CN113244969A - 液体分配系统、微流体样品托架密封系统和使用该分配系统分配密封液的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分配系统，所述分配系统用于将预设的≤200μl的小体积液体提供至微流体样品托架的填充区域中，所述微流体样品托架包括至少一个流动通道，所述系统尤其包括提供用于所述微流体样品托架的每个流动通道的至少一个接口单元，其中每个接口单元包括具有注入通道的注入器，其中所述注入通道的出口部的横截面大于所述注入通道的入口部的横截面以及所述注入通道的中间部的横截面。此外，本发明涉及一种相应微流体样品托架密封系统并且涉及一种将密封液分配至微流体样品托架中的相应方法。

Description

液体分配系统、微流体样品托架密封系统和使用该分配系统 分配密封液的方法

技术领域

本发明整体涉及样品分析诸如生物学样品分析的制备技术领域，并且进一步涉及生物学样品的高通量分析的制备技术领域。

特别地，本发明涉及一种分配系统，该分配系统用于将预设的液体体积提供至微流体样品托架的填充区域中，该微流体样品托架包括至少一个流动通道，所述至少一个流动通道提供微孔阵列以作为化学或生物反应的反应室。在此，目标往往是能够通过例如热循环对同一(通常为一次性)微流体样品托架上的一个或多个检测样品进行多种不同的测定。因此，为了能够进一步处理检测样品，必须密封预填充有检测样品以及例如多种不同试剂的微孔阵列，以便避免交叉污染等。从而，在单次分析过程中，只需少量的检测样品，即可使用多种不同的试剂独立地分析一个或多个检测样品。基于此，本发明还涉及一种微流体样品托架密封系统，该微流体样品托架密封系统使用上述液体分配系统用预设的少量密封液填充此类微流体样品托架，并且还涉及一种借助于上述微流体样品托架密封系统将密封液分配至预填充的微流体样品托架中的方法。换言之，本发明涉及一种改善的系统和方法，借助该系统和方法，密封液可尽可能充分并且高效地用于微流体样品托架中。

背景技术

在用于化学或生物化学反应测定的诊断技术领域，一个主要目标是能够对同一(优选一次性)微流体样品托架上的一个或多个检测样品进行多种不同的测定，从而提供在一次分析过程中使用多种不同试剂独立地分析一个或多个检测样品的方法。为了能够准确地实现这一目标，近年来开发出多种方法，诸如众所周知的聚合酶链反应(PCR)，其例如呈实时PCR、数字PCR(dPCR)或多重PCR的形式，能够在体外合成生物学样品中的核酸，由此可特异性地复制DNA片段，即该方法是一种复制或扩增样品中DNA或RNA小片段的经济有效的方法。

显然，期望使上述诊断测定诸如dPCR更快速、更廉价且更易于执行，同时实现常规实验室过程的精度和效率。在这方面，人们已经付出了巨大的努力来改善各种测定操作的小型化和集成化，以便能够增加在单个微流体样品托架上实施的并行测定的次数。作为此类微流体样品托架的一个实例，已开发出微流体装置诸如微流控芯片(也称为数字聚合酶链反应(dPCR)芯片)，其提供了接收微升或纳升级呈可流动样品液体(诸如水性样品液体)形式的微型通道和微型反应区域。加入微升级试剂(通常提前填充至一系列小孔中，即微流控芯片上设置的作为反应区域的微孔或纳孔)，以接触流过流动通道的样品液流，其中各种测定类型取决于加载到反应区域阵列中的试剂以及流动通道和检测器的配置，其中可借助于移取样品液体加入芯片中来实现将样品液体填充至微流控芯片中。这项先进的技术允许以小型化规模同时进行多种测定。这些化学、生化和/或生物测定法中的大多数均涉及将生物材料诸如多肽和核酸、细胞或组织固定在孔内，与固定化材料发生一种或多种反应，然后进行定量和/或定性分析过程诸如发光检测测量。

通常，为实施dPCR测定，首先用水性dPCR反应混合物填充已知的dPCR芯片，该反应混合物通常由生物学样品和PCR主混合物组成，其中借助于移液器等将dPCR反应混合物引入入口开口中，并且通常通过毛细力被动流入芯片的孔阵列中，直至毛细填充过程停止。此后，将不混溶的分离或密封液诸如硅油等穿过入口开口压入流动通道中，该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，并且覆盖已填充的孔，从而使各个孔与其周围环境在流体方面隔离，特别是彼此在流体方面隔离，以避免任何样品凝结、交叉污染或污染。在完成初始填充过程及随后的密封过程后，通常对dPCR芯片进行热循环，其中在典型的PCR实施过程中，通过重复一系列步骤的循环来扩增特定的靶核酸，在这些步骤中，dPCR反应混合物中存在的核酸(a)在相对较高的温度(例如在高于90℃并且通常为94-95℃的变性温度)变性，以分离双链DNA；然后(b)将反应混合物冷却至短寡核苷酸引物与单链靶核酸结合的温度(例如在约52-56℃的退火温度)，使引物结合至分离的DNA链，以便提供模板(退火)，然后(c)使用聚合酶延伸/延长引物，例如在约72℃的延伸温度延伸，以形成新的DNA链，使得原始核酸序列得到复制。通常，每个包含一个或多个靶标的孔将产生正信号，其中在热循环后，正信号与负信号的比率将允许例如借助于发光检测测量来准确计算样品中的初始靶标浓度。此类技术允许以小型化规模同时进行多种测定。

但是，当实际上使反应室的体积最小化以变成微流体样品托架诸如上述dPCR芯片的微流体结构时，为生成所需的小尺寸，增加了若干已知的问题，诸如不希望的将气泡引入微流体样品托架中。作为本研究的焦点，存在于微流体样品托架的微流体结构内的气泡可能构成严重的问题，因为穿过此类微流体系统循环的气泡不仅损坏其中使用的任何类型的传感器的微流体结构，而且由于在相邻微孔中引起不希望的样品混合，破坏感兴趣的生物学样品，导致不希望的交叉污染，并由此引起显著的实验误差和错误测定结果。因此，捕获在微流体样品托架内的气泡不仅歪曲了检测信号，而且当使用此类微流体样品托架进行dPCR时甚至热膨胀至约95℃的最大所需热循环温度，使得不再能够确保相邻孔的安全分离，并且极有可能发生不希望的交叉污染。

因此，需要实现使用密封流体填充微流体样品托架，避免发生污染和意外引入气泡，并由此避免初始气泡捕获在孔内。在这方面，在用其填充微流体样品托架时，密封液在其分配器处的洁净且受控的液滴断开行为是密封液填充过程的若干特征之一或甚至是最重要的特征，该行为受密封液本身的各种物理变量诸如粘度、接触角和表面张力的影响。由于重力作用，密封液通常表现出低表面张力，导致密封液蔓延出分配器，从而增加了液滴断开的风险。相应地，由于密封液的特定特性导致相当不确定的液滴断开行为，小体积诸如约≤200μl的体积的精确递送变得非常棘手。另外，下落的液滴的动能可能在撞击时生成液滴。这些液滴不受控地飞溅，并且可能污染环境。因此，在微流体样品托架的填充过程中，为能够防止在分配过程中由于不受控的液滴断开或液滴飞溅而产生气泡和污染，限定并且受控的密封液的液体释放非常重要。在这方面，重要的是考虑到硅油具有远远更高的粘度以及同时减小的接触角和减小的表面张力，即此类密封液具有扩展润湿的趋势，意味着它们在表面上不形成液滴或仅在短时间内形成液滴，因此根据表面状况、表面能、表面张力和接触角而分布在分配点的整个周边。例如，由于表面张力低，必须考虑对密封液的流体静力影响，因为例如密封水的密封件可能容易因密封液而失效，从而导致蔓延泄漏。该行为可能导致两个样品托架之间的交叉污染，并且随着时间的推移而危及外围设备的功能。

过去已经提出了不同的解决方案，以便克服上述问题并且使密封液的问题行为得到控制。但是，之前提出的解决方案未提供足以满足要求的结果，因为尤其未充分考虑流体静力影响、材料特性或冲洗行为。因此，本发明集中于以下需求，即密封液首先能够流入相应分配系统，然后精确排入微流体样品托架中，而不污染周边并且不引入不希望的气泡。

发明内容

本发明借助于一种分配系统解决了上述问题，该分配系统用于将预设的≤200μl的小体积液体提供至微流体样品托架的填充区域中，该微流体样品托架包括至少一个流动通道。本发明的分配系统包括：贮液器，诸如用于提供高粘性密封液的密封液贮液器，其中密封液可表现出高达100mm²/s的运动粘度和高达20mN/m的表面张力，诸如硅油；连接至贮液器的液体泵；以及提供用于微流体样品托架的每个流动通道的至少一个接口单元，例如呈dPCR芯片等形式，其中每个接口单元用于为每个流动通道提供液体。本发明的分配系统进一步包括：导管构件，该导管构件包括连接液体泵和每个接口单元的供应通道；连接至供应通道的第一阀，该第一阀也称为灌注阀；以及布置在供应通道与相应接口单元之间的至少一个第二阀，该第二阀也称为开关阀。在此，本发明的分配系统的第一阀可连接至供应通道的下游端部，并且可用作废液阀。关于术语“下游”，其指定了上述液体引导系统的供应通道中的位置，该位置与液流的源即贮液器相比处于液流的下方。类似的定义适用于如后文所用的术语“上游”。因此，液体引导系统中“最上游”的位置将是贮液器，而“最下游”位置将是无法进一步引导液体的位置，诸如尽头或液体排出液体引导系统的位置诸如出口等。因此，术语“下游”应在液流的流向上理解，并且术语“上游”应在液流的流向相反的方向上理解。

