首页 / 专利库 / 体能训练 / 跑步机 / 薄膜化学分析设备和使用该设备的分析方法

薄膜化学分析设备和使用该设备的分析方法

阅读:406发布:2022-05-30

专利汇可以提供薄膜化学分析设备和使用该设备的分析方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且公开一种 薄膜 化学分析设备和使用该设备的方法,其可以解决由于长时间的流通和存储期间环境因素(例如冲击、 温度 )引起的密封问题,并可以快速和容易地检测被分析物。薄膜化学分析设备包括至少一个适于存储 生物 或者生物化学分析所需的 流体 以进行生物或者生物化学反应的腔室;用于腔室的流体连接的通道;安置在通道之间或者内部并连接到通道的孔;具有集成到主体中的腔室、通道和孔的可旋转主体;和具有用于闭合孔和密封流体在腔室中的密封装置的破裂 阀 ,密封装置通过主体旋转产生的离心 力 从孔撕去,从而打开孔。,下面是薄膜化学分析设备和使用该设备的分析方法专利的具体信息内容。

1.一种薄膜化学分析设备,包括:
至少一个适于存储生物学或者生物化学分析或者进行生物学或者生物 化学反应所需的流体的腔室;
用于流体连接所述腔室的通道;
安置在所述通道之间或者内部并连接到所述通道的孔;
可旋转的主体,其具有集成到该主体的所述腔室、所述通道和所述孔; 和
具有用于闭合所述孔并密封流体在所述腔室中的密封装置的破裂, 该密封装置通过所述主体旋转产生的离心从所述孔撕去从而打开所述 孔。
2.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,还包括在一通道处串联连 接到所述破裂阀的薄膜阀,所述破裂阀安置在所述通道中,并适于可逆地 打开/闭合所述通道以使得可逆的打开/闭合是可能的,同时保证所述腔室的 密封性能。
3.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,其中,所述孔适于在当所 述主体旋转产生的离心力超过所述密封装置相对于所述孔的闭合强度时被 打开。
4.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,其中,所述薄膜化学分析 设备包括具有所述密封装置的不同平的闭合强度的多个破裂阀,并且所 述主体的旋转速度被控制以使得所述多个破裂阀的打开/闭合被选择性地或 者独立地控制。
5.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,其中,所述薄膜化学分析 设备还包括用于施加热到所述破裂阀的热照射装置,并且所述破裂阀通过 离心力和由所述热照射装置施加的热的结合打开。
6.如权利要求5所述的薄膜化学分析设备,其中,所述热照射装置是 激光束照射装置。
7.如权利要求5所述的薄膜化学分析设备,还包括耦合到所述热照射 装置的阀搜索装置以使得待打开的破裂阀能够被选取。
8.如权利要求5所述的薄膜化学分析设备,其中,所述热的施加通过 在所述主体的旋转过程中每当所述热照射装置的位置与所述破裂阀的位置 重合时施加热到所述破裂阀的脉冲束操作而进行。
9.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,其中,所述主体是包括上 基底、中基底和下基底的可旋转薄膜盘。
10.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,其中,所述流体的运动通 过所述主体的旋转力产生的离心力或者通过毛细现象进行,或者经由涂覆 有亲水材料的通道进行。
11.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,其中,所述主体是由选自 包括晶片、塑料、聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯、聚甲基丙 烯酸甲酯、环烯共聚物和聚酸酯的组的至少一种材料形成。
12.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,其中,所述主体涂覆有 或者具有附着到所述主体表面的铝片
13.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,其中,所述密封装置是胶 粘到所述孔以密封所述流体在所述腔室中的孔闭合膜,并且所述孔闭合膜 通过所述主体的旋转所致的离心力产生的流体液压从所述孔撕去以使得所 述孔被打开。
14.如权利要求13所述的薄膜化学分析设备,其中,所述孔闭合膜是 包括胶粘剂或者膜材料的薄膜胶带
15.如权利要求14所述的薄膜化学分析设备,其中,所述胶粘剂由选 自包括硅、基于橡胶的材料、基于改性硅的材料、丙烯酸材料、聚酯和环 树脂的组的材料形成。
16.如权利要求13所述的薄膜化学分析设备,其中,所述主体包括堆 叠在彼此之上的上基底、中基底和下基底,所述薄膜化学分析设备还包括 堆叠在所述上和中基底之间以结合所述上和中基底的第一薄膜胶带;和堆 叠在所述中和下基底之间以结合所述中和下基底的第二薄膜胶带。
17.如权利要求16所述的薄膜化学分析设备,其中,一部分第一或者 第二薄膜胶带胶粘到所述孔以形成密封流体的孔闭合膜。
18.如权利要求14所述的薄膜化学分析设备,其中,所述膜具有疏水 表面或者由选自包括聚合物、聚乙烯、聚丙烯、聚砜、聚烯烃、纤维素、 聚乙烯、聚碳酸酯和聚酰胺的组的材料制成。
19.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,其中,所述密封装置是油 脂或者油脂涂覆的固体颗粒,所述油脂或者油脂涂覆的固体颗粒胶粘到所 述孔以密封所述流体在所述腔室中,并且所述油脂或者油脂涂覆的固体颗 粒通过由所述主体旋转所致的离心力从所述孔撕开或者分离以使得所述孔 被打开。
20.如权利要求19所述的薄膜化学分析设备,其中,所述油脂是选自 包括基于硅的油、TFE油、基于硅的油脂和基于硅的真空油脂的组的凝胶 相的油。
21.如权利要求19所述的薄膜化学分析设备,还包括用于当所述油脂 或者油脂涂覆固体颗粒通过由所述主体旋转所致的离心力从所述孔分离时 接收所述油脂或者油脂涂覆固体颗粒的辅助通道。
22.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,其中,所述密封装置是胶 粘到所述孔以密封所述流体在所述腔室中的塞子,并且所述塞子通过由所 述主体旋转所致的离心力从所述孔分开,从而打开所述孔。
23.如权利要求22所述的薄膜化学分析设备,其中,所述塞子是具有 锥形、球形、薄膜圆柱形状的金属颗粒或者具有较大头部的颗粒。
24.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,还包括用于通过所述主体 的径向搜索过程和向搜索过程搜索所述主体的特定位置的搜索装置。
25.如权利要求24所述的薄膜化学分析设备,还包括安置在所述主体 的特定位置以提供所述搜索装置基准点的薄膜类型磁体。
26.如权利要求24所述的薄膜化学分析设备,其中,所述搜索装置适 于搜索在所述主体上的阀、腔室或者化验场所的位置。
27.如权利要求26所述的薄膜化学分析设备,还包括至少一个耦合到 所述搜索装置并选自包括阀打开装置、激光照射装置、腔室混合装置和反 应检测装置的组的装置。
28.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,其中,所述主体包括至少 两个堆叠在彼此之上的基底,并且所述薄膜化学分析设备还包括堆叠在所 述基底之间以结合所述基底的薄膜胶带;和形成的以使得一部分所述薄膜 胶带消失并通过毛细现象形成通道的薄膜通道。
29.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,还包括:
生物拾取光学模
装备有所述生物拾取光学模块并适于搜索所述主体上的特定位置的滑 动器;和
用于控制所述滑动器的运动的滑动器电机
30.如权利要求29所述的薄膜化学分析设备,其中,所述生物拾取光 学模块包括激光束产生装置、薄膜阀打开/闭合装置或者反应结果检测装置。
31.如权利要求29所述的薄膜化学分析设备,其中,所述滑动器适于 基于所述主体的径向搜索过程、角向搜索过程或者向上/向下运动过程搜索 所述主体上的特定位置。
32.如权利要求29所述的薄膜化学分析设备,还包括用于高速旋转所 述主体的心轴电机;用于旋转所述主体预定角度的步进电机;和用于控制 所述步进电机和所述心轴电机到所述主体的连接的齿轮连接装置。
33.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,其中,所述至少一个腔室 包括液体存储腔室和试剂腔室,所述液体存储腔室包含液相试剂而所述试 剂腔室是空的,并且当所述破裂阀打开时,存储在所述液体存储腔室中的 液相试剂提供给所述试剂腔室,或者所述液体存储腔室和所述试剂腔室分 别包含稀释缓冲液和固相试剂颗粒,并且当所述破裂阀打开时,存储在所 述液体存储腔室中的稀释缓冲液提供给所述试剂腔室,以使得存储在所述 试剂腔室中的固相试剂颗粒溶解在所述稀释缓冲液中并转变为液相试剂。
34.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,其中,所述至少一个腔室 包括液体存储腔室、试剂腔室和处理腔室,所述薄膜化学分析设备还包括 用于可逆地打开/闭合连接所述腔室的孔的薄膜阀,从所述液体存储腔室到 所述试剂腔室的流体运动通过打开所述破裂阀进行,从所述试剂腔室到所 述处理腔室的流体运动或者所述处理腔室之间的流体运动通过打开所述薄 膜阀进行。
35.如权利要求2或者34所述的薄膜化学分析设备,其中,所述薄膜 化学分析设备还包括用于控制所述薄膜阀打开/闭合的薄膜阀打开/闭合装 置;和耦合到所述薄膜阀打开/闭合装置以使得待打开的薄膜阀能够被选取 的阀搜索装置,并且所述薄膜阀通过所述薄膜阀打开/闭合装置打开薄膜阀 而打开,所述薄膜阀已经通过所述阀搜索装置选取。
36.如权利要求2或者34所述的薄膜化学分析设备,其中,所述薄膜 阀包括:
安置在所述孔上面的永久磁体;
安置在所述孔下面的电磁体或者可移动永久磁体;以及
用于通过所述磁体建立的磁力选择性地打开/闭合所述孔的微珠或者薄 膜圆柱磁体。
37.如权利要求2或者34所述的薄膜化学分析设备,其中,所述薄膜 阀适于通过来自安置在所述孔上面的所述永久磁体的磁力在整个流通和存 储期间闭合所述孔。
38.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,其中,所述薄膜化学分析 设备还包括存储在所述至少一个腔室内的小磁性球体;适于在所述主体下 面快速移动的滑动器;和安置在所述滑动器上以施加吸引力或者排斥力到 所述小磁性球体以使得所述小磁性球体可以移动的永久磁体,并且当所述 滑动器快速移动时,在所述腔室中的所述小磁性球体通过来自所述磁体的 吸引力一起运动,以使得液体在所述腔室中进行混合。
39.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,其中,所述薄膜化学分析 设备还包括存储在所述至少一个腔室中的小磁性球体;适于在所述主体下 面快速移动的滑动器;和安装在所述滑动器上以施加吸引力或者排斥力到 所述小磁性球体以使得所述小磁性球体能够移动的永久磁体,并且每当通 过旋转所述主体或者通过重复向前/向后旋转同时所述永久磁体保持静止在 所述腔室的相应半径处的所述球体面对所述永久磁体时,在所述腔室中的 所述小磁性球体通过来自所述磁体的所述吸引力一起运动,以使得在所述 腔室中混合所述液体。
40.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,其中,所述薄膜化学分析 设备还包括存储在所述至少一个腔室中的小磁性球体;适于在所述主体下 面快速移动的滑动器;和安置在所述滑动器上以施加吸引力或者排斥力到 所述小磁性球体以使得所述小磁性球体可以移动的电磁体,并且在所述腔 室中的小磁性球体通过所述电磁体的开/关控制或者通过改变磁场方向而振 动以使得在所述腔室中混合所述液体。
41.如权利要求1或者2所述的薄膜化学分析设备,其中,在所述至少 一个腔室之间的流体运动通过由所述主体的旋转所致的离心力引起的流体 运动、通过由亲水通道表面所致的亲水性流体运动、通过重复打开/闭合所 述薄膜阀所致的送流体运动或者通过由所述通道的毛细现象所致的流体 运动而进行。
42.如权利要求2所述的薄膜化学分析设备,其中,所述薄膜化学分析 设备还包括用于控制所述薄膜阀的打开/闭合的薄膜阀打开/闭合装置;和耦 合到所述薄膜阀打开/闭合装置以使得待打开的薄膜阀能够被选取的阀搜索 装置,并且在所述至少一个腔室之间的流体移动通过当所述阀搜索装置重 复地选择所述薄膜阀时产生的泵送力而进行。
43.如权利要求42所述的薄膜化学分析设备,其中,所述泵送力通过 在所述主体的旋转过程中每当所述薄膜阀打开/闭合装置与所述薄膜阀的位 置重合时打开所述薄膜阀的脉冲阀操作产生。
44.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,还包括用于防止在所述主 体的旋转过程中离心力导致流体从所述腔室渗漏的液体阀。
45.如权利要求44所述的薄膜化学分析设备,其中,所述液体阀是当 以所述主体的旋转中心为基准观看时U或者V形状的通道。
46.如权利要求44所述的薄膜化学分析设备,其中,所述液体阀具有 用亲水材料处理过的表面,并且当所述主体停止时,在所述主体的旋转过 程中通过所述液体阀保持在腔室中的流体通过亲水性流体运动移动到不同 的腔室。
47.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,其中,所述至少一个腔室 包括多余腔室以使得当过多的流体注入到不同腔室中时,多余部分存储在 该多余腔室中并且不同的腔室存储预定量的流体。
48.如权利要求47所述的薄膜化学分析设备,还包括连接在所述多余 腔室和所述不同的腔室之间的定量通道以在所述主体的旋转过程中转移过 多的流体。
49.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,其中,所述至少一个腔室 具有当以所述主体的旋转中心作为基准观看时的倒V类型的楔形形状,并 且所述破裂阀安置在所述腔室中的楔形部分的末端上,液压集中在该末端。
50.如权利要求49所述的薄膜化学分析设备,其中,所述楔形形状的 腔室用作用于从被分析物制备样品的制备腔室,并且安置在所述楔形部分 末端的破裂阀具有足够的闭合强度以使得在离心分离过程中所述破裂阀不 被打开。
51.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,还包括安置在所述通道上 以分离样品的过滤器
52.如权利要求51所述的薄膜化学分析设备,其中,所述过滤器是具 有微孔或者多孔过滤器的膜。
53.如权利要求51所述的薄膜化学分析设备,其中,所述样品通过在 所述主体的旋转过程中每当所述薄膜阀打开/闭合装置与所述薄膜阀的位置 重合时打开所述薄膜阀的脉冲过滤操作而分离以使得所述样品通过离心力 从所述薄膜阀排出并通过所述过滤器。
54.如权利要求51所述的薄膜化学分析设备,其中,所述过滤器形成 在通道的出口处,并且通过与所述通道直角相交的过滤器通道,该过滤器 形成在所述通道中。
55.如权利要求54所述的薄膜化学分析设备,其中,所述过滤器通道 包含通过毛细现象的乳剂,所述乳剂能够通过乳剂光致聚合方法转变成过 滤器。
56.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,还包括用于控制所述腔室 的反应温度温度控制装置,所述温度控制装置包括温度测量装置、加热 装置和冷却装置。
57.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,其中,所述至少一个腔室 包括以下腔室的至少一个:
用于从被分析物制备样品的制备腔室;
用于扩增样品的扩增腔室;
用于临时存储在所述制备腔室中获得的样品或者存储用于稀释样品的 稀释缓冲液或者待耦合到所述样品中的目标物质的示踪剂的缓冲腔室;
具有固定的探针以使得与所述样品进行生物学或者生物化学反应的化 验场所;
存储分析所需的酶或者缓冲溶液的液体存储腔室;
用于临时存储来自所述液体存储腔室的所述酶或者缓冲溶液并供应所 述酶或者缓冲溶液到不同的腔室的试剂腔室;
用于收集在脱水处理或者清洗处理中产生的废物的弃物腔室;
用于存储不同腔室的清洗处理所需的清洗液的清洗腔室;和
用于供应预定量的样品到不同腔室的定量腔室。
58.如权利要求57所述的薄膜化学分析设备,其中,所述示踪剂处于 液相或者包括固相颗粒。
59.如权利要求58所述的薄膜化学分析设备,其中,所述示踪剂是夜 光示踪剂。
60.如权利要求58所述的薄膜化学分析设备,其中,所述固相颗粒是 通过将液相示踪剂转化为小片、球体、颗粒或者粉末获得的固体颗粒,或 者通过在多孔垫上将液相示踪剂转化为冻干形式获得的粒子。
61.如权利要求57所述的薄膜化学分析设备,其中,样品在所述制备 腔室中的制备通过利用所述主体的高速旋转的离心分离进行。
62.如权利要求57所述的薄膜化学分析设备,其中,在所述缓冲腔室 中的所述稀释缓冲液经由所述缓冲腔室的试剂注射孔供应或者通过从存储 所述稀释缓冲液的液体存储腔室的破裂阀打开操作供应。
63.如权利要求57所述的薄膜化学分析设备,其中,所述化验场所存 储用于反应分析的试剂。
64.如权利要求57所述的薄膜化学分析设备,其中,所述化验场所包 括硝化纤维膜、尼龙膜或者多孔膜和固定在所述膜上的俘获探针。
65.如权利要求63所述的薄膜化学分析设备,其中,用于反应分析的 所述试剂包括固相颗粒。
66.如权利要求58或者65所述的薄膜化学分析设备,其中,当所述破 裂阀打开时,存储在所述液体存储腔室中的稀释缓冲液将固相颗粒转化为 液相试剂或者示踪剂。
67.如权利要求66所述的薄膜化学分析设备,其中,所述固相颗粒包 括存储在多个化验场所的分别用于多种类型的生物化学反应的多种不同的 固相颗粒,并且所述多种不同的固相颗粒能够通过单一类型的稀释缓冲液 转化为液相试剂。
68.如权利要求67所述的薄膜化学分析设备,其中,用于存储所述稀 释缓冲液的所述液体存储腔室具有对应为所述多个化验场所的每个确定的 固相颗粒的稀释率的容积。
69.如权利要求57所述的薄膜化学分析设备,其中,所述液体存储腔 室包括中基底和上基底,所述中基底包括用于提供液体存储空间的腔室和 用于注入液体到所述腔室中的上开口,所述中基底的所述腔室的外周边的 高度小于所述腔室的中心的高度以使得当液体经由所述开口注入到所述腔 室中时,所述液体由于毛细现象集中在所述腔室的所述外周边,并且所述 上基底在液体完全注入到所述腔室中后耦合到所述中基底以使得所述液体 存储腔室的顶部被密封。
70.如权利要求57所述的薄膜化学分析设备,其中,所述定量腔室安 置在同心通道和所述化验场所之间,所述定量腔室和所述同心通道通过所 述样品的亲水性流体运动经由所述同心通道充注样品,并且所述至少一个 腔室还包括在所述同心通道末端的溢流腔室,以使得在所述主体的旋转过 程中,一部分充注所述同心通道的样品通过离心力抽出,而所述样品的不 同部分保持在所述定量腔室中。
71.如权利要求57所述的薄膜化学分析设备,其中,在所述主体的旋 转过程中,当安置在所述定量腔室和所述化验场所之间的同心薄膜阀通过 脉冲阀操作同时打开时,在所述定量腔室中的所述样品移动到各化验场所。
72.如权利要求57所述的薄膜化学分析设备,其中,所述定量腔室包 括涂覆有亲水材料的扇区通道并且在所述样品的亲水性流体运动过程中用 样品充注。
73.如权利要求72所述的薄膜化学分析设备,其中,当以所述主体的 旋转中心作为基准观看时,所述扇区通道具有倒V或者U形状,以使得在 所述主体的旋转过程中所述样品在各扇区通道中隔离,而不移动到相邻的 化验场所。
74.如权利要求57所述的薄膜化学分析设备,其中,所述化验场所包 括:
多孔膜、涂覆在所述多孔膜上的交错电极和固定在所述交错电极之间 的空的空间中的俘获探针;
多孔膜和固定在所述多孔膜上的俘获探针;
形成在基底上的微孔和固定在所述微孔上的俘获探针;或者
待固定的俘获探针和用于在期望的时间固定所述俘获探针到所述基底 的固定装置。
75.如权利要求57所述的薄膜化学分析设备,其中,所述化验场所包 括多孔膜和固定在所述多孔膜上的探针,并且所述薄膜化学分析设备还包 括用于存储在所述样品之后待注入到所述化验场所中的有效样品的有效样 品存储腔室以使得有利于所述样品的扩散。
76.如权利要求75所述的薄膜化学分析设备,其中,所述有效样品具 有低于所述样品的扩散速率或者高于所述样品的粘性。
77.如权利要求76所述的薄膜化学分析设备,其中,所述有效样品是 具有加入到所述溶液的甘油的清洗溶液。
78.如权利要求57所述的薄膜化学分析设备,其中,所述化验场所包 括多孔膜和固定在所述多孔膜上作为线或者点类型的测试线的各种类型的 肿瘤标记或者疾病标记,并且所述固定的标记具有整体条状形状。
79.如权利要求78所述的薄膜化学分析设备,还包括对应所述标记的 位置的标记位置线或者限定所述条的边缘的边缘线。
80如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,其中,对应所述化验场所 的所述上基底被进行不透明处理,以使得当所述上基底被用光照射时,散 射和噪声得以降低。
81.如权利要求78所述的薄膜化学分析设备,其中,所述多孔膜包括 共轭垫和样品垫的至少一个。
82.如权利要求78所述的薄膜化学分析设备,其中,所述肿瘤标记或 者疾病标记选自包括AFP、PSA、CEA、CA19-9、CA125、CA15-3、特定 于Alzheimer氏疾病的标记和心肌梗塞标记的组。
