CN105828944A - 无通道泵及其方法及应用 - Google Patents

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Abstract

一种无通道微流体泵，包括匣件以及歧管，所述匣件包括衬底以及放置在该衬底上的可驱动膜层，所述歧管具有由多个壁部分开的至少三个可驱动的空体积以及放置在歧管上接合所述驱动膜层的可驱动柔性层。在操作中，所述泵可处于未驱动状态或驱动状态中，在未驱动状态中，所述可驱动膜层抵靠衬底表面放置，在驱动状态中，其中至少一部分柔性层以及可驱动膜层的相应部分被偏移进相应的空体积，从而在所述可驱动膜层的偏移部分和所述衬底的表面之间形成流体体积。在驱动状态中，在直接相邻的空体积之间具有通过在与一壁部顶面接触的某一点处的柔性层的减薄区域所形成的流体间隙。本文描述了使用无通道微流体泵输送流体的方法。

Description

无通道泵及其方法及应用
相关申请资料
本申请要求2013年11月22日提交的美国临时申请61/907,623、2014年2月18日提交的美国临时申请61/941,118以及2013年12月20日提交的美国临时申请61/919,115的优先权，上述所有申请的公开内容通过引用以全文并入本申请中。
政府资助
无
技术领域
本发明实施例一般涉及微流体领域；更具体地，涉及微流体装置/系统、及其使用方法和制造、及其应用；最具体地，涉及一种不具有集成微流体传输通道的微流体泵(即，无通道微流体泵)、使用无通道微流体泵传输流体的方法、制造无通道微流体泵的方法、及其应用。
背景技术
微流体的历史和进展已经集中于在各种材料中形成小的(即，微流体)、专用的通道，以为了通过这些通道操纵和调节流体的移动，这些通道以各种方式构造并且以各种结构(即微流体装置)组装。使用这类微流体装置的挑战以及相关的问题在于，在形成这些通道本身、可控地引导流体通过这些通道以及在这些通道和被引导通过此类通道的流体之间的相互作用这几个方面上有困难。更重要的是，在制作具有移动部件的微流体系统这方面上有困难，其中此类移动部件被用作为在通道内部以及通道之间调节流体移动所需的阀门或泵、或被用来沿着通道的长度实际泵浦流体、或将流体从一个通道泵浦进另一通道。制作这样的装置历来需要开沟材料，并且接着将这些已开沟的材料层组装以封闭通道。在配置有阀门或泵的系统的情形中，用于阀门或泵的特定元件被组装在这些层的内部，这需要很难的组装方法以及许多离散的部件来完成有用的系统。在某些情形中，这些通道已经被简化为由膜片调节的通道段。接着通过歧管调节这些膜片，并且与这些被调节的膜片协同运行的通道段产生泵浦流体和调节泵浦流体方向的系统。遗憾的是，此类装置仍然需要很难的制造方法来制作通道段，并且当被配置为泵时，此类系统会遇到相当大的死体积，这是因为有多个通道段被包含每一个泵中。当该泵不运行时，每一通道段保留一些泵浦流体，使得一些泵浦流体滞留在该泵本身。构成这些挑战和问题的原因是本领域公知的。
发明人已经意识到以既不包括也不需要任何(或最多，大大减少数量的)专用微流体输送通道的形式以及使用此类“无通道(channel-less)”微流体装置来在微流体装置和/或系统中输送(即泵浦)流体，提供用于解决前述挑战和问题的方案所带来的优点和益处。此类解决方案实现简化的微流体装置/系统、改进的微流体装置/系统(例如，具有极低或甚至为零的死体积，这在移动小体积的液体是有用的，另一方面还可轻易扩展用于泵浦大体积的液体)、简化的微流体装置/系统制造、降低的制作和使用微流体装置/系统的成本、以及改进的微流体装置/系统性能，包括例如能够操纵大范围的流体体积。所包含的解决方案提供用于输送一种或多种流体的无通道微流体泵装置/系统、以及其制作和使用方法、以及通过所包含的解决方案能够实现的应用。
微流体的历史和前景经常包括开发带有匣件(cartridge)的系统，这些匣件存储完成检测所需的试剂并且使得可以输送这些试剂中的全部、大部分或一些。实现该前景难点经常集中在很难在使用之前的匣件运输和存储期间将这些试剂保持彼此分开。传统的微流体系统需要在匣件中形成通道来从存储试剂的位置输送试剂至使用试剂的位置。因此，传统系统的通道使用各种阀门系统来阻止试剂在使用之前沿着执行通道行进。在某些其它情形中，试剂贮存器不使用贮存器和通道之间的阀门，而是贮存器本身被完全密封，并且被穿孔、或被挤压直到它们破裂并且释放其内含物，这些内含物接着被通过通道引导至使用它们的位置。此外，这些试剂通常是昂贵的或者需要以特定量使用。传统的通道系统被保留在用于输送材料的通道中的材料死体积所拖累，同时在它们要求以精确量使用时，该系统很难计量。
发明人已经意识到以不具有直接连接的、阀门调节的通道的装置和系统的形式、或以通过在贮存器之间设置无通道泵浦系统来允许存储在贮存器中的材料在使用之前移动通过通道的任何形式，提供解决前述挑战以及问题的方案所带来的优点和益处。此类解决方案实现简化的微流体装置/系统、改进的微流体装置/系统(即包含试剂的微流体系统，这些试剂容易存储在匣件中并且容易使用)、简化的微流体装置/系统制造、降低的制作和使用微流体装置/系统的成本、以及改进的微流体装置/系统性能，包括例如能够在匣件上存储试剂、通过降低的死体积来使用较大量的存储试剂，假定对于改进的性能，通道减少并且更精确地计量这些试剂。所包含的解决方案提供用于输送一种或多种流体的无通道微流体装置/系统、以及其使用方法、以及通过所包含的解决方案能够实现的应用。
微流体的历史和前景经常包括开发执行有用过程的系统，有用过程包括在样品匣件中完成生化检测，该样品匣件具有全部或一些所需的可用化学试剂，并且各种机械、光、电、磁以及热性能容易与该匣件结合。实现该前景的困难经常集中在很难在试剂使用之前的匣件运输和存储期间将这些试剂保持彼此分开、以及执行用于试剂混合和反应所需的步骤，该混合和反应基于样品以及样品随着被处理的各种组分。传统的微流体系统需要在匣件中形成通道来从存储试剂的位置输送试剂至使用试剂的位置，并且由于这些通道是预先形成在匣件中，因此需要大体积的衬底、复杂的阀门系统和/或如尖刀或破碎机构等元件以接触这些试剂，该匣件很难制作并且匣件在其中使用的仪器变得非常复杂，这进一步限制了它们的实用性。这些匣件也是很繁琐的，并且关于试剂存储方面或从贮存器中提取试剂以及在匣件中使用方面，容易出现故障。进一步地，样品以及试剂的易操纵性受限于匣件的体积以及复杂度。
发明人已经意识到以不具有直接连接的、阀门调节的通道的微流体装置和系统的形式、或以通过在贮存器之间设置无通道泵浦系统来允许存储在贮存器中的材料在使用之前移动通过通道的任何形式，提供解决前述挑战以及问题的方案所带来的优点和益处。此类解决方案实现体积更小、简化的微流体装置/系统、改进的微流体装置/系统(例如，包含容易存储在匣件中并且容易使用的试剂以及简化的匣件与其主仪器的相互作用的微流体系统，该主仪器提供各种机械、光、电、磁以及热输入至匣件)、简化的微流体装置/系统制造、降低的制作和使用微流体装置/系统的成本、以及改进的微流体装置/系统性能，包括例如能够在匣件上存储试剂并且提供各种机械、光、电、磁以及热输入至匣件。所包含的解决方案提供用于输送一种或多种流体的无通道微流体装置/系统、以及其使用方法、以及通过所包含的解决方案能够实现的应用。
发明内容
本发明的一方面为无通道微流体泵。在示例性实施例中，所述无通道微流体泵包括一匣件，所述匣件包括具有两相对外表面的衬底以及置于所述衬底一外表面上的可驱动膜层；以及一歧管组件，包括：至少部分形成所述歧管顶面的至少三个分开的可驱动腔体，其中每一可驱动腔体包括一致动机构，进一步地，其中在操作中，所述泵的特征在于，具有未驱动状态和驱动状态，在未驱动状态中，可驱动膜层直接邻近所述衬底表面放置，在驱动状态中，至少一部分可驱动膜层被偏移进相应的腔体，从而在所述可驱动膜层的偏移部分和所述衬底的表面之间形成流体体积，进一步地其中，在驱动状态中，所述泵的进一步特征在于，具有在直接相邻的腔体和处于直接相邻的腔体中间的歧管顶面之间的流体间隙。无通道微流体泵的各种实施例可包括(单独或组合)以下附加特征、限定、特性：
-其中所述至少三个腔体各自具有至少两个壁部；
-进一步包括置于所述衬底中/上的至少一个贮存器以及与所述贮存器和膜层流体连接的至少一个通孔；
-进一步包括与所述膜层以及外部流体源流体连接的衬底中的通孔；
-其中所述致动机构包括气动或液压致动器；
-进一步包括置于所述歧管顶面上并且可与所述可驱动膜层以接合关系放置的可驱动柔性层；
-其中所述致动机构包括气动、液压、电磁体或机械致动器；
-其中所述可驱动柔性层具有至少一个磁区；
-其中所述至少三个腔体各自具有至少两个壁部；
-进一步包括置于所述衬底中/上的至少一个贮存器以及与所述贮存器和膜层流体连接的至少一个通孔；
-进一步包括与所述膜层以及外部流体源流体连接的衬底中的通孔；
-其中所述腔体腔体包括一驱动泡罩材料；
-其中所述衬底包括与至少一部分泡罩材料以及通孔流体接触的至少一个囊(pocket)；
-其中所述衬底为包括通孔的膜层，所述匣件进一步包括：固定装置，所述固定装置具有形成在其中的一个或多个囊；在所述固定装置中的至少一个真空口；以及置于所述固定装置外表面上的泡罩材料，所述泡罩材料处于固定装置表面和衬底膜层中间，以便形成泡罩贮存器，其中放置所述可驱动膜层以便密封泡罩贮存器；
-进一步包括置于与放置衬底的泡罩材料的一侧相对的泡罩材料表面上的保护罩；