此外，每个接口单元构成最小的液体分配单元并且可在系统内倍增，其包括连接至导管构件的注入器，其中每个注入器表现出主体和注入通道。在此，每个注入通道包括入口部、出口部和中间部，该入口部用于接收来自供应通道的液体，出口部用于将液体分配至样品托架液体入口中，并且中间部或引导部用于将液体从入口部引导至出口部，其中出口部终止于注入器的出口开口处。此外，每个注入通道的入口部的横截面

中间部的横截面

和出口部的横截面

满足以下条件：

并且

即每个注入通道的出口部的横截面

大于相应注入通道的入口部的横截面

并且每个注入通道的出口部的横截面

大于相应注入通道的中间部的横截面

在此上下文中，术语“横截面”特别地涉及注入通道的各个部分/截面/区段的相应直径，也称为内径，即在注入通道的该特定的部分/截面/区段构成注入通道的钻孔的孔径。通过分配系统的接口单元的注入器通道的此类专门开发的几何形状，可防止液体从注入器中不受控制地逸出。作为此类尺寸标定的一个实例，相应注入通道的入口部的横截面

可在0.7mm与0.9mm之间，例如0.8mm；相应注入通道的中间部的横截面

可在0.4mm与0.6mm之间，例如0.5mm；并且每个注入通道的出口部的横截面

可在1.1mm与1.3mm之间，例如1.2mm。

在通常的分配操作过程中，待分配的液体从供应通道输送至各个接口单元，并且更详细地，穿过入口部输送至引导部，然后进一步输送至注入器的出口部。在液体从根据本发明的接口单元的注入通道的中间部流向横截面较大的出口部的流动过程中，穿过注入通道的液流的压力降低，并且液体膨胀，导致出口开口处的液滴断开的可控制性得到改善，并且防止液体从注入器中不受控地逸出。因此，每个注入器的几何形状设计成使得可确保受控的液滴断开，特别是在针对待分配的液体使用合适的分配参数时。从而可实现受控的液体分配。在这方面，分配系统的某些致动器可通过参数来控制，例如液体泵、相应压力发生器、压力控制装置、第一阀和第二阀等。从而，当使用如上所述的分配系统时，有可能影响具有不同粘度和表面张力的液体的分配。

如上所述，通过专门标注每个注入器的内部结构(即其注入通道)的尺寸，可避免不受控的液滴分离，该不受控的液滴分离将导致在精确体积递送方面的不准确性。因此，通过注入器的液体排出的专门设计的流动几何形状，特别是与液体泵和布置在其下游的阀的预定参数化相结合，实现将预设的小体积液体(诸如体积≤200μl的硅油)以期望的受控方式精确分配至微流体样品托架的填充区域。此外，利用本发明的前述分配系统的特定结构，可实现从贮液器到出口开口的整个流动管线的冲洗，以便去除气泡等，即在无气泡的情况下冲洗流动歧管和注入器，以避免在分配过程中形成气泡和错误的体积。

一般而言，借助根据本发明的分配系统，冲洗/灌注过程可分为冲洗外围和分配器的阶段以及冲洗注入器的后续阶段。在这方面，首先打开第一阀，即灌注阀，并且经由泵的入口，首先穿过打开的灌注阀将液体泵送至其回流中。然后，关闭第一阀，从而生成保持在供应通道内的封闭的液柱。这样做时，可能在第二阀的前方形成小的气垫，该气垫可在进一步冲洗过程中驱出。尤其在初始冲洗期间，初始冲洗流的液体内的湍流可将大气流体诸如空气捕获在液体中，这可能导致分配系统的导管构件内产生不希望的空气/液体混合物。此类空气/液体混合物特别成问题，因为由此产生并且由注入器分配的任何气泡都可能在出口处破裂，从而污染注入器的外围。在液体分配过程中，由于生成不准确的液滴断开行为，并且由此分配了不正确的体积，因此气泡破裂将很明显。但是，借助本发明的分配系统的结构，现在可穿过流经打开的灌注阀的回流安全地去除可能有问题的空气/液体混合物。仅在此之后，才可对注入器进行放空/灌注，不受可能破裂的气泡的污染。因此，在已经冲洗供应通道并且由此已经从供应通道中去除所有潜在的气泡后，每个注入通道可借助于打开相应第二阀(即，相应接口单元的开关阀)而单独并且连续地连接至供应通道内的液柱。这样做时，系统中残留的任何不希望的气穴诸如气泡均可通过注入器逐个排出。从而可实现受控的串联灌注。为初始冲洗系统，可在分配系统下方(即，在每个注入器下方)放置收集容器，以便收集冲出的液体。此类收集容器可实现为收集盘等，从该收集容器可以将冲出并且收集的液体泵送或引导至废液容器中。替代地，可在分配系统下方放置空的微流体样品托架，以收集冲出的液体，然后可丢弃微流体样品托架。

关于待分配的液体，已经表明该液体可以是用于将样品密封在相应微流体样品托架的微孔内的密封液。例如，硅油可以是氟硅油或氟化硅油，其表现出期望的特性，诸如对光学质量的要求，因为在后续阶段使用相机系统对微流体样品托架的微孔内的样品进行光学分析，导致使用过的密封液必须提供一定的透光性。在此，必须注意的是氟油具有高粘度。因此，如果以较小的管径和过高的抽吸速度抽吸氟油，则存在在油中产生释气效应的风险，从而形成微气泡，可能干扰后续过程，在光学应用中尤其如此。为防止此类释气效应，应由液体泵以低抽吸速度抽吸氟油。但是，借助本发明，可将任何气泡冲出系统，从而减少了氟油的任何不良特性。

此外，作为本发明的分配系统的又一实施例，每个注入通道的入口部的横截面

中间部的横截面

和出口部的横截面

可满足以下条件：

因此，液体从横截面较大的入口部输送至横截面较小的中间部，从而由于横截面减小而增加了背压。在此，作为此类尺寸标定的一个实例，相应注入通道的入口部的横截面

可在0.7mm与0.9mm之间，例如0.8mm；相应注入通道的中间部的横截面

可在0.4mm与0.6mm之间，例如0.5mm；并且每个注入通道的出口部的横截面

可在1.1mm与1.3mm之间，例如1.2mm。附加地或替代地，每个注入通道的入口部的长度l_进、中间部的长度l_中间和出口部的长度l_出可满足条件l_中间≥l_出，其中也可满足条件l_进≥l_中间>l_出。作为这种纵向尺寸标定的一个实例，入口部的长度l_进可在3mm与5mm之间，例如约4mm；中间部的长度l_中间也可在3mm与5mm之间，例如约4mm；并且出口部的长度l_出可在1.5mm与2.5mm之间，例如约2mm。在本文中，关于注入通道的一部分的术语“长度”应理解为注入通道的相应部分的延伸部沿其纵轴(即，沿注入器的主体的纵轴)的长度。借助前文提及的每个接口单元的任选结构特征，可进一步改善如上所述的借助于分配系统的体积递送，从而进一步减少或完全避免不受控的液滴分离，并且由此避免在精确体积递送方面的任何不准确性。

基于本发明的分配系统，注入器主体在出口开口处的端面可保持在与生产相关的最小值，以便减小待从出口开口分配的液体的接触表面。从而，可进一步避免密封液向注入器的外部蔓延。替代地或附加地，每个注入通道的出口部的下游端部的内周可包括扩大其横截面

的出口倒角，其中出口倒角在其下游端部也称为出口的斜角或相位，可以呈40°至50°诸如45°的角度。借助此类出口倒角，可进一步避免密封液蔓延到注入器的外部。此外，借助本发明的分配系统，可在每个注入通道的入口部的内周与中间部的内周之间设置通道倒角，该通道倒角可以呈约28°的角度。借助此类特定的几何结构，可使从横截面较大的入口部流向横截面较小的中间部的液流变得平滑，从而由于横截面减小而增加背压，但同时避免尖锐的压力峰。

作为本发明的分配系统的一个替代实施例，每个注入器的主体可由表现出低表面能的塑料材料诸如聚四氟乙烯(PTFE)制成。在这方面，除之前提出的注入器的结构性问题(关于内部通道的横截面通常过大的尺寸标定不合适)以外，过去提出的用于注入器的材料始终表现出不利的表面特性。如本发明的发明人所确认，对于之前提出的注入器，每次由此类注入器形成液滴体积时，由于表面能和表面粗糙度，该体积的一部分向上蔓延并且污染注入器。在这方面，应当考虑的是，随着表面张力下降，液体与表面的接触角也减小，其同样增加了润湿能力。因此，为最大程度减小这种所谓的扩展润湿，注入器由具有非常低的表面能的材料诸如PTFE或含氟聚合物材料制成，即，本发明的注入器可由特种塑料制成，该特种塑料本身可防止液体停留在注入器的表面上，从而进一步改善本发明的分配系统以受控方式精确分配预设的≤200μl的小体积液体诸如非极性硅油的能力。

