CN1246475C - 使运载流体循环的装置 - Google Patents

使运载流体循环的装置 Download PDF

Info

Publication number
CN1246475C
CN1246475C CNB028033736A CN02803373A CN1246475C CN 1246475 C CN1246475 C CN 1246475C CN B028033736 A CNB028033736 A CN B028033736A CN 02803373 A CN02803373 A CN 02803373A CN 1246475 C CN1246475 C CN 1246475C
Authority
CN
China
Prior art keywords
chamber
pressure hole
fluid
outlet valve
delivery fluid
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB028033736A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1483084A (zh
Inventor
吴光昱
林根培
李英善
赵允卿
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.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics 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 Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of CN1483084A publication Critical patent/CN1483084A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1246475C publication Critical patent/CN1246475C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • B01L7/525—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples with physical movement of samples between temperature zones
    • 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
    • B01L3/502738—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 integrated valves
    • 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
    • B01L2200/0673—Handling of plugs of fluid surrounded by immiscible fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/087—Multiple sequential chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B01L2300/1805—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B01L2300/1822—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using Peltier elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B01L2300/1838—Means for temperature control using fluid heat transfer medium
    • B01L2300/185—Means for temperature control using fluid heat transfer medium using a liquid as fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0415—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic
    • B01L2400/0421—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic electrophoretic flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/043—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces magnetic forces
    • 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
    • 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
    • B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
    • B01L2400/0688—Valves, specific forms thereof surface tension valves, capillary stop, capillary break
    • 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
    • B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
    • B01L2400/0694—Valves, specific forms thereof vents used to stop and induce flow, backpressure valves
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/4456—With liquid valves or liquid trap seals
    • Y10T137/4643—Liquid valves
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/4456—With liquid valves or liquid trap seals
    • Y10T137/4643—Liquid valves
    • Y10T137/4651—Branched passage for sealing liquid

Abstract

本发明提供了一种具有二个或多个室或区域，能使运载流体循环的装置，及利用所述装置扩增核酸的一种装置，以及包括该装置的一种芯片。循环运载流体的装置包括二个或多个保持在不同温度的室，每个室具有带气动气压孔的入口阀，用来控制运载流体向室内的流入(入口气动气压孔)；以及一个有气动气压的出口阀，用来控制运载流体从室中流出(出口气动气压孔)，其中所有的室相继连接起来，即按照流体流动的方向一个室的出口阀与相邻室的入口阀相连。

