度的材料，如有机玻璃，聚碳酸酯，聚丙烯，尼龙，聚四氟乙烯，聚醚醚酮或硅橡胶等。在衬底之上封装有一柔性材料层(弹性材料层)，以在柔性材料层上形成一个泵室、一个反应室、一个样品储室和一个废液室，以及微通道102′，该柔性材料层可以使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)或弹性橡胶等材料。在柔性材料层上开有溶液注入口，废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与泵室连通，泵室通过2个微通道与2个溶液注入口连接(图中同时显示有2个溶液注入口塞子)。
微通道中的废液室106内设计有1个以上一处开口的空心圆，当溶液进入废液室时由废液室中最外缘的空心圆逐次向内最终充满废液室，多余的废液可以从柔性材料上开的废液出口排除。当适量的样品从衬底上开的与样品储室开的可密封样品储室开口108相通的开口加入后，用样品储室塞子108’塞上，能够形成密闭系统。当从溶液注入口109加入液体时，可密封样品储室开口108需要使用塞子108’密封上。当适量的液体被导入微通道中后，通过在泵室105外面施加压力，推动液体在微通道内移动，停止施加压力液体能够返回原来状态，通过这样的反复运动使微通道内的液体能够充分混合。其中废液室中数个开口空心圆起到加长微通道的作用，并且当有少量试剂在微通道内往复运动时，该试剂不会直接进入废液室中心与原有废液混合，减少试剂污染的可能性。表面被生物功能化的生物芯片被放置在反应室103中，该生物芯片材料可以是单晶硅、玻璃、陶瓷、金刚石膜或类金刚石膜，或免疫吸附固相载体如纤维素、交联右旋糖酐、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或化学小分子等。溶液注入口109可以导入除样品以外的任何试剂溶液，也可以密封可密封样品储室开口108，使样品也从溶液注入口109导入。微流体通道和各种储室可以建立在衬底101衬底材料上，如图1所示。
如图2所示，微流体通道202′和反应室203，样品储室204，泵室205，废液室206也可以制作在衬底201中，然后在上面覆盖至少一层柔性材料层202。当适量的样品从衬底上开的与样品储室开的可密封样品储室开口207相通的开口加入后，用样品储室塞塞上，能够形成密闭系统。溶液从溶液注入口208加入(图中同时显示有2个溶液注入口塞子)。
实施例2.
请参见图3A、图3B。
图3A、图3B显示，只有泵室上面覆盖一层柔性材料302。在衬底(底板)301上复合一具有一定硬度的腔室通道层材料309，在该材料里建立起泵室305、反应室303、样品储室304和废液室306，以及微通道302′，将泵室上面的腔室通道层材料除去，在泵室上面覆盖一层柔性材料302，如PDMS。
可密封样品储室开口307由样品储室塞子实现密封，溶液从溶液注入口加入(图中同时显示有2个溶液注入口塞子)。
实施例3.
请参见图4A、图4B。
图4A、图4B显示，只有泵室上面覆盖一层柔性材料402。在衬底(底板)401中建立起泵室405、反应室403、样品储室404和废液室406，以及微通道402′，在微通道等上面盖一层有一定硬度的封盖层材料409，将泵室上面的封盖层材料除去，在泵室上覆盖一层柔性材料如PDMS.
可密封样品储室开口407由样品储室塞子实现密封，溶液从溶液注入口加入(图中同时显示有2个溶液注入口塞子)。
实施例4.