83.如权利要求78所述的薄膜化学分析设备,还包括用于基准线的俘 获探针和固定在所述多孔膜上的控制线。
84.如权利要求83所述的薄膜化学分析设备,其中,所述基准线的反 应浓度确定为截止值。
85.如权利要求84所述的薄膜化学分析设备,其中所述基准线的截止 值为3ng/ml、4ng/ml、10ng/ml、20ng/ml、30ng/ml、40ng/ml或者50ng/ml。
86.如权利要求83所述的薄膜化学分析设备,其中,定性或者定量分 析基于所述基准和测试线之间的反应强度差异进行。
87.如权利要求83所述的薄膜化学分析设备,其中,定性或者定量分 析基于所述条的背景和所述测试线之间的反应强度的差异进行。
88.如权利要求83所述的薄膜化学分析设备,其中,定性或者定量分 析基于通过所述多个基准线建立的有关反应强度的线性函数确定的所述测 试线的反应强度进行。
89.如权利要求83所述的薄膜化学分析设备,其中,定性或者定量分 析基于通过所述基准和控制线建立的关于反应强度的线性函数确定的所述 测试线的反应强度进行。
90.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,其中,所述主体包括结合 了温度测定功能、加热功能或者化验场所读取功能的集成无线RF IC。
91.如权利要求6所述的薄膜化学分析设备,其中,通过所述激光束照 射装置的激光束照射通过脉冲束操作或者扫描束操作进行。
92.如权利要求57所述的薄膜化学分析设备,其中,所述液体阀安置 在所述清洗腔室和所述化验场所之间或者所述缓冲腔室和所述化验场所之 间。
93.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,其中,所述主体包括在表 面上的数据层,该数据层遵循CD或者DVD格式。
94.如权利要求93所述的薄膜化学分析设备,其中,所述数据层包括 有关所述薄膜化学分析设备的版本、制造日期、协议、分析算法、用于读 取的标准控制值、所述化验场所的位置、生物信息、自我诊断、人员安全、 ID、测试结果或者历史的信息。
95.如权利要求57所述的薄膜化学分析设备,其中,样品从所述制备 腔室到所述缓冲腔室的运动通过打开所述破裂阀或者通过所述薄膜阀的脉 冲阀操作进行。
96.如权利要求50所述的薄膜化学分析设备,其中,所述制备腔室额 外地具有辅助制备腔室和制备孔以使得样品能够从离心分离的被分析物分 开。
97.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,还包括用于检测在所述至 少一个腔室上的反应的检测装置。
98.如权利要求97所述的薄膜化学分析设备,其中,所述检测装置是 包括光源装置和光检测器的分光光度计。
99.如权利要求97所述的薄膜化学分析设备,还包括耦合到所述检测 装置以从所述至少一个腔室选择一个腔室的腔室搜索装置。
100.如权利要求97所述的薄膜化学分析设备,其中,所述检测装置是 图象传感器装置,并且所述薄膜化学分析设备还包括用于光照所述图象传 感器装置的LED。
101.如权利要求100所述的薄膜化学分析设备,其中,所述LED是发 出各种波长的光的多色LED,并且所述图象传感器装置适于测量关于各种 波长的光的颜色强度并基于所述波长和所述颜色强度之间的二维剖面分析 反应。
102.如权利要求1所述的薄膜化学分析设备,其中,所述薄膜化学分 析设备适于与生物机器人跑步机、按摩器、清洗盆、自动售货机或者体 脂肪测量装置结合。
103.如权利要求102所述的薄膜化学分析设备,其中,所述生物机器 人具有在手指形状部分上的刺血针装置以使得样品血液能够装载到所述主 体的样品注射孔中。
104.一种用于检测残留杀虫剂的薄膜化学分析设备,包括:
至少一个适于存储杀虫剂残留物测试所需的流体或者进行杀虫剂残留 物测试的腔室;
用于所述腔室的流体连接的通道;
适于与试剂进行反应的化验场所;
安置在所述通道之间或者内部并连接到所述通道的孔;
可旋转的主体,其具有集成到所述主体中的所述腔室、所述通道、所 述化验场所和所述孔;
具有用于闭合所述孔并密封所述流体在所述腔室中的密封装置的破裂 阀,所述密封装置通过由所述主体的旋转所致的离心力从所述孔撕去以使 得所述孔被打开;和
适于可逆地打开/闭合所述孔的薄膜阀,
其中,所述化验场所包括用于测量有关从被分析物获得的样品的反应 强度的样品膜;和用于作为空白测试确定反应强度零点的控制膜。
105.如权利要求104所述的薄膜化学分析设备,其中,所述至少一个 腔室包括以下腔室的至少一个:
用于从用于杀虫剂残留物测试的被分析物制备样品的制备腔室;
用于存储当所述破裂阀打开时转移到所述制备腔室以从所述被分析物 提取样品的样品提取液体的样品提取液体存储腔室;
用于临时存储在所述制备腔室中获得的样品或者存储用于稀释所述样 品的稀释缓冲液或者待耦合到所述样品中的目标物质的示踪剂的缓冲腔 室;
用于存储分析所需的酶或者缓冲溶液的液体存储腔室;
用于收集在清洗处理过程中产生的废物的弃物腔室;
用于临时存储来自所述液体存储腔室的所述酶或者缓冲溶液并供应所 述酶或者缓冲溶液到不同腔室的试剂腔室;
用于供应控制液体到所述控制膜的控制液体存储腔室;和
用于供应预定数量的样品到不同腔室的定量腔室。
106.如权利要求105所述的薄膜化学分析设备,其中,所述液体存储 腔室包含稀释缓冲液,而所述试剂腔室或者所述缓冲腔室包含固相试剂颗 粒,当所述破裂阀打开时,存储在所述液体存储腔室中的所述稀释缓冲液 提供给所述试剂腔室或者所述缓冲腔室,并且存储在所述试剂腔室或者所 述缓冲腔室中的所述固相试剂颗粒溶解在所述稀释缓冲液中并转化为液相 试剂。
107.如权利要求104所述的薄膜化学分析设备,其中,所述流体的运 动通过在所述主体的旋转过程中每当所述薄膜阀的位置与所述薄膜阀打开/ 闭合装置的位置重合时打开所述薄膜阀的脉冲阀操作、通过亲水性的流体 运动、通过毛细流体运动或者通过泵送流体运动进行。
108.如权利要求104所述的薄膜化学分析设备,还包括用于防止在所 述主体的旋转过程中离心力导致流体从所述腔室渗漏的液体阀。
109.如权利要求108所述的薄膜化学分析设备,其中,所述液体阀是 当以所述主体的旋转中心作为参考观看时U或者V形状的通道。
110.如权利要求108所述的薄膜化学分析设备,其中,所述液体阀具 有用亲水材料处理过的表面,并且当所述主体停止时,在所述主体的旋转 过程中通过所述液体阀保持在腔室中的流体通过亲水性流体运动移动到不 同的腔室。
111.在如权利要求1或者104所述的薄膜化学分析设备,其中,所述 主体包括用于存储有关杀虫剂残留物测试或者抗菌素残留物测试的信息的 集成无线RF IC。
112.如权利要求111所述的薄膜化学分析设备,其中,所述信息存储 在结合在所述无线RF IC中的存储器中。
113.如权利要求111所述的薄膜化学分析设备,其中,所述信息涉及 测试日期、测试结果、失效日期、目标生产区域、产品ID、生产历史、流 通历史、农民接触、价格或者产品是否为有机。
114.如权利要求104所述的薄膜化学分析设备,其中,关于所述化验 场所的测试结果显示在电脑监视器上,通过互联网自动地或者人工地与相 应的政府机构或者食品交易者的服务器进行远程访问,以使得所述测试结 果和历史存储在所述服务器中,或者有关测试结果的认证从所述政府机构 接收并记录在所述主体的RF IC上。
115.如权利要求104所述的薄膜化学分析设备,其中,所述杀虫剂残 留物是基于有机磷或者基于甲酸盐的杀虫剂。
116.如权利要求115所述的薄膜化学分析设备,其中,所述样品膜包 括用于检测所述基于氨基甲酸盐的杀虫剂的乙酰胆硷酯酶(AChE)。
117.一种使用薄膜化学分析设备的分析方法,所述薄膜化学分析设备 包括至少一个腔室;用于所述腔室的流体连接的通道;安置在所述通道之 间或者内部并连接到所述通道的孔;可旋转的主体,其具有集成到该主体 中的所述腔室、所述通道和所述孔;具有用于闭合所述孔和密封流体在所 述腔室中的密封装置的破裂阀;以及适于可逆地打开/闭合所述通道的薄膜 阀,所述分析方法包括步骤:
通过由所述主体的旋转所致的离心力从所述孔撕开所述密封装置以使 得所述破裂阀打开。
118.如权利要求117所述的分析方法,还包括步骤:
打开所述破裂阀以使得存储在液体存储腔室中的流体转移到不同的腔 室;和
控制串联连接到通道中的所述破裂阀的所述薄膜阀,所述破裂阀安置 在所述通道中,以使得所述通道可逆地打开/闭合。
119.如权利要求117所述的分析方法,还包括控制所述主体的旋转速 度的步骤以产生对应所述密封装置的闭合强度的离心力从而打开所述破裂 阀。
120.如权利要求117所述的分析方法,还包括控制施加到所述破裂阀 的热以打开所述破裂阀的步骤。
121.如权利要求117所述的分析方法,还包括通过由所述主体的旋转 所致的离心力、通过亲水性的通道表面、通过由重复打开/闭合所述薄膜阀 所致的泵送力或者通过所述通道的毛细现象而移动所述流体的步骤。
122.如权利要求117所述的分析方法,其中,所述密封装置是孔闭合 膜、油脂、油脂涂覆粒子或者塞子。
123.如权利要求117所述的分析方法,还包括步骤:
打开所述破裂阀以供应存储在液体存储腔室中的稀释缓冲液到试剂腔 室;和
通过稀释缓冲液溶解存储在所述试剂腔室中的固相试剂颗粒以使得所 述颗粒变为液相试剂。
124.如权利要求117所述的分析方法,还包括搜索待打开/闭合的阀以 使得所述破裂阀或者所述薄膜阀被选择性地打开/闭合的步骤。
125.如权利要求117所述的分析方法,还包括通过磁力移动包含在所 述腔室中的小磁性球体以使得在所述腔室中的液体混合的步骤。
126.如权利要求117所述的分析方法,还包括通过利用具有当以所述 主体的旋转中心为基准观察时为U或者V形状的液体阀防止在所述主体的 旋转过程中离心力导致流体从所述打开的腔室渗漏的步骤。
127.如权利要求117所述的分析方法,还包括通过利用设置在所述通 道中的过滤器分离样品步骤。
128.如权利要求117所述的分析方法,还包括包括控制所述腔室的反 应温度的步骤。
129.如权利要求117所述的分析方法,还包括搜索和选择特定腔室; 以及检测化验场所的反应结果的步骤。
130.如权利要求129所述的分析方法,其中,所述检测步骤通过分光 光度计进行,并且在基于通过步进电机或者连接到步进电机的齿轮控制主 体的旋转角或者基于角向阀搜索的腔室搜索步骤之后,通过分光光度计进 行化验场所分析,或者基于通过缓冲腔室的化验场所的空间寻址进行以使 得在所述腔室中的样品的吸光率在主体的旋转过程中被连续测量。
131.如权利要求130所述的分析方法,其中,所述分光光度计的光源 或者光源装置是白色LED、RGB激光、或者具有集成到模块中的具有多个 激光二极管激光二极管模块。
132.如权利要求130所述的分析方法,其中,通过所述分光光度计读 取所述化验场所包括步骤:传输通过分光光度计的光源装置获得的预定波 长的光通过具有集成到主体内的上基底中或者化验场所中的反射层的薄膜 化学分析设备的化验场所,以及通过光检测器检测反射层反射的光以测量 样品在化验场所的吸光率。
133.如权利要求130所述的分析方法,其中,通过分光光度计读取化 验场所包括步骤:通过集成到主体中的光检测器测量样品的吸光率以获得 读取结果,以及通过集成到主体中的无线RF IC接收读取结果以无线传输 该读取结果到外面。
134.如权利要求117所述的分析方法,还包括高速旋转主体以从被分 析物分离样品的步骤。
135.如权利要求117所述的分析方法,还包括步骤:
高速旋转主体以通过离心力从被分析物分离样品;
通过移动所述分离的样品到所述缓冲腔室,将分离的样品与缓冲腔室 中的稀释缓冲液或者示踪剂混合;
打开所述薄膜阀以使得在所述缓冲腔室中的样品经由同心通道、定量 通道、或者扇区通道进行亲水性流体移动;和
通过打开所述破裂阀或者通过所述薄膜阀的脉冲阀操作打开所述薄膜 阀以使得在所述定量腔室或者扇区通道中的样品流入到各化验场所中并与 所述化验中的试剂进行生物化学反应。
136.如权利要求135所述的分析方法,还包括步骤:旋转所述主体以 使得充注同心通道的一部分样品通过离心力完全移动到溢流腔室,而不同 部分的样品仅保持在所述定量腔室中。
137.如权利要求135所述的分析方法,还包括步骤:打开破裂阀以使 得存储在稀释缓冲存储腔室中的稀释缓冲液转移到所述化验场所;通过转 移的稀释缓冲液在所述化验场所中溶解固相颗粒。
138.如权利要求135所述的分析方法,还包括步骤:在混合步骤之前, 通过破裂阀打开稀释缓冲腔室,为缓冲腔室提供稀释缓冲液或者示踪剂。
139.如权利要求135所述的分析方法,其中,连接所述缓冲腔室到所 述同心通道或者到所述扇区通道的通道包括用于防止在主体旋转过程中液 体渗漏的液体阀,而该分析方法还包括步骤:当主体停止时,通过亲水性 流体移动将在主体的旋转过程中由液体阀保持在缓冲腔室中的样品移动到 同心通道或者扇区通道。
140.如权利要求135所述的分析方法,还包括步骤:通过加入清洗溶 液而清洗化验场所;以及高速旋转主体以脱水和干燥化验场所。
141.如权利要求135所述的分析方法,还包括以下步骤的至少一个:
定性或者定量检测化验场所的反应结果;
在电脑监视器上显示对应分析的诊断结果;
经由互联网连接远程传输诊断结果或者医学检查表到医生;和
接收来自医生的处方
142.如权利要求117所述的分析方法,还包括步骤:通过薄膜阀的脉 冲阀操作或者通过脉冲过滤器操作转移离心分离的样品到缓冲腔室。
143.如权利要求117所述的分析方法,还包括步骤:当传统的光盘或 者不识别的薄膜化学分析设备装载到薄膜化学分析设备驱动器上时,提供 用户警告消息或者弹出盘。

说明书全文

技术领域

发明涉及薄膜化学分析设备和使用该设备的分析方法。更具体地, 本发明涉及适用于诊断和检测流体中的少量物质的薄膜类型的设备的薄膜 化学分析设备,例如芯片上实验室(lab-on-a-chip)、蛋白质芯片或者DNA芯 片,以及利用该设备的分析方法。

背景技术

本发明为名称为“NUCLEIC HYBRIDIZATION AS SAY METHOD AND DEVICE USING CLEAVAGE TECHNIQUE SPECIFICALLY RESPONSIVE TO SPECIFIC SEQUENCE OF COMPLEMENTARY DOUBLE BOND STRAND OF NUCLEIC ACID AND OLIGONUCLEOTIDE”的韩国专利申请 No.10-2001-0003956(2001年1月27日);名称为“NUCLEIC HYBRIDIZATION AS SAYMETHOD AND DEVICE USING A CLEAVAGE TECHNIQUE RESPONSIVE TO THECOMPLEMENTARY DOUBLE STRAND OR THE SINGLE STRAND OF NUCLEIC ACIDS OR OLIGONUCLEOTIDES”的PCT申请No.PCT/KR 02/00126(2002年1月27 日);名称为“A MICRO VALVE APPARATUS USING MICRO BEAD AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME”的韩国专利申请No. 10-2001-0031284(2001年5月31日);名称为“A MICRO VALVE APPARATUS USING MICRO BEAD AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME”的PCT申请No.PCT/KR 02/01035(2002年5月31日);名称 为“BIO-DISK,BIO-DRIVER APPARATUS,AND ASSAYMETHOD USING THE SAME”的韩国专利申请No.10-2002-0017558(2002年3月27日);名 称为“DIGITAL BIO DISK(DBD),DBD DRIVER APPARATUS,AND ASSAY METHOD USING THESAME”的韩国专利申请No.10-2005-0038765;以及 名称为“DIGITAL BIO DISK(DBD),DBD DRIVER APPARATUS,AND ASSAY METHOD USING THE SAME”的PCT申请No.PCT/KR2006/001709 的继续申请,其内容在此被引用作为参考。
通过设计用于制备多个样品并自动添加试剂的设备以及用于并行或者 串行化验大量测试样品的设备,用于检测流体中的少量被分析物的大多数 临床诊断化验设备的效率和经济性迄今为止已经得到提高。这样的自动化 试剂制备设备和自动化多样品分析器通常集成到单一薄膜设备中。该薄膜 类型的临床实验分析器可以从少量样品和试剂中在一个小时内以自动或者 半自动的方式精确地化验许许多多的被分析物。但是,这样的薄膜类型的 分析器存在问题,用于控制样品或者试剂(酶和缓冲溶液)的流动和流速的 的复杂设计使得其难以将分析器制造为薄膜。
为了解决该问题,存在迫切的需求以提供简单且适于薄膜的阀以及集 成有阀的薄膜化学分析设备。
CD和DVD作为薄膜
标准的CD包括12厘米的聚酸酯基底、反射金属层和保护漆涂层。 关于CD和DVD的格式遵循ISO 9600。
聚碳酸酯基底由光学质量的透明聚碳酸酯组成。在已经经历标准印刷 或者大量复制的CD的情形下,数据层是聚碳酸酯基底的一部分,并且在注 射模制工艺过程中数据通过压印器雕刻为一系列的凹坑。特别地,在注射 模制工艺过程中聚碳酸酯在高压下被熔化并注入到模具中。聚碳酸酯然后 冷却以使得其具有模具、“压印器”或者“压模”的镜象图象。在盘的基底 上生成的凹陷对应二进制数据,并且通过聚碳酸酯基底保持为在母版制作 工艺过程中产生的压印器的凹坑的镜象图象。压印母版通常为玻璃。
这样的盘可以适于并修改为用于诊断和检测流体中的少量物质的薄膜 类型的分析设备(例如薄膜化学分析设备)。在这种情形下,在注射模制工艺 过程中,流体能够流动通过的通道、用于存储缓冲溶液的腔室、孔和阀可 以形成在盘表面上,而不是凹坑上。
如本领域通常所知的,传统的芯片上实验室具有多个用于存储用于化 学处理必需的大量液相生物学和化学物质的腔室。但是,直到下面的两个 问题得以解决之前,芯片上实验室不能商业化。
第一,芯片上实验室的主体由于环境因素(例如冲击、温度)在流通和存 储期间重复热膨胀及热收缩,即使腔室已经通过物理阀闭合。结果,阀具 有微小的间隙,通过该间隙,液体由于毛细现象泄漏到腔室外。
第二,虽然液相物质必须稳定地存储在腔室中一段长的时间,但是当 芯片上实验室遭受环境因素(例如温度)一段长的时间时,液体自身受到来自 蒸发对流所致的压,从而通过微小间隙泄漏到腔室外。
美国专利公开No.US005863708A公开一种利用生物金属材料和受热 井所致的温度梯度的阀。但是,该阀关于商业化具有许多问题,因为其难 以通过“热控制”控制该阀而不损坏生物材料,以及因为发生在液体内部 的蒸发和对流所致的液封问题不能得到解决。
名称为“DEVICES AND METHODS FOR USING CENTRIPETAL ACCELERATION TO DRIVE FLUID MOVEMENT ON A MICROFLUIDICS SYSTEM”的美国专利No.6,063,589,名称为“APPARATUS AND METHOD FOR CONTINUOUS CENTRIFUGAL BIOOD CELL SEPARATION”的专利 No.5,186,844;以及名称为“MODIFIED SIPHONS FOR IMPROVING METERING PRECISION”的专利No.6,752,961公开具有用于当逐渐增加旋 转速度时从环形中心在向外方向逐渐移动液体的腔室的毛细破裂阀(burst valve)。特别地,盘初始以低速旋转,然后以更高的速度旋转,以使得流体 移动到下一腔室。这样的毛细破裂阀具有严重的问题,因为其不能适用于 包括离心作用的芯片上实验室处理,其要求从一开始就高的速度,其仅可 打开一次,并且其在打开后不能再次闭合。
传统的阀具有上述两个问题,不能在腔室中长期存储液体。为了试图 避免这样的问题,美国专利No.6,752,961提出用于存储液体并且在容器内 部的液体使用之前才被弄破的单独的稀释剂容器。但是,事实上,大体积 容器必须存储在盘内部,这使得不可能将盘制造为薄膜。

发明内容

技术问题
因此,本发明针对上述问题进行,并且本发明提供能够解决由于长的 流通和存储期间环境因素(例如冲击、温度)引起的密封问题并且能够快速容 易地检测被分析物的薄膜化学分析设备。
此外,本发明提供能够解决长的流通和存储期间环境因素(例如冲击、 温度)引起的密封问题以及能够快速容易地检测被分析物的分析方法。
技术方案
根据本发明的一方面,提供一种薄膜化学分析设备,其包括至少一个 适于存储生物学或者生化分析所需的液体或者适于引导生物学或者生物化 学反应的腔室;用于腔室的流体连接的通道;安置在通道之间或者内部并 连接到通道的孔;具有集成到主体中的腔室、通道和孔的可旋转的主体; 和具有用于闭合孔并密封流体在腔室中的密封装置的破裂阀,所述密封装 置通过来自主体的旋转产生的离心力从孔撕去,从而打开孔。
薄膜化学分析设备可以进一步包括在通道处串联连接到破裂阀的薄膜 阀,破裂阀安置在通道中,并适于可逆地打开/闭合通道以使得可逆的打开/ 闭合成为可能,同时保证腔室的密封性能。
破裂阀可以串联连接到薄膜阀的出口或者进口。破裂阀可安装在液体 存储腔室的出口处以在流通期间完全密封出口。事实上,液体存储腔室中 的液体并不泄露通过薄膜阀,这解决了传统薄膜阀具有差的长期密封能力 的致命问题。
