CN1739016A - 液体开关、微芯片和使用它们的质谱分析系统 - Google Patents

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Abstract

引入主流道(101)的液体样品(104)保持在堵塞部分(105)内，触发液体(106)充入触发流道(102)。在这种情况下，进一步按照期望的时机将触发液体(106)引入触发流道(102)，以便触发液体(106)的液位前端部前进，并且使前端部与堵塞部分(105)接触。这使液体样品(104)移向图中右侧(下游侧)，导致液体样品(104)流到主流道(101)的下游侧。具体而言，触发液体(106)用做开始液体，从而提供作为液体开关的操作。

Description

液体开关、微芯片和使用它们的质谱分析系统
技术领域
本发明涉及一种用于控制液体流量的液体开关，以及使用液体开关的微芯片和质谱分析系统。
背景技术
近年来，微量-总和分析系统(μ-TAS)得到迅速发展，其在微芯片上对样品实施化学操作，例如预处理、反应、分离、检测等。根据微量-总和分析系统，只需要使用很少量样品，用更小的环境负载可以实施具有更高灵敏度的分析。
在专利文献1中，描述了通过微通道型芯片实现毛细管电泳的装置，微通道型芯片的构造为在衬底上配备凹槽或储液槽。在这类微芯片中，关键是精确控制用于将样品或缓冲溶液引入芯片内通道的定时。不仅在分离装置和分析装置中，而且类似地在微型化学反应器中都需要这样的技术。
按照惯例，用于引入样品的定时控制通常通过应用外力来实施，例如电场、压力等。然而，这种方法难以对芯片内很少量样品的行为提供精确控制。而且，由于需要提供外力应用单元，也产生整个装置需要更大尺寸的问题。
专利文献1：日本专利JP2002-207031
发明内容
考虑到上述情况，本发明的目的是提供一种开关结构，其能精确控制设备例如微芯片内液体的流化，例如样品或缓冲溶液，以便在理想条件下用更高的可控性对样品实施分离、分析或反应。此外，本发明的另一目的是提供一种开关结构，其允许通过注入一种样品作为开始利用毛细管力在适当时刻启动多个生产过程，而无需外部控制单元的帮助。
根据本发明的一个方面，提供一种液体开关，包括：用于经此流过第一液体的通道；设置在所述通道内以便堵塞所述第一液体的堵塞部分；和在其下游的所述堵塞部分的位置上通向所述通道的触发通道，用于将第二液体导向所述堵塞部分。
在根据本发明这种方面的液体开关中，前述第一液体由堵塞部分进行堵塞。可以使用这样一种构造，其中堵塞部分吸收第一液体并保持液体，或者可以使用这样一种构造，其中堵塞部分本身对第一液体表现出疏液性，并且在其上游边缘部分堵塞第一液体。堵塞部分上被堵塞的液体样品在它与第二液体接触时，流出堵塞部分并且流向其下游。根据本发明，通过引入第二液体可以用更高的可控性按照期望的时机实现通道打开，而无需提供外部控制单元。
在本发明中，所述堵塞部分可以配置成包括用于保持所述第一液体的部件。当采用这样的构造时，一旦将第二液体引入所述通道，保持在上述部件内的第一液体的液位就与第二液体的液位接触。然后，第一液体流出所述堵塞部分，流向其下游。同样地，可以用更高的可控性按照期望的时机实现通道打开。所述保持所述第一液体的部件可以配置成这样，以便所述堵塞部分内每通道单位体积的通道表面积大于通道其他部分内每通道单位体积的通道表面积。这是因为要产生毛细管力，以便出现液体保持功能。这种结构的具体实例包括多个颗粒、多孔部件、包括多个分开布置的突起部分的结构。
在本发明中，所述堵塞部分可以包括对所述第一液体表现出疏液性的区域。通过使用对所述第一液体表现出疏液性的衬底并利用其表面形成通道的方法，或者通过用这种化合物处理通道表面的方法，可以获得表现出疏液性的区域。通过调节疏液性程度，可以实现向打开状态的平滑转换，实现打开状态之后，进一步实现平滑流动状态。
这里，也可以使用这样一种构造，其在所述通道内所述通道与所述触发通道交叉的交叉点的下游，还包括对所述第一液体表现出疏液性的区域。
由于具有这些构造，从所述触发通道引入的第二液体保持成带状形式，从而允许提供例如适合于成分分离的样品。
在本发明中，可以使用这样一种构造，其中所述液体开关配置成在所述触发通道内包括阀结构，其中一旦引入规定量的第二液体就启动所述阀结构，以便关闭所述触发通道。由于具有这样的构造，可以只将规定量的第二液体引入其内。
而且，从所述触发通道引入的第二液体保持成带状形式，从而允许提供例如适合于成分分离的样品。尤其是，通过同时使用在所述通道内所述通道与所述触发通道交叉的交叉点的下游包括疏液区域的上述构造，可以稳定地实现样品引入，所述样品具有适合于分离操作的带状
根据本发明的另一方面，提供一种液体开关，包括：用于因此流过液体的通道；和设置在所述通道内以便堵塞所述液体的堵塞部分；其中所述堵塞部分包括保持所述液体的部件。
通过提供振动或者通过在所述堵塞部分上滴下预定液体材料，所述开关可以将它的状态改变成开关-打开状态。保持所述液体的所述部件可以配置成这样，以便所述堵塞部分内每通道单位体积的通道表面积大于通道其他部分内每通道单位体积的通道表面积。这是因为要产生毛细管力，以便出现液体保持功能。这种结构的具体实例包括多个颗粒、多孔部件、多个分开布置的突起部分等等。
根据本发明的另一方面，提供一种液体开关，包括：用于因此流过液体的通道；和设置在所述通道内以便堵塞所述液体的堵塞部分；其中所述堵塞部分包括对所述液体表现出疏液性的表面。
通过提供振动或者通过在所述堵塞部分上滴下预定液体材料，所述开关可以将它的状态改变成开关—打开状态。通过使用对上述液体表现出疏液性的衬底并利用其表面形成通道的方法，或者通过用这种化合物处理通道表面的方法，可以获得表现出疏液性的区域。通过调节疏液性程度，可以实现向打开状态的平滑转换，实现打开状态之后，进一步实现平滑流动状态。
当使用提供表现出疏液性的区域的上述构造时，所述构造还可以包括可移动地布置在所述堵塞部分和所述通道内除所述堵塞部分之外的位置之间的活动件，其中所述液体开关配置成这样，以便所述活动件具有对所述液体表现出亲液性的表面，并且从所述通道外部可以调节所述活动件的位置。在这种情况下，当所述活动件位于呈现疏液性的区域外部时，所述开关处于关闭状态。一旦所述活动件位于表现出疏液性的区域内，沿着所述活动件表面的通道变成用于所述第一液体的通道，以便打开所述通道。这里，所述构造还可以包括从所述活动件外部对其位置进行调节的定位单元，并且所述活动件和所述定位单元之一是磁体，而另一个是磁性材料。由于具有这样的构造，可以从所述活动件外部调节其位置。
根据本发明的再一方面，提供一种液体开关，包括：用于经此流过第一液体的通道；与所述通道连通的辅助通道；与所述辅助通道连通的腔；以及与所述腔连通的触发通道，用于将第二液体引入所述腔，其中对所述第一液体表现出疏液性的疏液材料存储在所述腔的内部，其中所述液体开关配置成一旦将所述第二液体从所述触发通道引入所述腔，就将所述疏液材料从所述腔引入所述通道。
