CN112292206A - 具有抽吸柱的微流体探针头 - Google Patents

具有抽吸柱的微流体探针头 Download PDF

Info

Publication number
CN112292206A
CN112292206A CN201980023904.7A CN201980023904A CN112292206A CN 112292206 A CN112292206 A CN 112292206A CN 201980023904 A CN201980023904 A CN 201980023904A CN 112292206 A CN112292206 A CN 112292206A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fluid
microfluidic probe
probe
probe head
microfluidic
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
CN201980023904.7A
Other languages
English (en)
Inventor
R·洛夫奇克
D·P·泰勒
M·布尔格
G·V·凯加拉
Y·尤里
I·巴拉克
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.)
Bioradiation Laboratory Co ltd
Bio Rad Laboratories Inc
Original Assignee
Bioradiation Laboratory Co ltd
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 Bioradiation Laboratory Co ltd filed Critical Bioradiation Laboratory Co ltd
Publication of CN112292206A publication Critical patent/CN112292206A/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
    • B01L3/502707—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
    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • B01L3/0289—Apparatus for withdrawing or distributing predetermined quantities of fluid
    • B01L3/0293—Apparatus for withdrawing or distributing predetermined quantities of fluid for liquids
    • 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
    • B01L3/502769—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 multiphase flow arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/16—Microfluidic devices; Capillary tubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M33/00—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus
    • C12M33/04—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus by injection or suction, e.g. using pipettes, syringes, needles
    • 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
    • B01L2200/026—Fluid interfacing between devices or objects, e.g. connectors, inlet details
    • B01L2200/027—Fluid interfacing between devices or objects, e.g. connectors, inlet details for microfluidic devices
    • 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
    • B01L2200/0636—Focussing flows, e.g. to laminate flows
    • 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
    • B01L2200/0647—Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
    • 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
    • B01L2200/14—Process control and prevention of errors
    • B01L2200/141—Preventing contamination, tampering
    • 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
    • B01L2300/0832—Geometry, shape and general structure cylindrical, tube shaped
    • 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
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0487—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics
    • B01L2400/049—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics vacuum
    • 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
    • B01L3/502761—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 specially adapted for handling suspended solids or molecules independently from the bulk fluid flow, e.g. for trapping or sorting beads, for physically stretching molecules

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)

Abstract

本公开特别涉及一种微流体探针头或微流体探针头头，包括：具有液体注射和液体抽吸孔的处理表面；以及从该处理表面延伸的突出部。注射孔和抽吸孔的布置提供了在处理表面与基材或样品表面(例如，微量滴定板样品孔的底部)之间形成的处理区域内的流体流限制，该限制通常位于处理表面的下方。本公开还涉及相关的微流体探针装置以及这种微流体探针头头的操作方法，尤其是在表面上沉积细胞。

