CN102439692A - 微流控装置与宏流控装置的接口装置及方法 - Google Patents

Abstract

本公开通常涉及目的为微流控装置与宏流控装置的接口的装置及方法。特别地，本公开包括如下方式的流控板的设计：宏流控结构和/或微流控结构可被置为彼此流体连通，使得可在具有同样的试剂、样品、生物样品或本领域已知的用于执行试验、反应、处理或程序的流体体积的板内完成这些试验、反应、处理、或程序。

Description

微流控装置与宏流控装置的接口装置及方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年4月16日提交的美国临时专利申请NO.61/169,838以及2009年5月13日提交的美国临时专利申请NO.61/177,694的权益，其内容以引用的方式全部并入于此。

技术领域

本发明涉及用于化学、生物学、以及生物化学处理或反应的微流控电路领域。更具体地，公开了微流控装置与宏流控装置的接口装置及方法。

背景技术

近年来，制药、生物技术、化学以及相关工业已逐渐地采用了包含用于执行各种反应及分析的微室以及管路结构的装置。这些通常称为微流控装置的装置允许减小需要进行试验的试剂及样品的体积。其还能够使大量的不需人工干预的、以非常可预测以及可重复的方式进行的并行反应或系列反应成为可能。因此，微流控装置是有望实现微全分析系统(微-TAS)的装置，其定义为具有传统实验室功能的微型化装置。

通常，所有对微-TAS装置的尝试可体现在两个方面：根据导致流体输送的力以及根据用于引导流体流动的机制。前者称为马达。后者称为阀，且构成逻辑或模拟致动器，其对大量基本操作是必要的，该基本操作诸如：流体的容积定量、流体的混合、将一套流体入口连接至一套流体出口、以足够紧密的方式密封容器(根据应用封接至气体或液体通道)以允许流体存储、以及调节流体流动速度。阀与马达在微流控网络上的组合使微-TAS成为可能的且有用的，这种组合辅之以装载该装置的输入构件以及测量分析结果的读出构件。

流体处理装置(也称为流体处理器)、分配装置、样品装载机器人、复合分配器、分配构件、移液器、以及吸移器工作站的用途是从一个流体存储器传送流体、尤其是液体至另一个流体存储器。因此，根据其在处理中的作用，典型的流体处理过程中的部件可分为三类：(i)初始流体存储源，(ii)传送流体的构件，以及(iii)流体存储器中的容器，流体移动至该容器。

一般地说，由于分配操作可由配备有诸如移液器或类似装置的特定工具的操作员执行，不总是严格地需要自动分配装置。但是，可根据其整体特性，例如操作速度、性能、成本、污染问题以及多用性来描述所有的分配装置。流体处理装置的期望需求为尽可能高的速度(以获得高生产率，且允许以例如温度以及试剂活性等的同样的条件来执行试验)、源与容器间最小的污染、最小的固定成本以及每个分配操作(可消耗)的最小成本、性能(配量的精度、能够分配的体积范围、足迹等)以及多用性(多制式兼容性、执行的操作类型、源与容器的自动识别等)。

所有已有的流体处理装置满足或部分解决了这些需求，且使用者根据特定的应用以及实验室环境进行选择。作为环境异质的，分配仪器(尤其是当其用于流体存储构件时)显著不同，且采用不同的技术：一次性吸头以及抽吸构件、浸入流体的金属针、吸液针以及随后的冲洗以及清洗操作、泵以及管道系统、通过压电或其它机械方式排出液滴的。分配技术相关的基础架构及其自动化程度也从制药工业中用于化合物库管理的复杂设施到简单的手持装置而大不相同。

向心装置是微流控装置的特殊的一类，微流控装置以如下方式绕旋转轴而自旋：向心加速度在微流控装置自身上以及包含在微流控装置内的任意流体上生成明显的离心力。离心力在径向上充当马达，如果角动量变化，离心力在切线方向上充当马达。但是，这种力同时施加在包含于微流控装置内的任意物质上，包括包含于入口内的流体。在大部分向心微流控装置中(例如那些由Gyros AB、Tecan AG、BursteinTechnologies公司开发的)，例如，微流控装置具有圆盘形状，且旋转轴垂直于正面并穿过圆盘的中心。

发明内容

本公开涉及的是流控板，通过放置微流控部件以及宏流控部件来调节流体流，该微流控部件及宏流控部件最初被分离为流体连通。这两个部件相连接的时间以及这样的流体连通的位置为任意的且能够在外部确定。因此，本公开描述了无限量的虚拟阀，所有的虚拟阀初始为关闭状态，但可在不需要预定的且任意顺序的多个位置处随时打开。

当根据本公开的虚拟阀关闭时，流体、气体或固体及其混合物可包含于第一宏流控部件中。一旦虚拟阀被打开，通过至少一个微流控部件，至少一个或更多个另外的微流控或宏流控部件的连通成为可能。不论流体、气体或固体及其混合物将流入另外的部件中到什么程度以及以什么样的速度流入，都取决于作用于流体、气体、或固体及其混合物的力，以及流动通过阀部件受到的阻碍。

在微流控电路中，可通过使用机械微型泵、电场，应用声能、外部压力、或者向心力来实现流体传递。根据本公开的阀不依赖于流体传送机制，且因此与任意上述流体传送方式相兼容，但不限于此。

因此，本公开的一个方面为用于处理生物或化学流体的设备，包括微流控基底以及宏流控基底，微流控基底包括多个微流控部件或结构，宏流控基底包括多个与微流控部件或结构对应的宏流控部件或结构。可预想到的，在不超出本公开的范围内，本发明的设备可进一步包括另外的基底层。根据本公开，这些另外的基底层可包含多个流控通道、腔室、以及操作部件或结构，例如透镜和过滤器。

在每个基底层之间，材料层或穿孔层可将多个微流控部件或结构与多个宏流控部件或结构或另外的部件或结构隔开。材料层的结构可为均质的或异质的，例如包括多层以及涂覆层。根据本发明，材料层或穿孔层可由诸如聚甲基丙烯酸甲酯(以下称为PMMA)的高分子化合物或诸如低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇脂(PETG)、聚苯乙烯(PS)、乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、环烯烃均聚物(COP)、环烯烃共聚物(COC)等其它材料构成。这些聚合物可单独使用或彼此组合使用。优选使用聚合物是因为其便于使用和制备。应清楚，其它的选择，例如具有或不具有额外的表面处理的金属箔也是可行的。

材料层可进一步包括荧光染料或其它类似的材料或层，其具有对预选的电磁辐射的吸收特性。通过已知的改变而发生吸收作用，例如那些包括金属箔的光吸收过滤器中所使用的，或通过改进表面光学特性(n折射率以及k消光系数)，或通过例如粗糙度的其它表面特性的方式，通过这种方式吸收足够量的预选的电磁能，其结果是穿孔。其它技术可利用例如炭黑粒子、染料乳剂、悬浮液或纳米晶体的吸光小球。此外，反射层、极性变化层、波长移位层可用于增强电磁能的吸收效率。

本公开的一个优点在于微流控电路中虚拟阀的极端紧凑以及灵活性，这允许最大化用于流体的存储、培养、以及反应发生的表面。通过调整光学系统位置、功率、以及电磁辐射生成装置的脉冲持续时间，虚拟阀的尺寸还能够适用于各种尺寸的电路，下至绕射极限或更低。当微流控电路中需要层流时，虚拟阀横截面应近似与互相连接的毛细管的横截面相匹配。

在本公开的另一个方面为一种用于根据本领域已知的相同的样品、试剂、生物样品、或流体体积执行反应、试验、处理、或程序的设备或流控板。该设备可包括微流控基底、宏流控基底以及位于微流控基底与宏流控基底之间的材料层或膜层，微流控基底包括至少一个微流控结构，宏流控基底包括至少一个与微流控基底内的微流控结构对应的宏流控结构，该材料层或膜层形成每个微流控结构与宏流控结构的接口。该设备可进一步包括电磁辐射生成装置，用于生成指向材料层的电磁辐射。该电磁生成构件可允许材料层或膜层在微流控结构与宏流控结构的接口处穿孔，以允许微流控结构和/或宏流控结构处于流体连通，而不会被破坏或实质上改变流控板内的生物样品或流体。这满足了灵活的可编程流体处理装置将微流控及宏流控接口的要求。反应中涉及的流体的选择，可例如在协议执行期间实时进行。

特定的微流控结构或电路和/或特定的宏流控结构的功能可配置于流控板中，以执行对选定样品或生物样品的期望的试验、反应、或程序。可预想到的，在不超出本发明的范围内，本领域已知的任意微流控、宏流控、或流控试验、反应、或程序能够配置于该板内，以获得期望的功能。例如，可预想到的，本领域已知的处理同样的体积的核酸或生物样品所必须的一个或更多个步骤及处理可并入该板中，例如DNA提取、DNA纯化、DNA切变、声处理、DNA端修复、聚合酶链反应(PCR)、定量多聚酶链反应(qPCR)、基于PCR的连接反应以及酶反应。应理解，这些处理不限于均相，可包括珠操纵、过滤、凝胶电泳、毛细管电泳、切口平移、样品曝光于涂覆表面(ELISA)、液体曝光于图案表面(例如阵列等)。

