專利名稱：用于使液體與試劑充分混合的微流控元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于使液體與試劑充分混合的微流控元件和一種 借助于微流控元件進(jìn)行充分混合的方法。
背景技術(shù)：
用于使液體與試劑充分混合的微流控元件例如被用在診斷試驗(體 外診斷)中，通過使用該微流控元件對體液樣品中包含的分析物進(jìn)行分
析以《更實現(xiàn)醫(yī)療目的，術(shù)語充分混合(thoroughly mixing)包括以液 體形式提供試劑，即兩種液體彼此混合，的可能性，且還包括提供固體 形式的試劑且將該試劑溶于液體中并使其均勻化的可能性.進(jìn)行分析的 重要部件是所謂的試驗載體(test carrier)，例如，具有用來接收液
體樣品(特別是體液)的通道結(jié)構(gòu)的微流控元件被設(shè)置在所述試驗栽體 上，以便允許實現(xiàn)復(fù)雜的多步驟試驗規(guī)程的性能，試驗栽體中可包括一 個或多個微流控元件。
例如，在具有多步驟試驗順序的免疫化學(xué)分析中，其中出現(xiàn)了結(jié)合 與自由反應(yīng)組分的分離("結(jié)合/自由分離(bound/free separation )") 使用了流控試驗栽體，使用流控試驗栽體使得可能實現(xiàn)受控液體傳輸。 可采取內(nèi)部措施(在流控元件內(nèi)部)或采取外部措施(例如被設(shè)置在裝 置中)來實施對流控過程順序的控制.可基于壓力差的施加或基于力的 變化來實現(xiàn)(外部)控制，例如通過改變重力的作用方向能夠?qū)崿F(xiàn)所述 力的變化，且通過離心力也能夠?qū)崿F(xiàn)所述力的變化，所述離心力例如是 作用在旋轉(zhuǎn)微流控元件或旋轉(zhuǎn)試驗栽體上的離心力且是旋轉(zhuǎn)速度和與 旋轉(zhuǎn)軸線之間距離的函數(shù)，
微流控元件以及這類試驗栽體包括栽體材料，所述載體材料通常由 基板制成，所迷基板由塑料材料制成.該元件和試驗栽體具有樣品分析 通道，所述樣品分析通道通過該基板和蓋或覆蓋層而被封閉，所述樣品 分析通道通常包括一 系列的多個通道部段和位于所述一系列多個通道 部段之間的室，所述室相對于所述通道部段被加寬。具有其通道部段和 室的樣品分析通道的結(jié)構(gòu)和尺寸由對基板的塑料部分進(jìn)行的結(jié)構(gòu)化限
5定，所述結(jié)構(gòu)化的塑料部分是例如采用注塑成型技術(shù)或用于產(chǎn)生適合結(jié)
構(gòu)的其它方法產(chǎn)生的，例如在M. Madou， "Fundamentals of Microfabrication，， CRC Press, Boca Raton， FL， USA, 2002中描述 了這類試驗栽體和微流控元件的生產(chǎn)。
例如在以下公開文獻(xiàn)中已公知地披露了包括所述試驗栽體的分析 系統(tǒng)
美國專利4,456， 581 美國專利4, 580, 896 美國專利4,814,144 US A 2004/0265171 EP 1077 771B1
為了進(jìn)行分析，在樣品分析通道中包含有試劑，所述試劑與被引入 該樣品分析通道內(nèi)的液體產(chǎn)生反應(yīng)，該液體樣品與該試劑在試驗栽體中 彼此混合從而使得樣品液體與試劑的反應(yīng)導(dǎo)致被測變量產(chǎn)生變化，這種 變化表征了樣品液體中包含的分析物.該被測變量的測量是在試驗栽體 本身上進(jìn)行的.尤其是，典型的方法是可用光學(xué)方式進(jìn)行分析的測量方 法，在該方法中檢測顏色變化或另一種可用光學(xué)方式測量的變量.
在具有毛細(xì)管通道結(jié)構(gòu)和小尺寸的樣品分析通道中普遍存在的主 要是層流條件.液體和/或液體與固體在這種毛細(xì)管通道中僅實現(xiàn)了不 良的充分混合?，F(xiàn)有技術(shù)中已公知地存在用來改進(jìn)試刑與樣品液體的充 分混合的多種過程.
