微流控檢測系統和微流控盒的製作方法

2023-05-22 06:16:37 3

本發明涉及一種適於執行樣本的光學分析的微流控檢測系統以及一種適用於這種微流控檢測系統的微流控盒。

背景技術：

微流控檢測系統和該系統的微流控盒在本領域中是公知的。這樣的微流控檢測系統通常包括檢測器組件和至少一個微流控盒，其中微流控盒成形為在微流控盒的流體通道中保持樣本，例如液體樣本。微流控盒能夠被插入到檢測器組件的狹槽內用於光學分析。該微流控檢測系統通常用於非常快速地且相當低成本地執行液體分析。通常這樣的微流控檢測系統用於高通過量分析。由於能夠在醫生處或甚至在患者家裡執行的標準分析的發展，要求用於微流控檢測系統的一般費用相對較低。

許多標準分析要求樣本應當使用具有不同波長的光源經受數次檢測。

US 3,910,701公開了一種用於測量光反射、吸收和/或透射的裝置，其具有：多個發光二極體(LED)，布置以朝向試樣檢測光發射，其中各個二極體選擇以發射不同波長的光線；以及至少一個光響應傳感器，其布置以接收由試樣反射和/或透射的、並起源於每個發光二極體的光線。電驅動電路裝置設置用於對多個不同波長的LED交替地或順序地供電，以使得由傳感器接收的反射光或透射光是相應LED的不同波長的函數。這多個LED源和光響應傳感器安裝在尺寸和形狀類似於攝像頭的獨立模塊中，並且該模塊可拆卸地連接至用於該器械的可攜式殼體。這樣，可簡單地通過移動該模塊來針對每個檢測位點提供多個不同的源模塊。

US 7,791,728公開了一種用於光學地分析物質的微流控分析系統，其包括具有多個可選擇單波長光源的光源、光學地耦接至光源的物質展示構件、以及與物質展示構件關聯的光學檢測系統。光源和波長選擇系統包括光生成傳送帶，其具有耦接至它的多個單波長光源。傳送帶能夠旋轉用於檢測的所需單波長光源的位置。由於使用具有多個單波長光源(諸如，發光二極體(LED)或雷射器)的多波長選擇器結構，微流控分析系統適用於完成毫米或毫升級液體體積上的光學分析。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種微流控檢測系統，其能夠應用於以非常快速且簡單的方式執行多種分析。

本發明的目的是提供一種微流控檢測系統，其能夠應用於以相對較低的成本執行非常高精度的分析。

本發明的其他目的是提供一種微流控檢測系統，其是穩定的且具有長期耐久性。

在一個實施方式中，本發明的目的是提供一種微流控盒，其適於執行多種不同分析以及其中微流控盒有利地能夠用作為微流控檢測系統的部件。

在一個實施方式中，目的是提供一種微流控檢測系統，其能夠應用於在非常小的液體樣本上執行分析，諸如體液樣本，其中微流控檢測系統能夠應用於多種不同分析，包括使用不同波長的光束，而同時該微流控檢測系統的成本相對較低。

通過如權利要求書中限定的以及下文中描述的本發明已經解決了這些和其他目的。

已經發現本發明及其各個實施方式具有多個其他優點，這通過下述描述對於本領域技術人員來說是顯而易見的。

本發明的微流控檢測系統是非常緊湊型系統，其能夠應用於許多各種不同的分析以及其中針對每次分析僅需要少量的液體樣本。該檢測能夠以非常快速的方式執行並因此該微流控檢測系統能夠應用來進行高通過量的分析。

術語「檢測」和「分析」可互換地使用。

本發明的微流控檢測系統包括微流控盒和檢測器組件。

微流控盒在原則上能夠是適於光學讀出的任意微流控盒。微流控盒包括第一和第二側面以及至少一個流體通道和針對該一個或多個流體通道的至少一個入口用於進給液體樣本。該一個流體通道或多個流體通道包括多個第一光學檢測位點。

相配的微流控盒的示例例如是在WO13189502、US2011045492、US2009317793或US2007286774中描述的那些微流控盒，它們可選地修改以具有多個檢測位點。其他優選的微流控盒在下文描述。

檢測器組件包括用於插入微流控盒的狹槽，以及具有光路的第一固定光源和用於從第一光學檢測位點讀出光信號的光學閱讀器。檢測器的狹槽成形以使得在微流控盒插入到狹槽內時，微流控盒的各第一光學檢測位點中的至少一個定位在第一光源的光路中。在一個實施方式中，第一光源包括配置用於發射具有不同波長的多個不同光束的多色發光二極體(LED)，以及用於切換多個不同光束開關的電路。有利地，不同光束優選具有窄的譜寬。這將在下文進一步討論。

術語「固定光源」指代可操作地僅處於檢測器組件中一個物理位置中的光源。在使用中，該固定光源處於該單個可操作位置。在光源損壞或出於其他原因不可操作時，通過以替換的光源卸下該不可操作光源光源，可有利地更換光源。

光源是固定光源且是不可動光源的事實使得微流控檢測系統相對於現有技術的微流控檢測系統非常緊湊，且它同時是非常穩定的和/或魯邦性的。

術語「光路」指代光線路徑。光路可例如通過一個或多個透鏡或平面鏡或其他光學部件來操縱。有利地，至少一部分光路是LED和定位於光路內的光學檢測位點之間的自由空間。

在一個實施方式中，LED布置以直接照射所述第一檢測位點中的一個而無需使用其他光學元件，即在一個或多個光路中沒有布置任何光學部件。

術語「光學檢測位點」指代微流控盒的一個或多個流體通道中一個的一部分，其具有透明窗並包括或被構造以包括經由透明窗經受光學分析的樣本部。光學檢測位點有利地是所述至少一個流體通道的相對較小部位，優選地以所述至少一個流體通道的一段的形式和/或優選地與所述至少一個流體通道中的至少一個流體連接的腔室。