请参见图5A、图5B、图6A、图6B、图7A、图7B、图8A、图8B、图9A、图9B。本实施例是将反应试剂事先封装在泵室或反应试剂储室中，所以无需在柔性材料层上开溶液注入口。
图5A、图5B显示的是在衬底501上封装有至少一层柔性材料层502，以在柔性材料层上形成一个泵室505、一个样品储室504，一个反应室503和一个废液室506，以及微通道502′。废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与泵室连通，泵室里事先封存反应试剂。
图6A、图6B显示的是在衬底601上封装有至少一层柔性材料层602，以在柔性材料层上形成两个并联的泵室605、两个并联的样品储室604、一个反应室603和一个废液室606，以及微通道602′。废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与联通两个并联的样品储室的微通道相连通，每个样品储室的另一端口通过微通道与各自的泵室连通。
图7A、图7B显示的是在衬底701上封装有至少一层柔性材料层702，以在柔性材料上形成两个串联的泵室705、一个样品储室704和在两个泵室之间的试剂储室704′，及一个反应室703和一个废液室706，以及微通道702′。废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与一样品储室相连通，该样品储室的另一端口通过微通道与一个泵室相连通，该泵室的另一端口通过微通道与试剂储室相连通，该试剂储室的另一端口通过微通道与另一泵室相连通。
图8A、图8B显示的是在衬底801上封装有至少一层柔性材料层802，以在柔性材料层上形成一串联的泵室805、试剂储室804′、样品储室804，和一个反应室803及一个废液室806，以及微通道802′。废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与一样品储室相连通，该样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室相连通，该试剂储室的另一端口通过微通道与泵室相连通。
图9A、图9B显示的是在衬底901上复合一具有一定硬度的腔室通道层材料902，在该材料里建立起一个泵室905、一个反应室903、一个样品储室904和一个废液室906，以及微通道902′，将泵室上面的腔室通道层材料除去，在泵室上面覆盖一层柔性材料908，如PDMS。废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室相连通，该样品储室的另一端口通过微通道与泵室相连通。
由上述封装泵室的收缩和扩张推动储室中的液体流经反应室。样品和反应液都可以从样品储室入口导入。另外构成微通道层材料与衬底层材料可以相同，使用如硅橡胶或PDMS等，也可以不同，如衬底使用前所述的单晶硅、玻璃、陶瓷或高聚物，高聚物如PMMA、PC、PP、尼龙、聚四氟乙烯、PEEK或硅橡胶等，构成微通道层材料使用柔性材料，如硅橡胶，PDMS等。图9A、图9B显示至少泵室顶部是由柔性材料构成。通过向泵室顶部施加正压或负压实现泵室的收缩或扩张。可密封样品储室开口507，607，707，807，907由样品储室塞子实现密封。
实施例5.
请参见图10A、图10B。
图10A、图10B显示的是在衬底1001上封装有至少一层柔性材料层1002，以在衬底与柔性材料层之间形成一个反应室1003，一个样品储室1004和一个废液室1006，以及微通道1002′。在柔性材料层上开有2个溶液注入口1008(图中同时显示有2个溶液注入口塞子)，供溶液经上述多条通道流入反应室。废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室相连通，该样品储室的另一端口通过微通道与2个溶液注入口连接。通过向样品储室顶部施加正压或负压来推动样品流经反应室。
当构成反应室，样品储室和废液室，以及微通道的材料为具有一定硬度的材料时，至少样品储室顶部是由柔性材料构成。通过向样品储室顶部施加正压或负压来推动样品流经反应室。
可密封样品储室开口1007由样品储室塞子实现密封。
实施例6.
请参见图11A、图11B、图11C。
图11A、图11B、图11C显示的是在衬底1101上封装有至少一层柔性材料层1102，以在柔性材料层上形成一个泵室1105，一个反应室1103，一个样品储室1104和一个废液室1106，以及微通道1102′。废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室相连通，该样品储室的另一端口通过微通道与泵室相连通，泵室通过微通道与溶液注入口连接。在柔性材料层上开有2个溶液注入口1108(图中同时显示有2个溶液注入口塞子)，泵室1105顶部柔性材料层上有一液压或气压室1109，使用时，液压或气压室1109的入口1110和气体或者液体增压或减压设备密封连接，通过液压或气压室的体积收缩和扩张，推动泵室顶部柔性材料层的变化，使泵室体积的变化由液压或气压室内压力变化来达到。
可密封样品储室开口1107由样品储室塞子实现密封。
实施例7.
请参见图12A、图12B。本实施例是通过废液室中的压力变化来推动溶液和样品流过反应室，所以无需泵室。
图12A、图12B显示的是在衬底1201上封装有至少一层柔性材料层1202，以在柔性材料层上形成一个反应室1203，一个样品储室1204和一个废液室1206，以及微通道。废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室相连通，该样品储室的另一端口通过微通道与2个溶液注入口1208连接(图中同时显示有2个溶液注入口塞子)，在使用前此注入口不密封，只有在需要注入溶液时此口和溶液注入设备密封连接。
使用时，废液室1206通过废液室的废液出口1205，与微流体样品舟外的一液体或者气体增压或减压设备密封连接。通过液体或者气体压力设备的压力变化，增加或减少废液室内的压力来推动溶液和样品流过反应室。
可密封样品储室开口1207由样品储室塞子实现密封。
实施例8.