例如，宏流控基底可包括容纳试剂、样品、生物样品等用于执行期望的的腔室。宏流控基底内的腔室可包括但不限于至少一个纯化腔室，其可包含但不限于二氧化硅珠、熔块、镀膜珠滴、离子交换树脂、以及整块材料等；保持腔室；混合腔室；声处理腔室；分馏腔室；反应腔室；凝胶电泳腔室；PCR反应腔室以及DNA定量腔室。宏流控基底内的腔室可与微流控基底内的微流控结构相对应，使得宏流控结构内的腔室可被置于与宏流控基底和/或微流控基底内的另外的腔室流体连通。

在本公开的另一个方面，流控板内的腔室可预装载有并密封有样品、试剂、生物样品等于其中。板的预装载的目的为允许使用者简单地添加使用者期望在板中处理的样品、试剂、生物样品等。这允许板内的样品、试剂、生物样品等等的自动化处理。在一个实例中，宏流控基底可预装载有本领域已知的任意样品、试剂、生物样品等，诸如电泳凝胶、纯化塔部件(例如二氧化硅珠)、本领域已知的任意缓冲剂、PCR混合物、引物、酶、衔接子、dNTP、以及DNA梯，但不限于此。

执行生物及化学操作的一些优点在以下描述中通过用于测序的核酸库的制备为例显示。应理解，有关的方法和设备的应用不限于本处理，在其成分和原理上其代表各种生物、生物化学、或化学应用，例如分子诊断测试、肿瘤或初生组织或流体的基因材料的纯化和提取、体液或组织上执行的病毒实验、生物样品内及其它材料例如食物或水中的细菌检测或定量、环境污染监测、法律目的的法证检测、农业寄生物监测等、活体年龄测定。

在根据本公开的流控板的一个实施例中，处理核酸片段库可引起更多有效的处理。普遍地，核酸片段库的制备需要多个通过调制机分别执行的步骤，例如制备并将液体从一个容器传送至另一个，用多种不同装置反应、混合、纯化、培养等。通过本公开的一个实施例的使用，调制机仅需要添加核酸片段库待制备的样品，且所有附加步骤可在板内执行。因此，本发明的实施例提高了执行期望的处理或程序的效率，消除了处理或程序中的人为错误的可能性，最小化了外部污染样品的可能性，最小化了污染环境的可能性，并允许板内样品进行精确的可重复测量。

此外，板可具有输入口及输出口，该输入口及输出口通过使用膜层而密封。在药物开发中，在装载试剂和实际试验的操作之间使用标准的微孔板时，例行地使用膜层来覆盖输入口与输出口。膜层防止了污染，且减少了流体的蒸发量，其结果是改变了其浓度，因此改变了试验及处理条件。

密封膜可为聚合物层、金属层或两者的组合物。膜可通过另外的压敏或热敏粘合剂而涂覆，但膜本身也能够呈现固有的粘合特性。此外，膜可为与置于板的微流控与微流控基底之间的穿孔膜相同的穿孔膜。加热密封为一种与试剂特别兼容的选择，且其用于暂时密封(避免蒸发的可剥离的膜)以及永久密封(长期存储，保证样品完整性，例如药品包装)。其它密封选择的实施例包括能够由针或尖端刺穿、允许分配期间流体的流通但防止流体分配后的气体流通的膜的使用。

此外，包含于密封的储藏器或腔室内的液体能够被传送至微流控或宏流控结构内，而不需要打开密封。因此，预装载有试剂的单独的板能够被直接处理而不需要打开密封的储藏器，因此能够永久密封。事实上，储藏器或腔室能够与微流控或宏流控结构在板内通过打开两条路线(其中一条为液体流动所需要的，第二条为气体、典型的为空气的流动所需要的)而流体连通，以防止在储藏器内减压，这可防止液体被抽出。使用该方法，使得板的预装载成为可能，且其能够施加于存在于板内的入口的子入口上。

在本公开的另一个方面中，板可具有多个输入口和或输出口。每个板的输入口和输出口的数量、板的数量、以及板的方位可以改变，以获得具有标准实验室格式或自定义格式的各种配置，例如输入和/或输出口可相对于标准并行分配器。各种配置依赖于板的设计和应用以及对样品、试剂、生物样品等等的输入或收集的策略。可制定板上的输入口和输出口的数量而不需要改变流体处理装置。

通过实施例以及附于此的附图的详细描述，本发明的这些以及其它优点、目的以及特征将变得明显。还应理解，前述的一般说明以及下面详细的描述均为示例性的，且不对本发明的范围构成限制。

附图说明

通过实施例以及附于此的附图的详细描述，本发明的这些以及其它优点、目的以及特征将变得明显。还应理解，前述的一般描述以及下面详细的描述均为示例性的，且不对本发明范围构成限制。

图1图示了流控板部件的一个实施例；

图2图示了流控板的另一个实施例；

图3图示了流控板内的特定体积的计量处理的一个实施例；

图3A图示了流控板内的特定体积的计量处理的另一个实施例的剖视图；

图4图示了流控板内的腔室的连续填充处理的一个实施例；

图5图示了流控板内的腔室清洗处理的一个实施例；

图6图示了流控板内的从腔室净化/洗脱流体的处理的一个实施例；

图7图示了流控板的另一个实施例的俯视图；

图7A图示了流体板内声处理腔室的一个实施例；

图7B图示了流控板内纯化腔室的一个实施例；

图7C图示了流控板内凝胶电泳腔室的一个实施例；

图7D图示了流控板内凝胶电泳腔室的另一个实施例；

图7E图示了流控板内PCR腔室的一个实施例；

图8图示了流控板内制备核酸片段库的处理的一个实施例；

图9图示了流控板内执行定量的处理的一个实施例；

图10图示了具有密封的输入及输出口的流控板的一个实施例；

图11图示了从具有密封的输入及输出口的流控板输入以及提取流体的处理的一个实施例；

图12图示了使用并行的分配器填充多个输入口的处理的一个实施例。

具体实施例

本公开提供了可用于向心系统(例如离心转子，但不限于此)和微流控平台、还有用于提供受向心激励的流体的微操作以及宏操作的多种应用中的控流板。为了说明的目的，附图以及说明书将一般涉及向心系统。但是，本公开中公开的构件同样适用于依赖于影响流体输送的其它力的微流控以及宏流控部件。

为了说明的目的，输入、入口、出口、口、连接、井、储藏器以及类似的单词之间不存在任何区别，全部指的是能够供流体进入流控网络或从流控网络出去的构件。

为了说明的目的，术语“样品”将理解为包括任意流体、试剂、溶液或混合物，其可以是绝缘的或者检测为更复杂的混合物的成分，也可以是由前体物质合成的。

为了说明的目的，术语“流体连通”或“流动连接”意欲限定可操作地互相连接以允许流体在部件间流动的部件。在图示的实施例中，分析平台包括可旋转平台内的流控板，例如微流控板，由此，板上的流体运动由板的旋转而产生的向心力激励，且板上流体的运动是由泵激励的。

为了说明的目的，术语“生物样品”、“感兴趣的样品”或“生物流体样品”将理解为意指任意生物衍生分析样品，包括DNA、血液、血浆、血清、淋巴液、唾液、眼泪、脑脊液、尿液、汗液、植物或蔬菜萃取物、精液、水、食物以及这样的样品的任意细胞或细胞成分，但不限于此。

为了说明的目的，术语“中尺度”或“纳米尺度”将理解为意指能够包含流体的任意体积，具有优选地在亚微米至毫米范围的优选尺寸。

向心系统(例如离心机)内的流控板的典型应用采用矩形装置，旋转轴位于装置封装外。为了图示的目的，附图以及说明书将一般涉及这样的装置。在本公开的范围内，除矩形外的其它形状的装置是可预想到的，包括但不限于椭圆形以及圆形装置，不规则表面及体积，且旋转轴穿过体结构的装置对特定的应用是有益的。

可预想到的，在不超出本公开的范围内，可通过震动而在向心系统内执行混合。例如，在一个实施例中，向心系统可程序化为沿一个方向执行一系列的加速(如加速至1000rpm)，随后在另一个方向上突然减速。作为另一个例子，通过磁体、电磁体、弹簧或机械元件的方式，这种加速可施加于旋转转子上。在旋转的激励下，转子可相应地共振，并生成振动，这引起了样品的强化混合。这可允许大量的试剂、样品、生物样品等在向心系统的板内混合在一起，以及包含在液体中的粒子的再悬浮。