Description

具有抽吸柱的微流体探针头
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年2月5日提交的第62/626606号美国临时申请的优先权，并且本申请与2018年2月5日同时提交名称为“具有屏障突出部的微流体探针头”的国际申请第______号有关，其公开内容为所有目的而以参见的方式纳入本文。
技术领域
本公开总体涉及流体探针头、实施流体探针头的装置以及相关的操作方法的领域。特别地，涉及一种设计用于细胞沉积的微流体探针头。
背景技术
微流体处理小体积流体的行为、精确控制和操作。术语“微流体”有时通俗地指代跨越几个量级的体积(例如，从毫升体积到纳米体积)。流体流的一些特性通常受限于微米长度尺度的通道和通常在亚毫升范围内的体积，但是也可以观察到毫米长尺度的通道和液体的毫升体积。微流体的一些特性源于液体在毫米长度尺度、微米长度尺度或更短尺度上表现的行为微流体中的液体流动通常是层流。通过制造具有微米范围内的横向尺寸的结构，可以达到远低于一纳升的体积孔。微流体装置通常是指用于泵送、取样、混合、分析和配量液体的微加工装置，通常(但不限于)处于这种亚毫升的体积。微流体探针是用于沉积、回收、运输、传送和/或去除液体、尤其是含有化学和/或生化物质的液体的装置。例如，微流体探针可用于诊断医学、病理学、药理学和分析化学的各个分支的领域。微流体探针还可用于为酶分析、核糖核酸(RNA)和/或脱氧核糖核酸(DNA)分析和蛋白质组学执行分子生物学程序。
对于特定的微量滴定板，在微量滴定板的孔的底表面上顺序地执行局部化学变化是非常具有挑战性的。实施这种顺序化学处理通常需要相对大体积的处理液体(在几十毫升的范围内)，并且通常需要用相对大体积的液体冲洗，以减少连续液体之间的污染。在许多传统方案中，该技术包括使整个微量滴定板变干；然而，给定用于各种应用的阶段或处理，使微量滴定板干燥并不总是避免污染的有效选择。
在表面上的限定位置处以均匀、快速和特定的方式使细胞沉积是特别具有挑战性的，尤其是当希望将细胞沉积在生物学中的标准基材上时，诸如载玻片、培养皿和微量滴定板。附加的挑战涉及设计用于水平扫描的微流体探针头通常太宽、太大、具有太宽的液体分配区域或它们的组合，上述微流体探针头通常与微量滴定板的单个孔不兼容。垂直变型的微流体探针头已经被制造得相对细长，以便配合在微量滴定板的孔内。然而，由这种垂直变型实现的流动限制尺寸通常与头的表面上的图案不兼容，并且无法实施多路复用测试。此外，垂直微流体探针头的操作倾向于需要在低流体压力下进行操作，以确保所需沉积的相互作用，但是通过通常可得到的泵难以控制这种探针头中的压力。此外，许多微流体探针头的设计仍然是针对(非常耗时的)扫描过程的，并且在通过垂直变型进行扫描时改变方向特别具有挑战性，因为方向的改变会破坏流体动力流动限制区域。此外，垂直变型使得微量滴定孔处理具有很大的挑战性，因为在微量滴定板样品孔内进行处理通常需要维持与表面的固定距离，而在许多情况下，该表面是不共形的膜。许多这样的微流体探针头在其操作期间也需要大量的清洗程序。
发明内容
下文呈现了本公开的一些实施方式的简化的发明内容，从而提供对本公开的基本理解。该发明内容不是对本公开的广泛综述。它不旨在标识本公开的关键/重要元素或描绘本公开的范围。其唯一目的是以简化形式呈现本公开的一些实施方式和方面，作为稍后呈现的更详细描述的序言。
一般而言，本公开涉及一种微流体探针头，包括：位于微流体探针头一端处的处理表面，上述处理表面构造成流体动力地将流体限制在靠近该处理表面的处理区域内；处理表面中的一个或多个注射孔；处理表面中的一个或多个抽吸孔；以及从处理表面向外延伸的两个或多个柱，上述柱构造成建立处理区域的高度。
在一些实施方式中，微流体探针头处理表面可以具有布置成三角形构造的三个注射孔。在一些方面中，三个注射孔可以彼此间隔开，使得处理区域包括在三个注射孔之间形成的滞留空间。在其他方面中，三个注射孔可以分别连接到不同的流体源。在其他实施方式中，微流体探针头处理表面可以具有四个布置成方形或矩形构造的注射孔。在一些方面中，四个注射孔彼此间隔开，使得处理区域包括在四个注射孔之间形成的滞留空间。在进一步的方面中，四个注射孔中的两个或更多个可以连接到不同的流体源。
在其他实施方式中，微流体探针头的一个或多个抽吸孔可以是沿着处理表面的外周排列的多个圆形孔。在一些方面中，上述孔可以是矩形孔、狭缝或具有其他形状的孔。在一些方面中，一个或多个抽吸孔可以位于加工头内形成的凹部或凹部内。
在一些方面中，从处理表面向外(向下)突出的柱可以从处理表面向外延伸约0.1mm。在其他方面中，上述处理表面可以具有四个这样的柱，上述柱围绕上述处理表面的外周彼此等距地布置。在这些方面中，多个抽吸孔可以定位或组合在四个柱之间，并且也围绕处理表面的外周布置。更进一步地，对于这些方面，四个柱中的每一个可以与抽吸孔配对，该孔位于面向一个或多个注射孔的柱的一侧上的每个柱附近(向内朝向处理表面的中心)。
在一些实施方式中，微流体探针头还可以包括探针接口部分，上述探针接口部分位于微流体探针头的远离(相对)处理表面的端部处，其中，上述探针接口部分具有构造成将微流体探针头与一个或多个流体源和/或真空源连接的流体接触端口。在一些方面中，探针接口部分可以包括四个流体接触端口，其中，四个流体接触端口中的三个连接到一个或多个流体源储存器以用于流体的注射，并且其中，四个流体接触端口中的第四个连接到真空源以用于抽吸流体。
对于另一个方面，本公开实施为根据上述实施方式中的任一项来操作微流体探针头的方法。该方法包括：将上述微流体探针头定位在待加工的样品表面或基材附近，以使头的处理表面面向样品表面。然后，在从抽吸孔抽吸液体的同时，经由液体注射孔注射处理液体，以处理样品表面。
在一些实施方式中，处理液体是包含细胞的非均相悬浮液，并且处理液体被注射以便将非均相悬浮液的细胞沉积到样品表面上。
在一些实施方式中，尤其是将样品孔作为样品表面时，首先将样品表面浸入浸没液体中。因此，当将微流体探针头定位在样品表面的上方时，上述微流体探针头至少部分地浸入在浸没液体中。在操作中，头的一个或多个附加孔可用于注射或抽吸液体，否则从第一抽吸孔抽吸液体。在这样的实施方式中，执行注射处理液体和抽吸液体的步骤，以维持注射的液体在注射孔与抽吸孔之间的流体动力流动限制。
现在将借助于非限制性示例并参考附图来描述体现本公开的装置和方法。根据下文提供的详细描述，本公开的其他应用领领域将变得显而易见。应当理解的是，详细描述和具体示例虽然指示各种实施方式，但仅旨在用于说明的目的，而不旨在必然地限制本公开的范围。
附图说明
下面参照下列附图来详细描述说明性方面和实施方式。
图1示出了本领域已知的样品沉积和抽吸的顺序。
图2A示出了根据本公开实施方式的构造成用于在样品孔内对受控体积的流体进行沉积和抽吸的微流体探针。
图2B示出了根据本公开实施方式的构造成用于在样品孔内对受控体积的流体进行沉积和抽吸的微流体探针。
图2C示出了根据本公开实施方式的构造成用于在样品孔内对受控体积的流体进行沉积和抽吸的微流体探针。
图3示出了根据本公开实施方式的微流体探针和具有抽吸柱的探针头的结构、壳体和处理表面。
图4示出了根据本公开实施方式的用于微流体探针和探针头的结构以及用于具有抽吸柱的微流体探针头的处理表面。
图5示出了根据本公开实施方式的用于具有源流体连接构造的微流体探针的结构。
图6示出了根据本公开实施方式的用于具有源流体连接构造的微流体探针的结构。
图7A示出了根据本公开实施方式的用于微流体探针和探针头的结构以及用于具有抽吸柱的微流体探针头的处理表面。
图7B示出了沿图7A所示的微流体探针头的长度的剖视图，进一步示出了内部流体通道。
图8示出了根据本公开实施方式的用于微流体探针和探针头的结构以及用于具有抽吸柱的微流体探针头的处理表面。
图9示出了根据本公开实施方式的用于微流体探针和探针头的结构以及用于具有抽吸柱的微流体探针头的处理表面。
图10A示出了根据本公开实施方式的微流体探针头处理表面的平面图，进一步示出了流体流的标示。
图10B示出了图10A所示的微流体探针头的剖视图，进一步示出了流体流的标示。
图11A示出了根据本公开实施方式的微流体探针头处理表面的平面图，进一步示出了流体流的标示。
图11B示出了图11A所示的微流体探针头的剖视图，进一步示出了流体流的标示。
图12A示出了根据本公开实施方式的微流体探针头的剖视图。
图12B示出了用于图12A所示的微流体探针头的一部分的流体流的标示。
附图示出了如实施方式中所涉及的装置或其部件的简化表示。附图中描述的技术特征不一定按比例绘制。除非另有说明，附图中的类似或功能相似的元件被分配了相同的附图标记。
具体实施方式
为了解释的目的，在整个描述中阐述了许多具体细节，以提供对本文所公开的许多实施方式的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有一些特定细节的情况下实践多个实施方式。在其他情况下，以图或示意形式示出了公知的结构和装置，以避免模糊上述实施方式的基本原理。
本文描述的系统和方法有助于流体样品分析的自动化，并应用于免疫血液学、再生医学和毒理学研究。此外，本文中描述的装置和方法可以对微量滴定板中的每个单个孔的表面执行局部和精确的生化改变，同时大致避免在引入不同液体时与残留量的溶液混合。这使得本文所公开的技术和公开内容尤其有用，例如用于抗原配型分析和抗体筛选分析。
一些免疫血液学测试技术包括在较宽的反应物阵列上(水平地，在样品表面的X-Y轴上)“扫描”血液样品，这会带来信号混合、交叉污染等固有风险。使用微流体的早期尝试采用暴露在流体头上的通道，但是这些通道缺乏本公开的流体动力学的流体控制。
微流体的另一个应用是在微量滴定板中以最小体积的样品或其他液体进行测试。这种测试在沉积处理液体的同时不需要沿X-Y轴移动。然而，用于这种测试的传统头部不适合与样品孔一起使用，至少是因为用于该测试的流体探针头的形状和尺寸太大、太宽和/或形状太不规则而不能有效与微量滴定板的样品孔一起工作。如本文所公开的微流体探针(“MFP”)头(沿Z轴线)垂直地移动进入和离开微量滴定板的样品孔可以提供以下优点：由于MFP头的处理表面和台面提供的流体动力的流动限制，执行测试所需的流体量更少，样品孔更容易清洁，样品更完全地浸入流体中，并且样品流体内的细胞与接收表面之间的接触增加。
在微量滴定板的应用中，相对于这种微量滴定板中的传统样品孔化学法，可减少用于实现期望的化学、反应和清洁的处理流体和冲洗流体的量。与传统的清洗程序相比，减少的液体量更有效也更容易处理，因为流体的体积更小，并且MFP头可以更精确地抽吸和/或冲洗样品孔的边缘、角部和壁面。由流体动力的流动限制(“HFC”)对流体的控制还允许在同一样品孔内执行顺序的化学反应，其中，注射具有样品和/或试剂的处理流体与注射缓冲液或上升流体交替地进行。由于MFP头的处理表面之下的液体的交替冲洗和整体控制，MFP头的HFC可提供在同一样品孔内执行的顺序反应(例如，抗身体筛选分析)，而不用考虑交叉污染或其他这种误差。
一般而言，HFC涉及液体的层流流动，上述层流流动在空间上被限制在环境液体(替代地称为浸没液体)内。特别地，抽吸孔为给定的MFP头设定HFC的边界，并且在MFP头的特定区域内或之下维持注射的处理液体的期望的流动特性，上述抽吸孔可选地与机械或液体屏障元件组合。本公开的一些实施方式和方面有利地依赖于本文进一步描述的流体动力的流动限制。
本文所考虑的装置和系统可包括微流体中常见的其他结构或装置(例如，管端口、阀门、泵送装置、真空源)，并可构造成提供通过注射孔注射的处理液体的HFC。应当理解的是，本公开的MFP头和HFC可以在流体处理系统的各种实施方式中实现，并且能够在各种板、孔、载玻片等上或内部执行广泛的化学反应。MFP头及其处理表面可由一般生物相容性材料构成或形成，上述材料包括但不限于陶瓷、塑料、聚合物、玻璃、硅、金属(例如铝、不锈钢等)、合金或其组合。在几个方面中，MFP头可以使用车床、铣削和/或蚀刻技术由铝制成。
本装置和方法的实施方式和方面允许从非均相悬浮液以均匀、快速和特定的方式在基材(或其他这样的样品表面)上沉积细胞。本方法简化了细胞在标准基材、诸如载玻片、培养皿和微量滴定板(例如，具有六孔、二十四孔或九十六孔的微量滴定板)上的沉积。MFP头可水平或垂直地移动、或同时水平或垂直地移动，以适于控制处理表面上的流体流和/或真空，使得MFP头可以适当地移动以在相应的基材上或沿着相应的基材进行沉积和抽吸。
一般而言，在本公开的微流体探针和微流体探针头的实施方式中，任何给定的注射孔的平均直径(在探针头的处理表面处或在进一步进入探针的主体的内径处测量的)可以在100μm与500μm之间，并且可以是该范围内中的任何增量、梯度或范围的直径。例如，注射孔的平均直径可约为300μm±50μm。此外，尽管附图中有描述，但是注射孔不必是圆形孔，例如，注射孔可以具有方形、矩形、三角形或缺口形状。本文公开的抽吸孔的平均宽度可以在20μm与100μm之间，并且可以是其中的任何增量、梯度或范围的尺寸。注射孔与抽吸孔之间的最小距离可基于处理表面与基材之间流体动力控制所需的特定设计和参数而变化。
