用于微流体装置分段装载的毛细屏障的制作方法
【专利说明】用于微流体装置分段装载的毛细屏障
[0001 ] 联邦资助的研究与开发
[0002]本发明是按照由国防部高级研究计划署授予的合同HR0011-12-C-0080在政府的支持下完成的。美国政府享有本发明的一定权利。
[0003]发明背景
[0004]向微流体芯片装载多种液体在许多方面具有挑战性。例如，装载会因为采样口少导致通向微流体芯片的通路受到限制而具有挑战性。另外，通道尺寸可以接近100 μπι。对于这些实施方式，表面力可能变得重要，因为水性液体除非被外压驱动否则不会进入疏水性通道，且如果通道从多个方向被装载则气泡可能被截留。该微流体芯片的某些应用包括形成位于多种液体之间的液对液界面。在这些情况中，要装载的液体可能不易获得，例如含有稀有细胞或稀缺DNA或RNA样品的液体。因此需要在形成液对液界面时将液体损失降到最低。
[0005]本发明的各方面使得在微流体通道内形成液体界面而不损失样品液。关于这些和其它方面，本发明涉及一种使第一液体和第二液体在条或多条液体通道内相互作用的装置和方法。这些装置和方法可以包括利用毛细作用力在液体界面区域设置第一液体的弯液面。另外用于第二液体的脱逸路径或通道允许第二液体流向液体界面区域，在该处提供了供液体脱逸的路径。另外，在该脱逸路径中提供用于限制脱逸液体的体积流率的手段。
[0006]本发明的某些其它实施方式涉及使第一液体和第二液体在具有液体界面区域的毛细结构中相互作用的装置和方法。这些方法包括提供包括将第一液体引向液体界面区域的第一微流体通道和将第二液体引向液体界面区域的第二微流体通道的毛细结构。该液体界面区域具有毛细屏障以阻截第一液体沿着第一微流体通道在公称流体压力下向液体界面区域的流动。该毛细屏障的上游部分为第一液体提供了弯液面屏障。另外，这些方法包括使第一液体在第一微流体通道内流动直至该毛细屏障已将第一微流体通道中第一液体的流动阻截的状态。当在该毛细屏障已将第一微流体通道内第一液体的流动阻截的状态下，通过气体流出口来从该液体界面区域释放气压。该释放是由于第二液体在第二微流体通道内流向液体界面区域而发生的，且在第二液体在第二微液体通道内流向液体界面区域时发生。
[0007]与上述的许多方面相一致，相关装置的实例包括具有用于将第一液体引向液体界面区域的第一微流体通道和用于将第二液体引向该液体界面区域的第二微流体通道的毛细结构。该液体界面区域具有阻截沿着第一微流体通道在公称流体压力下流向液体界面区域的第一液体的毛细屏障。该毛细屏障的上游部分为第一液体提供了弯液面屏障。这种类型的装置还可以包括释放液体界面区域中气压的气体流出口，该气体流出口的构造降低或防止液体的损失。该气体流出口在毛细屏障已将第一微流体通道内的第一液体的流动阻截的状态和在第二微流体通道内的第二液体流向液体界面区域的状态中是有用的。
[0008]上述讨论/概述并不旨在描述本发明的每个实施方式或每个实现方式。以下的附图和详细描述也例示了各种实施方式。
[0009]附图
[0010]通过考虑以下结合附图的详细描述，可以更全面地理解各示例性的实施方式，其中:
[0011]图1显示了与本发明的各方面相一致的示例性的毛细结构和状态图；
[0012]图2A显示了与本发明的各方面相一致的包括流向液体界面区域的第一液体的示例性的毛细结构，
[0013]图2B显示了与本发明的各方面相一致的包括被阻截的第一液体和流向液体界面区域的第二液体的示例性的毛细结构，
[0014]图2C显示了与本发明的各方面相一致的毛细结构中的第一液体和第二液体的液对液界面，
[0015]图2D显示了与本发明的各方面相一致的毛细结构中的第一液体和第二液体的示例性图像；
[0016]图3A显示了与本发明的各方面相一致的第一示例性的毛细屏障，
[0017]图3B显示了与本发明的各方面相一致的第二示例性毛细屏障；以及