本发明的一方面为在微流体装置中输送流体的方法。在示例性实施例中，所述方法包括设置如上所述的无通道微流体泵；驱动第一个所述腔体；通过第一驱动腔体的流体间隙提供流体源，以便将一定量的所述流体放置在第一驱动腔体的流体体积中；驱动与所述第一腔体直接相邻的第二个所述腔体，从而形成第二驱动腔体的流体体积并且在第一腔体和第二腔体之间产生流体间隙；对所述第一腔体去驱动并且驱动与所述第二腔体直接相邻的第三个所述腔体，从而形成第三驱动腔体的流体体积并且在所述第二腔体和第三腔体之间产生流体间隙，使得将所述流体从所述至少三个腔体中的第一个输送至第二个并且从第二个输送至第三个。
附图说明
图1为根据本发明的示例性实施例，示出了无通道微流体泵的筒组件的剖视图；
图2A为根据本发明的示例性实施例，示出了无通道微流体泵的歧管组件的剖视图；
图2B为根据本发明的示例性方面，示出了在图2A的歧管中的三个腔体的俯视图；
图3A-图3F为根据本发明的说明性实施例，按顺序示出了无通道泵传输流体通过该泵的操作；
图4A为根据本发明的示例性实施例，示出了无通道泵的侧剖视图，该泵包括至少一个(示出了两个)置于衬底上/中的贮存器以及至少一个连接在贮存器和可驱动膜层之间的通孔；
图4B为根据本发明的示例性方面，示出了在图4A中所示的无通道泵的俯视图，该泵包括第三贮存器以及相关的通孔；
图4C为根据本发明的示例性实施例，示出了无通道泵的侧剖视图，该泵包括至少一个置于衬底中，并且通过流体供给通道与可驱动膜层和相关的外部贮存器流体连通的通孔(示出了两个)，该流体供给通道连接外部贮存器和通孔；
图4D为根据本发明的示例性实施例，示出了在图4C中所示的无通道泵的俯视图，该泵包括第三外部贮存器以及相关的流体供给通道；
图5A、图5B、图5C、图5D为根据本发明的说明性方面，分别示出了与在图4A-4D中所示的无通道泵类似的无通道泵的视图，区别在于图5A-5D中，贮存器/通孔/供给通道的数量以及腔体的数量和几何形状与在图4A-4D中的不同；
图6A、图6B、图6C、图6D、图6E以及图6F为根据本发明的说明性实施例，按顺序示出了操作无通道泵的可选结构以通过该泵传输流体；
图7为根据本发明的示例性实施例，示出了使用电子电路驱动的无通道微流体泵的可选歧管组件的剖视图；
图8为根据本发明的示例性实施例，示出了使用机械驱动的无通道微流体泵的可选歧管组件的剖视图；
图9A、图9B以及图9C为根据本发明的示例性实施例，示出了无通道微流体泵的可选歧管组件的三种变形的剖视图,该泵使用可收缩的结构泡沫取代开放的孔隙空间；
图10为根据本发明的示例性方面，示出了用于在歧管中形成三个腔体的可选几何形状(分段圆形)的俯视图；
图11为根据本发明的示例性实施例，示出了包含水平安装的歧管组件、可选的夹紧组件、以及可选的光学系统的仪器；
图12为根据本发明的示例性实施例，示出了一仪器的可选结构，该仪器包含垂直安装的歧管组件、可选的夹紧组件、以及可选的光学系统；
图13A-图13C为根据本发明的示例性实施例，示出了筒组件的可选结构的剖视图，该筒组件设置用于以袋子(pouch)或泡罩(blister)的形状在筒组件上存储试剂；
图14A以及图14C为根据本发明的示例性实施例，示出了说明可选结构的剖视图以及使用筒组件的方法；
图14B以及图14D分别为图14A以及图14C的可选结构的俯视图；
图15A-图15E为根据本发明的实施例，示出了说明构造筒组件的可选方法的剖视图，该筒组件包括非常薄的衬底并且设置可选的保护罩；
图16A-图16B为根据本发明的示例性实施例，示出了说明通过使用在图3A-F以及图6A-F中所示的无通道泵来使用在图15A-E中介绍的筒组件的可选结构的剖视图；
图16C-图16D分别为图16A以及图16B的可选结构的俯视图；
图17A-图17B为根据本发明的示例性实施例，示出了说明使用在图15A-E以及图16A-C中所介绍的筒组件的进一步可选结构的剖视图，其中使用保护罩作为接收或存储液体、气体或浆体的可选腔室，并且使用在图3A-F以及6A-F中所描述的无通道泵；
图17C-图17D分别为图17A以及图17B的可选结构的俯视图；
图18A-图18B为部分筒组件的俯视图以及对应的剖视图，该筒组件被配置用于处理生物样品，以执行核酸分析；
图19A-图19B为部分筒组件的俯视图以及对应的剖视图，该筒组件被配置用于处理生物样品，以执行核酸分析；
图20A-图20B为部分筒组件的俯视图以及对应的剖视图，该筒组件被配置用于处理生物样品，以执行核酸分析；
图21A-图21B为部分筒组件的俯视图以及对应的剖视图，该筒组件被配置用于处理生物样品，以执行核酸分析；
图22A-图22B为部分筒组件的俯视图以及对应的剖视图，该筒组件被配置用于处理生物样品，以执行核酸分析；
图23A-图23B为部分筒组件的俯视图以及对应的剖视图，该筒组件被配置用于处理生物样品，以执行核酸分析；
图24A-图24B为部分筒组件的俯视图以及对应的剖视图，该筒组件被配置用于处理生物样品，以执行核酸分析；
图25A-图25B为部分筒组件的俯视图以及对应的剖视图，该筒组件被配置用于处理生物样品，以执行核酸分析；
图26A-图26B为部分筒组件的俯视图以及对应的剖视图，该筒组件被配置用于处理生物样品，以执行核酸分析；图18A-26B为根据本发明的示例性实施例，说明在初始样品纯化和从生物样品中捕获核酸分子中所包括的步骤；
图27A以及图27B为根据本发明的示例性实施例，示出了在图18A-26B中所示的装置的可选结构的剖视图以及俯视图，所示可选结构适合在提供所示样品贮存器形状的所描述的变形的水平位置中使用；
图28为根据本发明的示例性实施例，示出了在图27A中所示的装置的剖视图，该装置具有一个或多个磁体组件的可选放置；
图29为根据本发明的示例性实施例，示出了被配置来执行核酸检测的歧管组件的俯视图；
图30为根据本发明的示例性实施例，示出了被配置用于与图29的歧管组件接合的筒组件的俯视图；
图31为根据本发明的示例性实施例，示出了图30中所示的筒组件的俯视图，该筒组件与在图29所示的歧管组件接合；
图32A-T为根据本发明的示例性实施例，说明了在核酸检测中执行的顺序步骤；
图33为根据本发明的示例性实施例，示出了具有附加腔体的歧管组件的可选结构的俯视图；
图34为根据本发明的示例性实施例，示出了包含光学系统以及超声(sonication)系统的歧管组件的俯视图；
图35为根据本发明的示例性实施例，示出了被配置用于与图34中所示的歧管组件接合的筒组件的俯视图；
图36为根据本发明的示例性实施例，示出了与在图34中所示的歧管组件接合的图35中所示的筒组件的俯视图；
图37示出了使用本文所述的装置和方法用于基于核酸的检测的比较结果；
图38示出使用本文所述的装置和方法用于基于核酸的检测的可重复的比较结果。
具体实施方式
图1示出了所包含的无通道微流体泵(1-1以及1-2)的基本筒组件(2)，无通道微流体泵(1-1以及1-2)分别如图3A以及图6A所示。筒组件(2)包括衬底(3)(其可以是范围从薄膜厚度(即，小于或等于1毫米)(参见图15A-E、16A-D、17A-D以及18A-28)变化至大于或等于1毫米到几厘米(参见图1、3A-F、4A、4C、5A、5C、6A-F、13A-C、14A以及14C)的任何可用厚度)，以及置于衬底(3)表面(图示为底面)上的可驱动膜层(4)，其中可驱动膜层(4)的所选部分可被驱动并且拉离衬底(3)的表面(例如，图3B以及图6B)，以及可被去驱动(de-actuated)并且朝衬底(3)的表面偏回(例如，图3D以及图6D)，正如将在下文进一步解释的那样。
其它特征，包括但不限于贮存器、通孔、以及供给通道，可被包括在衬底(3)中或衬底(3)上，或可被操作连接至衬底(3)以使得能够实现各种功能和/或其它装置。图4A-D以及图5A-D示出了无通道微流体泵(1-1或1-2)的不同方面，无通道微流体泵(1-1或1-2)包括附加的特征，如外部贮存器以及内部贮存器(8)、连接流体供给通道(10)、以及通孔(9)。值得注意的是，然而，筒组件(2)(以及正如将在下文所解释的那样，歧管组件(20)，通常容纳在如图11以及图12所示的仪器(70)中)不包括任何用于在衬底(3)和可驱动膜层(4)之间调节流体移动的‘专用的’流体(微流体、纳米流体或其它的)传输通道。(正如本文所使用的，‘专用的’流体传输通道指的是传统的，例如本领域很好理解的微流体传输通道，其已经永久形成为或被创建作为包含它的微流体装置的特征，并且被用作为在微流体装置中从一个位置传输流体至另一位置的导管-而不仅仅作为从贮存器的供给线)。可选的一个或多个通孔(9)或流体供给通道(10)可在衬底(3)中形成，用于从流体源(例如，一个或多个贮存器)供给流体至筒组件(2)区域，筒组件(2)被配置用于在衬底(3)和可驱动膜层(4)之间调节流体的移动。通过使用机械力或气动力将可驱动膜层(4)夹在衬底(3)和歧管组件(20)的顶面之间，或可(使用本领域公知的手段)将可驱动膜层(4)邦定(bond)和/连接/附接至衬底(3)，至衬底(3)表面的选择性区域。在将可驱动膜层(4)邦定至衬底(3)的选择性区域的情形中，可通过任何本领域公知的方式来选择性邦定，例如超声邦定、射频邦定、激光焊接、热邦定、粘合层压、溶剂邦定、或在美国专利申请10964216以及11242694中描述的其它方法。可驱动膜层(4)以及衬底(3)可以是相同的或不同的材料。某些材料，如玻璃、石英、陶瓷、硅、金属(例如，铝、不锈钢)、聚合物(例如，COC，聚乙烯、聚碳酸酯、丙烯酸树脂、ABS、PVC、聚苯乙烯、缩醛(聚甲醛)、聚烯烃共聚物(POC)、聚丙烯、尼龙)、有机硅、或PDMS，以及其它类似的材料，可以组合方式使用，或可以对衬底(3)和可驱动膜层(4)使用同一材料，只要该材料具有如本文所述的功能。重要的是，然而，如下文进一步解释的那样，可驱动膜层(4)，在如图1所示被置于衬底(3)的表面上时，允许无流体在可驱动膜层(4)和抵靠该膜层的衬底(3)表面之间传输(即，去驱动状态)；可驱动可驱动膜层(4)，使得可驱动膜层(4)的一个或多个选择性区域被拉离衬底(3)表面，以在衬底(3)表面和可驱动膜层(4)的偏移(被驱动)部分之间形成流体体积(5，5n)(参见图3B、图6B)(其中n代表通过本文所述的驱动所形成的流体体积的可变位置)。