例如，在處在分析系統(tǒng)中的圍繞旋轉(zhuǎn)軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)試驗栽體 中，通過迅速改變旋轉(zhuǎn)方向或通過改變旋轉(zhuǎn)速度而促進(jìn)充分混合.然而， 這種"搖擺模式(shake mode)"對分析系統(tǒng)的驅(qū)動單元提出了很高的 要求.磨損以及出現(xiàn)故障和失靈的風(fēng)險也相對較高.
現(xiàn)有技術(shù)中已公知的另一種改進(jìn)樣品液體與試刑的充分混合的方 法是引入磁性顆粒，通過電磁體或永久磁體的作用使磁性顆粒進(jìn)行運(yùn) 動.由于整合了該顆粒而使得增加了試驗栽體的生產(chǎn)成本.此外，該分 析系統(tǒng)必須具有另一部件，即磁體.
此外，下面的這種元件也是已公知的，這種元件的毛細(xì)管通道包含 專用的阻流結(jié)構(gòu)，如肋部.形成這類通常被實施為微結(jié)構(gòu)的阻礙結(jié)構(gòu)使 得試驗栽體的生產(chǎn)過程更為昂貴和困難，此外，這類結(jié)構(gòu)并不適于所有
6混合過程和/或所有試劑和樣品液體.
盡管已經(jīng)進(jìn)行了多種嘗試來改進(jìn)混合過程和微流控元件，如試驗載 體，特別是改進(jìn)試劑與樣品流體的充分混合，但進(jìn)一步地仍需要在這方 面對微流控元件作出改進(jìn).
本發(fā)明因此基于提供一種微流控元件，特別是試驗栽體，的目的， 通過使用所述微流控元件，特別是試驗栽體，使得改進(jìn)了混合過程，尤 其是改進(jìn)了試劑與樣品液體的充分混合.

發(fā)明內(nèi)容
該目的是通過具有如權(quán)利要求1所述的技術(shù)特征的微流控元件和
具有如權(quán)利要求13所述的技術(shù)特征的方法而實現(xiàn)的。
下文將結(jié)合用于分析體液樣品中包含的分析物的試驗栽體對本發(fā) 明及其優(yōu)點進(jìn)行描述和說明，但這并未限制微流控元件的通性.
根據(jù)本發(fā)明的微流控元件是通過對基板進(jìn)行適當(dāng)結(jié)構(gòu)化而產(chǎn)生的， 例如，正如"M. Madou， Fundamentals of Microfabrication，， CRC Press, Boca Raton, FL, USA, 2002中所述地那樣.被實施作為通道的通道結(jié) 構(gòu)包括細(xì)長混合通道，所迷細(xì)長混合通道具有根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)口和出口 且被實施以使所述混合通道中包含的試劑與流動通過所述進(jìn)口而進(jìn)入 所述混合通道內(nèi)的液體進(jìn)行混合。根據(jù)本發(fā)明，所述混合通道經(jīng)由所述 出口與輸出通道流體連通，
在本發(fā)明的含義中，微流控元件被視為具有這樣的通道結(jié)構(gòu)的元 件，所述通道結(jié)構(gòu)的最小尺寸大于或等于5 nm且所述通道結(jié)構(gòu)的最大 尺寸(例如所述通道的長度)小于或等于10 cm。
在本申請的含義中，"細(xì)長"通道被視為這樣的通道，所迷通道的
長度遠(yuǎn)大于其剖面區(qū)域的任何剖面尺寸.這意味著該長度是更大的剖面 尺寸的至少10倍。所述通道的長度優(yōu)選是所述通道的平均剖面面積的 平方根的至少20倍.所述長度更優(yōu)選是所述平均剖面面積的平方根的 至少50倍，尤其優(yōu)選是該平方根的100倍.對于具有圓形剖面區(qū)域的 通道而言，所迷長度因此優(yōu)選是半徑的20至30倍.
