基于分离的高处理量分析系统的制作方法

专利名称：基于分离的高处理量分析系统的制作方法
相关申请本申请要求于2001年5月15日提交的美国专利申请第09/859,962号和于2000年8月2日提交的美国临时申请第60/222,491号以及于2001年3月16日提交的第60/276,731号的优先权。上述这些申请中的整个内容的通过完整地参考结合于此并适用所有的目的。
背景技术：
基于分离的分析是生物研究的主要部分，可以用于表征不同生物样本、反映产物等。一些更加普遍的基于分离的分析的例子包括对大分子物种(例如，蛋白质与核酸)的电泳分离。虽然已开发了能够完成这些基于分离进行分析的常规技术，而且在某些情况下处于相当高的速率，但这些系统仍旧要比最佳处理量慢且是劳动密集操作。例如，常规的平板凝胶电泳是非常耗时且劳动密集的过程，其中在平板凝胶中电泳地分离样本，该过程要耗用一个到几个小时。凝胶及其包括的样本随后必须被染色并退染色，以便于在凝胶中检测分离的物种。染色和退染色过程要再一次耗用几个小时来完成。还开发了毛细系统，它通常是可自动的并仍然需要长运行时间来完成适当的分离。
在基于分离的分析中还应用了微流体器件，并已在速度和准确性上产生了大量的优点。但是虽然有这些优点，商业上可提供的微流体分离系统还无法达到通常想要的处理量。因此，特别有用的是提供在处理量以及准确性和自动性上已得到改进的分析系统和方法。本发明就满足了这些以及其它的需要。
发明概述总的来说，本发明提供了基于管道的系统，该系统在单独的分析单元中结合大批材料的移动和电动能分离。这通常采取以大量装载包含所感兴趣样本材料的流体为形式，随后进行该样本材料组成成份的电泳分离。
在第一方面，本发明通过提供一种系统从而提供了将样本材料分成多个部分的方法，该系统包括在其中分布分离导管的基体以及在沿着样本装载导管的中间点上与分离导管进行流体连通的样本装载导管。该方法包含在分离基体基本上不偏离于分离导管的情况下将大量样本材料流入样本装载导管，随后将一部分样本材料注入分离导管中。注入的样本材料被随后分为多个部分。
在相关的方面中，本发明还提供了与上述相似的方法，除了一点不同，即在样本材料的分离之间，例如，在特定分离之前或之后，不是在分离导管中的所有分离基体都被替换掉。
本发明还通过提供一种系统从而提供了将样本材料分成多个部分的方法，该系统包括其中含有分离基体的分离导管、与分离导管进行流体连通的样本装载导管、与样本装载导管进行流体连通的样本材料源以及与样本装载导管进行流体连通的第一反应物源。该样本材料和第一反应物被转移到样本装载导管中，使得样本材料和第一反应物形成第一混合物。该第一混合物的一部分被注入到分离导管中；且在第一混合物一部分中的样本材料被分成多个部分。
相关地，本发明提供了一种分离系统，该系统包含含有第一流体阻力和设置在其中的可流动分离基体的分离导管。该系统还提供了与分离导管流体连接并具有第二流体阻力的样本装载导管，以及用于将样本材料转移至样本装载导管的样本装载系统。第一流体阻力比第二流体阻力高出好多以避免当样本材料被转移到样本装载导管中时分离基体的大量偏移。
在相似的方面，设置的分离系统包含在其中分布可流动分离基体的分离导管、与分离导管流体连接的样本装载导管、与样本装载导管进行流体连通的样本材料源、以及通过第一反应物介入管道与样本装载导管进行流体连通的第一反应物源。随后将压力源或真空源与样本装载导管耦连，用以在整个样本装载导管上施加压力差，其中样本装载导管和第一反应物介入管道的尺寸，便于样本材料和第一反应物在所施加的压力差下以预选的速率转移至样本装载导管中。
附图简述

图1用示意图描绘了含器件的微流体管道的分层结构。
图2A是一种微流体器件的管道设计，该微流体器件特别适合本发明基于分离的分析工作。图2B描绘了图2A微流体器件的侧视图。
图3A是根据本发明用于完成分离分析的一个可替换管道设计。图3B示出了用于完成基于分离分析的一个较佳管道的设计。图3C示出了用于执行基于分离分析的较佳管道设计，该管道融合了一个后分离反应步骤。图3D示出了另一个用于完成基于分离分析的可替换管道设计。
图4是根据本发明的用于完成高处理量基于分离分析的整个系统。
图5是在使用本发明器件和方法的基于ΦX174/HaeIIIDNA分离分析中的荧光与时间的曲线。
图6是在使用本发明器件和方法的包括后分离稀释步骤的标准蛋白质梯形物的分离中荧光与时间的曲线。
本发明的详细描述I.本发明的总方面本发明总的来说是针对于完成包括分离功能(比如，应用分离基体)的分析操作的改进方法和系统。特别是，这些方法和系统特别适合基于分离(比如，核酸分离、蛋白质分离等)的高处理量分析。
特别是，本发明的方法和系统通过大量将样本材料流入装载导管中的流体的装载过程进行各个样本的装载来获得高速的处理量。在样本装载之后，通过比如电泳分离对与装载导管流体连接的分离导管中的一部分样本材料进行分离。因为样本被大量地流入到装载导管中，所以样本可被连续地装载，用于在分离导管中的连续分析。
在互连导管中流体的大量装载中，流体有流入或被推入到多个互连导管中的趋势。在所述系统的情况下，经常需要防止样本材料大量流入分离导管以避免在所分析样本材料量上的不确定性，并防止用于分离导管中的任何分离基体产生巨大偏移。因此，在本发明的内容中，通常将系统设计成允许这种流体流过样本装载导管，而在分离导管中的任何分离基体基本上不会产生偏移或使该基体偏移到部分和/或预选的程度。
本发明还提供了装载样本材料同时将该材料与另外的诸如标志化合物(比如，分子量标准、标记化合物、稀释剂等)之类的反应物混合。通过将反应物混合步骤与装载功能结合，可消除稀释、内标准添加等的额外的样本制备步骤，这些通常独立于分离系统进行，比如，在多管井场板中进行。
一些额外的特征可选择性地包括于所述的系统，用于特定的操作和处理，这些将在下文中作总体上详细的描述。
II.系统根据本发明，提供的系统用于完成基于分离操作的分析。同样的，这些系统通常采用在其中分布分离基体的分离导管。所提供的样本装载导管以流体连接于分离导管，从而允许样本材料到分离导管的输送，并在其中完成一部分分析的操作和检测。样本和分离导管可采用多种不同的形式，包括简单地将管道或将毛细管连接在一起以形成所述的互连导管。但是，在较佳的方面中，这样的系统可以嵌入在集成体结构或微流体器件中，其中导管是以单片衬底制成的。
通常，这种个体结构以分层结构制造的，其中所制造的第一衬底是包括一个或更多蚀刻、雕刻、压纹、浇铸或其它方式制造成的槽的平面衬底。这些槽通常决定了微流体器件体结构的互连管道网的至少一部分设计。随后将第二衬底层覆盖并键合于第一衬底的平面以密封地包装槽，并从而决定了器件的所封电路或管道。
在图1A中示出了简化流体器件的分层结构的示意图。为了在与正常操作比较时便于描绘所示的器件被倒置。如图所示，整个器件100是由两个平面衬底层102和104制得。所示的器件还包括与最终结构连接的采样元件或毛细管106。在制造所示器件的过程中，将槽108的网制成在衬底102的表面中。可根据器件要进行的操作类型将槽制造成多种不同的配置或网络几何形状。如图所示，每个槽都终止于穿通衬底102的孔或口中，比如口110-118。当衬底102和104被匹配在一起并如箭头所示地被键合在一起时，将槽网密封以确定所包含的管道网。口110-118在一侧上密封以确定流体存储并将点接入到管道网中。毛细管元件106被插入并附着于孔120，孔120的定位使分布于毛细管106中的管道106a将与管道网108进行流体连通。在图1B中描绘了一组装后的完全导向的器件。
