專利名稱：可編程微流體數(shù)字陣列的制作方法
可編程微流體數(shù)字陣列
背景技術：
微流體裝置能在不久之前仍無法想象的尺度上用于分析、制備、測量以及其他操作功能。微流體裝置的優(yōu)點包括節(jié)約珍貴的試劑和樣品、樣品分析或合成的高密度和高通量、肉眼幾乎不可見的水平上的流體精確度和準確度以及替換在宏觀流體尺度上操作的對應設備所帶來的空間減少。與微流體裝置尺寸減小和密度增大相關的是更高的復雜度和更大的工程和制造成本以及更精細的裝置構造。盡管在微流體設計和應用方面有這些進展，但是降低微流體芯片的復雜度以及簡化它們的操作還是有用的。此外，需要增強的控制流體流動以及微流體裝置中發(fā)生的相關反應過程的能力。因此，本領域需要與微流體裝置相關的改進的方法和系統(tǒng)。發(fā)明_既述本發(fā)明涉及微流體裝置。更具體地，本發(fā)明涉及可編程微流體數(shù)字陣列及其操作方法。僅作為舉例，所述方法和設備已應用于在微流體芯片中提供異步邏輯功能的系統(tǒng)中。 此外，本發(fā)明的一些實施方案將單向閥整合入數(shù)字陣列以提供閉鎖控制線。然而，應認識到本發(fā)明具有廣得多的適用范圍。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，提供了微流體裝置。所述微流體裝置包含壓力源和與壓力源流體連通的控制線。所述微流體裝置還包含多個通過所述控制線操作的閥，還包含獨立閥，所述獨立閥位于所述控制線附近并在所述壓力源和所述多個閥之間。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，提供了操作具有閥和控制線的微流體裝置的方法，所述控制線具有與其相連的閥組。所述方法包括關閉所述閥并對所述控制線施加壓力。 所述關閉的閥導致與所述控制線相連的閥組不可操作。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施方案，提供了微流體裝置。所述微流體裝置包含第一閥、 第二閥和與所述第一閥和第二閥流體連通的控制線。所述微流體裝置還包含與所述控制線流體連通的壓力蓄積器(pressure accumulator)以及位于所述壓力蓄積器和所述第二閥之間的所述控制線附近的單向閥。根據(jù)本發(fā)明的一個替代性實施方案，提供了微流體裝置。所述微流體裝置包含多個以陣列布局布置的反應室。所述多個反應室的每一個具有與多個反應室中之一流體連通的第一閥和與所述多個反應室中的所述之一流體連通的第二閥。所述微流體裝置還包含可操作以開動所述第一閥和所述第二閥的第一控制線以及與所述多個反應室流體連通的輸入線組。所述微流體裝置還包含與所述輸入線組流體連通的多個樣品入口以及布置于所述第一控制線中的單向閥。根據(jù)本發(fā)明的另一個替代性實施方案，提供了微流體裝置。所述微流體裝置包含多個反應室和多個第一輸入口。所述多個第一輸入口的每個通過第一多個輸入線之一與所述多個反應室的一個或多個流體連通。所述微流體裝置還包含多個第二輸入口。所述多個第二輸入口的每個通過第二多個輸入線之一與所述多個反應室的一個或多個流體連通。所述微流體裝置還包含與第一控制線流體連通的第一壓力蓄積器。所述第一控制線設置為關閉所述第一多個輸入線。此外，所述微流體裝置包含與第二控制線流體連通的第二壓力蓄積器。所述第二控制線設置為關閉所述第二多個輸入線。另外，所述微流體裝置包含布置在所述第一壓力蓄積器和所述第一多個輸入線之間的所述第一控制線中的第一單向閥，和布置在所述第二壓力蓄積器和所述第二多個輸入線之間的所述第二控制線中的第二單向閥。根據(jù)又一個替代性實施方案，提供了操作具有多個閥以及單向閥的微流體裝置的方法。所述方法包括向所述微流體裝置的控制線施加第一流體壓力，以及應答于所述第一壓力的施加而關閉所述多個閥。所述方法還包括應答于所述第一壓力的施加而關閉所述單向閥，以及向所述微流體裝置的第二控制線施加第二流體壓力。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方案，提供了操作具有多個輸入口的微流體裝置的方法。所述方法包括向所述多個輸入口之一提供輸入流體，以及開動閥組以關閉與所述多個輸入口的亞組連接的第一部分輸入線。所述亞組不包含所述多個輸入口的所述之一。所述方法還包括使所述輸入流體流過與所述多個輸入口的所述之一連接的輸入線，使所述輸入流體流經(jīng)所述輸入線到達所述輸入線的第二部分并關閉第二閥組以分隔多個反應室。根據(jù)本發(fā)明的另一個具體實施方案，提供了操作可編程微流體裝置的方法，所述裝置具有與第一輸入線組和第二輸入線組流體連通的反應位點陣列。所述方法包括開動可操作用以阻塞所述第一輸入線組的第一閥組，以及開動可操作用以阻塞第二輸入線組之亞組的第一部分的第二閥組。所述方法還包括通過所述第二輸入線組的第二部分將樣品裝載入所述反應位點以及開動可操作用以分隔所述反應位點的第三閥組。根據(jù)本發(fā)明的又一個具體實施方案，提供了微流體裝置。所述微流體裝置包含預定數(shù)量的輸入口和多個輸入流體線，所述輸入口的每個可操作以接收多個輸入流體之一， 所述多個輸入流體線的每個與所述預定數(shù)量的輸入口之一流體連通。所述微流體裝置還包含閥組，所述閥組的每個可操作以關閉所述多個輸入流體線之一。所述閥組的數(shù)量少于所述預定數(shù)量。所述微流體裝置還包含與所述輸入流體線的每個流體連通的歧管和第二閥組，所述第二閥組的每個可操作以關閉所述歧管的一部分。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，提供了操作可編程微流體裝置的方法，所述裝置具有反應位點陣列，其與第一輸入線組、第二輸入線組和與所述第二輸入線組連接的歧管流體連通。所述方法包括開動可操作用以關閉所述第一輸入線組的第一閥組，開動可操作用以關閉第二輸入線組之亞組的第一部分的第二閥組，以及開動可被操作用以使所述歧管停用(deactivate)的第三閥組。所述方法還包括撤銷開動(deactuate)所述第二閥組，將多個樣品通過所述第二輸入線組的第二部分裝載入所述反應位點，以及開動可被操作用以分隔所述反應位點的第四閥組。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，提供了操作可編程微流體裝置的方法，所述裝置具有與第一輸入線組和第二輸入線組流體連通的反應位點陣列。所述方法包括開動可被操作用以阻塞所述第一輸入線組的第一閥組，以及開動可被操作用以分隔所述反應位點的第二閥組。所述方法還包括撤銷開動所述第二閥組，將多個樣品通過第二輸入線組裝載入所述反應位點以及開動所述第二閥組。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施方案，提供了微流體裝置。所述微流體裝置包含多個反應位點和第一輸入線組，所述第一輸入線組提供預定數(shù)量的第一輸入口和所述多個反應位點之間的流體連通。所述第一組的數(shù)量是所述預定數(shù)量。所述微流體裝置還包含第二輸入線組，其提供預定數(shù)量的第二輸入口與所述多個反應室之間的流體連通。所述第二輸入線
11組的每個包含主干部分和分支部分，并且所述第二組的數(shù)量少于所述預定數(shù)量。所述微流體裝置還包含可編程的輸入裝置，其可操作用以使用所述第一輸入線組或所述第二輸入線組裝填所述反應室。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方案，提供了設置具有多個控制線的微流體裝置的方法。所述方法包括開動第一控制線以及將閥置于第一狀態(tài)。所述方法還包括之后開動可被操作用以將閥組置于第二狀態(tài)的第二控制線。處于所述第一狀態(tài)的閥阻止所述閥組被置于第二狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的另一個具體實施方案，提供了設置具有多個控制線的微流體裝置的方法。所述方法包括通過開動第一控制線和然后開動第二控制線來建立所述微流體裝置的第一狀態(tài)，以及通過開動所述第二控制線和隨后開動所述第一控制線建立所述微流體裝置的第二狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的又一個具體實施方案，提供了一種微流體裝置。所述微流體裝置包含第一閥和第二閥。所述微流體裝置還包含與所述第一閥和所述第二閥流體連通的控制線，以及與所述控制線流體連通的壓力源。所述微流體裝置還包含布置于所述控制線中所述壓力源與所述第二閥之間的單向閥。根據(jù)本發(fā)明的另一個替代性實施方案，提供了微流體系統(tǒng)。所述微流體系統(tǒng)包含載體。所述載體包含多個第一輸入口和多個第一輸入線。所述多個第一輸入線的每個與所述多個第一輸入口之一流體連通。所述載體還包含多個第二輸入口和多個第二輸入線。所述多個第二輸入線的每個與所述多個第二輸入口之一流體連通。所述載體還包含第一壓力源和第二壓力源。所述微流體系統(tǒng)還包含裝在所述載體之上的微流體裝置。所述微流體裝置包含多個第三輸入線和多個第四輸入線。所述多個第三輸入線的每個與所述多個第一輸入線之一流體連通，所述第四輸入線的每個與所述多個第二輸入線之一流體連通。所述微流體裝置還包含與所述第一壓力源流體連通的第一控制線，可被操作用以阻塞所述第一控制線至少一部分的單向閥，和與所述第二壓力源流體連通的第二控制線。本發(fā)明具有超越常規(guī)技術的許多優(yōu)點。例如，本發(fā)明技術允許在制造后定制微流體裝置，使用戶能夠提供多個可編程面板的設置。本發(fā)明的這些和其他實施方案以及其許多優(yōu)點和特征聯(lián)系下文和附圖進行了更詳細的描述。附圖簡述

