CN109328110A - 带有试剂存储器的流动池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有至少一个含有液态试剂(8)的存储区域(13)的流动池。根据本发明，存储区域(13)通过与试剂(8)一起装入流动池内的开口中的载体元件(7)限定，载体元件(7)向外流体密封地封闭存储区域(13)，并且具有将液态试剂(8)保持在载体元件上的管结构或/和毛细结构(12)。

Description

带有试剂存储器的流动池

技术领域

本发明涉及一种带有至少一个含有试剂的存储区域的流动池。

背景技术

微流体流动池已知越来越多地特别是在生命科学中用于物质的诊断、分析或/和合成。这种流动池已知通常处理非常小量的试剂，所述试剂与要分析的或要处理的样品相互作用，并且所述试剂在流动池的制造或使用过程中引入流动池中。

试剂可以在流动池内部存储在存储腔、输送通道或引入流动池的容器中。为了存储液态试剂，尤其考虑使用通过预定断开阻隔部封闭的泡结构，所述泡结构优选由铝层压结构制成。这种泡结构的容量不能任意减少或加大。特别是大泡结构需要防止意外挤出的覆盖壳体。容量向下受到制造公差的限制，这里下限约为50微升。

在存储腔集成到流动池中时，不存在这样的限制，但是需要用于填充和排气的复杂的连接通道，所述连接通道试剂设置在流动池内之后再通过焊接或粘合来密封，以便密封地且存放稳定地封闭存储腔。液态试剂可以例如是荧光染料、酸、碱、醇、珠溶液裂解缓冲液、抗体、酶、DNA片段、PCR试剂混合物或洗涤缓冲液。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的流动池，所述流动池具有用于小液态试剂体积的存储区域，与现有技术相比，这种流动池可以以较低的耗费制造。

根据本发明，实现所述目的的流动池的特征在于，所述存储区域通过连同试剂一起引入流动池内的开口中的载体元件限定，所述载体元件向外流体密封地封闭存储区域并具有将液态试剂保持在载体元件上的管结构或/和毛细结构。

通过本发明在流动池的制造和使用过程中都可以有利地将小体积的液态试剂引入流动池中，所述试剂体积在1至100微升之间、尤其是在5至50微升之间。可以避免使用复杂的、需要密封的排气通道。需存储的试剂可以在流动池外部方便地通过移液或浸入到载体元件管结构或/和毛细结构中而施加到载体元件上。

在本发明的一个实施形式中，所述存储区域通过至少一个预定断开阻隔部相对于流动池内的空腔密封地密封。这样，可以长时间存放设有液态试剂的流动池。

例如当在流动池的使用过程中将液态试剂引入流动池中时，所述载体元件与流动池可以仅通过力或/和形锁合连接。备选地或附加地，所述载体元件在与试剂隔开距离设置的连接区域中与流动池焊接或/和粘合。通过连接区域与试剂的所述距离，可以避免由于焊接热或粘合剂蒸汽对试剂的不利影响。

在本发明的一个特别优选的实施形式中，所述存储区域与流动池的至少一个输送通道流体连通，并且特别是流动池有一个输送通道引向存储区域，并且流动池还有一个输送通道从存储区域中引出。

所述开口优选地在流动池的板状基体中形成，并且所述流动池尤其是包括与基体连接的覆盖件、尤其是覆盖膜，所述覆盖件覆盖所述开口并且在必要时覆盖所述至少一个输送通道。

存储区域可以在流动池的内部仅通过载体元件的管结构或/和毛细结构限定或者通过管结构或/和毛细结构和覆盖件界定。

备选地，试剂以自由液体表面与在流动池中形成的腔室、尤其是混合腔的内部空间邻接。

所述载体元件优选构造成充满所述开口的、带有具有管结构或/和毛细结构的端侧的塞子的形式。所述载体元件尤其是具有锥形的部段，所述锥形的部段在存储区域足分排气的情况下可以确保密封地封闭存储区域。

所述载体元件适宜地在背向存储区域的外侧上设有用于操作的装置，并且尤其是包括用于与安装工具连接的支座。操作装置在填充管结构或/和毛细结构时以及在安装具有试剂的载体元件时是有用的。

