CN102083533A - 微流控芯片装置及其使用 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于在微珠MM上执行微型化的结合分析的微流控制芯片装置MCD及其使用。MCD尤其有用于执行微型化的转录体分析，该转录体分析通过包括PCR的亲和力捕获(TRAC)分析的帮助来进行。该MCD包括：至少一个反应室，该至少一个反应室具有可密封的液体连接部，以及在每个室内的至少一个流体的柱过滤器。该流体的柱过滤器包括带间隔的杆，所述间隔允许MM通过。可密封液体连接部将液体供给到反应室，其中移除了空气气泡。液体流接触MM，所述MM利用磁棒来操纵。在液体被改变时，液体连接部使得MM能够在柱过滤器之后或者通道内被捕获。

Description

微流控芯片装置及其使用
技术领域
本发明涉及微流控，特别涉及用一个或者多个结合配偶体在磁微珠上使用若干吸附和解吸附步骤来执行结合分析(包括PCR反应)的微流控芯片装置。还公开了用于在所述微流控芯片装置中操纵磁微珠的方法，以及用于操纵磁微珠以便增加在磁微珠上执行的微尺度结合分析的灵敏性和效能的所述微流控芯片装置和方法的使用。
背景技术
微流控是处理微量的流动液体溶液的技术，所述微量的流动液体溶液通过放置在微芯片上的微通道供给。所述技术作为一种对大功率低聚体芯片技术的新的、更灵敏的替代物而迅速出现。
微流控系统已经被用于净化、分离、或者序列测定，并包括例如微毛细管电泳、填充床免疫反应器或者酶反应器之类的方法(US 20020023841，US 20040094419，WO 200509481，WO 03099438，和WO 2007035498)。具有柱过滤器的微流控装置在WO 2008024070，WO 0185341，WO 2007098027，WO 9909042，和WO 02093125以及在Liu等人的文献Electrophoresis，Nov.2007，vol.28，4173-4722中都进行了描述，而且还提出了结合分析的自动化和微型化。传统的结合分析通常在溶液中发生且包括在结合配偶体和它们的配对物(与其一起形成结合对)之间的反应。结合对的示例包括抗体和抗原或者互补的探针(probe)序列和目标序列。在典型的结合分析中，结合对的结合配偶体在固相和液相之间交替，具有中间的净化和萃取阶段，这些都在微珠上执行。
在专利文献中，很少讨论在微型化传统结合分析中遇到的问题，但是，显然在宏观尺度的传统结合分析中非常方便的磁颗粒在用于微流控应用中则不是非常容易操纵。这可能是为什么磁微珠主要用于通过将磁微珠保持在微通道的特定区域内来集中和隔离，该特定区域的直径小于微珠的直径。微流控柱也作为微珠的机械止动器而用于微流控通道系统中。结合对的配偶体之间的吸附和解吸附反应以及净化阶段需要彻底的和有效的混合系统的应用，以允许试样中的目标结合配偶体和微珠的表面上的其配对物之间的充分接触，或者反过来也是如此。因此，在现有技术中，吸附/解吸附步骤和净化步骤通常在将具有被处理的目标结合配偶体的液体流送到微流控通道系统之前执行，用于后续的分离和探测。为了在微流控系统中获得足够的混合，已经提出施加诸如声力之类的物理力，但是没有提出特别地旨在操纵微流控通道内的磁微珠的方法。
在水溶液中由电场导致的气泡产生在美国专利US 2006/0228749中进行了讨论，且各种物理力被提出用于解决该问题，但是无论何时将液体流送到微流控通道系统中，气泡形成是经常遇到的困难这样的事实并没有被讨论，即使微尺度系统中气泡是可能严重扭曲通过使用微流控方法所获得的任何结果的一种问题，其中，在微尺度系统中，气泡的体积与供给到该系统中的液体的体积相比非常大。
发明内容
本发明的目的在于通过操纵微流控芯片装置中的磁微珠来改进分析的性能和效能。改进的效能和灵敏性通过本发明的微流控的微芯片装置来实现，其中液体流中的气泡形成和磁微珠的簇集通过允许液体流首先通过微流控通道系统的反应室中的微流控柱过滤器来防止，此后与该通道系统中的磁微珠相遇的液体流被传输通过另一微流控柱系统，由此瓦解或者拆开簇集的磁微珠。微流控芯片装置的应用性通过对所述装置设置孔来进一步增加，所述孔用于在所谓的操控板上对杆进行操控，这与例如液体连接和电针一起方便了在测量界面上微流控芯片装置和外部设备之间的进一步的电接触和流体接触的准确配合。具有操控板的微流控芯片装置和测量界面均放置在稳定化底部上，即所谓的坞站。操控板上的操控杆和微芯片装置上的孔方便了外部设备和微流控芯片装置之间的电连接和/或者流体连接的准确配合。如果微流控芯片装置未设置有用于下述功能的完全集成的装置时，这是特别有用的，其中所述完全集成的装置用于实现结合分析、隔离、浓缩、分离、探测和PCR、以及由冗余可探测标记和对存在于待分析试样中的形成结合对的目标结合配偶体或者它们的配对物的探测所导致的背景噪声的减少。
该微芯片装置具有液体连接或者接合处(junction)，并包括或者连接至电场，该电场用于控制：例如温度之类的条件；通过导电率对液体流进行监视；用于通过毛细管电泳从结合分析分离被处理的反应产物；用于移动磁微粒的磁棒；和用于记录反应产物的光学仪器。微流控通道系统包括：一个或者更多个可密封的管状通道或者通路，所述通道或者通路具有端口或者液体连接，所述端口或者液体连接都可以用作入口或者出口，且可以通过所述液体连接或者接合处来关闭或者打开，其设有密封件。微通道系统进一步包括一个或者更多个(优选为2个)扩大的反应室或者腔，所述反应室或者腔比该系统的管状通道更宽或者更深。反应室设有一个或者多个微流控柱过滤器，微流控柱过滤器用于移除气泡和用于瓦解磁微珠簇，在磁微珠从通道的一部分被传送到另外一部分的同时，目标分析物和另外的反应物或者试剂在发生反应期间附接至所述磁微珠或者可以附接至所述磁微珠。在通过传输具有被捕获的试剂的磁微珠从而进行彻底混合之后，在移除一种溶液且用另外一种溶液替换的同时，捕获在磁微珠上的分析物或者反应物被捕集在微流控柱过滤器上或者在微流控柱过滤器的后面。该捕集防止了磁微珠在连续地或者不连续地供给试样、试剂或者清洗溶液期间随着排放而逃逸。整个微流控芯片装置可以厘米、毫米或者纳米尺度来提供。
特别地，本发明涉及一种用于在微流控通道系统中操纵磁微珠的微流控芯片装置。该微流控芯片装置或者是集成式微流控芯片装置，该集成式微流控芯片装置设有用于实现在典型结合分析中所需所有任务的所有所需设备，或者该微流控芯片装置通过测量接口从外部连接至用于实现所述任务的所需设备。该设备是磁设备、电设备和光学设备，所述任务包括隔离、浓缩、具有吸附和解吸附反应的结合分析、分离和探测，且进一步包括用于计算最终结果的自动或者半自动的记录和软件应用。
除了管状通道之外，微流控通道系统优选包括两个反应室(101、102)，但是可以只包括一个反应室，在这种情况下，微流控通道可以用于一些反应步骤，例如PCR反应和浓缩。该微流控通道系统设有一个或者多个可密封流体连接部(201、202和/或203)，这些流体连接部可以用作入口和出口，同时流动的方向可以反向。液体流包括供给到该系统中的试样溶液、试剂溶液、清洗溶液、或者洗脱液。如图2中所示，图2显示了本发明的一个优选实施例，连接部(201)是入口，连接部(202)是出口，连接部(203)用于回收被处理的液体溶液或者在将其引导至用于分离和探测的装置(600和700)之前浓缩该溶液。在处理之后回收的目标结合配偶体可以被放大和/或在它们进入用于分离和探测的毛细管之前被浓缩。该液体连接部可以根据微流控芯片装置的构造和设置在该微流控芯片装置上的集成式流体设备、电设备和光学设备的位置以及该微流控芯片装置的最终应用，以相反的顺序来使用。
在图2中所示的本发明的优选实施例中，微流控通道系统包括两个反应室(101和102)、每个反应室设有至少一个微流控柱过滤器(301和302)。微流控柱过滤器是如图3中所示的四棱杆或者圆杆(303)微型支架或者阵列。这些支架被放置成使得杆之间的空隙或者间隔大于磁微珠的直径。典型地，微流控柱的空隙在大约20μm至大约30μm的尺度，优选地大约是25μm，但是自然地，该尺寸可以根据微流控芯片装置的尺寸而变化。
用于操纵磁微珠(401)(其中磁微珠倾向于形成图1中所示的簇(402))的优选磁设备包括外磁棒(403)，但是可以包括其他的电磁力。通过在微流控芯片装置和其中的微流控柱之上移动磁棒，磁微珠在微流控通道系统之内移动，并且防止了簇集。
优选的电设备包括：电针和/或电薄膜元件或者薄膜垫片(501)，薄膜垫片(501)用作加热元件(502)、温度测量元件(503)、高压元件(504)或者导电率测量元件(505)。优选地，可密封流体连接部(201、202和/或203)是具有密封件(204)的流体连接器，但是可以是注射针。
微流控通道系统设有集成式分离设备或者外连接的分离设备，例如直的或者环状的毛细通道，用于使用了具有或者没有等速电泳预分离(isatachophoresis preseparation)步骤的毛细电泳的色谱分离。
为了探测，微流控芯片装置设有用于探测的集成式或者外连接设备，包括光学探测器或者电探测器，包括用于测量荧光、UV/VIS吸收、IR、导电率或者折射率的设备以及质谱仪。