根据本发明，在集成体结构中充分提供了分离和样本装载导管或管道。在特别较佳的方面中，这些导管是微量尺寸，也就是说，它们具有至少小于500μm的剖面尺寸，比如在大约0.1到500μm之间，较佳在大约1μm和200μm之间，更佳地在大约1μm到100μm之间。这种集成的器件，作为它们在控制其操作时所具有精确公差和准确性的结果，可提供多个优于先前所述系统的优点。
样本装载导管，除了与分离导管进行流体连通，还与至少样本材料的第一源进行流体连通。在集成体结构的情况中，样本材料源可与体结构结合，比如，作为一个或更多个分布于体结构中并与装载管道进行流体连通的容器。另外，样本材料源可在体结构的外部，比如，一个试管或在多管井场板中的井，它被设计成通过采样吸移管或毛细管元件与样本装载导管进行流体连通，采样吸移管或毛细管元件本身与样本装载管道或它的一部分连接着。
在图2A和图2B中示出了包括样本装载导管和分离导管的集成器件的例子。如图所示，器件200包括主体结构202。体结构202装入了分离管道204和至少一部分样本装载管道206。如图所示，整个样本装载管道206包括外部采样吸移管214(图2B中)或毛细管，它具有穿过自身的毛细管管道或导管，后者通过口212与管道206进行连通。吸移管214在一端开口从而能够接触比如试管、多管井场板等外部存储容器的样本材料。另外，可设计样本装载管道可与代替外部采样吸移管214的集成于器件主体结构202的一个或多个不同样本材料容器(未显示)进行连通。在美国专利第5,779,868中详细描述了微流体器件的采样吸移管，在这里通过完整地参考结合于此。
如图所示，分离管道204一边与缓冲剂容器228进行连通，另一边与废料容器224进行连通。除了提供用于缓冲剂、分离基体和分析之后的废料材料的容器以外，这些容器还提供了与电泳分离的电气接触。特别地，电极被设计成与比如容器224和228中流体相接触，从而通过分离管道204施加所需电流从而将样本材料电泳地分成多个部分或成份元素。类似地，样本装载管道206的一边流体地连接于样本吸移管214(或一个或多个样本吸移管(未显示))，在另一边与废料容器218连接。废料容器218可选择地提供真空源的连接口，用以通过大量的流体流动将样本材料吸入到样本装载管道206中。在某些情况中，大流量的样本材料和/或其它反应物既可通过向废料容器218施加真空来驱动，也可以通过向样本材料或反应物容器或两者的组合施加正压来驱动。
如图所示，将样本装载管道206通过注入管道208与分离管道204进行连接，从而在样本装载管道和分离管道之间形成流体结点，该结点在一个端点附近插入样本装载管道206，与分离管道204相交叉并在另一端点连接容器226。虽然所示的是在样本装载管道和分离管道之间的中间点上，但由管道208表示的流体结点可根据所需的应用选择性地设置在这些管道中的一个或两个的端点。
如在分离和样本装载管道的情况中那样，所示的容器可选择性地提供缓冲剂和/或废料的存储，并还提供对器件管道的接触以控制从样本装载管道206到分离管道204的材料的移动(也被称为样本材料的“注入”)。
选择性地，可在器件200的集成主体结构202之中设置比如容器222的一个或更多个额外的反应物容器。这些额外的容器提供了可用于要进行的分析操作中的额外反应物。这种反应物的例子包括，比如内部标准，比如大小基于分离的分子量标记和标志化合物，比如插入的染料、亲和标记等，稀释剂、缓冲剂等。反应物容器222通过反应物导入管道210流体连接于样本装载管道206。
额外的容器220也被设置通过管道216流体地连接于样本装载管道206。在所示的器件中，该额外的容器和管道被用于施加必须的源动力，从而从样本装载管道206通过注入管道208向分离管道204注入样本材料。在电动能注入的情况中，这通过在容器220和容器226之间施加电流，从而电动能地移动材料通过注入管道208和分离管道204的交叉点来完成。类似地，可在这些容器之间可选择地施加压力差以通过该交叉点大量流动样本材料。在使用大流量注入的情况中，较佳地在每个容器(以及吸移管)处可同时调节压力以保证通过交叉点的流量以控制的方式发生，比如，无过多流入分离管道主要部分的流量。
根据所述的方法和系统也可选择性地完成额外的后分离反应，包括后分离标记、稀释、加热等。这样的后分离处理通常包含添加连接于废料容器端的分离管道的容器和管道，但是要在管道内的检测区内完成。在某个较佳的方面，比如，在蛋白质分离中，应用后分离稀释步骤以稀释清洁剂，即SDS的量，直到临界胶束浓度，从而优化被标记蛋白质对无清洁剂胶束的检测。在出版的PCT申请号WO00/46594中详细描述了这种柱后处理，并通过参考全文结合于此。在图3C中示出了用于进行这种后分离反应的包含管道几何形状的微流体器件的例子。
除了微流体器件，本发明的系统选择性地包括额外的部件，诸如用于大量将样本材料流入样本装载管道的流量控制器、用于通过分离管道(以及选择性地注入管道)施加电流的电气控制器以及用于检测分离的样本材料部分的检测系统。
流量控制器通常包括与接口连接一起的一个或多个可变或恒定的压力源或真空源，用以操作地将该源耦连于容器。这种接口通常包括具有密封垫片、密封圈、插入耦合器等的端口，用于在压力或真空源和容器或端口之间提供密封的连接。该压力或真空源可根据要完成的特定操作施加固定压力或可变压力。固定和可变压力以及真空源都是已知，包括，比如蠕动泵、注射泵、隔膜泵等。压力和/或真空源通常耦连于一个或更多个器件上的不同容器，从而在一个或更多个容器上控制压力。在比如于2000年2月23日提交的美国专利申请60/184,390号中描述了与压力无关的多容控制器的例子，并通过结合参考于此。使用比如电渗透的电动能的力，通过包括集成或外部的电渗透泵系统也可选择性地控制大流量的控制。在美国专利号6,012,902中描述了电渗透泵的例子，本文通过参考结合于此。多种其它的大流量流体的方法也可用于实践本发明。例如，可应用离心力来针对其中的管道网被制成转子形个体的流体运动，在其中，流动的方向从转子的中心成放射状向外延伸。类似地，可对大流量流体使用壁剪方法，比如，通过移动相对彼此的反向表面。也可选择性地应用毛细管力来引起管道网中的大流量运动(见比如，公开的PCT申请WO00/43766号，通过参考结合于此)。其它的大流量流体的方法包括气体发生技术或基于温度变化的流体/气体扩张/压缩方法，比如，见Lipshutz等人的美国专利6,043,080号，通过参考全文将其结合于此。
除了在样本装载过程中控制大流量流体之外，本发明的系统还包括用于控制将样本材料注入到分离导管以及通过分离导管移动样本材料从而完成所需的分离/分馏。如以上所指出的，注入和分离操作可选择性地使用基于压力或大量流体移动的方法来执行，比如，使用压力注入样本并使用基于压力或含样本材料的大量流体来通过适当的分离基体进行分离。在这种情况下，仅仅延伸了上述的大流量控制器以控制在这些微流体器件额外部分中的流动。但是在较佳的方面中，注入和分离操作中至少一项要通过样本材料的电泳移动来执行，比如，在无大流量流动的情况下。
