CN111748444A - 微流体装置 - Google Patents

微流体装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111748444A
CN111748444A CN202010232789.9A CN202010232789A CN111748444A CN 111748444 A CN111748444 A CN 111748444A CN 202010232789 A CN202010232789 A CN 202010232789A CN 111748444 A CN111748444 A CN 111748444A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flow channel
microfluidic device
channel surface
hole
well
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010232789.9A
Other languages
English (en)
Inventor
A·迈耶
C·斯坦纳特
M·齐德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
F Hoffmann La Roche AG
Original Assignee
F Hoffmann La Roche AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by F Hoffmann La Roche AG filed Critical F Hoffmann La Roche AG
Publication of CN111748444A publication Critical patent/CN111748444A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/50273—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the means or forces applied to move the fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5025—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures for parallel transport of multiple samples
    • B01L3/50255—Multi-well filtration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/508—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes rigid containers not provided for above
    • B01L3/5085—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes rigid containers not provided for above for multiple samples, e.g. microtitration plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/02—Adapting objects or devices to another
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0621—Control of the sequence of chambers filled or emptied
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0642—Filling fluids into wells by specific techniques
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0689—Sealing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/10—Integrating sample preparation and analysis in single entity, e.g. lab-on-a-chip concept
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/12—Specific details about manufacturing devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/04—Closures and closing means
    • B01L2300/041—Connecting closures to device or container
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0819—Microarrays; Biochips
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0848—Specific forms of parts of containers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0864—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices comprising only one inlet and multiple receiving wells, e.g. for separation, splitting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/12—Specific details about materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/16—Surface properties and coatings
    • B01L2300/161—Control and use of surface tension forces, e.g. hydrophobic, hydrophilic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/16—Surface properties and coatings
    • B01L2300/168—Specific optical properties, e.g. reflective coatings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0406—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces capillary forces