此外,传统的破裂阀是一次性的(也就是,一旦打开,不能再次闭合), 该缺点被克服。根据本发明,破裂阀适于在流通期间密封液体存储腔室。 一旦破裂阀通过盘操作过程中的离心力打开,液体存储腔室中的液体被单 独地允许根据薄膜阀是否打开或者闭合而运动到相邻的腔室。
孔适于当主体的旋转所致的离心力超过密封装置关于孔的闭合强度时 打开。
薄膜化学分析设备可包括具有不同平的密封装置闭合强度的破裂 阀,主体的旋转速度可以受控以使得多个破裂阀的打开/闭合被选择性地或 者独立地控制。
薄膜化学分析设备可进一步包括用于施加热到破裂阀的热照射装置, 破裂阀可通过离心力和由热照射装置施加的热的组合而被打开。
热照射装置可以是激光束照射装置。
薄膜化学分析设备可进一步包括耦合到热照射装置以使得待打开的破 裂阀能够被选取的阀搜索装置。
热的施加可以通过在主体的旋转过程中每当热照射装置的位置与破裂 阀的位置重合时施加热到破裂阀的脉冲束操作而进行。
优选地,破裂阀适于通过由激光束产生的热和离心力的结合或者单独 通过离心力打开。
激光束产生装置向着破裂阀发出激光束以使得生成的热削弱破裂阀的 密封强度或者粘结强度,破裂阀然后容易地通过离心力打开。激光束产生 装置可安装在阀搜索装置类型的滑动器上。
当盘旋转或者当盘已经停止时,可以向着破裂阀发射激光束。
为了在盘的旋转过程中向着相应的破裂阀发射激光束,激光束产生装 置滑动到对应破裂阀的半径的位置并被操作以产生激光束。然后,在盘的 旋转过程中,每当滑动器上的激光束产生装置与破裂阀匹配时,通过激光 束照射破裂阀。指向破裂阀的激光束的量是盘旋转速度和激光束产生装置 功率的函数。在盘的旋转过程中的这样的激光束发射操作在此及后将被称 为脉冲束操作。
当盘已经停止时,滑动器上的激光束产生装置以及相应的破裂阀对准 以彼此匹配。如果破裂阀用激光束照射,指向破裂阀的激光束的量是激光 束强度和照射时间的函数。激光束的强度可以通过修改激光束的焦点或者 激光束产生装置和破裂阀之间的距离,或者通过控制激光束产生装置的电 流而得以调节。
可控制地移动滑动器到相应的破裂阀位置以及可控制地打开/闭合激光 束产生装置,同时盘保持不动,这样的激光束发射操作在此及后称作扫描 束操作。
滑动器到破裂阀位置的受控运动可以基于径向阀搜索过程和向阀搜 索过程,其将在后面进行描述。
优选地,薄膜类型圆柱磁体安装在破裂阀的上端或者下端以为了角向 阀搜索过程的目的。
优选地,破裂阀通过基于脉冲束操作或者扫描束操作加热破裂阀然后 旋转盘而打开。
优选地,薄膜化学分析设备的同心破裂阀通过在薄膜化学分析设备的 旋转过程中在流体中发生的离心力以及通过在薄膜化学分析设备的旋转过 程中每当滑动器上的激光束产生装置与破裂阀匹配上时加热和打开相应的 同心破裂阀的脉冲束操作打开。
在移动高粘性流体中或者在旋转过程中同时移动多个同心破裂阀以使 得流体运动到相应的相邻腔室中,脉冲束操作是有用的。这是因为高粘性 流体在没有离心力相伴的情形下不能容易地移动。特别地,即使阀打开而 盘保持不动,粘性流体也不能移动到相邻的腔室。这降低可操作性和可靠 性。
主体可以是可旋转的薄膜盘,其包括上基底、中基底和下基底。盘的 直径优选地为120毫米、80毫米或者32毫米。
流体的运动可以通过主体旋转力所致的离心力或者通过毛细现象进 行,或者通过涂覆有亲水材料的通道进行。
主体可以由塑料、玻璃、母、石、硅晶片等不同地制成。但是, 由于经济原因、易于加工和与传统的基于激光反射的检测器(例如CD-ROM, DVD读取器)的兼容性,优选塑料。
优选地,主体由选自包括硅晶片、聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、 聚乙烯、PMMA(聚甲基丙烯酸酯)、COC(环烯共聚物)和聚碳酸酯的组中 的至少一种材料制成。主体可以涂覆有或者具有附着到主体表面的铝片
当液相物质存储在芯片上实验室的腔室中时,其必须保持稳定直到其 使用。但是,芯片上实验室的主体在长的流通和存储期间经历由于环境因 素(例如温度)所致的收缩和膨胀。结果,阀形成间隙,液体由于发生在液体 中的蒸发和对流而泄漏通过间隙。这严重地降低了密封可靠性。
上面的问题通过根据本发明的破裂阀解决。
根据本发明的实施例,破裂阀是液压破裂阀。
液压破裂阀是有利的,因为其可以以薄膜类型实现,并且因为薄膜胶 带足够柔性以使其自身适应环境因素(例如温度)所致的膨胀和收缩,在流通 和存储期间没有液体的蒸发和对流所致的或者由于主体的膨胀和收缩所致 的大量密封问题。
特别地,密封装置是胶粘到孔的孔闭合膜以密封流体在腔室中,并且 孔闭合膜通过由主体的旋转所致的离心力产生的流体液压从孔撕开,以使 得孔被打开。
孔闭合膜可以是包括胶粘剂或者膜材料的薄膜胶带
胶粘剂可以由选自包括硅、基于橡胶材料、改性的基于硅材料、丙烯 酸材料、聚酯和环树脂的组的材料制成。
主体可以包括彼此堆叠的上基底、中基底和下基底,薄膜化学分析设 备可进一步包括堆叠在上和中基底之间的第一薄膜胶带以粘接上和中基 底,以及包括堆叠在中和下基底之间的第二薄膜胶带以粘接中和下基底。
第一或者第二薄膜胶带的一部分可以胶粘到孔以形成密封流体的孔闭 合膜。
薄膜胶带可以是单面或者双面带。带可以由纸张、乙烯基、聚酯薄膜、 聚乙烯薄膜或者任何合成剥离纸组成,其单面或者两面是用专的粘接剂 或者胶粘剂表面处理过的。如有必要,可以选择和使用具有良好属性(例如 密封属性、缓冲属性、振动吸收属性、抗冲击、耐热性、吸附属性、胶粘 强度)的胶粘剂。
膜可以具有疏水性表面或者可以由选自包括聚合物、聚乙烯、聚丙烯、 聚砜、聚烯烃、纤维素塑料、聚乙烯、聚碳酸酯和聚酰胺的组的材料制成。 疏水膜表面有效地阻止存储在液体存储腔室中的流体的运动。
当谈及制造方法时,单面带可以附着到基底,然后剥离纸被去除以使 得基底的表面涂覆上胶粘剂薄膜。或者,基底表面可以通过利用分配器, 通过喷射胶粘剂,或者通过丝网印刷而涂覆上胶粘剂薄膜。
优选地,薄膜胶带并不依靠剥离纸上,但是基底涂覆有胶粘剂薄膜。
单面带具有孔闭合膜以使得当剥离纸被去除时孔闭合膜通过胶粘剂留 在孔附近。
当孔被薄膜胶带封闭时,薄膜胶带的附着区域确定封闭强度。当盘旋 转速度(离心力)超过封闭强度时,薄膜胶带被撕裂从而打开孔。
根据本发明的另一实施例,破裂阀是粘性破裂阀。
特别地,密封装置是油脂或者油脂涂覆固体颗粒,油脂或者油脂涂覆 固体颗粒胶粘到孔以密封流体在腔室中,并且油脂或者油脂涂覆固体颗粒 通过主体旋转所致的离心力被撕裂或者从孔分开以使得孔被打开。
优选地,粘性物质通过激光束照射产生的热熔化(或者粘性被削弱)。
油脂可以是选自包括硅基油、TFE油、硅基油脂和硅基真空油脂的组 的凝胶相油。
薄膜化学分析设备可以进一步包括用于当油脂或者油脂涂覆固体颗粒 通过主体旋转所致的离心力从孔分离时接收油脂或者油脂涂覆固体颗粒的 辅助通道。
塞子优选地用柔软的材料涂覆,或者是涂覆有胶粘剂的球。
胶粘剂优选地通过激光束照射所致的热量熔化(或者胶粘强度被削弱)。 塞子优选地通过激光束照射所致的热熔化或者减少。
根据本发明的另一实施例,破裂阀是塞子破裂阀。
特别地,密封装置是胶粘到孔以密封流体在腔室中的塞子,塞子通过 主体旋转所致的离心力从孔分离,从而打开孔。
塞子可以是具有锥形、球形、薄膜圆柱形状的金属粒子,或者是具有 较大头部的粒子。
薄膜化学分析设备可进一步包括安置在孔附近以胶粘塞子到孔的胶粘 装置。
薄膜化学分析设备可进一步包括用于通过主体的径向搜索过程和角向 搜索过程而搜索主体的特定位置的搜索装置。
薄膜化学分析设备可进一步包括安置在主体的特定位置的薄膜类型磁 体以提供具有参考点的搜索装置。
搜索装置可以适于搜索主体上的阀、腔室或者化验场所的位置。
薄膜化学分析设备可进一步包括至少一个耦合到搜索装置的装置,其 选自包括阀打开装置、激光照射装置、腔室混合装置和反应检测装置的组。
主体可包括至少两个彼此堆叠的基底,并且薄膜化学分析设备可进一 步包括堆叠在基底之间以粘接基底的薄膜胶带;以及形成以使得薄膜胶带 的一部分消失并通过毛细现象形成通道的薄膜通道。
薄膜化学分析设备可进一步包括生物拾取光学模;配备有生物拾取 光学模块并适于搜索主体上的特定位置的滑动器;以及用于控制滑动器的 运动的滑动器电机
生物拾取光学模块可以包括激光束产生装置、薄膜阀打开/闭合装置或 者反应结果检测装置。
滑动器可以适于基于主体的径向搜索过程、角向搜索过程或者向上/向 下运动过程而搜索主体上的特定位置。
薄膜化学分析设备可进一步包括用于高速旋转主体的心轴电机;用于 旋转主体一特定角度的步进电机;以及用于控制步进电机和心轴电机连接 到主体的齿轮连接装置。
所述至少一个腔室可以包括液体存储腔室和试剂腔室,液体存储腔室 包含液相试剂,而试剂腔室是空的,并且当破裂阀打开时,存储在液体存 储腔室中的液相试剂提供给试剂腔室,或者,液体存储腔室和试剂腔室分 别包含稀释缓冲液和固相试剂颗粒,并且当破裂阀打开时,存储在液体存 储腔室中的稀释缓冲液提供给试剂腔室,以使得存储在试剂腔室中的固相 试剂颗粒溶解在稀释缓冲液中并变为液相试剂。
根据本发明,除了根据本发明的破裂阀,薄膜阀包括所有类型的阀。 特别地,薄膜阀包括可以制造为薄膜类型并具有适于通过各种打开/闭合装 置打开/闭合的孔的阀。例如,根据本发明的薄膜阀包括利用安置在孔中的 微珠(或者圆柱磁体)的阀以使得其通过安置在主体上面或下面的可移动永 久磁体或者电磁体打开/闭合;通过机械力打开/闭合的阀;通过离心力打开 /闭合的阀;通过化学反应所致的溶解和凝固打开/闭合的阀;通过由热或者 化学反应恢复其原样的形状记忆合金打开/闭合的阀;通过电解产生的气泡 打开/闭合的阀;通过热产生的气泡打开/闭合的阀;通过微珠的热膨胀及热 收缩打开/闭合的阀;通过静电力打开/闭合的阀;通过磁力打开/闭合的阀; 通过激光热打开/闭合的阀;通过温度梯度打开/闭合的阀;通过基于声波致动器打开/闭合的阀;通过或者物理压力打开/闭合的阀;通过疏水属 性打开/闭合的阀;通过由于超高频波或者激光束的照射而膨胀和收缩的小 颗粒打开闭合的阀;通过磁性流体打开/闭合的阀;和通过空气的热膨胀及 热收缩打开/闭合的阀。
在基于疏水属性的阀的情形下,已经涂有疏水材料的疏水性表面优选 地通过激光束照射转变为亲水性表面。或者,亲水性表面通过其它激光束 照射再次转变为疏水性表面。
疏水涂布优选地通过激光束产生装置发出的激光束所致的热而具有亲 水性属性。疏水涂覆优选地包括相变物质。
当物质处于激光束所致的晶相时,其具有高水平的疏水性(也就是,其 处于基相)。特别地,晶相部分用作抵抗亲水性液体移动的障碍,并扮演闭 合阀的角色。当用强激光照射时,相变材料的分子排列被破坏,从而其温 度上升非常多。如果物质在那种情形下固化,其变为非晶相,其中疏水属 性被亲水属性代替。
亲水涂覆有利于表面上的亲水液体的运动,从而结合阀打开功能。
但是,在非晶相,疏水涂覆热动力地不稳定。这意味着,即使施加少 量的热,涂覆就返回到原来的晶相。基于这些特征,已经转变为亲水涂覆 的部分用中等强度的激光照射以将其在相对低的温度加热以使得所述部分 从非晶相转变为晶相(疏水)。以这种方式,疏水障碍再次形成。
薄膜阀优选地包括微珠和可移动永久磁体。尽管优选球状球体作为微 珠,但是非球状颗粒也可以使用,例如薄膜圆柱磁体或者薄膜方形磁体。
微珠包括例如磁性球体、磁性金属粒子、顺磁性粒子、抗磁性粒子 和不锈金属球体。微珠还可以包括固相金属、塑料、或者玻璃球体,其涂 覆有金属或者柔软材料(例如橡胶、硅橡胶)。金属球体可以包括合金。微珠 具有1微米-1毫米的直径,优选地为100微米-500微米。接触表面与球的 尺寸成比例地增加,并提高有关打开/闭合的可靠性。根据本发明,尽管优 选球状球体作为微珠,也可以将非球状颗粒用作微珠,例如薄膜类型圆柱 的永久磁体或者薄膜类型方形永久磁体。薄膜类型永久磁体优选地具有 0.1-0.5毫米的厚度,薄膜类型圆柱永久磁体优选地具有1-5毫米的直径。
根据本发明的优选实施例,球状的或者非球状的粒子涂覆有硅橡胶。 或者,硅橡胶的薄膜插入到薄膜类型圆柱磁体和孔之间。硅橡胶是柔软的, 从而适于密封。
根据本发明,用于预存储各种液相试剂(例如酶、缓冲溶液)的腔室,其 对于操作薄膜化学分析设备是必需的,在制造过程中将称为液体存储腔室, 并且所有其它类型的腔室将称为处理腔室。
处理腔室包括试剂腔室,当破裂阀打开时,试剂腔室被提供来自液体 存储腔室的液相试剂并将其临时存储。当需要液相试剂的处理腔室的薄膜 阀打开时,试剂从试剂腔室供应到处理腔室。
所述至少一个腔室可包括液体存储腔室、试剂腔室和处理腔室,薄膜 化学分析设备可进一步包括用于可逆打开/闭合连接腔室的孔的薄膜阀,从 液体存储腔室到试剂腔室的流体运动可以通过打开破裂阀进行,从试剂腔 室到处理腔室的流体运动或者处理腔室之间的流体运动可以通过打开薄膜 阀进行。
薄膜化学分析设备可进一步包括用于控制薄膜阀的打开/闭合的薄膜阀 打开/闭合装置;和耦合到薄膜阀打开/闭合装置以使得待打开的薄膜阀能够 被选取的阀搜索装置,并且薄膜阀可通过薄膜阀打开/闭合装置打开薄膜阀 而打开,薄膜阀通过阀搜索装置选取。
薄膜阀可包括安装在孔上面的永久磁体;安装在孔下面的电磁体或者 可移动永久磁体;和用于通过磁体建立的磁力选择性地打开/闭合孔的微珠 或薄膜圆柱磁体。
薄膜阀可适于在整个流通和存储期间通过来自安装在孔上面的永久磁 体的磁力闭合孔。
薄膜化学分析设备可进一步包括存储在至少一个腔室中的小磁性球 体;适于在主体下面快速运动的滑动器;和安装在滑动器上施加吸引力或 者推斥力到小磁性球体以使得小磁性球体能够运动的永久磁体,并且每当 通过旋转主体或者通过重复向前/向后旋转而永久磁体保持静止在腔室的相 应半径处而使得球体面对永久磁体时,在腔室中的小磁性球体通过来自磁 体的吸引力而一起运动,以使得引起腔室中的液体混合。
薄膜化学分析设备可进一步包括存储在至少一个腔室中的小磁性球 体;适于在主体下面快速移动的滑动器;和安装在滑动器上以施加吸引力 或者推斥力到小磁性球体以使得小磁性球体可以移动的永久磁体,通过旋 转主体同时永久磁体保持静止在腔室的相应半径处,腔室中的小磁性球体 振动,以使得引起腔室中的液体混合。
薄膜化学分析设备可进一步包括存储在至少一个腔室中的小磁性球 体;适于在主体下面快速移动的滑动器;和安装在滑动器上以施加吸引力 或者推斥力到小磁性球体以使得小磁性球体可以移动的电磁体,并且通过 电磁体的开/关控制或者通过改变磁场方向,腔室中的小磁性球体振动,以 使得引起腔室中的液体混合。
至少一个腔室之间的流体运动可以通过由主体的旋转所致的离心力, 通过由亲水通道表面引起的亲水流体运动,通过由薄膜阀的重复打开/闭合 引起的泵送流体运动,或者通过通道的毛细现象引起的流体运动进行。
薄膜化学分析设备可进一步包括用于控制薄膜阀打开/闭合的薄膜阀打 开/闭合装置;和阀搜索装置,阀搜索装置的上部耦合到薄膜阀打开/闭合装 置以使得待打开的薄膜阀能够被选取,并且至少一个腔室之间的流体运动 通过当阀搜索装置重复选择薄膜阀时产生的泵送力进行。
泵送力可以通过在主体的旋转过程中每当薄膜阀打开/闭合装置的位置 与薄膜阀的位置重合时打开薄膜阀的脉冲阀操作而产生。
薄膜化学分析设备可进一步包括用于在主体的旋转过程中防止离心力 导致流体从腔室渗漏的液体阀。
当以主体的旋转中心作为基准观看时,液体阀可以是U或者V形通道。
液体阀可以具有用亲水材料处理过的表面,并且当主体停止时,在主 体的旋转过程中通过液体阀保持在腔室中的流体可以通过亲水性流体运动 而移动到不同的腔室。
薄膜化学分析设备的至少一个腔室可包括多余腔室以使得当多余的流 体注入到不同的腔室中时,多余的流体存储在多余腔室中并且不同的腔室 存储预定量的流体。
薄膜化学分析设备的至少一个腔室可包括连接在多余腔室和不同的腔 室之间的定量通道以在主体的旋转过程中转移多余流体。
薄膜化学分析设备的至少一个腔室可以具有当以主体的旋转中心作为 基准观看时倒V类型的楔形形状,并且破裂阀可安置在腔室中的楔形部分 的末端上,液压集中在末端。
楔形腔室可用作用于从被分析物制备样品的制备腔室,并且安装在楔 形部分的末端的破裂阀可以具有足够的闭合强度以使得在离心作用期间破 裂阀不被打开。
薄膜化学分析设备可进一步包括安置在通道中以分离样品的过滤器
过滤器可以是具有微孔的膜或者多孔过滤器。
样品可以通过在主体旋转过程中每当薄膜阀打开/闭合装置的位置与薄 膜阀的位置重合时打开薄膜阀的脉冲过滤操作进行分离以使得由于离心力 样品从薄膜阀排出并通过过滤器。
薄膜化学分析设备可包括能够通过乳剂光致聚合方法转变为过滤器的 乳剂和形成在通道位置的过滤器腔室,过滤器形成在通道中,同时与其相 交。过滤器可形成在过滤腔室中。
薄膜化学分析设备可包括用于控制腔室的反应温度的温度控制装置。
温度控制装置可包括温度测定装置、加热装置和冷却装置。
薄膜化学分析设备的至少一个腔室可包括至少一个用于从被分析物制 备样品的制备腔室;用于扩增(amplifying)样品的扩增腔室;用于临时存储 在制备腔室中获得的样品或者存储用于稀释样品或者耦合到样品中的目标 物质的示踪剂的稀释缓冲液的缓冲腔室;具有固定探针以与样品一起经历 生物学或者生物化学反应的化验场所;存储分析所需的酶或者缓冲溶液的 液体存储腔室;用于临时存储来自液体存储腔室的酶或者缓冲溶液并供应 酶或者缓冲溶液到不同腔室的试剂腔室;用于收集在脱水处理或者清洗处 理过程中产生的废物的弃物腔室;用于存储不同腔室的清洗处理所需的清 洗溶液的清洗腔室;和用于供应预定数量的样品到不同腔室的定量腔室。
制备腔室可额外地具有辅助制备腔室和制备孔以使得样品能够从离心 分离的被分析物分离。
示踪剂可以处于液相或者包括固相颗粒。
示踪剂可以是夜光示踪剂。
固相颗粒可以是通过将液相示踪剂转化为小片、球体、颗粒或者粉末 获得的固体颗粒,或者通过将液相示踪剂转化为形成在多孔垫上的冻干形 式获得的粒子。
样品在制备腔室中的制备可以通过利用主体的高速旋转产生的离心作 用而进行。
在缓冲腔室中的稀释缓冲液可以经由缓冲腔室的试剂注射孔供应,或 者通过破裂阀打开操作从存储稀释缓冲液的液体存储腔室供应。
化验场所可以存储用于反应分析的试剂。
化验场所可以包括硝化纤维膜、尼龙膜或者多孔膜和固定在膜上的俘 获探针。
化验场所可以存储用于反应分析的试剂,或者包括多孔膜和固定在其 上的俘获探针。
用于反应分析的试剂可包括固相颗粒。
当破裂阀打开时,存储在液体中的稀释缓冲液可以将固相颗粒转化为 液相试剂或者示踪剂。
固相颗粒可包括存储在多个化验场所的多种不同的固相颗粒以分别用 于多种类型的生物化学反应分析,并且多种不同的固相颗粒可以通过单一 类型的稀释缓冲液转化为液相试剂。
用于存储稀释缓冲液的液体存储腔室可以具有对应为多个化验场所的 每一个确定的固相颗粒稀释率的容积。
液体存储腔室可包括构成腔室底部的下基底;构成侧表面和腔室的顶 部部分以使得腔室的外周边高度小于中心高度的中基底;通过毛细现象注 入到腔室中并集中在腔室的外周边的液体;和在液体注射后耦合以构成腔 室顶部的剩余部分的上基底。
特别地,液体存储腔室可包括中基底和上基底,中基底可包括用于提 供液体存储空间的腔室和用于注射液体到腔室中的上开口,中基底的腔室 的外周边的高度可小于腔室中心的高度以使得当液体经由开口注入腔室中 时,液体由于毛细现象集中在腔室的外周边,并且上基底可在液体完全注 射到腔室中后耦合到中基底以使得液体存储腔室的顶部得以密封。
定量腔室可安置在同心通道和化验场所之间,定量腔室和同心通道可 以通过样品的亲水流体运动经由同心通道充注样品,并且至少一个腔室可 进一步包括在同心通道的末端的溢流腔室以使得在主体旋转过程中充注同 心通道的一部分样品通过离心力抽出,而样品的不同部分保持在定量腔室 中。
当安置在定量腔室和化验场所之间的同心薄膜阀在主体旋转过程中通 过脉冲阀操作同时打开时,在定量腔室中的样品可以运动到各个化验场所。
定量腔室可包括涂覆有亲水材料的扇区(sector)通道,并可以在样品的 亲水性流体运动过程中充注样品。
扇区通道可以具有当将主体旋转中心作为基准观看时的倒V或者U形 状以使得在主体的旋转过程中样品被隔离在各扇区通道中,而不会运动到 相邻的化验场所。
化验场所可包括多孔膜,作为涂层形成在多孔膜表面的交错电极和固 定在交错电极之间的空的空间内的俘获探针;多孔膜和俘获探针固定在多 孔膜上;形成在基底上的微孔和固定在微孔上的俘获探针;或者待固定的 俘获探针和用于在期望的时间固定俘获探针到基底的固定装置。
化验场所可包括多孔膜和固定在多孔膜上的探针,薄膜化学分析设备 可进一步包括用于在取样后存储待注入到化验场所中的有效(virtual)样品以 有利于样品的扩散的有效样品存储腔室。
有效样品可以具有低于样品的扩散速率或者具有高于样品的粘性。有 效样品可以是具有加入到溶液中的甘油的清洗溶液。
化验场所可包括多孔膜和作为线或者点类型的测试线固定在多孔膜上 的各种类型的肿瘤标记或者疾病标记,固定的标记可以具有整体条状形状 以使得允许整个流体的横向流动或者流动通过。
薄膜化学分析设备可进一步包括对应标记位置的标记位置线或者限定 条的边缘的边缘线。
对应化验场所的上基底可以进行不透明处理以使得当用光照射上基底 时降低散射和噪音。
多孔膜可以包括至少一个共轭垫和样品垫。
肿瘤标记或者疾病标记可以选自包括AFP、PSA、CEA、CA19-9、CA125、 CA15-3、专门用于Alzheimer疾病的标记和心肌梗塞标记的组。
化验场所可进一步包括用于固定在多孔膜上的基准线和控制线的俘获 探针。
基准线的反应密度可以确定为截止值。
基准线的截止值可以是3ng/ml、4ng/ml、10ng/ml、20ng/ml、30ng/ml、 40ng/ml或者50ng/ml。
定性或者定量分析可以基于在基准线和测试线之间的反应强度不同而 进行。
定性或者定量分析可以基于条和测试线的背景之间的反应强度不同而 进行。
定性或者定量分析可以基于通过由多个基准线建立的关于反应强度的 线性函数确定的测试线的反应强度进行。
定性或者定量分析可以基于由基准线和控制线建立的关于反应强度的 线性函数确定的测试线的反应强度进行。
主体可以包括结合温度测定功能、加热功能或者化验场所读取功能的 集成无线RF IC。