在另一个实施形式中，载体元件在背向存储区域的外侧上具有形成上述连接区域的凸缘，通过所述凸缘可以实现与流动池的焊接或/和粘合。

在另一个实施形式中，所述管结构或/和毛细结构具有容纳试剂的槽或容纳试剂的通道，其中槽或通道优选在至少一个端部处朝载体元件的周面敞开。

在本发明的一个特别优选的实施形式中，设有用于从管结构或/和毛细结构中分离液态试剂的装置。

所述装置可以设置成用于通过冲洗试剂的流体或通过分离试剂的惯性力、尤其是离心力来分离试剂。为了产生离心力，可以在使用中、例如通过操作装置将流动池置于旋转中。

当试剂以自由液体表面与在流动池中形成的混合腔的内部空间邻接时，尤其是通过摇动流动池，设置在混合腔中的流体可以冲洗液态试剂。备选地，在混合腔中，可选地可以在样品液体或者其他混合或冲洗液体往复运动的情况下通过一次或多次冲洗而洗掉液态试剂。

在本发明的一个特别优选的实施形式中，管结构或/和毛细结构的槽或通道与引向存储区域和从存储区域中引出的输送通道对齐，从而冲洗流可以流动通过存储区域。

在本发明的另一个优选实施形式中，引向存储区域的输送通道和从存储区域中引出的输送通道通过绕过存储区域的旁路连接。存在于液态试剂和冲洗流之间的空气这样就可以在存储区域旁边流过。如果旁路的流动横截面小于存储区域的流动横截面，则利用冲洗液完全冲洗出试剂。

在另一个实施形式中，存储区域的流动横截面小于引向存储区域或/和从存储区域引出的输送通道的流动横截面。

此外，旁路的流动横截面可以大于存储区域的流动横截面，从而必要时可以在较长的时间段内进行希望的延迟或逐渐的冲洗。

载体元件可以可旋转地与流动池连接，并且载体元件例如可以具有止挡，通过所述止挡确保存储区域与所述通道的这种对准。

在本发明的另一个设计方案中，至少载体元件的管结构或/和毛细结构具有亲水表面，通过这种表面可以在利用液态试剂润湿时更为精确地对希望的试剂体积进行计量。

为了进一步细化计量，此外，载体元件的疏水表面可以与载体元件的管结构或/和通道结构邻接，以便在可润湿性和不可润湿性之间实现清洗的对比界限。

可以理解的是，载体元件也可以在流动池内形成多个存储区域。

附图说明

下面将参考实施例以及涉及实施例的附图来说明本发明。

其中：

图1用局部剖视图示出根据本发明的流动池，带有可以装入流动池中的试剂载体元件，

图2示出可用于根据本发明的流动池的载体元件的一个实施例，

图3和4用局部剖视图示出根据本发明的流动池的另一个实施例，

图5和6示出根据本发明的载体元件的另一个实施例，

图7至11用局部剖视图示出根据本发明的流动池的另一个实施例，

图12至14示出根据本发明的载体元件的另外的实施例的剖视图，以及

图15和16以局部剖视图示出根据本发明的载体元件的另外的实施例。

具体实施方式

在图1中局部示出的流动池适宜地包括板状的基体1，所述基体在一个板侧上与薄膜2粘合或焊接。在基体1中朝向薄膜2敞开的凹槽形成由薄膜2覆盖的、对于流动池常见的输送通道和腔室的结构，在这些结构中在图1中输送通道3以横截面可见。

输送通道3通入由薄膜2在一个端部封闭的、带有锥形部段5的通孔4。所述锥形部段5延长通过与基体1连接的环形突起6。输送通道3的通入口与另一个在图1中不可见的输送通道的通入口沿直径方向相对置。

用于液态试剂8的载体元件7能装入所述通孔4中。在所示实施例中旋转对称的载体元件7具有对应于通孔4的周面9，并且在其外侧上设有环绕的凸缘10。在载体元件7的外表面开口的凹部11用作用于容纳操作工具的支座。

载体元件7在其背向外表面的端侧上具有槽12形式的管结构或/和毛细结构，如根据图2可以看到的那样，图2示出类似的载体元件7。槽12朝载体元件7的端侧和周面9是敞开的。