在本发明的分配系统的另一替代实施例的过程中，分配系统可进一步包括空气供应单元，该空气供应单元用于为微流体样品托架的每个流动通道提供加压或压缩空气，其中空气供应单元可包括加压空气贮存器、气压调节器和连接至空气出口喷嘴的空气供应通道。另外，空气出口喷嘴可布置为邻近注入器的出口开口。从而，空气和液体可由所述分配系统通过至少一个通用接口单元提高至样品托架。因此，每个接口单元均提供了可切换的液体递送和受控的压缩空气递送。因此，可在样品托架的填充区域上方生成超压，以便引导液体体积穿过样品托架的一个或多个流动通道。通过施加均匀的压力，能够挤压密封液不断穿过微流体样品托架的流动通道，以便实现液体在微流体样品托架的整个反应路径上的均匀分布。在这方面，为生成恒定、无脉动的目标压力，首先将供应压力施加至蓄压器诸如前文提及的贮存器，然后将其连接至压力调节器，该压力调节器调节待递送至样品托架的目标压力。换言之，注入和加压局部组合并且布置在样品托架的填充区域上方。因此，借助所述分配系统，能够从液体递送切换为加压而没有时间延迟。此外，借助所述的可能包括多个接口单元的分配系统，可同时供应样品托架的多个通道。

为避免任何压力损失或交叉污染，可密封液体出口开口/空气出口喷嘴与微流体样品托架之间的连接。借助微流体样品托架与分配系统之间的此类密封连接，可保持托架填充区域中的目标压力。因此，密封构件可附接至导管构件，同时包围注入器的出口部/出口开口和每个接口单元的空气出口喷嘴，用于密封导管构件与微流体样品托架之间的任何液体或空气，以防传送至外部。此处在具有多个接口单元和空气出口喷嘴的情况下，密封构件可实现为细长的密封构件，诸如棒状构件等，其具有相应多个孔，其中每个孔形成为包围一个接口单元的出口开口和空气出口喷嘴的组合。因此，一般而言，密封构件可为密封体，其内孔基本上朝向微流体样品托架部分地渐缩，该内孔包围出口开口和空气出口喷嘴的各种组合。关于纵向延伸，每个接口单元的空气出口喷嘴可布置在密封体的内孔内，而注入器的出口开口可布置在密封体的外部，即从密封体朝向微流体样品托架向外部突出。

借助于本发明的分配系统的另一替代实施例，液体泵可包括可控的体积替换致动器(诸如步进电机)和切换阀(诸如电磁阀)，用于实现液体泵的输送方向的切换。对于此类双向液体泵，连接至贮液器的液体泵也可以称为计量泵，因为可使用该泵来计量待泵送的液体体积。在此，液体泵可实现为可抽取待泵送的特定最大体积的液体的泵。这可以通过液体泵的泵头中的体积替换来实现。因此，在分配后，液体泵反向几微升，以吸回可能残留在注入器出口开口处的液滴。然后，液体泵可抽取其最大允许的体积，并且在多个分配步骤中将其释放。为实现泵的有效运行，可使用可控的体积替换致动器来设置各个参数，诸如分配速度、泵头的加速斜率和/或减速斜率。此外，通过将电磁切换阀用作泵阀以便切换泵的流向，能够在不开启第二阀/开关阀的情况下使泵的液流反向，得到递送侧待抽取的体积，可显著地促进在相应接口单元的出口开口处实现受控的液滴断开。此外，泵运动与阀切换之间的延迟可适应相应过程。因此，借助此类液体泵，不仅待分配的液体在样品托架的各个通道上分离，而且整个系统可在实际分配过程开始之前首先经过冲洗。

换言之，为确保实现液体恒定且精确的体积分配，将流动通道和分配几何结构的设计与介质流所需的致动器的参数化和介质流的监测相结合，能够在无气泡的情况下泵送运动粘度高达100mm²/s并且表面张力高达20mN/m的密封液，并且精确地分配这些密封液。因此，本发明主要集中于前文所述的可连接微流体样品托架的分配系统。可借由不同的功能部件来控制其填充，这些功能部件即液体分配器、压缩空气分配器和过程监测装置，该液体分配器用于将预设体积的密封液递送至样品托架的填充区域，该压缩空气分配器用于在递送预设体积的密封液后在样品托架的填充区域上方施加超压以置换密封液的体积并且生成使介质移动穿过样品托架的恒定流，该过程监测装置用于监测恒定流的流速，以便能够在达到系统限值时及时中断流动，其借由监测填充/分配过程中多个阶段的屈服点来实现。本发明的优点之一在于，本发明的分配系统关于待分配的相应介质所带来的物理变量具有极大的灵活性，从而直接影响样品托架中的递送和输送的类型。另外，在此为实现精确的体积递送，在本发明的系统中将形成完整的液压柱，意味着由于将初始气泡从系统中排出，因此不产生由任何气穴或气泡而引起的挠性。在这方面，可能有利的是，贮液器(也称为储液罐)位于相似的水平或液体泵下方位置，并且分支可位于贮液器的后面。借助该布置，第一管线连接至液体泵的吸入侧，并且第二管线的一端布置在贮液器上方，用作排放口。由于贮液器相对于液体泵的位置，当分配系统关闭并且阀和液体泵的开关状态不确定时，可防止贮存器被液体泵排空。另外，可借助于计算预定的泵冲程来确定贮液器的液位。替代地或附加地，贮液器还可设置有电容式传感器系统，借助该电容式传感器系统可以确定贮存器中的液位。例如，电容式传感器系统可包括附接至延伸穿过贮存器的喷杆的电极，以及穿过贮存器的地面实现的另一个电极，其中可测量两个电极之间的电场。从而，随着液位的下降，可测量容量变化，从而反映出贮液器的填充液位。因此，可连续监测液位。

根据本发明的另一方面，提供了一种微流体样品托架密封系统，该微流体样品托架密封系统用于用预设的≤200μl的小体积密封液填充微流体样品托架。更详细地，微流体样品托架填充系统包括如前所述的分配系统以及微流体样品托架诸如一次性微流体样品托架，该微流体样品托架即消耗品，可实现为微流体装置诸如微流控芯片的形式，也称为数字聚合酶链反应(dPCR)芯片。微流体样品托架包括填充区域、出口区域和至少一个流动通道(优选多个流动通道)，其中每个流动通道表现出通过相应流动通道连接至出口区域的液体入口，其中液体区域(即每个液体入口)可在引入密封液之前预填充以样品液体，例如借助于移取样品液体加入各个液体入口来实现。此外，可提供监测装置用于微流体样品托架的每个流动通道，其中监测装置用于监测相应流动通道的填充。例如，此类监测装置可与微流体样品托架分开设置，例如布置在传感器电路板等之上，其可以放置为邻近微流体样品托架的流动通道。更详细地，微流体样品托架可布置在单独的传感器电路板上，并且甚至可在填充期间主动压在传感器电路板上。从而，位于传感器电路板上的监测装置可在例如以下情况下记录电容变化：将微流体样品托架插入本发明的微流体样品托架密封系统中时，或在插入已填充有主混合物等的微流体样品托架的情况下，或在微流体样品托架最终填充密封液的情况下。在此，监测装置可包括至少一个由两个电极形成的电容式传感器，这两个电极设置成在待监测的相应流动通道处与微流体样品托架的底侧接触。从而，可借助于电容式传感器进行过程监测，该电容式传感器位于消耗品下方并且直接接触其底侧，导致微流体样品托架的呈流动通道形式的反应路径可由电容式传感器细分为区段。例如，若干电极可布置在微流体样品托架的每个流动通道的下方，其中一对两个相对电极提供电容式传感器，并且每个电容式传感器将流动通道分为两个区段。基于此，一个电容式传感器可将流动通道分为两个区段，两个电容式传感器将流动通道分为三个区段，三个电容式传感器将流动通道分为四个区段，依此类推。

在如上所述的两个电极之间生成电场的情况下，在样品托架内流动的任何液体都将用作电介质并且改变每个电容式传感器的电容，可对该电容进行测量。借助于例如每个反应路径中的四个单独的电容式传感器，可通过沿流动通道设置的呈四个单独d电容式传感器形式的四个不同阈值监测填充液位和填充过程。因此，为不仅通过所有涉及的致动器的参数化来间接地保证填充，而且直接保证填充，使用如前所述的过程监测。借助此类结构特征，可在微流体样品托架的填充过程之前和期间记录不同的填充液位，并且由此得出不同的结论：

·样品存在于微流体样品托架中：如果使用微流体样品托架提供样品，至少一个电容式传感器应在电容方面偏离其原始状态。如果无电容式传感器在电容方面偏离其原始状态，则可以推断出样品托架中不存在样品。因此，由于待分配的密封液仅用作微流体样品托架内样品的密封，因此不必密封微流体样品托架。在此类情况下，用过的微流体样品托架可识别为空样品托架或“错误填充”；

·可确定填充速度/体积流量：可通过沿每个流动通道布置的多个电容式传感器提供的若干测量点来检测在使用样品液体填充和/或使用密封液填充过程中是否存在流动前沿。借助确定的时间值，可计算所监测的微流体样品托架的流动通道中的填充速度/体积流量；或者