所述液体开关还可以配置成这样，以便所述腔包括：与所述辅助通道连通的第一室；用于存储所述疏液材料的第二室；以及布置在所述第一室和所述第二室之间以便分离这些室的分离部分，其中所述触发通道与所述分离部分连通，而且所述液体开关可以配置成一旦从所述触发通道引入所述第二液体，就将所述疏液材料从所述第一室移到所述第二室。在这种情况下，存储所述疏液材料的所述第二室可以优选地配置成不与所述辅助通道连通。所述疏液材料可以是液体或气体，或者空气等。这种液体开关配置成通过引入所述第二液体的触发器作为开始以关闭所述通道而将疏液材料引入所述第一液体通道。根据本发明，用简单的结构可以肯定地停止所述通道内液体的流化。
根据本发明的又一方面，提供一种微芯片，包括：衬底；形成在所述衬底上以便使样品经此穿过的样品通道；和设置在所述样品通道内的样品分离部分，其中所述液体开关布置在所述样品通道内，而且用所述液体开关控制所述样品从所述样品通道到所述样品分离部分的输送。
根据本发明的又一方面，提供一种微芯片，包括：衬底；形成在所述衬底上以便使液体经此流过的液体通道；和设置在所述液体通道内的反应部分，其中所述液体开关布置在所述液体通道内，用所述液体开关控制所述液体从所述液体通道到所述反应部分的输送。
所述微芯片还包括：与所述反应部分连通的储液槽，用于引入试剂，所述液体开关布置在从所述储液槽延伸到所述反应部分的液体通道内，用所述液体开关控制所述试剂从所述储液槽到所述反应部分的引入。例如，所述试剂可以是酶消化溶液，例如胰蛋白酶消化溶液。
根据本发明的又一方面，提供一种微芯片，包括：衬底；形成在所述衬底上以便使液体经此流过的主通道；用于控制所述液体穿过所述主通道内预定点的时机的时钟通道；以及与所述主通道和所述时钟通道连通的控制通道，其中所述液体开关布置在所述控制通道内，用所述液体开关控制所述主通道内所述液体的传送。
根据本发明，通过利用所述时钟通道，可以用更高的时间可控性实现对所述芯片进行各种处理，例如分离操作、反应等。
在这些微芯片中，通过利用所述液体开关，可以用更高的可控性在理想条件下实施对样品的分离和反应。具体而言，根据配备有时钟线的构造，可以根据预定时间表在适当时机对液体实施混合、反应、分离等。
根据本发明的又一方面，提供一种质谱分析系统，包括：根据分子大小或分子性质分离生物样品的分离单元；实施预处理的预处理单元，预处理包括对由所述分离单元分离的样品进行酶消化处理；对预处理的样品进行干燥的干燥单元；以及对干燥样品实施质谱分析的质谱分析单元，其中所述分离单元包括上述微芯片。
根据本发明的又一方面，提供一种质谱分析系统，包括：根据分子大小或分子性质分离生物样品的分离单元；实施预处理的预处理单元，预处理包括对由所述分离单元分离的样品进行酶消化处理；对预处理的样品进行干燥的干燥单元；和对干燥样品实施质谱分析的质谱分析单元，其中所述预处理单元包括上述微芯片。
根据本发明的又一方面，提供一种质谱分析系统，包括：根据分子大小或分子性质分离生物样品的分离单元；实施预处理的预处理单元，预处理包括对由所述分离单元分离的样品进行酶消化处理；对预处理的样品进行干燥的干燥单元；以及对干燥样品实施质谱分析的质谱分析单元，其中所述分离单元、所述预处理单元或所述干燥单元包括上述微芯片。
根据这些质谱分析系统，可以以更高的效率制备适合于质谱分析的样品。
综上所述，根据本发明，可以提出所述开关结构，其用于精确控制设备例如微芯片内液体的流化，例如样品或缓冲溶液，以便在理想条件下以更高的可控性对样品实施分离、分析或反应。
附图说明
根据下面的描述和附图，本发明的上述及其他目的、特征和优点将更显而易见，其中：
图1(a)、1(b)和1(c)是图解根据实施例的开关结构的图；
图2是图解包括在根据实施例的开关结构内的堵塞部分结构的图；
图3是图解用于将触发溶液保存在根据实施例的开关结构内的阀结构的图；
图4是图解根据实施例的开关结构的示意图；
图5是图解根据实施例的开关的横截面结构的示意图；
图6是图解根据实施例的分离装置结构的示意图；
图7是图解根据实施例的开关结构的示意图；
图8是图解包括在根据实施例的开关结构内的堵塞部分结构的示意图；
图9是图解根据实施例的微型化学反应器结构的示意图；
图10是图解根据实施例的装置结构的示意图；
图11是图解根据实施例的开关结构的示意图；
图12是图解根据实施例的开关结构的示意图；
图13是图解根据实施例的开关结构的示意图；
图14是图解根据实施例的芯片结构的示意图；
图15是图解根据实施例的开关结构的示意图；
图16是图解质谱分析装置构造的示意示意图；
图17是质谱分析系统的方框图；
图18是图解根据实施例的开关结构的示意图；
图19是图解根据实施例的开关结构的示意图；
图20是图解根据实施例的开关结构的示意图；
图21是图解根据实例的开关结构的示意图；
图22是图解根据实例的开关操作的示意图；
图23是图解根据实例的开关结构的示意图；
图24是描述根据实例的开关操作的示意图；
图25是描述根据实例的开关操作的示意图；
图26是描述根据实例的开关操作的示意图；和
图27是描述根据实例的开关操作的示意图；
具体实施方式
将参考附图如下描述本发明的实施例。各个实施例中描述的开关用于控制穿过微芯片内的通道输送的液体，所述微芯片配置成在衬底上包括通道或储液槽。
在下面的描述中假设引入的液体是水溶液，除非另外有指示。另外，虽然在下列每个实施例中使用石英衬底作为衬底，但也可以使用其他材料，例如塑料材料、硅等。例如，塑料材料包括热塑树脂，如硅树脂，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚碳酸酯(PC)等，或者热固树脂，如环氧树脂等。这些材料可以容易形成和处理，从而可以降低制造成本。另外，虽然用于在微芯片内形成诸如通道或储液槽部分的方法包括光刻与蚀刻的组合方法，但当使用塑料材料作为衬底材料时，也可以使用喷射模塑法，热模图案化法等。
此外，虽然在下列实施例中阐明的是包括通道的装置，其中液体通过毛细管力流动，但也可以使用通过利用外力提供液体流动的其他构造，例如抽吸、电场、引力等。
第一实施例
在本实施例中，将阐明包括液体保存构件的液体开关实例，所述液体保存构件布置在样品堵塞部分内。可以通过在石英衬底表面上形成通道来制造这种液体开关。由于石英衬底表面是亲水性的，因此通道内壁也是亲水性表面。包括这种开关的装置没有任何外力提供单元，例如泵或电场，液体通过毛细管力流经通道。
图1(a)、1(b)和1(c)是液体开关的平面图，更具体地，图1(a)表示开关的关闭状态，而图1(b)和1(c)表示开关的打开状态。在这些图中，触发通道102连接到主通道101的侧面。触发通道102能通过适当调节通道内的亲水性程度或通道的直径来调节液体在通道内的传送速度。这样提供对切换操作速率的控制。堵塞部分105设置在主通道101与触发通道102的交叉区上游内。(图中左侧)堵塞部分105是比通道内其他部分具有更强毛细管力的部分。可以如下说明堵塞部分105的具体构造。
(i)配置有多个柱状构件的构造
在这种构造中，堵塞部分105内每通道单位体积的通道表面积比通道其他部分的更大。换句话说，当主通道101充满液体时，通道内堵塞部分105的表面积比通道内其他部分更大，从而提供更大的固液分界面。
