CN114901394B - 用于提供具有预定样品体积的样品流体的微流体系统和方法 - Google Patents

用于提供具有预定样品体积的样品流体的微流体系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种微流体系统(10，20)，包括：样品储器(110，210)；第一样品通道(120，220)，该第一样品通道连接至样品储器(110，210)，该第一样品通道分支成终止于第一阀(130，230)的第二样品通道(122，222)以及分支成第三样品通道(124，224)，该第三样品通道分支成终止于第二阀(132，232)的第四样品通道(126，226)以及分支成终止于第三阀(134，234)的第五样品通道(128，228)；缓冲液储器(140，240)；第一触发通道(150，250)，该第一触发通道被布置为将缓冲液储器(140，240)连接至第二阀(132，232)；第二触发通道(152，252)，该第二触发通道连接第二阀(132，232)和第一阀(130，230)；以及出口通道(154，254)，该出口通道连接至第一阀(130，230)。

Description

用于提供具有预定样品体积的样品流体的微流体系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于提供具有预定体积的样品流体的微流体系统和方法。本发明还涉及一种包括该微流体系统的诊断设备和一种用于提供具有预定体积的样品流体的方法。
背景技术
除其他外，微流体处理在几何上被约束至小尺度的流体控制。这种技术通常用在喷墨打印机头、DNA分析片中以及用于其他类型的“片上实验室(lab-on-a-chip)”。在许多应用中，使用被动流体控制，这可以通过利用在具有亚毫米尺寸的管内产生的毛细作用来实现。
当需要测量和控制体积时，例如在血细胞分化或计数中，可以使用这样的系统，其中，必须准确地知道所处理的血液样品的体积。在添加相对大的血液样品(>10μl)的系统中，可能不期望处理整个血液样品，因为仅需少量(<10μl)即可获得关于血细胞组成或分布的准确统计。因此，采样系统需要从样品中测量出已知量的血液以进行处理。
然而，在使用毛细作用的系统中进行精确的体积计量是具有挑战性的，因为这种类型的现有系统通常一旦流体流已经开始就不允许切断或关闭流体流。因此，不能简单地通过切断流动以阻止过多样品流入系统来从样品中抽取精确计量体积的流体。因此，需要一种改进的、提供具有精确计量的体积的样品的微流体系统。
US 2005/133101 A1涉及一种微流体控制设备和用于控制微流体的方法。特别地，通过由溶液注入而引起的表面张力变化来消除毛细管的压力屏障，以获得微流体的输送、内流、混合和时间延迟。
WO 2018/132831 A2涉及用于同时产生和储存隔离的液滴的设备及其制造和使用方法。
EP 1 925 365 A1涉及微全分析片和微全分析系统。
发明内容
本发明的目的是单独地或以任何组合来减轻、缓和或消除本领域中的上述缺陷和缺点中的一个或多个，并且解决至少一个上述问题。
根据第一方面，提供了一种用于提供具有预定样品体积的样品流体的微流体系统。该系统包括：样品储器，该样品储器被布置用于接收样品流体；第一样品通道，该第一样品通道连接至该样品储器，该第一样品通道分支成终止于第一阀的第二样品通道以及分支成第三样品通道，该第三样品通道分支成终止于第二阀的第四样品通道以及分支成终止于第三阀的第五样品通道，其中，该第五样品通道具有预定体积；缓冲液储器，该缓冲液储器被布置用于接收缓冲流体；第一触发通道，该第一触发通道被布置为将该缓冲液储器连接至该第二阀；第二触发通道，该第二触发通道连接该第二阀和该第一阀；以及出口通道，该出口通道具有第一端和第二端，其中，该第一端连接至该第一阀；其中，该第一样品通道被布置为通过毛细作用从该样品储器抽吸样品流体，以填充该第一样品通道、该第二样品通道、该第三样品通道、该第四样品通道和该第五样品通道；其中，该第一触发通道被布置为通过毛细作用将缓冲流体从该缓冲液储器经由包括该第二触发通道的流体路径抽吸至该出口通道并打开该第二阀和该第一阀，由此打开包括该第四样品通道、该第三样品通道和该第二样品通道的另一流体路径，从而允许存在于该第四样品通道、该第三样品通道和该第二样品通道中的样品被来自该第一触发通道的缓冲流体替换并与来自该第二触发通道的缓冲流体一起流入该出口通道，从而将存在于该第五样品通道中的样品流体与相邻的样品流体隔离，其中，所隔离的样品流体的体积对应于该第五样品通道的体积，从而提供具有预定样品体积的样品流体。
借助于本发明的微流体系统，提供计量体积的样品流体。因此，利用毛细作用的微流体系统提供了具有预定体积的样品，而不主动控制该系统内的流动。停止由毛细作用引起的流动通常是有问题的，因此借助于本发明的微流体系统计量出具有预定体积的样品可以是有利的。
此外，由于样品流体的体积是精确已知的(即，预定体积对应于第五样品通道的体积)，因此可以增强对具有预定体积的样品流体的分析。
该微流体系统可以进一步包括：定时通道，该定时通道连接该缓冲液储器和该第三阀，其中，该定时通道可以被布置为通过毛细作用将缓冲流体从该缓冲液储器抽吸至该第三阀的输出端并打开该第三阀，由此可以允许存在于该第五通道中的隔离的样品流体与来自该定时通道的缓冲流体一起流过该第三阀的输出端。
