CN108698046A - 微流体分析系统、微流体盒和进行分析的方法 - Google Patents

微流体分析系统、微流体盒和进行分析的方法 Download PDF

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Abstract

一种微流体分析系统，其包括微流体盒和相关的微流体操作系统。该微流体盒包括：基部，该基部具有带凹部的第一面；和固定到该基部的箔，其用于覆盖该凹部并提供微流体盒箔面。具有凹部的基部和箔形成彼此流体连通的流动通道和槽。微流体盒包括进入该反应部分上游的流动通道的入口开口。该操作系统包括活塞、温度调节元件和致动器，其定位成使得微流体盒的箔面可以定位成与该操作系统接触，反应部分极接近于温度调节元件，同时致动器与槽部分相关联以压下覆盖该槽部分的箔，并且活塞在上游阀部分处与流动通道相关联以压下该箔以封闭反应部分上游的流动通道。

Description

微流体分析系统、微流体盒和进行分析的方法
技术领域
本发明涉及进行分析的系统和方法，特别是进行温度敏感性分析，如生化分析的系统和方法。本发明还包括适合用于该分析的微流体盒。
背景技术
从现有技术已知多种用于定量或定性测定液体样品中目标组分的方法和装置。许多这些现有技术的方法包括复杂或耗时的步骤，如洗涤步骤。多年来，一直在开发新的和改进的方法，特别是使用光学标记和读出系统的方法。
包括光学标记和读出系统的用于进行这样的方法的微流体检测方法和分析被广泛使用。当进行生物化学分析时，通常需要在分析期间控制温度和/或控制流动。
US2011272610A公开了包括聚合物致动器的微阀结构和芯片实验室(lab-on-a-chip)模块。微阀结构可以包括设置在基部上的挠性结构和插入到所述挠性结构中的聚合物致动器。此时，挠性结构具有限定微通道的阀部分，并且聚合物致动器通过所述挠性结构与微通道分开。此外，形成所述聚合物致动器以通过控制阀部分的位移改变所述微通道的宽度。
US2012298233A公开了用于操控流体的微流体部件，其包括第一基部、第二基部和第三基部，所述第三基部由回弹性材料构成并且布置在所述第一基部和所述第二基部之间。形成第一控制室的至少一个第一凹部被配置在第一基部的朝向第三基部的面上。形成流体通道的至少一个第二凹部被配置在第二基部的朝向第三基部的面上。在第一基部中形成在空间上与第一控制室分离的第二控制室和将第一控制室连接到第二控制室的控制通道。第二控制室的至少一个侧壁由回弹性材料构成，并且可通过致动器变形，使得第二控制室的内部体积减小。
US2015247845公开了一种微流体装置，其可以例如用于磁性分析。微流体装置包括具有用于流动通道的凹槽的基部和覆盖所述流动通道的箔，所述流动通道包括透明窗和用于吸入液体样品的入口，所述微流体装置包括流动通道的挠性壁部分或与流动通道流体连接的槽部分的挠性壁部分，所述挠性壁部分可以被移动，使得空气将被压出流动通道，之后挠性壁将返回到其初始位置。
尽管可以调节已知微流体盒中的样品的温度，但已发现温度调节非常慢。
发明内容
本发明的目的是提供一种进行分析的系统和方法以及适合用于对其中所含样品进行快速和准确的温度调节的微流体盒。
在本发明的实施方案中，目的是提供一种微流体分析系统，其包括具有反应部分的微流体盒，其中可以在期望的温度下以高准确度孵育反应部分中的样品。
在本发明的实施方案中，目的是提供微流体分析系统，其包括具有反应部分的微流体盒，其中反应部分中的样品可以根据预定温度计划经受温度调节。
在本发明的实施方案中，目的是提供微流体分析系统，其能够以高准确度实现快速和准确的分析。
在本发明的实施方案中，目的是提供微流体盒，其生产具有成本效益，并且可用于本发明的分析。
在本发明的实施方案中，目的是提供一种方法，所述方法不需要耗时的洗涤步骤，并且其中靶标的测定可以以高准确度且相对快地，例如在几分钟内进行。
通过如权利要求中所限定的和以下描述的本发明及其实施方案已经实现了这些目的。
已经显示本发明提供了一种用于进行定量或定性热敏分析，如测定液体中的目标组分，特别是其中测定包括温度敏感性分析，例如生化分析的全新方法。
此外，已经发现可以以快速和简单的方式获得非常好的和准确的结果。
本发明的微流体分析系统包括微流体盒和相关的微流体操作系统。通常，期望微流体盒是一次性微流体盒，并且微流体操作系统可以与具有相同设计和尺寸的微流体盒一起反复使用，或者与具有不同形状和尺寸的微流体盒一起反复使用。任选地，微流体操作系统是可调节的，使得其可以与不同尺寸或形状的微流体盒一起使用。
微流体盒包括：基部，该基部具有第一面和第二相对面，并且在第一面中具有凹部；和固定到基部的箔，用于覆盖凹部并提供微流体盒箔面，所述微流体盒箔面是背离基部的箔的面。
基部有利地是刚性的。
箔可以通过任何方式固定到基部，如通过焊接或胶合。箔被固定到基部，使得凹部和箔形成流动通道和槽。流动通道具有长度并且包括反应部分以及上游端和下游端。在实施方案中，上游端在所述反应部分的一侧上，而下游端在所述反应部分的相对侧上。应理解，流动通道可以具有两个或更多个反应部分。此外，不排除流动通道是分支的。
槽与反应部分下游的流动通道流体连通。微流体盒包括进入反应部分上游的流动通道的入口开口。
操作系统包括活塞、温度调节元件和致动器，其定位成使得微流体盒的箔面可以定位成与操作系统接触，反应部分极接近于温度调节元件，同时致动器与槽部分相关联以压下覆盖该槽部分的箔，并且活塞在上游阀部分处与流动通道相关联以压下该箔以封闭反应部分上游的流动通道。
已发现本发明的微流体分析系统在微流体盒的反应部分内提供非常有效的样品温度调节。箔相对较薄，这意味着通过箔的热传递相对较快。此外，槽和上游阀部分的布置导致反应部分内的压力可以升高，使得覆盖反应部分的箔不会偏移到基部的凹部中。已经发现，在未在反应部分内提供压力的情况下，箔倾向于轻微地被吸入到基部的凹部中—即覆盖反应部分的箔偏移到凹部中。当反应部分充满液体时，这种作用可变得甚至更大，这意味着箔覆盖反应部分的箔面将不与温度调节元件紧密接触，这意味着热调节变得缓慢且不准确。通过本发明，确保了箔面和温度调节元件之间的紧密接触。由此可以获得对反应部分中包含的样品的非常高且准确的温度调节。
术语“上游”和“下游”应该相对于流动通道和样品进入流动通道的初始流动来解释。
术语“基本上”在本文中应意指包括普通产品方差和公差。
术语“约”通常用于包括属于测量不确定性的内容。当用于范围时，术语“约”在本文中应意指在该范围内包括属于测量不确定性的内容。
术语“液体样品”或“样品”或“测试液体”意指任何含有样品的液体，包括含有固体部分的液体样品，例如分散液和悬浮液。样品在进行该方法时包含液体。
在整个说明书或权利要求书中，除非上下文另有说明或要求，否则单数形式包括复数形式。
“方法”也通过术语“测试”或“分析”指代。
反应部分形成用于期望的反应的反应室。该反应原则上可以是任何反应，如形成键，例如在靶标和捕获探针之间形成键，如以下进一步描述的。
在实施方案中，已经发现当进行温度调节时，至少反应部分保持在相对于平面图的倾斜位置是有利的。反应部分中样品的温度调节可能导致形成小气泡，这可能使光学读出变差。已经发现，通过保持微流体盒使得至少反应部分保持在相对于平面图的倾斜位置，可以完全或部分地缓解该问题。认为通过保持反应部分的倾斜位置导致这样形成的气泡聚集和/或气泡可以从反应部分输送出来，例如进入槽部分。
在实施方案中，操作系统适于保持微流体盒，使得当保持极接近于温度调节元件时，至少反应部分是倾斜的。
在实施方案中，至少反应部分的中心轴相对于水平面倾斜，如倾斜角为至少约3度，如至少约5度，如约10至约45度，如约15至约30度。
水平面被定义为垂直于重力的平面。
通常期望微流体盒的基部基本上是平面的，即基部的第一面和第二相对面基本平行并且在基部的平面内。
在实施方案中，操作系统适于保持微流体盒，使得基部相对于水平面倾斜，如倾斜角为至少约3度，如至少约5度，如约10至约45度，如约15至约30度。