主体可包括用于存储关于杀虫剂残留物测试或者抗菌素残留物测试的 信息的集成无线RF IC。
信息可以存储在结合在无线RF IC中的存储器中。
信息可以与测试日期、测试结果、失效日期、目标产品区域、产品ID、 产品历史、流通历史、农民接触、价格或者产品是否是有机的相关。
主体可包括位于其表面上的CD或者DVD光学层。
CD或者DVD光学层可以包括保护层、反射层和数据层。
数据层可包括凹坑、色素层或者相变物质层。
数据层可以包括关于薄膜化学分析设备的版本、制造日期、协议、分 析算法、用于读取的标准控制值、化验场所位置、生物信息、自诊断、人 员安全、ID、测试结果或者历史的信息。
薄膜化学分析设备可进一步包括用于检测至少一个腔室中的反应的检 测装置。
检测装置可以是包括光源装置和光检测器的分光光度计。
薄膜化学分析设备可进一步包括耦合到检测装置以使得从至少一个腔 室进行选择的腔室搜索装置。
检测装置可以是图象传感器装置,薄膜化学分析设备可进一步包括用 于照亮图象传感器装置的LED。
LED可以是发出各种波长的光的多色LED,图象传感器装置可以适于 测量关于各种波长的光的颜色强度和基于波长和颜色强度之间的二维轮廓 分析反应。
薄膜化学分析设备可以与生物机器人跑步机、按摩器、清洗盆、售 货机或者体脂肪测量装置结合。
生物机器人可以具有在手指状部分上的刺血针装置以使得样品血液可 以装载到主体的样品注射孔中。
根据本发明的另一方面,提供一种用于杀虫剂残留物测试的薄膜化学 分析设备,其包括至少一个适于存储杀虫剂残留物测试或者抗菌素残留物 测试所需的流体或者进行杀虫剂残留物测试的至少一个腔室;用于腔室的 流体连接的通道;适于进行与试剂的反应的化验场所;安置在通道之间或 内部并连接到通道的孔;具有集成到主体中的腔室、通道、化验场所和孔 的可旋转主体;具有用于闭合孔和密封流体在腔室中的密封装置的破裂阀, 密封装置通过由主体的旋转产生的离心力从孔撕开以使得孔被打开;和适 于分别打开/闭合孔的薄膜阀,其中化验场所包括用于测量关于从被分析物 获得的样品的反应强度的样品膜;以及用于确定反应强度的零点作为空白 测试(blank test)的控制膜。
至少一个腔室可包括用于从被分析物制备适于杀虫剂残留物测试的样 品的至少一个制备腔室;用于存储当破裂阀打开时转移到制备腔室中以从 被分析物提取样品的样品提取液体的样品提取液体存储腔室;用于临时存 储在制备腔室中获得的样品或者存储用于稀释样品或者待耦合到样品中的 目标物质的示踪剂的稀释缓冲液的缓冲腔室;用于存储分析所需的酶或者 缓冲溶液的液体存储腔室;用于收集在清洁处理过程中产生的废物的弃物 腔室;用于临时存储来自液体存储腔室的酶或者缓冲溶液并供应酶或者缓 冲溶液到不同的腔室的试剂腔室;用于供应控制液体到控制膜的控制液体 存储腔室;和用于供应预定量的样品到不同的腔室的定量腔室。
液体存储腔室可包含稀释缓冲液,而试剂腔室或者缓冲腔室包含固相 试剂颗粒,当破裂阀打开时,存储在液体存储腔室中的稀释缓冲液可以被 提供给试剂腔室或者缓冲腔室,而存储在试剂腔室或者缓冲腔室中的固相 试剂颗粒可以溶解在稀释缓冲液中并变为液相试剂。
流体的移动可以通过在主体的旋转过程中每当薄膜阀的位置与薄膜阀 打开/闭合装置的位置重合时打开薄膜阀的脉冲阀操作而进行,通过亲水性 流体运动进行,通过毛细流体运动进行,或者通过泵送流体运动进行。
薄膜化学分析设备可进一步包括用于防止在主体的旋转过程中离心力 导致流体从腔室渗漏的液体阀。
当将主体旋转中心作为基准观察时,液体阀可以是U或者V形的。
液体阀可以具有用亲水材料处理过的表面,主体停止时,在主体的旋 转过程中通过液体阀保持在腔室中的流体可以通过亲水性的流体运动移动 到不同的腔室。
主体可包括用于存储有关杀虫剂残留物测试或者抗菌素残留物测试的 信息的集成无线RF IC。
该信息可以存储在集成在无线RF IC中的存储器中。
该信息可以与测试日期、测试结果、失效日期、目标产品区域、产品 ID、产品历史、流通历史、农民接触、价格或者产品是否为有机的有关。
关于化验场所的测试结果可以显示在电脑监视器上,可以对相应的政 府机构或者食品商的服务器通过互联网自动或者人工地远程访问以使得测 试结果和历史存储在服务器中,或者关于测试结果的授权可以从政府机构 接收并记录在主体上的RF IC上。
杀虫剂残留物可以是基于有机磷或者基于甲酸盐的杀虫剂。
样品膜可包括用于检测基于氨基甲酸盐杀虫剂的乙酰胆硷酯酶 (AChE)。
根据本发明的薄膜化学分析设备的特征在于,在盘装置(例如 CD-ROM,DVD)的情形下,主体是薄膜类型的。存储在液体存储腔室中的 流体的流动和流速优选地通过选自液压破裂阀、粘性破裂阀和塞子破裂阀 的破裂阀控制。处理腔室之间的流体流动和流动比率优选地通过薄膜阀、 破裂阀或者二者的组合进行控制。
根据本发明的薄膜化学分析设备和使用该设备的分析方法适用于诊断 和检测流体中的少量生物材料或者化学物质的薄膜类型设备,例如芯片上 实验室、蛋白质芯片或者DNA芯片。特别地,本发明的薄膜化学分析设备 适于集成到传统的薄膜盘(例如CD-ROM、DVD)中。
根据本发明的薄膜化学分析设备和使用该设备的分析方法适用于诊断 和检测流体中的少量生物材料或者化学物质的薄膜类型设备,例如已经应 用ELISA/CLISA的芯片上实验室,或者已经应用快速测试方法的芯片上实 验室,或者用于食物有毒细菌测试、抗菌素残留物测试、杀虫剂残留物测 试、转基因食物测试、食品过敏测试、污染测试、亲子测试、肉类测试或 者产品位置识别测试的芯片上实验室。
表示特征地,杀虫剂残留物测试涉及基于有机磷和基于氨基甲酸盐的 杀虫剂,其是用于蔬菜和水果的最常用的杀虫剂。
本发明的特征在于,生物材料是至少一种选自包括DNA、寡核苷酸、 RNA、PNA、配位体、受体、抗原抗体、乳、尿、唾液、毛发、农产品 样品、肉样品、鱼样品、样品、受污染的水、家畜样品、食物样品、口 腔细胞、组织样品、精液、蛋白质和生物学物质的组的材料。
如果被分析物是尿,薄膜化学分析设备可以分析白细胞、血液、蛋白 质、亚硝酸盐、pH、比重、葡萄糖抗坏血酸维生素C、尿胆素原和 胆红素。
当被分析物是毛发时,与使用血液或者尿相比,分析是有利的,因为 可能更精确地测量体内的营养素和毒性物质(例如矿物质)累积的历史性 记录。特别地,分析结果能够准确地告诉无机材料是否已经长期摄取过多 或者不足,有毒重金属的量等,如本领域通常所知的。
根据本发明的另一方面,提供一种使用薄膜化学分析设备的分析方法, 该薄膜化学分析设备包括至少一个腔室;用于腔室的流体连接的通道;安 置在通道之间或者内部并连接到通道的孔;具有集成到主体内的腔室、通 道和孔的可旋转主体;具有用于闭合孔和密封流体在腔室内的密封装置的 破裂阀;和适于可逆地打开/闭合通道的薄膜阀,所述分析方法包括通过主 体旋转产生的离心力从孔撕开密封装置以使得破裂阀被打开的步骤。
根据本发明的分析方法,其特征在于,用于存储液体在主体中的液体 存储腔室被单独提供,以使得当盘被初次使用时,破裂阀被打开以将存储 在液体存储腔室中的液体移动到相应的试剂腔室。液体存储腔室通过选自 液压破裂阀、粘性破裂阀和塞子破裂阀的破裂阀打开。薄膜阀控制阀打开/ 闭合和每当每个处理开始和结束时试剂和处理腔室的流速。流体运动通过 盘的旋转力产生的离心力,通过毛细现象或者通过涂覆有亲水材料的通道 进行。
该分析方法可进一步包括步骤:打开破裂阀以使得存储在液体存储腔 室中的流体转移到不同的腔室;和控制连接到串联在通道内的破裂阀的薄 膜阀,破裂阀安置在通道中,以使得通道被可逆地打开/闭合。
该分析方法可进一步包括控制主体的旋转速度以产生对应密封装置的 闭合强度和打开破裂阀的离心力的步骤。
该分析方法可进一步包括控制施加到破裂阀的热量以打开破裂阀的步 骤。
该分析方法可进一步包括通过主体的旋转产生的离心力,通过亲水通 道表面,通过由重复地打开/闭合薄膜阀产生的泵送力,或者通过通道的毛 细现象移动流体的步骤。
密封装置可以是孔闭合膜、油脂、油脂涂覆颗粒或者塞子。
该分析方法可进一步包括步骤:打开破裂阀以供应存储在液体存储腔 室中的稀释缓冲液到试剂腔室;和通过稀释缓冲液溶液溶解存储在试剂腔 室中的固相试剂颗粒以使得颗粒变为液相试剂。
该分析方法可进一步包括搜索待打开/闭合的阀以使得破裂阀或者薄膜 阀被选择性地打开/闭合的步骤。
该分析方法可进一步包括通过磁力移动包含在腔室内的小磁性球体以 使得腔室内的液体被混合的步骤。
该分析方法可进一步包括防止离心力导致流体从在主体的旋转过程中 通过利用当将主体旋转中心作为参考进行观察时具有U或者V形状的液体 阀打开的腔室渗漏的步骤。
该分析方法可进一步包括通过利用设置在通道中的过滤器分离样品的 步骤。
该分析方法可进一步包括控制腔室的反应温度的步骤。
该分析方法可进一步包括步骤:搜索和选择特定的腔室;和检测化验 场所的反应结果。
检测步骤可通过分光光度计进行,通过分光光度计进行的化验场所分 析可基于通过步进电机或者连接到步进电机的齿轮的主体旋转角控制或者 基于角向阀搜索在腔室搜索步骤之后进行,或者可以基于通过缓冲腔室对 化验场所空间寻找进行以使得在主体旋转过程中腔室中的样品的吸光率连 续地测量。
分光光度计的光源或者光源装置可以是白色LED、RGB激光或者具有 多个集成到模块中的激光二极管激光二极管模块。
通过分光光度计的化验场所读取可包括以下步骤:将通过分光光度计 的光源装置获得的预定波长的光传输通过具有集成到主体内的上基底中或 者集成到化验场所中的反射层的薄膜化学分析设备的化验场所;和通过光 检测器检测由反射层反射的光以测量化验场所中的样品的吸光率。
通过分光光度计的化验场所读取可以包括以下步骤:通过集成到主体 中的光检测器检测样品的吸光率以获得读取结果;和通过集成到主体中的 无线RFIC接收读取结果以无线传输读取结果到外面。
分析方法可进一步包括高速旋转主体以从被分析物分离样品的步骤。
分析方法可进一步包括以下步骤:高速旋转主体以通过离心力从被分 析物分离样品;通过将分离的样品移动到缓冲腔室混合分离的样品和缓冲 腔室中的稀释缓冲液或者示踪剂;打开薄膜阀以使得缓冲腔室中的样品通 过同心通道、定量通道或者扇区通道进行亲水性的流体移动;和通过打开 破裂阀或者通过薄膜阀的脉冲阀操作打开薄膜阀以使得定量腔室或者扇区 通道中的样品流到每个化验场所并在化验场所中经历与试剂的生物化学反 应。
分析方法可进一步包括以下步骤:旋转主体以使得充注同心通道的一 部分样品通过离心力完全移动到溢流腔室,而不同部分的样品仅保持在定 量腔室中。
分析方法可进一步包括以下步骤:打开破裂阀以使得存储在稀释缓冲 存储腔室中的稀释缓冲液被转移到化验场所;和通过转移的稀释缓冲液在 化验场所溶解固相颗粒。
分析方法可进一步包括以下步骤:在混合步骤之前通过破裂阀打开稀 释缓冲腔室而为缓冲腔室供应缓冲液或者示踪剂。
连接缓冲腔室到同心通道或者到扇区通道的通道可包括用于防止在主 体旋转过程中液体渗漏的液体阀,并且该分析方法可进一步包括在主体停 止时通过亲水性的流体运动将在主体的旋转过程中通过液体阀保持在缓冲 腔室中的样品移动到同心通道或者扇区通道的步骤。
分析方法可进一步包括以下步骤:通过加入清洗液清洗化验场所;和 高速旋转主体以脱水和干燥化验场所。
分析方法可进一步包括以下至少一个步骤:定性或者定量分析化验场 所的反应结果;在电脑监视器上显示对应分析的诊断结果;通过互联网连 接远程传输诊断结果或者医疗检查表给医生;和从医生处接收处方
分析方法可进一步包括以下步骤:通过薄膜阀的脉冲阀操作或者脉冲 过滤操作转移离心分离的样品到缓冲腔室。
分析方法可进一步包括以下步骤:当传统的光盘或者不能识别的薄膜 化学分析设备被装载到薄膜化学分析设备驱动器上时提供用户需要退出的 消息或者警告消息。
根据本发明的利用薄膜化学分析设备的示例性分析方法包括以下步 骤:(a)通过样品注射装置将包含核酸的样品注射到制备腔室中;(b)进行从 样品提取DNA或者RNA的制备处理;(c)将在制备处理过程中提取的DNA 或者RNA转移到扩增腔室;(d)通过从第一试剂腔室转移包含在扩增腔室中 扩增DNA或者RNA所需的酶和缓冲溶液的试剂到扩增腔室进行扩增处理; (e)在扩增处理结束后转移扩增的DNA到化验场所;(f)通过从第二试剂腔室 转移包含化验场所的杂交反应过程所需的酶和缓冲溶液的试剂到化验场所 进行化验场所的杂交反应过程;和(g)在杂交反应过程结束后收集在杂交反 应处理过程中产生的废物。
在第一和第二试剂腔室中的酶和缓冲溶液可通过打开破裂阀从将其单 独存储的液体存储腔室供应。
清洗步骤可进一步包括通过打开薄膜阀将第三试剂腔室中的清洗溶液 加入到化验场所以使得化验场所得以清洗的步骤。
第三试剂腔室中的清洗溶液可以通过打开破裂阀从将其单独存储的液 体存储腔室供应。
特别地,在利用清洗溶液的清洗步骤中,存储在液体存储腔室中的清 洗溶液通过打开破裂阀转移到第三试剂腔室并通过打开第三试剂腔室的薄 膜阀导向到化验场所以使得化验场所得以清洗。
清洗步骤可进一步包括通过旋转盘而干燥和脱水化验场所的步骤。在 脱水和干燥处理过程中产生的废物通过离心力收集在弃物腔室中。
根据本发明的利用薄膜化学分析设备的另一示例性分析方法包括以下 步骤:通过高速旋转薄膜化学分析设备从血液分离样品(血清或者血浆);将 样品导向到存储示踪剂并进行培育的第一缓冲腔室中以使得抗原和示踪剂 组成示踪剂抗原连接体;将示踪剂抗原连接体移动到化验场所;在静止条 件下培育薄膜化学分析设备以使得示踪剂抗原连接体经历与俘获抗体(免疫 探针)的抗原抗体反应;和加入清洗溶液以清洗化验场所或者在高速下旋转 主体以干燥和脱水化验场所。
根据本发明的利用薄膜化学分析设备的另一示例性方法包括以下步 骤:通过在高速下旋转薄膜化学分析设备从血液分离样品(血清(血浆)或者 抗原);将样品导向存储稀释缓冲液的第一缓冲腔室并混合样品和稀释缓冲 液以获得稀释的样品;将稀释的样品移动到化验场所;在静止条件下培育 薄膜化学分析设备以使得稀释的样品经历与俘获抗体(免疫探针)的抗原抗 体反应;和加入清洗溶液以清洗化验场所或者在高速下旋转主体以干燥和 脱水化验场所。
有益技术效果
根据本发明的薄膜化学分析设备和利用该设备的分析方法适用于诊断 和检测流体中的少量物质的薄膜类型设备,例如芯片上实验室、蛋白质芯 片或者DNA芯片。特别地,本发明的设备和方法适于集成到薄膜例如传统 的盘装置(例如CD-ROM,DVD)中。该设备和方法可以有利地解决长期的 流通和存储期间环境因素(例如温度)引起的密封问题并容易和快速地检测 被分析物。
附图说明
本发明的前面的和其它目的、特征和优点从下面结合附图的详细描述 中变得更明显,其中:
图1和2示出根据本发明的实施例的利用安装在薄膜化学分析设备的 主体内部的微珠的阀,示出了在阀分别打开和闭合时的情形;
图3示出根据本发明的实施例的利用安装在薄膜化学分析设备主体内 部的薄膜胶带的液压破裂阀的分解平面视图、截面侧视图和平面视图;
图4示出当孔闭合膜打开时液压破裂阀的截面侧视图;
图5示出根据本发明的实施例的利用嵌入在薄膜化学分析设备的主体 内部的油脂的粘性破裂阀的平面视图和截面侧视图;
图6分别示出当孔分别被油脂闭合和打开时的粘性破裂阀;
图7示出根据本发明的实施例的利用安装在薄膜化学分析设备的主体 内部的塞子的塞子破裂阀的平面视图和截面侧视图;
图8和9示出根据本发明的另一实施例的利用球作为其塞子的塞子 破裂阀,分别示出了当阀分别闭合和打开时的清形;
图10示出具有不同形状的钢球的例子;
图11示出根据本发明的实施例的薄膜化学分析设备的截面和平面视 图,以及用于驱动和控制该设备的薄膜化学分析设备驱动器的截面视图;
图12是根据本发明的实施例的设置有BOPM、永久磁体和接触类型接 口装置的滑动器的顶部视图;
图13示出根据本发明的实施例的用于驱动和控制图11所示的薄膜化 学分析设备的薄膜化学分析设备驱动器的侧视图;
图14示出根据本发明的实施例的利用光栅镜的分光光度计;
图15-17示出根据本发明的实施例的用于通过利用分光光度计读取薄 膜化学分析设备上的化验场所的方法;
图18-23示出根据本发明的实施例的适于有关基于生物材料之间的抗 原-抗体反应或者特定的生物化学反应完成的芯片上实验室的一系列处理的 薄膜化学分析设备;
图24和25示出根据本发明的实施例的适于关于具有并行安置在不同 扇区上的化验场所以分析关于单一样品的各种类型的生物化学反应的芯片 上实验室的一系列处理的薄膜化学分析设备;
图26示出根据本发明的另一实施例的适于关于用于ELISA或者CLISA 的芯片上实验室的一系列处理的薄膜化学分析设备;
图27示出根据本发明的实施例的使用破裂阀的制备腔室;
图28示出根据本发明的实施例的用于制造用于注射和存储液体的液体 存储腔室的处理过程;
图29示出根据本发明的另一实施例的适于关于用于杀虫剂残留物测试 的芯片上实验室的一系列处理的薄膜化学分析设备;
图30和31示出根据本发明的实施例的用于防止在薄膜化学分析设备 的高速旋转过程中的液体渗漏的液体阀;
图32-34示出根据本发明的实施例的具有固定到多孔膜的各种肿瘤标 记作为线或者点的条;
图35示出根据本发明的实施例的在薄膜化学分析设备的化验场所内部 的图32-34所示的条的安装的例子;
图36示出根据本发明的实施例的适于薄膜化学分析设备的前部装载或 者顶部装载的薄膜化学分析设备驱动器;
图37示出根据本发明的实施例的配备有图36所示的薄膜化学分析设 备驱动器的跑步机和体脂肪测量设备;
图38示出根据本发明的实施例的配备有图36所示的薄膜化学分析驱 动器的生物机器人或者机器人人体模型;和
图39示出根据本发明的实施例的具有配备有微孔的安装在其出口处的 过滤器的薄膜阀。

具体实施方式

在此及后,将参照附图描述本发明的示例性实施例。
图1和2示出根据本发明的实施例的利用安置在薄膜化学分析设备100 的主体内部的微珠的阀,示出了当该阀分别打开和闭合时的情形。
参照图1和2,根据本发明的实施例的薄膜阀使用薄膜类型圆柱永久磁 体。
主体包括上基底1、中基底2、下基底3、用于存储缓冲溶液的腔室和 用于通道互连的孔,在注射模制处理过程中其中每个基底形成用于使得流 体能够在基底表面上流动的多个通道。这些部件紧固并附着到彼此以组成 薄膜化学分析设备。
图1对应其中薄膜类型圆柱永久磁体70a闭合孔10a并断开通道16a 的情形。图2对应其中孔10a打开以连接通道16a的情形。当通道通过闭合 孔10a而被断开时,如图1所示,下永久磁体5a远离孔10a的中心移动以 使得上永久磁体4a在向上方向吸引薄膜类型圆柱永久磁体70a,从而闭合 孔10a。
同样地,阀通过上永久磁体4a和薄膜类型圆柱永久磁体70a之间的吸 引力闭合。另一方面,当孔10a被打开以连接通道16a时,如图2所示,位 于主体100下面的可移动永久磁体5a向着孔10a的中心移动以在向下方向 吸引薄膜类型圆柱永久磁体70a。特别地,阀被打开,因为下永久磁体5a 和薄膜类型圆柱永久磁体70a之间的吸引力强于上永久磁体4a和薄膜类型 圆柱永久磁体70a之间的吸引力。
当下永久磁体5a强于上永久磁体4a时,该打开/闭合实现。或者,薄 膜类型圆柱永久磁体70a和下永久磁体5a之间的距离设置为小于薄膜类型 圆柱永久磁体70a和上永久磁体4a之间的距离。
根据本发明,下永久磁体5a优选地包括电磁体或者可移动永久磁体。 考虑到狭窄通道16a形成在盘中以使得流体能够移动通过它们,上基底1 具有形成在其中的排出端口12以使得流体可以不接受压力地适当地移动通 过通道。
根据本发明的薄膜化学分析设备的腔室优选地具有用于排出由于流体 运动所致的气压的排出端口。更优选地,排出端口定位在与流体流动方向 相反的方向(也就是与离心力相反)。
图3-10示出根据本发明的实施例的破裂阀。
图3示出根据本发明的实施例的利用安置在薄膜化学分析设备的主体 内部的薄膜胶带的液压破裂阀分解平面视图、截面视图和平面视图。参照 图3,主体包括上基底1、中基底2、下基底3、用于存储缓冲溶液的液体 存储腔室11a、试剂腔室11b和用于通道16a的互连的孔10b,其中在注射 模制处理过程中,基底形成用于使得流体在基底表面上流动的通道16a。
基底1、2和3通过薄膜胶带1a和2b紧固和附着到彼此以组成薄膜化 学分析设备100。
特别地,上和中基底1和2组成腔室11a和11b。下基底3具有以预定 深度雕刻的通道16a以连接液体存储腔室11a和试剂腔室11b。孔10b形成 在通道16a的一端以使得液体存储腔室11a和试剂腔室11b可以彼此连接。 孔10b通过孔闭合膜13a闭合,当基底1、2和3被附着并组装时,孔闭合 膜13a通过薄膜胶带2a形成在孔10b附近。
孔闭合膜13a闭合孔10b以使得其在流通和存储期间完全密封。在使 用过程中,主体100高速旋转,产生的离心力使得包含在液体存储腔室11a 中的流体建立起其自己的液压,该液压撕开孔闭合膜13a,从而打开孔10b。 结果,流体移动到试剂腔室11b。孔闭合膜13b足够柔韧以适应自身由于环 境因素(例如温度)产生的膨胀和收缩。这是有利的,因为在流通和存储期间, 很难发生由于液体的蒸发和对流或者由于主体的膨胀和收缩所致的密封问 题。
本发明的特征在于,当基底1、2和3通过薄膜胶带1a和2b彼此紧固 而组装时,孔闭合膜13a形成在孔10b附近。
根据另一方面,本发明的特征在于,因为当孔被薄膜胶带闭合时产生 的闭合强度与孔闭合膜13a和基底之间的附着区域14成比例,具有不同水 平的闭合强度的多个液压破裂阀安装在薄膜化学分析设备100中,并且, 当阀在期望的时间打开时,产生离心力以获得超过相应阀的孔闭合件13b 的闭合强度的液压以使得孔10b选择性地或者单独地打开。
图4示出根据本发明的实施例的当孔闭合膜打开时利用安置在薄膜化 学分析设备的主体内部的薄膜胶带的液压破裂阀的截面侧视图。
参照图4,当主体旋转时液体建立起液压,并且产生的压力撕开孔闭合 膜13a,从而打开孔10b。结果,存储在液体存储腔室11a中的液体(未示出) 移动到试剂腔室11b。