在这种情况下，这些操作的控制器通常包括通过合适电路耦连于电接口的电源，接口通过系统的适当导管，比如注入和/或分离导管，来传输电流。通常，这些接口包含电极管脚，这些电极管脚固定于要插入到器件容器中的控制器的接口部件。但是，可选择地，该接口可包含，比如接触连接片、插入耦合器等与包括分离导管的器件体结构上的电气接触相连接的电气接触。这些接触随后通过分布于体结构上或体结构内的电路传输电流通过合适的导管，其中电路向容器或导管传输电压。在美国专利5,955,028号中描述了不同接口情况的例子，本文通过参考结合于此。
除了控制元件之外，本发明的系统通常还包括检测系统，用于检测分离管道内样本材料的分离部分，即跟踪分离。检测系统可根据多种著名的检测方法，包括荧光光谱学(激光引发和非激光方法)、UV光谱学、电化学检测、热检测、基于电容的检测(见公开的PCT申请WO99/39190号)、基于质谱测定法的检测，比如，MALDI-TOF和电子束，可容易地设置这些以直接从毛细管或微流体器件出口等接收材料。在较佳的方面中，使用了光检测方法，更确切地说是基于荧光的检测方法。这种检测系统通常包括以适当波长提供光线的激发光源以激发要检测的特定荧光种类。该激光光线随后通过合适的光学链，包括透镜、滤光器(比如，波长和/或空间滤波器)、分束器等，并直接穿过，比如目标透镜，到达分离导管的半透明部分。作为荧光类，样本材料的成份或部分通过激发光，并且它们发出荧光。荧光发射随后被收集并通过目标透镜和同一个或另外的光学链传送回光传感器，比如光电二极管、光电倍增器、CCD等。
该系统通常还包括处理器，比如计算机，对它进行编程以记录从检测器接收到的数据，并选择性地分析数据，比如，对峰值求积分、计算保留时间、用内部标准校准分离等。还可较佳地对该处理器进行编程，从而根据一系列事先编好的和/或用户输入的指令(例如，大量流动或电动地移动材料有多快，应该从样本源阵列中采样的位置，比如微型板中的管等)监测并指导控制器的操作。
还可根据所完成的特定应用选择性地向所述的系统添加一些其它元件，包括比如，温度控制元件，例如用于所述器件的加热和/或冷却部分加热和冷却元件；以及用于在器件附近移动样本板和/或以获取整个系统的不同材料和/或功能性的机械控制元件。总的来说，所有这些额外的元件都在商业上有供应并容易适用于所述的系统。
在图4中示出了如上所述的整个系统的示意图。如图所示，该系统包括如图2和图3所示的微流体器件400。该微流体器件400通常可操作地耦连于控制器系统402。该流量控制器402向器件400管道内的材料施加源动力以执行所需的操作。根据所述的较佳方法，并参考图2和图4，控制器402通常包括压力和/或真空源以及电源。该电源通过使用电连接器408耦连于电动能运动所需通过器件的管道，例如，分别通过容器220和226以及224和228的注入管道208和分离管道204，其中的电连接器408连接或本身就是分布在与其中的流体相接触的容器的电极。压力/真空源通常耦连于压力所引起的大流量所需的管道，例如管道206和/或222，和/或毛细管元件214。在本发明较佳方法的情况中，单独的真空源通常经真空管道410与容器218连接，以将材料从毛细管元件(并由此，任何设置于毛细管的样本源)以及反应物容器222吸入并通过管道206。应该注意的是，电气耦连通常通过连接于电源并浸入器件容器的电极来完成。压力/真空连接通常包含，比如应用垫片或密封圈，来使用密封压力连接从而将压力传递给容器，这如连接器412所示的。总的来说，在美国专利5,955,028号和6,071,478号中描述了这类的仪器/设备的接口，本文中通过参考其全部结合于此。压力或真空源通常被广泛地使用，且会根据特定场合的需要而变化。通常，对于微流体的应用，将比如注射泵等的正偏移泵用作压力或真空源。包括蠕动、隔膜和其它泵的多种其它的泵可容易地应用。
检测器404也通常应用于整个系统中。该检测器通常设置在一个或多个器件管道的传感通讯中。如在此处所使用的，术语“在传感器通讯中”是指定位检测器使之能够从管道的容量中接收可检测的信号。在光信号的情况下，这只需要定位检测器使之从管道内的材料接收光信号。这通常通过将光检测器定位于邻近管道段的透明或半透明部分从而它可以接收光信号来完成。光检测器通常在现有技术中是已知的，并且包括基于荧光的检测器(强度和极化)、分光光度检测器、光散射检测器等。对于其它的检测配置，比如电化学检测，经常将检测器或检测器的一部分设置为通过比如，电极、基于半导体的传感器或微电机传感器(MEMS)，与含器件管道内的流体相接触。也可在所述的方法中有选择性地应用另外的检测器，包括’管道外检测配置，例如，通过MALDIFOF的基于质谱测定法的检测或电子束质谱测定法。这些检测配置已在前面有所描述。
除了检测器404、控制器402和器件400，整个系统通常包括计算机或处理器406，它可操作地与控制器402和检测器404耦连。该计算机通常既连接于检测器404又连接于控制器402。计算机通常包括编程，用以指示控制器的操作以根据用户规定的指令引导流体通过器件400的管道进行移动。另外，也可对计算机406编程以从检测器404接收并记录数据，并且可选择地分析数据以及产生用户可理解的输出或报告。
系统可选择地应用样本存取系统，例如，机械控制的x-y-z转换级以及其它多管井场板处理器件，用于向微流体器件的采样元件传输样本材料管，即使得毛细管能浸入到样本材料中，并在单独的板以及多重板上存取多个不同的井。商业上可提供的系统包括，比如，由Zymark公司提供的Carl Creative传送系统以及Twister系统，和比如由Parker Positioning Systems(定位系统)公司提供的机械控制的x-y-z转换臂。
III.压力装载/电泳分离如以上所指出的，本发明至少部分地针对于完成基于分离分析的器件、系统和方法，其中要分析的材料(“样本材料”)通过大流量流体被装载进样本装载导管中，并随后通过分离基体或经过基于压力的色谱学经受分离，例如强行或通过电泳使样本材料通过适当的分离基体(排斥、亲和、离子交换、憎水性/亲水性等)。此处使用的术语“大流量”是指流体穿过特定空间的移动，该移动在流体中携带着任何悬浮或溶解的流体成分。这点与这些穿过流体的各种成份的移动相反，它与流体本身(例如，在电泳中)的移动是无关的。
参考图2所示及以上所述的器件，容易描绘本发明的特征和操作。首先，将分离基体导入，或者分离基体已经与分离管道204相连，比如在制造过程中涂覆。在将分离基体导入分离管道的位置，通常放入容器224或228中的一个并允许在有额外施加的压力或无额外施加的压力的情况下通过毛细作用进入分离管道。通常，将分离基体设计为液体媒质或固相媒质的稀浆(例如，小球)。较佳电泳分离基体的例子包括聚合溶剂，例如线性聚丙烯酰胺、氧化纤维素聚合体等。在较佳的方面，在添加任何额外的流体成份之前将分离基体添加至器件的分离管道。随后将缓冲剂和其它的流体通过压力流添加到器件的合适管道，从而促使基体从这些管道出来。另外，可在整个系统都被注入缓冲剂之后添加分离基体，例如通过大量地使基体主要流入分离管道来完成。
样本材料随后被吸入样本装载管道206中，比如，通过设置外部吸移管214与样本材料源相接触并通过吸移管214和样本装载管道206吸入材料。在样本装载的过程中，任何进入样本装载管道206的分离基体被大流量的样本材料洗去。
