用于使液体与试剂充分混合的微流控元件制造技术

微流控元件，特别是用于对液体样品中包含的分析物进行分析的试验载体（１０１），具有基板（１０２）和通道结构，所述通道结构通过所述基板（１０２）而被封闭。所述通道结构包括细长混合通道（１０７）和输出通道（１１１）。所述混合通道（１０７）具有进口（１０８）和出口（１１０），且被实施以使所述混合通道中包含的试剂与流动通过所述进口（１０８）而进入所述混合通道（１０７）内的液体进行混合。所述混合通道（１０７）的所述出口（１１０）与所述输出通道（１１１）流体连通。所述出口（１１０）被定位在比所述进口（１０８）更接近所述混合通道（１０７）的长度的中间的位置处。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于使液体与试剂充分混合的微流控元件和一种 借助于微流控元件进行充分混合的方法。
技术介绍
用于使液体与试剂充分混合的微流控元件例如被用在诊断试验(体 外诊断)中，通过使用该微流控元件对体液样品中包含的分析物进行分析以《更实现医疗目的，术语充分混合(thoroughly mixing)包括以液 体形式提供试剂，即两种液体彼此混合，的可能性，且还包括提供固体 形式的试剂且将该试剂溶于液体中并使其均匀化的可能性.进行分析的 重要部件是所谓的试验载体(test carrier)，例如，具有用来接收液体样品(特别是体液)的通道结构的微流控元件被设置在所述试验栽体 上，以便允许实现复杂的多步骤试验规程的性能，试验栽体中可包括一 个或多个微流控元件。例如，在具有多步骤试验顺序的免疫化学分析中，其中出现了结合 与自由反应组分的分离("结合/自由分离(bound/free separation )") 使用了流控试验栽体，使用流控试验栽体使得可能实现受控液体传输。 可采取内部措施(在流控元件内部)或采取外部措施(例如被设置在装 置中)来实施对流控过程顺序的控制.可基于压力差的施加或基于力的 变化来实现(外部)控制，例如通过改变重力的作用方向能够实现所述 力的变化，且通过离心力也能够实现所述力的变化，所述离心力例如是 作用在旋转微流控元件或旋转试验栽体上的离心力且是旋转速度和与 旋转轴线之间距离的函数，微流控元件以及这类试验栽体包括栽体材料，所述载体材料通常由 基板制成，所迷基板由塑料材料制成.该元件和试验栽体具有样品分析 通道，所述样品分析通道通过该基板和盖或覆盖层而被封闭，所述样品 分析通道通常包括一 系列的多个通道部段和位于所述一系列多个通道 部段之间的室，所述室相对于所述通道部段被加宽。具有其通道部段和 室的样品分析通道的结构和尺寸由对基板的塑料部分进行的结构化限5定，所述结构化的塑料部分是例如采用注塑成型技术或用于产生适合结构的其它方法产生的，例如在M. Madou， "Fundamentals of Microfabrication，， CRC Press, Boca Raton， FL， USA, 2002中描述 了这类试验栽体和微流控元件的生产。例如在以下公开文献中已公知地披露了包括所述试验栽体的分析 系统美国专利4,456， 581 美国专利4, 580, 896 美国专利4,814,144 US A 2004/0265171 EP 1077 771B1为了进行分析，在样品分析通道中包含有试剂，所述试剂与被引入 该样品分析通道内的液体产生反应，该液体样品与该试剂在试验栽体中 彼此混合从而使得样品液体与试剂的反应导致被测变量产生变化，这种 变化表征了样品液体中包含的分析物.该被测变量的测量是在试验栽体 本身上进行的.尤其是，典型的方法是可用光学方式进行分析的测量方 法，在该方法中检测颜色变化或另一种可用光学方式测量的变量.在具有毛细管通道结构和小尺寸的样品分析通道中普遍存在的主 要是层流条件.液体和/或液体与固体在这种毛细管通道中仅实现了不 良的充分混合。现有技术中已公知地存在用来改进试刑与样品液体的充 分混合的多种过程.例如，在处在分析系统中的围绕旋转轴线进行旋转的旋转试验栽体 中，通过迅速改变旋转方向或通过改变旋转速度而促进充分混合.然而， 这种"摇摆模式(shake mode)"对分析系统的驱动单元提出了很高的 要求.磨损以及出现故障和失灵的风险也相对较高.现有技术中已公知的另一种改进样品液体与试刑的充分混合的方 法是引入磁性颗粒，通过电磁体或永久磁体的作用使磁性颗粒进行运 动.由于整合了该颗粒而使得增加了试验栽体的生产成本.此外，该分 析系统必须具有另一部件，即磁体.此外，下面的这种元件也是已公知的，这种元件的毛细管通道包含 专用的阻流结构，如肋部.形成这类通常被实施为微结构的阻碍结构使 得试验栽体的生产过程更为昂贵和困难，此外，这类结构并不适于所有6混合过程和/或所有试剂和样品液体.尽管已经进行了多种尝试来改进混合过程和微流控元件，如试验载 体，特别是改进试剂与样品流体的充分混合，但进一步地仍需要在这方 面对微流控元件作出改进.本专利技术因此基于提供一种微流控元件，特别是试验栽体，的目的， 通过使用所述微流控元件，特别是试验栽体，使得改进了混合过程，尤 其是改进了试剂与样品液体的充分混合.