光學檢測位點可確定為光路所照射的、並且信號從其指向光學閱讀器的位點。

術語「光學檢測位點」可以是第一光學檢測位點中的至少一個。

以單數形式使用的術語「光學檢測位點」還應該解釋為包括複數形式的「光學檢測位點」，除非另有指定。

術語「第一光學檢測位點」指代為指示將由第一固定光源照射的光學檢測位點。

術語「光路」在本文中指代由LED發射的光線的定向投射。光路不是連續的但可具有足以執行所需分析的所需持續時間。合適的持續時間可以例如是多至10秒，諸如從約1毫秒至約5秒。

術語「光線」用於指示光路的一部分，即光路包括多條光線。

檢測器組件中的狹槽適於微流控盒。通常微流控檢測系統將包括多個微流控盒，它們一個接一個地可插入到檢測器組件中用於執行至少一個分析。

檢測器組件中的狹槽在一個實施方式中可適用於不同形狀和/或尺寸的微流控盒。

在一個實施方式中，檢測器組件的狹槽和微流控盒構造為使得在微流控盒完全插入到狹槽內時，微流控盒的第一檢測位點中的至少一個定位於第一光源的光路中。因此插入微流控盒並將光學檢測位點準確地插入到檢測器組件內是簡單的。

檢測器組件的狹槽和微流控盒構造為使得在微流控盒插入到狹槽內的預定位置時，微流控盒的第一檢測位點中的至少一個定位在第一光源的光路中。微流控盒不需要完全插入。微流控盒進入狹槽內的預定位置由將微流控盒保持在臨時固定位置的棘爪裝置確定。因此微流控盒可具有若干光學檢測位點，它們一個接一個地能夠定位在處於光源(例如，同一光源)的光路中的檢測器組件內。

該棘爪裝置以公知的並可在微流控盒和/或檢測器組件上的選定位置處包括凸出的凸緣和/或空腔，棘爪裝置嚙合或卡扣就位以將微流控盒定位在檢測器組件內。

在一個實施方式中，檢測器組件布置以將微流控盒定位在一個或多個期望位置。該微流控盒的自動或半自動操作是在其他現有技術系統中公知的。

光學檢測位點具有透明窗用於至少兩個不同光束。透明窗例如是以至少一個流體通道的透明壁段的形式。

微流控盒可有利地至少部分地是透明玻璃或聚合物。在優選實施方式中，微流控盒包括聚合物基底，其具有一個或多個通道形狀的空腔，它們由箔片罩住，箔片至少在光學檢測位點是透明的進而以形成一個流體通道或多個流體通道。

在一個實施方式中，該盒包括在光學檢測位點中或附近布置的一個或多個集成透鏡和/或反射鏡。該一個或多個集成透鏡和/或反射鏡可用於指引、和/或聚焦光束至光學檢測位點。

一個或多個集成透鏡和/或反射鏡和/或其他光學部件可布置在微流控分析系統中的任意期望位置處，從而引導光束、指引光束、限定光束、聚焦光束和/或準直光束或其他方式操縱光束。

第一檢測位點中的至少一個具有透明窗用於從光學檢測位點讀出光學信號。在一個實施方式中，第一檢測位點中的至少一個具有透明窗用於至少兩個不同光束和用於讀出光學信號。

如下文中更加詳細地描述的，有利地是從基底提供微流控盒，基底具有空腔和/或通道以及用於基底的罩和優選地其他元件，諸如電力傳輸線、陽極、陰極和/或其他部件，其中基底和罩中的至少一個是透明材料以進而提供透明窗。

在一個實施方式中，在盒插入到檢測器組件的狹槽內時，LED和光閱讀器定位在微流控盒的相反側面上。LED布置以指引光束的方向朝向光學檢測位點，以及光閱讀器布置以讀出以未吸收光或反射光(即穿過光學檢測位點的光)形式的信號。在該布置中，光閱讀器還可以布置以讀出來自激發螢光團的光線發射的信號。

優選地，在盒插入到檢測器組件的狹槽內時，LED和光閱讀器定位在微流控盒的同一側面上。LED布置以指引光束的方向朝向光學檢測位點，以及光閱讀器布置以讀出以反射光形式的信號或來自激發螢光團的光線發射的信號。

在一個實施方式中，光閱讀器定位以收集超出全內反射的臨界角的光線形式的信號。該構造特別有利地用於執行超臨界角螢光(SAF)分析，其中待確定的靶標以螢光團標記。通過使用SAF，能夠以簡單且有效的方式獲得非常高的解析度。SAF方法在現有技術中已經初步地用於簡單的顯微鏡檢查，諸如Thomas Ruckstuhl和Dorinel Verdes的《超臨界角螢光(SAF)顯微鏡檢查》(《Optics Express》，2004年第12卷第18期，第4246-4254頁)中描述的。這些SAF結構和方法能夠以簡單方式修改以應用於本發明的微流控檢測系統中。

SAF方法和結構特別地有助於執行免疫分析。

在一個實施方式中，在盒插入到檢測器組件的狹槽內時，光閱讀器布置用於從至少一個第一檢測位點中的液體樣本讀出至少一個吸收特性。

在一個實施方式中，在盒插入到檢測器組件的狹槽內時，光閱讀器布置用於從至少一個第一檢測位點中的液體樣本讀出至少一個反射特性。

在一個實施方式中，在盒插入到檢測器組件的狹槽內時，光閱讀器布置用於從至少一個第一檢測位點中的液體樣本讀出至少一個發射特性。

光閱讀器原則上能夠是任意類型的光檢測器，其能夠感測考慮中的波長，即具有期望從光檢測位點獲得的(例如通過光學檢測位點發射、反射或穿過的)波長的光線。

有利地，光閱讀器是多波長閱讀器。

在一個實施方式中，閱讀器包括光電二極體陣列和/或光電倍增管。合適的檢測器可例如從美國布裡奇沃特的Hamamatsu公司或從美國聖何塞的Atmel公司獲得。

在一個實施方式中，光閱讀器是數字成像閱讀器，優選地以電荷耦合器件(CCD)閱讀器形式。

有利地，CCD閱讀器是彩色閱讀器，諸如3CCD閱讀器或濾色鏡鑲嵌CCD閱讀器。

3CCD閱讀器是包括將圖像分割為紅色、綠色和藍色分量的二向色分束器稜鏡的CCD閱讀器。

濾色鏡鑲嵌CCD閱讀器是包括濾色鏡的CCD閱讀器，諸如Bayer掩模、RGBW掩模(紅、綠、藍、白色濾光鏡陣列)、或CYGM掩模(青色、黃色、綠色、洋紅色濾光鏡陣列)。