·到达反应距离的终点：最后一个检测区段，即可使用所监测的流动通道下游设置的最后一个电容式传感器来确定是否有液体到达反应路径的末端。除能够确定指定填充过程结束的时间参数以外，还可借助于最后一个电容式传感器的传感器信号直接终止液体填充。

以上可能的结论列表不应理解为完整列表，而是仅列出了若干可能的结论。当然，基于测量结果，在本发明的范围内还可得出其他可能的结论。

根据本发明的另一方面，提供了一种使用如前所述的分配系统将密封液分配至预填充的微流体样品托架中的方法。更详细地，并且特别是关于使用Mirasil DM50作为密封液，本发明的方法包括以下步骤：

(a)打开前述分配系统的第一阀；

(b)借由将密封液泵送至供应通道中，用密封液冲洗该供应通道，其中可穿过打开的第一阀排出可能包含气泡的过量密封液；

(c)关闭第一阀，从而在供应通道内生成封闭的液压密封液柱；

(d)单独且依次打开第二阀，用于将每个注入通道与供应通道连接，并且用密封液冲洗每个注入器；

(e)将更多密封液泵送至供应通道中，其中可能包括气泡的过量密封液可穿过相应注入器排出，其中空的微流体样品托架可用于捕集过量密封液，然后可丢弃微流体样品托架并且关闭第二阀；

(f)将微流体样品托架布置在分配系统处，该微流体样品托架包括填充区域、出口和至少一个流动通道，该填充区域预填充有样品液体，该预填充的微流体样品托架填充有密封液，其在每个注入单元与每个流动通道对准；

(g)再次打开第二阀，然后将预设体积的密封液(例如在90μl与120μl之间，例如105μl)穿过供应通道泵送至微流体样品托架的填充区域中，其中在打开第二阀与将液体分配至微流体样品托架的填充区域之间的时间延迟可为约0s或刚好0s，其中优选的分配速度在180μl/s与220μl/s之间，诸如200μl/s；

(h)在完成体积递送后立即关闭每个第二阀，以在每个注入器的出口开口处实现恒定的液滴断开，其中应在液体泵递送体积后立即或几乎立即将其关闭，以使液滴断开保持恒定并且不发生滴落，导致分配动作与关闭每个第二阀之间的时间延迟为约0ms或刚好0ms；

(i)由液体泵从供应通道中抽出密封液(也称为再次浸泡)并且打开第一阀以用于超压补偿，其中由于快速关闭第二阀，在系统内可能生成轻微超压，该超压可由液体泵以相反的方向将少量液体吸回系统中来进行补偿，并且通过在之后的短时间内打开第一阀用于额外的超压补偿；并且其中在关闭每个第二阀与再次浸泡之间的时间延迟可在40ms与60ms之间，诸如50ms；待再次浸泡的体积可在2μl与5μl之间，诸如3μl；用于再次浸泡的泵速可在20μl/s与40μl/s之间，诸如30μl/s；并且在再次浸泡过程结束与打开第一阀之间的时间延迟可为约0ms或刚好0ms；

(j)关闭第一阀，其中打开与关闭第一阀之间的时间延迟可在900ms与1100ms之间，诸如1000ms；

(k)单独且依次打开第二阀，用于将每个注入通道与供应通道连接；以及

(l)由液体泵从供应通道中抽出更多密封液以用于去除注入器出口开口处可能残留的密封液，意味着每个注入器上游的第二阀在之前的步骤中再次打开，使得无液滴残留在注入器的出口开口处，该液滴可能由之前的液滴断开引起，并且使得液体可由液体泵沿与分配方向相反的方向抽回系统中，其中打开第二阀与相应再次浸泡之间的时间延迟可为约0ms或刚好0ms；待再次浸泡的液体体积可在3μl与8μl之间，诸如5μl；并且用于再次浸泡的泵速可在20μl/s与40μl/s之间，诸如30μl/s。

然后，即在上述方法步骤之后，可再次关闭设置在相应注入器上游的每个第二阀，其中在步骤(l)之后与关闭之前的延迟可在900ms与1100ms之间，诸如1000ms。此外，为了使液体泵返回其初始位置，可将液体泵上的切换阀切换至其吸入侧(即与分配侧相对)，并且将液体泵移至其零位，从而使残留液体返回贮液器。然后，可将液体泵的切换阀切换回递送/分配侧。此外，在最开始阶段，即在上述步骤(a)之前，液体泵可能已填充有液体，即液体泵从贮液器中吸取液体，有利地在低速下吸取，以便防止释气。这可以由将液体泵的切换阀切换至吸入侧并且吸入所需的液体体积来实现。然后，将泵的切换阀切换回递送侧或分配侧，即朝向导管构件并且最终朝向注入器的泵送方向。为此，吸取速度为约40μl/s并且吸取与打开开关阀之间的时间延迟为约2050ms是有利的，该时间延迟使管路中的油柱有时间减小由吸取引起的任何合力。借助由此执行的分配方法，密封液可成功地以无气泡并且在每个注入器的出口开口处无任何残留的形式分配至相应微流体样品托架的填充区域中。基于此，可特别看出如何使用注入器的几何形状和合适的参数设置来确保排出的液体不存在任何体积偏差。

上述方法可分为不同的阶段，即步骤(a)至(e)：打开第一阀、用密封液冲洗供应通道、关闭第一阀、单独且依次打开第二阀、将更多密封液泵送至供应通道中以及再次关闭第二阀可构成该分配系统的初始灌注阶段或灌注过程，其中其余步骤(f)至(l)可构成将密封液填充至相应微流体样品托架中的填充阶段或填充过程，其中在填充阶段，可通过相应监测装置监测每个流动通道的填充，如上文所详述。另外，对于每个后续的预填充的微流体样品托架，可重复填充上述步骤(f)至(l)的填充阶段，但是仅在开始待密封的一批微流体样品托架之前执行步骤(a)至(e)的初始灌注阶段足以满足要求，例如当打开分配系统时、或以一定的时间间隔(例如每天一次或两次)、或在一定数量的密封的微流体样品托架之后、或在微流体样品托架密封系统已有一段时间未使用后执行，即通常在需要冲洗系统以便确保系统洁净的某些时间。

在如上所述的本发明的方法的实施例实现过程中，除上述方法步骤以外，还可执行任选的附加方法步骤，即，可借由分配系统的空气供应单元在微流体样品托架的填充区域上方施加空气超压，从而使穿过微流体样品托架的每个流动通道分配至填充区域中的密封液例如以恒定的分布流速分布。这样做时，在密封液分配至微流体样品托架的填充区域之前预填充至微流体样品托架的填充区域中的样品液体借助于密封液被推动穿过微流体样品托架的每个流动通道，该过程由超压空气提供的恒定的分布流速驱动。因此，所施加的空气将分配至微流体样品托架的填充区域中的密封液推入并且穿过微流体样品托架的每个流动通道，继而密封液推动样品液体穿过微流体样品托架的每个流动通道，从而用样品填充微流体样品托架中的每个微孔，随后用密封液密封填充有样品的微流体样品托架中的每个微孔。

除非上下文另有明确指出，否则本文和所附权利要求书中使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指代。类似地，词语“包括”、“包含”和“涵盖”应解释为包含性而非排他性的；也就是说，应解释为“包括但不限于”。类似地，除非上下文另外明确指出，否则单词“或”旨在包括“和”。术语“多个”、“多”或“众多”是指两个或更多个，即2或>2，具有整数倍，其中术语“单”或“单一”是指一个，即等于1。此外，术语“至少一个”应理解为一个或多个，即1或>1，同样具有整数倍。因此，使用单数或复数的字词也分别包括复数和单数。此外，在本专利申请中使用的字词“本文”、“上文”、“前文”和“下文”以及类似意义的字词应当是指整个专利申请，而不是指本专利申请的任何特定部分。另外，如本文所用的术语“约”是指大约、几乎或几乎等于或小于约5％、约4％、约3％、约2％或约1％的量。它用于表示相同数量或其邻近的同等数量。

此外，某些术语出于方便而使用，而非旨在限制本发明。术语“右”、“左”、“上”、“下”、“下方”和“上方”是指图中的方向。术语包括明确提及的术语及其派生词和具有相似含义的术语。另外，可使用空间相对术语诸如“在……下方”、“下方”、“下面”、“上方”、“上面”、“近侧”、“远侧”等来描述如图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。这些空间相对术语除了图中示出的位置和取向以外，还旨在涵盖装置在使用或操作中的不同位置和取向。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“在……下方”的元件将在其他元件或特征“上方”或“在……上方”。因此，示例性术语“下方”可涵盖上方和下方的位置和取向。可以其他方式定向装置(转动90°或以其他定向)，并且相应地解释本文所使用的空间相对描述语。同样，沿着和围绕各种轴线的运动的描述包括各种具体装置位置和取向。