本文的示例性实施方式中考虑的注射孔和抽吸孔的尺寸和相对位置构造成维持流体动力流动控制。这种微流体探针头的尺寸和比例受到限制，该限制基于处理表面的顶点和样品孔的侧壁处的流体动力学阻抗、和/或孔距样品孔的底部的间距。特别地，探针头处理表面的顶点与样品孔侧壁的阻力之间的流体动力学阻抗的比率应在0.90至0.98的范围内。根据该比率可以理解，在基材或样品表面上的间隙的顶点之间的流体动力学阻抗不应该低于在供给浸没液体的区域中的流动阻力(对于样品孔，是从侧壁到样品孔的底部)。换言之，流体流应该被大致径向向外地引导，并且探针头处理表面的顶点之间的流体动力学阻抗应该大于MFP头的侧面和样品孔壁处的阻力，使得流体不会显著地向内流回一个或多个位于中心的注射孔。
此外，在微量滴定板孔内的操作期间，MFP头的间距可以与MFP头的尺寸与配置有该MFP头的样品孔之间的关系成比例。例如，在一些实施方式中，抽吸孔距MFP头的处理表面的外边缘(外周)的距离可以构造成形成为样品孔的直径的10％至20％，上述MFP头设计成在该样品孔中操作。抽吸孔距相应MFP头的边缘的距离可以根据将要使用MFP头的应用而适当地改变。由此，在其他实施方式中，抽吸孔距MFP头的外边缘的距离可以构造成样品孔的直径的大约80％，上述MFP头设计成在该样品孔中操作。其他实施方式提供的抽吸孔可以定位成与它们各自的MFP头处理表面的边缘相距样品孔的直径的大约10％到大约80％的距离，上述MFP头设计成在该样品孔中操作。抽吸孔相对于与MFP头分离的部件(例如，微量滴定板)的这种特定定位适于控制阻力和流体流，以适用于特定的实施。
下面详细讨论的MFP头的变化包括布置在围绕注射孔(或多个注射孔)的外周处的具有一个或多个抽吸孔的处理表面(可以是圆形的、椭圆的、弯曲的、方形的、矩形的或以其他方式成形的)，使得注射流体的流动被真空或流体吸入有效地包围。由于围绕注射孔的抽吸孔的布置，因此，在MFP头的操作期间可以获得一定程度的注射液体的限制。具体而言，由于在抽吸孔处存在抽吸的液体，这部分地由于在抽吸区域的流动和湍流，因此，注射的液体保持限制在MFP头下方的期望区域内，从而形成围绕注射液体延伸的屏障。这种由液体抽吸产生的屏障有助于改善沉积液体(或其颗粒、诸如细胞)的均质性。此外，抽吸孔的布置允许在MFP头的操作期间经由抽吸孔在相同的外周处抽吸MFP头附近的环境或浸没液体。这使得注射液体的流速可以部分地(如果不是基本上)独立于抽吸流进行设定，这反过来又可以简化头部的操作。
下面考虑的MFP头和处理表面的进一步变化可以包括替代或附加的机械屏障，诸如从处理表面延伸的实心结构，从而影响具有所关注的样品或细胞的注射液体的流动和方向。这种位于注射口与抽吸孔之间的实心屏障引导、推动或挤压注射流体，以使注射流体可改善甚至最大限度地与下面的样品表面(例如，载玻片、培养皿、微量滴定板或孔等)接触，从而改善沉积、结合、或注射液体中的细胞与样品表面的相互作用。
在许多实施方式中，微流体探针头可在处理表面(n≥2)上具有n个液体抽吸孔(例如，孔、狭缝等)。n个抽吸孔可以布置成在处理表面上具有n阶的旋转对称性。相邻抽吸孔之间的间隙对称地分布，以降低任何给定的扫描方向或流动变化对沉积材料的影响。例如，每个抽吸孔可以沿着处理表面上的相同圆的圆周定位，并且可以相对地靠近处理表面的外周。类似地，在其他实施方式中，MFP头可以具有一个以上的注射孔，其中，这些注射孔可以布置成在处理表面上具有旋转对称性。
对于使用MFP头在滴定板的样品孔内进行化学处理的应用，MFP头在每个孔内的尺寸和位置通常是至关重要的。如果MFP头的直径实质上不比孔小，则非中心位置会导致MFP头过于靠近孔的侧壁、甚至接触侧壁，从而导致处理液体和浸入液体的不规则流动。相反，如果MFP头对于样品孔的尺寸太小(相对地)、或者注射孔和/或抽吸孔未对中，则MFP头将需要更广泛的工作来正确地定位，以便在所关注的区域进行最佳处理。由此，优选地提供一种在装置接近微量滴定板时该装置会自对准/自定位的装置。在这个意义上，自对准是指X轴线、Y轴线和Z轴线对准以及对可能的倾斜变化进行自调节。自对准可以通过添加机械特征、诸如柱、夹具、旋转接头、软“缓冲”材料、弹簧或者甚至是流体动力学悬浮的空气轴承等来实现。
在本公开的上下文中，布置成从MFP头的处理表面延伸或突出的柱部分地用于自对准MFP头。这些柱通常靠近处理表面上的抽吸孔、和/或与抽吸孔一起位于距处理表面的中心相等的径向距离处。在一些实施方式中，这些柱与抽吸孔齐平或紧邻抽吸孔。因此，这些结构在本公开中称为期望的柱。这些柱也不同于本文描述的用于控制流体流的机械屏障。这些柱从MFP头的处理表面沿与MFP头的纵向轴线平行的方向向外延伸。换言之，当处于操作位置时，这些柱被视为朝向表面向下延伸。在许多实施方式中，这些柱不从处理表面的中心沿径向方向延伸；然而，在替代实施方式中，这些柱可以从MFP头向下且径向向外半对角地延伸。
抽吸柱可为MFP头提供几个优点。在操作中，抽吸柱可以向下接触到处理表面下方的表面或基材上。因此，抽吸柱机械地确定处理表面的顶点到底层基材或样品表面的距离。换言之，抽吸柱(或其他类似特征)的高度确定处理表面(以及由此形成的注射孔和抽吸孔)与样品基材之间的间隙距离，这实际上建立了处理区域的高度和操作空间。因此，抽吸柱的高度可以调节或构造成提供特定或期望的注射/抽吸流体流几何形状。抽吸柱的高度也可以引导注射孔和/或抽吸孔的设计；例如，相对较高或较高的抽吸柱将需要相对较小的注射孔(具有相应的较高的流体注射压力)，以便处理液体能到达底层表面基材。
抽吸柱还可以在处理表面下方的基材膜上产生张力，从而使底层基材/表面的形貌变化最小化。向下接触模式也可以解释为机械特征，将顶点保持在距表面的给定距离处。处理表面上的抽吸柱的位置可能变化。例如，抽吸柱可以定位成沿处理表面的一个边缘，从而仅与滴度板孔和/或滴度板内的基材的相应边缘接触。应当理解的是，抽吸孔相对于装置的边缘和注射孔的布置可以用于确保注射的处理液不会到达不被处理的区域(例如，样品孔的角部和侧壁)。单独地或与抽吸柱组合的抽吸孔的几何形状和布置在本文考虑的MFP头的正常功能中起关键作用。
如本文所用，除非另有说明，术语“微流体学”是指对小体积流体的行为、精确控制和操纵进行处理的流体体积的处理，小体积范围从毫升体积到纳升体积，以及该范围内的体积的增量和梯度。由此，“微流体探针头”(MFP头)通常是指作为小型化流体传输系统和装置的一部分，能够处理和加工从毫升体积到纳米体积的流体体积以及其中的体积的增量和梯度的探针头。在特别指出的地方，微流体装置和/或探针头的某些实施方式受限于微米长度尺度的通道和通常在亚毫升范围内的体积。
如本文所用，除非另有说明，术语“台面”通常是指微流体探针头的处理表面的部分，包括(但不限于)用于抽吸的孔、用于沉积的孔、用于轮廓和台面形状控制的孔、屏障、轮廓、台阶特征、倒圆角、凹部、浮雕、凹槽和其他形成用于流体头的处理表面的这样的结构方面。
如本文所用，除非另有说明，术语“上”和“下”通常是指在操作期间观察到的微流体探针的定向，其中，微流体探针的下部、尤其是探针头靠近基材或样品表面(例如，样品孔的底部)，并且其中，微流体探针的一部分、尤其是探针接口部分远离基材或样品表面，而不是任何给定的微流体探针与微流体探针连接的整个流体处理系统之间的物理接触点。
如本文所用，除非另有说明，术语“关于”通过假设给定值可以大于或小于指示值来为数值范围端点提供灵活性。特别地，该给定值可以修改为该值的±10％或在该值的±10％内。
如在本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指示物，除非文中清楚地另有说明。因此，例如，提及包含“结合剂”的系统包括包含一个或多个结合剂的系统。同样地，提及“一个物质”包括一个或多个物质。
图1示出了本领域已知的流体沉积、抽吸和第二流体沉积的进展。在步骤100a，保持基材104的样品孔102填充第一流体106，其中，第一流体106通过第一分配器108(例如，移液管等)进行沉积。基材104可以具有任何种类的结合位点、试剂、固定样品等。第一流体106可以具有任何种类的样品材料、诸如细胞、抗体、小分子等。在步骤100b，假设基材104与第一流体106之间的任何计划和期望反应均已经结束，则第一流体106经由抽吸器110从样品孔102中吸出。然而，残余材料107(例如，来自第一流体106的盐、细胞、碎屑等)残留在样品孔102的角部内。残余材料107会残留在样品孔102的角部、边缘和缝隙中/上，部分是由于抽吸器110的物理限制(例如，太大而无法在样品孔102内调节角度)、以及通过抽吸器110在样品孔102内施加的抽吸作用或真空的限制。传统的过程没有提供良好的方法来确保液体在这些样品孔102的角部和侧壁处的均匀流动。因此，残余材料107变为交叉污染源，如步骤100c所示，其中第二分配器112将第二流体114沉积到样品孔102中。第二流体114可以是诸如缓冲物的清洗或冲洗流体、或者第二流体114也可以是具有任何种类的样品材料、诸如细胞、抗体、小分子等的流体。残余材料107可引起冲洗动作，从而以在步骤100c期间以不期望的方式从第一流体106置换样品材料。当残余材料107与包含在第二流体114中的任何样品混合时，而上述样品与基材104结合或反应，残余材料107也可能引起信号的混淆。减少这些方法中固有的交叉污染的传统方法、诸如缓冲液的几乎完全干燥或精细以及广泛的冲洗/净化都是不完善的。
图2A、图2B和图2C分别示出了构造成用于在样品孔内受控体积的流体进行沉积和抽吸的示例性微流体探针头的变化例。具体而言，图2A示出了样品孔102内的第一微流体探针202的第一布置200a，图2B示出了样品孔102内的第二微流体探针214的第二布置200b，图2C示出了样品孔102内的第三微流体探针220的第三布置200c。在许多方面中，注射或沉积的流体可以包括化学试剂和化合物，并且也可以是非欧几里德流体和/或包括细胞。因此，这些布置中的每一个都允许系统和装置以最小化的交叉污染影响在样品孔102孔内执行顺序化学处理，部分原因是由于每个探针头的处理表面204相对于样品孔102的底部处的基材104所提供的流体动力流动限制(HFC)。
在一些实施方式中，微流体探针具有从处理表面204向下延伸的抽吸柱205，与基材104或样品孔102底部的区域接触。抽吸柱205可以是从处理表面204突出的可选结构，但是当存在时，可以提供特定的优点。在一个方面中，抽吸柱205有助于维持基材104与处理表面204之间的一致且均匀的操作距离。在另一个方面中，抽吸柱205可以向基材104的外周施加压力，以有助于维持基材104的张力或形状(例如，平面及/或凸形)。抽吸柱205的长度(或深度)可以根据微流体探针202和处理表面204的结构而变化，其中所述抽吸柱205从该处理表面204延伸出。
图2A示出使用第一微流体探针202的第一布置200a，探针位于样品孔102内的操作位置处，并靠近基材104。第一微流体探针202、具体地第一微流体探针202的处理表面204和基材104两者示出为浸没在处理流体206中。第一微流体探针202在处理表面204内具有注射孔和抽吸孔，该注射孔和抽吸孔分别通向第一微流体探针202的主体内的流体通道，并连接到其他流体(例如，样品流体、试剂、缓冲液等)的储存源和/或废物或替代的收集储存器。当第一微流体探针202(以及其相应的处理表面204)处于靠近基材104的操作位置处时，围绕处理表面204的外周的抽吸器可以吸取流体，使得在处理表面204的中心区域与样品孔102体积的其余部分之间形成流体屏障。在本公开的背景下，流体屏障是流体流的区域，在该区域中，抽吸和/或邻近结构的形状形成涡流或流体湍流，使得流体流保持在限定的和期望的区域内，从而有助于微流体探针头的HFC。环境流208示出了这种抽吸器的抽吸作用的一部分，其中处理流体206被吸入第一微流体探针202，并且不会到达处理表面204与基材104之间的体积的中心部分。
图2A还表示所公开的系统的变化，示出了第一布置200a使样品孔102内所需的处理流体206的体积最小化，因为第一微流体探针202占据了该空间的相当大的部分。此外，当第一微流体探针202处于样品孔102内的操作位置时，其可以位于基材104上方100μm处，与抽吸柱205的高度相等。在其他方面中，从第一微流体探针202的底部延伸的抽吸柱205可以将第一微流体探针202与基材104之间的距离设定为大于或小于100μm。
图2B示出了使用第二微流体探针214(具有“钉子”形状)的第二布置200b，位于样品孔102内的操作位置处，靠近基材104。第二微流体探针214可以由探针杆210和探针头212形成。第二微流体探针214、具体地第二微流体探针214的处理表面204和基材104两者示出为浸没在处理流体206中。第二微流体探针214在处理表面204内具有注射孔和抽吸孔，该注射孔和抽吸孔分别通向探针杆210内的流体通道，并连接到其他流体(例如，样品流体、试剂、缓冲液等)的储存源和/或废物或替代的收集储存器。当第二微流体探针214(以及其相应的处理表面204)处于靠近基材104的操作位置处时，围绕处理表面204的外周的抽吸器可以吸取流体，使得在处理表面204的中心区域与样品孔102体积的其余部分之间形成流体屏障。环境流208示出了这种抽吸器的一部分抽吸作用，其中处理流体206被吸入第二微流体探针214，并且不会到达处理表面204与基材104之间的体积的中心部分。与图2A所示的变化例相比，第二微流体探针214可以用于使环境浸没液体和/或处理流体206的位移最小化的应用。
