CN102047124B - 利用互连的多腔室装置的流体处理与传输 - Google Patents

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Abstract

一种包括主体的微流控装置。所述主体界定了气动端口、用于容纳液体的腔室和连接管道。每个端口都用密封件密封并成形为通过所述密封件而与气动管道结合。至少一些腔室各自都具有顶部开口和底部开口。所述顶部开口与相应的端口流体连通。所述底部开口通过高于底部开口的连接管道彼此流体连通。通过气动管道而将气动压力选择性施加到腔室能够使液体通过所述连接管道从一个腔室传输到另一个腔室，例如，用于在所述装置内处理生物样品。

Description

利用互连的多腔室装置的流体处理与传输
相关申请的交叉引用
本申请要求于2008年3月31日提交的申请号为61/064,871的美国临时申请的利益，将其内容通过引用合并到此处。
技术领域
本发明涉及流体处理，尤其涉及利用互连的多腔室装置的流体处理与传输。
背景技术
诸如取自固体与流体形式的临床样品的DNA、RNA、mRNA和蛋白质的生物样品的制备可包括一系列的处理步骤，例如组织分解、细胞分离、细胞溶解、基因提取和/或清洗。这有时需要复杂的流控传输与处理协议。在一些传统的处理方法中，利用试管和微量移液管来容纳和人工传输样品及试剂。这耗时、劳动密集且易于出现人为误差。而且还在不同样品之间存在核酸交叉污染的重大危险。利用机器人系统而使一些人工步骤和操作自动化，但是所述机器人系统难以用于处理少量的样品。此外，典型的是自动化需要增加成本和昂贵的配备。
带有芯片或组件(cartri dge-based)的微型系统能够在封闭的流控系统内处理少量的样品流体，从而降低交叉感染的危险。典型的带有芯片或组件的系统利用泵和阀来驱动并控制其内的流体流动。这些系统具有复杂的结构和较低的可靠性，并且昂贵且使用不便。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了包括主体的微流控装置。所述主体界定了：第一、第二和第三气动端口；第一、第二和第三腔室；以及连接管道。所述每个端口都用密封件密封并成形为通过所述密封件而与气动管道连接。所述腔室中的每一个都用于容纳液体，并且具有顶部开口和底部开口。每个腔室的顶部开口都与相应的端口流体连通。连接管道高于每个底部开口。所述底部开口通过连接管道彼此流体连通。通过所述气动管道将气动压力选择性地施加到所述腔室能够使液体通过所述连接管道从所述腔室中的一个传输到所述腔室中的另一个。所述腔室中的每一个可以具有朝向所述每个腔室的所述底部开口向下倾斜的底部表面。所述连接管道的至少一部分可以处于所述腔室中的流体液面之上的高度。所述主体可以包括顶部、底部和中部。所述腔室和连接管道可以由所述中部和顶部界定。所述连接管道的至少一部分可以与所述顶部相邻。所述腔室的顶部开口可以与所述顶部相邻。端口可以由所述底部界定。中部可以界定各自在一个端口和其相应的顶部开口之间延伸的管道。中部可以界定各自在一个底部开口和连接管道之间延伸的管道。顶部、中部和底部可以是各自独立的部分，并且中部可以夹在所述顶部和底部之间。所述顶部和底部中的至少一个可以由平板形成。所述顶部和所述底部中的至少一个可以由塑性材料制成。主体可以界定多于三个的互连腔室，例如六至十一个互连腔室。腔室中的液体可以包括试剂、缓冲剂、样品或基因结合调节剂(gene binding conditioner)。至少两个腔室可以容纳不同的液体。所述主体的至少一部分可以由聚合物制成。所述聚合物可以包括聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。密封件可以由塑性材料制成。主体可以界定基因提取器腔室。所述基因提取器腔室可以容纳基因提取器并可以与所述连接管道流体连通。主体可以界定产物腔室和废物腔室，所述产物腔室和废物腔室中的每一个都与所述基因提取器腔室流体连通。所述装置可以为组件。所述气动管道可以包括针状件。