相关联的优点是可以从微流体系统提取隔离的样品流体，并且因此可以将隔离的样品流体提供给另一系统，例如，被布置为分析隔离的样品流体的分析系统。精确地计量要分析的样品流体可以是有利的，这可以由本发明的微流体系统允许。
该定时通道可以被配置为在存在于该第五样品通道中的样品流体与相邻的样品流体隔离之后打开该第三阀。
相关联的优点是可以更精确地确定流过第三阀的输出端的样品流体的体积，因为与隔离的样品流体相邻的样品流体不会流过第三阀的输出端。因此，可以更精确地计量从微流体系统提取的样品流体的体积。
另一个优点是，可以例如通过微流体系统的流动阻力(主要通过控制定时通道、第一触发通道、第四样品通道和第五样品通道的流动阻力)来控制流过第三阀的输出端的流体的具有预定体积的样品流体与缓冲流体之间的混合比。
该定时通道可以包括第一流阻器，其中，可以选择该第一流阻器的流动阻力以控制从该缓冲液储器至该第三阀的流速，使得可以在该第五样品通道中的样品流体与相邻的样品流体隔离之后打开该第三阀。
相关联的优点是可以减小定时通道的长度，同时仍然允许在第五样品通道中的样品流体与相邻的样品流体隔离之后打开第三阀。
该微流体系统可以进一步包括毛细泵，该毛细泵被布置为排空该样品储器。
相关联的优点是样品储器可以接收体积大于第一样品通道、第二样品通道、第三样品通道、第四样品通道和第五样品通道的组合体积的样品流体，从而减少限制由样品储器接收的样品流体的体积的需要。在填充第一样品通道、第二样品通道、第三样品通道、第四样品通道和第五样品通道之后样品流体存在于样品储器中的情况下，可以在打开第一阀、第二阀和/或第三阀的情况下通过毛细作用从样品储器抽吸另外的样品流体。
该毛细泵可以通过第二流阻器连接至该样品储器，其中，可以选择该第二流阻器的流动阻力以控制从该样品储器至该毛细泵的流速，使得可以在该第一样品通道、该第二样品通道、该第三样品通道、该第四样品通道和该第五样品通道已填充有样品流体之后排空该样品储器。
相关联的优点是可以更精确地确定流过第三阀的输出端的样品流体的体积，因为不是在第五样品通道填充有样品流体之前排空样品储器。因此，可以更精确地计量从微流体系统提取的样品流体的体积。
该微流体系统可以进一步包括：截止阀，该截止阀连接至该出口通道的第二端。
该微流体系统可以进一步包括：通气口，该通气口连接至该截止阀，其中，该通气口可以被布置为允许该截止阀与该微流体系统的周围环境之间的气体连通，使得可以允许存在于该出口通道中的气体逸出。
相关联的优点是可以允许改善的样品流体和/或缓冲流体的流动，因为可以避免反作用于通道的毛细作用的形成在通道中的气体压力。
样品流体和/或缓冲流体可以是水性液体。
这些通道的一个或多个壁可以包含二氧化硅、玻璃、聚合物材料、聚碳酸酯、硅、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和/或环烯烃共聚物(COC)。
该定时通道可以通过第四阀连接该缓冲液储器和该第三阀，并且该微流体系统可以进一步包括：稀释通道，该稀释通道连接该缓冲液储器和该第四阀，该稀释通道被配置为通过毛细作用将缓冲流体从该缓冲液储器抽吸至该第四阀；并且其中，该定时通道还可以被配置为打开该第四阀，由此允许缓冲流体从该稀释通道流至该第三阀。
相关联的优点在于，可以通过调节稀释通道以及连接第四阀和第三阀的通道中的流速来控制流过第三阀的输出端的流体的稀释比。
根据第二方面，提供了一种诊断设备，该诊断设备包括第一方面的微流体系统。
第一方面的上述特征在适用时也应用于该第二方面。为了避免过度重复，参考上文。
该诊断设备可以被布置为分析所提供的具有预定样品体积的样品流体。
根据第三方面，提供了一种用于提供具有预定样品体积的样品流体的方法。该方法包括：将样品流体添加至样品储器，由此第一样品通道通过毛细作用从该样品储器抽吸样品流体，以填充该第一样品通道、第二样品通道、第三样品通道、第四样品通道和第五样品通道，其中，该第二样品通道和该第三样品通道是该第一样品通道的分支，并且该第四样品通道和该第五样品通道是该第三样品通道的分支，其中，该第二样品通道终止于第一阀，该第四样品通道终止于第二阀，并且该第五样品通道终止于第三阀；将缓冲流体添加至缓冲液储器，由此第一触发通道通过毛细作用将缓冲流体从该缓冲液储器抽吸至连接到该第一阀的出口通道，其中，该缓冲流体经由包括连接该第一阀和该第二阀的第二触发通道的流体路径被抽吸至该出口通道并打开该第二阀和该第一阀，从而打开包括该第四样品通道、该第三样品通道和该第二样品通道的另一流体路径，并且存在于该第四样品通道、该第三样品通道和该第二样品通道中的样品被来自该第一触发通道的缓冲流体替换并与来自该第二触发通道的缓冲流体一起经由该另一流体路径流入该出口通道，由此使得存在于该第五样品通道中的样品流体与相邻的样品流体隔离并且具有与该第五样品通道的体积相对应的体积，从而提供具有预定样品体积的样品流体。
第一方面和第二方面的上述特征在适用时也应用于该第三方面。为了避免过度重复，参考上文。
该方法可以进一步包括：打开该第三阀，使得隔离的样品流体流过该第三阀的输出端。
该方法可以进一步包括：在将样品流体添加至该样品储器之后并且在将缓冲流体添加至该缓冲液储器之前，通过使用连接至该样品储器的毛细泵排空该样品储器。
根据以下给出的详细描述，本披露内容的进一步的适用范围将变得显而易见。然而，应理解，虽然详细描述和具体示例指示了本发明构思的优选变体，但仅以说明的方式给出，因为根据该详细描述，本发明构思的范围内的各种变化和修改对于本领域的技术人员而言将变得显而易见。