因此這導(dǎo)致產(chǎn)生了這樣的尺寸，即使得微流控元件的通道結(jié)構(gòu)的最 大剖面區(qū)域為至多10mm,優(yōu)選至多5mm.最大剖面尺寸更優(yōu)選為至多 2mnj，且尤其優(yōu)選為至多l(xiāng)mm。
7在本發(fā)明的語境中，考慮了如下事實，試劑的濃度梯度在所述混合通道內(nèi)沿流動方向上升。在微流控元件和/或試驗栽體中普遍存在的條件下，該濃度在試劑的所述進(jìn)口的區(qū)域中通常是最低的且沿流動方向上升。
根據(jù)本發(fā)明，所述出口被定位在比所述進(jìn)口更接近所述混合通道的長度的中間的位置處。所述混合通道具有介于所述進(jìn)口與所述出口之間的供給部段和(沿流動方向)位于所述出口下游并與所述進(jìn)口相對的互補(bǔ)部段，其中在液體流入所述混合通道內(nèi)之后，所述互補(bǔ)部段中的所述試劑的濃度與所述供給部段中的濃度是不同的，通常比所述供給部段中的濃度更高.所述出口在所述混合通道的長度上被定位以便使得在所述輸出通道中流動通過所述出口的液體包含來自所述混合通道的所述供
體積的液體，從而使得這兩處的部分體積的液體以加速的方式進(jìn)行混合.來自所述供給部段的所述部分體積的液體和來自所述互補(bǔ)部段的所述部分體積的液體(每處所述部分體積的液體同時流動通過所述出口)
具有不同的試劑濃度且在流入所述輸出通道時被充分混合，
換句話說，所述微流控元件被實施而使得所述混合通道的所述進(jìn)口被定位在比所述出口更接近所述混合通道的一端的位置處.流動通過所述進(jìn)口而進(jìn)入所述通道的所述混合通道內(nèi)的液體(例如體液樣品)因此
從更接近所述混合通道的所述端部的位置處向著所述出口且因此向著更接近所述混合通道的長度的中間的位置進(jìn)行流動.
所述混合通道的所述供給部段因此從更接近所述混合通道的所述端部的位置向著更接近所述混合通道的長度的中間的所述出口的位置進(jìn)行延伸.所述互補(bǔ)部段是所述混合通道的介于所述出口 (更處在所述混合通道的長度的中間)與所述混合通道的與所述進(jìn)口沿直徑相對的端部之間的部分.在供應(yīng)進(jìn)入樣品分析通道的所述輸出通道內(nèi)的過程中，所述部分體積的液體從所述混合通道的這兩個部段同時流動通過所述出口，特定部段的所述部分體積的液體具有不同濃度.通過這種方式促進(jìn)了液體的混合，從而使得迅速產(chǎn)生了具有均勻成分的液體.通過所述輸出通道(可能進(jìn)一步通過通道部段和/或通道室)，經(jīng)過混合的液體隨后到達(dá)這樣的區(qū)域，在所述區(qū)域中對所述經(jīng)過混合的液體進(jìn)行進(jìn)一步處理.根據(jù)本發(fā)明的所述微流控元件可特別地是用于分析體液樣品中包 含的分析物的試驗栽體的一部分。所述試驗栽體具有通過所述基板和覆 蓋層而被封閉的樣品分析通道，所述樣品分析通道是被實施為通道的所 述微流控元件的通道結(jié)構(gòu)。術(shù)語"基板"被視為意味著，該基板是一種 栽體材料，其中通過進(jìn)行結(jié)構(gòu)化將所述通道結(jié)構(gòu)引入所述栽體材料中， 為此目的，設(shè)想了所屬領(lǐng)域技術(shù)人員典型使用的生產(chǎn)方法和材料，例如，
正如上述參考文獻(xiàn)，M. Madou， Fundamentals of Microfabrication 中所述地那樣.
所述樣品分析通道具有位于其起始位置處的樣品進(jìn)口 (進(jìn)口 ).在 其端部處，所述樣品分析通道包括測量區(qū)域，所述測量區(qū)域?qū)?yīng)于所述 微流控元件中的用于對液體進(jìn)行進(jìn)一步處理的區(qū)域。當(dāng)流入所述輸出通 道內(nèi)時被充分混合的液體通過所述輸出通道到達(dá)所述樣品分析通道的 所述測量區(qū)域。在所述樣品分析通道的所述測量區(qū)域中，確定所述分析 物的被測變量特性.