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于使反应混合物热循环的微流体装置，所述装置包括：入口开口；出口开口；流动通道，其连接所述入口开口和所述出口开口并且限定从所述入口开口通过所述流动通道到所述出口开口的流动方向，其中所述流动通道包括第一流动通道表面和与所述第一流动通道表面相对的第二流动通道表面；以及孔阵列，其设置在所述第一流动通道表面中用于与所述入口开口和所述出口开口流体连通。此外，所述第一流动通道表面提供第一亲水性，并且所述第二流动通道表面的至少一部分提供第二亲水性，其中所述第一亲水性大于所述第二亲水性。

Description

微流体装置
技术领域
通常，本发明涉及用于诊断检验的微流体装置的技术领域，其中目标通常是能够在通常是一次性用品形式的同一个微流体装置上对一个或多个测试样品进行多种不同的检验。由此，可以实现在单个分析过程中用多种不同的试剂独立地分析一个或多个测试样品，其中仅需要少量测试样品。更详细地，本发明涉及一种微流体装置，所述微流体装置包括：入口开口；出口开口；以及一个流动通道或至少一个流动通道，所述流动通道连接入口开口和出口开口，其中孔阵列设置在流动通道内以与入口开口和出口开口流体连通，所述孔例如旨在用作分别用于设置在其中的至少一种样品进行化学或生物反应的反应室。具体地，本发明涉及一种改进的微流体装置，通过所述微流体装置，一定体积的样品液体被尽可能彻底和高效地投入使用。
背景技术
在诊断检验技术领域中，通常需要使诊断检验更快、更便宜并且更容易执行，同时实现常规实验室过程的精度以及效率。为了实现这个目标，已经做出了大量努力来实现各种检验操作的小型化和集成，以便能够增加单个装置上并行检验的数量。然而，当减小反应室体积以便产生此类微流体结构时，出现了几个新问题，诸如关于反应室的最可能的小型化的制造限制、相邻反应室之间的交叉污染、一个或几个反应室中的气泡滞留、液体蒸发以及将样品液体按计量加入小型化反应室更加缺乏精度和充分性。具体地，作为这种微流体装置，微流体芯片(也称为数字聚合酶链反应(dPCR)芯片)是已知的，所述芯片提供了微尺度通道以容纳可流动液体的形式的微升或纳升规格的样品。通常，此类dPCR芯片的特征在于通过提供流动室的流动通道连接的入口开口和出口开口，所述流动室包含呈小孔或微孔阵列形式的多个反应位点。
为了进行dPCR检验，首先在已知的dPCR芯片中填充水性dPCR反应混合物，所述水性dPCR反应混合物通常由生物样品和PCR主混合物组成，其中dPCR反应混合物通过移液管等引入至入口开口，并且通常通过毛细管作用力被动地流入芯片的孔阵列直到毛细管填充过程停止。之后，将诸如硅油等之类的不混溶的分离液或密封液通过入口开口压入流动通道，所述流动通道首先将任何剩余的dPCR反应混合物推入任何剩余的空孔中并覆盖已填充的孔，由此使各个孔与其周围环境、特别是与彼此流体隔离以避免造成任何交叉污染或污染。在完成初始填充过程和后续密封过程后，通常会对dPCR芯片进行热循环，其中在典型PCR进行过程中，通过对步骤循环的一系列重复来扩增特定靶核酸，其中dPCR反应混合物中存在的核酸(a)在相对较高温度下变性，例如在高于90℃的变性温度下(通常为约94℃至95℃)变性，以便分离双链DNA，然后(b)将反应混合物冷却至短寡核苷酸引物结合到单链靶核酸上的温度，例如在约52℃至56℃的退火温度下，以使引物在分离的DNA链处结合以便提供模板(退火)，并且之后(c)使用聚合酶例如在约72℃的延伸温度下延伸/伸长引物以创造新的DNA链，这样原始核酸序列就得到了复制。通常，包含一个或多个靶的每个孔都将产生正信号，其中在热循环后，正信号与负信号之比将允许例如通过发光测试测量准确计算样品中的初始靶浓度。此类技术允许以小型化规格同时进行多种检验。
为了能够在此类微流体装置内提供样品液体而不会蒸发，US 6,143,496 A描述了一种用于分析目的的微结构化流体装置，所述微结构化流体装置由呈彼此附接的基板和覆盖件形式的几层组成，其中流通通道设置在基板与覆盖件之间，并且另一图案化层设置在基板与覆盖件之间并附接到基板以便提供多个反应位点，其中根据一个特定的实施方案，图案化层可以呈现疏水特性，而所述覆盖件的面对图案化层的表面可以呈现亲水特性。因此，US 6,143,496 A公开了一种由需要以复杂方式并以一定的顺序进行组装的几个不同层制成的微流体消耗品。如现有技术中进一步公知的，美国US 6,027,695 A公开了另一种微结构化流体装置，所述微结构化流体装置包括多个相邻的微孔，其中相邻的微孔的壁相交以便形成面向上的边缘，其中例如六边形腔室形式的微孔以蜂窝配置的方式布置。关于US6,027,695 A的微结构化流体装置的使用，通过用包括珠粒的溶液充满整个装置来填充孔，所述珠粒随着时间推移而沉降，并因此进入孔中使得在每个孔中提供至少一个珠粒。此后，溶液被蒸发并且孔彼此流体分离，这通常要求珠粒比液体更密度更大。然而，这种用于分离孔的蒸发过程相当耗时，并且因为每个孔的内容物之间的变化应尽可能小，所以为每个孔提供一定量的溶液是关键问题。
通常，在诊断检验技术的当前技术领域中，尤其是在由已知的微流体装置或芯片进行的dPCR领域中，必须满足几个技术要求以便克服已知的现有技术的上述问题，所述技术要求如下：
已经发现，对于微流体装置上的给定面积，不仅dPCR反应孔/腔室的数量而且它们的相应体积都应当是最大的。然而，这种微流体装置的制造工艺通常由于注射成型而受到限制，所述限制涉及要注射成型的微流体装置中的孔的最大可能数量以及它们相应的最大体积。
此外，每个孔与其长度和宽度相比应达到一定的深度，并且孔长度与流动通道高度的特定纵横比以及相邻孔之间的任何类型的边沿的最小宽度可能是理想的，而且也受到制造工艺条件的限制。
同样，可能希望通过毛细管作用力以被动方式将dPCR反应混合物填充到孔中。然而，在这方面，因为微流体、流动通道和孔的微型化，所以通过毛细管作用力来充分地被动填充微流体装置的孔难以实施，因此产生诸如dPCR反应混合物之类的任何液体可能无法轻易进入孔中或者已经进入流动通道本身的问题。
此外，即使以一种方式或另一种方式实现了微流体装置的充分填充，也应在不产生气泡的情况下实现填充，因此也应没有初始气泡滞留在孔中。然而，气泡滞留在一些或所有的孔和/或流动通道中仍然是一个严峻的问题，这会导致不希望的dPCR分析失败，因为滞留在孔中的任何气泡都已经伪造了在其孔中产生的检测信号，另外，当将dPCR微流体装置加热到大约95℃的所需最高热循环温度时，气泡将会以如下方式膨胀：可能无法再确保相邻的孔的安全分离，并且极有可能发生交叉污染。
同样，作为对任何微流体装置的进一步要求，通常希望将孔填充至相对于其标称体积的某个最大值。然而，在此，在用不混溶的密封流体填充微流体装置以将首先用dPCR反应混合物填充的孔期间，dPCR反应混合物的填充在每个孔中的很大一部分可以再次被密封流体排出，这是因为进入的密封流体通常会形成进入每个孔的弯月面，因此，迫使填充至孔中的dPCR反应混合物再次从孔中流出。因此，dPCR微流体装置的实际可用的dPCR反应混合物的体积显著地降低，这导致装置的分析性能变差。另外，由于dPCR反应混合物不希望从孔中排出，因此确定微流体装置中的dPCR反应混合物的总量的不准确性将会使任何分析结果都不准确。
此外，在热循环过程期间，必须以稳定方式维持在用dPCR反应混合物填充装置并通过不混溶流体分离孔之后的孔的流体分离，即，不应发生dPCR反应混合物从一个孔中泄漏到另一个孔。然而，通常很少能实现相邻孔的完全流体分离，并且如果不能实现，则会导致相邻孔之间发生不希望的泄漏。因此，dPCR产物可能会从一个孔迁移到另一个孔并对孔造成污染，由此产生假阳性信号，最终导致dPCR结果错误。