在组装流动池之前，例如通过将载体元件移液或浸入到试剂储备中而将液态试剂8施加到载体元件7上，这里通过毛细力将试剂保持在槽12中。在载体元件7导入通孔4之后以及在将凸缘10与环形突出部6焊接或/和粘合之后，液态试剂8首先也留在由薄膜2覆盖的槽12中，所述槽在现在已完成的流动池中与薄膜2一起形成存储区域13，载体元件7延伸到所述薄膜。

这种存储区域13可存储的液体体积在1至100微升之间，优选在2至20微升之间。

基体1和覆盖膜2优选由塑料制成，尤其是由相同的塑料制成，例如由PMMA、PC、COC、COP、PP或PE制成。对于优选注塑的载体元件作为塑料尤其是考虑采用COC、PP、PET、PE、PMMA、PC、PEEK、TPE或有机硅。载体元件7也可以由与基体1或/和覆盖膜2相同的塑料材料制成。基体优选地由较为脆性的塑料制成，例如PC或COC，载体元件7由较为延性的材料制成，例如PE或PP，以将锥形的压连接设计得更耐压。

在流动池的使用中，在需要时从存储区域13中去除液态试剂8，例如通过经由输送通道3流入的另一种流体、例如要分析的样品或所存储的另一种试剂、例如洗涤或稀释缓冲液来去除所述液体试剂。所述另一种流体将液态试剂8从与通道3对齐的存储区域13中排挤到上述的沿直径方向相对置的输送通道中，并且可以在这里与所存储的试剂混合。

如果能够通过一种液体将液态试剂8本身从存储区域13中冲洗和排挤出来，则必须尽可能避免在液态试剂和后面的液体之间形成空气垫。旁路14就用于这个目的，所述旁路根据图3a可以通过载体元件7的圆柱形端部段15的直径减小部形成。

如图3b所示，也可以通过缩短端部段15形成旁路14'。在后面一种情况下，载体元件7不再延伸到覆盖膜2。可以理解的是，为了进行排气，根据图3a，仅在存储区域13的一侧上设有缝隙可能就足够了。

在用于冲洗的液体之前流动的空气流动通过旁路14或14'，而液态试剂通过毛细力首先继续保持在存储区域13中。如果冲洗液到达存储区域，则旁路14、14'也被冲洗液填充。但由于旁路14、14'的流动横截面小于存储区域13中的流动横截面，因此在存储区域13中产生较小的流动阻力并且冲洗液将液态试剂8输送离开存储区域。

通入或通出的通道优选与形成管结构或/和毛细结构的槽12对齐，此时横截面优选具有0.05至2mm的宽度和0.1至3mm的高度。

与所示示例不同，也可以这样来形成旁路，即，覆盖膜2不是一直到通孔4的边缘都与基体固定地连接，并且能通过外部手段、例如负压发生偏转，以形成排气缝隙。

如图3a所示，侧面的排气缝隙的流动横截面也可以大于存储区域13的相应的横截面，从而更多的冲洗液被输送通过排气缝隙并且在更长的时间段内输出所述试剂。以这种方式可以实现试剂和冲洗液的强烈混合。

在另一个实施形式中，存储区域在横截面上可以小于与存储区域流体连通的输送通道的横截面，如图4所示那样。结果是，试剂在冲洗液中在一定程度上集中在中央，例如以流体动力学上聚焦的形式集中。在图4的实施例中，只由穿过载体元件的圆柱形端部段15的通路形成存储区域13。

载体元件的其它实施例由图5和6给出。

图5示出载体元件7，该载体元件与图2的载体元件的区别在于，设哟两个相交的容纳槽12和12'，以形成管结构或/和毛细结构。

为简单起见，在图6中仅示出了载体元件的具有管结构或/和毛细结构的端部。图6a示出了具有中央的袋状凹部50的载体元件，所述凹部在塞子状的载体元件的端面中居中地形成。试剂润湿凹部50并形成可再现的液滴形状。该凹部可以从一侧接近，以将试剂冲洗出凹部，这个实施例特别适于与如下面说明的混合腔相结合使用。

