CN102341691A - 具有微流体芯片的仪器 - Google Patents

Abstract

本发明提供微流体装置，微流体装置包括具有微流体通道的流体层以及调节流体在通道中的移动的一个或多个调节层。微流体装置可以被用于混合一种或多种流体。流体层的至少一部分可以被与调节层分离，例如呈搁架的形式。这样的分离部分可以被用作其中液体的温度被控制的区域。还提供包括热控制装置和可移动的磁性组件的仪器，微流体装置被接合入热控制装置中使得热控制装置控制分离部分中的温度，可移动的磁性组件包括具有屏蔽物的磁体使得被汇聚的磁场可以被施加于或撤出分离部分或微流体装置的任何其他部分。还提供混合流体的方法。方法包括在微流体通道中堆叠不同液体的多个交替的团，并且将被堆叠的团移动通过通道。在另一种方法中，团被移动至具有能够容纳多个团的体积的隔膜阀中，然后将液体泵送离开阀。

Description

具有微流体芯片的仪器

交叉引用

本申请要求以下美国临时专利申请的提交日期的权益：于2008年12月31日提交的61/204,179；于2009年1月20日提交的61/205,534；于2009年3月20日提交的61/162,080；以及于2009年7月21日提交的61/227,382。

关于联邦资助研究的声明

本发明根据美国国家卫生研究院的授权号5R01HG003583-04在美国政府的支持下作出。政府可以拥有本发明的权利。

发明背景

过去已经开发了具有不同设计的多种微流体装置，这样做经常具有以下这些目标：降低生物分析方法中的样品体积要求，将多个步骤整合为自动化的过程，整合样品准备和分析，以及兼容样品和过程的世界通用的标准。

由于缺少控制外部尺寸形式因素、上游和下游外部界面的性质以及内部微流体路径的长度、横截面几何形状以及直径的标准，这样的微流体装置经常被证明是彼此不兼容的，并且与上游的纯化装置和下流的分析装置之间也不兼容。虽然在微制造方面取得进步，但是许多生化反应和化学反应所要求的处理、反应和样品尺寸已经成为制造可用于包括核酸测序在内的许多领域的微流体装置的阻碍。因此，本领域存在对适合用于在这些领域中处理和回收生化反应和化学反应以便进行后续分析的微流体装置的需求。

发明概述

在一个方面，本发明提供微流体装置，包括：(a)流体层，其包括流体通道；(b)气动层，其包括气动通道；以及(c)致动层，其被夹在流体层和气动层之间，其中装置包括被包括在该夹层结构中的至少一个隔膜阀，其中阀的激活调节流体通道中的流体流，并且其中装置还包括流体层的分离部分(isolated portion)，所述分离部分包括微流体通道并且不被气动层以及，任选地，致动层覆盖。在一个实施方案中，装置的流体层包括内部通道并且分离部分不被致动层覆盖。在一个实施方案中，流体层包括在层的表面中的凹槽，在层的表面中的该凹槽作为流体通道，并且在分离部分中该凹槽被致动层或另一种材料的层覆盖。在另一个实施方案中，微流体装置的分离部分形成延伸超出夹层结构的边缘的搁架(shelf)。在一个实施方案中，在微流体装置的分离部分中的流体通道包括多个弯曲部。在另一个实施方案中，在微流体装置的被分离的区域中的流体通道形成蜿蜒的形状。在一个实施方案中，在微流体装置的流体层的分离部分内的流体通道具有高至或小于0.2、0.5、0.75、1或2的高度与宽度的高宽比。在另一个实施方案中，微流体装置的流体层的分离部分占整个流体层的区域的约1/2至约1/100之间。

在一个实施方案中，微流体装置的流体层包含玻璃。在另一个实施方案中，微流体装置的致动层包括PDMS。

在另一个实施方案中，微流体装置的多个流体通道中的流体流通过单个气动通道调节。在又一个实施方案中，微流体装置包括多个流体回路。

在另一个实施方案中，微流体装置还包括与分离部分热接触的热散布器。在另一个实施方案中，微流体装置的分离部分与热调节器热接触。在一个实施方案中，热调节器包括一个或多个电阻丝(resistive wire)。在另一个实施方案中，微流体装置的分离部分的第一表面与第一热调节器热接触，并且与第一表面相对的第二表面与第二热调节器热接触。在另一个实施方案中，微流体装置的分离部分的第一表面与第一热调节器热接触，并且第二表面与绝热器热接触。

在另一个方面，本发明提供微流体装置，包括：(a)流体层，其包括流体通道；以及(b)致动层，其与流体层的一部分接触，其中致动层调节流体通道中的流体流，并且其中流体层包括不与致动层接触并且包括微流体通道的一部分。

在另一个方面，本发明提供微流体装置，包括：第一玻璃层、第二玻璃层和第三玻璃层以及弹性体层，其中：(a)第一玻璃层与第二玻璃层界面接合，并且第一玻璃层和第二玻璃层形成一个或多个流体通道；(b)弹性体层被定位在第二玻璃层和第三玻璃层之间，并且第二玻璃层和弹性体层形成与一个或多个流体通道流体连通的一个或多个室；并且(c)弹性体层和第三玻璃层形成一个或多个气动通道，并且此外其中第一玻璃层和第二玻璃层的第一部分与弹性体层和第三玻璃层分离。在一个实施方案中，微流体装置的分离部分延伸超出弹性体层和第三玻璃层的边缘以形成搁架。在另一个实施方案中，微流体装置的一个或多个室具有可调整的体积。在另一个实施方案中，微流体装置的一个或多个室包括阀。在一个实施方案中，微流体装置的第三玻璃层不延伸超出弹性体层。在另一个实施方案中，微流体装置的第一玻璃层的一部分延伸超出弹性体层。在又一个实施方案中，微流体装置的第一玻璃层的延伸超出弹性体层的部分与热调节器热接触。在一个实施方案中，微流体装置的一个或多个流体通道形成蜿蜒的通道。

本发明的另一个方面提供用于调节微流体通道中的流体的温度的方法，包括：(a)提供微流体装置，微流体装置包括含有流体通道的流体层；包括气动通道的气动层；以及被夹在流体层和气动层之间的致动层，其中装置包括被包括在该夹层结构中的至少一个隔膜阀，其中阀的激活调节流体通道中的流体流，并且其中装置还包括流体层的包括微流体通道并且不被气动层以及任选地，致动层覆盖的分离部分；(b)将液体移动入分离部分中的流体通道的节段内；并且(c)当液体在分离部分中的流体通道内时调节液体的温度。在一个实施方案中，用于调节微流体通道中的流体的温度的方法包括使液体的温度循环。

本发明的另一个方面提供一种仪器，包括：(a)基部，其包括热调节器；以及(b)微流体装置，其包括含有流体通道的流体层；包括气动通道的气动层；以及被夹在流体层和气动层之间的致动层，其中装置包括被包括在该夹层结构中的至少一个隔膜阀，其中阀的激活调节流体通道中的流体流，并且其中装置还包括流体层的包括微流体通道并且不被气动层以及任选地，致动层覆盖的分离部分；微流体装置与基部接合，使得流体层的分离部分与热调节器热接触。在一个实施方案中，仪器的热调节器包括被连接于电压源的至少一个电阻丝。在一个实施方案中，仪器的电阻丝通过偏置元件附接于基部，当丝被加热时偏置元件保持丝上的张力。在另一个实施方案中，仪器的热控制装置包括被引导以朝向分离部分或远离分离部分吹空气的一个或多个风扇。在另一个实施方案中，仪器的热控制装置包括珀尔帖装置。

本发明的另一个方面提供一种仪器，包括：(a)芯片基台组件(chipstation assembly)，其包括至少一个基台，每个基台被构建为接合微流体芯片，其中每个微流体芯片包括多个微流体回路，每个回路包括室；以及(b)磁体移动组件，其包括：(i)磁体，其用于每个基台；以及(ii)致动器，其被构建为将每个磁体移动入基台的功能位置中，以便在与基台接合时，向微流体芯片中的每个室内施加至少30T²/m的磁力，并且其中磁力在多个微流体回路的每个室内是实质上相同的。仪器的仪器芯片基台组件可以包括多个基台。在一个实施方案中，多个基台是4个。

在实施方案中，磁体包括长尺寸、中间尺寸和短尺寸，其中长尺寸和短尺寸界定第一对面，该第一对面界定北磁极和南磁极，并且第一对面中的一个面向功能位置中的接合的芯片以施加磁力。在一个实施方案中，每个磁体还包括接触磁体的由长尺寸和中间尺寸界定的第二面的屏蔽物(shield)，其中屏蔽物实质上引导磁体的磁力。在另一个实施方案中，屏蔽物还接触第一对的不面向芯片的面。

在另一个实施方案中，仪器的芯片基台组件包括多个基台，磁体实质上彼此平行并且多个屏蔽物接触面向另一个磁体的一侧上的第二面。在一个实施方案中，仪器的磁体可以是实质上矩形的。

在本发明的一个方面，仪器的每个基台与微流体芯片接合。在一个实施方案中，微流体芯片的室是隔膜室。在另外的实施方案中，每个芯片中的室以实质上线性的方式布置。

仪器的磁体移动组件可以包括保持磁体并且可以被致动器移动的磁体保持器。在一个实施方案中，致动器包括电马达。

在另一个方面，本发明提供一种方法，包括相对于微流体芯片将磁体移动入功能位置中，其中芯片包括多个微流体回路，每个回路包括室；并且当磁体处于功能位置中时，磁体在芯片中的每个室内施加至少30T²/m的磁力，并且其中磁力在芯片中的每个室内是实质上相同的。在一个实施方案中，方法包括在每个室中使用磁力捕获来自在每个回路中流动的流体的磁性响应颗粒。在另外的实施方案中，室是隔膜室，并且捕获包括通过使隔膜变形增加室的体积。方法还可以包括将磁体从功能位置移动出来以释放颗粒。

本发明的另一个方面提供用于混合第一液体和第二液体的方法，包括在通道内将第一液体的第一团定位成邻近第二液体的第二团并且在第二液体的第二团的下游，在通道内将第三液体的第三团定位成邻近第二液体的第二团并且在第二液体的所述第二团的上游，在所述通道内将所述第一团、所述第二团和所述第三团在层流条件下在第一方向上移动，由此该移动促进第一液体、第二液体和第三液体的混合，其中一个或多个气动致动的隔膜泵被用于将第一团、第二团和第三团定位在通道内，并且其中第一液体和第二液体是不同的。

在某些实施方案中，第一团和/或第二团具有小于约1000、750、500、400、300、200、100、50、25、20、15、10、5、4、3、2或1μL的体积。通道可以具有横截面面积和长度，并且通道的横截面面积可以沿通道的长度增加或减少。在一个实施方案中，一个或多个隔膜泵的移动在泵内引起湍流。一个或多个隔膜泵可以被用于在通道内移动第一团和第二团。在其他的实施方案中，第一液体和第二液体是含水液体。一个或多个隔膜泵可以是微流体隔膜泵。

在另一个实施方案中，通道是微流体通道。在某些实施方案中，微流体通道具有在约20至10,000,000平方微米之间的横截面面积。在某些实施方案中，第一液体和第三液体是相同的。

本发明的另一个方面提供用于在微流体混合通道中组合第一液体和第二液体的方法，包括提供具有第一液体通道和第二液体通道的装置，所述第一液体通道和所述第二液体通道中的每个被流体地连接于所述微流体混合通道，其中第一隔膜阀被定位在第一液体通道内，第二隔膜阀被定位在第二液体通道内，并且第三隔膜阀和第四隔膜阀被定位在微流体混合通道内；并且使用第一隔膜阀、第二隔膜阀、第三隔膜阀和第四隔膜阀将第一液体和第二液体相继地泵送入微流体混合通道中以形成第一液体和第二液体的多个团，其中第一隔膜阀、第三隔膜阀和第四隔膜阀被用于将第一液体泵送入微流体混合通道中并且第二隔膜阀、第三隔膜阀和第四隔膜阀被用于将第二液体泵送入微流体混合通道中，并且其中第一液体和第二液体是不同的。

在某些实施方案中，第一隔膜阀、第二隔膜阀、第三隔膜阀和第四隔膜阀中的一个或多个被气动致动。在其他的实施方案中，团中的一个或多个具有小于约1000、750、500、400、300、200、100、50、25、20、15、10、5、4、3、2或1μL的体积。在一个实施方案中，方法还可以包括将多个团沿微流体混合通道向下移动，由此邻近的团之间的界面面积的量随多个团沿微流体混合通道向下移动而增加。

在某些实施方案中，微流体混合通道具有横截面面积和长度，并且微流体混合通道的横截面面积沿微流体混合通道的长度增加或减少。在某些实施方案中，打开或关闭隔膜阀中的一个或多个在隔膜阀内引起湍流。在某些实施方案中，第二阀是流通阀(flow-through valve)。在其他的实施方案中，第一液体和第二液体在层流条件下在微流体混合通道中移动。在一个实施方案中，多个团由于多个团沿微流体混合通道向下移动而被混合。第一液体通道和第二液体通道可以是微流体通道。

本发明的一个方面提供用于向混合通道提供第一液体和第二液体的方法，包括以下步骤：a)提供具有第一液体通道和第二液体通道的装置，第一液体通道和第二液体通道中的每个被流体地连接于所述混合通道，其中第一阀被定位在第一液体通道内，第二阀被定位在第二液体通道内，泵阀(pumping valve)被定位在混合通道内，并且出口阀(exit valve)被定位在混合通道内的泵阀的下游，并且其中第一液体和第二液体是不同的；b)向第一液体通道提供第一液体并且向第二液体通道提供第二液体；c)配置阀使得第一阀是打开的而第二阀、泵阀和出口阀是关闭的；d)打开泵阀；e)配置阀使得泵阀和出口阀是打开的而第一阀和第二阀是关闭的；f)关闭泵阀；g)配置阀使得第二阀是打开的而第一阀、泵阀和出口阀是关闭的；h)打开泵阀；i)配置阀使得泵阀和出口阀是打开的而第一阀和第二阀是关闭的；并且j)关闭泵阀。

