专利名称：无气体流体腔室的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有适合于例如执行聚合酶链反应的流体腔室的设备。这种设备可用于例如分子诊断的领域。
背景技术：
在分子诊断领域中，目前常用微流体设备。这种微流体设备或微流体系统通常包括腔室网络，腔室网络由通道连接，通道提供在不同流体腔室之间的连通。流体腔室以及通道通常具有微尺度尺寸，例如通道尺寸通常在0. 1 μ m至大约Imm的范围。这种微流体设备特别地在US 6,843, 281 Bl中描述。常用于分子诊断领域中的过程为所谓的聚合酶链反应(PCR)。在此反应期间，热处理包含DNA的少量液体(通常100 μ 1或更少)以便扩增DNA的特定部分。为此目的，向包含DNA以及酶和脱氧核糖核苷酸(dNTP)的液体添加一组引物。然后液体经受以下连续步骤变性、复性和延伸。在变性步骤期间，双链DNA分成单链DNA分子。在复性步骤期间，专用于液体内DNA确定部分的引物杂交为隔离的单链。在延伸步骤期间，诸如DNA聚合酶的酶然后延伸引物。通常，延伸温度高于复性温度且变性温度高于延伸温度。通过在后续循环中执行变性、复性和延伸的步骤，能以2n的速率扩增少的量，η表示循环数量且一个循环包括变性、复性和延伸步骤。上文的描述涉及PCR的基本原理，存在许多具体方案来允许PCR的具体使用。一种常用PCR技术为所谓的实时荧光PCR(rtPCR)。这种技术涉及在PCR期间使用不同标记的引物。这种引物可以以这样一种形式提供，即，当不被复性到另一核酸时，该引物并不发射任何荧光，但该引物在复性和延伸时，在由适当波长激发之后，发出荧光信号。因此，这种方案允许联机监视PCR反应的执行，且倘若并行地进行适当校准和控制实验，则甚至允许联机确定存在于样品中的DNA原始浓度的浓度。PCR反应通常在流体腔室中执行，流体腔室也被称作反应腔室，其允许以很快速率加热和冷却流体腔室到例如变性温度、复性温度和延伸温度。术语“反应腔室”对于本发明而言为术语“流体腔室”的一种，即，其中可发生例如PCR这样的反应的流体腔室。但是，本发明的一般构思涉及可为反应腔室的流体腔室的无气体填充。目前，在PCR反应期间且特别地在实时PCR的联机检测期间遇到的一个问题在于， 诸如空气的气泡滞留于流体腔室中。鉴于流体腔室的尺寸，这些滞留的气泡可能会妨碍PCR反应的执行以及扩增的核酸分子的(联机)检测。因此，对于具有流体腔室的新PCR系统存在持久的兴趣，这种流体腔室允许无气体地填充以便改进PCR效率以及对扩增的核酸产物的检测。对流体腔室存在普遍兴趣，因为它们可用于允许无气体地填充的微流体设备中
发明内容
本发明的一目的在于，提供一种流体腔室，其可用于微流体设备且允许无气体地填充。本发明的再一目的在于，提供一种适合于进行PCR且允许无气体填充的流体腔
室。 通过下文的描述，这些和其它目的将变得显然，这些和其它目的形成独立权利要求的主题。本发明的优选实施例中的某些实施例形成附属权利要求的主题。因此，本发明在一实施例中涉及一种与第一通道( 和第二通道C3)连通的流体腔室(1)，其中第一通道( 适于充当到所述流体腔室内的流体入口，第二通道C3)适于充当从流体腔室出来的流体出口；
其中至少一个突起(4)突伸到流体腔室内， 且其中所述突起(4)位于第二通道( 连接到流体腔室的位置处。在一实施例中，在流体腔室(1)内的所述突起⑷的表面是平滑的。平滑意味着突起并不具有尖锐拐角，除了在其连接到流体腔室壁的基部处可能会存在尖锐拐角。在尖锐拐角处，并不限定与流体前沿的角度，这导致对流体传播减少的控制。举例而言，半圆形突起具有优于矩形突起的优点，因为与具有矩形突起的情况相比，前移的流体前沿可更容易地遵循半圆形突起的平滑表面，其中矩形突起包括尖锐边缘， 在该尖锐边缘处并不明确地限定流体前沿与突起之间的角度。