(ii)配置有多个多孔构件或珠状物的构造
在这种构造中，配置成通道内堵塞部分105的表面积比通道内其他部分更大，从而呈现更大的固液分界面。
当使用上述构造(i)时，采用与衬底类型相应的适当方法可以形成柱状构件。当使用石英衬底时，通过利用光刻技术与干蚀刻技术可以形成它们。当使用塑料板时，通过制造具有将要形成的柱状构件图案的反向图案的金属模型和使用如此制造的金属模型实施图案化，可以获得用于柱状构件想要的图案化表面。这里，通过利用光刻技术与干蚀刻技术可以形成这样的金属模型。
当使用上述构造(ii)时，通道的预定点可以直接充满多孔构件和/或珠状物，或者多孔构件和/或珠状物可以直接粘附到通道的预定点。
在本实施例中，使用上述构造(i)。
图2是堵塞部分105的平面图。多个柱状构件121排列成具有大致规则的间隔。除了柱状构件121之外的其他区域用作微型通道122。堵塞部分105内每通道单位体积的通道表面积比通道内其他部分更大。因此，通过毛细管力将进入堵塞部分105的液体维持在微型通道122内。
图1(a)图解处于待用状态的液体开关。引入主通道101的液体样品104维持在堵塞部分105内。当在这样的条件下按照期望的时机引入触发溶液106时，触发溶液106的液位顶部前进，从而与堵塞部分105进行接触，如图1(b)中所示。尽管当处于图1(a)中所示的状态下时，液体样品104通过毛细管力保持在堵塞部分105内，但如图1(b)中所示，一旦液体样品104处于与触发溶液106进行接触的状态，液体样品104就朝图中右侧方向(即朝下游)移动，然后，如图1(c)中所示，液体样品104流向主通道101的下游。更具体地，触发溶液106用作启动溶液，从而操作表现为液体开关。
在上述开关中，当开关处于打开状态时，不断向主通道101供应触发溶液106。然而，可以存在的情形是需要根据提供开关的目的来最小化触发溶液106进入主通道101的混合。尽管这种控制通常是困难的，但通过使用例如图3(a)和3(b)中所示的阀结构可以毫无疑问地执行这样的控制。在图3(a)中所示的阀结构中，按照这个从通道上游向通道下游的顺序提供液体样品流入通道130、腔131和液体样品流出通道134。吸水凝胶132布置在腔131内。吸水凝胶132配置成在凝胶接触流入其内的液体时膨胀其体积，用其填充腔131的空间。图3(b)是图解某一状态的图，其中触发溶液流入腔131，并且吸水凝胶132在其内膨胀。在这种状态下，不再允许从液体样品流入通道130的上游引入的流体流向腔131的下游。换句话说，吸水凝胶132用作堵塞部分材料。
第二实施例
本实施例涉及使用疏水性区域作为堵塞部分材料的开关构造。可以通过在石英衬底表面上形成通道来制造这种液体开关。由于使用石英衬底表面，因此通道内壁也是亲水性表面。通过对具有石英玻璃表面的顶部进行疏水性处理来获取疏水性区域。
在这种开关中，如图4(a)中所示，触发通道102耦合到主通道101的侧面，主通道101内的交叉部分上游配备由疏水性区域构成的堵塞部分110。除了由疏水性区域构成的堵塞部分110之外，主通道101和触发通道102都是亲水性区域。在本实施例中，亲水性区域和疏水性区域的选择制备实施如下。更具体地，提供了覆盖主通道101整个通道之上的通道上表面的覆盖件之后，对覆盖件的样品接触表面进行处理，以便在堵塞部分110内提供疏水性和在其他区域内提供亲水性。图4(a)中所示的通道横截面图是描述这种状态的图。在左侧横截面图中，实际上使用由石英玻璃构成的覆盖件，而在右侧横截面图中，布置用硅氮烷处理的覆盖件以在内部获得用硅氮烷处理的表面。对于这种开关构造，当从主通道101的上游(图中左侧)引入液体样品104时，液位移向堵塞部分110的中间。
在这种状态下，当按照期望的时机进一步引入触发溶液106时，触发溶液106的液位顶部进入堵塞部分110，与液体样品104的液位顶部接触(图4(b))。然后，通过向图中右侧下游施加的驱动力，此时通过堵塞部分110已经保持的液体样品104开始流化。这样，实现通过引入触发溶液106来流化液体样品104的切换操作。
在本实施例中，图4(b)内，关键是保持液体样品104的液位顶部停留在由疏水性区域构成的堵塞部分110区域内，并且一旦引入触发溶液106就对液体样品104进行平滑流化。为了实现这些状态，理想的是适当控制堵塞部分110的疏水性。例如，用于实现这种状态的方法例如包括对材料进行选择或定量最优化以便对堵塞部分110进行疏水处理，除了这些之外，也可以使用通道结构的优选设计来实现这种状态。
图5是用于提供这种疏水性控制的结构实例。图5是图4(a)内所示堵塞部分110的横截面图。在衬底401内提供多个微型通道402，用覆盖材料403涂覆衬底401的上表面。微型通道402具有亲水性表面，覆盖材料403具有用硅氮烷处理的疏水处理表面。由于在这种结构内提供多个微型通道402，由毛细管力保持适当的保水能力，另一方面，也给通道上表面的覆盖材料403提供疏水性。在这种结构中，通过由毛细管力呈现的保水能力和通道疏水性之间的适当平衡，来确定液体保持能力。而且在这种结构中，通过控制微型通道402的数量或宽度，可以自由控制疏水表面和亲水表面的百分比，结果，疏水性可以作为整体进行控制以提供理想值。通过控制这种结构或控制其表面条件，可以适当控制疏水性的程度。
通过在衬底表面上粘附或组合化合物可以实现疏水处理，所述化合物的化学结构包含被吸附或化学束缚到衬底材料的单元和分子内具有疏水改性基的单元。例如，硅烷耦合剂可以用作这类化合物。
具有疏水基的优选硅烷耦合剂可以包括具有硅氮烷键基的化合物，例如六甲基二硅氮烷，以及具有硫醇基的化合物，例如3-硫醇丙基三乙氧基甲硅烷。
耦合剂溶液的可用涂覆方法可以包括旋涂、喷射、浸渍、蒸汽处理等。旋涂是通过使用旋涂机应用含液材料的方法，含液材料由溶解或扩散在其内的粘合层组成，例如耦合剂等。这种方法提供更好的膜厚可控性。喷射是向衬底喷射耦合剂溶液等的方法，而浸渍是将衬底浸渍在耦合剂溶液等内的方法。根据这些方法，可以用简单和容易的工艺形成膜，而无需任何特定装置。蒸汽处理是这样一种方法，其中按照要求加热衬底，并且在衬底上流动耦合剂溶液等的蒸汽。这种方法也为薄膜形成提供更好的膜厚可控性。在这些方法中，优选使用旋涂硅烷耦合剂溶液的方法。这是因为可稳定地获得更好的粘附力。在这个阶段中，优选地，溶液内的硅烷耦合剂浓度为0.01-5％v/v，更优选地为0.05-1％v/v。用于硅烷耦合剂溶液的溶剂可以包括以下单独物质或者两种或多种物质组合：纯净水；酒精，例如甲醇、乙醇、异丙醇等；酯，例如乙酸乙酯；等等。在这些物质中，用纯净水稀释的乙醇、甲醇或乙酸乙酯是优选的。这是因为可以获得特别显著的提高的粘附力效果。应用耦合剂溶液等之后，实施干燥。虽然不具体限定干燥温度，但通常在从室温(25度(℃))到170度(℃)的范围内实施本操作。干燥时间取决于温度，但通常是0.5-24小时。可以在空气中实施干燥，或者可以在惰性气体内实施干燥，例如氮等。例如，可以使用吹氮法，其中当在衬底上喷射氮时实施干燥。此外，作为用于制造耦合剂膜的方法，如“NATURE(自然)，vol.403，13，January(2000)”中所述，通过用于Langmuir-Blodgett膜的Czochralski方法，在衬底的整个表面上形成由硅烷耦合剂构成的膜，以便形成亲水/疏水性部分的微型图案。