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的微流體裝置的簡化示意圖。圖2A是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的單向閥的簡化示意圖。圖2B是顯示圖2A所示單向閥的簡化頂視圖。圖3是一種操作根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的微流體裝置之方法的簡化流程圖。圖4是一種操作根據(jù)本發(fā)明另一個實施方案的微流體裝置之方法的簡化流程圖。圖5是一種操作根據(jù)本發(fā)明又一個實施方案的微流體裝置之方法的簡化流程圖。圖6A是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的陣列中反應室的簡圖。圖6B是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的陣列中控制線、流體輸入線和反應室的簡化透視圖。圖7顯示一種對根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的可編程微流體裝置編程的簡化方法。圖8顯示一種對根據(jù)本發(fā)明另一個實施方案的可編程微流體裝置編程的簡化方法。圖9顯示一種對根據(jù)本發(fā)明又一個實施方案的可編程微流體裝置編程的簡化方法。圖10是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的可編程微流體裝置的簡化示意圖。圖11是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的微流體系統(tǒng)的簡化示意圖。具體實施方案詳述圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的微流體裝置的簡化示意圖。在一個具體的實施方案中，圖1所示的微流體裝置包含可編程高密度數(shù)字陣列。所述微流體裝置100包含第一壓力源102和第二壓力源104。在圖1中，第一壓力源102被稱為容納蓄積器(containment accumulator)，如下文更詳細所述，所述壓力源102與控制線流體連通，所述控制線可操作用以關閉與陣列106中反應室(未顯示)相關聯(lián)的閥。由于使用壓力源102進行的開動使這些反應室閥關閉并使樣品和/或試劑容納于所述反應室中，因此在一些實施方案中壓力源102稱為容納蓄積器。在操作中，將液體放置在壓力蓄積器(pressure accumulator)或壓力源中，所述壓力蓄積器或壓力源隨后與外部正壓供應(如含有壓縮空氣的容器)相連。在壓力下，所述壓縮空氣或其他流體將所述壓力蓄積器中的液體推入控制線，從而開動閥。因此，所述壓力源在制造時通常不包含加壓流體，而是提供在操作微流體裝置期間加壓流體可在其中蓄積和儲存以在激活后對控制線施加壓力的容器。如在本申請全文中更完整描述的，所述壓力蓄積器可操作以在激活后維持控制線中的壓力。在共同未決和共同轉讓美國臨時專利申請No. 61/044，417中提供了適合實施本發(fā)明實施方案的數(shù)字陣列的額外描述，其全部公開內容對所有目的通過整體弓I用并入本文。圖6A是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的陣列中反應室的簡圖。作為一個實例，本發(fā)明的一些實施方案采用具有反應室的單元格，其橫向尺寸為100μπιΧ60μπι，高度為125 μ m。 在該示例性實施方案中，所述室的體積約為0. 75nl。這樣小的室體積能使用更小的樣品體積并減少了操作成本。直徑50 μ m的通孔(via)連接反應室和測定/樣品輸入線。以IlOym 的第一側向室間距和200 μ m的第二側向室間距放置反應室。在與含有測定/樣品輸入線的層不同的層中提供50 μ mX 50 μ m的閥，所述閥可操作用以阻止流經(jīng)所述輸入線。該單元格的特定幾何外形不旨在限制本發(fā)明的實施方案，而只是提供具體實施方案的實例。在另一個實施方案中，采用適合于具體應用的其他裝置幾何外形。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案，采用寬度范圍為約5 μ m至約400 μ m、深度范圍為約5 μ m至約75 μ m的輸入線提供流經(jīng)所述微流體裝置的流體。寬度范圍為約5 μ m至約 400 μ m、深度范圍為約5 μ m至約75 μ m的控制線用于通過閥關閉(valve off)經(jīng)過輸入線的流體流動。在一些實施方案中采用寬度范圍為約10 μ m至約500 μ m、長度為約10 μ π!至約500 μ m、高度范圍約為5 μ m至約500 μ m的反應室。這些裝置的幾何外形通過示例的方式提供，并且不旨在限制本文所述的實施方案。如圖6A所示，提供了多個輸入線620，使流體能在水平方向流經(jīng)所述輸入線。顯示了三條輸入線，但本發(fā)明的一些實施方案采用多于三條的輸入線，例如，11條輸入線。采用多條輸入線則單個樣品可分布在多個輸入線中，這提供了給定樣品的多個拷貝。如對圖6B 進行的更完整的描述中所述的，所述輸入線或輸入通道至少部分包含在微流體裝置的第一層中。參見圖1，所述輸入線與陣列106左側的測定輸入線132流體連通，并與陣列106右側的樣品輸入線142流體連通。因此，來源于測定輸入130或樣品輸入140的流體均可提供給輸入線并進而提供給反應室。在垂直方向上提供多個控制線610，使得能夠控制經(jīng)過輸入線的流體流動。顯示了兩條輸入線，但本發(fā)明的一些實施方案采用多于兩條的控制線，例如，70條控制線。在另一個實施方案中，有71條控制線。所述多條控制線沿著輸入線的長度形成分離的反應室， 提供包含相同樣品的多個反應室。如對圖6B更完整的描述中所述的，所述控制線或控制通道至少部分包含在微流體裝置的第二層中。參見圖1，所述控制線與閉鎖控制線110的114 部分流體連通，所述閉鎖控制線與容納蓄積器102流體連通。在所述控制線與所述輸入線的交點形成閥615，其應答于控制線中的流體壓力而被開動，并可操作以阻止流體流經(jīng)所述輸入線。通常，所述多層微流體裝置包含多個彈性體層并且閥615包含可偏轉膜。在圖6A 和6B顯示的實施方案中，所述閥的可偏轉膜偏轉至位于與控制通道的交點之上的流體通道中。因此，所顯示的實施方案采用“上推”閥，其中可偏轉膜向上偏轉至流體通道中以在閥所在位置關閉流體通道。對于在圖6A和6B中顯示的閥，釋放控制通道中存在的流體壓力導致可偏轉膜返回未偏轉位置從而打開關閉的閥。流經(jīng)輸入線620的流體沿與圖6A平面垂直的方向經(jīng)過通孔625并向上流入反應室630，如在對圖6B的更完整描述中所述的那樣反應室630至少部分包含在微流體裝置的第三層中。因此，所述通孔至少部分包含在微流體裝置的至少所述第二或第三層中。通常， 采用激光融蝕處理去除第二或第三層的一部分來形成所述通孔。由于所述微流體裝置是空氣可透過的，可采用封閉充填技術(blind fill technique)充填反應室并進行多種化學、 生物或其他實驗。本領域技術人員了解，在反應室中存在流體后，控制線的開動將導致閥關閉并將流體在反應室中保留預定的時間段。圖6B是本發(fā)明一個實施方案的陣列中的控制線、流體輸入線和反應室的簡化透視圖。陣列(例如，圖1所示的陣列106)是多層微流體裝置的一部分。每層通常包含具有一個或更多個凹槽、通道、室等的彈性體結構。