因为样本装载管道206与分离导管204连接并通过大流量进行装载，所以通过比如，强行过早地将样本材料装入分离管道，或通过例如将基体推出管道或将其拉入样本装载管道以使分离基体偏离大量的延伸，来配置该系统，从而使样本材料的大量装载不会不利地影响分离导管204或其所含内容。如根据以下的讨论将变得清晰的那样，在这些系统中大量的偏移经常是允许的，而且事实上在某些场合也是需要的。
特别地，使样本材料大流量地进入样本装载管道206。如以上所指出的，在一方面，样本材料通过外部采样毛细管214被吸入样本装载管道，或有选择地来自一个或更多个集成样本材料容器(未显示)。将样本材料吸入样本装载管道通常通过向容器218施加负压(或真空)来进行，从而将样本材料吸入并通过样本装载管道。该管道可包括有助于完成所需操作的额外元件，包括，比如用于减少媒质/磁畴壁交互作用、电渗流等的表面涂层。
如图所示，器件200还至少包括第一反应物导入管道210，它将第一反应物容器流体地耦连于样本装载管道206。当样本材料被吸入样本装载管道206时，其它反应物也从容器222被导入样本装载管道206中。特别地，当施加真空以将样本材料通过毛细管214吸入样本装载管道206时，它同时通过管道210从反应物容器222吸入反应物，随后将该反应物与样本材料进行混合。想要的样本材料和其它反应物的比率可通过适当地设计材料被导入公共管道所通过管道的流体阻力的比率来获得，该公共管道例如为样本装载管道206、反应物导入管道210和毛细管214的结点。比如，通过向反应物导入管道210提供等同于采样毛细管214流体阻力的流体阻力，可在样本装载管道206中完成基本相等的反应物和样本材料的混合。类似地，在想充分稀释样本材料的情况下，例如当反应物是稀释剂的情况下，可向反应物导入管道提供比采样毛细管低得多的流体阻力(比如，低10X或更多)，以获得适当的稀释，例如10倍或更多。在图2A所示器件的情况下，还必须考虑到从分离管道204通过注入管道208进入样本装载管道的流量。但是，如图所示，为这些管道提供了充分高的阻力，比如通过狭窄的横截面和包括在内的粘性分离基体，从而可充分地忽略该流量的作用。
管道内的流体阻力通常通过改变管道的横截面积、改变管道的长度，或改变通过管道运动的流体的速度，或任何这些的组合来改变。在较佳的方面，通过设置不同的管道具有不同的横截面积和/或不同的长度来改变流体阻力。在制造微流体管道网的过程中容易考虑这两个参数，例如，通过改变管道的宽度或深度和通过改变管道的路径来改变其长度。在所示的器件中，通过向管道提供与采样毛细管相比大得多的横截面以得到较大的深度和宽度，来为反应物导入管道提供较低的阻力。这些尺寸，当与管道长度相结合时，为样本材料和反应物提供了合适的选择混合比，如所示的，反应物和样本材料的比率为3∶1。
一旦样本材料和选择性混合的反应物被装载到样本装载管道206中时，将一部分的样本材料从样本装载管道通过注入管道208移入或注入分离管道204。将一部分样本材料注入到分离管道可通过向注入管道208施加压力差以将样本材料移入分离管道来完成。另外较佳的是，一部分样本材料(或样本材料和反应物的混合物)的注入通过在整个交叉管道上施加电压力差从而电动能地将样本材料注入到分离管道。在任何一种情况下，源动力的施加，例如电流差或压力差，通常经过容器220和226进行施加。例如，对于较佳的电动能的注入，通过在容器220和226之间施加电压梯度从而在样本装载管道206和分离管道204之间施加电流，这便在管道216内、一部分管道206内以及管道208内产生了电流。产生的电流随后电动地将样本材料从样本装载管道206移入注入管道208并通过在这些交叉点上的分离管道204。
在通过注入管道208和分离管道204的交叉点注入样本材料之后，在分离管道的整个长度上施加电流，从而将在交叉点上的样本材料移入并通过分离管道。在较佳的方面，提供微电流返回通过管道208与分离管道204相遇的部分，从而将来自交叉点的样本材料推回。这便通过除去会污染分离流道的大量泄漏提高了分离效率。因为样本材料经过电泳穿过分离管道内的样本基体，所以它被分成根据其分子量而不同的部分。
一旦完成了样本材料的分离，或在某些情况下当进行分离的时候，可通过使外部吸移管214与样本材料后续的源相接触并将后续的样本吸入样本装载管道，从而将子样本材料吸入到样本装载管道内。该后续的样本材料随后如上所述地被注入并分离。
如图3A所示，在某些情况下可提供额外的容器230，通过比如管道332与分离管道304连接，从而为分离管道304提供额外容量的分离基体。该基体随后被引入分离流道之间的分离管道304，或者在样本装载所含的内容中(如至少参考本发明一部分所述的)，或作为重复分析中的分离过程步骤。该额外的容器通常通过，比如适当的管道332，与接近于分离柱一端或另一端的分离管道中的一点相连，比如在缓冲管328端或废料容器管324端(如图2所示)。在较佳的方面，该额外的容器接近地连接于废料容器端，而且该基体被吸入到分离管道，从而在每个样本装载步骤中只显示小部分的分离基体。特别地，大量装载的样本将小量的分离基体吸出分离管道并吸入样本装载管道，在该处小量的分离基体将被洗去。随后从基体容器将差不多量的基体吸入到分离管道。对基体容器的使用分别独立于缓冲剂容器228和废料容器224，它提供了在先前分离操作中不被材料污染的基体源，例如样本材料、离子、杂质等。
还可选择性地提供额外的反应物容器(例如，容器334)，用于添加按照惯例在特定分析中使用的额外的反应物，例如用于校准的标准分离阶梯等。如图所示，通过反应物导入管道336将容器耦连于注入管道308，从而允许该反应物被分离而独立地注入到分离管道，而不是与样本材料混合。
图3B示出了根据本发明用于完成基于分离的分析的改进后的管道设计。特别在某些情况下，在图2A所示装载管道206中出现的在注入交叉点附近的急弯，会在材料和/或电场流过该装载管道的途中产生偏差，并由此被注入到分离管道内。特别是，它已经确定了大分子量DNA的注入在图2A所示的管道设计中将产生不一致的结果。如果不与操作的特别理论相结合，无法相信，这样的不一致是从图2A所示的装载管道206中邻近于注入点的急弯产生的。该急弯在注入过程中产生的大量非均匀的电场，在拐角的内圈高，在外圈低。相信这便是不一致的起因。特别的，不同样本之间样本传导性中的轻微差异将改变该弯附近的场强。弯附近的分散以及由差异电泳活动产生的分散盘旋，会引起诸如较大成份的较慢移动的非均匀注入。
为了除去这些不一致，生产了一种改进后的管道设计(见图3)，在其中，将装载管道306与注入管道308设定在一直线上(共线)。保持样本装载管道和分离管道之间的直线注入管道可产生充分地改进与这些较大分子量种类相关的一致性。另外的设计还确定了反应物导入管道310，从而从该管道流出的反应物扫过毛细管结点/口312，以防止在该结点的任何死区中材料的聚合，并促进从反应物导入管道310进入的反应物与从吸移管元件进入的材料的结合。这样的结果是，通过同一毛细管元件进入的样本受到较少的污染。