为避免在附图和各个方面以及例示性实施例的描述中重复，应当理解，许多特征是许多方面和实施例所共有的。本公开的具体实施例的描述并非穷举性的或将本公开限制为所公开的精确形式。虽然本文出于例示性目的描述了本公开的具体实施例和实例，但是在本公开的范围内能够具有各种等同的修改，如相关领域的技术人员将认识到的。任何前述实施例的具体元件可组合或替代其他实施例中的元件。此外，尽管已经在这些实施例的上下文中描述了与本公开的某些实施例相关联的优点，但是其他实施例也可以表现出此类优点，并且并非所有实施例都必须表现出此类优点才能落入由所附权利要求书限定的本公开的范围内。在描述或附图中省略一个方面并非暗示该方面在包含该方面的实施例中缺失。相反，该方面可能为了清楚起见并且避免冗长的描述而省略。在此上下文中，以下描述适用于本说明书的其余部分：如果为了阐明附图而在图中包含在说明书的直接相关部分中未作解释的附图标记，则可以参考之前或之后的说明书部分。此外，出于清楚的原因，如果在附图的一部分中，并未提供某个部件的所有特征的附图标记，则可以参考同一附图的其他部分。两个或更多个附图中类似的标号表示相同或相似的元件。

以下实例旨在说明本发明的各种具体实施例。因此，后文讨论的具体修改不应解释为对本发明的范围的限制。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，可采用各种等同形式、改变和修改，并且因此应当理解，此类等同实施例包括在本文中。根据下文对附图中示出的特定实施例的描述，本发明的其他方面和优点将变得显而易见。

在整个说明书中，对不在所附权利要求书的范围内的“一个或多个实施例”的引用仅表示可能的示例性实施方式，因此并非本发明的组成部分。

附图说明

图1是以分解形式显示的根据本发明的一个实施例的分配系统的局部剖切概念透视图，其中微流体样品托架布置在下方；

图2是图1以分解形式显示的分配系统的局部剖切概念侧视图，其中微流体样品托架布置在下方，并且包括根据本发明的接口单元的放大剖视图；

图3是图1和2以分解形式显示的分配系统的注入器的放大剖面侧视图；

图4是根据本发明的一个实施例的微流体样品托架密封系统的从下方观察的分解形式的概念透视图，其包括如图1和2所示的分配系统；

图5是从上方观察的分解形式的图4所示的微流体样品托架密封系统的概念透视图，其包括分配系统；

图6是从下方观察的图1、2、4和5所示的微流体样品托架的概念平面图，并且

图7是示出本发明的方法的一个实施例的流程图。

附图标记清单

1 液体分配系统

2 接口单元

3 导管构件

31 导管构件的供应通道

32 液体分配通道

33 气体分配通道

34 端口

35 液体连接器

4 第一阀/灌注阀/废液阀

5 第二阀/开关阀

6 注入器

61 注入器的主体

611 注入器的主体的第一端面

612 注入器的主体的第二端面

613 注入器的主体的肩部

62 注入器的注入通道

621 注入器的注入通道的入口部

622 注入器的注入通道的中间部

623 注入器的注入通道的出口部

624 注入器的注入通道的出口倒角

625 注入器的注入通道的通道倒角

63 出口开口/喷嘴孔口

7 空气供应单元

71 空气出口喷嘴

8 密封构件

81 密封构件的内孔

82 密封构件的内孔的内缘

9 微流体样品托架

91 微流体样品托架的填充区域

911 微流体样品托架的流动通道的液体入口

92 微流体样品托架的流动通道

921 监测装置

9211 电容式传感器

9212 电容式传感器的第一电极

9213 电容式传感器的第二电极

93 微流体样品托架的出口区域/废液区域

931 微流体样品托架的流动通道的液体出口

94 微流体样品托架的底侧/下侧

95 流动通道内的液体流向

10 微流体样品托架密封系统

注入器的注入通道入口部的横截面

注入器的注入通道中间部的横截面

注入器的注入通道出口部的横截面

l 注入器的注入通道的长度

l_进 注入器的注入通道入口部的长度

l_中间 注入器的注入通道中间部的长度

l_出 注入器的注入通道出口部的长度

P1 第一主要阶段/灌注阶段

P2 第二主要阶段/填充阶段

S0 准备阶段/准备步骤

S1–S5 灌注阶段的方法步骤

S6–S12 填充阶段的方法步骤

S13 任选的附加压缩空气施加步骤

结束 方法结束

具体实施方式

根据本发明所述的分配系统1的一个实施例在图1中以局部剖切透视图示出，其中分配系统1的结构以分解方式示出，以便能够以改善的方式描述这些部件之间的结构关系。另外，在图1中，微流体样品托架9显示在分配系统1旁，特别是在分配系统1下方的位置，其中仅在微流体样品托架9定位于分配系统1下方时才可发生由分配系统1填充微流体样品托架9。此处，分配系统1与微流体样品托架9的组合构成根据本发明所述的微流体样品托架密封系统10。为了更好地示出分配系统1的主要部件，图1中省略了分配系统1的某些部件，诸如贮液器或与之连接的液体泵，以便能够集中于本发明的核心思路。但是，应当指出，在当前所述的实施例中，贮液器为密封液贮液器，因此，液体泵为密封液体泵，使得当前所述的实施例的分配系统1用于分配密封液，其中密封液体泵包括呈步进电机形式的可控的体积替换致动器以及呈电磁阀形式的切换阀。

如图1所示，并且从例如图4和5中也可知，分配系统1包括呈平板或板形式的导管构件3，其包括公共供应通道31以及呈流体分配系统形式的若干管路系统，诸如连接供应通道31的液体分配通道32，从而使供应通道31成为“公共”供应通道31，或单独从供应通道31或液体分配通道32延伸穿过导管构件3的气体分配通道33。可借助于液体泵(未示出)供应液体，诸如从贮液器(未示出)穿过液体泵(未示出)向导管构件3的液体连接器35供应至供应通道31，并且进一步穿过液体分配通道32，其中液体连接器35用作液体泵的毂。为了能够将液体引入供应通道31中，第一阀或灌注阀4连接至供应通道31的一个端部，该端部与供应通道31的与液体连接器35相关联的端部相对。在此，为了将液体适当地引入供应通道31中，可打开第一阀4，使得可借助于将液体泵送至供应通道31中以去除供应通道31中最初主导供应通道31的空气等，从而能够在再次关闭第一阀4之后在供应通道31内实现封闭的液柱。因此，供应通道31内的潜在气垫可从导管构件3中冲出。

此外，可从空气供应单元7(仅在图5中暗示)穿过导管构件3的气体分配通道33来供应气体，该空气供应单元包括诸如加压空气贮存器和气压调节器等特征，另见图5中指向空气供应单元7的箭头。此外，分配系统1包括由表现出低表面能的塑料材料诸如PTFE制成的一个或多个注入器6，其中注入器6在下面结合图3进一步详述，以及细长的密封构件8，该密封构件具有设置在其中的部分渐缩的内孔81，其中针对每个注入器6设置一个内孔81。在此，从图2中也可知，密封构件8的内孔81包括设置在内孔81内侧的内缘82，其作为与导管构件3的端口34接合的接合边缘。内孔81主要由两部分组成，上游部分具有恒定的内径以在其中容纳端口34，并且下游部分与上游部分相邻，该下游部分从内缘82的边缘朝向密封构件8的端面渐缩，该端面定向为远离导管构件3。在此，从供应通道31导向端口34的液体分配通道32、将空气引导至端口34内的空气喷嘴71的气体分配通道33、本身包括空气出口喷嘴71的端口34与注入器6一起构成分配系统1的接口单元2，其中提供接口单元2用于微流体样品托架9的填充区域91的每个液体入口911，即用于微流体样品托架9的每个流动通道92设置。因此，待通过分配系统1分配的任何液体借助于相应接口单元2提供给微流体样品托架9的每个流动通道92。

基于以上所述，导管构件3连接经由液体泵(未示出)的贮液器(未示出)、液体泵连接器35并且穿过供应通道31至每个接口单元2。在此，为了将供应通道31内的任何液体提供给每个接口单元2，提供第二阀或开关阀5用于在液体分配通道32内的每个接口单元2，该液体分配通道从供应通道31通向注入器6。从而，供应通道31与每个注入器6之间的连接可根据需要开启和关闭。在此，在灌注期间，所述多个第二阀5(为更好地概述，在图1中仅示出一个第二阀)可单独并且连续地打开，以便用来自供应通道31的液体逐个冲洗液体分配通道32，从而将任何气垫等穿过相应注入器6冲出液体分配通道32并且并与一定的残留体积的液体一起冲入可移动的收集盘(未示出)中，从该收集盘中，冲洗液和收集的液体可泵送或引导至废液容器等。

为了能够借助于分配系统1精确地递送小体积诸如约≤200μl的体积，并且为了确定清晰的液滴断开行为，每个注入器6均提供了特定设计：从图3中可知，每个注入器6包括主体61以及沿主体61的纵轴设置的注入通道62，该注入通道呈通孔的形式，注入器6穿过该通孔从注入器的主体61的第一端面或入口端面611延伸至第二端面或出口端面612。在此，第一端面611与注入器6的外周结合，用作与导管构件3的端口34的对准装置，以便将注入器6定位在端口34内。此外，从图3中从上到下描述，注入器6的注入通道62的通孔针对入口部621的第一部分设置以用于接收来自供应通道31的液体，并且针对中间部622设置以用于引导液体远离入口部621流向出口部623，该出口部用于将液体分配至样品托架液体入口911中，其中注入通道62的出口部623结束于注入器6的出口开口63处，将从该出口开口63分配液体的液滴。