此外，通过使用印刷技术可以实施疏水处理，例如冲压或喷墨。在利用冲压的方法中，典型地使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)树脂。通过聚合硅酮油可以实施PDMS树脂的树脂化，树脂化之后，获得在分子间隙内充满硅酮油的状态。因此，当PDMS树脂与亲水性表面接触时，例如玻璃表面，接触部分显示出强疏水性，从而抵制水。利用这个现象，通过使用PDMS滑块接触亲水性衬底容易制备前述疏水处理通道，所述PDMS滑块具有形成在与通道部分对应的位置内的凹部作为压印。
在利用喷墨印刷的方法中，通过典型地使用粘性与喷墨印刷墨水一样低的硅酮，并且执行印刷来提供用于提升通道壁上硅酮油粘性的图案，可以获得类似的有益效果。
第三实施例
图6是图解在样品进口内使用液体开关的分离装置实例的图。这个分离装置利用毛细现象移动样品，以便使用分离通道540根据分子大小实施样品分离。这种装置消除对应用外力的需要，例如电源、压力等，也消除对驱动能量的需要。分离装置具有这样一种构造，即其中分离通道540设置在衬底550上。分离通道540的一端配备进气孔560，而另一端配备缓冲器注射口510，用于对缓冲器进行注射。除了缓冲器注射口510和进气孔560的部分之外，紧密地密封分离通道540。样品定量管530连接到分离通道540的开始端，样品定量管530的另一端配备样品注射口520。在样品定量管530中，恰好就在其与分离通道540交叉的点之前的部分内提供停止阀535。停止阀535的结构类似于图3中所述的结构及其相关描述。
在操作这种装置中，缓冲器已经预先通过缓冲器注射口510引入分离通道540。
图7(a)-7(c)是样品定量管530和分离通道540的交叉点附近的放大图。液体开关形成在这部分内。图7(a)-7(c)是这种液体开关的平面图，更具体地，图7(a)表示开关关闭状态，而图7(b)和7(c)表示开关打开状态。在这些图中，样品定量管530连接到分离通道540的侧面。堵塞部分110布置在分离通道540和样品定量管530的交叉区域的上游和下游内。在交叉区域的下游中，分离部分113形成为邻近堵塞部分110。分离部分113充满硅胶粉用于分离样品。通过在分离通道540的下游内提供堵塞部分材料之后，将硅胶粉、粘合剂和水的混合物流入分离通道540，此后干燥和粘结混合物，可以实施用硅胶粉填充分离通道540的过程，从而获得上述结构。
在用作触发通道的样品定量管530中，提供腔131。在腔131中，布置吸水凝胶132。优选地，不溶于水的吸水聚合物用作吸水凝胶132，并且它配置成在凝胶接触流入其内的液体时膨胀它们的体积，以便用其填充腔131的空间。
图8是图7中堵塞部分110的平面图。按照大致相同的间隔规则地布置多个疏水性区域191。石英衬底表面暴露在除疏水性区域191之外的区域内以便形成亲水性区域192。通过形成这样的疏水/亲水性图案来适当控制堵塞部分110的疏水性。结果，在图7(a)中，缓冲器111的液位顶部停留在疏水性区域105内，一旦引入触发溶液，缓冲器111平滑地流向下游。
返回到图7(a)-7(c)，图7(a)图解处于待用状态的液体开关。引入分离通道540的缓冲器111被堵塞在堵塞部分110内。
在这样的状态下，当按照期望时机引入用作触发溶液的样品112时，如图7(b)中所示，样品112的液位顶部前进，从而与堵塞部分110进行接触。尽管在图7(a)中所示的状态下，缓冲器111保持在堵塞部分110内，但当缓冲器111处于图7(b)中所示的状态时，其中缓冲器接触样品112，缓冲器111开始向图中右侧方向(下游)移动。
在这样的场合下，一旦将样品112引入用作触发通道的样品定量管530，吸水凝胶132膨胀以便完全占据腔131的内部。由于具有这种构造，样品112处于这样一种状态，即不再允许流出腔131而向腔131的下游流动。换句话说，吸水凝胶132用作堵塞部分材料。
通过这种作用，将规定量的样品112引入分离通道540，随后，如图7(c)中所示，将样品112引到分离部分113，在这里实施对样品内包含的成分进行分离的操作。
如上所述，将样品平滑地引入图6中所示的分离装置。
第四实施例
图9图解使用液体开关的微型化学反应器实例。这个装置由通过干蚀刻形成在石英衬底上的通道凹槽、用于存储反应溶液的储液槽以及反应腔构成。这个装置配置成按照预定时间表混合样品和试剂以便反应继续进行。将如下描述通过使用这种装置对蛋白质进行胰蛋白酶处理的实施例，制备用于Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Time ofFlight Mass Spectrometer(MALDI-TOFMS)的样品。
在这个装置中，具有图解形式的通道等形成在石英衬底表面上。这个装置没有任何外力提供单元，例如泵或电场，液体将通过毛细管力流经通道。
将引入溶液混合设备600的含蛋白质的样品602分支成通道604和通道606，分别对它们两个进行流体化，一个通向储液槽612，而另一个通向开关608。开关608的详细结构是图4中所示的结构，图4中的主通道101相当于图9的通道611，图4中的触发通道102相当于图9的通道606。样品602的流入用作触发器，从而为开关608提供“打开”状态。
胰蛋白酶消化溶液存储在溶液罐610内，并且它的液位保持成高于为这种装置而设的通道内的液位。设计成当开关608处于“关闭”状态时，胰蛋白酶消化溶液积聚在这部分内。当通道处于“打开”状态时，向通道611的下游(向图中底侧)传送胰蛋白酶消化溶液。结果，将胰蛋白酶消化溶液引向储液槽612，在这里，其与含蛋白质样品602混合。穿过通道614将液体混合物从储液槽612引向腔616。这里，含孔腔630设置在通道606的末端上。
腔616设计成具有更大的体积，并且用作延时部件。更具体地，向腔616内连续供应含蛋白质样品602和胰蛋白酶消化溶液的液体混合物，直到装满腔内部，一旦完全装满腔616，液体混合物溢出并流向下游。由于开关608保持它的“打开”状态，从溶液罐610中连续供应胰蛋白酶消化溶液，并且顺序地也将样品602引入其内。结果，腔616内的液体量逐渐增加，最后在某一时间超过容量，然后向下游输送。经过一定时间直到完全装满腔616，此时在37度(℃)的温度下对含蛋白质样品602执行胰蛋白酶处理。这里，胰蛋白酶化液体的PH大约为7.6。
溢流的胰蛋白酶化液体分支到通道618和通道620，并且穿过它们流出。引向通道620的胰蛋白酶化混合物用作开关652的触发器，从而使开关608变成“打开”。这里，含孔腔632设置在通道652的末端上。
6N-HCL存储在溶液罐624内，并且它的液位保持成高于为这种装置而设的通道内的液位。当开关652处于“关闭”状态时，6N-HCL停留在这部分内。当通道处于“打开”状态时，向下游(向图中底侧)传送6N-HCL。