优选包括两层(801和/或802)并支撑放置在所述两层之间的微流控通道系统的外连接微流控芯片装置可通过使用贯通孔(804)很容易地连接至外部设备，所述外部设备包括带操控板(902)的测量接口(901)，操控板(902)具有操控杆(903)。微流控芯片装置优选设有贯通孔(804)，这允许外部设备、电针(501)、电垫(501)、流体连接部(201、202和/或者203)以及微流控芯片装置之间进行容易和准确的接触。
在双室微流控通道系统中，在反应室(101)中的一个内的微流控柱过滤器(301)防止了在供给到微流控通道系统的液体流中形成气泡，而另一反应室(102)中的另一微流控柱过滤器(302)用作磁微珠(401)簇(403)的瓦解器。当使用单室微流控通道系统时，设置在其中的至少一个微流控柱过滤器可以既用于防止气泡形成也用于瓦解微珠簇。可替代地，单室微流控通道系统可以包括多于一个的微流控柱过滤器，其中一个微流控柱过滤器防止气泡形成，而另外一个微流控柱过滤器瓦解微珠簇。
微流控芯片具有可密封流体耦接器，所述流体耦接器优选是用于此目的且设有防泄漏密封件(204)的流体连接器或者注射针。
本发明首先涉及的是用于在微流控通道系统中操纵磁微珠的更为有效的方法。该方法防止磁微珠形成簇，且由此增加了微珠表面上的自由反应表面。在本发明的方法中，液体流被供给到第一反应室(101)，其中微流控柱过滤器(301)去除气泡，并且随后液体流与磁微珠(401)接触，这在磁棒(403)打开时可以被施力以通过微流控柱过滤器(302)，微流控柱过滤器(302)瓦解了由磁微珠(401)所形成的簇，所述磁微珠的直径小于微流控柱过滤器(301和302)中的杆(303)之间的间隙。
本发明也涉及使用所述用于操纵磁微珠的方法来实现结合分析的方法。该结合分析包括在磁微珠上的一对结合配偶体或结合半体(binding moieties)之间的至少一种结合反应，并且有用于执行微型免疫测定或者杂交反应，用于确定染色体序列、mRNA或者核糖体RNA的存在或者缺失。结合分析不限于只探测或者测量一个结合对，而是可以用于同时确定多个结合对，即所谓的复用。
用于量化和探测一个或者多个多核苷酸序列的方法，所述方法可以应用到下述文献中所描述的微流控芯片装置中：US 20040053300，US 7,361,46，US 2003129589，US 2003082530，US 2006035228，US 5514543，US 2005214825，US 2004121342，WO 0233126，WO 2004063700，以及出版物J Microbiol Methods，Oct 2006，vol.67，102-113(Kataja等)，和Bioorg Med Chem Lett Sept.2001，vol.11，2437-2440(Pirrung等)。另外的已经应用的或者可以被用于微流控系统中的传统结合分析在专利文献US 2002/0076825、US 2002/0123134、US 2004/0005582、US 2004/00969960和US 2006/0228749中进行了描述。
该方法还允许对包括了单核苷酸多态性(SNP)的遗传变异和目标序列的量的探测和确定，这在美国专利US 20090011944中进行了描述。该方法尤其适于执行US 20040053300和US 7,361,961中所描述的借助于亲和力捕获(TRAC)分析来执行转录产物分析以及用于确定抗体和抗原以及其片段。
在该整个申请中，已经引用了各种专利和出版物。这些专利和出版物的公开在此通过引用被全部并入本申请，以更完整地描述本发明所属的技术发展状况。
附图说明
图1是具有流体连接部和电连接部以及用于操纵微珠簇的外放磁棒的微流控芯片装置的截面的示意图。
图2是具有两个反应室的微流控通道系统的俯视图的示意表示。
图3示意性示出了微流控反应室中的一个的纬度方向和纵向截面的三维立体图，其显示了微流控柱过滤器的构造，该微流控柱过滤器包括微型杆。
图4是微流控芯片装置的截面的示意表示，该微流控芯片装置被放置在具有测量接口的操控板上，并且进一步由坞站支撑。
图5A显示了具有两个反应室的方形微流控芯片装置的俯视图。
图5B显示了图5A中所示的方形微流控芯片装置的仰视图。
图5C显示了具有典型的电接触垫阵列、用于PCR的设备和用于毛细电泳的直通道的长方形微流控芯片装置的硅层的俯视图。
图5D显示了具有与图5C中所示的不同的电接触垫阵列和用于PCR的设备以及用于毛细电泳的直通道的长方形微流控芯片装置的玻璃层的俯视图。
图5E显示了具有与图5C和图5D中所示的那些不同的电接触垫阵列、和用于PCR的设备以及用于毛细电泳的直通道的长方形微流控芯片装置的俯视图。
图5F是具有在底部可见的电接触垫阵列和用于PCR的设备以及用于毛细电泳的直通道的、对应于图5C-5E中所示那些的微流控芯片装置的仰视图。
图5G是具有用于CE的直通道的长方形微流控芯片装置的俯视图的示意表示。
图5H是具有环状CE毛细管的方形微流控芯片装置的俯视图的示意表示。
图6是液体针的截面的示意表示。
图7是具有辅助设备的微流控芯片装置的设置的示意表示。
具体实施方式
当使用用于执行与磁微珠相关联的生物固相协助结合分析的微流控片上系统时，磁微珠具有成簇的趋势。成簇(clustering)防止了存在于试样中的目标结合配偶体被有效地附接至磁微珠的表面，并且还防止在清洗步骤中的有效净化。根据本发明的一方面，磁微珠簇可以通过强迫磁微珠通过微流控柱过滤器来瓦解或者拆开。通过操纵所述磁微珠，磁微珠的表面被释放且可以被流经微流控通道系统的周围液体溶液从所有的方向接触，并且由此改进目标结合配偶体和其配对物之间的反应，从而增加了固定结合对的形成。改进了结合分析的灵敏性。根据本发明的另外一方面，还实现了改进的磁微珠上的固定结合对的净化以及未结合反应物和溶液的去除。相应地，可以加速反应速率，且结合分析的效率得到改进，导致获得更可靠和灵敏的结果。根据本发明的另一方面，在液体传输通过微流控柱时，气泡被瓦解。这解决了由于气泡形成所导致的扭曲结果的问题。
本发明的另一方面解决了在微流控芯片装置的并入、以及微型液体接合处的准确配合、微芯片的电极并入到微流控装备中所遇到的困难。该问题可以通过如下来解决：在本发明的微流控芯片装置中设置贯穿孔，该贯穿孔用于测量接口上的操控杆，在所述孔通过将其放在操控板的操控杆上而被调节以便在为所述设备设置的孔处由注射针和电针穿透时，所述操纵杆紧固所述接合处的配合。
微流控芯片装置是这样的微型的微制造的装备，其中在平台或者微芯片上的微通道内操纵包括试样、试剂、清洗溶液和洗脱溶液的微升或者纳升体积的流体流。流体流动通过机械力(例如通过来自微泵、注射器或者通过毛细电泳)来实现。微尺度流体行为与宏观尺度的行为不同，并且使微流控芯片装置尤其适于所谓的微总分析系统(μ-TAS)，包括分离、捕获、隔离、聚焦、富集(enrichment)、浓缩、物理分裂、混合、序列化、放大和/或者结合分析、以及由于冗余探测器标识所导致的背景减少。
集成式微流控芯片装置包括在微尺度结构中执行顺序的固液相结合和释放步骤所需的所有元件，所述元件在微流控芯片装置内制造或者被紧密附接到微流控芯片装置上，并且包括通道、反应室、电极元件、电磁元件、支架、分离设备、光学元件。集成式微流控芯片装置便于物理、生物物理、生物、生物化学或者化学反应，包括结合反应、吸附、清洗、解吸附、繁殖、浓缩、分离、探测等。微流控芯片装置是一种支撑流体的微尺度结构的平台。微流控芯片装置可以具有各种形状或者构造，且微流控芯片装置可以变化长度、宽度以及高度或者深度。微流控芯片装置可以为方形、长方形、圆形、椭圆形，或者具有另外的有用的不规则形状。微流控芯片装置的主表面的尺寸可以变化相当大，例如从大约0.5cm2变化到大约10cm2，具有从大约1cm2到大约5cm2的特征尺寸。微流控芯片装置可以包括在其层的表面之间制造的通道或者反应室。
外连接的微流控芯片装置可以放置在操控板内或者放置在操控板上，该操纵板连接到辅助的外部设备，并将微流控芯片装置连接到外部磁、电或者光学设备，所述磁、电或者光学设备通过由坞站(800)支撑的测量接口来控制微流控芯片装置的功能。测量接口和微流控芯片装置一起使得能够以微升尺度进行总分析。
微流控芯片装置可以包括一个或者多个层，并且优选包括两个层：底层和顶层。底层可以由非透明的、可模塑的、固态或者半固态多孔或者非多孔的芯片材料(例如硅、橡胶、玻璃、陶瓷、塑料、聚合物或者共聚物)来制造。上层优选是透明的，且可以由玻璃、石英、耐热玻璃、或者硼硅酸盐来制造，但是也可以使用设有窗口的硅。可以使用聚合物微制造、复制技术、利用铸造或者模制的直接制造。包括使用了图像掩模和热模压的光学平板印刷图案化是微制造中一些可应用系统的示例。
根据本发明的一方面，微流控芯片装置的一个或者更多个层的上表面和下表面可以设有凹陷，包括凹痕、槽、凹部和裂缝。用于传输液体溶液的管状通道可以有利地装配在下层的上侧上的凹陷中。在下层的下层上，电路和电极可以有利地被焊接和定位，以装配到连接微芯片装置的接合处。使用不同的蚀刻方案来产生用于通道形状的凹陷。这些形状也可以由粉末爆破或者激光烧蚀来制造。但是这些方法未广泛使用，这是因为硅层的蚀刻很容易，且优选的底层通常由硅制造。优选地，硅层是晶圆或者半导体材料的薄切片、例如硅晶体，微电路通过掺杂、扩散、离子注入、化学蚀刻或者各种金属沉积来构造在硅层上。晶圆在例如集成电路之类的半导体制造中至关重要，但是对制造微流控芯片装置也是非常方便的。