有利地，光閱讀器是分光計，分光計優選地構造為以包括該至少兩個不同光束的帶寬操作。

分光計也通常被稱作分光鏡並用於測量各特性，諸如特定帶寬上光強或光偏振。

優選地，分光計配置為確定包括可見光的帶寬上的光強。

在一個實施方式中，分光計配置為確定包括至少兩個不同光束的帶寬上的光強。

在一個實施方式中，分光計配置為確定至少約20nm的帶寬上、優選地至少約100nm、諸如多至800nm的帶寬上的光強。在一個實施方式中，分光計具有從約0.5至約20nm、諸如從約5至約1nm的光譜解析度。

在一個實施方式中，光閱讀器是光纖分光計，其包括多根光纖，布置以從光檢測位點接收光線。光纖分光計可例如布置以使得各個光纖在其一端捆成束並布置以從光檢測位點收集光線，以及在光纖的另一端，光纖束被分為兩根或多根單光纖或光纖子束，每個第二端單光纖或子束連接至分光計用於分析各自預先波長範圍內的光線。

分光計可包括CCD閱讀器。

在一個實施方式中，第一光源的電路配置為彼此獨立地切換多個不同光束的開和關，優選地，檢測器組件編程以控制第一光源的電路。

LED有利地構造為使得每次僅發射一個光束並使得能夠一個接一個地切換多個不同光束的開和關。各個光束的持續時間可以是相同的或不同的，並且有利地，持續時間是幾秒，諸如達到10秒。

在一個實施方式中，檢測器組件編程以預定模式每次一個的切換多個不同光束的開和關，該預定模式有利地是基於待執行的檢測分析來選擇。

在一個實施方式中，檢測器組件編程以切換多個不同光束的開和關以使得每次僅打開LED的不同光束的一個。

在一個實施方式中，多個不同光束包括至少兩個不同光束，諸如從2至5個不同光束。

通常，期望的是每個光束具有窄的譜寬，優選是100nm或更小。優選地，彼此獨立的不同光束具有達到約50nm的譜寬。通過使用具有該窄譜寬的光束，微流控檢測系統能夠應用於以高解析度檢測不同分量或以不同螢光團標記的分量，即使其中濃度非常小或非常大，以及此外該確定可以既是定性的又是定量的。

術語「帶寬」在本文中用於指代「波長帶寬」。

術語「譜寬」在本文中用於指代從光源發射的、並以最大功率級一半的功率級圍繞中心波長的光束的波長範圍。

在一個實施方式中，彼此獨立的多色LED的多個不同光束中的每個具有達到約25nm的譜寬。

在一個實施方式中，彼此獨立的多色LED的多個不同光束中的每個具有達到約5nm的譜寬。

在一個實施方式中，彼此獨立的多色LED的多個不同光束中的每個具有達到約2nm的譜寬。

有利地，多色LED的多個不同光束是單色光束。

原則上，多色LED可包括具有任意中心波長和/或峰值波長的光束，其優選地適於待分析的靶標。

各個光束的中心波長和峰值波長可以彼此相同或不同。針對任選的分析，微流控檢測系統可在執行分析之前進行校準以排除系統性誤差或考慮偏移或溫度變化。

在一個實施方式中，多色LED的多個不同光束包括具有約575nm至約625nm的中心波長的光束。

在一個實施方式中，多色LED的多個不同光束包括具有約425nm至約475nm、優選為約450nm的中心波長的光束。

在一個實施方式中，多色LED的多個不同光束包括紅色光束和藍色光束。

在一個實施方式中，多色LED包括下述光束：

紅色：610<λ<760。

橙色：590<λ<610。

黃色：570<λ<590。

綠色：500<λ<570。

藍色：450<λ<500。

在一個實施方式中，多色LED的多個不同光束包括至少三個單色光束，選自紅色、橙色、黃色、綠色或藍色光束。

合適的多色LED的示例是由Marubeni美國公司市售的雙色LED(雙晶片)和多色LED(多晶片)，http://tech-led.com/LED_die_bare_chips.shtml.

多色LED有利地是例如通過包括集成放大器或通過分體式放大器或放大結構來放大。

在一個實施方式中，來自LED的光束沿光路限制以使光點直徑變窄從而優選地使得處於至少一個第一檢測位點的光點直徑具有期望的狹窄光點直徑和期望的高強度。

有利地，微流控盒具有多個光學檢測位點。

在一個實施方式中，微流控盒的一個流體通道或多個流體通道包括多個第一光學檢測位點，檢測器組件和微流控盒構造為使得在微流控盒在第一預定位置處插入到狹槽內時，微流控盒的第一光學檢測位點中的一個定位在第一光源的光路中，以及在盒在第二預定位置處插入到狹槽時，微流控盒的第一光學檢測位點中的另一個定位在第一光源的光路中，其中狹槽內微流控盒的第一和第二預定位置中的每個優選地由將微流控盒保持在暫時固定位置的棘爪裝置來確定。