在本發(fā)明的語境中考慮到了以下情況，如果一種或多種干燥的，例 如，被凍干的試劑被包含在所述通道中且被溶解，則會在所述通道(樣 品分析通道)內(nèi)出現(xiàn)更高的濃度梯度.在所述干燥的試劑進(jìn)行再懸浮時 尤其出現(xiàn)了高濃度梯度，這是因為流入所述混合通道內(nèi)的液體溶解了所 述干燥的試劑且它們進(jìn)一步沿所述流動方向被沖洗，在液體通過所述進(jìn) 口進(jìn)入時，試劑已被溶解在所述混合通道的所述進(jìn)口的區(qū)域中且進(jìn)一步 進(jìn)行傳輸，這使得多種試劑或一種試劑的濃度在所述混合通道中沿流動 方向增加.
具有混合通道的根據(jù)本發(fā)明所述的元件還能夠被用于實現(xiàn)其它均 勻化，所述混合通道具有優(yōu)選被定位在所述通道的一端處的進(jìn)口和優(yōu)選 被定位在中間的出口 ，所述出口被連接至所述混合通道中的所述輸出通 道.例如，由此還改進(jìn)了兩種不同溶液的混合，例如正如進(jìn)行稀釋所需 要地那樣.所述元件和/或試驗栽體因此并不僅僅限于干燥試劑，而是 還可用來混合兩種液體，特別是以液體形式提供的試劑.
根據(jù)本發(fā)明所述的元件，特別是試驗栽體特別地具有以下優(yōu)點
混合設(shè)備基本上并未導(dǎo)致增加所述元件或試驗栽體的生產(chǎn)成本， 這是因為省去了微結(jié)構(gòu)，如肋部或其它阻塞結(jié)構(gòu).
分析裝置并不需要任何專用設(shè)計，所述分析裝置與所述試驗栽體一起形成了分析系統(tǒng).特別地，不需要用于驅(qū)動裝置的附加費(fèi)用(正如
置的生產(chǎn)成本因此也較k. ^、' ， _'
不需要那些必須被引入試驗栽體內(nèi)的附加物質(zhì)，如磁性顆粒(磁 珠)。因此使得所進(jìn)行的分析是具有一定成本效率的分析且付出較小程 度的(部分手動的)努力即可進(jìn)行分析.
該元件還適用于使具有大濃度梯度的溶液進(jìn)行充分混合。
在優(yōu)選實施例中，所述微流控元件可閨繞旋轉(zhuǎn)軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn).所述 旋轉(zhuǎn)軸線優(yōu)選延伸通過所述元件.圍繞其中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的試驗栽體或微 流控元件是尤其適合的.
在所述微流控元件的優(yōu)選實施例中，毛細(xì)管止擋器被置于所述元件 中，所述毛細(xì)管止擋器形成了阻擋液體從所述混合通道流入所述輸出通 道內(nèi)的流阻，從而防止所述混合通道向所述輸出通道內(nèi)被自發(fā)排空，直 至外力克服這種流阻.這防止了液體由于毛細(xì)管效應(yīng)而僅從所述混合通 道通過所述出口進(jìn)入所述輸出通道內(nèi).所述毛細(xì)管止擋器優(yōu)選被直接定 位在所述混合通道的所述出口后面，
為了克服所述流阻所必須的外力優(yōu)選是通過所述微流控元件的旋 轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，可通過適當(dāng)選擇旋轉(zhuǎn)速度或通過改變旋轉(zhuǎn)速度來控制 所述離心力且因此控制反應(yīng)過程和/或充分混合過程，例如可控制液體 在所述混合通道中的停留時間。
所述外力還優(yōu)選是作用在所述混合通道中的所述液體上的壓力.例 如，可通過在所述試驗栽體內(nèi)產(chǎn)生超壓或部分真空而實現(xiàn)所述壓力.
所述毛細(xì)管止擋器可優(yōu)選具有通道部段，所述通道部段包括至少一 個疏水性通道壁?？蓛?yōu)選使用疏水化物質(zhì)將所述通道壁制成疏水性通道 壁.這類疏水性通道毛細(xì)管阻擋結(jié)構(gòu)還防止了獨(dú)立的流通過該通道的所 述通道部段。


下面將基于試驗栽體(并不限制通性)并基于附圖對微流控元件的 優(yōu)選典型實施例進(jìn)行描述.圖中示出的技術(shù)特征可被單獨(dú)使用或相結(jié)合 地使用以便提供本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)計，它們并不表示對通性進(jìn)行了任何限
制.在所述附圖中圖1示出了具有樣品分析通道和混合通道的試驗栽體； 圖2示出了在圖1的混合通道的出口處的毛細(xì)管止擋器的詳圖；和 圖3a、圖3b示出了用來對使用本發(fā)明所實現(xiàn)的充分混合進(jìn)行說明 的示意性略圖。
具體實施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的試驗栽體101,所述試驗栽體具有基板102 和處在該試驗栽體101的中心的孔103，旋轉(zhuǎn)軸線延伸穿過所述孔，盤 形試驗栽體101圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn).