图2A示出了部分基本歧管组件(20)的侧剖视图(沿图2B中的线AB切开)，可操作歧管组件(20)与筒组件(2)接合。歧管组件(20)可包含用于执行本文所述的某些功能的光、磁、电以及机械组件。这些光、磁、电以及机械组件各自均是公知并且能够理解的，因此在描述无通道微流体泵(1-1或1-2)的创造性方面，不对它们进行详细描述。歧管组件(20)可由金属、玻璃、陶瓷、MDMS、硅橡胶或例如但不限于丙烯酸或聚碳酸酯的聚合物材料构成，并且在某些区域，而不是在整个表面上，歧管组件(20)包括由薄壁(21)形成的各种几何形状的腔体(22)，薄壁(21)为在歧管组件(20)的实体材料中单独压痕加工、铸造、凹陷或其它方式形成。这些壁(21)的顶面(29)形成歧管组件(20)的一些部分的顶面的分割区，并且将每一腔体(22)与其它腔体(22)彼此分开。因此，相邻腔体(22)通过薄的壁(21)隔开。尽管图2B中示出了六边形形状的腔体(22)，但是其它几何形状如三角形、四边形、五边形、分段圆等以及不同几何形状的组合将是适合的，并且能够执行相同的功能。可使用柔性可驱动层(23)覆盖全部或歧管组件(20)的部分的顶面。在柔性可驱动层(23)覆盖具有形成腔体(22)的歧管组件(20)的全部或部分顶面的情形中，柔性可驱动层(23)将每一腔体(22)与由柔性可驱动层(23)覆盖的每一其它腔体(2)隔离。每一腔体(22)包括驱动通道(25)，可通过驱动通道(25)将液压或气动力施加至腔体(22)内部，或机械致动器(26)(见图8)可通过驱动通道(25)移动以施加作用力来驱动柔性可驱动层(23)。可选地，腔体(22)可不包含驱动通道，而是其可包含一个或多个电动(electronic)致动器，如一个或多个电磁体(27)(见图7)，用于吸引(驱动)或排斥(去驱动)覆盖腔体(22)开口的柔性可驱动层(23)，电磁体(27)可包含一个或多个磁铁(30)，或一种或多种磁性吸引的材料(31)。
歧管组件(20)的顶面由薄壁(21)的顶面(29)以及不具有形成的腔体(22)的歧管材料(28)剩余部分、或其它组件如加热器(见图29)或光学系统(见图34)形成，并且可被封闭腔体(22)开口端的柔性可驱动材料层(23)完全或部分覆盖。在操作中，如下文将进一步描述的那样，与各自腔体(22)相关的柔性可驱动层(23)的一个或多个区域将会被偏移(在驱动的状态中)进腔体(22)(例如，图3B)，并且在去驱动时恢复至其未偏移状态(例如，图3D)。柔性可驱动层(23)可由有机硅、弹性橡胶等材料或其它类似的材料组成，但是在所有情况中，柔性层(23)的材料选择将有利地具有合适的柔软度或硬度级别，以允许其在基于驱动而偏移/变形后，可逆地恢复至其非偏移状态。此类材料还具有大于或等于0.3的泊松比，使得在驱动期间，实现柔性可驱动层(23)厚度(在与腔体(22)之间的薄壁(21)顶面(29)接触的某一点处)的足够大的变化范围，以形成无通道微流体泵(1-1)(见图3A)的临时流体间隙(6)(见图3A-3F)。
图2B显示了具有六边形几何形状腔体(22)的歧管组件(20)的部分的俯视图，并且示出了将腔体(22)隔开的薄壁(21)、以及通向每一各自腔体(22)的驱动通道(25)的关系。注意这些驱动通道，取决于驱动模式，一般可位于腔体(22)底面(24)中的任何位置。
图3A显示了未驱动状态下的无通道微流体泵(1-1)的侧剖视图，该泵包括基本的筒组件(2)(见图1)以及处于操作连接的基本歧管组件的三个腔体(22)部。图3B-3F按顺序示出了通过可控地驱动柔性可驱动层(23)来可控地形成流体间隙(6n)(其中n代表通过本文所述的驱动所形成的流体间隙的可变位置)，以操作无通道微流体泵(1-1)通过筒组件(2)调节流体(液体、气体或浆体)的移动。在操作中，可驱动膜层(4)为非永久地与柔性可驱动层(23)接合(图3A)。此后，当通过驱动通道(25)将液压或气动压力传输进出腔体(22)、或使用一个或多个机械致动器(26)施加机械力至柔性可驱动层(23)(见图8)、或使用一个或多个电磁体(27)将磁力施加至柔性可驱动层(23)(见图7)时，因此被驱动的与特定腔体(23)相连的柔性可驱动层(23)被拉向(驱动)腔体(22)的底面(24)或推离(去驱动)腔体(22)的底面(24)。当柔性可驱动层(23)在腔体(22)内部按顺序偏移(即被调节)时，可驱动膜层(4)同样跟随柔性可驱动层(23)的移动一起远离或朝相关的衬底(3)表面偏移。柔性可驱动层(23)首先封闭腔体以隔离其中对特定腔体(23)的驱动，其可被选择还自然吸引筒组件(2)的可驱动膜层(4)，由于柔性可驱动层(23)的偏移在柔性可驱动层(23)和可驱动膜层(4)之间形成真空，因此即使没有自然吸引，柔性可驱动层(23)的偏移也能使可驱动膜层(4)偏移。如图3B所示，当可驱动膜层(4)在腔体(22a)中被拉离衬底(3)表面(即被驱动)时，在可驱动膜层(4)和衬底(3)表面之间的区域形成流体体积(5a)，其中流体体积(5a)可容纳一定量的流体。进入流体体积(5a)的流体(显示为来自相邻流体体积(为清晰起见而未示出)的流体流(7a))，通过由在薄壁(21)顶面(29)上方的柔性可驱动层(23)的材料拉伸和变薄(这将可驱动膜层(4)拉离衬底(3)的表面)所形成的流体间隙(6a)进入。接着如图3C所示，当柔性可驱动层(23)被拉向相邻腔体(22b)的底部(即在驱动状态中)时，柔性可驱动层(23)与薄壁(21b)顶面(29b)相交的部分由于被偏移拉伸而变薄，从而将可驱动膜层(4)拉离衬底(3)表面，以形成提供用于流体流(7b)从流体体积(5a)流至流体体积(5b)的流体间隙(6b)。如图3D所示，通过对第一腔体(22a)中的柔性可驱动层(23)去驱动远离第一腔体(22a)的底面(24a)，并且朝第三腔体(22c)的底面(24c)驱动/偏移柔性可驱动层(23)，使得拉伸薄壁(21c)顶面(29c)上方的柔性可驱动层(23)，形成伴随的流体体积(5c)以及伴随的流体间隙(6c)，使得通过临时的流体间隙(8b)将流体传输进入第二流体体积(5b)(图3D)并且通过在第二腔体(22b)和第三腔体(22c)之间连通的临时流体间隙(6c)将流体传输进入第三流体体积(5c)。最后，如图3E以及3F所示，通过去驱动柔性可驱动层(23)远离第三腔体(22c)的底面(24c)，传输的流体显示为流体流(7d)，流体流(7d)通过薄壁(21d)顶面(29d)处的临时流体间隙(6d)流出第三流体体积(5c)进入相邻的流体体积(为清晰起见而未示出)，并且所示筒组件(2)恢复至其原始未驱动的状态，如图3F所示。上述步骤显示为按顺序的驱动步骤，但是在实际中这些驱动步骤是可同时进行的。
如图4A-4D所示，无通道微流体泵(1-1或1-2)可被配置包括具有多个六边形腔体(22)的歧管组件(20)的部分并且进一步包括以一个或多个贮存器(8)形式的流体源，贮存器(8)形成在较厚版本的衬底(3)中(图4A、5A、13A-C、14A以及14C)或较薄版本的衬底(3)上(图15A-E、16A-B、17A-B、18A-28)和/或位于衬底(3)外部并且通过外部(例如管件)连接(11)连接至衬底(3)(图4C-D)。如图4A-D所示，通孔(9)或供给通道(10)形成在衬底(3)中，以提供，流体源(例如，贮存器(8))或外部连接(11)与可驱动膜层(4)和衬底(3)表面之间的界面，之间的流体连接。如在图4B以及4D中所示的结构的优点在于，基于增加可用于形成流体间隙的腔体数来增加泵容量，具有多条可用于在无通道泵(1-1或1-2)内部输送流体的路径。当使用不止一条路径来通过无通道泵泵浦材料时，更大体积的流体可以被输送，因而增加了泵容量。
图4A示出了本发明示例性结构的侧剖视图(沿着图4B中的虚线AB切开)。图4B所示为本发明示例性结构的俯视图，该图示出了形成在衬底(3)中或者在与可驱动膜层(4)抵靠的表面相对的侧面上附接至衬底(3)表面的贮存器(8)。在任一种情形中，贮存器(8)通过通孔(9)或供给通道(10)连通，通孔(9)或供给通道(10)形成进衬底(3)中或形成进覆盖有可驱动膜层(4)的衬底(3)表面中。如图4A所示，贮存器(8)可邻近歧管组件(20)中的腔体(22)，该歧管组件(20)具有相应的通孔(9)，以当无通道微流体泵处于驱动状态中时，用于从贮存器(8)将流体输送进流体体积(5)。可选地，如图4C以及4D所示，贮存器(8)可远离腔体(22)，在衬底(3)中的其它位置并且通过供给通道(10)连接，或者在筒组件(2)的外部并且通过外部连接(11)连接至衬底(3)。在所示结构中，通过使用在图3A-3F(或没有使用柔性可驱动层(23)的图6A-6F)中所述的原理，可在各种贮存器(8)之间输送流体。可在歧管组件(20)中设置三个以上的任意数量的腔体(22)，以在筒组件(2)的可驱动膜层(4)和衬底(3)之间成功调节流体的传输。腔体(22)数越多，可用于流体传输/输送的临时流体间隙(6)数就越多。