因此，应理解，本发明构思不限于所描述的方法的特定步骤或所描述的系统的零部件，因为此类方法和系统可以变化。还应理解，本文所使用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，并不旨在是限制性的。必须注意，除非上下文另有明确规定，否则如在本说明书和所附权利要求中所使用的那样，冠词“一个(a)”、“一种(an)”“该(the)”以及“所述(said)”旨在意指存在要素中的一个或多个。因此，例如，提及“单元”或“该单元”可以包含若干设备等。此外，词语“包括(comprising)”、“包含(including)”、“含有(containing)”和类似用语不排除其他要素或步骤。
附图说明
现在将参考示出本发明的变体的附图更详细地描述本发明构思的上述方面和其他方面。附图不应被认为将本发明限制于具体变体；而是用于解释和理解本发明构思。
如附图中所展示的，层和区域的大小被放大以用于展示性目的，并且因此被提供用于展示本发明构思的变体的总体结构。在全文中，相同的附图标记指代相同的要素。
图1A展示了用于提供具有预定样品体积的样品流体的微流体系统。
图1B展示了包括用于提供具有预定样品体积的样品流体的微流体系统的诊断设备。
图2A至图2E展示了当用于提供具有预定样品体积的样品流体时可以对应于图1A的微流体系统的微流体系统。
图3是用于提供具有预定样品体积的样品流体的方法的框图。
具体实施方式
现在将参考附图在下文中更全面地描述本发明构思，在附图中示出了本发明构思的当前优选变体。然而，本发明构思可以用许多不同的形式来实施，并且不应被解释为局限于本文阐述的变体；相反，提供这些变体是为了获得彻底性和完整性，并且向技术人员充分传达本发明构思的范围。
应当理解，至少第一样品通道、第二样品通道、第三样品通道、第四样品通道、第五样品通道、第一触发、第二触发通道、出口通道和定时通道是毛细通道。毛细通道是能够提供毛细驱动的液体流的通道。还应当理解，根据本发明构思的具体实施方式，系统的其他通道可以是毛细通道和/或其他类型的通道。
在下文中，流体被描述为在微流体系统内流过通道并在不同时间到达特定位置。可以以不同的方式控制这些流的流速，以使流体在所描述的时间到达这些位置。毛细驱动的流体流需要流体能够润湿的一个或多个接触表面。例如，包含玻璃或二氧化硅的表面可以用于毛细驱动的水性液体流。此外，例如，具有亲水性质(聚合物固有的亲水性质或通过改性(包括例如化学改性或涂覆)而有的亲水性质)的合适的聚合物可以促进或增强毛细驱动的流。
例如，可以通过适配通道的长度和/或通过适配通道的流动阻力来控制这些流。可以通过适配通道的截面面积和/或通道的长度来控制通道的流动阻力。通道的流动阻力进一步可以取决于液体的性质，例如液体的动力粘性。额外地或替代性地，可以通过使用流阻器来适配流速。
为了提供期望的毛细力，可以根据例如液体和/或材料的性质和/或通道壁的性质来选择流动通道的尺寸。
图1A展示了用于提供具有预定样品体积的样品流体(图1A中未展示样品流体)的微流体系统10。
该系统包括被布置用于接收样品流体的样品储器110。样品储器110可以被布置用于通过具有开口来接收样品流体。
该系统还包括连接至样品储器110的第一样品通道120。第一样品通道120分支成终止于第一阀130的第二样品通道122以及分支成第三样品通道124。第三样品通道124分支成终止于第二阀132的第四样品通道126以及分支成终止于第三阀134的第五样品通道128，其中，第五样品通道128具有预定体积。第一阀130、第二阀132和/或第三阀134可以是触发阀。触发阀可以在其关闭状态下停止主流体流，并且在其打开状态下允许主流体流穿过触发阀。触发阀可以通过次级流被打开(即，被改变至其打开状态)，并且可以允许主流和次级流的组合流流过触发阀的输出端。这种触发阀在本领域内可以被已知为毛细触发阀。
系统还包括被布置用于接收缓冲流体的缓冲液储器140。缓冲液储器140可以被布置用于通过具有开口来接收缓冲流体。
系统还包括被布置为将缓冲液储器140连接至第二阀132的第一触发通道150。
系统还包括连接第二阀132和第一阀130的第二触发通道152。
系统还包括具有第一端1542和第二端1544的出口通道154。第一端1542连接至第一阀130。
第一样品通道120被布置为通过毛细作用从样品储器110抽吸样品流体，以填充第一样品通道、第二样品通道、第三样品通道、第四样品通道和第五样品通道120、122、124、126、128。当第一阀130、第二阀132和第三阀134处于它们的关闭状态时，这些样品流体流被这些阀停止。
第一触发通道150被布置为通过毛细作用将缓冲流体从缓冲液储器140经由包括第二触发通道152的流体路径抽吸至出口通道154并打开第二阀132和第一阀130，由此打开包括第四样品通道126、第三样品通道124和第二样品通道122的另一流体路径。
所打开的另一流体路径允许存在于第四样品通道126、第三样品通道124和第二样品通道122中的样品被来自第一触发通道150的缓冲流体替换并与来自第二触发通道152的缓冲流体一起流入出口通道154，由此将存在于第五样品通道128中的样品流体与相邻的样品流体隔离。
第一样品通道120和/或第五样品通道128可以被适配，例如通过适配它们各自的几何形状(例如，截面尺寸和/或形状)而被适配，使得毛细力(或毛细压力)防止存在于第一样品通道120和/或第五样品通道128中的样品流体朝向出口通道154流动。
