基於流過陣列的液體流的測定的製作方法

2023-07-10 14:22:11

專利名稱：基於流過陣列的液體流的測定的製作方法
技術領域：
本發明的領域涉及用於檢測液體樣本中的分析物的固相測定。
技術背景多年來，固態表面上的配體受體-酉己體測定，諸如夾層測定，已經成為 化學和生物研究以及診斷領域中的標準工具。例如，酶聯免疫吸收測定法(Enzyme-Linked Immunoabsorbent Assays ， ELISA )已經成為血液和其他體 液中的蛋白質的量化分析的標準。通常，通過讀取與固態表面上的配體受體 -國己體複合物關聯的標籤的螢光的量化測量值來得到測定結果。近幾十年來，人們一直努力在小的幾何尺寸中同時執行多重配體受體-配體測定，從而減少試劑、工時和樣本尺寸。在遺傳學研究以及其他領域的 情況下，尤其是在需要定性結果的情況下，已經在可攜式盒中採用點型陣列 的微陣列技術進行測定。但是，在研發目前非常需要的具有高敏感性和高再現性的小型化量化測 定格式的過程中，已經出現了明顯的障礙。當需求更理想的特徵諸如簡單化、 快速、經濟性和廣泛應用時，這些障礙甚至更大。尤其地，在蛋白質分析物領域中，在研製小型多重免疫測定以能夠直接 比較或者代替體液尤其是血液中的分析物的標準ELISA結果的情況下，已 經遇到明顯的障礙。對於藥物在人體應用和藥物診斷中的定性分析來說，這 種測定需要非常精確，尤其變異係數(CV)小於10。(變異係數(CV)限 定為對於給定樣本的重複測試得到的一組值的標準偏差與這些值的平均值 之間的百分比，該係數能夠推算這些值之間的變異程度。CV越低，測定就 越精確，結果就越值得信賴。)下面將示出一些實例，但並不是為了窮盡性地列出研製精確小型化測定 法所遇到的障礙。該領域的一些技術人員已經提出，平衡條件是實現測定器中的高敏感度 和低變異係數的先決條件。但是，在平衡測定器中尤其難於使用非常小的樣本，因為這種測定器一般是依賴於體積的。精確度和再現性取決於控制樣本 容積的精確度。然而，當樣本容積非常小時，依賴於保持精確樣本容積的測 定器易於在測定之間出現變化。即使樣本尺寸由自動計量系統進行控制，也 會存在這種差異。另 一種建議是通過基於環境分析物理論的方法檢測分析物，這需要尤其 小的配體受體的點。這種尺寸的要求對生產點型微陣列的傳統儀器的能力提 出了挑戰。而且，當讀取結果時，非常小的點會造成難於得到足夠的解析度， 也難於充分降低背景噪音。而且，執行這種測定所需的時間較長， 一般需要 超過一小時。設計小型多重測定器的各種方法已經採用了微流體技術，流動槽道和反應腔的流動橫截面一般小於0.02mm2。多種不受控的現象會影響這種系統中 的結果。在測定器盒的情況下，隨著液體遇到尖緣、空間斷續或者表面屬性 的變化諸如表面粗糙度或者不同的表面張力屬性而造成的液體溫度變化、大 氣壓力變化以及局部液壓變化都可以產生氣體微氣泡，我們已經認識到，但 是還沒有正確地識別或者考慮。其他方法，諸如那些採用毛細管或者滲透力以移動液體通過測定器的方 法，高度敏感於特定液體和所需通過材料的特性，並且需要定製研發窄的分 析物組。採用這種方法，需要與移動液體的分離槽道交叉，由此限制可在理 想幾何尺寸中獲得的數據量並且無法在量化結果中獲得理想的變異係數。其他方法同樣也存在複雜、高成本、需要專門操作者或者不適於在一次 性使用的盒中執行的問題。總體地，敏感度、可重複性、性能、成本和將結果與標準化測定進行比 較的能力之間所存在的此消彼長的作用會影響到測量小型多重測定器中的 分析物濃度的能力。生物學測定的研發人員已經做出各種努力以消除與傳統測定技術相關 的一些約束。 一項實例是通過電子測量讀取一測定器。人們一直在努力研製 能夠釆用這種方式測量血液或者其他生物液體中化學種物的存在或濃度的 化學傳感器。這種方法的缺點之一在於無法實現與標準ELISA結果的直接 比較。其他缺陷在於需要精確控制的液體容積，並且難於同時在多重分析物 上執行測定。此外，存在必須與測定器盒進行電性連接的缺陷；隨著時間的 過去，電性端子會出現不精確度或者需要維修。這種類型的設計也會受到上述未控制現象的影響，本發明的各個方面為此提供了解決方案。鑑於現有方法的限制和缺陷，明顯需要改善的方法以解決使用固態表面上陣列的小型化定量測定的問題，二者都相對於釆用配體受體-配體系統的測定，非常普遍地，尤其地相對於免疫測定，尤其是用於體液諸如血液中的蛋白質的免疫測定。專門需要可使用螢光檢測來分析的小型化測定器，並且可比較於標準ELISA結果。尤其需要敏感的、精確的多重測定從而同時評價表示下述內容 的多種標誌物疾病、藥物的有效性、藥物的毒性反應、或者主體是否適用 於藥物或藥物研究。尤其需要用於蛋白質生物學標記的非常穩定的測定技術(或者"平臺")。 需要一種能夠得到高度可信結果以及低變異係數的測定技術，該測定技術不 受幹擾，並且能夠非常富餘地執行其功能，可用於廣泛範圍的分析物、稀釋 程度和啟動條件下。理想情況下，這種技術尤其要敏感，具有明顯的通過量， 能夠同時執行多重測定並且採用易於使用的設備。同樣，這種技術也易於實 現具體測定的簡單設計並且需要較少的樣本或試劑以及很少地處理樣本。發明內容根據本發明的一個方面，提供一種測定盒，包括承載配體受體的間隔 區域的陣列的捕獲表面，以及液體通過系統，該液體通過系統構造成導引具 有小於大約l優選在大約1 x 10"與5 x 10-3之間的雷諾數的測定支持液體緩 慢地流過所述陣列，該液體包括含有配體的液體，該盒包括氣體氣泡移除系 統，液體暴露至該氣體氣泡移除系統，該氣體氣泡移除系統用以在液體暴露 至所述陣列之前將氣體微氣泡從液體中移除。根據本發明的另一方面，如上所述的該測定盒還包括傳熱表面，液體流 暴露至該傳熱表面以在液體暴露至氣體氣泡移除系統之前加熱該液體，由暴露至該陣列之前被移除。例如，該測定盒，用以從外部裝置(例如，構造 成操作該盒的裝置)的加熱器接收熱量，該盒用以使得熱量流過盒的實體至 傳熱表面，並由此至液體。根據本發明的另 一方面，採用上述任一種結構的測定盒還包括用於存放 測定中使用的試劑的部分，該盒用以實現液體與試劑的結合以產生測定支持液體，並且分別使得測定支持液體流過液體通過系統或者在暴露至傳熱表面 的情況下流過液體通過系統，該盒用以在測定支持液體到達陣列之前使得液 體暴露至氣體氣泡移除系統，由此，先前在液體中產生的氣體微氣泡在測定 支持液體被導引通過陣列之前得以移除。優選地，該盒分離地存放液體和幹 燥試劑，它們可結合以使溶解(或者液化)該試劑。可選擇地，該盒可以可 由存放的緩沖液體稀釋的濃縮形式存放液體試劑。已經認識到，結合在這種盒中的氣泡移除系統位於捕獲表面之前，使得 流過捕獲表面上的液體除去有害氣體微氣泡，否則這些氣泡會粘合至以及有 效地遮蔽配體受體區域無法接觸液體中的分析物或試劑。尤其地，已經認識 到，有害的氣體微氣泡可能僅僅通過使液體上升至測定溫度的操作而出現在 液體中，這是由於隨著液體溫度的上升，液體中溶解氣體的溶解度降低。同 樣地，已經認識到，該盒中的試劑結合操作或者其他活動會產生氣體微氣泡， 阻礙包含分析物的液體與捕獲區域的相互作用。該盒上的氣體氣泡移除系統因此會最大程度地減小在盒中液體上執行 的關鍵步驟的氣泡產生作用的後果，以及隨著盒中液體遇到微型尖邊緣、不 連續空間或者表面屬性的變化諸如表面堅硬度或者盒中液體系統的不同表 面張力屬性而出現的諸如氣壓變化和局部液體壓力變化的未受控現象的後 果。由液體排放泵和盒的排放閥的致動產生的氣體微氣泡可在液體到達反應 腔捕獲表面之前被移除，因此，可採用簡單設計的機械部件。用於從盒裝置中的液體移除氣體氣泡的系統可避免分析物試劑的變性 以及防止微氣泡幹擾所進行的結合。可採用各種氣體氣泡移除系統。作為本發明的另一方面，但是通過基於 浮力的原理設置被動氣體氣泡移除系統可帶來優勢。這種系統可通過在執行 測定期間使得該盒定向為與水平方向成預定角度而在盒的設計中成為可能。 浮力促使氣體氣泡離開盒中的液體並且進入適當尺寸的捕獲腔。該被動過程 因此能夠在液體在該裝置中傳送期間分離並且捕獲存在於盒裝置上的固定 容積的一種或許多液體中的有害氣體氣泡。氣體氣泡可從處於極低雷諾數(N&)諸如小於大約1的N&的層流中抽出。氣泡溢出區域中的選定持續時 間例如在大約1與5秒之間可確保有害氣泡的移除。這種裝置可用於執行生 物測定，諸如夾層免疫測定，並且CV低，優選為CV小於100/0。在本發明這些方面的情況下，可認識到，雷諾數NRe小於大約l優選處於大約1 x IO"與5x 10-3之間的緩慢液體流能夠使得流速和反應腔尺寸在合 理的變異內進行變化，並且可廣泛地選擇液體和分析物，不會對測定的變異 係數和敏感度造成什麼影響。在這種低雷諾數下，擴散是主要機制，通過擴 散將液體中分析物的均勻分布保持在配體受體的附近，因此，捕獲表面上最 小的局部流速變化僅僅是其次的影響。從氣泡移除系統的窄槽道過渡為反應 腔中的寬流例如流動寬度為0.5或lcm能夠使得液體在承載許多套不同配體 受體點陣列的捕獲表面上以片狀低雷諾數流動。每套可包含至少3個優選為 IO個的配體受體的複製點，這些點優選布置成橫向於流動方向導向的排。這 使得將在數據上執行的操作能夠改善相對於每套點的測定值的敏感度和變 異係數。本發明的其他方面包括採用前述任一種結構的盒執行測定的方法。 本發明的另一方面是一種執行測定的盒，該盒包括承載直徑在大約50 微米與500微米之間的配體受體的點的陣列的固態表面，各點之間的間隔至 少為大約等於各點的直徑，該陣列的寬度大於大約0.5cm，承載該陣列的固 態表面用以作為寬度超過該陣列的寬度的流動通道的一側，在承載所述陣列 的表面與相對的平行的限制流動表面之間的間隙的尺寸在大約80與300微 米之間，泵送和通過系統構造成形成包含相關配體的液體樣本和顯現液體以 小於大約1的雷諾數通過流動通道的寬度的連續流，或者能夠將可檢測標籤 粘合至已經粘合有相關配體的點的連續液體，該盒構造成能夠讀取該陣列的 可檢測標籤。優選地，該間隙位於大約100與200微米之間，該泵送和通過 系統構造成提供大約1 x IO"與5 x 10-3之間的雷諾數的流體，例如該盒構造 成具有100微米的間隙，配體受體的點為大約150微米直徑，該盒構造成以 大約2.7 x l(T2的雷諾數流過該陣列。本發明的另 一 方面是 一 種採用固態表面上的點型陣列執行測定的方法， 包括下述步驟(a)將直徑在大約50微米與500微米之間的配體受體的點 的陣列設置在固態表面上，各點之間的間隔至少大約等於各點的直徑，該陣 列的寬度大於大約0.5cm; (b)布置承載該陣列的固態表面，作為寬度超過 該陣列的寬度的流動通道的一側，在承載該陣列的表面與相對的平行的限制 流動表面之間的間隙的尺寸在大約80與300孩i米之間；(c)形成包含相關 配體的液體樣本和顯現液體以小於大約1的雷諾數通過流動通道的寬度的連 續流，或者能夠將可檢測標籤粘合至已經粘合有相關配體的點的連續液體；以及(d)讀取該陣列的可檢測標籤。優選地，該間隙處於大約100與200 微米之間，流過陣列的該流體具有大約1 x io"與5 x 10-3之間的雷諾數，例 如該間隙為100微米，點為大約150微米直徑，雷諾數大約為2.7x lO-2。優時還有下述特徵的一個或多個存放在盒中、待與液體結合的試劑為包含可檢測標籤的物質或者配體。 試劑以幹態存放在盒的腔中，試劑暴露至空氣，該盒用以在進行結合操作時將液體？ 1入腔中，盒的氣體氣泡移除系統有效地移除由結合操作產生的空氣的微氣泡。將使試劑和液體結合的盒的腔具有彈性可伸展壁部，適於響應於排入該 腔中的液體進行彈性伸展，以及當液體流出該腔時彈性收縮。該測定盒還包括至少一個液體存放腔，該液體存放腔與排放泵關聯，該 排放泵用以從存放腔中以連續流動的方式排出液體，使其分別流過液體通過 系統或者在暴露至傳熱表面的情況下流過液體通過系統，該盒用以在液體到 達所述陣列之前使液體暴露至氣體氣泡移除系統，由此，先前在液體中產生 的氣體微氣泡在液體以連續流動的方式導向通過該陣列之前得以移除。該測定盒包括該排放泵，包括形成液體存放腔壁部的彈性隔膜，該隔膜 可由外部連續可移動致動器才喿作以形成連續的流。該測定盒包括至少一個與排放泵關聯的液體存放腔，該排放泵構造成以 連續的流使液體從存放腔排出，該液體通過系統的出口位於液體存放腔的暴露至腔中空氣的上部，該盒和泵例如彈性隔膜用以將空氣^v該腔中排出，隨後促使液體經由氣體氣泡移除系統以連續流動的方式通過液體通過系統以 及通過所述陣列。該測定盒具有液體存放腔，該液體存放腔用以包含用於測定的液體的密 封袋腔，該腔與用於刺穿該袋腔以釋放液體的裝置關聯。該測定盒具有液體存放腔，用以接納和存放/人外部？ 1入該盒中的液體，所述陣列之前由所述氣體氣泡移除系統移除。該測定盒具有液體存放腔，用以經由穿過隔板伸出的噴針或者吸管接收 來自於外部的液體，該隔板包括具有刺穿通道的彈性體質量，該彈性體質量在實質壓縮下相對於刺穿通道安裝，該壓縮有效地保持刺穿通道閉合，但是 使得塑性液體供給噴針或者吸管穿過刺穿通道插入和移除。該測定盒還包括至少一個廢液腔，在流體以連續流由排出泵泵送、暴露 至氣體氣泡移除系統並且導引通過所述陣列之後，液體流動至該廢液腔，由 此，液體在整個測定中容納在所述盒中。該測定盒用以使得在執行測定期間，捕獲表面和捕獲表面上的流體流具 有向上的程度，該廢液腔位於所述盒中以接收已經通過所述捕獲表面的液體 的重力流。該測定盒大體為平面並且構造成在執行測定期間與水平方向成一實質 角度，從而將捕獲表面設置成沿液體流向上端的方向向上延伸，並且設置廢 液出口 ，以使重力流從捕獲表面的上端流向廢液腔。該測定盒具有液體通過系統，該液體通過系統包括至少一個可致動閥， 在液體暴露至氣體氣泡移除系統之前液體流過該閥，由此，由液體流過該閥 而在該液體中產生的氣體微氣泡在液體導引流過所述陣列之前被移除。該測定盒具有閥，該閥包括液體流過的閥座，該閥座限定入口和出口通 道，彈性隔膜延伸過該閥座並且可移位以接合該閥座從而切斷流體。該測定盒具有止動閥，其後為表面張力沖脹閥，該沖脹閥能夠在閥關閉 時阻斷通過該止動閥洩漏的流動液體，但是在流體壓力下，能夠傳送液體以 流過所述陣列。該測定盒具有流體通過系統，該流體通過系統用以在液體暴露至氣體氣泡移除系統之後使得小於大約1優選為1 x 10"與5 x 10'3之間的雷諾數的液 體多於一次地緩慢流過所述陣列。該測定盒用以執行夾層測定，其中測定的液體流暴露至氣泡移除系統， 該盒包括用於液體樣本和在夾層測定中採用的所有物質的存放部分，該盒具 有至少一個廢液腔，該盒用以在執行夾層測定的整個過程中包含所有液體。該測定盒具有捕獲表面，該捕獲表面採用延伸的寬度並且承載二維陣列 的配體受體區域，該區域包括特徵尺寸在大約50nm與500jam之間的點， 液體通過系統包括在捕獲表面之前的過渡部分，其將連續緩慢液體流分散至 對應於捕獲表面寬度的寬度。該測定盒具有暴露至緩慢液體流的捕獲表面，在流動方向上和橫向於流 動方向的方向上具有至少大約0.5cm的尺寸。該測定盒在捕獲表面之前具有流動過渡部分，在所迷流動過渡部分之前的流體的橫截面面積為大約0.25mn^或更少，在捕獲表面上的緩慢流體的橫 截面面積為至少0.75mm2.該測定盒承載至少3個複製區域，在該區域中，多個配體受體的每個布 置成橫向於液體在捕獲表面上的流動方向，優選地，捕荻表面上的陣列在與給定配體受體的區域鄰近的區域中包括受體所特異的已知數量的配體的參 考區域。該測定盒的氣泡移除系統優選包括液體所暴露的至少 一個浮力腔。該測定盒大體為平面的並且構造成在執行測定期間與水平方向成一 實質角度，從而將移除氣體氣泡的浮力腔設置在被導向至捕獲表面的液體所流經的排出口上方。該測定盒構造成與水平方向所成的實質角度將捕獲表面定位在流體過 渡通道上方，該通道接收來自於浮力腔的液體並且將液體流擴散至與捕獲表 面的寬度對應的寬度，該過渡通道構造成以連續向上的流動導51液體通過捕 獲表面。在一項優選方式中，該測定盒構造成使得與水平方向成的實質角度 設置時，定位廢液出口以接收跟隨捕獲表面上重力作用下流向該盒中的廢液 腔的流動的液體。該測定盒包括具有出口通道的液體存放腔，該盒構造成與水平方向成實 質角度時，將存放腔定位在捕獲表面下方，該存放腔與外部可致動的排放泵 關聯，該排放泵有效地促使存放腔中的液體以連續流動的方式通過浮力腔並 且向上經過捕獲表面到達廢液出口 。該測定盒在操作取向中包括具有上部和下部的浮力腔，液體入口和液體 出口 ，液體入口和出口二者以流動對齊的關係位於下部附近。該測定盒具有浮力腔並且構造成通過存放在盒中的液體初始填充浮力 腔，並且^f吏得盒的多個液體順序地、以在浮力腔入口和出口之間層流流動的 方式流過如此填充的腔。該測定盒構造成在大約1至5秒的時間段內使每次增加的液體流暴露至 浮力腔。該測定盒具有浮力腔，該浮力腔包括模製在塑性體表面中的凹陷和模製 在塑性體表面中用於將液體引導進入和離開該凹陷的槽道，粘合片覆蓋該模 制凹陷和槽道並且粘合至模製體中界定該凹陷和槽道的表面的部分。氣泡移除系統包括流體所暴露的至少兩個連續的氣泡捕獲區域。優選 地，氣泡捕獲區域用以在浮力作用下使得氣泡上升。在優選形式中，該浮力 腔構造成使液體從入口沿著能夠使氣泡在浮力作用下上升以進行捕獲的路 徑流動至出口 ，沿著該液體路徑和在該液體路徑上方間隔至少一個分隔壁， 從而限定暴露至該路徑的上遊和下遊氣泡捕獲區域，使得入口處的液體流中 的大氣泡例如在液體初始填充浮力腔期間趨於被捕獲在上遊捕獲區域中，由 此使下遊捕獲區域接收液體流。