基部优选由对至少一种选自以下的波长透明的材料制成：红外光(约700nm至约1000μm)、可见光(约400nm至约700nm)，紫外光(约400nm至约10nm)和X射线光(约10nm至约0.01nm)。基部有利地由对约200nm至约1600nm的至少一种波长，和优选约380nm至约750nm的更宽的可见范围内的波长基本上透明的材料制成。
可用于基部的材料的实例包括选自玻璃和聚合物的材料，优选选自以下的聚合物：环状烯烃共聚物(COC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚乙烯(PE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲基戊烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚砜、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚偏二氟乙烯、苯乙烯-丙烯酰基共聚物、聚异戊二烯、聚丁二烯、聚氯丁二烯、聚异丁烯、聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、聚硅氧烷、环氧树脂、聚醚嵌段酰胺、聚酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、丙烯酸、赛璐珞、醋酸纤维素、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、乙烯-乙烯醇(EVAL)、氟塑料、聚缩醛(POM)、聚丙烯酸酯(丙烯酸)、聚丙烯腈(PAN)、聚酰胺(PA)、聚酰胺-酰亚胺(PAI)、聚芳醚酮(PAEK)、聚丁二烯(PBD)、聚丁烯(PB)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸环己二甲酯(PCT)、聚酮(PK)、聚酯/聚乙烯/聚乙烯、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚砜(PES)、聚氯乙烯(PEC)、聚酰亚胺(PI)、聚乳酸(PLA)、聚甲基戊烯(PMP)、聚苯醚(PPO)、聚苯硫醚(PPS)、聚邻苯二甲酰胺(PPA)及其混合物。上述材料也可用于箔。
基部有利地在25℃下是刚性的。有利地，基部通过注塑成型或通过激光雕刻在基材中制成。基部用箔覆盖，该箔有利地结合到基部以形成流动通道和槽。
箔优选地对至少一种波长是透明的，优选地如以上针对基部所描述的。
有利地，箔是相对较薄的，如厚度小于约1mm，优选约0.5mm或更小，如约100nm或更小。
应该理解的是，微流体盒可以具有两个或更多个流动通道，所述流动通道与共同的或与各自的槽流体连接。
入口开口原则上可以布置在反应部分上游和上游阀部分上游的任何地方。在实施方案中，进入流动通道的入口开口布置在上游端，优选地，入口开口由穿过基部的孔口提供。
在实施方案中，进入流动通道的入口开口布置在微流体盒的边缘处。
有利地，入口开口由穿过基部的孔口提供，其中所述孔口足够大以将测试液体滴施加到微流体盒。通过提供足够大的孔口，使得孔口的外周中的基部的边缘和覆盖孔口的箔提供对于样品滴足够大的腔，降低了溢出样品的风险。
微流体盒的流动通道原则上可以具有任何形状、长度和尺寸。
在下文中，通道和槽的宽度是从箔面俯视观看到的宽度，并且通道/槽的高度垂直于宽度。通道的长度是通道的中心长度，并且垂直于通道确定宽度。垂直于通道的中心长度确定槽的宽度，该中心长度被确定为从流动通道和槽之间的流体连接处到槽的最远点的直线中心线。
在实施方案中，紧邻入口的流动通道具有从箔面俯视观看到的宽度，其小于入口开口的宽度，优选地，宽度为约10μm至约500μm，如约25μm至约200μm。
流动通道的宽度可以相等或不同。
流动通道，特别是反应部分的高度小于宽度是有利的。从而确保有效的光学读出。还希望流动通道的体积相对较低，从而确保用于分析的所需样品体积相对较小。在实施方案中，流动通道的高度为约1μm至约100μm。
槽的高度可以等于流动通道的高度，或者它可以更大，如大至少约25％，如大至少约50％，如大至少约100％是有利的。在实施方案中，槽的高度为约20μm至约2mm，如约200μm至约1mm。
在实施方案中，槽具有从箔面俯视观看到的宽度，所述宽度大于流动部分的最大宽度。
槽的体积是流动通道的总体积的至少0.5倍，如至少约流动通道的总体积，如流动通道的体积的约1.5至约100倍，如流动通道的总体积的约2至约10倍是有利的。因此，槽和相关联的致动器可以以非常高的准确度调节流动通道中样品的流动。
流动通道的阀部分可以是流动通道的普通部分，然而，为了确保有效的阀功能，期望流动通道的阀部分被成形以当活塞在流动通道的阀部分处将箔压入流动通道中时与箔形成紧密封闭。在实施方案中，阀部分处的流动通道具有圆形壁，即没有锐利边缘。
在实施方案中，流动通道的阀部分包括具有与活塞的活塞头互补的形状的阀座，在阀封闭时，所述活塞头在流动通道的阀部分处将箔压入流动通道中。
在实施方案中，活塞头被成形为与流动通道的阀部分处的凹部配合，以有效地封闭流动通道。
在实施方案中，流动通道的阀部分包括阀座，该阀座具有在基部的第一表面处的嵴结构，其中所述嵴结构从凹部中的基部的第一表面突出并且跨过凹部的至少一部分。由此可以获得阀的非常紧密的封闭。嵴结构在基本垂直于流动通道的方向上延伸，以确保在阀部分处沿凹部的整个宽度的密封性是有利的。
在实施方案中，阀座包括用于密封活塞的密封件，中间箔夹在其间。阀座和活塞的活塞头两者均包括弹性体材料的密封件，用于有效地密封夹在其间的箔，并且用于确保活塞头不损坏箔是有利的。
阀部分可以具有与相邻流动通道相同的宽度。
为了确保有效的阀功能，流动部分的阀部分的宽度可以大于流动通道的最小宽度。
通过确保阀部分的宽度不是非常窄，活塞和活塞头不必非常细长，且由此活塞且特别是活塞头可以更耐用。
为了确保覆盖反应部分的箔可以被压成平的或略微远离凹部凸起(偏移)，微流体盒有利地形成，使得当上游阀部分封闭时，与槽部分相关联的致动器可以施加压力，其使反应部分中的压力相对升高至没有该致动器时将具有的压力。在实施方案中，流动通道没有不穿过基部或上游阀部分的下游的箔的任何孔口，从而确保当上游阀部分被封闭并且与槽部分相关联的致动器在槽部分处压靠箔时，流体不能从下游的流动通道逸出到上游阀部分。
当上游阀部分被活塞封闭时，上游阀部分下游的流动通道和槽构成封闭体积是有利的。由此可以获得对施加到反应部分的压力的有效控制，并且可以操控覆盖反应部分的箔以具有相对于凹部的期望形式。
在实施方案中，流动通道包括下游阀部分，并且操作系统包括用于下游阀部分的相关联的活塞。下游阀部分和上游阀部分可以有利地如以上针对上游阀部分所述如同上游阀部分那样成形。应该理解的是，下游阀部分和上游阀部分不必相同，而是在实施方案中可以彼此不同。为了简化，下游阀部分和上游阀部分可以基本相同。
可以应用下游阀部分和上游阀部分以确保反应部分中的固定压力，例如，通过在致动器将箔压在槽处以提供期望压力之后封闭下游阀部分和上游阀部分。由此，反应部分中的压力可以保持非常稳定达期望的时间。
在实施方案中，反应部分可以是流动通道的部分，其宽度类似于流动通道的相邻部分。然而，为了确保读出区域大，期望使反应部分比剩余流动通道更宽。
在实施方案中，反应部分具有从箔面俯视观看到的宽度，其大于紧邻入口的通道，优选地，反应部分的宽度大于最接近的上游和/或下游流动通道。优选地，反应部分的平均宽度为约2mm至约5cm，如约5mm至约2cm。
有利地，反应部分的从箔面俯视观看到的读出面积(长度乘以平均宽度)为至少约40mm2，如至少约40mm2，如至少约60mm2，如至少约100mm2。
分析可以涉及光学读出是有利的。
在实施方案中，反应部分包括用于靶标的捕获探针。
靶标可以是任何靶标，其将被定量或定性测定，并且其可以直接或通过连接分子捕获到捕获探针。这样的捕获探针—靶标对在本领域中是熟知的，并且包括例如抗体-抗原等。
术语“靶标”意指一种或多种特定类型的分子或组分。术语“两种或更多种或几种靶标”意指两种或更多种或几种不同类型的靶组分。
在下文中，为了简化，术语“靶标”主要以单数使用，但除非另有说明，其还应该包括术语“靶标”的复数形式。