第二样品通道122、第三样品通道124、第四样品通道126、第一触发通道150、第二触发通道152和/或出口通道154可以被适配，例如通过适配它们各自的几何形状(例如，截面尺寸和/或形状)而被适配，使得存在于第二样品通道122、第三样品通道124和第四样品通道126中的样品流体可以被来自第一触发通道150的缓冲流体替换并与来自第二触发通道152的缓冲流体一起流入出口通道154。
所隔离的样品流体的体积对应于第五样品通道128的体积，从而提供具有预定样品体积的样品流体。
因此，本发明的微流体系统10能够提供具有预定体积的样品流体。具有预定样品体积的样品流体在微流体系统10中与相邻的样品流体隔离，而不主动控制微流体系统10内的流动。
如图1A的示例所示，微流体系统10还可以包括连接缓冲液储器140和第三阀134的定时通道160。定时通道160可以被布置为通过毛细作用将缓冲流体从缓冲液储器140抽吸至第三阀134的输出端1342并打开第三阀134，由此可以允许存在于第五通道中的隔离的样品流体与来自定时通道160的缓冲流体一起流过第三阀134的输出端1342。第三阀134的输出端1342可以是微流体系统10的输出端。
因此，可以从微流体系统10提取隔离的样品流体。隔离的样品流体例如可以被提供给另一系统以进行进一步处理。该另一系统可以是被布置为分析隔离的样品流体的分析系统。对于这种分析系统，精确地计量要分析的样品流体可以是有利的，这可以通过本发明的微流体系统10来允许。
定时通道160可以被配置为在存在于第五样品通道128中的样品流体与相邻的样品流体隔离之后打开第三阀134。定时通道160还可以被配置为在样品流体和缓冲流体到达出口通道154的第二端1544之后打开第三阀134。
如图1A的示例所示，定时通道160可以包括第一流阻器162。可以选择第一流阻器162的流动阻力以控制从缓冲液储器140至第三阀134的流速，使得第三阀134可以在第五样品通道128中的样品流体与相邻的样品流体隔离之后被打开。另外，可以选择第一流阻器162的流动阻力以控制从缓冲液储器140至第三阀134的流速，使得第三阀134可以在样品流体和缓冲流体到达出口通道154的第二端1544之后被打开。
因此，可以减小定时通道160的长度，同时仍然允许第三阀134在第五样品通道128中的样品流体与相邻的样品流体隔离之后被打开。
如图1A的示例所示，微流体系统10还可以包括被布置为排空样品储器110的毛细泵174。毛细泵174可以被布置为在第一样品通道、第二样品通道、第三样品通道、第四样品通道和第五样品通道120、122、124、126、128填充有样品流体之后排空样品储器110。毛细泵174可以是被配置为从样品储器110抽吸液体的纸泵和/或微流体通道结构。在通过毛细泵174排空样品储器110期间，第二样品通道122、第四样品通道126和第五样品通道128中的毛细压力或毛细力可以抵抗在朝向样品储器110的方向上从第一样品通道120、第二样品通道122、第三样品通道124、第四样品通道126和第五样品通道128抽吸样品流体。第二样品通道122、第四样品通道126和第五样品通道128中的毛细压力或毛细力可以高于由毛细泵174产生的毛细压力或毛细力，从而避免排空第二样品通道122、第四样品通道126和第五样品通道128。
因此，样品储器110可以接收体积大于第一样品通道、第二样品通道、第三样品通道、第四样品通道和第五样品通道120、122、124、126、128的组合体积的样品流体，从而减少限制由样品储器110接收的样品流体的体积的需要。在填充第一样品通道、第二样品通道、第三样品通道、第四样品通道和第五样品通道120、122、124、126、128之后样品流体存在于样品储器110中的情况下，在打开第一阀、第二阀和/或第三阀130、132、134的情况下可以通过毛细作用从样品储器110抽吸另外的样品流体。在填充第一样品通道、第二样品通道、第三样品通道、第四样品通道和第五样品通道120、122、124、126、128之后排空样品储器110中的流体，允许在第一样品通道120中的样品流体与样品储器110之间的界面处的毛细压力或毛细力抵抗在从样品储器110的方向上从第一样品通道120抽吸样品流体。
毛细泵174可以通过第二流阻器172连接至样品储器110。可以选择第二流阻器172的流动阻力以控制从样品储器110至毛细泵174的流速，使得样品储器110可以在第一样品通道120、第二样品通道122、第三样品通道124、第四样品通道126和第五样品通道128填充有样品流体之后被排空。毛细泵174可以通过泵毛细通道170连接至样品储器，并且泵毛细通道170可以包括第二流阻器172。
微流体系统10还可以包括连接至出口通道154的第二端1544的截止阀136。
微流体系统10还可以包括连接至截止阀136的通气口180。通气口180可以被布置为允许截止阀136与微流体系统10的周围环境之间的气体连通，使得可以允许存在于出口通道154中的气体逸出。可以允许存在于第一样品通道120、第二样品通道122、第三样品通道124、第四样品通道126、第一触发通道150和第二触发通道152中的一个或多个中的气体经由出口通道154通过通气口180逸出。另外，可以允许存在于第一样品通道120、第二样品通道122、第三样品通道124、第四样品通道126、第五样品通道128、第一触发通道150和第二触发通道152中的一个或多个中的气体通过第三阀134的输出端1342逸出。存在于通道中的气体可能导致在通道中形成气体压力，这可能反作用于由毛细作用在通道中引起的流体流。通过允许气体逸出，可以避免这种形成，从而允许改善样品流体和/或缓冲流体的流动。