在某些实施方案中，第一阀、第二阀、泵阀或出口阀中的一个或多个被气动致动。在其他的实施方案中，步骤d)使第一液体移动并且步骤h)使第二液体移动。在其他的实施方案中，被移动的第一液体和/或第二液体具有小于约1000、750、500、400、300、200、100、50、25、20、15、10、5、4、3、2或1μL的体积。在某些实施方案中，重复步骤c)到j)。在其他的实施方案中，第二阀是将第二液体通道联结于混合通道的流通阀。

在某些实施方案中，方法还包括在混合通道内移动第一团和第二团。在某些实施方案中，混合通道具有横截面面积和长度，并且通道的横截面面积沿混合通道的长度增加或减少。在其他的实施方案中，第一团和第二团的移动在层流条件下发生。在另一个实施方案中，打开或关闭阀中的一个或多个在阀内引起湍流。在一个实施方案中，第一液体和第二液体具有在约0.001μL/秒至100μL/秒之间的总体积流量。在其他的实施方案中，第一液体和第二液体是含水液体。

在另一个方面，本发明提供在微流体装置中混合流体的方法，包括：a)在微流体通道中堆叠交替的第一液体的团和第二液体的团；并且b)将团的堆移动通过通道，其中通道被构建为使得移动团增加团之间的表面接触的面积，促进第一液体和第二液体的混合。在一个实施方案中，使用微流体装置上的包括三个隔膜阀的隔膜泵的连续冲程产生团。在另一个实施方案中，通道被构建成用于液体的层流。

在另一个方面，本发明提供在微流体装置中混合流体的方法，包括：a)在微流体通道中堆叠交替的第一液体的团和第二液体的团；b)将团的堆移动入隔膜阀的室中，其中室在打开时具有大于至少四个团的体积的体积；并且c)关闭隔膜阀，其中关闭将液体泵送离开阀，由此混合液体。在一个实施方案中，阀将流体泵送入第二微流体通道中。在某些实施方案中，堆中的交替的团的数量是至少4个、至少8个或至少12个。

以引用方式并入

本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请都通过引用方式并入本文，达到如同每个单独的出版物、专利或专利申请被专门地且单独地表示为通过引用方式并入相同的程度。

附图简述

本发明的新颖的特征在所附的权利要求中具体地提出。将通过参照以下提出了利用本发明原理的例证性的实施方案的详细描述以及附图获得对本发明的特征和优点的更好的理解，附图中：

图1描绘了本发明的微流体芯片的示意图。图1A是示出了第一微流体夹层结构区以及被延伸的搁架的第二区的侧视图。夹层结构区具有包括气动通道的顶部层、在下方的包括可变形膜的第二层以及两个微流体层。在四层构型中，微流体层具有导通孔层(via layer)和具有微流体通道的层。将注意到，在本构型中，被延伸的搁架是两个微流体层的延伸部。图1B是示出了微流体夹层结构区、被延伸的搁架区以及蜿蜒的通道的俯视图。

图2图示了其中流体通道向阀处的室中敞开的MOVe阀的实施方案的横截面。本实施方案包括可选择的粘合剂层。

图3A图示了单通道致动阀或在线阀的实施方案。当阀被关闭时流体流可以通过水平通道被阻挡或减少。

图3B图示了两个通道流通阀，其中流体可以在阀被关闭时沿竖直通道流过阀并且在阀被打开时变成被连接于水平通道。

图4图示了两个通道MOVe阀的实施方案，其中图4A图示了通道入口和导通孔的阀座。

图4B图示了MOVe阀，其中膜和阀座在打开位置中，允许流体流过通道。

图5图示了三个通道MOVe阀的实施方案，其中图5A图示了通道入口和导通孔的阀座。

图5B图示了MOVe阀，其中膜和阀座在打开位置中，允许流体流过通道。

图6图示了微流体装置的实施方案的示意图，包括第一口70(例如用于试剂)、第二口80(例如用于样品)、阀10、流通阀20、泵阀30、捕获室/阀40、被分离的区的蜿蜒的通道60、阀50和口(例如出口)90。

图7图示了具有24个单个回路的阵列以及被延伸的搁架区的微流体芯片装置的实施方案。芯片701包括流体层702的包括蜿蜒的流体通道以及夹层结构部分703的分离部分，其中气动层和致动层覆盖流体层。部分703可以具有用于捕获磁性响应颗粒的捕获室，如本文所描述的。也附接的是与流体层匹配的流体歧管704。

图8图示了具有微流体芯片装置的制造芯片的实施方案。这种圆形芯片可以被切割以提供图7的实施方案。

图9图示了具有四个温度调节区域的热调节器的实施方案，四个温度调节区域每个具有两个电阻热调节器以及用于固定微流体芯片装置的螺纹孔。

图10以显示位于温度调节区域下方的冷却风扇的剖视仰视图图示了热调节器的实施方案。

图11图示了热调节器的实施方案，示出了用于为装置供应动力和控制装置的电连接以及输入/输出连接。

图12图示了本发明的仪器的实施方案。元件包括被弹簧偏置器1205偏置的热调节器(1204，电阻丝)、包括夹层结构部分1202和分离部分(1201，被延伸的搁架区)的微流体芯片。流体歧管1203与芯片匹配，用锁定器(1206，螺钉)使芯片与仪器的基部接合。

图13以横截面图示了MOVe阀的实施方案，以及MOVe阀和由三个串联的MOVe阀形成的MOVe泵的立体视图。本实施方案描绘了具有通过导通孔朝致动层上敞开的内部通道的流体层。然而，清楚的是，阀还可以使用其中通道被形成在流体层的表面中并且被致动层覆盖的流体层来形成。流体层1301、致动层1302和气动层1303被夹在一起。微流体通道1304通过导通孔1305朝致动层上敞开。阀座1306与致动层接触，导致关闭的阀。当气动层被激活时，致动层1307被变形为气动室1308。这打开阀，产生液体可以流过的路径1309。

图14图示了磁体组件的实施方案。项目1401-1405：1401-仪器底盘；1402-磁体提升机构结构托架；1403-磁体组件；1404-磁体保持器焊件；1405-线性运动致动器。

图15图示了磁体组件的实施方案，其中磁体已经被装置移动入相对于微流体芯片的功能位置中。项目1501-1506：1501-仪器底盘；1502-线性致动器；1503-磁体提升机构结构托架；1504-磁体组件；1505-微芯片，被延伸的搁架部分；1506-微芯片，夹层结构部分。

图16图示了本发明的仪器1601的实施方案，包括被附接于仪器的四个微流体芯片组件1602，具有用于被连接于内/外连接(in/out connection)1605的热调节器1603的电路。气动导管1605被通过气动口1606供给至气动致动器1607以控制微流体芯片的阀和口。

图17图示了仪器的实施方案的部分视图，包括相对于芯片基台，被可操作地连接穿过热调节器的磁体组件。视图示出了四个磁体1701的阵列被托架1702保持为平行方向，其中两个芯片基台1703位于邻近于磁体中的两个。磁体组件的连接棒1704穿过热调节器，热调节器的一部分被以1705示出。

图18图示了磁体组件的磁体和屏蔽物的实施方案。磁体1801具有长尺寸1802、中间尺寸1803和短尺寸1804，并且是实质上矩形形状的。长尺寸和短尺寸界定第一对面，第一对面界定北磁极1805和南磁极1806。屏蔽物1807接触磁体的由长尺寸和中间尺寸界定的第二面。

图19是仪器的实施方案的部分视图，图示了各种部件的相对位置。仪器被示出为具有四个带三个流体歧管和被附接的芯片1902的芯片基台1901。加热元件1903位于微流体芯片的被延伸的区或搁架的下方，并且被受控电路供给。磁体1904位于邻近于加热元件处，且被附接的屏蔽物被定向为在与加热元件相对的面上。在本图示中，视图中的磁体具有被定向为向上的北极。在本实施方案中，其余的三个磁体将被顺序地配置为使南极、北极和南极面向上的交替的方向。

图20A图示了具有被附接的磁屏蔽物2002和所得到的被汇聚的磁场2003的磁体2001。

图20B图示了具有捕获室/阀2004、微流体通道2006和弹性体膜2007的微流体芯片2005。如果室处于被汇聚的磁场2008中，那么芯片处于功能位置中。

图21示出了具有四个在线隔膜阀的三个被流体地连接的微通道的视图。

图22示出了具有三个在线隔膜阀和一个流通隔膜阀的三个被流体地连接的微通道的视图。

图23示出了具有四个被定位在微通道中的在线隔膜阀和一个被定位在三个微通道的交叉处的结点隔膜阀的三个被流体地连接的微通道的视图。

图24示出了具有五个在线隔膜阀的四个被流体地连接的微通道的视图。

图25示出了具有六个被定位在微通道中的在线隔膜阀和一个被定位在四个微通道的交叉处的结点隔膜阀的四个被流体地连接的微通道的视图。

图26示出了具有椭圆形形状的室的微通道。

图27示出了具有圆形形状的室的微通道。

图28示出了具有矩形形状的室的微通道。

图29示出了两个具有沿微通道增加的界面面积的流体。

图30示出了本发明的隔膜阀的一个实施方案的合页状视图。流体层101包括包含被阀座103中断的流体通道102的流体导管。在本实施方案中，流体通道朝流体阀体104中敞开。流体层的一个面在被组装的装置中接触致动层(例如弹性层)105。该面包括密封表面106和功能部件，即包括阀座的流体导管，的暴露表面，致动层可以被密封至密封表面106。气动层111包括包含气动通道112的气动导管以及被布置为与阀座相对的气动阀体。气动层还包括在被组装的装置中接触致动层并且具有密封表面和功能元件的暴露表面的面。

图31立体地示出了被组装的隔膜阀。

图32A和图32B示出了“三层”隔膜阀在关闭(图32A)构型和打开(图32B)构型中的横截面。

图33A和图33B以分解图和近视图示出了其中流体层包括多个亚层的装置的一部分。顶部亚层121被称为“蚀刻”层并且底部亚层122被称为“导通孔”层。在本实施例中，蚀刻层包括在面向导通孔层的表面上以形成关闭的流体通道的凹槽(例如123和128)。导通孔层包括在面向致动层的表面上的凹槽(例如124)。当致动层(例如弹性层)被结合于或压靠住导通孔层时，其覆盖通道并且密封通道以防止渗漏。导通孔层还包括横贯该亚层并且向在一侧上的致动层以及在另一侧上的蚀刻层上敞开的导通孔(例如孔洞或钻孔)(例如126和127)。这样，在蚀刻层中的通道中行进的流体可以流入面向致动层的导通孔层中的导管中。

本发明的详细描述

I.微流体芯片装置

本公开内容提供包括微流体芯片装置和热调节器的系统以及使用该装置的方法。本文公开的系统可用于制备和分析目标分析物，包括处理生化样品或化学样品、分析目标分析物或回收处理过的生化样品或化学样品以便在另外的装置中进行分析。在一个方面，微流体芯片装置包括第一区和第二区(图1)。如图2中描绘的，第一区或微流体夹层结构区具有多个层，多个层包括含有流体通道的流体层；包括气动通道的气动层；以及被夹在流体层和气动层之间的致动层(例如弹性体层)，其中夹层结构包括微机器人芯片阀和泵阀(MOVe)，以调节流体通道中的流体流。微流体装置的第二区(图1A)，即在这种情况下呈延伸的搁架区形式的分离部分，包括第一区的流体层的延伸超出夹层的边缘以形成搁架的延伸部分。在其他的实施方案中，被分离的区是由被流体层的另一个部分夹住的气动层围绕的区。通常，被分离的区包括一个或多个微流体通道(见图1B)，一个或多个微流体通道被构建为容纳用于随后回收和分析从被引入通道中的样品的生化或化学反应的足够体积的流体样品。在一个实施方案中，通道呈蜿蜒的形状。微流体装置被构建为使得一个或多个装置可以附接于热调节器，且微流体装置的被延伸的搁架区在温度调节区域中以用于受控地调节搁架区和被容纳在其中的流体样品的温度。被延伸的搁架可以与温度调节表面物理接触，例如珀尔帖，或可以通过非物理接触例如IR加热、辐射加热、空气冷却来进行加热和冷却。气动层大体上在温度调节区域的外部。如下文更充分地描述的，热调节器可以是电装置，该电装置包括被可操作地连接于装置、微处理器、或计算机控制器以调节装置和微流体芯片装置的被延伸的搁架区的温度和温度调节时间的一个或多个热调节器、温度传感器、温度调节器、风扇和电源。

本发明的流体装置包括至少一个或多个流体导管，在流体导管中流体流由装置上的可被例如气动或水力致动的隔膜阀和泵控制。装置包括流体层、气动层以及被夹在流体层和气动层之间的致动层。在某些实施方案中，三个层被结合为一个单元。在其他的实施方案中，流体层和致动层被结合在一起以形成可以例如通过施加和释放压力，例如通过夹紧，而与气动层匹配和从气动层除去的单元。当流体亚层包含玻璃时，亚层可以通过加热各部分从而使各部分熔合被结合在一起。

流体导管和气动导管可以以沟槽、微凹、杯、敞开通道、凹槽、沟、凹陷部以及类似物的形式被形成在流体层或气动层的表面中。导管或通路可以呈适合于它们的功能的任何形状。这包括例如具有半圆形的、圆形的、矩形的、椭圆形的或多边形的横截面的通道。可以制成具有圆形或其他形状并且具有大于它们连接的通道的尺寸的阀、储器和室。可以包括其中导管变得比连接通路深或浅的区域。导管包括接触流过它们的流体的表面或壁。流体层中的流体可以是液体或气体。

流体层自身可以包括多于一个亚层，其中在某些亚层中的通道通过在其他亚层中的导通孔与其他通道或与致动层连接相通。在多个亚层条件下，流体路径可以彼此交叉而不在交叉点处被流体地连接。

隔膜阀和泵包括在三个层中的功能元件。隔膜阀包括阀体、阀座(任选地)、隔膜和被构建为允许流体流入阀和流出阀的口。阀体包括气动层中的朝面向致动层的表面上打开的空腔或室(“气动阀体”)。任选地，阀体还包括在流体层中的朝面向致动层的表面上打开并且被布置为与气动层室相对的室(“流体阀体”)。气动层室与通路例如通道连通，通过通路正压或负压可以被气体或液体传输。在某些实施方案中，气体是空气。在其他的实施方案中，液体是水、油、Fluorinert等等。流体层可以包括面向致动层的阀座。阀座直接地或通过被布置在流体层中的阀体室内来中断流体通道。隔膜被包括在致动层中。阀可以被构建为使得隔膜自然地位于阀座上，从而关闭阀，并且被变形而远离阀座以打开阀。阀还可以被构建为使得隔膜自然地不位于阀座上并且被变形而朝向阀座以关闭阀。当隔膜离开阀座时，其产生流体可以流过的流体室或通路。通道通过阀口与阀室流体连通。