本发明的特征在于,薄膜通道64优选地通过具有通道形状设计的薄膜 胶带形成在基底1、2和3的层之间。
基底1,2和3通过薄膜胶带紧固从而附着到彼此以形成薄膜化学分析 设备100。特征地,薄膜通道64形成在基底层之间的部分上,其中薄膜带 子被省略(例如图3中的标号63所表示的)。
薄膜通道64非常窄的事实有利于毛细现象。
图5示出根据本发明的实施例的利用嵌入在薄膜化学分析设备的主体 内部的油脂的粘性破裂阀的平面视图和截面侧视图,而图6示出当孔分别 被油脂打开和闭合时的粘性破裂阀。
主体包括上基底1、中基底2、下基底3、用于存储缓冲溶液的液体存 储腔室11a、试剂腔室11b和用于通道16a互连的孔10b,其中在注射模制 处理过程中每个基底形成用于使得流体在基底表面上流动的通道16a。这些 部件紧固并附着到彼此以形成薄膜化学分析设备100。油脂13b嵌入在孔 10b附近以将其闭合以使得孔10b在流通和存储期间被油脂13b完全密封。 如果在使用过程中由主体100的高速旋转产生的离心力超过通道16a和油 脂13b之间的粘结力,油脂13b向着辅助通道16b移动并打开孔10b。
根据另一方面,本发明的特征在于,因为当孔10b被油脂13b关闭时 产生的闭合强度与油脂13b的粘性或者油脂13b与通道16a之间的接触面积 成比例,具有不同水平的闭合强度的多个粘性破裂阀安置在薄膜化学分析 设备中,并且,当阀在期望的时间打开时,盘旋转以产生超过相应阀的闭 合强度的离心力以使得孔10b选择性地或者独立地打开。
油脂13b可用作固体颗粒上的涂层。或者,油脂13b可以与固体颗粒混 合。在这种情形下,固体颗粒的重量使得其较容易通过离心力打开阀。考 虑到油脂的闭合强度与固体颗粒的尺寸或者密度成反比,具有不同水平的 闭合强度的多个粘性破裂阀可以安装在薄膜化学分析设备中,并且,当阀 在期望的时间打开时,盘可以旋转以产生超过相应阀的闭合强度的离心力 以使得孔10b选择性地或者独立地打开。
参照图6,左半侧对应其中油脂13b闭合孔10b从而断开通道16a的情 形,而右半侧对应其中由于主体的旋转产生的离心力油脂13b从孔10b移动 到辅助通道16b从而打开孔10b的情形。
图7示出根据本发明的实施例的利用安置在薄膜化学分析设备主体内 部的塞子的塞子破裂阀的平面视图和截面侧视图。
主体包括上基底1、中基底2、下基底3、用于存储缓冲溶液的液体存 储腔室11a、试剂腔室11b和用于互连通道16a的孔10b,其中在注射模制 处理过程中每个基底形成用于使得流体能够在基底表面上流动的通道16a。 这些部件紧固并附着到彼此以形成薄膜化学分析设备100。塞子13c闭合孔 10b以使得其在流通和存储期间被完全密封。在使用中,由于主体的高速旋 转所致的离心力,塞子13c远离孔10b运动从而将其打开。
根据另一方面,本发明的特征在于,因为当孔通过塞子闭合时产生的 闭合强度与塞子的胶粘强度或者粘结强度成比例,具有不同水平闭合强度 的多个塞子破裂阀安置在薄膜化学分析设备中,并且,当阀在期望的时间 打开时,产生超过相应的阀的闭合强度的离心力以打开孔10b。
图8和9示出根据本发明的另一实施例的利用钢球作为其塞子的塞子 破裂阀,示出了当阀分别闭合和打开时的情形。
参照图8和9,使用钢球13c以闭合孔10b以使得其在使用期间通过离 心力自动打开。
参照图8,钢球13c与附着装置521a和521b一起闭合孔10b。
在附图中,标号521a表示用于紧固钢球13c的上表面到孔10b的附着 装置。为此,附着装置521a具有关于钢球13c的整个圆周的胶粘强度。
标号521b表示用于附着钢球13c的底面到下基底3的附着装置。附着 装置521b设计为具有关于钢球13c的整个圆周一半的胶粘强度以使得钢球 13c容易通过离心力释放。
参照图9,薄膜化学分析设备100装载在化学分析设备驱动器(未示出) 上并以高速旋转。在旋转过程中作用在钢球13c上的强的离心力使得钢球 13c克服附着装置521a和521b的胶粘强度而移动从而打开孔10b。
根据本发明的薄膜化学分析设备的特征在于,孔10b优选地通过钢球 13c和附着装置521a和521b之间的胶粘强度或者粘结强度闭合,而且离心 力使得钢球13c克服附着装置521a和521b的胶粘强度运动从而打开孔10c。
根据本发明的附着装置521a和521b优选地由用于柔软胶带的胶粘材料 制成。
图10示出具有不同形状的钢球的例子。
参照图10钢球13c优选地具有分别为三角形柱体和帽子形状的扩大的 头部520a,以使得用于闭合孔10b的钢球13可以由离心力容易地释放。在 这种情形下,仅钢球13c的上表面通过附着装置521a紧固并附着到孔10b。
根据另一实施例,孔10b自身涂覆有柔软橡胶材料以增加孔10b的闭 合度。或者,钢球13c涂覆有柔软橡胶材料、凝胶或者油脂材料。
图11示出根据本发明的实施例的薄膜化学分析设备的截面和平面视 图,以及用于驱动和控制该设备的薄膜化学分析设备驱动器的截面视图。
参照图5,关于芯片上实验室的一系列处理集成到薄膜中,例如传统的 盘装置(例如CD-ROM或者DVD)。
特别地,附图示出薄膜化学分析设备100的实施例,其具有适于存储 分析所需的各种缓冲溶液和进行各种化学处理的腔室、用于移动处理过的 流体和缓冲溶液的通道和用于控制通道的打开/闭合的薄膜阀和破裂阀,所 有的这些部件集成到薄膜盘以及用于控制和驱动薄膜化学分析设备100的 薄膜化学分析设备驱动器100a。
标号100表示薄膜化学分析设备的主体或者基底,其包括彼此堆叠的 上、中和下基底1,2和3、用于存储缓冲溶液的液体存储腔室、试剂腔室、 处理腔室和用于互连通道的孔,其中,在注射模制处理过程中,每个基底 形成用于使得流体能够在基底表面上流动的多个通道
这些部件紧固从而附着到彼此以形成薄膜化学分析设备100的主体, 如在名称为“A MICRO VALVE APPARATUS USING MICRO BEAD AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME”的韩国专利申请No. 10-2001-0031284(2001年5月31日)和名称为“A MICRO VALVE APPARATUS USING MICRO BEAD AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME”的PCT申请No.PCT/KR 02/01035(2002年5月31日)中公开 的。
处理腔室130,131,132,133,140,141,142和143的阀操作通过 薄膜阀70a,70b,70c,70d,70e,70f和70g实现,其中每个阀的打开/闭 合通过由永久磁体4a,4b和4c以及可移动永久磁体5a建立的磁力独立控 制。液体存储腔室150,151,152和153的阀操作通过标为71a,71b,71c 和71d的破裂阀实现。标为140,141,142和143的这些处理腔室对应试剂 腔室。
根据本发明,有两种用于在试剂腔室中制备液相试剂的方法。根据第 一方法,当薄膜化学分析设备旋转时,存储在液体存储腔室150,151,152 和153中的液相试剂通过破裂阀的打开操作移动到相应的试剂腔室。根据 第二方法,稀释缓冲液存储在液体存储腔室中,通过高度地浓缩试剂获得 的固相颗粒存储在试剂腔室中。当破裂阀打开时,稀释缓冲液移动到试剂 腔室。然后,固相颗粒溶解在稀释缓冲液中并转化为液相试剂。优选第二 方法,因为当试剂将长期存储在腔室中,作为固相颗粒,可以存储得更加 稳定。
如在这里使用的,固相颗粒表示通过将液相试剂或者液相示踪剂转化 为小片、球体、颗粒或者粉末而获得的固体颗粒,或者通过在多孔垫上冷 冻和干燥液相试剂或者液相示踪剂获得的固体颗粒。
标号120表示用于注射样品的分配器、移液管、模具、刺血针或者任 何样品注射装置。标号121表示样品注射孔。标号170表示盘孔。
标号130,131,132和133表示处理腔室。特别地,标号130表示适 用于从血液或者细胞制备DNA样品的制备处理,或者适于基于R-T(反转录) 从RNA制备DNA样品的制备腔室。标号131表示用于PCR(聚合体链反应) 处理或者DNA扩增处理的扩增腔室。标号132表示用于杂交处理,特别地, 具有附着到基底或者通过固定装置固定的俘获探针以分析和诊断在扩增处 理中扩增的DNA的化验位置的腔室。标号133表示用于收集在清洗处理过 程中产生的废物的弃物腔室。
标号150,151,152和153表示液体存储腔室。根据第一试剂制备方 法,腔室150存储包括扩增处理所需的各种酶(例如聚合酶、引子)的缓冲溶 液,腔室151和152存储杂交处理所需的各种酶,腔室153存储清洗处理 所需的清洗溶液。根据第二试剂制备方法,液体存储腔室150,151,152 和153存储稀释缓冲液。
标号211表示配备有可移动永久磁体5a并连接到用于驱动控制的滑动 器电机109的滑动器。
在制备处理、扩增处理、杂交处理和清洗处理的每一个开始和结束时 薄膜阀的打开/闭合控制通过围绕相应阀的孔移动永久磁体5a实现,永久磁 体5a安置在滑动器211上。流体运动是基于由盘的旋转产生的离心力或者 通道的亲水涂层。
标号103a表示用于播放传统光盘(例如CD,DVD)的光学拾取装置。 标号103b表示用于化验场所132的定量或者定性分析的化验场所读取装 置,例如光学透射测量装置,电化学、电容或者阻抗测量装置,荧光检测 装置,生物发光检测装置,图象传感器装置,生物凹坑检测装置、分光光 度计或者SPR(表面等离子共振)。光学拾取装置103a和化验场所读取装置 103b组成BOPM(生物光学拾取模块)装置103。
根据本发明的薄膜化学分析设备的特征在于,其具有安装在滑动器上 以使得能够关于薄膜阀和破裂阀进行空间寻址的BOPM装置103、用于控 制BOPM装置109的运动的滑动器电机109和激光束产生装置以及安装在 BOPM装置103上以控制阀的打开/闭合的薄膜阀打开/闭合装置(例如永久 磁体5a),BOPM装置的坐标移动基于滑动器电机控制而受控以选择性地、 单独地、或者独立地控制多个薄膜阀和破裂阀的打开/闭合。光学拾取装置 103a优选地用作激光束产生装置。
本发明的特征在于,薄膜阀打开/闭合装置优选地为安装在BOPM装置 上的永久磁体5a,并且,在滑动器的运动控制下,永久磁体5a能够在径向 方向运动,在二维坐标系的径向或者角向方向运动,或者在三维坐标系的 径向、角向或者向上/向下方向运动。
径向运动优选地是在滑动器电机的控制下进行。角向运动优选地通过 在心轴电机的短旋转控制下或者在步进电机的控制下旋转盘预定量而进 行,同时滑动器保持不动。步进电机优选地通过用于盘的角向方向的齿轮 连接并紧固到心轴电机轴。
向上/向下运动优选地通过连接到电机的齿轮连接装置由滑动器或者永 久磁体5a控制。
化验场所读取装置的各种实施例公开在名称为“BIO-DISK, BIO-DRIVERAPPARATUS,AND ASSAY METHOD USING THE SAME”的 韩国专利申请No.10-2002-0017558(2002年3月27日)和名称为“DIGITAL BIO-DISK(DBD),DBD DRIVER APPARATUS,AND ASSAY METHOD USING THE SAME”的韩国专利申请No.10-2005-0038765中。
标号240和241表示用于在薄膜化学分析设备100和BOPM103之间 的接触类型接口的装置,并安置在滑动器211上。
根据本发明的薄膜化学分析设备的特征在于,接触类型接口优选地提 供具有由中央控制器101产生的读取化验场所132所需的控制信号或者能 量的薄膜化学分析设备100。
标号240a和241a表示关于接触类型的接口单元240和241的连接器, 其电连接薄膜化学分析设备100到接触类型接口单元240和241。
标号110b表示用于连接各种控制信号到滑动器211上的BOPM103和 接触类型接口装置240和241的柔性电缆。柔性电缆110b通过晶片或者线 束110a连接到中央控制器101。
标号181表示在其上装载薄膜化学分析设备100的转盘。特别地,薄 膜化学分析设备100通过盘的中心孔170前端装载或者顶部装载到转盘181 上。
标号188表示存储器嵌入式无线RF IC或者电子标签装置,其包括关 于用于芯片上实验室处理的协议、分析算法、用于读取的标准控制值、化 验场所的位置和自我诊断以及生物信息学的信息。无线RF IC188还可存储 人员安全信息和薄膜化学分析设备的ID以使得未授权的人不能使用它。
无线RF IC188优选地为智能IC卡类型。无线RF IC188经由无线通信 提供给中央控制器101其自身的信息,其用于人员安全。标号110表示用 于为无线RF IC188提供能量无线电波发生器。来自无线电波发生器的无 线电波根据Fleming原理感应嵌入在无线RF IC188中的感应圈以使得产生 足够量的电力以给无线RF IC188供电。
根据本发明的薄膜化学分析设备的特征在于,无线RF IC188优选地集 成温度测量功能以使得其可以测量化验场所的温度并将其无线传输到位于 外面的中央控制器。如果化验场所的温度过高或者过低,加热或者冷却装 置可以用以控制温度在适当范围。根据本发明,考虑到生物化学活性和稳 定性,化验场所优选地保持30-37℃的温度范围。
根据本发明的薄膜化学分析设备的特征在于,无线RF IC188优选地包 含关于通过设备进行的杀虫剂和抗菌素残留物测试的日期和结果、失效日 期、农产品区域、生产培育历史、流通历史、农民接触、价格、有机/无机 等的信息。购买者和农产品流通人员可以使用该信息以获得可靠的农产品。 一般的消费者可以使得薄膜化学分析设备与RF IC读取器接触并将其装载 到薄膜化学分析设备驱动器中以获得关于其的信息。
根据本发明的薄膜化学分析设备的特征在于,无线RF IC188优选地将 薄膜化学分析设备的测试结果存储在嵌入在无线RF IC188中的存储器中。
薄膜化学分析设备的特征在于,其在其一个表面上具有光学层,其包 括保护层、反射层、数据层(凹坑或者颜料层,或者相变物质层),如传统的 CD或者DVD的情形,以使得该设备适于通过传统的光学拾取装置播放或 者记录。数据层包含关于薄膜化学分析设备的版本、制造日期、协议、分 析算法、用于读取的标准控制值、化验场所的位置和自我诊断以及生物信 息学信息。数据层可还存储个人安全信息和薄膜化学分析设备ID以使得没 有授权的人不能使用它。此外,数据层可记录和存储设备的分析结果和历 史信息以使得医院可以容易地管理患者的数据或者农产品的历史。
根据本发明的薄膜化学分析设备的特征在于,无线RF IC188优选地控 制化验场所读取装置并无线传输读取结果到位于外面的中央控制器101、存 储器装置或者输入/输出装置111。
根据本发明的薄膜化学分析设备的特征在于,输入/输出装置优选地遵 循USB(串行总线)的通信标准、IEEE1394、ATAPI、SCSI或者互联网通信 网络。
输入/输出设备111可以用以输入薄膜化学分析设备100的用户的身高、 体重、性别、年龄等。
图12是根据本发明的实施例的设置有BOPM 103、永久磁体5a和接触 类型接口装置240和241的滑动器的顶视图。
滑动器由连接到滑动器电机109的轴的蜗轮连接器109a和109b运动控 制。
滑动器适于通过利用滑臂108a和108b作为其导引器进行滑动。滑臂 108a和108b经由螺旋110a、110b、110c和110d连接到薄膜化学分析设备 驱动器100a的主体。标号110b表示柔性电缆,其通过晶片或者线束110a 连接。标号181表示通过心轴电机102旋转的转盘。
图13示出根据本发明的实施例的用于驱动和控制图11所示的薄膜化 学分析设备100的薄膜化学分析设备驱动器100a的侧视图。
在滑动器211上的接触类型接口装置240和241连接并提供读取薄膜 化学分析设备100上的化验场所所需的控制信号。接触类型接口240和241 的一端固定地连接到滑动器211,另一末端基于滑动器211运动控制紧固并 电连接到薄膜化学分析设备100上的连接器240a和241a。
标号300表示支撑薄膜化学分析设备驱动器100a的主体。薄膜化学分 析设备驱动器100a具有定位在其底面上并连接/紧固到薄膜化学分析设备 驱动器100a的主体300的电路板140、定位在电路板140上以控制薄膜化 学分析设备驱动器100a的中央控制器101和安置并设计在电路板140上的 存储装置或者输入/输出装置111。中央控制器101控制心轴电机102以使 得薄膜化学分析设备100能够旋转或者停止,基于滑动器电机109的控制 来控制设计并安置在滑动器211上的BOPM的运动,并改变永久磁体5a的 位置以控制薄膜化学分析设备100的薄膜阀的打开/闭合。当薄膜阀打开时, 永久磁体5a非常接近地靠近相应阀的孔的中心以使得磁力有效地作用在嵌 入在薄膜化学分析设备100中的薄膜类型圆柱磁体上。
中央控制器101确定当前装载在薄膜化学分析设备驱动器100a上的盘 是传统的光盘(例如音乐CD,CD-R,游戏CD,DVD等)还是薄膜化学分析 设备100。在传统的光盘的情形下,中央控制器101读取盘的内容并将其从 光学拾取装置103a传输到存储装置或者输入/输出装置111。此外,中央控 制器101进行发送待写内容到光学拾取装置103a、提供各个部件用于读取/ 写入所需的各种控制信号等与传统光盘相关的操作。在薄膜化学分析设备 100的情形下,中央控制器101经由非接触接口106发送控制芯片上实验室 处理所需的各种控制信号到无线RF IC 188。
在接收控制指令之后,无线RF IC 188为薄膜化学分析设备100的各的 部件提供控制芯片上实验室处理所需的各种控制信号。
本发明的特征在于,优选地,薄膜化学分析设备100的正确的ID在装 载薄膜化学分析设备100时经由薄膜化学分析设备100上的无线RF IC 188 被无线传输到中央控制器101以使得中央控制器101识别当前装载在薄膜 化学分析设备驱动器100a上的盘是薄膜化学分析设备。
根据本发明,通过BOPM上的化验场所读取装置103b读取化验场所 132的结果优选地经由连接到滑动器211的柔性电缆110b传输到中央控制 器101、存储器装置或者输入/输出装置111。或者,读取结果通过嵌在薄膜 化学分析设备100中的无线RF IC 188无线传输到中央控制器101、存储器 装置或者输入/输出装置111。化验场所的读数还可以通过发送有关通过图 象传感器装置144获得的化验场所的图象信息到中央控制器101、存储器装 置或者输入/输出装置111而进行,图象传感器装置144设计并安置在电路 板140上。标号104表示用于压紧装载在盘孔上的薄膜化学分析设备100 的装置。压紧装置优选地设计来通过关于转盘181的磁性吸引力压紧所述 设备以使得设备能够竖直运动和空转。
标号40b表示用于照明图象传感器装置的至少一个LED(发光二极管)。 图象传感器装置或者LED可安装在滑动器211上,或者安装在化验场所上 面或者下面。根据本发明,优选使用能够发出各种波长的光的多色LED, 以使得在各种波长的光的照射下,有关化验场所132的反应强度能够关于 颜色强度进行表示以提供图象信息。基于波长和颜色强度之间的二维相关 性,化验场所132的反应结果可以被定性或者定量分析。
多色LED优选地为R,G,B LED。
标号107表示激光产生装置,其用于激发具有荧光或者夜光的示踪剂 的化验场所内部的样品,以使得关于化验场所的图象信息能够由图象传感 器装置144获得。荧光示踪剂在激发波长和来自荧光示踪剂的发射波长之 间具有小的波长差异。这需要昂贵的光学滤波器来去除它们之间的信号干 扰,并且,即使这样,差的干扰去除降低荧光检测性能。与之相比,即使 激光产生装置的激发关闭,夜光示踪剂也能够发射记忆的光一段长的时间。 这意味着夜光示踪剂的产生可以被检测到,即使在没有激发期间。在这种 情形下,生物发光检测装置可以有效检测化验场所,而没有激发和发射波 长之间的干涉。标号108表示分光光度计,其输出多个波长的光以用于测 量化验场所的透光性或者吸光性,测量每个波长的透光性和吸光性,并读 取化验场所132的反应结果。
分光光度计包括光源、波长选择器、样品容器(测试导管或者化验场所 132),和光电检测器,如本领域一般所知的。
分光光度计通过利用空白溶液获得100%的透光性(也就是零吸光率)来 校准设备,并测量样品溶液的吸光率。
光源被认为发出样品分析所需波长范围的足够能量。光源可以是钨丝 灯、氢或者氘灯、白色LED或者激光。根据本发明,优选地使用白色LED、 RGB激光或者具有多个集成的LD(激光二极管)的LD模块。
RGB激光器具有用于输出红、绿、蓝色光的三个激光,其构成单一模 块。三个激光的输出功率被适当地组合以获得样品分析所需的各种波长的 光。
LD模块通过将具有不同波长的多个LD进行模块化而获得。输出对应 波长的光的LD一个接另一个地打开以测量样品关于相应波长的吸光率。
分光光度计的非常重要的作用是从光源发出的光获得特定波长的光。 理想的情况是获得严格意义上的单色辐射,其在实际中非常困难。相反, 呈现特定范围的波长分布的光的光谱带宽被净化以表明单色化的程度。来 自光源的光越是单一波长的光,测量的灵敏度和分辨率就越高。
通过波长选择器能够获得期望波长的光,波长选择器由滤波器、光栅 镜或者二者的组合组成。
光栅镜用作一种分散和反射每个波长的入射光的棱镜。
图14示出根据本发明的实施例的利用光栅镜的分光光度计108。
参照图14,来自光源41的白光通过透镜42聚焦为一束。该束然后通 过第一H缝和V缝45a,并变为点束。当点束入射到光栅镜43上时,通过 光栅镜43反射的光在相位空间内关于每一波长分开。为了从已经被光栅镜 43反射并在相位空间中分开的光仅获得特定波长的光,以预定角度固定地 安置第二H缝和V缝45b。在这种情形下,通过第二H缝和V缝45b的光 的波长可以通过旋转光栅镜43而变化。这样,能够通过控制光栅镜43的 旋转角度获得期望波长的光。