棘爪裝置可以如上所述。

有利地，微流控檢測系統包括彼此相同或不同的多個固定光源。

根據本發明的微流控檢測系統還包括一個實施方式，其中微流控盒的一個流體通道或多個流體通道包括至少第二光學檢測位點，以及檢測器組件包括具有光路的至少第二固定光源，檢測器的狹槽成形以使得在微流控盒插入到狹槽內時，微流控盒的第二光學檢測位點定位在第二光源的光路中，第二光源優選地包括配置為發射具有不同波長的多個不同光束的多色發光二極體(LED)和用於切換多個不同光束開和關的電路。

有利地，布置用於從第一光學檢測位點讀出信號的光閱讀器配置用於從第二光學檢測位點讀出光信號。

術語「布置用於」和「配置用於」可互換地使用。

在一個實施方式中，檢測器組件包括第二光閱讀器，其配置用於從第二光學檢測位點讀出光信號。

有利地，微流控盒的一個流體通道或多個流體通道包括多個另外的光學檢測位點，以及檢測器組件包括具有各自光路的多個另外的固定光源。檢測器的狹槽成形以使得在微流控盒插入到狹槽內時，微流控盒的多個另外光學檢測位點定位在多個另外光源的各自光路中。多個另外光源中的每個優選地包括配置為發射具有不同波長的多個不同光束的多色發光二極體(LED)和用於切換多個不同光束開和關的電路。因而能夠同時執行多種分析。

檢測器組件可包括一個或多個相同的或不同的閱讀器用於從多個光學檢測位點讀出信號。

為了避免或減少由不同LED發射的光束之間或來自不同光學檢測位點的信號之間的幹擾的風險，例如由於入射光引起，微流控檢測系統可有利地包括光導。光導可優選地布置以限定光路和/或信號。可任選地，微流控檢測系統可包括用於進一步指引光束的準直部件。透鏡和反射鏡可在一個實施方式中應用於聚焦和/或指引光線。

在一個實施方式中，檢測器組件包括用於一個或多個固定光源的光隧道，用於阻止來自各個固定光源的光束同時傳輸光線至兩個或多個檢測位點。優選地，光隧道構造為避免來自固定光源的入射光傳輸至未布置在光源的光路中的檢測位點。

在一個實施方式中，微流控盒的一個流體通道或多個流體通道包括多個檢測位點，它們配置用於執行多個不同分析。檢測位點可包括例如如下文所述的任意類型的檢測位點。

多個檢測位點可有利地包括至少一個電檢測位點。電檢測位點是流體通道內的位點，其配置用於通過電極讀出電信號。因此，電檢測位點不需要是透明的。

電檢測位點包括布置用於在電檢測位點處執行電化學檢測的電極。電極包括連接至微流控盒連接焊盤的電線。

電線能夠以任意類型的電力傳輸線的形式，諸如印刷金屬線。其他優選選擇如下所述。

微流控盒的連接焊盤配置用於提供電觸點至檢測器組件的讀出。

檢測器組件包括至少一個電閱讀器用於經由所述連接焊盤從電檢測位點讀出電信號。

在一個實施方式中，電閱讀器包括電壓表，其電連接至布置於狹槽內的電壓表連接焊盤，從而使得在微流控盒插入到狹槽內時，微流控盒連接焊盤與電壓表連接焊盤電連接。由此微流控盒能夠以簡單的方式相對於檢測器組件精確地定位，例如還使用上述的棘爪裝置。

有利地，檢測器組件還包括至少一個輸出接口，諸如顯示器和/或印表機，以及處理器。處理器可以是任意類型的處理器，優選為集成到檢測器組件內的可編程計算機。在一個實施方式中，檢測器組件經有線或經由無線連接來連接至計算機。

檢測器組件可以例如連接至中心資料庫，其包括患者日誌，並通過例如掃描與患者相關的條形碼或晶片，例如患者手腕上的條形碼或患者內的晶片，來確定患者，以確保結果被輸入到中心資料庫的患者日誌內，或檢測器組件可從患者日誌接收關於在來自患者的樣本上將執行何種分析的指令。

處理器可通過軟體編程來執行一個或多個期望分析。

在一個實施方式中，檢測器組件可編程以執行多路讀出信號。

在一個實施方式中，微流控盒包括機器可讀碼，其包括關於使用盒將執行的分析的指令，以及檢測器組件包括代碼閱讀器用於讀出機器可讀碼並輸送關於將要執行的分析的指令到處理器，其中處理器編程以至少部分地基於從機器可讀碼獲得的指令控制至少一個閱讀器和輸出接口，優選地，所述至少一個閱讀器是光學閱讀器和電閱讀器中的至少一種。

條形碼可以是任意類型的條形碼，諸如1D、2D或3D條形碼。

在一個實施方式中，檢測器組件包括多個微流控盒，其包括用於不同分析的不同條形碼。

有利地，微流控盒的相應條形碼每個編碼用於執行預定數量的檢測位點的讀出。

條形碼系統可例如用於指示客戶端應該訪問哪個分析和/或客戶端應該訪問哪個分配位點以閱讀出。

由此，製備用於數個不同分析的微流控盒應該與不同條形碼一起銷售，其中各自條形碼編碼以允許使用相應分析。由此，不需要針對不同的分析或分析組合來製造不同的微流控盒，以及用於多種不同分析的一種或數種類型的微流控盒的大量生產，而不是製造許多不同類型的微流控盒，極大地降低了成本。

在一個實施方式中，至少一個微流控盒包括條形碼，其編碼用於從僅讀出一些檢測位點。

檢測器組件有利地使用合適的軟體編程。軟體有利地包括中心資料庫，其能夠用於分析所得到的檢測，例如用於通過在具有已知成分的樣本上執行校準測試。

在一個實施方式中，軟體包括資料庫，其具有確定預選疾病的數據，以及在患者具有這些疾病中的一種時，它能夠在從來自該患者的樣本上執行分析時確定出。由此例如在一個區域中的傳染病的發作能夠非常快速地確定。