在另一个实施方案中，隔膜阀由包括在气动层和流体层中的室的阀体形成，但是没有阀座。在本实施方案中，使隔膜变形为气动室产生接受流体的体积，而使隔膜变形为流体室将液体泵送离开泵或将阀密封。在本配置中，隔膜的位置还可以通过改变流体通路的体积来调节通过泵的流速。这种类型的阀可用作流体储器以及作为泵送室，并且可以被称为泵阀。

层中的至少一个可以具有与另一个层结合的平滑表面。平滑表面可以是刚性的或柔性的。基材可以具有大体上平面的例如平坦的表面。在其他的实施方案中，如果表面中的一个是弯曲的，那么其他基材可以是被构建为顺应该弯曲表面的材料。

在刚刚描述的夹层结构的构型中，流体层或气动层的面向致动层的表面或面大体上包括平坦的或平滑的表面，在平坦的或平滑的表面中已经形成缺口、凹部或蚀刻部以形成流体层和气动层的功能元件，例如通道、室和阀。表面(例如平滑的或平坦的表面)的接触致动层的部分被称为接触表面。面向致动层的表面的被形成缺口、凹部或蚀刻部的部分被称为暴露表面。流体在其上流动的表面包括导管、通道、阀体或泵体、阀座、储器、以及类似的功能表面。

在流体装置的构型中，致动层对全部或部分接触表面的压力或致动层结合到全部或部分接触表面可以起到覆盖暴露的导管并且将液体容纳在流体或气动导管内的作用。这些表面被称为密封表面。在阀和泵起作用时，隔膜在或不在阀座或接触表面上移动并且朝向或远离流体层或气动层中的阀体室的表面移动。

致动层通常由被施加真空或压力时可以发生变形而被除去真空或压力时可以恢复至其未变形状态的物质，例如弹性体材料，形成。因为变形尺寸是以小于10mm、小于1mm、小于500μm或小于100μm表示的度量，所以所要求的变形被减小并且多种材料可以被采用。通常，可变形的材料具有范围在约0.001GPa至2000GPa之间、优选在约0.01GPa至5GPa之间的杨氏模量。可变形的材料的实例包括，例如但不限于，热塑性聚合物或交联聚合物，例如：硅酮(例如聚二甲基硅氧烷(“PDMS”))、聚酰亚胺(例如Kapton^TM，Ultem)、环烯烃共聚物(例如Topas^TM，Zeonor)、橡胶(例如天然橡胶、丁纳橡胶、EPDM)、苯乙烯嵌段共聚物(例如SEBS)、聚氨酯、全氟代弹性体(例如聚四氟乙烯、PFPE、聚偏氟乙烯)、聚酯薄膜、氟橡胶、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、santoprene、聚乙烯或聚丙烯。可以作为致动层的其他种类的材料包括，例如但不限于，金属膜、陶瓷膜、玻璃膜或单晶膜或多晶膜。此外，致动层可以包括多层不同的材料，例如金属膜和PDMS层的组合。

致动层通常由被施加真空或压力时可以发生变形的可变形的，通常是弹性体的物质，例如PDMS形成。在流体通道或气动通道向致动层上打开或以其他方式与致动层接触的点处，功能装置例如阀可以被形成。这样的阀在图13中以横截面被描绘。流体层和气动层二者都可以包括作为口将通道连接于外部表面的口。这样的口可以适合于接合流体歧管，例如套筒，或气动歧管。

微流体装置通常包括可以被设计和配置以操纵给定过程或测定的样品和试剂的多个微通道和导通孔。在某些实施方案中，微通道具有相同的宽度和深度。在其他的实施方案中，微通道具有不同的宽度和深度。在一个实施方案中，微通道的特征是具有比被传送至微结构的样品中的感兴趣的分析物的平均尺寸宽的通道。在另一个实施方案中，微通道具有等于或大于从样品分离出的最大分析物(例如最大的细胞)的宽度。例如，在某些实施方案中，微流体芯片装置中的微通道可以具有大于50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150微米的宽度。在某些实施方案中，微通道具有高至或小于100、90、80、70、60、50、40、30或20微米的宽度。在某些实施方案中，微结构中的微通道可以具有大于50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150微米的深度。在某些实施方案中，微通道具有高至或小于100、90、80、70、60、50、40、30或20微米的深度。在某些实施方案中，微通道具有彼此平行的侧壁。在某些其他实施方案中，微通道具有彼此平行的顶部和底部。在某些其他实施方案中，微通道包括具有不同横截面的区域。在某些实施方案中，微通道具有乳酪楔形物的形状的横截面，其中锥的尖端被引导朝向下游。

装置的微流体层可以由不同的材料制造，包括但不限于硼硅酸盐玻璃、派热克斯玻璃、borofloat玻璃、Corning 1737、Corning Eagle 2000、丙烯酸硅、聚碳酸酯、液晶聚合物、聚甲氧基丙烯酸甲酯(PMMA)、Zeonor、聚烯烃、聚苯乙烯、聚丙烯和聚硫醇。根据选择的材料，还可以使用不同的制造技术。装置可以使用热模压成型技术由塑料例如聚苯乙烯制造。障碍物(obstacle)和必需的其他结构被模压入塑料中以产生底面。顶部层随后可以被结合于底部层。注射成型是可以被用于产生这样的装置的另一种途径。软光刻也可以被利用以由塑料产生整个室，或仅可以产生部分微结构，然后被结合于玻璃基材以产生封闭的室。又一种途径涉及使用环氧浇铸技术，以通过在具有预期结构的复制阴模的母版(master)上使用可UV固化的或可温度固化的环氧树脂产生障碍物。也可以利用激光或其他类型的微加工途径以产生流动室。可以在制造装置中使用的其他合适的聚合物是聚碳酸酯、聚乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯。此外，诸如钢和镍的金属也可以被用于制造本发明的装置、例如通过传统的金属加工。三维制造技术(例如立体光刻)可以被采用以制造整体式装置。其他制造方法是本领域中已知的。

在某些实施方案中，通道和导通孔的微结构使用标准的光刻法来形成。例如，光刻法可以用于在玻璃晶片上或在硅绝缘体(SOI)晶片上产生障碍物的光致抗蚀剂图案。在一个实施方案中，玻璃晶片从上到下包括100μm厚的玻璃层、1μm厚的玻璃层和500μm厚的晶片。在另一个实施方案中，SOI晶片从上到下包括100μm厚的Si(100)层、1μm厚的SiO₂层和500μm厚的Si(100)晶片。为了最优化光致抗蚀剂附着，晶片可以在光致抗蚀剂包覆之前被暴露于六甲基二硅氮烷的高温蒸气。对UV敏感的光致抗蚀剂被旋涂在晶片上，在90℃下烘焙30分钟，通过铬接触掩模暴露于UV光300秒，在显影剂中显影5分钟，并且在90℃下后烘焙30分钟。工艺参数可以根据光致抗蚀剂的性质和厚度来改变。接触铬掩模的图案被转移至光致抗蚀剂并且决定微结构的几何形状。

在与微结构的图案相同的光致抗蚀剂图案形成时，开始蚀刻。SiO₂可以作为蚀刻过程的停止剂。蚀刻还可以被控制以在给定的深度处停止，而不需要使用停止剂层。光致抗蚀剂图案被转移至等离子体蚀刻器中的100μm厚Si层。多个深度蚀刻可以用于实现均匀的微结构。例如，基材被暴露于富氟等离子体流SF₆15秒，然后系统被切换至富碳氟化合物(仅C₄F₈)的等离子体流10秒，这使用保护膜包覆所有表面。在后续的蚀刻循环中，暴露于离子轰击将聚合物优先从水平表面清除，并且重复多次循环，直到例如到达SiO₂层。微结构可以被蚀刻入4英寸直径的合适材料的圆盘中，如上文描述的，其中多个微流体装置被蚀刻入单个圆盘中，如在图8中图示的。

阀座以及流体通过的并且可以接触致动层的流体层或气动层的其他表面可以被制造为疏水性更强，以抵抗与致动层的粘附或粘结。例如，低表面能材料，例如贵金属，例如金，或全氟聚合物，例如聚四氟乙烯，可以被用于包覆这些表面。材料可以例如通过化学气相沉积或本领域中已知的其他方法被施用。见例如于2009年7月21日提交的名称为“FluidicDevices With Diaphragm Valves(具有隔膜阀的流体装置)”的临时专利申请61/227,186。

在某些实施方案中，本发明的微流体装置是单片装置。在单片装置中，多个回路设置在单一的基材上。在包括隔膜阀的装置的情况下，单片装置包括用作多个阀的隔膜的单一的致动层(例如弹性层)。在某些实施方案中，一个致动通道可以操作单片装置上的多个阀，例如在不同的流体回路中的阀。这允许许多流体回路平行激活。单片装置可以具有密实的微流体电路的阵列。这些回路以高可靠性起作用，这部分是因为每个回路中的通道被同时制造在单一的基材上，而不是被独立地制造并且被组装在一起。

这些装置的流体回路可以被紧密堆积。回路包括打开的或关闭的流体导管。在某些实施方案中，装置可以包括至少1个流体回路每1000mm²、至少2个流体回路每1000mm²、至少5个流体回路每1000mm²、至少10个流体回路每1000mm²、至少20个流体回路每1000mm²、至少50个流体回路每1000mm²。可选择地，装置可以包括至少1mm通道长度每10mm²面积、至少5mm通道长度每10mm²、至少10mm通道长度每10mm²或至少20mm通道长度每10mm²。可选择地，装置可以包括至少1个阀每cm²、至少4个阀每cm²或至少10个阀每cm²的密度的阀(有阀座的或无阀座的)。可选择地，装置可以包括边缘到边缘的间距不大于5mm、不大于2mm、不大于1mm、不大于500微米或不大于250微米的部件，例如通道。

致动层可以包含硅酮聚合物(聚硅氧烷)，例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)。硅酮通常是避水剂，这部分是由于它们表面上的丰富的甲基基团。为了增加聚硅氧烷和包含反应性基团例如羟基的基材(例如玻璃)之间的结合强度，硅氧烷可以通过UV臭氧、等离子体氧化或将硅醇基团(Si-OH)置于表面上的其他方法而被制造为亲水性更强。在被活化时，PDMS接触玻璃或包含活性羟基基团的其他材料并且优选经受热和压力，缩合反应将生成水并且通过例如硅氧烷键共价地键合两个层。这在表面之间产生牢固的结合。然而，为了使阀起作用，致动层(例如弹性层)不能结合于阀座，并且优选地，不结合于阀的任何表面或结合于流体层或致动层(例如弹性层)的表面中的面向致动层(例如弹性层)的任何通道。低能量涂覆是防止结合的一个实施方案。

在一种方法中，层通过被共价键或非共价键(例如氢键)结合在一起而被密封。这可以通过将流体层、致动层和气动层匹配在一起作为夹层结构并且施加压力和热来实现。例如，当致动层包含硅酮，例如按照上述方式处理以使表面亲水性更强的PDMS，并且流体层和气动层是被处理以使暴露表面的疏水性更强的玻璃时，各部分可以在100kg至500kg，例如约300kg的压力下被压制在一起。它们可以在25℃至100℃之间，例如约90℃下被烘焙约5分钟至约30分钟，例如约10分钟，这取决于所采用的温度和压力的组合。这将固化致动层(例如弹性层)和密封表面之间的结合。

在另一种方法中，装置可以通过在芯片起作用期间，在压力下将各部分保持在一起而被组装，由此密封流体层的功能区域而防止渗漏。这可以例如通过将层夹住或夹紧在一起而被机械地进行。

当流体层和气动层包含塑料时，塑料可以被通过非共价键附着于聚硅氧烷，例如PDMS。例如，粘合剂，例如胶带或胶水，可以被用于附着塑料和硅氧烷。在某些实施方案中，粘合剂被从塑料的表面上的所选择的位置除去。在这种情况下，聚硅氧烷可以在所选择的位置处不附着于塑料。粘合剂可以是例如转移胶带，粘合剂涂覆的胶带，即在薄的片材或膜中的例如硅酮基的、丙烯酸的或其他材料。

A.微机器人芯片阀和泵(“MOVe”)技术

在某些情况下，微流体装置或芯片具有用于控制流体流的隔膜阀。具有控制流体流的隔膜阀的微流体装置已经在美国专利第7,445,926号、美国专利公布第2006/0073484号、第2006/0073484号、第2007/0248958号、第2008/0014576号和第2009-0253181号以及PCT公布第WO 2008/115626号中被描述。阀可以通过将正压或负压通过气动歧管施加于微芯片的气动层来控制。

MOVe元件，例如阀、导向器(router)和混合器，由在装置的流体层、致动层(例如弹性层)和气动层中的子元件形成。MOVe阀是由在微流体芯片的流体层、致动层和气动层中的互相作用的元件形成的隔膜阀(图13)。隔膜阀被形成在微流体通道和气动通道彼此交叉并且向致动层上打开之处。在该位置，致动层向流体通道的空间中或向气动通道的空间中的偏转将改变流体通道的空间并且调节流体通道中的流体流。流体通道和气动通道在交叉点处可以采用不同的形状。例如，流体通道可以包括作为用于致动层的阀座的中断部。流体通道可以向阀中的类似室的空间是敞开的。气动通道可以采用比气动层的其他部分中的通道大的空间和/或横截面，例如圆形的室。