微流体装置的上述要求和问题列表当然是不完整的，而仅仅列出了一些最新问题。通常，在本技术领域中，需要提供一种微流体装置，利用所述微流体装置能够可靠且充分地填充孔阵列的每个孔，并且在此方面，特别是提供一种能够避免在填充过程期间产生气泡并确保已填充的孔之间适当分离的微流体装置。
发明内容
本发明满足了上述需求并提供了一种用于反应混合物的热循环的改进的微流体装置，所述装置克服了所有上述问题并满足了列出的要求。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于反应混合物的热循环的微流体装置，所述装置包括：作为流体入口的入口开口、作为流体出口的出口开口，以及流动通道，所述流动通道将入口开口与出口开口连接并用作从入口到出口的流体流的通道，其中通过该结构布置来确定从入口开口通过流动通道到出口开口的流动方向。微流体装置整体上可以是消耗品，并且可以由诸如通常提供约80°至90°的接触角的环烯烃共聚物COC或环烯烃聚合物COP之类的透明材料构成，其中所述材料对于dPCR结果的视觉分析是有利的。此外，流动通道、或者特别是流动通道的内部体积包括第一流动通道表面和与第一流动通道表面相对的第二流动通道表面，其中在第一流动通道表面中设置孔或微孔的阵列使得在孔阵列与入口开口以及出口开口之间建立流体连通。关于流动通道的特定特性，第一流动通道表面、优选地特别是第一流动通道表面的被孔覆盖的区域部分提供/包括第一亲水性，并且第二流动通道表面的至少一部分(优选地为第二流动通道表面的直接与孔覆盖区域相对的部分)提供/包括第二亲水性，其中所述第一亲水性(即，第一流动通道表面的相应表面特性)大于所述第二亲水性(即，与第一流动通道表面相对的第二流动通道表面的相应表面特性)。在此，作为例子，第一亲水性(即，第一流动通道表面的亲水性)其自身呈现的表面接触角在约30°至50°的范围内，例如40°，但是也可以<30°，而第二亲水性(即，第二流动通道表面的亲水性)其自身呈现的表面接触角在约80°至90°的范围内，从而导致本发明的装置的第一流动通道表面比第二流动通道表面更亲水的事实。在其中设置有孔阵列的第一流动通道表面与布置在与孔阵列相对的一侧上的其相对的第二流动通道表面之间具有限定关系的这种特定设置在流动通道内实现了亲水关系，这导致改善了微流体装置的填充性能，另请更详细地参见下文。
通常，由于填充了设置在第一流动通道表面内的孔，因此首先填充的流体在不包括任何孔的第二流动通道表面处比在包括孔阵列的第一流动通道表面处进行得更快。因此，在初始填充期间通过流动通道行进的流体在第二流动通道表面处比在第一流动通道表面处行进得更快，从而导致以下事实：在填充孔期间，流体可以将气体封闭在要填充的孔内部，从而导致不希望的气泡滞留。利用本发明的微流体装置，以与相对于与孔区域相对的流动通道表面的亲水性相比更亲水的方式对第一流动通道表面中的微流体装置的孔区域的内表面进行改性实现了相对流动通道表面的亲水性关系，使得可以避免上述不同的流体行进速度，并且使得在微流体装置的流动通道内行进的流体体积的前沿面或前沿呈现基本直立的姿态/竖直定向。换句话说，初始填充流体(所述流体进入所述入口开口并通过流动通道进行到出口开口)的前沿与流动通道的第二流动通道表面的接触区域以比初始填充流体前沿与第一流动通道表面的接触区域更快的速度流过流动通道，即，初始填充流体流流过孔表面的速度高于初始填充流体沿着与孔区域相对布置的流动通道内侧表面的速度。这导致用初始填充流体填充孔的速度快于流动通道本身的一般填充，由此当填充流体高于孔中的空气泡时，防止空气泡滞留在孔中的填充流体的下方。因此，流体行进通过流动通道在两个流动通道表面侧上基本相等，从而导致孔可以被流体完全充满并且可以避免空气泡滞留。考虑到本发明微流体装置进行数字PCR，这对于用水性DPCR反应混合物(也被称为DPCR或PCR主混合物，诸如LightCycler
Figure BDA0002429881830000051
主混合物)对孔进行初始填充特别重要，这是因为初始填充是以被动方式进行的并且各种毛细管作用力很重要，同时在将已填充的孔彼此流体分离的后续分离过程期间，会施加主动填充压力。因此，将包括孔阵列的流动通道的一侧的亲水性设置成比另一侧更高，流动通道的带孔阵列的一侧对水性dPCR反应混合物的亲和力的提高导致提高了微流体装置的dPCR反应混合物的填充性能，因此避免气泡滞留。换句话说，根据本发明，将微流体装置以如下方式结构化是有利的：流体通道的没有覆盖孔的一侧对dPCR反应混合物的亲和性比有孔区域的一侧对dPCR反应混合物的亲和性更小，以便实现无气泡填充。
根据本发明的具体实施方案，第一亲水性和/或第二亲水性是通过微流体装置的材料性质、通过对第一流动通道表面和/或第二流动通道表面的表面处理、诸如通过等离子体亲水化处理或通过设置在第一流动通道表面和/或第二流动通道表面上的亲水涂层(诸如SiO2涂层)而提供的。作为对比原因的例子，在由本发明的发明人进行的实验过程中，微流体装置的孔区域涂覆有SiO2涂层，并且与未经任何亲水化处理的微流体装置进行对比。然后，具有100nM荧光素的LightCycler
Figure BDA0002429881830000061
主混合物通过入口开口填充到微流体装置中并进入流动通道，并且通过将密封或分离流体(诸如硅油，例如，PMX硅油200 50cs)泵送到流动通道中而随后密封在孔内部。作为实验的结果，可以检测到未经处理的微流体装置没有观察到被动填充或仅观察到不充分的被动填充，而当使用亲水化处理的微流体装置时，被动填充是成功的并且没有或几乎没有气泡滞留发生。
另外，考虑到避免气泡滞留，孔的形状可能是重要的因素。在此，本发明的发明人已经观察到，孔的圆形形状助长了(通常是圆形的)气泡的滞留，这是因为这种圆形气泡实际上可以在完全边缘接触的情况下封闭整个圆形孔，而使滞留的气泡与孔的内壁之间的接触面积最小化的孔形状可以使得气泡滞留可以进一步避免，这是因为气泡与孔的内壁之间的这种减少的接触有助于气泡从孔中的去除。因此，根据本发明的另一特定实施方案，孔阵列的至少一部分在第一流动通道表面中呈现六边形形式的孔形状，其中所有孔在第一流动通道中都可以呈现六边形形式的孔形状。在这个意义上的“孔形状”是从第一流动通道表面的俯视图观察时孔形状。例如在考虑改善网格中空间的使用的蜂窝结构中六边形孔的布置时，选择孔为六边形形状另外不仅提供了优化的孔几何形状以减少填充过程期间的气泡夹杂的效果，而且还提供了使孔的数量及其相应内的部体积最大化的效果。在此，作为用于dPCR的微流体装置的六边形孔的常用尺寸的例子，六边形孔形状可以呈现的宽度x长度x深度的尺寸在约25μm x 50μm x 25μm至约150μm x 300μm x 200μm的范围内。因此，每个孔沿所述流动方向的孔长度可以在50μm至300μm的范围内，和/或垂直于所述孔长度的孔宽度在25μm至150μm的范围内，和/或孔深度在25μm至200μm的范围内。此外在这方面，有利的是，孔具有细长六边形形状，即，细长的或拉长的六边形孔形状，例如沿由流动通道确定的从入口开口到出口开口的流动方向伸长，所述细长的六边形孔形状可以另外减少气泡与孔的内壁之间的接触，并且可以扩大每个孔的内部体积。
