用於液體樣品處理的處理單元和方法

2023-06-19 06:08:51 3

專利名稱：用於液體樣品處理的處理單元和方法
技術領域：
本發明涉及用於液體樣品自動處理的微流體處理單元和方法。
背景技術：
近年來，對於液體樣品的自動分析顯現出強烈的需求，這主要歸因於這樣一種現 實狀況，即臨床分析的數量正在不斷增長。樣品分析通常基於如下方式進行將樣品與一種 或多種試劑混合，從而引起分析物特有的反應，然後檢測反應產物以確定其內所含一種或 多種分析物是否存在或者檢測它們的濃度。市售的分析儀通常利用移液機器人來混合樣品和試劑，該移液機器人通常具有許 多運動部分，這些運動部分由於被快速且幾乎連續地運動，因而可能需要經常性的維護和 更換操作。除此之外，就這類分析方法而言，由於移液操作的變化性，常規分析儀的靈活性 受到限制並且僅可在比較低的精度條件下工作。此外，由於試劑被暴露於外界空氣，它們的 保存期可能會降低。由於樣品消耗低、分析時間快以及樣品吞吐量高，已經作出了許多努力在這些微 流體系統中開發集成的流體系統，以便進行液體樣品的自動分析。微流體系統對於本領 域技術人員而言是熟知的，並且已經在專利文獻中得到了廣泛的描述，例如美國專利公開 US2008/0252905AUUS2008/02371151A1 和 US2008/02061 IOAl0但實際上，常規微流體系統具有許多缺點，因為它們限於預定的工作流程和流體 體積，並且通常涉及專門類型的分析方法。它們設置有數量比較少的試劑通道，因此不能根 據用戶需求而擴展。試劑必須通過移液操作或者經由複雜管路供應到試劑通道。微流體系 統通常計劃成僅僅用於單一使用，從而造成比較高的成本。根據以上所述，本發明的一個目的在於提供用於液體樣品自動處理的改進的單元 和方法。根據獨立權利要求的微流體處理單元和方法實現了該目的。從屬權利要求的特徵 給出了本發明的優選實施例。

發明內容
根據本發明的第一方面，提出了一種用於液體樣品自動處理的新型微流體處理單 元。在該微流體處理單元中，液體樣品可與一種或多種試劑混合，以便利用所獲得的樣品/ 試劑混合物對該樣品進行分析。該處理單元可根據用戶的特定要求構造成各種方式。因此，本發明的處理單元例 如可具體實施為用於製備樣品/試劑混合物的製備儀器，該樣品/試劑混合物可傳送到分 析儀器以便分析樣品/試劑混合物的反應產物。除此之外，本發明的處理單元可耦接到分 析單元，以便基於所獲得的樣品/試劑混合物的反應產物對樣品進行分析。根據本發明的 微流體處理單元可用於包括試管內診斷的(生)化學診斷，並且可適應於執行各種分析試 驗，包括樣品和試劑的混合以及檢測這些反應的結果。該微流體處理單元例如可用於診斷 性試驗，如臨床化學試驗和免疫測定。
本文所用術語「微流體處理單元」指的是這樣的處理單元，其設置有多個互連的通 道和室，流體可穿過這些通道和室傳輸，以根據用戶的特定要求進行準備性和/或分析性 操作。該處理單元的微流體特徵的截面尺寸通常在毫米到亞毫米尺度的量級上。微流體特 徵使得能夠以例如100 μ 1/s或更低量級的流速進行例如100 μ 1或更小量級的流體體積的 操作。本文所用術語「開/關閥」表示一種可被選擇性地變成三種不同狀態之一的閥，這 三種狀態即第一打開狀態，其中液態和氣態流體可穿過該閥；第二打開狀態，其中氣態流 體可穿過該閥而液態流體不可穿過該閥；以及關閉狀態，其中液態和氣態流體均被阻擋而 不可穿過該閥。這種開/關閥可具體實施為凍融閥(freeze-thaw valve)，其對於本領域技 術人員而言是熟知的並且常見於專利文獻中，例如美國專利公開US2003/0094206A1和美 國專利6，311，713中均有描述。在使用凍融閥的情況下，可僅僅通過將流動通道內容納的液態流體冰凍或融化來 控制流體流。更具體而言，在第一閥打開狀態中，液態和氣態流體可穿過該閥。在第二閥打 開狀態中，雖然氣態流體可穿過該閥，但閥被充分冷卻以在存在液態流體的情況下產生冷 凍栓(frozen plug)，從而第二閥打開狀態可被變成閥關閉狀態。在閥關閉狀態，凍融閥依 賴於所得到冷凍栓與通道壁之間獲得的剪切運動阻力而由此限制流體流動。與諸如凍融閥 的開/關閥一起，流動通道可用於在閥和流體中間沒有氣泡的情況下，暫時在預定位置保 持(即寄存)並提供流體。本文所用術語「流體連接」或「連接」指的是連通管路、通道或其他系統部件(可 包括流體流動調節裝置，流體流動調節裝置例如為開/關閥和外致動器，外致動器包括機 械致動器等)。因此，流體連接的系統部件可打開以允許流體流動或者可關閉以阻擋流體流動。本發明的處理單元所處理的流體樣品是在其中可找到一種或多種分析物的流體。 樣品可以是化學的，並且處理單元可適應於執行一項或多項化學分析，例如藥物相互作用 篩選、環境分析、有機物質識別等。樣品也可以是生物的並且可包括血、血清、尿、腦髓流體 和包含流體的核酸以及任何其他感興趣的流體，只要對它們的處理涉及流體與一種或多種 試劑的混合。本文所用術語「試劑」用於表示能與樣品和/或一種或多種其他試劑混合的任何 液體。在該術語更嚴格的意義下，試劑包括可與樣品反應的成分。然而，試劑也可以是非反 應性流體，例如緩衝劑和稀釋流體。根據本發明，用於液體樣品自動處理的微流體處理單元包含氣態以及任選地包含 液態系統流體。其可特別地包含氣態和液態系統流體的組合。系統流體用於通過在通道和 /或室中產生正或負(大氣)壓而傳送諸如樣品和試劑的流體，而且在其中避免了液態系統 流體與樣品或試劑的混合。微流體處理單元包括至少兩個主通道(至少一個第一主通道和至少一個第二主 通道)，這兩個主通道均連接到用於在其內產生負或正(大氣)壓的泵(下面稱為「主泵」)。 第一主通道可設置有孔口，用於將氣態系統流體引入處理單元。而且第二主通道可設置有 孔口，用於將氣態系統流體引入處理單元。微流體處理單元的泵例如可具體實施為連續泵 或非連續泵，例如下列類型的泵隔膜泵、注射泵、旋轉排量泵以及風箱泵。風箱泵類型的泵例如公開在美國專利5，638，986中。處理單元進一步包括用於供應液體樣品的至少一個樣品通道，其可連接到容納樣 品的樣品器皿。在一個實施例中，樣品器皿沒有包括在處理單元中。在另一個實施例中，樣 品器皿包括在處理單元中並且樣品通道連接到樣品器皿。樣品例如可通過諸如抽吸管的樣 品引入件從樣品器皿吸入樣品通道中。樣品通道與第一主通道連通並且配備有開/關閥， 從而通過使用該開/關閥使得樣品能夠從樣品通道流到第一主通道或者阻擋樣品從樣品 通道流到第一主通道。處理單元進一步包括用於供應一種或多種試劑的一個或多個試劑通道，其可連接 到容納了用於與液體樣品反應的試劑的試劑器皿。在一個實施例中，一個或多個試劑器皿 沒有包括在處理單元中。在另一個實施例中，一個或多個試劑器皿包括在處理單元中並且 一個或多個試劑通道流體連接到一個或多個試劑器皿。試劑器皿中所含的試劑可彼此相等 或不同。每個試劑通道與第一主通道或第二主通道連通並且配備有開/關閥，從而通過使 用該開/關閥可使得試劑能夠從試劑通道流到第一或第二主通道或者阻擋試劑從試劑通 道流到第一或第二主通道。優選地，可將這些試劑通道的每個開/關閥定位成鄰近試劑通 道通向第一或第二主通道處的開口。處理單元還進一步包括用於進行液體樣品和一種或多種試劑的反應的一個或多 個反應室。至少一個反應室經由至少一個開/關閥流體連接到第一和第二主通道，例如借 助於將反應室連接到第一主通道的第一反應室埠和將反應室連接到第二主通道的第二 反應室埠。每個反應室埠可配備有開/關閥，從而使得流體能夠分別在反應室與第一 和第二主通道之間流動或者阻擋流體分別在反應室與第一和第二主通道之間流動。至少一 個反應室可特別地互連在第一和第二主通道之間。在多個反應室的情況下，反應室相對於 彼此平行地布置。為了使得樣品與一種或多種試劑之間能夠反應，至少一個反應室例如可 具體實施為培養室，其適於培養所含的樣品/試劑混合物。在培養樣品/試劑混合物時，該 混合物在一個或多個預定時間間隔期間被保持於一個或多個預定溫度。在處理單元的優選實施例中，第一主通道配備有在孔口和主泵之間的開/關閥， 從而將第一主通道分隔為孔口側部分和泵側部分。在該情況下，一個或多個試劑通道與第 一主通道的孔口側部分連通，而樣品通道與第一主通道的泵側部分連通。因此，可鄰近第一 主通道的開/關閥在第一主通道中提供預定體積的試劑。除此之外，通過使用第一主通道 的開/關閥，泵產生的負壓或正壓可被使能或禁止作用在第一主通道的孔口側部分上。在處理單元的上述實施例中，優選地，樣品通道通向第一主通道處的開口定位成 鄰近第一主通道的開/關閥，樣品通道的開/關閥布置成鄰近第一主通道的開/關閥。在 該情況下，容納在樣品通道中鄰近樣品通道的開/關閥的樣品可被吸入第一主通道的泵側 部分中，而在第一主通道的開/關閥和樣品之間沒有氣泡。在處理單元的上述實施例中，優選地，處理單元包括用於供應一種或多種試劑的 一個或多個第一試劑通道(即第一組試劑通道)，其可連接到第一試劑器皿，每個第一試劑 器皿容納了用於與液體樣品反應的試劑。在一個實施例中，一個或多個第一試劑器皿沒有 包括在處理單元中。在另一個實施例中，一個或多個第一試劑器皿包括在處理單元中並且 一個或多個第一試劑通道流體連接到一個或多個第一試劑器皿。第一試劑器皿中所含的試 劑可彼此相等或不同。每個第一試劑通道與第一主通道的孔口側部分連通並且配備有開/關閥，從而通過使用這些開/關閥可使得試劑能夠從第一試劑通道流到第一主通道或者阻 擋試劑如此流動。每個開/關閥可特別地定位成鄰近第一試劑通道通向第一主通道處的開在上述情況中，處理單元可進一步包括用於供應一種或多種試劑的一個或多個第 二試劑通道(即第二組試劑通道)，其可連接到第二試劑器皿，每個第二試劑器皿容納了用 於與液體樣品反應的試劑，第二試劑通道不同於第一試劑通道，第二試劑器皿不同於第一 試劑器皿。在一個實施例中，一個或多個第二試劑器皿沒有包括在處理單元中。在另一個 實施例中，一個或多個第二試劑器皿包括在處理單元中並且一個或多個第二試劑通道流體 連接到一個或多個第二試劑器皿。第二試劑器皿中所含的試劑可彼此相同或不同。第二試 劑器皿中所含的試劑可與第一試劑器皿中所含的試劑相等或不同。