樣品分析通道104包括位于其起始位置處的樣品進(jìn)口 105，液體樣 品例如可通過所述樣品進(jìn)口被引入樣品分析通道104內(nèi)，所述液體樣品 優(yōu)選為血液。例如，用戶可以手動方式(用移液管)將樣品液體分配進(jìn) 入樣品進(jìn)口 105內(nèi).另一種可選方式是，可借助于分析裝置的定量配制 站定量配制樣品而使其通過樣品進(jìn)口 105進(jìn)入樣品分析通道104內(nèi).在 其端部處，通過基板102被封閉的樣品分析通道104包括測量區(qū)域106， 在所述測量區(qū)域中對樣品液體中的分析物的可測量變量特性進(jìn)行檢測， 優(yōu)選以光學(xué)方式測量，
樣品分析通道104包括混合通道107，在所述混合通道中包含有以 干燥形式，優(yōu)選以凍干形式，存在的試劑.該干燥試劑在混合通道107 中通過流入的液體而被溶解。
混合通道107具有進(jìn)口 108，所述進(jìn)口 108在該混合通道的一端處 (起始位置處)被流體連接至樣品進(jìn)口 105。在所述混合通道的另一端 處設(shè)置了屏障109，所述屏障被實施為幾何閥，且被用來對混合通道進(jìn) 行通風(fēng).
出口 110被定位在該混合通道107的長度的中間，混合通道107借 助于所述出口被流體連接至輸出通道111,毛細(xì)管止擋器112被定位在 該出口 110與輸出通道111之間，所述毛細(xì)管止擋器被實施為幾何閥. 圖2詳細(xì)地示出了所述毛細(xì)管止擋器。毛細(xì)管止擋器112防止了混合通 道107中包含的液體自動(自作用地)流入輸出通道lll內(nèi).作用在通 道107、 111中的液體上的毛細(xì)管力不足以克服該毛細(xì)管止擋器112。 這確保了混合通道107中可充注有限定的樣品體積。當(dāng)試驗栽體101的 旋轉(zhuǎn)速度產(chǎn)生了作用在混合通道107中的液體上的足夠大的離心力時，毛細(xì)管流112的流阻第一次被克服。因此可對樣品液體在混合通道107 中包含的試劑上的作用(作用時間)進(jìn)行控制.
混合通道107優(yōu)選具有矩形剖面.對于旋轉(zhuǎn)試驗栽體101的情況而 言，混合通道107被實施以便使得更大的剖面尺寸在與旋轉(zhuǎn)軸線垂直的 旋轉(zhuǎn)平面中延伸.其它通道，特別是輸出通道lll，優(yōu)選也被實施為矩 形通道.它們因此具有矩形剖面，這種類型的通道或通道結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)是 非常簡單的且具有 一定成本效率.
該典型實施例中所示的混合通道107形成了半圓形，該半圃形混合 通道圍繞試驗栽體101的旋轉(zhuǎn)軸線(孔103)以恒定半徑進(jìn)行延伸。如 圖所示，混合通道107的進(jìn)口 108和出口 110優(yōu)選被定位成使得出口 IIO與旋轉(zhuǎn)軸線之間的距離大于進(jìn)口 108與旋轉(zhuǎn)軸線之間的距離.這樣 做的優(yōu)點是使得混合通道107可被完全騰空.流入混合通道107內(nèi)的全 部體積的液體可被導(dǎo)引至測量區(qū)域106且可用來對樣品液體進(jìn)行分析. 當(dāng)然，混合通道107也可能具有另一種構(gòu)型.為了使試驗栽體101進(jìn)行 旋轉(zhuǎn)，出口與旋轉(zhuǎn)軸線之間的距離優(yōu)選總是大于進(jìn)口與旋轉(zhuǎn)軸線之間的 距離，從而使得液體在旋轉(zhuǎn)時引起的離心力的作用下被壓出出口 110.