关于第一流动通道表面内的六边形孔的特定布置，本发明的具体实施方式规定，每个六边形孔的顶点(也称为孔的六边形形状的角部)沿流动方向朝向入口开口的一侧定向，其中每个六边形孔的彼此相对布置的两个顶点/角部与由流动通道限定的从入口开口到出口开口的流动方向平行定向。在这方面，因为本发明的微流体装置的流动通道从入口开口的一侧填充有dPCR反应混合物，所以每个六边形孔的顶点与流动方向对准可以显著地改善微流体装置的填充性能。换句话说，通过将孔六边形布置成使得六个六边形角部中的一者指向填充方向，即，指向入口开口，从这个角部开始的毛细管拉力得到了改善，这极大地促进了dPCR反应混合物对孔的初始填充。因此，以如下方式最佳地选择孔的六边形几何形状：通过毛细管作用力、特别是通过沿流动方向设置六边形的角部支持流动通道的填充，这促进流体进入每个孔，特别是防止进入的流体仅仅流过孔而不填充孔。在该特定方面，细长的六边形孔形状与正六边形形状相比可能是更有力的，这是因为细长的六边形孔形状不仅可以减少在如上文已经描述的气泡滞留的情况下气泡与孔的内壁的接触面积，而且还可以实现大的气泡将被迫变成细长形状的效果，这在能量上是不利的并且促进气泡离开孔。在使用圆形或正六边形孔形状时，不能实现这种效果。
根据本发明的另一具体实施方案，在第一流动通道表面中每个孔的朝向入口开口侧的边缘是倒圆边缘。在此，术语“倒圆边缘”是指在第一流动通道表面与孔的内壁之间的边缘，所述边缘不提供尖角，而是呈现弯曲表面，即，连接流动通道表面和孔的相应内壁的曲面。为每个孔提供这样的倒圆边缘可以显著地改善每个孔的填充特性，由此进一步改善dPCR反应混合物对每个孔的充分填充。作为这种弯曲边缘表面的例子，每个倒圆孔边缘可以小于(<)10μm的半径被倒圆。替代地或另外，可以在相邻的孔之间设置边沿以用于相邻孔的流体分离。在本文中，边沿应当被理解为将相邻的孔彼此分离的第一流动通道表面的一块，其中这种边沿的宽度或厚度可以大于(>)10μm以便在相邻的孔之间实现足够大的距离以进一步改善相邻的孔之间在其被填充后的流体分离。因此，实施相邻的孔之间的边沿的特定几何形状，使得充分抑制第一流动通道表面与分离流体之间的流体层。由此，可以确保填充后相邻的孔之间的流体分离。另外，可以通过不会在边沿区域上方发生流体桥的方式改变dPCR反应混合物的化学组成。
根据本发明的微流体装置的另一具体实施方案，流动通道的高度h与每个孔的长度l之间的纵横比h/l在0.3至0.7之间的范围内，例如大约0.5，除了在这方面已经描述的特征之外，提供了最佳的纵横比h/l以便能够确保相邻的填充孔之间的充分流体分离。例如，流动通道的高度h可以在25μm至200μm的范围内，而孔长度l可以在50μm至300μm的范围内，其中应当在这些范围内满足先前定义的纵横比。出于说明目的，纵横比h/l小于0.3将导致太少的流体体积填充孔，而纵横比h/l为约1.0也可能导致孔充分填充，但是问题是相邻的孔不再充分地彼此流体分离。通常在这方面，每个孔的长度l应当被理解为孔平行于流动方向的纵向延伸，而流动通道的高度h应当被理解为微流体装置的流动通道的第一流动通道表面与第二流动通道表面之间的距离。为了实现适当地分离孔，通道高度h必须小于孔长度l，使得由于表面张力，将一些最初填充的dPCR反应混合物从每个孔中压出。因此，通道高度h在给定的纵横比内改变，以允许孔直接分离且dPCR反应混合物仅最低程度地从孔中排出。
根据本发明的微流体装置的另一个具体实施方式，微流体装置由可彼此连接的两个部分组成，其中所述装置沿其纵向轴线分为所述两个部分。更详细地，具有孔阵列的流动通道设置在所述装置的提供第一流动通道表面的一部分(诸如基板)中，而另一部分构成提供第二流动通道表面以及入口开口和出口开口的覆盖件部分，优选地为覆盖流动通道并提供用于流体流入流动通道的入口和用于从流动通道中排出流体的出口的薄贴箔形式的扁平部件。替代地，入口开口和出口开口也可以设置在所述装置的提供第一流动通道表面的部分中，其中在这种情况下，所述装置的另一部分仅构成例如为薄贴箔形式的覆盖件部分。这种微流体装置可以用于对以反应混合物形式通过流动通道提供给孔中的每一者的样品进行数字PCR或生化检验。在此，dPCR反应混合物可以设置有诸如
Figure BDA0002429881830000081
20之类的去污剂以便支持改善微流体装置的可填充性，即，以促进填充过程的方式(例如，通过添加去污剂)调整水性dPCR反应混合物的化学组成。
换句话说，为了能够提供可以确保每个孔可靠填充的微流体装置，(a)对dPCR反应混合物具有较低亲和力的贴箔或盖板，(b)特定孔形状、孔结构和定向以及(c)流动通道高度h与孔长度l的特定纵横比可以显著地有助减慢填充期间的初始流体流动，这允许与与其他情况相比液体在更长时间段内填充孔，以及在相邻的填充孔后续分离时填充孔。在这方面，通常在最初填充流动通道的多个部分和一些孔后，将与dPCR反应混合物不相溶的密封流体推过流动通道，所述密封流体将dPCR反应混合物推过流体通道的其余部分并推入剩余的孔，所述剩余的孔也因此被填充。此外，密封流体将未填充到孔中的所有dPCR反应混合物推出流动通道，并且使填充的孔彼此流体分离。如上所述，为了实现孔的适当分离，流动通道高度应当约为孔的长度的一半，并且孔必须由具有一定宽度的边沿分开以便进一步改善微流体装置的分离能力。另外，可以提高分离过程的速度，即，将第二流体推过流动通道的力，以便将dPCR反应混合物从孔中排出的量最小化。通常，已经发现，流动通道内表面的亲水性比似乎对改善dPCR反应混合物对孔的初始填充具有更重大影响，而考虑到分离期间的主动压力施加由于孔的被动初始填充的动力学基于各种“张力”而不同，因此流动通道高度与孔长度的纵横比不仅改善dPCR反应混合物对孔的初始填充，而且还显著地改善密封或分离流体对相邻孔彼此的可分离性。因此，利用本文呈现的微流体装置，可以实现初始填充特性以及后续密封过程的整体改善。
当在本文和附带的权利要求中使用时，单数形式“一个/种(a/an)”和“所述(the)”包括复数指代物，除非上下文另外明确指示。同样，词语“包括”、“包含”和“涵盖”应该被解释为包容性地而非排他地，即“包括但不限于”的意义。类似地，词语“或”旨在包括“和”，除非上下文中另外明确指示。术语“多种”、“多个”或“众多”是指整数倍地两个或更多个(即2或大于2)，其中术语“单个”或“唯一”是指一个(即等于1)。此外，术语“至少一个/种”应被理解为同样整数倍地一个或多个(即1或大于1)。因此，使用单数或复数的词语还分别包括复数和单数。此外，当在本申请中使用时，词语“本文”、“以上”、“前述”、“以下”以及类似含义的词语应指本说明书整体，而不是指本说明书的任何特定部分。
此外，为了方便起见使用某些术语，并且它们不意图限制本发明。术语“右”、“左”、“上”、“下”、“下方”和“上方”是指图中的方向。所述术语包括明确提及的术语及其派生词和具有类似含义的术语。而且，诸如“在…下面”、“在…下方”、“下面”、“上方”、“上面”、“近侧”、“远侧”等之类的空间相对术语可以用于描述如图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。这些空间相对术语旨在除了图中所示的位置和定向之外还涵盖使用或操作中的装置的不同位置和定向。例如，如果图中的装置翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件将在其他元件或特征“上方”或“之上”。因此，示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方这两个位置和定向。装置可以其他方式定向(旋转90度或其他定向)，并且在此所使用的空间相关描述符可以被相应地解释。