Description

使运载流体循环的装置
技术领域
本发明涉及一种循环运载流体的装置。更特定地，本发明涉及一种具有二个或多个室或区域的循环运载流体的装置，一种利用所述装置扩增核酸的装置，以及包含所述装置的芯片。
背景技术
聚合酶链反应(PCR)方法，通过进行周期性的热-冷温度循环已经用来扩增核酸序列。在PCR中，DNA扩增的1个循环需要生物化学样品暴露于不同的温度，例如T1(进行变性)→T2(进行退火)→T3(进行延伸)。
如图1中所示，常规PCR体系具有这样的结构，其中聚合酶链反应方式是控制保留生物化学流体，例如PCR流体的室中的温度(进行变性的T1：94℃，进行退火的T2：55℃，进行延伸的T3：72℃)。在该体系中，对室的反复加热及冷却导致加热和冷却效应的延时，因此需要复杂的电路来精确控制温度。
美国专利5,270,183公开了一种利用聚合酶链反应扩增样品中核酸的装置和方法，如图2中所示，其中聚合酶链反应通过使生物化学流体，例如PCR流体沿着不同的温度区域，连续不断地迂回流动来实现。因此，该体系需要特别长的管路，以使生物化学流体遵循精确温度变化模式，因为从T3区域移到T1区域必须通过T2区域。
此外，如图3中所示，公开了一种PCR体系，其中聚合酶链反应通过在同心环中沿不同温度区域连续流动生物化学流体，例如PCR流体而实现(Proc.Miniaturized Total Analysis Systems(uTAS 2001)，Luisiana StateUniversity，Steven A.Soper等，第459页-第461页)。在该体系中，当重复一个完整的循环时，流动路线变短。因此，必须精确地控制生物化学流体的流速以使其遵循温度变化模式。
发明内容
本发明提供一种循环运载流体的装置，以及操作该装置的方法，所述装置具有保持在不同的温度的二个或多个室或区域。此外，本发明提供一种用该装置扩增核酸的装置以及包含所述装置的芯片。
本发明一方面提供了一种具有保持在不同的温度的二个或多个室的能循环运载流体的装置，其中每个室包括一个入口阀，包括控制运载流体向室内流入的气动气压孔(入口气动气压孔)；一个出口阀，包括控制运载流体从室中流出的气动气压孔(出口气动气压孔)；其中所有的室相继连接，使得一个室的出口阀按照流体流动方向连接到相邻室的入口阀。
本发明另外提供一种用来操作上述运载流体循环装置的方法，其中包括按照流体流动方向，向一个室的入口气动气压孔施加压力并使相邻室的出口气动气压孔排气，同时使运载流体从该室流动到相邻室；控制施加到相邻室的出口气动气压孔的压力，使运载流体在相邻室中保留预定的时间；依次重复施压及控制步骤使运载流体流动。
本发明另外提供了一种利用聚合酶链反应扩增样品中一定量核酸的装置，包括三个室，每个室包括一个入口阀和一个出口阀，入口阀带有控制运载流体向室内流入的气动气压孔；出口阀带有控制运载流体从室中流出的气动气压孔；其中所有的室相继连接，以致按照流体流动的方向，一个室的出口阀连接到相邻室的入口阀；并且其中所述的三个室包括保持在变性温度的第一室，保持在退火温度的第二室，以及保持在延伸温度的第三室。
本发明另外提供一种利用聚合酶链反应扩增样品中一定量核酸的装置，包括两个室，每个室包括一个入口阀和一个出口阀，入口阀有控制运载流体向室内流入的气动气压孔，出口阀有控制运载流体从室中流出的气动气压孔；其中一个室的出口阀连接到另一个室的入口阀；并且其中一个室保持在变性温度，另一个室保持在进行退火和延伸的温度。
本发明另外提供一种循环运载流体的装置，包括具有维持在不同的温度二个或多个区域的微型管路，一个区域保留样品流体，其他的一个或多个区域保留磁性流体；与微型管路连接的入口/出口阀；以及一个布置在微型管路外面的磁体，它形成磁性场，以作用于磁性流体。
本发明另外提供一种用来操作上述循环运载流体装置的方法，其中包括向磁体施加能量，使磁性流体流动，从而使运载流体向相邻区域移动。
本发明另外提供一种利用聚合酶链反应扩增样品中一定量核酸的装置，所述装置包括具有三个区域的微型管路，一个区域保留样品流体，其他的区域保留磁性流体；与微型管路连接的入口/出口阀；以及一个布置在微型管路外面的磁体，它形成磁场以作用于磁性流体，其中所述三个区域包括保持在变性温度的第一区域，保持在退火温度的第二区域，以及保持在延伸温度的第三区域。
本发明另外提供一种利用聚合酶链反应扩增样品中一定量核酸的装置，所述装置包括具有二个区域的微型管路，一个区域保留样品流体，另一个区域保留磁性流体；与微型管路连接的入口/出口阀；以及一个布置在微型管路外面的磁体，它形成磁场以作用于磁性流体，其中一个区域保持在变性温度，另一个区域保持在退火和延伸的温度。
本发明另外提供一种芯片，它包括载体，放置在载体上的用来扩增核酸的上述装置之一；一种电泳工具，与装置可操作地相互连接。
附图说明
图1举例说明常规的PCR体系；
图2举例说明另一种常规的PCR体系；
图3举例说明另一种常规的PCR体系；
图4及5的示意图中，生物化学流体，例如PCR流体，在保持在适合PCR的不同温度下的二个或多个区域间流动；
图6及7举例说明气动气压型PCR体系中每个室单元的基本构成；
图8示意性地举例说明在有一个室的装置中操作的原理；
图9及10分别示意性地举例说明在有二个或三个相互连接的室单元的装置中操作的原理；
图11举例说明具有三个相互连接的室的运载流体循环装置的示意图；
图12示意性地举例说明环形PCR装置的操作原理；以及
图13示意性地举例说明在磁性流体型PCR体系中利用磁性流体循环生物化学流体，例如PCR流体的操作原理。
实施本发明的最佳方案
本发明的装置包括二个或多个维持在不同温度的室，运载流体在其中循环。即，循环运载流体的装置包括二个或多个维持在不同的温度的室，每个室包括一个入口阀，包括控制运载流体向室内流入的气动气压孔(入口气动气压孔)；一个出口阀，包括控制运载流体从室中流出的气动气压孔(出口气动气压孔)；其中各室相继连接，致使按照流体流动的方向，一个的室出口阀连接到相邻室的入口阀。