[0018]图4显示了与本发明的各方面相一致的示例性的毛细结构。
[0019]本发明适于各种修改和替代形式，其细节通过举例方式显示在附图中，并被详细描述如下。但应当理解，本发明并不仅限于下述的特定实施方式。相反，本发明涵盖了所有落入包括权利要求中所定义的方面在内的本发明范围内的修改、等效物和替代物。另外，本申请中使用的“实例”一词只作为说明，而非限制。
[0020]发明描述
[0021]相信本发明的各方面可以应用于各种不同类型的涉及通过毛细屏障来形成液对液界面以在界面处将前行液体截停的装置、系统和装置。与本发明的各方面相一致的该毛细屏障利用表面力将液体的弯液面截留或截停在所需且固定的位置。一旦该液体的弯液面在交叉处截停，则不同的液体被装载，且填入第一液体的弯液面。所形成的液对液界面有助于例如用于通过等速电泳(ITP)来高效提取核酸的细胞裂解物的有限注射。然而本发明无需限定于此，通过上下文描述的各个例子的讨论可以理解本发明的各方面。
[0022]各示例性的实施方式针对使第一液体和第二液体在具有液体界面区域的毛细结构中相互作用的方法和装置。在该毛细结构中，提供第一微流体通道以将第一液体引向液体界面区域和第二微流体通道以将第二液体引向液体界面区域。该液体界面区域包括毛细屏障，该毛细屏障对沿着第一微流体通道在公称液体压力下流向该液体界面区域的第一液体的流动进行阻截。该毛细屏障的上游部分为第一液体提供了弯液面屏障。第一液体在第一微流体通道内流动直至该毛细屏障阻截了该第一液体的流动的状态。当该毛细屏障已经阻截了第一微流体通道中第一液体的流动时，释放气压。由于第二液体在第二微流体通道中流向该液体界面区域，且在第二液体在该第二微液体通道内流向液体界面区域时，气压通过气体流出端口从液体界面区域释放。在某些实施方式中，在第一液体的流动被阻截后，第二液体流入该第二微流体通道中直到在该第一液体和该第二液体之间形成液对液界面。
[0023]本发明的各方面使得在微流体通道内形成液体界面而不损失样品液。这些装置和方法可以包括利用毛细作用力在液体界面区域设置第一液体的弯液面的毛细屏障，同时利用脱逸路径来允许第二液体向该液体界面区域流动。该脱逸路径中提供了用于限制脱逸液体的体积流率的手段，其结构例示于图4和下文的相关讨论中，实例包低容量通道、收缩通道和/或沿途的突变。
[0024]在某些其它实施方式中，提供微流体芯片以负载该毛细结构。可以包括例如柱状物形式的突起物，其位于液体界面区域的上游部分或其附近，并位于供第一液体流向液体界面区域的路径的壁上；该突起物配置和排列以通过施加对抗(第二)液体体积流率的作用力来进行限制。该微流体芯片还包括接收指征第一液体和第二液体之间的相互作用的数据的电路。在某些其它实施方式中，与本发明的各方面相一致，在该微流体芯片上提供第一液体引入口以向第一微流体通道供给第一液体，以及在该微流体芯片上提供第二液体引入口以向第二微流体通道供给第二液体。
[0025]本发明的某些实施方式中，一条或多条第一微流体通道和第二微流体通道分别包括疏水性表面，以帮助在液体界面区域阻截液流。在某些实施方式中，第一微流体通道和第二微流体通道由聚二甲基硅氧烷(PDMS)构成。另外，在本发明的某些实施方式中，该毛细屏障的上游部分至少有一部分被在该毛细结构中流动的第一液体的横截面积的变化所限定。在这些实施方式中，横截面积的变化足以阻截在液体界面区域内的第一液体流。另夕卜，在这些实施方式中，毛细屏障在第一液体在第一微流体通道中流动时帮助阻截该第一液体。另外，在本发明的其它实施方式中，阻截第一微流体通道中的液流的表面力大约等于阻截该毛细屏障中的液流的表面力。以这种方式，位于该毛细屏障上游部分的该毛细屏障被在该毛细结构中流动的第一液体的横截面积的变化所限定，这在第一液体在第一微流体通道中流动时帮助阻截该第一液体。在本发明的某些实