微流控芯片装置的两个层优选紧密相邻或者密封。根据本发明的一方面，不允许所述层之间的泄漏。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是用于封闭任何通道系统的特别有用的材料。所述层被焊接、按压或者胶粘在一起。优选的方法是使用粘合剂结合、热结合或者溶剂结合。在该层被接在一起之前或者之后，所述层被穿孔。贯穿孔位置设置成以便配合到测量接口内的微流控芯片操控板，其电、流体和/或者磁控制设备以及光学探测器都接触，所有的设备优选地通过坞站支撑。
微流控芯片装置是支持具有微通道和反应室的微流控通道系统的平台。微流控通道系统是微型化的通道系统，该微型化的通道系统包括伸长的管状通道和反应室，其中执行例如物理过程、化学过程、生物过程、生物物理过程、或者包括吸附和解吸附反应的生物化学过程之类的过程。微流控通道系统使得流体流能从外部源引入或者注射或者泵送，并且能够在所述微流控通道系统中进行处理，其包括至少一个、但优选多个的流体或者液体连接部或者端口，用作入口和/或者出口并引导至反应室。
微流控通道系统可以包括允许流体通过其中的通路的任何材料。优选地，该通道是由橡胶、特氟纶(聚四氟乙烯)或者另外的有用材料制造的管。优选地，所述通道应当由生物相容材料或者可以制成生物相容的材料来制造。微流控通道系统可以具有任意尺寸，这依赖于芯片装置的尺寸，但是通常该尺寸是微尺度的，其内径从10微米变化到1毫米。
通道是芯片内具有下表面和至少两个从该通道的下表面向上延伸的壁的结构，且其中两个相对的壁的长度大于两个相对的壁之间的距离。因此，通道允许流体沿着其内部长度而流动。通道优选地是被覆盖的隧道。
反应室是能够容纳液体或者流体试样的微流控芯片装置的表面上的凹陷、或者小腔或者井部。反应室具有由从通道的下表面延伸的一个或者多个壁围绕在至少两个侧面上的下表面。所述壁可以具有任何形式，但是通常所述壁沿着S形、弯曲的或者多角的方式向上延伸。反应室的下表面和管可以与芯片的上表面位于相同的水平，或者可以高于芯片的上表面，或者可以低于芯片的上表面。反应室或者通道的侧面或者壁可以由与形成芯片的下层的材料不同的材料制造。这样，芯片的下表面可以包括薄材料，电力、电磁力可以穿过该薄材料传送，且一个或者多个反应室或者通道的壁可以包括防止传输电力传送的绝缘材料。反应室和通道的壁可以由任何材料形成，所述材料包括硅、玻璃、橡胶、和/或者一个或者多个聚合物、塑料、陶瓷或者金属。优选地，通道和反应室由生物相容材料制造，或者由可以被制成生物相容的材料所制造，且其中目标结合配偶体和其他反应物在磁微珠上被操纵。
可以用作出口或者入口的流体或者液体连接部是至包括管状通道和一个或者两个反应室的微流控通道系统的开口或者端口，流体试样通过该出口或者入口可以进入或者离开所述室。密封件优选地通过电力或者磁力或者其组合来控制。该端口可以具有任何尺寸，但是优选地，端口的形状和尺寸允许试样通过物理力被传输通过该端口、或者借助于吸液管、喷射器、注射针或者施加试样的其他装置来通过该端口进行分配。可密封流体连接部是用作用于流体流的入口和/或出口的端口。所述可密封流体连接部可以机械地封闭，或者可以通过注射针封闭，或者可以通过特别构造用于微流控系统的流体连接器(US 6,319,476)来封闭。在图6中示出了对于本发明有用的典型的注射器。
微流控柱过滤器是微型支架，包括多个非常小的杆，所述杆制造在微流控通道系统内。以前，这样的微型杆已经用于微流控系统中，作为用于保持微珠的机械阻挡件。在本发明中，微流控柱过滤器不是仅仅被用于保持微珠，微流控柱过滤器还特别应用于瓦解磁微珠簇，且用于防止在供给至通道系统内的溶液中气泡的形成。可以是方形或者可以具有圆形、椭圆形或者卵形截面的杆能够以宏观尺寸、微观尺寸或者纳米尺寸来制造，且可以具有大致从1毫米到5毫米的高度，且可以为圆形或者方形的其截面的直径是从大约20微米到大约1个毫米。自然地，该尺寸依赖于微流控芯片装置的尺寸且也可以为微米尺寸。根据本发明的一方面，优选地，本发明的微流控柱过滤器具有间隙，该间隙大于磁微珠的直径且允许磁微珠通过所述阻挡件。
磁微珠可以用通过适当的磁装备所施加的磁力来操纵。磁力是通过磁场施加到磁微珠上的力，该力可以例如通过磁棒来提供。根据本发明的一方面，用于操纵磁微珠的优选磁设备可以为外磁棒。在本发明中，磁微珠的操纵使用任何用于混合的机械或者声学装置来替换混合。实现了通道系统中分开的磁微珠和溶液的充分移动，以便允许试样、试剂或者任何其他的溶液从所有的方向接触微珠的表面和固定在其表面上的任何物质。通过使用迫使磁微珠通过反应室内的柱过滤器的磁棒，试样、试剂和其他溶液以及磁微珠的表面上的成分变得充分散布。
磁力指的是由于磁场的应用而作用在磁微珠上的力。颗粒必需具有磁性或者是顺磁的，以提供用于操纵颗粒的充分的磁力。典型的磁颗粒由超顺磁性的材料制造。当该颗粒经受磁场时，在磁微珠或者颗粒中感应出磁偶极子。为了实现充分大的磁操纵力，磁微珠的体积磁化系数必须最大化，磁场强度必须最大化，且磁场强度梯度必须最大化。
在本发明中，顺磁微珠是优选的，这是因为其磁偶极子能够由外部施加的磁场来感应，并且当外磁场关闭时，其磁偶极子回归到0。可以使用商业上可获得的顺磁微珠或者其他磁微珠。这些商业上可获得的磁微珠的尺寸为从0.5μ到10μ或者更大。磁微珠可以具有不同的结构和成分。磁微珠可以具有包裹在薄胶乳或者聚苯乙烯壳内的铁磁材料。另一类型的磁颗粒具有扩散到胶乳或者聚苯乙烯的围绕物中的铁磁纳米颗粒。这些颗粒类型的表面本质上都是聚苯乙烯且可以被改性以链接到各种类型的分子。例如，这些颗粒可以是亲和标记的，或者是覆盖以抗生物素蛋白或者抗生蛋白链菌素、或者某些其他亲和标记。
磁微珠的操纵需要在微观尺度上产生的磁场分布。为了产生这样的磁场，一个方法是使用微电磁单元。当施加电流时，这样的单元可以感应或者产生磁场。施加到这些单元上的电流的打开/关闭状态和大小将确定磁场分布。微电磁单元的结构和尺寸可以根据磁场分布需要来设计。磁微珠的操纵包括磁微珠的定向运动、聚焦和捕获。关于磁场内磁微珠的运动的理论和实践以及其应用可以在包括教科书的文献内找到。
从此处所提供的说明显而易见的是，本发明的目的在于提供一种新颖的且具有创造性的操纵磁微珠的方法，但是该方法不排除在微流控芯片装置中使用电子设备。
根据本发明的一方面，电子设备可以包括电连接部，特别是电针或者电薄膜元件或者电热垫。电薄膜元件可以用作加热元件、温度测量元件、高压元件或者导电率测量元件。薄膜垫通常是圆的，但是可以具有任何其他的形状。电极也可以包括掺杂半导体，在掺杂半导体中，半导体材料与小量的其他导电材料混合。
在本发明中，电力可以例如在毛细电泳中用于分离。电力也可用于在执行PCR反应时使用的加热和温度测量，但是温度调节和控制在所有类型的生物分析中都是重要的。这通过将电连接部附接到反应室或者管状通道电接触垫片的两侧来实现，如此，试样可以被加热且温度可以被测量。特别地，如果电连接部被附接到通道的两侧上，则实现了恒定电场，通过该电场的协助，可以移动试样和磁微珠。一对电热垫或者电极也可以用于在毛细电泳之前用于目标配偶体的浓缩。
介电电泳可以用于执行具有抗原、抗体以及彼此具有亲和力的化学物的结合分析。介电电泳力是在非均匀电场中作用在可极化颗粒上的力。传统的介电电泳是在非均匀电场中的极化微珠的运动。通常存在两种类型的介电电泳：正介电电泳和负介电电泳。在正介电电泳中，通过介电电泳朝向强场区域移动颗粒。在负介电电泳中，通过介电电泳朝向弱场区域移动颗粒。具有固定目标配偶体的微珠具有正或者负介电电泳是依赖于磁微珠是否比周围的介质更多或更少地可极化。
微流控通道系统中的分离设备设有集成式或者外连接的色谱分析设备，该色谱分析设备包括直的或者环状的通道，以便执行具有等速电泳或没有作为预分离步骤或者没有等速电泳作为预分离步骤的电泳。毛细电泳在本发明中特别方便。等速电泳是用在分析化学中以便分离带电荷的颗粒的技术。等速电泳是电泳的进一步发展。等速电泳是使用了非连续电场来在试样成分之间产生显著边界的强有力分离技术。在等速电泳中，该试样被引入到快速先行电解质和慢速终止电解质之间。在施加电势之后，在先行电解质中产生低电场、在终止电解质中产生高电场。试样水平的pH值通过沿着相反方向迁移的先行电解质的反荷离子来确定。在第一阶段，试样成分以不同的速度迁移，且开始彼此分离。更快的成分将在试样区的先行部分中产生低电场，反之亦如此。最后，这些成分将彼此完全分离，并且以均衡的浓度浓缩，被明显的电场差包围。特定的分隔件或者标记分子被添加到试样，以物理地分离感兴趣的试样成分。在用传统的分离技术实现最大分辨率时，等速电泳显示了其比传统的分离技术优越。试验参数的选择保持复杂，但是适当的参数的选择可以通过参考普通技术人员已知的参考材料来进行。
在本发明中，光学设备包括用于在已经执行了完整的结合分析之后、用于对目标配偶体的运动的监视和用于测量或者探测目标配偶体的装置。为了探测，微流控通道系统可以设有集成式或者外连接设备，所述设备包括探测器，这些探测器包括荧光探测器、激光感应荧光探测器、质谱仪或者用于测量UV/VIS吸收、IR、导电率或者折射系数的设备。