术语“靶标”和“靶组分”可互换使用。
靶标可以是可以在结合分析中确定的任何种类的靶标。技术人员可以以简单的方式使用来自其他类型的结合分析的知识来选择合适的靶组分和相应的捕获探针。
在实施方案中，靶标是生物分子，如单个有机分子或有机分子的结构，例如有机生物体。由于业内，例如医疗保健行业和食品行业对于快速、相对低成本且非常准确的分析系统有高需求，所以本发明的分析系统和方法为本领域提供了很大的贡献。本发明的分析系统和方法非常适合用于生物分子的定量和/或定性测定，特别是因为本发明的方法是非常快速而且高度可靠的。
在本发明的实施方案中，靶标可以例如是分子或有机生物体，如微生物的突变变体。
在实施方案中，靶标是微生物或包含微生物，所述微生物如细菌、病毒或真菌病原体中的至少一种，例如，大肠杆菌(E.coli)、柠檬酸杆菌属(Citrobacter spp)、气单胞菌属(Aeromonas spp.)、巴斯德氏菌属(Pasteurella spp.)、非血清群DI沙门氏菌(non-serogroup Dl Salmonella)、弯曲杆菌属(Camphylobacter)、葡萄球菌属(Staphylococcusspp)及其组合。
在实施方案中，靶标是细胞或包含细胞，所述细胞如血细胞、干细胞或肿瘤细胞。
在实施方案中，靶标是以下或包含以下：蛋白、核苷酸、碳水化合物或脂质，特别是酶、抗原或抗体。
在实施方案中，靶标是“半抗原”或包含“半抗原”。半抗原是一种小分子，其只有当附着在诸如蛋白质的大载体时才能引发免疫应答；载体可以是自身不引发免疫应答的载体。半抗原可以是例如甾体、激素、抗生素或无机成分。
技术人员将认识到，靶标可以是任何种类的组分，可以针对所述组分提供捕获探针。
靶标和相应的捕获探针是本领域熟知的。还众所周知的是将这种捕获探针固定在表面上。
在实施方案中，所述捕获探针对靶标具有特异性。
如果有两种或更多种靶标，则可以有几组捕获探针，或者可以有一种类型的捕获探针，其是所有靶组分的捕获探针。
在其中有两种或更多种靶组分的实施方案中，捕获探针对所述两种或更多种靶组分具有特异性，例如，对一组相似但不相同的靶组分具有特异性。
在本发明的实施方案中，捕获探针对包含一种或多种靶组分的组分群组具有特异性。
在实施方案中，捕获探针是例如蛋白的结合位点，由此可以确定蛋白含量。在实施方案中，捕获探针是预选择的蛋白类型或群组的结合位点。
在实施方案中，捕获探针是半抗原的结合位点，所述半抗原如小的有机分子，例如甾体激素、抗生素或甚至其他来源的其他半抗原分子。
捕获探针优选地被固定到流动通道的反应部分内的表面。
捕获探针可以被固定到箔和/或被固定到基部的第一面。在实施方案中，优选的是捕获探针被固定到反应部分中的基部的第一面。
反应部分内的基部和/或箔有利地包括至少一个光学元件。光学元件优选地构建成重定向并且优选地校准从荧光团发射的光。
在实施方案中，光学元件优选地构建成重定向并优选地校准从邻近基部的第一面的荧光团和/或从邻近反应部分内的箔的荧光团发射的光。短语“邻近”优选意指在10nm或更小的距离内，如在2nm或更小的距离内，如在1nm或更小的距离内，如在0.1nm或更小的距离内。
通常，为基部提供光学元件比为箔提供光学元件更简单，且因此优选的是光学元件形成基部的部分。在下文中描述了本发明的实施方案，其中以光学元件作为基部的部分，但是应该理解，光学元件供选择地可以形成箔的部分。此外，应该理解的是，反应部分内的基部和/或箔可以具有几个光学元件。在实施方案中，反应部分内的基部和/或箔包含至少约4个光学元件，如至少约10个光学元件，如至少约20个光学元件，如至少约50个光学元件。
优选地，光学元件包括固定到基部的第一面或固定到反应部分内的箔的用于靶标的捕获探针。
光学元件可以有利地在基部部件的模制期间制备并且有利地包括透镜结构和/或超临界角荧光结构(SAF结构)，所述SAF结构优选具有顶表面。透镜结构和/或SAF结构具有重定向从反应部分内的荧光团发射的光的功能，使得可以以简单的方式读出发射的光。有利地，光学元件校准发射的光，其用作可以读出的信号的放大。
优选地，光学元件是SAF结构。
SAF结构在本领域中是熟知的，并且例如描述在US2016011112、US2013236982A和/或US2007262265中。
在实施方案中，SAF结构是如现有技术文献US2016011112、US2013236982A和/或US2007262265中任一项中所述的光学元件，不同之处在于将光学元件引入如本文所述的微流体盒的反应部分中。
有利地，SAF结构是基部的整合部分，并且优选地由与剩余基部相同的材料制成，优选地通过注塑成型制备，其中SAF结构在凹部的部分中形成，所述凹部将形成反应部分。
在供选择的实施方案中，SAF结构部分地嵌入或安装到基部的剩余部分上。在实施方案中，以与基部的剩余部分的材料不同的材料，如具有较高折射率的材料提供SAF结构是更简单的。然而，通常期望SAF结构由与剩余基部相同的材料制成。
SAF结构优选地具有背离其突出处的顶表面，即如果SAF结构是基部的部分，则顶表面朝向箔。捕获探针有利地被固定到顶表面。在有几个SAF结构的情况下，各SAF结构的顶表面可以具有固定的相同或不同的捕获探针。
在将箔固定到基部之前，可以有利地固定捕获探针。
有利地，SAF结构包括朝向箔突出的平截头体形状，其顶表面朝向箔。捕获探针优选地被固定到顶表面。
在两个不同折射环境的界面处或附近的光的荧光发射(也称为发光发射)在超临界角(θc)以上的角度内将大部分光各向异性地发射到较高折射率介质(n2)中(参见图7)。SAF结构有利地成形为以高收集效率收集发射到较高折射率的大部分荧光。
SAF结构具有比反应部分中的流体更高的折射率，其可以是诸如空气的气体。如果样品已经从反应部分取出，则可以是在捕获探针已经捕获靶标之后将新鲜样品或另一种流体如水引入反应部分中。
以大于临界角的角度传播的发光发射被称为超临界角光。通常，超临界角光在例如约61.5度至约80度的角范围内传播。应当理解，根据激发，发光信号可以具有许多不同的形式。
为了确保从邻近顶表面-例如由捕获探针直接或间接(用连接分子或其他中间分子)捕获的荧光团发射的光的最佳校准，顶表面的直径和突出的SAF结构彼此适配是非常有利的。有利地，表面具有至少约0.01mm2，如约0.02mm2至约1mm2，如约0.03mm2至约0.8mm2，如约0.05mm2至约0.5mm2的面积。
顶表面优选具有圆形的，优选直径为约0.01mm至约1mm的环形的外周。
如所述的，在供选择的实施方案中，SAF结构被安装到箔上并朝向结构的第一面突出。
SAF结构有利地具有从基部突出的平截头体形状，其在朝向其顶表面的突出方向上具有变窄的直径，使得侧面与垂直于顶表面的中心线形成角度，该角度被称为平截头体角。
SAF结构可以例如具有选自方形平截头体形状、五边形平截头体、三角形平截头体(截棱锥体)或圆锥平截头体的平截头体形状。
有利地，SAF结构具有圆锥平截头体(有时也称为圆锥形平截头体形状)。
为了确保所需的校准，平截头体角小于超临界角。有利地，SAF结构的平截头体角为至少约50度，如约55度至约75度，如约58度至约70度，如约59度至约65度，如约60度至约61度，优选约60度。
SAF结构有利地具有突出高度，该突出高度足够大以重定向从固定到SAF结构的顶表面上的荧光团发射的光。优选地，光被校准并传输通过基部并从基部的第二面发射，在那里光由光学读取器读取。
优选地，SAF结构具有至少约0.03mm，如至少约0.1mm的突出高度，优选地，SAF结构的突出高度为SAF结构的顶表面的最大直径的约1倍至约3倍。
SAF结构的高度从顶表面到其根部确定，在其根部其与基部的剩余部分(或SAF结构形成箔的部分处的箔)连接或整合。
SAF结构(并且优选整个基部)具有高于1.33的折射率，1.33是水的折射率。有利地，SAF结构具有至少约1.4的折射率，如约1.45至约1.65的折射率。在优选的实施方案中，SAF结构由折射率为约1.59的聚苯乙烯制成。
温度调节器可以例如包括珀尔帖元件、薄箔加热元件和/或其他电阻加热元件。