此外，当处于样品孔102内的操作位置时，第二微流体探针214可以位于基材104上方100μm处。在其他方面中，从第二微流体探针214的底部延伸的抽吸柱205可以将第一微流体探针202与基材104之间的距离设定为大于或小于100μm。在一些方面中，探针头212的厚度可以是从100μm到300μm，或者可以具有与宽度或探头杆的直径成正比的厚度。在一些方面中，探针头212可以具有圆形、方形或其他形状，以符合微量滴定板孔内的形状。
图2C示出了使用第三微流体探针220(具有“多管”构造)的第三布置200c，位于样品孔102内的操作位置处，靠近基材104。第三微流体探针220可以由探针管216和探针板218形成。(在一些方面中，探针板218可以类似于第二微流体探针214的探针头212。)第三微流体探针220、具体地第三微流体探针220的处理表面204和基材104两者示出为浸没在处理流体206中。第三微流体探针220在处理表面204内具有注射孔和抽吸孔，该注射孔和抽吸孔分别通向探针管216，并连接到其他流体(例如，样品流体、试剂、缓冲液等)的储存源和/或废物或替代的收集储存器。当第三微流体探针220(以及其相应的处理表面204)处于靠近基材104的操作位置处时，围绕处理表面204的外周的抽吸器可以吸取流体，使得在处理表面204的中心区域与样品孔102体积的其余部分之间形成流体屏障。环境流208示出了这种抽吸器的抽吸作用的一部分，其中处理流体206被吸入第三微流体探针220，并且不会到达处理表面204与基材104之间的体积的中心部分。与图2A所示的变化例相比，并且类似于图2B的变化例，第三微流体探针220可以用于将环境浸没液体和/或处理流体206的位移最小化的应用。
此外，当处于样品孔102内的操作位置时，第三微流体探针220可以位于基材104上方约100μm处。在一些方面中，探针板218的厚度可以是从100μm到300μm。在一些方面中，探针头212可以具有圆形、方形或其他形状，以符合微量滴定板孔内的形状。在其他方面中，探针管216可以由具有一定程度的压缩性和柔韧性的管形成，使得第三微流体探针220对底层微量滴定板的运动或振荡(有意的或无意的)具有更大的容限。
图2B和图2C还表示所公开的系统的变化例，示出了第二布置200b和第三布置200c两者都可以适合填充样品孔102内的超过一半的空间的处理流体206的体积。
图2A、图2B和图2C中的微流体探针所示的所有实施方式都具有覆盖样品孔的底部约80％的面积的处理表面(并且有效地，覆盖由样品孔的底部支承的所有基材)，从而建立在流体动力流动限制下的区域。
从图2A、图2B和图2C中可以看出，处理表面与底层基材之间的距离是需要控制的重要变量，以便在MFP头的操作期间将HFC维持在期望区域内。处理表面与基材之间的该距离可以称为工作距离。在各个方面中，工作距离可以是基材上方的预定高度，该高度根据从处理表面延伸的抽吸柱的高度来设置。在这些方面中，可以根据计算的高度来设定抽吸柱的高度(进而工作距离)，其中计算的高度可以是样品孔的尺寸或直径、样品表面或基材上的目标区域的尺寸或面积、处理表面的尺寸或直径、处理表面上的注射孔的尺寸或直径、处理表面上的抽吸孔的尺寸或直径、沿着处理表面的注射孔和抽吸孔的位置、或其组合之间的正比或比率
此外，位于或靠近处理表面的外周的抽吸柱可以在抽吸柱向下接触底层基材的相应外周处施加或分布压力。在许多情况下，位于样品孔的底部的基材不会完全地水平或均匀，并且在一些情况下，基材可能会部分地翘曲。这种不均匀的基材可能对分析的预期结合和化学性质有害。具有抽吸柱的微流体探针至少可以部分地使基材表面的平面变平，其中，微流体探针被降低到样品孔中的通过抽吸柱将压力施加到基材的外周的高度。使基材上的任何不均匀变平都可以进一步改善样品孔内的处理表面的HFC。
图3示出了用于具有抽吸柱的示例性微流体探针300的结构、壳体和处理表面。如图所示，探针芯302位于下壳体部件304和上壳体部件306内。在一些方面中，探针芯302具有：在探针芯302的主体内延伸设置的流体通道；以及在探针芯302的外表面形成(例如，切割、蚀刻、模制等)的流体通道。探针芯302的外表面上的或沿着探针芯302的外表面的流体通道可以通过被下壳体304和上壳体306部件覆盖，从而可以供流体流过的受限空间。在一些方面中，下壳体304和上壳体306部件可以是装配和/或粘附在探针芯302周围的热缩管材料，上述热缩管材料封闭或覆盖探针芯302表面中的外部通道，从而形成用于流体流的毛细管。在替代方面中，下壳体304和上壳体306部件可以是装配和/或粘附在探针芯302周围的单个静态件。控制齿轮308可以围绕探针芯302的一端、具体地远离探针头310的探针芯302的端部装配。管连接件308位于上壳体周围，并且可以将来自流体源的管固定到微流体探针。管连接件308的尺寸可以容纳需要连接的管的数量，从而提供更大的流体通道以帮助避免气泡的形成，并且可以模制成被夹持和保持在更大的整体仪器内。在操作中，探针头310(以及其处理表面303)是探针300的靠近和/或接触样品表面或基材的部分。
在一些实施方式中，探针芯302、下壳体304和/或上壳体306可以通过铣刨或铸铝制成。在其他实施方式中，探针芯302、下壳体304和/或上壳体306可以由模制或3D打印塑料制成。
探针头的处理表面303可以形成为具有与探针芯302的流体通道连接的孔，并且可以进一步具有从处理表面303延伸或突出的抽吸柱316。在图3所示的实施方式中，注射孔312位于处理表面303的中心，其中四(4)个抽吸孔314定位成围绕或邻近处理表面303的外周，通常沿着外周彼此等距并且每个抽吸孔314也与注射孔312等距。每个抽吸孔314位于抽吸柱316旁边，并且在所示实施方式中，每个抽吸柱316的面向内侧的壁与相应的流体通道表面齐平，相应的抽吸孔314开通到该流体通道表面内。换言之，对于圆形处理表面303，抽吸孔314和抽吸柱316以90°的增量围绕处理表面303的外周定位。注射孔312可以提供通向探针芯302的主体内的流体通道的开口，而抽吸孔314可以提供通向形成在探针芯302的外表面并由下壳体304和/或上壳体306部件覆盖的流体通道的开口。在所有实施方式中，下壳体304和上壳体306部件的表面粗糙度(对于暴露在流体中的侧面)不应超过可能对试验或装置的流体特性产生负面影响的值(例如，由于材料中的孔隙造成的携带污染)。
图4示出了用于示例性微流体探针400的结构和具有抽吸柱的微流体探针头的处理表面。在本实施方式中，微流体探针400由单件形成为整体部件。在一些方面中，微流体探针400可以由铝或铝合金形成。微流体探针400示出为没有附加的壳体部件、诸如覆盖微流体探针的聚合物管(通过热缩来施加)，从而允许详细显示探针芯402的更多方面。微流体探针400也从着重于处理表面403的立体图示出。探针芯402包括形成在探针芯402的外表面上的外部通道404，上述外部通道404沿着微流体探针400的探针芯402部分纵向地延伸设置。(当由聚合物管覆盖时，外部通道404关闭，使得流体不会沿着其长度溢出。)图4还示出了围绕探针芯402的圆周延伸的两个横向凹槽，即上横向凹槽406和下横向凹槽408。下横向凹槽408有助于限定流体探针400的形成探针头410的区域。类似地，上横向凹槽406有助于限定探针接口部分418，其中，微流体探针400可以由整体流体装置的一部分夹持、夹紧或保持。微流体探针400、外部通道404、上横向凹槽406和下横向凹槽408中的这些流体通道全都可以彼此流体连通，并且(当由一个或多个壳体部件覆盖时)可以允许流体沿着或穿过微流体探针通过。在一些方面中，如相对于探针芯402的外表面所测量的，外部通道404、上横向凹槽406和下横向凹槽408可以各自为约0.2mm深。
探针头的处理表面403可以形成为具有与探针芯402的流体通道连接的孔，并且可以进一步具有从处理表面403延伸或突出的抽吸柱416。在图4所示的实施方式中，注射孔412位于处理表面403的中心，其中十二(12)个抽吸孔414定位成围绕或邻近处理表面403的外周，并与注射孔412大致等距。抽吸孔414以三个一组的方式布置在抽吸柱416之间，其中存在四个彼此等距布置的抽吸柱。换言之，对于圆形处理表面403，抽吸柱416以90°的增量围绕处理表面403的外周定位。注射孔412可以提供通向探针芯402的主体内的流体通道的开口，而抽吸孔414可以提供通向形成在探针芯402的外表面的流体通道(外部通道404、上横向凹槽406和下横向凹槽408)的开口。在一些方面中，抽吸柱可以从由处理表面403限定的平面向外延伸约0.1mm。如上所述，在使用中，可以将微流体探针400降低至样品孔内的高度，以使四角抽吸柱416向下接触基材并在该基材的外边缘上施加压力，从而使基材平坦以处于用于进行分析化学的更好的构造中。在各个方面中，抽吸柱416的高度可以从30微米到200微米(30μm～200μm)、或在该范围内的长度的任何增量或梯度。
图5示出了用于示例性微流体探针500的结构，着重于用于连接到源流体或储存器的构造。探头芯502示出为具有形成在探头芯502的外表面中的外部通道504，上述外部通道504沿探头芯502纵向地延伸设置。微流体探针500以立体图示出，允许示出探针接口部分518内的流体接触端口522。微流体探针500的探针接口部分518示出为在微流体探针500的最上表面具有四(4)个流体接触端口522。在图5中还可以看到流体通道515，上述流体通道515穿过通常用于抽吸的探针头510，并通向下横向凹槽508中。与其他变化例中一样，下横向凹槽508、外部通道504和上横向凹槽506彼此流体连通。此外，沿着探针头510的外周或圆周的抽吸柱516被示出为从探针头510的处理表面向外突出，给出了与用于示例性微流体探针500的探针头510相比抽吸柱516的高度之间的比例的相对意义。在各个方面中，抽吸柱516的高度可以从30微米到200微米(30μm～200μm)、或在该范围内的长度的任何增量或梯度。
图5还示出了微流体探针500的变化例，上述微流体探针500具有沿探针芯502延伸设置并与外部通道504分离的第二纵向通道部分520。第二纵向通道部分520可以位于外部通道504之间的探针芯502的多个部分中，并且在各个方面中，可以在探针芯502中形成一个或多个次级纵向通道部分520。第二纵向通道部分520具有两个探针主体端口521，上述探针主体端口521位于第二纵向通道部分520的端部处，并通向探针芯502的主体中的流体通道。探针芯的主体内的流体通道可以用于注射主流体(例如，处理流体)或补充流体(例如，缓冲或冲洗流体)、或用于流体的抽吸。这些流体通道可以导引穿过第二纵向通道部分520，以便提供用于离开微流体探针500的路径，例如通过微流体探针500的周围壳体部件离开。
探针接口部分518内的每个流体接触端口522可以连接到作为整体流体处理系统的一部分的一个或多个流体源、储存器、真空源和/或废物容纳部。在一些方面中，探针接口部分518的长度可以为探针接口部分518的主体内的多个流体通道提供空间，流体或真空可以在顺序化学分析期间保持在该空间中。在一些方面中，流体接触端口522的子集连接到一个或多个流体源(例如，处理流体、缓冲流体、冲洗流体、试剂流体等)。在其他方面中，流体接触端口522的子集可以连接到真空源，以便将流体向上吸入和/或抽吸通过微流体探针500的主体。因此，应当理解的是，流体接触端口522可以布置成朝向探针头510的处理表面中的一个或多个注射孔或一个或多个抽吸孔进入流体通道中。
图6示出了用于示例性微流体探针600的结构，着重于用于连接到源流体或储存器的构造。探头芯602示出为具有形成在探头芯602的外表面中的外部通道604，沿探头芯602纵向地延伸设置。微流体探针600以立体图示出，示出探针接口部分618内的流体接触端口622。微流体探针600的探针接口部分618示出为在微流体探针600的最上表面具有两(2)个流体接触端口622。在图6中还可以看到流体通道615，上述流体通道615穿过通常用于抽吸的探针头610，并通向下横向凹槽608中。与其他变化中一样，下横向凹槽608、外部通道604和上横向凹槽606彼此流体连通。此外，沿着探针头610的外周或圆周的抽吸柱616被示出为从探针头610的处理表面向外突出，给出了与用于示例性微流体探针600的探针头610相比抽吸柱616的高度之间的比例的相对意义。在各个方面中，抽吸柱616的高度可以从30微米到200微米(30μm～200μm)、或在该范围内的长度的任何增量或梯度。
探针接口部分618内的两个流体接触端口622可以连接到作为整体流体处理系统的一部分的一个或多个流体源、储存器、真空源和/或废物容纳部。在一些方面中，流体接触端口622中的一个连接到流体源(例如，处理流体、缓冲流体、冲洗流体、试剂流体等)。在其他方面中，流体接触端口622中的一个连接到真空源，以便将流体向上吸入和/或抽吸通过微流体探针600的主体。因此，应当理解的是，流体接触端口622可以布置成朝向探针头10的处理表面中的一个或多个注射孔或一个或多个抽吸孔进入流体通道中。