图13以横截面示出了MOVe阀的实施方案，以及MOVe阀和由三个串联的MOVe阀形成的MOVe泵的立体视图。本实施方案描绘了具有通过导通孔朝致动层上敞开的内部通道的流体层。然而，清楚的是，阀还可以使用其中通道被形成在流体层的表面中并且被致动层覆盖的流体层来形成。流体层1301、致动层1302和气动层1303被夹在一起。微流体通道1304通过导通孔1305朝致动层上敞开。阀座1306与致动层接触，导致关闭的阀。当气动层被激活时，致动层1307被变形为气动室1308。这打开阀，产生液体可以流过的路径1309。气动室1308中的相对于微流体通道1304的压力控制致动层1302的位置。致动层可以在气动室中的压力相对于微流体通道1304较低时朝向气动室1308变形。可选择地，致动层可以在微流体通道中的压力相对于气动室较低时朝向微流体通道1304变形。当微流体通道中的压力和气动室中的压力相等或近似相等时，阀可以处于关闭位置。这种配置可以允许阀被关闭时，阀座和弹性体层之间完全接触。可选择地，当微流体通道中的压力和气动室中的压力相等或近似相等时，阀可以处于打开位置。气动致动的阀可以使用真空下或正压下的入口管线来致动。真空可以是近似罩真空(house vacuum)或比罩真空低的压力。正压可以是约0、5、10、15、20、25、30或35psi。用于连通来自源的压力或真空的流体可以是任何流体，例如液体或气体。气体可以是空气、氮气或氧气。液体可以是有机液体或含水液体，例如水。

MOVe微阀、微泵和微导向器可以将两个玻璃微流体层与打开和关闭阀的可变形膜层，例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)，以及气动(或弹性体的)层组合，以使膜变形和致动阀。微流体层可以具有多种构型。在一个实施方案中，弹性体膜同时调制流过所述至少两个微流体通道或不连续处的流体，如图2中所示的。在另一个实施方案中，弹性体膜同时调制流过所述至少三个微流体通道或不连续处的流体，由此形成至少一个三通道阀，如图3A和图3B中所示的。在某些实施方案中，敞开的通道、沟槽或凹槽可以被蚀刻入玻璃层中的一个的表面中。在其他的实施方案中，通道可以在层的内部，例如呈隧道、管或导通孔的形式。被在顶部玻璃层中蚀刻的流体通道可以是不连续的并且导致在第二玻璃层中的桥接在顶部玻璃层的连结处的相对的不连续通道的导通孔或口，其中导通孔作为阀座。PDMS膜紧贴阀座并且通常关闭两个导通孔之间的流体路径。在PDMS膜的相对的侧上，通过在层中蚀刻形成的气动位移室被连接于全尺寸真空或压力源。通过控制被微型化的芯片外螺线管，真空或压力(约二分之一大气压力)可以被施加于PDMS膜以通过柔性膜的简单变形打开或关闭阀，例如向膜施加真空将膜远离阀座地偏转，由此打开阀。

本发明的隔膜阀可以使确定体积的液体位移。隔膜阀可以在阀被移动入关闭位置或打开位置中时使确定体积的液体位移。例如，在阀被打开时，被容纳在隔膜阀内的流体在阀被关闭时被从隔膜阀移动出来。流体可以被移动入微通道、室或其他结构中。隔膜阀可以位移约、高至约、小于约或大于约1000、750、500、400、300、200、100、50、25、20、15、10、5、4、3、2、1、0.5、0.25或0.1μL的体积。隔膜阀可以是在线阀或流通阀，分别如图3A和3B中所示的。在图3A中，阀座在隔膜阀中的位置由水平通道中的竖直条示出。阀的关闭是通过弹性体层与阀座的接触，从而减少或阻挡沿水平通道的流。在图3B中，阀座位于沿水平通道。阀通过弹性体层与阀座的接触来关闭防止或减少了沿水平通道的流体流。在流通阀被打开或关闭时，流体可以沿竖直通道流动。所示的流通阀还在图4A和图4B中被图示。图4A示出了两个交叉的通道，且流通阀被定位在两个通道之间的结点处。图4A示出了阀处于关闭位置，使得水平通道中的流体不被流体地连接于竖直通道中的流体，但是液体可以在阀被关闭时流过竖直通道中的流通阀。图4B示出了流通阀处于打开位置，使得竖直通道被流体地连接于水平通道。

图5A和图5B示出了三个通道，三个通道被阀连接，在阀关闭时，防止或减少所有三个通道之间的流体流。图5A示出了三通阀处于关闭位置，使得所有通道都被阻挡。图5B示出了阀处于打开位置，使得流体连通可以发生在所有三个阀之间。

流通阀和在线阀的变化形式可以包括位于大于两个、三个、四个或更多的通道的交叉处的阀。阀座或其他结构可以被设计为使得阀的关闭可以防止或减少一个或多个通道中的流，同时允许流体在一个或多个其他通道中的流动。例如，流可以被沿五个通道中的三个阻挡，同时流可以继续通过五个通道中的两个。流通阀还可以被称为三通阀(T-valve)，如在美国申请第12/026,510号WO 2008/115626中描述的，其每个以引用方式全文并入。

当被放置为三个的串联时，隔膜阀可以作为隔膜泵，隔膜泵作为正排量泵。自吸MOVe泵可以通过协调三个阀(包括但不限于4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20个阀)的操作被制造，并且可以产生在任何方向的流。多种流量可以通过致动时序的定时、隔膜尺寸、改变通道宽度以及其他芯片内尺寸来实现。导向器可以相似地由这些阀和泵形成。导向器可以使用每个在连接于中央隔膜阀的分离的通道上的三个或更多个阀被形成。还可以产生总线结构。

被沿微流体通道放置的隔膜阀的实施例在图21、图22、图23、图24和图25中示出。图21示出了被流体地连接于混合通道(110)的第一通道(107)和第二通道(505)。第一在线隔膜阀(507)被沿第一通道放置。第二在线隔膜阀(505)被沿第二通道放置。两个在线阀(511和513)被沿混合通道定位。泵可以由沿流动路径被线性定位的三个隔膜阀形成。例如，阀507、511和513可以形成第一泵，而阀505、511和513可以形成第二泵。位于中央的阀，即阀511，可以是泵阀。泵阀可以具有期望的冲程或排量体积(displacement volume)，如本文所描述的。第一泵可以将液体从第一通道移动至混合通道，或反之亦然。第二泵可以将液体从第二通道移动至混合通道，或反之亦然。当第二通道中的流体流被阀505或被定位在第二通道上或被连接于第二通道的其他通道上的另一个阀的关闭阻挡时，可以操作第一泵。图22示出了被连接于混合通道110的第一通道107和第二通道108。流过第一通道可以被在线阀507控制，而流过第二通道可以被流通阀505控制。与图21中所示的相似的，混合通道可以具有两个在线阀(511和513)。图23示出了沿三个通道被定位的微流体阀的可选择的布置。第一通道107可以具有两个在线阀701和703，并且第二通道108可以具有两个在线阀705和707。第一通道和第二通道可以被连接于混合通道110。结点阀(junction valve)709可以被定位在第一通道、第二通道和混合通道之间的交叉处。结点阀的关闭可以防止或减少第一通道、第二通道和混合通道中的流体流。结点阀709可以具有三角形的或如图5A中所示的形状的阀座。图24示出了被连接于混合通道807的第一通道801、第二通道805和第三通道803。阀和通道可以以与图21中所示的阀和通道相似的方式被操作。参照图24，流体可以被从第一通道移动至混合通道，同时通过阀805和803的关闭防止或减少第二通道和第三通道中的流体的流。图25示出了被连接于混合通道905的第一通道903、第二通道902和第三通道904。结点隔膜阀可以被定位在第一通道、第二通道、第三通道和混合通道之间的交叉处，相似于图23中所示的结点隔膜阀。阀和通道可以以与图23中所示的阀和通道相似的方式被操作。

如图26、图27和图28中所示的，混合通道可以具有可变的横截面面积的室。室的形状可以是椭圆形的201、球形的110或矩形的401。在本发明的某些实施方案中，室可以是不规则形状的，以改进穿过室的流体的混合。弹性体层可以形成室的一个壁。弹性体层可以被变形使得室的体积是可变的。弹性体层可以按照室内的混合得以改进的比来变形。

使用隔膜阀泵送流体可以将液体的团移动入微通道中。在本发明的某些实施方案中，两种不同的流体可以被泵送入微通道中使得在微通道中第一流体的团被紧贴第二流体的团层叠。第一流体和第二流体可以是不同的流体。第一流体和第二流体可以包含不同的组分。流体可以是试剂溶液和样品溶液。试剂溶液可以是含有磁性响应颗粒的溶液，磁性响应颗粒如磁性的珠或顺磁性的珠。

在某些实施方案中，本文的微流体芯片装置包括能够容纳样品或试剂(例如标记的核苷酸)的一个或多个储器。储器优选被流体地耦合于本文公开的微通道或阀中的一个或多个。

在微芯片和毛细管上混合流体的能力被公开。通过致动恰当组合的阀，来自通道或储器中的一个的液体可以被抽吸入中央隔膜阀中并且被排入不同的通道中，以使液体沿流体回路行进。液体可以包括但不限于分析物、生物样品、化学试剂和生化试剂、缓冲剂、结合部分(binding moieties)、珠、磁性响应颗粒、检测部分以及在实施测定或生化反应或化学反应中使用的其他材料。

MOVe阀、泵和导向器是耐久的、容易以低成本制造的，可以以密实的阵列操作，并且具有低的死体积。MOVe阀、泵和导向器的阵列被容易地在微芯片，例如NanoBioProcessor微芯片，上制造。在一个实施方案中，微芯片上的所有MOVe阀、泵和导向器都被同时地在简单的制造过程中使用单一的膜产生，单一的膜例如聚四氟乙烯、硅酮弹性体、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺、聚酯薄膜、乳胶、Viton、聚碳酸酯、丙烯酸类、santaprene、聚氨酯或丁纳橡胶的片材。在一个芯片上制造5个MOVe泵与产生500个有相同的成本。该技术提供在微芯片上产生复杂的微流体回路和纳米流体回路的能力。因此，本文的公开内容提供在芯片上产生复杂的微流体回路、纳米流体回路和皮流体回路的能力，并且允许实际上任何在芯片上的反应或测定的实施。通常，该技术可以是对溶液离子强度和表面污染的变化至少实质上不敏感的，并且不需要外加电场。

芯片典型地将包括多个流体回路，每个回路包括微流体通道和功能元件，例如阀，导向器、泵(例如三个串联的可独立操作的阀)、室和口。微流体装置的微流体回路的示例性的示意图在图6中示出。其示出了共享共用口70的三个回路。微流体回路可以将流体从样品输入区域或储器80移动，将它们在阀20处与试剂或其他材料混合，并且将它们传送至微流体芯片装置30、40内的其他区域。两个或三个或更多的流体流可以通过阀、泵和通道的合适的数量的配置被汇合。流可以含有样品、试剂、缓冲剂和其他组分。微通道70和口的宽度或高度可以是可变的。在一个实施方案中，样品和试剂被传送至在被延伸的搁架区中的蜿蜒的通道60以进行保温和/或处理，然后被通过闸阀50返回至微流体装置90中的输出区域。处理过的样品还可以被移动至用于除去分析物或其他组分，例如磁性响应颗粒，例如磁性的珠或顺磁性的珠40，的区域。单个流体流可以被包括含有MOVe阀或其他阀10的三个或更多个阀的泵移动。阀可以产生可变形结构的致动、温度、压力的变化。可以使用MOVe和其他微阀组合两个或更多个流。在一个实施方案中，MOVe阀是自吸的并且受计算机控制；它们可以在任何方向驱动，并且同一个回路可以被用于通过简单地运行两个共汇聚泵(co-joined pump)将样品分为两个流，以将样品移动至在微流体芯片装置内的两个区域。

在某些实施方案中，芯片包括多个平行的回路。这样的实施方案在图7中示出，其图示了被构建用于24个样品的微流体芯片，并且具有以蜿蜒的图案布置在微流体芯片装置的延伸的搁架部分上的24个流体回路的阵列。

B.流体层的分离部分

微流体芯片装置具有在其中流体层被与控制流体通道中的流的层分离(例如不被控制流体通道中的流的层覆盖)的区域。例如，流体层不被气动层覆盖，并且在某些实施方案中不被致动层覆盖。在某些实施方案中，该分离部分呈流体层的延伸超出夹层的边缘以形成搁架的延伸部分的形式，其中搁架包括任选地呈蜿蜒构型的一个或多个微流体通道。在其他的实施方案中，流体层可以围绕被分离的区，如同形成具有在气动层中的孔洞的夹层结构一样，暴露被以其他方式覆盖的流体层。

在一个实施方案中，当流体层被构建为使得流体通道在层的内部并且通常通过导通孔朝致动层敞开时，延伸部分或搁架不具有可变形的膜或气动层。因此，搁架包括流体层的延伸部，其可以包括界定微流体通道的第一层和第二层。延伸部分包括任选地呈蜿蜒构型的一个或多个微流体通道。

在另一个实施方案中，流体通道通过使用致动层覆盖在流体层的表面中的凹槽来形成。在这种情况下，分离部分或搁架可以被提供顶部表面并且密封延伸部分中的微流体通道的玻璃层或其他合适材料的层覆盖。可选择地，这种覆盖物可以是致动层的材料。在一个实施方案中，分离部分包括从第一区的通道出现并且以蜿蜒构型在分离部分内延伸并且返回至第一区中的不同通道的至少第一连续通道。在另一个实施方案中，分离部分包括从第一区出现并且以蜿蜒构型或其他紧密图案的构型在分离部分内延伸并且返回至第一区的多个邻近的通道。在某些实施方案中，分离部分包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、22、24或更多个邻近的流体通道(图7)。

在示例性的实施方案中，微流体装置的分离的搁架部分的通道可以具有高至或小于0.2、0.5、0.75、1或2的高度与宽度的高宽比，以促进从热调节器向被容纳在蜿蜒的通道内的流体样品的有效传热，以便在蜿蜒的通道中引发、保温、热循环或终止生化反应或化学反应。在某些实施方案中，通道具有恒定的高宽比。在其他的实施方案中，通道具有沿通道长度的可变的高宽比。分离的搁架部分的通道可以被产生为具有不同的图案；例如蜿蜒的、弯曲的、锯齿形的等等，以提供通道的增加的长度和表面积并且允许高密度的单个通道以紧凑的阵列被结合在微流体装置的延伸的搁架部分内。由分离部分中的通道的这样的构型赋予的长路径的优良的体积与表面比使样品和被引入的试剂的混合以及或对样品混合物的热的传热或冷却或温度调节受益。因为通道的体积与表面比，在延伸的搁架区的每个通道中容纳的小样品(0.01-10μL)的温度迅速地与热调节器的温度平衡。在其他的实施方案中，可以使用具有低的表面与体积比的大的室。