有利地，温度调节器元件是热电元件，如珀尔帖元件，优选地，热电元件是可操作的，用于在选择的时间配置中的冷却和加热。
在实施方案中，操作系统可以包括用于传送激发光的发射器和用于读出光信号的读取器。读取器和发射器可以例如是共同的单元。当微流体盒定位成其箔面与操作系统接触用以对反应部分中的样品的温度调节时，发射器/读取器例如定位在微流体盒的第二面侧面上。
光学读取器原则上可以是能够感测关注的波长的任何种类的光检测器，即具有预期从光学检测部位获得的，例如发射或反射或通过光学检测部位的波长的光线。
有利地，光学读取器是多波长读取器。
在实施方案中，读取器包括光电二极管阵列和/或光电倍增管。合适的探测器可以例如从Hamamatsu Cooperation,Bridgewater,US或从Atmel Corporation,San Jose,US获得。
在实施方案中，光学读取器是数字成像读取器，优选呈电荷耦合器件(CCD)读取器的形式。
有利地，CCD读取器是彩色读取器，如3CCD读取器或滤色器马赛克CCD读取器。
3CCD读取器是CCD读取器，其包括二向分色光束分离器棱镜，其将图像分成红色、绿色和蓝色分量。
滤色器马赛克CCD读取器是CCD读取器，其包括滤色器，例如Bayer滤光片、RGBW滤光片(红色、绿色、蓝色、白色滤光器阵列)或CYGM滤光片(青色、黄色、绿色、品红色滤光器阵列)。
有利地，光学读取器是光谱仪，光谱仪优选被配置成使用包括至少两个不同光束的带宽操作。
光谱仪通常也称为分光镜，且用于跨特定带宽测量光的特性，如光的强度或偏振。
优选地，光谱仪被配置成跨包括可见光的带宽确定光强度。
在实施方案中，光谱仪被配置成跨包括至少两个不同光束的带宽确定光强度。
在实施方案中，光学读取器是光纤光谱仪，其包括多条光纤，所述光纤布置成接收从荧光团发射的光线。
有利地，用于激发荧光团的发射器可以是基于二极管的发射器。
在实施方案中，操作系统包括计算机系统，该计算机系统被配置成用于控制选自活塞(多个活塞)、温度调节元件和致动器的至少一种操作元件的操作。计算机系统优选包括存储器，其存储用于控制操作元件(多个操作元件)的操作的软件。计算机系统可以例如根据通过接口和/或在微流体盒上读取的代码(例如条形码)加载到计算机系统的代码，被编程以执行期望的分析程序。
有利地，计算机被编程为执行分析程序，其包括将样品填充到反应部分中，使其经受加热和/或冷却，将激发光朝向反应部分传送，读取从反应部分内的任选的荧光团发射的信号。分析程序可以包括在将激发光朝向反应部分传送之前从反应部分取出样品，读取从反应部分内的任选的荧光团发射的信号。任选地，在将激发光朝向反应部分传送之前，将另一种流体，如水引入反应部分中，读取从反应部分内的任选的荧光团发射的信号。
在实施方案中，分析程序包括激活激活器以压下覆盖槽部分的箔，激活激活器以至少部分释放覆盖槽部分的箔，激活活塞以封闭上游阀部分并激活温度调节元件，以根据预定温度计划调节反应部分中的样品温度。
有利地，计算机被编程为操作操作元件以进行以下描述的分析中的一种或多种。
在实施方案中，微流体分析系统还包括被配置用于激发反应部分中的荧光团的光源(发射器)。光源优选被配置为用于激发在SAF结构处捕获的荧光团。捕获可以是直接的或间接的。例如，靶标可以包含荧光团，或荧光团可以任选地通过连接分子被靶标捕获。
荧光团在本领域中是熟知的，并且被广泛用于定量和定性分析技术中。
荧光团(也被称为荧光染料或荧光发色团或发光分子)是可以通过吸收光能被激发并在特定波长下重新发射能量的分子。发射能量发射之前的波长、量和时间取决于荧光团及其化学环境二者，因为处于其激发态的分子可以与周围分子相互作用。
激发能量可以是非常窄或更宽的能量带，或者其可以是超过截止水平的所有能量。发射能量和波长通常比激发能量更特定，并且其通常具有更长的波长或更低的能量。激发能量的范围从紫外一直到可见光谱，并且发射能量可以从可见光延续到近红外区域中。
通常，期望选择具有相对特定的发射波长和能量的荧光团，以更简单地定性或定量测定靶组分。特别地，期望发射波长是相对特定的，即其应该优选地具有在测定方法中足够窄以与其他发射区分的波长带。
术语“相对特定的波长”意指可以与测试中的其他发射波长区分的波长。
特别地，在其中有几种不同的荧光团和任选的几种靶组分的情况下，荧光团具有相对特定的发射波长，使得来自各个荧光团的发射可以彼此区分开是优选的。
荧光团可以是任何类型的荧光团。在实施方案中，荧光团是量子点或芳族探针和/或缀合探针，如荧光素、苯的衍生物、金属硫属化合物荧光团或其组合。
量子点的实例描述于US7498177中，并且量子点可得自Life TechnologiesEurope BV。这些量子点包括超过150种不同的产品配置，其发射波长跨越宽波长范围，例如具有各自的发射波长：525、545、565、585、605、625、655和IR 705和800nm的量子点。
量子点的实例还包括可从Ocean NanoTech,Springdale,Arkansas 72764获得的量子点，包括具有跨越nm级的发射波长和PEG的官能化外核或其他生物相容涂层的超过40种的不同的产品配置，例如具有各自的发射波长：530、550、580、590、600、610、620和630nm。来自Ocean NanoTech的量子点包括具有不同官能团例如胺、COOH、苯基硼酸(PBA)的量子点，以及具有两亲聚合物和PEG涂层的量子点。可从Ocean NanoTech获得的量子点的其他实例是具有唯一核的量子点，例如在甲苯中提供，且仅具有十八烷胺涂层或具有两亲聚合物和PEG涂层。
在实施方案中，微流体分析系统还包括用于读取发射光，优选来自荧光团的发射光的光学读取器，更优选地，读取器被配置用于通过上述SAF结构读取发射光。
本发明还包括微流体盒，其包括具有一个或多个如上所述的SAF结构的反应部分。
本发明还包括微流体盒，所述微流体盒包括基部，所述基部具有第一面和第二相对面，并且在所述第一面中具有凹部；和箔，其固定到所述基部用于覆盖凹部并提供微流体盒箔面，其中具有凹部的基部和箔形成流动通道和槽。流动通道具有长度并且包括反应部分以及上游端和下游端。槽与槽下游的流动通道流体连通，并且微流体盒包括进入反应部分上游的流动通道的入口开口。流动通道包括在入口开口和反应部分之间的上游阀部分。流动通道的阀部分包括阀座。阀座优选地包括在基部的第一表面处的嵴结构。有利地，嵴结构从凹部中的基部的第一表面突出并且跨过凹部的至少部分。
有利地，微流体盒可以如上所述。
本发明还包括使用如上所述的微流体分析系统进行分析的方法。该方法包括：
·将所述微流体盒施加到所述操作系统上，使得所述反应部分极接近所述温度调节元件，同时所述致动器与所述槽部分相关联以压下覆盖所述槽部分的箔，并且所述活塞在上游阀部分处与流动通道相关联以压下该箔以封闭反应部分上游的流动通道；
·激活所述激活器以压下覆盖所述槽部分的箔，从而将流体(例如气体)压出所述槽；
·在所述流动通道的入口处施加样品；
·激活所述激活器以至少部分释放覆盖所述槽部分的所述箔，从而吸入所述样品，优选地使所述样品至少部分填充所述反应部分；
·激活所述活塞以封闭所述上游阀部分；
·激活所述激活器以压下覆盖所述槽部分的所述箔，从而在反应部分中施加压力，所述压力高于在没有压下箔时将具有的压力；和
·激活所述温度调节元件以根据预定温度计划调节反应部分中的样品的温度。
温度计划可以例如是要保持温度恒定，例如保持在37℃下持续预定的时间，以加热至最高温度，然后冷却，以冷却至低温，然后升高温度等。
有利地，操作系统保持所述微流体盒，使得当保持极接近于所述温度调节元件时，至少反应部分是倾斜的。
如上所述，已经发现可以从反应部分的读出区域完全或部分地除去任选形成的气泡，从而确保气泡不会使读出变差。
在实施方案中，至少反应部分的中心轴相对于水平面倾斜，如倾斜角为至少约3度，如至少约5度，如约10至约45度，如约15至约30度。
在实施方案中，微流体盒的基部基本上是平面的，并且微流体盒被施加到操作系统上，使得操作系统将所述基部保持在相对于水平面的倾斜位置，如倾斜角为至少约3度，如至少约5度，如约10至约45度，如约15至约30度。在实施方案中，将所述反应部分中的样品孵育预定的时间，其中根据温度计划使其经受温度调节。