每個第二試劑通道與第 二主通道連通並且配備有開/關閥，從而通過使用這些開/關閥可使得試劑能夠從第二試 劑通道流到第二主通道或者阻擋試劑如此流動。每個開/關閥可特別地定位成鄰近第二試 劑通道通向第二主通道處的開口。在提供了一個或多個試劑通道的情況下，第二主通道優選地配備有對應於反應室 數量的一個或多個開/關閥，其中，每個開/關閥與反應室中的一個關聯。此外，每個開/ 關閥布置在關聯的反應室通向第二主通道處的開口和泵之間。優選地，每個開/關閥可定 位成鄰近第二反應室埠的開口，其中，反應室經由開/關閥連接到第二主通道，該開/關 閥定位成鄰近第二主通道的開/關閥，從而試劑可被吸入第二反應室埠中，而在試劑和 第二反應室埠的開/關閥之間沒有氣泡。根據本發明的又一個優選實施例，處理單元包括另一個泵(下面稱為「輔助泵」)， 其不同於主泵並且連接到樣品通道以便在樣品通道內產生負或正(大氣)壓。在提供了輔 助泵的情況下，樣品通道中的樣品操作可分別從主通道和反應室中的樣品和/或試劑操作 分開，從而主泵和輔助泵可並行地使用以便交替進行流體操作步驟，從而節省液體樣品的 處理時間。根據本發明的又一個優選實施例，特別地，該實施例可與本發明上述包括輔助泵 的實施例組合，樣品通道經由至少一個開/關閥連接到一個或多個混合室，例如藉助於第 一和第二混合室埠。每個混合室設置有適於通過執行樣品的往復運動來混合樣品的混合 裝置，樣品的往復運動例如可由輔助泵產生。混合室埠可配備有開/關閥，從而使得樣品 能夠在混合室與樣品通道之間流動或者阻擋樣品在混合室與樣品通道之間流動。在多個混 合室的情況下，混合室例如可布置成相對於彼此平行布置。根據本發明的又一個優選實施例，特別地，該實施例可與本發明上述包括輔助泵 的實施例組合，處理單元進一步包括用於供應稀釋流體(例如水)的至少一個稀釋流體通 道以便稀釋樣品。稀釋流體通道可連接到容納了適於稀釋樣品的流體的稀釋流體器皿。稀 釋流體通道與樣品通道連通並且配備有開/關閥，該開/關閥優選地定位成鄰近稀釋流體 通道通向樣品通道處的開口。在處理單元的上述實施例中，優選地，樣品通道可配備有開/關閥，該開/關閥布 置在稀釋流體通道通向樣品通道處的開口和樣品器皿之間，該開/關閥定位成鄰近稀釋流 體通道的開/關閥，從而稀釋流體可被傳送到樣品通道而在稀釋流體和樣品通道的開/關 閥之間沒有氣泡。
根據本發明的又一個優選實施例，至少一個反應室配備有混合裝置，該混合裝置 適於通過執行主泵產生的負壓或正壓所引起的往複流體運動而對流體進行混合。在該情況 下，每個反應室均可有利地用於混合流體以製備樣品/試劑混合物。根據本發明的又一個優選實施例，處理單元耦接到分析單元，分析單元包括至少 一個檢測器，用於檢測至少一個反應室中所含樣品/試劑混合物的反應產物，其中，分析單 元適於基於檢測到的反應產物對樣品進行分析。在多個反應室的情況下，特別優選地，可提 供一個檢測器，其適於檢測多個反應室中所含樣品/試劑混合物的反應產物。根據本發明的又一個優選實施例，處理單元進一步包括主清洗單元，主清洗單元 包括流體容器，流體容器容納清洗流體並連接到第一和第二主通道以便將清洗流體供應到 主通道及一個或多個反應室。根據本發明的又一個優選實施例，處理單元進一步包括輔助 清洗單元，輔助清洗單元包括流體容器，流體容器容納清洗流體並連接到樣品通道以便將 清洗流體供應到樣品通道，而且也可能供應到一個或多個混合室，如該例中的情況。根據本發明的第二方面，提出了用於液體樣品自動處理的新方法。該方法通過本 發明的上述處理單元實施。因此，該方法包括如下步驟提供如上所述的用於液體樣品自動 處理的處理單元，該處理單元可根據前述實施例中任一個或任意組合來具體實施。該方法包括如下步驟將預定體積的試劑吸入第一主通道的孔口側部分中。該方 法還包括如下步驟將樣品吸入樣品通道中，以被保持在稱為寄存位置的預定位置中。該方 法還包括如下步驟將預定體積的樣品吸入第一主通道的泵側部分中。該方法還包括如下 步驟將該預定體積的樣品吸入至少一個反應室中。該方法還包括如下步驟將該預定體 積的試劑吸入至少一個反應室中。該方法還包括如下步驟檢測反應室中容納的樣品/試 劑混合物的反應產物。根據本發明方法的一個優選實施例，預定體積的試劑和預定體積的樣品被同時吸 入至少一個反應室中。替代性地，樣品和試劑可被分別地吸入反應室中。因此，首先可將樣 品吸入反應室中，隨後將試劑吸入反應室中，反之亦然。根據本發明方法的進一步優選實施例，該方法包括下述步驟中的一個或多個在至少一個反應室中混合樣品和試劑；在第一主通道的泵側部分中混合樣品和試劑；在連接到樣品通道的至少一個混合室中混合樣品；利用清洗流體清洗通道和/或室。根據本發明的第三方面，提出了另一種用於液體樣品自動處理的新型微流體處理 單元。該處理單元包括至少一組第一和第二節段。第一和第二節段的每一個均包括至少兩個主通道，即至少一個第一主通道和一個第二主通道，其連接到用於在其 內產生負壓或正壓的泵，其中，第一主通道和/或第二主通道可設置有孔口，用於引入氣態 系統流體；用於供應液體樣品的至少一個樣品通道，其與第一主通道連通並且配備有開/關 閥；用於供應試劑的一個或多個試劑通道，其可連接到容納了用於與液體樣品反應的 試劑的試劑器皿，其中，每個試劑器皿與第一主通道或第二主通道連通並且配備有開/關 閥；
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用於進行樣品和試劑的反應的至少一個反應室，其中，反應室例如經由至少一個 開/關閥分別通過第一和第二反應室埠流體連接到第一和第二主通道；每個反應室埠 可配備有開/關閥；至少一個反應室可特別地互連在第一和第二主通道之間。在根據本發明第三方面的處理單元中，第一和第二節段相對於彼此連續布置。因 此，第一節段的第二主通道流體連接到第二節段的樣品通道，從而第一節段的至少一個反 應室中所含的樣品/試劑混合物可被傳送到第二節段的反應室，例如用於與另一種試劑混合根據本發明的優選實施例，處理單元包括第三節段，第三節段包括樣品通道，該樣 品通道包括第一樣品通道部分和第二樣品通道部分。第一和第二通道部分連接到用於在其 內產生正壓或負壓的泵。第三節段進一步包括一個或多個混合及寄存室，其例如經由至少 一個開/關閥通過第一和第二混合室埠流體連接到第一和第二樣品通道部分。一個或多 個混合及寄存室可特別地流體互連在第一和第二樣品通道部分之間。每個混合室埠可設 置有開/關閥。在本發明處理單元的第三節段中，第一樣品通道部分流體連接到容納樣品 的樣品器皿。第三節段的第二樣品通道部分流體連接到第一節段的樣品通道。在該情況下， 優選地，樣品通道連接到稀釋流體通道，用於供應適於稀釋樣品的稀釋流體。因此，樣品可 從樣品器皿被傳送到第三節段的樣品通道，可由混合及寄存室混合和/或可通過稀釋流體 通道得到稀釋，並且然後可被傳送到第一節段的樣品通道。由於分離的泵，可獨立於處理單 元的第二和第三節段進行樣品的吸入、混合及稀釋。根據本發明的優選實施例，第一主通道在孔口和泵之間配備有開/關閥，其中，一 個或多個試劑通道與第一主通道的孔口側部分連通，並且其中，樣品通道與第一主通道的 泵側部分連通。根據本發明的另一個優選實施例，處理單元耦接到分析單元，分析單元包括一個 檢測器，用於檢測第一和第二節段的反應室中所含的反應產物。因此，該檢測器是節段和反 應室共享的共享檢測器。根據本發明的第四方面，提出了另一種用於液體樣品自動處理的新方法。該方法 包括如下步驟提供上述根據本發明第三方面的處理單元；將一預定體積的第一試劑吸入第一節段的第一主通道的孔口側部分中；將一預定體積的樣品吸入第一節段的樣品通道中；將該預定體積的樣品吸入第一節段的第一主通道的孔口側部分中；將該預定體積的試劑吸入第一節段的至少一個反應室中；將該預定體積的樣品吸入反應室中，以產生樣品/試劑混合物；將樣品/試劑混合物從第一節段的反應室吸到第二節段的至少一個反應室；將一預定體積的第二試劑吸入第二節段的第一主通道的孔口側部分中；將該預定體積的第二試劑吸入容納了樣品/試劑混合物的反應室中；並且檢測反應室中容納的樣品/試劑混合物的反應產物。在本發明的處理單元中，一些開/關閥被示作定位成彼此鄰近，這意味著它們精 確地位於連通的流體通道的交叉點(即角部)。因此，流體可在一個流體通道內被提供而 沒有其間的間隙，從而例如樣品和試劑可附於彼此。然而，相鄰的開/關閥僅僅是優選的選擇。替代性地，連通的流體通道的開/關閥也可從流體通道的交叉點分開。在後一種情況
下，一個流體通道內提供的流體中間可存在氣態或液態系統流體填充的間隙。本發明的上述實施例可單獨或者以其任意組合使用，而不偏離本發明的範圍。


根據下面的描述，本發明的其他和進一步目的、特徵以及優點將表現得更加全面。 所包含的附圖構成說明書的一部分並且示出了本發明的優選實施例，並且與上面給出的總 體描述和下面給出的詳細描述一起用於解釋本發明的原理。圖1是示意圖，示出了本發明系統的示例性構造的功能性實體；圖2是示意圖，示出了圖1構造的示例性實施例；圖3是示意圖，示出了圖1構造的另一個示例性實施例；圖4是示意圖，示出了圖1構造的一個變形的示例性實施例；圖5是示意圖，示出了圖1構造的另一個變形的示例性實施例；圖6是本發明系統的分配單元的示例性實施例的示意性頂視圖；圖7是本發明系統的示例性實施例的透視圖；圖8A-8B是圖7分配單元的示意性頂視圖(圖8A)和示意性剖視圖(圖8B)；圖9A-9B是示意圖，示出了圖7分配單元的不同實施例；圖10是示意性透視圖，示出了圖7分配單元的另一個實施例；圖11是示意性透視圖，示出了圖7分配單元的又一個實施例；圖12是示意性透視圖，示出了圖7分配單元的又一個實施例；圖13是示意圖，示出了本發明系統的處理單元的第一示例性構造的功能性實體；圖14是示意圖，示出了本發明系統的處理單元的第二示例性構造的功能性實體；圖15是示意圖，示出了圖14處理單元的示例性實施例；圖16A-16G示出了利用圖15處理單元來處理液體樣品的示例性方法；圖17是示意圖，示出了本發明系統的處理單元的第三示例性構造的功能性實體；圖18是示意圖，示出了圖17處理單元的示例性實施例。附圖標記列表1 系統2分析單元3處理單元4光學檢測器5試劑單元6分配單元7樣品單元8試劑容器9樣品管10樣品管裝載機構11傳送帶12保持器