如本文所示，第一層601包含布置成平行通道陣列的多個控制通道610和另外的控制通道611。所述控制通道610和另外的控制通道 611與一個或更多個壓力源或壓力蓄積器流體連通。因此在一個實施方案中，控制通道610 與壓力蓄積器102流體連通，控制通道611在與壓力蓄積器104流體連通。盡管在圖6B中顯示了單個控制通道611，但本領域普通技術人員應理解所顯示的單個通道代表了與601 層相關聯(lián)的一個或更多個控制通道。此外，所述控制通道不限制于與層601相關的位置。所述控制通道可適應于具體應用而置于其他層。例如，在一個多重控制(control-on-control)的實施中，為了使第一控制線(例如控制通道611)對第二控制線(例如控制通道610)產(chǎn)生控制，將所述第二控制線根據(jù)控制通道的長度放置在第一層601和第二層602兩者中。采用與通孔625相似的通孔將第二控制線從第一層601轉換到第二層602。通過在第一控制線上方穿過第二控制線， 在兩條控制線的交點形成閥。一旦開動所述第一控制線，則所述第一控制線和所述第二控制線之間閥位置的柔性膜向上推動以在閥位置阻塞位于602層中的第二控制線。因此，如在下文中更完整描述的，可在不同控制線之間或控制線和流體輸入線之間形成“上推”閥。 參見圖1，與閥1 相連的控制線通過通孔從結構的下層過渡到上層，而后穿過控制線122使控制線122從而能夠開動分隔閥124。而后，與閥1 相關聯(lián)的控制線經(jīng)另一個通孔穿回到第一層中從而通過并開動流體輸入線132的閥。一旦控制線122被開動，分隔閥124阻塞經(jīng)過與閥1 相連的控制線的流動，阻止閥1 通常應答于控制線110開動的關閉。第二層602包含也以平行通道陣列布置的多個流體輸入通道620。在圖6A和6B 所顯示的實施方案中，控制通道610和輸入通道620彼此垂直地排列。通過向控制通道610 中存在的液體(通常為基本不可壓縮的流體)施加壓力來實現(xiàn)微流體裝置中存在的閥的開動。通常，將液體放置在蓄積器(accumulator)或壓力源中并且向蓄積器提供加壓的流體 (例如空氣、氮氣等)。蓄積器中壓力的增加使液體在壓力下進入控制線。應答于所施加的壓力，形成601層頂部的可偏轉膜向上偏轉進入流體輸入通道620。因此，在控制通道和流體輸入通道交點產(chǎn)生“上推”閥。一些其他實施方案可通過重新定位多種控制和流體層采用“下推”、“下拉”或“上拉”閥。在提供多重控制的本發(fā)明的一些實施方案中，可提供一個或更多個另外的控制層 (例如下層601)，或者通過將控制線排布入602層。所述一個或更多個另外的控制層可包含另外的控制線(未顯示)，其一旦開動將通過閥關閉層601中存在的控制線。因此，通過對一個或更多個另外的控制線中存在的控制流體(例如液體)施加流體壓力，柔性膜偏轉至控制線610，阻止流體流經(jīng)控制線。因此，本發(fā)明的一些實施方案提供了控制層，也稱為多重控制。本領域普通技術人員會了解許多變化、改進和替換。所述第二層還包含多個通孔625，產(chǎn)生提供從所述輸入通道到第三層603之流體流動的流體通道。第三層603包含多個反應室630，其通過通孔與所述流體輸入通道流體連通。在所示的實施方案中，反應室630形成為與層603的底部相連，換言之，所述反應室從底部是開放的。因此，通孔被完全包含在602層中。在另一些實施方案中，所述通孔可被包含在602和603層兩者中以適應于具體的應用。在一些實施方案中，微流體裝置可包含根據(jù)旋轉或澆注制造方案制備的一個或更多個層。例如，旋轉方案可涉及在有圖案的盤或模具上放置聚合材料，并旋轉所述盤以在盤上產(chǎn)生聚合物層。示例性聚合物包括聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酯、氟代聚合物、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、多晶硅和聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)。澆注方案可涉及如將PDMS材料澆注在有圖案的模板或模具上，這可產(chǎn)生可從模具上完整地剝下或拉下的PMDS層。通常，通過澆注制造技術制備的層比用旋轉制造技術制備的層厚。 彈性塊可包含任何所需組合的一個或更多個澆注或旋轉層。 在一些實施方案中，可根據(jù)旋轉方案制造第一層603。例如，可將PDMS放置在具有對應于多種所需的控制通道610的凸起部分的模具上?？尚D所述模具以在整個模具上產(chǎn)生PDMS薄層。在固化后，可從模具上剝掉第一層601并貼附在適合的剛性基質(如玻璃、 硅)或塑料(聚苯乙烯)上?；蛘?，第一層601可保持為貼附在模具上。第一層601可包含開口、凹槽或至少部分形成或限定控制通道610的其他空隙。 為了生成第二層602，可采用旋轉方案，將PDMS放置在第二模具上，所述第二模具具有對應于多種所需流體輸入通道的凸起部分。第二模具還可包含，例如形成對應于第二層602中排列標記的凸起或波狀部分。這些排列標記可在用于形成通孔625的激光燒蝕中使用，以使燒蝕處理期間激光燒蝕指向所述排列標記。可旋轉第二模具以在整個第二模具上提供PDMS薄層。第二層602可包含開口、凹槽或至少部分形成或限定輸入通道620的其他空隙。在一些情況下，可將第二層602暴露于一次或多次上述激光燒蝕。指向第二層602 的燒蝕激光束可形成通孔625。在第二層602充分固化后，可從第二模具上剝離第一層601， 并將其與第一層對齊并接觸?？蓪⒌诙优c第一層粘貼以使兩層粘附在剛性基質上。為了采用澆注方案產(chǎn)生第三層603，可將PDMS澆注在具有對應于多種所需的反應室630的凸起部分的第三模具上。在固化后，可從第三模具上剝掉第三層603并與第二層 602對齊并接觸?？蓪⒌谌龑诱迟N在第二層上以使所有三層粘附在剛性基質上?？芍圃煳⒘黧w裝置的材料包括但不限于彈性體、硅、玻璃、金屬、聚合物、陶瓷、無機材料和/或這些材料的組合。再參見圖1，壓力源102與封閉控制線110流體連通。所述閉鎖控制線包含幾個下文更完整描述的區(qū)段以及單向閥112(也稱為止回閥(check valve))。在共同未決和共同轉讓的國際專利申請No. PCT/US07/080489(以國際公布號WO 2008/043046A2公開，其全部公開內容通過整體引用并入本文)中提供了關于單向閥的另外描述。第一區(qū)段114從壓力源102接收開動壓力并可操作用以關閉陣列106中存在的容納閥(containment valve) 0 如本領域技術人員所了解地，陣列106適于進行多種微流體實驗。因而可通過應答于閉鎖控制線110的開動而關閉容納閥，使得陣列中的反應室中存在的樣品、試劑等保留在反應室中。閉鎖控制線110的區(qū)段114無止回閥，這使容納閥在去除壓力源102的開動壓力后重新開啟。閉鎖控制線110的第二區(qū)段116在單向閥112的下游。由于單向閥112可操作用以阻止流體從區(qū)段116流向區(qū)段114，壓力源102的開動將導致控制流體(通常為液體)通過單向閥112并關閉閥118a-118e。圖1中所示的與閉鎖控制線110相關聯(lián)的細線代表控制線的“高架(flyover)”區(qū)段，其中控制線的設計防止測定輸入線132(在下文中更完全地描述)在閉鎖控制線110開動后關閉。與閥118a-118e相關聯(lián)的粗線代表可被操作用以關閉或停用歧管135(提供在多個測定輸入線132之間的流體流動)的閥。閥118a-118e的關閉會阻止測定流經(jīng)過歧管135從一個測定輸入線流向其他的測定輸入線，將此稱為歧管的停用。在通過壓力源102開動閉鎖控制線110后，閥118a-118e會關閉并且在去除閉鎖控制線的開動壓力后，單向閥112會保持閥118a-118e的關閉狀態(tài)。與閥118a-118e相反， 由區(qū)段114開動的容納閥會在去除所述開動壓力后開啟。因此，閉鎖控制線中止回閥的空間位置提供了以閉鎖或非閉鎖行為為特征的一個或更多個區(qū)段。如本領域技術人員明確的，在控制線中采用額外的止回閥會提供具有閉鎖行為的額外的區(qū)段。閉鎖控制線110還包含第三區(qū)段128，其具有可被操作用以關閉從測定輸入130至陣列106的測定輸入線132的閥。測定輸入130還可被稱為輸入口。由于第三區(qū)段1 也在單向閥112的下游，通過壓力源102開動閉鎖控制線110可關閉第三區(qū)段128中的閥并阻止在測定輸入線132和陣列106以及其上排布的反應室之間的流動。在去除閉鎖控制線 110的開動壓力后區(qū)段128的閥保持關閉。