平滑形状的实例为椭圆形和圆形的形状。在原则上，流体腔室可具有从上方观察呈平滑弯曲壁的任何三维形状。因此，当从上方观察时，其可呈圆形或椭圆形截面形状(5)。优选地，流体腔室为柱形，其具有从上方观察呈圆形或椭圆形的截面形状(5)。在一实施例中，流体腔室为柱形(5)，其从上方观察具有圆形或椭圆形截面形状 (5)且第一通道( 第二通道( 连接到柱形流体腔室的侧壁。流体腔室通常在其尺寸和材料方面被配置为允许合并到微流体设备内。优选地，流体腔室将被配置为允许在流体腔室内执行PCR。因此，在一实施例中，流体腔室(1)的直径D将处在100 μ m至数厘米的范围且流体腔室(1)的高度H将处在100 μ π!至Icm的范围。位于第二(出口)通道(3)连接到流体腔室的位置处的圆形或椭圆形突起(4)的直径或深度d (7)以20μπι至Icm的距离突伸到流体腔室内。优选地，圆形或椭圆形的突起⑷的直径d (7)通常在大约50 μ m至大约500 μ m的范围。作为一般原则，流体腔室的直径D (6)应是突起直径d (7)的尺寸的大约10倍或以上。在本发明的优选实施例中，当从上方观察时具有圆形或椭圆形截面形状(5)的柱形流体腔室的直径D (6)在Imm至IOmm的范围，高度H在0. 2mm至5mm的范围且直径d (7) 在0. 1至Imm的范围。第一(入口)通道⑵和第二(出口)通道(3)可位于流体腔室(1)的相对位点处。但是，它们也可相对于彼此定位成任何其它角度。如果第一(入口)通道(2)和第三 (出口)通道(3)彼此相邻地定位(参看例如图4)，则仅需要一次挤压。如上文所提到的那样，流体腔室(1)被配置成使得其适合于在所述流体腔室中执行PCR。因此，在一实施例中，流体腔室可以是连通的，例如连接到用于控制流体腔室内温度的装置。因此温度控制装置可允许流体腔室内的液体温度升高和降低到例如它们进行变性、复性和延伸步骤所需的温度。在一实施例中，流体腔室可被进一步修改以包括至少一个透明部段。这种透明部段可允许联机监视流体腔室内的反应。在一实施例中，在流体腔室内的至少一个透明部段可允许在rtPCR期间联机光学监视扩增的核酸。在一实施例中，流体腔室可总体上为透明的。另一实施例涉及包括根据本发明的流体腔室的诸如筒的设备。通过下文的详细描述，本发明的其它实施例将会变得显然。
图1描绘了流体腔室(1)的顶视图，流体腔室(1)连接到适合于充当到流体腔室的流体入口的第一通道( 和适合于充当从流体腔室出来的流体出口的第二通道(3)。在第二通道C3)连接到流体腔室(1)的位置处，图1进一步描绘了突伸到流体腔室内的圆形或椭圆形的突起G)。图2 图2a)至2i)描绘了当图1的流体腔室填充液体时的不同阶段。在图加中， 液体通过第一(入口)通道( 移动。在图2b中，液体进入到流体腔室(1)内。图2c)至图2e)示出液体如何不对称地进一步突伸到流体腔室内。在图2f)中，液体在其遇到的第一突起处停止。在图2g)至图池中，液体腔室的其余部分填充液体直到液体在第二突起处停止。在图2i)中，液体被从第二(出口)通道(3)推出。图3描绘了流体腔室(1)，其中，第一(入口)通道(2)和第二(出口)通道(3) 彼此相对。图4描绘了流体腔室(1)，其中第一(入口)通道(2)和第二(出口)通道(3)在相同位置处进出流体腔室(1)且其中突起(4)位于第一通道与第二通道之间。