为了允许更强的控制，在另一个实施方案中，分离部分的一个或两个表面包括热散布器。这些包括例如覆盖暴露部分的全部或部分并且散布被从热散布器的另一侧提供的热的金属条或石墨条。在另一个实施方案中，绝热器被设置为与分离部分的至少一部分热接触，以削弱被分离的区上方的环境空气的作用。

C.流体歧管和气动歧管

在某些实施方案中，芯片被与流体歧管和/或气动歧管匹配。这些歧管包括与芯片的流体层或气动层中的开口匹配的开口，允许将样品或试剂引入到芯片的微流体回路中，或允许从流体回路除去材料，例如反应产物。流体歧管在图7中示出，704。

II.仪器

A.热调节器

在本发明的另一个方面，包括一个或多个微流体通道的分离部分与热调节器热接触。热调节器可以是调节温度的任何装置。这包括例如在被施加电压时发热的电阻丝(例如在烤箱中使用的那些)、电阻加热器、用于朝向分离部分发出热空气或冷空气的风扇、珀尔帖装置、IR热源例如投射灯、所容纳的装置中的循环液体或气体、以及微波加热。

分离部分和热调节器之间的热接触提供分离部分和被容纳在其中的流体样品的热调节，以用于生化反应或化学反应的保温和/或调节。热调节器被程序控制以用于不同温度和保温时间的能力，以及控制样品、反应物和其他试剂引入到与热调节器热接触的延伸的搁架区的微流体通道中的能力共同提供控制微流体通道内的反应时间、温度和反应条件的能力。在一个实施方案中，微流体芯片装置的分离部分的第一表面之间的热接触通过将微流体芯片装置固定于热调节器的第一表面或热散布器来建立。如果微流体芯片装置被附接于热散布器，那么在微流体芯片装置的分离部分和热调节器的加热元件之间可能有空气间隙。微流体装置可以通过一个或多个螺栓、螺钉、销、夹子、托架或其他这样的固定装置被固定于热调节器(图12)。在一个实施方案中，微流体装置的分离部分的第一表面与覆盖一个或多个热调节器的热调节器的平坦的表面或压板(platen)热接触。在另一个实施方案中，分离部分的第一表面与热调节器的带槽的表面或热散布器热接触(图12)。在后一个实施方案中，一个或多个热调节器被容纳在带槽的表面中，并且分离部分的第一表面在微流体芯片装置被固定于热调节器时实质上覆盖或桥接热散布器的带槽的部分。在其他的实施方案中，微流体装置的分离部分的第一表面与热调节器的第一表面热接触，并且分离部分的第二表面与第二热调节器热接触。在另一个实施方案中，分离部分的第一表面与热调节器的第一表面热接触，并且分离部分的第二表面与绝热器热接触。

热调节器可以是包括一个或多个温度传感器，例如热电偶、热敏电阻、RTD，以及一个或多个被构建用于被附接的微流体芯片装置的分离部分的温度调节、保温或热循环的调节器的电设备。进而，被引入微流体装置的分离部分中的流体的生物样品或化学样品被以重复的方式加热、保温、冷却或热循环，以执行多个生化或化学程序或过程中的一个或多个。在一个实施方案中，热调节器包括实质上横贯热调节器的宽度的两个平行的金属电阻温度调节棒、线或线圈(图9)。热调节器可以通过具有集成电阻弹簧元件的被构建为在热调节器膨胀时收缩的绝热器而被保持在每个端上。因此，装置可以包括偏置元件，使得线可以被偏置以保持实质上直的取向。见例如图12，1205。热调节器可以由本领域中已知的标准电阻金属例如镍铬合金、铂、钛制造，并且可以任选地被碳化硅包覆。热调节器可以含有被定向为在装置内彼此平行或呈其他几何构形的1、2、3或4个或更多个单独的热调节器。在一个实施方案中，一个或多个热调节器受到单个调节器的控制。在另一个实施方案中，每个热调节器受到单独的调节器的控制。使用与热调节器组合的调节器和温度传感器允许控制温度变化的速率以及设置点。例如，温度变化的速率可以是大于1℃/秒、大于2℃/秒、大于3℃/秒或更高速率的温度变化。

本发明的优选的实施方案包括四个被供应动力的和受控的热调节器。通常，热调节器位于热调节器的接触微流体装置的被分离的区的第一表面的第一表面下方或下凹入热调节器的所述第一表面中。在本实施方案中，热调节器不直接地接触微流体装置的传热表面或被分离的区。在一个实施方案中，热调节器位于温度传导压板的下方或位于温度传导压板内。在另一个实施方案中，热调节器位于传导性热散布器的凹陷部分或带槽的部分中。压板或热散布器可以包括具有高热导率但是低热容量的金属，例如但不限于铜、银、铝、钢或其合金。压板或热散布器还包括被附接于或内嵌在压板或热散布器中的一个或多个温度传感器，这些温度传感器被构建为在微流体装置的被分离的区与热调节器的第一表面接触时接近微流体装置的被分离的区。在一个实施方案中，热调节器包括被可操作地连接于用于热调节器的控制的调节器的一个温度传感器。在另一个实施方案中，热调节器包括用于每个热调节器的一个温度传感器，其探测在相应的热调节器和微流体装置的被附接的被分离的区的附近的温度并且被可操作地连接于用于每个热调节器的控制的一个或多个调节器。热调节器还可以包括位于一个或多个热调节器下方的用于通过强迫空气越过元件和压板或热散布器的基部来迅速冷却装置的一个或多个冷却风扇，以及用于将空气从设备排出、随空气带出不需要的热的工具(图10)。本实施方案允许样品的温度调节和冷却既迅速地又均一地发生。在一个实施方案中，一个或多个冷却风扇为整个设备提供冷却。

在另一个实施方案中，热调节器被构建为分开的热区域或基台，其中每个区域包括单独的热调节器、一个或多个温度传感器、一个或多个风扇、以及专用于每个区域以对该区域单独进行热控制的调节器，单独的压板或热散布器在区域上方并且被构建为附接和连接微流体装置使得微流体装置的被分离的区与热区域接触。本发明的优选的实施方案包括四个分别控制的热区域(图9)，每个被构建为接纳被附接的微流体芯片装置，且被分离的区与热区域或基台的相应表面物理接触(图12)。

将理解，本发明的教导内容包含自动控制，例如由微处理器或计算机控制的系统。调节器、温度传感器、热调节器、冷却风扇和电源被本领域中已知的标准连接器可操作地连接于微处理器或计算机(图11)，微处理器或计算机可以通过使用记录介质或输入装置被程序控制，以通过期望的时间对温度曲线操作设备，或保持恒定的温度，以及响应于由温度传感器产生的信号来调节或校正温度。在一个实施方案中，微处理器可以被程序控制以分别控制设备的分开的热区域。

在另一个实施方案中，热调节器包括与被分离的区的第一表面接触的热电泵或珀尔帖模块，其中珀尔帖模块的一个表面作为压板的第一表面。模块还包括被附接于或内嵌在压板中的被可操作地连接于控制珀尔帖模块的调节器的一个或多个温度传感器。因为珀尔帖模块可以通过定向控制穿过其的电流而起到温度调节和冷却表面的双重作用，所以装置实现了对压板的恒温控制，使得微流体装置的相应的被分离的区中的反应可以以高的精确度受到控制。调节器、温度传感器和珀尔帖模块被可操作地连接于微处理器，微处理器可以被程序控制以便通过期望的时间对温度曲线操作设备，以及响应于由温度传感器产生的信号来调节或校正温度。

B.磁体组件

在另一个方面，本发明提供磁体组件1401(图14)。磁体组件可以是本发明的仪器的部件。磁体组件可以被用于向本发明的微流体芯片组件的一个或多个室或区域提供磁场。例如，磁性组件可以被用于向本文所描述的捕获室提供磁场。

在一个实施方案中，磁体组件包括含有一个或多个磁体1403的磁体移动装置1402。磁体组件可以包括一个、两个、三个、四个或更多个磁体。磁体组件可以包括用于固定一个或多个磁体的保持器1404。在一个实施方案中，磁体组件包括用于固定一个或多个磁体的槽。在另一个实施方案中，磁体组件包括用于固定一个或多个磁体的托架。在另一个实施方案中，一个或多个磁体被一个或多个板、螺栓、螺钉、销、夹子、托架或固定装置的组合固定于磁体组件，以将一个或多个磁体附接于组件。在某些实施方案中，磁体组件是可移动的并且可以相对于仪器移动。在一个实施方案中，磁体组件被可操作地连接于芯片基台组件并且可以通过致动器或其他机械装置在芯片基台组件内移动。

如在图15中作为一个实施方案图示的，磁体组件1501还可以包括致动器1502。致动器可以被可操作地连接于电源和可以是用于调节磁性组件相对于芯片基台组件和微流体装置的位置、移动和在给定位置中的时间的微处理器或计算机控制器的控制装置。

致动器可以包括马达和机械装置1502，例如被连接并且被可操作地配置以移动磁体组件的杠杆、旋转螺钉、棒、弹簧、搁架、托架或平台1503。在一个实施方案中，致动器是线性致动器。在一个实施方案中，包括一个或多个磁体1504的组件可以被移动入保持一个或多个微流体芯片1506的基台处的功能位置1505中或被移动远离功能位置1505。在一个实施方案中，移动入功能位置中可以通过致动器来实现，使得磁体被移动为接近于微流体芯片基台1505的区域。在一个实施方案中，致动器可以相对于一个或多个微流体芯片装置的被分离的区将磁体组件移动至功能位置或捕获位置；例如捕获室/阀。例如，磁体可以被移动入某位置中，使得其施加足够的力以在微流体流动条件下将顺磁性微粒捕获或固定在芯片中。在另一个实施方案中，致动器可以移动磁体组件远离功能位置至释放位置。致动器还可以相对于被连接于在热调节器装置上的芯片基台的一个或多个微流体芯片的不连续的位置来可变地调整磁体组件的位置。

图16图示了本发明的仪器1601的实施方案，包括被附接于仪器的四个微流体芯片组件1602，具有用于被连接于内/外连接1605的热调节器1603的电路。气动导管1605被通过气动口1606供入至气动致动器1607以控制微流体芯片的阀和口。四个微流体芯片组件被示出为被定位成彼此平行。微流体芯片组件可以被手动操作的螺钉、杠杆或闩固定于仪器1601。

图17图示了仪器的实施方案的部分视图，包括相对于芯片基台，被可操作地连接通过热调节器的磁体组件。装置可以具有被托架1702保持为平行方位的四个磁体1701的阵列，其中两个芯片基台1703位于邻近于磁体中的两个。磁体组件的连接棒1704穿过热调节器1705至保持磁体的托架，以响应于致动器将磁体移动入相对于微流体芯片的功能位置或移动远离所述功能位置。磁体组件可以相对于微芯片的平面和/或沿上下方向相互垂直地移动。

仪器可以被程序控制以操作致动器以将磁体组件移动入或远离被附接于仪器的一个或多个微流体装置。致动器可以响应于来自微处理器、计算机或仪器的开关的命令进行移动。在本实施方案中，仪器可以以不同的测定曲线被程序控制，以随着时间或测定步骤的变化将磁体组件移动入不同的位置构型中，这取决于待进行的测定。在其他的实施方案中，磁体组件可以通过由操作者向微处理器、计算机或开关装置进行输入来直接控制。

1.磁体组件的磁体

磁体组件的磁体可以是永磁体、电磁体或稀土磁体。磁体可以还包括屏蔽物(图18)。磁体可以具有维度，使得其施加穿过芯片中的多个流体回路，例如平行的按几何构形布置的回路，的磁场(例如图7)。磁体1801具有长尺寸1802、中间尺寸1803和短尺寸1804，并且是实质上矩形的形状。长尺寸和短尺寸界定一对面，一对面界定北磁极1805和南磁极1806。屏蔽物1807接触磁体的两个面，桥接长尺寸和短尺寸。磁体可以在磁体组件内被定向为使得在一个实施方案中北极相对于芯片基台面向上而南极面向下，并且在另一个实施方案中南极面向上而北极面向下。

磁体施加磁力，磁力在永磁体或稀土磁体的情况下可以是恒定的，或在电磁体的情况下可以通过向磁体施加电力来产生。屏蔽物2002包括使被附接的磁体2001的磁场2003或通量畸变或引导被附接的磁体2001的磁场2003或通量的材料。屏蔽物可以包括具有对磁场比对空气高的磁导率的材料，导致磁场线沿最小阻力的路径行进穿过较高的磁导率屏蔽物材料，留下在周围空气中的较小的磁场。屏蔽物可以包括镍、铁、钢或其各种合金。在一个实施方案中，屏蔽物包括1010不锈钢。此外，屏蔽物可以包括铁、镍和钴的各种合金，包括但不限于阿尔尼科合金和坡莫合金。在一个实验中，测试了将钢屏蔽物附接于N42磁体的作用。N42磁体具有16.6T²/m(特斯拉²/米)的平均磁力密度以及21.1T²/m的最大磁力密度。当具有0.050″厚度的钢屏蔽物被附接于N42磁体时，平均磁力密度增加至67.3T²/m，同时最大磁力密度是138.9T²/m。

在一个实施方案中，本发明的磁体和屏蔽物被构建为使得磁场出现畸变，使某些磁场线被实质上汇聚并且被压缩在屏蔽物内，使其他磁场线在屏蔽物上方辐射并且辐射远离屏蔽物并且返回至相对的磁极，如图20中所示的。因此，在本实施方案中，被屏蔽的磁体可以被仪器定位，使得磁场力的最大强度可以在微流体芯片被置于在功能位置中时被汇聚在微流体芯片的区域内，并且还可以被撤回以实质上除去磁场对微流体芯片的影响。

磁体和被附接的屏蔽物可以被构建为在功能位置内提供至少约15、至少约20、至少25、至少约30、至少约50、至少约140或至少约160T²/m的被汇聚的磁场密度。

2.磁体组件和微流体装置

本发明的仪器可以包括磁体组件、热调节器以及具有被可操作地附接的微流体芯片的微流体芯片基台。图19是仪器的实施方案的部分视图，图示了各种部件的相对位置的非限制性的实施例。本实施例的仪器被示出为四个具有三个歧管和被附接的芯片1902的芯片基台1901。热调节器的加热元件1903位于微流体芯片的被延伸的区或搁架的下方，并且被受控电路供给。磁体1904位于邻近于加热元件的槽中，且被附接的屏蔽物被定向为在与加热元件相对的磁体面上。磁体组件可以使磁体在槽中上下移动，以将它们置于功能位置中或将它们从功能位置除去。在本图示(图19)中，视图中的磁体具有被定向为向上的北极。在本实施方案中，磁性组件的磁体将被顺序地构建为具有北极、南极、北极和南极面向上且朝向芯片基台的交替方向。在另一个实施方案中，第一基台可以被构建为使磁体的南极面向上，使其余的磁体被顺序地构建为北极、南极、北极。