在一個實施方式中，軟體包括資料庫，其具有識別預選病原體組分的數據，諸如能夠針對該病原體微生物執行分析，通過執行該分析，能夠非常快速地確定該病原體組分在來自患者的樣本中的濃度，以及能夠在患者治療期間執行相比於其他類似患者的治療進程的監視。

在一個實施方式中，軟體包括用於執行用於多種分析結果的嵌入決策樹的程序，進而基於樣本上運行的實際分析數量提供自適應響應。

在一個實施方式中，微流控盒的批量信息處於中心資料庫中以及檢測器組件能夠通過條形碼或通過批號訪問該信息。由此需要關於微流控盒的有限數據。

檢測器組件可優選地包括溫度控制元件，其布置用於在微流控盒插入到檢測器組件內的狹槽中時接觸狹槽內的微流控盒並優選地靠近至少一個檢測位點。

該溫度控制元件能夠例如包括珀耳帖(peltier)元件、薄膜加熱元件和/或其他電阻電熱元件。

在一個實施方式中，檢測器組件構造為在微流控盒的流體通道內通過在微流控盒的泵吸室內交替地施加加熱和冷卻空氣來執行泵吸效應，其中泵吸室與流體通道流體接觸。通過在泵吸室內交替地施加加熱和冷卻空氣，泵吸室內的壓力將交替地升高和降低進而導致泵吸效應。

在一個實施方式中，檢測器組件包括可動針用於促動流體通道內的液體樣本。能夠應用於該實施方式中的微流控盒包括柔性隔膜，例如以箔片的形式，其罩住流體通道的一部分或與流體通道流體連通的腔室，以及針布置為被按壓到通道或腔室內以執行泵吸效應。

該泵吸效應可應用以填滿期望區域，例如流體通道的腔室，和/或用於執行液體和固體的混合。

在一個實施方式中，檢測器組件包括例如以可動針的形式的促動器，用於暫時性地壓下或可選地封閉流體通道。

促動器例如是步進馬達驅動的促動器，例如在WO2012016107中所公開的。

促動器可形成隔膜泵，其與流體阻力結合能夠確保一個或多個腔室，諸如所有腔室的填充。

在使用中，液體樣本輸送至微流體盒以及微流體盒例如手動地或使用例如盒式機器人功能的機器人來插入到檢測器組件的狹槽內。

優選地，微流控設備將在下文進一步描述。

術語「液體樣本」指代含有液體的任意樣本，包括含有固體部分的液體樣本，諸如彌散系和懸浮液。樣本在執行該方法時包括液體。

原則上，能夠應用任何液體樣本，包括但不限於含有顆粒的液體樣本，諸如離散顆粒。在一個實施方式中，液體樣本是任選地與水混合的碾碎食物或組織，或它可以是其提取物。因此，微流控檢測系統能夠例如應用於執行組織、蔬菜、肉類等的定性和/或定量檢測。

在一個實施方式中，液體樣本包括例如以水懸浮液形式的人類或動物的糞便。

在一個實施方式中，液體樣本包括廢水或大自然資源的水，例如湖或河。

在一個實施方式中，液體樣本包括標記物，諸如優選地結合至將要執行至少一個分析的靶標組分的螢光團。螢光團在一個實施方式中可結合至磁性顆粒。

通常，期望的是選擇具有相對特定的發射波長和能量的螢光團，用於靶標組分的更簡單的定性或定量確定。特別地，期望的是發射波長是相對特定的，即它能夠優選地具有在該確定方法中足夠地窄以至於能夠與其他發射物區分的波段。

術語「相對特定波長」指代的是該波長能夠與該檢測中其他發射波長區分開。

特別地，在具有數個不同螢光團和可任選地數個靶標成分的情形中，優選地是螢光團具有相對特定發射波長以使得來自相應螢光團的發射能夠與來自其他的進行區分。

螢光團能夠是任意類型的螢光團，其能夠配置為結合至磁性顆粒的俘獲位點。螢光團對於本領域技術人員來說是公知的並是商業可得的，

量子點的示例在US 7498177中描述，以及可從Life Technologies Europe BV.可得的量子點包括超過150種不同的產品配置，其具有跨越寬泛波長範圍的發射波長，例如具有如下相應發射波長的量子點：525、545、565、585、605、625、655和IR 705及800nm。在一個實施方式中，抗生物素蛋白鏈菌素、生物素、抗體和多種不同的官能體能夠與Invitrogen/Life Technologies portfolio的量子點產品綴合。

量子點的示例還包括從Arkansas 72764斯普林頓的Ocean NanoTech可得的量子點，包括超過40種不同產品配置，其具有在nm上跨度的發射波長和PEG或其他生物兼容塗層的官能外核，例如具有下述相應發射波長：530、550、580、590、600、610、620和630nm。來自Ocean NanoTech的量子點包括具有不同官能團的量子點，例如胺、COOH、苯硼酸(PBA)，以及具有兩親性聚合物和PEG塗層的量子點。從Ocean NanoTech可得的量子點的其他示例是具有設置於甲苯中的單核，並僅具有十八胺塗層或具有兩親性聚合物和PEG塗層。

在一個實施方式中，螢光團是量子點或芳香族探針和/或耦聯探針，諸如螢光素、苯的衍生物、金屬硫化物螢光團或它們的組合物。

在一個實施方式中，螢光團可配置為結合例如微流控盒的光學檢測位點內的選定俘獲位點。

本發明還涉及一種適於作為微流控檢測系統的部件的優選微流控盒。本發明的微流控盒也可以單獨地或與現有技術檢測器組件結合地使用。

本發明的微流控盒如上文所述。

本發明的微流控盒設計用於執行多種不同分析。盒包括至少一個流體通道和到達流體通道用於輸送液體樣本的入口。流體通道包括多個檢測位點，該多個檢測位點包括至少一個電檢測位點，其包括布置用於在電檢測位點處執行電機械檢測的電極，以及至少一個光學檢測位點，其具有用於在光學檢測位點光學讀出的透明窗。