13分配通道14樣品管路15樣品引入件16互連器17第二試劑供應通道18第一試劑供應通道19流通式格間20連接通道21試劑管路22樣品管支架23插口位置24排出埠25連接器26子單元102樣品器皿103樣品吸入器104樣品和試劑R1/2/3配量器105樣品寄存器/稀釋器106樣品和試劑Rl配量器107混合與培養器108分析單元109試劑R2/3配量器110第一主通道111第二主通道112 主泵113 孔口114樣品通道115第一凍融閥116第一樣品通道部分117第二樣品通道部分118第一試劑通道119第二凍融閥120反應室121第一反應室埠122第二反應室埠123第三凍融閥124第四凍融閥125孔口側部分126泵側部分
127第二試劑通道128第五凍融閥129第六凍融閥130輔助泵131混合室132混合室突起133第二混合室埠134第一混合室埠135第七凍融閥136稀釋流體通道137第八凍融閥138第九凍融閥139反應室突起140檢測器141第十凍融閥142第一清洗單元閥143主清洗單元144第二清洗單元閥145輔助清洗單元146樣品引入件202樣品器皿203樣品吸入器204樣品寄存器/預稀釋器205樣品和試劑Rl配量器206混合與培養器207反應混合物及試劑R2/3配量器208分析單元209 第一節段210 第二節段211第三節段212第一主通道213第二主通道214 泵215樣品通道216第一凍融閥217第一試劑配量室218第一試劑通道219第二凍融閥220反應室
221第一反應室埠222第二反應室埠223第三凍融閥224 突起225第四凍融閥226 孔口227孔口側部分228泵側部分229第五凍融閥230互連通道231清洗單元232第一清洗單元閥233第二試劑通道234第二試劑配量室235第六凍融閥236檢測器237混合及寄存室238第一樣品通道部分239第二樣品通道部分240互連通道241第一混合室埠242第二混合室埠243第七凍融閥244第八凍融閥245第九凍融閥246第十凍融閥247樣品配量室248 孑L 口249第i^一凍融閥250樣品引入件251第十二凍融閥252 突起
具體實施例方式通過例示的方式描述了特定的示例性實施例，本發明可在這些實施例中得以實 施。參見圖1至3，說明了本發明的系統的用於分析液體樣品的示例性第一構造及其 示例性實施例。相應地，用於液體樣品處理的系統1包括適於處理液體樣品的多個(流通式)處
14理單元3，每個處理單元均是系統1的功能性和結構性實體。系統1進一步包括分析單元 2，分析單元2包括一個光學檢測器4，光學檢測器4例如可具體實施為光度計。處理單元3 與包括光學檢測器4的分析單元2 —起專用於同一類型的分析方法，例如根據用戶的特定 要求可涉及臨床化學、免疫化學、核酸測試、血液學、尿分析等。系統1進一步包括設置有多 個試劑容器8的試劑單元5，試劑容器8儲存在被冷卻的隔室內並且包含用於與樣品混合的 試劑。試劑可彼此相同或不同。系統1還進一步包括樣品單元7，樣品單元7配備有樣品管 裝載機構10，用於將樣品管9裝入系統1並且將樣品管9傳送到各種處理單元3。系統1 還進一步包括用於分配一種或多種試劑的分配單元6，分配單元6設置有多個分配(流動) 通道，以便將試劑以及任選地將樣品傳送到每個處理單元3。特別參見圖2，說明了圖1的系統1的第一構造的示例性實施例。系統1包括多 個處理單元3，每個處理單元3通過分配單元6提供的多個分配通道13連接到多個試劑容 器8。雖然為了例示的目的示出了三個處理單元3和9個試劑容器8，但應當理解的是，根 據用戶的特定要求，可分別設想任何數量的處理單元3和試劑容器8。在系統1中，每個處理單元3連接到試劑單元5的試劑容器8的專用子集，其中， 一個子集中的每個試劑容器8均通過一個分配通道13連接到一個處理單元3，從而在每個 試劑容器8和關聯的處理單元3之間提供一對一的連接。因此，每個分配通道13均流體連 接一個試劑容器8和一個處理單元3。在系統1中，每個處理單元3進一步通過一條樣品管路14連接到一個樣品引入件 15，從而使得容納在樣品管9中的樣品可被吸入處理單元3中。樣品引入件15例如可具體 實施為金屬針管。因此，每個處理單元3可利用樣品引入件15從專用的樣品管9吸入樣品。 樣品引入件15可以是樣品單元7的一部分。用於將樣品管9傳送到處理單元3的樣品管 裝載機構10例如可具體實施為包括電機驅動傳送帶11的傳送帶傳動裝置，電機驅動傳送 帶11設置有用於保持樣品管9的杯狀保持器12。因此，可通過如水平箭頭所示地驅動傳送 帶10，經由樣品管裝載機構10將樣品管9傳送到處理單元3。另外，每個保持器12可被向 上升高，從而將使容納在其中的樣品管9朝向一個樣品引入件15運動，以致樣品引入件15 能夠如豎直箭頭所示地吸入容納在樣品管9中的樣品。系統1進一步包括例如具體實施為光度計的一個光學檢測器4，用於光學地檢測 每個處理單元3中所含的樣品/試劑混合物的反應產物。光學檢測器4是分析單元2的一 部分，分析單元2基於光學地檢測到的反應產物對樣品進行分析。因此，光學檢測器4適於 檢測從處理單元3中所含的樣品/試劑混合物的反應產物發出的光。因此，處理單元3與 包括光學檢測器4的分析單元2 —起專用於預定類型的分析方法。在圖2的系統1的示例性實施例中，可並行地排布任何期望數量的處理單元3，而 每個處理單元3可訪問試劑單元5的試劑(即試劑容器8)的獨立子集。每個處理單元3 可進一步訪問獨立樣品。因而，樣品吞吐量可根據用戶的特定要求而提高。除此之外，由於 處理單元3涉及同一類型的分析方法，即使當一個或多個處理單元3失效時也能確保對樣 品的分析。此外，通過涉及同一類型分析方法的多個處理單元3，可進行樣品的並行分析，從 而獲得多個冗餘結果，這些冗餘結果例如可通過計算其平均值而得到進一步處理。樣品管裝載機構10和光學檢測器4是所有處理單元3共用的系統部件。由於這 些共用的系統部件，系統1的製造成本可得到顯著降低。
特別參見圖3，說明了圖1的系統1的第一構造的另一個示例性實施例。為了避免不必要的重複，僅說明相對圖2實施例的區別，除此之外，參照關於圖2 的說明。在圖3的系統1中，每個處理單元3不但可訪問試劑單元5的試劑的子集，而且可 訪問所有的試劑(即試劑容器8)。為此目的，流體分配單元6的分配通道13具體實施為中 間通道，其數量對應於試劑單元5的試劑容器8的數量。為了將中間通道13連接到處理單 元3，系統1進一步包括流體連接處理單元3和分配通道13的第一試劑供應通道18，其中， 不同的第一試劑供應通道18連接到不同的分配通道13。第一試劑供應通道18的數量對應 於分配通道13的數量乘以處理單元3的數量，從而在每個分配通道13和處理單元3之間 具有一對多的連接。系統1還進一步包括流體連接試劑容器8和分配通道13的第二試劑 供應通道17，其中，不同的第二試劑供應通道17連接到不同的分配通道13。第二試劑供應 通道17的數量對應於分配通道13的數量，從而在第二試劑供應通道17和分配通道13之 間具有一對一的連接。因此，在圖3的系統1中，每個處理單元3通過第一試劑供應通道18連接到每個 中間通道16。除此之外，每個試劑容器8通過第二試劑供應通道17連接到專用的中間通道 16，從而將每個試劑容器8連接到每個處理單元3。在圖3的系統1的示例性第二實施例中，可並行地排布任何期望數量的處理單元 3，其中，每個處理單元3可訪問試劑單元5的所有試劑(即試劑容器8)。因而，樣品吞吐 量可根據需要提高並且所有試劑可被供應到所有處理單元3。結果，相比為每個處理單元3 提供試劑的獨立子集的情況，可節省費用。特別參見圖4，說明了系統1的第二構造的示例性實施例，該第二構造是圖1的第 一構造的變形。為了避免不必要的重複，僅說明相對圖2實施例的區別，除此之外，參照關 於圖2的說明。在圖4的第二構造中，系統1包括設置有兩個不同檢測器的分析單元2，也即光學 檢測器4以及與儀器耦接的流通式格間(flow-through cell)。系統1進一步包括兩個處 理單元3，其中，一個處理單元3耦接到光學檢測器4，光學檢測器4例如具體實施為光度計 以檢測從一個或多個反應室發出的光，另一個處理單元3通過連接通道20流體連接到流通 式格間19。因此，對應的處理單元3的樣品/試劑混合物可被供應到流通式格間19，以便 通過耦接到流通式格間19的儀器(未示出)檢測樣品/試劑混合物的反應產物。流通式 格間19例如可耦接到離子選擇電極(ISE)、諸如酶電化學檢測器的生物傳感器、電化學發 光檢測器(ECL)、光學檢測器等。因此，處理單元3與光學檢測器4以及流通式格間19 一起 涉及不同於彼此的第一和第二類型分析方法。在圖4的系統1中，一個樣品管9中所含的 樣品可通過一個樣品引入件15被吸入處理單元3，該樣品引入件15由歧管樣品管路14連 接到兩個處理單元3。在圖4的系統1中，每個處理單元3流體連接到試劑容器8的獨立子集，其特定於 所使用分析方法的類型。如圖4所示，例如三個試劑容器8與光學檢測器4的第一類型分 析方法結合使用，而兩個試劑容器8與流通式格間19的第二類型分析方法結合使用。每個 試劑容器8均通過流體分配單元6的一個分配通道13連接到關聯的處理單元3，從而在試 劑容器8和處理單元3之間實現一對一連接。