本发明还提供磁体组件的磁体可以被从远距离位置移动入邻近微流体基台的包括一个或多个捕获室/阀的区域的功能位置或捕获位置中(见40，图6)。在一个实施方案中，磁性组件被构建为将磁体移动至在微流体基台捕获室/阀区域的约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.7、1、2、4、6或8mm内的关闭位置。在另一个实施方案中，磁性组件被构建为将磁体移动至在多个微流体基台中的每个的具有包括多个邻近的捕获室/阀的被附接的微流体芯片的区域的约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.7、1、2、4、6或8mm内的关闭位置。在另一个实施方案中，磁性组件被构建为将磁体移动至向穿过被附接于基台的每个微流体芯片的实质上线性的区域提供被汇聚的磁场力或通量的位置，其中微流体芯片包括多个邻近的流体通道，每个具有一个或多个捕获室/阀。在一个实施方案中，每个微流体芯片包括24个邻近的流体回路，在每个回路中具有至少一个捕获室/阀。在另一个实施方案中，磁性组件被构建为将磁体从功能位置或捕获位置移动至实质上撤出或减小每个芯片基台的微流体芯片的一个多个微流体回路的捕获室/阀区域中的被汇聚的磁力的远距离位置或释放位置。

在一个实施方案中，磁性组件被构建为将磁体移动至向每个被可操作地附接于仪器的芯片基台的四个微流体芯片的区域提供被汇聚的磁力或通量的功能位置。在另一个实施方案中，磁性组件被构建为将磁体移动至从多个微流体芯片的功能位置实质上除去被汇聚的磁力或通量的位置。在另一个实施方案中，磁性组件被构建为将磁体移动至相对于芯片基台的可变的位置，如测定参数所需要的。

3.磁性组件和微流体装置的使用

磁体组件可以用于移动、捕获、约束和释放，例如与在采用微流体芯片装置和仪器的测定和程序中使用的颗粒，例如磁性的或顺磁性的珠或颗粒相关的试剂、样品和分析物。磁体组件对在微流体芯片的捕获室/阀40内的颗粒的捕获、约束和释放是特别有用的(图6)。捕获室/阀可以以在具有可变形的膜层，例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)，的两个玻璃微流体层内但是不具有阀座的区域或开口来产生。微流体芯片可以包括被连接于在微流体芯片的每个微电路中的两个或更多个微流体通道的捕获室/阀。可变形层可以处于三个位置中的一个：第一变形位置、中间位置和第二变形位置。通过向控制阀的通道施加正气动力或负气动力。横跨阀的气动(或弹性体)层被变形入第一变形位置或第二变形位置中。当膜在第一方向发生变形时，室的体积面积增加使得穿过室的液体的流速相对于在被连接于室的微流体通道中的速率降低。在一个实施方案中，当膜在第一方向发生变形并且磁体组件被移动入功能位置或捕获位置中时，进入室的磁性的或顺磁性的珠或颗粒被实质上保留在室内，这是由于室内的较慢的流速和被汇聚的磁场。在另一个实施方案中，当气动力被撤出时，膜返回至中间位置或未变形位置，使得穿过室的流体流的速率增加，其可以克服保留珠的磁性阻力。在另一个实施方案中，当气动力被撤出(使膜返回至中间位置)并且磁体组件被撤出至远距离位置或释放位置并且流体流被引入室中时，珠不被保留在室内并且随着流体流移动至微流体芯片的其他区域。在另一个实施方案中，当磁体组件被移动至释放位置或远距离位置并且捕获室/阀的膜因气动力而在第二变形方向发生变形时，阀作为泵以将流体和可以在室中的任何珠移动入微流体通道中。

捕获室/阀可以与磁体组件共同使用，以便捕获珠或颗粒以及随后处理与珠相关的材料或分析物。因此，珠可以首先通过膜的变形、磁体组件移动入功能位置或捕获位置中、以及磁性的或顺磁性的珠或颗粒通过微流体通道中的受控的流体流引入室中而被捕获。在一个实施方案中，被捕获的珠以及任何被附接的分析物或基材都可以通过将流体引入室中进行洗涤，该引入未克服将珠保持在捕获室内的磁场的约束力。在另一个实施方案中，反应物、标记物或其他测定材料或试剂可以被引入约束被捕获的珠的捕获室中，以用于与珠相关的分析物、反应物或基材的反应。在另一个实施方案中，分析物、标记物或其他反应物可以通过将其他材料、液体或温控溶液从微流体芯片的其他区域或储器引入到具有被捕获的珠的捕获室中而与被捕获的或被约束的珠分离。本发明通过捕获室/阀的气动控制、磁性组件的位置以及来自微流体通道的流体的流的各种置换提供溶液和试剂的捕获、引入以及被结合的或未被结合的分析物的释放的各种实施方案的组合。

在某些实施方案中，珠可以包括联接于基材的结合部分(bindingmoiety)，包括但不限于抗体、Fc片段、Fab片段、凝集素、多糖、受体配体、DNA序列、PNA序列、siRNA序列或RNA序列。在另一个实施方案中，微结构的一个或多个区域可以包括珠，例如磁性响应珠或颗粒。在某些实施方案中，珠可以包括结合部分，包括但不限于抗体、Fc片段、Fab片段、凝集素、多糖、受体配体、DNA序列、PNA序列、siRNA序列或RNA序列。在某些实施方案中，磁性响应颗粒具有小于600nm的尺寸，例如590nm、580nm、570nm、560nm、550nm、540nm、530nm、520nm、510nm、500nm、490nm、480nm、470nm、460nm、450nm、440nm、430nm、420nm、410nm、400nm、390nm、380nm、370nm、360nm、350nm、340nm、330nm、320nm、310nm、300nm、290nm、280nm、270nm、260nm、250nm、240nm、230nm、220nm、210nm、200nm、190nm、180nm、170nm、160nm、150nm、140nm、130nm、120nm、110nm、100nm、90nm、80nm、70nm、60nm、50nm、40nm、30nm、20nm或10nm。在某些实施方案中，磁性响应珠包含铁化合物。在一个实施方案中，磁性响应珠是铁氧体珠。

在某些实施方案中，磁性响应颗粒，例如磁性的或顺磁性的珠或颗粒，具有在10-1000nm之间、20-800nm之间、30-600nm之间、40-400nm之间或50-200nm之间的直径。在某些实施方案中，磁性响应颗粒，例如磁性的或顺磁性的珠或颗粒，具有大于10nm、50nm、100nm、200nm、500nm、1000nm或5000nm的直径。磁性的或顺磁性的珠可以是干燥的或被悬浮在液体中。流体样品与含有磁性的或顺磁性的珠的第二液体介质的混合可以通过本领域中已知的任何方式发生，包括在名称为“Methods andSystems for Fluid Delivery(用于流体递送的方法和系统)”的美国专利序列号11/227,469中描述的那些。

在某些实施方案中，当样品中的分析物(例如所关心的或非所关心的分析物)是铁磁性的或以其他方式具有磁性质时，这样的分析物可以被使用磁场从一种或多种其他分析物(例如所关心的或非所关心的分析物)或从耗尽了分析物的样品分离或除去。例如，第一分析物被耦合于特别地结合第一分析物的抗体，并且其中抗体还被耦合于磁性响应颗粒，例如磁性的或顺磁性的珠或颗粒。当分析物的包含第一分析物-磁性的或顺磁性的珠复合物和第二分析物的混合物被递送入磁场中时，第一分析物-磁性的或顺磁性的珠复合物将被捕获，而其他细胞继续迁移通过磁场。然后第一分析物可以通过除去磁场被释放。

在某些实施方案中，当期望被分离的分析物(例如所关心的或非所关心的分析物)不是铁磁性的或不具有磁性质时，磁性响应颗粒，例如磁性的或顺磁性的珠或颗粒，可以被耦合于选择性地结合这样的分析物的结合部分。结合部分的实例包括但不限于凝集素、多肽、抗体、核酸等等。在优选的实施方案中，结合部分是选择性地结合于所关心的分析物(例如红血球、癌细胞、精细胞、细胞核、染色体、白血球、上皮细胞、细菌、病毒或真菌)的抗体或抗体片段(例如Fab、Fc、sfv)。因此，在某些实施方案中，磁性响应颗粒，例如磁性的或顺磁性的珠或颗粒，可以被抗体(优选单克隆抗体)修饰。

磁性响应颗粒可以在接触样品之前被耦合于本文公开的微结构中的任何一个或多个，或可以在样品向装置的递送之前被与样品混合。

在某些实施方案中，本文的系统包括含有能够改变被捕获的或未被捕获的分析物的磁性质的试剂(例如磁性的或顺磁性的珠)的储器。储器优选被流体地耦合于本文公开的微结构中的一个或多个。例如，在某些实施方案中，磁性储器被耦合于尺寸-微通道，并且在其他的实施方案中磁性储器被耦合于捕获区。在一个实施方案中，样品可以被移动至孔80以及磁性响应颗粒，例如磁性的或顺磁性的珠或颗粒，和被引入的结合部分，然后被进一步移动至具有磁性响应颗粒，例如磁性的或顺磁性的珠或颗粒，的捕获室区40，并且在磁性组件被移动入功能位置中时通过施加磁场被捕获。芯片内MOVe泵，例如10、20和30，移动具有被结合的分析物例如纯化核酸的珠，被结合的分析物可以从除去口90中的一个除去或可以通过将珠移动回被延伸的区的蜿蜒的通道中以及使用加热元件而被局部施加的热释放。

一旦分析物的磁性质已经改变，那么其可以被用于实现分析物的相对于样品的其他成分的分离或富集。分离或富集可以包括通过使用磁场将期望的分析物吸引至磁场的正选择，或其可以采用吸引非所关心的分析物的负选择。在任何一种情况下，在分析程序的合适的步骤处，可以通过将磁性组件移动入功能位置中而首先或连续地浓缩被附接于捕获室/阀中的珠或颗粒的材料来收集含有期望分析物的分析物聚集体以用于分析或进一步的处理。然后可以从功能位置除去磁性组件，释放珠或颗粒。具有相关的分析物的珠或颗粒通过操作微流体装置的泵阀而被移动至收集储器。在另一个实施方案中，珠或颗粒可以被移动入微流体装置的用于加入和混合其他试剂的区域中，以及被移动回被延伸的区的反应区中以进行进一步的处理或化学反应步骤，例如PCR。然后，所得到的反应物可以通过恰当地施加来自流体装置的流体压力和/或来自磁性组件的磁场力进行收集或分离，如所期望的。

III.使用方法

本发明的装置可以被用于进行一个或多个反应。反应可以需要混合、加热、磁性捕获或多种其他动作。在本发明的某些实施方案中，微流体装置可以被用于将一个或多个样品和一种或多种试剂在微流体通道中组合。然后可以使用本发明的装置和方法混合样品和试剂，接着在期望的温度下保温以进行具体的反应，例如酶促反应。然后反应产物被固定至磁性响应颗粒，例如可以通过磁体与周围的溶液分离的磁性的或顺磁性的珠或颗粒。

A.混合

本文所描述的装置可以被用于混合一种或多种流体。待混合的流体可以是液体，例如含水液体和/或含有固体颗粒的溶液，固体颗粒例如玻璃珠或磁性颗粒，例如磁性的或顺磁性的珠。流体可以被在通道中、微流体通道中、微通道中、室中、阀中或其他结构中混合。

可以通过对流力和/或扩散力混合流体。例如，阀可以用于引起使两种流体混合物变成混合的湍流条件。这可以通过以例如关闭和/或打开阀使得被容纳在阀内的流体的速度以足够得到湍流状态的速率移动并且被容纳在阀内的或邻近阀的两种流体变成被对流力混合的方式致动阀被实现。扩散混合可以通过增加两种或更多种流体之间的保温时间或增大两种或更多种流体之间的界面面积而被增强。保温时间可以通过减小通过装置的流量或通过使用蜿蜒的通道或其他室而被增加。

两种流体之间的界面区域可以通过可选择地将两种流体的团注入通道中来建立。这可以产生如图29中所示的堆叠的团的布置，其中A表示第一流体的团，B表示第二流体的团，并且界面区域在由A和B表示的区域之间。团可以是待混合的一种或多种流体的团。团可以具有约、高至约、小于约或大于约1000、750、500、400、300、200、100、50、25、20、15、10、5、4、3、2、1、0.5、0.25、0.175、0.1或0.08μL的体积。流体的团的界面区域之间的距离可以是约、高至约或小于约1000、500、250、200、150、100、75、50、25、20、15、10、5、2、1或0.1微米。流体的团的界面区域之间的距离可以是高至约或小于约被容纳在溶液内的分子的由因散导致的在0.1、1、10或100秒内的预期的位移距离的约0.1、1、10、100或1000倍。团可以通过移动具有期望的排量体积的隔膜阀而被注入混合通道中，如本文所描述的。

微通道内的流体的移动可以是在层流条件下。层流条件可以通过确定雷诺数来评价。微通道可以具有允许层流的尺寸。微通道的直径可以是约、高至约或小于约5000、2000、1000、750、500、400、300、200、100、75、50、25、20、15、10、5、2、1、0.5或0.25微米。微通道可以具有在约10平方微米至20,000,000平方微米之间、20平方微米至10,000,000平方微米之间、40平方微米至5,000,000平方微米之间、80平方微米至2,500,000平方微米之间或100平方微米至1,000,000平方微米之间的横截面面积。

因为流体的团被定位为彼此邻近，所以流体的团之间的界面区域可以随团沿微通道向下移动时增加，如图29中所示的。在图29中，第一流体A的团和第二流体B的团之间的界面区域被表示为101、103、104、105和106，这表示当团在下游方向上移动时，界面面积的量的变化。不受理论的限制，在接近微通道的壁处的流体流的速率可以比在较远离微通道的壁处，例如微通道的中心，的流体流的速率慢。团的形状可以随它们沿微通道向下行进时变化，并且界面面积可以增加。