来看图1，在一个实施例中，示出了根据本公开的一个实施例的板100。板100基本上为由第一基底102以及第二基底106形成的平面物体。可预想到的，在不超出本公开的范围内，板100可由多于两个的基底形成。基底102以及106可为任意几何形状。基底106包含形成宏流控结构的凹陷、空隙或突出。基底102包含形成微流腔结构的凹陷、空隙或突出。当基底102与基底106结合在一起时，基底102内的微流控结构可与基底106内的宏流控结构对应。在另一个实施例中，基底102及106具有夹在其间的膜层104。膜层104允许基底内的空隙的分离形成微流控电路，通过膜层104穿孔，该微流控电路可被置于与基底106内包含的宏流控结构流体连通。在本公开的范围内可预想到，基底102及106可在位于它们之间的膜层104内结合。此外，膜层104可通过来自电磁生成构件的电磁辐射穿孔。

来看图2，在本实施例中，板100基本上为具有输入端202、底端204的矩形结构。在本实施例中，输入端202具有多个输入井206。如图2中所示，尽管输入井206在板100的平坦表面上，可预想到，输入井206可置于板100的端部或板100上的任意其它位置上。输入井206可被置于与基底106中包含的至少一个流体处理宏流控结构208流体连通，和/或可被置于与基底102内包含的至少一个微流控电路210流体连通。底端204具有多个输出井212。如图2中所示，尽管输出井212在板100的平坦表面上，可预想到，输出井212可置于板100的端部或板100上的其它任意位置上。输出井212可被置于与基底106内包含的至少一个流体处理宏流控结构208流体连通，和/或可被置于与基底102内包含的至少一个微流控电路210流体连通。在本公开的范围内可预想到，微流控电路210以及宏流控结构208可由一系列阀、腔室、储藏器、反应器、毛细管、反应腔室、反应塔、洗脱塔、电泳腔室、离子交换矩阵、微反应器以及微毛细管等等构成。在本公开的范围内还可预想到，这一系列反应器、反应腔室、反应塔、洗脱塔、电泳腔室、离子交换矩阵、微反应器、以及微毛细管可与检测腔室流体连通。

在板100内，特定的微流控结构或电路210和/或特定的宏流控结构208的功能可被配置为对选定的样品或生物样品执行期望的试验、反应、或程序。在本公开的范围内可预想到的，可在板100内配置本领域已知的任意微流控、宏流控、或流控试验、反应、或程序，以获得期望的功能。此外，板100能够利用本领域已知的样品体积执行这样的处理或程序。例如，可预想到的，生成用于核酸测序的DNA或RAN片段所需要的一个或更多个步骤和处理可并入到板100中，诸如DNA切变、声处理、DNA端修复、纯化、聚合酶链反应(PCR)、定量多聚酶链反应(qPCR)、连接及衔接DNA、电泳、切口平移、扩增等等。

参考图1和2，流体处理工序由阀门矩阵216(其可为专利申请WO04050242A2(‘242申请)中描述的类型)内的阀214的开启开始，其中，膜层104穿孔以驱动阀。‘242申请的教导通过引用的方式并入于此。在本发明的范围内可预想到的，阀门机制还可为本领域已知的不同类型，例如机械阀门等等。根据本公开的一个实施例，第一基底102内包含的微流控结构210以及第二基底106内包含的宏流控结构208相对于阀门矩阵216内的连接毛细管而位于不同的平面上，且其借助于膜层104隔开，该膜层104可通过辐射而在选定的位置穿孔，由此生成虚拟阀214，如图2中所示。

阀214的开启与施加于流体上的非均衡力合在一起可允许微流控结构210和/或宏流控208内包含的液体的运动。非均衡力可通过本领域已知的诸如离心分离的方式生成，使得液体受到朝向板100的底部的离心加速度的影响。此外，由于仅允许包含在相应的阀214上方的流体移动通过阀214，可预想到的，受运动影响的液体或流体的量可由阀214的径向位置确定。可在多个随后的层中重复该处理，这给出了超过各种数量级的连续稀释、混合两种或更多类型的液体、以给定量的时间培养流体至反应器内、或乃至在矩阵层上执行实时协议的可能性。

参照图3，示出了流控电路300的一个实施例，图示了一种计量特定的体积的方法。流控电路300显示为具有第一状态、第二状态、第三状态、以及包含在第一腔室304内的试剂、样品、或生物样品302。流控电路300显示为在第一状态中，第一腔室304由试剂302填充。在阀门矩阵内的第一阀门310被驱动后，流控电路300进入第二状态，其中诸如50nL、50uL等体积306的试剂302从第一腔室304被传送到第二腔室308。可预想到，可例如由A260/A280数据的函数来实时计算阀位置，。此外，在阀门矩阵内的第二阀门314被驱动后，流控电路300进入第三状态，其中体积312的试剂302从第一腔室304被传送到第二腔室308。第一及第二腔室304和308可为微流控腔室或宏流控腔室。可想象的，本发明的板100可具有多个流控电路300，该流控电路300通过由图3中所描画的流控电路300的第一、第二、以及第三状态驱动图示的阀门矩阵而在不同的区域执行处理。此外，可想象的，板100可具有多个微流控或宏流控腔室，该腔室可包含不同的试剂、样品或生物样品，它们能够通过例如驱动阀门矩阵而执行处理和程序，例如在不同的腔室内混合腔室的内容物、对大量试剂、样品、或生物样品进行反应、纯化、分离等等。试剂302可以期望的量或体积从第一腔室304被传送到第二腔室308。可基于第一腔室304的体积以及阀门310和/或314的位置来计算期望的体积。尽管图3示出了三种状态，可想象的，流控电路300可具有任意数量的不同状态。

图3A图示了另一实施例，其示出了在板100内，将包含在基底106的第一宏流控腔室304内的试剂、样品、或生物样品302传送至基底106的第二宏流控腔室308内的侧视或剖视图。该流体处理工序由驱动阀310、通过膜104的穿孔开始。阀310的驱动使第一宏流控腔室304通过基底102内的微流控电路316开始与第二宏流控腔室308流体连通。施加在板100上的非均衡力可允许第一宏流控腔室304内包含的试剂、样品、或生物样品302移动至第二宏流控腔室308。

图4图示了示出在流控电路内连续填充第一腔室400以及第二腔室402的方法的一个实施例。通过驱动阀门矩阵内的阀406以及施加非均衡力的，包含悬浮液或乳浊液的试剂通过第一入口404被引入到第一腔室400内。通过驱动阀门矩阵内的阀410，试剂填充第一腔室400，并通过第一出口408从第一腔室400退出。当试剂从第一出口408退出时，通过驱动阀门矩阵中的阀414，其通过第二入口412进入第二腔室402。接着，通过驱动阀门矩阵中的阀418，试剂填充第二腔室402，并通过第二出口416从第二腔室402退出。尽管图4示出了两个腔室，可预想到的，根据图4中所示的方法，可连续填充任意数量的腔室。

图5图示了示出在流控电路502内清洗腔室500的方法的一个实施例。如图5中所示，通过驱动阀门矩阵中的阀508，清洗试剂或缓冲剂504通过腔室500内的底入口506被引入到腔室500。接着，清洗试剂或缓冲剂504被允许填充腔室500以移置腔室500内之前的内容物，伴随着有限的混合/扩散。接着，通过驱动阀门矩阵中的阀512，生成的清洗试剂或缓冲剂504通过顶出口510退出腔室500，并流向净化器514。图5中所示的方法可根据需要重复多次，以将腔室500清洗至期望的纯度等级。此外，清洗效率可通过测量残余荧光或使用其它任意的定量技术来定量。

图6图示了示出从流控电路602内的腔室600净化/洗脱液体604的方法的一个实施例。为了从腔室600净化/洗脱液体604，阀门矩阵中的阀606被驱动，允许液体608进入腔室600的底部。接着，液体608将液体604向驱动阀门矩阵中的阀610移置，阀610被驱动。接着，伴随着有限的混合/扩散，液体604被移置出阀610。此外，可通过驱动阀门矩阵中的阀612来收集样品以用于检查，从而确保液体604已被净化出腔室600而达到腔室600内液体604的期望的纯化等级。图6中所示的方法可根据需要重复多次，以净化/洗脱腔室600至液体604的期望的纯化等级。

在另一个实施例中，板内一个或更多个微流控腔室可被珠滴填充。该珠滴可包括PS链霉亲和素珠滴、聚苯乙烯、玻璃、二氧化硅、纳米晶体、磁性微粒或非磁性微粒等等，但不限于此。在一个实施例中，通过驱动阀门矩阵中的阀并施加非均衡力，该珠滴可被传送至微流控腔室或宏流控腔室。该珠滴可通过微毛细管或其它毛细管流入微流控腔室内。可预想到的，微流控腔室可包含样品、试剂、缓冲剂等。此外，通过诸如离心分离施加非均衡力，该珠滴可在微流控腔室内被包裹。可预想到的，通过选择适当的离心分离的持续时间及速度，该珠滴可被包裹至期望的等级。通过珠滴相对于液体本身的浮力性能以及大质量微粒有限的扩散速度，可能使用离心力选择性地移动珠滴悬浮液，或可替代的，还可能从液体分离相同的珠滴。前面描述的实施例的组合能够将珠滴悬浮液传送至给定的腔室，将样品分配至同样的腔室上，使得样品能够特别地与珠滴交互作用，选择性的清洗样品而不用从腔室移除珠滴，外加的洗脱缓冲剂能够收集样品的特定部分(该特定部分已被珠滴捕获)，以及为进一步的处理收集洗脱液。此程序在分子诊断学、核酸样品制备、免疫试验施行等方面具有许多应用。