以这种方式获得的期望波长的光通过化验场所132,并通过光电检测器 46进行测量以测量化验场所内部样品的吸光率、透光率或者颜色强度。以 这种方式,样品的化学反应结果被定性或者定量地分析。用于定量或者定 性分析样品化学分析结果的方法包括结束点方法、速率化验方法和初速率 方法,如本领域通常所知的。
标号41表示分光光度计108的光源。波长选择器包括用于控制光栅镜 的旋转角的步进电机44、用于从光源聚焦光的透镜42、用于将聚焦光束变 为点束的第一H缝和V缝45a、用于将点束分为各自的波长的光栅镜43和 用于仅通过光栅镜反射的特定角度的束(也就是特定波长的光)的第二H缝 和V缝45b。通过光源41和波长选择器获得的特定波长的光通过化验场所 132,并且化验场所内部的样品的吸光率通过光电检测器46进行测量。样 品化学反应的结果以这种方式进行定量或者定性分析。步进电机44可旋转 以使得各波长的光通过化验场所以便测量化验场所内部的样品关于每个波 长的吸光率。
根据本发明,第一或者第二H缝和V缝可以用光纤替换。
根据本发明,光源、透镜、第一H缝和V缝或者第一光纤45a、光栅 镜43、第二H缝和V缝45b或者第二光纤的任何组合称为光源装置99a。 或者,LD模块和RBG激光模块可以单独构成光源装置99a,从而有利地其 轻、小且简单。
图15-17示出根据本发明的实施例用于通过利用分光光度计108读取 薄膜化学分析设备100上的化验场所132的方法。标号555表示用于通过 光电检测器46读取的透明开口。
参照图15,分光光度计108的光电检测器46布置在薄膜化学分析设备 100上面,光源装置99a安置在薄膜化学分析设备100的下面。光电检测器 46和光源装置99a的模块化分光光度计108用于读取沿着薄膜化学分析设 备100周围安置的多个化验场所132。它们可以匹配并随着薄膜化学分析设 备100旋转读取每个化验场所132(也就是,空间寻址是可能的)。分光光度 计108通过利用空白溶液以获得100%的透射比(也就是零吸光率)来校准设 备,并测量化验场所内部的样品溶液的吸光率。
本发明的特征在于,多个化验场所的至少一个包括用于校准的空白溶 液腔室。
参照图16的左半侧,反射层99b集成到薄膜化学分析设备100内部的 上基底1或者集成到化验场所中,并且光源装置99a和光电检测器46被模 块化为分光光度计108并安置在薄膜化学分析设备100下面。通过光源装 置99a获得的特定波长的光通过化验场所132,光电检测器46测量由反射 层99b反射的光。以这种方式,化验场所内部的样品的吸光率得以测量。
参照图16的右半侧,光电检测器46集成到薄膜化学分析设备100的 化验场所132中。以这种方式,光电检测器46安置的以与多个化验场所的 每一个逐个匹配。这样的光电检测器46集成到薄膜化学分析设备中缩短光 前进路程并提高光电检测器46的接收灵敏度。结果,敏感性得到实质提高。 通过集成到薄膜化学分析设备中的光电检测器46读取的结果通过无线RF IC188进行读取,并无线传输到中央控制器101。
参照图17,在图16的左半部分所示的反射层99b集成到上基底1中, 多个化验场所沿着薄膜化学分析设备100的圆周安置。分光光度计108适 于与每个化验场所匹配并对其进行读取(也就是,空间寻址)。光源装置99a 选择并输出对应各化验场所的样品的特性的特定波长的光以测量吸光率。 本发明的特征在于,通过分光光度计108连续读取化验场所优选地通过安 置在滑动器211上的分光光度计108进行的径向化验场所搜索过程和角向 化验场所搜索过程实行。
图象传感器装置优选地包括适于传感有关CCD、CMOS或者像素的光 的量的线性图象传感器。
根据本发明,线性图象传感器优选地包括线性传感器阵列或者CIS(接 触图象传感器)。
本发明的特征在于,具有图象传感器装置的BOMP103适于移动滑动器 211以获得关于化验场所的图象信息。此外,化验场所的读取通过由安装在 滑动器211上的图象传感器装置进行的径向化验场所搜索过程和角向化验 场所搜索过程而实行。
图18-23示出根据本发明的实施例的适于基于生物材料之间的抗原抗 体反应或者特定的生物化学反应实施的一系列有关芯片上实验室的薄膜化 学分析设备。
图24和25示出适于有关具有并行安置在不同扇区上的化验场所以分 析有关单一样品的各种类型的生物化学反应的芯片上实验室的一系列处理 的薄膜化学分析设备。
标号130表示适于基于离心分离从血液或者被分析物制备样品(血清、 血浆或者杂质已经被去除的样品)的制备过程的制备腔室,血液或者被分析 物已经通过注射孔121被注入。标号132表示用于生物材料之间的抗原抗 体反应或者特定的生物化学反应的腔室,特别地,具有用于分析和诊断被 分析物的俘获探针的化验场所,所述俘获探针固定到腔室或者能够通过固 定装置固定。标号133表示用于收集在清洗处理过程中产生的废物的弃物 腔室。标号292表示用于连接化验场所132到弃物腔室133的通道。标号 291表示用于将缓冲腔室131中的溶液导向到化验场所132中的通道。
在图18的情形中,通道7和9结合到通道291以使得除缓冲腔室131 中的溶液之外清洗腔室中的清洗溶液被导向化验场所132。
在图26的情形中,通道293用于将清洗腔室128中的清洗溶液导向到 化验场所132。
在图23的情形中,通道291将已经在制备腔室130中分离的被分析物 直接导向化验场所132。优选地,化验场所132以这种方式配置:(i)俘获探 针固定在组成多孔膜上的表面涂层的交错电极之间的空的空间内,(ii)俘获 探针固定在多孔膜上,(iii)俘获探针固定到形成在化验场所132的基底表面 上的微孔,或者(iv)俘获探针通过固定装置在期望的时间固定到化验场所的 基底。多孔膜优选地包括NC(硝化纤维)、尼龙或者对齐的纳米导管。微孔 优选地为通过压花或者压制形成在基底上的凹槽(或者凹坑)。多孔膜的孔的 大小、微孔的孔的大小或者凹槽(凹坑)的大小为毛细导管所致的流体扩散速 率的主要参数。
孔的尺寸越大,扩散越快。根据本发明,微孔或者凹槽(凹坑)优选地用 亲水材料涂覆。
在流入通道291后,溶液通过多孔膜、微孔或者扩散装置扩散并移动, 并进行与俘获探针的生化特定结合。在图18或者26的情形中,清洗溶液 从腔室128流到通道291或者293,并通过多孔膜、微孔或者扩散装置扩散 和运动。清洗溶液然后清洗具有与化验场所132上的俘获探针非特定结合 的被分析物,或者没有结合的被分析物。
本发明的特征在于,多孔膜、微孔或者扩散装置优选地允许基于随后 的流动或者流动通过而扩散。
用于主处理(制备处理、抗原抗体反应或者生物化学反应处理、清洗处 理)的腔室130,132和133螺旋地连接和安置在薄膜化学分析设备上。这有 利于通过离心力的各处理所需的流体的运动和连接。包含用于支持主处理 的试剂的腔室同样在附近螺旋安置。
除上述腔室之外,用于其它必要处理(例如DNA扩增)的腔室可以被加 入或者插入。
优选地,制备腔室130或者辅助制备腔室130a具有锥形烧杯形状、烧 瓶形状或者水壶形状,其在外圆周附近更宽,如图18-25所示,以有利于离 心样品分离。
如在此所用的,血清也具有血浆的意思。
当薄膜化学分析设备100以高的速度旋转时,产生的离心力将血清从 血液分离。特别地,血液在制备腔室130中被分为血清和血栓。当制备腔 室130具有上述形状(也就是,在外圆周附近更宽)时,血清尽可能高地充注 制备腔室130。这是有利的,因为如果当薄膜化学分析设备旋转时薄膜阀 151或者破裂阀151a被打开,离心力容易将血清独自移动到缓冲腔室131。 这将是非常困难的,除非血清升高得尽可能的高。如果当薄膜化学分析设 备旋转时,如上所述,离心力不能将血清移动到缓冲腔室131,血清自身的 粘性使得其移动困难。即使当离心分离时,血清可能扩散并与血栓再次混 合。总之,在旋转过程中,分离的血清必须移到缓冲腔室131。
图27示出根据本发明的实施例的利用破裂阀的制备腔室130。参照图 27,根据本发明的实施例,样品通过楔形形状的制备腔室130和破裂阀151a 从被分析物分离,并移动到缓冲腔室131。当盘旋转时,被分析物中产生的 液压通过制备腔室130的楔形部分增加。相应地,液压被有效地集中在破 裂阀151a。
在下面的描述中,将假定被分析物是血液。当刚开始破裂阀151a保持 闭合时,血液通过注射孔121被注入制备腔室130(步骤1)。盘以足够高以 离心分离的速度旋转以使得产生的离心力将血液分离为血清和血栓(步骤 2)。破裂阀151a在离心分离过程中保持闭合。在离心分离结束后,盘以足 够高的速度旋转以打开破裂阀151a。通过打开的破裂阀151a,离心力将血 栓从制备腔室130的外周边(薄膜化学分析设备100在圆周方向的外周边) 移动到辅助制备腔室130a,辅助制备腔室130a的液面升高(步骤3)。然后, 位于制备腔室130内部(在圆周方向)的血清移动到辅助制备腔室130a,辅助 制备腔室130a的液面升高直到其达到制备孔20。然后,血清经由制备孔20 移动到缓冲腔室131(步骤4)。
将假定被分析物是乳、尿或者生物材料,参照图27描述另一实施例。 当刚开始破裂阀151a保持闭合时,被分析物经由注射孔121被注入制备腔 室130中(步骤1)。盘以足以离心分离的高的速度旋转以使得产生的离心力 将被分析物分离为样品和剩余物(步骤2)。在离心分离结束后,盘以足够高 以打开破裂阀151a的速度旋转。通过打开的破裂阀151a,离心力将剩余物 从制备腔室130的外周边(在圆周方向)移动到辅助制备腔室130a,辅助制备 腔室130a的液面升高(步骤3)。然后,位于制备腔室130内部(在圆周方向) 的样品移动到辅助制备腔室130a,辅助制备腔室130a的液面升高直到其达 到制备孔20。然后,样品通过制备孔20移动到缓冲腔室131(步骤4)。
如图18,21,22,26和27所示的楔形制备腔室130是有利的,因为 当盘旋转时,存储在制备腔室130中的被分析物中产生的液压有效地集中 在破裂阀151a中以使得破裂阀151a的孔闭合膜容易通过液压撕开。这样的 情形是特别有利的,其中仅少量被分析物可以存储在制备腔室中,尽管强 的离心力,液压不足以打开破裂阀。
根据本发明,用于离心分离的楔形制备腔室130的转速优选地为 3,000-5,000rpm,用于打开破裂阀151a的转速优选地为8,000-10,000rpm。 这意味着,因为用于离心分离的制备腔室的转速低于用于打开破裂阀151a 的转速,在离心分离过程中破裂阀151a保持闭合。
当薄膜化学分析设备100以高的速度旋转时,产生的离心力从血液提 取血清或者样品。特别地,血液在制备腔室130中通过离心分离被分离为 血清和血栓。当制备腔室130具有上述形状(也就是在外圆周附近更宽),例 如锥形烧杯形状或者烧瓶形状时,血清尽可能高地充注制备腔室130。这是 有利的,因为如果当薄膜化学分析设备旋转时薄膜阀151或者破裂阀151a 打开,离心力容易将血清单独移动到缓冲腔室131。这是非常困难的,除非 制备腔室130具有上述形状且除非血清升高到尽可能高。如果当薄膜化学 分析设备如上所述地旋转时离心力不能将血清移动到缓冲腔室131,血清自 身的粘性使得其运动困难。即使当离心分离时,血清可能扩散并与血栓再 次混合。
标号128表示包含清洗溶液或者洗提缓冲液的腔室。
在薄膜化学分析设备100上的流体运动是基于(i)薄膜化学分析设备的 旋转引起的离心力和产生的阀打开/闭合,(ii)通道的亲水性表面处理引起的 亲水性的流体移动和产生的阀打开/闭合操作,(iii)伴随重复的快速打开/闭 合阀的亲水性流体运动,或者(iv)在薄膜化学分析设备的旋转过程中作用在 流体上的离心力和重复的阀打开/闭合操作。因为通道是窄的,所以在流体 中发生毛细现象。
根据本发明,在薄膜化学分析设备100上的流体运动优选地基于在薄 膜化学分析设备旋转过程中发生在流体中的离心力和基于在薄膜化学分析 设备的旋转过程中每当安置在滑动器211上的永久磁体5a与孔匹配上时打 开孔的阀操作。这样的阀操作在此及后将称为“脉冲阀”操作。
现将参照图18详细描述“脉冲阀”操作的实施例。
假定从圆的中心到薄膜阀151的距离是R1,到薄膜阀152的距离是R2, 到薄膜阀153的距离是R3,以及到薄膜化学分析设备100的最远圆周的距 离是R4,那么存在关系R1为了通过脉冲阀操作打开薄膜阀151,在滑动器211上的永久磁体5a 移动远至距离R1,并且薄膜化学分析设备100旋转。在旋转过程中,定位 在薄膜阀151的孔的中心的薄膜类型圆柱磁体面对永久磁体5a。每当磁体 彼此面对时,在它们之间发生吸引力,从而瞬间地打开薄膜阀151。因为薄 膜化学分析设备100正在旋转,每当薄膜阀151打开时流体通过离心力运 动。
为了闭合薄膜阀,在滑动器211上的永久磁体5a移动到对应距离R4 的区域。
在距离R4的永久磁体5a对薄膜阀151,152和153没有影响。但是, 位于薄膜阀的孔的上面的永久磁体4a,4b和4c以及薄膜类型圆柱磁体7a, 7b和7c之间的吸引力闭合孔。
本发明的特征在于,在薄膜化学分析设备100上的流体运动优选地基 于由通道的亲水性表面处理产生的亲水性流体移动,基于与由于当薄膜类 型圆柱磁体重复地向着或者远离滑动器211上的永久磁体5a的孔的中心运 动时薄膜类型圆柱磁体的向上/向下运动作用在流体上的泵送力结合的亲水 性的流体移动,或者基于由于薄膜类型圆柱磁体高速的向上/向下运动作用 在流体上的泵送力。
由于泵送力所致的流体运动在此及后将称为泵送流体运动。
本发明的特征在于,亲水性的流体运动和泵送流体运动通过径向阀搜 索过程和角向阀搜索过程进行,现将对其进行描述。
(1)径向阀搜索过程表示在径向方向移动永久磁体5a的过程。特别地, 在滑动器211上的永久磁体5a移动到对应关于孔中心的各半径(R1,R2或 者R3)的位置。(2)角向阀搜索过程必须接着以使得永久磁体5a的位置与在 相应半径处的孔的位置重合。
这通过以低的速度操作心轴电机102同时滑动器211保持不动而实现。 或者,心轴电机重复地旋转或者停止一段短的时间。一旦滑动器211上的 永久磁体5a与位于相应半径处的薄膜类型圆柱磁体7a,7b或者7c以任一 方式匹配上,薄膜化学分析设备不再能以与其已经旋转的相同方式旋转, 并且永久磁体5a和孔中心彼此对准。
更特别地,流体运动以下面的方式进行:在径向阀搜索过程和角向阀 搜索过程中,永久磁体5a与相应的薄膜阀的孔中心匹配,该相应的薄膜阀 然后打开。随后的亲水性的流体运动导致流体运动。或者,适于泵送流体 运动的滑动器211以向前/向后或者向左/向右方向关于孔振动。薄膜类型圆 柱磁体7a,7b和7c快速向上或者向下运动,并且,相应地,泵送力作用在 流体上。泵送力与通道的亲水性表面处理结合以移动流体。
本发明的特征在于,当角向阀搜索为必要的时,角向阀搜索过程通过 控制步进电机的旋转实现,步进电机机械地连接到心轴电机102的主轴。 换句话说,心轴电机102的旋转角基于步进电机的旋转而受控。
标号7,8,9和10表示用于防止在10薄膜化学分析设备的高速旋转 过程中液体渗漏出的液体阀。
根据本发明,液体阀优选地为涂覆有亲水材料的V或者U形通道7,8, 9和10。
标号131表示用于临时存储在制备腔室130中获得的样品,存储用于 稀释在制备腔室130中获得的样品的稀释缓冲液,或者存储待附着到样品 的示踪剂的缓冲腔室。示踪剂一般包括具有抗体或者连接到其上的DNA的 显色粒子,例如金、金标(gold conjugate)、乳胶、荧光材料、夜光材料、放 射性同位素、酶或者酶连接抗体。酶与基底反应,从而呈现出颜色。
本发明的特征在于,优选地,提供用于存储基底的基底腔室,基底与 酶反应从而呈现颜色。根据本发明,样品优选地为经历特定生物化学结合 反应的生物材料,例如血清、DNA、蛋白质、配合体或者受体。
标号18b,18c,18d和18e表示用于预先注射试剂到相应腔室中的试 剂注射孔,或者排出孔。
标号290表示用于当盘在制造和组装时对准薄膜化学分析设备的基准 孔。基准孔290a插入到安置在夹具上的固定器中。
根据本发明,缓冲腔室131的示踪剂优选地包括固相颗粒,而不是液 相的。颗粒溶解在存储在稀释缓冲腔室131a中的稀释缓冲液中,并转变为 液相。
如在此所用的,固相颗粒表示选自小片、球体、颗粒、粉末形式的颗 粒或者冻干在多孔垫上的颗粒。
根据本发明的薄膜化学分析设备的特征在于,小磁性球体优选地包含 在缓冲腔室131中以促进腔室内部的液体物质(抗原和稀释缓冲液,抗原和 示踪剂或者固相颗粒和稀释缓冲液)的混合,而在滑动器211上的永久磁体 5a在小磁性球体上施加吸引力,根据滑动器211的快速运动对其进行振动, 从而引起液体混合。
代替永久磁体5a,腔室内部的小磁性球体可基于电磁体的开/关控制或 者基于磁场的方向变化而一起运动以使得引起液体混合。
根据本发明的薄膜化学分析设备的特征在于,缓冲腔室131优选地具 有插入(存储)在其中并适于随着薄膜化学分析设备重复地在向前/向后方向 旋转(通过来自滑动器211上的永久磁体5a的吸引力)而移动的小磁性球体, 而永久磁体保持在缓冲腔室131的相应半径处以使得引起混合操作。
本发明的特征在于,混合操作通过关于应当混合操作的腔室的径向腔 室搜索过程或者通过径向腔室搜索过程和角向腔室搜索过程二者实行。
根据本发明的薄膜化学分析设备的特征在于,制备腔室130优选地具 有用于当注射到其中的血液或者被分析物的量超过预定阈值时存储多余的 血液或者被分析物的多余腔室129,以使得没有超过预定量的血液或者被分 析物存储在制备腔室130中。标号18a表示多余腔室129的排出孔。
注入到制备腔室130中的过多的被分析物被移动到多余腔室129以使 得制备腔室130总是存储不超过预定量的样品。
根据本发明的薄膜化学分析设备的特征在于,当被分析物(或者血液) 的量超过预定阈值时,过多量优选地通过定量通道93依靠当薄膜化学分析 设备旋转时产生的离心力移动到多余腔室129中。通过定量通道93的高度 调节(对应径向方向的距离)确定剩余在制备腔室130中的样品(被分析物) 量。如果在制备腔室中的被分析物的量超过定量通道93的高度,过多的量 通过定量通道93依靠旋转过程中的离心力移动到多余腔室129。
标号151,152和153表示薄膜阀,而标号151a,152a和153a表示破 裂阀。
根据本发明,如图18-20,24和25所示的薄膜阀151优选地适于通过 脉冲阀操作移动制备腔室130中的样品到缓冲腔室131。
在图19-22的情形中,任选的薄膜阀152可安置在如图18所示的缓冲 腔室131的出口。在这种情形下,薄膜阀152优选地经由通道7和291依 靠亲水性流体运动或者泵送流体运动将缓冲腔室131中的流体移动到化验 场所132。
在图19-23的情形中,任选的薄膜阀153和清洗腔室128可与如图18 所示的通道8安置在一起。特征地,通道8和291能够基于亲水性的流体 运动或者泵送流体运动通过薄膜阀153使得清洗腔室128中的溶液移动到 化验场所132。
本发明的特征在于,如图19-23所示的通道7允许在薄膜化学分析设备 100的旋转过程中通过通道7自身的液体阀功能已经保持在缓冲腔室131(在 图23的情形中的制备腔室130或者辅助制备腔室130a)中的流体在旋转一 停止就基于亲水性的流体运动移动到化验场所132。
在图18,20,21和26中,标号128a和131a分别表示用于存储当离 心力打开破裂阀152a和153a时移动到清洗腔室128和缓冲腔室131的清洗 溶液和稀释缓冲液的液体存储腔室。在这种情形下,缓冲腔室131可存储 由固相颗粒组成的示踪剂,固相颗粒溶解在稀释缓冲液中并转变为液相。
图21,22和26示出根据本发明的实施例的代替在制备腔室130的出 口处的薄膜阀151的破裂阀151a。破裂阀151a在当样品被离心分离时保持 闭合,在当达到高到足以将其打开的速度(也就是等于或者高于离心分离速 度的速度)时打开。然后,已经从被分析物分离的样品移动到缓冲腔室131。
图23示出本发明的实施例,根据该实施例,不使用缓冲腔室131、薄 膜阀和破裂阀。样品在离心分离处理过程中由通道7的液体阀功能保持, 并在当旋转停止时通过亲水性流体运动从制备腔室130或者辅助制备腔室 130a移动到化验场所132。在图23的上半部分所示的实施例的情形中,任 选的薄膜阀151可进一步安置在制备腔室130的出口上。
而且,在图23的上半部分所示的实施例的情形下,任选的多余腔室129 可进一步安置,如同在图18的情形。
将参照图23进行更详细的描述。
(1)在使用薄膜化学分析设备100之前,用户将样品血液(或者被分析物) 通过样品注射孔121注入制备腔室130中。被分析物然后存储在制备腔室 130中。
(2)薄膜化学分析设备装载到薄膜化学分析设备驱动器上,并以高的速 度旋转。产生的离心力将血液在制备腔室130中分离为血清和血栓,或者 从被分析物分离样品。在图23的下半部的情形中,在离心分离后的高速旋 转打开破裂阀151a从而将分离的样品移动到辅助制备腔室130a。在离心分 离或者高速旋转过程中,在通道7自身中形成的液体阀功能将样品保持在 制备腔室130或者辅助制备腔室130a中,而不将其移动到化验场所132。
(3)薄膜化学分析设备然后停止旋转,以使得样品经由通道7和291基 于亲水性流体运动或者泵送流体运动,或者通过打开薄膜阀而移动到化验 场所132。培育被进行一预定时间段以使得发生抗原抗体反应或者生物化学 结合反应。
(4)薄膜化学分析设备高速旋转以通过离心力脱水并清洗化验场所132。
(5)化验场所132的反应结果由光学测量装置、电化学测量装置、阻抗 测量装置、图象传感器装置、生物凹坑检测装置、荧光检测装置、生物发 光检测装置、放射性检测器、分光光度计、SPR检测器或者肉眼读取。
(6)任选地,在读取结果后为诊断和处方结果,其显示在计算机监视器 上。通过互联网自动或者人工地与相应的医生进行远程访问。如果诊断结 果要求数据和医学检查表,其可远程传输给医生。患者然后等待处方。