本发明的微流控芯片装置优选地是自动系统，这指的是该系统基本上不需要手动程序，例如，由从业者来进行吸液或者手动传输试样或者试剂、管的颠倒或者涡旋、将试样放在离心机中或者孵化器(或培养箱)中。但是，自动系统可能需要将试样通过吸液或者注射来手工施加到该系统、或者通过从管中收集而手动回收已经完全通过该系统处理的试样成分，其中反应后的流被收集。在集成式芯片系统的操作期间，自动系统可以需要或者可以不需要从业者来：控制用于流体流动的功率驱动的系统；控制用于产生物理力的功率驱动的系统，该物理力用于执行处理和分析任务；控制用于产生用于传输试样成分的物理力的功率驱动的系统等，而是这些控制措施都可以计算机化。例如本发明的自动集成生物芯片系统这样的自动系统优选地是计算机驱动的。
在本发明中，磁场(特别是磁棒)只将力施加在磁颗粒和固定在磁微粒上的目标配偶体或者结合对上。本发明不适用于非磁性颗粒的应用，例如聚苯乙烯颗粒或者珠。相应地，本发明涉及利用磁微珠的微流控芯片装置。
根据本发明的一方面，微流控柱过滤器优选地通过一个或者更多个磁棒来控制，所述磁棒使得磁微珠从一个反应室能够传输到另一个反应室，由此允许微珠与新鲜试样、试剂和清洗溶液接触。当去除废弃试样、试剂、清晰溶液和其他溶液时，在试样、试剂和清洗溶液的供给期间分析物和试剂交替附接和释放至其上的磁微珠被同时防止随溶液流一起逃逸。
微流控芯片装置、其结构和其制造通过参照附图来更为详细地说明。
图1示意地显示了本发明的微流控芯片装置的截面。微流控通道系统(100)包括一个或者两个反应室(图1中未区别)，其中形成簇(402)的磁微珠(401)在所述反应室中被操纵。微流控通道系统(100)设有一个或者更多个微流控连接部或者微流控针(200)，所述微流控连接部或者微流控针(200)优选地使用了防泄漏密封件(204)从而可密封。微流控通道系统(100)设有一个或者两个微流控柱过滤器。具有柱(303)和其间的间隙(304)的所述微流控柱过滤器(303)中的一个被示意地显示在图1中。指示了形成簇(402)的磁微珠(401)和用于操纵磁微珠(401)的磁棒(403)。微流控芯片装置还包括电设备(500)，电设备(500)包括两个电针(501)以及其他的电薄膜元件或者垫(501)。这些元件包括加热元件(502)、温度测量元件(503)、高压元件(504)和导电率测量元件(505)。在本发明的优选实施例中，微流控芯片装置(800)包括两个层(801、802)。底层(801)优选是硅层，微流控通道系统(100)嵌入到所述硅层中，上层是透明层，例如玻璃盖(802)，其允许对来自微流控通道系统(100)中实施的结合分析的成分流进行监测。芯片装置的下层设有孔(图1中未示出)，所述孔用于从操控板(图1中未示出)伸出的操控针(903)、电针(501)和液体连接部(200)。芯片装置的上层(802)优选地包括用于执行分离的直通道或者环状通道(600)(图1中未示出)和用于探测的装置(700)(图1中未示出)。
图2示意地显示了从上面观察到的微流控通道系统的优选实施例。微流控通道系统包括一个或者多个(优选地两个)反应室(101和/或102)，具有3个可密封液体连接部(201、202和/或203)，所述液体连接部可密封并且可用作用于液体流的入口和/或出口。换言之，液体供给可以从液体连接部(201、202和/或203)中的任何一个来实施，且也可以使得选择的顺序和流动方向相反。每个反应室(101和/或者102)均设有至少一个流体柱过滤器(301、302)。微流控柱过滤器的柱包括柱或者杆，例如，具有间距或者间隙的柱状杆(303)，所述间距或者间隙的尺寸允许磁微珠至少逐一通过。液体可以通过连接部(201)供给，连接部(201)可以作为引向反应室(101)或者所谓的气泡室的主供给通道，其中气泡用微流控柱过滤器(301)过滤。此后，液体流接触磁微珠簇，磁微珠簇可以使用外部安置的磁棒(图2中未示出)来操纵。可以使磁微珠来回运动通过反应室(102)中的微流控柱过滤器(302)、或者通过反应室(101)中的微流控柱过滤器(301)、或者来回通过两个微流控柱(301)和(302)，由此使用了两个反应室。当液体在该系统中被替换或者改变或者从所述系统中去除(例如，通过液体连接部(202))时，存在三个液体连接部使得磁微珠能够在位于柱过滤器(301和/或302)中的一个之后的反应室(101或者102)中的任何一个内或者例如在位于柱过滤器(302)或者柱过滤器(301)之后的通道(103)内被捕获。在引入或者注射新的替换液体(包括试剂、缓冲溶液或者洗脱溶液)之后，就可以通过打开磁棒将磁微珠转移或者移动回到新引入的出现在反应室中的一个内的液体溶液(试剂、洗涤液或者洗脱溶液)中。磁微珠趋于形成簇，并且磁颗粒簇可以通过在反应室(101和/或102)的柱过滤器(301和/或302)之上移动外磁棒，从而用外磁棒(图2中未示出)来打破。反应室(102)中的微流控柱过滤器(302)被用于防止磁微珠在反应和净化或者洗涤期间形成簇。微流控芯片装置的电设备(500)包括电薄膜元件(501)，电薄膜元件(501)包括跨过反应室(102)放置的加热元件(502)和温度测量元件(503)以及高压接触部(504)，高压接触部(504)和温度测量元件(503)放置在反应室(102)的两侧上或者微流控通道(103)的两侧上。这些电设备或电薄膜元件(500)可以在互补性多核苷酸或者寡核苷酸序列之间的结合分析完成之后用于执行例如PCR反应，以及用于被处理的反应物的浓缩，该反应物包括所需的成分或者目标配偶体或其配对物，下述的情况中不管哪个都是期望确定结合对的：在期望的结合反应之后，以及在允许具有被处理的反应物的液体通过毛细电泳(CE)(600)进入用于分离目标配偶体或者其配对物毛细系统从而接着用合适的设备来记录和探测(700)所述目标配偶体或者反应物之前。另一反应室可以紧挨着放置在所述位置之前，其中流体流进入用于分馏和探测的系统。该另外的反应室可以用于PCR循环，且用于提供目标的多核苷酸或者寡核苷酸序列或者具有可探测标识的互补探针序列，以及用于通过执行两个后续的PCR循环来减少或减小由于冗余可探测标识所导致的背景，其中每个将被放大的序列设有两个通用引物。该减少通过用设有与通用引物中的一个互补的可探测标识的序列来初始化第一PCR循环e，并用设有与另一通用引物互补的序列的另一序列初始化第二PCR循环。此后，现在设有可探测和亲和标记的双束探针序列被捕获或者固定在磁微珠上。双束探针或者杂交形成，该杂交通过让杂交物与磁微珠接触而设有亲和标签和可探测标记，磁微珠被迫使通过微流控柱过滤器。磁微珠保持在微流控柱过滤器中的一个之后，同时多余的液体、试剂等通过出口中的一个被去除。此后，所述步骤用清洗溶液重复。在该净化之后，设有可探测标记的探针或者目标在较小量的洗脱溶液中从磁微珠上的杂交物被洗提。包括将被确定的净化目标或者探针的该浓缩溶液被引入分离系统且用于记录。
图3描述了微流控反应室(102)中的一个的纬度方向和纵向截面的三维立体图，其显示了微流控柱过滤器(302)的构造。具有反应室的微流控通道系统嵌入到微流控芯片装置的底层(801)中。在本发明的优选实施例中，当是微尺度时，柱状杆(303)具有例如大约350μm的高度。柱状杆(303)形状是矩形的、椭圆形的或者圆形的。如果柱状杆是矩形，则一侧是大约50-100μm，而如果柱状杆是圆形，则直径为大约50-100μm。所述杆优选地设置有大约25μm的间隔或者间隙，这允许具有直径例如达到10-20μm的磁微珠通过微流控柱过滤器。此处所提供的所有尺寸只是大致的尺寸。相应地，所述尺寸可以根据微流控芯片装置的尺寸而变化，且其尺寸可以在几个厘米到几个毫米之间变化。相应地，这些尺寸可以是微观尺度或者宏观尺度的。
图4是微流控芯片装置(800)的示意显示，所述微流控芯片装置(800)放置在辅助设备(900)上且可以连接到这样的辅助设备，例如软件相关联的自动或者半自动设备，所获得的结果已经被收集在其中且被存放用于进一步计算和处理。微流控芯片装置(800)被放置在操控板(902)上，其中凸出的操控杆(903)连接到测量接口(901)且整个系统由坞站(904)支撑。微流控芯片装置包括嵌入在两个层(801)和(802)之间的微流控通道系统。微流控通道系统(100)包括流体连接部或者耦接器(200)、磁微珠(401)、电连接部或者耦接器(500)，其包括电针和电垫片。上层是透明的且可以包括荧光测量窗口(701)、用于在溶液中执行PCR反应或者成分的浓缩的装置(702)和用于执行毛细电泳的设备(703)。在图4中，液体连接部(200)、操控针(903)、以及包括了用于加热、用于温度测量、用于提供高压浓缩和用于导电率测量的包含电针(501)或者电薄膜元件的电设备(500)以竖直的矩形框被示意性显示。微流控芯片装置通过将芯片操控针或者操控棒(903)装配在芯片装置上的孔(图4中未示出)内从而放置在芯片操控板(902)上。磁棒在图4中未示出。光学空气冷却喷嘴(905)被显示在图4中。微流控芯片装置的底层优选地是在其内的凹陷中支撑着微流控通道系统(100)的硅层(801)，且上层(802)优选地是透明层，例如玻璃盖，该玻璃盖具有用于加热、温度测量、提供高压浓缩和导电率测量的电设备(500)。上透明层也包括用于执行毛细电泳的装置和用于探测的装置。