有利地，孵育时间相对较短，如小于30分钟，例如2-10分钟。
流动通道可以包括下游阀部分，并且所述操作系统可以包括用于如上所述的下游阀部分的相关联的活塞。在该实施方案中，所述方法有利地包括激活相关联的活塞以封闭下游阀部分，其中在所述反应部分中施加压力后，所述下游阀部分优选被封闭。由于没有流体由此可以从反应部分逸出，由此施加到反应部分的压力可以保持非常稳定。尽管可以控制致动器以相对高的准确度施加特定压力，但是操作致动器以随时间保持压力稳定可能是更困难的。通过下游阀部分和相关的活塞的封闭可以使以高准确度保持期望压力更简单。
在反应部分包含用于包含荧光团或与荧光团连接的靶标的捕获探针的情况下，该方法有利地包括定量或定性地确定样品中靶标的存在，其中该方法包括朝向微流体盒的反应部分发射激发光并且读出任选的发射信号。
短语“靶标与荧光团相关”意指荧光团适于通过连接分子直接或间接结合到靶标。
如上所述，微流体盒优选地包括光学元件，更优选地包括SAF结构(多个SAF结构)。
在捕获探针被固定到SAF结构的顶部部分的情况下，样品—其任选地包含未被捕获探针捕获的荧光团—在激发和读出之前不必被去除，因为仅附近的荧光团(由捕获探针捕获的)将发射光，所述光将主要以高于临界角的角度传播到SAF结构中。其他荧光团—在样品中自由流动的—将在所有方向上基本均匀地发光，从而使其散布。由此，使用者或读取器可以确定什么是背景噪声(例如，散布的发射光)以及什么是实际信号。然而，对于一些分析，可以期望在发射激发光和读出之前从反应部分取出样品。
在捕获探针被固定到流动通道的反应部分内的表面的实施方案中，该方法有利地包括激活活塞(多个活塞)以打开上游阀部分和任选的下游阀部分并激活激活器以将样品吸出反应部分，优选地以将样品部分或完全吸入槽中。优选地，在朝向反应部分发射激发光并读出之前，将样品吸出反应部分。
在实施方案中，在朝向反应部分发射激发光并读出之前，将另一种流体如水进料到所述反应部分中。
在实施方案中，捕获探针被固定到反应部分内的基部或箔的光学元件，并且光学元件优选地被构建成重定向并优选地校准从偶联到如上所述的捕获探针的荧光团发射的光。
激发光优选地从微流体盒的侧面朝向光学元件发射，在所述微流体盒的侧面处，所述光学元件是所述基部的部分—即在光学元件形成基部的部分的情况下，激发光朝向微流体盒的基部侧发射—即使得激发光撞击到基部的第二表面上。
在光学元件为SAF结构的情况下，激发光优选地朝向SAF结构发射，其传播方向基本上垂直于SAF结构的顶表面，优选地使得激发光通过SAF结构传播以激发由捕获探针捕获的荧光团。
除非存在不组合这样的特征的特定原因，否则包括范围和优选范围的本发明的所有特征和如上所述的本发明的实施方案可以在本发明的范围内以各种方式组合。
附图简述
参考附图，通过以下对本发明实施方案的说明性和非限制性描述，将进一步阐明本发明的以上和/或另外的目的、特征和优点。
图1是根据本发明的实施方案的微流体盒的示意性俯视图。
图2是根据本发明的实施方案的微流体盒的示意性俯视图。
图3a、3b、3c和3d是操作中的微流体分析系统的实施方案的示意图。
图3e对应于图3d，其中至少反应部分相对于水平面倾斜。
图4是根据本发明的实施方案的微流体盒的透视图。
图5是包括微流体操作系统和多个微流体盒的微流体分析系统的透视图。
图6a、6b和6c是操作中的微流体分析系统的实施方案的示意图，其中反应部分包括靶探针。
图7是SAF结构的透视图和剖视图。
图8是另一个SAF结构的剖视图。
图9是微流体盒的剖视图，其中基部被成形为具有SAF样结构。
图10是形成发射器-读取器组件的发射器和读取器单元的示意性侧视图。
图11示出了发射器和读取器单元的发射面和接收面。
图12示出了适合用于本发明的实施方案的微流体分析系统的微流体操作系统。
为清楚起见，附图是示意性的和简化的。贯穿本文，相同的附图标记用于相同或相应的部件。
根据下文给出的描述，本发明的进一步适用范围将变得显而易见。然而，应该理解的是，描述和具体实施例虽然显示本发明的优选实施方案，但是仅以说明的方式给出，因为根据该描述和实施例，在本发明的精神和范围内的各种变化和修改对于本领域技术人员而言将变得显而易见。
图1的微流体盒包括5条在箔和基部之间形成的流动通道1。从箔侧面观看微流体盒。每个微流体盒包括反应部分2的任一侧的上游端和下游端。可以看出，反应部分2比流动通道1的剩余部分更宽。每个通道与槽3流体连通。在所示实施方案中，每条通道具有其自己的槽3。在变型中，两条或更多条通道可以与共同的槽流体连通。微流体盒具有流动通道1的共同的入口4。每条流动通道还包括上游阀部分5，其可以通过如上所述的微流体操作系统的相关的活塞封闭。流动通道可包含施加在通道中的荧光团6，其中所述荧光团6适于与靶标反应，所述靶标可以被布置的，例如固定在反应部分2中的捕获探针捕获。包括反应部分的微流体盒的区域2a有利地与微流体操作系统的温度调节元件相关联，用于调节例如如上所述的反应部分2中的样品的温度。
箔是挠性的并且在使用中，槽被微流体操作系统的致动器压下，样品被施加在入口中并且致动器释放箔，由此样品被吸入到通道中。在第一释放步骤中，致动器可以例如仅被部分释放，使得样品被吸入包含荧光团的流动通道1的部分中，并且在那里样品可以获得某个预定时间以使荧光团6悬浮。此后，可以进一步(例如完全)释放致动器以将样品抽入反应部分2中。例如，如上所述使样品经受温度调节。此后，可以光学检测具有荧光团的任选地捕获的靶标。任选地，在光学检测之前将样品从反应部分移出并移入槽中。
图2的微流体盒包括单个流动通道11和在箔17和基部16之间形成的槽13。基部16具有第一面16a和第二相对面16b，并且在第一面中包括凹部和固定到基部用于覆盖凹部的箔17。箔面是箔17的背离基部16的面。
流动通道具有从其入口14到槽13的长度，并且包括反应部分12以及上游端和下游端，其中槽13与反应部分下游的流动通道11流体连通。
基部16在反应部分12处较薄，以确保从基部侧面12a的最佳激发和读出。
流动通道15还包括上游阀部分15，其可以由如上所述的微流体操作系统的相关的活塞封闭。上游阀部分15具有阀座，所述阀座包括密封件，用于当被所述活塞的所述活塞头压下时密封箔。
图3a、3b、3c和3d显示了操作中的微流体分析系统的实施方案。
微流体分析系统包括微流体盒和相关的微流体操作系统。微流体盒包括基部26，其具有第一面和第二相对面，并且在第一面中具有凹部和固定到基部26用于覆盖凹部的箔27。具有凹部的基部26和箔27形成流动通道21和槽23。微流体盒包括入口开口24，该入口开口24由如上所述的基部26中的孔口形成。
通过提供足够大的孔口，使得孔口的外周中的基部的边缘和覆盖孔口的箔17提供对于样品滴足够大的腔，降低了溢出样品的风险。
流动通道21包括上游阀部分25和反应部分22。
操作系统包括支撑框架28、活塞29b、温度调节元件28a和致动器29a，其定位成使得微流体盒的箔面可以定位成与操作系统接触，反应部分22极接近于温度调节元件28a，同时致动器29a与槽部分23相关联以压下覆盖槽部分23的箔27，并且活塞29b在上游阀部分25处与流动通道21相关联以压下箔27以封闭反应部分22上游的流动通道21。
在图3a中，微流体盒定位成与微流体操作系统接触。如所见的，反应部分22被定位成极接近于温度调节元件28a，致动器29a与槽部分23相关联以压下覆盖槽部分23的箔27，并且活塞29b在上游阀部分25处与流动通道21相关联以压下箔27以封闭反应部分22上游的流动通道21。
如可以观察到的，覆盖反应部分的箔27a具有朝向基部偏移，以减小反应部分的体积的趋势。除非如本文所述的施加压力，否则当反应部分包含流体时，该作用已显示增强。
如致动器28a处的箭头所示，致动器被激活以压下覆盖槽23的箔27，从而将空气通过入口24压出流动通道21。此后如图3b所示，将样品滴施加到入口24并释放致动器，由此将样品吸入流动通道21和反应部分22中。在图3c和3d中未显示样品，但应解释为样品处于微流体盒中。