根据本发明的另一个方面，提供了包括如在前述段落中描述的装置和工作站的设备，所述工作站能够连接于所述装置以通过所述装置的所述端口将气动压力选择性地施加到所述腔室。所述工作站可以包括基座、多个气动管道和多个阀，所述基座构造为与所述装置结合，所述多个气动管道安装在所述基座上且成形为当所述装置结合到所述基座上时通过所述密封件结合到所述端口上，所述多个阀各自均连接到一个所述气动管道上，用于选择性地控制通过所述气动管道的流体流动。第一组阀可以连接到用于向所述端口选择性地施加第一气动压力的第一压力装置上，而第二组阀可以连接到向所述端口选择性地施加比所述第一气动压力低的第二气动压力的第二压力装置上。第一气动压力可以高于一个大气压，而第二气动压力可以低于一个大气压。第一压力装置可以包括压力泵、而所述第二压力装置可以包括真空泵。工作站可以包括用于控制所述阀和所述压力装置的运行的控制器。工作站还包括与所述控制器通信的用于控制所述控制器运行的计算机。
根据本发明的又一个方面，提供了一种操作在前述两个段落中描述的装置的方法，其中至少一个腔室容纳液体。所述方法包括将所述气动管道结合到所述端口上；通过所述端口将不同的气动压力选择性地施加到所述腔室，以使所述液体从所述腔室中的一个流到所述腔室中的另一个。可以选择性地施加气动压力以传输所述液体使其顺次流过多于两个的所述腔室。
对本领域的普通技术人员而言，本发明的其它方面和特征在结合附图审查本发明的下述具体实施例的基础上将变得显而易见。
附图说明
在附图中，仅通过示例说明本发明的实施例。
图1为本发明的示例性实施例的流控设备的框图；
图2为在图1的设备中使用的接收器基座的俯视图；
图3为沿着线A-A截取的图2中基座的正视剖面图；
图4为在图1的本发明的示例性实施例的设备中使用的组件的仰视透明立体图；
图5为图4的组件的俯视分解立体图；
图6为图4的组件的仰视图；
图7为图4的组件的顶部的俯视立体图；
图8为图4的组件的底部的仰视立体图；
图9为图4的组件的中部的俯视图；
图10为图4的组件的中部的仰视图；
图11为在操作中将图3的基座结合到图4的组件上的剖面图；
图12为图示说明其运行的图4中本发明示例性实施例的组件的一部分的示意图；
图13、14和15为图示说明其运行的图4中本发明示例性实施例的组件的一部分的示意图；
图16为本发明示例性实施例的可选组件的分解立体图；
图17为图16的组件的中部的仰视立体图；
图18为图示了其运行的本发明示例性实施例的可选组件的示意图；
图19为适于与可选组件连接的可选基座的立体图。
具体实施方式
本发明的示例性实施例利用气动压力以在微流控装置中的互连的流体腔室之间选择性地传输流体。将所述腔室连接到气动端口上，通过所述气动端口可以将气动压力选择性地施加到个别腔室内相应流体液面之上。腔室可通过连接管道相互连接，所述连接管道至少部分地高于腔室中的流体液面，以防止流体在腔室之间的意外传输。
图1为显示用于处理流控的生物样品的本发明的示例性实施例的系统100的示意性框图。
系统100包括可以为台式工作站的工作站102。如下文将进一步详细描述的，工作站102连接于计算机104且能够接纳组件106。
此外，工作站102包括嵌入式控制器108，所述嵌入式控制器108例如通过USB连接与计算机104通信。计算机104可以是专门设计的计算机或者是装载了为控制系统100的运转而专门设计的程序的通用计算机。
工作站102还包括多个泵110A和110B(也共同和单独称为泵110)、微型阀阵列112A和112B(也共同和单独称为阀阵列或阀112)、以及阀阵列控制板114。所述泵之一，例如泵110A，为真空泵；另一个泵，例如泵110B，为压力泵。所述泵可以为诸如注射泵或蠕动泵的微型泵。在一些实施例中，由泵提供的流量可从大约0.01ml/min至大约50ml/min。在另一些实施例中，流量可以是不同的。所述阀为微型电磁阀。所述泵可以为空气泵。然而，在不同的应用中，可使用不同的气体泵或流体泵。在不同的实施例中，可以将泵110用可以是外部真空或压力源的另一个气动源代替。在一些情况下，大气可以提供适合的气动源。
控制器108适于且构造成通过阀阵列控制板114控制泵110和阀阵列112的运转。控制器108包括诸如PIC(“可编程智能计算机”)微型控制器的微型控制器部件、或者诸如欧姆龙(Omron)可编程逻辑控制器等的可编程逻辑控制器。
阀112连接于气动接口116。阀112可以包括从SMCTM可获得的微型阀、从Cole-ParmerTM可获得的夹管阀(pinch valve)、或者其它商业上可获得或专门设计的阀。
接口116可包括图2和图3中图示的接收器/连接部件或基座300。基座300包括基部302和成形为与组件106连接的壁部304。数个气动管道，本例中为针状件306，从基部302向上延伸且穿过基部302。每个针状件306都具有内部管道并且被连接到阀阵列112中的不同阀上，以便通过阀112和针状件306传输流体。