可进一步预想到的，在不超出本公开的范围内，在微流控腔室内，样品、试剂、生物样品、其它流体等可渗透被包裹的珠滴。在一个实例中，上述参照图6描述的洗脱方法可在被填充的微流控腔室内执行，其是通过底部填充以及允许液体渗透被包裹的珠滴并穿过被包裹的珠滴流动而执行的。在另一个实例中，上述参照图5描述的清洗方法可通过用清洗缓冲剂填充微流控腔室的底部而在被填充的微流控腔室内执行。在替代引入清洗缓冲剂的另一个实例中，为了粘合的目的，可引入试剂，并允许其渗透并穿过被包裹的珠滴流动。此外，可预想到的，在不超出本公开的范围内，作为允许液体渗透并穿过被包裹的珠滴流动的替代方式，珠滴可被允许扩散到液体内。

在另一个实施例中，图7图示了流控板700，该流控板700可程序化为借助于向心系统生成用于测序的核酸片段库，以供给到例如SOLiD^TM 3平台中或用于采用体外克隆扩增方法的平台。通过微流控与宏流控的集成，流控板700可使用本领域已知的在制备核酸片段库中使用的同样的液体体积。通过使用具有6个板转子以及3个培养架的向心系统，通过在6个小时内生成6个库，有可能每天生成多于12个库。

在本实施例中，板700包括微流控基底701以及宏流控基底703。微流控基底701与宏流控基底703可由膜层隔开。板700还包括输入口705以及输出口707。微流控基底701以及宏流控基底703可通过膜层的穿孔而被置于流体连通。流控板700可程序化为执行生成核酸片段库所必须的工序。如图7中所示，流控板700的宏流控基底703可包括多个宏流控结构，例如用于遮蔽、混合、反应、检测、定量试剂、样品、或生物样品的腔室，或本领域已知的任意其它的用于处理试剂、样品、或生物样品的腔室，但不限于此。更具体地，板700可包括用于DNA切变的声处理腔室702、纯化腔室701、凝胶电泳腔室706以及PCR腔室708，但不限于此。微流控基底701可包括微流控结构，例如毛细管、腔室、微反应器、微毛细管等，但不限于此。宏流控基底703内的宏流控结构以及微流控基底701内的微流控结构可彼此相对应，以形成能够被置于流体连通的流控电路。

板700可包括一个或更多个以下处理：DNA切变、声处理、DNA端修复、纯化、聚合酶链反应(PCR)，定量聚合酶链反应(qPCR)、连接以及衔接DNA、电泳、切口平移、扩增等等，但不限于此。这些处理中的一些可能需要静态执行，这样的处理可包括培养、凝胶电泳、以及PCR，但不限于此。其它的一些处理可在向心系统活动时执行，这样的处理可包括流控、纯化、混合、以及通过A260/A280的定量，但不限于此。下面描述的处理按顺序描述，但是，可预想到的，该处理可以任意的顺序执行或同时执行。

DNA切变以及端修复：

来看图7，图示了用于DNA切变以及端修复的声处理腔室的一个实施例。可预期的，可使用杯角或任意本领域已知的其它装置在声处理腔室内执行声处理。在一个实施例中，声处理可通过水浸法、使用杯角聚集的声处理而执行。通过水浸法、使用杯角聚集的声处理的一些好处可包括有效地传送能量、限制扩散至相邻样品的能量的能力、限制腔室内液体运动以及气泡形成的能力、可为有效的DNA片段分配提供高能量密度、以及可提供简单的集成及冷却，但不限于此。尽管本实施例通过声处理剪切了DNA，可想象的，可使用替代的剪切方式，包括雾化法、水动力切变、或本领域已知的其它任意方式，但不限于此。

图8图示了制备核酸片段库的步骤，每个方框表示宏流控腔室，并且每条虚线表示阀的驱动以及通过流控毛细管的流控传送。参照图7A及8，为了在板700内剪切DNA，可在阀门矩阵内驱动阀710，将宏流控装载腔室712以及腔室800置于通过微流控毛细管714而与声处理腔室702流体连通。在本实施例中，腔室712内的大约10ng-20ug的样品DNA以及腔室800内足够稀释样品DNA至大约100uL的的量的较少的TE缓冲剂可通过施加非均衡力而被传送至声处理腔室702。可预想到的，DNA可在5-30℃温度下，在大约60秒内，使用扫频在声处理腔室内被剪切，但是也可使用本领域所已知的任意方法。

紧接DNA切变，片断化的DNA被端修复。为了端修复DNA片段，阀门矩阵内的另外的阀710可能被驱动，以将端修复试剂与片断化的DNA腔室置于通过微流控毛细管714而流体连通。在本实施例中，板700的宏流控腔室包含的端修复片段可包括：腔室716内的端抛光缓冲剂、腔室718内的dNTP混合物、腔室720内的端抛光酶1、腔室722内的端抛光酶2以及腔室724内的无核酸酶水，但不限于此。阀710的驱动以及非均衡力的施加合在一起可允许：腔室716内大约40uL的端抛光缓冲剂、腔室718内大约8uL的dNTP混合物、腔室720内大约4uL的端抛光酶1、腔室722内大约16uL的端抛光酶2、以及腔室724内大约32uL的无核酸酶水与腔室702内的片断化的DNA混合。可预想到的，此混合物可在室温下培养大约30分钟。此外，可预想到的，DNA端修复程序能够在板700内执行，该板700内具有期望数量的本领域已知的任意端修复试剂，或者通过本领域已知的任意DNA端修复处理而执行。

纯化工序

在另一个图示的实施例中，端修复过的DNA的纯化可在板700内执行。在DNA端修复完成之后，可准备纯化端修复过的DNA。为了准备纯化端修复过的DNA，可驱动阀门矩阵内的阀710以将腔室702置于与腔室802通过微流控毛细管714流体连通。腔室802可包含大约800uL或大约4体积的具有55％异丙醇的粘合缓冲剂。可预想到的，腔室802可包含任意其它本领域已知的缓冲剂、试剂、溶液、样品、或生物样品，以准备纯化端修复过的DNA。为了启动端修复过的DNA与缓冲剂的混合，驱动阀门矩阵内的阀710并施加非均衡力，以从腔室702传送大约200uL的端修复过的DNA至腔室802。

来看图7B，图示了纯化腔室704的一个实施例。在本实施例中，纯化构件为塔，该塔大约50uL、由二氧化硅纯化珠726塞满，该二氧化硅纯化珠726大约90％的珠滴被包裹，且该塔在大约10,000g的离心分离下运行，以获得高的回收率。可预想到的，可在任意尺寸的塔内以任意包裹值使用多种纯化方法，且可使用的替代的纯化方法包括：二氧化硅珠、熔块、镀膜珠滴、离子交换树脂、以及整块材料、或本领域已知的任意其它方式，但不限于此。可预想到的，通过该塔处理的液体可被持续处理或多次水洗。此外，可预想到的，该塔可以在低于10,000g的离心分离速度下运行。

参照图7B和8，通过板700内的纯化腔室704的纯化，可由阀门矩阵内的阀门710的驱动开始，该驱动将腔室704置于与板700内的另外的宏流控腔室通过微流控毛细管714流体连通。非均衡力的施加可引起宏流控腔室内的试剂、样品、或生物样品流过腔室704。

在本实施例中，端修复过的DNA根据SOLiD^TM 3技术被纯化，但是，可预想到的，本领域已知的任意其它的纯化技术也可并入板700内。阀门矩阵内的阀710的驱动可将腔室704置于与包含缓冲器728内端修复过的DNA的腔室802、包含清洗缓冲剂730的腔室804、以及包含洗脱缓冲剂732的腔室806通过微流控毛细管714流体连通。非均衡力的施加可引起腔室802内的缓冲器728内大约700-800uL的端修复过的DNA通过微流控毛细管714流入腔室704。随着缓冲器728内的端修复过的DNA流至腔室704，腔室804内的大约650uL的清洗缓冲剂730可传送至腔室704，接着腔室806内大约50uL的洗脱缓冲剂732被传送。随着缓冲器728内的端修复过的DNA移动通过塔，废弃物可直接到达腔室734，且纯化的/洗脱的DNA可直接到达腔室736。通过驱动阀门矩阵内的阀710以及施加非均衡力，废弃物与纯化的/洗脱的DNA可直接到达腔室734以及736。