为了避免在附图和各个方面以及说明性实施方案的描述中引起重复，应当理解，许多特征对于许多方面和实施方案而言是公共的。对本公开文本的特定实施方案的描述并不旨在是穷尽的或将本公开文本限制于所公开的精确形式。虽然本文出于说明性目的描述本公开文本的特定实施方案和实施例，但是相关领域技术人员将认识到，在由所附权利要求书所限定的本公开文本的范围内各种等效的修改是可能的。任何前述实施方案的特定元件可以组合或替换其他实施方案中的元件。此外，尽管已经在本公开文本的某些实施方案的背景下描述了与这些实施方案相关联的优点，但是其他实施方案也可以展现出此类优点并且并非所有的实施方案都必需展现出此类优点才落入所附权利要求书所限定的本公开文本范围内。从描述或附图中省略一个方面并不意味着在包含该方面的实施方案中遗漏所述方面。相反地，为了清楚起见并避免进行冗长描述，可以省略所述方面。在本文中，以下内容适用于本说明书的其余部分：如果为了阐明附图，附图包含未在说明书的直接相关部分中解释的附图标记，则参考之前或之后的说明书部分。此外，为了清楚起见，如果在附图的一部分中并非一部分的所有特征都设置有附图标记，则参考同一附图中的其他部分。在两个或更多个附图中类似元件符号表示相同或类似元件。
以下实施例旨在说明本发明的各个具体实施方案。因此，如下文所讨论的具体修改不应解释为对本发明范围的限制。对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种等效、改变、和修改，并且因此应当理解，此类等效实施方案应包括在本文中。从对附图中图示的特定实施方案的以下描述，本发明的进一步方面和优点将变得明显。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方案的微流体装置的分解示意图；
图2a-d是出于对比目的以横截面视图示出的在流动通道的内表面亲水性相似的情况下水性流体行进通过具有图1的微流体装置的一个示例性孔的流动通道的示意图；
图3a-d是根据本发明的在流动通道的内表面的亲水性不同的情况下流体行进通过流动通道的示意图，其中图1的微流体装置的一个示例性孔以横截面视图示出；
图4a-c是微流体装置的六边形孔阵列的俯视图形式的示意图，其中各六边形孔的伸长率各不不同以用于规格对比；
图5a-c是出于纵横比对比目的图4a-c的六边形孔中的一者的沿如图4a-c中所示的线A-A、B-B和C-C的横截面形式的示意图；
图6a-d是根据本发明以横截面视图示出的分离或密封流体行进通过具有图4a和5a的孔的流动通道的示意图；
图7a-d是以横截面视图示出的流体行进通过具有图4b和5b的示例性孔的流动通道的示意图；
图8a-d是以横截面视图示出的流体行进通过具有图4c和5c的示例性孔的流动通道的示意图；并且
图9a&b是出于对比目的其中有气泡滞留的不同的六边形孔尺寸的俯视图形式的示意图。
附图标记列表
1 微流体装置
2 基板
3 流动通道
31 第一流动通道表面
31’ 第一流动通道表面
32 细长六边形微孔
32’ 正六边形微孔
32” 另一或较大的细长六边形微孔
321 微孔顶点
322 微孔边缘
33 微孔之间的边缘
4 覆盖件
41 第二流动通道表面
41’ 第二流动通道表面
42 入口开口
43 出口开口
5 dPCR反应混合物
51 dPCR反应混合物的前沿/面
6 气泡/空气泡
7 分离/密封流体
具体实施方式
图1通过分解透视图示出了根据本发明的具体实施方案的微流体装置1的示意图。微流体装置1基本上包括两个部分，即，基板2和为板或箔形式的覆盖件4，所述部分2、4可以彼此附接。在基板2的一个表面中，提供了流动通道3，所述流动通道3提供了第一流动通道表面31，以示例性蜂窝结构形式将六边形孔/微孔32的阵列引入到所述第一流动表面中，其中布置有孔32的阵列的区域也称为微流体装置1的流动室。在此，出于说明目的，仅示出了流动室内的少量空孔32。
考虑到气泡滞留，孔形状是重要的因素。如上面已经进一步描述的，孔的圆形形状助长(通常是圆形的)气泡的滞留，因为这种圆形气泡实际上可以在完全的表面边缘接触的情况下封闭整个圆形孔。因此，非圆形孔是优选的，这是因为此类孔形状可以使滞留的气泡与孔的内壁之间的接触面积最小。在此，与正六边形形状相比，细长的六边形孔形状是更有利的。由本发明的发明人进行的实验得出的结果是，对于圆形孔，大约40％的孔包含滞留气泡，并且大约＞80％的小的正六边形孔包含滞留的气泡，而仅＞1％的较大的六边形孔包含滞留气泡，并且仅远远小于0.01％的细长六边形孔(诸如微流体装置1的孔32)包含滞留气泡。作为说明性例子，图9a示出了其中捕获了气泡6的孔32'的正六边形形状，所述气泡6仍可以实现与孔的内壁的六个接触点61，而本发明的微流体装置1的孔32的细长六边形形状将潜在的气泡接触点61的数量减少到两个，参见图9b。因此，在气泡滞留的情况下，孔32的细长六边形形状可以减少气泡6与孔32的内壁的表面接触。而且，在这种细长孔形状下，较大的气泡将被迫变成细长形状，这在能量上不利的，因此促进气泡6离开孔32。
此外，返回到图1，覆盖件4的与基板2的所提及表面相对布置的表面提供与第一流动通道表面31相对的第二流动通道表面41。通常，当基板2和盖板4彼此附接时以如下方式提供微流体装置1：建立连续管道，所述连续管道从覆盖件4中的入口开口42开始，在由第一流动通道表面31和第二流动通道表面41限定的流动通道3中继续，并最终终止于出口开口43，所述连续管道还限定微流体装置1从入口开口42到出口开口43的流动方向，即，平行于基板2内的流动路径3的纵向轴线。在微流体装置1中，孔32定向在流动方向上，这意味着孔32的细长六边形形状的纵向轴线平行于微流体装置1的流动方向布置，即，每个六边形孔32的顶点321沿流动方向朝向入口开口42的一侧定向，这显著地改善了微流体装置1的填充性能，这是因为从孔顶点321中的毛细管拉力促进孔32的填充。
作为尺寸例子，微流体装置(即，其两个部分2、4)可以呈现约75mm的总长度和约25mm的总宽度，在流动通道3上的宽度为约6mm，并且流动通道3的覆盖有孔32的区域的总长度为约47mm。在此，六边形细长孔32的数量可以大于16,000，其中每个孔32的长度为约60μm、宽度为约30μm且深度为约60μm，并且其中相邻的孔之间的边沿33的宽度大于10μm。此外，流动通道3的高度为30μm，导致流动通道高度h与孔长度l的纵横比为0.5，以便确保在相邻的孔32用初始流体(例如，用dPCR反应混合物5)填充并通过密封流体7进行流体分离后在它们之间进行充分流体分离。
关于本发明为第一流动通道表面31和第二流动通道表面41提供不同亲水性的效果，图2a至2d示出了初始dPCR反应混合物5行进通过具有如上所述的微流体装置1的一个示例性孔32的流动通道3，其中第一流动通道表面31'和第二流动通道表面41'呈现相同的或类似的亲水性作为对比起始情况。因此，第一流动通道表面31'和第二流动通道表面41'呈现对dPCR反应混合物的相同或类似的亲和力。在此，如图2a至2d中所示，在填充期间行进通过流动通道3的dPCR反应混合物5以其前沿51在第二流动通道表面41'处比在第一流动通道表面31'处行进得更快，从而导致在孔32的填充过程期间，进入孔32的dPCR反应混合物5将先前存在的气体(诸如空气)封闭在孔32中，这意味着空气泡6形式的气泡被dPCR反应混合物5截留在孔32中，确切地说，截留在孔的底部并与孔32的侧壁接触。