提供與第二控制線120流體連通的第二壓力源104，其被稱為界面蓄積器 (interface accumulator)。所述第二控制線還包含幾個區(qū)段121、123和125。區(qū)段121包含高架區(qū)122以使得能夠在不關閉測定輸入線132的情況下開動獨立閥124。在本說明書全文中提供了對閥124(本文中稱為獨立或分隔閥(ind印endent or decoupling valve))的另外描述，并在下文中對其進行更具體地描述。盡管在圖1中所述的特定獨立或分隔閥 1 使用第二壓力源104開動，但是這在本發(fā)明中不是必需的。在另一些實施方案中，獨立或分隔閥IM可為機械的、靜電的、流體的、電機械的、熱動力的、壓電的等。因此，盡管采用圖1中顯示的第二壓力源104開動分隔閥124，但是這在一些實施方案中不是必需的。此外， 盡管使用單個第二壓力源104控制包含分隔閥在內的多個閥組，另一些實施方案可采用多個壓力源流體開動的組合和靜電開動等。本領域普通技術人員了解多種變化、改進和替換。區(qū)段123包含可被操作用以關閉6個所示的測定輸入線132中5個的閥134。由于在圖1所示的實施方案中只提供了 5個閥134，通過壓力源104進行的區(qū)段123中閥134 的開動仍會使最右端的測定輸入線保持開啟。區(qū)段125包含單向閥127和可被操作用以關閉樣品輸入線142的閥126，所述樣品輸入線142與樣品輸入(即輸入口)140和陣列106 流體連通。應注意盡管在圖1中顯示了測定和樣品輸入，本發(fā)明不限于只有測定和樣品輸入，其他輸入包括在本發(fā)明范圍內。將單向或止回閥127放置在閉鎖控制線120的區(qū)段125，允許126閥關閉并在區(qū)段所施加壓力后保持關閉，阻止流體通過樣品輸入線來往陣列106的流動。由于區(qū)段121和 123不包含止回閥，這些區(qū)段的撤銷開動將導致閥134和124的重新開啟。本發(fā)明的一些實施方案在微流體裝置100中提供了異步邏輯功能。例如，由于使用單獨并獨立于其他所示控制線Iio的控制線120開動圖1中所示的獨立或分隔閥124， 本發(fā)明的一些實施方案提供了多重控制。在圖1中，在開動分隔閥1 之前對閉鎖控制線 110施加壓力會閉鎖容納閥128。另一方面，在通過容納蓄積器102對閉鎖控制線110施加壓力前，通過界面蓄積器104開動閉鎖控制線120從而關閉分隔閥IM將阻止容納閥1 的關閉。換言之，如果在對閥1 開始施加壓力時分隔閥1 關閉，則分隔閥的關閉狀態(tài)阻止所施加的壓力到達閥128。因此，控制線110和120的開動順序導致不同閥被操作，這提供了異步邏輯。本發(fā)明實施方案提供的多重控制使陣列106可以被“編程”。例如，由于陣列106 按多個閥關閉、閉鎖或重新開啟的順序編程，可以以多種布局使用陣列106。在本文所述的一些實施方案中，使用所示的2個壓力源提供了三種不同的布局。采用單向閥以及分隔閥 (其可視為堆疊控制閥組中的一個)提供這些多重布局。分隔閥可限制對閥128的控制， 所述控制可通過應答于閉鎖控制線110的開動實現(xiàn)，所述分隔閥只是堆疊控制閥的一個實例，本發(fā)明范圍包括其他布局。在控制線的預定區(qū)段使用止回閥提供了控制線的部分閉鎖。例如，可通過起始控制線110的開動來閉鎖閥118和128。然而，起始控制線120的開動會導致分隔閥的關閉。 隨后控制線110的開動會導致閥118的閉鎖但是對閥1 無影響。隨后在保持控制線110 開動的同時撤銷開動控制線120(例如通過釋放界面蓄積器施加的壓力)會導致分隔閥重新開啟之后閥128的閉鎖。在圖1所示的微流體裝置100中，6個測定輸入線132各自分成4個輸入線，提供了穿過容納閥1 的總共M個測定輸入線。此外，顯示了 M個樣品輸入線142。這些輸入線的具體數(shù)字只是示例，其他實施方案提供了其他具體的輸入線數(shù)。例如，在一個具體實施方案中，圖1所示的示意圖只顯示了一半微流體裝置(例如裝置的右側)，在所述裝置的左側有相匹配的輸入組。本領域普通技術人員會了解許多改變、改進和替換。
圖2為本發(fā)明一個實施方案的單向閥的簡化截面圖。圖2B為圖2A所示單向閥的簡化頂視圖。參見圖2A，開動流體(通常為液體)經(jīng)入口 210流入止回閥112/127，并經(jīng)過通孔215流過室220。通過開動流體的流動使得膜230提起或保持在基本水平的位置，使開動流體經(jīng)過入口 210從左到右穿過。開動流體經(jīng)通孔240a-M0d和通孔242流過室220并從出口 250流出。因此，在所示的實施方案中，對于每個單向閥總共6個通孔來說，有一個輸入通孔和5個輸出通孔。如在圖2B的頂視圖中所示，根據(jù)具體設計提供額外的結構元件和組件。當去除開動流體壓力時，膜230塌陷在層沈0上，阻止通過入口 210回流。因此， 單向閥1M/127提供從入口 210到出口 250的流動，但阻止反向的流動。關于單向閥的其他描述在共同未決和共同轉讓的上述引用的申請中提供。本發(fā)明的一些實施方案提供了整合有單向或止回閥的微流體裝置。在一個實施方案中，所述微流體裝置包含第一閥和第二閥。通常，所述第一閥是形成第一閥組的多個閥中的一個，所述第二閥是形成第二閥組的多個閥中的一個。與所述第一閥和所述第二閥流體連通的控制線作為微流體裝置的一部分與壓力源一起提供，所述壓力源與所述控制線流體連通。參見圖1，通過對容納蓄積器102施加壓力開動控制線110，導致陣列106中的閥615 以及閥118a-118e開動從而使歧管135停用。所述微流體裝置還包含布置于所述壓力源和所述第二閥之間的控制線中的單向閥。例如，起初開啟的閥112位于容納蓄積器102和閥 118a-118e之間的控制線110上。在降低或移除控制線110上的壓力后止回閥112提供了閥118a-118e的閉鎖，而陣列106中存在的閥(非閉鎖閥)能夠重新開啟使樣品流入反應室。因此，通過采用止回閥閉鎖微流體裝置中預定數(shù)目的閥，提供了通常設計中不能實現(xiàn)的微流體裝置中流體流動的控制和樣品的分隔。在圖1和6A所示的實施方案中，閥615被設置為分隔布置在微流體裝置上的反應室，而閥118a-118e被設置為將同測定輸入口 130相連接(coupled)的六條線的第一流體輸入線與同測定輸入口相連接的六條線的第二流體輸入線相分隔。如在本說明書中更完整描述的，關閉和閉鎖閥118a-118e從而使歧管135停用的能力使微流體裝置能夠以多種方式編程，這使輸入線132中的流體流動能夠根據(jù)具體應用被分離或合并。除了將止回閥整合進具有陣列布局的微流體裝置中之外，一些設計提供了獨立閥，也稱為分隔閥。例如，獨立于裝置中其他閥而被控制的分隔閥可被操作用以阻止一個或更多個閥的開動，所述一個或更多個閥控制通過與微流體裝置中存在的反應室連接的流體輸入線的流體流動。例如，可在開動控制線Iio之前關閉分隔閥124，從而阻止閥1 應答于控制線110開動的關閉。圖10是本發(fā)明一個實施方案的可編程微流體裝置的簡化示意圖。圖10中所示的元件可在載體中提供或如圖11所示在貼附于載體的微流體裝置中提供。如圖10所示，裝于載體上的微流體裝置的輪廓由虛線1050表示。參見圖10，在微流體裝置的相對側提供了兩個排放源(vent source) 0通常作為載體的一部分提供的排放源可不在所有實施方案中采用。在圖10的上方顯示了 48條樣品輸入線1010，其中在微流體裝置的左側布置了 24 條樣品輸入線并對陣列106左側提供樣品，在微流體裝置右側布置了 M條樣品輸入線并對陣列106右側提供樣品。48條樣品線通常在載體中提供并且通過在微流體裝置中形成并與樣品線末端對齊的通孔1030與陣列106流體連通。在微流體裝置中提供從通孔1030至陣列106的樣品輸入線142。48條樣品線通過通用壓力源(common pressure source)(未顯示)加壓，所述壓力源能與微流體裝置所放置其上的載體的樣品部分連接。因此，48樣品口的樣品能被載入微流體裝置并經(jīng)樣品輸入線推入陣列106。參見圖1，為了清楚起見而顯示了陣列106的右側部分，其中圖10右側部分的M條樣品輸入線顯示為樣品輸入線142。 因此，本發(fā)明的一些實施方案提供了具有多至48個不同樣品的48條樣品輸入線。其他實施根據(jù)具體應用提供了不同的數(shù)目。在圖10中顯示了控制線1004，其與圖1顯示的界面蓄積器104連接。此外，在圖 10中顯示了幾個止回閥(check valve，cv)，這在微流體裝置中提供了經(jīng)控制線的單向流體流動。參見陣列106的下部，為連接至陣列該部分的控制線提供了另外的CV。在陣列106 的外部提供了水化線。