雖然為了例示的目的示出了涉及不同類型分析方法的兩個處理單元3，但應當理 解的是，根據用戶的特定要求，可設想任何數量的處理單元3，這些處理單元3可涉及各種 類型分析方法並且可耦接到各個檢測器。在圖4的系統1的示例性實施例中，可並行地排布任何期望數量的處理單元3，而 每個處理單元3可訪問試劑單元5的試劑的獨立子集，其特定於所使用的分析方法類型。通 過使用連接到每個處理單元3的一個樣品引入件15，可並行地使用兩種或多種不同的預定 類型分析方法來分析一個樣品。特別參見圖5，說明了系統1的第三構造的示例性實施例，該第三構造是圖1的第 一構造的另一個變形。為了避免不必要的重複，僅說明相對圖4實施例的區別，除此之外， 參照關於圖4的說明。在圖5的實施例中，系統1包括處理單元3的第一子集(例如兩個)和處理單元3 的第二子集(例如三個)，第一子集耦接到光學檢測器4因而涉及第一類型分析方法，第二 子集耦接到與儀器耦接的流通式格間19因而涉及不同於第一類型的第二類型分析方法。 光學檢測器4例如可具體實施為光度計以檢測從與其耦接的處理單元3的第一子集的反應 室發出的光。流通式格間19通過歧管連接通道20流體連接到處理單元3的第二子集，從 而處理單元3的第二子集的反應室的樣品/試劑混合物可被傳送到流通式格間19以便對 該混合物進行檢測。一個樣品管9的樣品可通過一個樣品引入件15被同時吸入第一和第二子集的所 有處理單元3，該樣品引入件15通過歧管樣品管路14連接到所有處理單元3。處理單元3 的第一子集中的處理單元3 (其涉及第一類型分析方法)可訪問試劑單元5的試劑容器8的 第一子集，該第一子集包括特定於第一類型分析方法的所有試劑(即試劑容器8)。除此之 外，處理單元3的第二子集中的處理單元3(其涉及第二類型分析方法)可訪問試劑單元5 的試劑容器8的第二子集，該第二子集包括特定於第二類型分析方法的所有試劑(即試劑 容器8)。為此目的，流體分配單元6的分配通道13包括分配通道的第一子集和分配通道的 第二子集，其每一個均具體實施為中間通道。為了將處理單元3的第一子集和第二子集中 的處理單元3分別流體連接到分配通道13的第一子集和第二子集，系統1進一步分別包括 第一試劑供應通道18的第一子集和第二子集，其每一個均流體連接一個處理單元3和一個 分配通道13，其中，不同的第一試劑供應通道18連接到不同的分配通道13。為了將試劑容 器8的第一子集和第二子集中的試劑容器8分別流體連接到分配通道13的第一子集和第 二子集，系統1還進一步分別包括第二試劑供應通道17的第一子集和第二子集，其每一個 均流體連接一個試劑容器8和一個分配通道13，其中，不同的第二試劑供應通道17連接到 不同的分配通道13。在圖5中，雖然處理單元3的第一子集包括耦接到光學檢測器4的兩個處理單元 3，而處理單元3的第二子集包括耦接到流通式格間19的三個處理單元3，但應當理解的是， 根據用戶的特定要求，可設想分別耦接到光學檢測器4和流通式格間19的任何數量的處理 單元3。在圖5所示系統1的實施例中，可並行地排布任何期望數量的專用於特定類型分 析方法的處理單元3，而該特定類型分析方法的每個處理單元3可訪問特定於其的試劑單 元5的所有試劑。使用連接到處理單元3的一個樣品引入件15，可利用不同類型分析方法
17並行地分析一個樣品，其中，每種類型分析方法涉及多個處理單元3。因此，圖5的系統1允 許使用不同類型分析方法非常快速地分析樣品，從而降低樣品分析的周轉時間。即使當個 別幾個處理單元3失效時，冗餘的流體處理單元3也能夠並行地分析樣品，而不會限制可用 的分析方法。這尤其允許使用不同類型分析方法並行地確定一個樣品的一組預定參數。參見圖6，說明了圖3和圖5所示系統1的分配單元6的示例性實施例。相應地，分配單元6是固體基片，例如具體實施為設置有多個分配通道13的平板， 這些分配通道13相對於彼此平行的對準。分配通道13可具體實施為在基片表面中加工的 溝槽，該溝槽可例如被箔覆蓋或者替代性地可形成在基片內。每個處理單元3 (為了例示的目的，例如示出了五個處理單元3)可通過第一試劑 供應管路18訪問每個分配通道13。每個第一試劑供應管路18流體連接一個處理單元3和 一個分配通道13 (一對一連接)，其中，不同的第一試劑供應管路18連接到不同的分配通道 13。每個試劑容器8(為了例示的目的，例如示出了三個試劑容器8)可通過第二試劑供應 管路17訪問各個分配通道13。每個第二試劑供應管路17流體連接一個試劑容器8和一個 分配通道13 (—對一連接)，其中，不同的第二試劑供應管路17連接到不同的分配通道13。 第一試劑供應管路18通過流體互連器16流體連接到分配通道13，流體互連器16使得流體 能夠自由地從其中穿過。類似地，第二試劑供應管路17通過流體互連器16流體連接到分 配通道13，流體互連器16使得流體能夠自由地從其中穿過。第一試劑供應管路18和分配 通道13布置於不同水平(豎直高度)。雖然圖中未示出，但替代性地，第一和/或第二試劑 供應管路17、18可以是分配單元6的一部分。在圖6所示系統1的分配單元6的示例性實施例中，分配單元6是設置有分配通 道13的固體基片。在其變形中，固體分配單元6進一步設置有第一試劑供應管路18和/ 或第二試劑供應管路17。在這種情況下，處理單元3和/或試劑容器8可流體連接到第一 和/或第二試劑供應管路，例如通過將處理單元3和/或試劑容器8插到分配單元6的專 用埠。參見圖7，圖7是本發明的系統1的另一個示例性實施例的透視圖。相應地，在系統1中，樣品單元7設置有樣品管裝載機構10，用於將樣品管9裝入 系統1中並且將樣品管9傳送到各個處理單元3的每一個。樣品管裝載機構10具體實施 為傳送帶驅動裝置，其包括電極驅動的傳送帶11，傳送帶11適於傳送保持住樣品管9的多 個樣品管支架22。在系統1中，試劑單元5設置有多個試劑容器8。系統1進一步包括用於處理樣品 的多個處理單元3，這些處理單元3具有平的形狀。分析單元2包括具體實施為光度計的一個光學檢測器4，以檢測從樣品與一種或 多種試劑的反應產物發出的光。分析單元2進一步包括耦接到儀器的一個流通式格間19， 以檢測從被傳送到流通式格間19的樣品與一種或多種試劑的反應產物發出的光。光學檢 測器4耦接到處理單元3的第一子集，而流通式格間19通過歧管連接通道20流體連接到 處理單元3的第二子集。光學檢測器4和流通式格間19涉及不同類型的分析方法。在系統1中，分配單元6是平的主體，其具有類似板的形狀。其設置有用於傳送流 體的多個分配通道(未示出)。分配通道通過第二試劑供應管路17連接到試劑容器8，從 而將每個試劑容器8連接到一個分配通道。每個處理單元3流體連接到例如具體實施為金屬針管的獨立樣品引入件15。每個樣品引入件15可例如通過抬升樣品管9而被浸入樣品 管9中，以便吸入其內所含的樣品。如圖7所示，試劑單元5、分析單元2以及樣品單元7布置於不同的豎直高度(水 平)，其中，試劑單元5位於分析單元2上面，並且樣品單元7位於分析單元2下面。因此， 在系統1中，試劑容器8可易於被置換。系統1的每個單元均是功能性和結構性實體並且 例如具體實施為模塊化單元。圖8A是圖7的系統1的分配單元6的示例性實施例的示意性頂視圖，如圖8A所 示，分配單元8設置有例如五個插口位置(或稱插接位置，plug positions) 23 (例如插座)， 其每一個均適於接收一個處理單元3。每個插口位置23設置有分配通道13的多個排出端 口 24，這些排出埠 24具體實施為(例如凹形)插入埠。因此，流體可易於經由排出端 口 24在分配通道和處理單元3之間傳遞。圖8B是圖8A的分配單元6的示意性剖視圖，如圖8B所示，每個處理單元3設置 有多個(例如凸形)連接器25，這些連接器25可連接到(例如插入)排出埠 24，用於定 位處理單元3並且將處理單元3與多個分配通道流體連接。每個處理單元3具有平的形狀 並且位於平的分配單元6的上表面上，與分配單元6平行對準。在圖9A中，示出了圖7的系統1的分配單元6的另一個實施例。相應地，分配單 元6設置有多個模塊化子單元26，這些模塊化子單元26的每一個均設置有一個或多個插口 位置23，用於接收處理單元3的獨立子集。與獨立子單元26關聯的每個處理單元3例如可 涉及一種預定類型分析方法。替代性地，一個子集中的處理單元3可涉及不同類型分析方 法。在所示實施例中，處理單元3和/或子單元26可易於置換。在圖9B中，示出了圖7的分配單元6的另一個實施例。相應地，分配單元6是集 成的模塊化單元，其設置有多個插口位置23，用於接收處理單元3。處理單元3可涉及一種 預定類型分析方法。替代性地，處理單元3可涉及不同的預定類型分析方法。參見圖10，其示出了圖7的分配單元6的另一個實施例的示意性透視圖。為了避 免不必要的重複，僅說明相對圖8A、8B實施例的區別，除此之外，參照關於圖8A、8B的說明。相應地，平的分配單元6設置有相對於彼此平行對準的多個分配通道13。處理 單元3各自具有平的形狀並且相對於平的分配單元6正交地對準，分配單元6在它們之間 具有小的節距(Pitch)。這種實施例允許處理單元3的非常緊湊的布置結構，處理單元3 例如可被插入分配單元6的插口位置23中。而且，每個處理單元3均具有小的佔用空間 (footprint)，用於與分配單元6插接。在這種情況下，處理單元3例如可流體連接到一個 或多個流通式格間19，以便檢測樣品和試劑的反應產物。參見圖11，其示出了圖7的分配單元6的另一個實施例的示意性頂視圖。為了避 免不必要的重複，僅說明相對圖8A、8B實施例的區別，除此之外，參照關於圖8A、8B的說明。相應地，平的分配單元6設置有多個分配通道13，這些分配通道13具體實施為相 對於彼此同心布置的封閉迴路。具有平的形狀的處理單元3相對於平的分配單元6平行地 對準並且沿封閉迴路式分配通道13的周向布置。這種實施例允許處理單元3的非常緊湊 的布置結構，處理單元3例如可被插入分配單元6的插口位置23中。每個處理單元3均流 體連接到中心樣品引入件15，以便將樣品並行地供應到處理單元3。處理單元3例如可耦 接到諸如旋轉光度計的光學檢測器4，以便光學地檢測各個樣品與一種或多種試劑的反應