结果，将6N-HCL引向储液槽626，在这里6N-HCL与胰蛋白酶化溶液混合。这样降低胰蛋白酶化溶液的PH值，从而停止胰蛋白酶化溶液的反应。这里，降低PH值的目的不局限于停止反应，而是通过混合在MALDI-TOFMS内使用的基质实现用于为测量制备样品的优选条件。
如上所述，按照设计的时机在微芯片上实施胰蛋白酶处理。通过调节腔616等的体积可以控制胰蛋白酶消化溶液的反应时间。
在本实施例中，关键是调节用于将样品602引入储液槽612和626的时机和用于将胰蛋白酶消化溶液和/或停止溶液引入储液槽612和626的时机。在本实施例中，通过这些储液槽和/或溶液罐610和624或通道611的适当设计，可以实现对它们的适当调节。
第五实施例
在本实施例中，给包括超滤装置和分离装置组合的装置提供多个开关结构。使用开关结构，以便自动地实施样品的引入和流化。由于不需要用于提供外力的任何泵或电荷应用单元，因此可以使整个装置小型化。
图10是根据本实施例的装置的示意方框图。本装置由超滤系统702和分离装置704构成。超滤系统702的主要结构部件包括第一通道716、第二通道720和布置在它们两个之间的开关712。分离装置704是通过分离部分730分离从开关726引入的样品并在恢复部分734中恢复它们的装置。通过使用血液作为样品来实施分离操作的情形将描述如下。
从样品输入口714引入的血液穿过第一通道716，并且经由过滤器710到达开关712的交叉区域。这样提供开关712的“打开”状态，然后，缓冲罐706内的缓冲器进入第二通道720。缓冲器与血浆一起移向下游(图中右侧)，血浆已经从第一通道716穿过排放部分718，并且经由通道724到达开关726。这里，一些样品移向排放部分722。
开关726的结构类似于图7(a)-7(c)中所示的结构。含血浆缓冲器的到达表示开关726的“打开”状态。然后，如在关于图7(a)-7(c)的描述中已经描述，将规定量的含血浆缓冲器引入分离部分730。开关726的上游配备停止阀750，以便提供用于防止剩余量的含血浆缓冲器流动的构造。
当将含血浆缓冲器引入分离部分730时，通过从缓冲罐728引入的显影液根据分子量将血浆分成多个带732。此后，可以在适当的时机从恢复部分734中恢复样品以获得由分子量分馏的成分。
然后，对在恢复部分734内恢复的成分进行预处理和干燥，最后用于其他分析。例如，实施由MAIDI-TOFMS进行的蛋白质鉴定。
第六实施例
本实施例涉及一种在触发溶液到达时关闭通道的开关。图11(a)是根据本实施例的开关的示意方框图。通道901填充缓冲器912，触发通道902设置在通道901的侧面内，泵910布置在触发通道902内。
泵910由吸水性区域908、疏水性区域906和亲水性区域904构成。缓冲溶液存储在亲水性区域904内。吸水性区域908的特定构造例示如下。
(i)配置成设有多个柱状构件
(ii)配置成设有多个多孔构件或珠状物。
这里，使用构造(i)。
吸水性区域908和触发通道902内存在空气。泵910配备进气孔905，并且还连接到通道903，将触发溶液(缓冲器)引入通道903。
当在图11(a)的待用状态下穿过通道903将触发溶液引入泵910时，触发溶液泄漏到疏水性区域906，以便存储在亲水性区域904内的缓冲器与疏水性区域906的液体表面进行接触。然后，存储在亲水性区域904内的缓冲器移向通道901，在这里通过毛细管力将它吸入柱状构件形成区域908。然后，将在这个区域内捕集的空气915推向通道901。空气915的作用是抑制缓冲器912在通道901内流化，从而提供开关的关闭状态。
第七实施例
本发明涉及一种可逆开关。可逆开关指的是能以可逆方式对通道实施打开和关闭操作的开关。图12(a)示意性地图解根据本实施例的开关的大体结构。在这种开关中，设置第一触发通道920和第二触发通道926以通向主通道924的侧壁。疏水性区域922设置在这些通道交叉的位置上。此外，如图中所示，在每个通道内设置疏水性区域930。这些疏水性区域930的构造类似于图8中所示的构造，并且是根据预定图案规则地形成圆形疏水性区域的区域。在主通道924的内部，缓冲器927保持在上游(左侧)而不是疏水性区域922。
图12(b)图解将触发溶液引入第一触发通道920的情形。在这种场合下，触发溶液接触疏水性区域922内的缓冲器927，因此这些溶液产生连续的相态。然后，缓冲器927流向图中右侧方向的下游。换句话说，开关变成打开状态。
接着，如图12(c)中所示，通过第二触发通道926内的加压空气推动气泡并且引入其内。由于气泡928具有强疏水性，开关变成关闭状态，导致停止传递缓冲器927的状态。
当停止对第二触发通道926加压以停止传递缓冲器927时，这种状态又返回到图12(a)中所示的状态。此后，开关还可以变成如图12(b)中所示的打开状态。换句话说，可以实现开关的可逆操作。
第八实施例
本发明涉及具有某种结构的开关，其中如图13(a)中所示，穿过通道1102移动的液体通过辅助通道1100输送，并且反馈给位于上游的开关1101，从而起作用以截断通道1102。
可以有效地利用反馈型开关作为能在完全充满指定腔时停止流入液体的开关。例如，在图6所示的装置中，当液体到达交叉的样品定量管530与分离通道540的交叉点时，有可能进一步应用于防止液体流入。
图13(b)图解通过这样的反馈型操作防止流速变化的机构的实例。在这种机构中，通道1112设置在衬底1110内。衬底1110的上部用作通道。通道1112充满惰性疏水性液体，例如矿物油。
将参照液体在从图中左侧到右侧的方向上流化的情形进行下列描述。疏水性液体处于这种状态，即少量液体溢出通道1112，而且液滴1116和液滴1114分别形成在上游和下游内。当上游和下游中的压力相等时，这些液滴的尺寸相同，而且当由于流速等增加而增加下游内的通道压力时，减少液滴1114的尺寸，作为交替换位，增加液滴1116的尺寸以变成液滴1118(图13(c))。结果，降低通道的有效横截面，从而降低流经其的流速。由于具有这样的结构，下游内的压力增加又产生图13(b)的状态，因此，实现正常流动条件。如上所述，可以减少通道内各个点上的流速波动。
上述操作也应用于液体在从图中右侧到左侧的方向上流化的情形。在这种情形下，当下游内减小的流速提供降低的压力时，通道上游内的有效横截面增加，从而增加流速。
第九实施例
在本实施例中，时钟线设置在微芯片内，并且根据这种构造，控制穿过芯片上的通道的液体流化。将参照实例描述本实施例，其中通过电喷射离子化质谱分析法(ESI-MS)注射多样品。在这里，多样品指的是通过烷基化、酶性消化或脱盐不同类型的蛋白质而制备的样品，例如，包含在每个点内的蛋白质或缩氨酸，用二维电泳对每个点进行初步隔离。
图14(a)和14(b)图解芯片的结构，所述芯片在其上布置有根据本实施例的开关。图14(a)是这个芯片的平面图。用于流动第一处理溶液1204的通道1203和用于流动第二处理溶液1205的通道1203平行地形成。
沿着与这些通道垂直的方向设置时钟通道1201。这些通道包括图14(b)中所示的多层通道结构。图14(b)是这个芯片的横截面图。