具体实施例方式已发现，圆形或椭圆形突起在出口通道连接到流体腔室的位置处的定位能使得对流体腔室进行无气体的填充。在针对其优选实施例中的某些实施例详细地描述本发明之前，提供以下一般定义。如在下文中说明性地描述的本发明可适宜地以这样的方式实施，S卩，可在不存在本发明中未具体公开的任何一个或多个元件、一个或多个限制的情况下实施。现将针对特定实施例且参看特定附图来描述本发明，但本发明并不限于此而是仅受权利要求限制。所描述的附图只是示意性的而不是限制性的。在附图中，出于说明目的， 元件中某些元件的大小可被夸大且并未按照比例绘制。其中在本说明书和权利要求中使用术语“包括”，其并不排除其它元件。出于本发明的目的，术语“由……组成”被认为术语“包括”的优选实施例。如果在下文中限定一群组包括至少特定数量的实施例，这也被认为公开了优选地仅由这些实施例组成的群组。在提及单数名词时使用不定冠词或定冠词(例如“一”，或“该”)的情况下，其也包括这些名词的复数，除非具体地规定为其它情况。在本发明的上下文中术语“大约”或“近似”表示这样一种准确度区间，即，在该准确度区间本领域技术人员将了解仍然确保相关特征的技术效果。术语通常是指偏离所示数值的士 10%且优选地偏离所示数值的士5%。在使用术语的上下文中，术语的进一步定义将在下文中给出。如上文所述，本发明在一实施例中涉及一种与第一通道( 和第二通道C3)连通的流体腔室(1)，其中第一通道( 适于充当到所述流体腔室的流体入口，第二通道(3)适于充当从流体腔室出来的流体出口；
其中至少一个突起(4)突伸到流体腔室内；以及
其中所述至少一个突起(4)定位于第二通道C3)连接到流体腔室的位置处。本发明的基本原理在图1中的描绘。图1示出从顶部观察的流体腔室。流体腔室 (1)当从上方观察时具有圆形截面形状( 且连接到第一通道( 和第二通道(3)。当在液体填充过程中腔室被部分地填充液体时(如图2b)至图2e)中所示)，由于腔室的旋转对称性，液体-气体界面的位置常常是不确定的。因此，液体存在于此界面的左侧且气体存在于右侧。此界面的形状取决于界面与固体壁之间的接触角。如图1所示，在第二通道( 进入流体腔室的位置处，圆形突起(4)突伸到流体腔室内。也可被指定为半柱形突起的圆形或椭圆形的这种突起通常比腔室的其它尺寸小。当液体-气体界面到达这些突起结构之一时，则界面传播将暂时停在那里直到界面也到达通道另一侧上的突起结构(参看图2f)至图ao)。通过这个过程，大部分(若非全部)气体将从流体腔室驱出且液体流入到充当出口通道的通道(3)内。在图2和图5中描绘了这个过程。一般而言，上文所提到的实施例的流体腔室可呈任何形状。优选地，这种流体腔室当从顶部观看时可具有呈圆形形状或椭圆形状(5)的截面。优选地，本发明的流体腔室具有柱形，当从上方观看时该柱形具有圆形或椭圆形状的截面。流体腔室(1)的直径D (6)将在100 μ m至数厘米的范围。优选地，D (6)将在大约 100 μ m至大约IOcm的范围，在大约200 μ m至大约9cm的范围，在大约300 μ m至大约8cm的范围，在大约400 μ m至大约7cm的范围，在大约500 μ m至大约6cm的范围，在大约600 μ m 至大约5cm的范围，在大约700 μ m至大约4cm的范围，在大约800 μ m至大约3cm的范围，在大约900 μ m至大约2cm的范围，在大约Imm至大约2cm的范围，诸如大约优选地为0. 2mm, 大约优选地为0. 3mm,大约优选地为0. 4mm,大约优选地为0. 5mm,大约优选地为0. 6mm,大约优选地为0. 7mm,大约优选地为0. 8mm,或大约优选地为0. 9mm。流体腔室(1)的高度H将通常在大约100 μ m至大约1cm，大约200 μ m至大约9mm， 大约300 μ m至大约8mm,大约400 μ m至大约7mm,大约500 μ m至大约6mm,大约600 μ m至大约5mm,大约700 μ m至大约4mm,大约800 μ m至大约3mm,大约900 μ m至大约2mm的范围，或优选地大约为1mm。术语“直径”D (6)在其涉及截面呈圆形的柱形流体腔室时以其常识性形式使用。 在术语“直径”涉及具有椭圆形截面的柱形流体腔室的情况下，其涉及椭圆的长轴。如在上文中已提到的那样，圆形或椭圆形⑷的突起通常小于流体腔室的直径。 通常，圆形或椭圆形突起的直径d (7)是流体腔室直径的大约十分之一或至少大约十分之一，诸如是流体腔室直径的至少大约十五分之一，至少大约二十分之一，或优选地至少大约