19產物。參見圖12，其示出了圖7的分配單元6的另一個實施例的示意性頂視圖。為了避 免不必要的重複，僅說明相對圖8A、8B實施例的區別，除此之外，參照關於圖8A、8B的說明。相應地，平的分配單元6設置有例如兩個插口位置23 (插座)，這些插口位置23的 每一個均適於接收處理單元3。每個插口位置23設置有分配通道13的多個排出埠 24， 這些排出埠 24具體實施為(例如凹形)插入埠。分配單元6的分配通道13在不同於 彼此的第一和第二水平(豎直高度)內延伸並且可從第一水平改變到第二水平，反之亦然。更具體而言，如圖12所示，分配通道13可從上面的第一水平(較粗的線)改變到 下面的第二水平(較細的線)或者從下面的第二水平改變到上面的第一水平，並且也可岔 開到相鄰的分配通道13。每個排出埠 24流體連接到位於下面第二水平的分配通道13。 處理單元3例如可具體實施為「槽卡」，以被插入排出埠 24中。這種實施例有利地允許分 配通道13的高度密集布置以及允許排出埠 24之間比較大的相互間距離，這種比較大的 相互間距離對於密封等是必要的。參見圖13，其示出了本發明系統1的微流體處理單元3的第一示例性構造的功能 性實體的示意圖，用於分析液體樣品。相應地，包含在樣品器皿102中的用於液體樣品處理的處理單元3包括各種功能 性實體，其中包括稱為「樣品吸入器103」的功能性實體，樣品吸入器103可連接到樣品器 皿102，這允許樣品器皿102中所含的液體樣品被吸入處理單元3。功能性實體樣品吸入 器103連接到另一個稱為「樣品寄存器/稀釋器105」的功能性實體，樣品寄存器/稀釋器 105用於利用稀釋流體稀釋樣品並且寄存該樣品。功能性實體樣品寄存器/稀釋器105連 接到另一個稱為「樣品和試劑RV2/3配量器104」的功能性實體，樣品和試劑RV2/3配量 器104用於對樣品以及第一到第三組試劑Rl、R2和R3的一種或多種試劑進行配量(或稱 定量給料)。功能性實體樣品和試劑R1/2/3配量器104連接到另一個稱為「混合與培養器 107」的功能性實體，混合與培養器107用於將樣品與試劑混合併且培養所獲得的樣品/試 劑混合物以便進行反應。另一個稱為「分析單元108」的功能性實體包括用於檢測所獲得樣 品/試劑混合物的反應產物的檢測器，並且用於基於檢測到的反應產物對樣品進行分析。參見圖14，其示出了本發明系統1的微流體處理單元3的第一示例性構造的功能 性布局的示意圖。為了避免不必要的重複，僅說明相對圖13的第一示例性構造的區別，除 此之外，參照關於圖13的說明。相應地，在處理單元3中，功能性實體混合與培養器107連接到另一個稱為「樣品 和試劑Rl配量器106」的功能性實體以及另一個稱為「試劑R2/3配量器109」的功能性實 體，樣品和試劑Rl配量器106用於對樣品以及第一組試劑Rl的試劑進行配量，試劑R2/3 配量器109用於對第二和第三組試劑R2/3的試劑進行配量，第二和第三組試劑R2/3不同 於如功能性實體樣品和試劑Rl配量器106所預定的第一組試劑Rl。包括了檢測器的分析 單元108用於檢測所獲得樣品/試劑混合物的反應結果，以便基於檢測到的反應結果對樣 品進行分析。特別參見圖15，說明了圖14的處理單元3的第二構造的示例性實施例。相應地，微流體處理單元3包括多個通道和室，流體可穿過這些通道和室傳輸以 便對流體樣品進行分析。通道和室的截面尺寸通常在微米尺度的量級上，並且例如可小至
201 μ m到500 μ m。處理單元3包含了例如為空氣的氣態系統流體，或者替代性地包含氣態和 液態系統流體的組合，從而可通過在這些通道和室內產生負或正的(大氣)壓來傳送樣品 和試劑以及其他感興趣的流體穿過這些通道和室。更具體而言，微流體處理單元3包括第一主通道110和第二主通道111。每個主通 道110、111的一端設置有孔口 113以使外界空氣進入處理單元3。第二主通道111的另一 端流體連接到第一主通道110。第一主通道110的另一端連接到主泵112。通過使用主泵 112，可在第一主通道110和第二主通道111內均產生正或負的(大氣)壓。在微流體處理單元3中，液體樣品可穿過樣品通道114被傳送到第一主通道110， 樣品通道114可連接到容納液體樣品S的樣品器皿102。樣品通道114的一端流體連接到 第一主通道110而其另一端流體連接到樣品引入件146，樣品引入件146可用於從樣品器皿 102吸入樣品。樣品通道114配備有第一凍融閥115，從而使得樣品能夠從樣品通道114流 到第一主通道110或者阻擋樣品如此流動。第一凍融閥115定位成鄰近樣品通道114的通 向第一主通道110處的開口。微流體處理單元3進一步包括多個第一試劑通道118，用於將第一組試劑Rl供應 到第一主通道110。每個第一試劑通道118均連接到第一試劑器皿(未示出)，第一試劑器 皿容納用於與液體樣品反應的第一組試劑Rl中的試劑。第一試劑器皿中所含的第一組試 劑Rl可包括專用於預定的第一試驗的一種或彼此不同的多種試劑，該預定的第一試驗適 於分析樣品S中的一種或多種分析物。每個第一試劑通道118均通向第一主通道110並且 配備有第二凍融閥119，從而可使得試劑能夠從第一試劑通道118流向第一主通道110或者 阻擋試劑如此流動。第二凍融閥119定位成鄰近第一試劑通道118通向第一主通道110處 的開口。微流體處理單元3進一步包括多個反應室120，用於進行液體樣品和試劑的反應。 反應室120例如可具體實施為流通式試管。每個反應室120均通過第一反應室埠 121和 第二反應室埠 122互連在第一主通道110和第二主通道111之間，第一反應室埠 121 將反應室120連接到第一主通道110，第二反應室埠 122將反應室120連接到第二主通道 111。埠 121、122中的每一個均配備有第三凍融閥123，從而分別使得流體能夠在反應室 120以及第一和第二主通道110、111之間流動或者阻擋流體如此流動。每個反應室120進 一步配備有多個凸輪狀(反應室)突起139，突起139減小了反應室120的內直徑。當執行 主泵112產生的正壓或負壓所引起的往複流體運動時，突起139適於在反應室120內混合 流體。在處理單元3中，可使用多個(例如四十個)反應室120，這些反應室相對於彼此 平行布置。反應室120具體實施為培養室，用於培養其內容納的樣品/試劑混合物，因而適 於在一個或多個時間間隔期間將樣品/試劑混合物保持於一個或多個預定溫度，以便使得 樣品與一種或多種試劑之間能夠發生反應。如從圖15可看到的，第一主通道110配備有位於孔口 113和主泵112之間的第四 凍融閥124。第四凍融閥124將第一主通道110分隔為其孔口側部分125和泵側部分126。 每個第一試劑通道118均與第一主通道110的孔口側部分125連通。樣品通道114與第一 主通道110的泵側部分126連通，其中，樣品通道114通向第一主通道110處的開口定位成 鄰近第一主通道110的第四凍融閥124，樣品通道114的第一凍融閥115定位成鄰近第四凍融閥124。而且，第一反應室埠 121與第一主通道110的泵側部分126連通。處理單元進一步包括多個第二試劑通道127，用於將第二和第三組試劑R2/R3中 的試劑供應到第二主通道111。第二試劑通道127連接到第二和第三試劑器皿(未示出)。 第二和第三試劑器皿容納用於與液體樣品反應的第二和第三組試劑R2/R3中的試劑，第二 和第三組試劑R2/R3不同於第一試劑器皿中所含的第一組試劑Rl。第二和第三試劑器皿中 所含的第二和第三組試劑R2、R3可包括專用於預定的第一試驗或預定的第二試驗的一種 或彼此不同的多種試劑，該預定的第一試驗或第二試驗適於分析樣品S中的一種或多種分 析物。每個第二試劑通道127均與第二主通道111連通並且配備有第五凍融閥128，從而 使得試劑能夠從第二試劑通道127流向第二主通道111或者阻擋試劑如此流動。第二試劑
通道127的每個第五凍融閥128定位成鄰近第二試劑通道127通向第二主通道111處的開□。第二主通道111配備有數量上與反應室120 —致的並且與每個反應室120關聯的 多個第六凍融閥129。這些第六凍融閥129布置在所關聯的反應室120的第二反應室埠 122通向第二主通道111處的開口和主泵112之間。這些第六凍融閥129中的每一個均定 位成鄰近第二反應室埠 122的開口。除此之外，第二反應室埠 122的第三凍融閥123 中的每一個均定位成鄰近第二主通道111的第六凍融閥129。處理單元3進一步包括輔助泵130，輔助泵130連接到樣品通道114用於在其內產 生負壓或正壓。樣品通道114通過第一和第二混合室埠 134、133連接到多個混合室131。 在處理單元3中，可設想相對於彼此平行布置的多個(例如五個)混合室131。混合室131 將樣品通道114分隔為其第一樣本通道部分116和第二樣品通道部分117。混合室131的 第一混合室埠 134與第一樣品通道部分116連通，而第二混合室埠 133與第二樣品通 道部分117連通。混合室埠 133、134配備有第七凍融閥135，從而使得樣品能夠在每個混 合室131和樣品通道114之間流動或者阻擋樣品如此流動。此外，每個混合室131均配備 有朝向彼此突出的多個凸輪狀(混合室)突起132，以減小混合室131的內直徑。當執行輔 助泵130產生的正壓或負壓所引起的往複流體運動時，突起132適於在混合室131內混合 流體。處理單元3進一步包括用於供應稀釋流體的稀釋流體通道136，以便稀釋液體樣 品。稀釋流體通道136連接到稀釋流體器皿(未示出)，稀釋流體器皿容納諸如水的流體以 便稀釋樣品。稀釋流體通道136與樣品通道114連通並且配備有第八凍融閥137，第八凍融 閥137定位成鄰近稀釋流體通道136通向樣品通道114處的開口。此外，樣品通道114配 備有第九凍融閥138，第九凍融閥138位於稀釋流體通道136通向樣品通道114處的開口以 及樣品器皿102之間。樣品通道114的第九凍融閥138定位成鄰近稀釋流體通道136的第 八凍融閥137。因此，通過使用輔助泵130，樣品可被吸入樣品通道114並且利用稀釋流體 被稀釋，而不影響第一和第二主通道110、111以及反應室120中的流體操作。在處理單元3中，第一和第二主通道110、111進一步配備有鄰近孔口 113的第十 凍融閥141，從而第一和第二主通道110、111的孔口側端部可被關閉。處理單元3進一步包括主清洗單元143，主清洗單元143通過第一清洗單元閥142 連接到第一和第二主通道110、111，第一清洗單元閥142例如可具體實施為雙向閥。主清洗單元143可用於向第一和第二主通道110、111供應清洗流體，從而清洗主通道110、111和 反應室120。第一清洗單元閥142可用於將主清洗單元143連接到主通道110、111或者從 主通道IlOUll斷開。處理單元3進一步包括輔助清洗單元145，輔助清洗單元145通過第二清洗單元 閥144連接到樣品通道114，第二清洗單元閥144例如可具體實施為雙向閥。