在一些实施方式中，如图6所示的探针接口部分618可以与如图4所示的微流体探针400的处理表面403结合使用。这些端口和相关的流体通道的布置提供使机械和流体接口复杂性最小化的MFP头。换言之，两个流体接触端口622中的一个可以用于向MFP头注射流体，向下注射到单个中心注射孔412，而两个流体接触端口622中的另一个用于抽吸，通过抽吸孔414抽吸流体并将流体抽出到整个流体处理装置的另一部分(例如，废物部分)。
图7A示出了用于示例性微流体探针700的结构和用于微流体探针700的具有抽吸柱716的处理表面703。图7B示出了沿图7A所示的微流体探针700的长度的剖视图，进一步示出了内部流体通道。与其他示例性微流体探针一样，微流体探针700包括将探针头710和探针接口部分718连接的探针芯702。探针芯702具有：外部通道704；以及次级纵向通道部分720，上述次级纵向通道部分720形成在探针芯702中，并连接到通向探针芯702的主体的探针主体端口721。下凹槽部分708相对探针头710划分出探针芯702，并且还提供了用于流体流的路径，上述路径通常经由穿过探针头710的流体通道715到达处理表面703中的抽吸孔714。上凹槽部分706相对探针接口部分718划分出探针芯702，并且还可以提供用于流体流的路径。
微流体探针700进一步示出了可以提供改善的HFC的探针头710的方面。具体而言，注射孔712位于台面726的中心，其中，当微流体探针700工作时，台面726可以最小化或控制处理表面703与基材之间的距离。换言之，台面726的高度、或台面726从处理表面703向下突出的程度可以控制通过注射孔712分配的流体的体积以及在该流体在基材上通过时该流体的流动动力学。此外，在探针头710上，抽吸柱716从边沿724向外延伸，其中边沿724和抽吸柱716与探针头710的外表面和圆周齐平。在各个方面中，抽吸柱716的高度可从30微米到200微米(30μm～200μm)、或在该范围内的长度的任何增量或梯度。
抽吸孔714位于台面726与边沿724之间的相对凹部725中(替代地称为凹槽或沟槽)。在一些方面中，台面726与边沿724之间的凹部725的结构可以改善处理表面703的HFC，从而部分地允许在与注射孔712的该距离处的集中的抽吸和相应的流体屏障。换言之，抽吸孔714所处的凹部725可以有助于形成均匀的流动限制区域。凹部725部分地通过捕捉可在流体浸没中形成的气泡来促进HFC，从而降低这些气泡进入抽吸孔714的概率。抽吸孔714布置成靠近处理表面703的外周，围绕探针头710的圆周彼此等距，并且与注射孔712径向地等距(并且通过延伸部，与台面726的中心径向地等距)。凹部725的深度(相对于台面726的平面向上进入微流体探针700主体中测得的)为一百微米到五百微米(100μm～500μm)、或者在该范围内的高度的任何增量或梯度。
参见微流体探针700的内部主体701，可以更好地理解各种流体通道的连接和路径。与其他示例性实施方式类似，抽吸孔714通向穿过探针头710的抽吸通道715，并通向下凹槽部分708。如图所示，注射孔712通向注射通道717，然后注射通道717流入探针芯702主体内的径向通道719。在本实施方式中，注射通道717与抽吸通道715分离(不流体连通)。径向通道719通向外部通道704，然后向上进入接口通道723中，上述接口通道723在探针接口部分718的顶部处通向流体接触端口722、722’。探针芯702主体内的或沿着探针芯702主体的其他通道、诸如第二纵向通道部分720可以与抽吸通道715、下凹槽部分708和/或上凹槽部分706流体连通，以提供在处理表面703处用于抽吸流体的流动路径。
图7B示出了流体通道的示例性内部布置。应当理解的是，本文所考虑的微流体探针可以包括使内部通道布置具有附加流体通道或替代的流体通道构造和路径。例如，可以使用用于一个注射步骤的流体通路，上述流体通路由流体接触端口722’及其各自的流体接口通道723’、外部通道704、径向通道719的一个分支和注射通道717形成。可以使用用于注射的随后步骤，该步骤由流体接触端口722及其各自的流体接口通道723、微流体探针700的相对侧上的外部通道704、径向通道719的另一分支和注射通道717形成。抽吸可以通过抽吸孔714吸入，进入下凹槽部分708中，经由诸如外部通道720的通道沿着探针的长度向上，进入上凹槽部分706中，并通过抽吸出口730从微流体探针中抽出。
在一些实施方式中，如图5所示的探针接口部分518可以与如图7A和图7B所示的微流体探针700处理表面703结合使用。这些端口和相关的流体通道的布置和数量提供可以在处理表面703处执行顺序化学的MFP头。在这种实施方式中，四个流体接触端口522中的一个可以用于向MFP头注射一种或多种流体，向下注射到单个中央注射孔712，而四个流体接触端口722中的另一个用于抽吸，通过抽吸孔714抽吸流体并将流体抽出到整个流体处理装置的另一部分(例如，废物部分)。该构造允许三种不同的注射路径，上述注射路径可以针对给定的方案单独地选择和使用。探针芯702的主体中的第二纵向通道部分720可以用于控制来自用于注射的三个独立的流体接触端口722的流体流路径，直到三个各自的径向719通道在注射通道717处合并。
图8示出了用于示例性微流体探针800的结构和具有抽吸柱716的微流体探针头710的处理表面803。微流体探针800类似于图7所示的微流体探针的实施方式，除了注射孔812的布置不同。具体而言，微流体探针800的处理表面803具有布置在等边三角形的角部处的三(3)个注射孔812。注射孔812围绕台面726的中心居中，而凹部725内的抽吸孔714保持布置成靠近处理表面803的外周，围绕探针头710的圆周彼此等距，并且与台面726的中心径向地等距。注射孔812的布置在其布置的三角形的角部之间提供空间，该空间可被称为滞留空间813。在滞留空间813内，在微流体探针800的操作期间，从注射孔812沉积的流体的流动可以形成涡流和再循环。因此，注射流体内的物质或细胞可以在滞留空间813内驻留相对较长的时间，因此有更多时间将注射流体(例如，细胞)中的材料结合或沉积到下层基材或样品表面上。此外，从每个单独的注射孔812到周围的抽吸孔714的流体的流动将被偏置，使得从三个注射孔812中的任何一个注射的流体将倾向于朝向相对最近的抽吸孔714抽吸。
应当理解的是，如图8所示的微流体探针800的替代实施方式可以在其他布置中使用不同数量的注射孔形成。例如，具有四个注射孔的处理表面可以布置成正方形布局，具有五个注射孔的处理表面可以布置成五边形布局，具有六个注射孔的处理表面可以布置成六边形布局等。此外，在所有这些布置中，注射孔之间的距离可以改变，以增加或减小滞留空间的大小，并且还可以改变注射孔与抽吸孔之间的流体薄层的控制。
图9示出了用于示例性微流体探针900的结构和具有抽吸柱716的微流体探针头710的处理表面903。微流体探针900类似于图7和图8所示的微流体探针的实施方式，除了注射孔912的布置不同。具体而言，微流体探针903的处理表面900具有布置在等边三角形的角部处的三(3)个注射孔912。与图8的实施方式不同，三个注射孔912定位成彼此相对地靠近，使得注射孔可以类似于单个注射孔的功能。注射孔912围绕台面726的中心居中，而凹部725内的抽吸孔714保持布置成靠近处理表面903的外周，围绕探针头710的圆周彼此等距，并且与台面726的中心径向地等距。在处理表面903的中心处使用三个注射孔912的优点包括但不限于通过每个单独的注射孔912对注射压力进行单独或分级控制。此外，从每个单独的注射孔912到周围的抽吸孔714的流体的流动将被偏置，使得从三个注射孔912中的任何一个注射的流体将倾向于朝向相对最近的抽吸孔714抽吸。
应当理解的是，如图9所示的微流体探针900的替代实施方式可以在其他布置中使用不同数量的注射孔形成。例如，具有四个注射孔的处理表面可以布置成正方形布局，具有五个注射孔的处理表面可以布置成五边形布局，具有六个注射孔的处理表面可以布置成六边形布局等。应当进一步理解的是，微流体探针900的处理表面903与微流体探针800的处理表面803类似，但是随着注射孔之间的距离减小，使得微流体探针900的处理表面903之下有效地不产生滞留空间。
如图8和图9两者所示的微流体探针的三个注射孔实施方式都可以具有穿过探针芯的相应的流体通道，这些流体通道不在MFP头内合并。相反，每个注射通道分别从MFP头形成出口，这可以进一步减少交叉污染，并且允许用于化学测试的流动路径的更精确选择和构造。由此，每个注射孔可以最终与不同的流体源或储存器进行流体连通，从而允许通过MFP头进行复杂的化学分析，而不需要将不同的流体混合或拾取其他流体的残余量。在替代实施方式中，各自的注射孔流体通道中的两个或全部三个可以在MFP头内合并，以允许在化学测试和注射流体中的进一步控制和灵活性。
在替代方面中，如图8和图9所示的具有三个中心孔的微流体探针可以用于同时或顺序地通过每个孔注射不同的流体。这种实施方式也可以应用于具有多个注射孔的任何其他处理表面。在其他替代方面中，可以使用多个中心定位的孔，使得该孔的子集用于注射，而该孔的剩余子集用于抽吸。更具体而言，如图8和图9所示的MFP头内的微通道和孔布置提供了一种可以有效地用于顺序化学过程的结构。三个孔812、912中的每一个可以连接到不同的流体源，从而允许交替或顺序地注射样品流体、试剂、缓冲液、清洗流体等。注射流体通过单独的孔812、912的顺序可以根据任何给定的实验设计进行设定。使用单独的孔812、912的优点在于，在孔(以及相应的流体供给通道)专用于一次沉积单个流体的情况下，从一个注射过程带到随后的注射过程中的残余溶液或样品的量显著地减少，并且可能被消除。应当进一步理解的是，在相关台面的尺寸和可装配在整个探针主体中的流体供给通道的数量的结构限制内，MFP头的变型例可以使用任何数量的用于顺序化学反应的注射孔。在一些实施方式中，单个流体供给通道或注射孔可以由多于一个的注射孔使用，其中，只需最小限度地关注溶液或颗粒从顺序工艺的一个步骤到下一个步骤的携带污染。例如，同一个通道或注射孔可以依次用于冲洗，然后用于抗球蛋白注射。
图10A示出了示例性微流体探针头1000及其处理表面1004的平面图，进一步示出了流体流的标示。图10B示出了图10A所示的微流体探针头1000的剖视图，还示出了流体流的进一步标示。微流体探针头1000示出为位于样品孔1002(例如，微量滴定板孔)内的操作位置，其中，处理表面1004具有：单个注射孔1006，上述注射孔1006位于处理表面1004的中心；以及十二(12)个抽吸孔1008，上述抽吸孔1008相对于彼此旋转对称，并沿着处理表面1004的外周布置。应当理解的是，抽吸孔1008的数量可以在本文所考虑的微流体探针头的各实施方式之间变化。通过注射孔1006(经由注射微通道1007)注射的处理流体F被朝向抽吸孔1008吸入，真空通过该抽吸孔1008将流体向上拉出样品孔1002(经由抽吸微通道1009)。在样品孔1002的底部，目标区域1010位于处理表面1004的处理区域1012内。处理区域1012可以被认为是处理表面1004下方和样品孔1002层上方的空间，在此处，通过注射孔1006输送的流体的流动路径被控制。由于处理表面1004的构造，通过注射孔1006注射的处理流体F在目标区域1010上具有优化或最大化的停留时间，上述目标区域1010可以具有载有目标接收材料(例如，样品、试剂等)的特定的基材或其他表面。因此，这些目标区域1010中的表面浸透或接收同样高密度输送的处理流体F和在输送的处理流体F中的任何悬浮物(例如，另外的样品、另外的试剂、细胞)。
围绕微流体探针头1000的环境流体E(例如，缓冲液、冲洗流体、试剂流体等)的体积也被吸入到围绕微流体探针头1000的外表面的抽吸孔1008中，上述抽吸孔1008可以至少部分地浸没在环境流体E中。来自抽吸孔1008的抽吸和环境流体E的组合提供了“清洁”区域1014，在该区域中，防止处理流体F流动。换言之，抽吸孔1008的抽吸作用与环境流体E的存在和径向向内流动相结合，提供了对处理流体F的流体动力流动限制，将清洁区域1014维持为不会有处理流体F内的或由处理流体F携带的样品、细胞、试剂或其他成分。
在每个抽吸孔1008处，处理表面1004可以包括在靠近注射孔1006的抽吸孔1008的侧面上的小台阶或凹口。该台面台阶1016可以有助于引导来自注射孔1006的处理流体F向上流到注射孔1008中，并且可以进一步有助于在处理流体F与环境流体E的接合处形成流体屏障。在一些方面中，台面台阶1016的构造有效地将抽吸孔1006定位在沿着处理表面1004的外周的环形槽内。这种环形槽使环境流体E的流动均匀化，并允许形成更平滑的圆形流动限制。处理表面1004还可以包括在处理表面1004的外周上的位置处或沿着该位置布置的抽吸柱(未示出)。
