薄膜分層離心裝置及使用其的分析方法

2023-07-07 21:38:41

薄膜分層離心裝置及使用其的分析方法
【專利摘要】本發明涉及一種薄膜分層離心裝置及使用其的分析方法。本發明的實施例的一個示例是薄膜分層離心裝置以及使用該薄膜分層離心裝置的分析方法，其中用來診斷和檢測液體中的少量材料的諸如晶片上實驗室、蛋白質晶片及DNA晶片的裝置集成到可旋轉的薄膜分層主體中。
【專利說明】薄膜分層離心裝置及使用其的分析方法
[0001]本申請是國際申請日為2009年I月21日、國家申請號為200980102692.8、發明名稱為「薄膜分層離心裝置及使用其的分析方法」的發明專利申請的分案申請。
【技術領域】
[0002]本發明的實施例涉及一種薄膜分層離心裝置及使用其的分析方法。更具體地，本發明的實施例涉及一種薄膜分層離心裝置及使用其的分析方法，在該薄膜分層離心裝置中，薄膜旋轉體與諸如晶片上實驗室、蛋白質晶片及DNA晶片的機構集成，這些機構用來診斷和檢測液體中存在的少量材料。
【背景技術】
[0003]一般的用於檢測液體中的少量分析物的臨床診斷和分析機構包括多個樣品布置及自動樣品供給裝置，並具有這樣的結構即其中用於連續或並行地分析大量測試樣品的機構集成在旋轉的薄膜體上以改善分析效率和經濟效益。這樣的用於臨床測試的薄膜分析儀能夠基於生物盤的旋轉產生的離心力利用少量的樣品和試樣精確而自動地進行各種分析。
[0004]考慮薄膜型⑶和DVD，標準的光碟能夠由12cm的聚碳酸酯襯底、反射金屬層和保護層塗覆形成。⑶、DVD和⑶-ROM的格式可以基於IS09660工業標準。聚碳酸酯襯底由光學品質的透明聚碳酸酯製成。標準印製或批量拷貝的CD中的數據層是聚碳酸酯襯底的一部分並且在注射成型中數據通過壓模(stamper)以一系列凹坑的形式印製。在注射成型過程中熔化的聚碳酸酯以高壓注入到模具中，然後被冷卻以得到模具、壓模或其鏡像形式的聚碳酸酯，盤襯底上表示二進位數據的凹坑形成在聚碳酸酯襯底上。壓印母體可以是玻璃。這樣的盤可以改造成用於診斷和檢測液體中的少量材料的薄膜分析儀。在這種情況下，取代凹坑，允許液體流動的通道、存儲緩衝溶液的腔室以及孔或閥可以形成在盤的表面上。
[0005]在下文，其中用來診斷和檢測液體中的少量材料的諸如晶片上實驗室、蛋白質晶片及DNA晶片的生物晶片集成在諸如常規的⑶-ROM或DVD的碟片中的盤，或用來完成生物或化學過程以診斷和檢測液體中的少量材料的盤，被稱為生物盤。
[0006]常規的生物盤可以包括多個腔室以存儲化學過程所需的大量的液相生物及化學材料。生物及化學過程包括從樣品製備試樣、離心分離、DNA擴增、雜交、抗原-抗體反應、混合、清洗等。生物和化學過程可以在生物盤上順序地自動進行，這在本領域是公知的。然而，為了使實際應用成為可能，需要解決與生物盤相關的下列問題。
[0007]對於其中從樣品中提取試樣的離心分離過程，需要在離心分離過程中不洩漏的閥。基於物理移動實現關閉/打開操作的常規閥以這樣的方式進行操作，即球或關閉部件與孔或通道接觸或者球或關閉部件與孔或通道分離，這在本領域是公知的。然而，這些閥不可避免地允許基於物理移動的打開，因而導致不完全的關閉。因此，液體的固有液壓會在離心分離期間引起洩漏。該洩漏妨礙通過離心分離從樣品中提取所需量的試樣，因而導致測定的可靠性和精度變差。因此，需要一種在快速旋轉期間不產生洩漏的離心裝置。
【發明內容】