在一項優選形式中，該分隔壁在向上區域中 終止，在該向上區域上方，進入下遊區域的液體填充位於堵塞在上遊區域下 部中的任何氣泡上方的上遊區域。在一項優選形式中，浮力腔包括模製在塑 性體中的凹陷，模製的直立肋部限定分隔壁，粘合片覆蓋該模製凹陷並且粘 合至模製體中界定該凹陷的表面部分並且粘合至模製肋部的外邊緣。本發明的另 一方面是用於測定盒的模製體，該模製體限定至少一個模製 容器，該容器的深度適於容納測定液體和模製表面壁，該模製容器在表面側 平面處敞開，該模製表面壁具有大體與表面側平面對齊的外表面，該表面壁至少一個模製槽道，該表面壁的厚度基本上小於該容器的深度並且在從該模 制體的背側敞開的加熱器腔處具有背表面，該加熱器腔用以可拆卸地容納配 合構造的外部加熱器，從而以面對面的傳熱接觸接合表面壁的背表面的部 分，從而由通過模製表面壁的厚度的熱傳導來加熱在該模製槽道中流動的液 體。這一方面的優選實施例具有下述特徵的一個或多個。晶片容納開口限定在表面壁中以容納和定位測定晶片，使得晶片限定表 面壁的模製槽道導引液體所進入的反應腔，模製體中的加熱器腔在晶片容納 開口下方延伸以使晶片暴露，從而與外部加熱器形成面對面傳熱接觸，由此 由通過測定晶片厚度的熱傳導加熱反應腔中的液體。優選地，晶片背側的一 部分暴露至溫度傳感器來控制加熱器的激活。容器為分析物接納容器，布置成排入位於布置成接收加熱器的熱量的表 面壁的部分中的換熱輪廓的模製槽道，優選為盤旋輪廓。至少 一個液化腔的 一側;漠制為表面壁的 一部分中的凹陷，液體槽道導？ 1 液體通過該表面壁，表面壁的這一部分具有暴露為與外部加熱器接合的背表 面，以進行面對面傳熱接觸，從而由通過模製表面壁的厚度的熱傳導加熱液化腔中的液體。氣泡移除裝置的 一側模製為液體槽道將液體導引所通過的表面壁的一 部分中的凹陷，表面壁的這一部分具有暴露為與外部加熱器接合的背表面， 以面對面傳熱接觸，從而由通過模製表面壁的厚度的熱傳導加熱起泡移除裝 置中的液體，優選地，該氣泡移除裝置採用液體填充氣泡捕獲器。測定盒包括模製體以及固緊在容器和模製體表面壁上的蓋組件，該蓋組 件包括覆蓋在該容器上的彈性隔膜部分，該隔膜部分適於被偏移從而使液體 通過模製槽道從容器中排出，優選地，表面壁的一部分採用閥座的形式模製， 該蓋組件包括適於偏移以接合閥座從而使流動停止的隔膜部分。恆定深度的周向壁限定邊界。該模製體的表面壁的背表面為平面，優選地平行於該盒的表面側和背側 平面，並且布置成與加熱器的平面熱輸送表面接合。優選地，該加熱器包括 安裝在彈性平面墊上的柔性片狀耐熱加熱器，該彈性平面墊承載在剛性平面 板上，該剛性平面板以浮動的方式安裝，能夠使模製體和加熱器的對應平面 表面自調整為面對面的傳熱接觸。本發明的另 一方面為用於測定盒的模製體，該模製體包括至少 一個模製 容器，該容器的深度適於容納測定液體和模製表面壁，該模製容器在表面側 平面處敞開，模製表面壁具有大體與表面側平面對齊的外表面，該表面壁的少一個模製槽道，該表面壁的前表面是平面的並且粘合至粘合片的粘合側， 粘合片的至少一部分覆蓋在該表面壁中的槽道上，使該槽道的相應側閉合。 在優選形式中，粘合片在其相對導向側上承載粘合劑，該粘合片具有至少一 個對應於液體容器或者閥座的窗口，粘合片的一個粘合側粘合至表面壁，相 對導向的粘合側粘合至彈性隔膜片，該彈性隔膜片的覆蓋在窗口上的一部分 在模製體中的相應特徵處限定可偏移泵隔膜或閥隔膜。在優選形式中，包括在其相對導向側上承載粘合劑的第二粘合片，第二粘合片的一個粘合側粘合 至隔膜片的外側，相對導向的粘合側粘合至相對剛性的蓋部件。在優選情況 下，在覆蓋泵容器的第二粘合片中存在窗口，覆蓋泵容器處的隔膜的蓋的斷 開部分構造成從該蓋斷開從而作為泵活塞頭，用於響應於外部施加的致動力 偏移該隔膜的相應部分。優選地，該蓋的斷開部分粘合至隔膜片的對應外表面部分。該測定盒構造成以產生與受體和配體的複合物相關聯的發光標籤的規 程使用，該盒具有用以讀取從該標籤發出的光的窗口，優選地，該捕獲表面 包括小於1微米厚度的硝酸纖維素層。該測定盒構造成用於光學讀取的一次性使用的夾層測定盒，該盒可由外 部設備操作，並且具有液體存放腔和關聯的排放泵，用於產生包含分析物配 體的液體樣本的連續流動，至少第二液體存放腔和關聯的排放泵，用於產生 完成該測定所需的測定支持液體的流動，流通反應腔，其中設置有具有延伸 寬度的捕獲表面，至少一個廢液腔，用於接收來自於反應腔的廢液，該液體 通過系統包括將液體流散布至捕獲表面的寬度的流動過渡部分，該捕獲表面 承栽包括配體受體的間隔的複製區域的二維陣列，該捕荻表面用以進行光學 讀取，該液體通過系統包括用於將樣本和測定支持液體在捕獲表面上導引流 過反應腔的流動網絡，排氣裝置，用於由通過該系統的液體排出的空氣，以 及換熱表面，布置成接收熱量以使液體在進入氣泡移除系統之前升溫至大約 理想的測定溫度並且將反應腔保持在測定溫度，該存放腔的液體排放泵，該 流動網絡包括關聯的氣體氣泡移除系統和過渡部分，該反應腔構造成使捕獲 表面上的液體序列產生具有小於大約1的雷諾數的相對寬的流動，由此至廢 液腔。該測定盒構造成一次性使用的夾層測定盒，液體所暴露的傳熱表面與該 盒的外表面形成傳熱關係，該盒的外表面適於與外部設備的加熱器部件形成 受熱關係。該測定盒具有氣泡移除系統，在操作取向上，該氣泡移除系統包括適於 容納液體的向上延伸的浮力腔，該浮力腔具有上部、液體入口和液體出口， 該液體出口的位置低於浮力腔的上部，適於浸入浮力腔的液體中，從浮力腔 的上部具有排氣通道。這一特徵的兩項實施例目前是優選的。在一項實施例 中，該浮力腔連通於與該盒的廢液腔關聯的通氣口，直到浮力腔接收液體， 第一表面張力沖脹閥關聯於從浮力腔的液體出口引出的通道，該第一沖脹閥 用以有效地防止液體流過浮力腔，直到該腔填充有液體，排氣通道包括位於 浮力腔上部區域中的多氣孔但是阻斷液體的元件，允許空氣從該腔中排出但 是阻斷流體的通過。在另一實施例中浮力腔連通於與該盒的廢液腔關聯的 通氣口，直到浮力腔初始填充液體，第一表面張力沖脹閥與從浮力腔的液體出口引出的通道關聯，第二表面張力沖脹閥連通於與排氣通道關聯的浮力腔 的上部，第一衝脹閥用以有效地防止液體流過浮力腔，直到該腔填充液體， 第二沖脹閥用以有效地在浮力腔填充液體之後防止液體從浮力腔的上部流 下。根據本發明的另一方面，測定盒尤其結合用於受體配體的捕獲表面，用於以小於大約l優選為1 x IO"與5 x 10-3之間的雷諾數使液體流動的液體通過系統，具有溫度控制區域，該區域構造成使得與該測定關聯的所有液體達 到大概測定溫度，具有氣體氣泡移除系統在液體所暴露的溫度控制區域之 後，然後液體到達捕獲表面，該氣體氣泡移除系統用以從液體中移除氣體微 氣泡以提高液體中配體的捕獲，並且包括適於容納液體的向上延伸的浮力腔 並且具有上部、液體入口和液體出口 ，該液體出口的位置低於浮力腔的上部， 適於浸入浮力腔的液體中，在浮力腔的上部具有排氣通道。根據本發明的另一方面，在該具有浮力腔的測定盒的實施例中，該液體 通過系統構造成採用第一存放容積的液體初始地填充浮力腔，使得連接為使 另 一液體流動通過浮力腔的其他流動通道在填充浮力腔期間被隔離並且保 持為空，該浮力腔的尺寸適於當液體被促使通過所述其他流動通道至浮力腔 時接收和容納由所述空通道排出的空氣，而不將浮力腔的液體出口暴露至填 充浮力腔的上部的空氣。在本發明各個方面的實施例中，該測定盒包括長度為大約8cm或者更 少、寬度為大約5cm或者更少的矩形形狀的大體平面模製體，構造成在使用 時設置成縱向軸線與水平方向成一實質角度的導向；在該取向上，該模製體 的基本下半部分以並排的方式限定用於緩沖液體袋腔的存放腔、用於以乾燥 的方式存放在其中的檢測配體的腔以及用於以乾燥的方式存放在其中的熒 光標籤試劑的腔；包含鄰近該模製體的相對縱向端定位的捕獲表面的反應 腔，至少一個存放腔側向於反應腔的一側設置，定位成接納來自於該反應腔 的廢液的重力流；以及溫度控制區域，布置成在液體進入氣體氣泡移除系統 之前力口熱液體。根據本發明的另一方面， 一種執行測定的方法，包括設置前述任一構造 的測定盒和適於控制該測定的外部設備，將樣本引入該盒的樣本腔，根據預 定的測定規程，在外部設備的控制下執行該測定，包括在選定的持續時間內 使樣本和支持液體以小於大約l優選處於大約1 x IO"與5x 10-3之間的雷諾悽史連續地流過捕獲表面，並且讀取該盒的捕獲表面。根據本發明的另 一方面， 一種執行夾層測定的方法包括設置從前述類型 中的任何一個選出的用於夾層測定的測定盒，以及適於控制該測定的外部設 備，其中，該捕獲表面承載特異於分析物分子的配體的配體受體的複製區域 陣列，將包括分析物的液體樣本引入樣本腔，並且根據適於光學讀取的預定 夾層測定協議，在該外部設備的控制下，以小於大約1優選處於大約1 x 10" 與5 x l(T3之間的雷諾數使得流體連續地順序地在預定流速下在預定的時間 內流過該樣本的反應腔，並且以適當的次數使測定支持液體連續地流過，並 且光學讀取該盒的捕獲表面。在一些情況下，該捕獲表面承栽以特異於分析 物分子的抗體或抗原形式的受體配體的複製沉積，該樣本包含分析物分子。本發明的另 一方面是一種只採用盒中容納的液體確定液體樣本中的至少一種分析物的濃度的方法，包括下述步驟(a)設置盒，該盒包括(i) 對於每種分析物，捕獲表面具有固定結合試劑，該試劑具有特異於分析物的 複製結合部分，該結合試劑在捕獲表面上分為一組至少三個空間上分離的位 置；以及(ii)液體顯現系統，該系統能夠提供至少一種液體，通過粘合產 生信號的標籤而顯現分析物和結合試劑的複合物，從而通過信號的強度量化 示出結合至每個部分的分析物的量；(b)將液體樣本插入該盒中的存放容 積；(c)由存放的樣本以受控率在捕獲表面上以預定的間隔產生液體樣本的 連續流動，從而實現將至少一種分析物結合至結合試劑的相應部分；(d)通 過由存放在該盒上的液體顯現系統以預定的持續時間以受控率在捕獲表面 上產生液體的至少一個連續流動來將分析物和結合試劑的複合物顯現在各 部分，其足以將標籤結合至各位置的該複合物，從而量化示出結合至每個位 置的分析物的量；(e)用存放在該盒上的液體，沖洗捕獲表面以移除能夠產 生假信號的未結合材料；(f)測量由捕獲表面上的標籤產生的信號從而獲得 表示由分析物佔據在每個位置處的結合部分的比例的值；以及(g)對相應 於位置組的值進行操作，從而確定液體樣本中的分析物的濃度值。 該方法的優選實施例具有 一個或多個下述特徵對該方法中每次增加的液體流進行加熱，並且在流過捕獲表面之前在大 約1至5秒之間的時間段內暴露至氣泡移除區域。用於該方法的結合試劑的位置的每個集合包括至少5個位置，在數值集 合上執行的操作包括捨棄至少一個最高值和至少一個最低值並且採用中間值確定平均值。在該方法中釆用的顯現系統包括能夠基於在所述位置結合的分析物的 量而結合在每個位置的檢測試劑，以及能夠結合至檢測試劑的信號產生標控流。在許多情況下，優選地，結合試劑為抗原或抗體，分析物分別為抗體 或抗原。該方法採用焚光標籤並且通過激發該標籤和測量所得的螢光執行測量。 該方法通過所述結合試劑的至少三個位置以跨過用於連續流過捕獲表 面的流動路徑的寬度的排進行分布而執行。在優選情況下，該方法包括使用 承載預定濃度的分析物的執行校準的沉積的至少 一排位置，對這些位置進行 顯現、測量並且採用這些位置以將信號關聯於濃度並且判定該系統已經正確 地執行。在優選情況下，存在校準位置，這些校準位置具有不同已知濃度的 分析物沉積。該方法在流過捕獲表面的流體為大約1或更低的雷諾數,優選為1 x 10"與5 x 10-3之間的情況下執行。該方法用於篩選血漿庫，其數量僅僅是有限的。該方法可減小每次測定 所需的樣本容積，增加血漿庫的用途和價值。本發明的其他方面涉及盒特徵的其他組合和它們的使用方法。 根據另一方面， 一種測定盒構造成響應於外部設備的控制執行預定的多 流路測定，包括具有延伸寬度的捕獲表面的反應腔，該捕獲表面承載配體 受體的間隔區域的二維陣列，該二維陣列包括多種配體受體的每個的至少三 個複製；用於液體樣本的存放腔，用於由該測定所需的至少一種物質的存放 部分，以及至少一個廢液腔，該盒用以包括在執行測定的過程中在測定中使 用的所有液體；換熱表面，布置成接收熱量以使液體在進入反應腔之前升溫流動網絡的液體通過系統，包括將液體流分散至對應於捕獲表面寬度的寬度 的過渡部分，該盒適於在外部設備的控制下根據多流路測定規程將來自於存 放腔和存放部分的連續流持續導引過擴展寬度的捕獲表面到達廢液腔。在優 選實施例中，該測定盒包括氣體氣泡移除系統，該盒構造成使得液體在到達 陣列之前暴露至氣體氣泡移除系統，由此，在液體中由溫度變化產生的氣體 氣泡可在液體導引經過該陣列之前被移除。具有這一方面特徵的測定盒的實施例可具有上述一個或多個特徵或者下述一個或多個特徵該測定盒構造成與在陣列上產生發光標籤的規程共同使用，該發光標籤 關聯於受體和配體的複合物，該盒具有窗，用以讀取由與捕獲表面上受體和 配體的複合物關聯的標籤發出的光。該測定盒具有包括至少 一個閥的流動網絡，該閥由通過外部設備施加的 致動運動操作從而改變流動網絡中的流動路徑。該測定盒具有流動網絡，該流動網絡包括至少一個檢測站，適於"l妄納檢 測光束並且使得該檢測光束通過流動通道並由此進入檢測器，使得檢測器處 的光束由於在檢測站處流動通道中出現液體-空氣交界而以可檢測的方式改 變，所述改變的光束由外部設備在執行測定期間用作控制信號。在該特徵的 優選實施例中，衝企測站包括鏡，構造成在光束通過該通道之後反射該光束， 將該光束通過該通道返回至外部設備的^r測器，或者檢測站限定光束到達通 道的與該光束被接收的 一側相對的側部上的檢測器的路徑。該測定盒包含存放在可折裂袋腔中的測定支持液體，該流動網絡結合有第二結合腔，該流動網絡與可由外部設備操作的閥關聯，用於使連續的流體 持續地流過樣本的反應腔，緩沖液體中的檢測抗體或抗原，緩沖液體中的標 籤試劑，並且沖洗。在該特徵的優選實施例中，該測定盒構造成經由從存放 腔延伸的乾燥沖洗通道通過流動網絡輸送衝洗液體，或者其構造成經由檢測 抗體或抗原流動通道輸送沖洗液體。根據本發明的另一方面，設置一種測定盒，包括承載配體受體的間隔 區域的二維陣列的捕獲表面，至少一個液體存放腔，該液體存放腔與排放泵 關聯，該排放泵用以從存放腔中排出液體以流過液體通過系統以及流過該陣 列，通氣廢液腔，液體在導引流過捕獲表面之後被導引至該通氣廢液腔，該 盒用以使得在執行測定期間，捕獲表面位於廢液腔上方，該廢液腔布置在盒 中乂人而接收已經經過捕獲表面的液體重力流。以該方面為特徵的實施例可具 有一個或多個上述特徵或者下述特徵該測定盒構造成在測定位置相對於停止位置成一角度，其中通氣結構包 括與廢液腔連通的通氣口，該通氣口包括可滲透空氣直到溼潤的材料，該材 料設置成當盒處於測定位置時不會被廢液腔中的液體浸溼，當盒在使用後處於停止位置時由廢液腔的液體浸溼。根據本發明的另一方面，提供一種測定盒，包括承載配體受體的間隔區 域的二維陣列的捕獲表面，以及限定流動網絡的液體通過系統，該流動網絡構造成導引包含配體的液體流經過該陣列，該測定盒的主體大體為平面的， 限定至少一個液體存放腔和至少一個與流動網絡的通道關聯的閥座，該盒具 有大體為片狀的與主體的第 一側配合的彈性部件，該片狀彈性部件具有覆蓋 液體存放腔的部分以限定響應於外部設備的線性泵致動器使該腔中的液體 排出的排放隔膜，該片狀彈性部件具有覆蓋閥座的部分，以限定響應於外部 設備的線性閥致動器的閥隔膜。以這一方面為特徵的實施例可具有上述特徵的一個或多個或者下述特徵的一個或多個該測定盒限定樣本液體腔和緩衝液體腔，每個腔都與泵隔膜關聯，以及 用於與流動網絡的通道關聯的閥的至少兩個閥座，片狀彈性部件的部分限定 分別用於液體腔和閥的泵隔膜和閥隔膜。該測定盒包括包含將與液體結合的材料的結合腔，該片狀彈性部件具有 覆蓋該腔的部分，以限定一彈性隔膜，該彈性隔膜適於分別響應於液體存放 腔的液體向前流入和向後流出該結合腔而進行膨脹和恢復。相對剛性的模製 蓋可位於該隔膜上，該蓋具有面對該隔膜的模製腔，限定在結合操作期間用 於隔膜和液體的膨脹腔。該結合腔可與構造成在產生壓力和產生吸力方向進 行操作的排放泵關聯。該測定盒具有模製體，在一側上限定液體通過系統、閥座和液體存放腔 的容積，在其相對側上限定用於接收從外部設備的加熱器部件傳來的熱量的 傳熱表面。該測定盒具有相對剛性材料的蓋，位於該盒的主體的外部並且在該盒主 體的側部上延伸，該蓋的斷開部分覆蓋排放隔膜並且通過可斷開連接件連接 至該蓋的周圍部分，該蓋的斷開部分適於通過外部設備的線性致動器接合在 其外部上，使得該致動器的初始位移使可斷開連接件斷開從而形成斷開部分 的活塞表面，該致動器的持續移動使斷開部分和接合隔膜移動以排除隔膜下 方的液體進入液體通過系統的 一部分。該測定盒具有觀察窗，覆蓋該觀察窗的蓋形成擋光件從而基本上限制光 暴露至捕獲表面上的點形陣列。該測定盒具有液體存放腔，用以接收和存放用於測定的液體密封袋腔， 並且從該隔膜伸出， 一凸起能夠刺穿該袋腔從而釋放液體以進行泵送。該盒 的相對剛性的蓋的斷開部分可承載該凸起，施加至該蓋的斷開部分的外部致 動力可有效地分離該斷開部分，並且促使該凸起刺穿該袋腔。