二十五分之一。定位在第二(出口)通道C3)连接到流体腔室的位置处的圆形或椭圆形的至少一个突起的直径或深度d (7)以大约20μπι至Icm的距离突伸到流体腔室内。优选地， 圆形或椭圆形的突起的直径d (7)通常在大约30 μ m至大约1mm，大约40 μ m至大约 900 μ m,大约50 μ m至大约800 μ m,大约60 μ m至大约700 μ m,大约70 μ m至大约600 μ m, 大约80 μ m至大约500 μ m,大约90 μ m至大约300 μ m的范围，诸如优选地大约在100 μ m或大约200 μ m的范围。在本发明的优选实施例中，当从上方观察时具有圆形或椭圆截面形状(5)的柱形流体腔室的直径D (6)在Imm至IOmm的范围，诸如为5mm，高度H在0. 2mm至2mm的范围，诸如为1mm，且直径d (7)在0. 1至0. 5mm的范围，诸如为200 μ m。在突起的上下文中，当其指圆形突起时，通常使用术语“直径” d (7)。就椭圆形突起而言，该术语指长轴。通常，根据本发明的流体腔室可具有大约1 μ 1至大约200微升的内部体积，且体积为大约10微升至大约100微升，诸如25微升是优选的。连接到流体腔室的通道通常具有大约10 μ m至大约5mm的直径，诸如大约100 μ m 至大约500 μ m的直径。通道可具有任何形状，诸如圆形形状或矩形的形状。在使用非圆形的形状的情况下，前述尺寸可指例如矩形通道的宽度和高度。因此，宽度可为例如500 μ m 且高度可为100 μ m。另外，在一实施例中，根据本发明的流体腔室可被配置为使得它们适合于在流体腔室内执行PCR。因此，流体腔室可连接到温度控制元件，诸如加热和冷却元件，因为它们通常用于微流体设备中以允许执行PCR反应。另外，在一优选实施例中，根据本发明的流体腔室可包括至少一个透明部段。这种透明部段可例如位于流体腔室顶部中以允许对形成于流体腔室内的反应产物进行光学检测。在一典型实施例中，可使用透明部段，其允许联机光学监视在流体腔室内进行的rtPCR 反应。通常，流体腔室将由适合于耐受流体腔室内所执行的反应所需条件的材料制成。 在PCR反应的情况下，人们将因此选择常用于PCR流体腔室的材料。这些材料可包括例如聚合物、塑料、树脂、包括金属合金的金属、金属氧化物、无机玻璃等，只要在液体与表面之间的接触角大于90度(即，疏水)。特定聚合材料可例如包括聚乙烯、聚丙烯(诸如高密度聚丙烯)，聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚苯乙烯和苯乙烯等。可优选聚丙烯。若例如用于检测rtPCR反应，则透明部段可例如由透明疏水材料制成，例如聚丙火布。本发明还涉及利用液体来基本上完全地填充流体腔室的方法，其包括至少以下步骤
a.提供如上文所述的流体腔室；
b.将液体引入到流体腔室的第一通道O)内，如上文所述的那样；
c.填充流体腔室使得液体通过流体腔室的第二通道( 离开被填充的流体腔室，如上
7文所述的那样。术语“基本上完全地”意味着用液体填充流体腔室，而不会在流体腔室中具有气泡。同样，本发明涉及将如上文所述的流体腔室用于无气体地填充液体的用途。已经关于某些具体实施例描述了本发明，但不应认为这些具体实施例具有限制意义。附图标记
(1)流体腔室
(2)适用作入口的第一通道
(3)适用作出口的第二通道
(4)位于第二通道处的到流体腔室内的突起
(5)当从上方观看时流体腔室的圆形或椭圆形的截面
(6)流体腔室的直径D
(7)突起的直径d。
权利要求