如图5A-5D所示，无通道微流体泵(1-1或1-2)可被配置包括具有多个六边形腔体(22)的歧管组件(20)的部分，并且进一步包括以一个或多个贮存器(8)形式的多个流体源，贮存器(8)形成在较厚版本的衬底(3)中(图4A、5A、13A-C、14A以及14C)或较薄版本的衬底(3)上(图15A-E、16A-B、17A-B、18A-28)，和/或位于衬底(3)的外部并且直接通过形成在衬底(3)中的供给通道(10)或通过外部(管件)连接(11)连接至衬底(3)；或如图5D所示，贮存器(8)、通孔(9)、供给通道(10)以及外部连接(11)的任何结构组合。如在图5B以及5D所示的结构的优点在于，基于增加可用于形成流体间隙的腔体数来增加泵容量，具有多条可用于在无通道泵(1-1或1-2)内部输送流体的路径。当使用不止一条路径来通过无通道泵泵浦材料时，更大体积的流体可以被输送，因而增加了泵容量。
图5A示出了本发明示例性结构的侧剖视图(沿着图5B中的虚线AB切开)。图5B所示为无通道泵(1-1或1-2)的示例性结构的俯视图，该图示出了形成在衬底(3)中或者在与可驱动膜层(4)抵靠的表面相对的一侧上附接至衬底(3)表面的贮存器(8)。在任一种情形中，贮存器(8)通过通孔(9)或供给通道(10)连通布置有可驱动膜层(4)的衬底(3)表面。如图5A所示，贮存器(8)可邻近歧管组件(20)中的腔体(22)，该歧管组件(20)具有相应的通孔(9)，以当无通道微流体泵(1-1或1-2)处于驱动状态中时，用于从贮存器(8)将流体输送进流体体积(5)。可选地，如图5C以及5D所示，贮存器(8)可远离腔体(22)，在衬底(3)中的其它位置并且通过供给通道(10)连接，或者与衬底(3)分离并且通过外部供给连接(11)连接至衬底。或如图5D所示，贮存器(8)、通孔(9)、供给通道(10)以及外部连接(11)的任何结构组合。在所示结构中，通过使用在图3A-3F(或没有使用柔性可驱动层(23)的图6A-6F)中所述的原理，可在各种贮存器(8)之间传输/输送流体。可在歧管组件(20)中形成三个以上的任意数量的腔体(22)，以在筒组件(2)的可驱动膜层(4)和衬底(3)之间成功调节流体的传输。腔体(22)数越多，可用于流体传输的可用临时流体间隙(6)数就越多。
图6A示出了可选的无通道微流体泵(1-2)的侧剖视图，该泵包括如上所述的基本筒组件(2)以及歧管组件(20)的三个腔体(22)部的可选结构，其中去掉柔性可驱动层(23)并且形成腔体(22)的薄壁(21)使用可变形材料壁部(33)取代，使得可变形材料壁部(33)本身受到来自可驱动膜层(4)的驱动力而压缩或偏移。可变形材料壁部(33)可如有机硅、弹性橡胶等材料或其它类似的材料组成，但是在所有情形中，可变形材料壁部(33)的材料选择将有利地具有合适的柔软度或硬度级别，以允许其在基于驱动而偏移/变形后，可逆地恢复至其非偏移或非压缩状态。此类材料还具有大于或等于0.3的泊松比，以便在驱动期间，实现可变形材料壁部(33)的厚度有足够大的变化范围或充足的垂直偏移以形成无通道微流体泵(1-2)的临时流体间隙(6n)(见图6B-6E)。图3B-3F按顺序示出了通过可控地驱动可驱动膜层(4)来可控地形成流体间隙(6n)(其中n代表通过本文所述的驱动所形成的流体间隙的可变位置)，以操作无通道微流体泵(1-2)通过筒组件(2)调节流体(液体、气体或浆体)的移动。在操作中，可驱动膜层(4)与装配式可变形壁部(33)接合(图6A)。此后，当通过驱动通道(25)将液压或气动压力传输进出腔体(22)时，可驱动膜层(4)因此被驱动并且被拉向腔体(22)的底面(24)或被去驱动并且被推离腔体(22)的底面(24)。当可驱动膜层(4)朝腔体(22)的底面(24)偏移时，在与可驱动膜层(4)接触的该点处的装配式可变形壁部(33)被压缩或偏移，从而形成流体间隙(6)。当可驱动膜层(4)朝衬底(3)表面偏移时，变形的装配式可变形壁部(33)恢复并且流体间隙(6)被密封。使用图6A-6F中所述的原理将流体输送通过歧管组件(2)接着大体上与在图3A-3F中所述的移动流体的过程相同。
图7示出了如参考图2所述的歧管组件(20)的部分的可选结构的侧剖视图，其中相邻的腔体(22)通过薄壁(21)分开。在此实施例中，每一腔体(22)包括一个或多个电动致动器，如一个或多个电磁体(27)，用于吸引或排斥嵌入在柔性可驱动层(23)中或附接至覆盖腔体(22)的柔性可驱动层(23)底部的一个或多个磁体(30)或者一种或多种磁性吸引的材料(31)。歧管的功能保持与先前在图3A-3F中所述的一样。
图8示出了如参考图2所述的歧管组件(20)的部分的可选结构的侧剖视图，其中相邻的腔体(22)通过薄壁(21)分开。在此实施例中，每一腔体(22)包括一机械致动器(26)，如连接杆，其可被附接至柔性可驱动层(23)的底部或其具有一部分嵌入在覆盖腔体(22)开口的柔性可驱动层(23)中。该连接杆可被附接至能够可控移动机械致动器(26)的各种公知的机械或电装置。歧管的功能保持与先前在图3A-3F中所述的一样。
图9A示出了如参考图2所述的管组件(20)的侧剖视图，可操作歧管组件(20)与筒组件(2)接合，其中相邻的腔体通过薄壁(21)分开。在此实施例中，每一腔体(22)填充有可恢复塌陷的泡沫材料(32)。可选地，如图9B所示，该歧管可包含单个大腔体(22)。在每一种情形中，一个/多个腔体填充有包含孔隙的泡沫材料，该孔隙在整个泡沫块中或区域/局部中可恢复地塌陷。泡沫材料(32)的顶面可或可不被柔性可驱动材料(23)覆盖。通过驱动通道(25)，使泡沫材料(32)中的孔隙塌陷以及使泡沫材料(32)中的孔隙再膨胀，来驱动泡沫材料(32)。如图9B以及9C中所示，区域性地驱动泡沫材料(32)的情形中，不需要将单独的腔体(22)分开的薄壁(21)。歧管的功能保持与先前在图3A-3F中所述的一样，而对于图9C，该操作在图6A-6F中描述。
图10示了歧管组件(20)的部分的可选结构的俯视图，该歧管组件(20)具有分段圆形几何形状的腔体(22)，并且示出了将腔体(22)隔开的多个薄壁(21)、以及通向每一各自腔体(22)的多个驱动通道(25)的关系。注意这些驱动通道(25)，取决于驱动模式，一般可位于腔体(22)底面(24)中的任何位置。
图11示出了容纳至少一个歧管组件(20)的代表性仪器(70)的框图表示。仪器(70)包含可控操作歧管组件(20)所需要的全部或一些组件，以便当歧管组件(20)与筒组件(2)(未示出)接合时，筒组件(2)运行。图11示出了水平安装在仪器(70)上的歧管组件(20)。可选地，仪器(70)可包括夹紧组件(36)，用于帮助将筒组件(2)保持在歧管组件(20)上的合适位置。进一步可选地，仪器(70)可包括集成进歧管组件(20)或在歧管组件(20)下面、或安装或集成进仪器(70)另一部分的光学系统(69)，其中安装可以是固定或可移动的。在筒组件(2)的运行期间，光学系统(69)可用于出于任何目的而查看筒组件(2)的特定识别特征，或可用于出于任何目的而查看筒组件(2)的特定区域。仪器(70)可包括按上述任一种结构或上述两种结构安装的一个或多个光学系统(69)。仪器(70)还可包括数字处理装置(为清晰起见而未示出)或仪器(70)可被连接至外部处理装置。在任一种情形中，该数字处理装置将包括一用户界面，以便用户可与仪器(70)互动，并且仪器(70)能够恰当地控制歧管组件(20)的功能以可控地操作筒组件(2)以及仪器(70)的任何其它组件，如光学组件(69)。
图12示出了容纳至少一个歧管组件(20)的代表性仪器(70)的框图表示。仪器(70)包含可控地操作歧管组件(20)所需的全部或一些组件，以便当歧管组件(20)与筒组件(2)接合时，筒组件(2)运行。图12示出了垂直安装在仪器(70)上的歧管组件(20)。可选地，仪器(70)可包括夹紧组件(36)，用于帮助将筒组件(2)保持在歧管组件(20)上的合适位置。进一步可选地，仪器(70)可包括集成进歧管组件(20)或在歧管组件(20)下面、或安装或集成进仪器(70)的另一部分的光学系统(69)，其中安装可以是固定或可移动的。在筒组件(2)的运行期间，光学系统(69)可用于出于任何目的而查看筒组件(2)的特定识别特征，或可用于出于任何目的而查看筒组件(2)的特定区域。仪器(70)可包括按上述两种结构或上述任一种结构安装的一个或多个光学系统(69)。仪器(70)还可包括数字处理装置(为清晰起见而未示出)或仪器(70)可被连接至外部数字处理装置。在任一种情形中，该数字处理装置将包括一用户界面，以便用户可与仪器(70)互动，并且仪器(70)能够恰当地控制歧管组件(20)的功能以可控地操作筒组件(2)以及仪器(70)的任何其它组件，如光学组件(69)。
图13A-C示出了包括泡罩贮存器(12)的筒组件(2)的变形以及填充泡罩贮存器(12)的方法。泡罩贮存器(12)由泡罩材料(13)构成，泡罩材料(13)覆盖与可驱动膜层(4)所在的衬底(3)的一侧相对的衬底(3)的全部或部分。在衬底(3)薄于薄膜的情形中，衬底(3)可具有或可不具有预形成的囊，其中在该囊处形成泡罩贮存器(12)。泡罩贮存器(12)在衬底(3)和泡罩材料(13)之间形成袋子。
