Микрофлюидные устройства и способы их подготовки и применения

Микрофлюидные устройства и способы их подготовки и применения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка испрашивает преимущество приоритета по предварительной заявке на патент США № 60/699380, поданной 14 июля 2005 года, содержание которой включено в настоящее описание путем отсылки.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область изобретения относится, в общем, к микрофлюидным устройствам, способам изготовления микрофлюидных устройств и применению микрофлюидных устройств в биологических исследованиях.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Все более широкое распространение получает диагностика в месте наблюдения за пациентом (далее - экспресс-диагностика), которая применяется в больницах, кабинетах врачей, на рабочих местах и в потенциально неблагоприятной среде. Такие задачи, как проводимые на рабочем месте анализы на злоупотребление наркотиками или лекарственными средствами, анализы окружающей среды на наличие загрязняющих веществ и проверка наличия компонентов биологического оружия на поле боя, можно легко и просто проводить с помощью тестов экспресс-диагностики. Поскольку такая диагностика часто проводится лицами, имеющими слабую подготовку или не имеющими подготовки в области клинической диагностики, тесты экспресс-диагностики должны быть простыми, быстрыми и легкими в использовании. Тесты экспресс-диагностики в идеале требуют минимума оборудования.

Большинство современных тестов экспресс-диагностики основаны на мембранных иммунохроматографических анализах, в которых используются преимущества капиллярного действия микропористых мембран. При иммунохроматографических анализах аналиты в растворах образца с подвижной фазой отделяют от других компонентов аффинным связыванием для захвата молекул, иммобилизованных на стационарных твердых фазах. Мембраны, выполненные из нитроцеллюлозы или нейлона, обеспечивают матрицу для твердой неподвижной фазы аффинной хроматографии и жидкой фазы распределительной хроматографии, которая переводит подлежащие отделению частицы иммунного комплекса из других жидких растворов с помощью капиллярного действия.

Микропористые мембраны, выполненные из нейлона или нитроцеллюлозы, использовались для тестов на антиген/антитело примерно с 1979 года, когда впервые было продемонстрировано, что белки могут переноситься сквозь мембрану. Нитроцеллюлоза нашла широкое применение как поверхность для иммобилизации белков в исследовательских методиках, таких как вестерн-блоттинг и иммунодиагностика по растеканию капли в радиальном направлении. Микропористость и нитроцеллюлоза дают много преимуществ для быстрых иммунохроматографических анализов, включая, например, высокую связывающую способность, нековалентное прикрепление белков, долгосрочные стабильные условия иммобилизации и среду, ведущую к стойкому связыванию.

Типичный комплект для экспресс-иммуноанализа согласно уровню техники содержит индикаторную подушку, имеющую первое иммобилизированное антитело, к которому была прикреплена метка, такая как флуоресцентная метка, золотая метка или другая метка. Второе иммобилизированное антитело прикреплено к мембранной полоске из нитроцеллюлозы или нейлона. Один конец этой мембранной полоски из нитроцеллюлозы или нейлона приводят в непосредственный контакт с индикаторной подушкой. Второе иммобилизированное антитело часто связывают с мембраной с образованием конкретного геометрического рисунка, такого как линия. Когда пробу, содержащую подлежащий анализу аналит, наносят на индикаторную подушку, аналит связывается с первым меченым иммобилизированным антителом с образованием связывающего комплекса, а затем раствор, содержащий связывающий комплекс, втягивают сквозь мембранную полоску. Внутри мембранной полоски этот комплекс связывается со вторым связанным с мембраной иммобилизированным антителом. Это второе связывание можно визуализировать благодаря концентрации метки вдоль геометрического рисунка, содержащего связанное с мембраной иммобилизированное антитело, или, альтернативно, это связывание можно обнаружить другими средствами, такими как обнаружение флуоресценции или электрохимическое обнаружение.

Ключевыми параметрами, управляющими интенсивностью сигнала при иммунохроматографических анализах, является скорость капиллярного потока и способность мембраны к связыванию белков. Скорость капиллярного потока и способность к связыванию определяются размерами пор, пористостью и толщиной мембраны. Способность мембраны к связыванию белков зависит от размера ее пор и от свойств поверхности. Нитроцеллюлозные мембраны часто обрабатывают поверхностно-активными веществами, чтобы повысить смачиваемость поверхности. Однако применение поверхностно-активных веществ вызывает озабоченность, поскольку поверхностно-активное вещество изменяет поведение капиллярного потока в мембране и степень такого изменения трудно предсказать.

Способность мембраны связывать белки и скорость миграции частиц сквозь мембрану зависит от размера пор мембраны. К сожалению, производители мембран не могут поддерживать постоянный размер пор и пористость в процессе производства мембран из-за сложного и чувствительного характера производственного процесса. Сильное непостоянство размеров пор и пористости наблюдается между разными партиями продукции и, более того, даже внутри одной и той же партии продукции. Нередко встречается более чем 20%-ное изменение интенсивности сигнала между разными тестовыми комплектами, произведенными в одинаковых условиях. Такое непостоянство является основным фактором, заставляющим считать иммуноанализ на основе мембран неподходящим для количественных тестов. Это сильное непостоянство ограничивает применение тестов экспресс-диагностики для количественных анализов. Несмотря на то, что предпринималось множество попыток улучшить поведение микропористых мембран, сохранение постоянного качества все еще остается проблемой.

Для решения проблемы непостоянства интенсивности сигнала было предложено и исследовано много решений, таких как усовершенствование прибора обнаружения, альтернативное маркирование частиц и оптимизация состава реагентов. К сожалению, результатом явилось лишь небольшое улучшение эксплуатационных показателей.

Ввиду вышеописанных недостатков тестовых комплектов для экспресс-диагностики и способов их изготовления было бы желательно создать более точные тестовые комплекты для экспресс-диагностики и способы изготовления тестовых комплектов для экспресс-диагностики, которые повысят точность тестов и позволят использовать эти тесты для количественного, а также качественного анализа.

В некоторых тестовых комплектах используются микрофлюидные аналитические устройства. Множество материалов было использовано для создания каналов в микрофлюидных устройствах, такие как кремний, стекло и пластик. Каждый из этих материалов имеет свои недостатки. Кремний и стекло экономически не эффективны. Кремний требует применения процесса интенсивного химического травления, который инактивирует биоматериалы во время изготовления микроканалов и поэтому часто несовместим с биоматериалами. Пластик обычно является гидрофобным, так что ему нужна активная система транспортировки, заставляющая аналиты протекать по каналам, в отличие от пористой мембраны, в которой используется пассивное капиллярное действие. Было разработано микрофлюидное устройство пленочного типа, но для изготовления проточных каналов в нем используется высекаемая штампом клейкая лента (см., например, патент США № 6919046, выданный О'Конеру (O'Çoner) и др., и патент США № 6857449, выданный Чоу (Chow) и др.). Альтернативно, в патенте США № 6790599, выданном Маду (Madou) и др., описан способ изготовления микрофлюидного канала с использованием фотолитографии, но это изобретение не предусматривает по существу работоспособного микрофлюидного устройства, предназначенного для анализа биохимических материалов.

Большинство иммунохроматографических анализов выглядят гомогенными анализами, которые являются быстрыми, одноэтапными, без разделения и не требуют предварительной обработки пробы. Однако отделение несвязанных лигандов от лигандов, связанных с рецептором, входит в процедуру теста; это называется псевдогомогенным анализом. Отделение происходит, когда раствор аналита проходит по иммобилизированной тестовой линии. Для количественного определения малых молекул, таких как глюкоза, лактоза и неорганические материалы, широко используют электрохимические анализы, которые также применимы и к большим молекулам ввиду простоты и экономической эффективности этого способа.

Эта технология имеет проблемы при применении для обнаружения больших молекул с помощью одноэтапного анализа, подобного иммунохроматографическому анализу на основе мембраны. Электрохимические реакции требуют субстратов для реакций ферментов с генерированием сигналов. Ферменты, соединенные со связывающими веществами, и субстраты необходимо наносить отдельно и подавать последовательно, чтобы избежать самореакции между ферментом и субстратом еще до связывания с аналитом. Для осуществления этого процесса перед измерением уровня связывания необходим этап промывки для отделения несвязанных лигандов от тех, которые связаны с рецептором. В 1995 г. Ивницкий и другие изобрели одноступенчатый, не требующий разделения амперометрический иммуносенсор, модифицировав предыдущие иммуноанализы с пропусканием ферментов по каналам. Несмотря на такую модификацию, иммунохроматографические анализы на основе мембраны не обеспечивают постоянной скорости потока и продолжительности миграции во времени и, следовательно, в значительной степени неприменимы для количественных анализов.

ЗАДАЧИ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание новых и улучшенных микрофлюидных устройств и содержащих их комплектов для анализа.

Другой задачей настоящего изобретения является создание новых и улучшенных микрофлюидных устройств, которые устраняют недостатки существующих технологий анализа и являются быстродействующими, недорогими и простыми в использовании и, кроме того, позволяют проводить количественное обнаружение.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание новых и улучшенных способов производства или изготовления одноразовых тестовых комплектов для экспресс-диагностики, которые повышают точность тестов и позволяют использовать эти тесты для количественного, а также качественного анализа.

Другой задачей настоящего изобретения является создание новых и улучшенных способов производства одноразовых тестовых комплектов для экспресс-диагностики, в которых исключены указанные выше недостатки технологий производства согласно уровню техники.

Другой задачей настоящего изобретения является создание микрофлюидных устройств, которые могут обеспечить постоянную скорость потока и продолжительность миграции во времени.

Другой задачей настоящего изобретения является сознание новых и улучшенных способов применения микрофлюидных устройств, которые предназначены решить проблемы, связанные с существующими технологиями анализа и обеспечивают быстродействующие, недорогие, простые в использовании системы количественного анализа.

Другой задачей изобретения является создание новых и улучшенных электрохимических сенсорных устройств.

Для того чтобы решить, по меньшей мере, одну из этих задач, а также другие, одним вариантом воплощения микрофлюидного устройства, способного проводить экспресс-иммуноанализы в соответствии с изобретением, является многослойный ламинат, имеющий, например, три слоя, а именно нижний опорный слой, промежуточный слой фоторезиста и покровный слой. Хотя в качестве опорного слоя может использоваться любая форма опоры, основы, подложки, слоя материала или их комбинации, в одном предпочтительном варианте воплощения опорный слой содержит полимерную пленку, с которой могут быть связаны связывающие агенты. В этом случае к опорному слою прикрепляют несущую подложку для придания большей прочности. На полимерную пленку с одной стороны или на часть одной стороны может быть необязательно нанесено покрытие из металлической пленки или другое покрытие, с которым могут быть связаны связывающие вещества. Металлическая пленка может быть частью электрода. На полимерной пленке, другом покрытии или металлической пленке могут быть иммобилизированы одно или более связывающих веществ, таких как биогенные или иммунореактивные антитела или антигены, путем непосредственной абсорбции или за счет связывания с тонкими монослоями, такими как полипиррол, сульфонированный сополимер тетрафторэтилена (NAFION®), алкоксисилан или их смеси. Промежуточный слой, связанный непосредственно с полимерной пленкой на той же самой стороне, что и металлическая пленка или другое покрытие, содержит пленку фоторезиста, в которой вытравлены микрофлюидные (микропроточные) каналы и камеры. Пленка фоторезиста может содержать пленку полиимидного фоторезиста, такого как RISTON® от DuPont. Травление можно выполнять различными, хорошо известными в данной области техники способами, например, фотолитографией. Покровный слой может содержать полимерную пленку, которая может быть непосредственно связана со слоем фоторезиста с образованием ламината в соответствии с изобретением.

В одном варианте воплощения слой фоторезиста содержит по меньшей мере три микрофлюидные области: камера или область впуска пробы (впускная), камера или область реагента(ов) или реакции(й) (реакционная) и по меньшей мере одна камера или область обнаружения. Могут быть предусмотрены одна или более областей смешивания, например, между впускной камерой и реакционной камерой, могут быть предусмотрены одна или более абсорбирующих областей, например, ниже по потоку относительно последней камеры обнаружения, а также могут быть предусмотрены области воздушной вентиляции. Эти камеры и области, если они присутствуют, соединены друг с другом микрофлюидными каналами для формирования пути протекания для текучей среды пробы.

При основном применении, когда камера впуска пробы принимает жидкую пробу, содержащую подлежащий анализу аналит, эта жидкая проба втягивается в камеру впуска пробы за счет капиллярного действия и течет в реакционную камеру, где проба смешивается со связывающими реагентами, такими как меченые антитела. Метки могут содержать флуоресцентные метки или электрохимические метки, или другие метки, хорошо известные в этой области техники. Когда проба вытекает из камеры реагентов, она втекает в камеру обнаружения. Между реакционной камерой и первой камерой обнаружения может необязательно быть расположен смешивающий канал. Тщательное смешивание пробы и реагентов в смешивающем канале гарантирует реакцию аналита пробы и реагентов. В типичном случае между аналитом и меченым антителом формируется иммунный комплекс. В камере(ах) обнаружения комплекс аналит-антитело связывается со вторым антителом, которое, в свою очередь, непосредственно связано с камерой обнаружения. Таким образом комплекс аналит-антитело захватывается и иммобилизуется в камере обнаружения.

Количество захваченного комплекса может быть измерено детектором флюоресценции, оптическим детектором или электрическим детектором. Жидкая проба может необязательно протекать через камеру обнаружения в абсорбирующую область, которая может принимать форму набора из одного или более абсорбирующих каналов. Течение жидкой пробы продолжается до тех пор, пока абсорбирующая область не заполнится жидкостью. Воздуху в микрофлюидной системе обеспечена возможность выходить через одно или более воздушных вентиляционных отверстий, соединенных с камерой(ами) обнаружения или абсорбирующей областью.

Микрофлюидные устройства по изобретению могут быть изготовлены с помощью поточных процессов с переносом с рулона на рулон. В иллюстративном способе изготовления исходными материалами являются три рулона: рулон пленки из полиэтилентерефталата (ПЭТ) для нижнего слоя, рулон сухого фоторезиста для среднего слоя и рулон верхнего покровного слоя, такого как пленка ПЭТ или клейкая лента. Эти рулоны подвергаются последовательности технологических операций, таких как ламинирование, экспонирование ультрафиолетом (УФ), промывка щелочью, сушка, добавления металлических или других слоев и добавление связывающих реагентов. Затем эти три пленки могут быть заламинированы вместе. Наконец, полученный ламинат может быть разрезан с образованием отдельных полосок ламината для использования в комплектах для быстрого иммуноанализа или экспресс-анализа.

Микрофлюидные устройства в соответствии с изобретением имеют много преимуществ. Материалы, из которых изготовлены эти устройства, легко доступны, недороги, гибки и столь же тонки, как и нитроцеллюлозные мембраны, используемые в настоящее время для экспресс-иммуноанализа в месте наблюдения. Микрофлюидные устройства по изобретению также имеют прецизионно образованные проточные каналы, обеспечивающие неизменность скорости потока от партии к партии и позволяющие использовать эти устройства для количественного, а также качественного анализа.

Боле того, микрофлюидные устройства по изобретению могут легко и быстро определить количественные и качественные свойства конкретных аналитов в растворе пробы, анализируя реакцию связывания между парой связывающих веществ, в частности биогенных или иммунореактивных компонентов, и/или ферментные реакции между субстратом и активным ферментом. Эти компоненты (гаптен, специфичные биогенные репортеры (reporters), специфичные биогенные лиганды, антигены, антитела, нуклеиновые кислоты) обладают способностью специфично связываться друг с другом или вступать в реакцию с другими молекулами (фермент, субстрат, электронный медиатор или нуклеиновые кислоты) в водных тестовых растворах, и количественное значение связанных или вступивших в реакцию компонентов может быть определено путем электрохимического, флуоресцентного или оптического обнаружения.

Поэтому важным признаком изобретения является уникальное формирование серии микрофлюидных каналов и камер, которые взаимодействуют друг с другом, делая возможной и определяя реакцию связывания или ферментативную реакцию между парой связывающих веществ или ферментом и субстратом соответственно.

В системах анализа связывания реакционная камера или область содержит высушенную форму буферного реагента, биохимического реагента, антигена или антитела, меченного частицами золота, ферментами или флуоресцентным пигментом. Камера или область обнаружения может содержать покрытие из иммобилизованных антител или антигенов для захвата комплекса антиген-антитело.

Альтернативно, система электрохимического анализа может содержать камеру впуска пробы, реакционную камеру, по меньшей мере, одну камеру обнаружения и абсорбирующую область или камеру. Каждая камера обнаружения может содержать покрытие из специфичного фермента или субстрата, которые могут специфично реагировать с аналитом в растворе пробы.

В одном аспекте изобретения жидкая проба, содержащая подлежащий анализу аналит, будет протекать через систему до тех пор, пока абсорбирующая область или камера не будет заполнена. Поток прекращается, когда абсорбирующая область или камера заполнена. Следовательно, избыточное заполнение невозможно. Такое явление течения текучей среды является типичным для капиллярного потока и представляет собой ценное свойство: точное дозирование пробы данного конкретного тестового раствора. В отличие от непредсказуемого поведения абсорбирующей подушки при мембранном анализе, микрофлюидное устройство может использоваться для проведения количественного анализа.

Другое преимущество изобретения заключается в том, что когда жидкую пробу, содержащую подлежащий анализу аналит, помещают в камеру впуска пробы, жидкость течет во эту впускную камеру за счет капиллярного действия, сохраняя равномерную и постоянную скорость потока. Проба достигает реакционной камеры и смачивает находящиеся в ней сухие реагенты. Образовавшаяся смесь течет совместно через камеру смешивания, претерпевая интенсивное перемешивание с помощью сконструированного проточного канала. Основной компонент высушенного реагента может содержать меченые антиген или антитело или другой компонент, связывающий аналит. По мере того, как они проходят через камеру смешивания, аналит и реагент образуют прочный комплекс.

В камере или камерах обнаружения, когда имеется более чем одна камера обнаружения, жидкая проба, содержащая комплекс аналита, течет с ламинарным профилем потока. В каждой камере обнаружения находятся иммобилизированные антитело или антиген или другой связывающий аналит агент, способный связать ранее образовавшийся комплекс. При контакте с этим комплексом происходит второе событие связывания, которое приводит к захвату комплекса на поверхность камеры обнаружения. Несвязанные комплексы и другие свободные вещества вымываются в абсорбирующую камеру. Когда абсорбирующая область или камера заполнена, поток прекращается, обеспечивая точное дозирование пробы, необходимое для количественных анализов.

Электрохимическое обнаружение меченого ферментом антигена или антитела или других связывающихся комплексов является уже общепринятым. Можно использовать электрод сравнения серебро/хлорид серебра, а также золотые электроды и углеродные электроды. Альтернативно, другим возможным вариантом является оптическое обнаружение флуоресценции меченного флуоресцентным пигментом или частицей (европием или квантовыми частицами) антигена или антитела или другого связывающего агента.

Соответственно, микрофлюидные устройства в соответствии с изобретением могут измерять аналиты в растворах проб как качественно, так и количественно, анализируя свойства связывания аналита и одного или более из связывающих веществ, например биогенных или иммунореактивных веществ. Эти связывающие вещества, такие как гаптены, специфичные биогенные репортеры, специфичные биогенные лиганды, антигены и антитела, обладают способностью специфично связываться с аналитом в водном растворе пробы. В некоторых вариантах воплощения аналит содержит один или более связывающих эпитопов, и связывание на первом связывающем эпитопе не препятствует связыванию на втором связывающим эпитопе. Связывающие вещества и аналиты соединяются с образованием комплексов, которые могут быть обнаружены путем оптического обнаружения, флуоресцентного обнаружения или электрохимического обнаружения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение, вместе с его дополнительными задачами и преимуществами, может быть лучше понятно при обращении к нижеследующему описанию, приведенному в сочетании с приложенными чертежами, на которых подобные элементы обозначены подобными ссылочными позициями и на которых:

фиг.1 представляет собой перспективное изображение с пространственным разделением деталей первого варианта воплощения микрофлюидного устройства по изобретению;

фиг.2А представляет собой вид сверху микрофлюидного устройства, показанного на фиг.1, с удаленным покровным слоем для обеспечения видимости слоя фоторезиста;

фиг.2В представляет собой вид сверху альтернативного примера микрофлюидного устройства по изобретению;

фиг.2С представляет собой вид сверху альтернативного примера частей корпуса микрофлюидного устройства, содержащего верхнюю и нижнюю части корпуса по изобретению;

фиг.3А-3С показывают различные альтернативные конфигурации абсорбирующей области слоя фоторезиста;

фиг.3D-3G показывают альтернативные конфигурации реакционного канала или камеры обнаружения в слое фоторезиста;

фиг.4 представляет собой вид в перспективе комплекта для экспресс-анализа, включающего в себя микрофлюидное устройство, показанное на фиг.1;

фиг.5 представляет собой вид в перспективе комплекта для экспресс-анализа, показанного на фиг.4, с удаленной верхней частью корпуса;

фиг.6 представляет собой вид в сечении комплекта для экспресс-анализа, показанного на фиг.4, по линии 6-6 на фиг.4;

фиг.7 показывает пример считывающего блока для использования с комплектом для экспресс-анализа, показанным на фиг.4;

фиг.8 представляет собой вид электрохимического сенсорного устройства по изобретению;

фиг.9 представляет собой перспективное изображение с пространственным разделением деталей электрохимического сенсорного устройства, показанного на фиг.8;

фиг.10-13 показывают стадии производства электрохимического сенсорного устройства, показанного на фиг.8;

фиг.14 представляет собой график зависимости между жесткостью пленки фоторезиста и шириной сформированных в нем каналов как функции времени экспонирования ультрафиолетовым излучением;

фиг.15 показывает точки измерения скорости потока текучей среды пробы;

фиг.16 представляет собой диаграмму, показывающую результаты по скорости потока текучей среды пробы в разных микрофлюидных каналах.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Обращаясь к приложенным чертежам, на которых подобные ссылочные позиции относятся к одинаковым или сходным элементам, на фиг. 1 показан и в целом обозначен позицией 10 вариант воплощения микрофлюидного устройства по изобретению. Микрофлюидное устройство 10 содержит опору 22, слой 14 фоторезиста, расположенный над опорой 22, покровный слой 16, расположенный над слоем 14 фоторезиста, и электрический соединительный узел 18, расположенный в соединении с опорой 22.

Опора 22 образует часть или является частью опорной структуры для микрофлюидного устройства 10, которая может принимать любую форму, которая обеспечивает предпочтительно жесткую нижележащую подложку для слоя 14 фоторезиста. Опорная структура может содержать основу, подложку и слой материала, либо по отдельности, либо в различных комбинациях. В показанном варианте воплощения опорная структура содержит жесткую несущую подложку 20, которая обеспечивает прочность и жесткость микрофлюидного устройства 10, и опору 22, которая является первой пленкой ПЭТ, нижняя поверхность которой непосредственно приклеена или иным образом прикреплена к верхней поверхности несущей подложки 20. В одном предпочтительном аспекте изобретения опора 22 является неэлектропроводной полимерной пленкой. Неограничивающий список опоры выбран из группы, состоящей из полиэтилентерефталата (ПЭТ), полиэтилена (ПЭ) и поликарбоната. Опора предпочтительно выполнена из ПЭТ. Несущая подложка 20 может быть выполнена из полипропилена, поликарбоната или полистирола в форме пластиковой карточки. Специалистам понятно, что могут использоваться и другие доступные несущие подложки для обеспечения жесткости и прочности.

Слой 14 фоторезиста может быть выполнен из полиимидного полимера, и его нижняя поверхность непосредственно приклеена или иным образом прикреплена к первой пленке 22 ПЭТ. Верхняя поверхность слоя 14 фоторезиста непосредственно приклеена или иным образом прикреплена к покровному слою 16. В предпочтительном варианте воплощения слой 14 фоторезиста является пленкой сухого фоторезиста, например пленкой с покрытием DuPont RISTON®, Pyralux PC1025, Pylalin PI2721 или SU-8. Пленки сухих полиимидных фоторезистов, таких как RISTON® компании DuPont, широко используются в производстве печатных плат в электронной промышленности. Пленка сухого фоторезиста легко растворяется в слабом щелочном растворе. Однако после экспонирования ультрафиолетовым излучением пленка претерпевает полимеризацию и становится устойчивой к растворению в щелочном растворе. Дополнительно, после того, как фоторезист полимеризован, он является стабильным в водном растворе и обладает хорошими свойствами смачивания. Поэтому такие сухие фоторезистивные материалы прекрасно подходят для формирования каналов, камер и других структур, как обсуждается ниже.

Покровный слой 16 может быть второй пленкой ПЭТ. Покровный слой 16 может быть полимерной пленкой или клейкой пленкой. Покровный слой 16 может быть прозрачным или полупрозрачным. Является целесообразным, чтобы покровный слой 16 был прозрачным, когда используется флуоресцентное или оптическое обнаружение. Неограничивающий список материалов покровного слоя 16 выбран из группы, состоящей из ПЭТ, полиэтилена (ПЭ), поликарбоната, мокрой полиимидной пленки или клейкой пленки. Покровный слой 16, а также другие покровные слои в раскрытых здесь микрофлюидных устройствах, также именуются просто покровом.

В некоторых предпочтительных аспектах изобретения электрический соединительный узел 18 предназначен для электрического соединения области слоя 14 фоторезиста (особой области, которая будет описана ниже) со считывающим блоком 24, который взаимодействует с корпусом 50, в который заключено микрофлюидное устройство 10 (фиг. 7). Электрический соединительный узел 18 содержит электроды 30 и 33. Электрический соединительный узел 18 дополнительно содержит пару, например, по существу Г-образных соединительных штырей 28, выполненных из электропроводного материала. Электроды 30 и 33 сформированы на первой пленке 22 ПЭТ или в соединении с ней любым известным способом изготовления, таким как фотолитография, трафаретная печать или напыление. Например, часть электродов 30 и 33 имеет форму металлической пленки, которой фотолитографически придан рисунок вокруг намеченной части слоя 14 фоторезиста, и выводы, приходящие от этой металлической пленки к штырям 28. Предпочтительно, электроды 30 и 33 непосредственно связаны с верхней поверхностью первой пленки 22 ПЭТ.

Проводящими или металлическими материалами, использованными в электрическом соединительном узле 18, могут быть золото, оксид индия и олова (ITO), серебро, платина, палладий, либо по отдельности, либо в их смесях. Когда микрофлюидное устройство 10 используется для флуоресцентного или оптического обнаружения, электрический соединительный узел 18 не нужен.

В одной иллюстративной конструкции по изобретению электроды 30 и 33 имеют по существу U-образную форму и имеют на одном конце электродную площадку 32, которая находится в непосредственном контакте с соответствующим соединительным штырем 28. На участке, противоположном площадкам 32, рабочие участки 34 и 35 электродов 30 и 33 расположены под намеченной областью слоя 14 фоторезиста. Следует понимать, что формы площадок 32 и рабочих участков 34 и 35 являются лишь примерами и не ограничены теми конкретными формами, что показаны на фиг. 2А. Покровный слой 16 имеет отверстия, совмещенные с площадками 32. Эти отверстия в слое 14 фоторезиста и в покровном слое 16 предпочтительно дают возможность части электродов 30, 33 быть обнаженными с тем, чтобы обеспечить контакт с соединительными штырями 28, как показано на фиг. 2А. Один из электродов 30, 33 должен служить как рабочий электрод, а другой как электрод сравнения, использование которых хорошо понятно специалистам в данной области техники.

Электроды могут быть выполнены из любого электропроводного материала, включая, но, не ограничиваясь перечисленным, золото, оксид индия и олова, серебро, платину, палладий и комбинации этих материалов.

В одном примере соединительных штырей 28 соединительные штыри 28 имеют разделенные фланцы, которые вступают в зацепление с противоположными сторонами опорной пленки 22 ПЭТ и несущей подложки 20 для прижатия площадок 32 к несущей подложке 20 и, тем самым, для обеспечения надежного электрического соединения между соединительными штырями 28 и площадками 32. В изобретении, не выходя за рамки его объема и изобретательской идеи, можно использовать альтернативные механизмы электрического подключения, которые создают электрический путь от площадок 32 к штырям.

В иллюстративной конструкции микрофлюидного устройства 10 толщина покровной и опорной пленок 16 и 22 ПЭТ составляет приблизительно 100 мкм. Толщина слоя 14 фоторезиста составляет от примерно 25 до примерно 100 мкм и, предпочтительно, составляет приблизительно 50 мкм. Как таковое, одно предпочтительное микрофлюидное устройство 10 имеет толщину примерно 250 мкм над несущей подложкой 20. Толщина электродов 30, 33 является предпочтительно меньшей, чем 50 мкм, и должна быть меньше толщины слоя 14 фоторезиста в микрофлюидном устройстве 10. Толщина электродов 30, 33 может более предпочтительно составлять от примерно 2 до 20 мкм. Когда материалом электрода является ITO, толщина электрода может составлять всего 2 мкм.

Фиг. 2В и 2С иллюстрируют альтернативную конструкцию микрофлюидных устройств.

Обращаясь к фиг. 2В, микрофлюидное устройство 210 содержит опору 222, слой 214 фоторезиста, расположенный над опорой 222, покровный слой 216, расположенный над слоем 214 фоторезиста, и электрический соединительный узел 218, расположенный в соединении с опорой 222.

Альтернативно, покров 216 состоит из двух листов со стыковым зазором 201 между этими листами. Этот стыковой зазор 201 подобен задерживающему каналу 38 на фиг. 2А, служащему для ввода задержки или времени запаздывания в тест на аналит, и полезен для стабилизации потока. Однако этот стыковой зазор не столь широк, чтобы вызвать утечку текучей среды пробы. Реакционная область 240 расположена внутри канала, соединяющего впуск 236 пробы и область 242 смешивания.

Электрический соединительный узел 218 содержит электроды 230 и 233. На одном конце каждого из электродов 230 и 233 рабочие участки 234 и 235 электродов расположены под намеченной частью слоя 214 фоторезиста, которая образует камеру 244 обнаружения.

Длина покровного слоя 216 меньше, чем у слоя 214 фоторезиста, и поэтому часть электродов обнажена, что позволяет им контактировать с соединительными штырями (в этом варианте воплощения не показаны, но могут быть аналогичны описанным выше). Открытые концы набора абсорбирующих каналов образуют воздушные вентиляционные отверстия. Длина покровного слоя 216 на электродных площадках предпочтительно немного меньше, чем у слоя 214 фоторезиста, и преимущественно открывает вентиляционные отверстия.

Обращаясь к фиг. 2С, микрофлюидное устройство 310 содержит опору 322, слой 134 фоторезиста, расположенный над опорой 322, и покровный слой 316, расположенный над слоем 314 фоторезиста. Микрофлюидное устройство 310 содержит стыковой зазор 31 между двумя листами покровного слоя 316. В некоторых предпочтительных аспектах изобретения микрофлюидное устройство позволяет одновременно проводить тесты на множество аналитов. Такое микрофлюидное устройство может содержать две или более камеры или области обнаружения. В одной предпочтительной иллюстративной конструкции микрофлюидное устройство 310 содержит три камеры или области 344 обнаружения (см. фиг. 2С). Одна из этих трех камер обнаружения может быть предназначена для эталона, а другие - для подлежащих анализу аналитов. Каждая камера 344 обнаружения может содержать разное вещество, связанное с металлической пленкой или полимерной пленкой. Гидрофобные и электростатические взаимодействия между этим веществом и металлической пленкой или полимерной пленкой достаточны для предотвращения вымывания вещества и его перетока в абсорбирующие каналы. Альтернативно, это вещество может быть связано с металлической пленкой или полимерной пленкой, покрытой самособранным монослоем, таким как полипиррол, сульфонированный сополимер тетрафторэтилена (NAFION®), алкоксисилан или их смеси. Эти самособранные монослои (ССМ) повышают эффективность связывания и прочность. Вещество предпочтительно связано с самособранным монослоем, покрывающим металлический электрод, ITO или полимерную пленку. Для иммобилизации антител или захвата молекул на металлическом электроде или на полимерной пленке в камере обнаружения поверхность металлического электрода или полимерной пленки можно модифицировать самособранными монослоями (ССМ) или печатью гидрофобным полимером. ССМ является однонаправленным слоем, сформированным на поверхности вследствие спонтанного агрегирования образующих ССМ молекул.

Одними из хорошо известных связывающихся с золотом молекул являются образующие ССМ тиолсодержащие молекулы. Соединения карбоксиалкантиола и сукцинимидильные соединения алкандисульфи