图3C示出了用于进行后分离反应的分离操作的管道设计，比如，如以上所指出的用于蛋白质分离。如图所示，该器件与图3B所示的器件在设计上是相似的。特别是，该器件包括仍旧与注入管道358共线的装载管道256，并包括反应物导入管道360，定向该管道使从该管道流出的反应物扫过毛细管结点/口362。分离管道354通过检测区388处于上游的稀释管道384和386被截断。这些稀释管道在它们的另一端分别与容器380和382耦连。如图所示，装载管道356绕过容器382，从而避免与稀释管道386交叉。在操作中，图3C所示的器件工作的方式与图3B中所示的相同，除了一点不同，即向容器380和382施加稀释电压，从而使稀释剂(例如，稀释离子和/或流体)进入分离管道354，从而在检测点获得需要的结果。在蛋白质分离的情况中，这就使得分离缓冲的稀释剂处于临界胶束浓度之下，从而导致了与大量清洁剂胶束相关的背景信号电平的降低。在公开的PCT申请WO00/46594号中详细描述了该检验的原理和操作，前文中通过参考其全文结合于此。如图2A器件中所示，在分离中，在容器378和374之间施加电压以在分离管道354中驱动电泳分离。
如图所示，图3C中的器件提供了使用熔合氧化硅毛细采样元件的毫升刻度样本存取。如上述器件中所述的，施加于比如容器324的单一真空，导致同时稀释样本材料和与标记化合物混合。该样本随后被电动能注入到包括分离基体的分离管道内，包括比如9mM的SDS和荧光组合的染料，见WO00/46594号。随后SDS则在检测之前被稀释出来。
在图3D中示出了另外一个管道设计的选择。如图所示，图3D的设计包括图3B器件中所示的所有相同管道，虽然它们可处于稍微不同的位置。另外，虽然图3D所示的器件包括了用于管理注入和分离的后退步骤的额外管道。该管道的添加允许更快地装载后续样本，例如在前分离步骤的过程中，没有样本移位污染的危险。在图3B和图3D中示出的每个器件中，用相同的标号表示相似的管道。
在操作中，图3D器件的工作方式与图3B器件的工作方式基本相同。特别地，样本材料通过口312经过外部吸移管被吸入到器件的管道内。通过比如向容器318施加真空将样本材料吸入器件的过程也通过反应物导入管道310将额外的反应物物从容器322吸入样本装载管道306，在样本装载管道306内反应物与第一样本材料混合。在容器320和326之间施加电流，从而将样本材料装载到管道308和分离管道304的注入交叉点。一旦被装载，就把样本材料注入到管道304中并通过在容器328和324之间施加电流来分离。在分离的过程中，施加轻微的后移电流从而将管道308任一边的样本材料移离注入交叉点，以防止在分离过程中泄漏的样本进入分离管道。在图3D所示的器件中，后移是指通过管道392后退到容器326和容器390(与图3B器件中后退到容器318相反)。通过分路后移的样本材料，可将其从样本装载管道306除去，在样本装载管道306它可能会与后续样本材料混合并污染后续的流道。此外，如注入交叉点的扩展图所示，设置管道392来截断非常接近管道310和306结点的注入交叉点的注入管道。这便允许在后移步骤中装载后续样本材料，而不需要使新的样本材料和后移材料交叉路径和混合。因此，沿着管道392的后移路径是不同的，即它不会在同一时间穿过相同的流径，而会与沿着管道306的原始样本装载路径相隔开。
IV.基体的维护和/或替代在分离管道内不偏移分离基体的大量装载的样本材料是本发明优于传统毛细管方法以及先前在微流体方法中所描述方法的显著优点。特别地，如上所述地通过能够大量装载样本材料，可显著地减少以电泳装载方法进行样本装载所需的时间。另外，通过基于压力方法进行的大量装载，在无样本材料电泳偏压的不利影响下提供了装载的速度，例如，在它们被注入到分离导管之前预分离。
如上所述，本发明还在不引起分离基体大量偏移的情况下允许样本材料的大量装载。这在传统的毛细管系统中基本上是不可能的，在该系统中任何大量流入毛细管的样本材料都必然偏离分离基体相似的量。类似地，在前面描述的用于分离场合的微流体器件中(见比如，Woolley和Mathies，Proc.Nat’l Acad.Sci.美国，9111348-11352(1994))，使用了电泳样本装载。在这些前面描述的系统中，如果压力装载了样本，则将大大地破坏并偏移在器件分离管道部分中的分离基体。
在本发明的器件中，在大量样本装载中的分离基体的偏移，通常通过在样本装载导管和分离导管之间提供充分流体阻力障碍来进行。该障碍以整体的方式嵌入在分离管道的设置中，比如，向分离导管提供足够高的流体阻力以充分阻止样本装载管道内的大流量压力，正压或负压都可以。另外，在连接分离导管和样本装载导管的注入导管中设置障碍。特别地，可向连接样本装载导管和分离导管的注入导管提供充分高的流体阻力，从而阻碍样本装载和分离导管之间的大流量。
如本文中所指出的，管道结构中的流体阻力通常通过改变管道截面积和/或改变管道长度来变化，其中较小的横截面积或较长的管道长度将产生较高的流体阻力。管道长度的变化通常包含简单地改变管道路线以增加或减少其长度。类似地，通常通过将管道制造得较浅、较深或较宽来改变管道的截面积。有利的是，可在不显著改变管道电阻的情况下充分改变该管道的大流量或流体动力学阻力，其中的电阻将影响通过管道(比如，在所述器件中的电泳注入和分离中)的流量。特别地，在具有纵横比(宽度∶深度)大约超过5的微量管道内，管道的流体动力学阻力是管道长度立方的函数，而电阻与管道长度线性相关。因此，管道长度减小10倍将使电阻减小10倍，但却使流体动力学阻力减小1000倍。利用该特性可大大增加注入管道208和分离管道204中的流体动力学阻力，却不会大大增加通过这些管道的电阻。
在本发明的这一方面，样本材料在不显著偏离分离基体的情况下被大量装载。通常，如果原始出现在分离导管中的少于10％的基体在装载特定样本材料的过程中发生了偏移(比如，从分离导管被除去)，则分离基体也不会显著地偏移，通常少于5％或较佳地少于1％的分离基体发生偏移。
为了完成样本装载管道中的大流量装载，同时在分离管道内获得上述的最小偏移，通常向从样本装载管道引入和/或穿过分离管道的流径提供流体阻力，该流体阻力是高于在样本装载管道内流入连接点的阻力的某个被选择的程度。在图2所示器件的情况中，分离管道204，以及将样本装载管道208与分离管道204相连的注入管道208的小段的阻力，显著地高于从样本材料到管道208和管道206(包括毛细管214和样本装载管道206的一部分)流体结点的流径阻力。通常，这些流体阻力的比率(基于速度相同的流体)较佳地大于2∶1(分离管道样本装载管道)，更佳地大于5∶1，且经常大于10∶1或更高。当然，当将粘性分离基体导入分离管道的时候，将在分离管道内产生流体阻力明显较高的程度。
在某些情况下，会需要在分离导管内偏移分离基体的较大或选择的部分，而不是全部。特别地，经常需要代替用于分离操作的分离基体，以除去在用于分离不同样本的流道之间的交叉污染。在这种情况下，本发明也是非常有用的，因为它可在样本装载过程中完成所需程度的的基体偏移，而不需要偏移分离基体的整个或甚至基本部分。
一部分分离基体的所选偏移可由几种方法完成。例如，可向含分离基体的容器施加正压以强行使分离基体进入分离导管并同时偏移已在分离导管中的一部分分离基体。但是在较佳的方面，在至少部分使用用于大量装载样本材料的相同力的样本装载过程中，部分地偏移分离基体。特别参考图2，当向废料容器218施加真空以将样本材料吸入样本装载管道206的时候，负压也会将一部分样本基体从分离管道204通过注入管道208吸入样本装载管道206。偏移的基体被分布于与分离管道耦合的一个容器(例如，容器224)或额外的基体存储容器(例如，与废料容器224分开的容器230)中的分离基体回填。