該凸起和彈性 隔膜可採用預定的方式形成單元，即該凸起延伸穿過該隔膜，並且在該隔膜 與斷開部分之間延伸的密封圍繞該凸起延伸。根據本發明的另一方面，設置一種測定盒，包括承栽配體受體的間隔 區域的陣列的捕獲表面，液體通過系統構造成導引包含配體的液體流過該陣 列，至少一個液體存放腔，該液體存放腔與採用形成液體存放腔壁部的彈性 隔膜形式的排放泵關聯，該隔膜用以從存放腔中排出液體以流過液體通過系 統以及流過該陣列，該液體存放容積構造成接收和存放用於測定的液體的密 封袋腔，並且突出超過該隔膜， 一凸起能夠刺穿該袋腔以釋放用於泵送和流 過該陣列的液體。以該方面為特徵的實施例可具有上述特徵的一個或多個或者下述特徵 的一個或多個該測定盒具有以預定的方式形成單元的凸起和彈性隔膜，其中該凸起延 伸穿過該隔膜，並且在該隔膜與斷開部分之間延伸的密封圍繞該凸起延伸。在使用之前，該袋腔保持定位，與隔膜和凸起分離。該袋腔必須具有間 隔部件，構造成將該袋腔與隔膜分隔開，同時在隔膜移動時使該袋腔可通向該隔膜。根據本發明的另一方面，設置一種測定盒，包括承載配體受體的間隔 區域的陣列的捕獲表面，液體通過系統構造成導引包含配體的液體流過該陣 列，液體存放腔，該液體存放腔構造成經由穿過隔片的噴針或吸管接收來自 於外部的液體，該隔片包括具有刺穿通道的彈性質量，該彈性質量以相對於 刺穿通道的實質壓力進行安裝(例如，在壓力下橫向於該通道安裝，例如徑 向)，該壓縮有效地保持該刺穿通道關閉，但是使得塑性液體供給噴針或吸 管插入該刺穿通道以及從中移出。根據本發明的另 一方面，設置一種可由外部設備控制的測定盒並且包 括承載配體受體的間隔區域的陣列的捕獲表面，液體通過系統構造成導引 包含配體的液體流過該陣列，該液體通過系統包括流動網絡，該流動網絡包 括至少 一個4企測站，適於接納檢測光束並且使得該^r測光束通過流動通道並由此進入檢測器，使得檢測器處的光束由於在檢測站處流動通道中出現液體 -空氣交界而以可檢測的方式改變，所述改變的光束由外部設備在執行測定 期間用作控制信號。該檢測站可包括鏡，構造成在光束通過該通道之後反射 該光束，將該光束通過該通道返回至外部設備的檢測器，或者檢測站限定光 束到達通道的與該光束被接收的 一側相對的側部上的檢測器的路徑。根據本發明的另一方面，測定盒包括承載配體受體的間隔區域的陣列 的捕獲表面，液體通過系統構造成導引包含配體的液體流過該陣列，液體存 放腔布置成經由液體通過系統的一部分排放入包含待與液體結合的材料的 結合腔，該結合腔具有由彈性隔膜限定的壁部，適於分別響應於液體向前流 入其存放腔和向後流出其存放腔而膨脹和恢復。待與液體結合的材料可以是 在使用前存放在該腔中的乾燥的檢測抗體、抗原或者標籤試劑。相對剛性的 模製蓋可覆蓋在該隔膜上，該蓋具有面對該隔膜的模製腔，限定用於該隔膜 和液體的膨脹腔。該腔可與構造成以壓力產生和吸力產生方向操作的排放泵 關聯。根據本發明另一方面，設置一種測定控制設備，用於採用上述任何一種 測定盒執行測定，該盒具有與液體存放腔關聯的至少一個可移動隔膜，從而 形成排放泵，該設備具有線性致動器，用以逐漸地在受控的時間段內移動該 可移動隔膜,人而通過該液體通過系統並且在該盒的捕獲表面上產生液體的 定時連續流。該測定控制設備可具有下述特徵的一個或多個。該測定控制設備具有多個與具有對應數量的隔膜排放泵的測定盒使用 的具有類似結構的線性致動器。該測定控制設備具有用於接合該盒的隔膜止動閥的一個或多個閥致動器。該測定控制設備具有盒接收站，用以將盒設定成相對於盒的停止位置與 水平方向成一實質角度，從而在操作位置導引氣體氣泡移除腔並且設置廢液腔以/人捕獲表面通過重力流接收廢液。 該測定控制設備結合有光學讀取器。該測定控制設備結合有用於檢測盒的液體通道中液體空氣交界是否出 現的光學系統。根據本發明的另一方面，測定系統包括盒和測定控制設備，該盒包括承載配體受體的間隔區域的陣列的捕獲表面，以及液體通過系統，該液體通過 系統用以導引雷諾數小於大約1的測定支持液體緩慢流過該陣列，該液體具 有包含配體的液體，該盒包括氣體氣泡移除系統，液體暴露至該氣體氣泡移 除系統，該氣體氣泡移除系統能夠在液體暴露至所述陣列之前將氣體微氣泡 從液體中移除，該測定盒的氣泡移除系統包括至少一個液體所暴露的浮力 腔，該測定控制設備具有盒接收站，用以將盒設定成相對於盒的停止位置與 水平方向成一實質角度，從而將該盒的浮力腔導向在操作位置並且將廢液腔 設置成從捕獲表面通過重力流接收廢液。這一方面的實施例可具有用於測定控制設備和用於具有移除氣體氣泡 的浮力腔的盒的任何特徵。上述發明的方面能夠穩定地在小型格式中高靈敏度地並且高精度地實 現多重配體受體-配體測定，並且解決以低成本高可靠性的方式實施的問題。本發明的另一方面是總體改善在極低雷諾數(NRe)下執行的微流體生物學測定。這種測定取決於分析物的擴散行為，因為擴散所進行的分子移動 大於液體移動所實現的分子移動。擴散屬性(通過擴散進行混合的時間)會 受到液體溫度的強烈影響。用於水中生物分子的擴散係數與測定的絕對溫度成正比，與水的粘度成反比。例如，當測定溫度從25攝氏度上升到37攝氏 度時，擴散係數擴大1.34倍，通過擴散進行混合從而達到相同測定條件的時 間減小相同的量。基於蛋白質的生物測定通常在已經達到平衡條件之前終 止，因為平衡可能需要長達幾個小時。非常需要優選將分析物加熱至正常體 溫，而不是達到室溫或者存放溫度。這裡所述的本發明的各個方面能夠實現 這點而不會造成損害。本發明的另 一 方面通常涉及將微流體系統應用至基於蛋白質的生物測 定中的缺陷，與對液體通過小槽道進行檢測的困難有關。空氣與水在小於100 微米厚度的槽道中的吸收差異非常小，當在近紅外觀察時峰值僅為只使用空是通過檢測液體與空氣交界中的變化而解決這一難題，其中液體與空氣的交 界由於在該交界處的折射率而出現。本發明的另 一 方面總體涉及微液體中的缺陷，關於將包含蛋白質諸如血 清的樣本通過窄的一般為不鏽鋼的噴針導入微液體裝置的必要性，該噴針具 有高的內表面面積vs容積。這似乎是必要的，因為用於密封裝置斷開的隔片採用高度剛性和不可滲透的材料製成。該材料的剛性被認為足夠形成充分 的密封以確保該裝置不會洩漏。這已經成為一項劣勢，因為通常使用的塑料 吸管末梢的尖銳程度並非足夠刺穿剛性隔片，因此不能用於將樣本注入該裝 置中。橫向或徑向壓縮的預刺穿隔片形成執行基於蛋白質的生物測定的微液 體裝置，其採用可通過鈍器刺穿的隔片密封，優選地通過具有較厚孔的器件， 諸如塑料吸管末梢。在本發明的另 一方面，設置防止用戶不正確地操作微液體盒裝置的特徵。本發明的另 一方面的特徵為 一種包括一種或多種特異於一種或多種分 析物的捕獲試劑的裝置即盒或卡盒，例如板或生物標記。該盒或卡盒用於在 一種裝置中執行若干功能，諸如樣本捕獲、氣體氣泡移除、系統校準以及測 量液體樣本中的分析物。優選地，該裝置與用於同時測量一種或多種分析物 的處理/讀取儀器結合使用。該裝置可插入相關的處理器或/光學讀取器裝置， 其可自動地操作多種必要的功能並且對反應腔成像以如下所述分析該測定。 優選地，該裝置是一次性使用的裝置。本發明的另 一方面允許同時執行多種小型化夾層測定，結合有給定捕獲 分子的稀釋系列以及選擇不同的捕獲分子。可使用螢光標記提供可使用光學讀取站讀取的信號，諸如WO/04/017374A2 (PCT/US03/25702)所示，引用 結合於此。也可使用其他檢測標記，諸如發光分子和顯色染料。捕獲分子優 選地被吸收至基於硝酸纖維素素的表面，如有關專利申請WO/04/018623A2 (PCT/US03/25685 )。另外，這裡所述的裝置可用於執行基於核酸的測定。本發明的另一方面需要在盒上使用更大(與例如一些用於遺傳學研究的 盒相比)的反應腔，設置測定冗餘，因此更小的反應/測定密度，使得測定的 可靠度更大。通過這些設置，由捕獲部分消耗的分析物分子被最小化，並且 可放鬆間隙尺寸公差從而能夠經濟地製造該盒。微氣泡和其他擾動可統計為 最少並且具有相對較小的後果。更大的反應腔和適當的溫度控制以及流動持 續時間消除了分析物的粘性和擴散性的實質差異的影響。可同時結合併且處 理對照測定。因此，操作人員可高度確定地同時執行多項夾層測定或者複合 測定。本發明的另 一方面是一種用於執行測定的自校準生物晶片，包括捕獲表 面，該捕獲表面承載用於測定的給定配體受體的複製沉積集合，並且與該集合關聯地承載校準沉積集合，該校準沉積集合包括配體受體所特異的配體的 許多組複製沉積，這些複製沉積的組分別採用配體的不同已知稀釋度，當顯 現時，已知稀釋度選定為足以限定在給定配體受體的沉積暴露至包含配體的 樣本之後用於在這些沉積處作出測定測量的校準曲線，校準沉積的組適於通給定可測量強度的至少一排對照沉積也包括在生物晶片的捕獲表面上，以核 準該測量系統的操作。本發明的這一方面的優選實施例具有下述特徵的 一個或多個。該沉積包括採用點型陣列的點。該標籤為螢光標籤。該生物晶片構造成暴露至具有一流動方向的樣本和試劑的片狀流，複製沉積為以橫向於流動方向取向的至少一排進行布置的點，校準沉積的組為以橫向於流動方向的排布置的點。配體受體的複製沉積採用橫向於流動的 一排或多排，例如一排十個點，具有每個給定稀釋度的校準沉積以橫向於該流動的一個或多個排進行布置，例如每組包括一排十個點。配體受體的 一排複製沉積可以例如出現在相對於流體的前導位置，隨後 為後繼排的校準沉積。校準沉積的後繼排可採用稀釋度的順序布置，最大的 稀釋度是在配體受體的複製沉積之後的第一個。配體和配體受體的沉積可以 是例如點形形狀，其相對於流動定向，使得每個點最緊密地跟隨有在流動方 向上與先前點對齊的點偏離的點。該捕獲表面採用延伸的寬度，以橫向布置承載多於一個配體受體的沉積 和關聯的校準沉積。本發明的另 一方面是採用上述任何一種自校準晶片的測定方法，該方法 包括將捕獲表面暴露至包含配體的樣本流，然後將捕獲表面暴露至可讀取標 籤粘合至當前所有配體的條件，通過讀取器讀取該標籤以獲得每個沉積的測 量值，分析校準沉積的組的數據從而得到校準值的表格，將由配體受體的組 獲得的值與表格的值進行比較，並且從中獲得表示分析物中的配體濃度的 值。在優選實施例中，該標籤為螢光標籤，該讀取器為螢光讀取器。通常，待檢測的分析物為化合物、組合物、聚集物或者其他物質，可特 異性地從化合物、組合物、聚集物的複合混合物捕獲。即，分析物或者分析物的部分將是具有至少 一個決定部分的抗原或半抗原，或者將是自然產生的 結合對例如碳水化合物和凝集素、激素和受體、互補核酸等的一個成員。具 體涉及的分析物包括抗原、抗體、蛋白質、碳水化合物、半抗原、藥物、激 素、激素代謝物、高分子、毒素、細菌、病毒、酶、腫瘤標記物、核酸等， 但是其他類型的物質也可檢測到。所示系統用於測定很大範圍的分析物，幾乎是可設置成液體形式的任何 類型的樣本。尤其適合的是生物學樣本，諸如血液、血清、血漿、尿液、腦 液、脊髓液、晶狀體液(淚液)、唾液、痰、精液、子宮頸粘液、刮樣、4察 樣等。可使用細胞溶解產物(細胞培養物上清液)。另外，該方法可適用於 工業、環境和食物樣本，諸如水、蓄水池、處理流、牛奶、肉、家禽、魚、 經調節的介質等。在特定情況下，需要預處理樣本，諸如通過在液體中懸浮、 分離、稀釋、濃縮、過濾、化學處理或者其組合，從而改善樣本與測定的其 他步驟的兼容性。在免疫學測試之前對生物、工業和環境樣本的選擇和預處 理在本領域是公知的。可執行的免疫測定的種類包括直接和間接的竟爭性測定，和非竟爭性測 定，諸如夾層測定。竟爭性測定依靠於在樣本中的已知量的標記分析物和未 知量的分析物之間結合至特定結合試劑的竟爭。樣本中的分析物越多，可用 於結合至竟爭分析物或分析物類似物的結合試劑越少。優選地，該方法基於 夾層免疫測定。在夾層測定中，結合試劑(配體受體)在固態支承件上是固 定化的從而用作捕獲試劑。測試樣中的分析物(配體)允許與支承件上的結 合試劑反應。隨後，第二可檢測試劑(包括標籤或者可接收將)特異性地結 合至分析物上的不同表位，該分析物變成在可檢測結合試劑與固定化結合試 劑之間"夾置"。在任何過量的可檢測結合劑或者隨後添加的標籤被沖洗掉 之後，觀察夾層複合體中的可檢測試劑。觀察信號與測試樣本中的分析物的 量成正比。這裡的尤其重要的貢獻在於設置有助於用於蛋白質生物標記的穩定的 單一測定技術(或"平臺")的特徵。該測定技術可得到高度可信的結果， 變異係數低(因此是高度可重複的)，並且不受幹擾的影響並且以充足的餘 量執行其功能，該餘量可用作廣泛範圍的分析物、稀釋程度和起始條件上，這裡需要使用許多不同的測定技術。此外，這種穩定的測定技術是敏感的， 能夠提供明顯的通過量，採用易於使用並且具有小覆蓋區的裝置，並且能夠37廣泛地多路使用(一次執行多項測定)。優選的實施例需要較少的樣本或試 劑，需要較少地處理樣本，並且能夠實現特定測定的簡單設計。


圖1示出暴露至分析物流的反應腔中的寬捕獲表面的等軸視圖，圖1A 示出捕獲表面上的配體受體的分離點以及點所暴露的含配體的液體的體積。圖2是現有技術的一項實例，示出交叉流動構造的多個槽道其中的一個， 圖2A示出暴露至捕獲試劑的交叉槽道的分析物流的區域。圖3示出測定盒的捕獲表面和點型陣列；圖3A是圖3的盒設計的一系 列計算機模擬的總結性曲線圖，示出通過使用各種流速流速和間隙高度H形 成的二維陣列的第一排上的配體受體-配體複合物的平均濃度，參見圖1。圖4是概括性的一次性使用的測定盒和該盒上執行的步驟的示意圖，圖 4A示出圖4的一項優選實施例。圖5是一次性使用的盒的示意圖，具有用於執行夾層式免疫測定的可激 活部件；圖5A類似於圖5，示出該盒與激活各部件和執行該測定的外部設 備之間的關係。圖6是圖5的盒概念的現有優選實施例的表面側的內部的平面視圖，在 這種情況下，釆用浮力腔作為優選的氣泡移除系統；圖6A是盒的背側的外 部的平面視圖，示出與外部加熱器的關係。圖7是圖6的盒的各元件的分解等軸視圖。圖7A是採用稍微不同結構 的盒體的背側的等軸視圖，其具有與圖6、 6A和7的實施例相同的功能元件。圖8是具有讀取能力的系統控制單元的等軸視圖；圖8A是具有圖6的 盒的表面側的單元的交界面的平面圖；圖8B是用於與該盒接合的控制單元 的交界面的透視圖；圖8C和8D是示出控制單元的加熱器的細節的平面和 橫截面剖視圖；圖8E是示出用於該盒的機械致動器的控制單元的示意剖視 圖；圖8F是控制單元中的讀取器系統的類似剖視圖。圖9是被動微流體毛細管沖脹閥的示意性圖示。圖10和IOA是盒的氣泡移除系統的氣泡捕獲器的備選方案的示意圖。圖11是在該盒中使用的含液體袋腔的各部件的分解圖。圖12示出使用從該盒的彈性隔膜伸出的凸起刺穿圖11的袋腔；圖12A、 12B和12C示出線性致動器相對於該袋腔的前進位置。圖13和13A示出圖6和7的盒的隔膜閥，分別處於打開和關閉位置， 圖13B是可能出現輕微洩漏的區域的放大視圖，圖13C示出如果洩漏足以 產生有害後果時克服該洩漏的組合方案。圖14是用於檢測液體-空氣交界是否在該盒的槽道中出現的光學傳感器 的示意圖。圖15和15A是將樣本注射口密封至該盒並且有利於塑性噴管等引入的 系統的分解和安裝剖視圖。圖16、 16A和16B示出點型陣列的格式。圖17是示出自動測定操作的示意圖，圖18示出當採用螢光標籤時的測 定結果的讀數。
具體實施方式