图5A-5H显示了具有不同形状、直通道或者环状通道以及辅助的电设备和光学设备的不同类型的微流控芯片装置，其中电设备和光学设备放置在该芯片装置上的不同位置中。
图5A显示了具有两个反应室(101和102)、流体连接部(201和202)以及微流控柱过滤器(301和302)的微流控芯片装置的俯视图。包括接触垫片或者薄膜元件(501)和电线(506)的电连接部被显示在图5A中。微流控芯片装置设有用于流体连接部或者液体针(201和202)的孔，并且设有用于操控针的孔(803)。
图5B显示了微流控芯片装置的仰视图，微流芯片装置的上部视图显示在图5A中。图5B中所示的微流控芯片装置的仰视图显示了安置在硅层的下表面上的用于加热元件的接触垫片(501)和电线(506)。用于流体连接部的孔被标记为(201、202)。孔(505)用于电针。
图5C描述了微流控芯片装置中的微流控通道系统(100)的结构，用于利用直的CE通道(600)执行聚合酶链式反应-等速电泳-毛细电泳(PCR-ITP-CE)。图5C示出了硅层的上侧的视图。用作气泡过滤器的反应室(101)和用作微珠簇瓦解器的反应室(102)的结构以及用于加热和温度测量元件的电垫片(501)在所有类型的芯片中都是相同的。用于加热和温度测量元件的电接触垫片的位置可以变化。PCR-ITP-CE芯片具有也用于高压和导电率探测的薄膜元件(501)。导电率探测电极具有两个平行的20μm电极，具有20μm间距。直的CE通道(600)的长度大约是33mm。流体连接部被标记为(201、202和/或203)，并且柱过滤器被标记为(301和/或302)。用于操控轮的孔被标记为(803)。
图5D是玻璃层的上侧的视图。玻璃层具有用于操控针和电接触垫片(501)的孔(803)或者腔，或者用于电针(501)和电线(506)的孔、以及如图5C中所指示的具有流体连接部(201、202、203)、线(506)和凝胶电泳、PCR和ITP通道(600)的微流控通道系统(100)。
图5E从芯片上侧的视图，其中示出了玻璃层中和通过玻璃层看到的硅层中的设备，其具有小的变化。
图5F是图5E中所示的微流控芯片装置的仰视图。PCR-ITP-CE芯片具有用于流体连接部或者耦接器的7个孔、用于电耦接器(805)的14个孔以及用于操控针(803)的3个孔。连接部和垫片的位置可以变化。
图5G-5H显示了用于CE/ITP微流控芯片装置的试样注射系统。
图5G显示了具有直的CE通道和微流控通道系统的硅层的上侧的视图，其中试样注射是利用压力注射来实施，但是也可以在压力注射的同时使电注射。从反应室(202)压力注射到试样环(600)可以与电注射到试样环(600)同时发生。显示了用于导电率探测的电接触垫片或者电极(505)以及薄膜电线(506)。导电率测量电极可以用于监测试样注射或者CE通道内的浓缩。通过同时施加压力注射和/或者电注射来停止两个平行电极对之间的试样浓缩也是可能的。附图中的装置的试样注射环分别是4.1mm(23nl)和：6.3mm(35nl)，但是可以根据微流控芯片装置的尺寸而变化。从ITP输出到CE通道的端部的距离是22.5mm。试样注射环被放置在从中心至中心为100μm的位置处的双T接合处内。从双T到ITP输出的距离可以优选地为9.8mm，且从ITP输出到CE通道的端部的距离可以是22.5mm。试样注射环具有蜿蜒形状的CE通道，其中试样注射环可以为4.1mm和9.6mm。从ITP输出到CE通道的端部的距离可以为例如58mm。
图5H显示了具有形成为环的CE通道和微流控通道系统的硅层的上侧的视图，其中使用压力注射来实施试样注射，是玻璃层上侧的视图。玻璃层具有用于操控针的孔(803)或者腔。
图6是液体针(200)的示意图示，液体针(200)形成在与电针(未示出)相同的基体中，例如3mm×3mm的基体。微流控芯片装置的截面作为硅层(801)和玻璃层(802)显示在图6的上部中。液体针和操控针的结构优选地由钢管形成。塑料管覆盖件操控液体针(200)至微流控芯片装置上的耦接孔。塑料管的操控是基于操控板中的锥形螺栓。液体针具有位于液体针的头部内的橡胶密封件。
图7显示了微流控芯片测量设置或者测量系统的设置，包括温度控制和荧光/导电率探测。温度和荧光数据被同步化。温度测量设置采用PC的AD/DA驱动器卡来控制。驱动器卡测量热敏电阻的温度，并控制加热元件的加热功率。荧光测量设置被可商业获得的程序(Hamamatsu Wasabi)和LabView软件的芯片测量设置加以控制。
如上所述，微流控芯片装置是可以包括底层和顶层的平台，该平台在所述层之间支撑微流控通道系统。上层优选地是透明玻璃层，但是可以使用石英或者硼硅酸盐。上层可以包括大约200-1000μm，优选地400-700μm，最为优选地大约500μm晶圆。上层之下的表面可以设有槽。用于传输液体溶液的管状通道可以有利地装配到安置在位于下层之下的侧面上的槽内。由玻璃或者惰性塑料或者其他材料所制造的管状通道优选地具有大约10μm的直径。管状通道可以在下层内具有相关联的毛细槽，但是毛细槽也可以安置在上层上的下表面内。可以由玻璃或者惰性塑料或者例如金属(例如钢)之类的其他材料所制造的管状通道具有大约10-1000μm的直径，优选地200-450μm，最为优选地大约350μm，且优选地是生物相容的或者可以制成生物相容的。
下层优选地由硅或者聚合物制造，但是可以使用其他材料。下层的厚度大约是200-1000μm、优选地400-700μm，最为优选地大约500μm。微流控芯片装置的上表面和下表面可以设有具有一定形状的凹陷或者槽，该凹陷或者槽支撑微流控通道系统。管状通道可以进一步包括用于传输液体溶液的反应室，所述反应室可以有利地装配到位于下层的上侧上的凹陷或者槽内。在下层的下侧上，有利地焊接和安置有电路和电极，以配合到连接微芯片装置和设备的接合处，所述设备提供了外部溶液流、电功率和磁功率、并引导至分离装置和光学探测仪器。
顶层或上层以及底层或下层以芯片级被接合在一起，或者顶层或上层以及底层或下层以所谓的晶圆水平熔接。晶圆级的阳极键合和芯片级的激光键合是用于接合所述层的替代方法。胶合可以通过丝网印刷来执行，由此胶通过丝网印刷到底层的表面上，该底层优选由硅形成。在丝网印刷之后，优选地是玻璃层的上层可以接合到硅底层。粘胶或者粘合剂材料可以在炉内或者另一适当的固化装备内固化。在熔接中，氩气被用于激活晶圆。在表面激活之后，分别例如是硅晶圆和玻璃晶圆的顶层和底层可以接合在一起。熔接通过在具有大约100-400℃的炉内加热而强化。
在本发明的优选实施例中，微芯片可以大体上如下制造，但是任何其他合适的制造方法可以与本发明相结合使用。本发明的微芯片装置的制造从空白的硅和二氧化硅晶圆开始，其直径优选地为大约100mm，且其厚度优选地大约为525μm。硅晶圆的前侧经受热氧化、光刻、氧化蚀刻、等离子增强化学气相沉积(PECVD)的氮化硅沉积、光刻、PECVD氧化物沉积、光刻、氧化蚀刻和最终光刻。在这些工艺步骤期间，三级等离子蚀刻分别被进行至75μm的深度和375μm的深度，并且也贯穿525μm的硅晶圆。最后，具有供给贯穿孔的硅晶圆被热氧化以形成电绝缘。
硅层(801)支撑微流控结构，该微流控结构包括通道和反应室(100)，在通道和反应室(100)内磁微珠(401)被操纵并且结合分析被执行。聚合酶链式反应(PCR)、浓缩和/或者毛细电泳(CE)可以与结合分析相联系地执行，以进一步改进性能。对于PCR和CE，微流控芯片装置通过用于加热的薄膜元件(501)提供。这些可以由钼制造，并且设有等离子增强化学气相沉积(PECVD)的覆盖层和铝接触垫片。硅层还设有热氧化物电绝缘、用于电接触针(501)、流体针(201和/或202等)以及操控针或者杆(903)的孔。上玻璃层(802)包括用于温度测量的电子元件(501)，用于提供高压和导电率探测。上玻璃层(802)上的薄膜元件(501)优选地由铂制造，且设有PECVD氧化物覆盖层。PECVD氧化物可以在触点内或者在测量点(窗口)内具有开口。
下层或者硅晶圆的背侧首先覆盖以钼，然后钼通过在光刻之后的等离子蚀刻来图案化，以形成具有接触垫片的加热器。氧化物覆盖物使用PECVD形成，并且接着氧化物覆盖物被部分蚀刻以暴露接触垫片。
底层或二氧化硅层，优选是设有图案化的光电阻的硅晶圆，其使得能够随后进行铂的剥离(lift-off)程序。在剥离之后，形成热敏电阻和导电率探测电路。此后，使用PECVD形成覆盖氧化物，然后其被部分蚀刻以暴露出通过硅晶圆用于针接触的接触垫片，以及暴露出导电率探测尖部。作为最后的步骤，在用于操控针的微芯片的各二氧化硅覆盖物上蚀刻出对齐凹痕。然后，二氧化硅晶圆和硅晶圆被切割成微芯片，并接着用粘合剂粘接。
效用性
本发明提供了结合物质的生物学作用和效果的准确评估，所述结合物质例如为核酸、蛋白质、抗体、抗原或者酶。用于确定微量的多种目标分析物且提供包括转录谱的量化的计算机可读结果的迅速和精确方法在医学和制药工业中是有用的。已知的和新颖药对人类和试验动物的基因表述的影响可以容易地进行测量，并且为医药和诊断工业以及包括医院和健康中心的健康护理提供必要的知识。主要效用在于以可计算机化和可以数字化精确的方式来提供对健康护理、治疗药征、医药应用有用的信息。