根据图6b，没有形成连续的凹部，而是形成带有微结构的表面，所述表面例如以在10至500微米之间、优选在20至200微米之间的网格尺寸具有棱或槽。所述表面优选通过亲水化而增大，并且可润湿性能得到改善，这实现了更好地控制样品的液滴形成并且因此实现了试剂计量更好的可再现性。可以从一侧接近试剂，以进行冲洗。

图6c示出朝三个侧面敞开的槽通道16，所述槽通道具有通常为0.12×0.12mm²至2×2mm²的横截面尺寸。通道区域是亲水改性的。较小的通道尺寸允许更好地控制可润湿性并且由此允许更好地控制所计量的试剂量的可再现性。曲折蜿蜒的通道的始端和末端可以与冲洗通道相连接。

图6d与图6c的实施例的区别在于，曲折蜿蜒的通道16由塑料制成的薄膜17覆盖，所述薄膜形成在此情况下两部分式的载体元件的一个组成部分。在安装载体元件之前，薄膜17为试剂提供保护。

与图6c的实施例中的情况相同，限定通道16的表面可以全部或部分地亲水改性。通过毛细填充的通道16可以准确计量试剂量，因为毛细作用及不允许通道16过度填充也不允许通道填充不足。通道16也可以为了排空而接入冲洗通道中。

图6e示出了两部分式的带有管结构或/和毛细结构的试剂载体元件，所述载体元件由吸水性的无纺织物18形成，所述无纺织物毛细地吸收试剂。所吸收的试剂可以例如在混合腔的内部通过挤压从存储区域中分离。例如，当希望特别缓慢地分离试剂时，也可以通过冲洗进行分离。

图7局部地示出流动池，该流动池由基体1和覆盖膜2形成，并且在所述流动池中设有混合腔19。带有液态试剂8的载体元件7伸入混合腔19中。此外混合腔19还与输送通道20连接，在输送通道中形成密封地封闭混合腔19的预定断开阻隔部21。通过将基体1的突起与薄膜2焊接所形成的预定断开阻隔部21，可以通过在混合腔19中的液体压力或通过从外部作用在流动池上的器具打开。在混合腔19中存在的液体可以冲洗试剂，这例如可以通过流动池的摇动运动获得支持。

图8局部地示出由基体1、薄膜2和试剂载体元件7组成的流动池。用于液态试剂8的存储区域13在输送通道3的内部形成并与输送通道对齐。在所示的示例中，存储区域13分别通过预定断开阻隔部21'或21”相对于流动池的其余部分密封地封闭，以便在使用之前长期存放流动池。存储元件7具有一个止挡元件22，用于将存储区域13精确地对准输送通道3，例如通过旋转在这种情况下可旋转地与流动池连接的载体元件7。

图9局部地示出具有通道区域23的流动池的俯视图，在所述通道区域中通过试剂载体元件7形成用于试剂8的存储区域。为了改善试剂8与输送流体或与起输送流体作用的要检测的样品的混合，通道区域23设计成曲折形的，其中为了进一步改善混合，在下游形成加宽部24。此外也可以通过往复输送所述输送流体来对冲洗提供辅助。

图10示出流动池具有通道区域23和两个混合腔19'、19”的局部。在混合腔中通过试剂载体元件7'、7”和7”'形成可清洗的存储区域。

图11局部示出圆盘或盘区段形式的流动池。流动池设置成与使流动池旋转的操作装置配合作用。混合或反应腔25比由载体元件形成的存储区域13沿径向更靠外。

在图11a的流动池的存储区域13和混合腔25之间是预定断开阻隔部26。此外混合腔25还与用于供应例如样品或/和用于通过气动促动从混合腔中排出混合物的通道27连接。通过在流动池旋转期间产生的离心力实现将样品输送到混合腔中，此时通过试剂的压力还打开预定断开阻隔部26。备选地也可以通过外部器具打开预定断开阻隔部。