圖1以放大視圖示出接收含配體的液體的流B的盒反應腔A。液體流過 捕獲表面D上的配體受體陣列C。在優選實施例中，二維陣列C的特徵尺 寸大於大約0.5cm;在一項優選實施例中，捕獲表面為9.7mm寬，W， 12.5mm 長，L。流過捕獲表面的片狀流的間隙高度H優選地處於大約80與300pm (微米)之間。在優選實施例中，間隙H處於100與200nm之間。捕獲試 劑陣列C與通道角部隔有一安全距離， 一般為1.5mm。這有助於避免可能在 角部出現的任何氣體微氣泡。圖1和1A示出將作為圓形點R附著於固體支承件的表面D的捕獲試劑 分組為與特定配體受體相關的子組。雖然圖1所示的點形成矩形的組能夠產 生效果，但是如圖16和16A所示的橫向於流體布置的、其後跟隨有參考點 排的複製受體排具有下述優勢。在優選實施例中，在每組或排中採用直徑在 大約50至50(Vm之間的6至10個複製點。圖1所示的另一種選擇為將配體受體印製為通道E的形狀，具有一個或 多個通道，可以為125pmxl，000iim,以250至500jim間隔。如下文所述，複製數據的統計學分析可最小化由於布點不精確、被遮斷 的區域、高度汙染的螢光顆粒等其他原因造成的誤差。採用另一方法，來自 相同捕獲試劑的所有點或通道的像素數據信號可在用於分析前被聚集在一 起。參照圖2和2A，現有技術的盒的一項實例採用限定小反應交界的微通道。捕獲試劑C'通道與填充有分析物B，的微通道相交。在理想的免疫測定 中，可能獲得平衡，但是實際上，所進行的測定通常在達到平衡之前結束， 或者也可能無法得知是否已經達到平衡。在這種類型的給定測定中，多個變 量與反應不一致性有關。它們包括液體中分子密度以及粘性和擴散性的變 化，並且包括空氣或氣體的微氣泡以及微顆粒的結合。所有這些都會影響反 應的精度。微氣泡趨向於堵塞在角部，尤其是表面特性具有不連續性的地方， 諸如捕獲分析物截斷微通道的地方。需要指出的是，堵塞在lOOxlOOpm平 方面積測定區域上的50(im直徑微氣泡會遮斷20。/。的測定區域並且導致類似 的信號水平誤差。設置冗餘以最小化這些誤差源會抵消這種類型的單元的益 處。本發明的一個方面在於，在盒的範圍內，使用具有低雷諾數的連續寬流 產生比較大面積的具有大體相同摩爾密度的結合試劑，來得到可根據統計原 理分析的數字圖像，從而確定所進行的測定的最可能的結果。圖1A和2A幫助可視化地理解流體流與圖1和2的反應區域的關係。 在圖2A中，存在小擴散距離H, —般小於50pm，其中可能會出現分析 物耗減。為了避免這種情況的發生，可採用與擴散行程相比來說比較高的液 體流速流速。這樣可補充複合分析物並且因此可實現足夠量的具有高信噪比 的標記的粘合，從而量化存在於液體中的分析物的量。這一高流速流速以及 圖2A設計中的臨界幾何公差會直接影響擴散效率並且因此影響複合在捕獲 陣列上的分析物分子的可用性。另外，暴露至液體的捕獲區域A2的精確尺 寸對於測量來說比較關鍵。出於這些原因，採用這些方法可得到20%或以上 的變異係數。圖lA示出捕獲區域Ai中，可由大量分析物分子源供給至配體受體點R 的側部並且留有較大的間隙(間隙H)。使用足夠低的雷諾數，分子移動的 主要模式為擴散。因為分析物源相對於捕獲區域來說較大，所以流速流速或 幾何公差都不是關鍵因素。另外，在流速比較低的情況下，可減少微氣泡的 出現以及分析物的必要體積。在圖3中，捕獲表面D和點型陣列C (也可參照圖1 )可模製為一次性 使用的盒。圖3A是圖3A的系統性能的計算機模擬的曲線圖。該圖示出45pm/s至 613(im/s ( 13.6比值)的平均流速變化與/人220至80|am變化的間隙尺寸H相結合會導致依賴時間的測定的線性區域中複合物的濃度最大只有50%的 變化(達到平衡條件所需的時間的大約10%至30%，限定為95%的理論平衡 值)。外推法示出間隙公差和流速的10%變化最差將導致複合物濃度改變小 於1%，表示圖3的總體系統設計的價值。在優選情況下，在測定器中採用的所有液體存放在測定器盒上，出於將 保持在盒上的液體容積小的考慮，反應腔中的流體具有小於大約lxl(T1的 NRe,優選為大約lxlO"與5xl(^之間，間隙H保持在大約80與200微米之 間。例如在一項優選實施例中，採用夾層測定器的圖6和7的設計，如下所 述，在袋腔12中採用2ml的緩沖液體，並且適於容納0.2ml的液體樣本， 在反應腔處的間隙H為O.lmm ( 100pm),流過反應腔的流體可以是大體均 勻的並且具有大約2.7xl0々的NRe。該具體實施例作為本發明的另一重要方 面。除了本身的重要性，圖1、 1A、 3和3A的原理與盒本身上的氣體氣泡 移除系統結合(參見圖4)會帶來許多優勢。如上所述，隨著液體碰到尖緣、空間不連續性或者表面特性的變化，諸 如表面粗糙度或者不同的表面張力特性，由此產生氣體微氣泡的情況包括液 體溫度變化、氣壓變化以及局部液壓變化。我們已經意識到，在採用測定器 盒的情況下，目前還沒有正確地認識到或者考慮過氣體微氣泡的產生。採用 圖4的概念的測定器盒系統能夠克服這些困難並且實現複合測定器的性能， 所有的液體限制在盒中，不需要專業人員。在許多情況下，在使用前，需要將存在液體的盒存放在冷凍或者環境條 件下。通過使用圖4的原理，測定器盒可達到標準溫度，例如生物學測定所 需的活體溫度，雖然釋放氣體微氣泡，仍然可獲得非常良好的結果。同樣地， 經濟性和可靠的泵送、閥門開閉以及液化動作都可以適用，雖然它們趨於產 生有害的氣體微氣泡。在其他領域諸如液體噴射印製和柴油燃料系統中研發出來的各種類型 的氣體氣泡移除系統可應用在圖4或圖5的實施例中(參見圖5中的128總 體示出的氣泡移除系統)。這些實例包括使用可滲透氣體但是無法滲透液體 的擴散薄膜以及使用橫向於毛細管傳送的軸線以沿不同於液體傳送方向的 方向導引氣體氣泡的毛細管梯度的原理，如US6682186所示，在氣泡移除技 術方面引用結合於此。但是，對於使用以塑料模製的筒單特徵的實施方式的可靠性和簡單性來說，流通浮力腔目前是優選的。參照圖4A，在盒上執行複合物免疫測定， 其中，圖1、 1A、 3和3A的概念與圖4的概念結合，並且採用有流通浮力 腔(在圖4A中，"氣泡截獲腔")。圖6中的130處所示的氣泡截獲腔的優選 形式將在下文參照圖IO和IOA進行詳細地說明。參照圖4A,設置通用流動通道M以實現分析物配體、檢測配體和螢光 標籤的連續持續定時流動。在這種情況下，沖洗液體也流過通道M。通道M 將流體導引通過浮力腔F ("氣泡截獲腔")的下部FL。腔F的至少下部 恆定地包含液體。層流流體流過該腔的這一部分時，每次增加的流體暴露足 夠的時間段(優選地在1至5秒之間)，使得微氣泡在浮力的作用下朝向氣 泡截獲腔的上部分Fu上升，該浮力由於氣體微氣泡的密度比與其換位的液 體的密度低得多而產生。因此，通過重力作用，微氣泡被促使離開流體並且 上升到腔F的上部。出口通道G導引排出的無泡層流流體通過流體過渡部分 T，在該部分處，流體流擴散至捕獲表面D上的片狀流。該流體流從例如大 約0.25mn^或更少的流動橫截面擴散至至少0.75mm2的流動橫截面。在浮力腔之前，液體已經經受適於執行測定的操作。在圖4A中，加熱 為該操作。如圖所示，三種液體分析物配體、檢測配體和螢光標籤流過傳 熱表面J。每種液體可在浮力腔之前達到大致測定溫度。由於隨著溫度增加、 氣溶性減小而產生的氣體微氣泡由此可移除。為了使設計簡單，雖然沖洗階 段中的氣體微氣泡是否存在並不重要，但是沖洗液體可以同樣地穿過氣泡腔 流過該路徑。根據圖4A的基本原理，用於測定的一種或多種液體可以來自於盒的外 部。但是，在本發明的另一方面中，由於優選系統的緩慢流動特性，所以所 有液體可以適當的量存放在盒上，如圖6所示。圖4A的設計方案的另一特徵是廢液腔系統K,其尺寸適於接收和容納 測定所使用的所有廢液。在該設計中，測定器的各部件都採用大概平面的形 式。在操作中，使平面相對於水平成傾斜的，如"上"和"下"所示。除了在液 體流動路徑上定向浮力腔，也能夠在捕獲表面D上的陣列C上實現的均勻 向上的片狀流，由此通過重力流到達廢液系統K。在浮力腔處的通氣結構VJ吏得浮力腔能夠填充液體，在廢液腔處的通氣結構V2使得在測定的初始階段空氣能夠從液體通過系統排出。這些通氣結構可以由允許空氣而非液體通過的材料阻斷。因此，在測定之後，由坐標X和Y限定的盒平面PL可以水平設置，而不使液體流出。參照圖5和5A，示出實現圖1、 1A、 3、 3A和4的概念的實施例，而 沒有限定氣泡移除系統的類型。但是雖然總體可用於配體受體-配體測定， 但是其如圖所示適於免疫測定。在圖5和5A中，包含分析物例如血清的液體樣本15通過隔膜32導引 至盒50內的樣本腔或儲液器134。排液泵30與樣本儲液器134關聯，從而 強制使樣品15通過通道31導引入該系統的其他區域。換熱器33加熱液體 樣本15,加熱系統34的其他部分加熱用於測定的其他液體。該加熱系統可 布置成使液體達到大致測定溫度，例如生理學溫度，37°C。對於液體容納系 統的其他部分，液體存儲腔135與排液泵37關聯設置，例如用於緩沖液體。 泵37按照需要提供液體，從而支持測定，例如將沖洗液體和液體供給至腔 131和142以液化、稀釋或混合包含在盒50主體中的其他試劑。對於免疫測 定，可將幹檢測抗體包被在腔131的表面上，將幹螢光標籤包被在腔142的 表面上。總體示出的氣泡移除系統128接收來自於腔134、 131和142的連續持 續液體流。該系統移除先前在液體中產生的微氣泡，隨後液體繼續連續前進， 通過反應腔133,暴露至承載配體受體陣列20的捕獲表面。流體由流通系統 產生，該系統受到外部驅動泵30和37以及外部激勵閥137A、 B和C的控 制，這些閥響應於檢測各個通道中液體空氣是否交界的傳感器150和152而 4皮馬區動。廢液腔139接收流過反應腔133的廢液流。如"上"和"下"所示，該盒的 平面PL在使用中導向為與水平方向成一實質角度，從而產生從反應腔133 到廢液腔139的重力流。廢液腔在140處通氣，流通系統通向廢液出口的向 上流通安排使得該系統中的空氣能夠在測定初始化之前通過排液泵30和37 的操作而被排出。圖5A示出盒的特徵與外部設備的特徵之間的功能性關係。 圖8和8A示出系統控制單元60。在這種情況下，該單元結合所有的外 部功能部件。可選擇地，各部件可以是經由電子控制的分離單元。控制單元 60包括系統顯示器64和用於盒50的容器66。容器的表面將平面盒設置為 與水平成一實質角度a，這裡是60°,在該角度下，其閂鎖定位。參照圖8E，兩個步進電機線性致動器70(示意圖中示出一個)操作兩個隔膜泵30和37。 三個閥致動器71 (示意圖中示出一個)操作該盒的三個主動閥。該測定的過 程、性能和結果可由系統顯示器63或者關聯電腦的監視器觀測到和監視。 在反應完成並且已經讀取所有測量數據之後，可卸下盒50並扔掉。 盒圖5和5A的盒和控制系統的一項優選實施方案如圖6-15所示。該方案 採用基於圖4A所示的浮力原理的氣泡移除系統。圖6是盒50的模製體(基 部)13的表面側的平面圖，圖7是盒組件的透視分解圖。該組件按照組裝至 基部13的順序包括蓋1、雙側粘合片3、彈性隔膜7、雙側粘合片8和含液 體袋腔12。該組件的其他部件包括用於反應腔的監視窗5、用於光學檢測站 150和152的鏡子11A和11B以及監視窗6A和6B，其用於檢測通道中的液 體-空氣交界，用於接收液體樣本的隔片部件137和其保持器136，用於廢液 系統的通氣插頭9，以及用在基部的背面以使通向盒的廢液腔的液體通道完 整的閉合板14。參照圖6,將模製塑料體13構造成限定所有的液體存放和 通過系統。這些系統包括隔片插孔32、樣本儲液器134、液體腔135、第一 幹試劑儲液器131、第二幹試劑儲液器142、採用浮力氣泡捕獲腔130形式 的氣泡移除系統、反應腔133、廢液容器139A和B、用於通氣插頭9的插 孔140以及橋部10下方的連通通道，這些通道與閉合板14共同連接廢液容 器139A和B。如圖7所示，並且參照圖7A,液體腔135和(廢液)容器139A和139B 的深度基本上對應於模製體13的整體厚度。它們的底壁總體與盒的周向壁 PW的下邊緣Et共面，參見圖6A,形成盒背側的部分。隔片插孔32(可從 背側看到)和樣本儲液器134具有實質性的但是較小的深度。該流體系統的 其他部分相對較淺，並且在盒的大體平面壁FW中形成為槽道和凹陷，該平 面壁基本上與周向壁PW的上邊緣Eu對齊。平面壁FW的背側限定用於接 納加熱器的平面底表面13A，如下參照圖6A和7A所示。模製體13因此限定(在平面壁FW中)所有的連接通道，包括用於加 熱泵送液體樣本的區域33，中的盤旋通道，用於閥137A、 B和C的閥座，微 流體毛細管沖脹閥138A至G，以及光學檢測站150和152。參照圖6和7,該盒經由插入粘合片3和8以及隔膜7將蓋1連接至基 部13而形成。當組裝時，盒50具有用於測定液體的互連腔和槽道的流體網絡，並由覆蓋粘合片8封閉。彈性隔膜的組成部分分別在腔134和135上限 定排液泵隔膜、在閥座138A、 B和C上限定閥隔膜、以及在液化腔131其 中一個上限定彈性可膨脹壁。蓋1由相對剛性的塑料形成並且具有覆蓋樣本 和液體腔134、 135的斷脫部分1A、 1B,作為隔膜致動活塞的頭部。當雙面 粘合片8將彈性隔膜7的一個區域粘合至基部13並且雙面粘合片部分2將 蓋的可拆卸部分1A粘合至彈性隔膜時，樣本腔134組裝為泵30,從而形成 適於由外部線性致動器驅動的活塞頭。優選地，基部13採用非螢光的剛性熱塑料，並且釆用注射模製。液體 在槽道中的流動得益於採用下述親水性材料製備的基部13，這些材料諸如玻 璃、Cyclic Olephine Copolemer ( COC )、聚對苯二曱酸乙二醇酯乙二醇 (polyethylene tetraphtalate glycol) ( PETG )、 LEXAN (General Electric Company Corporation, NY, NY )或者聚曱基丙烯酸曱酯(polymethyl methacrylate)的形式，諸如Plexiglas ( Rohm & Haas Company,費城，PA) 或者Lucite ( E.I. Du Pont Nemours And Company, Wilmington, DE ) 優選地，雙面粘合片3或8具有的粘合強度處於1300g/25cm寬度的範 圍。適當的材料為醫用雙面塗覆膠帶# 1509、 1510或1512 (3M Innovations Co.)。其外部尺寸總體對應於平面模製體13。在組裝前，將片8的策略定位 區域移除從而為下方的基部13提供開口 ("窗口")。這些切掉區域形成傳感 器窗口8A和8B，窗口 8C以形成樣本泵30，窗口 8D以形成液化腔131 ， 窗口 8E以形成液體存放泵37，窗口 8F、 G和H以形成主動止動閥以及窗 口 8I以形成反應腔窗。採用彈性隔膜材料的隔膜7通過片8上側的粘合劑 粘合併且在片8中的泵和閥開口或窗口處形成彈性隔膜。隔膜7優選地採用片狀橡膠材料，例如橡膠膠乳。為了適於隔膜7，材 料應該能夠穿孔或者切成具有光邊緣的形狀，重量輕，光滑，能夠拉伸而不 會滑移，抗撕扯，高的拉伸強度，例如在100psi至10000psi範圍內或者4000psi 的拉伸強度，並且具有在200%與750%範圍之間的拉伸係數。用於隔膜7的 適當材料包括約0.006'，厚度的膠乳片(Latex Sheeting B-LRS-6, Small Parts Inc., Miami Lakes, FL )。第二雙面粘合片3位於隔膜7上。在組裝在樣本儲液器134、緩沖袋腔 12和液化腔131之前，從片3上切下一些區域。與蓋的可拆卸元件IA和IB 對齊的粘合劑切口用於將這些元件連接至彈性隔膜7，從而形成上述液體排出部分。片3也適於形成連接至主體13的外部通道，用於閥的致動器以及 進入和離開傳感器的光路。蓋1通過使用粘合劑、熱量或超聲波焊接技術連接至暴露粘合片3的上 側並且可密封至基部13。優選地，蓋1由類似於基部13的非螢光聚合物制 成並且優選為黑色以用作擋光板，該擋光板可形成光學讀取該捕獲表面的孔 的邊界。蓋1採用應力集中結構的可斷裂片部T模製形成，從而斷開和釋放 可拆卸元件1A和1B。在該實施例中，在腔131上，蓋1的下表面具有模製 的向上壓印。該壓印對應於液化腔131的形狀並且具有均一的深度。其限定 用於彈性隔膜7的對應部分的膨脹區域，從而能夠在幹試劑液化期間增加腔 的容積131。在另一實施例中，蓋l採用隔膜或薄膜，例如粘合彈性塑料膜。 該盒裝置的用戶理想情況下能夠看到該裝置的內含物，蓋1的理想區域可以 是透明的。圖6所示的液體通過網絡通過在模製體13中模製的槽道形成，並且由 粘合片的對應區域封閉。該通道網絡將所有的液體存放腔連接至單一入口 160以及浮力腔130 (也形成為主體B的平面壁FW中的凹陷，如圖所示， 並且由覆蓋粘合片8封閉)。當由樣本腔134的泵30起動樣本流時，該樣本 流由浮力腔130從加熱器迷宮33，接收。當試劑和沖洗液體由液體存放腔135 的泵37排出時，在閥的控制下，試劑和沖洗液體經由試劑腔131和142以 及衝洗通道143加以接收。單一出口 130B將浮力腔的液體流經由流體過渡 部分133A傳送至反應腔133。如圖6A和7A所示，模製體13的背側具有腔16，該腔16與圖6A的 陰影區域共同存在並且延伸稍微超過該陰影區域(表示外部加熱器101)。腔 16具有通過平面壁FW的背側形成的平面底表面13A。其位於流動系統的這 些待加熱部分的下方。待加熱部分包括盤旋液體樣本通道33'，試劑腔131 和142，導引至並且包括浮力腔130的連接通道網絡，以及到達並且包括反 應腔133的其他通道。圖6的模製體具有對齊開口 G1，從而容納控制單元的對齊銷G，如圖 8A所示。類似地，模製體具有一組間隔開的凸起參考底座，用於形成該盒 與控制單元的參考表面的平面對齊。圖7A進一步示出盒體的背側。部分135'、 139A，和139B，分別涉及液體 腔135和兩個廢液容器139A和B，這些部分與盒體的周向壁PW的下邊緣El共面。平面底表面13A在由平面壁FW的相對側限定的液體系統的淺部 分下方。圖7A也示出用於光學傳感器鏡11A和11B (參見圖14)的安裝插孔 150'、 152';用於封閉板14的插孔14A,該閉合板封閉通至廢液容器的廢液 通道；以及用於接納限定捕荻表面D的支承件的晶片插孔133A，如圖1、 1A、 4A所示，承載配體受體陣列。捕獲表面D形成反應腔133的底部，其 相對側由玻璃窗5形成，參見圖7。圖6A和8C的外部加熱器組件101構成為與腔16處的盒表面13A面對 面熱傳遞關係。組件101為圖8的控制單元60的一部分。在反應腔133處 的溫度傳感器的控制下，其將所包含的液體提升至大致均一的溫度，優選為 37攝氏度。在操作過程中，盒50被保持的與水平方向所呈的實質角度(圖8中的 角ot )將廢液口 9設置在盒上部。該盒可插入控制單元60,蓋62關閉，之 後，液體樣本被噴入儲液器134。腔135中的液體試劑袋腔12被刺穿，例如 通過內部或外部的葉刀(lancet )，從而釋放液體。通過泵送液體，盒中的空 氣排出反應腔133，以及廢液容器139，並從通風過濾器9排出。所有的操 作階段都通過例如系統控制器60以電子方式控制。圖6和7的實施例的操作和其他詳細內容將參照圖17的多路免疫測定 的實例進行說明，其中分析物是抗原配體，配體受體(捕獲試劑)是抗體。參照圖6和8E以及圖5和5A的一般系統，系統控制器60關閉標記閥 137A和衝洗閥137B,激活泵37以從儲液器135排出液體，由此初始化測 定。