关于注入通道62的不同部分的尺寸，注入通道62的每个部分提供了不同的内径

在当前所述的实施例的情况下，注入通道62的内径

设计为使得注入通道62的出口部623的横截面

大于注入通道62的入口部621的横截面

并且大于注入通道62的中间部622的横截面

另外，对于当前所述的实施例，注入通道62的入口部621的横截面

大于注入通道62的中间部622的横截面

其为任选的特征，因为注入通道62的入口部621的横截面

也可以尺寸定为类似于或等于注入通道62的中间部622的横截面

在此，在本实施例中，入口部621的横截面

为约0.8mm，中间部622的横截面

为约0.5mm，并且出口部623的横截面

为约1.2mm。从而，满足条件(a)

(b)

以及(c)

因为

关于注入器6的更多尺寸标定，特别是关于注入通道62的每个部分的轴向长度，注入通道62的中间部622的长度l_中间大于出口部623的长度l_出，其中注入通道62的中间部622的长度l_中间可任选地等于出口部623的长度l_出。此外，在当前所述的实施例中，注入通道62的入口部621的长度l_进大于或等于中间部622的长度l_中间，其中注入通道62的出口部623的长度l_出短于中间部622的长度l_中间或入口部621的长度l_进。特别地，在当前所述的实施例中，注入通道6的出口部623的l_出可为约2mm或大于2mm。在本实施例中，入口部621的长度l_进为约4mm，诸如4.12mm，中间部622的长度l_中间为约4mm，诸如4.08mm，并且出口部623的长度l_出为约2mm，导致注入器6的主体61的总长度以及由此得到的注入通道62的总长度为约10.2mm，其中满足条件(d)l_中间≥l_出、(e)l_进≥l_中间>l_出以及(f)l_出≥2mm，因为l_进＝4.12mm≥l_中间＝4.08mm>l_出＝2mm。

此外，关于主体61的出口部623的外周相对于主体61的出口部623的内径(即相对于横截面

)的尺寸标定，基于制造相关的可行性，注入器6的主体61在出口开口63处的第二端面612基于生产相关的可行性保持为最小尺寸，以便减小用于从出口开口63分配密封液的接触表面，并由此显著改善液滴断开。在这方面，从图3中可知，注入器6在出口部623的外径小于注入器6在入口部621和中间部622的外径，其中考虑到制造要求，必须在注入通道62的出口部623周围提供一定厚度的注入器材料。例如，在注入器6的主体61中钻孔以便将注入通道62引入注入器6中时，需要注入通道62周围具有一定的外壁厚度，并且还必须保留该厚度以便使注入器6保持一定的耐用性。关于将注入通道62引入注入器6中，在主体61中钻孔仅为制造注入器6的若干可能性之一。

此外，在将注入通道62引入注入器6的主体61中时，注入通道62的出口部623的下游端部的内周包括出口倒角624，该出口倒角扩大了注入通道62的下游端部的横截面

在当前所述的实施例中，出口倒角624表现出45°的角度。在此，出口倒角624同样有助于减小注入通道62的下游端部周围的壁厚，从而得到改善的液滴断开。此外，在本实施例中，其中在将注入通道62钻入注入器6的主体61的情况下，在入口部621的内周与中间部622的内周之间设置有通道倒角625，该通道倒角625表现出约28°的角度。但是，通道倒角625具有不同的目的，即改善密封液从注入通道62的入口部621到中间部622的通道。与此相反，在注入通道62的中间部622与出口部623之间未设置更多倒角，使得在注入通道62的中间部622与出口部623之间用于密封液体的通道为清晰的矩形台阶，导致在这一点实现了穿过注入通道62的液体流的扩张，并且随着液体的膨胀，流动压力突然降低，导致了出口开口63处的液滴断开的可控性得到改善，并且防止液体不受控地从注入器6中排出。最后，当进一步观察注入器6的主体61的外周时，从图1至5中的任一个并且特别是从图2中的放大图示中，可以清楚地看出，肩部613从注入器6的主体61突出，该肩部用作与用于将注入器6压在端口34内的工具接合的凸缘。

从图1和2并且特别是从图2的放大视图中，可知示例性接口单元2由液体分配通道32、气体分配通道33、端口34(包括空气出口喷嘴71)和注入器6构成。在此，还可知每个接口单元2被密封构件8包围。更详细地，可知密封构件8包括设置在其中的内孔81，其中针对每个注入器6设置一个内孔81。在此，从图2中的放大视图中可知并且与上文已部分所述，内孔81的上游部分包围端口34的外径，并且密封构件8的内缘82邻接端口34的端面以使得空气出口喷嘴71至少部分地保持开启状态。为了将空气出口喷嘴71定位在端口34的端面上，气体引导通道33延伸穿过导管构件3并且穿过端口34到达其背离导管构件3的端面。另外，空气出口喷嘴71定位在端口34的端面，使得注入器6的肩部613置于端口34内时不覆盖空气出口喷嘴71。因此，在组装状态下，空气出口喷嘴71布置在密封构件8与注入器6之间，其中密封构件8的内缘82与注入器6的肩部613之间保持足够的空间，以便允许空气从空气出口喷嘴71朝向样品托架9充分排出。借助这种布置方式，可确保端口34与密封构件8之间的气密密封，导致从空气出口喷嘴71排出的空气无法在端口34与密封构件8之间排出，确保空气出口喷嘴71相对于在样品托架9的填充区域91上方生成的超压发生足够的压力积聚，以便引导液体体积穿过样品托架9的流动通道92。

另外，特别是从图2中的放大视图也可知，注入器6的肩部613及其余下游部分(包括注入通道62的出口部623)布置在密封构件8的内孔81的渐缩下游部分内，使得注入器6的第二端面612或出口端面612定位在密封构件8的稍微外侧，即从中突出。因此，关于注入器6在密封构件8内的纵向延伸，所示接口单元2的空气出口喷嘴71布置在细长密封构件8的相应内孔81内，而注入器6的下游端部(包括注入器6的主体61的第二端面612以及出口开口63)布置在密封构件8外侧，即从密封构件8朝向微流体样品托架9向外突出。因此，当样品托架9的填充区域91与分配系统1接触时，接口单元2压靠样品托架9的填充区域91，使得引导远离导管构件3的密封构件8的端面压靠样品托架9的填充区域91的样品托架液体入口911的上表面。这样做时，在密封构件8的每个内孔81的内部空间与填充区域91的相应液体入口911的内部空间之间形成气密性连接，以便能够借助于空气供应单元7和相应空气出口喷嘴71向样品托架9的填充区域91施加超压，以便引导样品托架9的填充区域91内部的任何液体体积穿过样品托架9的流动通道92。另外，这样做时，每个注入器6的下游端部(包括注入器6的主体61的第二端面612以及出口开口63)从密封构件8突出到样品托架9的相应液体入口911中。因此，分配系统1借助于每个注入器6分配的任何密封液都可以无损失地传送至相应液体入口911中，其中本发明的分配系统1的接口单元2的改善的液滴断开行为产生精确递送≤200μl的体积的能力。

本发明的用于用预设的≤200μl的小体积密封液填充微流体样品托架9的微流体样品托架密封系统10包括前述分配系统1以及微流体样品托架9本身，并且可从例如图1、2、4和5中可知。在此，如前文所述以及特别是图4和6所示，微流体样品托架9包括具有多个液体入口911的填充区域91、多个流动通道92以及出口区域93，其中每个流动通道将一个液体入口911与出口区域93的相应液体出口931连接。通常，在使用当前所述的实施例的分配系统1时，微流体样品托架9的每个液体入口911以填充有样品液体，并且待由分配系统1分配的密封液已递送至每个液体入口911中。然后，如上所述，还可借助于分配系统1以均匀的方式为微流体样品托架9的每个流动通道92提供加压空气或压缩空气，从而挤压密封液不断穿过微流体样品托架9的流动通道92，以便使液体在微流体样品托架9的整个反应路径上均匀分布。这样做时，所施加的空气将分配至微流体样品托架9的填充区域91中的密封液推入并且穿过微流体样品托架9的每个流动通道92朝向出口区域93流动，继而密封液推动预填充的样品液体穿过每个流动通道92，从而用样品填充微流体样品托架9中的每个微孔(未示出)，随后用密封液密封每个填充有样品的微孔。

