亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：均衡集成式pcr-ce微流装置内的压力的压力歧管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种装置，该装置包括具有多个可选地通过毛细通道连接起来的井区的芯片；和歧管部件，该歧管部件被配置成设置在芯片上方，以均衡井区和毛细通道上的压力，防止井区和通道内液体的蒸发、冷凝及非故意移动。
背景技术：
自Wilding及合作者首先在微芯片装置中的腔室内进行PCR之后，微流PCR得到了发展(Wilding, P. , Shoffner,Μ. Α. , Kricka, L. J. , :PCR in a silicon microstructure, Clin. Chem.，1994，40，1815-1818)。Northrup等人描述了一种装置，该装置将在不同衬底上制造的PCR反应器和毛细管电泳(CE)模块连接起来(WooIley, Α. Τ.，Hadley，D.， Landre,PI,deMeIlo AJ. ,Mathies,R. A,Northrup,M. A. !Functional integration of PCR amplification and capillary electrophoresis in a microfabricated DNA analysis device, Anal. Chem.，1996，68，4081-4086)。随后，Burns 的小组开发出一种集成式装置，该装置可执行PCR和基于凝胶的电泳(Burns, Μ. A, Johnson, B. N.，Brahmasandra, S. N. , Handique, K, Webster, J. R. , Krishnan, Μ. , Sammarco, Τ. S. , Man, P. Μ. , Jones, D., Heldsinger,D. ,Mastrangelo,C. H. ,Burke,D. Τ. :Αη integrated nanoliter DNA analysis device, Science，1998，282，484-487)。来自 Mathies 小组的 Lagally 及来自 ACLARA 生物科学的Koh也证实了集成式微流装置中的PCR-CE(Lagally，Ε. Τ.，Simpson, P. C.， Mathies, R. A :Monolithic integrated microfluidic DNA amplification and capillary electrophoresis analysis system, Sensors and Actuators B,2000,63,138—146 ; and Koh, C. G. , Tan, W. , Zhao, Μ. , Ricco, A. J. , Fan, Z. H. !Integrating polymerase chain reaction, valving, and electrophoresis in a plastic device for bacterial detection, Anal. Chem.，2003，75，4591-4598)。Hess 等人使用反应器在高压下执行 PCR， 以便控制核酸杂交(Hess, R. S. , Laugharn, J. A Jr. , Green, D. J. , Pressure-controlled nucleic acid hybridization，2004 年 6 月 22 日公开的美国专利 6753169B2)。执行PCR所需的温度可以达到95°C，该温度接近于水的沸点。在此高温下，蒸发严重，并且可以改变反应溶液的浓度，并且降低PCR的效率。PCR腔室中的溶液内可能产生气泡，在微流通道内产生压力差，并且将液体推挤到目标区域之外。比如，可能会将分离缓冲液移动到CE分离通道之外。此外，通常在许多微流装置中使用的阀门比如凝胶阀、蜡阀 (wax valve)和憎水材料无法重复使用，从而将装置限制于仅仅在PCR反应的最后阶段或者在终点处检测PCR扩增(amplification)。需要一种一次性PCR装置，以便避免延误和交叉污染问题。此外，虽然可以使用阀门防止蒸发和液体移动，但将阀门结合到微流PCR装置将会极大地增加制造成本。同时，在微流PCR系统当中使用阀门将会出现问题，因为一旦这些阀门启动，这些阀门就趋向于失去其功能，因此不允许对反应腔室中的产品进行连续或者多次采样。提供了一种具有歧管的装置，用于抑制或者防止比如在PCR循环过程中因微流通道网络中的压力差所引起的液体蒸发、冷凝和非故意移动。