當圖6的盒的左側被提升時，空氣以及隨後的液體通過位於存放腔135 的高側處的進氣歧管135b排出。儲液器135的液體流入第一幹試劑儲液器 131，直到液體將所有的空氣從儲液器排出。該液體使儲液器131中的幹試 劑例如檢測抗體液化，因此儲液器131用作液化腔。在腔131之後，隨著液 體到達光學傳感器150,檢測到液體空氣的交界。作為響應，傳感器150將 系統控制單元60導引成關閉閥137C以阻斷其他液體流動。通過進行設計， 該系統可以線性步進電機的一些步驟的時間延遲閥的關閉，從而使得液體前 進足以將空氣排出至與通道系統的下 一 分支連接。然後打開閥137A，以線性步進電機的預定步驟數致動腔135的泵37， 從而以液體填充第二幹試劑儲液器142和排液通道分支，由此排出任何空氣。然後關閉閥137A，閥137C保持關閉，並且打開衝洗閥137B。以步進 電機的預定步驟數操作泵37,從而排出沖洗通道143中的空氣。然後，閥 137B關閉。與樣本腔134關聯的樣本泵30從腔134的高側排出空氣以及隨後的樣 本液體，通過加熱盤旋通道33'。這樣將液體樣本加熱至大約37'C的溫度。 使流體移動進入盤旋通道可將液體前方的空氣排出。通過連續的泵送，樣本液體填充氣泡捕獲腔130，使得其正常操作。氣 泡捕獲腔130的出口 130B處成對的^皮動孩t流體沖力長閥138C、 138D阻擋樣 本液體的通過，直到氣泡捕獲腔填滿樣本液體。氣泡捕獲腔中的空氣經由空 氣通路排出，該空氣通路由相對布置的一對被動微流體沖脹閥138A、 138B 形成。閥138A阻擋液體從氣泡捕獲腔130流出。閥138B阻擋液體返回填 充入氣泡捕獲腔130。因此，空氣以及液體朝向反應腔133導向。通過用於樣本泵30的線性致動器的步進電機的控制，該泵以預定速率 和程序排出樣本，直到樣本光傳感器152檢測到液體-空氣交界的出現。這 是開始的事件。其觸發控制單元60以根據預定速率和持續時間驅動樣本泵 30,從而傳送樣本流過反應腔133,如盒所使用的具體測定所需要的。通過 加熱樣本等產生的氣體微氣泡通過氣泡捕獲腔130從樣本液體中移除，隨後 樣本到達反應腔133。同時地或者順序地，第一幹試劑儲液器131中的乾式試劑，例如檢測抗 體試劑的乾式塗層，通過振蕩流體攪動所液化。為此，閥137A、閥137B和 閥137CM呆持關閉。通過相關線性致動器的重複向前和向後移動，試劑泵37 向前和向後排出液體。向前的移動使得預定體積的試劑鼓起覆蓋檢測存放腔 131的彈性隔膜，同時向後移動使得隔膜收縮並且使得液體向後流動。泵37 通過系統控制單元60進行編程，從而以預定速率和容積循環震蕩運動預定 的次數。該系統能夠實現各種的攪動模式。 一種是通過緩慢地填充並且倒空， 例如以10Hz以下的頻率。另一種模式是採用短的步驟，頻率提高至10Kz。 (參見Masterangelo Carlos & al" "57ww/a"ow o/ /"fe^c/a/ Z^y"(3脂'as o/ 7y附e-Z)e/ e"(ie"f Co"verg/"g M譜 M/crac/za朋e/s "，ZVoc. SPIE，4560:108-116(2002))。樣本液體以預定的持續時間流過反應腔，該持續時間由控制程序確定， 然後使泵30停止。然後打開檢測抗體閥137C，激活泵37以促使存放在幹48式檢測抗體儲液器131中的目前已液化並且加熱的檢測抗體流通，通過氣泡 捕獲腔130並且進入反應腔133。承載檢測抗體的液體排出反應腔133中的 任何樣本，在連續流動已計劃的持續時間期間，檢測抗體結合至任何分析物， 所述分析物結合至反應腔中的捕獲試劑。通過加熱或攪動產生的任何有害氣 體微氣泡由氣泡腔130移除。33，。除了這裡所述的過程，當採用試劑或緩沖液體而不是血清或分析物填 充氣泡捕獲腔時，出現這一條件。先前已經採用緩沖液體填充乾式螢光標記腔142並液化。在預定的時間， 系統控制器60關閉4企測抗體閥137C並且打開標記(標籤)閥137A改變隔 膜泵37的驅動模式。泵37的進一步操作目前將經加熱的液體從螢光標記儲 液器142排出，通過氣泡捕獲腔130以及反應腔133。這使得標記(標籤) 能夠在不存在有害氣體微氣泡的情況下結合至複合抗體。當正確測定的最後步驟已經完成時，即將標記結合至捕獲表面上的檢測 抗體(Abd)，在隨後的成像(讀取)期間，腔中的未結合標記被衝出從而最 小化標記導致的背景信號。因此，在預定的時間，系統控制器關閉標記閥 137A並且打開沖洗閥137B。泵37然後使得衝洗液體經由氣泡捕獲腔移動 液體進入反應腔以完成沖洗。反應腔中的陣列捕獲表面現在可以讀取。這可 在存在沖洗液體的情況下實現或者反應腔可通過向後運行泵37以從反應腔 抽吸液體來排出液體。材料的存放特異於某一應用的捕獲抗體(或者其他配體受體)被沉積並且吸附為薄 的固態硝酸纖維素薄膜的處理表面上的配體受體陣列20中的點組。該薄膜 承載在容納在"反應腔"中的玻璃"生物晶片"上(參見WO 04/018632A2(PCT/US03/25685 )中關於厚度小於1微米的固態硝酸纖維素薄膜以及其表 面處理的部分內容，引用結合於此)。優選通過電暈放電對該薄膜進行處理(表面活化)。檢測抗體(Abd)或等同物存放在檢測抗體儲液器131的表面上作為幹 塗層。螢光標記材料存放在螢光標籤儲液器142的表面上作為幹塗層。緩沖 液體存放在位於流體試劑腔135中的液體密封"液體袋腔"12中。樣本在引 入後^皮存》文以在儲液器134中進行測定。反應腔反應腔133採用大約9.5mm寬以及12.5mm長的管道。該反應腔的一側 由承載陣列20的生物晶片捕荻表面形成，另一側由透明窗5形成。該管道 以9.5mm尺寸與流體過渡部分133A和廢液排出部分133B連通，並且在其 他側上封閉。生物晶片表面上的陣列20和窗口以大致均勻的80與300^i:米 之間的間隙間隔開，優選地為大約IOO與200微米之間。生物晶片的背側露 出以與加熱器接觸並且朝向嵌入加熱器中的溫度傳感器。點型陣列在一項優選實施例中，反應腔133具有9.5mm x 12.5mm x 0.20mm的尺 寸(200微米間隙)，在另一間隙中減小為0.10mm ( IOO微米)。用於粘合捕 獲試劑的固態支承件的表面為6.5mmx9.5mm。搜索一種分析物的典型測定 包括許多配體受體的點，優選為具有在大約50微米與500微米之間的直徑 的點，由類似於一個點直徑的距離分離開。典型的點直徑名義上為150微米， 中心距為300微米。優選地，參照圖16和16A,橫向於流動方向布置的第一排點包括10個 鄰近複製配體受體點的兩個區域，各點的中心距為300微米，每組10個配 體受體形成用於一個配體的一次測定，分析物1和分析物2。在圖16中，隨後的排隨著血清(或者其他樣本液體)的流動用於信號 校準(參見下文，"數據分析，，)。這些排以與鄰近配體受體(例如，捕獲抗 體)關聯的相等數量配體(例如，蛋白質)點進行布點並且優選地包括已知 濃度的配體。可使用許多不同濃度的這種校準排例如校準排1A-1G，足以限 定校準曲線，參見圖16,從而實現自校準。優選地，如圖所示，使該排中的 參考點移位，將參考點定位在捕獲抗體點之間，而不是直接位於後面(沿流 動的方向)，從而減小消耗後果。相應於分析物3、 4; 5、 6和7、 8設置類 似的排。也設置一排對照點，對照A和對照B。在圖16A的情況下，為了用於預建立的校準曲線，大多數的捕獲表面由 複製分析物點排佔據，分析物1-16,結束於一排對照點。在另 一結構中，可設置用於分析物的配體受體的交替排以及兩種不同稀 釋度的配體參考點的成對的排，參見圖16B。也可釆用其他結構。在只有兩排用於捕獲和參考並且每排具有2個分析物區域的情況下，12.5mm長度可容納40排中心距300微米的點，因此可進行40種不同的測 定。液體儲存器圖11示出用於測定液體的袋腔12，例如用於液化試劑和沖洗的緩沖液 體。該袋腔由凹入"鼓泡，，腔12B形成，並且採用平元件12A覆蓋和密封。 通常地，袋腔12能夠非常好地抵抗溼氣、氧氣和光線，並且在形成入袋腔 之後保持其形狀。封裝生物敏感產品諸如藥物的領域的技術人員已經公知適 當的材料，並且包括但不限於冷成形箔片(例如，"Hueck DMF7273"冷成 型箔材料，Hueck Foil L丄.C., Wall, NJ )以及，例如，層疊聚酯-聚乙烯-鋁箔 -CRC-l-聚乙烯(Flex-Pak Packaging Products Inc., Batavia IL )。從儲液器釋放液體圖12示出由結合至基部13的隔膜7封閉的腔135中的袋腔12。該圖也 示出柱塞頭IB (蓋1的斷開部分)通過雙面粘合片集體4結合至隔膜7。柱 塞頭IB的外表面接合位於系統控制單元60中的線性電機70的軸L上的端 板72。柱塞1B也具有模製為蓋的部分的錐(刺尖凸起)ID,穿過雙面粘合 膠帶集體4和彈性隔膜7伸出。袋腔12具有彎折特徵12C(圖11上未示出)， 保持袋腔12與錐ID隔有一段距離。斷開凸片T將柱塞1B保持在蓋1中。當開始操作時，盒50如圖8和8E所示保持在控制單元60中，處於大 致垂直的位置，閥137A和閥137B^皮關閉，而閥137C打開；線性電4幾軸L 推動柱塞頭1B,該柱塞頭切斷凸片T (參見圖12A和12B)，使柱塞頭1B 從蓋1卸下。錐(刺尖凸起)1D刺穿袋腔蓋12A,使得袋腔12中的液體排 出進入腔135並且在腔135的底部集聚。隨著柱塞1B向前移動，袋腔12被 壓縮，因此推出液體並且減小腔135的容積。腔135中的空氣集聚在腔135 上部區域中的收集歧管135B (參見圖6)並且移動通過管道135A、儲液器 131並最終通過受體140中的通風口 9排出。當所有空氣已經被排出之後，隨著柱塞1B持續在腔135中移動，液體 然後從相同的槽道排出。當液體到達光學傳感器150時，控制單元60致動 閥致動器71以關閉閥137C。(在備選方法中，這裡沒有示出，外部驅動的銷可使隔片(未示出)橫 向移動，從而刺穿流體試劑袋腔12從而將液體從袋腔12釋放出進入泵腔 135 )。在盒50的組裝期間，袋腔12定位在腔135中。可選擇地，袋腔12的 形狀可構造成符合腔135從而使袋腔不接觸錐1D，從而防止袋腔的過早刺 穿以及液體的洩漏。優選地，袋腔12的角部12A如圖12所示向上彎折，保 持袋腔抵靠腔135的閉合端以及不接觸錐1D。幹檢測抗體儲液器圖6示出在乾燥條件下存放檢測抗體(或者其他檢測配體)的儲液器 131。在盒的組裝期間，用於接收這些試劑的區域首先塗有一般從Pierce得 到的"阻斷體(blocker)"並且用於形成可容易地液化以防止試劑粘合至儲 液器131表面的塗層。該阻斷體流體"噴塗"在儲液器131底部表面上或者 形成點狀並且進行空氣乾燥。隨後，採用與生物晶片20上形成點形的捕獲 抗體(或者其他配體受體)關聯的適當比例的所有試劑的混合物以適當的量 "噴塗"在儲液器131底部的保護區域上並且進行空氣乾燥。在本領域技術 人員公知的反應中，例如，檢測抗體可具有粘合至焚光標籤的生物素分子， 該螢光標籤結合至鏈黴親合素分子，參見圖17。 乾式螢光標籤儲液器圖6也示出以乾燥條件存放螢光標籤(圖17的"FLR LABEL")的儲 液器142。焚光標籤優選為結合至鏈黴親合素蛋白質的Cy3分子並且可從 General Electric Co.的分部Amersham購買到。以適當的量和濃度將其直接-"噴塗"在儲液器142表面上從而滿足測定的需要並且進行空氣乾燥，如本 領域技術人員所公知的。當乾式螢光標籤與緩沖液體接觸時，該乾式螢光標 籤容易被液化。液體引入系統-隔片參照圖6和7，液體可通過使用外部吸管或者噴針被引入盒50。可選擇 地，液體可採用形成至盒50本身主體的噴針引入盒50。參照圖15和15A， 在這裡所述的優選實施例中，液體樣本(分析物或血清)使用外部吸管或者 噴針通過隔片通過系統32被引入樣本腔134。本領域技術人員可知，在備選 方案中，液體樣本可通過內部噴針系統被引入和/或液體可通過不同結構的外 部系統被引入。圖15和15A示出包括隔片腔32、樣本注射口 144和樣本注射槽道145 的樣本引入系統。腔32處的隔片封閉組件61用作盒體13的外部與樣本注 射口 144之間的密封件。隔片封閉組件61包括可壓縮隔片材料137,其被橫向彈性壓縮並且趨於在隔片腔32內膨脹，如圖15A的向外箭頭所示。本領 域技術人員可知用於隔片蓋板137的適當材料，包括例如橡膠，優選為矽酮 橡膠。例如，在一項實施例中，隔片腔32的直徑大約為3/16英寸，隔片蓋 板137可以在未壓縮時為大約1/16英寸厚以及直徑為大約1/4英寸，並由 60硬度(durometer)的矽酮橡膠製成。隔片夾具136用作將蓋板137在腔32中保持定位的保持器。 隔片蓋板137在插入隔片腔32 (刺穿，如軸向線P所示)之前由具有 明顯尖銳和柱狀剛度的尖鋼噴針或其他部件預扎穿。預扎穿路徑P在蓋板 137中形成具有低阻力的區域，並且形成有相對鈍或弱(低柱狀剛度)的儀 器諸如塑料吸管尖頭可從中穿過而^皮推入的點。雖然在組裝前預扎穿隔片蓋 板61,但是液體不會從盒體13洩漏出，因為隔片蓋板137的橡膠在橫向壓 縮封閉路徑P的作用下確保不會洩漏。該薄弱的點允許鈍的相對大的吸管尖 頭發現低阻力點，並且以液體密封的方式滑過該隔板。 樣本容納系統圖6、 7和圖15A示出基部13中的樣本腔134。該樣本腔由彈性隔膜7 遮蓋並且經過管道145連接至隔板腔32。該樣本腔經由管道146穿過溫度控 制區域33，連接至氣泡捕獲器130,該管道146的入口 134A位於腔134的上 部區域。在將盒以大致垂直的位置安裝在控制單元60中的容器之後，血清 或分析物經由隔片32引入腔134。該盒採用鉸接蓋62保持定位，如圖8b 所示。穿過蓋62的埠 67與隔片32對齊，從而可直接地操作該隔板。樣品泵如圖6、 7和15A所示，血清(樣本或分析物)泵30通過模製樣本腔 134、彈性隔膜7以及斷開柱塞頭1A形成。柱塞頭1A由雙面粘合片2適當 地粘合，如圖7所示。採用安裝在控制單元60中的盒，控制單元60中的線 性電機的軸L接合柱塞1A並且在由適當軟體確定的控制作用下驅動柱塞1A 向下移動。斷開定位凸片T,使柱塞1A自由地隨著軸L移動。當盒位於使用位置 時，腔134的排出導管134A位於腔134的上部，使得泵中的空氣首先被排 出，隨後液體被排出(血清或分析物)。當激活泵30時，液體樣本被推入槽 道146。槽道146巻繞多次以形成盤旋通道，之後連接至入口 160，到達氣 泡捕獲器130。加熱器101在槽道146下方的腔16中延伸從而加熱樣本。因此，在到達氣泡捕獲器之前，血清或分析物15從室溫大約25。C或者存放溫 度例如4。C達到反應溫度，優選為37°C。這一過程最一般地使得氣體微氣 泡形成在液體中，隨著液體通過氣泡捕獲器130而被移除。 試劑泵試劑泵37 (用於推進緩沖劑或試劑)包括結合在盒50中的元件以及結 合在控制單元60中的元件。盒50中的元件為腔135、液體保持袋腔12、彈 性隔膜7和可拆卸活塞頭1B。結合在控制單元60中的是線性步進電機70、 其電機軸L,如圖8E所示，以板72形成終端。板72的功能其中之一是充 分地散布致動力以確保將活塞頭1B保持至蓋1的所有可斷裂凸片連接T斷 開以使活塞頭1B自由移動。在操作中，控制單元60導引線性電機70從而驅動活塞頭1B，使其斷 裂以離開蓋l，參見圖12A、 12B。隨著活塞頭1B向下移動，其減小腔135 中的可用容積。空氣經由腔135上部區域中的槽道排出並且進入歧管135B。 同時，從隔膜7伸出的錐1D穿過並且刺穿袋腔蓋12A,使得液體流至腔135 的下部區域。控制單元60進一步導引線性電機。空氣由袋腔液體排出並且被逐出。 當所有的空氣都在活塞運動下被逐出時，然後液體通過相同的歧管和槽道被 排出。盒50可以低溫存方文並且按照需要取出。袋腔中的液體浮皮加熱至例如 37。C,包含可由液體通過氣泡腔130而移除的微氣泡。 溫度控制器&加熱器有必要以已知的溫度執行該測定，因為夾層測定器的複合效率會受到配 體分子在其承載液體中的的擴散速率的強烈影響，該擴散速率本身是溫度的 強函數。在使用之前， 一般來說，盒和血清保持在室溫或者更低。為了加熱 至理想的反應溫度，優選為37° ,加熱元件101作為控制單元60的組成部 分。當盒50安裝在容器66中並且鉸接蓋62被關閉時，承載在蓋62上的加 熱元件101嵌套在盒50背部的腔16中，並且接合表面13A，如圖6A所示。 熱量傳遞通過盒的薄壁區域以加熱在該測定期間進行相互作用的所有液體。參照圖8C和8D，加熱器101包括由Minco Co.製造的薄柔性片狀加熱 器元件102,從而適配於盒體13背部的腔16。該加熱器安裝在低硬度(60 硬度)矽酮橡膠泡沫背部103和浮動平面剛性支承件104上。加熱器101的平面表面因此可被壓入以與腔16底部處平面表面13A以及反應腔133處的 生物晶片的背側一致。結合在加熱器單元中的溫度傳感器布置成檢測生物芯 片的溫度以控制加熱器。氣體移除系統氣泡捕獲器圖IO示出浮力氣泡捕獲器130的一項實施例。在優選實施例中，樣本 從槽道160進入並且填充氣泡捕荻器130的下部區域，但是防止前進至反應 腔133,因為微流體毛細管沖脹閥138C和138D設計成根據條件地阻斷液體 的流動並且僅在已經達到預定背壓時脹裂。