DNA定量

在另一个实施例中，DNA定量可用板700执行。板700可程序化为允许进行吸收测量。可选择地，可在腔室736内的纯化的DNA上执行DNA定量。为了执行腔室736内的纯化的DNA的DNA定量，可将来自腔室736的样品以及腔室810内的稀释缓冲剂传送至板700内的腔室808。为了将来自腔室736的样品以及来自腔室810的稀释缓冲剂传送至腔室808，可驱动阀门矩阵中的阀门710，将腔室736及810置于与腔室808流体连通。通过施加非均衡力的，来自腔室736的样品以及来自腔室810的稀释缓冲剂可通过微流控毛细管714传送至腔室808。可预想到的，稀释缓冲剂可为不超出使用的动态范围的任意缓冲剂。

图9图示了DNA定量的一个实施例。在本实施例中，使用A260/A280nm DNA定量。但是，可预想到的，可使用本领域已知的任意其它方法并将其编入板700，包括诸如qPCR、Sybr/RTPCR、众所周知的OEM解决方案等，但不限于此。可通过腔室808执行DNA定量而不需要从板700移除样品。如图9中所示，在一个实施例中，灯900可通过腔室808指向检测器902。此外，在另一个实施例中，灯900可通过板700的平坦表面并通过腔室808指向检测器902。在本实施例中，DNA定量可提供理想的光学检查条件、长光程、不同性能/分辨率的不同的几何形状等。可预想到的，样品可被移除，且可依照本领域已知的任意方式在样品上执行DNA定量。

此外，可预想到的，测量可实时进行。计量体积可由分配腔室内的单个阀的高度确定。可根据前面测量的结果实时修改该阀的位置，因此，根据给定的路径结构内的期望的逻辑来调整所提取的/分配的体积。在单次的提取中，可获得高达10X的动态范围。此外，通过使用一个或更多个本领域已知的资源可获得更大的动态范围，该资源诸如像IC50中的多步稀释，但不限于此。

DNA的连接及衔接

在另一个实施例中，DNA的额外的连接及衔接可在板700内执行。参照图7B及8，在另一个实施例中，在腔室704内的DNA被纯化之后，腔室736内的纯化的DNA可被连接或衔接。在本实施例中，DNA可根据SOLID^TM 3技术被连接及衔接，但是，可预想到的，本领域已知的任意其它的连接及衔接技术可并入板700。根据SOLiD^TM 3方法，腔室736内的DNA可与P1衔接子、P2衔接子、连接缓冲剂、以及无核酸酶水混合。P1和P2衔接子的量可根据SOLiD^TM 3方法通过下式计算：

在板700内，可通过驱动阀门矩阵内的阀710动来启动混合，以将包含纯化的DNA的腔室736、包含P2衔接子的腔室812、包含P1衔接子的腔室814、包含水的腔室816、以及包含连接缓冲剂的腔室818置于与混合腔室820流体连通。非均衡力的施加可引起腔室736内大约40-50uL的合适量的纯化的DNA、腔室814内大约YuL的P1衔接子、腔室812内大约YuL的P2衔接子、腔室816内的水、以及腔室818内大约40uL的连接缓冲剂通过微流控毛细管714被传送至混合腔室820。可预想到的，该混合物可在室温下被培养大约15分钟。然而，可预想到的，该混合物可在用于连接和衔接DNA的任意温度下以任意持续时间被培养。

纯化

在另一个实施例中，连接及衔接过的DNA的纯化可在板700内执行。在板700内，可准备纯化连接及衔接过的DNA。为了准备纯化连接及衔接过的DNA，阀门矩阵内的阀710可被驱动，以将腔室820与腔室822置为通过微流控毛细管714流体连通。腔室822可包含大约800uL或大约4体积的具有大约40％异丙醇的粘合缓冲剂。可预想到的，腔室822可包含本领域已知的准备纯化连接及衔接过的DNA的任意其它的缓冲剂、试剂、溶液、样品、或生物样品。为了启动连接及衔接过的DNA与缓冲剂的混合，阀门矩阵中的阀710被驱动，且施加非均衡力，以将大约200uL的连接及衔接过的DNA从腔室820传送至腔室822。

在本实施例中，纯化方式为与图7B中图示的类似的塔，大约50uL，塞满二氧化硅纯化珠，该二氧化硅纯化珠的大约90％的珠滴被包裹，且该塔在10,000g的离心分离下运行，以获得高的回收率。可预想到的，可在任意尺寸的塔内以任意的包裹值使用多种纯化方法，且可使用可替代的纯化方式，诸如二氧化硅珠、熔块、镀膜珠、离子交换树脂、以及整块材料、或本领域已知的任意其它方式，但不限于此。可预想到的，通过该塔处理的液体可被持续处理或多次水洗。此外，可预想到的，该塔可以低于10,000g的离心分离速度运行。

参照图8，连接及衔接过的DNA在缓冲器中的纯化可通过板700内的纯化腔室824引导。可通过驱动阀门矩阵内的阀710来启动纯化，其将腔室824与板700内的另外的宏流控腔室置为通过微流控毛细管714流体连接。非均衡力的施加可引起宏流控腔室内的试剂、样品、或生物样品流过腔室824。

在本实施例中，连接及衔接过的DNA依照SOLiD^TM 3方法被纯化，但是，可预想到的，本领域已知的任意其它的纯化方法可并于板700中。驱动阀门矩阵中的阀710可将腔室824置于与包含缓冲器中的连接及衔接过的DNA的腔室822、包含清洗缓冲剂的腔室826、以及包含洗脱缓冲剂的腔室828通过微流控毛细管714流体连通。非均衡力的施加可引起腔室822中的缓冲器中的大约700-800uL的连接及衔接过的DNA通过微流控毛细管714流入腔室824。随着缓冲器中连接及衔接过的DNA流向腔室824，腔室826内大约650uL的清洗缓冲剂可被传送至腔室824，接着腔室828内大约50uL的洗脱缓冲剂被传送。随着缓冲器内的连接及衔接过的DNA移动通过塔，废弃物可直接到达腔室830，纯化的/洗脱的DNA可直接到达腔室832。通过驱动阀门矩阵内的阀710以及施加非均衡力，废弃物及纯化的/洗脱的DNA可直接到达腔室830及832。

DNA尺寸选择

在另一个实施例中，诸如凝胶电泳的用于DNA尺寸选择的方法可并入板700。参照图7及7C，图示了板700内的凝胶电泳的一个实施例。板700的基底703可包括遮盖凝胶矩阵的凝胶腔室738。凝胶矩阵由本领域已知的任意凝胶组成，诸如交联聚合物、丙烯酰胺、以及交联剂、聚丙烯酰胺、琼脂、(牛)白明胶等，但不限于此。在凝胶腔室738的一端，可具有多个装载井740，在凝胶腔室738的另一端，可具有与装载井740相对的多个收集井742。通过驱动阀门矩阵内的阀710，凝胶腔室738内的装载井740以及收集井741可置为与板700内另外的井、腔室、或工序通过基底701内的微流控毛细管714流体连通。可预想到的，装载井740可包括一个或更多个阶梯通道750，通过驱动阀门矩阵中的阀710，该阶梯通道750可置为与板700内包含一个或更多个DNA梯的腔室通过基底701内的微流控毛细管714流体连通。在凝胶腔室738的两端可具有离子交换矩阵744。在凝胶腔室738的一端可具有连接至离子交换矩阵744的阳极746。在凝胶腔室的另一端可具有连接至离子交换矩阵744的、与阳极746相对的阴极748。此外，板700可包括一个或更多个腔室752，该腔室752可包含一个或更多个电泳凝胶缓冲器。在板700内，通过驱动阀门矩阵内的阀710，腔室752可置为通过基底701内的微流控毛细管714与凝胶腔室738流体连通。如图7C中所示，板700内的凝胶电泳工序程序化为用于DNA的尺寸选择。但是，可预想到的，凝胶电泳工序可程序化为用于本领域已知的任意其它目的，或以本领域已知的任意其它方式进行。

参照图7D及8，图示了在板700内执行凝胶电泳的一个实施例。在本实施例中，凝胶电泳工序可通过阀门矩阵内的阀门710的驱动以及非均衡力的施加启动，以将腔室834内的装载缓冲剂传送至包含洗脱过的DNA的腔室832。在板700内，阀门矩阵内的阀710的驱动及非均衡力的施加可通过微流控毛细管714将腔室832内的洗脱过的DNA以及腔室754内的DNA梯传送至装载井740以及阶梯通道750。在本实施例中，可使用50bp DNA梯，但是可预想到的，可使用本领域已知的任意DNA梯。此外，通过阀门矩阵内的阀710的驱动及非均衡力的施加，腔室836内用于凝胶重注的缓冲剂可通过微流控毛细管714传送至装载井740。可选择地，通过阀门矩阵中的阀710的驱动以及非均衡的力的应用，收集井742内包含的尺寸选定的DNA可通过微流控毛细管714被传送至腔室756。此外，通过阀门矩阵内的阀门710的驱动以及非均衡力的施加，腔室838内的清洗缓冲剂可通过微流控毛细管714传送至收集井742。尽管在本实施例中凝胶电泳先于切口平移，但是可预想到的，板700可程序化为在切口平移之后、或本领域已知的任意其它工序或程序内的任意其它时间执行凝胶电泳。此外，可预想到的，可并行成像/读数，且平行样品可能异步提取。