图11b示出设定成可旋转的流动池，所述流动池带有例如用于洗涤缓冲液或其它液态试剂的两个存储腔28。所述存储腔28分别通过预定断开阻隔部29与一个存储区域13分开，这两个存储区域13经由另外的预定断开阻隔部30与混合腔25连接，所述混合腔与供应或排出通道27连接。通过流动池的旋转，例如在冲洗存储区域的情况下使洗涤缓冲液转移到混合腔中，此时可以通过流体压力或其他手段打开预定断开阻隔部29、30。

在图11c中所示的设置成可旋转的流动池附加地具有用于洗涤缓冲液的泡结构存储器31，所述泡结构存储器比存储区域13沿径向靠外地设置，以便利用流动池的构造空间。在通过例如机械促动和挤压对泡结构31进行挤压时，预定断开阻隔部32打开。在挤压泡结构存储器31时，缓冲液被转移到比存储区域13沿径向更靠内设置的储备腔33中。通过流动池的旋转，位于储备腔33中的洗涤缓冲液被输送到混合腔25中，以冲洗存储区域13中的试剂。

图12示出试剂载体7，其中不仅其管结构或/和毛细结构是亲水化的，而且此外整个的具有管结构或/和毛细结构的端面，以及锥形的周面34也是亲水化的。亲水化是通过与水的接触角小于50°的玻璃状的层来形成的。

形成载体元件的塑料的表面特性的改变可以湿化学地通过施加润湿剂或表面活性剂并接着进行干燥(亲水或疏水)来实现。另外，可以通过等离子体、火焰或电晕处理(亲水)来进行表面活化。可以整面地/完全地或利用掩模局部地亲水地或疏水地或以亲水和疏水的组合通过等离子体聚合化施加表面涂层、例如玻璃状的层。

替代在图12中在管结构或/和毛细结构外部施加的亲水化涂层，在这个区域中可以对载体元件进行疏水涂覆，此时常见的接触角大于100°，以强化可以润湿性的对比并因此进一步精确化试剂量的计量。

图13示出具有形成存储区域的通道结构35的试剂载体元件7，所述通道结构通过利用薄膜36覆盖在三侧敞开的槽形成。在两侧敞开的通道结构35的通道壁包括薄膜36是亲水化的，例如通过湿化学处理来亲水化。

图14示出由塑料注塑件39和薄膜36制成的两部分式的试剂载体元件，所述试剂载体元件具有两个锥形部段39、39'，用于插入流动池中的两个相应的开口中。其中一个锥形部段的毛细通道40用作用于容纳液态试剂8的管结构或/和毛细结构。通道40经由通道41与分布通过另一个锥形部段的通道42。形成存储区域的通道40可以经由通道42和41接入流动池的冲洗通道中。

图15中局部示出的流动池具有用于液态试剂的如上所述的存储区域13。存储区域13与用于从存储区域13中冲洗液态试剂的流体的供应通道43连通。供应通道43与未示出的压力源连接。从存储区域13引出的与供应通道43一样部分地曲折蜿蜒的排出通道44通向混合腔45。混合腔45是永久封闭的或者具有封闭阀(未示出)，所述封闭阀可以通过用于流动池的用户设备致动。

压力源将带有冲洗掉的试剂的流体输送到混合腔45中，在混合腔中通过压缩包含在其中的空气来形成压力源的反压。压力源的压力是可变的，从而通过在混合腔45中形成的反压可以实现带有被冲洗掉的试剂的液体的运动反转，并且具有冲洗掉的试剂的流体可以通过压力源的压力变化往复运动，从而实现强烈混合。

在图16中局部示出的具有用于液态试剂的存储区域13的流动池具有作为压力源的机械可致动的泡结构46，所述泡结构经由供应管线43中的预定断开阻隔部47与存储区域13连接。泡结构46包含流体，通过所述液体能将液态试剂从存储区域13中冲洗出来。在排出管线44中设有可通过操作装置操作的阀48。在存储区域13和阀48之间，排出管线44与存储腔49连接。

通过促动泡结构46，流体压向预定断开阻隔部47并打开预定断开阻隔部47。当阀48关闭时，带有被冲洗掉的试剂的流体输送到存储腔49中，在所述存储腔中产生反压。反压可用于将带有被冲洗掉的试剂的流体回输到泡结构46中，此时泡结构壁再次膨胀。通过反复致动泡结构46，带有被冲洗掉的试剂的流体往复运动，以实现强烈混合。此时通过打开的阀49可以将混合物运走，用以在流动池内进一步使用。