因此，可以通过在通道中堆叠彼此邻近的液体的交替的团并且使被堆叠的液体移动通过通道来混合两种液体。在另一个实施方案中，团的堆叠可以被抽吸入在团的下游的泵送室(例如具有大的阀室的隔膜阀)中，然后被从阀泵送出来。当团小于阀的体积时，多个团的堆叠进入阀并且被泵冲程进一步混合。

在某些实施方案中，阀泵送小于300nl例如约250nl的体积，并且通道具有小于500nm例如约350nm的直径。例如，如果待混合1ml的每种流体，那么它们可以以隔膜阀的交替的泵冲程被泵送直到整个体积被消耗。

相比之下，两种流体可以同时被注入微通道中，使得两种流体在微通道中在下游方向上在层流条件下移动时，两种流体之间的界面面积可以不变化。

微通道可以具有规则的或不规则的形状，使得微通道的上游部分的横截面面积与微通道的下游部分的横截面面积不同、比其大或比其小，如本文所描述的。微通道形状可以促进在微通道内进行混合。在某些实施方案中，微通道可以具有作为壁的弹性体层，使得弹性体层的致动可以允许通道的可变的横截面面积。弹性体壁的移动可以产生湍流或以其他方式增加待混合的流体之间的界面面积。

可以使用本发明的装置将各种液体的团在微流体通道中置于彼此相邻。例如，在图21中示出的通道和阀的排列可以被结合入微流体芯片中并且被用于混合两种流体。参照图21，第一通道107可以容纳第一流体和第一阀507，第二通道108可以容纳第二流体和第二阀505，并且两种流体可以在混合通道110中被两个阀511和513组合。阀511可以是泵阀并且阀513可以是出口阀。阀507、511和513可以被用于在阀505被关闭时将第一流体泵送入混合通道中，并且阀505、511和513可以被用于在阀507被关闭时将第二流体泵送入混合通道中。

用于在微流体通道中将第一流体的团定位为邻近于第二流体的团的泵送顺序可以是如下的。初始地，阀可以被关闭并且第一通道可以被流体地连接于含有第一流体的第一源并且第二通道可以被流体地连接于含有第二流体的第二源。第一流体和第二流体可以是不同的。第一流体可以通过打开阀507(第一阀)并且然后打开阀511(泵阀)被移动朝向出口阀和/或移动入混合通道中。泵阀的排量体积(displacement volume)可以比第一阀、第二阀或出口阀大1、1.5、2、5、10、20或50倍。然后第一阀可以被关闭，同时出口阀被打开。可选择地，第一阀和出口阀可以被在几乎相同的时间或相继地致动。然后泵阀可以被关闭，使第一液体朝向出口阀移动。然后出口阀可以被关闭。第二流体可以按照与第一流体的移动相似的方式移动入混合通道中，除了第二阀被与泵阀和出口阀组合地使用来代替第一阀与泵阀和出口阀的组合地使用。第二阀可以是流通阀。打开和关闭本文所描述的阀可以引起湍流。在使用本文所描述的方法和装置时，流体的总体积流量可以在约0.0001至1000、0.001至100或0.01至10μL/秒之间。

流体层的分离部分用作其中可以调节流体层内的流体通道中的流体温度的加热和/或冷却区域。这可以包括用于诸如PCR或循环测序(cyclesequencing)的过程的热循环。

微流体装置和热调节器具有在其中进行生化反应或化学反应的样品的制备、处理和回收中的用途。使用本发明的装置允许生化调节和化学调节期望热控制的流体样品。热调节器的可程序控制特征以及附接微流体装置的延伸的搁架区的反应区的阵列和热接触所述阵列的能力允许在本领域中已知的许多测定和程序的条件下且用本领域中已知的许多测定和程序的体积处理多种样品。

在某些实施方案中，各种芯片可以使用MOVe导向器和加入的试剂，例如含有内标物的PCR主混合物(master mix)，将被输入的样品分为合适数量的反应(取决于所实现的倍加(multiplexing)的程度)。用于存档和再测试的样品可以使用输入MOVe导向器被等分，然后来自任何阳性实时PCR反应的样品可以被选择和检索。

B.生化反应

本发明的系统具有在本领域中的许多领域中进行样品准备和分析的用途，包括但不限于用于许多领域，例如DNA序列测定、微阵列样品准备、基因分型、基因表达、生物防御、食品监测、法医学、蛋白质组学和细胞生物学。

在一个实施方案中，包含微流体芯片装置和热调节器的系统可以被用于制备用于自动循环核酸测序和清除的样品，以用于通过诸如Sanger测序的方法进行分析。微流体装置可以被构建为接收测定样品、反应试剂、结合部分、检测标记物，并且被程序控制以将样品的被测量的等分部分和试剂递送入混合区中，然后泵送入本文所描述的被分离的区的微通道中以进行保温和热循环。热调节器可以被用于热调节微流体装置的被分离的区且因此，位于被分离的区中的通道中的样品。

在某些实施方案中，流体样品可以在试剂或分析物的加入或除去之后被从第一区再引回至被分离的区中，以用于引发、在各种热条件包括热循环下的保温，或终止连续的生化反应或化学反应。

热调节器可以被程序控制以经过对应于聚合酶依赖性反应的变性、退火和延伸步骤的预定的温度循环，聚合酶依赖性反应例如在本领域中使用的用于PCR中的DNA扩增以及进行后续分析的DNA的循环测序准备。热调节器可以被用于改变微流体芯片装置的被分离的区内的温度，这可以允许在微流体芯片装置内的由温度控制的反应。例如，在热变性步骤中，微处理器被程序控制以向调节器发送信号以控制热调节器，以将装置和微流体装置的与温度调节转移装置接触的相应的被分离的区的温度提升至约95℃，使得双链DNA被变性为单链DNA。在后续的退火步骤中，热调节器和/或冷却风扇被设置为将装置的温度降低至约55℃，使得引物使单链DNA结合于其互补碱基序列。在DNA延伸步骤中，热调节器被设置为将各自的反应区的内部温度提升至约72℃，使得使用引物作为DNA合成的起始点，DNA聚合酶反应被允许进行以使互补DNA延伸。在使用中，本发明的装置允许缩短每个步骤的温度之间的时段(斜坡时间)，允许用于处理样品的快速的循环时间。

在一个实施方案中，微流体装置可以被程序控制以将样品和试剂引入被分离的区中，然后在反应完成之后将它们移动入回收区中以允许撤出样品而用于后续的分析。在另一个实施方案中，微流体装置可以被程序控制以将已反应的样品移动入储器或流体区中并且加入另外的反应试剂并且将样品再引入被分离的区中以进行另外的反应。在其他的实施方案中，微流体装置可以被程序控制以将已反应的样品移动入储器或流体区中并且加入捕获试剂，然后将样品移动入捕获区中以进行对所关心的分析物的物理分离；例如通过使用磁场捕获被结合部分包覆的磁性的或顺磁性的珠或颗粒。在其他的实施方案中，微流体装置可以被程序控制以将已反应的样品移动入储器或流体流中并且加入检测试剂或检测部分并且然后将样品移动入回收区中以允许撤出样品以用于后续的分析。检测装置，例如激光激发荧光成像拉曼装置、等离子体共振装置、本领域中已知的免疫捕获和DNA分析装置，可以被用于检测MOVe阀中或在搁架区的通道内或微流体装置的其他部分内的样品。见例如WO 2008/115626(Jovanovich)。具有单片(即单一的)膜的微流体装置是特别适合用于在芯片上实施检测系统的装置的一个实例。根据各种实施方案，检测系统还可以包括免疫捕获和DNA分析机构，例如聚合酶链反应(PCR)和毛细管电泳(CE)机构。

图6示出了可以被用于制备用于循环测序核酸分析的样品的微流体装置的实施例。在该设计中，被引入孔80中的核酸样品可以被移动并且在MOVe阀20处与被引入孔70中的循环测序试剂和酶混合，并且被阀10、20、30和40的致动泵送入被分离的区的蜿蜒的通道60中。可选择地，阀10、20、30和50可以被用于泵送。试剂和样品的混合可以如本文所描述的进行。试剂和样品的多个团可以通过可选择地使用多组泵阀移动试剂(阀10、30和40)以及使用多组泵阀移动样品(阀20、30和40)被相继地和/或交替地移动入微芯片的微流体通道中。试剂和样品可以在阀20中被组合并且在到达阀40之前变成被混合。然后，被混合的试剂和样品可以被泵送入位于微流体装置的被分离的区上的蜿蜒的通道60中。因为被分离的区与热调节器热接触，所以被引入搁架的反应区中的样品可以在由操作者选择的受控条件下被加热或冷却。试剂和样品可以经历用于循环测序的热条件。在一个实施方案中，样品可以被通过阀引入搁架区中，并且室周围的阀，例如40和50，可以被关闭以进行样品的通过热调节器的热循环或其他由热控制的反应条件。优良的体积与表面比和约100倍长的路径长度因较高的体积与表面比使样品准备生化和温度调节受益。在循环测序之后，样品和/或反应混合物可以被移动至孔80。可以具有结合部分的磁性响应颗粒，例如磁性的或顺磁性的珠或颗粒，可以被引入孔80，使得样品和/或反应混合物与磁性响应颗粒，例如磁性的或顺磁性的珠或颗粒，被混合。在本发明的某些实施方案中，磁性响应颗粒，例如磁性的或顺磁性的珠或颗粒，被羧基包覆并且可以吸附核酸。然后，具有被吸附的核酸的磁性响应颗粒，例如磁性的或顺磁性的珠或颗粒，可以被进一步移动至捕获区40，并且被施加的磁场捕获。珠被磁场捕获可以伴随有捕获阀的变形。磁场可以通过本文所描述的磁性组件的致动被施加。捕获阀可以被变形使得室尺寸被增加。捕获阀的增加的尺寸可以减小通过室的流速。磁性响应颗粒，例如磁性的或顺磁性的珠或颗粒，可以在珠被磁场捕获时被洗涤。芯片MOVe泵，例如10、20、30和40，可以移动具有结合的被纯化的核酸的珠，珠可以被缓冲剂洗涤。珠可以被移动至除去口90中的一个。可选择地，可以通过局部施加热或用水或缓冲剂洗脱从珠释放核酸。在洗脱过的产物被移动至除去口90中的一个时，珠可以被保持在室中。

在另一个实施方案中，装置被程序控制以整合用于DNA测序应用的多个反应步骤。常规的试剂储器70被装载有与被装载入样品储器80中的含DNA的样品混合的循环测序试剂，其中样品在一个实施方案中是PCR、质粒或待测序的其他核酸扩增产物。含有样品和循环测序试剂的混合物可以使用微阀通过可程序控制的流体学被移动至位于装置的延伸的搁架区上的反应室60，在反应室60中循环测序反应使用热循环来进行。然后循环测序产物可以被移动至产物储器90，以从装置移动出来以进行进一步的处理，或在优选的实施方案中，循环测序产物被移动至储器，并且诸如Agencourt SPRI珠的珠被随着合适的化学物加入循环测序产物中，以使期望的循环测序产物被结合于珠，以将产物与盐类和未结合的被染料标记的终止剂或引物分离。对于本领域的技术人员来说明显的是，除了将循环测序产物结合于珠之外，可以进行反向过程，其中循环测序产物被留在溶液中并且盐类和未结合的染料被结合于珠。所使用的术语珠包括但不限于颗粒、顺磁性颗粒、纳米颗粒、单块、凝胶、具有亲合力捕获性质的凝胶或非特异性性质的凝胶。

如果珠和循环测序产物被容纳在储器80中，那么组合的混合物被通过微阀20和30泵送至微阀40，微阀40可以被打开并且具有邻近的固定的或可移动的磁体。诸如顺磁性的SPRI珠的珠在打开的微阀中的流减速时被捕获并且珠在磁场中被捕获。例如，阀可以被打开，并且例如被包括在本发明的磁体组件中的磁体可以被移动入邻近阀的功能位置中，使得进入室中的磁体珠由磁体施加的磁力捕获。

诸如乙醇的流体可以被加入储器中，以便随后处理珠和除去不期望的杂质，例如盐类和未结合的被染料标记的反应物。接着可以除去磁体以释放珠上的力。然后珠可以被泵送至产物储器90，或循环测序产物可以被洗脱入水中，然后水被泵送至产物储器90。为了循环测序，洗脱产物可容易单独地在诸如CAE或微芯片的另外的装置上被分析。对于本领域的技术人员来说明显的是，不同的储器可以具有其他构型，并且单一的样品可以被加入储器70中并且多种试剂可以被加入储器80中以进行在单一样品上的三种不同的反应。

虽然本文已经示出和描述了本发明的优选的实施方案，但是对于本领域的技术人员来说将是明显的是，这样的实施方案仅以示例的方式被提供。本领域的技术人员现在将想到多种变体、变化和替代，而不偏离本发明。应当理解，在实施本发明时可以采用本文所描述的发明的实施方案的各种替代形式。意图的是，以下的权利要求限定本发明的范围，并且在这些权利要求和它们的等效物的范围内的方法和结构被这些权利要求和它们的等效物覆盖。

Claims (88)

1.一种微流体装置，包括：

(a)流体层，其包括流体通道；

(b)气动层，其包括气动通道；以及

(c)致动层，其被夹在所述流体层和所述气动层之间，

其中所述装置包括被包括在该夹层结构中的至少一个隔膜阀，其中所述阀的激活调节流体通道中的流体流，并且

其中所述装置还包括所述流体层的包括微流体通道并且不被所述气动层以及，任选地，所述致动层覆盖的分离部分。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述流体层包括内部通道并且所述分离部分不被所述致动层覆盖。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述流体层包括在所述层的表面中的作为流体通道的凹槽，并且在所述分离部分中所述凹槽被所述致动层或另一种材料的层覆盖。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述分离部分形成延伸超出所述夹层结构的边缘的搁架。