发明内容
本发明提供了一种歧管装置，用于和微流芯片一起使用，所述微流芯片包含可选地通过毛细通道连接起来的井区，所述歧管装置包括歧管部件，所述歧管部件被配置成设置在所述芯片上方，用以均衡所述井区和所述毛细通道上方的压力。提供了一种装置，该装置包括具有多个井区的芯片，该多个井区可选地通过毛细通道连接起来；和歧管部件，该歧管部件配置成设置在芯片上方，以便均衡所述井区和毛细通道上的压力。歧管部件可以放置在聚合酶链式反应(PCR)毛细管电泳(CE)芯片的上方，以便抑制或者防止PCR循环过程中井区和芯片通道之间的压力差所引起的芯片内液体蒸发、冷凝和非故意移动。应当理解，前面的概述和接下来的详述都仅仅是示例性和解释性的，而并不用于限制所要求保护的发明。虽然下面描述的实施例涉及具有微流PCR-CE芯片的装置的使用， 但装置本身不限于与这种芯片一起使用。结合在本说明书中并且构成了本说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且和描述共同用于解释发明原理。当附图之间使用相同的标号时，这些标号指的是相同或者类似元件。此外，在本公开中描述的任何一个或者全部文献通过引用结合于此。


图1为本发明装置的实施方式。图2A、2B和2C为本发明装置的实施方式。图3A示出了本发明实施方式的示例性测量结果，而图;3B示出了控制系统的测量。图4为PCR成长曲线。图5为在PCR目标产品开始可以被检测时在第18个循环时毛细管电泳(CE)分离的电泳图。图6提供了从0副本到10万副本的CE分离结果的电泳图。图7为本发明装置的另一实施方式。图8为本发明装置的又一实施方式。图9为本发明装置的另一实施方式。图10为本发明装置的另一实施方式。
具体实施例方式现在将详细参照本发明的示例性实施方式，其实施例示于附图中。在可能的情况下，所有附图中将使用相同标号标示相同或者类似部件。
文中描述的本发明的实施方式为在微流装置中使用的歧管，用于抑制或者防止在 PCR循环过程中由微流通道之间的压力差所导致的液体的蒸发、冷凝和非故意移动。歧管允许微流装置的井区和微流通道与外部环境隔绝，从而在PCR循环过程中不会产生压力差。 该歧管同时允许将外部压力源连接到所有井区。施加外部压力升高了 PCR溶液的沸点，从而可以抑制热循环过程中的蒸发。本发明的一个实施方式展示于图1中。微流装置100包括歧管块200和微流 PCR-CE芯片300。歧管块200具有互连通道210，互连通道210可以和微流PCR-CE芯片300 当中的各个井区相接口。歧管块200的顶部还具有外部压力端口 220。歧管块200可具有多于一个的外部压力端口，并且一组互连通道可以导向一个端口，而另一组通道可以导向另一个端口。所示的PCR-CE芯片300具有总计八个由通道320互相连接起来的井区310， 但是根据需要，该芯片可具有更多或者更少的井区，并且通道可以相应设置。通道320可以从井区310的底部开始，并且在芯片300当中延伸。根据应用，各井区的大小可以一致也可以互相不同。多个垫圈250(比如0形环)夹设在歧管块200与PCR-CE微流芯片300之间。 歧管块200、垫圈250及PCR-CE微流芯片300固定在一起，以便将井区310和通道320与外部环境隔绝。可以通过歧管块200顶部的端口 220施加来自外部压力源140的调节后的外部压力。歧管块200用于均衡微流装置100当中的气体或蒸气所产生的压力差。IOOpsi 或IOOpsi以下及IOpsi或IOpsi以上的压力可用于控制微流装置100内升高的孵化温度 (incubation temperature)下的溶液蒸发。压力可以为大约20psi_40psi，并且进一步在大约30psi-40psi之间。然而，压力并不限制于IOOpsi或IOOpsi以下。根据对更大压力的需要，压力上限可以更高，以便比如进一步降低溶液沸点。在变性步骤中，PCR内的温度可以升高到95°C。在该温度附近，可能发生蒸发，并且可能产生气泡。在微流装置中，这些变化可能导致在不同隔间和通道之间产生较大压力差，并且可能引起液体无法控制的蒸发、冷凝和非故意移动。在本发明的另一示例性实施方式中，在图2A中以截面图示出的歧管块400由压克力塑料(acrylic plastic)制成。