样品流体和/或缓冲流体可以是水性液体。样品液体可以是血液。
这些通道的一个或多个壁可以包含二氧化硅、玻璃、聚合物材料、聚碳酸酯、硅、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和/或环烯烃共聚物(COC)。微流体系统10的通道可以被包括在包含二氧化硅的基板中。二氧化硅可以是熔融二氧化硅的形式。
定时通道160可以通过第四阀138连接缓冲液储器140和第三阀。
微流体系统还可以包括连接缓冲液储器140和第四阀138的稀释通道190。第四阀138可以在其关闭状态下被配置为停止缓冲流体从稀释通道190流至第三阀。
稀释通道190可以被配置为通过毛细作用将缓冲流体从缓冲液储器140抽吸至第四阀138。稀释通道190可以是毛细通道。
定时通道160还可以被配置为打开第四阀138，由此允许缓冲流体从稀释通道190流至第三阀134。因此，第四阀138可以在其打开状态下被配置为允许缓冲流体从稀释通道190流至第三阀134。
由此，可以通过调节定时通道160、第一流阻器162、稀释通道190、第一触发通道150、第二触发通道152、第二样品通道122、第三样品通道124、第四样品通道126和第五样品通道128中的一个或多个的流动阻力来控制离开第三阀134的输出端1342的样品流体相对于缓冲流体的稀释比。
图1B展示了包括用于提供具有预定样品体积的样品流体的微流体系统10的诊断设备50。图1B的微流体系统10可以对应于关于图1A描述的微流体系统10。
诊断设备50可以被布置为分析所提供的具有预定样品体积的样品流体。如图1B的示例所示，诊断设备50可以被布置为通过包括分析系统510来分析所提供的具有预定样品体积的样品流体。分析系统510的输入端可以流体地连接至微流体系统10的输出端。分析系统510可以包括允许分析系统510与其周围环境之间和/或分析系统510与诊断设备50的周围环境之间的气体连通的通气口，以避免微流体系统10和/或分析系统510中形成气体压力。
现在将参考图2A至图2E描述本发明构思。图2A至图2E展示了包括样品储器210和连接至样品储器210的第一样品通道220的微流体系统20。第一样品通道220分支成终止于第一阀230的第二样品通道222以及分支成第三样品通道224。第三样品通道224分支成终止于第二阀232的第四样品通道226以及分支成终止于第三阀234的第五样品通道228。应当理解，图2A至图2E的微流体系统20还可以包括如关于图1A所描述的稀释通道和第四阀。
微流体系统20还包括缓冲液储器240、第一触发通道250、第二触发通道252和出口通道254。第一触发通道250被布置为将缓冲液储器240连接至第二阀232，并且第二触发通道252连接第二阀和第一阀232、230。出口通道254具有第一端2542和第二端2544，并且第一端2542连接至第一阀230。出口通道254的第二端2544可以是敞开的。这里的敞开是指出口通道254的内部与微流体设备20的周围环境处于气体连通。出口通道254的第二端2544可以连接至通气口(未示出)。如在图2A至图2E的示例中所示，出口通道254的第二端2544可以连接至截止阀236。
样品储器210被布置为接收样品流体，并且缓冲液储器240被布置为接收缓冲流体。样品流体和/或缓冲流体可以是水性液体。
如图2A至图2E所例示的，微流体系统20还可以包括连接缓冲液储器240和第三阀234的定时通道260，并且定时通道260可以通过第一流阻器262连接缓冲液储器240和第三阀234。
如图2A至图2E所例示的，微流体系统20还可以包括连接至样品储器210的毛细泵274。毛细泵274可以通过第二流阻器272连接至样品储器210。
微流体系统20还可以包括连接至截止阀236的通气口280，如在图2A至图2E的示例中所示。通气口280可以允许存在于样品通道和/或触发通道中的气体逸出。因此，存在于微流体系统20中的任何气体可以逸出，这允许样品流体和/或缓冲流体流过微流体系统20的通道。存在于微流体系统20中的气体还可以通过第三阀234的输出端2342逸出。这可以例如允许存在于定时通道260中的气体逸出微流体系统20。
图2A至图2E的微流体系统20可以对应于关于图1A描述的微流体系统10。
在图2A中，将样品流体提供给样品储器210。第一通道通过毛细作用从样品储器210抽吸样品流体，以填充第一样品通道、第二样品通道、第三样品通道、第四样品通道和第五样品通道220、222、224、226、228。从样品储器210抽吸的样品流体在第一阀、第二阀和第三阀230、232、234处停止。在第一样品通道、第二样品通道、第三样品通道、第四样品通道和第五样品通道220、222、224、226、228被填充之后，可以使用毛细泵274通过泵通道270经由第二流阻器272排空样品储器210，如图2B中所例示的。可以选择第二流阻器272的流动阻力，使得可以在第一样品通道、第二样品通道、第三样品通道、第四样品通道和第五样品通道填充有样品流体之后排空样品储器210。第二样品通道222、第四样品通道226和第五样品通道228中的毛细压力或毛细力可以高于由毛细泵产生的毛细压力或毛细力，从而避免排空第二样品通道222、第四样品通道226和第五样品通道228。