运载流体包括，可以保持在保温区进行一段预定时间的反应的任何流体。运载流体可包括生物化学流体，例如进行聚合酶链反应的流体，包括模板DNA，寡核苷酸引物，dNTP[脱氧腺苷三磷酸酯(dATP)，脱氧胞苷三磷酸酯(dCTP)，脱氧鸟苷三磷酸酯(dGTP)，脱氧胸苷三磷酸酯(dTTP)]，以及热稳定DNA聚合酶。
在本发明的运载流体循环装置中，每个室的出口阀可与后续室的入口阀整合在一起。
入口阀及出口阀都可为被动操作阀。此外，被动操作阀可以是这样的阀，它使出口阀的管路在此处比入口阀的管路狭窄或将出口阀的内表面用疏水材料处理以控制运载流体的流动的阀。
在本发明的装置中，运载流体通过控制施加到每个室的压力而循环。运载流体循环装置的操作方法包括按照流体流动方向，向一个室的入口气动气压孔施加压力并使相邻室的出口气动气压孔排气，同时使运载流体从所述室流动到所述相邻室；控制施加到所述相邻室的出口气动气压孔的压力以使运载流体在该相邻室中保持一段预定的时间；依次重复施压及控制步骤使运载流体循环。
运载流体可分别通过室的入口和出口气动气压孔导入或放出。
本发明在其发明范围内，也包括一种利用运载流体循环装置扩增核酸的装置。所述扩增装置可用于经聚合酶链反应扩增样品中一定量核酸，并包括三个室。每个室包括一个入口阀以及一个出口阀，入口阀包括控制运载流体向室内流入的气动气压孔，出口阀包括控制运载流体从室内流出的气动气压孔。各个室相继连接，这样按照流体流动的方向，一个室的出口阀连接到相邻室的入口阀。所述的三个室包括保持在变性温度的第一室，保持在退火温度的第二室，以及保持在延伸温度的第三室。
此外，所述扩增装置可用于经聚合酶链反应扩增样品中一定量核酸，它包括二个室。每个室包括一个入口阀以及一个出口阀，入口阀包括控制运载流体向室内流入的气动气压孔，出口阀包括控制运载流体从室内流出的气动气压孔。一个室的出口阀连接到另一个室的入口阀。一个室保持在变性温度，另一个室保持在退火和延伸温度。
本发明扩增核酸的装置可为微缩的环形PCR循环仪，其中生物化学流体，例如PCR流体，沿着维持在不同温度的二个或三个室循环。例如，DNA扩增可以如下所述完成1个循环：将样品流体沿第一室(保持在变性温度，T1)→第二室(保持在退火温度，T2)→第三室(保持在延伸温度，T3)循环，或将样品流体沿第一室(保持在变性温度，T1)→第二室(保持在退火和延伸温度，T2’)进行循环。在PCR装置中进行多轮的循环，样品中的DNA量成指数倍地扩增。
或者，可在微型管路中提供二个或多个维持在不同温度的区域。即，循环运载流体的装置包括具有二个或多个维持在不同温度的区域的微型管路。一个区域保持样品流体，其他的一个或多个区域保持磁性流体。入口/出口阀连接到微型管路并且将磁体放置在微型管路外侧，形成磁场，以作用于磁性流体。
磁体可为放置在微型管路中央的磁体或沿微型管路布置的电磁体。
磁性流体包括任何受简单磁体或电磁体的磁力作用而移动的流体。例如，磁性流体可为铁磁性粒子在水性介质中(水基铁流体)，在油中(油基铁流体)，或在聚合凝胶体中(聚合凝胶体基铁流体)的混合物。其中，优选油基铁流体。
将磁力或电力施加到磁体上使该磁体运动。当磁体运动时，磁性流体移动，使运载流体向相邻区域移动。
当微型管路包括三个区域时，提供了一种利用聚合酶链反应扩增样品中一定量核酸的装置。所述三个区域包括保持在变性温度的第一区域，保持在退火温度的第二区域，以及保持在延伸温度的第三区域。
当微型管路包括两个区域时，也提供一种利用聚合酶链反应扩增样品中一定量核酸的装置。一个区域保持在变性温度下，另一个区域保持在退火及延伸的温度下。
本发明扩增核酸的装置可为缩微环形PCR循环仪，在其中，生物化学流体，例如PCR流体，沿着微型管路中维持在不同温度的二个或三个区域循环。例如，DNA扩增可如下完成1个循环：将运载流体沿着第一区域(保持在变性温度，T1)→第二区域(保持在退火温度，T2)→第三区域(保持在延伸温度，T3)循环或将运载流体沿着第一区域(保持在变性温度，T1)→第二区域(保持在退火和延伸温度，T2’)循环。通过在PCR装置中进行多轮循环，样品中的DNA量成指数倍地扩增。
可在芯片上实现所述扩增装置。芯片包括载体，一种布置载体上的核酸扩增装置，一种电泳工具，它与所述装置可操作地相互连接。并且，所述载体可包括放置其上的加热工具。加热工具包括电热装置，红外线，或预热的金属块。
例如，使导入到本发明芯片中的一定量样品DNA扩增。然后，将扩增的DNA提供给电泳工具，按照其分子量或电荷进行分离，并且最终被确定为特定的DNA。
芯片的载体可选自玻璃，石英，硅，塑料，陶瓷，以及金属。电泳工具可为进行毛细管电泳的多管路形式。PCR扩增装置以及电泳工具可用光刻技术在载体上具体化。
本发明参考附图进行详细描述。
如图4和5所示，生物化学流体，例如PCR流体，沿着维持在不同温度的二个或多个区域循环以进行PCR。在图4和5中，环显示出运载流体循环的管路，T1，T2，以及T3分别表示不同温度区。箭头表示循环或导入/释放运载流体的方向。按照本发明，不需要长管路和/或常规体系中必需的复杂电路来精确控制温度。
图6和7举例说明气动气压型PCR体系中，每个室单元的基本组成。在图6和7中，保温室(或微型室)(11)将进行聚合酶链反应的运载流体保持一段预定时间。基本构成包括室(11)；入口阀(12)，它包括气动气压孔(13)；出口阀(12’)，它包括气动气压孔(13’)。室单元可相互连接形成一种装置，其中每个室的出口阀可与后续室的入口阀整合在一起。运载流体的流动通过被动操作阀控制，例如在这样的阀中，其中形成的出口阀的管路窄于入口阀的管路，这样提供了急剧压力降低效果，或其中出口阀的内表面用疏水材料处理，以控制运载流体的流动。