为了能够监测在每个流动通道92内沿液体的流向95的液体运动的进度，本发明的微流体样品托架密封系统10提供了多个监测装置921，所述多个监测装置用于监测流动通道92的填充，特别参见图6。在此，监测装置921与微流体样品托架9分开设置，例如监测装置921布置在(未示出)单独的传感器电路板等上，该传感器电路板可放置为邻近待监测的流动通道92。更详细地，微流体样品托架9可布置在(未示出)单独的传感器电路板上，并且甚至可在填充期间主动压在传感器电路板上。从而，位于传感器电路板上的监测装置921可在例如以下情况下记录电容变化：将微流体样品托架9插入本发明的微流体样品托架密封系统10中时，或在插入已填充有主混合物等的微流体样品托架9的情况下，或在微流体样品托架9最终填充密封液的情况下。借助此类监测装置921，可逐步监测填充液位和填充过程。监测装置921可由用于每个流动通道92的若干电容式传感器9211构成。关于本实施例的更详细的描述，每个电容式传感器9211由在它们之间生成电场的两个电极9212、9213形成，其中通过两个电极9212、9213的液体用作电介质，并且由此在改变相应电容式传感器9211的电容时，电容的变化可用作检测通过的液体的传感器信号。为了能够最高效地生成此类检测信号，每个电极9212、9213设置成在相应流动通道92处与微流体样品托架9的底侧94直接接触。在图6所示的实施例中，每个流动通道92包括沿其纵向延伸部布置的四个电容式传感器9211，即电容式传感器9211沿流动通道92从其液体入口911下游到其液体出口931分布，从而将每个流动通道92分为若干部分，特别是三个部分。从而，可通过布置在紧接液体入口911之后的流动通道92的入口处的第一电容式传感器9211来检测液体的进入。可通过布置在第一电容式传感器9211下游的第二电容式传感器9211来检测第一区段的填充。可通过布置在第二电容式传感器9211下游的第三电容式传感器9211来检测第二区段的填充。最后，可通过布置在第三电容式传感器9211下游和流动通道92端部的第四电容式传感器9211来检测第三区段的填充以及由此整个流动通道92的填充。当然，如果需要进一步详细监测具有附加区段的每个流动通道92，可在每个流动通道92内布置甚至更多的电容式传感器9211，而每个待监测的流动通道92的最少电容式传感器9211为两个，其中一个电容式传感器9211布置在紧接液体入口911之后的相应流动通道92的入口处，另一个则布置在相应流动通道92的端部，以便能够监测液体的进入和逐步完成对流动通道92的填充。从而，借助于监测装置921的传感器信号可以得出若干结论，诸如液体(即样品或密封液)是否实际存在于微流体样品托架9中、有关每个流动通道92的填充速度的信息或者有关是否达到整个反应距离(即整个流动通道92均已填充有液体)的信息。

基于上述分配系统1，根据本发明所述的将密封液分配至预填充的微流体样品托架9中的方法的一个实施例如图7所示。从图中可知，此类方法包括多个方法步骤，其中该方法可分为准备阶段和基本上两个主要阶段：第一主要阶段P1，也称为灌注阶段P1，其中打开第一阀4，用密封液冲洗供应通道31，再次关闭第一阀4，单独且依次打开第二阀5，然后将密封液泵送至供应通道31中；以及将密封液填充至相应微流体样品托架9中的第二主要阶段P2或填充阶段P2，其中针对每个微流体样品托架9，可重复填充阶段P2，并且其中在填充阶段P2期间，每个流动通道92的填充可通过相应监测装置921进行监测。在图7中，主要阶段P1、P2的方法步骤(即灌注阶段P1和填充阶段P2的方法步骤)分别布置在虚线框内。另外，在图7中，可能的重复以返回箭头表示，其中重复可包括单独的填充阶段P2或填充阶段与步骤S13，如下文进一步所述。

更详细地，在最开始阶段，即在执行两个主要阶段的任何步骤之前，发生准备阶段/准备步骤S0，其中液体泵可能已填充有液体，即液体泵从贮液器中吸取液体，有利地在低速下吸取，以便防止释气。这可以由将液体泵的切换阀切换至吸入侧并且吸入所需的液体体积来实现。然后，将泵的切换阀切换回递送侧或分配侧，即朝向导管构件3并且最终朝向注入器6的泵送方向。为此，应用约40μl/s的吸取速度，并且吸取与打开开关阀之间的时间延迟为约2050ms，该时间延迟使油柱有时间减小由吸取引起的任何合力。

在上述准备步骤S0之后，并且在当前描述的实施例的方法的主要阶段P1、P2实施过程中，该方法包括打开分配系统1的第一阀4的步骤S1。此外，该方法包括步骤S2，即借助于液体泵借由将密封液泵送至供应通道31中，用密封液冲洗供应通道31，其中可穿过打开的第一阀4排出可能包含气泡的过量密封液。此外，该方法包括步骤S3，即关闭第一阀4，从而在供应通道31内生成封闭的液压密封液柱。此外，该方法包括步骤S4，即单独且依次打开第二阀5，用于将每个注入通道92与供应通道31连接，并且如上文在描述分配系统1的语境中已经有所描述的，用密封液冲洗每个注入器6。此外，该方法包括将更多密封液泵送至供应通道31中的步骤S5，其中可穿过相应注入器6将可能包含气泡的过量密封液排入收集盘(未示出)中，从该收集盘中，冲洗液和收集的液体可泵送或引导至废液容器等。直至此处，方法步骤S1至S5构成上文提及的第一主要阶段P1或灌注阶段P1，其中灌注包括注入器6的分配系统1，即准备或预填充以准备分配系统1的实际任务。

随后，在第二主要阶段P2或填充阶段P2的过程中，该方法包括附加步骤S6，即在分配系统1处布置微流体样品托架9，该微流体样品托架具有预填充有样品液体的填充区域91，其中每个注入单元2与样品托架9的每个流动通道92对准。此外，该方法包括步骤S7，该步骤包括重新打开第二阀5以及将预设体积(诸如105μl)的密封液穿过供应通道31泵送至微流体样品托架9的填充区域91中，其中在打开第二阀5与将液体分配至微流体样品托架9的填充区域91之间不存在时间延迟，并且其中所用的从每个注入器6分配密封液的分配速度为200μl/s，该分配速度借由泵送密封液而生成。此外，该方法包括步骤S8，即在完成体积递送后立即关闭每个第二阀5，以在每个注入器6的出口开口63处实现恒定的液滴断开，其中在液体泵递送体积后立即将其关闭，以使液滴断开保持恒定并且不发生滴落，导致分配动作与关闭每个第二阀5之间的时间延迟为0ms。此外，该方法包括步骤S9，即借助于液体泵从供应通道31中抽出密封液，也称为再次浸泡，并且打开第一阀4以用于超压补偿，其中快速关闭第二阀5，在分配系统1内可能生成轻微超压，该超压可由液体泵以相反的方向将少量液体吸回分配系统1中进行补偿，并且通过在之后的短时间内打开第一阀4用于额外的超压补偿。在此，关闭每个第二阀5与再次浸泡之间的时间延迟为50ms，待再次浸泡的体积为3μl，用于再次浸泡的泵速为30μl/s，并且在再次浸泡过程结束与打开第一阀4之间无时间延迟。此外，该方法步骤S10，即关闭第一阀4，其中打开与关闭第一阀4之间的时间延迟为1000ms。此外，该方法包括步骤S11，即单独且依次打开第二阀5，用于将每个注入通道62与供应通道31连接。此外，该方法包括步骤S12，即由液体泵从供应通道31中抽出更多密封液以用于去除注入器6的出口开口63处可能残留的密封液，即每个注入器6上游的第二阀5在之前的步骤中重新打开，使得无液滴残留在注入器的出口开口63处，该液滴可能由之前的液滴断开引起，使得液体可由液体泵沿与分配方向相反的方向抽回系统1中，其中打开第二阀5与相应再次浸泡之间无时间延迟，待再次浸泡的液体体积为5μl，并且用于再次浸泡的泵速为30μl/s。在此，步骤S12构成填充阶段P2的最终步骤。

然后，即，在目前为止所述的方法步骤S0至S12之后，可再次关闭设置在相应注入器6上游的每个第二阀5，其中在步骤S12之后与关闭每个第二阀5关闭之前的延迟为1000ms。然后，为了使液体泵返回其初始位置，可将液体泵上的切换阀切换至其吸入侧(即与分配侧相对)，并且将液体泵移至其零位，从而使残留液体穿过液体连接器35返回贮液器。然后，可将液体泵的切换阀切换回递送/分配侧。

最后，在如上所述的本发明的方法的步骤S0至S12之后，即在准备阶段S0、灌注阶段P1和填充阶段P2之后，除执行本发明的方法以外，可执行附附加步骤S13，该步骤S13需要借由分配系统1的空气供应单元7将超压空气施加至微流体样品托架9的填充区域91(如上文已进一步所述)，从而穿过微流体样品托架9的每个流动通道92分配至填充区域91中的密封液例如以恒定的分布流速分布。这样做时，如上所述的本发明的分配方法可扩展至将样品液体密封在微流体样品托架9的微孔(未示出)内的方法，因为步骤S13特别地借助于密封液推动预填充在微流体样品托架9的填充区域91中的样品液体穿过微流体样品托架9的每个流动通道92，该密封液由超压空气提供的恒定的分布流速驱动。因此，在步骤S13中从导管构件3的端口34以气密性方式施加至微流体样品托架9的填充区域92的液体入口911的空气推动分配在微流体样品托架9的每个液体入口911中的密封液进入并且穿过每个流动通道92，继而该密封液至少部分借助于毛细管力，推动已被吸入流动通道中的预填充的样品液体穿过每个流动通道92，从而用样品填充微流体样品托架9中的每个微孔(未显示)，随后用以下密封液将其密封。