本发明提供了用于执行微型化、迅速和有效的杂交、聚合酶链式反应或者放大分析和免疫分析的更为多样的系统，其中这些分析都应用了液相和固相阶段的组合。迅速和有效的净化在具有微流控通道系统的片上装置中得以实现。微流控通道系统的管状通道设有具有通过磁棒控制的微流控过滤器或格栅的扩大的反应室或者腔。微流控过滤器能够通过强迫颗粒通过过滤器从而瓦解或者分拆磁微珠的簇。同时，发明人注意到，严重扭曲了微步骤中测量的结果的空气气泡可以通过使用所述柱过滤器来避免。
本发明涉及具有多通道系统的分析微芯片装置，多通道系统用于执行来自试样溶液的一种或多种结合物质的、迅速和有效的固液相结合分析，所述结合物质包括细胞溶菌和例如通过组合化学所获得的产物的混合物。
在结合分析中操纵磁微珠时，微流控芯片装置对于增加磁微珠上的反应自由表面是有用的。操纵指的是对磁微珠上的目标配偶体和其配对物的移动或者处理。通过本发明的方法操纵的目标结合配偶体被耦接到其配对物，且它们一起形成结合对。该操纵包括传输或者运动、捕获、聚焦(或对准)、富集、浓缩、聚集、瓦解、俘获、分离或者隔离。为了有效地操纵形成结合对复合体的目标结合配偶体，结合对和所使用的磁力必须相容。
该顺序操纵步骤可以包括混合、浓缩、稀释、洗涤和结合以及释放步骤，其有利于微流控芯片装置中的结合分析。所述步骤包括反应、洗涤、释放(变性、洗脱)、分离和分析任务。所述步骤的效率依赖于成簇的磁微珠的有效瓦解。该瓦解有利于包括形成结合对复合体的目标结合配偶体及其配对物的试样成分的散布和/或结合以及所述成分从一个反应室的一部分到由微流控柱过滤器分开的该反应室的另一部分的同时传输。
微流控通道系统对于用这样的分析物来执行分析是特别有用的，所述分析物可以是具有配对物的结合配偶体，例如抗体和抗原，其具有彼此特定的亲和力。结合配偶体及其配对物一起形成了结合对，例如抗体和抗原或者其片段，与目标聚核苷酸或者寡核苷酸序列互补的单束目标聚核苷酸或者寡核苷酸序列，以及单束探针都可以形成这样的复合体。结合配偶体及其配对物(即，可以形成结合对的两个结合配偶体)每个被单独地或者独自或者作为复合体而提供亲和标签，且由此它们可以被收集或者固定在磁微珠上，该磁微珠用另一亲和标签覆盖，该另一亲和标签具有与对应亲和标签相对应的亲和力。这样，具有固定的一结合配偶体的磁微粒可以收集这样的配对物，所述配对物可以有或者可以没有承载所述结合配偶体的可探测标记，并且由此形成固定的结合对复合体。
通常，目标结合配偶体是将从试样确定的成分。该目标结合配偶体是分析中所需的成分或者感兴趣的成分。这可以在进入微流控芯片装置之前被处理，例如隔离，但是其可以被直接引入，如果其在用于结合分析中的试样介质、缓冲溶液或者洗脱溶液中是可溶的。
目标结合配偶体可以是任意的有机或者无机分子，其具有对另一分子特定的亲和力，该另一分子是所述目标结合配偶体的配对物。有用的目标结合配偶体可以是氨基酸、缩氨酸、蛋白质、醣蛋白、脂蛋白、醣脂蛋白、油脂、脂肪、固醇、糖、碳氢化合物、核酸分子、小有机分子、或者更复杂的有机分子。目标配偶体也可以是分子复合物和无机分子或者离子。目标结合配偶体可以是从已经裂解的细胞、细胞质或者细胞器母体获得的细胞内目标配偶体。
用于免疫分析、杂交反应等的反应条件可以在教科书和实验手册上找到。如果使用多个分析物和试剂，对不同的反应物使用标准化的条件是非常方便的。
结合分析记录了从试样处理获得的结果，并包括任何这样的分析，该分析包括了施加亲和力捕获的吸附和解吸附反应。通常，结合分析确定试样中一个或者多个目标结合配偶体的存在、量或者活动。吸附包括结合、耦接或者捕获，且是结合分析中的特征步骤，并且有利于从来自试样的一个或多个目标结合配偶体的净化、最终分离以及探测。
本发明的结合分析包括这样的顺序步骤，这些步骤包括具有中间清洗的吸附和解吸附反应，其可以用不同的反应物或者通过引入新的试样而重复。在本发明的集成式微流控芯片装置中，不同的步骤被顺序地执行以获得最终结果。当两个任务被顺序执行时，第二任务使用第一任务的一个或者多个产物。在本发明中，产物指的是试样中的这样的目标结合配偶体，即：在第一步骤中已经固定到磁微珠上并被净化或者浓缩，或者已经变得结合到也已经粘着至所述磁微珠上的试剂。
目标结合配偶体被固定到磁微珠上，并且此后允许与目标结合配偶体的配对物反应以形成结合对复合体，或者该目标结合配偶体被允许与其配对物反应，该配对物在先前已经附接到磁颗粒上或者可附接到磁珠上。目标结合配偶体及其配对物以及适当的亲和力标签和探测标记被同时允许接触磁微珠，由此在溶液中发生结合配偶体之间的反应且所形成的结合对作为复合体而固定。
在没有应用本发明的方法的情况下，大约5％、10％、20％、30％、40％或者50％的目标配偶体与其结合对被固定在磁颗粒上。通过让磁颗粒通过微流控柱过滤器从而操纵磁颗粒，固定的结合对的形成可以增加达到大约60％、70％、80％、90％或者100％。
在本发明中，固定意味着某物被耦接至、捕获在或者附接到固体支撑件(磁微珠)。例如，目标结合配偶体及其配对物可以通过特定的或者非特定的结合而耦接至磁微珠。该结合可以是共价的或者非共价的、可逆的或者非可逆的，并优选为亲和力对，例如，生物素-亲和素以及生物素-抗生蛋白链菌素被使用以有利于在结合配偶体和磁微珠之间的结合。
与固定相比，术语俘获指的是：机械阻挡件被用于防止具有未被固定配偶体和试剂的磁微珠进行移动。
在本发明中，分离指的是其中存在于试样中的多个目标配偶体或者其结合对被空间地与一个或多个其他目标配偶体分开，其中使用了用于分离的色谱设备，其施加毛细电泳、重力、质流、介电电泳力和电磁力。
目标结合配偶体是两种不同分子中的一种，其在该分子的三维结构中的表面上或者腔内具有面积，该腔特别地结合到另一分子并由此限定为与另一分子的特定空间和极性组织互补。特定的目标配偶体可以是免疫对中的一个成员，所述免疫对例如抗原-抗体、生物素-亲和素、或者生物素-抗生蛋白链菌素、配体-受体、核酸双链体、DNA-DNA、DNA-RNA、RNA-RNA等。将注意到，结合配偶体在水基溶液中可溶，但是彼此具有亲和力且对磁微珠具有亲和力，或者可以设有组，所述组对微珠或者附接到微珠上的亲和对中的一个成员具有亲和力。
水基溶液是生物试样溶液、生理缓冲液、用作杂交溶液、变性溶液或者用于凝胶电泳中洗脱液的生物相容液体。实验室手册提供了很多的有用水基溶液。通过改变所述溶液中的温度、PH条件和成分，这就可能在磁微珠或者珠上交替进行吸附和解吸附反应。
核酸分子是多核苷酸序列。核酸分子可以是DNA、RNA或者二者的组合。核酸分子也可以包括除了并入主链中的核糖和脱氧核糖之外的糖。主链可以是除了DNA或者RNA中之外的类型。锁核苷形成了LNA和缩氨酸，主链形成PNA且包括核苷基，其中核苷基是自然发生的或者不是自然发生的。核酸序列可以具有除了磷酸二酯键之外的键。核酸序列可以是缩氨酸核酸分子，其中核酸基链接到缩氨酸主链。核酸序列可以具有任意的长度，且可以是单束的、双束的或者三束的。
标准结合分析包括依赖于核酸杂交以探测特定的核酸序列的结合分析、依赖于结合至实体的抗体的结合分析、和依赖于结合至受体的配体的结合分析。
在传统的结合分析中，通常需要可探测标记以能够确定、测量或者记录该结果。可探测标记是可以被探测或者可以产生可测量信号的化合物或者分子。有用的标记为荧光、放射能、颜色或者化学发光。优选地是荧光标记，其商业上可获得，并且包括Cy-5、藻红蛋白、藻青蛋白、别藻蓝蛋白、FITC、若丹明、或者镧系元素；以及通过荧光蛋白，例如绿色荧光蛋白(GFP)。这些和任何其他合适的标记可以根据本发明而使用。试剂可以预标记，但是存在这样的方法，即：未标记的反应物可以在反应之后标记。在一些情况下，这是优选的方法，通过该方法，可以避免由标记导致的位阻。
具有微流控通道系统的微芯片装置可以通过亲和捕获(TRAC)的协助用于执行转录体分析以及用于从例如细胞溶菌确定其中的目标多核苷酸序列和核苷变体的量。
根据本发明的一方面，微芯片装置可以用于结合分析中，其中首先包括由结合物质(例如抗体或者抗原)的配对物(例如已知抗体和抗原的混合物)覆盖的磁颗粒的缓冲溶液被注射到管状微流控通道系统(100)内，并通过溶液流传输到具有微流控柱过滤器或者格栅(301、302)的反应室(101、102)。包含例如相应的抗体或者抗原的结合配偶体的混合物的试样溶液被注射到管状微流控通道中并与附接到磁微珠上的其配对物混合。该入口通过外部控制的机械阀关闭。借助于磁棒而迫使磁微珠通过微流控柱过滤器到达另一反应室，从而可以瓦解成簇的磁微珠。该来回传输可以重复一次或者多次。由此，也实现了试剂的彻底混合。在保证结合物质和其配对物之间的完全反应的适当的时间之后，溶液通过出口中的一个被去除，同时在通过升起磁棒而关闭磁力或者磁棒时，磁微粒被保持在过滤器之后位于所述室中的一个内。管状的微通道用外机械阀打开，清洗溶液流通过管状微流控通道被注射到反应室中，其中通过迫使微珠通过过滤器以及在该溶液的排放期间俘获微珠，将由结合配偶体和其配对物的复合体覆盖的磁微珠冲洗成没有未结合的试样和试剂。该过程可以重复一次或者多次，并且最终结合物质使用例如能够将结合配偶体从其配合物释放的缓冲溶液而释放，该缓冲溶液保持在具有磁微珠的反应室内。释放的缓冲溶液优选地是这样的溶液，其用于在随后的毛细或者凝胶电泳中用于洗脱，在记录结合物质的光学特性之前，所述毛细电泳或凝胶电泳将它们分离。具有被捕获的结合物质配对物的磁微粒被保持，且可以在清洗之后通过添加另一试样来再次使用，相同的多次分析可以从该另一试样来执行。