图13A以及13B示出了如何使用移液管、毛细管或其它公知的材料输送系统(19)来通过衬底(3)中的通孔(9)对贮存器(12)填充试剂材料(14)，试剂材料(14)为流体、气体、浆体或粉末。泡罩贮存器(12)可通过所输送的试剂材料(14)的压力来展开，试剂材料(14)通过材料输送系统(19)排出，或者可施加负压至与通孔(9)相对的泡罩材料侧面，以在使用材料输送系统(9)将试剂材料(14)输送通过通孔(9)之前偏移或展开泡罩材料(13)(见图15A-C)。
图13C示出了填充泡罩贮存器(12)后，将可驱动膜层(4)置于包含通孔(9)的衬底(3)表面，并且在与该衬底(3)表面相对的侧面上使用泡罩材料(13)来密封泡罩贮存器(12)。在使用泡罩贮存器(12)的情形中，可从特别疏水性材料中选择可驱动膜层(4)或者在面向通孔(9)的可驱动膜层(4)侧面上涂覆疏水性材料(即蜡)。当可驱动膜层(4)被涂覆或者本身是疏水性的时候，通孔(9)在可驱动膜层(4)处于去驱动状态时会被更加完整地密封。可或可不选择性将可驱动膜层(4)邦定至衬底(3)的表面。在将可驱动膜层(4)选择性邦定至衬底(3)区域的情形中，可通过任何本领域公知的方式来选择性邦定，例如超声邦定、射频邦定、激光焊接、热邦定、粘合层压、溶剂邦定、或在美国专利申请10964216以及11242694中描述的其它方法。可驱动膜层(4)以及衬底(3)可以是相同的或不同的材料。某些材料，如玻璃、石英、陶瓷、硅、金属(例如，铝、不锈钢)、聚合物(例如，COC，聚乙烯、聚碳酸酯、丙烯酸树脂、ABS、PVC、聚苯乙烯、缩醛(聚甲醛)、聚烯烃共聚物(POC)、聚丙烯、尼龙)、有机硅、或PDMS，以及其它类似的材料，可以组合方式使用，或可以对衬底(3)和可驱动膜层(4)使用同一材料。重要的是，然而，如下文进一步所解释的那样，可驱动膜层(4)，在如图1、6A、13C以及15C-15E所示被置于衬底(3)的表面上时，允许无流体在可驱动膜层(4)和衬底(3)表面之间输送(即，去驱动状态)；可驱动可驱动膜层(4)，使得可驱动膜层(4)的选择性区域可被拉离衬底(3)表面，以在衬底(3)表面和可驱动膜层(4)的偏移(驱动)部分之间形成流体体积(5)(参见图3B或图6B)。因此如图13A-13C所示，筒组件(2)可装有一个或多个泡罩贮存器(12)，泡罩贮存器(12)填充有一种或多种试剂(14)，或者泡罩贮存器(12)未被填充，但是该两种情况下均被密封并且与其它泡罩贮存器(12)分开，以便在使用筒组件(2)之前可将试剂材料(14)存储在筒组件(2)上。
图14A-D示出了筒组件(2)的操作，筒组件(2)包括衬底(3)、可驱动膜层(4)并且包含一对泡罩贮存器(2)，在使用前，其中一个填充有试剂材料(14)，而另一个则没有被填充；为了下文解释的目的，现在分别将每一泡罩贮存器表示为泡罩贮存器(12a)以及(12b)。
图14A示出了筒组件(2)的侧剖视图，筒组件(2)具有带通孔(9a)的满泡罩贮存器(12a)以及带通孔(9b)的空泡罩贮存器(12b)。
图14C示出了带通孔(9b)的满泡罩贮存器(12b)以及带通孔(9a)的现在为空的泡罩贮存器(12a)。流体在泡罩贮存器(12a)和泡罩贮存器(12b)之间的流动通过在如图3A-F或图6A-F中所示的可驱动膜层(4)的重复调节来完成。
图14B示出了在先前附图中所介绍的无通道微流体泵(1-1或1-2)的代表性部分的俯视图。图14B示出了带通孔(9a)的满泡罩贮存器(12a)以及带通孔(9b)的空泡罩贮存器(12b)。
图14D示出了带通孔(9b)的满泡罩贮存器(12b)以及带通孔(9a)的现在为空的泡罩贮存器(12a)。流体在泡罩贮存器(12a)和泡罩贮存器(12b)之间的流动通过在如图3A-F或图6A-F中所示的可驱动膜层(4)的重复调节来完成。在图14B以及14D中所示的腔体的几何形状为六边形，但是其它几何形状如分段圆形、三角形、四边形、五边形等也能够执行相同的功能。在操作中，泵浦系统从泡罩贮存器(12a)中抽回试剂材料(14)，由此泡罩贮存器(12a)塌陷、偏移或者收缩回衬底(3)表面并且泵浦试剂材料(14)至未填充的泡罩贮存器(12b)，由于试剂材料(14)通过通孔(9b)进入泡罩贮存器(12b)而使得泡罩贮存器(12b)偏移、上升或展开。由于容器(本例中为泡罩贮存器(12))以这样的方式变形，泡罩贮存器(12b)无需通过开孔(vent)来将流体从泡罩贮存器(12a)中移除并且输送至泡罩贮存器(12b)。此类系统既不需要直接施加至泡罩贮存器(12)的外力，也不需要排放系统，来将试剂材料(14)从泡罩贮存器(12a)内部抽出或为了将试剂材料(14)输送至泡罩贮存器(12b)。此外，由于在未驱动状态中，没有通道来存留流体，流体在未驱动状态中唯一可能停留的地方为馈送流体、气体或浆体至该泵的通孔(9)或者供给通道，因此无通道微流体泵结构(1-1或1-2)提供非常低的死体积。
图15A-E示出了准备歧管组件(2)的可选结构、操作以及方法，其中衬底(3)本身为薄膜或按比例薄于在先前附图中所示的，并且其中衬底(3)不包括用于贮存器的囊。
图15A示出具有真空通道(41)的固定装置(40)，其中固定装置(40)被泡罩材料(13)覆盖，基于通过真空通道(41)所施加的真空，已经将泡罩材料(13)拉进形成在固定装置(40)中的凹部。
图15B示出了将试剂材料直接输送至泡罩材料(13)变形部分的材料输送系统(19)。可选地，包括通孔(9)的衬底(3)可首先被放置至泡罩材料(13)，并且材料输送系统(19)可如在图13B中所示的那样通过通孔(9)输送试剂(14)。可驱动膜层(4)接着被放置至衬底(3)，以密封泡罩贮存器(12)。
图15C示出了筒组件(2)，包括泡罩贮存器(12)、放置到泡罩材料(13)的衬底(3)以及放置到衬底(3)以密封泡罩贮存器(12)的可驱动膜层(4)。为了促进从泡罩贮存器(12)中抽回试剂材料(14)，衬底(3)形成有接合贮存器(12)的通孔(9)。将衬底(3)放置到泡罩材料(13)的表面，以便只能通过通孔(9)进入泡罩贮存器(2)。可使用任何如超声波邦定、射频邦定、激光焊接、热邦定、粘合层压、溶剂邦定等永久系统来将衬底(3)附接至泡罩材料(13)。可驱动膜层(4)接着被放置到衬底(3)表面，以密封通孔(9)。可选地，可在填充泡罩贮存器(12)之前将衬底(3)放置到泡罩材料(13)，只要可驱动膜层(4)和衬底(3)之间没有永久邦定或者使用如上所述的选择性邦定，以便可驱动膜层(4)可调节通孔(9)的打开以及闭合并且如图3A-F或6A-F所述运行，则接着便可通过通孔(9)填充泡罩贮存器(12)(见图13A-C)。为了更完整地(虽然临时地)密封通孔(9)，可驱动膜层(4)可设置有疏水性涂层，如蜡或其它类似材料。如在先前附图中所示，可或可不将可驱动膜层(4)选择性邦定至衬底(3)。
图15D示出了移除固定装置(40)后的完整筒组件(2)。
图15E示出了图15D中所示的筒组件(2)的可选结构，该筒组件(2)具有可选的保护罩(15)，保护罩(15)被放置到与放置衬底(3)的泡罩材料(13)的一侧相对的泡罩材料(13)表面。
图16A-D示出了筒组件(2)的可选结构的操作，筒组件(2)包括衬底(3)、可驱动膜层(4)并且包含一对泡罩贮存器(2)，在使用前，其中一个填充有试剂材料(14)，而另一个则没有被填充；为了下文解释的目的，现在将每一泡罩贮存器表示为泡罩贮存器(12a)以及(12b)，并且进一步包含可选的保护罩(15)。保护罩(15)提供在接下来的制造、运输、处理期间对泡罩贮存器(12)的保护，还可提供在筒组件(2)与歧管组件(20)接合时对筒组件(2)的保护。可将保护罩(15)开孔，以便于保护罩(15)内部的泡罩贮存器(12)的填充以及排空。
图16A示出了具有保护罩(15)的筒组件(2)的侧剖视图，筒组件(2)具有带通孔(9a)的满泡罩贮存器(12a)以及带通孔(9b)的空泡罩贮存器(12b)。
图16B示出了具有保护罩(15)的筒组件(2)的侧剖视图，筒组件(2)具有带通孔(9b)的满泡罩贮存器(12b)以及带通孔(9a)的现在为空的泡罩贮存器(12a)。流体在泡罩贮存器(12a)和泡罩贮存器(12b)之间的流动通过在如图3A-F或图6A-F中所示的可驱动膜层(4)的重复调节来完成。
图16C示出了在先前附图中所介绍的无通道微流体泵(1-1或1-2)的代表性部分的俯视图。图16C示出了带通孔(9a)的满泡罩贮存器(12a)以及带通孔(9b)的空泡罩贮存器(12b)。
图16D示出了带通孔(9b)的满泡罩贮存器(12b)以及带通孔(9a)的现在为空的泡罩贮存器(12a)。流体在泡罩贮存器(12a)和泡罩贮存器(12b)之间的流动通过在如图3A-F或图6A-F中所示的可驱动膜层(4)的重复调节来完成。在图16C以及16D中所示的腔体的几何形状为六边形，但是其它几何形状如分段圆形、三角形、四边形、五边形等也能够执行相同的功能。在操作中，泵浦系统从泡罩贮存器(12a)中抽回试剂材料(14)，由此泡罩贮存器(12a)塌陷、偏移或者收缩回衬底(3)表面并且泵浦试剂材料(14)至未填充的泡罩贮存器(12b)，由于试剂材料(14)通过通孔(9b)进入泡罩贮存器(12b)而使得泡罩贮存器(12b)偏移、上升或展开。由于容器(本例中为泡罩贮存器(12))以这样的方式变形，即泡罩贮存器(12b)无需为了将流体从泡罩贮存器(12a)中移除并且输送至泡罩贮存器(12b)而开孔，但是可选的保护罩(15)可被开孔，以允许填充保护罩(15)内部的泡罩贮存器(12a)或排空保护罩(15)内部的泡罩贮存器(12a)。此类系统既不需要直接施加至泡罩的外力，也不需要泡罩材料(13)中的排放系统，来从泡罩贮存器(12a)内部抽出试剂材料。此外，由于在未驱动状态中，没有通道来存留流体，流体在未驱动状态中唯一可能停留的地方为馈送流体、气体或浆体至该泵的通孔(9)或者供给通道，因此无通道微流体泵结构(1-1或1-2)提供非常低的死体积。