切口平移

在另一个实施例中，板700可程序化为执行切口平移。参照图7E，示出了图示用于执行切口平移及PCR的腔室的板700的一个实施例。在本实施例中，板700程序化为依照SOLiD^TM3方法在尺寸选定的DNA上执行切口平移以及PCR。但是，可预想到的，板700可程序化为在任意其它的试剂、样品、生物样品等上以本领域已知的任意方式执行切口平移及PCR。参照图7E及8，在本实施例中，板700可包括包含尺寸选定的DNA的腔室756；包含PCR扩增混合物的腔室840；包含库PCR引物1的腔室758；包含库PCR引物2的腔室760；包含可选的试剂的腔室762，试剂诸如：油、无核酸酶水等，但不限于此；腔室或PCR样品制备反应器764，多个PCR腔室766，以及用于收集PCR输出的腔室768。可选择地，腔室768可包含诸如具有40％的异丙醇的粘合缓冲剂的粘合缓冲剂，但不限于此。如图示的，通过阀门矩阵内的阀710的驱动，腔室756、840、758、760以及762可被置为通过微流控毛细管714与腔室764流体连通。通过阀门矩阵内的阀710的驱动，腔室764可被置为通过微流控毛细管714与腔室766流体连通。通过阀门矩阵的阀710的驱动，腔室766可被置为通过微流控毛细管714与腔室768流体连通。可预想到的，另外的腔室等可程序化化于包含另外的本领域已知的试剂的板700内。此外，可预想到的，本领域已知的另外的试剂可在样品制备工序期间被调整，本领域已知的辅助试剂可在PCR工序期间被加入而不产生污染，辅助试剂诸如Mn等，但不限于此。

参照图7E及8，在另一个实施例中，图示了用于在板700内在尺寸选定的DNA上执行切口平移及PCR的工序。该工序可通过阀门矩阵中的阀710的驱动以及非均衡力的施加而启动，以通过微流控毛细管714，将总体积达到大约500uL的试剂传送至腔室764，以混合试剂，传送的试剂包括：来自腔室756或腔室742的大约40-50uL的尺寸选定的DNA、腔室840内大约380-400uL的PCR扩增混合物、腔室758内的大约10uL的库PCR引物1、腔室760内大约10uL的库PCR引物2、以及腔室762内的大量油或无核酸酶水。腔室764内的混合物可传送至PCR腔室766。在本实施例中，通过阀门矩阵内的阀710的驱动以及非均衡力的施加，腔室764内的大约125uL的混合物可通过微流控毛细管714被传送至四个PCR腔室766中的每一个。依照SOLiD^TM3方法，该混合物可以4℃保持于PCR腔室766中，以为随后的混合物的反应而保存板。可替代的，包含混合物的PCR腔室766可被培养、反应、扩展变性、退火和/或等等。反应和/或培养腔室766内的混合物的一些实例包括：切口平移：维持在大约72℃大约20分钟；变性：维持在95℃大约5分钟；扩展：维持大约70℃大约5分钟；变性：在大约95℃循环大约15秒钟；退火：在大约62℃循环大约15秒钟；扩展：在大约70℃循环大约1分钟；在任意温度维持或循环本领域已知的任意持续时间，等等，但不限于此。

在另一个实施例中，可预想到的，qPCR温度监测可通过热变色染料/晶体的使用获得，并通过植入的照相机监测温度转变。此外，可预想到的，可通过近红外光源等获得受控热循环。

纯化

参照图7E及8，在另一个实施例中，PCR混合物的纯化可在板700内执行。PCR混合物准备用于板700内的纯化。为了准备纯化PCR混合物，阀门矩阵内的阀710可被驱动，以将腔室766与腔室768置为通过微流控毛细管714流体连通。腔室768可包含大约1000uL或大约4体积的具有大约40％的异丙醇的粘合缓冲剂。可预想到的，腔室768可包含本领域已知的用于准备纯化连接及衔接过的DNA的任意其它的缓冲剂、试剂、溶液、样品、或生物样品。为了启动PCR混合物与缓冲剂的混合，阀门矩阵中的阀710可被驱动，且可施加非均衡力，以将大约125uL的PCR混合物从四个腔室766中的每一个传送至腔室768。

在本实施例中，纯化方式为与图7B所图示的塔类似，大约50uL，塞满二氧化硅纯化珠，该二氧化硅纯化珠的大约90％被包裹，且该塔以大约10,000g离心分离运行，以获得高的回收率。可预想到的，可在任意尺寸的塔内以任意包裹值使用多种纯化，可使用可替代的纯化方式，诸如：二氧化硅珠、熔块、镀膜珠、离子交换树脂、以及整块材料、或本领域已知的任意其它方式，但不限于此。可预想到的，通过塔处理的液体可被持续处理或多次水洗。此外，可预想到的，该塔可以低于10,000g离心分离的速度运行。

参考图8，缓冲器内的PCR混合物的纯化可通过板700内的纯化腔室引导。纯化可通过阀门矩阵内的阀710的驱动启动，其将腔室842置于通过微流控毛细管714与板700内的另外的宏流控腔室流体连通。非均衡力的施加可引起宏流控腔室内的试剂、样品、或生物样品流过腔室842。此图还提供了协议复杂性的概要视图，该协议复杂性可集成于板上，用于SOLiD^TM 3系统核酸片段库制备的特定情况。图示的描述为应用生物系统SOLiD^TM 3快速参考指南(2009年第2期，B版4407414号部分)中描述的标准片段库协议的实施所提供的文件。

在本实施例中，PCR混合物依照SOLiD^TM 3方法被纯化，但是，可预想到的，本领域已知的任意其它的纯化可并于板700中。阀门矩阵内的阀710的驱动可将腔室842置于与包含有缓冲器中的PCR混合物的腔室768、包含清洗缓冲剂的腔室844、以及包含洗脱缓冲剂的腔室846通过微流控毛细管714流体连通。非均衡力的施加可引起腔室768中的缓冲器中的PCR混合物通过微流控毛细管714流入腔室842。随着缓冲器中的PCR混合物流入腔室842，腔室844内的大约650uL的清洗缓冲剂可被传送到腔室842，随后为腔室846内的大约50uL的洗脱缓冲剂的传送。随着缓冲器中的PCR混合物移动通过塔，废弃物可直接到达腔室848，纯化的/洗脱的DNA可直接到达腔室850。通过阀门矩阵内的阀710的驱动以及不均衡的力的施加，废弃物以及纯化的/洗脱的DNA可直接到达腔室848及850。

样品收集

参照图7及8，在另一个实施例中，腔室850内纯化的/洗脱的DNA的样品可被传送至输出腔室770，以用于收集。通过阀门矩阵内的阀710的驱动以及不均衡的力的施加，可通过微流控毛细管714将腔室850内的纯化的/洗脱的DNA传送至输出腔室770。可从输出腔室770收集样品。

DNA定量

如上所讨论的，参照图7及8，在另一个实施例中，可用板700执行DNA定量。可选择地，可在腔室850内的纯化的/洗脱的DNA上执行DNA定量。为了执行腔室850内的纯化的DNA的DNA定量，来自腔室850的样品以及腔室854内的稀释缓冲剂可被传送至板700内的腔室852。为了将来自腔室850的样品以及来自腔室854的稀释缓冲剂传送至腔室852，阀门矩阵内的阀710可被驱动，以将腔室850及854置于与腔室852流体连通。通过施加非均衡力，来自腔室850的样品以及来自腔室854的稀释缓冲剂可通过微流控毛细管714被传送至腔室852。可预想到的，稀释缓冲剂可为不超出所使用的动态范围的任意缓冲剂。

参照图9，在本实施例中，可使用A260/A280nm DNA定量。但是，可预想到的，可使用本领域已知的任意其它的DNA定量，并将其程序化于板700内，诸如qPCR、Sybr/RTPCR、众所周知的OEM解决方案等，但不限于此。DNA定量可通过腔室852执行而不需要从板700移除样品。如图9中所示，在一个实施例中，灯900可通过腔室852指向检测器902。此外，在另一个实施例中，灯900可通过板700的平坦表面并通过腔室852指向检测器902。在本实施例中，DNA定量可提供理想的光学检测条件、长光程、不同性能/分辨率的不同几何图形，等等。可进一步预想到的，可移除样品，且可依照本领域已知的任意方式在样品上执行DNA定量。