根据本发明的另一方面，微芯片的使用被证明是用于量化被表示的目标mRNA的方法。在本发明的再一示例性方面中，本发明的微芯片装置被应用于确定其中的目标多核苷酸序列和核苷变型的量。
试样是将分离或者分析其成分的任何流体。试样可以来自任何来源，例如有机体、来自相同或者不同种属的一组有机物，正在经受或者已经经受裂解的细胞。试样可以是从例如土壤、食物、建筑或者任何其他的固体源的环境中提取。在微流控系统中，该试样应该是作为溶液或者提取物的液体的形式，例如土壤或者食物试样的液体提取物、咽喉或者生殖器拭子的提取物、排泄物试样的提取物。血液试样是优选被离心、裂解、过滤、提取或者进行其他处理的血液试样，包括例如抗凝血剂或者稳定剂的一种或者多种试剂已经添加到其中的血液试样。该试样可以是未处理的或者处理的试样。
试样的处理由采用试样制备开始，这可以包括细胞或者组织试样的分离以释放将被确定的目标配偶体或者成分。试样制备可以涉及包括多核苷酸序列和蛋白质的粗分离或者净化，但是细胞试样可以直接引入到微流控通道系统中，其中细胞试样经受裂解、或者其可以在外部裂解之后被引入。试样处理通常包括试样的成分的分离，但是在本发明中，试样的目标配偶体或者成分被一起处理且目标配偶体的分离和识别通过吸附和解吸附反应来实现。分离可以包括裂解、让例如双束核酸序列或者其片段成为单束的变性、化学改性、或者将成分结合到试剂。处理步骤可以通过释放、暴露、改性作用在试样中的一个目标配偶体上或者产生另一类型的成分，所述另一类型的成分例如是可以用于进一步处理或者分析的目标配偶体的结合对。该任务包括测量和计算。例如，一个或者更多个细胞或者组织的裂解可以是释放核酸的第一处理步骤，所述核酸可以在进一步的步骤任务中进行分离，且在后续的分析步骤中被探测。结合或者耦接可以是处理任务中的一个步骤，其中结合或者耦接、特别是试样中目标配偶体耦接到其存在于微珠上的结合对有利于试样的一个或者多个目标配偶体的分离、传输、固定、隔离、聚集、浓缩、富集、结构改变或者的至少部分净化。在传统的现有技术方法中，混合是用于方便试样中一个或者多个目标配偶体的结合、分离、传输、浓缩、结构改变或者净化的必要的任务。混合是微流控通道系统中的这样的问题，其不允许引入充分的有效力。在本发明中，充分的混合通过打开和关闭磁棒而迫使磁微珠通过柱过滤器来提供。
本发明涉及使用磁微珠执行结合分析的方法。目标结合配偶体是这样的成分，原理上该成分可以是水基液体试样中的任何成分，在与其结合对接触时、该成分具有对另一成分特定的亲和力或者结合到另一成分。
所述方法可以应用于PCR循环，PCR循环可以在流体通道中或者反应室内执行，并且用于提供具有可探测标记的目标多核苷酸序列或者探针序列，并且用于通过由用设有与通用引物中的一个互补的可探测标记的序列初始化PRC循环e以及初始化具有另一序列的第二PCR循环而执行具有探针序列的两个后续PCR-循环从而减小背景噪音，其中该探针序列具有两个通用引物，该另一序列设有与其他的通用引物互补的序列。捕获形成的杂交物(其中该杂交物设有亲和力标签和可探测标记)通过如下来完成：让杂交物与磁微珠接触；迫使磁微珠通过微流控柱过滤器；以及在移除多余的液体时保持微珠在微流控柱过滤器之后；用清洗溶液重复所述步骤；以小量的洗脱溶液从杂交物洗脱具有可探测标记的探测物或者目标；以及将所述溶液引入到分离系统中且用于记录。
在本发明中，公开了至少三种微流控芯片装置的主要类型。三种不同类型的微芯片装置包括具有用于执行结合分析、具有聚合酶链式反应(PCR芯片)的结合分析的可能性的微芯片装置；具有既执行具有PCR结合分析以及毛细电泳(CE)可能性的微芯片装置，该微芯片装置具有直的CE通道或者蜿蜒的CE通道。作为共同的特征，所有三种类型的微芯片装置具有至少两个不同的流体耦接器，包括但是不限于侧耦接器和液体针。
下面描述通过亲和捕获(TRAC)分析来执行微型转录体分析的微流控芯片装置的使用。传统的TRAC分析在欧洲专利1352097和1537238中进行了描述。TRAC分析的一个目的是从试样溶液确定多个被表述的mRNA的相对量。
该方法包括下述步骤：
(a)接触包括试样溶液的液体流，该试样溶液包括多个试样可溶的目标mRNA、具有亲和标记的聚(T)探针，优选地是生物素标记和多个稳定的单束探针序列，该探针序列标记有可探测标记，优选地为荧光体，并具有与目标mRNA互补的序列，其相对量可以通过利用磁微珠(401)来确定，这是通过用作入口的连接部(201)将所述液体流引入到包括两个反应室(101、102)中，且通过微流柱过滤器(301)以移除液体流中的气泡并接着密封流体连接部(201、202和203)来进行的，其中每个所述多个探针序列具有不同的尺寸或者质量；
(b)通过将磁微珠来回传送并通过所述微流控柱过滤器(301或者302)中的至少一个，从而允许固化和杂交反应在有利的条件下发生并持续足以在磁微珠上提供固化的目标mRNA-探针复合体的时间；
(c)通过关闭磁棒(402)并通过液体连接部(202)移除液体流且关闭连接部(202)，在微流控柱过滤器(302)上捕集具有固定(捕获)目标mRNA-探针复合体(杂交物)的磁微珠；
(d)通过打开磁棒(402)并迫使磁微珠来回通过所述微流控柱过滤器(301，302)中的至少一个，从而通过引入包含有利于杂交的清洗溶液的新的液体流来净化具有固定目标mRNA-探针复合体的磁微珠；
(e)通过关闭磁棒(402)且通过液体连接部(202)移除液体流且关闭连接部(202)从而在该微流控柱过滤器(302)上或者之后捕集具有固定目标mRNA-探针复合体的磁微珠；
(f)通过引入包含让双束复合体成为单束的变性溶液的新液体流以及通过打开磁棒(402)并迫使磁微珠来回移动通过微流控柱过滤器(301，302)中的至少一个而允许变性发生足以释放探针的时间，从而将探针从固定在磁微珠上的目标mRNA-探针复合体中释放；
(g)通过关闭磁棒(402)并在允许探针进入分离设备之前将包含探针的液体流引入到用于可选放大和/或浓缩的微流控通道出口，以及执行毛细电泳用于彼此分离和区分多个探针并图示地记录每个探针的可探测标记(荧光)的强度、且通过使用与软件相关联的自动或者半自动仪器计算来自图示地记录的峰值(202)的探针量(该峰值(202)对应于试样溶液中存在的目标mRNA的相对量)，从而在微流控柱过滤器(302)上捕获具有固定目标mRNA的磁微珠。
通过将另一步增加到如上描述的方法中，可以确定其中的表述mRNA和核苷变型的相对量。该方法是国际专利申请WO2008/102057(PCT/FI2008/050074)中描述的方法的微型化版本。
在额外的步骤中，使用目标mRNA的5’终端端部作为模板、在其3个终端中，步骤(d)中固化和净化的寡核苷酸探针是细长的；通过在步骤(c)之后通过液体连接部(201)和微流控柱(301)引入包括例如聚合酶或者反转录酶的酶的缓冲溶液，在存在至少一种例如dTTP，dATP，dCTP或者dGTP的脱氧核糖核酸和例如ddTTP，ddATP，ddCTP或者ddGTP的至少一种脱氧核苷酸时，能够使用目标mRNA作为探针拉伸该探针。通过打开磁棒(402)并迫使具有净化的固定目标mRNA-探针复合体的磁微珠通过微流控柱过滤器(302)，拉伸反应允许发生足够的时间且处于有利于拉伸反应的条件中。在捕获和净化磁微珠之后，释放、分离和记录具有或者不具有拉伸的探针。从图示地记录的结果中的峰值以及使用合适的控制，可以计算具有或者不具有拉伸的探针的相对量，且可以估计所述mRNA内互补的目标mRNA和核苷变型的量，所述mRNA与原始的探针已经杂交。
如上所述，在其通过例如毛细电泳分离之前，所释放的探针可以在微流控芯片装置中放大，且记录标记的强度。
根据本发明的另一方面，本发明的微流控芯片装置可以用于执行PCR反应的方法中。该PCR反应可以在传输探针多核苷酸之前执行，该探针多核苷酸已经杂交至分析物序列且在固态支撑件上被捕获时已经被净化，且由此与试样中未反应的序列分离。
磁棒被放下至反应室(101)，且包含磁微珠的溶液从液体连接部(201)供给进入。磁微珠被清洗，且DNA试样从液体连接部(201)添加。磁微珠通过将磁棒从反应室(102)移动到气泡过滤器室(101)，从而从一个室移动到另一个室。PCR放大混合物从液体连接部(201)添加，且磁微珠从气泡过滤器室(101)移动到反应室(102)和通道，其中发生PCR反应且将其移动到气泡过滤器室(101)。该溶液从液体连接(201)供给或者添加，并且磁微珠通过磁棒(402)从气泡过滤器室移动到反应室(102)和通道(103)。此后，DNA从磁微珠洗脱，磁微珠通过磁棒移动到气泡过滤器室(101)。以高压电极(505)执行可选的电预浓缩。分离电解质传输到CE/ITP通道(600)。该试样从入口(203)注射到CE/ITP：2(600)。执行可选的ITP预浓缩，且DNA识别用CE分离来执行。ITP/CE通道中的DNA识别可以用ITP/CE通道内的至少五个不同的DNA识别程序来执行。
1、在CE分离之前通过用ITP浓缩试样而执行识别。在主CE通道的侧通道中执行ITP。在ITP浓缩之后执行CE分离。