图4至图10显示了本发明示例性实施例的示例性组件106。
如图4、5和6所示，组件主体400由三个部分形成，顶部402、中部404和底部406。所述三个部分可以是分离的部分，并且中部404夹在顶部402和底部406之间。三个部分402、404、406以任何合适的方式固定在一起。例如，所述部分可以使用螺栓和螺母(未显示)螺接在一起，或者使用粘合剂粘合在一起。在一些实施例中，将顶部和底部活动安装到中部上是方便的。例如，如图4至图10所示，可设置螺栓孔408来将所述部分固定在一起。
如图5所示，可以将顶部402成形为具有螺栓孔408的平板。可选择地，可以将顶部402成形为诸如具有粘合面的塑料带的薄膜或薄片。例如，所述带的所述粘合面可以具有在其表面上的胶粘层。
如图6和图8所示，底部406可以大体为板状，但设有螺栓孔408、用可破密封件(breakable seals)411(未显示，但图11中可见)密封的气动端口410、凹部(well)412和流体管道或管路414和416。密封件411可以由粘合带形成。可以使用粘合带密封气动端口410。可选择地，底部406也可以由诸如塑料板的平板形成，所述塑料板具有面向中部404的粘合面。每个端口410被成形为通过密封件411连接到气动管道，诸如针状件306。
图9和图10分别为中部404的俯视图和仰视图。如图所示，中部404界定了多个腔室418A、418B、418C、418D、418E、418F、418G、418H、418I和418J(也共同和单独称为腔室418A)。每个腔室418都具有顶部开口420和底部开口422(为了便于观看，在图9中仅标记422A、422B、422G和420J，以及422J)。
每个顶部开口420都与气动管道或管路424相连接，所述气动管道或管路424首先横向延伸，然后向下延伸至底部406中的相应气动端口410上，以便对应的腔室418与相应的端口410连通(为了便于观看，在图9和图10中仅标记管路424A和424J)。
各个底部开口422A至422H与流体管道或管路426(分别标记为426A至426H)相连接，所述流体管道或管路426首先横向延伸，然后向上朝向沿着中部404的顶部表面延伸的顶部连接管道428延伸。底部开口422I和422J通过底部406中的管道或管路414和416连接到凹部412上。凹部412与向上延伸至连接管道428的管道或管路430相连接。
因而，腔室418各自通过其顶部开口420与相应的端口410流体连通，并且通过它们的底部开口422和连接管道428彼此流体连通。
当三个部分例如用螺栓和螺母或者用粘合带或热扩散粘结(thermo-diffusion bonding)固定在一起时，所述管路被紧密地密封并且形成封闭的流体管道，以允许腔室之间的流体连通和对应的各对气动端口和腔室之间的流体连通。部分402和404之间的接触表面，以及部分404和406之间的接触表面可以含有或涂有密封材料。如将要进一步论述的，当凹部412由中部404的底面覆盖时，该凹部412形成了另一个流体腔室，该流体腔室可以例如作为基因提取腔室。如本领域的技术人员能够理解的，由凹部412形成的腔室不直接连接到气动端口上，因为这样做不是必须的。
如可意识到的，组件主体400最初界定封闭的流体网路于其中。当顶部402和中部404固定在一起时，所述顶部402和中部404在它们之间界定了腔室418和顶部连接管道428。腔室418的顶部开口与对应的端口410流体连通。腔室418的底部开口420通过连接管道428彼此流体连通。
如图中所示，顶部开口420和连接管道428可以邻近顶部402并设置在同一高度上。在不同的实施例中，连接管道428可以设置得比顶部开口420高或低，但应高于通过连接管道428相互连接的腔室418中的最高的底部开口422，以防止容纳在腔室418中的流体通过连接管道428而意外传输或混合。如可意识到的，在腔室428中所允许的最高流体液面取决于连接管道428的最高区段。因此，较高的连接管道428(直到腔室的顶部)是有益的，因为其能够允许腔室容积的更有效的利用。
腔室418可以具有大体细长圆柱体形状和倾斜底面，并且在顶部402和底部406之间垂直延伸(较佳如图11所示)。然而，在不同的实施例中，腔室418可以具有不同的横截面形状并且可以更长或更短。