图11A示出了示例性微流体探针头1100及其处理表面1104的平面图，进一步示出了流体流的标示。图11B示出了图11A所示的微流体探针头1100的剖视图，还示出了流体流的进一步标示。微流体探针头1100示出为位于样品孔1002(例如，微量滴定板孔)内的操作位置，其中，处理表面1104具有四(4)个注射孔1006，上述注射孔1006位于处理表面1104的中心，相对于彼此旋转对称，并围绕处理表面1104的中心排列，大致形成方形布局，同时是注射孔1006位于方形的角部。处理表面1104还具有十二(12)个抽吸孔1008，上述抽吸孔1008相对于彼此旋转对称，并沿着处理表面1104的外周排列。应当理解的是，抽吸孔1008的数量可以在本文所考虑的微流体探针头的各实施方式之间变化。通过注射孔1006(经由注射微通道1007)注射的处理流体F被朝向抽吸孔1008吸引，真空通过该抽吸孔1008将流体向上拉出样品孔1002(经由抽吸微通道1009)。在样品孔1002的底部，目标区域1010位于处理表面1004的处理区域1104内。处理区域1012可以被认为是处理表面1004下方和样品孔1002层上方的空间，在此处，通过注射孔1006输送的流体的流动路径被控制。由于处理表面1104的构造，通过注射孔1006注射的处理流体F在目标区域1010上具有优化或最大化的停留时间，上述目标区域1010可以具有载有目标接收材料(例如，样品、试剂等)的特定的基材或其他表面。因此，这些目标区域1010中的表面浸透或接收同样高密度的输送的处理流体F和在输送的处理流体F中的任何悬浮物(例如，另外的样品、另外的试剂、细胞)。
围绕微流体探针头1000的环境流体E(例如，缓冲液、冲洗流体、试剂流体等)的体积也被吸入到围绕微流体探针头1000的外表面的抽吸孔1008中，上述抽吸孔1008可以至少部分地浸没在环境流体E中。来自抽吸孔1008的抽吸和环境流体E的组合提供了“清洁”区域1014，在该区域中，防止处理流体F流动。换言之，抽吸孔1008的抽吸作用与环境流体E的存在和径向向内流动相结合，提供了对处理流体F的流体动力流动限制，将清洁区域1014维持为不会有处理流体F内的或由处理流体F携带的样品、细胞、试剂或其他成分。
处理表面1104上的四个抽吸孔1006的布置在抽吸孔1006之间以及在处理表面1104与样品孔1002的底部之间垂直地提供滞留空间1113。在滞留空间1113内，在微流体探针1100的操作期间，从注射孔1006沉积的流体的流动可以形成涡流和再循环。因此，注射流体F内的物质或细胞可以在滞留空间1113内驻留相对较长的时间，因此有更多时间将注射流体中的材料(例如，细胞)结合或沉积到目标区域1010的基材中或样品孔1002的底表面上的其他地方。此外，从每个单独的注射孔1006到周围的抽吸孔1008的流体的流动将被偏置，使得从四个注射孔1006中的任何一个注射的流体将倾向于朝向相对最近的抽吸孔1008吸引。
类似于图8和图9中看到的实施方式，四个注射孔中的每一个都可以连接到单独的流体通道。因此，每个注射孔(或其子集)可以最终与不同的流体源或储存器进行流体连通，从而允许通过MFP头进行复杂的顺序化学分析，而不需要将不同的流体混合或拾取其他流体的残余量。
尽管处理表面1104的抽吸孔1006布置成方形布局时，应当理解的是，如本文所考虑的，任何数量的抽吸孔1006可以以不同形状的布局排列在用于MFP头的处理表面内。例如，具有三个注射孔的处理表面可以布置成三角形布局，具有五个注射孔的处理表面可以布置成五边形布局，具有六个注射孔的处理表面可以布置成六边形布局等。
在每个抽吸孔1008处，处理表面1004可以包括在靠近注射孔1006的抽吸孔1008的侧面上的小台阶或凹口。该台面台阶1016可以有助于引导来自注射孔1006的处理流体F向上流到注射孔1008中，并且可以进一步有助于在处理流体F与环境流体E的接合处形成流体屏障。在一些方面中，台面台阶1016的构造有效地将抽吸孔1006定位在沿着处理表面1104的外周的环形槽内。这种环形槽使环境流体E的流动均匀化，并允许形成更平滑的圆形流动限制。
微流体探针头1100的处理表面1104还可以包括圆形突出部1118，上述突出部1118沿着处理表面1104的外周或圆周延伸，并位于抽吸孔1006周围或外部。圆形突出部1118提供物理或机械屏障，上述屏障可以增加圆形突出部1118下方的流速或剪切力，从而有助于保护处理区域1012以免暴露于不想要的流体或材料。类似地，处理表面1104还可以包括在处理表面1104的外周上的位置处或沿着该位置布置的抽吸柱(未示出)。
在图10A、图10B、图11A和图11B中所示的两个示例性微流体探针头中，应当理解的是，在处理表面位于样品表面(其可以浸入环境流体E中)附近的情况下，处理流体F的流动通过注射通道1007引导穿过注射孔1006向下朝向样品孔1002的底部，其中，上述处理流体F的流动可以是非欧几里得流体和/或包括细胞。因此，处理流体F中的任何细胞被直接向下推动以接触样品孔1002的底部，尤其是与目标区域1010中的任何基材或其他接收表面接触。在一些方面中，目标区域可以包括试剂或可发生特定的结合、化学反应和反应的结构。此外，处理流体F从注射孔1006朝向抽吸孔1008沿径向方向向外抽出，其中，抽吸孔的抽吸作用使样品孔1002的底部和目标区域1010上的处理流体F层变平。环境流体E和处理流体F两者可以通过单个液体抽吸孔1006从处理表面和样品孔1002区域抽吸。混合的液体体积(也可包括诸如缓冲液的其他流体)被引导穿过远离MFP头的抽吸微通道1009，并最终到达废物容纳部。
图12A示出了微流体探针头1200的剖视图，其中，图12B提供了流过图12A所示的内部通道一部分的进一步示意图。参见探针芯1202的内部主体1201，可以更好地理解各种流体通道的连接和路径。与其他示例性实施方式类似，微流体探针1200的顶部处的流体接触端口1222可以用于将流体引入接口通道1223中，进而又引至沿着探针芯1202的外表面延伸设置的外部通道1204。与其他实施方式不同，向内延伸进入探针芯1202中的径向通道1219也在内部主体1201内向上延伸。外部通道1204与径向通道1219之间的交叉点可以称为通道肘管1221。在每个通道肘管1221处，每个相应的径向通道1219以大约5°到大约30°的倾斜度(相对于由处理表面1203限定的平面)上升，直到径向通道1219在注射通道1217的顶部处汇合。在其他方面中，径向通道1219在通道肘管1221处的倾斜角度可以小于5°(例如，1°)或大于30°(例如，45°、60°等)。因此，通过每个单独的流体接触端口1222和径向通道1219，不同的流体可以顺序地注射穿过微流体探针头1200的处理表面1203处的注射端口1212。位于注射口1212周围的抽吸孔1214可以从处理表面1203下方移除液体，通过专用于流体流出的抽吸流体端口1224经由抽吸或真空而向上返回通过探针芯。
内部注射路径中存在的通道肘管1221用于阻止微量滴定孔内的分析物(例如，红细胞)的沉积。相反，将从注射端口1212残留地泄漏的分析物的量反而会位于通道肘管1221的弯曲部或肘弯部内。因此，当通过不同的流体路径逐步地执行顺序化学反应时，防止泄漏沉积可以减少或消除对额外清洗步骤的需要。在完成一组连续的化学注射和反应之后，可以冲洗内部流体路径，以清洗管道肘管1221肘弯部处的任何残留分析物。
在进一步的替代实施方式中，如从上面考虑的微流体探针头的处理表面布局和台面可以推断出的，液体可以通过围绕第一抽吸孔的附加孔进行注射或抽吸，以改善限制或用于冲洗目的。实际上，在某些应用中，移除非特异性结合的细胞以及由于沉积而留在表面上的细胞是很重要的。
在一些实施方式中，可以在沉积处理(连续冲洗)或在该处理之后(顺序冲洗)进行冲洗。为了支持该功能，附加抽吸孔或抽吸孔的子集可以允许产生冲洗区或周期。冲洗流体可以经由注射孔进行注射(在整个流体处理系统中其他的流体源之间切换)，也可以通过多用途抽吸孔进行注射。
在其他实现方式中，微流体探针头的操作可以包括振荡顺序，上述振荡顺序可以在HFC内产生液体扰动，以抵消非结合性分析物沉积并改善分析物抽吸。这种振荡可以与不同的抽吸速率相协调，而不是与流体注射同时地使用。在一些方面中，MFP头可以在特定时间段(例如，30秒)内运行通过十二次振荡的三个周期，这将MFP头移动大约300μm，其中振荡方案可以周期性地执行(例如，在每三十秒流体注射之后)。这种方法还可以减少或消除单独的清洗步骤的需要，以消除各种分析物沉积。在一些方面中，在振荡顺序期间，来自侧向抽吸器(朝向处理表面的外周布置)的抽吸可以得到约一百微升每分钟(100μL/min)的抽吸作用。在其他方面中，注射孔可以重新设计成使其流动方向反向，从而也可在振荡顺序期间得到为大约一百微升每分钟(100μL/min)的抽吸作用。应当理解的是，对于这种振荡过程，可以使用更多或更少的(在一个数量级内)循环次数、振荡运动次数、振荡距离和抽吸速率。
根据图2A至图12B，应当理解的是，注射孔、抽吸孔、内部通道、机械屏障和其他台面结构可以具有不同的尺寸和形状，这些尺寸和形状可根据具体应用进行选择。以上所说明的示例性距离和尺寸不应被认为是限制性的。此外，每个注射孔可以构造成以特定的流速来沉积流体，从半微升每分钟(0.5μL/min)到80微升每分钟(80μL/min)，并且以特定增量、梯度和范围来沉积流体。在具体实施方式中，注射孔可以沉积流速约为两微升每分钟(2μL/min)、流速约为三微升每分钟(3μL/min)或流速约为五微升每分钟(5μL/min)的流体。类似地，每个抽吸装置可以构造成以特定的抽吸作用速率对流体抽真空，从一微升每分钟(1μL/min)到八十微升每分钟(80μL/min)，并且以其中的特定的增量、梯度和范围。在具体实施方式中，注射孔可以沉积流速约为十微升每分钟(10μL/min)、流速约为十五微升每分钟(15μL/min)或流速约为二十微升每分钟(20μL/min)的流体。
在其他实施方式中，在本文所考虑的微流体探针中，处理表面和HFC的动态可以通过多种方式来控制，包括但不限于增加或降低探针头的电阻率、改变形成探针的材料的纹理、或者改变流体流动的压力。
在一些实施方式中，本文所考虑的MFP头进一步构造成一次性装置。通过使用一次性MFP头，在分析或测试之间移除和更换MFP头，将进一步降低清洁要求，并且几乎可以完全消除交叉污染问题。
尽管本申请已参照有限数量的实施方式、变型例和附图进行描述，但是本领域技术人员将理解，可以在不脱离本公开的范围的情况下进行各种改变并替换等效物。具体而言，在不脱离本公开的范围的情况下，在给定实施方式、变型或在附图中所示的特征(类似装置或类似装置)可以与另一实施方式、变型或附图中的另一特征组合或替换。因此，可以设想保持在所附权利要求的范围内的关于上述任何实施方式或变型描述的特征的各种组合。此外，可作各种微小的修改以使得具体的情形或材料适应本公开的教导而不偏离其范围。因此，本公开不限于所公开的特定实施方式，而是本公开将包括落入所附权利要求范围内的所有实施方式。此外，还可以设想除了上述明确提及之外的许多其他变型。例如，可以设想将除了硅或玻璃外的其他材料用于层、诸如PDMS或其他弹性体、硬塑料(例如，PMMA、COC、PEEK、PTFE等)、陶瓷或不锈钢。
应当进一步理解的是，本文所考虑和公开的微流体探针头可以应用于化学和微生物学以外的领域。例如，喷墨打印机头可以形成为具有如本文所示的注射-抽吸器台面布置。替代地，三维(3D)打印装置可以具有这样的注射-抽吸器台面布置，例如，可以在期望的流动限制区域内控制树脂沉积。
应当理解的是，采用本文所公开的MFP头的仪器和系统可以包括微处理器，并且可以进一步是控制测试程序和样品分析的操作的处理装置的组件。处理装置可通信地联接至非易失性存储装置，上述非易失性存储装置可以包括在断电时保留所储存的信息的任何类型的存储装置。存储装置的非限制示例包括电可擦除可编程只读存储器(“ROM”)、闪存或任何其他类型的非易失性存储器。在一些方面上，至少一些存储装置可包括处理装置可从其读取指令的非暂时性介质/存储装置。非暂时性计算机可读介质可包括能够提供计算机可读指令或其他程序代码给处理装置的电存储装置、光存储装置、磁存储装置或其他存储装置。非暂时性计算机可读介质包括(但不限于)计算机处理器可从其读取指令的磁盘、存储器片、ROM、随机存取存储器(“RAM”)、专用集成电路(ASIC)、配置的处理器、光学存储器、和/或其他介质。指令可包括由编译程序和/或翻译程序从以包括例如C、C++、C、Java、Python、Perl、JavaScript等的任何适当的计算机编程语言写出的代码生成的处理器指定指令。
以上描述是说明性的而不是限制性的，并且当回顾本公开时，对本领域技术人员来说变得显而易见的是，本公开可以以其他具体的方式实施而不偏离其基本特征。例如，上述方面中的任一方面可合并到一个或几个不同构造，每个构型具有方面的子集。此外，在前面的描述中，为了解释的目的，阐述了许多特定细节以提供对本公开的透彻理解。然而，对于本领域技术人员还显然的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施这些实施方式。这些其他实施方式旨在包括在本公开的精神和范围内。因此，本公开的范围不应当参照以上说明来确定，而是应当参照所附权利要求书以及其全部范围的法律等效物来确定。