现在，与图2a至2d相比，图3a至3d示出了在结构上基本上与如图2a至2d中所示的微流体装置1等同的微流体装置1，显著区别在于：根据本发明，第一流动通道表面31和第二流动通道表面41呈现不同的亲水性，其中微流体装置1的第一流动通道表面31涂覆有SiO2涂层。由此，根据材料性质，第一流动通道表面31提供表面接触角在约30°至50°的范围内的第一亲水性，而第二流动通道表面41的至少一部分提供表面接触角在80°至90°的范围内的第二亲水性，从而导致第一亲水性大于或更加显著地大于第二亲水性的事实。如图3a至3d中所示，在观察初始dPCR反应混合物5行进通过流动通道3时，与图2a至2d相比，dPCR反应混合物5的前沿51以基本上直立的方式在流动通道3内行进。因此，朝向出口开口43行进通过流动通道3的前沿51与第一流动通道表面31和第二流动通道表面41的接触区域以比液体沿着第二流动通道表面41的速度更快的速度通过流动通道3流经第一流动通道表面31，从而导致孔32的填充以比流动通道3的填充更快的速度行进，具体参见图3b和3c。由此，可以避免空气泡的捕获，这是因为流体行进通过流动通道3在两个流动通道表面31、41上基本相等，从而导致孔32完全充满了dPCR反应混合物5而没有气泡滞留，并导致微流体装置1的填充性能提高。
图4a至4c示出了出于对比原因设置在第一流动通道表面31内的不同形式的孔阵列。在此，图4a以俯视图示出了具有细长六边形形状的孔32的蜂窝结构，其中孔顶点321在左侧朝向入口开口42定向，并且孔边缘322呈六边形形式，图4b以俯视图示出了具有规则的六边形或正六边形的孔32'的蜂窝结构，并且图4c以俯视图示出了具有大部分细长六边形形状的孔32”的蜂窝结构。在每个图的左侧，示出了蜂窝孔结构的至少一部分，在每个图的右侧提供了放大的细节，其中以俯视图具体示出了相应的典型孔的形状。图5a至5c以沿着图4a-c中的线A-A、B-B和C-C的横截面视图示出了图4a-c的孔32、32'、32”中的每一者，其中图5a以沿着线A-A的横截面视图在图4a的放大细节中示出了图4a的细长六边形孔32，图5b以沿着线B-B的横截面视图在图4b的放大细节中示出了图4b的细长六边形孔32'，并且图5c以沿着线C-C的横截面视图在图4c的放大细节中示出了图4c的细长六边形孔32”。在所有图5a至5c中，流动通道3的高度h保持相同，而孔32、32'、32”的长度不同。具体地，如图5a中所示，孔32的孔长度l满足0.5的纵横比h/l，这提供了最佳的纵横比h/l，以便能够确保相邻的填充孔之间的充分流体分离，而孔32'的孔长度l'满足1.0的纵横比h/l'，并且孔32”的孔长度l”满足0.25的纵横比h/l”。
图6a至6d示出了通过密封流体7对图4a和5a的填充的细长孔32的密封过程的进展，图7a至7d示出了通过密封流体7对图4b和5b的填充的填充的正六边形孔32'的密封过程的进展，并且图8a至8d示出了通过密封流体7对图4c和5c的填充的大部分细长孔32”的密封过程的进展。从图6a至6d，可以理解，密封流体7从入口开口42的一侧进入流动通道3并朝向出口开口43行进。只要密封流体7到达满足纵横比为0.5的细长孔32，这意味着孔长度l是流动通道高度h的两倍，密封流体7就会由于毛细管作用力(即，表面张力)以及由于相对于孔32的壁的接触角条件而被推入孔32中，并且形成液滴或弯液面进入孔32中，从而将一些dPCR反应混合物5从孔32中压出，参见图6b。当密封流体7被进一步挤压通过流动通道3时，密封流体7关闭孔32，而dPCR反应混合物5的大部分保留在孔32的底部，参见图6c，而流动通道3内的dPCR反应混合物5进一步压向出口开口42，直到除了在孔32的底部封闭有足够量的dPCR反应混合物5之外，流动通道3完全充满密封流体7为止，参见图6d。因此，细长孔32被dPCR反应混合物5充分填充，并且相邻的细长孔32通过密封流体7彼此可靠地流体分离。
出于说明性对比目的，图7a至7d示出了类似的密封过程，除了正六边形孔32'满足1.0的纵横比，即，流动通道3的高度h和孔长度l'相同。在此，可以理解，密封流体7从入口开口42的一侧再次进入流动通道3并朝向出口开口43行进。只要密封流体7到达正六边形孔32'，由于毛细管作用力(即，表面张力)以及由于相对于孔32'的壁的接触角条件，密封流体7就会被推入孔32'，并且形成相对较小的弯液面到孔32'中，从而将少量的dPCR反应混合物5从孔32'中压出，参见图7b，所述量明显小于从图6b中从孔32'压出的量。当密封流体7被进一步挤压通过流动通道3时，密封流体7关闭孔32，而dPCR反应混合物5的大部分保留在孔32内，参见图7c，而流动通道3内的dPCR反应混合物5进一步压向出口开口42，直到除了在孔32'内封闭有大量的dPCR反应混合物5之外，流动通道3完全充满密封流体7为止，参见图7d。因此，孔32'在很大程度上填充有dPCR反应混合物5。
再次出于说明性对比目的，图8a至8d示出了类似的密封过程，除了大部分细长六边形孔32”满足0.25的纵横比，即，流动通道3的高度h是孔长度l”的四分之一。在此，可以理解，密封流体7从入口开口42的一侧再次进入流动通道3并朝向出口开口43行进。只要密封流体7到达大部分细长六边形孔32”，密封流体7就会由于毛细管作用力(即，表面张力)以及由于相对于孔32”的壁的接触角条件而被推入孔32”中，并且形成主弯液面进入孔32”中，从而开始将dPCR反应混合物5从孔32”中压出，参见图8b。当密封流体7被进一步挤压通过流体通道3时，密封流体7的弯液面几乎充满孔32”。其中仅dPCR反应混合物5的极少部分保留在孔32'的底部的外边缘，参见图8c。当密封流体7朝向出口开口43行进时，密封流体7封闭孔32”，其中dPCR反应混合物5的一小部分保留在孔32”内，参见图8d，直到流动通道3完全充满密封流体7为止。因此，从图8d中可以理解，孔32”几乎完全充满密封流体7，而在孔32”中仅保留了少量的dPCR反应混合物5。由于dPCR微流体装置中实际可用的dPCR反应混合物的这种减少，不仅所述装置的分析性能显著地降低，而且无法明确确定微流体装置中保留的dPCR反应混合物的实际总量，这将使任何分析结果都不准确且无法使用。
尽管已经联系本发明的具体实施方案描述了本发明，但是应当理解，此描述仅用于说明目的。因此，本发明意图仅受限于所附权利要求的范围。

Claims (15)

1.一种用于反应混合物(5)的热循环的微流体装置(1)，其包括：
入口开口(42)；
出口开口(43)；
流动通道(3)，其连接所述入口开口(42)和所述出口开口(43)并且限定从所述入口开口(42)通过所述流动通道(3)到所述出口开口(43)的流动方向，其中所述流动通道(3)包括第一流动通道表面(31)和与所述第一流动通道表面(31)相对的第二流动通道表面(41)；以及孔(32；32'；32”)阵列，其设置在所述第一流动通道表面(31)中用于与所述入口开口(42)和所述出口开口(43)流体连通，
其中所述第一流动通道表面(31)提供第一亲水性，并且所述第二流动通道表面(41)的至少一部分提供第二亲水性，并且
其中所述第一亲水性大于所述第二亲水性。
2.根据权利要求1所述的微流体装置(1)，其中所述第一亲水性和/或所述第二亲水性是通过材料性质、通过诸如等离子亲水化处理之类的表面处理、或诸如通过SiO2涂层之类的亲水性涂层提供的。
3.根据权利要求1或2所述的微流体装置(1)，其中所述孔(32；32'；32”)阵列的至少一部分在所述第一流动通道表面(31)中呈现六边形形式的孔形状，优选地其中所有的孔(32；32'；32”)在所述第一流动通道表面(31)中呈现六边形形式的孔形状。
4.根据权利要求3所述的微流体装置(1)，其中每个六边形孔(32)的顶点(321)沿所述流动方向朝向所述入口开口(42)的一侧定向，优选地其中每个六边形孔(32)的彼此相对布置的两个顶点平行于所述流动方向定向。
5.根据权利要求3或4所述的微流体装置(1)，其中每个六边形孔(32)包括沿所述流动方向伸长的细长六边形形状。
6.根据前述权利要求中任一项所述的微流体装置(1)，其中每个孔(32；32'；32”)沿所述流动方向的孔长度在50μm至300μm的范围内，和/或垂直于所述孔长度的孔宽度在25μm至150μm的范围内，和/或孔深度在25μm至200μm的范围内。