组件主体400及其部分可以利用任何合适的材料形成。例如，每个部分可以都由诸如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等的聚合材料制成。顶部402可以由诸如具有或不具有粘合表面的塑料板的薄密封材料制成。密封件411可以由诸如能够便于使针状件306穿破的塑料膜的任何合适的密封材料制成。所述塑料膜可以在其表面上有或没有粘合层。
如本领域的技术人员能够理解的，主体400可以使用诸如显微喷射造型和计算机数控(CNC)机械加工的传统机械加工技术制成，或者使用塑性喷射造型制成。
当想得到或者需要时，腔室和管路的内表面可以是清洁的或无菌的。在一些情况下，腔室或管道的内表面可以涂覆诸如特氟纶的另一种聚合物材料以改变表面特性。
可以基于应用来改变组件400和内部腔室418、流体管道/管路或者开口的尺寸或大小。对于生物的应用，样品量典型是少的，因此流体腔室和管路可以具有大约微米的尺寸。当所述尺寸太大时，可能难以利用气动压力来传输少量的流体。另一方面，尺寸应该足够大以允许在气动压力下的充足的流体传输率。在典型应用中，流体管路和开口可以具有在大约0.2mm至大约1mm范围内的尺寸。腔室应该具有足够的容积以执行特殊需要的处理或加工。每个腔室418或其它的流体腔室可以具有大约1微升至100微升的容积。
在不同的实施例中和基于应用可以改变开口、管路、管道和端口的特定形状。
在使用中，可用流体充满一个或多个腔室418，例如预先装载。所述流体可以是样品、缓冲剂或液体试剂，或者任何其它所需的液体。此外，腔室可以用于存储诸如纯化目标基因的产物，或者存储废物。初始时，不同的腔室418可以装载不同的流体。
可以在用顶部402覆盖中部404的顶部表面之前装载流体。在装载流体之后，将顶部402连接且固定到中部404上，以便闭合且密封在中部404顶部处暴露的开口，并且防止在传输或运转期间的泄漏或污染。在一些实施例中，初始时，在密封端口410之前可以通过所述端口410将流体装载到腔室中。然而，在许多应用中，将顶部402移除而从顶部装载可能更方便。
如图11所示，当将组件主体400结合到基座300上时，在端口410处的密封件411可以由将穿透所述密封件411的针状件306选择性地刺穿，这样便通过端口410、管道424和顶部开口420在阀阵列112中的相应的阀与腔室418之间建立了流体连通。
阀阵列112A和112B中的阀各自被连接到相应的针状件306上，并且被构造成通过针状件306选择性地调节流体流量。将泵110连接到阀阵列112A和112B上，以便通过阀112选择性地将正压或负压施加到端口310上。
计算机104控制控制器108的运转，所述控制器108又控制泵110和阀112的运转，以便通过针状件306将加压空气(正压)或真空(负压)选择性地施加到端口410上。基于在端口410处施加的是正压还是负压，可以将流体选择性地传输到相应的腔室418或者从相应的腔室418传输出来。如果对于特定的腔室不需要改变，则用于该腔室的端口可以保持闭合，例如通过闭合相应的阀。
例如，为了执行用于PCR(聚合酶链反应)的基因提取，组件400可以装载如图12所示的流体，图12示意性地显示了相似的组件，对组件400做了一些修改。一个修改是在图12中省去了一些腔室，因为这些腔室不用于此特殊操作；此外为底部。另一个修改是底部开口424I和424J通过基因提取腔室412连接到连接腔室428上，而非直接连接到连接腔室428上。然而，尽管有这些改变，但是用于在腔室418B至418F之间传输液体的操作程序是相同的。假设腔室418B、418C、418D、418E和418F分别装载样品、裂解液(lysis buffer)、调节剂、洗涤液(wash buffer)和洗脱液(elute buffer)。基因提取器置于凹部412中。所述基因提取器可以包括磁基提取器、硅胶膜(silica membrane)、硅球(silica beads)或者能够以流体连接到具有高浓度铁的基因上的别的材料。基因可以包括DNA(脱氧核糖核酸)、RNA(核糖核酸)或mRNA(信使核糖核酸)。可以基于要被提取的特殊基因来选择基因提取器。腔室418I和418J能够分别用于存储通过反应产生的产物、提取的基因和废物。DNA或RNA降解试剂也可以预先装载在一个或多个腔室中。