輔助清洗單元 145可用於向樣品通道114供應清洗流體，從而清洗樣品通道114和混合室131。第二清洗 單元閥144可用於將輔助清洗單元145連接到樣品通道114或者從樣品通道114斷開。分析單元2包括一個檢測器140，用於檢測反應室120中所含樣品/試劑混合物的 反應產物。因此，檢測器140用於檢測所有反應室120中的反應產物。檢測器140例如可 具體實施為適於接收光學信號的掃描光學檢測器，該光學信號例如為反應室120中所含樣 品/試劑混合物發出的螢光信號。在本發明的處理單元3中，每個凍融閥均一直通過與通道接觸的冷接觸件(「指形 冷凍器」)而被冷卻，例如被冷卻到具有-30°C的溫度，以使到達凍融閥的水狀流體被快速冰 凍並產生冰栓，阻擋住凍融閥位置處的流體流動。冷接觸件例如可通過熱電裝置而被冷卻， 熱電裝置例如為利用珀耳帖效應的珀耳帖元件。如本領域技術人員已知的，當珀耳帖元件 中通過電流並且取決於所施加電流的方向，珀耳帖元件用作吸收熱量的熱沉，由此冷卻該 接觸件。除此之外，凍融閥的冰栓可通過使用加熱裝置局部引入熱能而融化，例如通過指向 凍融閥的雷射束或者通過利用電阻產生歐姆熱。雖然圖15中未示出，但分析元件2進一步包括控制單元，控制單元例如可具體實 施為可編程邏輯控制器，該可編程邏輯控制器運行設置有指令的計算機可讀程序以根據樣 品的自動分析來執行操作。控制單元連接到需要控制和/或提供信息的部件。更具體而言， 控制單元從處理單元3的不同部件接收信息並且產生並傳送對應的控制信號。因此，控制 單元電連接到主和輔助泵12、30，主和輔助清洗單元143、145，第一和第二清洗單元閥142、 144以及每個凍融閥，以便冷卻這些凍融閥並且致動加熱裝置以打開凍融閥。特別地，控制 單元被設置成控制樣品引入件以及樣品到反應室120的傳送。控制單元被進一步設置成控 制試劑引入件以及試劑到反應室120的傳送。控制單元被進一步設置成控制樣品與一種或 多種試劑的反應以獲得反應產物。而且，控制單元被進一步設置成控制基於通過檢測器140 獲得的反應產物對樣品的分析。在上面的處理單元3中，在具有相鄰的凍融閥的情況下，這些凍融閥被定位成精 確地位於連通的流體通道的交叉點(即角部)。因此，流體可在一個流體通道內被提供而沒 有其間的間隙，從而例如樣品和試劑可附於彼此。然而，相鄰的凍融閥僅僅是優選的選擇。 替代性地，連通的流體通道的凍融閥也可從流體通道的交叉點分開。在後一種情況下，一個 流體通道內提供的流體中間可存在氣態或液態系統流體填充的間隙。特別參見圖16A到圖16G，說明了一種使用圖15的結構布局分析液體樣品的示例 性方法。在圖16A到圖16G中，為了簡化圖形，僅繪出了樣品通道114的第一主通道110側 端部。然而，應當理解的是，樣品通道114包括圖15中所示的所有部件。在第一步驟(「樣品吸入」)中，通過主泵112在預定時間間隔內產生負壓，將期望 體積的樣品S從樣品器皿102吸入樣品通道114。樣品通道114的第一凍融閥115用於在 樣品通道114的死端(dead end)擋住樣品S。樣品S被暫時保持(即寄存)在那裡，以便
23後續使用。由於第一凍融閥115位於樣品通道114的死端位置，從而在樣品被吸入第一主 通道110的情況下可避免形成氣泡(圖16A)。在第二步驟(「試劑Rl的配量」)中，將一預定體積的選自第一組試劑Rl的一種 試劑吸入第一主通道110。為此目的，打開第一試劑通道118中的選定一個(例如標識出的 最左外側那個)的第二凍融閥119，該第一試劑通道118中的選定一個容納了將要與樣品 S進行的對應試驗的第一組試劑Rl中的試劑。然後，通過使主泵112作用在第一試劑通道 118上而同時使第二凍融閥119打開，以在第一主通道110中產生負壓，由此將試劑吸入第 一主通道110中。因此，利用主泵112實施了對試劑的基於氣態系統流體(或基於氣態和 液態系統流體)的泵送。在為了配量期望體積的試劑所必要的預定時間段之後，通過充分 冷卻第二凍融閥119以產生冰栓來關閉第二凍融閥119，從而在第一主通道110中提供一預 定體積的試劑。因此，打開或關閉第二凍融閥119允許對試劑進行精確地配量。在第一主 通道110中，第四凍融閥124用於擋住試劑而在樣品埠的緊前面沒有氣泡，也就是說，在 樣品通道114的開口的緊前面。因此，第四凍融閥124允許將試劑精確地保持在預定位置 (圖 16B)。在第三步驟(「樣品的配量」)中，將一預定體積的樣品S吸入第一主通道110中。 為此目的，打開樣品通道114的第一凍融閥115，並且通過使主泵112作用在樣品通道114 上而同時使第一凍融閥115打開，以在第一主通道110中產生負壓，由此將樣品S吸入第一 主通道110中。因此，利用主泵112實施了對樣品S的基於氣態系統流體(或基於氣態和 液態系統流體)的泵送。在為了配量期望體積的樣品S所必要的預定時間段之後，通過充 分冷卻第一凍融閥115以產生冰栓來關閉第一凍融閥115，從而在第一主通道110中提供一 預定體積的樣品S。樣品S被置於第一主通道110的第四凍融閥124的試劑冰栓的緊前面， 而在樣品S和凍融閥124之間沒有空氣泡。因此，試劑和樣品S均可置於第一主通道110 中，由第四凍融閥124分開而在其間沒有空氣泡(圖16C)。在第四步驟(「移動及混合」)中，樣品S和試劑均被吸入反應室120中的一個(例 如最左外側那個)。為此目的，打開第一主通道Iio的第四凍融閥124並且通過主泵112在 第一主通道110中產生負壓而同時保持反應室120的第三凍融閥123打開，從而樣品S和 試劑可被吸入反應室120中。然後，將反應混合物移到反應室120的中心，隨後通過充分冷 卻反應室埠 121、122的第三凍融閥123來關閉第三凍融閥123，以產生冰栓。然後，利用 突起139通過主泵112在反應室120內進行混合(圖16D)。雖然附圖中未示出，但在提供了連接到第二主通道111的另一個(第二)泵的情 況下，也可在兩個泵的作用下進行流體的混合。替代性地或另外地，也可通過主泵112產生 負壓和正壓而在第一主通道110的泵側埠 126中混合試劑和樣品S。在第五步驟(「試劑R2/3的配量」)中，將不同於第一組試劑Rl的第二和第三組 試劑R2/R3中一預定體積的試劑吸入第二主通道111。為此目的，將所獲得的反應混合物移 到反應室120的第二主通道111側端。然後，打開第二試劑通道127中的一個(例如最左 外側那個)的第五凍融閥128，該第二試劑通道128中的一個容納了將要與樣品S進行的 對應試驗的試劑。然後，通過使主泵112作用在選定的第二試劑通道127上而使第五凍融 閥128打開，以在第二主通道111中產生負壓，由此將試劑R2吸入第二主通道111中。在 為了配量期望體積的試劑所必要的預定時間段之後，通過充分冷卻第五凍融閥128以產生冰栓來關閉第五凍融閥128，從而在第二主通道111中提供一預定體積的試劑。在第二主通 道111中，第六凍融閥129用於擋住試劑而在第二反應室埠 122的前面沒有氣泡。對於 第一和第二組試劑R2、R3中的另一種試劑，這個過程可類似地重複(圖16E)。在第六步驟(「試劑R2/3添加及混合」)中，將試劑吸入對應的反應室120中。為 此目的，打開第二反應室埠 122的第三凍融閥123。然後，通過主泵112產生負壓，從而 可將試劑吸入反應室120中。將反應混合物移到反應室120的中心，隨後關閉反應室埠 121,122的第三凍融閥123。然後，利用突起139通過主泵112在反應室120內進行混合 (圖 16F)。雖然附圖中未示出，但在提供了連接到第二主通道111的另一個(第二)泵的情 況下，也可在兩個泵的作用下進行流體的混合。在第七步驟(「清洗及掃描」)中，通過使用清洗單元143，將反應室120的一個中 的內含物抽出，隨後利用清洗流體通過專用的清潔程序清潔反應室。類似地，可通過清洗流 體清洗所有的通道。在清洗程序中，例如可實施如下方式在順序地使用清潔流體、水以及 用於乾燥的壓力的情況下，進行壓力驅動的膜清潔。此外，在該步驟中，分析單元的檢測器140連續地掃描反應室120，以便在考慮到 基於所獲得的反應結果對樣品S進行分析的情況下檢測反應產物(圖16G)。可利用輔助泵130通過稀釋流體通道136供應稀釋流體，從而稀釋樣品S。更具體 而言，雖然在上述方法中沒有詳述，但也可利用輔助泵130產生樣品S的往復運動而利用突 起132使樣品S在混合室131中與稀釋流體混合。因此，將樣品S在樣品通道114中的操 作性步驟分別從主通道110、111及反應室120中的操作性步驟分開。在上述分析液體樣品的示例性方法中，將樣品S和第一組試劑Rl中的試劑共同吸 入一個反應室120，隨後添加第二和第三組試劑R2/R3中的另一種試劑。由於凍融閥是相鄰 的，樣品和第一組試劑Rl的試劑之間沒有間隙。替代性地，樣品和第一組試劑Rl的試劑之 間也可存在間隙。替代性地，樣品和(一種或多種)試劑也可被獨立地(分離地)傳送到 反應室120中。因此，在第一種選擇中，首先將樣品S傳送到反應室120，隨後將第一組試劑 Rl的試劑傳送到反應室120，任選地隨後將第二組試劑R2的試劑並且任選地隨後將第三組 試劑R3的試劑傳送到反應室120。在第二種選擇中，將第一組試劑Rl的第一試劑傳送到反 應室120，隨後將樣品S傳送到反應室120，任選地隨後將第二組試劑R2的試劑並且任選地 隨後將第三組試劑R3的試劑傳送到反應室120。在第三種選擇中，將第一組試劑Rl的第一 試劑傳送到反應室120，任選地隨後將第二組試劑R2的試劑並且任選地隨後將第三組試劑 R3的試劑傳送到反應室120，並且隨後將樣品S傳送到反應室120。處理單元3的平的/線性的布置使得其製造能夠容易且划算地進行。由於樣品的 並行處理，使得能夠得到比較高的吞吐量。此外，由於第一和第二試劑通道，可避免遺留不 同的試劑。可僅通過使用兩個分離的泵而實現試劑準備和樣品分析的分開。參見圖17，其為示意圖，說明了本發明的處理單元3的第三示例性構造的功能性 布局。相應地，用於液體樣品處理的處理單元3提供功能性分段，以便分開工作流程步 驟並且實現吞吐量的增長。任何流體(樣品或樣品/試劑混合物)均被從一個節段傳送到 下一個節段。功能性節段相對於彼此串聯地布置，其中，每個節段均具有其自身的精確配量