[0008]因此，本發明的一個方面提供了一種薄膜分層離心裝置以及使用該薄膜分層離心裝置的分析方法，在該薄膜分層離心裝置中薄膜旋轉主體與用來診斷和檢測液體中存在的少量材料的諸如晶片上實驗室、蛋白質晶片及DNA晶片的裝置集成。當試樣通過離心分離從樣品提取時，通過提供具有不引起洩漏的離心裝置的薄膜主體，實施例提供了一種薄膜離心裝置以及使用該薄膜分層離心裝置的分析方法，所述薄膜離心裝置中集成有用於診斷和檢測液體中的材料的生物晶片例如晶片上實驗室、蛋白質晶片及DNA晶片。
[0009]本發明的其它方面將在下面的描述中部分闡述，並且將部分地從該描述中變得明顯，或者可以通過本發明的實踐而習知。
[0010]根據本發明的一個方面，提供了一種薄膜離心裝置，包括:樣品入口，用於注入樣品；樣品腔室，存儲注入到樣品入口的樣品；試樣腔室，存儲離心分離期間從樣品獲得的試樣；殘餘物腔室，存儲離心分離期間產生的殘餘物而不是試樣；瓶頸通道(bottle neckchannel),連接試樣腔室和殘餘物腔室；一個或多個測定點(assay site),其中固定有將要被結合到試樣的捕獲探針並且/或者存儲用於與試樣的生化反應的反應物；廢物腔室，通過清洗工藝收集未結合到捕獲探針的碎片(debris);可旋轉的疏水主體,其中集成樣品入口、樣品腔室、試樣腔室、殘餘物腔室、廢物腔室、瓶頸通道和測定點；一個或多個液體流動裝置，在主體不旋轉時將試樣從試樣腔室轉移到測定點，液體流動裝置選自由親水液體流動泵、腔室泵、紅細胞泵和吸收泵構成的組；以及液體閥，用超親水材料塗覆，以提供將試樣腔室連接到測定點的通路，允許離心分離期間保留在試樣腔室的試樣在主體不旋轉時通過液體流動裝置流動到測定點。
[0011]液體閥具有U形或V形，以在主體停止旋轉時提供將試樣腔室連接到測定點的親水通道，並同時防止在主體旋轉時試樣腔室中的液體轉移到測定點。液體閥的表面用超親水材料處理，在主體旋轉時被捕獲在試樣腔室中的液體在主體停止旋轉時能夠經由通過液體閥的親水液體流動轉移到測定點。在一實施例中，通過使用具有超親水塗覆的U形或V形通道的通道作為液體閥，當主體停止旋轉時試樣腔室中的所有試樣能夠親水流動到測定點。
[0012]在一實施例中，可以確定定量分析所要求的試樣腔室中全部試樣的體積。因此，實施例包括將全部試樣從試樣腔室轉移到測定點。然而，試樣腔室中存在的試樣具有可與血清相比的粘度，由於固有的粘度可以通過U形或V形通道而部分地轉移到測定點。也就是，當主體停止旋轉時，通過U形或V形親水通道，試樣腔室中的僅部分試樣會轉移到測定點，因而使定量分析變得不可能。因此，在一實施例中，為了在主體停止旋轉時將全部試樣從試樣腔室轉移到測定點，可以向試樣腔室中的試樣提供液體流動裝置。
[0013]在一實施例中，使用下面的四種液體流動裝置可以將試樣腔室中的試樣全部轉移到測定點。
[0014]第一，當主體停止旋轉時，在主體旋轉時膨脹的殘餘物腔室恢復，同時產生氣壓。該氣壓可以產生液體驅動力以將全部試樣從試樣腔室轉移到測定點。在下文，基於殘餘物腔室的膨脹和恢復產生的液體流動力的液體流動裝置稱為腔室泵。當主體旋轉時，通過離心力可引起殘餘物腔室的膨脹。根據一實施例，與試樣腔室相比，殘餘物腔室布置得遠離圓周，並存儲比試樣重的材料如紅細胞，殘餘物腔室的上部基材可以在此高速旋轉期間膨脹。殘餘物腔室的上部基材可以是厚度為0.1mm至0.6mm的薄膜,能夠在高速旋轉期間易於膨脹。
[0015]第二，當主體停止旋轉時，在主體旋轉時殘餘物腔室中壓縮的材料(例如，根據一實施例的紅細胞)膨脹，同時產生液體壓力。該液體壓力試樣腔室可以產生液體驅動力以將全部試樣從試樣腔室轉移到測定點。在下文，利用基於殘餘物腔室中的紅細胞的壓縮和膨脹的液體驅動力的液體流動裝置稱為紅細胞泵。當主體旋轉時，通過離心力可以產生殘餘物腔室中的紅細胞的壓縮。