在一些情况下，可能需要调整基因结合条件。装载于腔室中的缓冲剂可以包括基于目标基因结合条件而用于基因结合的缓冲剂(诸如纯的或70％的乙醇)。
在一个实施例中，为了执行样品裂解，闭合与管道424D、424E和424F对应的阀112。连接到管道424B上的阀112B是打开的并且将诸如空气的加压气体供应到其中，因而在腔室418B内产生了正压。连接到管道424C上的阀112A是打开的并且将真空压力施加到其中，因而在腔室418C中的液体上产生了负压。这样，压差将样品液体从腔室418B驱动到腔室418C。在将样品液体完全传输到腔室418C中后，在腔室418C内还可能产生气泡，便于用裂解液混合样品。这样，样品可能与裂解液完全混合以便彻底裂解样品并且防止基因降解。
可以使用相似的程序来将裂解后的样品传输到腔室418D中，以使该样品与粘合调节剂混合，从而调节样品的基因条件。
然后，如本领域的技术人员能够理解的，基于特定应用，可以将调节后的样品直接或者通过一个或多个腔室418E和418F传输到凹部412中。
当将磁珠(magnetic beads)用作用于基因提取的基因提取器时，可以使用相似的程序使裂解后的样品与凹部412中的磁珠混合，无需首先通过其它的腔室。
此外，在预先处理的样品流体自诸如腔室424D的另一个腔室传输的情况下，也可以在凹部412中执行基因提取。样品中的目标基因将被附着到基因提取器中。剩余的液体可以作为废物被传输到腔室418J。
可以通过将洗涤液从腔室424E传输到凹部412中来执行基因纯化。一种洗涤液或不同类型的洗涤液可以用于在多个步骤中洗涤基因。如果使用多种洗涤液，可以分配两个以上的腔室存储洗涤液。在一个实施例中，可以通过凹部412和管道414将洗涤液从腔室418E传输到腔室418J。随后，如果要重复利用组件则可以将废物从腔室418J中排出，否则利用组件处理废物。
通过凹部412和管道416可以将洗脱液从腔室418F传输到腔室418I中来执行基因洗脱。洗脱液将释放附着于基因提取器中的基因并且将所述基因传送到腔室418F中。可以使用移液管或注射器收回收集到腔室418I中的目标基因以用于下游的应用，诸如基因放大和检测。可以将提取后的基因或其它反应产物传输到检测腔室(未显示)用于某种信号或目标的检测。检测腔室可以设置在组件116内或者可以设置在能够容纳来自组件116的材料的外部装置(未显示)中。
利用图13、图14和图15中所示的组件的简化示意图来进一步图示说明在腔室之间选择性地传输流体的操作。为了简化，仅在这些图中显示了三个腔室，但是应该理解到可使更多个腔室以相似的方式运转。
如图13所示，在示例性应用中，腔室418A、418B和418C中的每一个都分别充满液体试剂432A、432B或432C。端口410A、410B和410C开始是密封的。
如图14所示，为了在腔室418C中混合试剂432A和432C，可以将正气(使用空气或诸如包括N2的惰性气体的另一种气体)压施加于端口410A，将真空压施加于端口410C，而端口410B可以保持闭合，例如通过闭合相应的阀112。气动压力将驱使试剂432A通过底部开口422A、连接管道428和底部开口420C进入到腔室418C中。这样，试剂432A和432C能够在腔室418C中接触或混合。由于腔室418B内的正压，因此能防止试剂432A流入腔室418B中。腔室418A中的试剂能完全传输到腔室418C中。
如图15所示，试剂423A可完全传输到腔室418C中，而试剂432B保留在腔室418B中。
由于连接管道428高于腔室中的液面，并且通过顶部开口施加气动压力，因此空气能够通过液体起泡而无需驱使液体穿过气动端口离开组件。便利地是，气泡能够用于混合腔室中的试剂，例如图15所示的腔室418C。
便利地是，无需使用组件中的任何内部阀、泵或者其它的流体调节装置即可实现流体传输、混合和处理。通过将气动压力选择性地施加到不同的端口即可完全实现流体传输。使用计算机104和控制器108可以使处理过程自动化。在一些实施例中，腔室可以相互连接，以便可以将流体从任何选定的腔室传输到另一个选定的腔室中，或者可以将流体从一个腔室传输到另一个腔室来使其顺次通过一系列的腔室。
如能够理解的，文中描述的示例性组件结构简单且制造相对便宜。由于组件中没有活动部件，所以非常可靠。由于在运输期间、甚至在运行期间样品和试剂能够保留在封闭系统中，所以极大降低了污染的危险。
而且，组件也便于用不同的材料制成且构造和适于用在不同的应用中。此外，本发明的实施例便于与诸如基因放大部件或基因检测部件的其它系统结合。