混合通道107包括介于進(jìn)口 108與出口 110之間的供給部段113和 介于出口 IIO與位于混合通道107的端部處的屏陣109之間的互補(bǔ)部段 114。當(dāng)樣品液體流動通過進(jìn)口 108而進(jìn)入混合通道107內(nèi)時，混合通 道107中包含的試劑被溶解.樣品液體的溶解部分沿流動方向被傳輸通 過混合通道107.通過進(jìn)一步傳輸被溶解的試刑部分而導(dǎo)致在混合通道 107中產(chǎn)生了濃度梯度，其中在供給部段113中存在比互補(bǔ)部段114中 更低的試劑濃度?；旌贤ǖ?07中的濃度在屏陣109的區(qū)域中最高，且 在進(jìn)口 1G8處最低.
一般說來，由于毛細(xì)管流條件使得在混合通道107中僅出現(xiàn)了不良 的充分混合.然而，在達(dá)到適當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度從而使得樣品液體克服了毛細(xì) 管止擋器112的流阻時，部分體積的液體從供給部段113且從互補(bǔ)部段 114流動通過出口 llO進(jìn)入輸出通道lll內(nèi)，這些單獨(dú)的所述部分體積 的液體在輸出通道111中迅速地實現(xiàn)了充分混合，從而使得形成了均勻 的成分，
圖3a和圖3b通過示意性略圖示出了充分混合的過程，圖中示出了 混合通道107和輸出通道111 (而并未示出毛細(xì)管止擋器112)?；?br> 12符號濃度值2至14 (任意單位)示意性地示出了混合通道107中的試劑濃度.當(dāng)然，在實踐中，混合通道中的濃度分布并不像此處的略閨所示地那樣是不連續(xù)的.通常情況下會形成連續(xù)的并非一定呈線性分布，在液體流入混合通道107內(nèi)且試刑被溶解之后，導(dǎo)致出現(xiàn)了圖3a所示的濃度分布，混合通道107中的濃度在供給部段113中比在互補(bǔ)部段114中更低.濃度在困3中的右端處最低，且在圖3中的左端處最高.
i通道"入輸出通道lll內(nèi)。如圖3b所示，由這些單獨(dú)的部段113:114導(dǎo)致在輸出通道111中形成的流路互相彼此補(bǔ)充(理想狀態(tài)下是互補(bǔ)的)，從而使得樣品液體與試劑實現(xiàn)了優(yōu)化的且非常均勻的充分混合。
在本發(fā)明的語境中已經(jīng)闡明的是優(yōu)化的混合結(jié)果是通過將進(jìn)口108定位在混合通道107的一端處并將出口 110定位在混合通道107的中間而實現(xiàn)的，略微改變這兩個開口 108、 110的優(yōu)化定位不會對混合結(jié)果產(chǎn)生明顯的不利影響。從文中已經(jīng)闡明的內(nèi)容來看，出口 IIO優(yōu)選被定位成使得其被定位在與混合通道107的長度的中間相距達(dá)到該混合通道107的長度的至多20X的位置處.進(jìn)口 108優(yōu)選與混合通道107的一端相距達(dá)到該混合通道107的長度的至多20、如果開口 108、 110被定位在該容限寬度范圍內(nèi)，則可實現(xiàn)非常好的混合結(jié)果.對于與最佳位置相距達(dá)至多5%的距離而言，與優(yōu)化的結(jié)果相比，這種距離對混合結(jié)果的影響是可以忽略不計的。
在適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)速度下，在輸出通道111中已經(jīng)發(fā)生了紅細(xì)胞和其它細(xì)胞樣品組分的分離.經(jīng)過充分混合的液體在適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)速度下被導(dǎo)引進(jìn)入收集室115 (等離子體收集室)和收集室116 (紅血球收集室)內(nèi)，
試劑.紅細(xì)胞由于產(chǎn)生作用的離心力而被收集在該收集室116中，而血漿則基本上被保留在收集室115中，
測量區(qū)域106優(yōu)選被實施為多孔的吸收劑基體.如果試驗載體停止旋轉(zhuǎn)或其旋轉(zhuǎn)變慢，則試刑-樣品混合物被吸收(抽吸)進(jìn)入測量區(qū)域106內(nèi).廢物室117沿流動方向被定位在測量區(qū)域106后面，參與反應(yīng)的物質(zhì)、樣品和/或試劑組分在流動通過測量區(qū)域106之后在所述廢物室中被丟棄，