迄今為止，從來沒有提出提供一種微流控盒，其能夠同時地應用於從同一樣本執行光學和電學讀出。本發明的微流控檢測系統因此提供了一種新的概念，其打開了非常快速地且在同一樣本上執行一種新系列的組合分析。該微流控盒既節省時間，並且所獲得的結果可以更加精確，這是因為電和光學檢測能夠同時且在同一樣本上執行。

有利地，盒包括多個電檢測位點和/或多個光學檢測位點。

優選地，所述一個或多個檢測位點中的每個是以腔室的形式，具有比引導至腔室的流體通道的橫截面大至少約25％、諸如至少約50％、諸如至少100％的橫截面。

各個腔室可具有相同或不同尺寸。

有利地，光學檢測位點中的一個或多個包括試劑，優選地所有光學檢測位點包括試劑。試劑能夠在原則上是任意試劑，諸如現有技術公知的試劑。

在一個實施方式中，盒的至少一個光學檢測位點是吸收光學檢測位點，其配置用於吸收檢測，吸收光學檢測位點優選地包括至少一種試劑，其選自凝集試劑、凝結試劑、抗體和/或抗原。

在一個實施方式中，盒的至少一個光學檢測位點是比色檢測位點，其配置用於比色檢測，優選地比色檢測位點包括至少一種試劑，其選自顯色試劑。

顯色試劑能夠是任意類型的試劑，其在與針對使用微流控盒進行檢測的靶標反應時誘發顏色變化。

能夠經受比色檢測、例如經由顯色反應化學地轉換位為有色產物的靶標包括酶底物和輔助因子。該靶標的非限制性示例包括葡萄糖、膽固醇、和甘油三酸酯。特別地，體液內總的膽固醇水平(例如，游離和酯化膽固醇的總和)能夠通過將液體與包括膽固醇酯酶、膽固醇氧化酶、以及諸如N,N-二(4-磺丁基)-3-甲基苯胺、二鈉鹽(TODB)、4-氨基安替比林、和辣根過氧化物酶的可氧化染料反應的公知顯色分析來分光譜地測量。

大量的顯色反應劑可用於催化有色產物的形成。這些顯色反應劑的示例包括丙氨酸轉氨酶(ALT)和天冬氨酸轉氨酶。丙氨酸轉氨酶(ALT)是指示肝功能的反應劑。其他合適的顯色反應劑包括α酮戊二酸、丙酮酸氧化酶、以及諸如N,N-二(4-磺丁基)-3-甲基苯胺、二鈉鹽(TODB)、4-氨基安替比林、和辣根過氧化物酶的可氧化染料。

通過顯色比色檢測可檢測的其他靶標包括通過免疫測定可發現的靶標，諸如酶聯免疫吸附試驗(ELISA)。在典型的ELISA中，靶標由抗體特定結合，其轉而由二次酶聯抗體檢測。聯酶(顯色反應劑)催化顯色反應。該酶包括但不限於β-牛乳糖、鹼性磷酸酶、和辣根過氧化物酶。

合適的顯色試劑的選擇將基於待檢查的特定靶標。通常，能夠與靶標直接或間接地反應以生成有色產物的顯色試劑適用於本發明的微流控盒中。

在一個實施方式中，盒的至少一個光學檢測位點是光譜檢測位點，其配置用於光譜檢測，優選地，光譜檢測位點包括選自例如螢光團(諸如上述的螢光團)的標記物的至少一種試劑。

在一個實施方式中，盒包括實心基底，其具有至少一個通道形腔室，用於形成流體通道，其具有用於分配位點的腔室的以及可選地另外腔室，例如泵吸腔室和下沉段，諸如WO2012016107中描述的。

柔性箔片結合至實心基底以形成流體通道。箔片優選地通過焊接結合至實心基底。

在一個實施方式中，箔片是半透箔片，用於毛細管通氣，例如選定氣體的蒸發。

在一個實施方式中，實心基底負載針對至少一個電檢測位點的電極和用於從電極讀出的電傳輸線路。電極和電傳輸線路可有利地是模基體上的印刷電極，用於大量生產中的增加魯棒性。

在一個實施方式中，箔片是聚合物，其負載針對至少電檢測位點的電極和用於從電極讀出的電傳輸線路。

在一個實施方式中，電極設置在箔片的兩側上，優選地通過貫通孔，以方便連接性並改進電極的魯棒性。

有利地，電極和/或電傳輸線路通過蒸汽沉積、濺射和/或印刷來施加，優選地，至少一個電極和/或電傳輸線路是印刷的。

印刷能夠是絲網印刷、照相凹版印刷、或傳輸列印。

在一個實施方式中，至少部分電傳輸線路嵌入在聚合物內，可選地箔片包括層壓在至少部分電傳輸線路上的覆膜聚合物膜，以進而嵌入至少部分電傳輸線路。

聚合物箔片可例如包括熱塑性聚合物，其優選地選自聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、或聚醯亞胺(PI)。

微流控盒能夠以任意合適材料製成，例如用於現有技術的微流控盒的材料。

微流控盒可例如由聚合物製成的一種或多種單體製成，諸如選自如下的聚合物：環烯烴共聚物(COC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚二甲基矽氧烷(PDMS)、聚乙烯(PE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲基戊烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碸、聚四氟乙烯(PTFE)、聚亞氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚偏二氟乙烯、苯乙烯丙烯酸共聚物、聚異戊二烯、聚丁二烯、聚氯丁烯、聚異丁烯、聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、矽樹脂、環氧樹脂、聚醚共聚乙醯胺、聚酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、丙烯酸、賽璐珞、醋酸纖維素、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、乙烯乙烯醇(EVAL)、氟塑料、聚縮醛(POM)、聚丙烯酸酯(丙烯酸)、聚丙烯腈(PAN)、聚醯胺(PA)、聚醯胺-醯亞胺(PAI)、聚芳基甲酮(PAEK)、聚丁二烯(PBD)、聚丁烯(PB)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸環己烷二甲酯(PCT)、聚酮(PK)、聚酯/聚乙烯/聚乙烯、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚醯亞胺(PEI)、聚醚碸(PES)、氯化聚乙烯(PEC)、聚醯亞胺(PI)、聚乳酸(PLA)、聚甲基戊烯(PMP)、聚苯醚(PPO)、聚苯硫醚(PPS)、聚鄰苯二甲醯胺(PPA)、以及它們的混合物。