在另一个实施例中，组件116可以具有可替换结构，例如具有图16、图17和图18所示的组件主体400′。在组件400′中，处理腔室和管路可以设置在中部404′内。顶部402′和底部406′可以由不存在流体管路或空腔的平板形成。平板可以具有粘合表面，并且可以由聚合物带形成。管道和管路特征可完全设置在中部内。气动端口410′也设置在中部404′内并且通过底部406′密封。因此，在本实施例中底部406′作为密封件。
如图16、图17和图18所示，组件主体404′可以界定分别用于初始接纳样品、洗涤液和洗脱液的三个或更多的腔室；基因提取器腔室412′；和用于在运行期间分别存储提取后的和纯化后的基因及废物的两个腔室。腔室可以由中部404′内的通孔形成。
较佳如图16和图18所示，在可替换组件400′中，腔室可以包括基因提取器腔室412′和废物腔室418′。所示的剩余腔室可以用作用于容纳样品和其它试剂流体或提取后的基因的试剂腔室。组件400和400′的区别在于在组件400′中用于存储废物和产物基因的腔室没有底部开口，但是它们的顶部开口连接于气动端口和提取器腔室412′。如图所见，多个连接管道428′以径向布置直接连接到基因提取器腔室412′的顶部开口上，所述多个连接管道428′分别连接到其它相应的腔室。具有与上文描述的关于主体400的腔室相似的顶部开口和底部开口的其它腔室布置在腔室412′周围。
如图所示，提取器腔室412′位于中部404′的中央，在此意义上，除废物腔室外的其它流体腔室位于腔室412′的周围。可呈杯状的基因提取器434可以放置在提取器腔室412′的底部处。
在使用期间，在气动压力下，通过管路428′将预先装载的样品和洗涤液可以传输到基因提取器腔室412′。也可经由管路428′将预先装载的洗脱液传输到基因提取器腔室412′以洗脱基因。
为了结合到组件主体400′上，可以将气动接口116的接收器基座修改为如图19所示，以使修改的基座300′适于与替换组件400′相接合，并且将针状件306′布置成匹配在组件400′上的气动端口410′的位置。因此，针状件306′能够穿过底部406′(用作密封件)，并且当组件400′结合到基座300′上时与气动端口410′连通。
在使用中，替换组件400′可以以如上文关于组件主体400所述的相似方式运行。
如能够理解的，没有必要在本发明的实施例的组件中设置内部一体的检测器，或者检测窗口。代之，可将组件结合到包括检测器和其它检测装置的另一部件上。为此目的，组件主体可以由适于以待用的特定检测方法的方式使用的材料制成。例如，当使用光学检测方法时，主体可以由透明材料制成，或者当使用磁探针时，主体由非磁性材料制成。
如上所述及如图所示，不必将组件中的每个腔室都连接到气动端口上。可以将腔室的顶部开口和底部开口分别连接到不同的连接管路或管道上。
此外，如图11、图12至图15和图18所示，腔室的底部可以具有朝向腔室的底部开口向下倾斜的底部表面。底部表面可以为大体锥形。如此倾斜的底部表面是有利的，以使腔室中的流体能够由于重力而通过底部开口方便地收回。换句话说，如此倾斜的底部使得腔室中的死体积减小或最小化。尽管图示底部开口位于腔室的中央处，但这不是必要的。可以重置底部开口而使其离开中央。只要底部开口处于腔室中的最低高度并且底部表面朝向该底部开口向下倾斜，则就可获得同样的利益。
当然，能够修改文中描述的系统和组件。例如，组件主体可以基于特定应用而具有不同的结构。腔室的形状和数量可以变化。每个腔室都可以具有多于一个的顶部开口或底部开口。可将顶部开口或底部开口挪到腔室的侧壁上，但所述顶部开口和底部开口之间要分开足够的垂直距离，以便容纳足够量的液体而不流失，或者以便通过施加气动压力从底部开口收取腔室中的全部液体。
如现在能够理解的，组件106的主体由三个独立的部分或层形成不是必要的。组件可以由单块材料形成。然而，层状结构可以便于制造和预先装载流体。
使气动端口410位于组件主体400的底部处不是必要的。可以将端口放置于诸如主体400的顶部处或范围内的其他地方。
顶部402、密封件411、或者底部406可以是可拆卸的和可替换的，以使得组件106便于重复使用。
可以在不同的腔室之间设置有多个连接管道428。让每个连接管道428的至少一部分高于通过这个连接管道428相接的腔室418中的最高液面，就足以隔离开不同腔室中的液体。