如圖所示的典型實施例中的試驗栽體101還具有加注(priming)結(jié)構(gòu)121，所述加注結(jié)構(gòu)包括沖洗液體開口 122和沖洗液體收集室123。
試驗栽體101具有第二通道124，所述第二通道具有進(jìn)口 131。通 道124的結(jié)構(gòu)基本上對應(yīng)于樣品分析通道104.然而，與樣品分析通道 104不同的是，該笫二通道形成四分之一個圃.笫二通道124也可以是 樣品分析通道，所述第二通道包括混合通道125、輸出通道126和位于 所述混合通道與所述輸出通道之間的毛細(xì)管止擋器127。笫二通道的長 度為約25 ,至30咖，笫二通道的長度約為樣品分析通道104的長度 (55-65 mm)的一半。兩條通道104、 124的寬度分別為3 mm，而深度 (沿旋轉(zhuǎn)軸線的軸向方向的尺寸)為約0. 15 mm。
通道124也與收集室115流體連通，所述通道被特別用來接收為了 進(jìn)行分析，例如為了進(jìn)行結(jié)合/自由分離，而需要的另一種液體，特別 是緩沖溶液，試劑優(yōu)選被包含在混合通道125中，所述試劑被用來對已 經(jīng)在測量區(qū)域中經(jīng)過了分析的樣品液體進(jìn)行分析.另一種可選方式是， 另一種(不同的)樣品和/或(不同的)試刑也可在通道124中與樣品 充分混合，充分混合的液體隨后被導(dǎo)引至測量區(qū)域106.
圖2示出了毛細(xì)管止擋器112的詳圖.毛細(xì)管止擋器112是由幾何 閥(geometric valve) 128形成的，所述幾何閥包括初級部段129和 次級部段130，所述次級部段沿流動方向與該初級部段129相鄰.與出 口 110相鄰的初級部段129的剖面面積小于次級部段130的剖面面積，
在毛細(xì)管通道具有矩形剖面區(qū)域的情況下，毛細(xì)管止擋器ll2的初 級部段129也呈矩形；其因此也具有矩形剖面區(qū)域，正如次級部段130 那樣。初級部段129的剖面尺寸沿旋轉(zhuǎn)軸線的軸向方向優(yōu)選小于次級部 段130相應(yīng)的剖面尺寸.初級部段129的剖面尺寸沿與旋轉(zhuǎn)軸線垂直的 方向也小于次級部段130相應(yīng)的剖面尺寸.可通過適當(dāng)選擇初級部段 129和次級部段130的尺寸來設(shè)定幾何閥128的流阻.
因此，產(chǎn)生了使得液體可流動通過毛細(xì)管止擋器112所需的離心力 且因此產(chǎn)生了所需的試驗栽體101的旋轉(zhuǎn)速度.
權(quán)利要求
1、微流控元件，特別是用于對液體樣品中包含的分析物進(jìn)行分析的試驗載體具有基板(102)和通道結(jié)構(gòu)(104)，所述通道結(jié)構(gòu)通過所述基板(102)和覆蓋層而被封閉，其中所述通道結(jié)構(gòu)(104)包括細(xì)長混合通道(107)和輸出通道(111)，所述混合通道(107)具有進(jìn)口(108)和出口(110)且適于使所述混合通道中包含的試劑與流動通過所述進(jìn)口(108)而進(jìn)入所述混合通道(107)內(nèi)的液體進(jìn)行混合，所述混合通道(107)的所述出口(110)與所述輸出通道(111)流體連通，并且所述出口(110)位于比所述進(jìn)口(108)更接近所述混合通道(107)的長度的中間的位置處。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控元件，其特征在于，所述微流控 元件是試驗載體(101)且所述通道結(jié)構(gòu)是樣品分析通道(104 )，所述 樣品分析通道包括樣品進(jìn)口 (105)和測量區(qū)域(106).
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微流控元件，其特征在于，所述微 流控元件可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn).
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的微流控元件，其特征在于，所述混合通 道(107)被制成一定形狀以便使得所述出口 (110)與所述旋轉(zhuǎn)軸線之 間的距離大于所述進(jìn)口 (108)與所述旋轉(zhuǎn)軸線之間的距離.