優選的聚合物包括聚醯亞胺，例如亞苯基-均苯四醯二亞胺，諸如聚(4,4』-氧基二亞苯基-均苯四醯二亞胺)，例如

在一個實施方式中，通過提供包括一個或多個通道和可選的腔室盒/或孔的剛性基底，並且通過一片或多片薄膜覆蓋所述一個或多個通道和可選的腔室盒/或孔，從而製造微流控盒。通過注射成型來有利地製成剛性基底，然而也可以利用其他的模製方法。薄膜可以是聚合物或金屬薄膜或包括聚合物和/或金屬的分層膜，例如聚合物塗層的金屬膜或金屬濺射的聚合物膜。

基底和薄膜中的至少一個優選在可見區針對至少一個波長是透明的。有利地，基底和薄膜中的至少一個針對設定將要一起使用的檢測器組件的不同光束中的至少一個是透明的。

薄膜可有利地焊接至基底。也可以提供膠粘。

通過提供來自如上述的基底和薄膜的微流控盒，微流控盒將具有基底側盒薄膜側。

應該強調的是，術語「包括」(comprises/comprising)在本文中使用時應該解釋為開放式術語，即應該用於指定特別聲明的特徵的存在，諸如元件、單元、整數、步驟、部件和它們的組合物，然而不能排除一個或多個其他聲明特徵的存在或添加。

包括範圍和優選範圍的本發明的特徵能夠在本發明的範圍內以各種方式組合，除非具有不能組合這些特徵的特定原因。

附圖描述

本發明將在下文中結合優選實施方式並參照附圖進行更加詳細地說明，其中：

圖1示出了根據本發明的檢測器組件；

圖2示出了根據本發明的微流控盒；

圖3示出了以側視圖的微流控盒；

圖4示出了微流控盒的可替代實施方式；

圖5示出了微流控盒的又一個實施方式；

圖6示出了通過LED和CCD檢測；

圖7示出了通過LED和CCD的可替代檢測；

圖8示出了通過分光計檢測；

圖9示出了電檢測；

圖10示出了光隧道；以及

圖11示出了適於電檢測的微流控盒。

具體實施方式

附圖是示意性的且僅旨在示出本發明的原理並且出於清楚起見進行簡化。在全文中，相同參照數字用於相同或對應部件。

本發明的其他可應用範圍將通過下文中給出的詳細描述而變得顯而易見。然而，應該理解的是，儘管指示本發明的優選實施方式的詳細描述和特定示例僅通過示意給出，然而在本發明的精神和範圍內的各種變化和改動將對於本領域技術人員通過詳細描述而變得顯而易見。

本發明由獨立權利要求的特徵限定。優選實施方式在從屬權利要求中限定。權利要求書中任意參照數字對於它們的範圍來說旨在為非限制性的。

前文中已經示出了一些優選實施方式，但應該強調的是，本發明不限於這些，而是可以在後面權利要求書限定的主題內以各種方式體現。

圖1示出了根據本發明的檢測器組件1。檢測器組件包括屏幕2，其用於可視地設置檢測器組件以及可視地顯示在檢測器組件1上執行的測量結果。

檢測器組件1包括控制按鈕3，其用於設置並操作檢測器組件。檢測器組件還包括用於與諸如計算機或印表機的其他硬體連接的工具。

檢測器組件1還包括狹槽4，其中可插入微流控盒。微流控盒在下面更加詳細描述。檢測器組件的內部包括用於在盒插入到狹槽內時保持微流控盒處於固定位置的工具。

因此，在包括感興趣樣本的微流控盒插入到檢測器組件1的狹槽4內時，檢測器組件可在樣本上執行測量。測量可例如是光學測量，諸如光度或比色測量。還可以基於電荷耦合設備的測量或磁性測量。

圖2示出了適用於本發明的微流控盒10。在該實施方式中，微流控盒10包括基底12，其具有以通道11形式的五個腔室。每個通道11包括入口13和水槽14，其具有未示出的柔性壁段。

微流控盒10還包括凹入部，其提供針對通道11的讀出段16，其中通道包括透明窗以及其中磁性顆粒可使用未示出的磁體被暫時性固定。

在該實施方式中，每個通道11包括臨時固定的磁性顆粒和臨時固定的螢光團。微流控設備分割為各個區，包括區0，其是入口區，區1和區2，其包括臨時固定的螢光團和磁性顆粒17，布置以使得它們不反應直至它們與液體樣本接觸，區3，其是讀出區，以及區4，其是水槽區。

在一個實施方式中，區1包括臨時固定的螢光團以及區2包括臨時固定的磁性顆粒。

在一個實施方式中，區1包括臨時固定的磁性顆粒以及區2包括臨時固定的螢光團。

微流控10在需要時可包括區1和區2的數個子區。

在使用中，液體樣本輸送至入口13，樣本使用柔性壁段吸入通道的區1，這將在後面詳細描述。可選地，液體樣本在區1中脈動以在區1內溶解或回溶固定元件17。然後液體樣本進一步吸入到通道11內到達區2，用於在區2內溶解或回溶固定元件17。在預選的孵化時間後，液體樣本被完全地吸入到水槽14內。磁性顆粒在讀出區3中固定。此外，在需要時，液體樣本能夠通過使用水槽14的柔性壁被重新引入到通道11內，以及使用液體樣本能夠衝洗固定的磁性顆粒從而移除未固定的螢光團和可能會提供噪音的其他元件。