這些水化線為水化流體提供了來源，水化流體的作用是減少或防止陣列中流體的蒸發(fā)。在圖10下部顯示的48條輸入線包含12條測定輸入線(陣列106左側6條，陣列 106右側6條)。12條測定線通過通用壓力源(未顯示)加壓，所述壓力源能與微流體裝置所放置其上的載體的測定部分連接。因此，12測定口的測定能被載入微流體裝置并經(jīng)測定輸入線推入2個陣列106。參見圖1，為了清楚起見顯示右陣列106，其具有顯示為測定輸入線132的圖10右側部分的6條樣品輸入線。因此，本發(fā)明的一些實施方案提供了具有多至 12個不同測定的12條測定輸入線。測定輸入線在微流體裝置的中央兩個陣列106之間通過，6條線分支到右陣列106，6條線分支到左陣列106。所示歧管的使用能提供少于12個測定，例如，少至單個測定。其他實施根據(jù)具體應用提供了不同的數(shù)目。在圖10下部所示的其他36條輸入線中，2條線用于水化，在此具體實施中34條是未使用的。測定輸入線1020提供進入陣列106的單個輸入線的輸入，而測定輸入線1022 分支成多條進入測定106的輸入線(例如，4條線)。圖6A顯示了每樣品3條輸入線的例子，但在圖10所示的實施方案中，有11條輸入線。此外，在圖6A中，2條控制線顯示在圖6A中，但在圖10所示的實施方案中，有71條控制線可被操作以形成70個反應室/輸入線。因此，在本實施方案中對于每個樣品有770 個反應室(11條輸入線X70個反應室)。隨著48個樣品分配入770個反應室，提供了高密度的集成流體回路(integrated fluidic circuit，IFC)。在一個實施方案中，微流體裝置能一次檢測多達48個獨立的樣品。所述多達48個樣品的每個被分配進770個反應室獨立組，從而遞送如總數(shù)為36，960的同步數(shù)字PCR反應。在另一個實施方案中，去除微流體裝置的一些可編程性，則對于相同的裝置面積和組件尺寸，增加了反應室數(shù)/樣品。例如，一個實施方案使用多達48個樣品，其具有814個反應室/樣品。使用可獲得自本發(fā)明受讓人的產(chǎn)品，可以在少于4個小時內完成整個數(shù)字PCR過程。此外，本文所述的微流體裝置是完整的基因分析系統(tǒng)的組成部分。該系統(tǒng)可包含微流體裝置、微流體裝置的控制器、BioMark 系統(tǒng)或一體式熱循環(huán)儀、EPl讀取儀和相關軟件。 本文所述的微流體裝置與成品試劑和微孔形式的分配設計兼容。本領域普通技術人員了解許多改變、改進和替換。圖11是本發(fā)明一個實施方案的微流體裝置的簡化示意圖。所述微流體系統(tǒng)包含載體1100和裝于所述載體之上的微流體裝置1108。微流體裝置1108整合了圖1所述的元件。所述載體包含排布在臺(bank) 1106a上的多個第一輸入口或孔1105。所述載體還具有與多個第一輸入口流體連通的多個第一輸入線1115(例如，48條輸入線)。在所述多個第一輸入口周圍有外周緣，使能夠用通用壓力源對所述第一輸入口加壓。在一個示例性應用中，將48個樣品載入第一輸入口，從載體的頂部對所述口施加壓力導致48個樣品被推過多個第一輸入線并最終進入微流體裝置上的流體線。所述載體還包含排布在臺1106b上的多個第二輸入口 1105以及多個對應的第二輸入線1115。類似于多個第一輸入口，所述多個第二輸入口被外周緣圍繞，使分配入第二輸入口的流體能夠被推過第二輸入線并進入微流體裝置中的流體線。為了在所述載體和置于所述載體上的微流體裝置之間提供流體連通，微流體裝置具有在微流體裝置下部形成的通孔1114，其與所述第一輸入線和所述第二輸入線的末端部分對齊。流過輸入線的流體穿過通孔向上進入微流體裝置提供的流體線。如圖10所示，連接所述樣品輸入口的流體線經(jīng)過沿圖中微流體裝置左側和右側垂直排列的通孔1030進入微流體裝置的對側，并流向微流體裝置的中央。在圖6A中，這些樣品輸入線可對應圖6A中水平流過的輸入線620。使用這48個樣品輸入線，可在微流體裝置每行的反應室中填充不同的樣品。微流體裝置的下部中還提供了通孔1040并且其與多個第二輸入線1020對齊。如圖10所示，載入第二輸入口的流體(如測定)流過第二輸入線1020，經(jīng)過通孔1040進入歧管1060。所述微流體裝置包含可與所述歧管協(xié)同操作的閥，以導致1個流體(樣品或測定)或12個不同的流體被提供入兩個陣列中的反應室。如果應用需要單個輸入流體，歧管被開啟并且輸入流體流至圖10中經(jīng)過陣列中央垂直通過的所有流體線。流體線在經(jīng)過陣列中央時分支出去，最終隨著它們流過陣列側面的通孔1030最終流過反應室。參見圖6A， 這些測定輸入線可對應在反應室下經(jīng)過的輸入線620。在本實例中，左陣列側的流動是從中央到左側，右陣列的流動是從中央至右側?；蛘撸煞忾]歧管135以引入12個待引入反應室的不同流體(例如測定)(即每個陣列6個不同的測定)。如圖10所示，流體在陣列之間垂直流動，然后分支出去，其中12 個流體的每個流入陣列的多排中，水平地從中央經(jīng)過到達邊緣鄰近的通孔1030。在載體上提供壓力蓄積器1106c和1106d以使得能夠開動微流體裝置上存在的控制線和止回閥。以與流體線類似的方式，載體中的控制線1002和1004通過微流體裝置上形成的通孔與微流體裝置上的控制線110和120流體連通。因此，盡管圖1顯示了載體的界面和容納蓄積器以及微流體裝置中的控制線，應理解該示意圖是為清楚和方便起見的簡圖。 與可在其上放置微流體裝置的載體相關的其他細節(jié)在美國專利申請公開No. 2005/0214173 中提供，其公開內容對于所有目的通過整體弓I用并入本文。載體1100具有整合的壓力蓄積器孔1101和1102，其每個中具有用于容納閥的干孔1103、1104，所述閥優(yōu)選為與蓋相連的止回閥。載體1100還包含一個或多個孔臺1106a、 b、c和d，其每個具有位于其中的一個或多個孔1105(也稱為輸入口)。每個載體1100的孔1105具有從孔1105導向置于載體位置1107的微流體裝置1108的通道。孔臺1106c和 1106d通常用于提供用來開動微流體裝置1108中所存在的控制線的壓力。提供控制流體的流體線，將孔臺中的孔與微流體裝置中存在的閥或其他控制設備相連接。微流體裝置優(yōu)選為由兩層或更多層彈性體材料形成的彈性體塊，其具有在其中形成的微制造的凹槽或通道。
所述微流體裝置中有與一個或多個通孔1114流體連通的一個或多個通道，其繼而提供微流體裝置中的通道與載體中的通道之間的流體連通，然后其導向孔列1106a_d中的孔1105，從而提供載體1100中的孔1105與微流體裝置1108中的通道之間的流體連通。 蓄積器孔頂1109和1110連接到蓄積器孔1101和1102以形成蓄積器室1115和1116。蓄積器孔頂1109和1110分別包含閥1112和1111，其優(yōu)選地為在壓力下將氣體引入蓄積器室 1115和1116并保留氣體的止回閥。當存在于蓄積器室1115和1116中時，閥1111和1112 位于干孔1102和1104的內部以使液體不接觸閥111和1112。優(yōu)選地通過優(yōu)選的止回閥中的按壓薄片(shave)、針等機械地開啟閥1111和1112，其克服止回閥的自動關閉力以從蓄積器室釋放壓力，從而降低蓄積器室中所含的流體壓力。載體1100和其相關組件可由聚合物制造，如聚丙烯、聚乙稀、聚碳酸酯、高密度聚乙烯、聚四氟乙烯PTFE或Tefl0n(R)、玻璃、石英、金屬(例如鋁)、透明材料、多晶硅等。蓄積器孔頂1109和1110還包含調整螺絲，其可移除以從蓄積器室1115和1116引入或移除氣體或液體。優(yōu)選地，可開動閥1112和1111以釋放蓄積器室1115和1116中流體壓力，否則流體壓力則存留其中。使用槽口 1117幫助將微流體裝置合適地放置在其他儀器中，例如， 用于操作或分析微流體裝置或其中進行的反應的儀器。圖3是顯示操作根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的微流體裝置之方法的簡化流程圖。在圖3所示的實施方案中，提供了數(shù)字陣列的48面板布局。對壓力源102 (容納蓄積器)施加第一壓力，這導致了閉鎖控制線110(310)的開動。在一個具體的實施方案中，所述第一壓力為30psi。在另一些實施方案中，根據(jù)具體應用采用其他壓力。參見圖1，陣列106中的所有閥(未顯示)會由于區(qū)段114的壓力而關閉。壓力通過單向閥112施加至區(qū)段116，這會導致閥118a-118e的關閉和閉鎖。區(qū)段116的高架部分會阻止測定輸入線由于區(qū)段116 的開動而關閉。閥118的關閉會關閉輸入流體經(jīng)歧管135的流動，從而將連接至測定輸入 130的6個測定輸入線彼此分隔。