图18在其下半部示出根据本发明的实施例的使用少量被分析物的薄膜 化学分析设备。标号128a和128b表示液体存储腔室。特别地,清洗腔室 128a存储清洗溶液,其在当破裂阀153a打开时移动到腔室128。有效样品 室128b存储有效样品,其在当破裂阀153b打开时移动到腔室128。
考虑到从患者提取大量被分析物是他/她的大的负担,非常有利的是, 仅用少量被分析物操作薄膜化学分析设备。
参照图18的下半部,楔形制备腔室130用于从少量被分析物分离样品。 样品的量远少于被分析物的量,被分析物从样品分离。分离的样品通过通 道7移动到化验场所132。
假定化验场所132包括选自NC(硝化纤维)膜、尼龙膜和多孔膜的膜, 并且该膜在一端具有样品垫和共轭垫而在另一端具有吸收剂垫,样品的量 被认为不足以扩散并移动通过膜,从而触发与膜上的标记或者俘获探针的 反应。该量甚至可以不足以润湿样品垫。
这意味着如果样品不是在润湿样品垫后额外地供应,不再发生扩散。 因为样品不能额外地供应,有效样品通过通道291供应。为此,破裂阀153b 打开以使得有效样品从有效样品室128b移动到腔室128。然后,薄膜阀153 打开以供应有效样品到化验场所。这保证样品不间断地扩散。
在膜上的扩散结束后,薄膜盘高速旋转,脱水并干燥。破裂阀153a然 后打开以移动清洗溶液到腔室128,并且薄膜阀153打开以供应清洗溶液到 化验场所132上的干燥的膜。产生的扩散运动清洗化验场所。
在扩散结束后,薄膜盘高速旋转以将其脱水和干燥。
有效样品的扩散速率必须低于样品的扩散速率。如果高于,固定在膜 上的俘获探针的反应被有效样品阻碍。
本发明的特征在于,有效样品的粘性优选地高于样品的粘性。
根据本发明,有效样品优选地为具有加入到其中的甘油的清洗溶液。 在图18的下半部示出的实施例的情形下,膜优选地不包括样品垫以使得较 少数量的样品能够触发反应。
图24和25示出根据本发明的实施例的适于关于具有并行安置在不同 扇区上的化验场所以分析有关单一样品的各种类型的生物化学反应的芯片 上实验室的一系列处理的薄膜化学分析设备。
如在此使用的,生物化学反应的分析是指血液中的GOT、GPT、ALP、 LDH、GGT、CPK、淀粉酶、T蛋白质、清蛋白、葡萄糖、T胆固醇、三酸 甘油酯、T胆红素、D胆红素、BUN、肌氨酸酐、I磷、、尿酸等的分析。
标号130表示适于从经由注射孔121注入的血液通过离心分离制备样 品的制备处理的制备腔室。标号132a,132b,132c和132d表示用于生物化 学反应的腔室,特别地,存储用于分析和诊断生物化学反应的试剂及其结 果的化验场所,其中该试剂与通过制备腔室130供应的被分析物进行生物 化学反应。根据本发明,存储在化验场所的试剂优选地为通过高浓缩用于 生物化学分析的试剂获得的固相颗粒。优选地,存储在化验场所132a、132b、 132c和132d的固相颗粒溶解在稀释缓冲液中以使得其变为液相试剂并随后 与被分析物进行生物化学反应。
稀释缓冲液以液相存储在稀释缓冲存储腔室134a、134b、134c和134d 中,并且当薄膜化学分析设备100旋转时,通过破裂阀155a、155b、155c 和155d的打开操作分别供应给相应的化验场所132a、132b、132c和132d。
特征地,包括各种类型的用于生物化学反应分析的固相颗粒的试剂能 够通过单一类型的统一的稀释缓冲液转变为液相。
特别地,多个化验场所132a,132b,132c和132d具有其自己的稀释 缓冲存储腔室134a、134b、134c和134d,其具有对应有关各化验场所的固 相颗粒的稀释率的预定量,以使得其能够提供预定量的稀释缓冲液。
标号7表示用于防止当薄膜化学分析设备高速旋转时液体泄漏的液体 阀。
根据本发明,液体阀优选地为涂覆有亲水材料的V或者U形通道7。
标号131表示用于临时存储在制备腔室130中获得的样品,存储在制 备腔室130中获得的用于稀释样品的稀释缓冲液,或者存储附着到样品的 示踪剂的缓冲腔室。示踪剂一般包括具有抗体或者粘附到其上的DNA的显 色粒子,例如金、金标、乳胶、荧光材料,夜光材料、酶或者酶连接抗体。 酶与基底反应并呈现颜色。
标号290a表示基准孔,标号129表示多余腔室。
标号131a表示用于存储稀释缓冲液的任选的稀释缓冲腔室。
当破裂阀152a打开时,稀释缓冲液从稀释缓冲腔室131a流入缓冲腔 室131中。
根据本发明,示踪剂优选地包括固相颗粒,而不是处于液相的。特别 地,当破裂阀152a打开时,稀释缓冲液从稀释缓冲腔室131a流入缓冲腔室 131。然后,缓冲腔室中的示踪剂溶解为液相。
根据本发明的另一实施例,示踪剂以液相存储在稀释缓冲腔室131a中, 并且当破裂阀152a打开时提供给缓冲腔室131以使用薄膜化学分析设备。
标号151、152、154a、154b、154c和154d表示薄膜阀。标号152a、 155a、155b、155c、155d、156a、156b、156c和156d表示破裂阀。
标号13a、13b、13c、13d和14表示排出孔。
参照图24,定量腔室140a、140b、140c和140d供应预定量样品到相 应的化验场所132a、132b、132c和132d。定量腔室140a、140b、140c和 140d的容积确定提供给化验场所的样品量。
通道7和同心圆通道9涂覆有亲水材料,而溢流腔室132e涂覆有疏水 材料。
当薄膜阀152打开时,缓冲腔室131中的样品使得亲水性流体经由通 道7和同心圆通道9移动。定量腔室140a、140b、140c和140d涂覆有亲水 材料,并且当样品移动到同心圆通道9时被充注。因为溢流腔室132e是疏 水性的,所以仅同心圆通道9和定量腔室140a、140b、140c和140d充注有 样品。
同心圆通道9设计为具有同心圆以使得其在旋转过程中接受到相同的 离心力。
如果薄膜化学分析设备在同心圆通道9充注样品后旋转,一部分样品 保持存储在定量腔室140a、140b、140c和140d中,但已经充注同心圆通道 9的另一部分样品通过离心力完全排出到溢流腔室132e。
然后,薄膜阀154a、154b、154c和154d通过脉冲阀操作打开以使得 定量阀140a、140b、140c和140d中的样品流入各化验场所132a、132b、 132c和132d中,并与试剂进行生物化学反应。根据本发明,薄膜阀154a、 154b、154c和154d安置在同心圆上以使得其在脉冲阀操作过程中同时打开。
在化验场所132a、132b、132c和132d中的样品的吸光率通过分光光 度计测量以定性或者定量分析样品生物化学反应的结果。
本发明的特征在于,同心圆通道9设计为具有同心圆以使得当薄膜化 学分析设备100旋转时其接受相同的离心力。结果,一部分样品保持存储 在定量腔室140a、140b、140c和140d中,而另一部分已经充注同心圆通道 9的样品通过离心力克服在溢流腔室132e中建立的疏水障碍完全排出到溢 流腔室132e。
图25示出根据本发明的实施例的具有四个并置扇区170a、170b、170c 和170d的薄膜化学分析设备。扇区数目可以与测试项目的数目成比例地增 加。扇区以相同的方式操作。
参照图25,当薄膜阀152打开时,缓冲腔室131中的样品通过通道7 和扇区通道7a、7b、7c和7d进行亲水性流体移动。扇区通道不仅扮演样品 移动通道的角色,还扮演定量腔室的角色,通过调节各扇区通道的长度和 宽度,定量腔室确定提供给各扇区的样品量。对于扇区170a的情形中,当 破裂阀156a打开时,充注扇区通道7a的样品流入化验场所132a。对于扇 区170b的情形,当破裂阀156b打开时,充注扇区通道7b的样品流入化验 场所132b并与试剂进行生物化学反应。
化验场所中的样品吸光率通过分光光度计测量以定性或者定量分析样 品生物化学反应结果。
破裂阀156a、156b、156c和156d可以用薄膜阀替换,其通过脉冲阀 操作同时打开以使得样品移动到化验场所。在阀打开过程中通过离心力使 得样品能够从扇区通道移动到化验场所。在这种情形中,扇区通道以这样 的方式设计以使得在相邻的扇区通道之间不发生干扰。特别地,扇区通道 7a中的样品不移动到属于扇区通道7b的化验场所132b,而是仅到化验场所 132a。为了最小化扇区通道之间的干扰,扇区通道具有V或者U形状以使 得样品在离心力的产生过程中在各自的扇区通道中分离。
本发明的特征在于,用于分光光度计108的测量的角向化验场所搜索 通过控制步进电机的旋转角或者通过齿轮连接到步进电机的薄膜化学分析 装置而实现。
本发明的特征在于,用于分光光度计108的测量的角向化验场所搜索 通过在主体圆周上安置用于化验场所搜索的薄膜圆柱磁体并如上述角向方 向阀搜索过程的应用一样进行角向化验场所搜索而实现。或者,当主体100 旋转时化验场所通过空白溶液腔室进行空间寻址以使得当主体旋转时在各 化验场所的样品的吸光率被相继测量。在这种情形下,主体还具有用于存 储空白溶液的空白溶液腔室,其与化验场所具有相同半径。分光光度计被 校准以使得空白溶液的透光率变为100%(也就是,零吸光率),从而在各化 验场所的样品的吸光率得以测量。空白溶液的吸光率总是为零的事实使得 当主体旋转时可能识别空白溶液腔室。这使得能够基于空白溶液腔室进行 化验场所的空间寻址。
本发明的特征在于,破裂阀155a、155b、155c和155d同时打开。
本发明的特征在于,破裂阀156a、156b、156c和156d同时打开。
本发明的特征在于,破裂阀155a、155b、155c和155d与破裂阀156a、 156b、156c和156d在不同的时间点打开。
图26示出根据本发明的另一实施例的适于有关用于ELISA(酶连接免 疫吸收剂化验)或者CLISA(化学发光免疫吸收剂化验)的芯片上实验室的一 系列处理的薄膜化学分析设备。
酶的作用证明免疫球蛋白的存在,并且该技术称为ELISA,如本领域 通常所知的。该免疫球蛋白测试方法具有高度的专一性和灵敏度,因为酶 通过共价键附着到抗体分子。因此,该方法适于定性和定量分析,并且广 泛临床使用(测量可以在0.001-0.01微克/毫升的范围)。该技术使用抗体,酶 共价键合到该抗体而不影响酶的催化剂作用和抗体的专一性。
典型的联接酶包括辣根过氧(化)物酶、磷酸(酯)酶、和β乳糖, 所有的这些产生有色反应产物以使得即使一点量也足以催化可测量的反 应。
ELISA包括直接ELISA、间接ELISA、夹心ELISA和竞争ELISA,如 本领域一般所知的。
现将参照图26进行详细描述。根据本发明的适于有关基于ELISA或者 CLISA的芯片上实验室的一系列处理的薄膜化学分析设备的特征在于,该 设备包括适于与制备腔室130,特别地具有附着到基底的俘获探针以分析和 诊断样品的化验场所132中获得的样品进行特定的生物化学结合反应的腔 室;用于收集没有进行特定的生物化学结合反应的剩余物和没有结合的酶 游离物的弃物腔室133;用于存储具有抗体或者粘附到其上的DNA的酶(也 就是,辅助抗体或者共轭体)的酶腔室134a;用于存储用于稀释样品的稀释 缓冲液或者存储附着到样品的示踪剂的稀释缓冲腔室131a;用于存储与酶 反应而呈现颜色的显色基底的基底腔室135a;任选地用于存储过多的稀释 缓冲液的多余腔室131b;以及任选地用于存储清洗处理必需的清洗溶液的 清洗腔室128a。
特征地,多余腔室131b适于以这样的方式使得在薄膜化学分析设备的 旋转过程中通过离心力使得过多的稀释缓冲液或者示踪剂通过定量通道94 移动到多余腔室131b。
标号154和155表示薄膜阀。标号151a、152a、153a、154a和155a 表示破裂阀。标号128a、131a、134a和135a分别表示用于存储清洗溶液、 稀释缓冲液、酶溶液和基底的液体存储腔室。在薄膜化学分析设备100操 作过程中当破裂阀151a、152a、153a、154a和155a打开时,液体存储腔室 128a、131a、134a和135a中的液体移动到相应的腔室128、131、134和135。
现将参照图26详细描述基于薄膜化学分析设备的ELISA和CLISA。
(1)在使用薄膜化学分析设备100之前,用户通过样品注射孔121注入 取样的血液(或者被分析物)。然后被分析物存储在制备腔室130中。
(2)薄膜化学分析设备装载到薄膜化学分析设备驱动器上,并以高速旋 转。产生的离心力将血液在制备腔室130中分离为血清和血栓,或者从被 分析物分离样品。在离心分离之后的高速旋转打开破裂阀151a并将分离的 样品从辅助制备腔室130a移动到缓冲腔室131。破裂阀151a、152a、153a、 154a和155a也被打开以分别移动液体存储腔室128a、131a、134a和135a 中的液体到相应的腔室128、131、134和135。在高速旋转过程中,在通道 7、8、9和10中形成的液体阀功能自身保持溶液在各自的腔室128、131、 134和135中,而不将其移动到化验场所132。
(3)任选地,样品与缓冲腔室131中的稀释缓冲液混合。
(4)薄膜阀152打开以使得缓冲腔室131中的样品通过亲水性流体运动 经由通道7和291移动到化验场所,并培育为用于特定的生物化学结合反 应。
(5)薄膜化学分析设备100高速旋转以脱水和清洗化验场所。没有经历 特定结合的样品移动到弃物腔室133中。
(6)薄膜阀154打开以使得在腔室134中的酶溶液通过亲水性流体运动 经由通道9和294移动到化验场所,并培育为用于特定的生物化学结合反 应。
(7)薄膜化学分析设备100高速旋转以脱水和清洁化验场所。没有经历 特定结合的酶移动到弃物腔室133。
(8)薄膜阀155打开以使得腔室135中的基底通过亲水性的流体运动经 由通道10和295移动到化验场所,并培育为用于与酶的显色反应。
(9)化验场所132的反应结果通过光学测量装置、电化学测量装置、阻 抗测量装置、图象传感器装置、生物凹坑检测装置、荧光检测装置、生物 发光检测装置、放射性检测器、分光光度计、SPR检测器或者肉眼读取。
(10)任选地,读取结果之后是诊断结果和处方,其显示在计算机监视器 上。经由互联网自动地或者人工地与相应的医生进行远程访问。如有必要, 诊断结果数据和医学检查表被远程传输到医生。然后,患者等待医生的处 方。
图28示出根据本发明的实施例的用于制造用于注射和存储液体的液体 存储腔室的过程。
参照图28,表示特征地,液体存储腔室320具有上基底1、中基底2 和下基底3,其堆叠在彼此上,并且在其中形成凹陷。
在制造过程中,中和下基底2和3堆叠并组装,预定量的液体350通 过分配器120,特别地通过用于分配预定量的液体或者注射样品的装置注入 到液体存储腔室320中。液体存储腔室320的高度以这样的方式变化以使 得注入的液体尽可能多地集中在腔室320的外周边。这是因为,考虑毛细 原理,液体优选地定位在腔室的低的部分(也就是,腔室窄的地方)。因此, 腔室孔321的外周边附近的腔室高度a小于腔室孔321附近的高度b,以使 得液体尽可能地远离腔室孔321。这使得在液体注射之后更容易堆叠和组装 上基底1。
如上所述地构造的液体存储腔室没有单独的液体注射孔,从而防止液 体蒸发。
本发明的特征在于,液体存储腔室的外周边附近的高度小于腔室中心 附近的高度以使得液体集中在外周边,并且不必具有单独的液体注射孔以 注射液体到液体存储腔室中。
本发明的特征在于,上下基底1和3,其组成液体存储腔室,没有孔(也 就是液体注射孔,排出孔)。
通常,液体注射孔是必需的以注射液体到液体存储腔室中,该孔必须 在液体注射后密封。但是,不适当的密封会导致液体蒸发问题。
为了避免液体蒸发,液体注射孔必须通过COC(环烯烃共聚物)进行密 封,其使得制造过程复杂化。
图29示出根据本发明的另一实施例的适于有关用于杀虫剂残留物测试 的芯片上实验室的一系列处理的薄膜化学分析设备。
参照图29,标号101a表示样品膜,而标号101b表示控制膜。
样品膜101a分析从被分析物获得的样品。控制膜101b进行空白试验 以确定反应强度的零点截止。基于确定的零点截止,样品膜的反应强度得 以测量。
腔室191和194分别存储固体试剂1和2。液体存储腔室180a、191a 和194a存储蒸馏水。液体存储腔室192a存储磷酸盐缓冲液。
被分析物通过取样杆从蔬菜或者水果获得,并经由样品注射孔121装 载到制备腔室130上。
当破裂阀161a打开时,存储在腔室190中的样品提取溶液转移到制备 腔室130,并通过上述混合操作与存储在制备腔室130中的被分析物混合。 然后,薄膜化学分析设备100高速旋转以从剩余物分离样品。
在离心分离过程中,破裂阀162a、163a和164a打开。
当破裂阀162a、163a和164a打开时,蒸馏水从液体存储腔室180a、 191a和194a移动到腔室180、191和194并与腔室191和194中的固体试 剂1和2混合以将其溶解。结果,获得液体试剂1和2。进行混合操作以使 得固体试剂1和2容易地溶解在蒸馏水中。
在离心分离过程中,当破裂阀165a打开时,磷酸盐缓冲液从液体存储 腔室192a移动到腔室192。
在离心分离后,薄膜阀161进行上述脉冲阀操作以转移已经通过样品 提取溶液提取的样品到腔室191。进行转移的样品的混合和培养以使得转移 的样品与腔室191中的液体试剂1混合并反应。
薄膜阀164然后打开以从腔室194注射液体试剂2到腔室191中以使 得其与样品再次混合和反应,并进行培育。
薄膜阀162进行脉冲阀操作以使得样品在与液体试剂1和2反应之后 移动到包含磷酸盐缓冲液的腔室192。然后,当旋转时,样品与磷酸盐缓冲 液混合并反应,并进行培育。液体阀7防止样品在薄膜化学分析设备100 的旋转过程中移动到化验场所132。
在薄膜化学分析设备100停止后,样品经由亲水通道7和291a注入样 品膜101a中。然后,样品扩散并与样品膜101a上的酶或者标记反应。
同时,薄膜阀163打开以使得蒸馏水从腔室180经由涂覆有亲水性材 料的通道8和291b流动到控制膜101b。蒸馏水然后扩散并与控制膜101a 上的酶或者标记反应。
任选地,薄膜化学分析设备高速旋转用于脱水和干燥。然后,化验场 所的反应结果被分析。
化验场所132的反应结果通过光学测量装置、电化学测量装置、阻抗 测量装置、图象传感器装置、生物凹坑检测装置、荧光检测装置、生物发 光检测装置、放射性检测器、分光光度计、SPR检测器或者肉眼进行读取。
任选地,读取结果之后是测试结果,其显示在计算机的监视器上。经 由互联网自动或者人工地进行到相应的政府机构或商品经销商的服务器的 远程访问。该测试结果和历史汇报给服务器,并存储在无线RFIC(电子标 签)的存储器中。
这是有利的,因为相应的政府机构能够获得关于杀虫剂残留的信息, 并且食品经销商能够获得关于可靠的农产品的信息。政府机构可以通过互 联网有利地公开该信息以使得普通消费者能够直接从相应的生产者处购买 可靠的农产品。
表示特征地,酶或者标记适于检测基于有机磷和基于氨基甲酸盐的杀 虫剂,其是最经常用于蔬菜和水果的杀虫剂。
本发明的特征在于,酶优选地为乙酰胆硷酯酶(AChE)。
图30和31示出根据本发明的实施例的用于防止在薄膜化学分析设备 高速旋转过程中液体渗漏的液体阀。
在薄膜化学分析设备100的高速旋转过程中,当液体从缓冲腔室131 或者清洗腔室133移动到在薄膜阀152或者153的出口的V或者U形通道 7或者8时,液体形成液体阀。液体阀防止已经泄漏到下一腔室132中的一 部分液体进一步移动。
图30和31详细示出通过V或者U形通道7实现的液体阀,其分为液 体阀部分7a和通道部分7b。液体阀以下面的方式发挥功能:首先,当薄膜 化学分析设备100高速旋转时,液体漏出缓冲腔室131并充注阀部分7a。 然后,充注液体阀部分7a的液体部分在径向方向接受离心力,其防止液体 从薄膜阀152进一步泄露。再者,泄漏的液体部分通过离心力再次抽入缓 冲腔室131中。
换句话说,在薄膜化学分析设备100的高速旋转过程中,一部分液体 从缓冲腔室131漏出,从缓冲腔室131泄漏的趋势通过作用在泄漏的液体 部分上的离心力平衡。结果,不再发生液体渗漏。在此及后,这样的作用 在泄漏的液体部分上从而防止进一步的液体渗漏的离心力作用称作液体阀 操作。
根据本发明的薄膜化学分析设备的特征在于,液体阀进一步形成在薄 膜阀出口处以防止在薄膜化学分析设备的高速旋转过程中液体渗漏。
根据本发明的薄膜化学分析设备的特征在于,液体阀优选地通过V或 者U形通道或者通过导致液体阀操作的通道实现。
本发明的特征在于,液体阀部分7a防止样品在薄膜化学分析设备100 的旋转过程中移动到化验场所132,一旦样品已经通过脉冲阀操作从制备腔 室130转移到缓冲腔室131,而且,当薄膜化学分析设备100停止旋转时, 缓冲腔室131中的样品基于亲水性流体运动经由液体阀部分7a流入化验场 所132。液体阀部分7a和通道部分7b优选地涂覆有亲水材料。
图32-34示出根据本发明的实施例的具有固定到多孔膜作为线或者点 的各种肿瘤标记的条。
在此及后,各种类型的肿瘤标记线或者点将称作测试线。标号41a表 示共轭垫、样品垫或者共轭垫和样品垫二者。标号41b表示吸收剂垫。标 号41c表示多孔膜。共轭垫优选地具有冻干形式的沉淀在垫上的示踪剂(例 如金标、酶连接抗体、夜光材料或者荧光材料)。
俘获抗体优选地固定肿瘤标记。
肿瘤标记优选地为至少一种选自AFP、PSA、CEA、CA19-9、CA125 和A15-3的物质。
俘获抗体优选地固定GS(谷氨酸盐合成酶),其是Alzheimer氏疾病的 特定标记。
俘获抗体优选地固定肌血球素、CK-MB或者肌钙蛋白I(TnI),其是心 肌梗塞标记。
本发明的特征在于,至少一个用于测试滋、心肌梗塞、抗菌素残留、 杀虫剂残留、过敏或者乳腺癌的标记或者俘获探针优选地固定到多孔膜41c 上,并基于免疫色谱分析法进行反应试验。
免疫色谱分析法是基于应用抗体对抗原的特定的免疫反应性、显色特 征和胶质金的流动性以及多孔膜的毛细现象引起的分子运动的免疫生物化 学和色谱验定法的结合。免疫色谱分析法是有利的,因为不同于传统的多 步骤免疫测量,其基于联接酶和基底之间的反应将被分析物稀释步骤、清 洗步骤和显色步骤集成为单一的一步以更快地测试。此外,测试结果能够 以容易、经济和时间有效的方式读取,而无需特定设备。