Claims (18)

1.一种微流体探针头，包括：
处理表面，所述处理表面位于所述微流体探针头的一端处，并且构造成流体动力地将流体限制在靠近所述处理表面的处理区域内；
一个或多个注射孔，所述注射孔位于所述处理表面中；
一个或多个抽吸孔，所述抽吸孔位于所述处理表面中；以及
两个或多个柱，所述柱从所述处理表面向外延伸，并且构造成建立处理区域的高度。
2.如权利要求1所述的微流体探针头，其特征在于，所述处理表面具有以三角形构造布置的三个注射孔。
3.如权利要求2所述的微流体探针头，其特征在于，三个所述注射孔彼此间隔开，使得所述处理区域包括在三个所述注射孔之间形成的滞留空间。
4.如权利要求2所述的微流体探针头，其特征在于，三个所述注射孔分别连接到不同的流体源。
5.如权利要求1所述的微流体探针头，其特征在于，所述处理表面具有以方形构造布置的四个注射孔。
6.如权利要求5所述的微流体探针头，其特征在于，四个所述注射孔彼此间隔开，使得所述处理区域包括在四个所述注射孔之间形成的滞留空间。
7.如权利要求5所述的微流体探针头，其特征在于，四个所述注射孔中的两个或多个连接到不同的流体源。
8.如权利要求1所述的微流体探针头，其特征在于，一个或多个所述抽吸孔是沿着所述处理表面的外周排列的多个圆形孔。
9.如权利要求1所述的微流体探针头，其特征在于，一个或多个所述抽吸孔位于所述处理头内形成的凹部内。
10.如权利要求1所述的微流体探针头，其特征在于，两个或多个所述柱从所述处理表面向外延伸0.1mm。
11.如权利要求1所述的微流体探针头，其特征在于，包括四个柱，所述柱围绕所述处理表面的外周彼此等距地布置。
12.如权利要求11所述的微流体探针头，其特征在于，多个抽吸孔位于围绕所述处理表面的所述外周布置的四个柱之间。
13.如权利要求11所述的微流体探针头，其特征在于，四个所述柱中的每一个都与位于面向一个或多个所述注射孔的所述柱的一侧上的每个柱附近的抽吸孔配对。
14.如权利要求1所述的微流体探针头，其特征在于，还包括探针接口部分，所述探针接口部分位于所述微流体探针头的远离所述处理表面的端部处，所述探针接口部分包括流体接触端口，所述流体接触端口构造成将所述微流体探针头与一个或多个流体源和真空源连接。
15.如权利要求14所述的微流体探针头，其特征在于，所述探针接口部分包括四个流体接触端口，其中，三个所述流体接触端口连接到一个或多个流体源储存器，其中，第四个所述流体接触端口连接到真空源。
16.一种对如权利要求1所述的探针头进行操作的方法，其特征在于，所述方法包括：
将所述微流体探针头定位在保持待处理材料的基材附近，以使所述处理表面面向所述基材；以及
在从一个或多个所述抽吸孔抽吸液体的同时，经由一个或多个液体注射孔注射处理液体，以处理所述基材。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述处理液体是包含细胞的非均相悬浮液，并且其中，执行注射处理液体以便将所述非均相悬浮液的细胞沉积到样品表面上。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，执行注射所述处理液体和抽吸液体的步骤，以维持注射的液体在所述注射孔与所述抽吸孔之间的流体动力流动限制。
CN201980023904.7A 2018-02-05 2019-02-05 具有抽吸柱的微流体探针头 Pending CN112292206A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862626606P 2018-02-05 2018-02-05
US62/626,606 2018-02-05
PCT/IB2019/000007 WO2019150189A1 (en) 2018-02-05 2019-02-05 Microfluidic probe head with aspiration posts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112292206A true CN112292206A (zh) 2021-01-29