5.如权利要求1所述的装置，其中在所述分离部分中的所述流体通道包括多个弯曲部。

6.如权利要求5所述的装置，其中在所述分离部分中的所述流体通道形成蜿蜒的形状。

7.如权利要求1所述的装置，其中在所述流体层的所述分离部分内的所述流体通道具有小于0.2、0.5、0.75、1或2的高度与宽度的高宽比。

8.如权利要求1所述的装置，其中所述流体层的所述分离部分在整个流体层的面积的约1/2至约1/100之间。

9.如权利要求1所述的装置，其中所述流体层包含玻璃。

10.如权利要求1所述的装置，其中所述致动层包含PDMS。

11.如权利要求1所述的装置，其中在多个所述流体通道中的流体流通过单一的气动通道调节。

12.如权利要求1所述的装置，包括多个流体回路。

13.如权利要求1所述的装置，还包括与所述分离部分热接触的热散布器。

14.如权利要求1所述的装置，其中所述分离部分与至少第一热调节器热接触。

15.如权利要求14所述的装置，其中所述热调节器包括一个或多个电阻丝。

16.如权利要求14所述的装置，其中所述分离部分的第一表面与所述第一热调节器热接触，并且与所述第一表面相对的第二表面与第二热调节器热接触。

17.如权利要求14所述的装置，其中所述分离部分的第一表面与所述第一热调节器热接触，并且第二表面与绝热器热接触。

18.一种微流体装置，包括：

(a)流体层，其包括流体通道；以及

(b)致动层，其与所述流体层的一部分接触，其中所述致动层调节所述流体通道中的流体流，并且其中所述流体层包括不与所述致动层接触并且包括微流体通道的部分。

19.一种微流体装置，包括第一玻璃层、第二玻璃层和第三玻璃层以及弹性体层，其中：

(i)所述第一玻璃层与所述第二玻璃层界面接触，并且所述第一玻璃层和所述第二玻璃层形成一个或多个流体通道，

(ii)所述弹性体层被定位在所述第二玻璃层和所述第三玻璃层之间，并且所述第二玻璃层和所述弹性体层形成与所述一个或多个流体通道流体连通的一个或多个室；并且

(iii)所述弹性体层和所述第三玻璃层形成一个或多个气动通道，并且此外

其中所述第一玻璃层和所述第二玻璃层的第一部分与所述弹性体层和所述第三玻璃层分离。

20.如权利要求19所述的微流体装置，其中所述分离部分延伸超出所述弹性体层和所述第三玻璃层的边缘以形成搁架。

21.如权利要求19所述的微流体装置，其中所述一个或多个室具有可调整的体积。

22.如权利要求19所述的微流体装置，其中所述一个或多个室包括阀。

23.如权利要求19所述的微流体装置，其中所述第三玻璃层不延伸超出所述弹性体层。

24.如权利要求19所述的微流体装置，其中所述第一玻璃层的一部分延伸超出所述弹性体层。

25.如权利要求19所述的微流体装置，其中所述第一玻璃层的延伸超出所述弹性体层的所述部分与热调节器热接触。

26.如权利要求19所述的微流体装置，其中所述一个或多个流体通道形成蜿蜒的通道。

27.一种用于调节微流体通道中的流体的温度的方法，包括：

(a)提供权利要求1所述的装置；

(b)将液体移动入流体通道的在所述分离部分中的节段中；并且

(c)在所述液体在所述分离部分中的所述流体通道中时调节所述液体的温度。

28.如权利要求27所述的方法，其中调节包括使所述液体的温度循环。

29.一种仪器，包括：

(a)基部，其包括热调节器；以及

(b)权利要求1所述的微芯片，其与所述基部接合使得所述流体层的所述分离部分与所述热调节器热接触。

30.如权利要求29所述的仪器，其中所述热调节器包括被连接于电压源的至少一个电阻丝。

31.如权利要求30所述的仪器，其中所述至少一个电阻丝通过偏置元件附接于所述基部，在所述丝被加热时所述偏置元件保持所述丝上的张力。

32.如权利要求29所述的仪器，其中所述热控制装置包括一个或多个风扇，所述一个或多个风扇被引导成朝向所述分离部分或远离所述分离部分吹空气。

33.如权利要求29所述的仪器，其中所述热控制装置包括珀尔帖装置。

34.一种仪器，包括：

(a)芯片基台组件，其包括至少一个基台，每个基台被构建为接合微流体芯片，其中每个微流体芯片包括多个微流体回路，每个回路包括室；以及

(b)磁体移动组件，其包括：

(i)磁体，其用于每个基台；以及

(ii)致动器，其被构建为将每个磁体移动入基台的功能位置中，从而在与所述基台接合时，向所述微流体芯片中的每个所述室内施加至少30T²/m的磁力，并且其中所述磁力在所述多个微流体回路的每个室内是实质上相同的。

35.如权利要求34所述的仪器，其中所述芯片基台组件包括多个基台。

36.如权利要求35所述的仪器，其中所述多个是4。

37.如权利要求34所述的仪器，其中每个磁体具有长尺寸、中间尺寸和短尺寸，其中所述长尺寸和所述短尺寸界定第一对面，所述第一对面界定北磁极和南磁极，并且所述第一对面中的一个面向所述功能位置中的接合的芯片以施加所述磁力。

38.如权利要求37所述的仪器，其中每个磁体还包括接触所述磁体的由所述长尺寸和所述中间尺寸界定的第二面的屏蔽物，其中所述屏蔽物实质上引导所述磁体的所述磁力。

39.如权利要求38所述的仪器，其中所述屏蔽物还接触所述第一对的不面向所述芯片的面。

40.如权利要求37所述的仪器，其中所述芯片基台组件包括多个基台，所述磁体实质上彼此平行并且多个所述屏蔽物接触面向另一个磁体的一侧上的所述第二面。

41.如权利要求34所述的仪器，其中每个磁体是实质上矩形的。

42.如权利要求34所述的仪器，其中每个基台与微流体芯片接合。

43.如权利要求34所述的仪器，其中所述室是隔膜室。

44.如权利要求34所述的仪器，其中每个芯片中的所述室以实质上线性的方式布置。

45.如权利要求34所述的仪器，其中所述磁体移动组件包括磁体保持器，所述磁体保持器保持所述磁体并且被所述致动器移动。

46.如权利要求34所述的仪器，其中所述致动器包括电马达。

47.一种包括移动磁体的方法，该方法包括相对于微流体芯片将磁体移动入功能位置中，其中所述芯片包括多个微流体回路，每个回路包括室；并且当所述磁体处于所述功能位置中时，所述磁体在所述芯片中的每个所述室内施加至少30T²/m的磁力，并且其中所述磁力在所述芯片中的每个室内是实质上相同的。

48.如权利要求47所述的方法，包括在每个室中使用所述磁力捕获来自在每个回路中流动的流体的磁性响应颗粒。

49.如权利要求48所述的方法，其中所述室是隔膜室，并且捕获包括通过使所述隔膜变形增加所述室的体积。

50.如权利要求47所述的方法，还包括将所述磁体从所述功能位置移出来以释放所述颗粒。

51.一种用于混合第一液体和第二液体的方法，包括：

a)在通道内将所述第一液体的第一团定位成邻近所述第二液体的第二团并且在所述第二液体的第二团的下游；

b)在通道内将第三液体的第三团定位成邻近所述第二液体的所述第二团并且在所述第二液体的所述第二团的上游；并且

c)在所述通道内将所述第一团、所述第二团和所述第三团在层流条件下在第一方向上移动，由此所述移动促进所述第一液体、所述第二液体和所述第三液体的混合，

其中一个或多个气动致动的隔膜泵被用于将所述第一团、所述第二团和所述第三团定位在所述通道内，并且其中所述第一液体和所述第二液体是不同的。

52.如权利要求51所述的方法，其中所述第一团和/或所述第二团具有小于约1000、750、500、400、300、200、100、50、25、20、15、10、5、4、3、2或1μL的体积。

53.如权利要求51所述的方法，其中所述通道具有横截面面积和长度，并且所述通道的所述横截面面积沿所述通道的所述长度增加或减少。

54.如权利要求51所述的方法，其中所述一个或多个隔膜泵的移动在所述泵内引起湍流。

55.如权利要求51所述的方法，其中一个或多个隔膜泵被用于在所述通道内移动所述第一团和所述第二团。

56.如权利要求51所述的方法，其中所述第一液体和所述第二液体是含水液体。

57.如权利要求52所述的方法，其中所述一个或多个隔膜泵是微流体隔膜泵。

58.如权利要求55所述的方法，其中所述一个或多个隔膜泵是微流体隔膜泵。

59.如权利要求51所述的方法，其中所述通道是微流体通道。

60.如权利要求59所述的方法，其中所述微流体通道具有在约20至10,000,000平方微米之间的横截面面积。

61.如权利要求51所述的方法，其中所述第一液体和所述第三液体是相同的。

62.一种用于在微流体混合通道中组合第一液体和第二液体的方法，包括：

a)提供具有第一液体通道和第二液体通道的装置，所述第一液体通道和所述第二液体通道中的每个被流体地连接于所述微流体混合通道，其中第一隔膜阀被定位在所述第一液体通道内，第二隔膜阀被定位在所述第二液体通道内，并且第三隔膜阀和第四隔膜阀被定位在所述微流体混合通道内；并且

b)使用所述第一隔膜阀、所述第二隔膜阀、所述第三隔膜阀和所述第四隔膜阀将所述第一液体和所述第二液体相继地泵送入所述微流体混合通道中以形成第一液体和第二液体的多个团，其中所述第一隔膜阀、所述第三隔膜阀和所述第四隔膜阀被用于将所述第一液体泵送入所述微流体混合通道中并且所述第二隔膜阀、所述第三隔膜阀和所述第四隔膜阀被用于将所述第二液体泵送入所述微流体混合通道中，并且其中所述第一液体和所述第二液体是不同的。

63.如权利要求62所述的方法，其中所述第一隔膜阀、所述第二隔膜阀、所述第三隔膜阀和所述第四隔膜阀中的一个或多个被气动致动。

64.如权利要求62所述的方法，其中所述团中的一个或多个具有小于约1000、750、500、400、300、200、100、50、25、20、15、10、5、4、3、2或1μL的体积。

65.如权利要求62所述的方法，还包括将所述多个团沿所述微流体混合通道向下移动，由此在邻近的团之间的界面区域的量随所述多个团沿所述微流体混合通道向下移动而增加。

66.如权利要求62所述的方法，其中所述微流体混合通道具有横截面面积和长度，并且所述微流体混合通道的所述横截面面积沿所述微流体混合通道的所述长度增加或减少。

67.如权利要求62所述的方法，其中所述隔膜阀中的一个或多个的打开或关闭在所述隔膜阀内引起湍流。

68.如权利要求62所述的方法，其中所述第二阀是流通阀。

69.如权利要求62所述的方法，其中所述第一液体和所述第二液体在层流条件下在所述微流体混合通道中移动。

70.如权利要求62所述的方法，其中所述多个团由于所述多个团沿所述微流体混合通道向下移动而被混合。

71.如权利要求62所述的方法，其中所述第一液体通道和所述第二液体通道是微流体通道。

72.一种用于向混合通道提供第一液体和第二液体的方法，包括以下步骤：

a)提供具有第一液体通道和第二液体通道的装置，所述第一液体通道和所述第二液体通道中的每个被流体地连接于所述混合通道，其中第一阀被定位在所述第一液体通道内，第二阀被定位在所述第二液体通道内，泵阀被定位在所述混合通道内，并且出口阀被定位在所述混合通道内的所述泵阀的下游，并且其中所述第一液体和所述第二液体是不同的；

b)向所述第一液体通道提供所述第一液体并且向所述第二液体通道提供所述第二液体；

c)配置所述阀使得所述第一阀是打开的，而所述第二阀、所述泵阀和所述出口阀是关闭的；

d)打开所述泵阀；

e)配置所述阀使得所述泵阀和所述出口阀是打开的，而所述第一阀和所述第二阀是关闭的；

f)关闭所述泵阀；

g)配置所述阀使得所述第二阀是打开的，而所述第一阀、所述泵阀和所述出口阀是关闭的；

h)打开所述泵阀；

i)配置所述阀使得所述泵阀和所述出口阀是打开的，而所述第一阀和所述第二阀是关闭的；并且

j)关闭所述泵阀。

73.如权利要求72所述的方法，其中所述第一阀、所述第二阀、所述泵阀或所述出口阀中的一个或多个被气动致动。

74.如权利要求72所述的方法，其中步骤d)使所述第一液体移动并且步骤h)使所述第二液体移动。

75.如权利要求73所述的方法，其中被移动的所述第一液体和/或所述第二液体具有小于约1000、750、500、400、300、200、100、50、25、20、15、10、5、4、3、2或1μL的体积。

76.如权利要求72所述的方法，其中重复步骤c)到j)。

77.如权利要求72所述的方法，其中所述第二阀是将所述第二液体通道联结于所述混合通道的流通阀。

78.如权利要求72所述的方法，还包括在所述混合通道内移动所述第一团和所述第二团。

79.如权利要求78所述的方法，其中所述第一团和所述第二团的所述移动在层流条件下发生。

80.如权利要求72所述的方法，其中所述混合通道具有横截面面积和长度，并且所述通道的所述横截面面积沿所述混合通道的所述长度增加或减少。

81.如权利要求72所述的方法，其中所述阀中的一个或多个的打开或关闭在所述阀内引起湍流。

82.如权利要求72所述的方法，其中所述第一液体和所述第二液体具有在约0.001μL/秒至100μL/秒之间的总体积流量。

83.如权利要求72所述的方法，其中所述第一液体和所述第二液体是含水液体。

84.一种在微流体装置中混合流体的方法，包括：

a)在微流体通道中堆叠交替的第一液体的团和第二液体的团；并且

b)将团的堆移动通过所述通道，其中所述通道被构建为使得移动所述团增加所述团之间的表面接触的面积，促进第一液体和第二液体的混合。

85.如权利要求84所述的方法，其中使用微流体装置上的包括三个隔膜阀的隔膜泵的连续冲程产生所述团。

86.如权利要求84所述的方法，其中所述通道被构建成用于液体的层流。

87.一种在微流体装置中混合流体的方法，包括：

a)在微流体通道中堆叠交替的第一液体的团和第二液体的团；

b)将团的堆移动入隔膜阀的室中，其中所述室在打开时具有大于至少四个团的体积的体积；并且

c)关闭所述隔膜阀，其中关闭将所述液体泵送离开所述阀，由此混合所述液体。

88.如权利要求87所述的方法，其中所述阀将所述流体泵送入第二微流体通道中。

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