7.根据前述权利要求中任一项所述的微流体装置(1)，其中所述第一流动通道表面(31)中的每个孔(32)的朝向所述入口开口(42)一侧的边缘(322)是倒圆边缘。
8.根据权利要求7所述的微流体装置(1)，其中所述倒圆孔边缘(322)以小于10μm的半径被倒圆。
9.根据前述权利要求中任一项所述的微流体装置(1)，其中在相邻的孔(32)之间设置有边沿(33)以将所述相邻的孔(32)流体分离，每个边沿(33)的宽度大于10μm。
10.根据前述权利要求中任一项所述的微流体装置(1)，其中所述流动通道(3)的高度与每个孔(32)的长度之间的纵横比在0.3至0.7之间的范围内，优选地为0.5左右。
11.根据前述权利要求中任一项所述的微流体装置(1)，其中所述流动通道(3)的高度在25μm至200μm的范围内。
12.根据前述权利要求中任一项所述的微流体装置(1)，其中所述微流体装置(1)由彼此可附接的两个部分(2、4)组成，其中所述微流体装置(1)优选地沿着其纵向轴线划分为所述两个部分(2、4)。
13.根据权利要求12所述的微流体装置(1)，其中所述流动通道(3)与所述孔阵列(32)以及所述入口开口(42)和所述出口开口(43)设置在所述微流体装置(1)的提供所述第一流动通道表面(31)的一部分(2)中，并且其中所述微流体装置(1)的所述另一部分(4)构成覆盖件部分，所述覆盖件部分提供所述第二流动通道表面(41)，优选地为以盖板或贴箔的形式提供。
14.根据前述权利要求中任一项所述的微流体装置(1)，其中所述微流体装置(1)用于对以所述反应混合物(5)的形式通过所述流动通道(3)提供给所述孔(32)中的每一者的样品进行数字PCR或生化检验。
15.根据前述权利要求中任一项所述的微流体装置(1)，其中所述微流体装置(1)是一种消耗品并且优选地由透明材料构成，进一步优选地由环烯烃共聚物COC或环烯烃聚合物COP构成。
CN202010232789.9A 2019-03-29 2020-03-28 微流体装置 Pending CN111748444A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19166293.1 2019-03-29
EP19166293.1A EP3714977A1 (en) 2019-03-29 2019-03-29 Microfluidic device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111748444A true CN111748444A (zh) 2020-10-09

Family

ID=66041287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010232789.9A Pending CN111748444A (zh) 2019-03-29 2020-03-28 微流体装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US12005439B2 (zh)
EP (1) EP3714977A1 (zh)
JP (2) JP7245191B2 (zh)
CN (1) CN111748444A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111044739A (zh) * 2019-12-02 2020-04-21 江苏圣极基因科技有限公司 用于微流体芯片的样品试剂的进样方法及进样系统

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019220017A1 (de) * 2019-12-18 2021-06-24 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Aufnahmeeinheit zum Aufnehmen eines Fluids, Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Aufnahmeeinheit, Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Aufnahmeeinheit und Aufnahmeeinrichtung
US20240050943A1 (en) * 2020-12-23 2024-02-15 Cornell University Multi-volume microchamber-based microfluidic platform and use thereof
EP4325206A1 (en) 2022-08-18 2024-02-21 F. Hoffmann-La Roche AG Method for compensating defective partitions of a microfluidic chip
EP4325444A1 (en) 2022-08-18 2024-02-21 Roche Diagnostics GmbH Digital pcr leakage detection and correction methods and systems
CN118086053B (zh) * 2024-04-29 2024-07-09 四川迪亚生物科技集团有限公司 一种自灌流培养板及使用方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100089529A1 (en) * 2005-01-12 2010-04-15 Inverness Medical Switzerland Gmbh Microfluidic devices and production methods therefor
US20120196767A1 (en) * 2009-09-21 2012-08-02 Akonni Biosystems, Inc. Microarray based sample detection system
US20160289669A1 (en) * 2015-01-22 2016-10-06 Becton, Dickinson And Company Devices and systems for molecular barcoding of nucleic acid targets in single cells
CN107876110A (zh) * 2016-09-30 2018-04-06 豪夫迈·罗氏有限公司 微流体装置及其制造方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6143496A (en) 1997-04-17 2000-11-07 Cytonix Corporation Method of sampling, amplifying and quantifying segment of nucleic acid, polymerase chain reaction assembly having nanoliter-sized sample chambers, and method of filling assembly