制造及处理：

根据本发明的实施例的板可有利地具有各种组分和适于特定的应用的表面涂层。板的组分将可能为结构要求、制造工艺、试剂兼容性、以及耐化学性能的功能。特别地，板的微流控基底与宏流控基底可由诸如硅、二氧化硅、石英、惰性金属的无机晶体或非晶材料制成，或由诸如塑料的有机材料制成，例如：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯晴-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯、聚乙烯、聚苯乙烯、环烯烃聚合物、聚丙烯以及茂金属。这些可与未改性或改性表面一起使用。

这些材料的表面特性可为特定的应用改变。表面改性能够通过本领域已知的这样的方式获得，包括但不限于硅烷化、离子注入、惰性气体等离子体化学处理。可预想到的，不超出本公开的范围内，板能够由复合材料或这些材料的组合制成，例如，由聚合材料制造的板，具有嵌入其中的光学透明的表面，包括例如板的检测腔室。例如阵列、检测器、功能装置、凝胶的另外的元件还能够集成于异质的宏流控基底内，使得装置的集成更适于给定的工序。

可进一步预想到的，不超出本公开的范围内，板能够由塑料制成，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、由共聚作用改进的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯，因为其易于成型、热成型、冲压、及碾磨。还可预想到的，不超出本公开的范围内，板能够由二氧化硅、玻璃、石英或惰性金属制成。在一个图示的实施例中的具有微流控流控电路、毛细管、腔室等的板，能够通过使用已知的粘合技术将相对的基底结合形成，该相对的基底具有形成于其中的辅助宏流控腔室、井、反应器、纯化塔、声处理腔室、凝胶电泳腔室等。

本发明的板的实施例的微流控基底能够由光学透明或不透明的相邻基底或部分透明或不透明的基底的注射成型制成。板的实施例的宏流控基底能够由光学透明或不透明的相邻基底或部分透明或不透明的基底的热成型制成。但是，热成型可同样地应用到微流控基底，在制造成本以及生产力方面具有显著优势，包括装配。基底中的光学表面可用于提供检测分析或诸如激光阀的其它流控操作的构件。包括除聚碳酸酯之外的其他材料的层也可并入板中。

形成板的基底的组分主要取决于与板一起使用的试剂的化学兼容性的特定应用及要求。电气层以及相应的组件，诸如电泳应用或电控阀可并入需要电路的板中。诸如集成电路、激光二极管、光电二极管、以及电阻网络等能够形成可选择的加热或冷却区域或灵活的逻辑结构的控制装置可适当地并入板的有线区。在板的制备期间，可使用本领域已知的方式将能够干燥存储的试剂喷入存储器中或简单地通过沉积固体材料的方式引入适当的开放的腔室中。在可替代方法中，或作为前述方法的补充，宏流控基底上试剂的冻干处理是显而易见且直截了当的解决方案。液体试剂还可在微流控及宏流控基底装配之前或之后注入到适当的存储器中，随后应用包括薄的塑料膜的覆盖层，该塑料膜可用于板内流控电路内的阀门构件。

本发明的流控板可设置有多种部件，其可直接形成于形成板的基底上或者置于如预置模块的板之上。除了集成的流控部件之外，特定装置以及元件可设置在板外部，最适宜地置于板的部件上，或被设置为当在旋转装置内旋转时或当模块化成形的或单一的板静止时，与该板接触。流控部件理想地包括根据本公开的板，该流控部件包括但不限于：检测腔室、储藏器、阀门机制、检测器、传感器、温度控制元件、过滤器、混合元件以及控制系统。

此外，可预想到，板可包含板外侧的覆盖膜，该覆盖膜覆盖腔室。覆盖膜可允许通过刺穿覆盖膜来收集样品或在腔室中预装载样品溶液，反过来，可允许先于样品收集的板的中间存储。此外，覆盖膜可允许更有效更快的辐射热传递，可允许更有效的PCR循环冷却。覆盖膜还可允许通向腔室内的样品的理想光学通路。

在一个实施例中，本公开的板的微流控基底可由环烯烃聚合器(COP)的注射成型制成，且本公开的板的宏流控基底进而由热成型PET/COP/多层或PP层制成。微流控基底可具有大约1.1m的厚度以及大约80mm乘以120mm的尺寸，例如，相当于兼容性目的的微板足迹。微流控基底可以每100乘100um部分包含120个毛细管，其中，毛细管之间的间隙可等于或大于500um。此外，微流控基底可包含用于提供凝胶电泳的电连接目的的铆钉。宏流控基底可具有大约50-320um的厚度以及大约80mm乘以120mm的尺寸，该厚度使通过宏流控基底的有效的热传递成为可能。宏流控基底可包含大约48处对应于微流控基底的毛细管的凹陷，其中，凹陷之间的间隙等于或大于1mm。宏流控基底等同于单块或多块具有不同特性、优化了例如存储、表面特性、热性能、机械及电性能的基底。在本实施例中，微流控基底以及宏流控基底由膜层隔开。膜层可由具有大约8um厚度的简单的非结构化的金属箔。膜层可由具有炭黑染料的COP制成。此外，膜层可由激光阀穿孔，以将微流控基底内的毛细管与宏流控基底的凹陷置于流体连通。可预想的，为了防止其受污染，单独的部件、微流控及宏流控基底可通过热粘合、层压、压敏粘合剂、活性粘胶剂等得到密封。

在一个实施例中，膜层或穿孔层可将多个微流控部件或结构与宏流控部件或结构或另外的部件或结构隔开。膜层的结构可为均质的或异质的，例如，包括多层或涂层。根据本公开，膜层或穿孔层可由诸如聚甲基丙烯酸甲酯的高分子化合物组成、或由诸如低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇脂(PETG)、聚苯乙烯(PS)、乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、环烯烃均聚物(COP)、环烯烃共聚物(COC)等等的其它材料组成。优选使用这些聚合物是因为其易于使用和制造。显然，其它选择是可能的，例如具有或不具有额外的表面处理的金属箔。

膜层可进一步包括荧光染料或具有对预选的电磁辐射的吸收特性的其它类似材料或层。通过已知的改变而发生吸收作用，例如那些包括金属箔的光吸收过滤器中所使用的，或通过改进表面光学特性(n折射率以及k消光系数)，或通过例如粗糙度的其它的表面特性的方式，通过这样的方式，吸收足够量的预选的电磁能，其结果是穿孔。其它技术可利用例如炭黑粒子、染料乳剂、纳米晶体的吸光小球。此外，反射层、极化改变层、波长移位层可用于增强电磁能的吸收效率。

在另一个实施例中，板可预装载有样品、试剂、生物样品等。板的预装载目的为允许使用者简单地添加使用者期望在板中处理的样品、试剂、生物样品等。这允许样品、试剂、生物样品等在板内的自动化处理。在一个实施例中，宏流控基底可装载有本领域已知的任意样品、试剂、生物样品等，诸如电泳凝胶、纯化塔部件(例如二氧化硅珠)、本领域已知的任意缓冲剂、PCR混合物、引物、酶、衔接子、dNTP以及DNA梯，但不限于此。在一个实施例中，板可预装载可在大约4℃下存储的任意样品、试剂、生物样品等，且用户可添加另外的需要在更低的温度下存储的样品、试剂、生物样品等。此外，可预想到的，板可以在从包括大约-80℃到大约+50℃之间的温度下存储，或以保存预装载于板内的样品、试剂、生物样品等所需要的温度被存储。

在另一个实施例中，板可具有通过使用膜层而密封的输入口和输出口。在药物开发中，当在装载试剂与实际试验的操作之间使用标准的微孔板时，例行地使用膜层来覆盖输入及输出口。膜层阻止污染并减少了液体的蒸发量，其结果是改变了其浓度并因此改变了试验或处理条件。

参照图10及11，在一个实施例中，板可包括微流控基底1002、宏流控基底1004、输入口1006、以及输出口1008。在本实施例中，输入口1006以及输出口1008可由膜层1010密封。膜层1010的作用可为密封输入口1006及输出口1008，以避免任何污染物在使用前进入输入口1006及输出口1008。例如，膜层1010可防止输入口1006以及输出口1008被核糖核酸酶或脱氧核糖核酸酶污染。为了输入或排出样品、试剂、生物样品等，使用者可对膜层1010穿孔或刺穿膜层1010，并将诸如移液器(不限于此)的流体处理装置1102插入输入口1006和/或输出口1008。

可预想到的，在不超出本公开的范围内，膜层可为与可置于板的微流控与微流控基底之间的膜层相同的膜层。此外，膜层可由聚合材料、天然橡胶或具有在防止存储的试剂蒸发而维持气密性的同时对所使用的液体有惰性且能够被刺穿以引入液体的特征的其它材料制成。进一步可预想到的，不超出本公开的范围内，膜层能够通过应用包含金属和聚合层的层压膜得到。该金属层允许对气体和液体的低渗透性，且该聚合层允许板内存储试剂的密封的便利性及有效性。还可预想到的，在不超出本公开的范围内，具有两个膜层的组合，其中的一个膜层可与置于微流控和宏流控基底之间的膜层一样。由于膜中的一层将防止另一层膜受到来自外部的污染，这减少了在未受保护的环境内装载或卸载样品或试剂的过程中传递不需要的颗粒的可能性，这种双层膜配置允许对防止可能的来自核酸或像核糖核酸酶及脱氧核糖核酸酶这样的酶的污染的改进。