图17A-D示出了筒组件(2)的进一步可选结构的操作，该筒组件(2)包括衬底(3)、可驱动膜层(4)并且包含填充有试剂材料(14)的泡罩贮存器(12)以及在保护罩(15)和与接合衬底(3)表面的泡罩贮存器(13)的一侧相对的泡罩材料(13)表面之间形成的腔室贮存器(16)。这里的保护罩(15)提供在接下来的制造、运输、处理期间对泡罩贮存器(12)的保护，还可提供在筒组件(2)与歧管组件接合时对筒组件(2)的保护，并且提供用于从筒组件(2)的其它区域输送的流体、气体或浆体的容器。可将保护罩(15)开孔，以便于其填充和排空。
图17A示出了具有保护罩(15)的筒组件(2)的侧剖视图，筒组件(2)具有带通孔(9a)的满泡罩贮存器(12)以及带通孔(9b)的空腔室贮存器(16)。
图17B示出了具有保护罩(15)的筒组件(2)的侧剖视图，筒组件(2)具有带通孔(9b)的试剂材料(14)部分填充的腔室贮存器(16)以及带通孔(9a)的现在为空的泡罩贮存器(12)。流体在泡罩贮存器(12)和腔室贮存器(16)之间的流动通过在如图3A-F或图6A-F中所示的可驱动膜层(4)的重复调节来完成。
图17C示出了在先前附图中所介绍的无通道微流体泵(1-1或1-2)的代表性部分的俯视图。图17C示出了带通孔(9a)的满泡罩贮存器(12)以及带通孔(9b)的空腔室贮存器(16)。
图17D示出了带通孔(9b)的部分满的腔室贮存器(16)以及带通孔(9a)的现在为空的泡罩贮存器(12)。流体在泡罩贮存器(12)和腔室贮存器(16)之间的流动通过在如图3A-F或图6A-F中所示的可驱动膜层(4)的重复调节来完成。在图17C以及17D中所示的腔体(22)的几何形状为六边形，但是其它几何形状如分段圆形、三角形、四边形、五边形等也能够执行相同的功能。在操作中，泵浦系统从泡罩贮存器(12)中抽回试剂材料(14)，由此泡罩贮存器(12a)塌陷、偏移或者收缩回衬底(3)表面并且泵浦试剂材料(14)至未填充的腔室贮存器(16)，由于试剂材料(14)通过通孔(9b)进入腔室贮存器(16)而使得腔室贮存器(16)偏移、上升或展开。由于容器(本例中为泡罩贮存器(12))以这样的方式变形，即泡罩贮存器(12)无需为了将流体从泡罩贮存器(12)中移除并且输送至腔室贮存器(16)而开孔，但是保护罩(15)可被开孔，以允许填充保护罩(15)内部的腔室贮存器(16)或排空保护罩(15)内部的泡罩贮存器(12)。此类系统既不需要直接施加至泡罩的外力，也不需要泡罩材料(13)中的排放系统，来从泡罩贮存器(12)内部抽出试剂材料。此外，由于在未驱动状态中，没有通道来存留流体，流体在未驱动状态中唯一可能停留的地方为馈送流体、气体或浆体至该泵的通孔(9)或者供给通道，因此无通道微流体泵结构(1-1或1-2)提供非常低的死体积。
图18A示出了部分筒组件(2)的俯视图，筒组件(2)接收样品(60)，其中样品(60)从用户或者机器人输送系统输入至样品贮存器(50)的样品口(17)。当由用户或机器人输送系统输入时，样品(60)可或可不包含磁珠、顺磁珠或类似的磁性吸引小珠。在样品(60)不包含磁珠、顺磁珠、或类似的磁性吸引小珠的情形中，可从筒组件(2)上的其它位置的试剂存储库来输送小珠(详细见图29-32)。
图18B示出了在图18A中所示的一部分筒组件(2)的侧剖视图，筒组件(2)接收样品(60)，其中样品(60)从用户或者机器人输送系统输入至样品贮存器(50)的样品口(17)。当由用户或机器人输送系统输入时，样品(60)可或可不包含磁珠、顺磁珠或类似的磁性吸引小珠。在样品(60)不包含磁珠、顺磁珠、或类似磁性的吸引小珠的情形中，可从筒组件(2)上的其它位置上的试剂存储库来输送小珠(详细见图29-32)。图18B包括可选的由刚性材料组成的保护罩(15)，保护罩(15)被置于可选的泡罩材料(13)上以保持由可选的泡罩材料(13)形成的组件的完整性。保护罩(15)可延伸到筒组件(2)的整个表面或只延伸到筒组件(2)的部分表面。为了将筒组件(2)保持在歧管组件(20)上的合适位置，保护罩(15)可进一步与仪器(70)(见图11以及12)上的夹紧组件(36)(见图11以及12)或歧管组件(20)接合，并且进一步地，保护罩(15)还可用于引导或指示容纳在仪器(70)中的可选的光学系统(69)(见图11以及12)。
图19A示出了部分筒组件(2)的俯视图，其中样品贮存器(50)中的样品(60)与裂解(lysing)试剂混合，该裂解试剂由用户、机器人输送系统提供，或从位于筒组件(2)上的另一贮存器泵浦进样品贮存器(50)(详细见图29-32)。样品(60)现在包含磁珠、顺磁珠或类似的磁性吸引小珠。具有裂解试剂以及磁珠、顺磁珠或类似磁性的吸引小珠的样品(60)被至少一次通过通孔(9a)泵浦进流体体积5a(见图20B)，并且被再次通过通孔(9a)泵浦回样品贮存器(50)，以将样品与试剂完全裂解和混合(在实际中，取决于样品，这可能需要多次重复)。为了便于样品的处理，可使用加热器(未示出)对流体体积(5a)或样品贮存器(50)进行加热。为了便于样品的处理，可对流体体积(5a)或样品贮存器(50)进行超声处理(见图34)。
图19B示出了在图19A中所示的部分筒组件(2)的侧剖视图(为清晰起见而未示出加热或超声处理)。
图20A示出了部分筒组件(2)的俯视图，该筒组件(2)已通过通孔(9a)将混合且裂解的样品(60)从样品贮存器(50)抽进流体体积(5a)，这通过一个或多个磁体(30)(可能为永久磁体或电磁体)来解决。一个或多个磁体(30)处于远离流体体积(5a)的某一位置(或在电磁体的情况中没有接合)，以使其磁场不会对包含在流体体积(5a)中的样品(60)产生作用。
图20B示出了在图20A中所示的部分筒组件(2)的侧视图。
图21A示出了部分筒组件(2)的俯视图，该筒组件(2)已通过通孔(9a)将样品(60)从样品贮存器(50)抽进流体体积(5a)，这通过一个或多个磁体(30)来处理。一个或多个磁体(30)被接合至流体体积(5a)或处于靠近流体体积(5a)的某一位置，使得磁场吸引样品(60)中的磁性粒子、顺磁粒子或类似的磁性吸引粒子，从而将磁性粒子、顺磁粒子或类似的磁性吸引粒子以及与磁性粒子、顺磁粒子或类似磁性的吸引粒子结合的任何材料与流体体积(5a)中的流体主体分开。
图21B示出了在图21A中所示的部分筒组件(2)的侧视图。
图22A示出了部分筒组件(2)的俯视图，其中一个或多个磁体(30)被接合至流体体积(5a)或处于靠近流体体积(5a)的某一位置，使得磁场吸引样品中的磁性粒子、顺磁粒子或类似的磁性吸引粒子，从而将磁性粒子、顺磁粒子或类似磁性吸引的粒子以及与磁性粒子、顺磁粒子或类似磁性吸引的粒子结合的任何材料和流体体积(5a)中的流体主体分开。图22A进一步示出了相邻流体体积(5b)的形成，这引起流体间隙(6a)的形成，使得来自流体体积(5a)的部分流体通过流体间隙(6a)流进流体体积(5b)。
图22B示出了在图22A中所示的部分筒组件(2)的侧视图。
图23A示出了部分筒组件(2)的俯视图，该筒组件(2)具有在压缩的流体体积(5a)中的磁性粒子、顺磁粒子或类似的磁性吸引粒子的粒料。图23A进一步示出了流体体积(5c)以及流体间隙(6b)的形成。流体体积(5a)的压缩以及流体体积(5c)的打开提供流体通过通孔(9b)输送进入废料贮存器(51)的路径，使得来自流体体积(5a)的剩余流体通过流体间隙(6a)流进流体体积(5b)并且进一步通过流体间隙(6b)流进流体体积(5c)。
图23B示出了在图23A中所示的部分筒组件(2)的侧视图。
图24A示出了筒组件(2)的部分的俯视图，该筒组件(2)具有在压缩的流体体积(5a)的中磁性粒子、顺磁粒子或类似的磁性吸引粒子的粒料。进一步地，图24A示出了流体体积(5b)的闭合促使其流体通过流体间隙(6b)进入流体体积(5c)并且通过通孔(9b)进入废料贮存器(51)。
图24B示出了在图24A中所示的部分筒组件(2)的侧视图。
图25A示出了部分筒组件(2)的俯视图，该筒组件(2)在压缩的流体体积(5a)中具有磁性粒子、顺磁粒子或类似的磁性吸引粒子的粒料。进一步地，图25A示出了流体体积(5c)的闭合促使其流体通过通孔(9b)进入废料贮存器(51)。
图25B示出了在图25A中所示的部分筒组件(2)的侧视图。