圖3上示出了從側面看的圖1的微流控盒。儘管已知的微流控盒在原則上能夠應用於本發明，所述的微流控盒特別地設計用於該目的並提供了如本文所述的本發明的另外益處。

微流控盒10包括基底12，具有以通道形式的5個腔室。通道11設置以箔片11a覆蓋的溝槽的形式。每個通道11與入口13連接並且在通道11的相反端處連接有共用的水槽14。入口13具有井的形狀。

通過按壓水槽14的柔性壁段15，壁將運動且空氣將從通道11按壓出，並且在壓力釋放時，柔性壁15將返回至其初始位置以及布置於入口13內的液體樣本將被吸入到通道11內到達期望位置。通過進一步操縱柔性壁段，液體樣本能夠被進一步吸入到通道11內或它將在通道內跳動。最後柔性壁段15將被操作以在水槽內手機樣本並在需要時將樣本重新衝洗到通道內。柔性壁段15因此提供了控制微流控設備內液體樣本的簡單且廉價的方法。

微流控盒還包括凹入部，其提供了針對通道11的讀出段16。在通道11的讀出段16，通道包括透明窗以及磁性顆粒能夠使用未示出的磁體來臨時性地固定。磁體安裝於檢測器組件內，其也包括用於通過讀出段16讀出信號的讀數。

圖4和5示出了微流控盒20的可替代實施方式。

在圖4中，看出微流控盒20具有兩個通道21，其在一端連接入口23以及在相反端連接水槽24。

沿兩個通道21定位多個腔室27、28。每個腔室連接通道以及每個腔室可包括分析物，它們可與在從入口23穿過通道21至水槽24時填充腔室的液體樣本反應。

通道21、入口23、水槽24、以及腔室27、28形成為基底22中的凹槽。通向通道21、水槽24、以及腔室27、28的通路由箔片21a密封，從而它們僅可經由入口23進入。

在通道21的每側上成對地布置腔室27和28。腔室可包括相同或不同的分析物。例如，沿通道的每對可包括相同分析物，從而樣本將由相同分析物檢測兩次，進而提供了所測量結果的確定性。因此，圖4中所示的微流控盒20可例如能夠通過十二種不同分析物測量，即微流控盒20包括沿通道21定位的十二對腔室27、28。分析物可以是分析物組合，其可以由不同手段測量，諸如光學、電學或磁性手段。因此，分析物例如可以是固定磁性顆粒或用作為顯色反應劑的固定酶，其在樣本進入腔室時將與液體樣本反應。

圖5示出了微流控盒20，其基本對應圖4中所示的微流控盒4。然而，在該特定實施方式中省略了水槽。在液體樣本置於入口23時，它將通過壓力和毛細管力流入到通道21和腔室27和28中。

因此，微流控盒包括與兩個通道21連接的入口23，其與沿通道的各對腔室27、28連接。腔室27和28對於來自諸如多色LED的光源的光線來說是透明的。這樣，腔室27和28適於與光學檢測裝置一起使用。

在下面的圖6-9中，圖5中示意的微流控盒用作為一些測量的示例，其可與根據本發明的微流控檢測系統一起執行。

圖6示出了光學檢測系統，其中LED 30朝微流控盒20內的腔室發射基本單色光束。光束基於腔室內的樣本並轉換為具有不同波長的光束32。光束32由微流控盒20下方的CCD檢測器35來檢測。

圖7示出了另一光學檢測系統，其中微流控盒20接收從LED 30發射的光束31。光束31由微流控盒的腔室內的樣本反射。所反射的光被劃分為具有兩個不同波長32和33的光線，其由置於微流控盒20上與LED 30相同側上CCD檢測器35所檢測。

圖8示出了檢測系統的又一實施方式。在該實施方式中，檢測系統利用分光計36用於來自微流控盒20的腔室中樣本所反射的光線的檢測。光束31從LED 30發射並由微流控盒20內所保持的樣本反射。反射光線反射為具有三種不同波長32、33和34的光線。反射光由分光計36檢測並且得到的曲線在插入盒37中示出。

圖9示意了檢測系統的可替代實施方式。這是陣列或檢測器38發送電流穿過微流控盒20內的一個或多個腔室的系統。由於樣本內的電阻，檢測系統將能夠檢測樣本的特性。

圖10示意了根據本發明的光隧道的原理。光隧道包括三個LED 30a、30b、30c，每個發射與其他兩個LED的波長不同的波長。LED 30a可發射610<λ<760範圍的光線，LED 30b可發射570<λ<590範圍的光線，以及最後LED 30c可發射450<λ<500範圍的光線。

每個LED目的為發射光線至一個或多個特定檢測位點，並且避免入射光傳輸至不期望的檢測位點，光隧道通過分區構件39來構造，這將確保避免不期望的入射光傳輸。

因此，每個LED 30a、30b、30c由分區部件39所封閉，這將確保來自LED發射的光線僅傳輸光線至光線所意向的檢測位點。

光隧道使得能夠同時通過兩個或多個檢測位點傳輸光線。如在圖10中實施方式中能看出，LED 30a、30b、30c同時傳輸光線穿過微流控盒20上的三個不同檢測位點。得到的光束由CCD檢測器35檢測到。

圖11示出了根據本發明的微流控盒40的可替代實施方式。微流控盒40包括用於樣本引入的入口43。入口43連接通道41，通道相反端連接水槽44。沿通道41的長度布置用於光學檢測的兩個檢測位點47以及用於電學檢測的另外兩個檢測位點48。

電檢測位點48可包括電極，它們通過電布線49連接至連接焊盤50。電布線可以印刷在微流控盒40的基底42上。

連接焊盤50可與檢測組件中的對應連接焊盤連接並連接至電閱讀器，諸如電壓表。

附圖僅示意了根據本發明的有限數量的實施方式，並且本發明的整個範圍在權利要求書中限定。然而，顯然的是，許多組合是可能的並且光學檢測可與磁性和/或電檢測組合。