将歧管块400设计成设置在微流PCR-CE芯片500的上方，芯片500总共具有八个井区510，这些井区与0形环515 (侧视图中仅仅可以看到4个) 交叠，以便将这些井区密封起来，但是井区数量可以根据需要改变。设置在歧管块400当中的互连通道410被配置成在其端部与PCR芯片500上的各井区510相接口。互连通道410 汇聚到外部端口 420，该外部端口 420导向外部压力源(图未示)。在另一个示例性例子中， 图2B示出了不同类型的井区，其中各井区510除了具有沟槽(trench) 530之外，还具有管状延伸部520。管状延伸部520可用于扩大井区的沟槽530的液体容量。管状延伸部520 可具有大约5-50 μ 1的容积。然而如图2Α所示，可以通过使各井区510具有完全在芯片 500当中的适当尺寸来提供各井区510所需要的必要容积。注意该例子当中的歧管块400 还示出了电极440，该电极440通过互连通道410从该块的顶部延伸到井区510，用于施加电压。根据结构和需求，井区510可具有或者不具有这种电极(图1和图2Α没有示出任何电极，但是可以以类似方式提供电极)。可以通过环氧胶450将所产生的用于插入电极440 的孔密封起来。而且在该例子中，外部端口 420设置在歧管块400的侧部，并且在相对端具有插块430，以便获得良好密封性。图2C示出了本发明的另一实施方式。该实施方式中的构件对应于图2Β中的构件，并且具有和图2B中的标号相同的标号。图2B的实施方式与图2C的实施方式之间的主要区别在于图2C当中的电极440并入到歧管块400当中，因此独立于空气管路(也就是互连通道410)而提供。这种结构允许具有更好的电极绝缘性，并且有利于更牢固地将井区密封起来。在图2A的当前实施方式中，各井区510的容量大约为25 μ 1。然而，可以根据应用对各井区的容量进行适当设计，以便容纳可能从0. Inl变化到500 μ 1的样本大小。为了进行PCR，样本大小的范围通常为1 μ 1-100 μ 1。因此，可以适当地对用于PCR芯片500的井区进行设计，以便具有比如ι μ 1-100 μ 1的容量，从而容纳PCR样本。示例性的歧管块400 的互连通道具有大约Imm的通道宽度和大约为500 μ m的深度。通道尺寸为示例性的，并且可以根据设计和目标应用而变化。歧管块400的示例性尺寸为37mm χ 22. 4mm xl2mm。然而，该歧管块的尺寸不应限制于文中描述的示例性尺寸。歧管块本身的尺寸可以根据比如 PCR芯片的井区数量和/或它们的容量大小改变。现在将描述用于实现图2A中的PCR的示例性方法。各PCR 25 μ 1反应包含1XPCR 缓冲液；0. 4mM dNTP ；3mM MgCl2 ;250nM 正向弓丨物(forward primer) CTCACCTATGTGTCGACCTG ；250nM 反向引物，GGTCGAGTACGCCTTCTTG ；1 μ 1 BCG 基因 DNA (IO5 个畐丨J本)；及 IU rTaq DNA 聚合酶(polymerase)。将25 μ 1的PCR反应混合物从一个井区510添加到PCR芯片500。然后可选地使井区510覆上大约1 μ 1的矿油。然后将歧管块400、0形环515和PCR芯片500固定在一起。在装配后的结构中，PCR芯片500的井区510具有由歧管块400当中互连通道410所形成的公共压力通道，以便平衡任何压力差，并且允许将外部压力施加到井区510，以便进一步抑制或者防止液体的蒸发、冷凝和非故意移动。然后将装配后的歧管-PCR芯片固定在热循环器600的加热块的顶部(参考图2Α)。通过歧管块400的顶部的外部端口 420施加 30psi的外部压力。还进行管体控制反应，以便将标准系统的DNA产率和歧管块-PCR芯片组件的DNA产率进行比较。使用以下循环方案进行PCR =Ix 96 °C, 30s ；并且 40x96°C，15s，62°C，15s，及 72°C， 30s。使用DNA IOOOkit在Agilent生物分析仪上对1个μ 1的产品进行分析。图3Α示出了井区内具有矿油的歧管块-PCR芯片组件的并且将30psi的压力从外部源施加到该组件后的13.73ng/y 1的DNA产品产率。图示出了控制反应(其中在管体内进行PCR反应)的17. 36ng/ μ 1的DNA产品产率。用该设置成功地证实了 159_bp BCG 目标的扩增，并且产率为控制管体反应的80%。表 A
权利要求