图26A示出了部分筒组件(2)的俯视图，该筒组件(2)具有释放或撤回的一个或多个磁体(30)、再驱动的流体体积(5a)，包括输送来自用户、机器人输送系统或从筒组件(2)上的其它位置泵浦(详细见图29-32)的试剂，使得磁性粒子、顺磁粒子或类似的磁性吸引粒子悬浮在流体体积(5a)中的流体中。为了将磁珠、顺磁珠、或类似的磁性吸引小珠与新引入的试剂混合，可至少一次(或根据需要泵浦多次)泵浦该流体通过通孔(9a)来回进出样品贮存器(50)或至少一次(或根据需要泵浦多次)泵浦该流体来回进入任何其它流体体积。一个或多个磁体(30)被释放或者位于远离流体体积(5a)的某一位置，以使其磁场不会对流体体积(5a)中的磁性粒子、顺磁粒子或类似的磁性吸引粒子产生影响。重悬浮、洗涤以及重捕获的磁珠、顺磁珠或类似的磁性吸引小珠的处理可根据需要重复多次，直到磁珠、顺磁珠或类似的磁性吸引小珠被充分洗涤掉不希望的材料，使得由小珠捕获的所需材料被纯化并且准备用于随后的处理。根据试剂以及在磁珠、顺磁珠或类似的磁性吸引小珠上捕获的材料的要求，还可在一个或多个磁体(30)的结合期间洗涤这些小珠。
图26B示出了在图26A中所示的部分筒组件(2)的侧视图。
可根据需要重复在图18A-26B中描述的步骤，以准备材料的样品用于进一步的分析。
图27A示出了在图18A-26B中所示的筒组件(2)的可选设置的侧视图，使用可选的水平使用(见图11)的样品贮存器(50)代替在图18A-26B中所示的垂直结构(见图12)。在图18A-26B中执行的所有功能通过图27A所示的可选设置来执行。
图27B示出了在图18A-26B中所示筒组件(2)的可选设置的俯视图，使用可选的水平使用(见图11)的样品贮存器(50)代替在图18A-26B中所示的垂直结构(见图12)。在图18A-26B中执行的所有功能通过图27B所示的可选设置来执行。
图28示出了筒组件(2)的可选设置和一个或多个磁体(30)以及一个或多个磁力致动器(35)的可选设置的侧视图。或者，一个或多个磁体(30)以及一个或多个磁力致动器(35)可被一个或多个电磁体所取代。在图18A-26B中执行的所有功能通过图28所示的可选结构来执行。进一步地，可选地，可以组合图28以及图18A-26B中的一个或多个磁体(30)以及一个或多个磁力致动器(35)。
图29示出了在执行传统核酸检测步骤的代表性检测中使用的歧管组件(20)的俯视图。图18A-27B中所介绍的元件显示处于图29中的包含一个或多个磁体(30)的三个腔体中。图29包括许多六边形腔体(22)，每一腔体(22)由至少一个驱动通道(25)(其可由前述可选的机械或电子致动器来取代)处理，每一腔体(22)彼此通过垂直壁(21)(或在图6A-E中所述的可选结构)间隔开。歧管组件(20)还包括可被驱动或移动进与流体体积(5a)(先前附图中所示)接触的一个或多个可伸缩的磁体(30)或一个或多个电磁体。图29包括至少一个加热器(37)，用于在执行检测期间调节贮存器的内含物温度。此外，任何特定的腔体(22)可由加热器(37)处理以促进检测的特定方面。歧管组件(20)通常容纳在仪器(70)中(见图11以及12)，仪器(70)包括为与仪器(70)或其它控制系统通信的操作性目的而设计的、或为在检测期间的某段时间使用的分析目的而设计的光学组件(69)，以随着检测进行来收集数据或读取最终的分析端点，如微阵列(未清晰起见而未示出)。仪器(70)还可包括夹紧系统(36)(见图11以及图12)，以将筒组件(2)保持在歧管组件(20)上。
图30示出了在执行传统核酸检测步骤的代表性检测中使用的筒组件(2)的俯视图。图30包括各种类型的贮存器，用于存储、反应、混合或分析检测的组分。这些贮存器可为刚性贮存器或泡罩贮存器或两者的组合。筒组件(2)包括在面向可驱动膜层(4)的衬底(3)表面上形成于衬底(3)中的反应器(38)(尽管多个反应器可在衬底(3)中形成并且与歧管组件(20)接合，但是未清晰起见只示出了一个反应器)。反应器由可驱动膜层(4)覆盖，可驱动膜层(4)形成腔室，通过供给通道或者直接通过如图33中所示的流体间隙进入该腔室。在可选的结构中，各种腔体可包括加热器(37)，将它们的特定流体体积用作个别反应器(38)。如图30中所示的代表性贮存器可以多种方式配置以执行各种检测。为了描述代表性的检测，将它们标记为如下：
50＝样品贮存器
51＝废料贮存器
52＝磁珠贮存器
53＝裂解试剂贮存器
54＝结合缓冲液贮存器
55＝洗涤缓冲液A贮存器
56＝洗涤缓冲液B贮存器
57＝主混合贮存器
58＝洗脱贮存器
59＝产物贮存器/分析贮存器
更多或更少贮存器是同样可用的，这取决于怎样配置任何特定的检测，或试剂是否由用户或机器人输送系统输送或在使用前装载在筒组件(2)上。所提供的列表仅仅是呈现本领域公知的执行核酸检测的代表性系列步骤。同样能够成功执行与所提供的材料、结构或试剂兼容的任何检测。筒组件(2)还可设置有可选的排放口(18)，这取决于各种贮存器以及反应器的构型和构造。
图31示出了在执行传统核酸检测步骤的代表性检测中使用的筒组件(2)的俯视图，筒组件(2)与匹配的歧管组件(20)接合。图31示出了为可控地执行所需的操作，怎样来配置如贮存器以及反应器等元件，来与歧管组件(20)结构匹配。
图32A-T按顺序示出了在执行传统核酸检测步骤的代表性检测中使用的筒组件(2)的俯视图，筒组件(2)与匹配的歧管组件(20)接合(见图31)。在每个顺序步骤中，箭头表示以在图3A-F、6A-F以及18A-26B中所述的方式调节流体输送穿过筒组件(2)。
图32A示出了通过样品口(17)将样品(60)插入进样品贮存器(50)中。
图32B示出了将裂解试剂从裂解试剂贮存器(53)泵浦进样品贮存器(50)中。混合物可被允许在样品贮存器(50)中培育，其中样品贮存器(50)可被加热(为清晰起见而未示出可选的加热器)或超声处理(见图34)。
图32C示出了将结合试剂从结合试剂贮存器(54)泵浦进样品贮存器(50)。
图32D示出了将磁珠、顺磁珠或类似的磁性吸引小珠试剂从磁珠试剂贮存器(52)泵浦进样品贮存器(50)中。步骤32B-32D可以任何次序操作。
图32E示出了为将混合物彻底混合和搅拌，包括磁珠、顺磁珠或类似的磁性吸引小珠、裂解试剂、结合试剂以及样品的试剂体积通过通孔(9a)在样品贮存器(50)和流体体积(5a)之间被泵浦一次或多次(详细见图18A-26B)。
图32F示出了将一个或多个磁体(30)接合或移动进与流体体积接触，使得流体中的磁性粒子、顺磁粒子或类似的磁性吸引粒子由一个或多个磁体(30)的磁场捕获并且与主流体分开(详细见图18A-26B)。
图32G示出了磁性粒子、顺磁粒子或类似的磁性吸引的粒子仍由一个或多个磁体(30)的磁场捕获并且主流体被输送至废料贮存器(51)(详细见图18A-26B)。
图32H示出了为开始纯化附着至磁珠、顺磁珠或类似的磁性吸引小珠的核酸，一个或多个磁体(30)从流体体积(5a)中释放或撤回，从而将磁珠、顺磁珠或类似的磁性吸引小珠以及任何材料从仍然附着至这些小珠的原始混合物中释放并且从洗涤溶液贮存器A(55)中泵浦洗涤溶液A(详细见图18A-26B)。
图32I示出了为将混合物彻底混合和搅拌，包括磁珠、顺磁珠或类似的磁性吸引小珠以及洗涤溶剂A的试剂体积通过通孔(9a)在样品贮存器(50)和流体体积(5a)之间被泵浦一次或多次(详细见图18A-26B)。
图32J示出了一个或多个磁体(30)被接合或移动进与流体体积(5a)接触，使得流体中的磁性粒子、顺磁粒子或类似的磁性吸引粒子由一个或多个磁体(30)的磁场捕获并且与主流体分开(详细见图18A-26B)。
图32K示出了磁性粒子、顺磁粒子或类似的磁性吸引的粒子仍由一个或多个磁体(30)的磁场捕获并且主流体被输送至废料贮存器(51)(详细见图18A-26B)。
图32L示出了为进一步纯化附着至磁珠、顺磁珠或类似的磁性吸引小珠的核酸，一个或多个磁体(30)从流体体积(5a)中释放或撤回，从而将磁珠、顺磁珠或类似的磁性吸引小珠以及仍然附着至这些小珠的来自洗涤混合物中的任何材料释放，并且从洗涤溶液贮存器B(56)中泵浦洗涤溶液B(详细见图18A-26B)。
图32M示出了一个或多个磁体(30)被接合或移动进与流体体积(5a)接触，使得流体中的磁性粒子、顺磁粒子或类似的磁性吸引粒子由一个或多个磁体(30)的磁场捕获并且与主流体分开(详细见图18A-26B)。
图32N示出了磁性粒子、顺磁粒子或类似的磁性吸引的粒子仍由一个或多个磁体(30)的磁场捕获并且主流体被输送至废料贮存器(51)(详细见图18A-26B)。
图32O示出了为释放附着至磁珠、顺磁珠或类似的磁性吸引小珠的核酸，一个或多个磁体(30)从流体体积(5a)中脱离或撤回，从而将磁珠、顺磁珠或类似的磁性吸引小珠以及仍然附着至这些小珠的已纯化的核酸释放，并且从洗脱贮存器(58)中泵浦洗脱溶液(详细见图18A-26B)。
图32P示出了为从磁珠、顺磁珠或类似磁性吸引小珠中彻底洗脱核酸，包括磁珠、顺磁珠或类似的磁性吸引小珠以及洗脱试剂的试剂体积通过通孔(9a)在样品贮存器(50)和流体体积(5a)之间被泵浦一次或多次(详细见图18A-26B)。
图32Q示出了一个或多个磁体(30)被接合或移动进与流体体积(5a)接触，使得流体中的磁性粒子、顺磁粒子或类似的磁性吸引粒子由一个或多个磁体(30)的磁场捕获并且与包含已洗脱的核酸的主流体分开(详细见图18A-26B)。
图32R示出了包含核酸的主流体被泵浦至洗脱试剂贮存器(58)。