25泵。更具體而言，處理單元3包括稱為「樣品吸入器203」的功能性實體，樣品吸入器 203可連接到樣品器皿202，這允許樣品器皿202中所含的液體樣品被吸入處理單元3。功 能性實體樣品吸入器203連接到另一個稱為「樣品寄存器/預稀釋器204」的功能性實體， 樣品寄存器/預稀釋器204用於利用稀釋流體稀釋樣品並且寄存該樣品。功能性實體樣品 寄存器/預稀釋器204連接到另一個稱為「樣品和試劑Rl配量器205」的功能性實體，樣品 和試劑Rl配量器205用於對樣品以及第一組試劑Rl的試劑進行配量。功能性實體樣品和 試劑Rl配量器205連接到另一個稱為「混合與培養器206」的功能性實體，以便將樣品與第 一組試劑Rl的試劑混合併且培養所獲得的樣品/試劑混合物，從而進行反應。功能性實體 混合與培養器206連接到另一個稱為「反應混合物及試劑R2/3配量器207」的功能性實體，以便對反應混合物以及對第 二和第三組試劑R2、R3的試劑進行配量。功能性實體反應混合物及試劑R2/3配量器207 連接到另一個稱為「混合與培養器206」的功能性實體，混合與培養器206用於將樣品和第 一組試劑Rl的試劑的混合物與第二和第三組試劑R2/R3的試劑混合併且培養所獲得的樣 品/試劑混合物，以便進行反應。另一個稱為「分析單元208」的功能性實體包括用於檢測 所獲得樣品/試劑混合物的反應產物的檢測器，並且用於基於檢測到的反應產物對樣品進 行分析。在處理單元3中，第一節段209包括實體樣品和試劑Rl配量器205以及實體混合 與培養器206，第二節段210包括實體反應混合物及試劑R2/3配量器207以及實體混合與 培養器206，並且第三節段211包括實體樣品吸入器203以及實體樣品寄存器/預稀釋器 204。特別參見圖18，說明了圖17的處理單元3的第三示例性構造的示例性實施例，該 處理單元包括三個節段209-211。第一節段209包括第一主通道212和第二主通道213。第二主通道213通過互連 通道230連接到第一主通道212。第一主通道212設置有孔口 226並且連接到泵214。通 過使用泵214，可分別在第一和第二主通道212、213中產生正或負(大氣)壓。液體樣品可通過樣品通道215被傳送到第一主通道212，樣品通道215連接到第一 節段209並且通向第一試劑配量室217。樣品通道215配備有第一凍融閥216，從而使得樣 品能夠從樣品通道215流到第一試劑配量室217或者阻擋樣品如此流動。樣品通道215的 第一凍融閥216定位成鄰近樣品通道215通向第一試劑配量室217的開口。第一節段209進一步包括多個第一試劑通道218，用於將第一組試劑Rl的試劑供 應到第一試劑配量室217。每個第一試劑通道218均連接到第一試劑器皿(未示出)，第一 試劑器皿容納了用於與液體樣品反應的第一組試劑Rl的試劑。第一試劑器皿中所含的第 一組試劑Rl的試劑可包括一種或多種試劑，這些試劑可相對於彼此不同並且可涉及專用 於確定樣品中的一種或多種分析物的第一試驗。每個第一試劑通道218通向第一試劑配量 室217並且配備有第二凍融閥219，從而可使得試劑能夠從第一試劑通道218流到第一試劑 配量室217或者阻擋樣品如此流動。第二凍融閥219定位成鄰近第一試劑通道218通向第 一試劑配量室217處的開口。第一節段209進一步包括多個反應室220，用於進行液體樣品與一種或多種試劑的反應，這些反應室220例如可具體實施為流通式試管。每個反應室220通過第一反應室 埠 221和第二反應室埠 222互連在第一主通道212和第二主通道213之間，第一反應 室埠 221將反應室220連接到第一主通道212，第二反應室埠 222將反應室220連接到 第二主通道213。反應室埠 221、222中的每一個均配備有第三凍融閥223，從而分別使得 流體能夠在反應室220以及第一和第二主通道212、213之間流動或者阻擋流體如此流動。 每個反應室220進一步配備有多個凸輪狀突起224，突起224減小了反應室220的內直徑並 且適於當執行泵214產生的正壓或負壓所引起的往複流體運動時對流體進行混合。第一主通道212進一步配備有第四凍融閥225，第四凍融閥225將第一主通道212 分隔為孔口側部分227和泵側部分228。第一試劑通道218和樣品通道215均與第一主通 道212的孔口側部分227上的第一試劑配量室217連通。第一節段209的第二主通道213通過樣品通道215連接到第二節段210的第二試 劑配量室234。在第二主通道213和互連通道230之間的交叉處，這些通道中的每一個均配 備有第五凍融閥229。處理單元進一步包括清洗單元231，清洗單元231通過第一清洗單元閥232連接到 第一和第二主通道212、213。清洗單元231可用於向第一和第二主通道212、213供應清洗 流體，從而清洗主通道212、213和反應室220。第一清洗單元閥232可用於將主清洗單元 231連接到主通道212、213或者從主通道212、213斷開。在第一節段209中，第一主通道212配備有鄰近孔口 226的第六凍融閥234，從而 可關閉第一主通道212的孔口側端部。第二節段210具有與第一節段209在很大程度上相似的構造。為了避免不必要的 重複，僅說明相對第一節段209的區別，除此之外，參照關於第一節段209的說明。相應地， 第二節段210設置有多個第二試劑通道233，用於將第二和第三組試劑R2/R3的試劑供應到 第二試劑配量室234。每個第二試劑通道233均連接到第二試劑器皿(未示出)，第二試劑 器皿容納了用於與液體樣品反應的第二組試劑R2的試劑以及第三組試劑R3的試劑。每個 第二試劑通道233通向第二試劑配量室234並且配備有第二凍融閥219，從而可使得試劑 能夠從第二試劑通道233流到第二試劑配量室234或者阻擋樣品如此流動。第二試劑通道 233的第二凍融閥219定位成鄰近第二試劑通道233通向第二試劑配量室234處的開口。第一節段209的第二主通道213連接到第二節段210的樣品通道215。因此，第一 節段209的反應室220的每個第二反應室埠 222均連接到第二節段210的樣品通道215， 從而樣品和/或樣品/試劑混合物可從第一節段209的反應室220被傳送到第二節段210 的反應室220。第二節段210包括分離的泵214。處理單元3還進一步包括檢測器236，檢測器236是分析單元(未示出)的一部 分，用於檢測反應室220中所含樣品/試劑混合物的反應產物。因此，一個檢測器236用於 分別檢測第一和第二節段209、210的反應室220中的反應產物。第三節段211包括多個混合及寄存室237，這些混合及寄存室237通過第一和第二 混合室埠 241、242分別互連在第一樣品通道部分238和第二樣品通道部分239之間。在 每個混合及寄存室237中，第一混合室埠 241將混合及寄存室237連接到第一樣品通道 部分238，並且第二混合室埠 242將混合及寄存室237連接到第二樣品通道部分239。每 個混合室埠 241、242均設置有第七凍融閥243。多個相對於彼此並行地布置。每個混合及寄存室237均設置有突起252，突起252減小了混合及寄存室237的內直徑並且當執行第 三節段211的泵214產生的正壓或負壓所引起的往複流體運動時適於對流體進行混合。除 此之外，混合及寄存室237可用作流體寄存。第一樣品通道部分238和第二樣品通道部分239通過互連通道240連接，互連通 道240配備有第八凍融閥244，第八凍融閥244鄰近第二樣品通道部分239和互連通道240 之間的交叉點。第一樣品通道部分238通向孔口 248。在孔口 248和泵214之間，第一樣品通道部 分238連接到樣品配量室247，樣品配量室247通過樣品引入件250連接到樣品器皿202。 樣品引入件250配備有第十二凍融閥251，第十二凍融閥251位於樣品引入件250通向樣品 配量室247的開口處。第三節段211的第二樣品通道部分239連接到第一節段209的樣品 通道215，從而混合及寄存室237的第二混合室埠 242連接到第一節段209的樣品通道 215。第二樣品通道部分239設置有第九凍融閥245，第九凍融閥245定位成鄰近第二樣品 通道部分239通向第一節段209的樣品通道215處的開口。樣品配量室247連接到稀釋流體通道(未示出)，用於供應稀釋流體以便對樣品配 量室247中所含的液體進行稀釋。下面，對使用處理單元3的示例性方法進行描述。相應地，通過使用第三節段211 的泵214，將樣品S通過樣品引入件250吸入樣品配量室247中。然後，將樣品傳送到一個 混合及寄存室237。通過執行泵214產生的往復運動，在混合及寄存室237中將樣品與稀 釋流體混合之後，然後經由第二樣品通道部分239將樣品傳送到第一節段209的樣品通道 215。然後，通過使用第一節段209的泵214，將樣品吸入第一節段209的第一試劑配量室 217中。而後，通過一個第一試劑通道218將第一組試劑R1的試劑傳送到第一試劑配量室 217。然後，經由第一主通道212將所獲得的樣品/試劑混合物傳送到一個反應室224中。 樣品/試劑混合物在執行由泵214引起的往復運動的反應室224中被混合。然後，經由第 二主通道213將樣品/試劑混合物傳送到第二節段210的樣品通道215。然後，通過使用第 二節段210的泵214，將樣品/試劑混合物吸入第二試劑配量室234中。而後，通過一個第 二試劑通道233任選地將第二組試劑R2的試劑以及任選地將第三組試劑R3的試劑傳送到 第二試劑配量室234，第二組試劑R2和第三組試劑R3均不同於第一組試劑R1。然後，經由 第一主通道212將所獲得的樣品/試劑混合物傳送到一個反應室224中。然後，樣品/試 劑混合物在執行由第二節段210的泵214引起的往復運動的反應室224中被混合。然後， 利用檢測器236確定混合物的反應產物。基於檢測到的反應產物，利用分析單元(未示出) 對樣品進行分析。本發明相比現有技術具有許多優點，下面列出其中的一些優點在本發明的處理單元中，可使用非濃縮試劑或者具有低濃度的試劑來代替濃縮試 劑(實際上，一些試劑是無法濃縮的)；可將數量比較大(例如數百個)的試劑通道連接到第一和/或第二主通道；不會發生樣品和試劑與液態系統流體的稀釋效應；可靈活地預定試劑和/或樣品的各種體積；使得能夠進行樣品和/或試劑的無氣泡注入(priming)；在根據本發明第一方面的處理單元中，可最小化樣品和/或樣品/試劑混合物的