在更佳的方面，基体的偏移量被保持在分离管道内总基体的所选部分。特别地，如以上所述，当在每个样本装载步骤中都需要一部分基体偏移时，该部分通常包括少于90％的原始分布于分离导管内的分离基体，经常少于75％，较佳地少于50％，更佳地少于20％，还要理想地少于大约10％、5％或甚至1％。
对基体偏移相对程度的控制通常通过改变样本装载管道206和分离管道204之间流体阻力的相对程度来完成。特别地，可改变分离管道的流体阻力，从而预选量的基体将在所选样本装载的条件下发生偏移。如文中再次指出的，对管道流体阻力的控制通常通过改变所给管道的一个或更多个横截面积或长度来完成。在图2和图3所示器件的情况中，将分离管道设置为与样本装载管道相比较浅和/或较窄的管道，以赋予其充分高的流体阻力。该较高的流体动力学或流体阻力的配置，当与分布于管道内分离基体的较高速度相结合时，在所加真空下显著地减少了从分离管道到样本装载管道的材料流量。如以上所指出的，该增加的流体阻力只是适度地增加了电阻。根据著名的流体机械原理能够容易地计算出在这些条件下的相对流体阻力，其中这些流体机械原理考虑了流体的特性，例如速度，以及流体所流过管道的尺寸，例如，长度和横截面积。
IV.综合反应物的混合如以上所指出的，本发明还提供了作为样本装载过程的完整步骤的对额外反应物的添加和混合。特别地，当完成传统的基于毛细管的试验时(例如，毛细管电泳)，导入分析所要求甚至所希望的任何反应物都需要在样本装载步骤之前被导入样本材料。在高处理量的应用中，该添加的步骤会明显地减慢速度并大大地增加在用于执行添加的流体处理器件上的成本。根据本发明，通过将反应物材料源与样本装载导管连接，将反应物导入/混合步骤集成到大量样本装载的步骤中，从而使反应物与样本材料同时被导入样本装载导管。
例如，如参考图2说明所指出的，可选择性地设置反应物容器222以结合进微流体器件200的主体结构202中。反应物容器222通过反应物导入管道210流体地耦连于样本装载管道206。当样本材料大量流入样本装载管道206的时候，还施加适当的源动力以使容器222中的反应物材料穿过管道210并进入样本装载管道206。源动力通常取决于用于将大量样本材料装载进样本装载管道206的力的性质。例如，在通过比如废料容器218处所施加的真空将样本材料装载入样本装载管道206的情况下，同样的所施加的真空通常将反应物从容器222吸入样本装载管道206。另外地或额外地，可向反应物容器222施加正压，从而将反应物单独或与在容器218施加的真空结合，推入样本装载管道。在于2000年2月23日提交的美国专利申请60/184,390号中描述了对以图2所示互连微管道为结构的多重容器处的正压和/或负压的控制，本文通过参考其全文结合于此。
由于在较佳方面，使用施加的真空将样本材料和至少部分的反应物材料吸入样本装载管道，所以通常设置毛细管元件214和反应物导入管道210的流体阻力以提供流过这些管道的样本和反应物的适当混合比。特别地，并如以上所阐述的，对材料被吸入到公共管道所经过的管道(例如，毛细管元件和反应物导入管道)的相对阻力进行选择以提供流入样本装载管道的样本和反应物的理想比率。该选择通常包含制造带适当横截面尺寸和/或长度的管道以产生所需的阻力。
在基于分离分析的情况下，由综合反应物容器提供的额外反应物通常包括至少一个内部标准，例如一个分子量标记化合物。通过将内部标准的混合物与样本材料综合，可不需要分离标准的分析步骤，该标准在分离样本的分析中将改变。例如，在传统的平板凝胶电泳中，通常用整道凝胶来运行样本测量所依据的一组分量量标准。该综合的途径也不需要如通常在基于毛细管的分离方法中经常做的那样，将能够内部标准与分开的容器(比如，多管井场板或试管)中的样本材料相混合。
将参考以下非限制的例子来进一步描绘本发明。
V.例子在以下的例子中将说明本发明的原理。
例1.基片设计和制造从一对平面玻璃衬底制造出图2中示出的具有管道和容器配置的微流体器件。特别地，蚀刻第一衬底以提供器件的不同管道。蚀刻管道206和210的深度大约20μm，管道206具有大约90μm的宽度(在管道的顶部)，而管道210具有大约165μm的宽度。将管道204、208和216蚀刻为深度大约7μm，宽度大约24μm。分离管道204的总长度为56mm，注入管道208的总长度为15.6mm，它包括将分离管道与样本装载管道206相连的0.5mm段。样本装载管道206具有的总长度为39.6mm，而反应物导入管道210具有的长度为13.2mm，电气连接管道216为8.9mm长。容器随后在管道的端点被引入衬底。将平面衬底覆盖并热键合于第一衬底以密封管道并提供容器的底表面，该容器具有穿过它的单一小孔，该小孔与毛细管的外直径尺寸相同。固定该孔从而与样本装载管道206的一端连通。随后将毛细管插入该孔并附上粘合剂。
例2系列基于分离的分析图2所示的器件用于通过大量将样本材料装载进样本装载管道、将该材料的小部分注入包括分离媒质的分离管道并电泳分离材料来完成一定数量的系列DNA分离。
所有的反应物取自DNA7500LabChipkit，由Agilent Technologies商品提供。分离媒质包括筛选聚合物溶剂和DNA插入染料的混合物。内部DNA标记标准(DNA标记)包含15bp和2000bp的DNA部分，每一个的浓度为5ng/μl。用于产生测量样本数据所基准的标准曲线的DNA阶梯包括50bp、100bp、500bp、700bp和1000bp的部分，其中每个部分具有的浓度为4ng/μl。
通过向容器220、224、226和228(如图2所示)添加25μl的分离媒质来制备微流体器件。这些管的每一个都被加压3psi长达2分钟。随后向以上的容器添加额外的25μl分离媒质。随后将毛细管元件214的开口端插入到多管井场板的缓冲管中，并向容器218施加2psi的真空。该真空将缓冲剂和DNA标记吸入装载管道206中。在施加真空1分钟之后，该基片便可准备用于分析。
含样本的DNA被放置到96管的板中并根据相对于毛细管元件定位该板的x-y-z机械控制臂来放置，从而该毛细管可根据需要插入到该板的每个管中。随后通过施加2psi的真空将样本材料吸入毛细管元件和样本装载管道。对整个注入管道208施加5秒钟的2000V以使该DNA样本穿过与分离管道204的交叉点。在分离管道内施加2秒钟的轻微夹断电流(每个管道部分中为0.5μA)以防止流动的样本在交叉点上的样本阻塞，并随后沿着分离管道的长度施加1500V以沿着分离管道移动DNA样本。同时，向部分注入管道208施加轻微的后移电流(每个方向上为0.1A)。在φX174/HaeIIIDNA的样本上进行多个分离。在图5中示出了这些运行中的典型电泳图谱，其中示出了快速(近似75秒的分离时间)高分解分离。该分离可重复大约100次，分离分解的质量无明显下降。
例3用于蛋白质的后分离稀释图3C所示的器件用于完成蛋白质分离，其中在检测前完成后分离稀释操作。该器件被在0.12mM麦黄酮缓冲剂中装载由带0.25％SDS和syto60染料1t4μM的3.25％聚二甲基丙烯酰胺共丙烯酸。将该分离基体装载进容器370和374-382，而且对这些管使用注射器进行4分钟的加压，以驱动穿过该器件管道的基体。将管380和382中的基体混合物除去并用无SDS和染料的基体代替。