在图2C中，将缓冲流体提供给缓冲液储器240。第一触发通道250通过毛细作用将缓冲流体从缓冲液储器240经由如图2C所示的包括第二触发通道252的流体路径朝向出口通道254抽吸。此外，如图2C所例示的，定时通道260可以通过毛细作用将缓冲流体从缓冲液储器240经由第一流阻器262抽吸至第三阀234。可以选择第一流阻器262的流动阻力，使得缓冲流体在存在于第五样品通道228中的样品流体隔离之后到达第三阀234(如下所描述的)。
在到达第二阀和第一阀230、232时，缓冲流体打开第二阀232和第一阀230，由此打开包括第四样品通道226、第三样品通道224和第二样品通道222的另一流体路径。该另一流体路径允许存在于第四样品通道、第三样品通道和第二样品通道中的样品流体被来自第一触发通道250的缓冲流体替换并与来自第二触发通道252的缓冲流体一起流入出口通道254，如图2D的示例所示。因此，出口通道254的体积可以大到足以排出先前存在于第四样品通道226、第三样品通道224和第二样品通道222中的样品流体。在第二阀232打开但第一阀230尚未打开的时刻，例如第一样品通道220、第二样品通道222和第五样品通道228中的毛细压力可以作用为防止样品流体经由第四样品通道226和第二阀232被抽吸到第二触发通道252中。通过样品储器210被排空样品并且第三阀234以及第一阀230尚未打开来促进或实现这种防止。另外如图2D的示例所示，缓冲流体和样品流体流入出口通道254并到达截止阀236。如图2D所示，然后存在于第五样品通道228中的样品流体与相邻的样品流体隔离。由此提供具有预定体积的样品流体。在第一阀230和第二阀打开的时刻，例如样品液体与第一样品通道220的润湿壁之间的毛细力以及第五样品通道228中的毛细力可以作用为防止样品流体经由第二样品通道222和第一阀230和/或第四样品通道226和第二阀234被抽吸到出口通道254中。可以通过样品储器210被排空样品流体并且第三阀234尚未打开来促进这种防止。
在存在于第五样品通道228中的样品流体被隔离之后，缓冲流体可以到达第三阀234，作为响应，第三阀被打开。通过比较图2D和图2E还可以看出，在打开第三阀234之前，缓冲流体和样品流体已经流入出口通道254并到达截止阀236。在打开第三阀234之后，可以允许存在于第五样品通道228中的隔离的样品流体与存在于定时通道260中的缓冲流体一起流过第三阀234的输出端2342，如图2E的示例所示。这在图2E中由箭头2344指示。可以以类似于关于图1A所描述的方式例如通过使用稀释通道(图2A至图2E中未示出)来控制离开第三阀的输出端2342的样品流体相对于缓冲流体的稀释比。
图3是用于提供具有预定样品体积的样品流体的方法30的框图。
方法30包括将样品流体添加S302至样品储器110、210，由此第一样品通道120、220通过毛细作用从样品储器110、210抽吸样品流体，以填充第一样品通道120、220、第二样品通道122、222、第三样品通道124、224、第四样品通道126、226和第五样品通道128、228。
第二样品通道122、222和第三样品通道124、224是第一样品通道120、220的分支，并且第四样品通道126、226和第五样品通道128、228是第三样品通道124、224的分支。
第二样品通道122、222终止于第一阀130、230，第四样品通道126、226终止于第二阀132、232，并且第五样品通道128、228终止于第三阀134、234。
方法30还包括将缓冲流体添加S304至缓冲液储器140、240，由此第一触发通道150、250通过毛细作用将缓冲流体从缓冲液储器140、240抽吸至连接到第一阀130、230的出口通道154、254。出口通道154、254可以在出口通道154、254的第一端1542、2542处连接至第一阀130、230。出口通道154、254的第二端1544、2544可以连接至截止阀136、236。截止阀136、236可以连接至通气口180、280，从而允许缓冲流体和/或样品流体与微流体系统10、20的周围环境之间的气体连通，使得存在于微流体系统10、20内的气体可以逸出。
缓冲流体经由包括连接第一阀130、230和第二阀132、232的第二触发通道152、252的流体路径被抽吸至出口通道154、254并打开第二阀132、232和第一阀130、230，使得打开包括第四样品通道126、226、第三样品通道124、224和第二样品通道122、222的另一流体路径，并且存在于第四样品通道126、226、第三样品通道124、224和第二样品通道122、222中的样品被来自第一触发通道150、250的缓冲流体替换并与来自第二触发通道152、252的缓冲流体一起经由该另一流体路径流入出口通道154、254，由此使得存在于第五样品通道128、228中的样品流体与相邻的样品流体隔离并且具有与第五样品通道128、228的体积相对应的体积，从而提供具有预定样品体积的样品流体。
第一方面和第二方面的上述特征在适用时也应用于该第三方面。为了避免过度重复，参考上文。