图32S示出了已洗脱的核酸与来自一个或多个主混合物贮存器(57)的扩增主混合物混合并且通过供给通道(10a)被泵浦进一个或多个反应器(38)。通过这种方式，受控量的洗脱物和主混合物被组合并转移进一个或多个反应器(38)中。可选地，可通过操作通向一个或多个产物贮存器(59)的一个或多个反应器(38)一侧上的下游泵浦来将流体输送进一个或多个反应器(38)，使得组合溶液被吸进一个或多个反应器(38)，而不是被推进一个或多个反应器(38)中。将溶液吸进一个或多个反应器(38)的过程使得更少的气泡被引进一个或多个反应器(38)。为了产生扩增的产物，一旦一个或多个反应器(38)被填充洗脱物以及主混合物，就通过歧管组件(20)中的一个或多个加热器(37)来设置热力条件，以根据检测要求来扩增核酸。为了产生代表检测性能的数据，可通过位于歧管组件(20)或容纳歧管组件(20)的仪器(70)外壳中的一个或多个光学组件(69)来监控该反应(见图34-36)。
图32T示出了扩增的产物从一个或多个反应器(38)输送进一个或多个产物贮存器(59)中，其中可使用微阵列、荧光探针、电化学相互作用或其它分析扩增核酸的公知方法(为清晰起见而未示出)来分析扩增的产物。可选地，扩增的产物可从一个或多个产物贮存器(59)中移除，用于存储或单独的分析。
图33示出了筒组件(2)的俯视图，筒组件(2)与歧管组件(20)接合，用于在执行传统核酸检测步骤的代表性检测中使用，其具有不需要如图32A-T中所述的供给通道(10a以及10b)的可选设计。修改歧管组件(20)以包括更多的腔体(22)，其中一些腔体(22)与一个或多个反应器(38)接合，以提供产生流体间隙，该流体间隙用于使用来自洗脱物贮存器(58)的已洗脱的核酸以及来自一个或多个主混合物贮存器(57)的主混合物来填充一个或多个反应器。
图34示出了在执行传统核酸检测步骤的代表性检测中使用的歧管组件(20)的可选结构的俯视图。图34包括许多六边形腔体(22)，每一腔体(22)由至少一个驱动通道(25)处理，每一腔体(22)彼此通过垂直壁(21)间隔开。歧管组件(20)还包括可被移动进与流体体积(5a)(为清晰起见而未示出)接触的一个或多个电磁体或一个或多个可伸缩的磁体(30)。进一步地，图34包括至少一个或多个加热器(37)，用于在执行检测期间调节贮存器的内含物温度。然进一步地，歧管组件(20)包括与样品口接合的一个或多个超声元件(61)，用于可使用超声裂解或搅拌样品含量的某些样品准备步骤中。更进一步地，该歧管包含一个或多个光学系统(69)，用于收集关于在一个或多个反应器(38)中的检测过程的数据。歧管组件(20)通常容纳在仪器(70)中，仪器(70)包括为分析目的而设计的，在检测期间的某些时间使用的一个或多个光学组件(69)，以随着检测进行来收集数据或读取最终的分析端点，如微阵列。
图35示出了在执行传统核酸检测步骤的代表性检测中使用的筒组件(2)的可选结构的俯视图。图35包括各种类型的贮存器，用于存储、反应、混合或分析检测的组分。这些贮存器可为刚性贮存器或泡罩贮存器或两者的组合。筒组件(2)包括在面向可驱动膜层(4)的衬底(3)表面上，在衬底(3)中制作的一个或多个反应器(38)。一个或多个反应器(38)由可驱动膜层(4)覆盖，可驱动膜层(4)形成通过供给通道(10a)或者直接通过与如图33中所示的流体间隙接合进入的腔室。
图36示出了与在图34中所示的歧管组件(20)的可选结构接合的在图35中所示的筒组件(2)的可选结构的俯视图，用于在执行传统核酸检测步骤的代表性检测中使用。
为清晰起见而未示出如将一个或多个加热器(37)集成进特定腔体的进一步可选结构，此类结构在设计具有用于临时反应或培育的多种加热要求的系统上提供极大的灵活性。此外，筒组件(2)可被配置有不止一个或多个与任何特定腔体(22)无关的反应器(38)，以在配置对于具体检测有特定要求的系统上提供进一步的自由度。更进一步地，尽管本文完全描述了基于核酸的检测，但是可容易设想其它检测系统(即免疫测定或其它需要本文所执行的流体混合以及分开的公知检测)来使用所述的元件。
图37示出了使用本文所描述的装置及方法来用于基于核酸的检测的比较结果。该设备和方法使用全血和口腔拭子进行样品制备和PCR以提供基因组材料。每种样品使用标准的台式(benchtop)方法以及本文所描述的装置及方法进行处理。对每一种处理方式所得的扩增产物进行凝胶电泳以分析结果。如图所示，本文所述的装置及方法提供相对于标准方法的非常有可比性的结果。
图38示出了使用本文所描述的装置及方法用于基于核酸的检测的复制的比较结果。该设备和方法使用全血和口腔拭子进行样品制备和PCR以提供基因组材料。每种样品使用标准的台式方法以及本文所描述的装置及方法进行处理。对每一种处理方式所得的扩增产物进行凝胶电泳以分析结果。如图所示，本文所述的装置及方法提供相对于标准方法的可复制并且非常有可比性的结果。
使用术语“一”、“一个”和“该”以及描述本发明的相似指示词(尤其在下述权利要求的情形下)被解释成包括单数和复数，除非该处另有说明或与上下文明显矛盾。术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”解释为开放式术语(即解释为包括但不限制)除非另有说明。术语“连接”解释为部分或整体包含在内、连接到或结合在一起，即使有物质介入于中间时。
本文的所有范围值详述仅仅用作单独提及落入该范围内的每个单独值的速记方法，除非本文另有标明，并且每个单独值结合到说明书中，如本文中单独叙述的那样。
本文描述的所有方法能以任何合适顺序执行，除非另有说明或显然与上下文矛盾。使用的任何和所有实例，或者本文提供的例性语言(例如“例如”)仅用于更好的阐述本发明的实施方式，并不用于限制本发明的范围，除非另有要求。
说明书中的任何语言都不解释为表明任何非要求的为实践本发明必须的元素。
本领域技术人员可很容易地领会到，在不违背本发明的精神和范围的前提下，本发明可进行各种不同的修改和变化。说明书并不旨在将本发明限制于特定形式或公开的某些形式，相反，旨在覆盖落入本发明精神和范围的所有修改、替代性说明和等同物，如所附权利要求所限定的。因此，它的意图是，使本发明覆盖所有修改和变化，只要他们落入所附权利要求和它们的等同物的范围内。

Claims (18)

1.一种无通道微流体泵，包括：
匣件，包括具有两相对外表面的衬底以及置于所述衬底外表面上的可驱动膜层；以及
歧管，包括：
至少部分形成所述歧管顶面的至少三个分开的可驱动腔体，
其中每一可驱动腔体包括一致动机构，
进一步地，其中在操作中，所述泵的特征在于，具有未驱动状态和驱动状态，在未驱动状态中，可驱动膜层置为直接邻近所述衬底表面，在驱动状态中，可驱动膜层的至少一部分被偏移进相应的腔体，从而在所述可驱动膜层的偏移部分和所述衬底的表面之间形成流体体积，
进一步地，其中在驱动状态中，所述泵的进一步特征在于，具有在直接相邻的流体体积之间的流体间隙。
2.根据权利要求1所述的无通道微流体泵，其中所述至少三个腔体由至少两个壁部间隔开。
3.根据权利要求1所述的无通道微流体泵，进一步包括置于所述衬底中/上的至少一个贮存器以及与所述贮存器和膜层流体连接的至少一个通孔。
4.根据权利要求1所述的无通道微流体泵，进一步包括与所述膜层以及外部流体源流体连接的衬底中的通孔。
5.根据权利要求1所述的无通道微流体泵，其中所述致动机构包括气动或液压动力。
6.根据权利要求1所述的无通道微流体泵，进一步包括置于所述歧管顶面上并且可与所述可驱动膜层以接合关系放置的可驱动柔性层。
7.根据权利要求6所述的无通道微流体泵，其中所述致动机构包括气动或液压动力。
8.根据权利要求6所述的无通道微流体泵，其中所述致动机构包括电磁或机械致动器。
9.根据权利要求6所述的无通道微流体泵，其中所述可驱动柔性层具有至少一个磁区。
10.根据权利要求1所述的无通道微流体泵，其中所述腔体包括可驱动的泡沫材料。
11.根据权利要求6所述的无通道微流体泵，其中所述至少三个腔体由至少两个壁部间隔开。
12.根据权利要求6所述的无通道微流体泵，进一步包括置于所述衬底中/上的至少一个贮存器以及与所述贮存器和膜层流体连接的至少一个通孔。
13.根据权利要求6所述的无通道微流体泵，进一步包括与所述膜层以及外部流体源流体连接的衬底中的通孔。
14.一种用于在微流体装置中输送流体的方法，包括：
设置如权利要求1所述的无通道微流体泵；
驱动第一个所述腔体；
通过第一驱动腔体的流体间隙提供流体源，以便将一定量的所述流体放置在第一驱动腔体的流体体积中；
驱动与所述第一腔体直接相邻的第二个所述腔体，从而形成第二驱动腔体的流体体积并且在第一腔体和第二腔体之间产生流体间隙；
对所述第一腔体去驱动并且驱动与所述第二腔体直接相邻的第三个所述腔体，从而形成第三驱动腔体的流体体积并且在所述第二腔体和第三腔体之间产生流体间隙，使得将所述流体从所述至少三个腔体中的第一个输送至第二个并且从第二个输送至第三个。
15.根据权利要求1所述的无通道微流体泵，其中所述匣件衬底进一步包括：
放置在与所述可驱动膜层表面相对的外表面上的泡罩材料；以及
与泡罩材料的至少一部分流体连通的通孔。
16.根据权利要求15所述的无通道微流体泵，其中所述衬底包括与泡罩材料的至少一部分以及通孔流体接触的至少一个囊。
17.根据权利要求1所述的无通道微流体泵，其中所述衬底为包括通孔的膜层，所述匣件进一步包括具有形成在其中的一个或多个囊的固定装置、在所述固定装置中的至少一个真空口、以及置于所述固定装置外表面上的泡罩材料，所述泡罩材料处于固定装置表面和衬底膜层中间，以便形成泡罩贮存器，其中放置所述可驱动膜层以便密封泡罩贮存器。
18.根据权利要求17所述的无通道微流体泵，进一步包括置于与放置衬底的泡罩材料的一侧相对的泡罩材料表面上的保护罩。
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