请参见图13A、图13B。本实施例描述的是微流体样品舟上有一条或多条导线。
图13A、图13B显示的是在衬底1301上封装有至少一层柔性材料层1302，以在柔性材料层上形成一个泵室1305、一个样品储室1304，一个反应室1303和一个废液室1306，以及微通道1302′。废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与泵室连通，泵室通过微通道与2个溶液注入口1308连接(图中同时显示有2个溶液注入口塞子)。
所述的反应室中有表面被生物功能化的生物芯片，该生物芯片通过一条或多条电导体连接线1309与微流体样外的测试仪连接。
可密封样品储室开口1307由样品储室塞子实现密封。
实施例9
请参见图14A、图14B。本实施例的基本结构与实施例8相同，衬底1401，柔性材料层1402，反应室1403，样品储室1404，泵室1405，废液室1406，可密封样品储室开口1407，溶液注入口1408。与实施例8的图13A、图13B对比，在本实施例中芯片和连接测试仪的导线位于衬底的不同面。布有导线1409的一面的材料可以是易于布线的材料，如FR-4(一种由玻璃纤维和环氧树脂构成的材料)。另一面，也就是和溶液接触的一面，可以涂上和生化溶液相兼容的材料。
请参见图15A、图15B。衬底1501，柔性材料层1502，反应室1503，样品储室1504，泵室1505，废液室1506，可密封样品储室开口1507，溶液注入口1508。与实施例8的图13A、图13B对比，本实施例增加了1510和生化溶液相兼容的中间层材料。衬底1501是由易于布线的材料(如FR-4)构成，芯片和导线布置在该层上。和生化溶液相兼容的中间层材料1510覆盖住导线1509，和柔性材料层1502一起优化微流体腔室通道结构，简化其制造过程。和生化溶液相兼容绝缘密封材料1511起到保护焊接线的作用。
Claims (32)
1.一种微流体样品舟，包括：衬底，柔性材料层，反应室，样品储室，废液室，样品储室塞子；其特征是：
在衬底上封装有至少一柔性材料层，在柔性材料上形成反应室、样品储室和带有废液出口的废液室，以及微通道；在柔性材料层或衬底上开有可密封的溶液注入口；该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室通过微通道与柔性材料层上开有的可密封的溶液注入口连接；或废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与溶液注入口连通，溶液注入口的另一端口通过微通道与样品储室连通；或者，
在衬底中建立起反应室、样品储室和带有废液出口的废液室，以及微通道，然后覆盖至少一柔性材料层；在柔性材料层或衬底上开有可密封的溶液注入口；该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室通过微通道与柔性材料层上开有的可密封的溶液注入口连接；或废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与溶液注入口连通，溶液注入口的另一端口通过微通道与样品储室连通；
样品储室开有可密封的开口，在该开口处有样品储室塞子，实现密封；
所述的反应室中有表面被生物功能化的生物芯片，该生物芯片通过导线与微流体样品舟外的测试仪连接。
2.根据权利要求1所述的微流体样品舟，其特征是：所述的在柔性材料上形成反应室、样品储室和带有废液出口的废液室，以及微通道时，还同时形成试剂储室和/或泵室，该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通；试剂储室通过微通道与柔性材料层上开有的溶液注入口连接；或该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与溶液注入口连通，溶液注入口的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通；
或者，
该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通，试剂储室的另一端口通过微通道与泵室连通；泵室通过微通道与柔性材料层上开有的溶液注入口连接；或该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与溶液注入口连通，溶液注入口的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通，试剂储室的另一端口通过微通道与泵室连通；
或者，
该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与泵室连通；泵室通过微通道与柔性材料层上开有的溶液注入口连接；或该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与溶液注入口连通，溶液注入口的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与泵室连通。