隨著空氣被促使向上並且經由微 流體毛細管沖脹閥138A排出並通過槽道162，通過微流體毛細管沖脹閥 138B並且向外到達反應腔133,廢液容器139並且最後向外通過容納過濾器 9的通風通道140，樣本(血清或分析物)填充氣泡捕獲器130。當氣泡捕獲器130填充有液體時，出口 164處的壓力使得液體能夠流過 微流體毛細管沖脹閥138C和D，血清或分析物前進至血清光學傳感器152， 參見圖6，由此，隨著液體-空氣交界橫向經過觀察區域，將信號發送至系統 控制單元60。 -敞流體毛細管沖脹閥138B防止液體進入槽道162並且使微流 體毛細管沖脹閥138A失去效用。該系統控制器編程為致動樣本泵以推動樣 本在預定的流速下在精確的持續時間內通過反應腔133。當血清或者其他液體從槽道160進入填充液體的氣泡捕獲器130時，被 捕獲或者溶解的氣體在浮力作用下上升至氣泡捕獲器的"上部"區域。由於 槽道161由通過^f效流體毛細管衝脹閥138A保持定位的液體填充，所以可防 止氣體進入槽道162。進入氣泡捕獲器130的液體經由槽道164離開。因此， 具有更大浮力的氣體氣泡上升，液體不具有無益氣泡。優選地，如圖所示，氣泡捕獲器的液體入口 160和出口 164在延伸跨過 浮力腔130底部的凹槽160A的相對端部處對齊。在該關係中，由於其上流 過的液體的本質，所以分層流可被保持不受影響。因此，連續的不同流體可 流過該腔中，而不受到交叉汙染。但是，在其他設計中，氣泡移除系統可包 括多個氣泡腔，該測定中的不同流體可流過這些腔。圖IO的氣泡捕獲器130具有位於腔中部的分隔肋130D，該肋起始於凹 槽160A的高側。從操作位置觀看，肋130D向上延伸一段距離，在還沒有 到達捕獲容積上端處結束。其外邊緣130E位於平面壁FW的平面，粘合併 且密封至覆蓋粘合片8。55分隔肋130D因此形成連通於凹槽160A中的流體的兩個連續氣泡捕獲 區域130F和130G。這些區域的上端連通。由此形成故障恢復特徵。在沒有 設置肋的情況下，要是大體積空氣氣泡從入口 160進入，那麼其會跨過氣泡 捕獲器的完整寬度，導致大體積氣泡被堵塞並且防止液體正確地填充捕獲器 容積。在存在分隔肋130D的情況下，這種大體積氣泡則會被捕獲在初始(上 遊)捕獲區域130F中，使得下遊區130G敞開以接收液體並且持續填充捕獲 器。因此，區域130F的上部區域可被填充，即使封閉氣泡堵塞在該區域的 下部分中。在其他未示出的實施例中，捕獲器可構造成具有一個或多個額外 的肋部，連續形成三個或多個這種區域，從而實現進一步的故障恢復保護。在其他實施例中，可將串聯的兩個或多個獨立氣泡捕獲器設置為提供用 於給定液體流的系列氣泡捕獲區域。圖10A提供備選的氣泡捕獲器設計。通過插入氣泡捕獲器上部的多孔插 頭9A進行通風，提供空氣排出路徑，該路徑在捕獲腔130填充液體時被封 閉。通風為了使液體以高效的方式進入和排出該裝置，盒50包括通風口 140，該 通風口作為可關閉的通氣口。通風口 140優選為柱狀管道，用於使空氣通過。 通風口 140可填充有多氣孔的材料以形成通風插頭9。通風插頭9 (或者由於氣泡捕獲器設置的通風插頭9A)採用多孔材料， 可滲透氣體但是永久地阻擋與液體的接觸。當使用在通風通道中時，雖然處 於幹態，但是該通風插頭可確保包含在盒50中的空氣和其他氣體的排出通 道或者與液體分離。該通風插頭也確保當將液體樣本收集並且注入該裝置時 盒50處於大氣壓，並且通過與液體接觸時進行的密封，該通風插頭確保空 氣已經被移出該裝置之後盒50被密封於大氣壓。用作通風插頭的適當材料包括熱塑性材料，聚乙烯，聚丙烯，聚四氟乙 烯(PTFE;例如，GORE-TEX , W.L, Gore&Associates， Inc., Newark DE )， 例如，多孔塑料(例如，由M.A. Industries ( Peachtree City, GA )售賣的多孔 塑料)，以及熱塑料，例如由Trexel，Inc.( Woburn,MA)提供，或者POREX (Porex Technologies Corporation, Fairburn， GA )。 雖然當這種材4+處於幹態 時為多孔，但是這種材料設計為處於溼態時完全封閉。(參見1999年6月29 日授權的美國專利No. 5,916,814，其完整內容引用結合於此)。可選擇地，通風插頭9可由具有類似特性的諸如可從W丄.Gore&Associates, Inc. (NewarkDE)買到的隔膜代替。當通風口 140幹時，多孔區域允許空氣橫向運動，從而允許任何氣體排 出盒。當通風插頭9溼時，該通風口關閉，氣體或液體都無法排出該裝置。 在圖6和7所示的示例性實施例中，通風插頭9可吸收1至5ml的液體，取 決於插頭的尺寸和大小。通風插頭9的位置使得當盒處於基本上垂直的位置時，浮力使得空氣達 到液體前方的通風口 140。優選地，通風口 140鄰近或者連接至廢液容器139。在一些情況下，諸如存放期間，當需要防止蒸汽傳遞的情況下，通風口 140的外部可進一步由膠帶密封(未示出)。可選地，該膠帶可形成標記系統 的一部分，然後可卸下以及移開從而識別分析物樣本源。(參見1989年12 月5日授權的美國專利No. 4,884,827，其完整內容引用結合於此)。廢液系統圖6和7示出經由在由板14封閉的基部13的背部中的通道連接到一起 的廢液接收腔139A和139B。該結構理想情況下適於模製生產。在操作位置， 廢液腔位於盒的最高端部從而接收通過反應腔133的所有氣體和液體。廢液 腔的結構和位置使得已經進入的液體不會容易地返回至反應腔133。該系統 結合有通風口 140和過濾器插頭9。液體槽道各槽道具有一般位於大約0.1mn^與lnm^之間的流動橫截面並且具有 避免氣泡形成晶核的光滑表面。在三個側上，各槽道通過主體13的模製表 面形成。各槽道在第四側上由覆蓋粘合片8封閉。可處理一些槽道以具有親 水性或者疏水性的特性或者處理一些槽道進行變化的設計。優選實施例的槽 道具有0.25mm2的流動4黃截面。閥主動閥圖13-13C示出主動閥的操作。閥杆A以及閥座V採用圓形設計，其平 面垂直於所示軸線。流動通道90在錐形閥座的相對側開口。在圖13的打開 狀態下，槽道90打開以使流體通過。當閥杆A通過控制單元60的閥致動器 向前移動時，如圖13A所示，閥杆A使彈性隔膜7變形並且阻斷各通道。 參照圖13B,應該指出的是，雙面粘合片8中的開口應該足夠大於閥座的基部直徑，從而允許彈性隔膜經由環形間隙最'』、化吸液作用並且產生足夠的壓力降，使得流動可通過進一步沿著諸如微流體毛細管衝脹閥138F的相同槽 道的微流體毛細管衝脹閥而被停止，參見圖13C。閥杆A是控制單元60的組成元件並且可根據空間的因素採用各種形狀。 在一種情況下，線性致動器的2mm直徑的軸向延伸部分直接作用為閥杆。 在另一種情況下，閥杆採用90度的鐵錘形狀，軸直徑大約為2mm，在槓桿 動作中由線性致動器致動。微流體毛細管衝脹閥；被動孩i流體閥圖9示出結合在盒中的微流體毛細管沖脹閥的基本設計，其蓋由細線示 出。採用槽道的情況下，三側由主體13的模製表面形成，第四側由粘合片8 形成。在由 J.Zeng等使用的模型("Fluidic Capacitance Model of Capillary-Driven Stop Valves; 5th Microfluidics Symposium IMECE Nov. 5-10, 2000 Orlando FL; MEMS-18A")中的限定為通常以平面終止的柱狀或方形毛 細管管道的被動微流體閥的氣腔的基本理論保持壓力P如下計算P-4 Y sin 6 /(d)1.14其中，Y是流體的表面張力-水溫37度時大約為0.070N/m，為最常用的碳基 液體的大約兩倍，e是接觸角，在沖脹點一般為45度，d是開口的方形導管 的側部的尺寸。當d=0.1mm時，P=1.4， E3 N/m2(Pa)=0.21 psi=5.7 in H20=14cm H20這裡，(參照圖6和10)，重要的一點是，閥138C和138D具有高於閥 138A的爆裂容量，從而確保氣泡捕獲器130將填充液體，同時允許空氣經 由閥138A排出。為了實現這一效果，閥138C和138D的橫截面小於閥138A。圖9是被動單向微流體衝脹閥的簡單圖示，代表閥138A、 B、 C、 D和 E。頸部200的尺寸和排出角限定保持流體防止與空氣交界的保持力。本領 域4支術人員(參見Inhibition and Flow of wetting liquids in Non circular Capillaries-J of Physical Chemistry B Vol. 101， pp855-8630 )限定這些尺寸使得 空氣可經由通風過濾器通過氣泡捕獲器和反應腔以排至大氣。光學傳感器圖14示出用於檢測槽道中的液體-空氣交界的出現的光學傳感器。該光 學傳感器採用光源傳感器/光電電晶體單元S諸如"反射物體傳感器"(類型)構成並且按照推薦的方式安裝。光學傳感 器150和152 (圖6 )透過監視窗6A和6B諸如從普通顯微鏡蓋玻片(ERIE Scientific)切出的光學監視包含分析物或緩沖劑的液體將通過的槽道。它們 安裝在形成在盒體13的表面壁FW中的液體槽道上。由光學傳感器的LED 元件發出的光經由分別嵌入並且氣密密封(在I處)在基部13的剛性元件 中的鏡IIA和11B返回至該單元的光電電晶體。由於液體和空氣二者在光學傳感器的光學路徑中存在非常少的量，所以 它們二者幾乎相同地可被LED的波長穿過，經由吸收作用進行區分是不可 靠的。在小於IOO微米厚的槽道中的空氣與水之間的吸收差異是非常小的， 並且峰值僅為只使用空氣時的0.5%，條件為以近紅外觀測，OPB606A OPTEK 單元的波長為950nm。新穎性在於隨著分析物或緩衝液體排出空氣而檢測氣體與液體之間的 交界(或者"液體前部")。空氣折射率為大概1.000，水的折射率為1.332, 二者存在明顯的差異，由此，採用稜鏡或透鏡的方式，使得液體前部衍射和 折射LED的入射光。該交界(前部)易於被;險測到，因為其^f吏得一部分光 線偏移離開其正常路徑。隨著該前部通過光學傳感器的視野，其使信號產生 大的瞬時改變，這是易於監視和分析的。信息追蹤可將樣本收集裝置裝配上記錄或者示出關於樣本信息的任選裝置，諸如 適於讀寫或者應用標記的條形碼或表面區域。已記錄或顯示的信息可以是執 行或追蹤樣本和/或對該樣本進行診斷測定所需的任何信息。在另 一選擇中， 可對盒設置額外的識別標籤或條形碼標記以記錄對應的信息；第二標籤或標 記然後可從該盒移除，從而例如按照需要粘附於病人記錄或動物籠子或者包 括在診斷測定中。例如，可將每個都具有識別和序列號或編碼的雙標記固定 至樣本收集裝置，使得一個永久地粘合至樣本收集裝置，另一個可移除並且 能夠隨後粘合或結合至其他地方，如上所述，或者掃描或者採用其他方式記 錄在其他信息存儲介質中。盒50優選地具有位於蓋上的條形碼標記，諸如 可由位於控制單元60的接納腔66中的商用條形碼讀取器69讀取。讀取器(從陣列讀取光學信號)讀取測定的結果包括測量已經結合至捕獲表面的螢光水平或螢光標籤 的水平/數目，例如;f會測本身已經粘合至分析物分子的配體(例如抗體)分子，粘合至配體受體(例如，捕獲蛋白質分子)。螢光水平通過反應腔的捕獲圖像區域的圖像像素的信號水平的集合表 示。所涉及的每個區域與已經進行特定測定的區域和位置關聯。處理儀器(系統控制器)60可具有捕獲用於分析的整個生物晶片20的圖像的整體讀取站。 可選擇地，優選採用與處理站分離的讀取站。讀取站60具有捕獲反應腔的 圖像以進行進一步處理的讀取系統64，參見圖8E和F以及圖18。 系統控制器用於控制操作步驟的算法所有的操作通過邏輯初始化並且通過系統控制器單元實現。手動操作如 下所示。用於圖6和7的盒和用於免疫檢測中的系統控制器60的操作的順 序如下所述1 )將容納生物晶片的盒安裝在流體站66中-手動操作2 )將血清注入隔膜泵儲液器134-手動操作3) 關閉標記閥137A-注意，所有的閥一般都是打開的4) 關閉沖洗閥137B5 ) 通過操作液體泵37斷裂腔135中的起泡袋腔12來排出Abd腔131 中的空氣以及採用緩沖液體(起泡袋腔12的內含物)填充腔131; Abd光學傳感器觸發器150計時和流動結束6) 關閉Abd閥137C7) 打開標記閥137A8) 操作液體泵37預定的持續時間以通過採用緩沖液體填充標記腔 142而排出標記腔142中的空氣a)採用預定的間隔(或者如果設置標記光學傳感器，那麼使用該 傳感器觸發計時和流動的結束)9) 關閉才示i己閥137A10) 採用血清填充氣泡捕獲器11 ) 運行血清泵30的步進電機12)在填充氣泡腔130結束時，血漿光學傳感器觸發器152計時 13 ) 使血清流動通過反應腔13314) 運行血清泵30步進電機預定的持續時間15) 採用緩衝液體液化Abd16) 以震蕩的方式三步向前和三步向後地運行泵37;腔131的蓋隔膜 彈性變形。這一功能可與血清流動功能同時執行17) 打開Abd閥137C18 ) 通過採用緩衝液體推動液化Abd通過操作泵37來使液化Abd流過反應腔19 ) 運行泵37預定的持續時間20) 關閉Abd閥137C21) 打開標記閥137A22) 使標記流過反應腔23) 運行泵37預定的持續時間24) 關閉標記閥137A25 ) 打開沖洗閥137B26 ) 使沖洗液體流過反應腔 27)運行泵37預定的持續時間28 )通過以逆轉方向操作泵37預定的持續時間來排放反應腔29) 然後將一次性使用盒從處理站卸下，稍後對反應腔進行成像以分 析。可選擇地，可採用處理站中的控制單元60的讀取模塊30) 然後可拋棄採用生物晶片的盒 備選算法31 )可選擇地，可通過抗體儲液器131處理衝洗步驟 32) 關閉沖洗閥137B33 ) 打開Abd閥34 ) 使沖洗液體經由Abd儲液器流過反應腔 35)運行泵37步進電機預定的步數在備選操作模式中，可使用緩衝液體填充氣泡捕獲器，被動微流體閥 138E阻斷該液體進入樣品迴路。 數據分析 總體如公知的那樣，測定的目的是測定一定體積的所討論分析物中存在的目 的分子的數目分子密度。在基於螢光的免疫測定中，這是通過將螢光標籤 粘合至複合物對並且測量已經粘合標籤的限定區域的光強度來實現的。這可得到一個電壓水平， 一個數，必須與樣本中的相關分子的分子密度關聯。當在生物晶片中採用點型陣列時，信息以 一 些複製點的電壓水平出現。 根據這些值執行操作從而確定典型值。例如，可捨棄該組的最高和最低檢測 值。為了確定典型值，可根據該組的剩餘值計算平均值，該值為點組的典型 值。變量蛋白質-蛋白質相互作用(或者其他配體-配體受體相互作用)為流體環 境中的平衡反應，在該流體環境中，兩種分子(設計或選擇高度特異性的結 合特性)的複合(偶聯或結合)是流體中每種分子的密度的函數。每對分子 的平衡條件由它們的偶聯繫數限定。傳統地，已經將複合限定在靜止和固定 容積的流體中。已經確定，複合速率很大程度上由分子相互發現的能力確定。一類的分子，捕獲分子(配體受體)， 一般結合至固態表面，多孔板的 孔或者點型陣列的支承件-在上述盒中，該支承件是塗覆有活化的硝酸纖維 素的玻璃。分析物中的其他分子(配體)引入液體。使用用於測定的ELISA多孔板，用於分子關聯的混合是通過擴散進行 的並且非常緩慢，因為分子距離(6mm孔的直徑)比較大並且不進行機械 混合。對關鍵參數的控制較差。流體擴散率是分子粘度、溫度和分子重量(蛋 白質尺寸)的強函數。在流動微通道中，分子關聯是較快的並且受到相同的變量影響，流速的 影響較小。由於偶聯處的分子密度隨著時間和流速改變，所以流動條件也是 不同的。流體以非常低的雷諾數(極端的低)流過點型陣列，分子關聯也主要是 通過擴散的方式，但是擴散行程非常小，因此反應時間更短。對於給定參數組的複合速率是非線性的並且如圖3A所示以漸進的方式 達到平衡，如上所述。在平衡測定中，在一段時間後，當分析物與捕獲分子之間的結合速率等 同於這些分子的解離速率時，達到平衡。這需要大量的時間在多孔板中， 對於非常高的分子密度，需要近一小時，對於低分子密度，需要隔夜。一般地，需要在未達到平衡狀態的情況下終結測定，因為實現平衡的時 間太長。即使已經通過使用機器和盒的受控環境消除操作者的個人習慣，但是當採用點型陣列時的變量仍然很多*相關分子的質量&數量和它們的親和力常數 *反應溫度 *大氣壓 *溼度*反應腔的幾何尺寸 *點的尺寸*每個點上的捕荻分子的密度*支承表面例如硝酸纖維素塗層的特性* 流速和分布*測定的持續時間* "讀取器"的敏感性 *處理系統的^^差 校準和控制由於變量很多，所以一般需要預先建立關聯常數一一條曲線。進行測定 時，核對讀取系統的性能，(稱作"對照")，核對生物和晶片，稱作"校準"1. 對於特定生物晶片的每次製造過程， 一般使用該過程的一些生物芯 片和測定的程序和規程確定一組標準曲線。這樣可對於標準條件下的相關的 每種分子進行信號水平和濃度的關聯。這是通過由所有都在一次製造過程中 構造的相同晶片操作一組已知濃度樣本來實現的(一般通過製造商)。最少 需要6種不同的濃度(以及對應數量的晶片)來限定這種曲線。當製造一組 新的晶片時，不需要創建一組新的標準曲線，這樣會進一步消耗晶片。2. "對照"這是為了確定讀取儀器是否正常工作。這是通過使用"對 照點，，實現的。這些對照點印製在所有生物晶片上並且預期給出預定的信號。 