表示特征地,除肿瘤标记之外,俘获抗体额外地固定用于基准线(或者 多个基准线)和控制线的抗体。
基准线的反应密度用作截止值以容易地确定反应是负的还是正的。
基准线的截止值选自3ng/ml、4ng/ml、10ng/ml、20ng/ml、30ng/ml、 40ng/ml和50ng/ml。
表示特征地,基于基准和测试线之间的反应强度差异进行定性或者定 量分析。
表示特征地,基于背景和测试线之间的反应强度差异进行定性或者定 量分析。
表示特征地,根据有关通过多个基准线建立的反应强度的线性函数基 于测试线的反应强度的确定进行定性或者定量分析。
表示特征地,根据有关通过基准和控制线建立的反应强度的线性函数 基于测试线的反应强度的确定进行定性或者定量分析。
本发明的特征在于,反应强度优选地从以在各种波长的LED光照下的 颜色强度表示的图象信息获得,并且根据各波长和颜色强度之间的二维映 射定量或者定性分析化验场所132的反应结果。
基准线确认当样品已经扩散到吸收剂垫41b时的正反应。如此,对于 确认利用条的测试是否是可接受的,基准线是有用的。换句话说,只有当 基准线是正的时,测试结果才可接受。
多孔膜41c可采用流动通过类型或者横向流动类型,并且易于在市场 上获得。样品或者清洗溶液可以注入到样品垫41a中。根据本发明,在流动 通过类型的多孔膜的情形中,条优选地具有各种类型的肿瘤标记、疾病标 记或者抗体,其作为点固定到多孔膜41c上。
当样品注射到样品垫41a中时,样品被样品垫41a吸收,并根据毛细 现象在多孔膜41c上扩散和运动,并进行与俘获抗体的生物化学特定结合。 多孔膜41c具有定位在一端的吸收剂垫41b以支持扩散运动。本发明的特征 在于,任选的共轭垫可以连接到样品垫。在这种情形下,液体样品流动到 样品垫中并与共轭垫上的金标、酶连接抗体、夜光材料或者荧光材料进行 结合。在组成合成物之后,样品在多孔膜41c上扩散和运动。
当清洗溶液注入样品垫41a时,清洗溶液被样品垫41a吸收。然后, 清洗溶液根据毛细现象在多孔膜41c上扩散并移动,清洗没有与俘获体结合 或者非特定结合的物质,并去除多孔膜41c的背景噪声。
根据本发明,条41优选地安置在如图18-23所示的化验场所132中以 连接通道291和样品垫41a。
参照图34,导引线46a和46b以这样的方式标刻,即,当化验场所132 中的条41将由安置在薄膜化学分析设备100的下端的图象传感器装置144 分析时,图象传感器装置可以容易地识别测试、基准和控制线的位置。导 引线包括对应多孔膜41的外周边的厚边缘线46a,和在薄膜化学分析设备 100的下基底3上表明的位于对应测试、基准和控制线的位置的标记位置线 46b。
在反应结束后,图象传感器144通过利用边缘线46a切断膜41c以优 化对比度亮度。然后,图象传感器144试图找到位于多孔膜41c上的第一 位置的基准线。为此,图象传感器144可使用厚边缘线46a、标记位置线46b 或者两者的组合。导引线优选地为红色、黑色、紫色或者蓝色。
本发明的特征在于,上基底1优选地处理为不透明以使得即使光在上 基底1上发出以通过图象传感器装置144分析化验场所132,来自散射和刻 划的噪声被抑制。透明度优选地为20-50%。
图35示出根据本发明的实施例的如图32-34所示的在薄膜化学分析设 备100的化验场所132内部的条41的安装的例子。
参照图35,表示特征地,薄膜化学分析设备100包括用于从血液或者 细胞制备样品(血清、血栓、抗原或者DNA样品)的制备腔室130;用于通 过稀释缓冲液稀释样品的缓冲腔室131;包含具有附着(固定)作为用于与样 品的抗原抗体反应或者杂交反应的测试线的俘获探针的条41的化验场所 132;用于存储清洗处理所需的清洗溶液的清洗腔室128;和用于收集在清 洗处理过程中产生的废物的弃物腔室133。
标号151、152和153表示用于控制流体流动的薄膜阀。
标号7和8表示用于在其中形成液体阀的通道。缓冲腔室131和清洗 腔室128具有经由样品注射孔18b和18c注入到其中然后在其运输前密封的 稀释缓冲液和清洗溶液。或者,缓冲腔室131和清洗腔室128额外地具有 如图18所示的腔室131a和128a以及破裂阀152a和153a,以使得当破裂阀 被打开时,稀释缓冲液和清洗溶液被分别注入缓冲腔室131和清洗腔室128。
根据如图35所示的实施例的薄膜化学分析设备以下面的方式操作:如 图35所示的薄膜阀152是任选的,多余腔室129可以额外地提供。
本发明的特征在于,多个条41优选地并行安置在化验场所132内部以 使得可以关于单一样品进行多条测试。
(1)在使用薄膜化学分析设备100以前,用户用血液取样装置对血液取 样,并经由样品注射孔121将取样的血液注入制备腔室130。血液然后存储 在制备腔室130中。
(2)薄膜化学分析设备然后装载在薄膜化学分析设备驱动器上并高速旋 转。产生的离心力将血液在制备腔室130中分离为血清(或者血浆)和血栓。
(3)薄膜151通过脉冲阀操作打开以移动分离的血清(或者血浆)到缓冲 腔室131。任选地,血清(或者血浆)可以与稀释缓冲液在缓冲腔室131中混 合以将其稀释。
(4)(a)当使用薄膜阀时:薄膜阀152打开而薄膜化学分析设备保持不动 以使得存储在缓冲腔室131中的血清(或者血浆)经由通道7进行亲水性流体 运动。当血清(或者血浆)抵达通道7的末端(样品垫41a位于条41上的地方) 时,其被样品垫41a吸收。任选地,薄膜阀152可导致泵送流体运动以使得 血清(或者血浆)更容易地抵达样品垫41a。
(b)当薄膜阀152不使用时:如果存储在缓冲腔室131中的血清(或者血 浆)不能通过通道7的液体阀操作移动到化验场所132而薄膜化学分析设备 在步骤(3)旋转,并且如果薄膜化学分析设备停止,存储在缓冲腔室131中 的血清(或者血浆)经由通道7进行亲水性流体运动并且当抵达通道7末端时 由样品垫41a吸收。
(5)在被样品垫吸收后,血清(血浆)由于多孔膜41c的多孔性导致的毛细 现象而扩散。在扩散过程中,血清中的抗原与多孔膜41c上的俘获探针进行 特定的结合反应(抗原抗体反应)。
(6)在过去预定时间后,薄膜化学分析设备高速旋转以脱水和干燥条41。 在脱水处理过程中,经历非特定结合的抗原从抗体分开并移动到弃物腔室 133。
(7)薄膜阀153然后打开以使得存储在清洗腔室128中的清洗溶液经由 通道8进行亲水性流体移动。
(8)当清洗溶液抵达通道8的末端(样品垫41a位于条41上的地方)时, 其被样品垫41a吸收。任选地,薄膜阀153可以致使泵送流体运动以使得清 洗溶液更容易地抵达样品垫41a。因为条41已经在步骤(6)中干燥,所以其 恢复其吸收能力。
(9)在被样品垫41a吸收后,清洗溶液由于条41的多孔性产生的毛细现 象而扩散。在扩散过程中,清洗溶液去除在条41上的经历了非特定结合反 应或者没有结合的组分。
(10)薄膜化学分析设备然后高速旋转以脱水和干燥条41。
(11)在条41上的反应结果通过光学测量装置、电化学测量装置、阻抗 测量装置、图象传感器装置、生物凹坑检测装置、荧光检测装置、生物发 光检测装置、放射性检测器、分光光度计、SPR检测器或者肉眼进行读取。
(12)任选地,读取结果之后是诊断结果和处方,其显示在计算机监视器 上。通过互联网自动或者人工地与相应的医生进行远程访问。如有必要, 诊断结果数据和有关身高、体重、性别、年龄等的医学检查表远程传输到 医生。然后,患者等待医生的处方。
任选地,当重复步骤(4)-(6)或者(4)-(10)时,在条41上的反应结果通过 光学测量装置、电化学测量装置、阻抗测量装置、图象传感器装置、生物 凹坑检测装置、荧光检测装置、生物发光检测装置、放射性检测器、分光 光度计或者SPR检测器进行读取,并且反应结果关于重复(循环)的次数进行 定量分析。根据本发明,反应结果的显色强度的增加优选地在每个定量分 析周期进行监视。
任选地,根据该实施例的稀释缓冲液可以包括示踪剂。
任选地,根据该实施例的样品垫41a可以具有耦合到其上的金标垫。
再次参照图35,标号47a和47b表示形成在化验场所132两端上的气 孔以使得当薄膜化学分析设备高速旋转时,形成气流以加快条41的干燥。 特别地,条41在清洗处理之前干燥以使得在清洗处理过程中清洗溶液在条 上容易扩散。产生的扩散力去除背景噪声分量。
如图35所示的化验场所132可以是具有固定到金表面、金膜、SAM(自 组装单层)或者其它基底上的俘获探针的化验场所,生物材料而不是条(41) 可以连接到其上。这方面的各种实施例详细公开在名称为“NUCLEIC HYBRIDIZATION ASSAY METHOD AND DEVICE USING CLEAVAGE TECHNIQUE SPECIFICALLY RESPONSIVE TO SPECIFIC SEQUENCE OF COMPLEMENTARY DOUBLE BOND STRAND OF NUCLEIC ACID AND OLIGONUCLEOTIDE”的韩国专利申请No.10-2001-0003956(2001年1月 27日)和名称为“NUCLEIC HYBRIDIZATION AS SAY METHOD AND DEVICE USDNG A CLEAVAGE TECHNIQUE RESPONSIVE TO THE COMPLEMENTARY DOUBLE STRAND OR THE SDNGLE STRAND OF NUCLEIC ACIDS OR OLIGONUCLEOTIDES”的PCT申请No. PCT/KR02/00126(2002年1月27日)中。
代替条,化验场所可以具有用于引起液体样品的扩散运动的微孔或者 凹槽(凹坑)。
根据另一实施例,薄膜化学分析方法并不使用如图35所示的薄膜化学 分析设备的清洗腔室128、薄膜阀153和通道8,但包括上述步骤(1)-(6)。
现将详细描述如图18-22所示的各处理(制备处理、扩增处理、抗原抗 体反应处理、杂交处理和清洗处理)的例子。
制备抗原或者血清(血浆)的制备处理
现将描述用于通过利用用于从血液提取血清的腔室在制备腔室130中 制备血清的示例性制备处理。
(1)血液经由安置在制备腔室130上的样品注射孔121注入10-200μl。 任选地,制备腔室130可涂覆有薄肝磷脂膜以包含液相或者粉末相的抗凝 血剂。
(2)薄膜化学分析设备高速旋转以分离血清和血栓。
(3)薄膜阀151通过脉冲阀操作打开,并且在制备腔室130中的分离的 血清(血浆)与缓冲腔室131中的稀释缓冲液或者示踪剂混合以制备样品。通 过脉冲阀操作的薄膜阀151的打开通过从薄膜化学分析设备中心将永久磁 体5a移动距离R1实现。
用于制备DNA样品的制备处理
现将描述用于在制备腔室130中从血液中提取DNA样品的示例性制备 处理。
(1)血液经由安置在制备腔室130上的样品注射孔121注入10-200μl。
(2)溶解性缓冲液破坏细胞的膜组分,包括脂质,并溶解蛋白质和核酸。
(3)当乙基酒精(乙醇)加入到其中时,DNA和RNA再次被提取为白色沉 淀物。
(4)进行离心分离以获得由乙醇沉淀的DNA。DNA在制备130的末端 聚集,并且制备腔室130中的上层液体排出到弃物腔室133以分离和去除 细胞碎片。
(5)稀释缓冲液被引入制备腔室130并与DNA混合以使得DNA的总体 积增加。重复该步骤(5)大约三次。
(6)薄膜阀151通过脉冲阀操作打开,在制备腔室130中制备的DNA与 缓冲腔室131中的稀释缓冲液或者示踪剂混合以制备样品。通过脉冲阀操 作的薄膜阀151的打开通过从薄膜化学分析设备的中心将永久磁体5a移动 距离R1而实现。
(7)任选地,进行PCR处理或者DNA扩增处理以制备扩增的DNA样品 (或者简单样品)。
抗原抗体反应处理和杂交处理
在这些处理过程中,已经通过制备处理获得并存储在缓冲腔室131中 的样品(DNA样品、抗原、示踪剂抗原连接体或者示踪剂DNA连接体)移动 到化验场所132以在化验场所与俘获探针进行生物化学的特定结合反应。 现将描述示例性处理。
(1)样品缓冲腔室131通过薄膜阀152的打开或者通过亲水性的流体运 动移动到化验场所131。
(2)薄膜化学分析设备在室温下再保持3-5分钟(也就是培育)以使得样 品和俘获抗体进行抗原抗体反应或者杂交反应。
清洗过程
(1)薄膜化学分析设备高速旋转以使得产生的离心分离去除与俘获探针 进行了非特定结合或者没有结合的样品。
(2)任选地,薄膜阀153打开以从清洗腔室128移动清洗溶液或者洗脱 缓冲液到化验场所132以清洗化验场所132。
(3)任选地,重复上述步骤(1)和(2)。
在装载到薄膜化学分析设备驱动器100a上之后,薄膜化学分析设备 100自动开始分析。
如果薄膜化学分析设备没有装载经由样品注射孔121注入的样品,用 户被要求将其弹出或者接收到警告信息。
通过为制备腔室130额外地提供样品注射检查装置而可能确认样品是 否已经被充注,所述样品注射检查装置选自阻抗测量装置、图象传感器装 置和光学透射测量装置。特别地,制备腔室的阻抗特性、光学透射或者颜 色在当样品已经注入和当样品没有注入之间不同。这告知样品是否已经注 入。
表示特征地,证明样品(例如血液)是否已经通过样品注射检查装置注入 的过程包括以下步骤:注入样品;低速旋转薄膜化学分析设备以使得注入 到制备腔室130中的样品集中在制备腔室130的沿圆周方向,并通过样品 注射检查装置进行确定。
根据本发明的薄膜化学分析设备驱动器的特征在于,当传统的光盘(例 如CD或者DVD)或者不可识别的薄膜化学分析设备装载到薄膜化学分析设 备驱动器上时,用户被要求将其弹出或者接收到警告信息。
当薄膜化学分析设备正在诊断和分析样品,而用户请求薄膜化学分析 设备100从薄膜化学分析设备驱动器被弹出(卸载)或者停止时,驱动器忽略 该请求并继续分析和诊断。驱动器给用户警告信息或者要求口令。
如果用户输入正确的口令,用户的弹出(卸载)或者停止请求被接受。
在诊断和分析完成之后,用户的弹出请求被接受以使得薄膜化学分析 设备可以从薄膜化学分析设备驱动器弹出。
无线RF IC 188的存储器存储关于薄膜化学分析设备已经使用多少次、 其失效日期或者待诊断的疾病类型的信息。
特别地,当一次性薄膜化学分析设备正在使用时或者已经使用后弹出 时,无线IF IC 188的存储器记录其历史以使得如果设备在后来再次装载, 用户被通知该设备不适于诊断。
条型码图案存储有关薄膜化学分析设备的正确ID、其失效日期或者待 诊断的疾病类型的信息。
有关失效日期的信息用于通知用户如果薄膜化学分析设备的失效日期 到期,则其不适于诊断。
图36示出根据本发明的实施例的适于前部装载或者顶部装载薄膜化学 分析设备的薄膜化学分析设备驱动器。
薄膜化学分析设备100装载到薄膜化学分析设备驱动器上。标号751 表示薄膜化学分析设备驱动器的壳体,标号750a表示用于前端装载薄膜化 学分析设备100的托盘,标号750b表示用于顶部装载的盖子,其打开以将 薄膜化学分析设备的孔170配合到转盘。托盘750a或者盖子750b根据装载 类型选取。根据本发明的薄膜化学分析设备任选地具有用于播放传统的光 盘的回放/搜索按钮745和停止按钮746。标号744表示薄膜化学分析设备 驱动器的电源开/关按钮。
标号760表示用于显示薄膜化学分析设备驱动器的进行状态和模式的 显示装置,LED或者LCD器件可用作显示器件。
显示装置760显示在处理过程中当前装载的盘是薄膜化学分析设备还 是光盘、分析结果或者薄膜化学分析设备驱动器的进行状态。
在主处理过程中(制备处理、扩增处理、杂交处理和抗原抗体反应处理), 进度和步骤可以以百分比(%)或者以柱状图表类型进行显示。
或者,显示装置760可以与图形用户接口一起以百分比或者柱状图或 者饼图类型显示在主处理(制备处理、扩增处理、杂交处理和抗原抗体反应 处理)过程中的进度和步骤。
标号111表示输入/输出装置,其用于通过互联网自动或者手工地与相 应的医生进行远程访问。如有必要,诊断结果数据和医学检查表远程传输 到医生。患者然后等待医生的处方。如图36所示的薄膜化学分析设备驱动 器可额外地具有扬声器、活动图象照相机和微音器。
通常,只要癌症不发展,血液中的肿瘤标记的浓度并不增大。换句话 说,血液中的肿瘤标记浓度在初级阶段的癌症的情形下处于正常范围,并 随着癌症的发展而增大(也就是正比率增大)。本发明的特征在于,基于这些 发现,用于根据定性分析管理读取化验场所的结果的历史的统计软件优选 地用于提供用户有关定期跟踪诊断的信息。
本发明的特征还在于,薄膜化学分析设备驱动器优选地具有用于读取 和分析反应结果、确定结果是阴性还是阳性或者其属于危险群体以及计算 相关数量的软件。
此外,本发明的特征在于,薄膜化学分析设备驱动器优选地适于侧向 装载或者竖向装载薄膜化学分析设备。
图37示出根据本发明的实施例的跑步机(在左半部分)和体脂肪测量仪 器(在右半部分),其配备有如图36所示的薄膜化学分析设备驱动器。
参照图37,配备有薄膜化学分析设备驱动器的跑步机或者体脂肪测量 仪器不仅能测量体脂肪,而且能进行各种类型的生物化学血液分析和诊断。 标号760表示显示装置,并且标号761表示具有用于输入有关待测试人员 的信息(身高、体重、性别、年龄等等)的十个键的键盘。标号750a表示用 于前端装载薄膜化学分析设备100的托盘,而标号750b表示用于顶部装载 的盖子。
标号744a和744b表示用于测量人体体脂肪的电极或者用于测量血压 或者脉搏压力传感器。标号111表示用于输入/输出装置的接口单元,其 具有USB、IEEE1394或者互联网通信网络的通信标准。
图38示出根据本发明的实施例的装备有如图36所示的薄膜化学分析 驱动器的生物机器人或者机器人人体模型
标号760表示显示装置,标号112表示无线输入/输出装置,标号113 表示扩音器,标号115表示活动图象照相机。生物机器人具有安装在其手 指上以对血液取样的刺血针装置114,取样的血液注入到薄膜化学分析设备 的注射孔121中。然后,薄膜化学分析设备装载到薄膜化学分析设备驱动 器100a上以开始生物化学血液分析。标号762表示微音器,标号761表示 具有十个键的键盘。键盘安装在托盘上并包含在生物机器人的腹部。键盘 托盘抽拉按钮761a用于当键盘安装在托盘上时将其拉出或者将其放置到腹 内。
标号111表示用于有线和无线输入/输出装置的接口单元,其表示特征 地遵循USB、IEEE1394、互联网通信网络或者无线移动通信话机的通信标 准。
生物机器人表示特征地具有用于测量体脂肪的电极或者用于测量血压 或者脉搏的压力传感器,其定位在生物机器人的双手的手指或者手掌上。
用于测量体脂肪的电极优选地适于与人体的双手接触以基于BIA(生物 电阻抗分析)测量包含在他/她体内特定部位的体脂肪。
薄膜化学分析设备可与自动售货机结合使用。特别地,自动售货机具 有菜单按钮和硬币(钞票)插入孔以使得顾客可以取决于疾病类型购买薄膜 化学分析设备。在用户支付费用后,相应的薄膜化学分析设备经由排出孔 输出以使得用户可以人工装载被分析物。或者,用户可将他的/她的手指插 入到自动售货机的血液采样孔以使得包含在自动售货机中的刺血针装置自 动采样血液并开始诊断。在前者的情形中,也就是,当用户人工装载被分 析物在薄膜化学分析设备上时,其再次被插入到自动售货机的缝中。然后, 包含在自动售货机中的薄膜化学分析设备驱动器在预定时间段之后输出诊 断结果并将其通知给用户。各种薄膜化学分析设备堆叠在自动售货机中的 托盘中以使得当用户付清费用后,相应的薄膜化学分析设备经由排出孔输 出。
图39示出根据本发明的实施例的具有过滤器的薄膜阀,其具有安置在 其出口处的微孔。
参照图39,根据本发明的实施例,装备有微孔的过滤器67安置在薄膜 阀151的出口处以使得每当薄膜阀151通过脉冲阀操作打开时,制备腔室 130中的被分析物由于离心力通过过滤器,并且分离的样品移动到缓冲腔室 131。这样的操作在此及后称为脉冲过滤操作,其在当血清或者血浆从粘的 被分析物(例如血液)分离时是有利的。特别地,粘性被分析物由于离心力被 迫移动通过过滤器以使得样品可以快速分离。在离心分离处理过程中,脉 冲过滤操作可以在预定量的血清已经分离之后开始。
这样的通过脉冲过滤操作的血清分离是有利的,因为通过过滤器67直 接离心分离缩短了血清分离时间。
用于分离血浆或者血清的具有微孔的膜或者多孔过滤器优选地布置在 制备腔室出口以使得血液或者被分析物通过离心力被迫通过过滤器以分离 血清。
本发明的特征在于,多孔过滤器优选地通过安置预聚物混合物在薄膜 阀的出口并用紫外线灯对其照射以形成聚合物(也就是乳剂光致聚合作用) 而获得。
表示特征地,预聚物混合物包括单体、交联体、孔生(porogen)和光引 发剂。
预聚物混合物通过超声波转变为乳剂。当乳剂注入垂直于薄膜阀151 的出口的过滤器通道66的入口66a时,乳剂由于毛细现象充注过滤器通道 66并抵达过滤器通道66的出口66b。
当用紫外线灯照射时,过滤器通道66进行光致聚合作用并形成聚合物。 结果,多孔过滤器67形成在薄膜阀的出口151处。
本发明的特征在于,在制备腔室中的样品通过离心分离从被分析物获 得,或者,期望的样品通过脉冲过滤操作从被分析物分离。
本发明的特征在于,制备腔室在其出口处具有过滤器通道。
尽管已经为了示例性的目的对本发明的数个示例性实施例进行了描 述,但是本领域技术人员将认识到,可能做出各种修改、叠加和替代,其 并不脱离本发明的权利要求公开的范围和精神。
相关专利内容
标题 发布/更新时间 阅读量
跑步机 2020-05-13 870
跑步机 2020-05-14 30
跑步机 2020-05-14 939
跑步机 2020-05-11 270
跑步机 2020-05-12 89
跑步机 2020-05-12 916
跑步机 2020-05-13 701
跑步机 2020-05-14 292
跑步机 2020-05-15 594
跑步机 2020-05-11 1013
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