3.根据权利要求1所述的微流体样品舟，其特征是：所述的在衬底中建立起反应室、样品储室、带有废液出口的废液室，以及微通道时，还同时建立起试剂储室和/或泵室，该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通；试剂储室的另一端口通过微通道与柔性材料层上开有的溶液注入口连接；或该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与溶液注入口连通，溶液注入口的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通；
或者，
该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通，试剂储室的另一端口通过微通道与泵室连通；泵室通过微通道与柔性材料层上开有的溶液注入口连接；或该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与溶液注入口连通，溶液注入口的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通，试剂储室的另一端口通过微通道与泵室连通；
或者，
该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与泵室连通；泵室通过微通道与柔性材料层上开有的溶液注入口连接；或该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与溶液注入口连通，溶液注入口的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与泵室连通。
4.根据权利要求1、2或3所述的微流体样品舟，其特征是：所述的废液室由多条圆环或方环微通道组成，且在圆环或方环通道壁上至少开有一个开口，以增加圆环或方环微通道的长度，减小微流体芯片的尺寸。
5.根据权利要求1、2或3所述的微流体样品舟，其特征是：所述的废液室顶部有一液压或气压室。
6.根据权利要求1、2或3所述的微流体样品舟，其特征是：所述的样品储室可并联多个；所述的泵室和/或试剂储室可串联或并联多个。
7.根据权利要求2或3所述的微流体样品舟，其特征是：所述的泵室顶部的柔性材料层上有一液压或气压室。
8.根据权利要求6所述的微流体样品舟，其特征是：所述的泵室顶部的柔性材料层上有一液压或气压室。
9.一种微流体样品舟，包括：衬底，柔性材料层，反应室，样品储室，废液室，样品储室塞子；其特征是：在衬底中建立起反应室、样品储室、带有废液出口的废液室、试剂储室和/或泵室，以及微通道；然后在衬底上覆盖一具有一定硬度的封盖层，且将泵室上面的封盖层材料除去，并只在除去封盖层材料的泵室上覆盖至少一柔性材料层；
该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通；试剂储室的另一端口通过微通道与封盖层上开有的溶液注入口连接；或者，
该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通，试剂储室的另一端口通过微通道与泵室连通；泵室通过微通道与封盖层上开有的溶液注入口连接；或者，
该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与泵室连通；泵室通过微通道与封盖层上开有的溶液注入口连接；
样品储室开有可密封的开口，在该开口处有样品储室塞子，实现密封；
所述的反应室中有表面被生物功能化的生物芯片，该生物芯片通过导线与微流体样品舟外的测试仪连接。
10.根据权利要求9所述的微流体样品舟，其特征是：所述的废液室由多条圆环或方环微通道组成，且在圆环或方环通道壁上至少开有一个开口，以增加圆环或方环微通道的长度，减小微流体芯片的尺寸。
11.根据权利要求9所述的微流体样品舟，其特征是：所述的废液室顶部有一液压或气压室。
12.根据权利要求9所述的微流体样品舟，其特征是：所述的样品储室可并联多个；所述的泵室和/或试剂储室可串联或并联多个。
13.根据权利要求9或12所述的微流体样品舟，其特征是：所述的泵室顶部的柔性材料层上有一液压或气压室。
14.一种微流体样品舟，包括：衬底，柔性材料层，反应室，样品储室，废液室，样品储室塞子；其特征是：
在衬底上封装有至少一柔性材料层，在柔性材料上形成反应室、样品储室、带有废液出口的废液室和泵室，以及微通道；该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与泵室连通；或者，
在衬底中建立起反应室、样品储室、带有废液出口的废液室和泵室，以及微通道，然后覆盖至少一柔性材料层；该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与泵室连通；