用于分离的样本是在PBS中被稀释3X的Bio-Rad标准蛋白质阶梯(#148-2015)。50μl的稀释阶梯与25μl的样本缓冲剂(4％SDS、10mM麦黄酮和3.5mM Tris)混合并被加热到100℃长达5分钟。在加热后，用150Ml的水稀释该样本，且将该样本装载入96管场板的管中。
通过将采样毛细管的一端放入96管场板的管中来操作该基片，并通过对管368施加5PSI的真空将该样本从该管通过毛细管吸入该基片。在样本装载过程中，该样本以1∶1与管372中的水稀释。随后通过在管370和376之间施加2000V将该样本材料装载进管道358和354的注入交叉点。随后通过在容器378和374之间施加2350伏特来注入该样本，分别向管370和376施加后移电流-0.3μA和-0.1μA。该分离在施加于管378和374之间的2350伏特用施加给退色管380和382的2550伏特继续，以促使稀释剂进入分离管道，同时保证在容器376的-0.05μA的后移电流。这便产生了近似9∶1的退色比。在检测区388检测荧光的峰值。在图6中示出了荧光对时间的曲线，它表示所有阶梯分量的高分解和基线分离。
本文中通过参考每个单独的出版物或专利申请的被特别并单独地表示为通过参考结合的内容，结合了所有的出版物和专利申请。虽然为了清楚和便于理解，已通过图示和例子对本发明作了详细的描述，但很明显可在不脱离所附权利要求范围的情况下实现某些变化和改进。
权利要求
1.一种将样本材料分成多个部分的方法，包括提供一种系统，该系统包含分离基体分布在其中的分离导管以及在沿着样本装载导管的中间点上与分离导管连通的样本装载导管；在不使分离基体大量偏移分离导管的情况下将样本材料大量流入样本装载导管；将一部分样本材料注入分离导管；以及将样本材料分成多个部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，样本装载导管包含装载端和废料端，该装载端与样本材料源相接触，并且还包含在整个样本装载导管上施加第一压力差以将样本材料移入样本装载管道的装载端并流向样本装载管道的废料端。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将样本材料大量流入样本装载导管的步骤中，分离导管中少于10％的分离基体发生了偏移。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将样本材料大量流入样本装载导管的步骤中，分离导管中少于5％的分离基体发生了偏移。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将样本材料大量流入样本装载导管的步骤中，分离导管中少于1％的分离基体发生了偏移。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，向分离导管提供高于样本装载导管的流体阻力。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，分离导管包含一个或更多个与样本装载导管相比较长的长度或较小的横截面积。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，样本装载导管包含装载端和废料端，该装载端与样本材料源相接触，并且还包含在整个样本装载导管上施加第一压力差以将样本材料移入样本装载管道的装载端并流向样本装载管道的废料端。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，向样本装载导管的废料端施加负压以在整个样本装载导管上提供第一压力差。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，样本装载导管和分离导管在第一流体结点进行流体连通，并且还包含将样本装载导管中的一部分样本材料通过第一流体结点移入分离导管。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，第一流体结点包含将样本装载导管与分离导管相连的管道段。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，将样本材料从样本装载导管通过流体结点移入分离导管，包含穿过流体结点施加电压力差以电动能地将样本材料的部分从样本装载导管移入分离导管。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，分离样本材料的步骤包含在整个分离导管上施加电压差，以电泳地将样本材料分成不同的部分。
14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，分离导管与分离基体源流体连通，并且还包含在整个分离导管上施加第二压力差，从而在将样本材料分成多个不同部分之后将大量的分离基体从分离基体源传输到分离导管。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，样本装载导管与至少第一反应物流体连通，且其中，将样本材料传输进样本装载导管的步骤将大量的第一反应物传输进样本装载导管从而与样本材料混合。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，第一反应物选自标准化合物、稀释剂、清洁剂或标志反应物。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，样本装载导管基本在其中无分离基体。
18.一种将多个样本分成不同部分的方法，包括提供分离基体分布在其中的分离导管；通过分离导管传输第一样本材料，从而将第一样本材料分成多个不同的第一部分；代替至少一部分分离导管中的分离基体；以及通过分离导管传输第二样本材料，从而将第二样本材料分成多个不同的第二部分。
19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在代替步骤中代替了少于90％的分离基体。
20.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在代替步骤中代替了少于75％的分离基体。
21.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在代替步骤中代替了少于50％的分离基体。
22.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在代替步骤中代替了少于20％的分离基体。
23.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在代替步骤中代替了少于10％的分离基体。
24.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在代替步骤中代替了少于5％的分离基体。
25.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在代替步骤中代替了少于1％的分离基体。
26.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分离导管具有至少一个微量横截面尺寸。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，分离导管分布于微流体器件中。