技术实现思路
该目的是通过具有如权利要求1所述的技术特征的微流控元件和具有如权利要求13所述的技术特征的方法而实现的。下文将结合用于分析体液样品中包含的分析物的试验栽体对本发 明及其优点进行描述和说明，但这并未限制微流控元件的通性.根据本专利技术的微流控元件是通过对基板进行适当结构化而产生的， 例如，正如"M. Madou， Fundamentals of Microfabrication，， CRC Press, Boca Raton, FL, USA, 2002中所述地那样.被实施作为通道的通道结 构包括细长混合通道，所迷细长混合通道具有根据本专利技术的进口和出口 且被实施以使所述混合通道中包含的试剂与流动通过所述进口而进入 所述混合通道内的液体进行混合。根据本专利技术，所述混合通道经由所述 出口与输出通道流体连通，在本专利技术的含义中，微流控元件被视为具有这样的通道结构的元 件，所述通道结构的最小尺寸大于或等于5 nm且所述通道结构的最大 尺寸(例如所述通道的长度)小于或等于10 cm。在本申请的含义中，"细长"通道被视为这样的通道，所迷通道的长度远大于其剖面区域的任何剖面尺寸.这意味着该长度是更大的剖面 尺寸的至少10倍。所述通道的长度优选是所述通道的平均剖面面积的 平方根的至少20倍.所述长度更优选是所述平均剖面面积的平方根的 至少50倍，尤其优选是该平方根的100倍.对于具有圓形剖面区域的 通道而言，所迷长度因此优选是半径的20至30倍.因此这导致产生了这样的尺寸，即使得微流控元件的通道结构的最 大剖面区域为至多10mm,优选至多5mm.最大剖面尺寸更优选为至多 2mnj，且尤其优选为至多lmm。7在本专利技术的语境中，考虑了如下事实，试剂的浓度梯度在所述混合通道内沿流动方向上升。在微流控元件和/或试验栽体中普遍存在的条件下，该浓度在试剂的所述进口的区域中通常是最低的且沿流动方向上升。根据本专利技术，所述出口被定位在比所述进口更接近所述混合通道的长度的中间的位置处。所述混合通道具有介于所述进口与所述出口之间的供给部段和(沿流动方向)位于所述出口下游并与所述进口相对的互补部段，其中在液体流入所述混合通道内之后，所述互补部段中的所述试剂的浓度与所述供给部段中的浓度是不同的，通常比所述供给部段中的浓度更高.所述出口在所述混合通道的长度上被定位以便使得在所述输出通道中流动通过所述出口的液体包含来自所述混合通道的所述供体积的液体，从而使得这两处的部分体积的液体以加速的方式进行混合.来自所述供给部段的所述部分体积的液体和来自所述互补部段的所述部分体积的液体(每处所述部分体积的液体同时流动通过所述出口)具有不同的试剂浓度且在流入所述输出通道时被充分混合，换句话说，所述微流控元件被实施而使得所述混合通道的所述进口本文档来自技高网...

【技术保护点】
微流控元件，特别是用于对液体样品中包含的分析物进行分析的试验载体　具有基板（１０２）和通道结构（１０４），所述通道结构通过所述基板（１０２）和覆盖层而被封闭，　其中　所述通道结构（１０４）包括细长混合通道（１０７）和输出通 道（１１１），　所述混合通道（１０７）具有进口（１０８）和出口（１１０）且适于使所述混合通道中包含的试剂与流动通过所述进口（１０８）而进入所述混合通道（１０７）内的液体进行混合，　所述混合通道（１０７）的所述出口（１１０）与所述 输出通道（１１１）流体连通，并且　所述出口（１１０）位于比所述进口（１０８）更接近所述混合通道（１０７）的长度的中间的位置处。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：C博伊姆，
申请(专利权)人：霍夫曼拉罗奇有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]