当施加到入口阀(12)中的入口气动气压孔(13)的压力高于出口阀(12’)压力的时候，室(11)中的运载流体向出口阀(12′)流动。同时，通过降低施加到出口气动气压孔(13′)的气压，空气被释放。
每个室单元的这些基本构件通过气动气压使运载流体按照一个方向流动。二个或多个室单元可以相互连接形成一种通过气动气压使运载流体循环的装置。
图8示意性地举例说明具有一室的装置的操作原理。通过向入口气动气压孔(13)施加气压，室(11)中运载流体向出口流动。当施加到入口气动气压孔(13)的气压高于施加到出口阀的气压，运载流体向出口阀(22)移动。疏水处理或由于变窄的管路结构导致急剧压力下降可被动操作出口阀。
图9示意性地举例说明具有二个相互连接的室单元的装置的操作原理。向入口气动气压孔(13)施加气压并使出口气动气压孔(33)排气，产生压力差(P1i-P3o)。当入口气动气压孔(13)的气压(P1i)高于阀(22)的气压(P2)的时候，室(11)中的运载流体向相邻室(21)移动。此外，当阀(32)的气压(P3)高于上述气压(Pli)的时候，运载流体保持在室(21)中，同时空气很容易地被释放。
图10示意性地举例说明具有三个相互连接的室单元的装置的操作原理。其操作与参考图9中描述的方法一样。将气压相继施加到气动气压孔(13，23，以及33)可使运载流体相继流过各个室(11，21，以及31)。
图11举例说明一种具有三个相互连接的室的运载流体循环装置的示意图。操作原理与参考图10中描述的一致。即，将气压相继施加到气动气压孔使运载流体按照箭头的方向，相继流过室(11)(温度区1)，室(21)(温度区2)，以及室(31)(温度区3)。
图12示意性地举例说明环形PCR装置的操作原理。运载流体通过活塞被导入到室(11)中。在第一轮循环中，导入的运载流体流经下列室：(变性室(11)→退火室(21)→延伸室(31))进行聚合酶链反应。以同样的方式进行第二轮PCR循环。重复循环得到足够多的期望的聚合酶链反应。经过预定数目的循环后，运载流体经由活塞释放，转移至管路或室中进行分析，例如电泳。
图13示意性地举例说明在磁性流体型PCR体系中利用磁性流体循环生物化学流体，包括PCR流体的操作原理。该装置使用磁性流体代替气动气压，来循环生物化学流体。生物化学流体(1)沿着维持在不同的温度(T1，T2，T3)的区域循环，该过程通过使磁性流体(2)沿微型管路流动而实现，后者通过位于微型管路中央的磁体或沿微型管路布置的电磁体的相继操作来完成。
可通过参考下列实施例来进一步理解本发明的实质和优点。下列实施例只用来例举说明本发明的目的，不对本发明的范围作任何限制。
实施例1.具有二个室单元的气动气压型PCR体系
该装置具有二室，可通过聚合酶链反应扩增样品中一定量核酸。每个室有一个入口阀和一个出口阀，入口阀包括控制运载流体向室内流入的气动气压孔，出口阀包括控制运载流体从室中流出的气动气压孔。一个室的出口阀与另一个室的入口阀整合在一起。一个室保持在约94℃进行变性，另一个室保持在约68℃进行退火和延伸。样品中一定量核酸用聚合酶链反应扩增。
实施例2.具有三个室单元的气动气压型PCR体系
该装置具有三室，可通过聚合酶链反应扩增样品中一定量核酸。每个室具有一个入口阀和一个出口阀，入口阀包括控制运载流体向室内流入的气动气压孔，出口阀包括控制运载流体从室中流出的气动气压孔。各个室相继连接，这样在流体流动的方向上，一个室的出口阀与邻近室的入口阀整合在一起。所述三个室包括第一室，保持在94℃进行变性，第二室，保持在约55℃进行退火，以及第三室保持在约72℃进行延伸。样品中一定量核酸经聚合酶链反应得到扩增。
实施例3.具有含两个区域的微型管路的磁性流体型PCR体系
该装置可通过聚合酶链反应来扩增样品中一定量的核酸，它具有包括了两个区域的微型管路。一个区域保持样品流体，另一个区域保持磁性流体。入口/出口阀连接到微型管路，并且在微型管路的中央有磁性搅拌器。一个区域保持在约94℃进行变性，另一个区域保持在约68℃进行退火及延伸。样品中一定量核酸通过聚合酶链反应被扩增。
实施例4.具有含三个区域的微型管路的磁性流体型PCR体系
该装置可用于通过聚合酶链反应来扩增样品中一定量的核酸，它具有包括了三个区域的微型管路。一个区域保持样品流体，另两区域保持磁性流体。入口/出口阀连接到微型管路，并且在微型管路的中央有磁性搅拌器。三个区域包括保持在约94℃进行变性的第一个区域，保持在约55℃进行退火的第二个区域，以及保持在约72℃进行延伸的第三个区域。样品中一定量核酸通过聚合酶链反应被扩增。
本发明循环运载流体的装置和方法具有下列优点。
在常规的PCR扩增仪中，需要加热(通常1-2秒)以及冷却(通常3-4秒)。在本发明中，使用温度预设室，流体样品流经一系列这种室。因此，样品流体从一个室迁移到另一个室仅花费预定的时间。迁移时间取决于气动气压或磁力，它小于1秒种。因此，与常规PCR扩增仪相比，一个循环花费的时间大为降低。
此外，运载流体沿着温度保持室或区域流动，使能按照生物化学流体特性，通过改变运载流体在每个室或区域中的保留时间来控制PCR条件。
而且，不需要复杂的电路。在常规的PCR循环仪中，需要复杂的电路，例如PID(比例/积分/微分)，进行精确的温度控制。此外，快速升温需要的高电压引起过调(overshoot)效应，导致室的温度上升，例如，上升约1-2℃。
不需要冷却体系。在常规的PCR循环仪中，需要冷却扇或电热装置进行快速降温。但是，在本发明中，不需要任何冷却电路或冷却体系。
也不需要连续流动PCR循环仪中那样特别长的管路。因此，可能制造便携的体系，也减小了本发明整个体系的大小。
本发明在微芯片上，例如芯片实验室上实施，其使得用光刻技术在硅，玻璃，或塑料等上实现成为可能。
本发明在微芯片上实施，使得用少量(mL～pL)的生物化学流体，例如PCR流体成为可能。

Claims (11)

1.一种运载流体循环装置，包括二个或多个保持在不同的温度的室，每个室包括：
一个入口阀，包括控制运载流体向室内流入的气动气压孔(入口气动气压孔)；以及
一个出口阀，包括控制运载流体从室内流出的气动气压孔(出口气动气压孔)；
其中所述室相继连接，这样按照流体流动的方向，一个室的出口阀连接到相邻室的入口阀。
2.根据权利要求1的运载流体循环装置，其中每个室的出口阀与后续室的入口阀整合在一起。
3.根据权利要求1的运载流体循环装置，其中入口阀与出口阀都是被动操作阀。
4.根据权利要求3的运载流体循环装置，其中被动操作阀中，形成的出口阀的管路窄于入口阀的管路或出口阀内表面用疏水材料处理以控制运载流体的流动。
5.一种权利要求1～3中任何一项所述的运载流体循环装置的操作方法，其包括：
按照流体流动的方向，向室的入口气动气压孔施加压力并使相邻室的出口气动气压孔排气，同时使运载流体从该室向相邻室流动；
控制施加到相邻室的出口气动气压孔的压力，以将运载流体在相邻室保持一段预定时间；并且
依次重复施加压力及控制步骤使运载流体循环。
6.一种利用聚合酶链反应扩增样品中一定量核酸的装置，包括三个室，每个室包括：
一个入口阀，包括控制运载流体向室内流入的气动气压孔(入口气动气压孔)；以及
一个出口阀，包括控制运载流体从室内流出的气动气压孔(出口气动气压孔)；
其中所述室相继连接，这样按照流体流动的方向，一个室的出口阀连接到相邻室的入口阀；并且
其中所述的三个室包括，保持在变性温度的第一室，保持在退火温度的第二室，以及保持在延伸温度的第三室。
7.一种利用聚合酶链反应扩增样品中一定量核酸的装置，包括二个室，每个室包括：
一个入口阀，包括控制运载流体向室内流入的气动气压孔(入口气动气压孔)；以及
一个出口阀，包括控制运载流体从室内流出的气动气压孔(出口气动气压孔)；
其中一个室的出口阀连接到另一个室的入口阀；并且
其中一个室保持在变性温度，另一个室保持在退火和延伸温度。
8.一种芯片，包括：
一种载体；
布置在载体上的权利要求6以及7中任何一项所述的装置；以及
一种电泳装置，可操作地与上述装置相互连接。
9.一种权利要求8的芯片，其中载体选自玻璃，石英，硅，塑料，陶瓷，或金属。
10.一种权利要求8的芯片，其中载体包括放置在其上的加热工具。
11.一种权利要求10的芯片，其中加热工具包括热电装置，红外线，或预热的金属块。
CNB028033736A 2001-11-10 2002-10-31 使运载流体循环的装置 Expired - Fee Related CN1246475C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2001-0069955A KR100442836B1 (ko) 2001-11-10 2001-11-10 생화학 유체를 온도가 다른 폐쇄된 챔버 구간을 따라 회전이동시키는 폐쇄 유체 회로 시스템
KR2001/69955 2001-11-10

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005100875659A Division CN100335609C (zh) 2001-11-10 2002-10-31 使运载流体循环的装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1483084A CN1483084A (zh) 2004-03-17
CN1246475C true CN1246475C (zh) 2006-03-22

Family

ID=19715877

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB028033736A Expired - Fee Related CN1246475C (zh) 2001-11-10 2002-10-31 使运载流体循环的装置
CNB2005100875659A Expired - Fee Related CN100335609C (zh) 2001-11-10 2002-10-31 使运载流体循环的装置

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005100875659A Expired - Fee Related CN100335609C (zh) 2001-11-10 2002-10-31 使运载流体循环的装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7329535B2 (zh)
EP (1) EP1442136A4 (zh)
JP (1) JP4110094B2 (zh)
KR (1) KR100442836B1 (zh)
CN (2) CN1246475C (zh)
WO (1) WO2003042410A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100335609C (zh) * 2001-11-10 2007-09-05 三星电子株式会社 使运载流体循环的装置

Families Citing this family (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020097093A (ko) * 2002-11-09 2002-12-31 신세현 자연대류형 미소유체 혼합기
WO2005082043A2 (en) * 2004-02-24 2005-09-09 Thermal Gradient Thermal cycling device
KR100552706B1 (ko) * 2004-03-12 2006-02-20 삼성전자주식회사 핵산 증폭 방법 및 장치
WO2005094981A1 (en) * 2004-03-29 2005-10-13 Agilent Technologies, Inc. Cyclic pcr system
US20050244933A1 (en) * 2004-04-28 2005-11-03 International Business Machines Corporation Method and apparatus for precise temperature cycling in chemical/biochemical processes
US20080118955A1 (en) * 2004-04-28 2008-05-22 International Business Machines Corporation Method for precise temperature cycling in chemical / biochemical processes
US7585663B2 (en) * 2004-08-26 2009-09-08 Applied Biosystems, Llc Thermal device, system, and method, for fluid processing device
JP2006115742A (ja) * 2004-10-20 2006-05-11 Sumitomo Precision Prod Co Ltd 核酸増幅方法、核酸増幅装置及び核酸検知システム
KR100601982B1 (ko) * 2005-01-20 2006-07-18 삼성전자주식회사 흡열반응을 통한 가열-냉각 과정에 의한 세포 용해 방법
KR100763922B1 (ko) * 2006-04-04 2007-10-05 삼성전자주식회사 밸브 유닛 및 이를 구비한 장치
JP2010536565A (ja) * 2007-08-23 2010-12-02 シンベニオ・バイオシステムズ・インコーポレーテッド 目標種用のトラップ用磁気選別システム
EP2072133A1 (en) * 2007-12-20 2009-06-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Multi-compartment device with magnetic particles
JP5224801B2 (ja) * 2007-12-21 2013-07-03 キヤノン株式会社 核酸増幅装置
US20110127222A1 (en) * 2008-03-19 2011-06-02 Cynvenio Biosystems, Inc. Trapping magnetic cell sorting system
WO2009129415A1 (en) * 2008-04-16 2009-10-22 Cynvenio Biosystems, Llc Magnetic separation system with pre and post processing modules
US9156010B2 (en) 2008-09-23 2015-10-13 Bio-Rad Laboratories, Inc. Droplet-based assay system
US9764322B2 (en) 2008-09-23 2017-09-19 Bio-Rad Laboratories, Inc. System for generating droplets with pressure monitoring
US8951939B2 (en) 2011-07-12 2015-02-10 Bio-Rad Laboratories, Inc. Digital assays with multiplexed detection of two or more targets in the same optical channel
US10512910B2 (en) 2008-09-23 2019-12-24 Bio-Rad Laboratories, Inc. Droplet-based analysis method
US9132394B2 (en) 2008-09-23 2015-09-15 Bio-Rad Laboratories, Inc. System for detection of spaced droplets
US9492797B2 (en) 2008-09-23 2016-11-15 Bio-Rad Laboratories, Inc. System for detection of spaced droplets
US11130128B2 (en) 2008-09-23 2021-09-28 Bio-Rad Laboratories, Inc. Detection method for a target nucleic acid
US9417190B2 (en) 2008-09-23 2016-08-16 Bio-Rad Laboratories, Inc. Calibrations and controls for droplet-based assays
US9222128B2 (en) 2011-03-18 2015-12-29 Bio-Rad Laboratories, Inc. Multiplexed digital assays with combinatorial use of signals
US9399215B2 (en) 2012-04-13 2016-07-26 Bio-Rad Laboratories, Inc. Sample holder with a well having a wicking promoter
WO2011120024A1 (en) 2010-03-25 2011-09-29 Quantalife, Inc. Droplet generation for droplet-based assays
EP2379212B1 (en) * 2008-12-16 2020-05-27 Koninklijke Philips N.V. Hydrophobic valve
GB2483402B (en) * 2009-06-04 2014-04-09 Lockheed Corp Multiple-sample microfluidic chip for DNA analysis
WO2010144745A2 (en) * 2009-06-10 2010-12-16 Cynvenio Biosystems, Inc. Sheath flow devices and methods
WO2011028539A1 (en) 2009-09-02 2011-03-10 Quantalife, Inc. System for mixing fluids by coalescence of multiple emulsions
US8399198B2 (en) 2010-03-02 2013-03-19 Bio-Rad Laboratories, Inc. Assays with droplets transformed into capsules
JP6155419B2 (ja) 2010-03-25 2017-07-05 バイオ−ラッド・ラボラトリーズ・インコーポレーテッド 検出用の液滴輸送システム
JP5717235B2 (ja) * 2010-03-26 2015-05-13 独立行政法人産業技術総合研究所 核酸増幅方法
WO2012051529A1 (en) 2010-10-15 2012-04-19 Lockheed Martin Corporation Micro fluidic optic design
EP2635840B1 (en) 2010-11-01 2017-01-04 Bio-Rad Laboratories, Inc. System for forming emulsions
EP3395957B1 (en) 2011-04-25 2020-08-12 Bio-Rad Laboratories, Inc. Methods and compositions for nucleic acid analysis
US9322054B2 (en) 2012-02-22 2016-04-26 Lockheed Martin Corporation Microfluidic cartridge
DE102013221525A1 (de) * 2013-10-23 2015-04-23 Robert Bosch Gmbh Analyseeinheit zur Durchführung einer Polymerase-Kettenreaktion, Analysevorrichtung, Verfahren zum Betrieb einer solchen Analyseeinheit und Verfahren zum Herstellen einer solchen Analyseeinheit
WO2015095660A1 (en) * 2013-12-20 2015-06-25 Massachusetts Institute Of Technology Controlled liquid/solid mobility using external fields on lubricant-impregnated surfaces
KR101840530B1 (ko) * 2016-01-08 2018-05-04 고려대학교 산학협력단 표면 측정 센싱 기반의 실시간 핵산 증폭 측정 장치
EP3414009A4 (en) * 2016-04-14 2019-04-24 Hewlett-Packard Development Company, L.P. MICROFLUIDIC DEVICE WITH CAPILLARY CHAMBER
CN107091921B (zh) * 2017-04-24 2019-02-05 北京交通大学 一种用于生物测定的磁性液体实验芯片
CN113396326A (zh) * 2018-12-19 2021-09-14 核酸有限责任公司 用于分子诊断的设备和方法