这具有这样一种结构，其包括用于主通道的衬底1220和用于时钟通道的衬底1210，它们两个叠压。主通道1203形成在用于主通道的衬底1220表面上，时钟通道1201形成在用于时钟通道的衬底1210表面上。由控制通道1212相互连接这些通道。开关1207设置在主通道1203内。
返回到图14(a)，引入时钟通道1201的时钟流体的流化在延时腔1202的控制下处于某种状态，此后，这个经由控制通道1212到达开关1207。然后，通道1203处于打开状态，以便向下游传送第一处理溶液1204，从而引向ESI-MS的注射器。
此后，将时钟流体输送到时钟通道1201的下游，穿过另一延时腔之后，到达开关1208。由于开关1208是通过触发器的到达关闭通道的类型，因此时钟流体用作触发器，导致关闭通道1203。此后，在通道1203上进行类似的动作，用于流动第二处理溶液1205，以便向下游传送第二处理溶液1205，从而引向ESI-MS的注射器。
关于时钟通道1201内时钟流体的流化，优先设计成可以精确地复制到达通道内任意位置所需的时间。因此，这种时钟通道的利用允许用改进的时间可控性对芯片实施任意处理。
第十实施例
在本实施例中，通过振动截断的通道打开由疏水性区域截断的通道。图15(a)图解这种开关的结构。在图中，由疏水性区域构成的堵塞部分110设置在主通道101内，液体样品104停止在这个部分上。亲水性衬底表面暴露在除了堵塞部分110之外的其他部分内。堵塞部分110的结构类似于图8中所示的结构。
在这个条件下，对其内形成有开关的整个微芯片进行振动。然后，将保持在堵塞部分110内的液体样品输送出堵塞部分110，并且输送到其下游，从而呈现出打开状态。
可以使用各种方法来提供振动。图18(a)和18(b)表示一个实例。这些图是从横向观察图15(a)中开关的横截面图。给通道101提供盖141，在盖141上提供突起140作为振动施加单元。当这个突起140折断时，向通道101提供振动以便开关处于打开状态。
图19和图20表示启动开关方法的另一实例。
至于图19，开关通过样品下落而变成打开状态。通道159形成在衬底155和盖156之间。疏水性区域153插在保水性区域152和吸水性区域154之间。在适当加压条件下，水溶液存储在保水性区域152内。通过疏水性区域153对它进行堵塞。通过下降亲水样品150，例如疏水性区域153上的血液，保水性区域152连接到吸水性区域154，因此，从图中左侧到右侧开始其流化。
图20表示使用活动件的实例。疏水性区域153插在保水性区域152和吸水性区域154之间。
保水性区域152存储水溶液，并且由疏水性区域153进行堵塞。具有表面亲水性的磁性材料最初位于保水性区域152内，然后，通过用磁体在外部对其进行操作，将其输送到位于保水性区域152和吸水性区域154交叉点的位置，保水性区域152经由磁性材料160的亲水表面连接到吸水性区域154，因此，从图中顶侧到底侧开始流化。在本实施例中，磁性材料160的直径选择成不小于疏水性区域153的宽度。由于具有这样的构造，可以有效地操作开关。
第十一实施例
图16是图解质谱分析装置构造的示意图。在图16中，干燥样品安装在基座上。然后，在真空条件下用波长为337nm的氮气激光束照射干燥样品。然后，干燥样品与基质一起蒸发。基座也用作电极，因此，蒸发的样品由于施加电压而在真空内飞行，并且由检测单元进行检测，检测单元包括反射器检测仪、反射器和线性检测仪。
图17是质谱分析系统的方框图，其包括本实施例的干燥器。这个系统包括用于执行各个处理的单元，这些处理是用于消除样品1001内的杂质元素达到一定程度的净化1002，用于消除不希望的成分1004的分离1003，对分离样品的预处理1005，以及预处理之后对样品的干燥1006。
这些单元的部分或全部可以安装在一个、两个或多个微芯片1008上。通过在一个微芯片1008上按顺序实施样品处理，可以经由具有更少浪费的方法用更高的效率明确地实施成分的痕量识别。
在上述实施例中，堵塞部分可以优选地位于触发通道附近的位置上。更具体地，假定主通道中心线与触发通道中心线交叉的点定义为交叉点，优选的是交叉点和疏水性处理部分之间的距离采用等于或小于触发通道宽度的1.5倍，更优选的是等于或小于触发通道宽度。由于具有这样的构造，可以实现稳定开关操作I。
实例
实例1
在本实例中，实施液体开关“on(开)”操作的确认。
在本实例中，进一步确认，用通过疏水墨水画图案而形成的图案化通道可以呈现液体开关，而无需将其挖掘成通道凹槽。
图21(a)和21(b)中图示了芯片结构。图21(a)是表示其平面结构的照片，而图21(b)表示其横截面图。使用亲水载玻片800(从MatsunamiGlass Ind.，Ltd.，能购买到，预清洗，接地边缘为白色磨砂的载玻片或“Hakuenma furosuto suraido garasu”，与水接触角约为7度)作为衬底，使用基于油的玻璃笔(从Zebra Co.，Ltd.，能购买到，序号为YYF1，商标为“CHO GANKO SHIKKARI MARKER”，与水接触角约为70度，或者，从Pentel Co.，Ltd.，能购买到，序号为X100W-SD，商标为“Pentel White”，与水接触角约为100度)在其上画宽度为5mm的主通道805部分，宽度为1mm的触发通道806部分，以及包括疏水处理部分808的图案化通道809。
通过用宽度为1mm-2mm的笔点描绘其周围来实现通道部分。由于疏水性区域抵制水，水只流经图案化通道809线之间的空间。通过用尖端已经削尖的笔画宽度约为80μm的线，呈现出用于将液体停留在主通道内的疏水处理部分808。
然后，粘合厚度约为0.3mm的双面带801(从Nitoms Co.，Ltd.，能购买到)作为衬垫，并且在其上安装具有疏水表面的盖玻片804(Matsunami微型盖玻片，厚度为0.17-0.25mm，涂覆20×20mm的硅树脂作为衬垫，从Matsunami Glass Ind.，Ltd.，能购买到，与水接触角约为85度)。由上述操作产生且深度约为0.3mm的纵向间隙803和由图案化疏水通道809夹在中间的横向间隙，一起形成主通道805和触发通道806。
通过安装在水平台面上来使用这个芯片。图22(a)，22(b)，22(c)和22(d)是表示这种芯片的开关操作的连续照片。图22(a)表示初始状态。图22(a)是表示从主通道右边引入被冲淡10倍的黑墨水807(SPS-400#1，从Platinum Pen Co.，Ltd.，能购买到)之后状态的照片。黑墨水807通过毛细管力自动进入主通道805，此后，停留在疏水处理部分808，在这里保持它的状态。就在两分钟之后，将水810(自来水)引入触发通道806的末端。图22(c)是表示就在本操作之后状态的照片。水810通过毛细管作用迅速进入触发通道806，在下一时刻，水810的液位与停留在疏水处理部分808的黑墨水807的液位溶合。这样提供了超过疏水处理部分808的液位，因此，通过主通道805向左侧输送黑墨水807(图22(d))。此时，没有观察到主通道805内黑墨水807朝触发通道806方向回流的现象，或者触发通道806内水810朝主通道805方向进一步流出的现象。