28遺留效應；在根據本發明第一方面的具有第一和第二試劑通道的處理單元中，可最小化各種 試劑的遺留效應；在根據本發明第一方面的處理單元中，由於對於反應(培養)和檢測使用了一個 反應室，可避免將從一個反應室所獲得的樣品/試劑混合物傳送到另一個反應室時產生的 變化；一個單一的檢測器可用於多個節段的多個反應室；在使用掃描檢測器的情況下，使得能夠進行端點和動態試驗；很少的運動部件，因此避免經常性的維護操作；連接到試劑通道的試劑器皿由開/關閥密封地關閉，這延長了試劑的穩定性(保 存期)；使用分離的泵，可將準備性樣品操作(吸入、稀釋、混合)從樣品分析分開；對於待進行的數個測試，僅需要一個樣品引入件；低成本使得能夠容易地實現處理單元的並行化；寬廣的擴展性；各種部件可共享處理單元基礎結構；處理單元易於小型化(小的樣品體積、小的試劑體積)。
29
權利要求
1.一種用於液體樣品自動處理的微流體處理單元(3)，包括至少一個第一和一個第二主通道(110，111)，連接到用於在其內產生負壓或正壓的泵 (112)；用於供應液體樣品的至少一個樣品通道(114)，可連接到容納所述液體樣品的樣品器 皿(102)，所述樣品通道(114)與所述第一主通道(110)連通並且配備有開/關閥(115)；用於供應一種或多種試劑的一個或多個試劑通道(118，127)，所述試劑通道(118， 127)可連接到容納了用於與所述液體樣品反應的試劑的試劑器皿，每個所述試劑通道 (118，127)與所述第一或第二主通道(110，111)連通並且配備有開/關閥(119，128)；用於進行樣品和試劑反應的至少一個反應室(120)，所述反應室(120)經由至少一個 開/關閥(123)連接到所述第一和第二主通道(110，111)。
2.如權利要求1所述的處理單元(3)，其特徵在於，所述第一主通道(110)在孔口(113)和所述泵(112)之間配備有開/關閥(124)，其中，所述一個或多個試劑通道(118) 與所述第一主通道(110)的孔口側部分(125)連通，並且其中，所述樣品通道(114)與所述 第一主通道(110)的泵側部分(126)連通。
3.如權利要求2所述的處理單元(3)，其特徵在於，所述樣品通道(114)通向所述第 一主通道(110)處的開口定位成鄰近所述第一主通道(110)的所述開/關閥(124)，所述 樣品通道(114)的所述開/關閥(115)定位成鄰近所述第一主通道(110)的所述開/關閥 (124)。
4.如權利要求2或3所述的處理單元(3)，包括用於供應試劑的一個或多個第一試劑通道(118)，所述第一試劑通道(118)可連接到 容納了用於與所述液體樣品反應的試劑的第一試劑器皿，每個所述第一試劑通道(118)與 所述第一主通道(110)的所述孔口側部分(125)連通並且配備有開/關閥(119)；用於供應試劑的一個或多個第二試劑通道(127)，所述第二試劑通道(127)可連接到 容納了用於與所述液體樣品反應的試劑的第二試劑器皿，每個所述第二試劑通道(127)與 所述第二主通道(111)連通並且配備有開/關閥(128)。
5.如權利要求4所述的處理單元(3)，其特徵在於，所述第二主通道(111)配備有對應 於反應室(120)數量的並且與反應室(120)關聯的一個或多個開/關閥(129)，其中，所述 第二主通道(111)的每一個所述開/關閥(129)布置在關聯的反應室(120)通向所述第二 主通道(111)處的開口與所述泵(112)之間。
6.如權利要求5所述的處理單元(3)，其特徵在於，所述第二主通道(111)的每一個 所述開/關閥(129)定位成鄰近所述關聯的反應室(120)的所述開口，其中，所述反應室 (120)經由其連接到所述第二主通道(111)的所述開/關閥(123)定位成鄰近所述第二主 通道(111)的所述開/關閥(129)。
7.如前述權利要求1至6中任一項所述的處理單元(3)，進一步包括另一個泵(130)， 所述另一個泵(130)連接到所述樣品通道(114)以便在其內產生負壓或正壓。
8.如前述權利要求1至7中任一項所述的處理單元(3)，其特徵在於，所述樣品通道(114)經由至少一個開/關閥(135)連接到至少一個混合室(131)，每個所述混合室(131) 設置有適於通過執行往複流體運動來混合流體的混合裝置(132)。
9.如前述權利要求1至8中任一項所述的處理單元(3)，進一步包括用於供應稀釋流體的至少一個稀釋流體通道(136)，所述稀釋流體通道(136)可連接到容納了用於稀釋所 述液體樣品的稀釋流體的稀釋流體器皿，所述稀釋流體通道(136)與所述樣品通道(114) 連通並且配備有開/關閥(137)。
10.一種用於液體樣品自動處理的方法，包括如下步驟提供根據前述權利要求ι至9中任一項所述的處理單元(3)；將一預定體積的試劑吸入所述第一主通道(110)的所述孔口側部分(125)中；將所述液體樣品吸入所述樣品通道(114)中；將一預定體積的所述液體樣品吸入所述第一主通道(110)的所述泵側部分(126)中； 將所述預定體積的液體樣品吸入所述至少一個反應室(120)中； 將所述預定體積的所述試劑吸入所述至少一個反應室(120)中，以產生樣品/試劑混 合物；檢測所述至少一個反應室(120)中容納的所述樣品/試劑混合物的反應產物。
11.一種用於液體樣品自動處理的微流體處理單元(3)，包括至少一組第一和第二節 段(209，210)，所述第一和第二節段中的每一個均包括至少一個第一和一個第二主通道(212，213)，連接到用於在其內產生負壓或正壓的泵 (214)；用於供應所述液體樣品的至少一個樣品通道(215)，與所述第一主通道(212)連通並 且配備有開/關閥(216)；用於供應試劑的一個或多個試劑通道(218，233)，所述試劑通道(218，233)可連接到 容納了用於與所述液體樣品反應的試劑的試劑器皿，每個所述試劑通道(218，233)與所述 第一或第二主通道(212，213)連通並且配備有開/關閥(219)；用於進行樣品和試劑反應的至少一個反應室(220)，所述反應室(220)經由至少一個 開/關閥(223)連接到所述第一和第二主通道(212，213)；其中，所述第一節段(209)的所述第二主通道(213)連接到所述第二節段(210)的所 述樣品通道(215)。
12.如權利要求11所述的處理單元(3)，進一步包括一個第三節段(211)，所述第三節 段(211)包括樣品通道(215)，其包括一個第一樣品通道部分(238)和一個第二樣品通道部分 (239)，連接到用於在其內產生正壓或負壓的泵(214)；一個或多個混合及寄存室(237)，經由至少一個開/關閥(243)連接到所述第一和第二 樣品通道部分(238，239)；所述第一樣品通道部分(238)連接到樣品器皿(202)；其中，所述第三節段(211)的所述第二樣品通道部分(239)連接到所述第一節段(209) 的所述樣品通道(215)。
13.如權利要求11或12所述的處理單元(3)，其特徵在於，所述第一主通道(212)在所 述孔口(226)和所述泵(214)之間配備有開/關閥(225)，其中，所述一個或多個試劑通道 (218)與所述第一主通道(212)的孔口側部分(227)連通，並且其中，所述樣品通道(215) 與所述第一主通道(212)的泵側部分(228)連通。
14.如前述權利要求11至13中任一項所述的處理單元(3)，進一步包括分析單元，所述分析單元包括一個或多個檢測器(236)，用於檢測所述第一和第二節段(209，210)的所 述反應室(220)中所含的反應產物。
15. 一種用於液體樣品自動處理的方法，包括如下步驟 提供根據前述權利要求11至14中任一項所述的處理單元(3)； 將一預定體積的第一試劑吸入所述第一節段(209)的所述第一主通道(212)的所述孔 口側部分(227)中；將一預定體積的所述液體樣品吸入所述第一節段(209)的所述樣品通道(215)中； 將一預定體積的所述液體樣品吸入所述第一節段(209)的所述第一主通道(212)的所 述孔口側部分(227)中；將所述預定體積的試劑吸入所述第一節段(209)的至少一個反應室(220)中； 將所述預定體積的所述液體樣品吸入所述反應室(220)中，以產生樣品/試劑混合物；將所述樣品/試劑混合物從所述第一節段(209)的所述反應室(220)吸到所述第二節 段(210)的至少一個反應室(220)；將一預定體積的第二試劑吸入所述第二節段(210)的所述第一主通道(212)的所述孔 口側部分(227)中；將所述預定體積的第二試劑吸入容納了所述樣品/試劑混合物的所述反應室(220)中；檢測所述反應室(220)中容納的所述樣品/試劑混合物的反應產物。
全文摘要
本發明涉及用於液體樣品處理的處理單元和方法。其中，一種用於液體樣品自動處理的微流體處理單元包括至少一個第一和一個第二主通道，連接到用於在其內產生負壓或正壓的泵；供應液體樣品的至少一個樣品通道，可連接到容納液體樣品的樣品器皿，樣品通道與第一主通道連通且配備有開/關閥；供應一種或多種試劑的一個或多個試劑通道，可連接到容納了與液體樣品反應的試劑的試劑器皿，每個試劑通道與第一或第二主通道連通且配備有開/關閥；用於進行樣品和試劑反應的至少一個反應室，其經由至少一個開/關閥連接到第一和第二主通道。本發明還提供了另一種用於液體樣品自動處理的微流體處理單元以及用於操作這些處理單元的方法。
文檔編號G01N35/02GK101995479SQ20101024922
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月6日 優先權日2009年8月7日
發明者E·烏斯特布魯克, E·薩羅菲姆, J-P·博利格, M·格勞澤爾, M·海因裡希, O·古特曼, R·D·耶吉 申請人:霍夫曼-拉羅奇有限公司