US6027695A (en) 1998-04-01 2000-02-22 Dupont Pharmaceuticals Company Apparatus for holding small volumes of liquids
WO2004103890A1 (en) * 2003-05-23 2004-12-02 Gyros Patent Ab Hydrophilic/hydrophobic surfaces
US20070280857A1 (en) * 2006-06-02 2007-12-06 Applera Corporation Devices and Methods for Positioning Dried Reagent In Microfluidic Devices
JP2008233002A (ja) * 2007-03-23 2008-10-02 Toppan Printing Co Ltd 反応チップ及びそれを用いた反応方法
SG184592A1 (en) * 2011-03-18 2012-10-30 Univ Singapore Isolating target cells from a biological fluid
GB201103917D0 (en) * 2011-03-08 2011-04-20 Univ Leiden Apparatus for and methods of processing liquids or liquid based substances
JP5920296B2 (ja) * 2013-09-03 2016-05-18 大日本印刷株式会社 細胞培養容器
US10343159B2 (en) * 2016-09-16 2019-07-09 Massachusetts Institute Of Technology Systems, devices, and methods for microfluidics using modular blocks
US10722880B2 (en) * 2017-01-13 2020-07-28 Cellular Research, Inc. Hydrophilic coating of fluidic channels
EP3357575B1 (en) 2017-02-06 2021-03-17 H. Hoffnabb-La Roche Ag Sealable microfluidic chip and method for thermocycling

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100089529A1 (en) * 2005-01-12 2010-04-15 Inverness Medical Switzerland Gmbh Microfluidic devices and production methods therefor
US20120196767A1 (en) * 2009-09-21 2012-08-02 Akonni Biosystems, Inc. Microarray based sample detection system
US20160289669A1 (en) * 2015-01-22 2016-10-06 Becton, Dickinson And Company Devices and systems for molecular barcoding of nucleic acid targets in single cells
CN107876110A (zh) * 2016-09-30 2018-04-06 豪夫迈·罗氏有限公司 微流体装置及其制造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111044739A (zh) * 2019-12-02 2020-04-21 江苏圣极基因科技有限公司 用于微流体芯片的样品试剂的进样方法及进样系统

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023027302A (ja) 2023-03-01
JP2020169985A (ja) 2020-10-15
JP7245191B2 (ja) 2023-03-23
US20200306753A1 (en) 2020-10-01
US12005439B2 (en) 2024-06-11
EP3714977A1 (en) 2020-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111748444A (zh) 微流体装置
CN107876110B (zh) 微流体装置及其制造方法
US6843281B1 (en) Methods and apparatus for introducing liquids into microfluidic chambers
US6919058B2 (en) Retaining microfluidic microcavity and other microfluidic structures
US8231844B2 (en) Method and device for manipulating liquids in microfluidic systems
EP2283924B1 (en) Inlet unit with means supporting liquid entrance into a microchannel structure
US20100252128A1 (en) Microfluidic device
US20120051947A1 (en) Method Of Pumping Fluid Through A Microfluidic Device
US20100307595A1 (en) Fluidic device, fluidic module, and method of handling a liquid
JP2008082961A (ja) マイクロ流路デバイス
EP2035542A2 (en) Devices and methods for positioning dried reagent in microfluidic devices
EP3073273A1 (en) Micro chamber plate
WO2014089579A1 (en) Common port emulsion generation system
WO2006121667A2 (en) Device and method for performing a high throughput assay
CN111389474B (zh) 一种用于样本分散的微流控芯片及其制备方法与应用
US20160167053A1 (en) Common port emulsion generation system
CN114390948A (zh) 微流控芯片、生产方法及用途
CN113318796A (zh) 离心式微滴生成芯片
Mark et al. Aliquoting structure for centrifugal microfluidics based on a new pneumatic valve
JP7495993B2 (ja) 乳化装置
CN112619719B (zh) 用于数字pcr的液滴生成微型装置
CN118416970A (zh) 微流体卡匣

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination