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1、(10)授权公告号 CN 102802402 B (45)授权公告日 2014.08.20 CN 102802402 B (21)申请号 201080027723.0 (22)申请日 2010.05.27 12/475,311 2009.05.29 US 12/474,897 2009.05.29 US 61/291,627 2009.12.31 US 12/785,667 2010.05.24 US A01G 25/16(2006.01) (73)专利权人 生命技术公司 地址 美国加利福尼亚州 (72)发明人 乔纳森舒尔茨 大卫马兰 (74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11。
2、227 代理人 康建峰 陈炜 US 4722830 A,1988.02.02, US 2006093488 A1,2006.05.04, US 6499499 B2,2002.12.31, US 2007/0117099 A1,2007.05.24, US 5284566 A,1994.02.08, (54) 发明名称 用于顺序递送试剂的流控系统 (57) 摘要 本发明提供了一种被动流控回路， 该被动流 控回路用于引导不同的流体进入共同容积， 诸如 反应室或流动池， 而没有相互混合或交叉污染。 穿 过流控回路的连接点、 结点和通道的流动方向和 速率， 由上游阀门的状态 ( 例如打开或关闭 )、。
3、 在 回路入口或上游蓄池处的液压差、 流动通道阻力 等控制。流体从未选择的入口向共同出口或在连 接点或结点处的其它入口的自由扩散或渗漏， 由 选择的入口流体的流动来防止， 所述入口流体的 一部分扫过未选择的流体的入口， 并从废物口离 开流控回路， 由此建立对抗因渗漏或扩散导致的 与出口流的不希望的相互混合的屏障。在用于执 行灵敏的多步骤反应、 诸如基于 pH 的 DNA 测序反 应的装置中， 本发明是特别有利的。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2011.12.21 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/US2010/001547 2010.05.27 (87)P。
4、CT国际申请的公布数据 WO2010/138186 EN 2010.12.02 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 刘昶 权利要求书 3 页 说明书 8 页 附图 8 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书3页 说明书8页 附图8页 (10)授权公告号 CN 102802402 B CN 102802402 B 1/3 页 2 1. 一种用于控制多个流体流的流控回路， 所述流控回路包括 ： 具有出口的流控结点 ； 多个流体入口 ; 至少一个废物口 ； 和 多个通道， 所述多个通道中的每一个通道提供在所述至少一个废物口与所述流控结点 之间的流体连通的。
5、不同路径， 所述多个流体入口中的每个流体入口与所述多个通道中的一 个通道唯一地关联， 所述多个通道中的每个通道具有流体阻力， 所述流体阻力选择为使得 无论何时流体仅流动穿过单个流体入口并且穿过关联通道， 以在所述流控结点中形成流体 流， 这样的流体流的一部分穿过所述出口离开所述流控结点， 且这样的流体流的剩余部分 穿过所述多个通道中的一个或多个通道而非所述关联通道而离开所述流控结点， 到达所述 至少一个废物口， 使得来自未选择的入口的任何流体穿过所述多个通道中的一个或多个通 道被引导至所述至少一个废物口。 2. 如权利要求 1 所述的流控回路， 其中所述多个流体入口径向地围绕所述出口设置。 3。
6、. 如权利要求 1 所述的流控回路， 其中在所述流控结点中形成的所述流是层流。 4. 如权利要求 1 所述的流控回路， 其中流经所述单个流体入口的另一部分流体流动穿 过所述关联通道并且流动至所述至少一个废物口， 而没有进入所述流控结点。 5. 如权利要求 1 所述的流控回路， 其另外包括废物导管， 所述废物导管提供在所述至 少一个废物口和所述多个通道之间的流体连通， 所述多个通道中的每个通道中从唯一关联 的流体入口开始远离所述流控结点的部分具有流体阻力， 所述流体阻力选择为使得无论何 时所述流体仅流动穿过所述单个流体入口和所述关联通道， 以在所述流控结点中形成所述 流体流， 这样的流体流的一部。
7、分穿过所述出口离开所述流控结点， 且这样的流体流的所述 剩余部分穿过所述多个通道中的一个或多个通道而非所述关联通道而离开所述流控结点。 6. 如权利要求 1 所述的流控回路， 还包括与所述出口和所述流控结点流体连通的洗液 入口， 当洗液从所述洗液入口流出时， 所述洗液的第一部分流动经过所述出口而没有进入 所述流控结点并且所述洗液的第二部分流动经过所述流控结点和所述多个通道， 到达所述 至少一个废物口。 7. 一种用于顺序地递送多个试剂至共同容积的装置， 所述装置包括 ： 流控回路， 所述流控回路包括 ： 具有出口的流控结点 ； 多个试剂入口 ； 至少一个废物口 ； 和 多个通道， 所述多个通道。
8、中的每一个通道提供在所述至少一个废物口与所述流控结 点之间的流体连通的不同路径， 所述多个试剂入口中的每个试剂入口与所述多个通道中的 一个通道唯一地关联， 所述多个通道中的每个通道具有流体阻力， 所述流体阻力选择为使 得无论何时试剂仅流动穿过单个试剂入口和关联通道， 以在所述流控结点中形成层状试剂 流， 这样的试剂流的一部分穿过所述出口离开所述流控结点， 且这样的试剂流的剩余部分 穿过所述多个通道中的一个或多个通道而非所述关联通道而离开所述流控结点， 到达所述 至少一个废物口， 由此使来自除所述单个试剂入口以外的试剂入口的任何试剂穿过所述多 个通道中的一个或多个通道被引导至所述至少一个废物口 。
9、； 权 利 要 求 书 CN 102802402 B 2 2/3 页 3 多个试剂阀门， 所述多个试剂阀门各自设置在将所述多个试剂入口中的一个试剂入口 和多个试剂蓄池中的一个试剂蓄池相连的导管中 ； 和 控制系统， 其用于产生打开或关闭所述多个试剂阀门中的每一个的信号， 使得预选择 的试剂阀门被打开预选择的持续时间， 同时所有其它试剂阀门被关闭， 由此递送预定顺序 的试剂流动穿过所述出口。 8. 如权利要求 7 所述的装置， 所述装置另外包括洗液入口和洗液阀门， 所述洗液入口 连接至所述出口， 使得所述洗液入口穿过所述出口与所述流控结点流体连通， 且所述洗液 阀门可操作地与所述控制系统相关联，。
10、 并设置在将所述洗液入口连接至洗涤流体蓄池的导 管中， 使得无论何时所述控制系统会打开所述洗液阀门并同时关闭所有所述试剂阀门， 洗 涤溶液流动穿过所述流控结点， 穿过所述多个通道中的一个或多个通道， 并至所述至少一 个废物口。 9. 如权利要求 8 所述的装置， 所述装置另外包括废物导管， 所述废物导管提供在所述 至少一个废物口和所述多个通道之间的流体连通， 所述多个通道中的每个通道的从唯一关 联的试剂入口开始远离所述流控结点的部分具有流体阻力， 所述流体阻力选择为使得无论 何时所述试剂仅流动穿过所述单个试剂入口， 以在所述流控结点中形成层状试剂流， 这样 的试剂流的所述一部分穿过所述出口离开。
11、所述流控结点， 且这样的试剂流的所述剩余部分 穿过所述多个通道中的一个或多个通道离开所述流控结点。 10. 如权利要求 7 所述的装置， 其中所述流控回路还包括与所述出口和所述流控结点 流体连通的洗液入口， 当洗液从所述洗液入口流出时， 所述洗液的第一部分流动经过所述 出口而没有进入所述流控结点并且所述洗液的第二部分流动经过所述流控结点和所述多 个通道， 到达所述至少一个废物口。 11. 一种用于执行多步骤的电化学过程的装置， 所述装置包括 ： 与电子传感器偶联的反应器， 所述电子传感器用于监测所述反应器中的产物 ； 包括流控回路的流控系统， 所述流控回路用于将包括选择的电解质在内的多个不同电。
12、 解质顺序地递送至所述反应器 ； 和 与所述选择的电解质接触的参比电极， 所述参比电极用于给所述电子传感器提供参比 电压， 在所述参比电极不接触未选择的电解质的情况下提供所述参比电压 ； 其中所述流控回路包括 ： 具有出口的流控结点 ； 多个电介质入口 ； 至少一个废物口 ； 和 多个通道， 所述多个通道中的每一个通道提供了在所述至少一个废物口与所述流控结 点之间的流体流通的不同路径， 所述多个电介质入口中的每个电介质入口与所述多个通道 中的一个通道唯一地关联， 所述多个通道中的每个通道具有流体阻力， 所述流体阻力选择 为使得无论何时电介质仅流动穿过单个电介质入口并且穿过所述多个通道中的关联通。
13、道， 以在所述流控结点中形成电介质流， 这样的电介质流的一部分穿过所述出口离开所述流控 结点， 且这样的电介质流的剩余部分穿过所述多个通道中的一个或多个通道而非所述关联 通道而离开所述流控结点， 到达所述至少一个废物口， 使得来自未选择的入口的任何电介 质穿过所述多个通道中的一个或多个通道被引导至所述至少一个废物口。 权 利 要 求 书 CN 102802402 B 3 3/3 页 4 12. 如权利要求 11 所述的装置， 其中所述流控回路还包括与所述出口和所述流控结点 流体连通的洗液入口， 当洗液从所述洗液入口流出时， 所述洗液的第一部分流动经过所述 出口而没有进入所述流控结点并且所述洗液。
14、的第二部分流动经过所述流控结点和所述多 个通道， 到达所述至少一个废物口。 权 利 要 求 书 CN 102802402 B 4 1/8 页 5 用于顺序递送试剂的流控系统 0001 本申请是 2010 年 5 月 24 日提交的美国专利申请序列号 12/785,667 的继续申 请， 后者是 2009 年 5 月 29 日提交的美国专利申请序列号 12/474,897 和 12/475,311 的 部分继续申请， 且本申请要求这些申请和 2009 年 12 月 31 日提交的美国临时申请序列号 61/291,627 的利益。所有前述申请都通过引用整体并入本文。 背景技术 0002 许多用途要。
15、求以使不同流体的相互混合或交叉感染最小化的方式调节多个流体 流。这样的用途包括多步骤的合成过程或分析过程， 所述过程以共同的容积进行， 并包 括连续试剂递送循环， 其中使用来自分开的蓄池的流体， 例如 Margulies 等人， Nature， 437 ： 376-380(2005) ； Merrifield 等人， 美国专利 3,531,258 ； Caruthers 等人， 美国专利 5,132,418 ； Rothberg 等人， 美国专利公开 2009/0127589 ； 等。尽管流控系统可用于选择性 地转换多个试剂溶液至共同的室中进行处理， 但是它们具有几个缺陷， 所述缺陷包括但不 。
16、限于 ： 存在大的表面积 ( 其可以吸附或保留试剂 )、 大的物理尺寸 ( 使它难以与小型化的流 控组件一起使用， 例如参见 Rothberg 等人 ( 上面引用的 )、 可接近性低的表面 ( 包括边缘 和 / 或角落， 使彻底清除和去除连续的试剂困难或无效 )、 和使用活动部件 ( 其可以磨损并 导致更高的生产和装配成本 )， 例如 Hunkapiller， 美国专利 4,558,845 ； Wittmann-Liebold 等人， 美国专利 4,008 ； 736 ； Farnsworth 等人， 美国专利 5,082,788 ； Garwood 等人， 美国专 利 5,313,984 ；。
17、 等。 0003 考虑到上述方面， 有利的是， 具有克服了现有方案的缺陷的可利用的装置， 所述装 置用于调节多个流体流至共同的容积中进行复杂的合成过程或分析过程。 发明内容 0004 本发明涉及用于将多个流体递送至共同容积的装置和方法， 例如， 通向反应室或 流动池的通道或导管。 本发明还包括这样的装置和方法在多步骤分析过程或合成过程中的 应用。在许多实现和用途中例证了本发明， 其中的一些总结在下面和在本说明书中。 0005 在一个方面， 本发明提供了一种被动流控回路， 其用于顺序地引导不同的流体进 入共同容积， 诸如反应室或流动池， 而没有相互混合或交叉污染。 本文使用的这样的顺序引 导有时。
18、称作 “多路传送 (multiplexing)” 多个流体流。穿过流控回路的连接点、 结点和通道 的流动方向和速率， 由上游阀门的状态 ( 例如打开或关闭 )、 在回路入口或上游蓄池处的液 压差、 流动通道阻力等控制。流体从未选择的入口向共同出口或在连接点或结点处的其它 入口的自由扩散或渗漏， 由选择的入口流体的流动来防止， 所述入口流体的一部分扫过未 选择的流体的入口， 并从废物口离开流控回路， 由此建立对抗因渗漏或扩散导致的与出口 流的不希望的相互混合的屏障。在一个方面， 选择的流体入口会提供穿过流控结点的流体 层流。 0006 在另一个方面， 本发明提供了用于控制多个流体流的流控回路， 。
19、所述流控回路包 括 ： (a)具有出口和多个流体入口的流控结点 ； 和(b)通过一个或多个各自具有流体阻力的 说 明 书 CN 102802402 B 5 2/8 页 6 通道与该流控结点流体连通的至少一个废物口， 选择所述通道的流体阻力， 使得无论何时 流体仅流动穿过单个流体入口， 以形成在流控结点中的流， 这样的流体的一部分穿过出口 离开流控结点， 且这样的流体的剩余部分穿过所述一个或多个通道离开流控结点， 使得从 没有流体流的入口 ( 即 “未选择的入口” ) 进入流控结点的任何流体穿过所述一个或多个通 道被引导至一个或多个废物口。 在一个实施方案中， 控制所述多个流体流， 以提供流体流。
20、穿 过流控结点出口的预定顺序。在另一个实施方案中， 这样的控制由阀门和施加于流控回路 上游的流体流的压差来实现。 0007 在另一个方面， 本发明提供了没有活动部件的流控回路， 其在无相互混合的情况 下顺序引导多个流体进入共同容积。由于该流控回路仅包括结点和多个互联的通道， 其中 流体运动由位于远处的阀门、 泵来控制， 它通过常规微流控技术可以容易地小型化， 以用于 尺寸和质量是关键因素的场合。 此外， 使用流控回路进行流体转换， 而不使用不可透过的屏 障， 使得该回路可理想地用于需要稳定的参比电势的过程中， 诸如电化学过程中。 附图说明 0008 图 1A 是本发明的一个实施方案的图解， 其。
21、具有在流控结点的相对表面上的入口 和出口。 0009 图 1B-1D 图解了本发明的一个实施方案中的投入、 试剂流、 和洗涤步骤。 0010 图 2 图解了本发明的另一个实施方案， 其中单个有阻力的通道连接废物口和多个 入口。 0011 图 3A-3C 图解了本发明的另一个实施方案， 其中多个入口中的每一个通过平面网 络通道连接至中央流控结点和废物口。 0012 图 4A-4B 图解了另一个具有平面结构的实施方案， 所述平面结构可以通过叠堆经 由它们的流控结点和废物通道相连的类似单元来重复， 由此实现更多的入口流体的调节。 0013 图 5 图解了本发明的流控回路可以如何为多步骤的电化学过程提。
22、供稳定的参比 电极。 0014 图 6 是使用本发明的流控系统的一个示例性装置的示意图。 0015 图 7 图解了一个在双流动室流动池中提供单独的洗涤控制的实施方案， 其提供了 在参比电极和流动池的两个室之间的不间断流体通道。 具体实施方式 0016 除非另有说明， 本发明的实践可以采用机械工程学、 电子学、 流体力学和材料科学 的常规技术和描述， 它们是在本领域的技能范围内。这样的常规技术包括、 但不限于 ： 设计 和制造流控装置和微流控装置等。通过参照下文的实施例， 可以获得合适的技术的具体例 证。但是， 当然也可以使用其它等效的常规方法。 0017 本发明提供了使用流控回路快速地且清洁地。
23、转换不同流体向共同出口的流动的 方法和装置。在一个方面， 本发明的流控回路与流体蓄池、 阀门、 压力源、 泵、 控制系统、 和 / 或相似组件相组合， 以形成流控系统， 其用于递送具有预定的速率和持续时间的分开的 流体流至共同容积， 所述共同容积诸如出口、 室、 流动池等。这样的流控回路特别适用于进 行多步骤的化学的、 酶的、 或电化学的过程的装置中的流控系统， 参见例如 ： Margulies 等 说 明 书 CN 102802402 B 6 3/8 页 7 人， Nature， 437 ： 376-380(2005) ； Merrifield 等人， 美国专利 3,531,258 ； Br。
24、enner 等人， Nature Biotechnology， 18 ： 630-634(2000) ； Ronaghi 等人， Science， 281 ： 363-365(1998) ； Caruthers 等人， 美国专利 5,132,418 ； Namsaraev 等人， 美国专利公开 2005/0100939 ； Rothberg 等人， 美国专利公开 2009/0127589 ； 等。 0018 在一个方面， 本发明的流控回路提供了一个连接点， 在这里选择的流体流被分成 至少 2 个分支 ： 一个分支被引导至出口， 并从那里流至流动池或反应室备用， 另一个分支被 引导经过未选择的流。
25、体入口， 并从那里离开出口， 流至废物口。在一个实施方案中， 如下建 立这样的流 ： 平衡流体出口的流体阻力和在流体入口与废物口之间的一个或多个通道的流 体阻力。优选地， 选择通道、 室和结点的流速、 流体粘度、 组成、 和几何形状和大小， 使得流 控回路内的流体流是层流。关于进行这样的设计选择的指导可以从下述途径容易地得到 ： 常规的流体动力学论文 ( 例如 Acheson， Elementary Fluid Dynamics(Clarendon Press， 1990)， 和免费的或可商业得到的对流控系统建模的软件， 所述软件例如来自 Dassault Systems(Concord， M。
26、A) 的 SolidWorks、来 自 FlowMaster USA， Inc.(Glenview， IL) 的 Flowmaster和OpenFOAM(在环球网www.opencfd.co.uk上可得到用于计算流体动力学的开 放源代码 )。本发明的流控回路和装置特别适用于中规模和微规模流控系统， 例如， 这样的 流控系统 ： 其具有在几十平方微米至几平方毫米范围内的通道横截面， 或具有在几 nL/ 秒 至几百 L/ 秒范围内的流速。由本发明的流控回路控制的流体流的数目可以宽泛地变化。 在一个方面， 本发明的流控回路控制在 2 至 12 个不同流体范围内的多个流， 或者在另一个 方面， 在 2。
27、 至 6 个不同流体的范围内。 0019 流控回路 0020 在图 1A 中部分地图解了本发明的一个实施方案的设计和工作。4 个流体入口 或试剂入口 (100、 102、 104、 106) 连接至流控结点 (108)， 与出口 (110) 流体连通， 并在出 口 (110) 相对的表面上。阀门 (111) 显示为打开， 使得流体穿过入口 (100) 进入流控结点 (108)。流体的一部分 (124) 穿过左边显示的通道流动， 一部分 (126) 穿过右边显示的通道 流动， 一部分穿过出口 (110) 离开流控结点。优选地， 所述 3 个流体流是层流， 且沿着含有 流体入口的表面的流在远远小于。
28、来自未选择的入口的物质 ( 扩散流出物 (128) 扩散至流 控结点的相对表面所需的时间的时间段内离开流控结点。 以此方式， 避免了穿过出口(110) 离开的不同入口试剂的相互混合。在一个工作模式中， 通过打开与这样的试剂相对应的阀 门并关闭所有其它的阀门， 选择试剂入口。如在该实施方案中例证的， 阀门 (111) 是打开 的， 阀门 (113、 115、 和 117) 是关闭的。在关闭状态， 即使在未选择的入口中没有流动， 未选 择的流体的体积 ( 例如， 120) 与选择的流体发生自由扩散接触。选择的流体分开的流向出 口(110)的层流和经过未选择的入口并流向废物口的层流， 会防止不希望的。
29、混合。 图1B-1D 进一步图解了上述实施方案的工作。 如在图1A中一样， 入口(100、 102、 104、 和106)连接至 在出口(110)的相对表面上的流控结点(108)， 且通道(130和132)将流控结点(108)连接 至废物口 (134)。选择通道 (130 和 132) 的长度 (136) 和宽度 (138)， 以提供流体阻力， 使 得来自入口的流体流在穿过出口 (110) 离开该结点的流体和穿过通道 (130 和 132) 离开该 结点的流体之间平衡。也图解了洗涤流体入口 (140)， 它连通至出口 (110)， 并与流控结点 (110) 流体连通。在一个称作 “投入试剂” 。
30、模式的工作模式中， 洗液入口阀门 ( 未显示 ) 是 打开的， 且试剂入口 (104) 的阀门 ( 未显示 ) 是打开的。洗涤溶液流入出口 (110) 中， 并流 说 明 书 CN 102802402 B 7 4/8 页 8 至应用场所， 例如含有芯片的流动池(如在Rothberg等人(上面引用的)中所述)， 和流至 流控结点(108)， 在这里它与来自入口(104)的流体相组合， 并迫使后者流入废物口(134)。 在该图中为下面更完整地描述的具体应用列出了示例性的流速和时间， 但是一般而言， 这 样的流速和时间是取决于特定用途的设计选项。在另一个工作模式 ( 在图 1C 中称作 “流动 试剂。
31、” 模式 ) 中， 洗涤溶液流被关闭， 从入口 (104) 进入唯一的流。该流被分成 3 个分支， 2 个分支流动穿过通道 (130) 和 (132)， 一个分支流动穿过出口 (110)。在另一个工作模式 ( 在图 1D 中称作 “洗涤” 模式 ) 中， 所有流体入口 (100、 102、 104、 106) 的阀门都是关闭的， 洗液入口 (140) 的阀门是打开的， 使得仅洗涤溶液进入流控结点 (108) 中， 穿过入口 (100、 102、 104、 106)， 并穿过通道 (130) 和 (132) 离开。 0021 图 2 用顶视图和侧视图图解了流控回路的另一个实施方案， 其使用环形废。
32、物通 道和有阻力的通道 ( 分别是 206 和 208)， 以容纳比图 1A-1D 的实施方案更多数量的入口 (200)。如上所述， 多个入口 (200) 连接至在与出口 (204) 所连接的表面的相对表面上的流 控结点 (202)。来自入口的流体流在流控结点 (202) 中分开， 使得一部分离开出口 (204)， 剩余部分离开环形通道 (208)， 选择它的宽度 (210) 和高度 (212)， 以提供用于适当地分开 入口试剂流的流体阻力。在扫过未选择的入口并穿过有阻力的通道 (208) 以后， 来自选择 的入口的流进入废物环通道 (206)， 并被引导至废物口 (214)。 0022 图 。
33、3A-3C 图解了本发明的流控回路的另一个实施方案， 其在平面回路结构中容纳 5个入口试剂。 图3A是含有流控回路(302)的透明主体或壳体(300)的顶视图。 外壳(300) 可以由多种材料构成， 所述多种材料包括金属、 玻璃、 陶瓷、 塑料等。 透明的材料包括聚碳酸 酯、 聚甲基丙烯酸甲酯等。入口 ( 或入孔 )(304、 306、 308、 310、 和 312) 通过通道连接至它 们各自的连接槽 (314)， 所述连接槽位于壳体 (300) 的底侧 ( 显示为与入口同心的双环 )， 试剂从这里进入流控回路 (302)。入口 (304、 306、 308、 310、 和 312) 与通道。
34、 ( 分别是 305、 307、 309、 311、 和313)流体连通， 所述通道又连接至曲线通道(分别是324、 326、 328、 330、 和 332)。每个曲线通道由 2 条腿组成， 诸如 (336) 和 (338)， 识别为在 “T” 连接点 (335) 处的 曲线通道 (324)， 也识别为唯一曲线通道 (324)。一条腿是内腿 ( 例如 (338)， 其将它的各 个入口连接至结点 ( 或多用途中央口 )(301)， 另一条腿是外腿 ( 例如 (336)， 其将它的各 个入口连接至废物通道 ( 或环 )(340)。如上所述， 可以选择曲线通道的内腿和外腿的横截 面面积和长度， 以。
35、在 “T” 连接点处和在结点 (301) 处实现希望的流平衡。穿过通道 (344)， 废物通道 ( 或管道 )(340) 与废物口 (345) 流体连通， 所述废物口 (345) 通过在主体 (300) 底侧上的连接槽(346)连接至废物蓄池(未显示)。 结点(301)通过通道(361)与孔(360) 流体连通， 所述通道 (361) 在该实施方案中是在主体 (300) 的外部， 且用虚线来图解。在其 它实施方案中， 通道 (361) 可以形成在主体 (300) 中， 使得不需要结点 (301) 和孔 (360) 的 连接槽。孔 (360) 通过通道 (363) 连接至洗涤溶液入口 (362)。
36、， 在这里形成 “T” 连接点， 并 连接至连接槽 (364)， 所述连接槽 (364) 又提供了通向流动池、 反应室等的导管。图 3B 和 3C图解了使用该流控回路来向流动池分配流体的3个模式中的2个。 由与每个入口试剂和 与洗涤溶液关联的阀门(350)， 实现工作模式。 在第一个工作模式(选择的试剂阀门是打开 的， 所有其它试剂阀门被关闭， 洗涤溶液阀门被关闭)(图3B)中， 选择的试剂被递送至流动 池 ； 在第二个工作模式 ( 选择的试剂阀门是打开的， 所有其它试剂阀门被关闭， 洗涤溶液阀 门是打开的 )( 图 3C) 中， 启动流控回路来递送选择的试剂 ； 在第三个工作模式 ( 所有试。
37、剂 说 明 书 CN 102802402 B 8 5/8 页 9 阀门被关闭， 洗涤溶液阀门是打开的 )( 未显示 ) 中， 洗涤流控回路中的所有通道。如上所 述， 阀门 (350) 与每个入口关联， 所述阀门 (350) 可以被打开， 以允许流体穿过它各自的入 口(如关于阀门(352)所示的)进入流控回路(302)， 或被关闭， 以阻止流体进入回路(302) ( 如关于除了阀门 (352) 以外所有阀门所示的 )。在每种情况下， 当入口的阀门被打开时， 其它入口的阀门被关闭(包括洗涤溶液阀门)， 如在图3B中关于入口(370)所示， 流体穿过 通道 (354) 流至 “T” 连接点 (356。
38、)， 在这里它被分成 2 个流， 其中的一个被引导至废物通道 (340)、 然后到达废物口(345)， 其中的另一个被引导至结点(301)。 从结点(301)， 该第二个 流再次分成多个流， 其中的一个穿过通道 (361) 离开结点 (301)， 然后穿过通道 (363) 并到 达流动池， 其它流则流至连接结点 (301) 和其它入口的每个通道， 然后流至废物通道 (340) 和废物口 (345)。所述后面的流穿过其它入口， 携带从这里扩散或泄漏的任何物质， 并引导 它至废物口 (345)。通过打开选择的试剂的阀门， 并同时关闭所有未选择的试剂和洗涤溶 液的阀门， 可以将一系列不同的试剂引导至。
39、流动池。 在一个实施方案中， 这样的顺序可以通 过流控回路的工作模式序列来实现， 诸如 ： 洗涤， 投入试剂 x1， 递送试剂 x1， 洗涤， 投入试剂 x2， 递送试剂 x2， 洗涤， 以此类推。试剂投入工作模式如图 3C 所示。像在试剂递送模式中一 样， 除了与选择的试剂相对应的阀门以外， 所有试剂入口阀门都被关闭。但是， 不同于试剂 递送模式， 洗涤溶液阀门是打开的， 并选择选择的试剂流和洗涤溶液流的相对压力， 使得洗 涤溶液流动穿过通道(361)并进入结点(301)， 然后它在这里穿过连通废物通道(340)的所 有通道 ( 除了连通选择的试剂入口的通道以外 ) 离开。 0023 图4A。
40、-4B图解了平面流控回路的另一个实施方案， 其容纳4个入口试剂， 且它的设 计可以容纳其它入口试剂， 这通过叠堆平面流控回路和连接它们的流控结点来实现。图 4A 的平面流控回路的拓扑学和工作与图 3A 相当， 但是后者包括额外的入口， 且在前者中， 如 下平衡穿过 “T” 连接点 ( 由 (421) 例证 ) 的流 ： 通过选择每个通道 (404、 406、 408、 和 410) 的不同腿(一条腿连接至结点(400)， 一条腿连接至废物管道(415)的不同横截面面积， 而 不是通过选择不同长度和 / 或曲率的腿。入口 (412、 414、 416 和 418) 通过 “T” 连接点例如 (4。
41、21) 连接至通道 ( 分别是 404、 406、 408、 和 410)， 所述 “T” 连接点又连接至废物通道或管 道 (415) 和流控结点 (400)。出口 (402) 和废物通道 (424、 426、 428、 和 430) 连接平面流控 回路的叠堆， 如图 4B 所示。 0024 图 5 图解了本发明的流控回路可以如何用于电化学过程中， 所述电化学过程需要 多个反应物(包括在这样的过程中使用的电解质)， 并采用在反应室上游的参比电极。 为了 稳定的参比电压， 希望参比电极接触不超过单个过程试剂。本发明的流控回路提供了穿过 反应室的共同入口递送预定顺序的电解质的方法， 并同时维持 ：。
42、 (i) 反应室和参比电极之 间的不间断流体连通， 和 (ii) 仅单个电解质 ( 即选择的电解质 ) 接触参比电极。所有其它 试剂或电解质 ( 即未选择的电解质 ) 不会接触参比电极。在图 4A-4B 中描述的平面流控回 路(500)通过通道(502)将一系列不同的试剂递送至反应室(510)。 如上所述， 洗涤溶液流 可以穿过通道 (504) 被引导至 “T” 连接点 (512)， 并返回流控回路 (500) 和反应室 (510)。 通过把参比电极 (506) 放在通道 (504) 中或其附近， 可以给反应室 (510) 提供稳定的参比 电压。在一个实施方案中， 这样的参比电极可以是形成通道。
43、 (504) 的一段的金属管， 如在图 5 中所示。参比电极 (506) 电连接至参比电压源 (508)。 0025 在本发明的一个方面， 这样的装置包括 ： 与电子传感器偶联的反应器， 所述电子传 说 明 书 CN 102802402 B 9 6/8 页 10 感器用于监测反应器中的产物 ； 流控系统， 其包括本发明的流控回路， 用于顺序地递送多个 不同的电解质(包括选择的电解质)至反应器 ； 和与选择的电解质接触的参比电极， 其用于 给电子传感器提供参比电压， 在参比电极不接触任何未选择的电解质的情况下提供所述参 比电压。 0026 材料和制造方法 0027 如上所述， 通过多种方法和材料。
44、， 可以制造本发明的流控回路。 在选择材料时应当 考虑的因素包括 ： 需要的化学惰性程度、 工作条件 ( 例如温度等 )、 要递送的试剂的体积、 是 否需要参比电压、 可制造性等。对于小规模流体递送， 微流控制造技术非常适用于制造本 发明的流控回路， 这样的技术的指导是本领域普通技术人员可容易地得到的， 例如 Malloy， Plastic Part Design for Injection Molding ： An Introduction(Hanser Gardner Publications， 1994) ； Herold 等人， Editors， Lab-on-a-Chip Techn。
45、ology(Vol.1) ： Fabrication and Microfluidics(Caister Academic Press， 2009) ； 等。对于中规模和更 大规模的流体递送， 常规的铣削技术可以用于制造可装配进本发明的流控回路中的部件。 在一个方面， 可以使用塑料诸如聚碳酸酯、 聚甲基丙烯酸甲酯等来制造本发明的流控回路。 0028 在电化学过程中的应用 0029 本发明的流控回路可用于将多个试剂递送至一个或多个反应器的电化学过程中， 所述一个或多个反应器用需要参比电极的电子传感器来监测。参比电极向多个试剂的暴 露， 可以将不希望的噪音导入由电子传感器检测的信号中。这会发生在用。
46、于实现无标记的 DNA测序和具体的基于pH的DNA测序的方法和装置中。 无标记的DNA测序(包括基于pH的 DNA 测序 ) 的概念， 已经描述在文献中， 包括通过引用并入本文的下述参考文献 ： Rothberg 等人， 美国专利公开2009/0026082 ； Anderson等人， Sensors and Actuators B Chem.， 129 ： 79-86(2008) ； Pourmand 等人， Proc.Natl.Acad.Sci.， 103 ： 6466-6470(2006) ； 等。简而言 之， 在基于 pH 的 DNA 测序中， 通过测量作为聚合酶 - 催化的延伸反应的。
47、天然副产物而产生 的氢离子， 测定碱基掺入。将 DNA 模板 ( 其各自具有可操作地结合的引物和聚合酶 ) 装载 进反应室 ( 诸如在上面引用的 Rothberg 等人中公开的微孔 ) 中， 然后进行重复的三磷酸脱 氧核苷(dNTP)加入和洗涤的循环。 这样的模板通常作为克隆群体连接至固体支持物(诸如 微粒、 珠子等 ) 上， 并将这样的克隆群体装载进反应室中。在循环的每个加入步骤中， 只有 当模板中的下一个碱基是加入的 dNTP 的补体时， 聚合酶才会通过掺入加入的 dNTP 来延伸 引物。如果存在一个互补的碱基， 则发生一次掺入， 如果存在 2 个互补的碱基， 则发生 2 次 掺入， 如果。
48、存在 3 个互补的碱基， 则发生 3 次掺入， 以此类推。每次这样的掺入会释放出氢 离子， 释放氢离子的模板群体一起造成反应室的局部 pH 的非常轻微的变化， 这可以被电子 传感器检测到。图 6 图解了一个采用本发明的流控回路的装置， 其用于实现根据 Rothberg 等人 ( 上面引用的 ) 的基于 pH 的核酸测序。该装置的每个电子传感器会产生取决于参比 电压值的输出信号。该装置的流控回路允许将多个试剂递送至反应室， 且它们中不超过一 个接触参比电极， 由此去除由传感器产生的输出信号的噪音源。在图 6 中， 含有流控回路 (602) 的壳体 (600) 通过入口连接至试剂蓄池 (604、 。
49、606、 608、 610、 和 612)， 连接至废物蓄 池 (620)， 并通过将流控结点 (630) 连接流动池 (634) 的入口 (638) 的通道 (632)， 连接至 流动池 (634)。通过多种方法 ( 包括压力、 泵诸如注射泵、 重力进料等 )， 可以将试剂从蓄池 (604、 606、 608、 610、 和 612) 驱动至流控回路 (602)， 并受阀门 (614) 控制进行选择， 如上所 说 明 书 CN 102802402 B 10 7/8 页 11 述。上述内容包括图 6 的仪器的流控系统。控制系统 (618) 包括阀门 (614) 的控制器， 其 产生用于经由电连接 (616) 进行打开和关闭的信号。控制系统 (618) 也包括该系统的其它 组件的控制器， 诸如通过 (622) 与其相连的洗涤溶液阀门 (624) 以及参比电极 (628)。控 制系统 (618) 还可以包括流动池 (634) 的控制和数据获取功能。在一个工作模式中， 在控 制系统 (618) 的程序控制下， 流控回路 (602) 将一系列选择的试剂 (1、 2、 3、 4、 或 5) 递送至 流动池 (634)， 从而启动和洗涤在二者之间的选择的试剂流流。