這些點可裝載有Cy3染料，結合的蛋白質或者惰性參考材料諸如Kapton。 同時沉積這些對照點，使得所有測定點都被沉積。 一般地，只需要一排。必 須記住的是，許多事情可能出錯，所獲得的數字總是伴有CV百分數。3. "校準"這由用戶執行，之後採用給定製造批次的晶片執行測定。 一般地，該批次的2個晶片對已知稀釋度進行運行(被消耗掉)，以相對於 由該批次製造商建立的標準曲線核准或調整整體系統性能。現在將說明本發明的一個方面。自校準生物晶片如上所述，根據普通步驟，已經在相同環境中考慮使用同一製造過程中 的許多相同晶片以形成可用於剩餘晶片的標準校準曲線。相比較地，根據圖16,除了配體受體之外，校準點和對照點的擴展組印 制在每個晶片上。本發明的概念是以已知的稀釋度設置足夠數量和稀釋程度 的點，從而有效地按照流過晶片的檢測試劑例如抗體和標籤液體確立校準曲 線。每個晶片因此可進行自校準。例如，設計成評價特定蛋白質在分析物中是否存在的測定器的晶片以傳 統方式布點，捕獲抗體(配體受體)的排特異於所涉及的蛋白質。根據圖16， 該陣列的下遊布置有數量充足的蛋白質點的排，如圖所示為6個，並且具有 足夠數目的不同稀釋度以進行評價，從而有效地建立校準曲線。這裡，這些 點稱作內在校準點(Intrinsic Calibration Spot) —ICS。(在圖16中，配體受 體點描述為大於參考和對照點，從而明確它們的生物學差異。實際上，所有 的點可採用相同的尺寸)。參照圖16，校準排1A至1G包括特異於用於分析物1的受體的點的分 析物配體；校準排2A至2G包括特異於用於分析物2的受體的點的配體的 點，等等。在該實例中，排1A至1G的一批的每個給定排的所有點具有相 同的稀釋度，該稀釋度不同於其他校準排的點。為了使該系統生效，陣列上的流體中具有充分數量的檢測試劑，例如抗 體和標籤，從而實際地結合至捕獲抗體(配體受體)中的相關所有蛋白質(配 體)以及ICS上的所有位置。特異於個別晶片的校準曲線因此可形成為相應 於該晶片的讀取過程的一部分。ICS排定位成最小化各排之間的竟爭性分子吸引以及局部分子消耗。這 可採用實驗的方式確定。在許多情況下，優選地，具有最大稀釋度的點與流 體入口最接近，隨後是下一最大稀釋度等等。隨後的排可從如圖16所示的 先前排的路徑偏移， 一些排可以額外距離分離，從而在流體達到下一ICS排 之前促使流體的均一化。採用軟體，可將由具有分析物中的所涉及分子的點獲得的信號與從ICS 獲得的信號相比較。(測量值之間的插值可使該過程等同於與校準曲線比 較。)分析物中的分子密度因此可參照從生物晶片本身獲得的信息確定。這 種自校準生物晶片可採用在上述盒中。其他生物晶片格式也可類似地採用具有圖16A格式的生物晶片。在這種情況下，由該儀器 採用預建立的校準數據以校準讀數。生物晶片上的對照沉積(deposit)能夠 根據對照沉積的已知螢光值的檢測值核准該系統的操作，或者調整其敏感 度。具有圖16B格式的生物晶片可類似地採用，由該儀器採用的預設立校準 曲線數據從而校準讀數。在圖16B的實施例中，每個分析物伴隨有具有不同 預定稀釋度的配體A和B的兩個參考沉積。這些可用於參照相應於各自製 造批次的預定校準曲線、相應於校準曲線調整檢測結果。結論雖然已經詳細討論免疫測定的具體實例，但是應該理解，這裡所述的技 術可應用於採用粘合至固態基部的配體受體和流過其上的流體中的配體的 通用測定種類。
權利要求
1、一種測定盒(圖4；50圖5、5A、6、6A、7、8E和8F)，其包括承載配體受體的間隔區域的陣列(C，圖1、3、4A；20圖5、5A；圖16、16A、16B)的捕獲表面(D，圖1、3、4A)，以及液體通過系統(圖3、4、4A)，該液體通過系統構造成導引具有小於大約1優選在大約1×10-1與5×10-3之間的雷諾數的測定支持液體緩慢地流過所述陣列，所述液體包括含配體液體，該液體通過系統包括氣體氣泡移除系統(圖4；F圖4A；128圖5、5B；130圖6、6A、10、10A)，液體暴露至該氣體氣泡移除系統，該氣體氣泡移除系統構造和排列成用以在液體暴露至所述陣列之前將氣體微氣泡從液體中移除。
2、 根據權利要求1所述的測定盒，還包括傳熱表面(34圖5、 5A;圖 6A),液體流暴露至該傳熱表面以在液體暴露至氣體氣泡移除系統之前加熱 該液體(參見圖8、 8B、 8C、 8D)，由此，液體中通過經由該測定盒的換熱 表面傳輸的熱產生的氣體微氣泡在液體暴露至該陣列之前被移除。
3、 根據權利要求1或2所述的測定盒，構造成用以從外部裝置的加熱 器(101圖6A、 8、 8B、 8C、 8D)接收熱量，該盒構造和排列成用以使得 熱量流過盒的實體至傳熱表面，並由此至液體。
4、 根據前述任一權利要求所述的測定盒，還包括用於存放測定中使用 的試劑的部分(131、 142)，該盒構造成用以實現液體與試劑的結合以產生 測定支持液體，並且分別使得測定支持液體流過液體通過系統或者在暴露至 傳熱表面的情況下流過液體通過系統，該盒構造成用以在測定支持液體到達 陣列之前使得液體暴露至氣體氣泡移除系統，由此，先前在液體中產生的氣 體微氣泡在測定支持液體被導引通過陣列之前得以移除。
5、 根據權利要求4所述的測定盒，其中，待與液體結合的試劑為包含 可檢測標籤的物質或者配體。
6、 根據權利要求4或5所述的測定盒，其中，在結合之前，試劑以幹 態存放在盒的腔(131、 142)中，試劑暴露至空氣，該盒構造成用以在進行 結合操作時將液體？ 1入腔中，氣體氣泡移除系統有效地移除由結合操作產生 的空氣的微氣泡。
7、 根據權利要求6所述的測定盒，其中，盒的腔具有彈性可伸展壁部 (7圖7)，適於響應於排入該腔中的液體進行彈性伸展，以及當液體流出該腔時彈性收縮。
8、 根據前述任一權利要求所述的測定盒，還包括至少一個液體存放腔 (134或135),該液體存放腔與排放泵關聯，該排放泵用以從存放腔中以連續流動的方式排出液體，使其分別流過液體通過系統或者在暴露至傳熱表面 的情況下流過液體通過系統，該盒構造成用以在液體到達所述陣列之前使液 體暴露至氣體氣泡移除系統，由此，先前在液體中產生的氣體微氣泡在液體 以連續流動的方式導向通過該陣列之前得以移除。
9、 根據權利要求8所述的測定盒，其中，該排放泵包括形成液體存放 腔壁部的彈性隔膜(7),該隔膜可由外部連續可移動致動器(圖5A; 70圖 8E;也如圖12-12C所示)操作以形成連續的流。
10、 根據權利要求9所述的測定盒，其中該液體通過系統的出口 ( 134A、 135B圖6)位於液體存放腔的暴露至腔中空氣的上部，該盒和隔膜構造和 排列成用以將空氣從該腔中排出，隨後促使液體經由氣體氣泡移除系統以連 續流動的方式通過液體通過系統以及通過所述陣列。
11、 根據權利要求8所述的測定盒，其中，液體存放腔構造成用以包含 用於測定的液體的密封袋腔(12圖7、 11、 12-12C),該腔與用於刺穿該袋 腔以釋放液體的裝置(1D圖12-12C)關聯。
12、 根據權利要求8所述的測定盒，其中，液體存放腔(134)構造成 用以接納和存放從外部引入該盒中的液體，由此，通過將液體引入該盒的步 驟而在液體中產生的氣體微氣泡在液體流過所述陣列之前由所述氣體氣泡 移除系統移除。
13、 根據權利要求12所述的測定盒，其中，所述液體存放腔構造成用 以經由穿過隔板(32圖5、 5A、 6; 137圖7、 15、 15A)伸出的噴針或者 吸管接收來自於外部的液體，該隔板包括具有刺穿通道(P)的彈性體質量， 該彈性體質量在實質壓縮下相對於刺穿通道安裝，該壓縮有效地保持刺穿通 道閉合，但是使得塑性液體供給噴針或者吸管穿過刺穿通道插入和移除。
14、 根據權利要求8所述的測定盒，還包括至少一個廢液腔(K圖4A; 139圖5、 5A; 139A或B圖6、 7),在流體以連續流由排出泵泵送、暴露 至氣體氣泡移除系統並且導引通過所述陣列之後，液體流動至該廢液腔，由此，液體在整個測定中容納在所述盒中。
15、 根據權利要求14所述的測定盒，構造和排列成用以使得在執行測 定期間，捕獲表面和捕獲表面上的液體流具有向上的程度，該廢液腔位於所 述盒中以接收已經通過所述捕獲表面(參見圖4A、 5、 5A、 6)的液體的重 力流。
16、 根據權利要求15所述的測定盒，大體為平面並且構造成在執行測 定期間與水平方向成一實質角度(角a圖8),從而將捕獲表面設置成沿液體流向上端的方向向上延伸，並且設置廢液出口，以使重力流從捕獲表面的上 端流向廢液腔。
17、 根據前述任一權利要求所述的測定盒，其中，液體通過系統包括至 少一個可致動閥(B7A、 B或C圖5、 5A)，在液體暴露至氣體氣泡移除系 統(128 )之前液體流過該閥，由此，由液體流過該閥而在該液體中產生的 氣體微氣泡在液體導引流過所述陣列之前被移除。
18、 根據權利要求17所述的測定盒，其中，該閥包括液體流過的閥座 (V圖13、 13A),該閥座限定入口和出口通道，彈性隔膜(7)延伸過該閥座並且可移位以4妾合該閥座/人而切斷流體。
19、 根據權利要求18所述的測定盒，其中，該閥為止動閥，其後為表 面張力衝脹閥(138F圖13C),該衝脹閥能夠在閥關閉時阻斷通過該止動閥 洩漏的流動液體，但是在流體壓力下，能夠傳送液體以流過所述陣列。
20、 根據前述任一權利要求所述的測定盒，其中，流體通過系統構造和 排列成用以在液體暴露至氣體氣泡移除系統之後使得雷諾數小於大約1的液 體多於一次地援慢流過所述陣列。
21、 根據前述任一權利要求所述的測定盒，構造成用以執行夾層測定， 其中測定的液體流暴露至氣泡移除系統，該盒包括用於在夾層測定中採用的 所有物質和液體樣本的存放部分，該盒具有至少一個廢液腔，該盒構造和排 列成用以在執行夾層測定的整個過程中包含所有液體(參見圖5、 5A、 6)。
22、 根據前述任一權利要求所述的測定盒，其中，捕獲表面(D)採用 延伸的寬度並且承載配體受體區域的二維陣列，該區域由特徵尺寸在大約50 U m與500 ja m之間的點構成，液體通過系統包括在捕獲表面之前的過渡部 分(圖3; T圖4A; 133A圖6 ),其將連續緩慢液體流分散至對應於捕獲表 面寬度的寬度。
23、 根據權利要求22所述的測定盒，其中，暴露至緩慢液體流的捕獲 表面在流動方向上和橫向於流動方向的方向上具有至少大約0.5cm的尺寸。
24、 根據權利要求22或23所述的測定盒，其中，在所述流動過渡部分 之前的流體的橫截面面積為大約0.25mn^或更少，在捕獲表面上的緩慢流體 的橫截面面積為至少0.75mm2.
25、 根據權利要求22、 23或24所述的測定盒，其中，捕獲表面承載至 少3個複製區域，在該區域中，多個配體受體的每個布置成橫向於液體在捕 獲表面上的流動方向。
26、 根據權利要求22、 23、 24或25所述的測定盒，其中，捕獲表面上 的陣列在與給定配體受體的區域鄰近的區域中包括已知數量的受體對其特異的配體的參考區域(圖16B)。
27、 根據前述任一權利要求所述的測定盒，其中，氣泡移除系統包括液 體所暴露的至少一個浮力腔(F圖4A; 130圖6、 10、 IOA)。
28、 根據權利要求27所述的測定盒，大體為平面的並且構造成在執行 測定期間與水平方向成一實質角度(角a圖8)，從而將浮力腔設置在被導向 至捕獲表面的液體所流經的排出口 (G; 164)上方。
29、 根據權利要求28所述的測定盒，其中，與水平方向所成的角度將 捕獲表面定位在流體過渡通道(圖3; T圖4A; 133A圖6)上方，該通道 接收來自於浮力腔的液體並且將液體流擴散至與捕獲表面(C)的寬度對應 的寬度，該過渡通道構造成以連續向上的流動導引液體通過捕獲表面。
30、 根據權利要求29所述的測定盒，其中，與水平方向所成的角度定 位廢液出口 (133B圖5、 5A、 6)以接收跟隨捕獲表面上重力作用下流向該 盒中的廢液腔(K圖4A; 139圖5、 5A; 139A或139B圖6)的流動的液 體。
31、 根據權利要求30所述的測定盒，還包括具有出口通道的液體存放 腔(134或135)，與水平方向所成的角度將存放腔定位在捕獲表面下方，該 存放腔與外部可致動的排放泵關聯，該排放泵有效地促使存放腔中的液體以 連續流動的方式通過浮力腔並且向上經過捕獲表面到達廢液出口 。
32、 根據權利要求27-31任一項所述的測定盒，其中，在操作取向中， 浮力腔具有上部和下部，液體入口 (160圖6、 IO)和液體出口 (164圖6、 10)，液體入口和出口二者以流動對齊的關係位於下部附近。
33、 根據權利要求27-32任一項所述的測定盒，構造成通過存放在盒中 的液體初始填充浮力腔，並且使得盒的多個液體順序地、以在浮力腔入口和 出口之間層流流動的方式流過如此填充的腔。
34、 根據權利要求27-33任一項所述的測定盒，構造成在大約1至5秒 的時間段內使每次增加的液體流暴露至浮力腔。
35、 根據權利要求27-34任一項所述的測定盒，其中，浮力腔(130圖 10、 10A)包括模製在塑性體(13圖7)表面中的凹陷和模製在塑性體表面 中用於將液體引導進入和離開該凹陷的槽道，粘合片(8)覆蓋該模製凹陷 和槽道並且粘合至模製體中界定該凹陷和槽道的表面的部分。
36、 根據前述任一權利要求所述的測定盒，其中，對於給定的流體，氣 泡移除系統包括流體所暴露的至少兩個連續的氣泡捕獲區域(130F和130G 圖10、 IOA)。
37、 根據權利要求36所述的測定盒，其中，氣泡捕獲區域構造和排列 成用以在浮力作用下使得氣泡上升進入氣泡捕獲區域。
38、 根據權利要求37所述的測定盒，其包括浮力腔，該浮力腔構造成 使液體從入口沿著暴露成能夠使氣泡在浮力作用下上升以進行捕獲的路徑 流動至出口 ，沿著該液體路徑和在該液體路徑上方間隔至少一個分隔壁(130D)，從而限定暴露至該路徑的上遊和下遊氣泡捕獲區域，使得入口處 的液體流中的大氣泡趨於被捕獲在上遊捕獲區域中，由此使下遊捕獲區域得 以接收液體流。
39、 根據權利要求38所述的測定盒，其中，該分隔壁在向上區域中終 止，在該向上區域上方，進入下遊區域的液體填充位於堵塞在上遊區域下部 中的任何氣泡上方的上遊區域。
40、 根據權利要求38或39所述的測定盒，其中，浮力腔包括模製在塑 性體中的凹陷，模製的直立肋部(130D)限定分隔壁，粘合片U)覆蓋該 模製凹陷並且粘合至模製體中界定該凹陷的表面部分並且粘合至模製肋部 的外邊緣。
41、 根據權利要求3或者引用權利要求3的權利要求4-40任一項所述 的測定盒，該盒具有模製體(13),該模製體限定至少一個模製容器，該容 器的深度適於容納測定液體和模製表面壁，該模製容器在表面側平面處敞 開，該模製表面壁具有大體與表面側平面對齊的外表面，該表面壁的外表面模製槽道，該表面壁的厚度基本上小於該容器的深度並且在從該模製體的背側敞開的加熱器腔(16圖6A、 7A)處具有背表面，該加熱器腔構造和排列 成用以可拆卸地容納配合構造的外部加熱器(101),從而以面對面的傳熱接 觸接合表面壁的背表面的部分，從而由通過模製表面壁的厚度的熱傳導來加 熱在該模製槽道中流動的液體。
42、 根據權利要求41所述的測定盒，其具有限定在表面壁中的晶片容 納開口以容納和定位測定晶片，使得晶片限定表面壁的模製槽道導引液體所 進入的反應腔(133)，模製體中的加熱器腔(16)在晶片容納開口下方延伸 以使晶片暴露，從而與外部加熱器形成面對面傳熱接觸，由此由通過測定芯 片厚度的熱傳導加熱反應腔中的液體。
43、 根據權利要求42所述的測定盒，構造成使得晶片背側的一部分暴 露至溫度傳感器來控制加熱器的激發。
44、 根據權利要求41、 42或43所述的測定盒，其中容器為分析物接納 容器(134)，布置成排入位於布置成接收加熱器的熱量的表面壁的部分中的 換熱輪廓的模製槽道，優選為盤旋輪廓(146)。
45、 根據權利要求41-44任一項所述的測定盒，其中，至少一個液化腔 (131或142圖6A)的一側模製為表面壁的一部分中的凹陷，液體槽道導引液體通過該表面壁，表面壁的這一部分具有暴露為與外部加熱器接合的背 表面，以進行面對面傳熱接觸，從而由通過模製表面壁的厚度的熱傳導加熱 液化腔中的液體。
46、 根據權利要求41-45任一項所述的測定盒，其中，氣泡移除裝置的 一側模製為液體槽道將液體導引所通過的表面壁的 一部分中的凹陷，表面壁 的這一部分具有暴露為與外部加熱器接合的背表面，以面對面傳熱接觸，從 而由通過模製表面壁的厚度的熱傳導加熱起泡移除裝置中的液體，優選地， 該氣泡移除裝置採用液體填充氣泡捕獲器。
47、 根據權利要求41-46任一項所述的測定盒，包括固緊在容器和模製 體表面壁上的蓋組件，該蓋組件包括覆蓋在該容器上的彈性隔膜部分(7)， 該隔膜部分適於被偏移從而使液體通過模製槽道從容器中排出，優選地，表 面壁的另一部分採用閥座(V圖13、 13A)的形式模製，該蓋組件包括適於 偏移以接合閥座從而使流動停止的隔膜部分。
48、 根據權利要求41-47任一項所述的測定盒，其中，該模製體大體為 定邊界。土 、 土 5 又、。 。
49、 根據權利要求41-48任一項所述的測定盒，其中，該模製體的表面 壁的背表面為平面，優選地平行於該盒的表面側和背側平面，並且布置成與 加熱器(101)的平面熱輸送表面接合，優選地，該加熱器包括安裝在彈性 平面墊(103)上的柔性片狀耐熱加熱器(101圖8C)，該彈性平面墊承載 在剛性平面板(104)上，該剛性平面板以浮動的方式安裝，能夠使模製體 和加熱器的對應平面表面自調整為面對面的傳熱接觸。