可进一步预想到的，在不超出本公开的范围内，板可具有多个输入及输出口。输入及输出口可在板内部的长度能够任意地根据要装载或排出的流体体积决定，且连续的输入和输出口之间的节距能够根据已有的标准和特定的集成需要来选择。2.25mm、4.5mm或9mm的标准的节距值分别对应于1536、384、以及96个井的微量滴定板标准。

每个板的输入及输出口的数量、板的数量、以及板的方位可改变，以获得具有标准的实验室格式或接口或自定义格式的各种配置。各种配置取决于板的设计和应用以及对样品、试剂、生物样品等的输入或收集的策略。可制定板上的输入口及输出口的数量而不需要改变流体处理装置。

来看图12，在一个实施例中，描画了具有并行分配器的板的装载操作。并行的分配器具有8个头1202，且执行装载。在该图示的实施例中，头1202允许试剂、样品、生物样品或其它选定的流体分配进入板的输入口1204。由于许多试验以及工序由重复的协议组成，以平行测试不同的目标或不同的化学实体，试剂、样品、生物样品或试验或工序中的其它选定流体的碎片可能是共有的，且试剂、样品、生物样品或其它选定的流体的碎片可能发生变化。

这些板可在多个系统内进行处理，包括其它的向心系统。离心分离的应用允许通过适当的阀使得液体传递，其可预编程、静态驱动、或在旋转期间驱动。在另一个实施例中，可预想到的，不超出本公开的范围内，板可独立处理或根据生产量需要以组处理。在本实施例中，可通过使用向心系统处理该板。可预想到的，在一些应用中，向心系统可在大约4℃或预定温度下操作。在本实施例中，六个板可装载在向心系统内的转子中。转子可由具有大约2.1Nm的扭矩以及大约4500rpm的最大速度的异步无刷电机驱动。但是，可预想到的，在不超出本公开的范围内，可在本技术领域已知的任意向心系统中装载任意数量的板。对于传统地用于现有的实验室实践中的液体体积，系统的转速优选地选为大约50rpm和大约1500rpm之间，这与存在于转子上的板的数量无关；对于台式系统，其足够克服重力作用并减少液相质的运动，而不需要在板上施加过度的力。进一步可预想到的，在不超出本公开的范围内，不需要将板设置为距离旋转轴固定的距离，且为了节省空间，板能够以多排装载。根据本公开，优选地具有面对或紧挨旋转轴的输入口。由于流体受向心加速度的影响将倾向于朝转子的外部径向移动，这一设置是期望的，且输入口可被理想地设计为用于流体的收集。在本实施例中，能够在向心平台上处理该板，该向心平台自旋以将阀驱动器设置于正确的位置，且能够通过离心分离而在板内移动流体。

目前公开的原理、优选的实施例以及操作模式已在前面的说明书中描述。但是，由于这些实施例被视为说明而不是限制，目前所公开的不应理解为被限制在所示的特定的实施例。此外，本领域的技术人员在不超出随即公开、在此披露且在所附的权利要求中叙述的精神和范围内，可作出变形和改变。

Claims (37)

1.一种用于处理流体的设备，包括：

第一基底，包括至少一个微流控结构；以及

第二基底，包括至少一个宏流控结构，所述至少一个宏流控结构与所述第一基底内的所述至少一个微流控结构相对应。

2.如权利要求1所述的设备，进一步包括将所述至少一个宏流控结构与所述至少一个微流控结构隔开的膜层。

3.如权利要求2所述的设备，其中，所述膜层为可由电磁辐射穿孔的膜层。

4.如权利要求1所述的设备，进一步包括至少一个输入口以及至少一个输出口。

5.如权利要求4所述的设备，其中，所述至少一个输入口以及所述至少一个输出口被配置为与核酸库格式相对应。

6.如权利要求4所述的设备，其中，所述至少一个输入口与所述至少一个输出口是密封的。

7.如权利要求4所述的设备，其中，所述至少一个输入口与所述至少一个输出口由可刺穿的膜密封。

8.如权利要求1所述的设备，进一步包括另外的部件，选自由电控阀、集成电路、激光二极管、光电二极管、离子矩阵、声处理机制、阴极、阳极、电阻加热元件、以及热及冷点所构成的组。

9.如权利要求1所述的设备，其中，所述微流控及宏流控结构选自由毛细管、通道、检测腔室、反应腔室、储藏器、阀门机制、反应塔、洗脱塔、纯化塔、电泳腔室、声处理腔室、检测器、传感器、温度控制元件、过滤器、混合元件、以及控制系统所构成的组。

10.如权利要求1所述的设备，进一步包括预装载至所述至少一个宏流控结构中的至少一种液体或一种固体。

11.一种用于生成核酸片段库的设备，包括：

第一基底，包括多个微流控毛细管；

第二基底，包括多个宏流控结构，所述宏流控结构与所述第一基底内的所述微流控毛细管相对应；

至少一个输入口，与所述宏流控结构相对应；

至少一个输出口，与所述宏流控结构相对应；以及

可穿孔的膜层，将所述宏流控结构与所述微流控毛细管隔开，所述可穿孔的膜密封所述输入及输出口。

12.如权利要求11所述的设备，其中，所述多个宏流控结构包括至少一个声处理腔室。

13.如权利要求11所述的设备，其中，所述多个宏流控结构包括至少一个纯化腔室。

14.如权利要求11所述的设备，其中，所述多个宏流控结构包括至少一个凝胶电泳腔室。

15.如权利要求11所述的设备，其中，所述多个宏流控结构包括至少一个聚合酶链反应腔室。

16.如权利要求11所述的设备，进一步包括预装载至所述宏流控结构中的至少一种流体。

17.如权利要求16所述的设备，其中，所述至少一个流体在大约4℃或大约-20℃或大约-80℃下被存储。

18.一种形成流控板的方法，包括：

浇铸或热成型具有至少一个微流控电路于其内的第一基底；

热成型具有多个宏流控结构于其内的第二基底；以及

将所述第一基底与所述第二基底粘合在一起，其中，所述至少一个微流控电路与所述多个宏流控结构相对应。

19.如权利要求18所述的方法，进一步包括将膜层粘合于所述第一基底与所述第二基底之间。

20.如权利要求18所述的方法，进一步包括用至少一种流体对所述第二基底的至少一个所述多个宏流控结构进行预装载。

21.一种在流控板中混合液体的方法，其中所述板绕旋转轴旋转，且外部中介施力于所述板上，所述力引起增强液体混合的振动。

22.一种包含在流控板内的液体内的颗粒的再悬浮方法，其中所述板绕旋转轴旋转，且外部中介施力于所述板上，所述力引起增强颗粒的再悬浮的振动。

23.一种在流体板内混合液体的方法，其中所述板绕旋转轴旋转，且外部中介施力于所述板上，所述力引起增强液体混合的振动。

24.如权利要求23所述的方法，其中所述中介通过磁场起作用。

25.如权利要求23所述的方法，其中加速度沿切线方向。

26.如权利要求23所述的方法，其中所述加速度平行于所述旋转轴。

27.一种包含在流控板内的液体内的颗粒的再悬浮方法，其中所述板绕旋转轴旋转，且外部中介施力于所述板上，所述力引起增强颗粒再悬浮的振动。

28.如权利要求27所述的方法，其中所述中介通过磁场起作用。

29.如权利要求27所述的方法，其中加速度沿切线方向。

30.如权利要求27所述的方法，其中所述加速度平行于所述旋转轴。

31.一种用于根据其浮力及尺寸，在溶液中选择性地分离以及可逆地再悬浮珠滴的方法，其中想要做的动作由对克服重力及扩散的向心力强度或应用时间的调整来执行。

32.如权利要求31所述的方法，其中含悬浮液的腔室具有引起向下移动的珠滴的横向位移的设计。

33.如权利要求31所述的方法，其中所述含悬浮液的腔室具有在向心力作用下引起所述珠滴的集中的设计。

34.如权利要求1所述的设备，进一步包括预装载至所述至少一个宏流控结构中的至少一种凝胶，，其中所述凝胶直接铸入所述结构中。

35.如权利要求3所述的设备，其中所述膜的光吸收特性使包含于所述宏流控结构内的样品的辐射加热成为可能。

36.如权利要求3所述的设备，其中所述膜的所述穿孔使得来自包含于宏流控结构内的凝胶矩阵的预定材料的插入或提取成为可能。

37.如权利要求3所述的设备，其中所述膜可刺穿，以允许样品的插入及提取。

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