在上面根据图3、4、9至11或15和16所描述的流动池中，替代用于液态试剂的载体元件，也可以使用用于液态的待分析样品的载体元件。尤其是对于根据图15和16的流动池，也可以考虑用于干试剂的载体元件。

还应补充强调的是，管结构或/和毛细结构也仅由亲水化的载体表面、特别是圆形载体表面形成，必要时疏水表面与所述载体表面邻接。

Claims (15)

1.流动池，所述流动池具有至少一个含有液态试剂(8)的存储区域(13)，其特征在于，所述存储区域(13)通过连同试剂(8)一起引入流动池内的开口中的载体元件(7)限定，所述载体元件(7)向外流体密封地封闭存储区域(13)并具有将液态试剂(8)保持在载体元件(7)上的管结构或/和毛细结构(12)。

2.根据权利要求1所述的流动池，其特征在于，所述存储区域(13)通过至少一个预定断开阻隔部(21、29、30、32)相对于流动池内的空腔气密地密封。

3.根据权利要求1或2所述的流动池，其特征在于，所述载体元件(7)与流动池仅通过力或/和形锁合连接或/和在与试剂(8)隔开距离设置的连接区域(10)中与流动池焊接或/和粘合。

4.根据权利要求1至3之一所述的流动池，其特征在于，所述存储区域(13)与流动池的至少一个输送通道(3)流体连通，并且特别是流动池有一个输送通道引向存储区域(13)，并且流动池还有一个输送通道从存储区域(13)中引出。

5.根据权利要求1至4之一所述的流动池，其特征在于，所述载体元件(7)构造成充满开口(4)的、带有具有管结构或/和毛细结构(12)的端侧的塞子的形式，并且所述载体元件尤其是具有锥形的部段(5)。

6.根据权利要求1至5之一所述的流动池，其特征在于，所述载体元件(7)在背向存储区域(13)的外侧设有用于操作的装置，并且尤其是包括用于与工具连接的支座(11)。

7.根据权利要求1至6之一所述的流动池，其特征在于，设有用于从管结构或/和毛细结构分离液态试剂(8)的装置，尤其是设有用于通过冲洗试剂(8)的流体或通过分离试剂(8)的惯性力、尤其是离心力来分离试剂(8)的分离装置。

8.根据权利要求1至7之一所述的流动池，其特征在于，沿冲洗试剂(8)的流体的流动方向在存储区域(13)的上游设有用于冲洗试剂(8)的流体的存储区域(28、39、46)。

9.根据权利要求1至8之一所述的流动池，其特征在于，沿冲洗试剂(8)的流体的流动方向在存储区域(13)的下游设有封闭的或可封闭的混合区域(25、45、49)，并且设有在混合区域内产生反压的情况下将所述流体连同被冲洗的试剂(8)输送到混合区域中的压力源(46)。

10.根据权利要求9所述的流动池，其特征在于，在具有被冲洗的试剂(8)的流体在压力源和混合区域之间往复运动情况下，压力源的压力是可变的。

11.根据权利要求4至10之一所述的流动池，其特征在于，管结构或/和毛细结构的槽(12)或通道与引向存储区域和从存储区域引出的输送通道(3)对齐。

12.根据权利要求11所述的流动池，其特征在于，引向存储区域(13)的输送通道和从存储区域引出的输送通道通过绕过存储区域(13)的旁路(14)连接。

13.根据权利要求11或12所述的流动池，其特征在于，所述存储区域(13)的流动横截面小于引向存储区域或/和从存储区域(13)引出的输送通道的流动横截面。

14.根据权利要求12或13所述的流动池，其特征在于，所述旁路(14)的流动横截面大于存储区域(13)的流动横截面，并且试剂(8)尤其是以自由流体表面与在流动池中形成的腔室(19)的、尤其是混合腔的内部空间邻接。

15.根据权利要求1至14之一所述的流动池，其特征在于，至少载体元件(7)的管结构或/和毛细结构(12)至少部分地具有亲水化的表面区域。