5、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的微流控元件，其特征在于， 毛細(xì)管止擋器(112),所述毛細(xì)管止擋器形成了阻擋液體從所述混合 通道(107)流入所述輸出通道(111)內(nèi)的流阻，從而防止所述混合通 道(107)向所述輸出通道(111)內(nèi)被自發(fā)排空，直至外力克服所述流 阻。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的微流控元件，其特征在于，所述外力是 通過所述微流控元件的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力和/或作用在所述混合通道(107)中的液體上的壓力.
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的微流控元件，其特征在于，所述毛 細(xì)管止擋器(112)是由幾何閥(128)形成的，所述幾何閥包括初級部段(129)和次級部段(130)，所述次級部段沿流動方向位于所述初級 部段下游，所述初級部段(129)的剖面面積小于所述次級部段(130) 的剖面面積。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的微流控元件，其特征在于，所述毛細(xì)管 止擋器(112)包括通道部段，所述通道部段具有至少一個疏水性通道 壁。
9、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的微流控元件，其特征在于， 所迷試劑以干燥形式，優(yōu)選以凍干形式，被包含在所述混合通道(107) 中，
10、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的微流控元件，其特征在于， 所述出口 (110)與所述混合通道(107)的長度的中間之間的距離為所 述混合通道(107)的長度的至多20%,且所述進(jìn)口 (108)與所述混合 通道(107)的其中一端之間的距離為所述混合通道(107)的長度的至 多20%,
11、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的微流控元件，其特征在于， 所迷混合通道(107)的體積大于所迷輸出通道(111)的體積.
12、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的微流控元件，其特征在于， 所述混合通道(107)具有矩形剖面.
13、 用于借助于具有基板和通道結(jié)構(gòu)的微流控元件而提供均勻的充 分混合的液體的方法，其中所述通道結(jié)構(gòu)包括細(xì)長混合通道(107)和輸出通道(111), 所述混合通道(107)具有進(jìn)口 (108)和出口 (110)， 所述混合通道(107)的所迷出口 (110)與所述輸出通道(111) 流體連通，并且所述出口 (110)被定位在比所述進(jìn)口 (108)更接近所述混合通道 (107)的長度的中間的位置處，這特別是借助于根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控元件實現(xiàn)的， 所述方法包括以下步稞-使液體流動通過所迷進(jìn)口 (108)而進(jìn)入所述混合通道(107)內(nèi)；-溶解被包含在所述混合通道(107)內(nèi)的試刑；-將力施加在所述混合通道(107)中的試劑上；以及-使所述液體通過所迷混合通道(107 )的所述出口 (110)流入所 述輸出通道(lll)內(nèi)，從而使所述液體與所述試刑進(jìn)行充分混合.
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述混合通道(107 ) 具有介于所述進(jìn)口 (108)與所述出口 (110)之間的供給部段(113) 和沿流動方向位于所述出口 (110)下游并與所述進(jìn)口 (108)相對的互 補(bǔ)部段(114)，部分體積的液體從所述混合通道(107 )的所述供給部段(113 )和 所述互補(bǔ)部段(114 )流動通過所述出口( IIO)而進(jìn)入所述輸出通道(111) 內(nèi)，從而使得通過將力施加在液體上而支持這兩處的部分體積的液體進(jìn) 行的混合.
15、 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述施加的 力是通過所述微流控元件的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力.
16、 根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項所述的方法，其特征在于，所 述微流控元件是試驗栽體(101 )且所述通道結(jié)構(gòu)是樣品分析通道(104 ), 所述樣品分析通道包括樣品進(jìn)口 (105)和測量區(qū)域(106)
全文摘要
微流控元件，特別是用于對液體樣品中包含的分析物進(jìn)行分析的試驗載體(101)，具有基板(102)和通道結(jié)構(gòu)，所述通道結(jié)構(gòu)通過所述基板(102)而被封閉。所述通道結(jié)構(gòu)包括細(xì)長混合通道(107)和輸出通道(111)。所述混合通道(107)具有進(jìn)口(108)和出口(110)，且被實施以使所述混合通道中包含的試劑與流動通過所述進(jìn)口(108)而進(jìn)入所述混合通道(107)內(nèi)的液體進(jìn)行混合。所述混合通道(107)的所述出口(110)與所述輸出通道(111)流體連通。所述出口(110)被定位在比所述進(jìn)口(108)更接近所述混合通道(107)的長度的中間的位置處。
文檔編號B01F5/06GK101455949SQ200810185508
公開日2009年6月17日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月13日
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