方法30还可以包括打开S306第三阀134、234，使得隔离的(即，隔离在第五样品通道128、228中的)样品流体流过第三阀134、234的输出端。第三阀134、234可以通过定时通道160、260连接至缓冲液储器140、240。定时通道160、260可以通过毛细作用将缓冲流体从缓冲液储器140、240抽吸至第三阀134、234，并且第三阀134、234可以响应于缓冲流体到达第三阀134、234而打开。响应于打开第三阀134、234，隔离的样品流体可以与来自定时通道160、260的缓冲流体一起流过第三阀134、234的输出端。定时通道160、260可以被布置为在样品流体被隔离在第五样品通道128、228中之后，并且在样品流体和缓冲流体到达出口通道154、254的第二端1544、2544之后，打开第三阀134、234。定时通道160、260可以包括第一流阻器162、262，并且可以选择第一流阻器162、262的流动阻力，使得在样品流体被隔离在第五样品通道128、228中之后，并且在样品流体和缓冲流体到达出口通道154、254的第二端1544、2544之后，定时通道160、260中的缓冲流体到达第三阀134、234。
方法30还可以包括：在将样品流体添加S302至样品储器110、210之后并且在将缓冲流体添加S304至缓冲液储器140、240之前，排空S308样品储器110、210。可以通过使用连接至样品储器110、210的毛细泵174、274来排空样品储器110、210。毛细泵174、274可以通过第二流阻器172、272连接至样品储器110、210，其中，选择第二流阻器172、272的流动阻力以控制从样品储器110、210至毛细泵174、274的流速，使得在第一样品通道120、220、第二样品通道122、222、第三样品通道124、224、第四样品通道126、226和第五样品通道128、228填充有样品流体之后排空样品储器110、210。
应当理解，方法30可以使用图1A和/或图2A至图2E的微流体系统10、20。
本领域技术人员认识到，本发明构思绝不限于上述优选变体。相反地，在所附权利要求的范围内，许多修改和变化是可能的。
例如，微流体系统10、20的通道已经被描述为闭合/封闭的通道。然而，应当理解，从仅在一个维度上限定通道的意义上说，通道可以是敞开的。例如，这种通道可以是具有底部和两侧的通道，而通道的顶部被移除。对于这种构造，允许通道与周围环境直接气体连通，从而消除对通气口的需要。
作为另一示例，样品流体和缓冲流体被描述为在分开的时间点被添加至样品储器和缓冲液储器110、210、140、240。然而，它们可以被同时添加，并且可以适配通道的流速和/或尺寸(例如长度)，使得通道以所描述的顺序被填充。例如，第一样品通道、第二样品通道、第三样品通道、第四样品通道和第五样品通道120、220、122、222、124、224、126、226、128、228在缓冲流体到达第二阀和第一阀132、232、130、230之前被填充有样品流体，和/或在缓冲流体到达第三阀134、234之前样品流体与缓冲流体一起到达出口通道154、254的第二端1544、2544。
另外地，所披露的变体的变化可以被技术人员在实践所要求保护的发明时通过学习附图、披露内容、以及所附权利要求理解并实现。

Claims (14)

1.一种用于提供具有预定样品体积的样品流体的微流体系统(10，20)，该微流体系统(10，20)包括：
样品储器(110，210)，该样品储器被布置用于接收样品流体；
第一样品通道，该第一样品通道连接至该样品储器(110，210)，该第一样品通道分支成终止于第一阀(130，230)的第二样品通道以及分支成第三样品通道，该第三样品通道分支成终止于第二阀(132，232)的第四样品通道以及分支成终止于第三阀(134，234)的第五样品通道，其中，该第五样品通道具有预定体积；
缓冲液储器(140，240)，该缓冲液储器被布置用于接收缓冲流体；
第一触发通道(150，250)，该第一触发通道被布置为将该缓冲液储器(140，240)连接至该第二阀(132，232)；
第二触发通道(152，252)，该第二触发通道连接该第二阀(132，232)和该第一阀(130，230)；以及
出口通道(154，254)，该出口通道具有第一端(1542，2542)和第二端(1544，2544)，其中，该第一端(1542，2542)连接至该第一阀(130，230)；
其中，该第一样品通道被布置为通过毛细作用从该样品储器(110，210)抽吸样品流体，以填充该第一样品通道、该第二样品通道、该第三样品通道、该第四样品通道和该第五样品通道；
其中，该第一触发通道(150，250)被布置为通过毛细作用将缓冲流体从该缓冲液储器(140，240)经由包括该第二触发通道(152，252)的流体路径抽吸至该出口通道(154，254)并打开该第二阀(132，232)和该第一阀(130，230)，由此打开包括该第四样品通道、该第三样品通道和该第二样品通道的另一流体路径，从而允许存在于该第四样品通道、该第三样品通道和该第二样品通道中的样品被来自该第一触发通道(150，250)的缓冲流体替换并与来自该第二触发通道(152，252)的缓冲流体一起流入该出口通道(154，254)，从而将存在于该第五样品通道中的样品流体与相邻的样品流体隔离，其中，所隔离的样品流体的体积对应于该第五样品通道的体积，从而提供具有预定样品体积的样品流体。
2.根据权利要求1所述的微流体系统(10，20)，进一步包括：