28.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包含提供与样本装载导管的中间点上的分离导管耦连的样本装载导管，该样本装载导管具有装载端和废料端；在整个样本装载导管上施加第一压力差，从而将第二样本材料移入样本装载导管的装载端并流向样本装载管道的废料端；以及在整个分离导管上施加第二压力差，从而将分离基体的部分移出分离导管，并流向样本装载管道的废料端。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，向样本装载导管的废料端施加负压，该负压同时提供第一和第二压力差。
30.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，第一和第二压力差基本相同，且其中，分离导管具有的尺寸使在施加第一和第二压力差的步骤中只有一部分分离基体从分离导管中被除去。
31.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，分离导管与分离基体源流体连通，而且施加第二压力差从分离基体源向分离导管传输大量的分离基体。
32.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，样本装载导管和分离导管在第一流体结点上进行流体连通，并且还包含移动样本装载导管中一部分第二样本材料，使之通过第一流体结点并进入分离导管。
33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，将样本材料通过流体结点从样本装载导管移入分离导管的步骤，包含通过流体结点施加电压差以电动能地将第二样本材料的部分从样本装载导管移入分离导管。
34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，分离第一和第二样本材料的步骤包含在整个分离导管上施加电压差，以电泳地将每个第一和第二样本材料分成不同的部分。
35.一种将样本材料分成多个部分的方法，包含提供一种系统，该系统包含分离基体分布在其中的分离导管；与分离导管流体连通的样本装载导管；与样本装载导管流体连通的样本材料源；以及与样本装载导管流体连通的第一反应物的源；将样本材料和第一反应物传输进样本装载导管，其中，样本材料和第一反应物形成了第一混合物；将一部分第一混合物注入分离导管；以及将第一混合物部分中的样本材料分成多个部分。
36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，第一反应物包含标准标记化合物、标志反应物、稀释剂或清洁剂。
37.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，将样本材料和第一反应物传输进样本装载导管的步骤，包含在整个样本装载管道上施加压力差，该压力差将大量的样本材料和大量的第一反应物分别从样本材料源和第一反应物源移入样本装载导管。
38.根据权利要求37所述的方法，其特征在于，第一反应物源通过第一反应物导入管道与样本装载导管流体连接，而且其中，第一反应物导入管道和样本装载管道的尺寸，使在所施加压力差的条件下将所选比率的样本材料和第一反应物传输进样本装载导管。
39.根据权利要求37所述的方法，其特征在于，样本装载导管包含装载端和废料端，而且通过向样本装载导管的废料端施加负压来施加压力差。
40.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将一部分混合物注入分离导管的步骤，包含在样本装载导管和分离导管之间施加电势差，从而电动能地将第一混合物的部分从样本装载导管移入分离导管。
41.一种分离系统，包括具有第一流体阻力和可流动分离基体分布在其中的分离导管；与分离导管流体连接并且具有第二流体阻力的样本装载导管；将样本材料传输进样本装载导管的样本装载系统；其中，第一流体阻力比第二流体阻力高出足够的量，以防止在向样本装载导管传输样本材料时分离基体的大量偏移。
42.一种分离系统，包括可流动分离基体分布在其中的分离导管；流体连接于分离导管的样本装载导管；与样本装载导管流体连通的样本材料源；通过第一反应物导入管道与样本装载导管流体连通的第一反应物源；耦连于样本装载导管的压力或真空源，用于在整个样本装载导管施加压力差，其中，样本装载导管和第一反应物导入管道的尺寸，使在所施加压力差的条件下以预选的速率向样本装载导管传输样本材料和第一反应物。
43.一种微流体器件，包括主体结构；分布于主体结构中的样本装载管道；分布于主体结构中的分离管道，该分离管道在第一流体结点与样本装载管道相连；其中，样本装载管道的尺寸提供了比由分离管道的尺寸设置的流体阻力低的流体阻力。
44.根据权利要求43所述的微流体器件，其特征在于，分离管道包含至少为样本装载管道阻力两倍的流体阻力。
45.根据权利要求43所述的微流体器件，其特征在于，样本装载管道包括外部采样吸移管元件。
46.根据权利要求43所述的微流体器件，其特征在于，第一流体结点分布于样本装载管道和分离管道至少之一的中间点上。
47.根据权利要求43所述的微流体器件，其特征在于，第一流体结点分布于样本装载管道和分离管道中每一个的中间点上。
48.一种分离样本材料的方法，包括提供具有样本装载管道和分离管道的微流体器件，该分离管道与样本装载管道流体地连接，且其中，该分离管道包含分布于其中的分离基体；使流体样本材料大量地流入样本装载管道；将大量样本材料从样本装载管道传输进分离管道；在分离管道内电泳地将样本材料分成分离部分；在电泳分离样本材料之后代替分离管道内至少一部分的分离基体；以及用额外的样本材料重复大量流动、传输以及电泳分离步骤。
49.根据权利要求48所述的方法，其特征在于，在代替步骤中几乎所有的分离基体都被替换。
50.根据权利要求48所述的方法，其特征在于，在代替步骤中少于90％的分离基体被替代。
51.根据权利要求48所述的方法，其特征在于，少于50％的分离基体被替代。
52.根据权利要求48所述的方法，其特征在于，对于至少每两个额外的样本材料重复大量流动、传输、电泳分离以及代替步骤。
53.根据权利要求48所述的方法，其特征在于，代替步骤是在样本装载步骤中进行的。
54.根据权利要求53所述的方法，其特征在于，样本装载步骤将至少一部分分离基体吸出分离管道进入样本装载管道，并将大量的分离基体从与分离管道流体连通的分离基体容器吸入分离管道，从而代替部分分离基体。
全文摘要
用于将样本材料分成不同部分的器件、系统和方法，它们应用了大流量流体，用于在样本材料的电泳分离之后装载样本。该器件应用的设计可随意地允许在分离导管中的分离基体有或无偏移的情况下进行大量的样本装载。该器件包含在其中分布着分离基体的分离导管(304)、样本装载导管(306)以及可选择地反应物导入管道(310)。
文档编号G01N33/483GK1455864SQ01813626
公开日2003年11月12日 申请日期2001年7月31日 优先权日2000年8月2日
发明者W·奥塞尔, L·J·保斯, R·S·杜布罗, S·A·森德博格, A·W·周, B·N·王 申请人:卡钳技术有限公司