[0016]第三，用於通過U形或V形親水通道吸收已經到達液體閥的端部的試樣的吸收力連續產生液體驅動力來將全部試樣從試樣腔室轉移到測定點或超親水腔室，該U形或V形親水通道包括位於液體閥的端部與測定點的入口之間的吸收墊、樣品墊或或超親水腔室。在下文，利用基於吸收墊或樣品墊的吸收力或超親水腔室的親水吸收力的液體驅動力的液體流動裝置稱為吸收泵。
[0017]第四，通過用超親水材料塗覆U形或V形通道，將試樣從試樣腔室轉移到測定點的親水吸收力能夠產生液體驅動力以將全部試樣從試樣腔室轉移到測定點。在下文，基於從親水吸收力得到的液體驅動力的液體流動裝置稱為親水液體流動。
[0018]在一實施例中，通過將試樣腔室中的全部試樣經由液體流動裝置轉移到測定點，試樣腔室能夠被清空。當全部試樣從試樣腔室經液體閥排出到測定點後，由於瓶頸通道對液體的強毛細作用，液體沒有從殘餘物腔室轉移到液體閥。也就是，瓶頸通道對液體的強毛細作用可以等於液體流動裝置的液體流動力，防止液體進一步轉移到測定點。因此，僅定量的試樣轉移到測定點。
[0019]在一實施例中，腔室泵、紅細胞泵、吸收泵和通過親水液體流動的液體流動裝置還可以利用基於從U形或V形通道獲得的毛細力的液體驅動力。
[0020]在一實施例中，樣品腔室可以用超親水材料塗覆。在一實施例中，超親水塗覆包括親水塗覆。
[0021]在一實施例中，樣品包括各種生物材料，例如血液。此外，試樣包括通過離心分離從樣品取得的物質，例如，從血液取得的血清或血漿。
[0022]在示範性實施例中，這裡使用的術語「血清」旨在包括血清、血漿和白細胞。
[0023]在一實施例中，殘餘物腔室可以是毛細管腔室。當血液被離心分離時，它被分成血清、凝血因子、血漿和紅細胞。凝血因子可以主要是白細胞。因此，當樣品腔室的血液被存儲時，試樣腔室和殘餘物腔室進行離心分離，血清留在試樣腔室而紅細胞留在殘餘物腔室。在這種情況下，當離心分離之後停止旋轉時，紅細胞會與血清再次混合。也就是，為了在離心分離之後僅提取血清，主體應當停止旋轉。在此情況下，紅細胞與血清再次混合，使得難以僅提取純血清。因此，在一實施例中，殘餘物腔室設置為具有較低高度(窄)的毛細管，以基於毛細作用或紅細胞與殘餘物腔室的表面之間的結合力而使紅細胞留在殘餘物腔室中，從而防止紅細胞與血清再次混合。殘餘物腔室的表面與紅細胞之間的結合力基於紅細胞的強粘度。因此，離心分離的紅細胞即使在主體停止旋轉時也不與血清混合，並留在殘餘物腔室中。毛細管腔室的高度可以是例如0.1mm或0.6mm。
[0024]在一實施例中，主體還可以包括清潔腔室以存儲清潔所需的清潔溶液。
[0025]在一實施例中，主體還可以包括混合腔室以混合兩種液體。[0026]在一實施例中，主體還可以包括緩衝腔室，用於存儲稀釋試樣的稀釋緩衝劑或將被連結到試樣中的目標材料的標記。標記可以具有抗體或DNA鏈的彩色顆粒,諸如金或金標液、乳膠或螢光標記、放射性同位素、酶、或酶聯抗體標記。酶可以利用與酶反應的底物溶液(substrate solution)顯色。
[0027]在一實施例中，主體還可以包括底物腔室(substrate chamber)以存儲與酶反應的底物溶液。
[0028]在一實施例中，試樣包括參與生化結合的生物材料，諸如血清、DNA、蛋白質、配位體或受體。
[0029]在一實施例中，薄膜離心裝置還可以包括薄膜柱狀磁體以進行主體中的測定點的方位角方向搜索。替代薄膜柱狀磁體，可以使用薄膜鐵磁金屬顆粒。薄膜柱狀磁體或薄膜鐵磁金屬可以可具有Imm至5mm的直徑和0.1mm至Imm的厚度。