定时通道(160，260)，该定时通道连接该缓冲液储器(140，240)和该第三阀(134，234)，其中，该定时通道(160，260)被布置为通过毛细作用将缓冲流体从该缓冲液储器(140，240)抽吸至该第三阀(134，234)的输出端(1342，2342)并打开该第三阀(134，234)，由此允许存在于该第五样品通道中的隔离的样品流体与来自该定时通道(160，260)的缓冲流体一起流过该第三阀(134，234)的输出端(1342，2342)。
3.根据权利要求2所述的微流体系统(10，20)，其中，该定时通道(160，260)被配置为在存在于该第五样品通道中的样品流体与相邻的样品流体隔离之后打开该第三阀(134，234)。
4.根据权利要求3所述的微流体系统(10，20)，其中，该定时通道(160，260)包括第一流阻器(162，262)，其中，选择该第一流阻器(162，262)的流动阻力以控制从该缓冲液储器(140，240)至该第三阀(134，234)的流速，使得在该第五样品通道中的样品流体与相邻的样品流体隔离之后打开该第三阀(134，234)。
5.根据任一前述权利要求所述的微流体系统(10，20)，进一步包括：
毛细泵(174，274)，该毛细泵被布置为排空该样品储器(110，210)。
6.根据权利要求5所述的微流体系统(10，20)，其中，该毛细泵(174，274)通过第二流阻器(172，272)连接至该样品储器(110，210)，其中，选择该第二流阻器(172，272)的流动阻力以控制从该样品储器(110，210)至该毛细泵(174，274)的流速，使得在该第一样品通道、该第二样品通道、该第三样品通道、该第四样品通道和该第五样品通道填充有样品流体之后排空该样品储器(110，210)。
7.根据权利要求1所述的微流体系统(10，20)，进一步包括：截止阀(136，236)，该截止阀连接至该出口通道(154，254)的第二端(1544，2544)。
8.根据权利要求7所述的微流体系统(10，20)，进一步包括：
通气口(180，280)，该通气口连接至该截止阀(136，236)，其中，该通气口(180，280)被布置为允许该截止阀(136，236)与该微流体系统(10，20)的周围环境之间的气体连通，使得允许存在于该出口通道(154，254)中的气体逸出。
9.根据权利要求1所述的微流体系统(10，20)，其中，这些通道的一个或多个壁包含二氧化硅、玻璃、聚合物材料、聚碳酸酯、硅、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷和/或环烯烃共聚物。
10.根据权利要求2所述的微流体系统(10)，其中，该定时通道(160)通过第四阀(138)连接该缓冲液储器(140)和该第三阀(134)，该微流体系统(10)进一步包括：
稀释通道(190)，该稀释通道连接该缓冲液储器(140)和该第四阀(138)，该稀释通道(190)被配置为通过毛细作用将缓冲流体从该缓冲液储器(140)抽吸至该第四阀(138)；并且
其中，该定时通道(160)还被配置为打开该第四阀(138)，由此允许缓冲流体从该稀释通道(190)流至该第三阀(134)。
11.一种诊断设备(50)，该诊断设备包括根据任一前述权利要求所述的微流体系统(10，20)。
12.根据权利要求11所述的诊断设备(50)，其中，该诊断设备(50)被布置为分析所提供的具有预定样品体积的样品流体。
13.一种用于提供具有预定样品体积的样品流体的方法(30)，该方法包括：
将样品流体添加(S302)至样品储器(110，210)，由此第一样品通道通过毛细作用从该样品储器(110，210)抽吸样品流体，以填充该第一样品通道、第二样品通道、第三样品通道、第四样品通道和第五样品通道，其中，该第二样品通道和该第三样品通道是该第一样品通道的分支，并且该第四样品通道和该第五样品通道是该第三样品通道的分支，其中，该第二样品通道终止于第一阀(130，230)，该第四样品通道终止于第二阀(132，232)，并且该第五样品通道终止于第三阀(134，234)；
将缓冲流体添加(S304)至缓冲液储器(140，240)，由此第一触发通道(150，250)通过毛细作用将缓冲流体从该缓冲液储器(140，240)抽吸至连接到该第一阀(130，230)的出口通道(154，254)，其中，该缓冲流体经由包括连接该第一阀(130，230)和该第二阀(132，232)的第二触发通道(152，252)的流体路径被抽吸至该出口通道(154，254)并打开该第二阀(132，232)和该第一阀(130，230)，使得打开包括该第四样品通道、该第三样品通道和该第二样品通道的另一流体路径，并且存在于该第四样品通道、该第三样品通道和该第二样品通道中的样品被来自该第一触发通道(150，250)的缓冲流体替换并与来自该第二触发通道(152，252)的缓冲流体一起经由该另一流体路径流入该出口通道(154，254)，由此存在于该第五样品通道中的样品流体与相邻的样品流体隔离并且具有与该第五样品通道的体积相对应的体积，从而提供具有预定样品体积的样品流体。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：
在将样品流体添加(S302)至该样品储器(110，210)之后并且在将缓冲流体添加(S304)至该缓冲液储器(140，240)之前，排空(S308)该样品储器(110，210)。
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