在图3c中，活塞29b被激活以封闭上游阀部分25。此后，致动器29a被激活以压下覆盖槽23的箔27，从而略微升高反应部分中的压力，使得覆盖反应部分22的箔27a’不再朝向基部26被压下，而是远离基部26偏移，即其略微凸起。
图3d显示当其压下覆盖槽23的箔27时的致动器29a。
微流体盒包括取出凹陷22a，其可以用于从反应部分22移除样品。具有针的注射器可用于在取出凹陷22a处刺穿薄壁进入反应部分22。
图3e对应于图3d，其中操作系统包括基座F，用于确保至少反应部分相对于水平面倾斜。可以看出，反应中心的中心轴RC相对于水平面H倾斜，并且基部的平面PB也相对于水平面H倾斜。由于倾斜的位置，在反应室中形成的，例如由温度调节引起的任何气泡将迁移到槽部分，且因此这样的气泡将不会使光学读出变差。
图4中的微流体盒包括流动通道31和在箔和基部之间形成的槽43。微流体盒包括通向流动通道31的入口34。流动通道31具有上游阀部分35、反应部分32和下游阀部分35a。
在图5中，多个图4中所示的微流体盒30与微流体操作系统40一起形成微流体分析系统。可以看出，微流体盒30中的一个被插入微流体操作系统40的狭槽中。
图6a、6b和6c示出了操作中的微流体分析系统的实施方案，其中反应部分包括任选地固定到如上所述的SAF结构的靶探针42b。
微流体分析系统包括微流体盒和相关的微流体操作系统。微流体盒包括基部46，该基部46具有第一面和第二相对面，并且在第一面中具有凹部和固定到基部46用于覆盖凹部的箔47。具有凹部的基部46和箔47形成流动通道41和槽43。微流体盒包括入口开口24，该入口开口24由如上所述的基部46中的孔口形成。
流动通道41包括上游阀部分45和反应部分42。
反应部分42包括固定到基部46，优选地固定到SAF结构的顶表面上的捕获探针42。
操作系统包括支撑框架48、活塞49b、温度调节元件48a和致动器49a，其定位成使得微流体盒的箔面可以定位成与操作系统接触，反应部分42极接近所述温度调节元件48a，同时所述致动器49a与所述槽部分43相关联以压下覆盖所述槽部分43的箔47，并且所述活塞49b在上游阀部分45处与流动通道41相关联以压下箔47以封闭反应部分42上游的流动通道41。
基部46在反应部分42处较薄，从而在基部46中形成腔42a，以确保从腔42a处的基部侧面的最佳激发和读出。
在图6a中，微流体盒被定位成与微流体操作系统接触，反应部分41被定位成极接近于温度调节元件28a。
如可以观察到的，覆盖反应部分42的箔47a稍微偏移到基部46的凹部中。
如致动器48a处的箭头所示，致动器被激活以压下覆盖槽43的箔47，从而将空气通过入口24压出流动通道41。样品滴被施加到入口44，并且释放致动器，由此将样品吸入流动通道41和反应部分42中。在图3c中未显示样品，但应解释为样品在微流体盒中。
在图6b中，活塞49b被激活以封闭上游阀部分45。此后，致动器49a被激活以压下覆盖槽43的箔47，从而略微升高反应部分中的压力，使得覆盖反应部分42的箔47a’不再偏移到基部46的凹部中，而是远离基部26偏移，即其略微凸起。
图7中所示的SAF结构具有圆锥平截头体形状，具有顶表面51和平截头体角α。平截头体角α小于超临界角(θc)。
对于顶表面51处的荧光团，大部分荧光被发射到高折射介质(n2)中，即在临界角的方向上被发射到SAF结构中。
图8中所示的SAF结构具有圆锥平截头体形状，其顶表面包括固定的捕获探针，其已经捕获具有荧光团52a或连接到荧光团52a的靶标。SAF结构具有突出高度h、顶表面直径tD和底部直径bD。SAF结构是反应部分处的基部56的部分，其中基部56相对较薄，例如，如图6a、6b和6c中所示。通过从基部侧面发射激发光来激发荧光团52a，如图8上所示。激发的荧光团以超过超临界角(θc)的角度各向异性地向SAF结构中发射光-所述SAF结构具有比反应部分中的样品、空气或水更高的折射率。发射的光被校准，并且可以由读取器作为光圈读出。
图9显示了微流体盒的变体。在贯穿流动通道的反应部分62的横截面中观看微流体盒。
在该实施方案中，基部66具有直角梯形横截面，其形成SAF结构。基部66具有顶表面，该顶表面包括固定的捕获探针62a，所述固定的捕获探针62a已经捕获具有荧光团62a或连接到荧光团62a的靶标。底部66还包括固定到箔67的凸缘66a，用于形成包括反应部分62的流动通道。
直角梯形SAF结构具有突出高度h、顶表面直径tD和底部直径bD。
由于直角梯形SAF结构，可以通过在直角梯形SAF结构的中心部分发射激发光来激发荧光团62a，如E1所示。供选择地或同时，可以通过朝向直角梯形SAF结构的侧壁66b发射激发光来间接地激发荧光团62a，如E2所示。然后，发射的激发光被侧壁66b朝向荧光团反射。来自荧光团62a的信号可以如用R所示的被读取为两条平行线。
图10中所示的发射器-读取器组件包括：壳体70，所述壳体70包括多个未示出的二极管，所述二极管具有各自的中心波长，用于激发荧光团的各个波长。发射器-读取器组件还包括发射器光纤束71，所述发射器光纤束71包括与各个二极管光连接的多条光纤，用于朝向被微流体盒的反应部分中的捕获探针捕获的未显示的荧光团引导光。发射器光纤束71具有与光纤的发射器输出端73相邻的长度部分72，光79从发射器输出端73发射。
在长度部分72中，发射器束71与读取器纤维束76合并，使得长度部分是共同的发射器-读取器长度部分72。共同的发射器-读取器长度部分62通过套管74保持在一起。读取器光纤束76包括多条光纤，所述光纤具有读取器输入端75，所述读取器输入端75布置成接收来自荧光团的光信号79。读取器纤维束76被固定到连接器77，在此处其通过例如另一种纤维束的形式的波导78连接到未显示的读取单元，例如，分光镜。
发射器输出端73和读取器输入端75有利地以预定图案布置。有利地，选择预定图案以便获得高激发率和高读取率。发射器输出端73有利地被读取器输入端75围绕，以确保荧光团的最佳激发和来自荧光团的发射光的读出。
图11示出了发射器和读取器单元的发射面和接收面，例如，以期望的预定图案布置的发射器输出端73和读取器输入端75，其中发射器输出端73布置在中心部分中，并且读取器输入端75围绕发射器输出端73。
图12示出了适合用于本发明实施方案的微流体分析系统的微流体操作系统。微流体操作系统优选地包括用于插入微流体盒的狭槽，并且包括上述操作系统，优选地与用于激发荧光团的发射器和用于读取来自荧光团的发射信号的读取器组合。
为清楚起见，附图是示意性和简化的。贯穿本文，相同的附图标记用于相同或相应的部件。

Claims (71)

1.一种微流体分析系统，其包括微流体盒和相关的微流体操作系统，所述微流体盒包括：基部，所述基部具有第一面和第二相对面并且在第一面中具有凹部；和箔，所述箔固定到基部以覆盖凹部并且形成所述微流体盒的箔面，其中具有凹部的基部和箔形成流动通道和槽，流动通道具有长度并且包括反应部分以及上游端和下游端，其中槽与反应部分下游的流动通道流体连通，并且微流体盒包括进入反应部分上游的所述流动通道的入口开口，
所述操作系统包括活塞、温度调节元件和致动器，其定位成使得所述微流体盒的所述箔面适于定位成与所述操作系统接触，所述反应部分极接近于所述温度调节元件，同时所述致动器与槽部分相关联以压下覆盖所述槽部分的箔，并且所述活塞在上游阀部分处与流动通道相关联以压下箔以封闭反应部分上游的流动通道。
2.权利要求1所述的微流体分析系统，其中所述操作系统适于保持所述微流体盒，使得当保持极接近于所述温度调节元件时，至少反应部分是倾斜的，优选地，至少反应部分的中心轴相对于水平面是倾斜的，如倾斜角为至少约3度，如至少约5度，如约10至约45度，如约15至约30度。
3.权利要求1或权利要求2所述的微流体分析系统，其中所述微流体盒的所述基部基本上是平面的，所述操作系统适于保持所述微流体盒，使得基部相对于水平面倾斜，如倾斜角为至少约3度，如至少约5度，如约10至约45度，如约15至约30度。
4.前述权利要求中任一项所述的微流体分析系统，其中进入所述流动通道的所述入口开口布置在所述上游端，优选地，所述入口开口由穿过所述基部的孔口提供。