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3137646A (en) * 1961-11-29 1964-06-16 Socony Mobil Oil Co Inc Method of preventing sulfur dioxide deterioration of platinum-group metal reforming catalyst
US4163712A (en) * 1973-01-08 1979-08-07 Boc Limited Treatment of liquid
US4112047A (en) * 1977-06-08 1978-09-05 Kaiser Aluminum & Chemical Corporation Pretreatment system for goethitic bauxites
JPS5819157A (ja) 1981-07-24 1983-02-04 Hitachi Ltd 流体輸送装置
US4676274A (en) * 1985-02-28 1987-06-30 Brown James F Capillary flow control
GB8917963D0 (en) * 1989-08-05 1989-09-20 Scras Apparatus for repeated automatic execution of a thermal cycle for treatment of biological samples
US5057230A (en) * 1990-03-20 1991-10-15 The Boc Group Plc Dissolution of gas
US5270183A (en) * 1991-02-08 1993-12-14 Beckman Research Institute Of The City Of Hope Device and method for the automated cycling of solutions between two or more temperatures
US5498392A (en) * 1992-05-01 1996-03-12 Trustees Of The University Of Pennsylvania Mesoscale polynucleotide amplification device and method
ATE208658T1 (de) * 1993-07-28 2001-11-15 Pe Corp Ny Vorrichtung und verfahren zur nukleinsäurevervielfältigung
US5856174A (en) * 1995-06-29 1999-01-05 Affymetrix, Inc. Integrated nucleic acid diagnostic device
US6911183B1 (en) * 1995-09-15 2005-06-28 The Regents Of The University Of Michigan Moving microdroplets
US20020068357A1 (en) * 1995-09-28 2002-06-06 Mathies Richard A. Miniaturized integrated nucleic acid processing and analysis device and method
US5736314A (en) * 1995-11-16 1998-04-07 Microfab Technologies, Inc. Inline thermo-cycler
US5939291A (en) * 1996-06-14 1999-08-17 Sarnoff Corporation Microfluidic method for nucleic acid amplification
EP0927265A4 (en) * 1996-06-17 2000-07-12 Trustees Of Board Of THERMOCYCLING APPARATUS AND METHOD
JPH10213099A (ja) 1997-01-31 1998-08-11 Akebono Brake Res & Dev Center Ltd ポンプとそのポンプを利用したブレーキ装置
DE19717085C2 (de) * 1997-04-23 1999-06-17 Bruker Daltonik Gmbh Verfahren und Geräte für extrem schnelle DNA-Vervielfachung durch Polymerase-Kettenreaktionen (PCR)
GB9808836D0 (en) * 1998-04-27 1998-06-24 Amersham Pharm Biotech Uk Ltd Microfabricated apparatus for cell based assays
WO2000023190A1 (fr) * 1998-10-16 2000-04-27 Commissariat A L'energie Atomique Dispositif d'analyse chimique et/ou biochimique avec un support d'analyse
GB9825380D0 (en) * 1998-11-19 1999-01-13 Boc Group Plc Dissolution of gas
CN1185492C (zh) 1999-03-15 2005-01-19 清华大学 可单点选通式微电磁单元阵列芯片、电磁生物芯片及应用
AU4430600A (en) 1999-05-10 2000-11-21 Toyo Kohan Co. Ltd. Chemical reactor
CN1117282C (zh) * 1999-09-03 2003-08-06 何农跃 聚合酶链式反应微阵列探针循环检测型生物芯片
JP2001269567A (ja) 2000-03-24 2001-10-02 Bioneer Corp 多チャネル定量制御バルブ装置
US6586233B2 (en) * 2001-03-09 2003-07-01 The Regents Of The University Of California Convectively driven PCR thermal-cycling
AU2002307152A1 (en) * 2001-04-06 2002-10-21 California Institute Of Technology Nucleic acid amplification utilizing microfluidic devices
KR100442836B1 (ko) * 2001-11-10 2004-08-02 삼성전자주식회사 생화학 유체를 온도가 다른 폐쇄된 챔버 구간을 따라 회전이동시키는 폐쇄 유체 회로 시스템