借助上述分配系统1、上述微流体样品托架密封系统10和上述相应分配方法，可通过无气泡的方式将密封液有效地分配至相应微流体样品托架9的填充区域91，并且在每个注入器6的出口开口63处无任何残留，其中如本文所述的特定注入器几何形状以及在所述方法实施过程中如上所述的合适的参数化，可用于确保分配液体时不出现任何体积偏差。

尽管已经结合具体实施例描述了本发明，但是应当理解，该描述仅用于例示性目的。因此，本发明旨在仅受所附权利要求书的范围的限制。

Claims (15)

1.一种分配系统(1)，其用于将预设的≤200μl的小体积液体提供至微流体样品托架(9)的填充区域(91)中，所述微流体样品托架包括至少一个流动通道(92)，所述系统(1)包括

贮液器，

液体泵，所述液体泵连接至所述贮液器，

为所述微流体样品托架(9)的每个流动通道(92)提供的至少一个接口单元(2)，其中借助于所述相应接口单元(2)将所述液体提供至每个流动通道(92)，

导管构件(3)，所述导管构件包括连接所述液体泵和每个接口单元(2)的供应通道(31)，

第一阀(4)，所述第一阀连接至所述供应通道(31)，以及

至少一个第二阀(5)，所述至少一个第二阀布置在所述供应通道(31)与相应接口单元(2)之间，

其中

每个接口单元(2)包括连接至所述导管构件(3)的注入器(6)，其中每个注入器(6)包括主体(61)和注入通道(62)，

每个注入通道(62)包括入口部(621)、出口部(623)和中间部(622)，所述入口部用于接收来自所述供应通道(31)的液体，所述出口部用于将液体分配至样品托架液体入口(911)中，所述中间部用于将液体从所述入口部(621)引导至所述出口部(623)，其中所述出口部(623)终止于所述注入器(6)的出口开口(63)中，并且

每个注入通道(62)的所述入口部(621)的横截面

所述中间部(622)的横截面

和所述出口部(623)的横截面

满足以下条件：

并且

2.根据权利要求1所述的分配系统(1)，其中每个注入通道(62)的所述入口部(621)的横截面

所述中间部(622)的横截面

和所述出口部(623)的横截面

满足以下条件：

3.根据权利要求1或2所述的分配系统(1)，其中每个注入通道(62)的所述入口部(621)的长度l_进、所述中间部(622)的长度l_中间和所述出口部(623)的长度l_出满足以下条件：

l_中间≥l_出，

优选地，其中满足以下条件：

l_进≥l_中间>l_出，

进一步优选地，其中l_出≥2mm。

4.根据前述权利要求中任一项所述的分配系统(1)，其中

所述注入器(6)的所述主体(61)在所述出口开口(63)处的第二端面(612)保持在与生产相关的最小值，以便减小待从所述出口开口(63)分配的所述液体的接触表面；

每个注入通道(62)的所述出口部(623)的下游端部的内周包括放大其横截面

的出口倒角(624)，所述出口倒角(624)优选地具有40°至50°的角度，进一步优选地具有45°的角度，及/或

在每个注入通道(62)的所述入口部(621)的所述内周与所述中间部(622)的所述内周之间设置有通道倒角(625)，所述通道倒角(625)优选地具有约28°的角度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的分配系统(1)，其中每个注入器(6)的所述主体(61)由表现出低表面能的塑料材料制成，优选地由PTFE制成。

6.根据前述权利要求中任一项所述的分配系统(1)，其中所述贮液器为用于提供高粘性密封液的密封液贮液器，所述密封液优选地具有高达100mm²/s的运动粘度和高达20mN/m的表面张力，所述密封液进一步优选地为硅油。

7.根据前述权利要求中任一项所述的分配系统(1)，其中所述分配系统(1)进一步包括用于向所述微流体样品托架(9)的每个流动通道(92)提供加压空气的空气供应单元(7)，优选地，其中所述空气供应单元(7)包括加压空气贮存器、气压调节器和空气供应通道(33)，所述空气供应通道连接至提供用于每个接口单元(2)的空气出口喷嘴(71)，进一步优选地，其中所述空气出口喷嘴(71)布置为邻近所述注入器(6)的出口开口(63)。

8.根据权利要求7所述的分配系统(1)，其中密封构件(8)附接至所述导管构件(3)并且包围所述注入器(3)的所述出口部(623)及每个接口单元(2)的所述空气出口喷嘴(71)，用于密封所述导管构件(3)与所述微流体样品托架(9)之间的任何液体或空气以防传送至外部，优选地，其中所述密封构件(8)包括内孔(81)，所述内孔至少部分地朝向所述微流体样品托架(9)渐缩，进一步优选地，其中所述空气出口喷嘴(71)布置在所述密封构件(8)的所述内孔(81)内，并且所述注入器(6)的出口开口(63)布置在所述密封构件(8)的外部。

9.根据前述权利要求中任一项所述的分配系统(1)，其中所述液体泵包括可控的体积替换致动器和切换阀，所述替换致动器优选地为步进电机，所述切换阀优选地为电磁阀，用于实现所述液体泵的输送方向的切换。

10.根据前述权利要求中任一项所述的分配系统(1)，其中

所述第一阀(4)连接至所述供应通道(31)的下游端部，

所述第一阀(4)为灌注阀(4)，

所述第二阀(5)为开关阀(5)，及/或

所述第一阀(4)另外用作废液阀(4)。

11.一种用于以预设的≤200μl的小体积密封液填充微流体样品托架(9)的微流体样品托架密封系统(10)，所述微流体样品托架填充系统(10)包括：

根据前述权利要求中任一项所述的分配系统(1)，以及

微流体样品托架(9)，所述微流体样品托架包括填充区域(91)、出口区域(93)和至少一个流动通道(92)，所述填充区域(91)的至少一个液体入口(911)预填充有样品液体，

其中提供监测装置(921)用于所述微流体样品托架(9)的每个流动通道(92)，其中监测装置(921)用于监测相应流动通道(92)的填充，优选地，其中所述监测装置(921)包括至少一个由两个电极(9212、9213)形成的电容式传感器(9211)，所述两个电极设置成在所述相应流动通道(92)处与所述微流体样品托架(9)的底侧(94)接触。

12.一种使用根据权利要求1至10中任一项所述的分配系统(1)将密封液分配至微流体样品托架(9)中的方法，所述方法包括以下步骤：

(S1)打开所述分配系统(1)的所述第一阀(4)，

(S2)借由将密封液泵送至所述供应通道(31)中，用密封液冲洗所述供应通道(31)，其中可穿过打开的第一阀(4)排出可能包含气泡的过量密封液，

(S3)关闭所述第一阀(4)，从而在所述供应通道(31)内生成封闭的液压密封液柱，

(S4)单独且依次打开第二阀(5)，用于将每个注入通道(62)

与所述供应通道(31)连接，并且用密封液冲洗每个注入器(6)，以及

(S5)将更多密封液泵送至所述供应通道(31)中，其中可穿过相应注入器(6)排出可能包含气泡的过量密封液，并且再次关闭所述第二阀(5)，

其中所述方法进一步包括以下步骤：

(S6)将微流体样品托架(9)布置在所述分配系统(1)处，所述微流体样品托架待用密封液填充并且包括填充区域(91)、出口区域(93)和至少一个流动通道(92)，其中所述填充区域(91)的至少一个液体入口(911)预填充有样品液体，其中每个注入单元(2)与每个流动通道(92)的液体入口(911)对准，

(S7)打开第二阀(5)，并且将预设体积的密封液穿过所述供应通道(31)泵送至所述微流体样品托架(9)的填充区域(91)中，

(S8)在递送所述体积后立即关闭每个第二阀(5)，以在每个注入器(6)的出口开口(63)处实现恒定的液滴断开，

(S9)由所述液体泵从所述供应通道(31)抽取密封液，并且打开所述第一阀(4)，用于超压补偿，

(S10)关闭所述第一阀(4)，

(S11)单独且依次打开所述第二阀(5)，用于将每个注入通道(62)与所述供应通道(31)连接，以及

(S12)由所述液体泵从所述供应通道(31)抽取更多密封液，用于去除所述注入器(6)的出口开口(63)处可能残留的密封液。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，在另一个步骤(S13)中，由所述分配系统(1)的所述空气供应单元(7)在所述微流体样品托架(9)的填充区域(91)上方施加空气超压，从而使穿过所述微流体样品托架(9)的每个流动通道(92)分配至所述填充区域(91)中的所述密封液以恒定的分布流速分布，其中由所述密封液以恒定的分布流速推动预填充至所述微流体样品托架(9)的填充区域(91)中的所述样品液体穿过所述微流体样品托架(9)的每个流动通道(92)。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中打开所述第一阀(4)、用密封液冲洗所述供应通道(31)、关闭所述第一阀(4)、单独且依次打开所述第二阀(5)、将更多密封液泵送至所述供应通道(31)中以及再次关闭所述第二阀(5)的所述步骤(S1至S5)构成所述分配系统(1)的初始灌注阶段(P1)，所述初始灌注阶段优选地与任何过量密封液的丢弃一起执行，并且其中其余步骤(S6至S12)构成将密封液填充至相应微流体样品托架(9)中的填充阶段(P2)，优选地其中针对每个后续的预填充的微流体样品托架(9)重复所述填充阶段(P2)。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中每个流动通道(92)的填充阶段(P2)由相应监测装置(921)进行监测。

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