應注意在圖3所示的控制流中，未使用壓力源104。因此，沒有控制線120的開動或分隔閥124的關閉。因此，應答于閉鎖控制線110的開動，容納閥1 關閉并閉鎖。因此， 在通過容納蓄積器施加第一壓力(例如，30psi)后，所述陣列閥關閉并且閥118和1 關閉和閉鎖。降低壓力源102的第一壓力(312)使陣列閥(未顯示)重新開啟。在一些實施方案中，在過程(312)中去除壓力以使所施加的壓力為零。如以上指出的，閥118和1 會在關閉狀態(tài)保持閉鎖。供應自樣品輸入或口 140的樣品通過樣品輸入線142載入(314)陣列中的反應室。芯片的設計提供通過樣品輸入線142、測定輸入線132或兩者的裝載。因為在此實施方案中，測定輸入線通過閉鎖閥1 來關閉，裝載經(jīng)樣品輸入線進行。在完成樣品載入后，對壓力源102再施加第二壓力(316)，從而關閉陣列閥并分隔所述反應室中的樣品。在一些實施方案中，第二壓力等于第一壓力(例如，30psi)，盡管這在本發(fā)明中不是必需的。其他適于關閉陣列閥的壓力包含在本發(fā)明的范圍內。此外，盡管在一些實施方案中移除了第一壓力，這在本發(fā)明中不是必需的，因為一些實施方案可將壓力降低至非零值而仍提供裝載樣品的充足流體流動。因此，圖3顯示的實施方案提供了 48個樣品的裝載(即，24條所示的樣品輸入線X裝置兩側)。如以下所討論的，本文所述的可編程數(shù)字陣列也提供了其他樣品布局。
應理解圖3所示的具體步驟提供了操作本發(fā)明一個實施方案的微流體裝置的一種特定方法。其他步驟順序也可根據(jù)一些替換性實施方案實施。例如，本發(fā)明的一些替換性實施方案可以以不同的順序實施以上列出的步驟。此外，圖3所示單個步驟可包含多個子步驟，其可根據(jù)單個步驟的要求以多種順序實施。此外，可根據(jù)具體的應用添加或去除另外的步驟。本領域普通技術人員會了解許多改變、改進和替換。圖4為顯示一種操作根據(jù)本發(fā)明另一個實施方案的微流體裝置的方法的簡化流程圖。與圖3所描述的48面板布局不同，在圖4所示的實施方案中提供了單面板布局。對壓力源104施加第一壓力010)，這導致閉鎖控制線120的開動。壓力會通過單向閥127施加以關閉和閉鎖區(qū)段125中的閥126。因此，在此布局中不會有經(jīng)過樣品輸入線142的流動。高架區(qū)段122會傳遞控制壓力以關閉分隔閥124。區(qū)段123會將閉鎖控制線120中的控制壓力傳遞至與6條測定輸入線132中5條相關聯(lián)的閥134。因此，閥134將被關閉，使得流動僅僅經(jīng)過最右端的測定輸入線。經(jīng)最右端的測定輸入線裝載單個樣品(412)。由于閉鎖控制線110的區(qū)段116在此布局中未被開動，歧管135開啟，使最右端樣品輸入中所含的單個樣品被提供至全部的樣品輸入線132。因此，使用來自最右端樣品測定輸入的單個樣品經(jīng)測定輸入裝載所述陣列。對壓力蓄積器102施加第二壓力，開動閉鎖控制線110并關閉與區(qū)段114相連的陣列閥。因此，使用不同的控制流，使用單個可編程數(shù)字陣列的多種布局是可能的，例如，單面板布局。應理解圖4所示的具體步驟提供了根據(jù)本發(fā)明另一個實施方案的微流體裝置的一種特定操作方法。其他步驟順序也可根據(jù)替換性實施方案實施。例如，本發(fā)明的一些替換性實施方案可以以不同的順序實施以上列出的步驟。此外，圖4所示單個步驟可包含多個子步驟，其可根據(jù)單個步驟的需要以多種順序實施。此外，可根據(jù)具體的應用添加或去除另外的步驟。本領域普通技術人員會了解許多改變、改進和替換。圖5是顯示一種操作根據(jù)本發(fā)明又一個實施方案的微流體裝置之方法的簡化流程圖。在圖5所示的實施方案中，提供了數(shù)字陣列的12面板布局。對壓力源104施加第一壓力(510)。在一個具體的實施方案中，所述第一壓力為45psi，盡管這在本發(fā)明中不是必需的，可采用其他適合的壓力。如有關圖4之過程010)的討論，開動閉鎖控制線120。通過單向閥127施加壓力以關閉并閉鎖區(qū)段125中的閥126。因此，在此布局中不會有經(jīng)過樣品輸入線142的流動。高架區(qū)段122會傳遞所述控制壓力以關閉分隔閥124。如以下所討論的，分隔閥的臨時關閉會阻止容納閥1 在隨后的控制線110的開動作用下關閉。區(qū)段 123會將閉鎖控制線120的控制壓力傳遞至與6個測定輸入線132中5個相關聯(lián)的閥134。 因此，閥134會被暫時關閉。對壓力源102施加第二壓力(512)，開動閉鎖控制線110。在一個具體的實施方案中，所述第二壓力為30psi，小于第一壓力(例如，45psi)。如以下所討論的，所述第二壓力足以關閉預定的閥而不開啟在過程(510)中關閉的分隔閥124?？筛鶕?jù)具體應用使用其他壓力。區(qū)段114的開動會關閉陣列106中的閥。壓力會經(jīng)單向閥112施加至區(qū)段116，這會導致閥118a-118e的關閉和閉鎖。區(qū)段116的高架部分會阻止測定輸入線由于區(qū)段116的開動而關閉。閥118的關閉會關閉輸入流體經(jīng)歧管135的流動，從而將與測定輸入130連接的6個測定輸入線每個分隔開。
與控制線102的起始開動不同，控制線104的起始開動將分隔閥關閉，從而提供了可編程順序，其中控制線102的開動不導致與測定輸入線132相關聯(lián)的閥128閉鎖。這種多重控制特性提供了采用本發(fā)明一些實施方案的異步邏輯功能，使用常用的微流體裝置不會獲得該特性。將施加到壓力源102的壓力降低至例如零(514)。因為區(qū)段116在單向閥112下游，在區(qū)段116撤銷開動后閥118繼續(xù)閉鎖在關閉位置，這阻止6條測定輸入線之間的流體流動。區(qū)段114的撤銷開動開啟所述陣列中的閥，使在隨后的裝載過程中裝載樣品。如以上所討論的，閥1 在過程(512)中未閉鎖。將施加到壓力源104的壓力降低至例如零(516)。通過降低區(qū)段123的壓力重新開啟閥134。如以上所討論的，使用測定輸入130來為陣列中的反應室提供輸入。通過降低區(qū)段121中高架區(qū)段122中的壓力來重新打開分隔閥124。由于在編程過程的該階段對控制線110沒有施加壓力，所以閥1 保持在開啟狀態(tài)。盡管所展示的為將壓力降低到零，但是這些具體壓力不是本發(fā)明所必需的，可采用其他適合的壓力。從6個測定輸入中載入樣品(518)。通過由于之前閥118的閉鎖導致的歧管135 的去功能化保持測定輸入之間的分隔。因此，在此布局中，提供了 12面板布局(6個測定輸入X裝置的2側)。對壓力源102施加第三壓力(520)以關閉與區(qū)段114相關聯(lián)的陣列閥。此外，由于分隔閥124被重新打開，所以閥1 被閉鎖關閉。應理解圖5所示的具體步驟提供了操作本發(fā)明又一個實施方案的微流體裝置的一種具體方法。其他步驟順序也可根據(jù)替換性實施方案實施。例如，本發(fā)明的替換性實施方案可以以不同的順序實施以上列出的步驟。此外，圖5所示單個步驟可包含多個子步驟， 其可根據(jù)單個步驟以多種順序實施。此外，可根據(jù)具體的應用添加或去除另外的步驟。本領域普通技術人員會了解許多改變、改進和替換。表1提供了本文所述的可編程數(shù)字陣列微流體裝置的多個可能面板布局之一的開動壓力和載入過程。對壓力源102和104施加的壓力用示例性壓力進行說明，盡管其他適合的壓力包含在本發(fā)明實施方案的范圍中。
權利要求
1.一種微流體裝置，其包含壓力源；控制線，其與所述壓力源流體連通； 多個閥，其通過所述控制線操作；和獨立閥，其位于所述控制線附近并處于所述壓力源與所述多個閥之間。
2.權利要求1的微流體裝置，其中所述獨立閥構建和排列成阻塞流體通過所述控制線的流動。
3.權利要求1的微流體裝置，其中所述獨立閥與第二壓力源流體連通。
4.權利要求1的微流體裝置，其中所述控制線包括包含單向閥的閉鎖控制線。
5.權利要求4的微流體裝置，其中所述單向閥被設置為阻止流體從所述閥向所述壓力源流動。
6.權利要求5的微流體裝置，其還包含多個室閥。
7.權利要求6的微流體裝置，其中所述控制線向所述多個閥和所述多個室閥提供開動壓力。
8.權利要求1的微流體裝置，其中所述獨立閥可操作用于阻止所述多個閥關閉。
9.權利要求1的微流體裝置，其還包含通過第二控制線操作的第二多個閥。
10.權利要求9的微流體裝置，其中所述第二控制線包括包含第二單向閥的第二閉鎖控制線。
11.操作具有閥和控制線的微流體裝置的方法，所述控制線具有與其相關聯(lián)的閥組，所述方法包括關閉所述閥；和對所述控制線施加壓力；其中所關閉的閥使與所述控制線相關聯(lián)的所述閥組不可操作。