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100335609C (zh) * 2001-11-10 2007-09-05 三星电子株式会社 使运载流体循环的装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN1727467A (zh) 2006-02-01
EP1442136A4 (en) 2010-10-20
JP4110094B2 (ja) 2008-07-02
EP1442136A1 (en) 2004-08-04
US7329535B2 (en) 2008-02-12
CN1483084A (zh) 2004-03-17
JP2005509424A (ja) 2005-04-14
WO2003042410A1 (en) 2003-05-22
CN100335609C (zh) 2007-09-05
KR100442836B1 (ko) 2004-08-02
KR20030038246A (ko) 2003-05-16
US20030092172A1 (en) 2003-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1246475C (zh) 使运载流体循环的装置
Sun et al. A circular ferrofluid driven microchip for rapid polymerase chain reaction
CN109536366B (zh) 一种基于改性毛细管的核酸检测微流控芯片及核酸检测系统
US20080125330A1 (en) Real-Time Pcr Detection of Microorganisms Using an Integrated Microfluidics Platform
Tachibana et al. Self-propelled continuous-flow PCR in capillary-driven microfluidic device: Microfluidic behavior and DNA amplification
GB2588716A (en) Flow cell device and use thereof
KR20100070977A (ko) 일회용 멀티플렉스 중합효소 연쇄 반응(ｐｃｒ)용 칩 및 장치
KR101205571B1 (ko) 회전 ｐｃｒ 장치, 이를 위한 ｐｃｒ 칩 및 이를 이용한 회전 ｐｃｒ 방법
KR20070063542A (ko) 미세유동 장치
CN104293643B (zh) 热循环仪装置
JP2009050276A (ja) 過剰な希釈剤を有する精製カラムを備える微小流体デバイスおよび方法
CN102341691A (zh) 具有微流体芯片的仪器
CN111246936B (zh) 用于核酸合成的微流控芯片
CN111004708B (zh) Pcr温度循环控制方法及旋转驱动式pcr温度循环控制装置
Ma et al. Peanut Detection Using Droplet Microfluidic Polymerase Chain Reaction Device.
KR20120031188A (ko) 회전 ｐｃｒ 장치 및 이를 이용한 회전 ｒｔ-ｐｃｒ 방법
CN102741408B (zh) 用于核酸扩增反应的微芯片及其制造方法
CN209974793U (zh) 一种数字pcr装置及离心微流控芯片
TWI253435B (en) Loop micro fluid system
US20220048026A1 (en) Microfluidic reaction chamber for amplification of nucleic acids
CN112779125A (zh) 一种光驱动循环式聚合酶链式反应微流控装置及其应用
KR20120039565A (ko) Ｐｃｒ 전처리 장치, 칩 및 이를 이용한 시료 전처리 방법
TWI797820B (zh) Pcr快速檢測裝置及其方法
US20210340595A1 (en) Blood Sample Processing and Nucleic Acid Amplification Systems, Devices, and Methods
Sirr et al. A continuous flow polymerase chain reactor for DNA expression analysis

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20060322

Termination date: 20151031

EXPY Termination of patent right or utility model