1.一种歧管装置，用于和微流芯片一起使用，所述微流芯片包含可选地通过毛细通道连接起来的井区，所述歧管装置包括歧管部件，所述歧管部件被配置成设置在所述芯片上方，用以均衡所述井区和所述毛细通道上方的压力。
2.根据权利要求1所述的歧管装置，其中所述歧管部件还具有互连通道，所述互连通道的端部配置成面对所述芯片，并且分别在所述井区上方对齐，所述互连通道被配置成导向所述歧管部件外观面处的开口，并且其中，每个井区一个垫圈，各垫圈放置在井区上，并且各垫圈被配置成将所述歧管部件与各井区之间的接口密封起来。
3.根据权利要求2所述的歧管装置，其中在各井区具有管状延伸部时，所述垫圈放置在各井区的所述管状延伸部上，并且所述歧管装置被配置成放置在各管状延伸部的所述垫圈上。
4.根据权利要求1所述的歧管装置，其中一个垫圈环绕所述井区和所述毛细通道，以将所述歧管部件与所述芯片之间的接口密封起来，从而将所述歧管部件设置在所述芯片的上方来均衡所有井区和毛细通道的压力。
5.根据权利要求4所述的歧管装置，其中所述歧管部件具有位于所述芯片的所述井区和所述毛细通道上方的腔室，并且空气通道从所述歧管部件的外观面处的开口导向所述腔室。
6.根据权利要求5所述的歧管装置，其中各井区具有管状延伸部，并且所述歧管部件设置在具有所述管状延伸部的各井区的上方，将所述井区密封在所述腔室内。
7.根据权利要求1所述的歧管装置，其中所述歧管部件为无阀门歧管块。
8.根据权利要求1所述的歧管装置，其中芯片设置在基体上方，并且所述歧管部件被配置成通过垫圈与所述基体接触，以完全将所述芯片封闭在所述歧管部件与所述基体之间形成的腔室内。
9.根据权利要求1所述的歧管装置，其中所述歧管部件具有穿过其自身设置、到达所述芯片的所述井区的电极。
10.根据权利要求1所述的歧管装置，其中电极不通过所述歧管部件设置，而是嵌入或者印刷在所述芯片上，以便将电压施加到所述芯片的所述井区。
11.一种歧管装置，用于和具有多个井区的微流芯片一起使用，所述多个井区可选地通过毛细通道连接，所述歧管装置包括被配置成设置在所述芯片上方的歧管部件，其中所述歧管部件具有互连通道形成的多个组，每个组的互连通道的端部配置成面对所述芯片，并且分别在所述井区上对齐，并且每个组的互连通道配置成导向所述歧管部件的外观面处的开口，从而形成和组的数量一样多的开口。
12.根据权利要求11所述的歧管装置，所述歧管装置还包括设置在所述芯片的各所述井区上以便将所述歧管部件与各井区之间的接口密封起来的垫圈。
13.根据权利要求12所述的歧管装置，其中各井区具有管状延伸部，并且所述垫圈放置在所述管状延伸部上。
14.根据权利要求13所述的歧管装置，其中所述歧管部件被配置成与各管状延伸部上的所述垫圈接触，以将所述芯片的所述井区密封起来。
15.根据权利要求11所述的歧管装置，其中所述歧管部件为无阀门歧管块。
16.根据权利要求11所述的歧管装置，其中所述歧管部件具有穿过其自身设置、到达所述芯片的所述井区的电极。
17.根据权利要求11所述的歧管装置，其中电极不是通过所述歧管部件设置，而是嵌入或者印刷在所述芯片上，以便将电压施加到所述芯片的所述井区。
18.一种装置，其包括具有多个井区的芯片，所述多个井区可选地通过毛细通道连接起来；和根据权利要求1所述的所述歧管装置。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述装置为微流装置，并且所述芯片被配置成执行聚合酶链式反应和毛细电泳。
20.根据权利要求18所述的装置，所述装置还包括连接到所述歧管部件开口的压力源，用于均衡所述井区上方的压力，以抑制或者防止液体的蒸发、冷凝和非故意移动。
21.一种装置，其包括具有多个井区的芯片，所述多个井区可选地通过毛细通道连接起来；和根据权利要求11所述的所述歧管装置。
22.根据权利要求21所述的装置，其中所述装置为微流装置，并且所述芯片被配置成执行聚合酶链式反应和毛细电泳。
23.根据权利要求21所述的装置，所述装置还包括连接到所述歧管部件各开口的压力源，用于调节所述互连通道内和所述井区处的压力。
全文摘要
本发明涉及均衡集成式PCR-CE微流装置内的压力的压力歧管。本发明提供了一种装置，该装置包括具有多个可选地通过毛细通道连接起来的井区的芯片；和歧管部件，该歧管部件被配置成设置在该芯片上方，以便均衡该井区和毛细通道上方的压力。
文档编号G01N35/10GK102565441SQ20111034421
公开日2012年7月11日 申请日期2008年5月15日 优先权日2007年5月15日
发明者张建平, 李琛, 陈秩雄 申请人:和光纯药工业株式会社