12.權利要求11的方法，其中關閉所述閥包括 對第二控制線施加第二壓力；和應答于所述第二壓力而關閉所述閥。
13.權利要求11的方法，其中第一閥組應答于對所述第一控制線施加第一壓力而關閉。
14.權利要求13的方法，其中所述第一閥組被閉鎖，
15.權利要求11的方法，其還包括保持施加至所述第二控制線的所述第二壓力；和對所述第一控制線施加小于所述第一壓力的第二壓力，其中與所述第二控制線相關聯(lián)的閥組應答于所述第二壓力的施加而關閉。
16.權利要求15的方法，其中所述閥組被閉鎖。
17.一種微流體裝置，其包含第一閥； 第二閥；控制線，其與所述第一閥和所述第二閥流體連通； 壓力蓄積器，其與所述控制線流體連通；和單向閥，其位于所述控制線附近并位于所述壓力蓄積器和所述第二閥之間。
18.權利要求17的微流體裝置，其中所述壓力蓄積器與所述第一閥之間的所述控制線無單向閥。
19.權利要求17的微流體裝置，其中所述第一閥被設置為將布置于所述微流體裝置中的反應室分隔開。
20.權利要求17的微流體裝置，其中所述第二閥被設置為將第一流體輸入線和第二流體輸入線分隔開。
21.權利要求17的微流體裝置，其還包含與所述控制線流體連通的第三閥。
22.權利要求21的微流體裝置，其中所述第三閥可操作用于阻止流體通過與反應室相偶連的流體輸入線的流動。
23.權利要求21的微流體裝置，其還包含構建和安排成阻塞流體經(jīng)所述控制線流動的分隔閥，其中所述分隔閥沿所述控制線置于所述壓力蓄積器和所述第三閥之間。
24.權利要求23的微流體裝置，其中所述分隔閥設置為接受來自第二控制線的開動壓力，所述第二控制線與第二壓力蓄積器流體連通。
25.權利要求對的微流體裝置，其中所述第二控制線獨立于所述控制線。
26.權利要求23的微流體裝置，其中所述分隔閥可操作用于阻止所述第三閥應答于所述控制線的開動而關閉。
27.一種微流體裝置，其包含多個反應室，其布置為陣列布局，所述多個反應室的每個具有與所述多個反應室之一流體連通的第一閥和與所述多個反應室之所述之一流體連通的第二閥； 第一控制線，其可被操作用以開動所述第一閥和所述第二閥； 輸入線組，其與所述多個反應室流體連通； 多個樣品入口，其與所述輸入線組流體連通；和單向閥，其布置在所述第一控制線中。
28.權利要求27的微流體裝置，其還包含與第一壓力蓄積器流體連通并可被操作用以阻塞一部分所述輸入線組的第一閥組。
29.權利要求27的微流體裝置，其中所述第一閥組在所述單向閥的下游。
30.權利要求27的微流體裝置，其還包含 第二輸入線組，其與所述多個反應室流體連通；和第二多個樣品入口，其與所述第二輸入線組流體連通。
31.權利要求30的微流體裝置，其還包含可通過第二控制線操作的第二閥組。
32.權利要求31的微流體裝置，其中所述第二控制線與第二壓力蓄積器流體連通，并且可被操作用以阻塞一部分所述第二輸入線組。
33.權利要求31的微流體裝置，其還包含布置于所述第二控制線中的第二單向閥。
34.權利要求31的微流體裝置，其還包含布置于所述第二控制線中并可被操作用以阻塞流體經(jīng)過所述第一控制線流動的分隔閥。
35.一種微流體裝置，其包含 多個反應室；多個第一輸入口，其中所述多個第一輸入口的每個通過第一多個輸入線之一與所述多個反應室中的一個或多個流體連通；多個第二輸入口，其中所述多個第二輸入口的每個通過第二多個輸入線之一與所述多個反應室中的一個或多個流體連通；第一壓力蓄積器，其與第一控制線流體連通，其中所述第一控制線設置為關閉所述第一多個輸入線；第二壓力蓄積器，其與第二控制線流體連通，其中所述第二控制線設置為關閉所述第二多個輸入線；第一單向閥，其布置于位于所述第一壓力蓄積器與所述第一多個輸入線之間的所述第一控制線中；和第二單向閥，其布置于位于所述第二壓力蓄積器與所述第二多個輸入線之間的所述第二控制線中。
36.權利要求35的微流體裝置，其還包含可被操作用以分隔所述多個反應室之每個的閥組。
37.權利要求35的微流體裝置，其還包含可被操作用以阻塞所述第二控制線并且布置于所述第二壓力蓄積器與所述第二控制線之間的閥。
38.權利要求37的微流體裝置，其中所述第一控制線可操作用于開動所述閥。
39.權利要求35的微流體裝置，其還包含可操作用于阻塞所述第二多個輸入線之亞組的閥組。
40.權利要求35的微流體裝置，其還包含可操作用于阻塞歧管的閥組，所述歧管提供了所述第二多個輸入線之間的流體連通。
41.操作具有多個閥和單向閥的微流體裝置的方法，所述方法包括 向所述微流體裝置的控制線施加第一流體壓力；應答于所述第一壓力的施加而關閉所述多個閥； 應答于所述第一壓力的施加而關閉所述單向閥；和向所述微流體裝置的第二控制線施加第二流體壓力。
42.權利要求41的方法，其還包含降低施加到所述控制線中的所述第一流體壓力。
43.權利要求42的方法，其中在降低施加到所述控制線中的所述第一流體壓力后，所述多個閥保持關閉狀態(tài)。
44.權利要求42的方法，其中降低所述第一流體壓力包括對所述控制線不施加流體壓力。
45.權利要求41的方法，其中向所述第二控制線施加所述第二流體壓力包括關閉分隔閥。
46.權利要求45的方法，其中所述分隔閥可操作用于阻止所述多個閥和所述控制線之間的流體連通。
47.權利要求41的方法，其中所述微流體裝置具有多個反應室以及與所述多個反應室中每一個相關聯(lián)的閥組。
48.操作具有多個輸入口的微流體裝置的方法，所述方法包括 向所述多個輸入口之一提供輸入流體；開動閥組以關閉與所述多個輸入口之亞組連接的輸入線之第一部分，其中所述亞組不包含所述多個輸入口的所述之一；使所述輸入流體流過與所述多個輸入口的所述之一相連的輸入線； 使所述輸入流體經(jīng)過所述輸入線流至所述輸入線之第二部分；和關閉第二閥組以分隔多個反應室。
49.權利要求48的方法，其中關閉所述第二閥組包括對第一壓力源施加流體壓力。
50.權利要求49的方法，其中關閉所述第二閥組包括關閉提供輸入線之間流體連通的歧管。
51.權利要求49的方法，其中開動所述閥組包括對第二壓力源施加流體壓力。
52.權利要求48的方法，其中使所述輸入流體流至所述輸入線的所述第二部分包括使所述輸入流體流過提供所述輸入線之間流體連通的歧管。
53.權利要求48的方法，其中在關閉所述第二閥組之前開動所述閥組。
54.權利要求48的方法，其還包括使所述輸入流體流過第二輸入線組，所述第二輸入線組分支成所述輸入線中每一個的所述第二部分。
55.操作可編程微流體裝置的方法，所述微流體裝置具有與第一輸入線組和第二輸入線組流體連通的反應位點陣列，所述方法包括開動可被操作用以阻塞所述第一輸入線組的第一閥組； 開動可被操作用以阻塞第二輸入線組之亞組的第一部分的第二閥組； 通過所述第二輸入線組的第二部分將樣品裝載入所述反應位點；和開動可被操作用以分隔所述反應位點的第三閥組。
56.權利要求55的方法，其中開動所述第一閥組包括閉鎖所述第一閥組。
57.權利要求55的方法，其中開動所述第一閥組包括向與所述第一閥組流體連通的第一壓力源施加第一壓力。
58.權利要求55的方法，其中開動所述第一閥組和開動所述第二閥組同時進行。
59.權利要求55的方法，其中開動所述第三閥組包括向與所述第三閥組流體連通的第二壓力源施加第二壓力。
60.權利要求59的方法，其中所述第三閥組的開動在將多個樣品裝載入所述反應位點后進行。
61.權利要求55的方法，其中所述樣品經(jīng)過連接所述第二輸入線組之第二部分的歧管從所述輸入線的第一部分流至所述第二輸入線組的第二部分，所述輸入線的第一部分不包含在所述第二輸入線組之亞組中。
62.權利要求55的方法，其中不包含在所述第二輸入線組之所述亞組中的輸入線與設置為接收所述樣品的輸入口流體連通。
63.一種微流體裝置，其包含預定數(shù)量的輸入口，每個所述輸入口可被操作用以接收多個輸入流體之一； 多個輸入流體線，所述多個輸入流體線的每個與所述預定數(shù)量的輸入口之一流體連通；閥組，所述閥組的每個可被操作用以關閉所述多個輸入流體線之一，其中所述閥組的數(shù)量少于所述預定數(shù)量；歧管，其與所述多個輸入流體線的每一個流體連通；和第二閥組，所述第二閥組的每個可被操作用以關閉所述歧管的一部分。
64.權利要求63的微流體裝置，其中所述預定數(shù)量為12。
65.權利要求63的微流體裝置，其還包含與所述閥組流體連通的第一壓力源。
66.權利要求65的微流體裝置，其還包含與所述閥組流體連通的第二壓力源。
67.權利要求63的微流體裝置，其中所述歧管的所述部分包含流體線，所述流體線將所述多個輸入流體線的一個與所述多個輸入流體線的另一個相連。