1.一种流体腔室(1)，其与第一通道( 和第二通道C3)连通，其中第一通道( 适合于充当到所述流体腔室内的流体入口，第二通道C3)适合于充当从所述流体腔室出来的流体出口 ；其中至少一个突起(4)突伸到所述流体腔室内，且其中所述突起(4)位于所述第二通道( 连接到所述流体腔室的位置处。
2.一种流体腔室(1)，其特征在于，在所述流体腔室(1)内的所述突起(4)的表面是平滑的。
3.根据权利要求2所述的流体腔室(1)，其特征在于，所述突起(4)为圆形或椭圆形。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的流体腔室(1)，其特征在于，所述流体腔室为柱形，当从上方观察时该柱形具有圆形或椭圆形截面形状(5)；以及其中所述第一通道( 和所述第二通道( 连接到柱形的流体腔室的侧壁。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的流体腔室，其特征在于，所述流体腔室(1)的直径(6)在大约100 μ m至大约IOcm的范围，且其中所述流体腔室的高度在大约100 μ m至大约Icm的范围。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的流体腔室，其特征在于，圆形或椭圆形突起(4) 的直径(7)是所述流体腔室(1)的直径(6)的大约10分之一或至少是所述流体腔室(1) 的直径(6)的大约10分之一。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的流体腔室，其特征在于，圆形或椭圆形的突起 ⑷的直径(7)在大约10 μ m至大约Icm的范围。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的流体腔室，其特征在于，所述流体腔室(1)被配置成使得其适于在所述流体腔室中执行聚合酶链反应。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的流体腔室，其特征在于，用于控制所述流体腔室内的温度的装置与所述流体腔室连通。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的流体腔室，其特征在于，所述流体腔室包括至少一个透明部段。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的流体腔室，其特征在于，所述流体腔室由聚丙烯制成。
12.—种将根据权利要求1至11中任一项所述的流体腔室用于无气体地填充液体的用途。
13.一种利用液体完全填充流体腔室的方法，其包括至少以下步骤a.提供根据权利要求1至11中任一项所述的流体腔室；b.将液体引入到根据权利要求1至11中任一项所述的流体腔室的第一通道O)内；c.填充所述流体腔室使得所述液体通过根据权利要求1至11中任一项所述的流体腔室的第二通道(2)而离开被填充的流体腔室。
14.一种包括根据权利要求1至11中任一项所述的流体腔室的设备。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述设备为筒。
全文摘要
一种用于PCR的无气体流体腔室。本发明涉及一种具有流体腔室的设备，该流体腔室适于执行用于无气体填充的聚合链反应。这种设备可用于例如分子诊断的领域。
文档编号B01L3/00GK102395431SQ201080016745
公开日2012年3月28日 申请日期2010年4月8日 优先权日2009年4月15日
发明者L. J. 盖塞拉尔斯 M., H. 鲍马 P. 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司