将泵设置在工作站102内不是必须的。例如，当可获得时，任何压缩空气供给或压缩空气源都可以用于将正压空气供给端口。也可使用任何可获得的真空源。
在图示实施例中，组件106可以包括六到十一个流体腔室。在不同的实施例中，腔室的数量可以基于特定应用而不同。此外，全部腔室不必都处于同一高度或者全都互连。例如，可以将一个腔室放置于另一个腔室之上或放置的比另一个腔室更高。应该理解这里使用的“高于”不要求一个腔室位于另一个腔室的正上方。如果一个腔室的底部高度比另一个腔室的底部高度更高就足够了。此外，应该理解“更高”或“更低”两词是相对组件主体正直放立(顶部在上)而言的。
尽管针状件306和密封件411可以方便地用在一些实施例中，特别当端口的尺寸小时，可以以不同的方式来设置在气动端口410和气动管道之间用于选择性施加气动压力的气动管道和连接。例如，可以在不同的实施例中使用其它类型的连接布置。
在不同的实施例中，可连接到组件106上的不同基部工作站可以用于通过端口410将气动压力选择性地施加到腔室418上。基部工作站包括基座和气动管道，所述基座的构造适于与组件主体400连接，所述气动管道安装在基座上用于连接端口410以便通过密封件411选择性地施加气动压力。基部工作站还可包括各自连接到气动管道上用于控制其中的流体流动的阀。可以设置控制器用于控制阀的操作。每个气动管道都可以连接到两个阀上，所述两个阀顺次连接到两个不同的压力装置上，一个压力装置用于施加第一气动压力，而另一个压力装置用于施加比第一气动压力小的第二气动压力，以使气动压力间的差异足以使流体在组件中的腔室之间传输。压力装置可以包括泵、压缩气体(例如压缩空气)管线或真空管线。第一压力可以比一个大气压高，而第二压力可以比一个大气压低。在一些实施例中，两个压力可以都比一个大气压高。泵可以与基部工作站分开设置或设置为一体。施加的压力和阀可以是自动或人工控制的。
如现在能够理解的，这里描述的方法和设备能够用于传输和处理包含基因蛋白质和试剂的原始生物材料。在预处理之后，能够使用相同的设备提取目标基因或蛋白质。能够利用这里描述的实施例来处理不同的原始生物材料，所述原始生物材料包括血液、培养细胞、血清、其它类型的体液等。目标基因可以为DNA、RNA、mRNA、蛋白质等。
这里描述的示例性实施例能够用于多种应用中，包括作为临床或床边检验疾病诊断系统的一部分，例如在下述情况下的样品制备：在研究或临床应用中、在法医研究或样品处理中、在疾病或医药研究领域、在诸如分子化学研究的化学或生物学研究领域、或者在其它类似的领域。
这里描述的实施例的在上文未专门提及的其它特征、利益和优点能够由所述技术领域的技术人员从该说明书和附图中理解。
当然，上述实施例仅是示例性的，决不是限定。所述实施例容许对形状、部件的布置、细节和操作顺序的许多修改。更确切地，本发明意图包含如权利要求所限定的其范围内的全部这类修改。

Claims (32)

1.一种微流控装置，包括：
主体,其界定了
第一、第二和第三气动端口，所述每个气动端口都用密封件密封并成形为通过所述密封件而与气动管道结合；
用于容纳第一液体的第一腔室，其具有第一顶部开口和第一底部开口，所述第一顶部开口与所述第一气动端口流体连通；
用于容纳第二液体的第二腔室，其具有第二顶部开口和第二底部开口，所述第二顶部开口与所述第二气动端口流体连通；
用于容纳第三液体的第三腔室，其具有第三顶部开口和第三底部开口，所述第三顶部开口与所述第三气动端口流体连通；和
连接管道，其高于所述第一、第二和第三底部开口中每一个，所述底部开口通过所述连接管道彼此流体连通，
由此，通过所述气动管道将气动压力选择性地施加到所述腔室会将液体通过所述连接管道从所述腔室中的一个传输到所述腔室中的另一个。
2.根据权利要求1所述的微流控装置，其中，所述腔室中的每一个都具有朝向每个所述腔室的所述底部开口向下倾斜的底部表面。
3.根据权利要求1所述的微流控装置，其中，所述连接管道的至少一部分处于所述腔室中的液面之上的高度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的微流控装置，其中，所述主体包括顶部、底部和中部，所述腔室和连接管道由所述中部和顶部界定。
5.根据权利要求4所述的微流控装置，其中，所述连接管道的至少一部分与所述顶部相邻。
6.根据权利要求4所述的微流控装置，其中，所述腔室的所述顶部开口与所述顶部相邻。