2、来自PCR腔的同时压力注射/电注射。注射环中的平行导电电极之间的浓缩试样在图5A-5I中所示的微流控芯片装置中存在于微流控芯片装置中的直通道或者环状通道中。CE分离在试样注射之后执行。
3、朝向凝胶溶液接口的试样注射在如图5A-5I中所示的微流芯片装置中的试样环(600)内执行。CE分离在缓冲溶液中执行。
4、凝胶电泳用ITP浓缩来执行。整个CE通道用凝胶溶液填充。CE分离在凝胶溶液中执行。
5、试样注射在如图5E-5H中所示的双T注射微流控芯片装置中执行。CE分离在试样注射之后执行。
当然，应该理解的是，上述的说明书只是通过示例的方式给出，详细的修改也可以在本发明的范围之内进行。本发明能够具有相当大的修改、改动、以及形式和功能中的等同物，这对本领域普通技术人员在阅读了本公开之后是显而易见的。
尽管本发明已经对当前考虑为优选实施例的形式进行了描述，但是本发明不限于此。相反，本发明意在覆盖包括在如上所提供的详细说明的精神和范围之内的各种修改和等同布置。

Claims (35)

1.一种用于操纵磁微珠的微流控芯片装置，包括：
微流控通道系统，所述微流控通道系统在具有一个或多个可密封的流体连接部的通道内包括至少一个反应室，所述连接部用作用于液体流的入口和/或出口；
其中所述反应室中的每一个均设有至少一个微流控柱过滤器，其包括具有间隙的柱状杆，所述间隙大于所述磁微珠的直径；
其中所述至少一个微流控柱过滤器消除了形成在所述液体流中的气泡，并瓦解磁微珠的簇。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片装置，其中，所述微流控通道系统进一步包括从包括磁设备、电设备、光学设备及其组合所构成的组中选择的设备。
3.根据权利要求2所述的微流控芯片装置，其中，所述设备是集成式的或者外连接的。
4.根据权利要求3所述的微流控芯片装置，其中，所述设备用于执行从隔离、净化、浓缩、结合分析、PCR和背景减小所构成的组中选择的技术。
5.根据权利要求2所述的微流控芯片装置，其中，所述设备为磁设备，且所述磁设备包括一个或多个外部可操纵的磁棒。
6.根据权利要求2所述的微流控芯片装置，其中，所述设备是电设备，且所述电设备包括从电针和电薄膜元件所构成的组中选择的电连接部。
7.根据权利要求6所述的微流控芯片装置，其中，所述电薄膜元件是从包括加热元件、温度测量元件、高压元件、导电率测量元件及其组合所构成的组中选择的。
8.根据权利要求1所述的微流控芯片装置，其中，所述微流控通道系统进一步包括集成式或者外连接的分馏和分离设备。
9.根据权利要求8所述的微流控芯片装置，其中，所述分馏和分离设备包括直的或者环状的通道，用于在具有或者没有等速电泳预分离或者质谱仪的情况下来执行毛细电泳。
10.根据权利要求1所述的微流控芯片装置，其中，所述微流控通道系统进一步包括从用于测量荧光的设备、用于测量UV/VIS吸收的设备、用于测量IR的设备、用于测量导电率的设备、用于测量折射率的设备、以及质谱仪所构成的组中选择的集成式或者外连接的探测器设备。
11.根据权利要求1所述的微流控芯片装置，其中，所述可密封流体连接部是具有防止泄漏的密封件的流体连接器。
12.根据权利要求1所述的微流控芯片装置，其中，所述微流控芯片装置包括两个层。
13.根据权利要求12所述的微流控芯片装置，其中，所述微流控芯片装置包括具有孔的底层和顶层。
14.根据权利要求13所述的微流控芯片装置，其中，所述微流控芯片装置通过测量接口接触到外部的探测器设备及操控板，并且操控板具有操控杆，所述操控杆装配在所述微流控芯片装置上的孔内。
15.根据权利要求2所述的微流控芯片装置，其中，所述微流控芯片装置和外部设备都被放置在坞站上。
16.一种用于通过在微流控芯片装置中操纵微珠从而增加磁微珠的反应表面的方法，所述微流控芯片装置包括微流控通道系统，所述微流控通道系统在具有一个或多个可密封流体连接部的通道内包括至少一个反应室，其中所述连接部用作用于液体流的入口和/或出口，其中所述至少一个反应室设有至少一个微流控柱过滤器，所述微流控柱过滤器包括具有间隙的柱状杆，所述间隙大于所述磁微珠的直径，所述方法包括：
a)将液体流从所述流体连接部供给到第一反应室内，其中所述微流控柱过滤器移除气泡；
b)使所述液体流与存在于所述液体流或者所述反应室内的磁微珠接触，通过打开磁棒迫使所述磁微珠通过反应室中的另一微流控柱过滤器，由此所述微流控柱过滤器瓦解了由所述磁微珠所形成的簇；
c)在让另一液体流通过入口进入之前通过出口移除所述试样溶液，同时迫使所述磁微珠进入所述通道或者位于所述微流控柱过滤器中的一个之后；
d)用新液体流重复步骤a)至c)，直到能够形成结合对的目标或者其配对物已经经受了至少一个处理步骤；以及
e)在所述目标或者配对物经受了一个或多个进一步处理步骤之前，从所述磁微珠释放所述目标或者其配对物。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述一个或多个进一步处理步骤使用从磁设备、电设备、光学设备及其组合所构成的组中选择的设备来执行。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述设备是集成式的或者外连接的。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述至少一个处理步骤是从隔离、净化、浓缩、结合分析、PCR和背景减小所构成的组中选择的。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述目标或者其配对物设有可探测标记。
21.根据权利要求16所述的方法，其中，所述目标或者它们的配对物设有亲和力标记。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述目标或者它们的配对物被固定在所述磁微珠上。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，其上具有固定的所述目标或者它们的配对物的所述磁微珠存在于所述微流控通道系统中。
24.根据权利要求16所述的方法，其中，所述目标或者它们的配对物未设置有可探测标记。
25.根据权利要求16所述的方法，其中，在形成结合对复合体并且从所述磁微珠释放之后，标记所述目标或者它们的配对物。
26.根据权利要求16所述的方法，其中，所述目标或者它们的配对物形成为抗体/抗原对的结合对。
27.根据权利要求16所述的方法，其中，所述目标或者它们的配对物形成为目标多核苷酸序列或者目标寡核苷酸序列以及与所述目标序列互补的探针序列的结合对。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述目标多核苷酸序列或者目标寡核苷酸序列或者它们将被记录的互补配对物均未被标记，但是它们中的每个携带有两个终端通用引物。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述两个通用引物被用于放大在一个或多个PCR循环中将被探测或者测量的未标记序列。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，将被探测或者测量的序列在放大期间被标记。
31.根据权利要求16所述的方法，其中，所述集成式或者外连接的设备从用于测量荧光的设备、用于测量UV/VIS吸收的设备、用于测量IR的设备、用于测量导电率的设备、用于测量折射率的设备、质谱仪以及分馏和分离设备所构成的组中加以选择。
32.根据权利要求16所述的方法，其中，所述分馏和分离设备包括直的或者环状通道，用于在具有或者没有等速电泳预分离或者质谱仪的情况下来执行毛细电泳。
33.根据权利要求16所述的方法，其中，所述液体流从包括试样溶液、试剂溶液、清洗溶液和洗脱溶液所构成的组中选择。
34.一种用于根据权利要求16所述的方法确定其中表述的mRNA和核酸变型的相对量的方法，包括：
杂交和捕获目标mRNA和探针以及磁微珠；
根据步骤a)至d)进行清洗；
通过液体连接部和所述微流控柱引入包含酶的缓冲溶液，使用目标mRNA的5’终端作为模板从而在探针的3’终端处拉伸所述探针，在存在至少一种脱氧核糖核酸或者至少一种脱氧核苷酸的情形中能够使用所述mRNA作为模板拉伸探针；
打开所述磁棒，由此迫使具有净化的固定的目标mRNA-探针复合体的磁微颗粒通过所述微流控柱过滤器；以及
在使用步骤a)至e)捕集和净化所述磁微颗粒后并且处于有利于所述拉伸反应的条件中时，允许拉伸反应发生并持续以足够的时间。
35.根据权利要求16所述的方法，其中，互补的多核苷酸或者寡核苷酸序列的未标记的目标或者它们的配对物都设有通用引物，所述通用引物用于减小由执行两个PCR循环而由多余的探测器标识所导致的背景，其中第一PCR循环以设有可探测标记的序列初始化，且与通用引物中的一个互补，第二PCR循环以设有亲和标记的序列初始化且与通用引物中的另一个互补，由此形成多个探测器和亲和标记的双束目标或者配对物序列，所述多个探测器和亲和标记的双束目标或者配对物序列与所述磁微珠接触并经历步骤a)至于e)。
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