CN108698003B - 微流体混合装置、微流体模块和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包括两个波纹管泵(105，115)的微流体混合装置、包括该微流体混合装置的微流体模块和用来使用该微流体混合装置的方法。公开的装置实现在微流体尺度下的样品的高效混合。更特别地，该微流体混合装置包括：第一波纹管泵(105)；第二波纹管泵(115)；第一微通道，该第一微通道将该第一波纹管泵(105)与样品入口和试剂储器流体互连，其中该第一微通道包括介于该泵和该入口之间的阀(V10)和介于该泵和该储器之间的阀(V1)；第二微通道，该第二微通道将该第一波纹管泵(105)与该第二波纹管泵(115)流体互连，其中该第二微通道包括介于该第一泵和第二泵之间的阀(V11)；第三微通道，该第三微通道将该第一波纹管泵(105)与该第二波纹管泵流体互连，其中该第三微通道包括介于该第一泵和第二泵之间的阀(V11)；第一气动构件和第二气动构件，该第一气动构件和第二气动构件气动地连接到该第一波纹管泵和第二波纹管泵；其中该第二波纹管泵(115)的体积大于该第一波纹管泵(105)的体积。

Description

微流体混合装置、微流体模块和方法

技术领域

本发明总体上涉及微流体装置，该微流体装置用来混合流体化的生物样品和试剂以便制备、处理和/或分析该样品。

背景技术

与临床、生物或环境测试相关的生物分析物频繁地在复杂的流体混合物中以低的浓度被发现。重要的是，从背景抑制或干涉基质成分俘获、集中和富集特别的分析物，该基质成分可能限制分析物检测化验的敏感性和/或特殊性。特别的分析物包括但不限于核酸、蛋白质(包括例如抗原或抗体)、原核或真核细胞、病毒、和小的分子(诸如药物和代谢物)。常规样品制备方法包括离心分离、固相俘获、选择性沉淀、过滤和提取。这些方法通常不服从高效的自动化和与后续化验步骤的集成，特别地以与护理点测试的发展相容的方式。

微流体装置在最近几年已经变得流行以便执行分析测试。在使用由半导体行业开发的工具来小型化电子设备的情况下，已经可能制造可以被廉价地大量生产的复杂流体系统。系统已经被开发用来执行多种分析技术以便信息的获取和处理。

用来执行分析的能力微流体地提供生产量、试剂消耗和可自动化性的显著优点。微流体系统的另一优点是能够在单个“芯片上折叠”装置中集成多个不同操作以便执行反应物的处理以便分析和/或合成。微流体装置可以以多层层合结构被构造，其中每一层具有由层合材料制造的通道和结构以形成流体在其中流动的微尺度空穴或通道。微尺度或微流体通道通常被定义为流体通道，该流体通道的至少一个内部横截面尺寸小于500μm，并且典型地在大约0.1μm和大约500μm之间。

在此通过引用整体并入的美国专利No.5716852是微流体装置的例子。No.5716852专利教导一种使用层流流动通道用来检测样品流中的分析物粒子的存在的微流体系统，该层流流动通道具有至少两个输入通道，该至少两个输入通道提供指示流和样品流，其中层流流动通道的深度足够小以允许该流的层流流动，并且其长度足以允许分析物的粒子扩散到指示流中以形成检测区域，并且该层流流动通道具有通道的出口以形成单个混合的流。称为T传感器的这种装置允许在通道内的彼此相邻的不同流体层的运动而不混合它们(除了通过扩散)。样品流(诸如全血)，受体流(诸如指示溶液)，和参考流(该参考流可以是已知分析物标准)被引入T传感器内的共同微流体通道，并且该流彼此相邻地流动直到它们离开该通道。较小的粒子(诸如离子或小蛋白质)快速地扩散过流体边界，而较大的分子更慢地扩散。大的粒子(诸如血细胞)在两个流动流接触的时间内不显示出显著的扩散。