68.權利要求63的微流體裝置，其中所述閥組的數(shù)量是小于所述預定數(shù)量的數(shù)量。
69.權利要求63的微流體裝置，其中所述多個輸入流體線的每個分支成多個輸入流體線。
70.操作可編程微流體裝置的方法，所述微流體裝置具有反應位點陣列，其與第一輸入線組、第二輸入線組和連接所述第二輸入線組的歧管流體連通，所述方法包括開動可被操作用以關閉所述第一輸入線組的第一閥組； 開動可被操作用以關閉第二輸入線組之亞組的第一部分的第二閥組； 開動可被操作用以使所述歧管停用的第三閥組； 撤銷開動所述第二閥組；通過所述第二輸入線組的第二部分將多個樣品裝載到所述反應位點中；和開動可被操作用以分隔所述反應位點的第四閥組。
71.權利要求70的方法，其中開動所述第一閥組包括閉鎖所述第一閥組。
72.權利要求70的方法，其中開動所述第一閥組和開動所述第二閥組包括對第一壓力源施加第一壓力，所述第一壓力源與所述第一閥組和所述第二閥組流體連通。
73.權利要求72的方法，其中開動所述第三閥組包括對第二壓力源施加第二壓力，所述第二壓力源與所述第二閥組流體連通。
74.權利要求73的方法，其中所述第二壓力小于所述第一壓力。
75.權利要求70的方法，其中撤銷開動所述第二閥組包括減小施加到所述第一壓力源的所述第一壓力。
76.權利要求70的方法，其中開動所述第三閥組包括閉鎖所述第三閥組。
77.權利要求70的方法，其還包括開動閥以阻止第五閥組的關閉，所述第五閥組可被操作用以關閉所述第二組輸入線的所述第二部分。
78.權利要求77的方法，其中所述閥與第一壓力源流體連通，所述第一壓力源與所述第一閥組流體連通。
79.權利要求70的方法，其中所述第二輸入線組中每一個的第一部分與輸入口流體連通，所述輸入口設置為接收所述多個樣品之一。
80.權利要求70的方法，其中所述反應位點包含多個反應室，所述多個反應室的每個通過通孔與所述第二輸入流體線組之一的第二部分流體連通。
81.權利要求70的方法，其中所述第二輸入線組中每一個的第一部分與不同輸入口流體連通。
82.操作可編程微流體裝置的方法，所述可編程微流體裝置具有與第一輸入線組和第二輸入線組流體連通的反應位點陣列，所述方法包括開動可被操作用以阻塞所述第一輸入線組的第一閥組；開動可被操作用以分隔所述反應位點的第二閥組；撤銷開動所述第二閥組；將多個樣品通過第二輸入線組裝載入所述反應位點；和開動所述第二閥組。
83.權利要求82的方法，其中開動所述第一閥組包括閉鎖所述第一閥組。
84.權利要求82的方法，其中開動所述第一閥組包括對第一壓力源施加第一壓力，所述第一壓力源與所述第一閥組流體連通。
85.權利要求82的方法，其還包括在開動所述第一閥組的同時開動第三閥組。
86.權利要求85的方法，其中開動所述第三閥組包括閉鎖所述第三閥組。
87.權利要求82的方法，其中撤銷開動所述第一閥組包括減小施加到所述第一壓力源的所述第一壓力。
88.權利要求82的方法，其中所述第二輸入線組中每一個與不同輸入口流體連通。
89.權利要求82的方法，其中開動所述第一閥組和開動所述第二閥組同時進行。
90.權利要求82的方法，其中所述反應位點包括限定在所述微流體裝置的彈性體層中的反應室。
91.一種微流體裝置，其包含多個反應位點；第一輸入線組，其提供預定數(shù)量的第一輸入口與所述多個反應位點之間的流體連通， 其中所述第一組的數(shù)量是所述預定的數(shù)量；第二輸入線組，其提供預定數(shù)量的第二輸入口與所述多個反應室之間的流體連通，其中所述第二輸入線組中每一個包含主干部分和分支部分，并且所述第二組的數(shù)量少于所述預定數(shù)量；和可編程輸入裝置，其可被操作用以使用所述第一輸入線組或所述第二輸入線組填充所述反應室。
92.權利要求91的微流體裝置，其中所述多個反應位點布置為陣列布局。
93.權利要求91的微流體裝置，其中所述多個反應位點中每一個包含反應室，所述反應室通過通孔與所述第一輸入流體線組之一流體連通。
94.權利要求91的微流體裝置，其中所述多個反應位點中每一個包含反應室，所述反應室通過通孔與所述第二輸入流體線組的分支部分之一流體連通。
95.權利要求91的微流體裝置，其中所述輸入線組中每一個的所述分支部分從所述主干部分形成四個流體通道。
96.權利要求91的微流體裝置，其中所述可編程輸入裝置包含可被操作用以關閉所述第一輸入流體線組的閥組。
97.權利要求96的微流體裝置，其中所述閥組與單向閥流體連通，所述單向閥可被操作用以將所述閥組閉鎖在關閉狀態(tài)。
98.權利要求91的微流體裝置，其中所述可編程輸入裝置包含閥組，所述閥組可被操作用以關閉所述第二輸入流體線組的所述分支部分。
99.權利要求98的微流體裝置，其中所述閥組與單向閥流體連通，所述單向閥可被操作用以將所述閥組閉鎖在關閉狀態(tài)。
100.權利要求98的微流體裝置，其還包含布置在所述閥組附近并且可被操作用以阻止所述閥組關閉的獨立閥。
101.設置具有多個控制線的微流體裝置的方法，所述方法包括 開動第一控制線；將閥置于第一狀態(tài)；之后，開動可被操作用以將閥組置于第二狀態(tài)的第二控制線，其中處于所述第一狀態(tài)的閥阻止所述閥組被置于所述第二狀態(tài)。
102.權利要求101的方法，其中所述第一狀態(tài)是關閉。
103.權利要求101的方法，其中所述第二狀態(tài)是關閉。
104.權利要求101的方法，其中開動所述第一控制線包括對第一壓力源施加第一壓力。
105.權利要求104的方法，其中開動所述第二控制線包括對第二壓力源施加第二壓力。
106.權利要求105的方法，其中所述第二壓力源獨立于所述第一壓力源。
107.一種設置具有多個控制線的微流體裝置的方法，所述方法包括通過開動第一控制線而后開動第二控制線來建立所述微流體裝置的第一狀態(tài)；和通過開動所述第二控制線而后開動所述第一控制線來建立所述為流體裝置的第二狀態(tài)。
108.權利要求107的方法，其中所述第一狀態(tài)包括處于關閉狀態(tài)的第一輸入線組和與所述微流體裝置上所布置的多個反應室流體連通的第二輸入線組。
109.權利要求108的方法，其中所述第二狀態(tài)包括與所述微流體裝置上所布置的所述多個反應室流體連通的所述第一輸入線組以及處于關閉狀態(tài)的所述第二輸入線組。
110.權利要求108的方法，其中所述第二狀態(tài)還包括處于關閉狀態(tài)的閥組，其阻止流體流過連接所述第二輸入線組的歧管。
111.權利要求107的方法，其中所述第一控制線與第一壓力源流體連通。
112.權利要求111的方法，其中所述第二控制線與第二壓力源流體連通。
113.權利要求107的方法，其中所述微流體裝置包含彈性體材料。
114.一種微流體系統(tǒng)，其包含 載體，其包含多個第一輸入口；多個第一輸入線，所述多個第一輸入線中每一個與所述多個第一輸入口之一流體連通；多個第二輸入口；多個第二輸入線，所述多個第二輸入線中每一個與所述多個第二輸入口之一流體連通；第一壓力源；和第二壓力源裝在所述載體上的微流體裝置，所述微流體裝置包含多個第三輸入線，所述多個第三輸入線中每一個與所述多個第一輸入線之一流體連通；多個第四輸入線，所述多個第四輸入線中每一個與所述多個第二輸入線之一流體連通；與所述第一壓力源流體連通的第一控制線；單向閥，其可被操作用以阻塞所述第一控制線的至少一部分；和與所述第二壓力源流體連通的第二控制線。
115.權利要求114的微流體系統(tǒng)，其中所述多個第一輸入口可被操作用以接收通用壓力源。
116.權利要求114的微流體系統(tǒng)，其中所述多個第二輸入口可被操作用以接收通用壓力源。
117.權利要求114的微流體系統(tǒng)，其還包含可被操作用以阻塞所述第二控制線至少一部分的第二單向閥。
118.權利要求114的微流體系統(tǒng)，其中所述微流體裝置還包含歧管，其將所述載體中的所述多個第二輸入線與所述微流體裝置中所述多個第四輸入線相連接。
119.權利要求118的微流體系統(tǒng)，其還包含可被操作用以阻塞所述歧管之部分的閥組。
120.權利要求114的微流體系統(tǒng)，其中所述微流體裝置還包含多個反應室組，每個反應室組的每個反應室與所述多個第三輸入線之一和所述多個第四輸入線之一流體連通。
全文摘要
微流體裝置包含壓力源和與所述壓力源流體連通的控制線。所述微流體裝置還包含多個閥及獨立閥，所述多個閥通過所述控制線操作，所述獨立閥位于所述控制線附近并在所述壓力源和所述多個閥之間。
文檔編號B01L99/00GK102281950SQ200980154761
公開日2011年12月14日 申請日期2009年12月7日 優(yōu)先權日2008年12月8日
發(fā)明者布賴恩·福勒 申請人:富魯達公司