5.前述权利要求中任一项所述的微流体分析系统，其中紧邻入口的所述流动通道具有从箔面俯视观看到的宽度，其小于入口开口的宽度，优选地，宽度为约10μm至约500μm，如约25μm至约200μm。
6.前述权利要求中任一项所述的微流体分析系统，其中所述槽具有从箔面俯视观看到的宽度，所述宽度大于流动部分的最大宽度。
7.前述权利要求中任一项所述的微流体分析系统，其中所述槽的体积是流动通道的总体积的至少0.5倍，如至少约流动通道的总体积，如流动通道的体积的约1.5至约100倍，如流动通道的总体积的约2至约10倍。
8.前述权利要求中任一项所述的微流体分析系统，其中所述流动通道的所述阀部分包括阀座，所述阀座优选地包括在基部的第一表面处的嵴结构，其中嵴结构从所述凹部中的基部的第一表面突出，并且跨过所述凹部的至少部分。
9.权利要求8所述的微流体分析系统，其中所述嵴结构在基本垂直于所述流动通道的方向上延伸。
10.权利要求8或权利要求9所述的微流体分析系统，其中所述阀座包括密封件，用于当被所述活塞的所述活塞头压下时密封箔。
11.前述权利要求中任一项所述的微流体分析系统，其中所述流动部分的所述阀部分的宽度大于流动通道的最小宽度。
12.前述权利要求中任一项所述的微流体分析系统，其中所述活塞包括活塞头，所述活塞头被成形为在所述流动通道的所述阀部分处与所述凹部配合以封闭所述流动通道。
13.前述权利要求中任一项所述的微流体分析系统，其中所述流动通道没有任何穿过基部和/或上游阀部分的下游的箔的孔口。
14.前述权利要求中任一项所述的微流体分析系统，其中当所述上游阀部分被所述活塞封闭时，上游阀部分的下游的流动通道和所述槽构成封闭的体积。
15.前述权利要求中任一项所述的微流体分析系统，其中所述流动通道包括下游阀部分，并且所述操作系统包括用于下游阀部分的相关的活塞，优选地，所述下游阀部分如上游阀部分那样被成形。
16.前述权利要求中任一项所述的微流体分析系统，其中所述反应部分具有从箔面俯视观看到的宽度，所述宽度大于紧邻入口的通道，优选地，反应部分的宽度大于最接近的上游和/或下游的流动通道，更优选地，反应部分的平均宽度为约2mm至约5cm，如约5mm至约2cm。
17.前述权利要求中任一项所述的微流体分析系统，其中所述反应部分包括用于靶标的捕获探针，所述捕获探针优选地被固定到流动通道的反应部分内的表面。
18.权利要求17所述的微流体分析系统，其中所述捕获探针被固定到箔和/或固定到所述基部的第一面。
19.前述权利要求中任一项所述的微流体分析系统，其中所述反应部分内的所述基部包括至少一个光学元件，所述光学元件优选地被构建成重定向并优选地校准从邻近所述基部的第一面的荧光团发射的光，优选地，所述光学元件包括固定到所述基部的所述第一面的用于靶标的捕获探针。
20.前述权利要求中任一项所述的微流体分析系统，其中所述反应部分内的所述箔包括至少一个光学元件，所述光学元件优选地被构建成重定向并优选地校准从邻近所述反应部分内的箔的荧光团发射的光，优选地，所述光学元件包括固定到所述反应部分内的所述箔的用于靶标的捕获探针。
21.权利要求19或权利要求20所述的微流体分析系统，其中所述光学元件包括透镜结构和/或超临界角荧光结构(SAF结构)，所述SAF结构优选地具有顶表面。
22.权利要求21所述的微流体分析系统，其中所述SAF结构是基部的整合部分，并且优选地由与剩余基部相同的材料制成。
23.权利要求21所述的微流体分析系统，其中所述SAF结构部分嵌入或安装到基部的剩余部分上，所述SAF结构由与剩余基部相同的材料制成或由不同的材料制成，如由比剩余基部的材料的折射率更高的材料制成。
24.权利要求21-23中任一项所述的微流体分析系统，其中所述SAF结构包括朝向箔突出的平截头体形状，其顶表面朝向箔，所述捕获探针优选地被固定到所述顶表面，所述顶表面优选具有至少约0.01mm2，如约0.02mm2至约1mm2，如约0.03mm2至约0.8mm2，如约0.05mm2至约0.5mm2的面积。
25.权利要求21所述的微流体分析系统，其中所述SAF结构被安装到箔上，并且朝向结构的第一面突出，所述SAF结构由与结构相同的材料制成或由不同的材料制成，如由比结构的材料的折射率更高的材料制成。
26.权利要求25所述的微流体分析系统，其中所述SAF结构包括朝向结构的第一面突出的平截头体形状，其顶表面朝向箔，所述捕获探针优选地被固定到所述顶表面，所述顶表面优选具有至少约0.01mm2，如约0.02mm2至约1mm2，如约0.03mm2至约0.8mm2，如约0.05mm2至约0.5mm2的面积。
27.权利要求21-26中任一项所述的微流体分析系统，其中所述SAF结构包括选自以下的平截头体形状：方形平截头体形状、五边形平截头体、三角形平截头体(截棱锥体)或圆锥平截头体，优选地，所述平截头体形状为圆锥平截头体。
28.权利要求27所述的微流体分析系统，其中所述SAF结构具有至少约50度，如约55度至约75度，如约58度至约70度，如约59度至约65度，如约60度至约61度，优选约60度的平截头体角。
29.权利要求21-28中任一项所述的微流体分析系统，其中所述SAF结构具有突出高度，所述突出高度足够大以重定向由固定到SAF结构的顶表面上的荧光团发射的光，优选地，SAF结构具有至少约0.03mm，如至少约0.1mm的突出高度，优选地，SAF结构的突出高度是SAF结构的顶表面的最大直径的约1倍至约3倍。
30.权利要求21-29中任一项所述的微流体分析系统，其中所述SAF结构具有高于1.33的折射率，如至少约1.4的折射率，如约1.45至约1.65的折射率。
31.权利要求19-30中任一项所述的微流体分析系统，其中所述反应部分包括多个所述光学元件，如SAF结构。
32.前述权利要求中任一项所述的微流体分析系统，其中所述温度调节元件是热电元件，如珀尔帖元件，优选地，所述热电元件是可操作的，用于在选择的时间配置中冷却和加热。
33.前述权利要求中任一项所述的微流体分析系统，其中所述操作系统包括计算机系统，所述计算机系统被配置用于控制至少一个操作元件的操作，所述操作元件选自所述活塞(多个活塞)、所述温度调节元件和所述致动器，所述计算机系统优选地包括存储器，其存储用于控制所述操作元件(多个操作元件)的操作的软件。
34.权利要求33所述的微流体分析系统，其中所述计算机被编程为执行分析程序，所述分析程序优选地包括激活所述激活器以压下覆盖所述槽部分的箔，激活所述激活器以至少部分释放覆盖所述槽部分的所述箔，激活所述活塞以封闭所述上游阀部分，和激活温度调节元件以根据预定温度计划调节反应部分中的样品的温度。
35.权利要求33或权利要求34所述的微流体分析系统，其中所述计算机被编程为操作所述操作元件，用于执行权利要求63-71中任一项所定义的方法中的一种或多种。
36.前述权利要求中任一项所述的微流体分析系统，其中所述微流体分析系统还包括光源，所述光源被配置用于激发所述反应部分中的荧光团，所述光源优选地被配置用于激发在SAF结构处捕获的荧光团。
37.前述权利要求中任一项所述的微流体分析系统，其中所述微流体分析系统还包括光学读取器，用于读取发射的光，优选来自荧光团的发射的光，更优选地，所述读取器被配置用于经由SAF结构读取发射的光。
38.一种微流体盒，其包括：基部，所述基部具有第一面和第二相对面并且在第一面中具有凹部；和箔，所述箔固定到基部用于覆盖凹部并且提供微流体盒箔面，其中具有凹部的基部和箔形成流动通道和槽，流动通道具有长度并且包括反应部分以及相对于所述反应端的上游端和下游端，其中槽与槽下游的流动通道流体连通，并且微流体盒包括进入反应部分上游的所述流动通道的入口开口，其中所述流动通道包括所述入口开口和所述反应部分之间的上游阀部分，所述流动通道的所述阀部分包括阀座，所述阀座优选地包括在基部的第一表面处的嵴结构，其中嵴结构从所述凹部中的基部的第一表面突出，并且跨过所述凹部的至少部分。
39.权利要求38所述的微流体盒，其中进入所述流动通道的所述入口开口布置在所述上游端处，优选地，所述入口开口由穿过所述基部的孔口提供。