7.根据权利要求4所述的微流控装置，其中，所述气动端口由所述底部界定。
8.根据权利要求4所述的微流控装置，其中，所述中部界定：在所述第一气动端口和所述第一顶部开口之间延伸的第一管道，在所述第二气动端口和所述第二顶部开口之间延伸的第二管道，以及在所述第三气动端口和所述第三顶部开口之间延伸的第三管道。
9.根据权利要求8所述的微流控装置，其中，所述中部界定：在所述第一底部开口和所述连接管道之间延伸的第四管道，在所述第二底部开口和所述连接管道之间延伸的第五管道，以及在所述第三底部开口和所述连接管道之间延伸的第六管道。
10.根据权利要求4所述的微流控装置，其中，所述顶部、中部和底部各自独立，所述中部夹在所述顶部和所述底部之间。
11.根据权利要求10所述的微流控装置，其中，所述顶部和所述底部中的至少一个由平板形成。
12.根据权利要求4所述的微流控装置，其中，所述顶部和所述底部中的至少一个由塑性材料制成。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的微流控装置，其中，所述主体界定多于三个的互连腔室。
14.根据权利要求13所述的微流控装置，其中，所述主体界定六至十一个互连腔室。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的微流控装置，其中，所述液体包括试剂、缓冲剂、样品或基因结合调节剂。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的微流控装置，其中，所述腔室中的至少两个容纳不同的液体。
17.根据权利要求1至3中任一项所述的微流控装置，其中，所述主体的至少一部分由聚合物制成。
18.根据权利要求17所述的微流控装置，其中，所述聚合物包括聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。
19.根据权利要求1至3中任一项所述的微流控装置，其中，所述密封件由塑性材料制成。
20.根据权利要求1至3中任一项所述的微流控装置，其中，所述主体界定了基因提取器腔室，所述基因提取器腔室容纳基因提取器并与所述连接管道流体连通。
21.根据权利要求20所述的微流控装置，其中，所述主体界定产物腔室和废物腔室，所述产物腔室和废物腔室中的每一个都与所述基因提取器腔室流体连通。
22.根据权利要求1至3中任一项所述的微流控装置，其中，所述装置为组件。
23.根据权利要求1至3中任一项所述的微流控装置，其中，所述气动管道包括针状件。
24.一种微流控设备，包括如在权利要求1至23中任一项所限定的装置和连接到所述装置上以通过所述装置的所述气动端口将气动压力选择性地施加到所述腔室的工作站。
25.根据权利要求24所述的设备，其中，所述工作站包括：
基座，其构造为与所述装置结合，
多个气动管道，其安装在所述基座上，并且被成形为当所述装置结合到所述基座上时通过所述密封件结合到所述气动端口上，以及
多个阀，所述多个阀各自连接到所述气动管道中的一个上，用于选择性地控制通过所述气动管道的流体流动。
26.根据权利要求25所述的设备，其中，第一组所述多个阀连接到用于向所述气动端口选择性地施加第一气动压力的第一压力装置上，而第二组所述多个阀连接到向所述气动端口选择性地施加比所述第一气动压力低的第二气动压力的第二压力装置上。
27.根据权利要求26所述的设备，其中，所述第一气动压力高于一个大气压，而所述第二气动压力低于一个大气压。
28.根据权利要求27所述的设备，其中，所述第一压力装置包括压力泵、而所述第二压力装置包括真空泵。
29.根据权利要求26至28中任一项所述的设备，其中，所述工作站包括用于控制所述阀和所述压力装置的运行的控制器。
30.根据权利要求29所述的设备，其中，所述工作站包括与所述控制器通信的用于控制所述控制器运行的计算机。
31.一种操作权利要求1至23中任一项所述的装置的方法，其中，
所述腔室中的至少一个容纳所述液体，包括：
将所述气动管道结合到所述气动端口上；
通过所述气动端口将不同的气动压力选择性地施加到所述腔室，以使所述液体从所述腔室中的一个流到所述腔室中的另一个。
32.根据权利要求31所述的方法，包括选择性地施加所述气动压力以传输所述液体使其顺次流过多于两个的所述腔室。
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