认为这是因为与主通道805的宽度相比触发通道806的宽度更窄，导致它的通道阻力更大。
根据上述结果，表明即使使用宏观尺寸宽度为5mm的主通道805，但用宽度比主通道更窄的触发通道806也能打开主通道805，并且进一步表明，只有通过用疏水墨水在亲水表面上画出边缘才能呈现出构成开关的通道，而无需将其挖掘成凹槽。
实例2
在本实例中，实施用更窄的通道按照从10μm到100μm的顺序对液体开关“on(开)”操作的确认。此外，通过光刻术制造本实例的液体开关进行试验，这就意味着包括许多液体开关的通道系统可以集成在几个平方厘米的芯片上。
图23(A)-23(D)是图解用于试验的液体开关结构的平面图。看似T形的物体是通过下述方法在硅衬底900上挖掘的凹槽。
它配备有横向延伸的主通道905、与主通道905垂直交叉的触发通道906、以及位于主通道905右侧交叉点上的疏水处理部分908。根据通道厚度、疏水处理部分908的宽度和安装位置、以及用于将液体引入主通道的方向，提供四种类型开关。各种类型指的是图23的文字字符(A)-(D)。
类型(A)配备有100μm的主通道和50μm的触发通道，作为控制，从左侧引入液体，这是疏水处理部分908的相反方向。(在类型(B)，(C)和(D)中，从右侧引入液体，疏水处理部分908也位于这里。)
类型(B)配备有100μm的主通道和50μm的触发通道，还配备有宽度为5μm的疏水部分908，而且疏水部分908局部包括就在交叉部分之前的切口部分。尽管疏水部分908由于它的透明度而看不见，但在图23的平面图内仍然用点划线表示。
类型(C)配备有50μm的主通道和100μm的触发通道，还配备有宽度为5μm的疏水部分908，而且疏水部分908局部包括就在交叉部分之前的切口部分，而类型(D)配备有100μm的主通道和50μm的触发通道，还在远离交叉部分的位置上配备有宽度为5μm的疏水部分908。
尽管图中未图示，但通过同时形成通道的蚀刻工艺，在各个通道的边缘上形成1平方毫米的液体接收器。
通过下列过程用实验方法制造这些液体开关。
[液体开关的试制]
(1)通道部分的光刻和湿蚀刻
在干净硅衬底(110)的整个表面上实施热氧化来形成2000A(埃)的热氧化膜。接着，施加光致抗蚀剂(S1818，从Shipley Far East Inc.能购买到)，然后，通过使用石英铬掩模执行曝光和显影，在所述石英铬掩模上描绘前述类型(A)-(D)液体开关的通道图案，最后，消除通道图案的光致抗蚀剂来暴露氧化膜。然后，用缓冲氟化酸(16缓冲氟化酸，从Morita Kagaku Kogyo Co.，Ltd.能购买到)消除暴露的氧化膜来暴露硅表面。随后，通过用丙酮和酒精清洗，完全剥去保留在衬底上的光致抗蚀剂，进行水清洗和干燥之后，用加热到90度(℃)的25％氢氧化四甲基铵(TMAH)执行蚀刻约20分钟，以获得具有被蚀刻成深度约为20μm的图案化通道的硅衬底。
这样浸泡在缓冲氟化酸内以消除剩余的热氧化膜。
尽管在掩模上主通道905等具有100μm的宽度，但蚀刻之后宽度增加10％-20％。
对于触发通道也进行类似的论述。
(2)硅衬底的化学氧化
由于在其上蚀刻有这种图案化通道的硅衬底表面是疏水性的，因此在90度(℃)温度下将它浸泡在浓硝酸溶液内持续40分钟，以便向其提供亲水性。清洗之后的衬底表面是亲水的，因此，确认水使通道满足毛细管作用。
(3)疏水处理部分908的安装
将薄膜光致抗蚀剂(S1805，从Shipley Far East Inc.能购买到)直接落在硅衬底上来执行旋涂，所述硅衬底的表面通过上述化学氧化已经获得亲水性。然后，使用在疏水处理部分908的部分内具有开口的石英铬掩模，在对齐之后实施曝光和显影。这样只曝光通道表面上的疏水处理部分908。这个衬底布置在不锈钢容器内，在滴下硅氮烷以便不收缩衬底之后，紧密地密封容器，并且保持一昼夜。蒸发的硅氮烷在疏水处理部分908上形成疏水硅氮烷膜。(这个膜耐丙酮和酒精清洗)
就在试验之前，用丙酮和酒精消除粘附在衬底上的薄膜光致抗蚀剂，用水清洗不少于10分钟，用气枪进行干燥。在通道上表面上不提供盖，并且在打开状态下使用盖。
试验
通过上述方法用实验方式制备的衬底水平安装在金相显微镜的平台上，通过使用5倍率或10倍率物镜和由电荷耦合器件(CCD)连接到镜筒的视频系统，经由电视(Sony Digital Handycam，从Sony能购买到)执行连续拾取。
作为流入通道的液体，制备两种液体，即包含表面活性剂(NCW-610A，从Wako Pure Chemical Industries Co.，Ltd.能购买到)且用蒸馏水稀释到1000倍的无色溶液，以及包含黑墨水(SPS-400#1，从Platinum PenCo.，Ltd.，能购买到)且用无色溶液稀释到10倍的颜料溶液。使用淡表面活性剂的原因是避免这样的问题，即当使用蒸馏水时，流入通道的速度极低，由于没有盖而在途中使通道变干。可以认为流速更低的原因或许是施加薄膜光致抗蚀剂使衬底表面亲水性降低到某一程度。通过使用淡表面活性剂能实现足够的流速(约500μm/sec)。
图24(1)-24(6)包括连续照片，表示将无色溶液从左侧引入类型(A)液体开关之后的情形(物镜：10倍率)，左侧是疏水处理部分908侧的相反侧。如图24(1)-24(6)中所示，无色溶液自动进入主通道905，超过交叉点之后，停留到疏水处理部分908。从这些结果中也能看出，疏水处理部分908对停止溶液具有有益效果。
图25(1)-25(6)包括连续照片，表示将颜料溶液从右侧引入类型(B)液体开关的主通道905之后的情形(物镜：10倍率)。
颜料溶液自动进入主通道905(图25(1))，此后，主流停留到疏水处理部分908。部分颜料溶液穿过疏水处理部分908和通道壁之间的间隙逃逸，到达交叉点之外的点，但不再进一步移动(图25(2))。
接着，当将无色液体引入触发通道906时，无色液体自动进入其内，到达交叉点，此后，无色液体的液位和预先已经停止的颜料溶液的液位溶合(图25(3))。此后，颜料溶液超过疏水处理部分908，并且继续穿过位于交叉点更左侧的主通道905。
从这些结果中能看出，即使在使用不厚于1mm的通道的情况下，从触发通道906流入的液体也使疏水处理部分908的停止作用丧失，从而打开主通道905，或者换句话说，可以实现“on(打开)”操作。
图26(1)-26(6)包括连续照片，表示将颜料溶液从右侧引入类型(C)液体开关的主通道905之后的情形(物镜：5倍率)。类似于类型(B)的情况，颜料溶液停留到疏水性处理部分908(图26(1))。当从触发通道906供应无色溶液时，无色液体和已经停止在交叉点的溶液液位溶合(图26(4))，溶合的液位又开始输送，并且超过主通道905的交叉点，前进到主通道905的左侧。然而，在这种情况下，穿过主通道905的东西不是颜料溶液，而是从触发通道906供应的无色溶液。从这些结果中能看出，根据主通道905厚度和触发通道906厚度的关系，或者根据供应的液体量，不能实现开关操作。