40.权利要求38或权利要求39所述的微流体盒，其中紧邻入口的所述流动通道具有从箔面俯视观看到的宽度，所述宽度小于入口开口的宽度，优选地，宽度为约10μm至约500μm，如约25μm至约200μm。
41.前述权利要求38-40中任一项所述的微流体盒，其中所述槽具有从箔面俯视观看到的宽度，所述宽度大于流动部分的最大宽度，优选地，所述槽的体积为流动通道的总体积的至少0.5倍，如至少约流动通道的总体积，如流动通道的体积的约1.5至约100倍，如流动通道的总体积的约2至约10倍。
42.前述权利要求38-41中任一项所述的微流体盒，其中所述嵴结构在基本垂直于所述流动通道的方向上延伸。
43.前述权利要求38-42中任一项所述的微流体盒，其中所述阀座包括密封件，用于密封所述活塞，优选地用于密封所述活塞的活塞头。
44.前述权利要求38-43中任一项所述的微流体盒，其中所述流动部分的所述阀部分的宽度大于紧邻入口的所述流动通道的宽度。
45.前述权利要求38-44中任一项所述的微流体盒，其中所述流动通道没有任何既不穿过基部也不穿过上游阀部分的下游的箔的孔口。
46.前述权利要求38-45中任一项所述的微流体盒，其中当所述上游阀部分被封闭时，上游阀部分的下游的所述流动通道和所述槽构成封闭的体积。
47.前述权利要求38-46中任一项所述的微流体盒，其中所述流动通道包括下游阀部分，所述下游阀部分包括阀座。
48.前述权利要求38-47中任一项所述的微流体盒，其中当所述反应部分具有从箔面俯视观看到的宽度时，所述宽度大于紧邻入口的通道，优选地，反应部分的宽度大于最接近的上游和/或下游流动通道，更优选地，反应部分的平均宽度为约2mm至约5cm，如约5mm至约2cm。
49.前述权利要求38-48中任一项所述的微流体盒，其中所述反应部分包括用于靶标的捕获探针，所述捕获探针优选地被固定到流动通道的反应部分内的表面，优选地，所述捕获探针被固定到箔和/或被固定到所述基部的第一面。
50.前述权利要求38-49中任一项所述的微流体盒，其中所述反应部分内的所述基部包括至少一个光学元件，所述光学元件优选地被构建成重定向并优选地校准从邻近所述基部的第一面的荧光团发射的光，优选地，所述光学元件包括固定到所述基部的所述第一面的用于靶标的捕获探针。
51.前述权利要求38-49中任一项所述的微流体盒，其中所述反应部分内的所述箔包括至少一个光学元件，所述光学元件优选地被构建成重定向并优选地校准从邻近所述反应部分内的箔的荧光团发射的光，优选地，所述光学元件包括固定到所述反应部分内的所述箔的用于靶标的捕获探针。
52.权利要求50或权利要求51所述的微流体盒，其中所述光学元件包括透镜结构和/或超临界角荧光结构(SAF结构)，所述SAF结构优选具有顶表面。
53.权利要求52所述的微流体盒，其中所述SAF结构是基部的整合部分，并且优选地由与剩余基部相同的材料制成。
54.权利要求52所述的微流体盒，其中所述SAF结构部分地嵌入或安装到基部的剩余部分上，所述SAF结构由与剩余基部相同的材料制成或由不同的材料制成，如由比剩余基部的材料的折射率更高的材料制成。
55.前述权利要求52-54中任一项所述的微流体盒，其中所述SAF结构包括朝向箔突出的平截头体形状，其顶表面朝向箔，所述捕获探针优选被固定到所述顶表面，所述顶表面优选具有至少约0.01mm2，如约0.02mm2至约1mm2，如约0.03mm2至约0.8mm2，如约0.05mm2至约0.5mm2的面积。
56.权利要求52所述的微流体盒，其中所述SAF结构被安装到箔上，并且朝向结构的第一面突出，所述SAF结构由与结构相同的材料制成或由不同的材料制成，如由比结构的材料的折射率更高的材料制成。
57.权利要求56所述的微流体盒，其中所述SAF结构包括朝向结构的第一面突出的平截头体形状，其顶表面朝向箔，所述捕获探针优选地被固定到所述顶表面，所述顶表面优选具有至少约0.01mm2，如约0.02mm2至约1mm2，如约0.03mm2至约0.8mm2，如约0.05mm2至约0.5mm2的面积。
58.权利要求52-57中任一项所述的微流体盒，其中所述SAF结构包括选自以下的平截头体形状：方形平截头体形状、五边形平截头体、三角形平截头体(截棱锥体)或圆锥平截头体，优选地，所述平截头体形状为圆锥平截头体。
59.权利要求58所述的微流体盒，其中所述SAF结构具有至少约50度，如约55度至约75度，如约58度至约70度，如约59度至约65度，如约60度至约61度，优选约60度的平截头体角。
60.权利要求52-59中任一项所述的微流体盒，其中所述SAF结构具有至少约0.03mm，如至少约0.1mm的突出高度，优选地，SAF结构的突出高度是SAF结构的顶表面的最大直径的约1倍至约3倍。
61.权利要求52-60中任一项所述的微流体盒，其中所述SAF结构具有高于1.33(水的折射率)的折射率，如至少约1.4的折射率，如约1.45至约1.65的折射率。
62.权利要求52-60中任一项所述的微流体盒，其中所述反应部分包括多个SAP结构。
63.一种使用权利要求1-37中任一项所述的微流体分析系统进行分析的方法，所述方法包括：
·将所述微流体盒施加到所述操作系统上，使得所述反应部分极接近所述温度调节元件，同时所述致动器与槽部分相关联以压下覆盖所述槽部分的箔，并且所述活塞在上游阀部分处与流动通道相关联以压下箔以封闭反应部分上游的流动通道；
·激活所述激活器以压下覆盖所述槽部分的箔，从而将流体(例如气体)压出槽；
·在流动通道的入口处施加样品；
·激活所述激活器以至少部分释放覆盖所述槽部分的箔，从而吸入样品，优选地使得样品至少部分填充反应部分；
·激活所述活塞以封闭所述上游阀部分；
·激活所述激活器以压下覆盖所述槽部分的箔，从而在反应部分中施加压力，所述压力高于在没有压下箔时将具有的压力；和
·激活温度调节元件以根据预定温度计划调节反应部分中的样品的温度。
64.权利要求63所述的进行分析的方法，其中所述操作系统保持所述微流体盒，使得当保持极接近于所述温度调节元件时，至少所述反应部分是倾斜的，优选地，至少反应部分的中心轴相对于水平面是倾斜的，如倾斜角为至少约3度，如至少约5度，如约10至约45度，如约15至约30度。
65.权利要求63或权利要求64所述的进行分析的方法，其中所述微流体盒的所述基部基本上是平面的，并且将所述微流体盒施加到所述操作系统上，使得所述操作系统将所述基部保持在相对于水平面倾斜的位置，如倾斜角为至少约3度，如至少约5度，如约10至约45度，如约15至约30度。
66.权利要求63-65中任一项所述的进行分析的方法，其中将反应部分中的样品孵育预定的时间，其中根据温度计划使其经受温度调节。
67.权利要求63-66中任一项所述的进行分析的方法，其中流动通道包括下游阀部分，并且所述操作系统包括用于下游阀部分的相关的活塞，并且所述方法包括激活所述相关的活塞以封闭所述下游阀部分，在反应部分中施加压力后，优选封闭所述下游阀部分。
68.权利要求63-67中任一项所述的进行分析的方法，其中反应部分包括用于靶标的捕获探针，所述靶标包含荧光团或与荧光团连接，所述方法包括定量或定性测定样品中的靶标的存在，其中所述方法包括朝向所述微流体盒的所述反应部分发射激发光，并读出任选的发射信号。
69.权利要求68所述的进行分析的方法，其中捕获探针被固定到流动通道的反应部分内的表面，其中所述方法包括激活所述活塞(多个活塞)以打开所述上游阀部分和任选的下游阀部分，并激活所述激活器以将样品吸出反应部分，优选地以将样品部分或完全吸入槽中，优选地，在朝向所述反应部分发射所述激发光之前，将所述样品吸出反应部分。
70.权利要求69所述的进行分析的方法，其中所述捕获探针被固定到所述反应部分内的基部或箔的光学元件，所述光学元件优选地被构建成重定向并优选地校准从偶联到所述捕获探针的荧光团发射的光。
71.权利要求70所述的进行分析的方法，其中所述光学元件包括透镜结构和/或超临界角荧光结构(SAF结构)，所述SAF结构作为顶表面，并且所述捕获探针被固定到所述顶表面。
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