样品储室开有可密封的开口，在该开口处有样品储室塞子，实现密封；
所述的反应室中有表面被生物功能化的生物芯片，该生物芯片通过导线与微流体样品舟外的测试仪连接。
15.根据权利要求14所述的微流体样品舟，其特征是：所述的在柔性材料上形成反应室、样品储室、带有废液出口的废液室、泵室，以及微通道时，还同时在泵室与样品储室之间形成试剂储室，该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通；试剂储室通过微通道与泵室连通；或者，
所述的在衬底中建立起反应室、样品储室、带有废液出口的废液室、泵室，以及微通道时，还同时在泵室与样品储室之间形成试剂储室，该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通；试剂储室通过微通道与泵室连通。
16.根据权利要求14或15所述的微流体样品舟，其特征是：所述的废液室由多条圆环或方环微通道组成，且在圆环或方环通道壁上至少开有一个开口，以增加圆环或方环微通道的长度，减小微流体芯片的尺寸。
17.根据权利要求14或15所述的微流体样品舟，其特征是：所述的废液室顶部有一液压或气压室。
18.根据权利要求14或15所述的微流体样品舟，其特征是：所述的样品储室可并联多个；所述的泵室和/或试剂储室可串联或并联多个。
19.根据权利要求14或15所述的微流体样品舟，其特征是：所述的泵室顶部的柔性材料层上有一液压或气压室。
20.根据权利要求18所述的微流体样品舟，其特征是：所述的泵室顶部的柔性材料层上有一液压或气压室。
21.一种微流体样品舟，包括：衬底，柔性材料层，反应室，样品储室，废液室，样品储室塞子，其特征是：
在衬底中建立起反应室、样品储室、带有废液出口的废液室和泵室，以及微通道，然后在衬底上覆盖一具有一定硬度的封盖层，且将泵室上面的封盖层材料除去，并只在除去封盖层材料的泵室上覆盖至少一柔性材料层；该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与泵室连通；
样品储室开有可密封的开口，在该开口处有样品储室塞子，实现密封；
所述的反应室中有表面被生物功能化的生物芯片，该生物芯片通过导线与微流体样品舟外的测试仪连接。
22.根据权利要求21所述的微流体样品舟，其特征是：所述的废液室由多条圆环或方环微通道组成，且在圆环或方环通道壁上至少开有一个开口，以增加圆环或方环微通道的长度，减小微流体芯片的尺寸。
23.根据权利要求21所述的微流体样品舟，其特征是：所述的废液室顶部有一液压或气压室。
24.根据权利要求21所述的微流体样品舟，其特征是：所述的样品储室可并联多个；所述的泵室和/或试剂储室可串联或并联多个。
25.根据权利要求21或24所述的微流体样品舟，其特征是：所述的泵室顶部的柔性材料层上有一液压或气压室。
26.一种微流体样品舟，包括：衬底，柔性材料层，反应室，样品储室，废液室，样品储室塞子；其特征是：
在衬底上复合一具有一定硬度的腔室通道层材料，然后在腔室通道层材料里建立起反应室、样品储室，带有废液出口的废液室和泵室，以及微通道；且将泵室上面的腔室通道层材料除去，并只在除去腔室通道层材料的泵室上覆盖至少一柔性材料层；该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与泵室连通；
样品储室开有可密封的开口，在该开口处有样品储室塞子，实现密封；
所述的反应室中有表面被生物功能化的生物芯片，该生物芯片通过导线与微流体样品舟外的测试仪连接。
27.根据权利要求26所述的微流体样品舟，其特征是：所述的在腔室通道层材料里建立起反应室、样品储室，带有废液出口的废液室，泵室，以及微通道时，还同时在泵室与样品储室之间建立起试剂储室，该废液室通过微通道与反应室连通，反应室的另一端口通过微通道与样品储室连通，样品储室的另一端口通过微通道与试剂储室连通；试剂储室通过微通道与泵室连通。
28.根据权利要求26或27所述的微流体样品舟，其特征是：所述的腔室通道层开有溶液注入口，泵室通过微通道与溶液注入口连接。
29.根据权利要求26或27所述的微流体样品舟，其特征是：所述的废液室由多条圆环或方环微通道组成，且在圆环或方环通道壁上至少开有一个开口，以增加圆环或方环微通道的长度，减小微流体芯片的尺寸。
30.根据权利要求26或27所述的微流体样品舟，其特征是：所述的样品储室可并联多个；所述的样品储室和/或泵室可串联或并联多个。
31.根据权利要求26或27所述的微流体样品舟，其特征是：所述的泵室顶部柔性材料层上有一液压或气压室。
32.根据权利要求30所述的微流体样品舟，其特征是：所述的泵室顶部柔性材料层上有一液压或气压室。
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