Family

ID=65657494

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980023904.7A Pending CN112292206A (zh) 2018-02-05 2019-02-05 具有抽吸柱的微流体探针头

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20200360924A1 (zh)
EP (1) EP3749451B1 (zh)
CN (1) CN112292206A (zh)
WO (1) WO2019150189A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114502283A (zh) * 2019-08-06 2022-05-13 生物辐射实验室股份有限公司 控制沉积的微流体装置的结构
CN114878877A (zh) * 2022-06-02 2022-08-09 中国农业大学 探针卡及晶圆测试方法
US12128408B2 (en) 2019-08-06 2024-10-29 Bio-Rad Laboratories Inc. Structures on microfluidic devices to control sedimentation

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111936237B (zh) 2018-02-05 2022-10-28 生物辐射实验室股份有限公司 具有屏障突出部的微流体探针头
CA3148282A1 (en) * 2018-10-01 2020-04-09 Pierre-Alexandre GOYETTE System and method of fluid delivery
CN117202990A (zh) * 2021-02-01 2023-12-08 生物辐射实验室股份有限公司 微流体探针

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104321271A (zh) * 2012-06-29 2015-01-28 国际商业机器公司 微流体表面处理装置和方法
US20150075565A1 (en) * 2012-04-19 2015-03-19 Biomerieux Method for cleaning test sample wells, and cleaning head using said method
WO2019149955A1 (en) * 2018-02-05 2019-08-08 Bio-Rad Laboratories, Inc. Microfluidic probe head with barrier projections

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050247673A1 (en) * 2004-05-07 2005-11-10 International Business Machines Corporation Confinement of fluids on surfaces

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150075565A1 (en) * 2012-04-19 2015-03-19 Biomerieux Method for cleaning test sample wells, and cleaning head using said method
CN104321271A (zh) * 2012-06-29 2015-01-28 国际商业机器公司 微流体表面处理装置和方法
WO2019149955A1 (en) * 2018-02-05 2019-08-08 Bio-Rad Laboratories, Inc. Microfluidic probe head with barrier projections

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JUNCKER D ET AL: ""Multipurposemicrofluidicprobe"", 《NATURE MATERIALS》 *
PERRAULT C M ET AL: ""Integratedmicrofluidicprobestation"", 《REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS》 *
QUEVAL A ET AL: ""Design And Fabrication Of a PDMS Microfluidic Probe And Perfusion Chamber For Microfluidic Experiments With Organotypic Brain Slices"", 《TWELFTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON MINIATURIZED SYSTEMS FOR CHEMISTRY AND LIFE SCIENCES》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114502283A (zh) * 2019-08-06 2022-05-13 生物辐射实验室股份有限公司 控制沉积的微流体装置的结构
CN114502283B (zh) * 2019-08-06 2024-08-23 生物辐射实验室股份有限公司 控制沉积的微流体装置的结构
US12128408B2 (en) 2019-08-06 2024-10-29 Bio-Rad Laboratories Inc. Structures on microfluidic devices to control sedimentation
CN114878877A (zh) * 2022-06-02 2022-08-09 中国农业大学 探针卡及晶圆测试方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019150189A1 (en) 2019-08-08
EP3749451A1 (en) 2020-12-16
WO2019150189A8 (en) 2020-09-17
US20200360924A1 (en) 2020-11-19
EP3749451B1 (en) 2024-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111936237B (zh) 具有屏障突出部的微流体探针头
EP3749451B1 (en) Microfluidic probe head with aspiration posts
US9919311B2 (en) Microfluidic assay platforms
US8231844B2 (en) Method and device for manipulating liquids in microfluidic systems
US7364703B2 (en) Microfabricated structures for facilitating fluid introduction into microfluidic devices
US7390463B2 (en) Microcolumn-based, high-throughput microfluidic device
US20020009392A1 (en) Methods of reducing fluid carryover in microfluidic devices
US20040203136A1 (en) Microfluidics devices and methods of diluting samples and reagents
US10717078B2 (en) Vertical microfluidic probe head with large scale surface processing apertures
US20020151078A1 (en) Microfluidics devices and methods for high throughput screening
EP2595754A2 (en) Composite liquid cells
JP2002243748A (ja) 流体の分析及び流体の制御された搬送のための装置
US10753954B2 (en) Vacuum-driven microfluidic probes
WO2001071331A1 (en) Electrophoresis microchip and system
JP2001212450A (ja) 液体処理用管路集合体
US20210220825A1 (en) Subtractive microfabrication and functionalization of substrates by hydrodynamic flow confinements
KR101750041B1 (ko) 마이크로플루이딕스칩

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
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 40043298

Country of ref document: HK