人们普遍认为，在微流体通道的层流流态特性中，混合被限制到扩散。因为涉及的尺寸，其中扩散自由路径长度大致上等于该装置尺寸，扩散混合可能是对于溶质来说非常有效的。这种条件实现带状流动、T传感器和其它有用的微流体现象。然而，对于较大的分析物(诸如细胞、细菌、病毒粒子)，并且对于高分子复合物和线型聚合物，扩散混合是慢的并且用来俘获或耗尽这些物质的过程需要延长的培育。关于混合的扩散极限因此在其中需要样品和试剂或滴的大量混合或组合的微流体装置中出现问题。这个问题还没有被完全解决，并且正积极寻找用来改善该混合技术的方法、装置和设备。

发明内容

简而言之，本发明涉及微流体装置、设备和方法，该微流体装置、设备和方法涉及操纵和混合流化的生物样品与不同的物理和化学性质的试剂。特别地，公开的微流体混合装置使用以各种构造被布置的多个微流体通道、过孔、阀、泵和其它元件以操纵流体样品和试剂的流动和混合以制备样品以便后续分析。

这里公开的优选实施例是一种微流体混合装置，该微流体混合装置包括：第一波纹管泵，该第一波纹管泵具有室，该室在冠状平面中被第一弹性体隔膜分开；第二波纹管泵，该第二波纹管泵具有室，该室在冠状平面中被第二弹性体隔膜分开；第一微通道，该第一微通道将该第一波纹管泵与样品入口和试剂储器流体互连，其中该第一微通道包括介于该泵和该入口之间的阀和介于该泵和该储器之间的阀；第二微通道，该第二微通道将该第一波纹管泵与该第二波纹管泵流体互连，其中该第二微通道包括介于该第一泵和第二泵之间的阀；第三微通道，该第三微通道将该第一波纹管泵与该第二波纹管泵流体互连，其中该第三微通道包括介于该第一泵和第二泵之间的阀；第一气动构件和第二气动构件，该第一气动构件和第二气动构件气动地连接到该第一波纹管泵和第二波纹管泵；其中该第二波纹管泵的体积大于该第一波纹管泵的体积。在某些实施例中，该第一微通道、第二微通道和第三微通道相交以形成与该第一波纹管泵流体连通的网。在又一些其它实施例中，该微网的通道的每一个与液体过孔流体连通。在又一实施例中，微网的通道的每一个与液体过孔流体连通。在又一实施例中，微网被构造用来实现层流和湍流流体流动。在另一实施例中，该第二和第三微流体通道包括与该第二波纹管泵流体连通的垂直的延伸部。在又一实施例中，该延伸部的每一个与多于一个过孔流体连通。在又一实施例中，该延伸部的每一个与三个过孔流体连通。在另一实施例中，该过孔被构造用来实现液体在该第二波纹管泵的基本上整个表面积上的分散流动。

在另一方面中，本发明提供一种微流体模块，该微流体模块包括这里描述的混合装置中的任一个混合装置。

在另一方面中，本发明提供一种使用这里描述的模块中的任一个模块处理一系列小份测试样品的方法。

附图说明

图1A-图1C示出本发明的微流体混合装置的替代实施例的略图。

图2是本发明的微流体模块的一个实施例的剖视图。

图3是本发明的微流体混合装置的一个实施例的剖视图的详细视图。

图4A-图4C是本发明的微流体混合装置的一个实施例的详细剖视图。

具体实施方式

作为更好地说明本发明的帮助，以下定义被提供。如果这里提供的任何定义与词典含义不一致，如该技术中通常理解的含义，或如通过参考专利或文献引用包括的含义，则这里提供的定义应当占优势。

定义

微流体模块：具有微流体尺寸的流体结构和内部通道的“装置”、“卡片”或“芯片”。这些流体结构可以包括例如室、阀、通气孔、过孔、泵、入口、螺纹接头和检测装置。通常，微流体通道是具有小于大约 500μm并且典型地在大约0.1μm和大约500μm之间的至少一个内部横截面尺寸的流体通道。因此，如这里定义的，微流体通道是具有小于500μm的至少一个内部横截面尺寸的流体通道。微流体流态的特征在于Poiseuille或“层流”流动。

波纹管泵：是形成为腔的装置，通常呈圆柱形形状，在冠状截面由弹性体隔膜分开以形成不流体连接的第一半室和第二半室。该隔膜由连接到第一半室的气动脉冲产生器控制。隔膜上方的正压力使其扩张，排出第二半室的内容物，负表压力(吸力)使其缩回，使第二半室膨胀并且吸入流体。通过半室，应当理解，隔膜的有效区域是正压力下的体积排量和吸入压力下的体积排量的较小者，并且因此当第一半室和第二半室大致对称或者隔膜上方和下方体积相等时是优选的。第二半室连接到流体进入端口和流出端口。流体进人端口和流出端口可以是分离的端口或单个端口，但在任一情况中在阀控制之下。如上面描述的，气动脉冲产生器通常通过微通道气动地连接到第一半室，该微通道也带有阀。在完整的设备中，气动致动是可编程的。因此，由脉冲产生器使用的可编程气动压力逻辑电路具有两个功能，根据信号致动隔膜和根据信号打开和关闭阀。当脉冲产生器是脱离模块、螺纹接头或入口时，设置气动歧管和电磁阀。

在使用中，当负压力被施加到隔膜时(或者被动地，当流体被第二波纹管泵推入时)，流体通过入口阀进入波纹管泵的第二半室。然后，当正压力被施加到隔膜时，该室的流体内容物通过出口阀被排出。类似地，正压力信号和负压力信号控制阀打开和关闭。通过供应一连串的正和负压力脉冲到隔膜，流体可以进入和离开波纹管泵室。通过施加同步的阀逻辑电路和由此产生的泵送作用，这个流动运动变成有方向的。

如这里公开的，当构造成具有压力致动的第一隔膜和被动的第二隔膜时，数对波纹管泵(即，“双波纹管泵”)可以混合生物样品的悬浮液和用于样品制备和/或分析的试剂，以便在入口阀和出口阀被关闭之后迫使两个波纹管室之间的往复流动。往复流动也可以通过以交替的或颠倒的气动脉冲同步地致动两个隔膜而获得。类似地，多个波纹管泵可以串联地流体连接以执行混合功能。

测试样品：包括例如血液、血清、血浆、白细胞层、唾液、伤口渗出液、脓、肺和其它呼吸吸出物、鼻吸出物和洗涤物、鼻窦排出物、支气管灌洗液、痰、中间和内耳吸出物、囊肿吸出物、脑脊液、粪便、腹泻液体、尿、泪、乳腺分泌物、卵巢包含物、腹水、粘液、胃液、胃肠包含物、尿道分泌物、滑液、腹膜液、胎便、阴道分泌物或排出物、羊水、精液、阴茎排泄物或类似物的代表性生物样品可以被测试。代表粘膜分泌物和上皮细胞的拭子或清洗液的化验是可接受的，例如喉咙、扁桃体、齿龈、鼻腔通道、阴道、尿道、直肠、下结肠和眼的粘膜拭子，如各种各样的组织样本的匀浆、溶菌产物和消化液。哺乳动物细胞是可接受的样品。除了生理流体外，水、工业排出物、食品、牛奶、空气滤液等等的样品也是测试样本。这些包括食物、环境和工业样品。在一些实施例中，测试样品被直接放置在该装置中；在其它实施例中，分析前处理被构想。例如，基本上固体的样品的流体化是可以容易地离开模块实现的过程。

试剂：广义上指的是用于反应的任何化学或生物化学药剂(包括酶)。试剂可以包括自身可以被监视的单种药剂(例如，在它被加热时被监视的物质)或两种或更多种药剂的混合物。试剂可以是活的(例如，细胞)或非活的。用于核酸扩增反应的示例性试剂包括但不限于缓冲剂、金属离子(例如镁盐)、螯合剂、聚合酶、引物、模板、核苷三磷酸、标记、染料、核酸酶抑制剂和类似物。用于酶反应的试剂包括例如基质、色原体、辅因子、偶联酶、缓冲剂、金属离子、抑制剂和激活剂。不是所有试剂是反应物、标记或配体，并且没有试剂是目标分析物。

过孔：提供从一个基板层到上方或下方的另一基板层的流体通路的微流体通道中的台阶，由层构造的层合装置的特性。

空气端口：指的是在外部伺服机构的可编程控制下的气动歧管的臂。气动歧管可以具有正或负表压力。+/-5到10psig的操作压力已经被发现是令人满意的。可以使用空气和其它气体。

“常规”是指出这在本发明涉及的现有技术中是已知的，特别地这涉及微流体混合装置的术语。

“大约”、“大概”、“基本上”和“大致地”是不精确的扩展表达，描述为“更大或更小”、近似地或者几乎的状态，其中变化将是明显的、无关紧要的或者具有较小或等同的实用性或功能，并且还指示标准、规则或界限的明显例外的存在。

具体实施方式

如前所述，本发明的实施例涉及微流体混合装置、设备和方法，它们使用以各种构造布置的多个微流体通道、入口、阀、隔膜、泵、液体屏障和其它元件以操纵流体样品的流动以便制备用于分析的这种样品并且分析流体样品。在下面的描述中，本装置和方法的某些具体实施例被阐明，然而，本领域技术人员将理解，下面描述的各种实施例和元件可以被组合或修改而不偏离本发明的精神和范围。

图1A示出本发明的微流体化验装置或模块的用于样品处理的微流体混合分支回路100A的示意图。样品(例如粪便、尿、全血或血浆)可以是流体、固体或两者的混合物。在一个实施例中，流体样品被吸取或吸入样品入口或液体样品端口。在另一实施例中，样品首先被流化并且然后被引入液体样品端口。在又一实施例中，具有所关心的材料的拭子被插入该装置内的室；拭子的颈部然后被折断，并且该装置被密封。当必要时设想预处理。例如，为了移除蔬菜、粘液和不需要的颗粒物质，流化样品可选地通过深过滤器(例如由聚丙烯纤维制成)被预过滤并且然后与裂解缓冲剂混合以从相关的碎片和污染物释放目标核酸内容物。可选地，预过滤器可以用于分离血液的细胞和血浆成分。

在将样品引入该装置之后，在本发明的集成的装置中，其余化验步骤是自动的或半自动的。

裂解缓冲剂袋中的裂解缓冲剂包含例如与洗涤剂组合的离液剂以实现细胞裂解并且减小核酸和粘附分子之间的关联，并且可选地包含核酸酶抑制剂和螯合剂(诸如EDTA)以在洗涤之前减小核酸降解。

我们已经发现，例如4.5M GSCN的硫氰酸胍(GSCN)组合诸如肌氨酸和Triton X-100的洗涤剂通过弱酸性缓冲剂成功地从适合于 PCR的粪便提取核酸。这种裂解缓冲剂也足以从全血和溶解革兰氏阴性细菌移除血红蛋白。

然而，微尺度的样品和裂解缓冲剂的混合需要独创性。生物化学对微尺度流体化验装置的适应已经需要新颖的设计。在我们的经验中，例如，本发明的微流体装置中的优选混合机理是在层流和湍流之间交替流体动力。层流状态中的运动的特征在于平行的粒子轨迹，并且过渡“团”中的湍流运动代表沿径向方向的强混合。常规微流体结构中的流动通常是层流的并且允许通过沿边界层和界面的扩散而混合。然而，这种现象在需要例如不同粘度的溶液的大量混合的微流体装置中出现问题。

本发明的实施例通过提供层合的或模制的混合装置解决混合微尺度的不同粘度的溶液的问题，该混合装置包括由流动限制通道的回路分离且连接的一对波纹管泵。在这个系统中，穿过该通道的溶液经历层流聚焦流动。在离开通道进入波纹管泵的室时，该溶液形成流体“射流”并且在该室的大量流体中作为旋涡分散。这些旋涡或“湍流团”是到湍流流动的过渡的特性。湍流混合增加不同粘度的溶液可以在其上相互作用的表面积并且因此促进且加速两种溶液的混合。相对于通道的室的增加的表面积也提供平台，该平台使较快移动，较小粘性的溶液能够接触较慢移动较大粘性的溶液。在该装置中，设置气动致动器以便允许两种溶液在两个波纹管泵室之间往复流动。弹性体隔膜保证向前和反向隔离。

图1A的微流体混合分支回路的操作涉及用来实现流体运输和混合的基于止回阀和波纹管泵的气动致动的一系列步骤。在第一步骤中，样品被引入样品入口，阀V2打开，例如，通过施加吸入压力到阀的隔膜，并且在其隔膜也被举起时波纹管B1将样品吸入波纹管。

在第二步骤中，阀V2关闭，阀V10打开，波纹管泵B1将样品泵送入波纹管泵B2并且阀V10关闭。在可选的第三步骤中，样品再被引入样品入口，阀V2打开，并且波纹管泵B1将样品吸入波纹管。在可选的第四步骤中，阀V2关闭，阀V10打开，波纹管泵B1将样品吸入波纹管泵B2并且阀V10关闭。

在第五步骤中，阀V1打开，阀V11打开并且裂解缓冲剂在横穿波纹管B1之后被引入波纹管泵B2。

在第六步骤中，阀V1关闭，阀V10关闭，波纹管泵B2将裂解缓冲剂和样品推过通道和阀V11到达波纹管泵B1；阀V11关闭，阀 V10打开，波纹管泵B1将该混合物推过通道和阀V10到达波纹管泵 B2。步骤六被重复多次以在两种样品流过由通道和波纹管泵形成的回路时有效地混合两种样品。在通道中时，流体流动是层流的；然而，在进入波纹管室时，流体流动是湍流的。微通道中的层流流动和波纹管室中的湍流流动的这种重复的循环在混合不同粘度的溶液(例如，生物样品和基于诸如胍盐的离液剂的裂解缓冲剂)中惊人地有效。

本发明的微流体混合分支回路的一个有利特征是它们使一系列小份样品能够被引入混合装置(如上面讨论的)。这种功能通过以下被实现：设计两个泵使得波纹管泵B2与波纹管泵B1相比尺寸较大，并且因此容纳更大体积。这个混合装置处理一系列小份单个样品以及在操作期间可选地绕过该泵的任一个的能力向该系统的用户提供有利的灵活性，例如，用来按需要定制特别的化验。

图1B是本发明的替代实施例的示意图。在这里，用于样品处理的微流体混合分支回路100B如图1A中被构造，除了裂解缓冲剂储器与波纹管泵B1和B2直接流体连通。将理解，通道、泵、样品入口和缓冲剂储器的数种替代构造能够实现不同粘度的溶液的交替的层流和湍流混合，并且因此被本发明构想。

图1C是本发明的替代实施例的示意图。在这里，用于样品处理的微流体混合分支回路100C如图1A中被构造。这个图示描绘波纹管泵105和115的内部流体工作。在这个实施例中，较小的波纹管泵105 与三个微通道流体连接，该三个微通道相交以形成微通道网。每一个通道与过孔131流体连接，该过孔充当流体入口和/或出口并且使流体能够进入和/或离开通道和波纹管泵。三个过孔通过微通道网120另外与彼此流体接触。微通道网120有利地通过通道内的层流流动和在该网内的三个通道的连接处在流体流碰撞时的湍流实现流体的混合。此外，在流体离开过孔131并且进入泵的室时，湍流混合继续。将理解，本发明构想其它合适微通道网构造。例如，波纹管泵105可以构造成具有2到大约10个过孔，所有过孔由微通道网互连。

参考大的波纹管泵115，在这个实施例中，连接到泵的通道的每一个沿垂直方向延伸使得多个过孔可以散布进入泵的室的液体的流动。在图1C中描绘的示例性构造中，到泵115的通道连接阀V10沿垂直方向膨胀以终止在三个过孔133中。同样，与该泵的通道连接阀V11沿垂直方向膨胀以终止在三个过孔135中(为了说明的简单，仅仅单个过孔在该图中被指示)。将理解，本发明构想其它示例性数量的过孔，例如，每一个微通道可以膨胀以在波纹管泵115的室中引入大约3个到大约10个过孔。我们已经发现，将多个过孔引入大的波纹管泵的室具有以下优点：促进粘性溶液在该室的更大表面积上流动，即，以“波”而不是“流”填充该室。这已经被发现有利地增强与较低粘度的溶液的混合，例如，离液序列高的裂解缓冲剂和液体样品的混合。

在图2中，微流体装置或模块200通过透视图被表现为三维CAD 渲染。穿过该装置的横截面示出通过多个层的层合制造的模块。这个实施例需要通过中间层层合在一起的两层固体模制的塑料，该中间层由薄塑料芯上的一层双面粘合剂(ACA)组成。中间层提供弹性体隔膜或隔膜，该弹性体膜或隔膜形成该装置的阀和泵。该模块的混合装置包括两个波纹管泵：较大的波纹管泵205和较小的波纹管泵215。如参考图1A-1C描述的，两个波纹管泵通过微通道和阀的网络流体连接。由大波纹管泵和小波纹管泵形成的腔各在冠状平面中由布置在中间层合层中的弹性体隔膜分开。如上面讨论的，提供其中第二泵显著大于第一泵的双波纹管泵混合装置的一个优点是能够通过样品入口 225将一系列小份样品引入混合分支回路。

本发明的微流体混合装置的波纹管泵的特征在图3中被更详细地示出，该图是在图2中在横截面中描绘的泵构造的展开图。在这里，混合装置300包括两个波纹管泵：较大(“第二”)波纹管泵305和较小(“第一”)波纹管泵315。两个泵的相对尺寸可以是适合于所关心的特别化验的任何值，只要较大波纹管泵与较小波纹管泵相比能够保持且混合更大体积。通常，由两个泵形成的腔的高度将是基本上类似的，以促进该模块插入到主仪器中的容易性。然而，在一些实施例中，由两个泵形成的腔的高度可以是不同的。通常，较大波纹管泵的直径将大于较小波纹管泵的直径。在一些实施例中，较大波纹管泵的直径对较小波纹管泵的直径的比率将从大约大于1到大约2。在其它实施例中，较大波纹管泵的直径对较小波纹管泵的直径的比率将大于2。在一个示例性实施例中，每一个泵的高度是大约3.15mm，而较大波纹管泵的直径是大约22.5mm并且较小波纹管泵的直径是大约 15.5mm。每一个泵的操作在被制造在上模制本体中的空气通道的气动控制下，该空气通道终止于与每一个波纹管泵的上室气动连接的过孔 330A和330B中(为了说明的简单，仅仅单个过孔在每一个泵中被指示)。通常，每一个泵将具有相同数量的空气过孔。在一些实施例中，每一个泵各由三个过孔气动地控制。

如参考图1A-1C描述的，两个波纹管泵由微通道的网络流体地连接。每一个微通道通过液体过孔350A和350B(为了说明的简单，仅仅单个过孔在每一个泵中被指示)流体地连接到波纹管泵的下室。如参考图3讨论的，与较大波纹管泵305流体连通的每一个微通道终止于多于单个过孔中。在示例性实施例中，较大的泵与各终止于三个过孔中的两个通道流体连通，使得流体通过六个液体过孔进入和/或离开较大的泵。在另一示例性实施例中，较小的波纹管泵流体连接到各终止于单个液体过孔中的三个微通道，使得流体通过三个过孔进入和/ 或离开较小的泵。将理解，进入较大和较小的泵的任何其它数量的过孔可能适合于本发明的实施并且将由所关心的特别应用确定。由大和小的波纹管泵形成的腔各在冠状平面中由被布置在中间层合层中的弹性体隔膜360A和360B分开。

图4A将参考图3描述的混合装置的实施例400描绘为具有透明特征的三维CAD图以实现该装置的分层结构的图示。较小波纹管泵 415和较大波纹管泵405各在单个空气通道420A和420B的气动控制下。每一个空气通道终止在与每一个泵的上室气动连接的三个过孔430A和430B中(为了说明的简单，仅仅单个过孔在每一个泵中被指示)。较小波纹管泵415的下室与三个液体过孔450B流体连通，而较大波纹管泵405的下室与六个液体过孔450A液体连通(为了说明的简单，仅仅单个过孔在每一个泵中被指示)。

图4B示出混合装置400的剖视图，该剖视图描绘由较大波纹管泵405和较小波纹管泵415形成的内室的底表面。如参考图4A讨论的，较大的泵405与六个液体过孔450A流体连接，而较小的泵415 与三个过孔450B流体连接。如这里讨论的，过孔450B的数量和构造已经被发现有利地促进粘性溶液在较大的泵的底部的更大表面积上流动，即，以“波”而不是“流”填充该室，因此增强与例如较低粘度的溶液的混合。

图4C示出混合装置400的剖视图，该剖视图描绘形成在图4B中描绘的部分的下方的层中的微流体通道。这个视图示出由与较小的波纹管泵流体连接的两个微通道形成的微通道网425。微通道网425与较小波纹管泵的三个流体过孔450B流体连通(为了说明的简单，仅仅单个过孔被指示)。如这里讨论的，微通道网425有利地通过其后跟着在较小波纹管泵的网内的三个通道的连接处当流体流碰撞时湍流混合的通道内的层流流动实现流体的混合。层流和湍流流动的这些变化已经被发现增强具有不同的物理化学性质的溶液(例如，具有不同粘度的溶液)的混合的速率。与较大波纹管泵流体连通的两个微通道各沿垂直方向延伸以形成延伸部435和437，而该延伸部各与三个过孔流体连通，使得较大波纹管泵具有六个流体过孔以使流体能够以“波”流入该泵的室。

本发明的实施例包括但不限于以下：

实施例1。一种微流体混合装置，包括：

第一波纹管泵，该第一波纹管泵具有室，该室在冠状平面中被第一弹性体膜分开；

第二波纹管泵，该第二波纹管泵具有室，该室在冠状平面中被第二弹性体膜分开；

第一微通道，该第一微通道将第一波纹管泵与样品入口和试剂储器流体互连，其中第一微通道包括介于泵和入口之间的阀和介于泵和储器之间的阀；

第二微通道，该第二微通道将第一波纹管泵与第二波纹管泵流体互连，其中第二微通道包括介于第一泵和第二泵之间的阀；

第三微通道，该第三微通道将第一波纹管泵与第二波纹管泵流体互连，其中第三微通道包括介于第一泵和第二泵之间的阀；和

第一气动构件和第二气动构件，该第一气动构件和第二气动构件气动地连接到第一和第二波纹管泵；其中第二波纹管泵的体积大于第一波纹管泵的体积。

实施例2。实施例1的微流体混合装置，其中第一、第二和第三微通道相交以形成与第一波纹管泵流体连通的网。

实施例3。实施例2的微流体混合装置，其中该网的通道的每一个与液体过孔流体连通。

实施例4。实施例2的微流体混合装置，其中该网被构造用来实现层流和湍流流体流动。

实施例5。实施例1的微流体混合装置，其中第二和第三微流体通道包括与第二波纹管泵流体连通的垂直的延伸部。

实施例6。实施例5的微流体混合装置，其中该延伸部的每一个与多于一个过孔流体连通。

实施例7。实施例6的微流体混合装置，其中该延伸部的每一个与三个过孔流体连通。

实施例8。实施例6的微流体混合装置，其中该过孔被构造用来实现液体在第二波纹管泵的基本上整个表面积上的分散流动。

实施例9。一种微流体模块，该微流体模块包括实施例1-8中的任一个的混合装置。

实施例10。一种使用实施例9的模块处理一系列小份测试样品的方法，该方法包括：

将第一小份测试样品引入样品入口；

将第一小份测试样品吸入第一波纹管泵；

将第一小份测试样品从第一波纹管泵吸到第二波纹管泵；

将第二小份测试样品引入样品入口；

将第二小份测试样品吸入第一波纹管泵；和

将第二小份测试样品从第一波纹管泵吸到第二波纹管泵。

上述各种实施例可以被组合以提供另外实施例。2016年2月19 日提交的美国临时申请62/297497通过引用整体并入这里。根据上面详述的描述部分，可以对该实施例作出这些和其它改变。通常，在以下权利要求中，所用的术语不应当被解释成将权利要求限制到说明书和权利要求中公开的具体实施例，而是应当被解释成包括所有可能实施例连同这种权利要求授权的等同物的全范围。因此，权利要求不由本公开限制。

Claims (10)

1.一种微流体混合装置，所述微流体混合装置包括：

第一波纹管泵，所述第一波纹管泵具有在冠状平面中被第一弹性体隔膜分开的室；

第二波纹管泵，所述第二波纹管泵具有在冠状平面中被第二弹性体隔膜分开的室；

第一微通道，所述第一微通道将所述第一波纹管泵与样品入口和试剂储器流体互连，其中，所述第一微通道包括介于所述第一波纹管泵和所述样品入口之间的阀和介于所述第一波纹管泵和所述试剂储器之间的阀；

第二微通道，所述第二微通道将所述第一波纹管泵与所述第二波纹管泵流体互连；

第一气动构件和第二气动构件，所述第一气动构件和第二气动构件气动地连接到所述第一波纹管泵和第二波纹管泵；

其特征在于，

其中，所述第二微通道包括介于所述第一波纹管泵和第二波纹管泵之间的阀；

所述微流体混合装置还包括：第三微通道，所述第三微通道将所述第一波纹管泵与所述第二波纹管泵流体互连，其中，所述第三微通道包括介于所述第一波纹管泵和第二波纹管泵之间的阀；

其中，所述第二波纹管泵的体积大于所述第一波纹管泵的体积。

2.根据权利要求1所述的微流体混合装置，其中，所述第一微通道、第二微通道和第三微通道相交以形成与所述第一波纹管泵流体连通的网。

3.根据权利要求2所述的微流体混合装置，其中，所述网的通道中的每一个通道与液体过孔流体连通。

4.根据权利要求2所述的微流体混合装置，其中，所述网被构造用来实现层流和湍流流体流动。

5.根据权利要求1所述的微流体混合装置，其中，所述第二微流体通道和第三微流体通道包括与所述第二波纹管泵流体连通的垂直的延伸部。

6.根据权利要求5所述的微流体混合装置，其中，所述延伸部的每一个与多于一个过孔流体连通。

7.根据权利要求6所述的微流体混合装置，其中，所述延伸部的每一个与三个过孔流体连通。

8.根据权利要求6所述的微流体混合装置，其中，所述过孔被构造用来实现液体在所述第二波纹管泵的基本上整个表面积上的分散流动。

9.一种微流体模块，所述微流体模块包括权利要求1-8中的任一项所述的微流体混合装置。

10.一种使用权利要求9所述的微流体模块处理一系列小份测试样品的方法，所述方法包括：

将第一小份测试样品引入样品入口；

将所述第一小份测试样品吸入所述第一波纹管泵；

将所述第一小份测试样品从所述第一波纹管泵吸到所述第二波纹管泵；

将第二小份测试样品引入所述样品入口；

将所述第二小份测试样品吸入所述第一波纹管泵；和

将所述第二小份测试样品从所述第一波纹管泵吸到所述第二波纹管泵。

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