50、 根據前述任一權利要求所述的測定盒，其具有模製體(13圖7)， 該模製體包括至少一個模製容器(134或135 ),該容器的深度適於容納測定 液體和模製表面壁(FW)，該模製容器在表面側平面處敞開，模製表面壁具 有大體與表面側平面對齊的外表面，該表面壁的外表面具有形成用於將液體 從容器引導至該盒的測定區域(133 )的液體通道的至少一個模製槽道(134A、 146、 143),該表面壁的前表面是平面的並且粘合至粘合片(8)的粘合側， 粘合片的部分覆蓋在該表面壁中的槽道上，使該槽道的相應側閉合。
51、 根據權利要求50所述的測定盒，其中，粘合片(8)在其相對導向 側上承載粘合劑，該粘合片具有至少一個對應於液體容器(134或135)或 者閥座(V)的窗口，粘合片的一個粘合側粘合至表面壁，相對導向的粘合 側粘合至彈性隔膜片(7),該彈性隔膜片的覆蓋在窗口上的一部分在模製體 中的相應容器或閥座處限定可偏移泵或閥隔膜。
52、 根據權利要求51所述的測定盒，其包括在其相對導向側上承載粘 合劑的第二粘合片(3)，第二粘合片的一個粘合側粘合至隔膜片的外側，相 對導向的粘合側粘合至相對剛性的蓋部件(1 )。
53、 根據權利要求52所述的測定盒，其中，在覆蓋泵容器的第二粘合 片中存在窗口，覆蓋泵容器處的隔膜的蓋的斷開部分(1A或1B圖7)構造 成從該蓋斷開從而作為泵活塞頭，用於響應於外部施加的致動力(參見圖 12-12C)偏移該隔膜的相應部分，優選地，該蓋的斷開部分粘合至隔膜片的 對應外表面部分。
54、 根據前述任一權利要求所述的測定盒，構造成以產生與受體和配體 的複合物相關聯的發光標籤的規程使用，該盒具有構造和排列成用以讀取從該標籤發出的光(參見圖8F)的窗口 (5圖7)。
55、 根據前述任一權利要求所述的測定盒，其中，該捕獲表面包括小於 l微米厚度的硝酸纖維素層。
56、 根據前述任一權利要求所述的測定盒，構造成用於光學讀取的一次 性使用的夾層測定盒，可由外部設備(60)操作的盒，並且具有液體存放腔(134)和關聯的排放泵，用於產生包含分析物配體的液體 樣本的連續流動，至少第二液體存放腔(135)和關聯的排放泵，用於產生完成該測定所 需的測定支持液體的連續流動，流通反應腔(133),其中設置有具有延伸寬度的捕獲表面(D)， 至少一個廢液腔(139A或B )，用於接收來自於反應腔的廢液， 該液體通過系統包括將液體流散布至捕獲表面的寬度的流動過渡部分 (133A)，該捕獲表面承載包括配體受體的間隔的複製區域的二維陣列(C)，該捕 獲表面定位和排列成用以進行光學讀取，該液體通過系統包括用於將樣本和測定支持液體在捕獲表面上導引流 過反應腔的流動網絡，排氣裝置(140)，用於由通過該系統的液體排出的空氣，以及換熱表面，布置成接收熱量以使液體在進入氣泡移除系統之前升溫 至大約理想的測定溫度並且將反應腔保持在測定溫度，該存放腔的液體排放泵，該流動網絡包括關聯的氣體氣泡移除系統和過 渡部分，該反應腔構造成使捕獲表面上的液體序列產生具有小於大約l優選 在大約1 x 10"與5 x 10-3之間的雷諾數的相對寬的流動，由此至廢液腔。
57、 根據權利要求56所述的測定盒，其中液體所暴露的傳熱表面與該 盒的外表面形成傳熱關係，該盒的外表面適於與外部設備的加熱器部件(101 )形成受熱關係。
58、 根據權利要求56或57所述的測定盒，其中，用在夾層測定中的試 劑以幹態存放在該盒的腔(131、 142)中，試劑暴露至空氣，該盒具有傳熱 表面，該傳熱表面布置成將該腔加熱至大約理想的測定溫度並且在進行結合 操作時將液體S1入腔中，該氣體氣泡移除系統有效地移除該腔中的由加熱和結合操作產生的空氣的微氣泡。
59、 根據權利要求56所述的測定盒，其中，捕獲表面(D)承載至少3 個複製區域，在複製區域中，多個配體受體(C)的每個橫向於液體流過反 應腔的方向進行布置。
60、 根據權利要求59所述的測定盒，其中，捕獲表面上的陣列在與給 定配體受體的區域鄰近的區域中包括已知數量的該受體對其特異的配體的參考區域(圖16B)。
61、 根據前述任一權利要求所述的測定盒，其中，配體受體為抗體或抗 原，其分別特異於樣本中的抗原或抗體配體。
62、 根據前述任一權利要求所述的測定盒，其中，在操作取向上，該氣 泡移除系統包括適於容納液體的向上延伸的浮力腔，該浮力腔具有上部、液 體入口和液體出口，該液體出口的位置低於浮力腔的上部，適於浸入浮力腔 的液體中，從浮力腔的上部具有排氣通道(161圖10; 9A圖IOA)。
63、 根據權利要求62所述的測定盒，其中，該浮力腔連通於與該盒的 廢液腔關聯的通氣口，直到浮力腔接收液體，第一表面張力沖脹閥(138D圖 10)關聯於從浮力腔的液體出口引出的通道，該第一沖脹閥構造和排列成用 以有效地防止液體流過浮力腔，直到該腔填充有液體，排氣通道包括位於浮 力腔上部區域中的多氣孔但是阻斷液體的元件(9A)，允許空氣從該腔中排 出但是阻斷流體的通過。
64、 根據權利要求62所述的測定盒，其中，浮力腔連通於與該盒的廢 液腔關聯的通氣口，直到浮力腔初始填充液體，第一表面張力沖脹閥(138D) 與從浮力腔的液體出口引出的通道關聯，第二表面張力沖脹閥(138A圖10) 連通於與排氣通道關聯的浮力腔的上部，第一沖脹閥構造和排列成用以有效 地防止液體流過浮力腔，直到該腔填充液體，第二沖脹閥構造和排列成用以 有效地在浮力腔填充液體之後防止液體/人浮力腔的上部流下。
65、 根據權利要求27所述的測定盒，其具有溫度控制區域(J圖4A), 該區域構造成使得與該測定關聯的所有液體達到大概測定溫度，該氣體氣泡 移除系統在液體所暴露的溫度控制區域之後，然後液體到達捕獲表面，並且 包括適於容納液體的向上延伸的浮力腔並且具有上部、液體入口和液體出 口，該液體出口的位置低於浮力腔的上部，適於浸入浮力腔的液體中，在浮 力腔的上部具有排氣通道(161圖10; 9A圖IOA)。
66、 根據權利要求27或67所述的測定盒，其中，該液體通過系統構造 成採用第一存放容積(134或135)的液體初始地填充浮力腔，使得連接為 使另一液體流動通過浮力腔的其他流動通道在填充浮力腔期間被隔離並且 保持為空，該浮力腔的尺寸適於當液體被促使通過所述其他流動通道至浮力 腔時接收和容納由所述空通道排出的空氣，而不將浮力腔的液體出口暴露至 填充浮力腔的上部的空氣。
67、 根據前述任一權利要求所述的測定盒，其包括長度為大約8cm或者 更少、寬度為大約5cm或者更少的矩形形狀的大體平面模製體，構造成在使 用時縱向軸線與水平方向成一角度的設置取向；在該取向上，該模製體的基本下半部分以並排的方式限定用於緩沖液體 袋腔的存放腔(135 )、用於以乾燥的方式存放在其中的檢測配體的腔(131 ) 以及用於以乾燥的方式存放在其中的螢光標籤試劑的腔(142);包含鄰近該模製體的相對縱向端定位的捕獲表面的反應腔(133 )，至少 一個存放腔(139)側向於反應腔的一側設置，定位成接納來自於該反應腔 的廢液的重力流；以及採用加熱區域形式的溫度控制區域(34)，布置成在液體進入氣體氣泡 移除系統(128圖5)之前加熱液體。
68、 根據前述任一權利要求所述的測定盒，構造成在相對於停止位置的 測定位置形成一角度，其中，排氣結構包括與廢液腔連通的通氣口 (140), 該通氣口由可透過空氣直到被浸溼的材料構成，該材料定位成當該盒處於測 定位置時不會由廢液腔中的液體浸溼，當使用後該盒處於停止位置時，由廢 液月空的液體浸溼。
69、 根據前述任一權利要求所述的測定盒，構造成可由外部裝置(60) 控制，該液體通過系統包括流動網絡，該流動網絡包括至少一個4企測站(150 或152，參見圖4)，適於接納^r測光束並且使得該;險測光束通過流動通道並 由此進入檢測器，使得檢測器處的光束由於在檢測站處流動通道中出現液體 -空氣交界而以可檢測的方式改變，所述改變的光束由外部設備在執行測定 期間用作控制信號。
70、 一種執行測定的方法，包括提供前述任一權利要求所述的測定盒和 適於控制該測定的外部設備，將樣本引入該盒的樣本腔，根據預定的測定規 程，在外部設備的控制下執行該測定，包括在選定的持續時間內使樣本以小於大約l優選處於大約1 x 10"與5 x 10-3之間的雷諾數連續地流過捕獲表面， 並且讀取該盒的捕獲表面。
71、 一種執行夾層測定的方法，包括提供權利要求56或者引用權利要 求56的任一權利要求所述的測定盒，以及適於控制該測定的外部設備，其 中，該捕獲表面承載特異於分析物分子的配體的配體受體的複製區域陣列， 將包括分析物的液體樣本引入樣本腔，並且根據適於光學讀取的預定夾層測 定規程，在該外部設備的控制下，以小於大約1優選處於大約lxlO"與5 x l(T3之間的雷諾數使得流體連續地順序地在預定流速下在預定的時間內流 過該樣本的反應腔，並且以適當的次數使測定支持液體連續地流過，並且光 學讀取該盒的捕獲表面。
72、 根據權利要求71所述的方法，其中，該捕獲表面承載以特定於分 析物分子的抗體或抗原形式的受體配體的複製沉積，該樣本包含分析物分 子。
73 、 一種只採用盒中容納的液體確定液體樣本中的至少 一種分析物的濃 度的方法，包括下述步驟(a) 提供根據權利要求1至69任一項所述的盒，該盒包括(i)捕獲表面，該捕獲表面具有對於每種分析物的固定化結合試劑， 該試劑具有特異於分析物的複製結合部分，該結合試劑在捕獲表面上分為至 少三個空間上分離的位置的集合；以及(ii)液體顯現系統，該系統能夠提供至少一種液體，通過粘合產 生信號的標籤而顯現分析物和結合試劑的複合物，從而通過信號的強度量化 示出結合至每個部分的分析物的量；(b) 將液體樣本插入該盒中的存放容積；(c) 由存放的樣本以受控率在捕獲表面上以預定的間隔產生液體樣本 的連續流動，從而實現將至少一種分析物結合至結合試劑的相應部分；(d) 通過由存放在該盒上的液體顯現系統以預定的持續時間以受控率 在捕獲表面上產生液體的至少一個連續流動，其足以將標籤結合至各位置的 該複合物，從而量化示出結合至每個位置的分析物的量，由此來顯現各部分 的分析物和結合試劑的複合物；(e) 用存放在該盒上的液體衝洗捕獲表面以移除能夠產生假信號的未 結合材料；(f) 測量由捕獲表面上各位置的標籤產生的信號從而荻得表示在每個位置處由分析物佔據的結合部分的比例的值；以及(g) 對相應於位置集合的值進行操作，從而確定液體樣本中的分析物 的濃度值。
74、 根據權利要求73所述的方法，其中，對每次增加的液體流進行加 熱，並且在流過捕獲表面之前在大約1至5秒之間的時間段內暴露至氣泡移 除區域。
75、 根據權利要求73或74所述的方法，其中，位置的每個集合包括至 少5個位置，在數值集合上執行的操作包括捨棄至少一個最高值和至少一個 最低值並且採用中間值確定平均值。
76、 根據權利要求73、 74或75所述的方法，其中，該顯現系統包括能 夠基於在所述位置結合的分析物的量而結合在每個位置的檢測試劑，以及能 夠結合至檢測試劑的信號產生標籤，該方法包括順序地產生包含檢測試劑的 液體和包含標籤的液體的連續受控流。
77、 根據權利要求73-76任一項所述的方法，其中，結合試劑為抗原或 抗體，分析物分別為抗體或抗原。
78、 根據;K利要求73-77任一項所述的方法，其中，所述標籤為螢光標 籤並且通過激發該標籤和測量所得的螢光執行測量。
79、 根據權利要求73-78任一項所述的方法，其中，所述至少三個位置 以跨過用於連續流過捕獲表面的流動路徑的寬度的排進行分布。
80、 根據權利要求73-79任一項所述的方法，包括承載預定濃度的分析 物的執行校準的沉積的至少一排位置，對這些位置進行顯現、測量並且採用 這些位置以將信號關聯於濃度並且判定該系統已經正確地執行。
81、 根據權利要求80所述的方法，其中，存在校準位置，這些校準位 置具有不同已知濃度的分析物沉積(圖16 )。
82、 根據權利要求73所述的方法，其中，流過捕獲表面的流體為大約1 或更低的雷諾數，優選為1 x 10"與5 x 10-3之間。
83、 根據權利要求1-69任一項所述的測定盒，能夠進行自校準，該捕 獲表面承載用於測定的給定配體受體的複製沉積集合，並且與該組關聯地承 載校準沉積集合(A至F圖16)，該校準沉積集合包括配體受體所特異的配 體的許多組複製沉積，這些複製沉積的組分別採用配體的不同已知稀釋度，當顯現時，已知稀釋度選定為足以限定在給定配體受體的沉積暴露至包含配 體的樣本之後用於在這些沉積處作出測定測量的校準曲線，校準沉積的組適
84、 根據權利要求83所述的測定盒，包括捕獲表面上的給定可測量強 度的至少一排對照沉積(對照A或對照B，圖16)，以核准該測量系統的操 作。
85、 根據權利要求83或84所述的測定盒，其中，該沉積包括採用點型 陣列的點。
86、 根據權利要求83、 84或85所述的測定盒，其中，該標籤為萸光標籤。
87、 根據權利要求83-86任一項所述的測定盒，構造成將捕獲表面暴露 至具有一流動方向的樣本和試劑的片狀流，複製沉積為以橫向於流動方向取 向的至少一排進行布置的點，校準沉積的組為以橫向於流動方向的排布置的 佔
88、 根據權利要求87所述的測定盒，其中，配體受體的複製沉積採用 橫向於流動的單一排，具有每個給定稀釋度的校準沉積以橫向於該流動的單 個相應排進行布置。
89、 根據權利要求83-88任一項所述的測定盒，其中，捕獲表面採用延 伸的寬度，以橫向布置承載多於一個配體受體的沉積和關聯的校準沉積。
90、 一種測定方法，包括通過根據權利要求83-89任一項所述的測定盒， 將捕獲表面暴露至包含配體的樣本流，然後將捕獲表面暴露至可讀取標籤粘 合至當前所有配體的條件，通過讀取器讀取該標籤以獲得每個沉積的測量 值，分析校準沉積的組的數據從而得到校準值的表格，將由配體受體的組獲 得的值與表格的值進行比較，並且從中獲得表示分析物中的配體濃度的值。
91、 根據權利要求90所述的測定方法，其中，該標籤為螢光標籤，該 讀取器為螢光讀取器。
92、 根據權利要求90或91所述的測定方法，其中，配體受體為抗原或 抗體，分析物分別為抗體或抗原。
93、 一種執行測定的盒，該盒包括承載直徑在大約50微米與500微米 之間的配體受體(C)的點的陣列的固態表面(D圖1)，各點之間的間隔至 少為大約等於各點的直徑，該陣列的寬度(W)大於大約0.5cm，承載該陣列的固態表面構造和排列成用以作為寬度超過該陣列的寬度的流動通道的 一側，在承栽所述陣列的表面與相對的平行的限制流動表面之間的間隙的尺寸(H)在大約80與300孩1米之間，泵送和通過系統構造成形成包含相關配 體的液體樣本和顯現液體以小於大約1的雷諾數通過流動通道的寬度的連續 流，或者能夠將可檢測標籤粘合至已經粘合有相關配體的點的連續液體，該 盒構造成能夠讀取該陣列的可檢測標籤。
94、 根據權利要求93所述的測定盒，其中，該間隙位於大約100與200 微米之間，該泵送和通過系統構造成提供大約1 x io"與5 x 10-3之間的雷諾 數的流體。
95、 採用固態表面上的點型陣列執行測定的方法，包括下述步驟(a) 在固態表面(D圖1)上提供直徑在大約50微米與500微米之間的配體受 體的點的陣列(C),各點之間的間隔至少大約等於各點的直徑，該陣列的寬 度(W)大於大約0.5cm; (b)布置承載該陣列的固態表面，作為寬度超過 該陣列的寬度的流動通道的一側，在承載該陣列的表面與相對的平行的限制 流動表面之間的間隙的尺寸(H)在大約80與300微米之間；(c)形成包含 相關配體的液體樣本和顯現液體以小於大約1的雷諾數通過流動通道的寬度 的連續流，或者能夠將可檢測標籤粘合至已經粘合有相關配體的點的連續液 體；以及(d)讀取該陣列的可檢測標籤。
96、 根據權利要求95所述的方法，其中該間隙處於大約100與200微 米之間，該流體具有大約1 x 10"與5 x 10-3之間的雷諾數。
97、 通過使用權利要求1-69任一項所述的盒實現的根據權利要求95或 96所述的方法。
全文摘要
盒(50)執行測定，例如多重蛋白質生物標誌物測定。寬的無泡緩慢流產生自存放在盒(50)上的液體，流過捕獲表面上的配體受體寬陣列(20)。雷諾數小於大約1優選在1×10-1與5×10-3之間的流體在區域(34)中被加熱，該區域在氣泡移除系統(128)之前並且包括氣泡移除系統。分析物穿過壓縮隔片(32)引入。排放泵(30、37)和閥(137A、B和C)的外部致動響應於流動前部的光學傳感器(150、152)而產生流體。彈性片形成泵和閥隔膜，並且使混合體積(131)彈性膨脹。斷開蓋部位為活塞。通過從外部接觸加熱器將熱量傳導穿過該盒。平面盒體從水平傾斜，使得流體從泵送存放部(134、135)向上流至反應腔(133)至廢液腔(139)，在反應前進行浮力氣泡移除。通過外部讀取器讀取螢光，在捕獲表面上採用校準、控制和參考特徵。不同強度的校準特徵的擴展集合能夠實現自校準。
文檔編號B01L3/00GK101262948SQ200580051269
公開日2008年9月10日 申請日期2005年10月27日 優先權日2005年6月6日
發明者內森·泰伯克齊, 彼得·梅莫尼斯, 瓊·I·蒙塔古, 納塔利亞·羅迪奧諾瓦, 羅傑·多德, 赫爾曼·德沃德 申請人:決策生物標誌股份有限公司