图27(1)和27(2)包括连续照片，表示将颜料溶液从右侧引入类型(D)液体开关的主通道905之后的情形(物镜：5倍率)。颜料溶液自动进入主通道905，此后，停留到疏水处理部分908(图27(1))。接着，当将无色液体引入触发通道906时，不能使无色液体充分导向疏水处理部分908，因此，开关操作有些不稳定(图27(2))。
从这些结果中能看出，优选的是将疏水性处理部分908布置在交叉点附近的位置上。假定主通道905中心线与触发通道906中心线交叉的点定义为交叉点，优选的是交叉点和疏水性处理部分908之间的距离采用等于或小于触发通道906宽度的1.5倍，更优选的是等于或小于触发通道906的宽度。由于具有这样的构造，可以实现稳定的开关操作。在上述实例中，对于(B)和(C)而言，上述距离是50μm，而触发通道906的宽度大约50-60μm。对于(D)而言，上述距离是100μm，而触发通道906的宽度大约50-60μm。
综上所述，更好的优点是：即使在使用不厚于1mm的通道的情况下，也可以实现液体开关的“on(打开)”操作；由于能采用光刻技术制造它，因此可以实现集成，优选的是考虑交叉点与疏水处理部分908的位置以及溶液的表面活性，以便实现稳定的“on(打开)”操作。

Claims (28)

1、一种液体开关，包括：
用于经此流过第一液体的通道；
设置在所述通道内以便堵塞所述第一液体的堵塞部分；和
在所述堵塞部分或其下游的位置上通向所述通道的触发通道，用于将第二液体导向所述堵塞部分。
2、根据权利要求1所述的液体开关，其中所述堵塞部分包括用于保持所述第一液体的部件。
3、根据权利要求2所述的液体开关，其中所述堵塞部分内每通道单位体积的通道表面积大于通道其他部分内每通道单位体积的通道表面积。
4、根据权利要求2所述的液体开关，其中保持所述第一液体的所述部件是多个颗粒。
5、根据权利要求2所述的液体开关，其中保持所述第一液体的所述部件是多孔部件。
6、根据权利要求2所述的液体开关，其中保持所述第一液体的所述部件包括多个分开布置的突起部分。
7、根据权利要求2所述的液体开关，其中所述堵塞部分包括对所述第一液体表现出疏液性的区域。
8、根据权利要求7所述的液体开关，在所述通道内所述通道与所述触发通道交叉的交叉点的下游，还包括对所述第一液体表现出疏液性的区域。
9、根据权利要求1-8之一所述的液体开关，其中所述液体开关配置成在所述触发通道内包括阀结构，其中一旦引入规定量的第二液体就启动所述阀结构，以便关闭所述触发通道。
10、一种液体开关，包括：
用于经此流过液体的通道；和
设置在所述通道内以便堵塞所述液体的堵塞部分；
其中所述堵塞部分包括保持所述液体的部件。
11、根据权利要求10所述的液体开关，其中所述堵塞部分内每通道单位体积的通道表面积大于通道其他部分内每通道单位体积的通道表面积。
12、根据权利要求10或11所述的液体开关，其中保持所述液体的所述部件是多个颗粒。
13、根据权利要求10或11所述的液体开关，其中保持所述液体的所述部件是多孔部件。
14、根据权利要求10或11所述的液体开关，其中保持所述液体的所述部件包括多个分开布置的突起部分。
15、一种液体开关，包括：
用于经此流过液体的通道；和
设置在所述通道内以便堵塞所述液体的堵塞部分；
其中所述堵塞部分包括对所述液体表现出疏液性的表面。
16、根据权利要求15所述的液体开关，还包括可移动地布置在所述堵塞部分和所述通道内除所述堵塞部分之外的位置之间的活动件，其中所述活动件具有对所述液体表现出亲液性的表面，并且从所述通道外部可以调节所述活动件的位置。
17、根据权利要求16所述的液体开关，还包括从所述活动件外部对其位置进行调节的定位单元，其中所述活动件和所述定位单元之一是磁体，而另一个是磁性材料。
18、一种液体开关，包括：
用于经此流过第一液体的通道；
与所述通道连通的辅助通道；
与所述辅助通道连通的腔；和
与所述腔连通的触发通道，用于将第二液体引入所述腔，
其中对所述第一液体表现出疏液性的疏液材料存储在所述腔的内部，其中所述液体开关配置成一旦将所述第二液体从所述触发通道引入所述腔，就将所述疏液材料从所述腔引入所述通道。
19、根据权利要求18所述的液体开关，其中所述腔包括：
与所述辅助通道连通的第一室；用于存储所述疏液材料的第二室；和
布置在所述第一室和所述第二室之间以便分离这些室的分离部分，其中所述触发通道与所述分离部分连通，所述液体开关配置成一旦从所述触发通道引入所述第二液体，就将所述疏液材料从所述第一室移到所述第二室。
20、一种微芯片，包括：
衬底；
形成在所述衬底上以便使样品经此穿过的样品通道；和
设置在所述样品通道内的样品分离部分，其中根据权利要求1-19任何之一所述的液体开关布置在所述样品通道内，并且用所述液体开关控制所述样品从所述样品通道到所述样品分离部分的输送。
21、一种微芯片，包括：
衬底；
形成在所述衬底上以便使液体经此流过的液体通道；和
设置在所述液体通道内的反应部分，其中根据权利要求1-19任何之一所述的液体开关布置在所述液体通道内，用所述液体开关控制所述液体从所述液体通道到所述反应部分的输送。
22、根据权利要求21所述的微芯片，还包括：与所述反应部分连通的储液槽，用于引入试剂，
其中所述液体开关布置在从所述储液槽延伸到所述反应部分的液体通道内，用所述液体开关控制所述试剂从所述储液槽引入到所述反应部分。
23、根据权利要求22所述的微芯片，其中所述试剂是酶消化溶液。
24、根据权利要求23所述的微芯片，其中所述酶消化溶液是胰蛋白酶消化溶液。
25、一种微芯片，包括：
衬底；
形成在所述衬底上以便使液体经此流过的主通道；
用于控制所述液体穿过所述主通道内预定点的时机的时钟通道；和
与所述主通道和所述时钟通道连通的控制通道，
其中根据权利要求1-19任何之一所述的液体开关布置在所述控制通道内，用所述液体开关控制所述主通道内所述液体的传送。
26、一种质谱分析系统，包括：
根据其分子大小或分子性质分离生物样品的分离单元；
实施预处理的预处理单元，包括对由所述分离单元分离的样品进行酶消化处理；
对预处理的样品进行干燥的干燥单元；和
对干燥样品实施质谱分析的质谱分析单元，
其中所述分离单元包括根据权利要求20所述的微芯片。
27、一种质谱分析系统，包括：
根据其分子大小或分子性质分离生物样品的分离单元；
实施预处理的预处理单元，其包括对由所述分离单元分离的样品进行酶消化处理；
对预处理的样品进行干燥的干燥单元；和
对干燥样品实施质谱分析的质谱分析单元，
其中所述预处理单元包括根据权利要求21-24任何之一所述的微芯片。
28、一种质谱分析系统，包括：
根据其分子大小或分子性质分离生物样品的分离单元；
实施预处理的预处理单元，包括对由所述分离单元分离的样品进行酶消化处理；
对预处理的样品进行干燥的干燥单元；和
对干燥样品实施质谱分析的质谱分析单元，
其中所述分离单元、所述预处理单元或所述干燥单元包括根据权利要求25所述的微芯片。
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