[0030]在一實施例中，瓶頸通道可以由兩個薄膜通道構成。瓶頸通道提供一通路，用於在試樣腔室中的樣品和殘餘物腔室中的樣品通過主體旋轉產生的離心力獨立地離心分離時提供將殘餘物從試樣腔室轉移至殘餘物腔室或將離心分離的分析物從殘餘物腔室轉移至試樣腔室的通路。也就是，瓶頸通道可以提供一通路，允許離心分離期間分離的分析物和殘餘物從試樣腔室轉移至殘餘物腔室。
[0031]在一實施例中，殘餘物腔室沒有出口。也就是，除了瓶頸通道以外，殘餘物腔室沒有通道或出口允許液體流入或漏出。瓶頸通道設置在薄膜通道中，防止主體停止旋轉時殘餘物從殘餘物腔室返回到試樣腔室，並在試樣腔室中保持預定量的試樣。也就是，當主體停止時，薄膜通道構成的瓶頸通道的強毛細作用以及殘餘物腔室中沒有出口使得液體不可能從殘餘物腔室到試樣腔室自由轉移。此外,全部試樣藉由親水液體流動通過液體閥從試樣腔室排出之後，殘餘物腔室中的液體由於瓶頸通道對液體的強毛細作用不轉移至液體閥。也就是，瓶頸通道對液體的強毛細作用等於導致到液體閥的轉移的親水液體流動的力，防止液體進一步轉移至液體閥。
[0032]在一實施例中，親水通道可以利用多孔材料通過表面改性進行處理，或用水基塗料或超親水塗料塗覆。
[0033]在一實施例中，薄膜離心裝置還可以包括主軸電機來旋轉主體。
[0034]根據一實施例的薄膜離心裝置包括安裝在滑動器上的生物光學拾取模塊(BOPM)以及控制BOPM裝置的移動的滑動電機，使得能夠空間尋址所述腔室。雷射束髮生器和永磁體可以安裝在BOPM上，BOPM的坐標可以通過控制滑動電機來移動或控制。雷射束髮生器使用例如光學拾取器件。徑向搜索可以通過控制滑動電機執行。當滑動器停止時，方位角方向搜索通過在控制主軸電機或步進電機的短暫旋轉時旋轉主體至某一程度執行。步進電機可以連接或安裝到用於主體的方位角方向旋轉的主軸電機的軸上的傳動器。
[0035]薄膜離心裝置還可以包括溫度控制裝置以控制腔室的反應溫度。溫度控制裝置可以包括選自包括溫度測量裝置、加熱裝置和冷卻裝置的組的至少一種。加熱裝置包括安裝在滑動器上的雷射束髮生器。冷卻裝置可以利用主體的旋轉進行旋轉冷卻。由於主體旋轉期間腔室表面與空氣的接觸，熱輻射有效地發生。利用連接到設置在主體中的無線RF IC的溫度傳感器，溫度測量裝置可以測量對應腔室的溫度，並將溫度無線發射至外部中央控制裝置。[0036]主體包括旋轉薄膜盤，由上部基材、中間基材和下部基材構成。例如，盤具有120mm、80mm或32mm的直徑，0.6mm至3mm的厚度和圓形形狀。
[0037]液體流動可以通過主體的旋轉力現象產生的離心力或毛細作用進行，或利用超親水塗覆通道進行。
[0038]主體可以選自各種材料諸如塑料、玻璃、矽晶片或疏水材料。然而，塑料是優選的，這是由於經濟效益、可處理性及與常規基於雷射反射的檢測器如⑶-ROM和DVD檢測器的兼容性。襯底由選自包括娃晶片、聚丙烯、聚丙烯酸(polyacylate)、聚乙烯醇、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、環烯烴共聚物(COC)和聚碳酸酯的組的至少一種構成。此外，主體可以用鋁塗覆以防止存儲在腔室中的液體的蒸發。
[0039]主體可由上部基材、中間基材和下部基材構成。這些材料可通過粘合劑粘接至彼此。粘合劑可以從選自包括矽、橡膠、改性矽、丙烯酸類、聚酯和環氧樹脂的組的材料製備。
[0040]主體由上部基材、中間基材和下部基材構成，上部基材、中間基材和下部基材按列出的順序層疊並彼此粘著，主體還包括:第一薄膜粘合劑，將上部基材粘著到中間基材；以及第二薄膜粘合劑，將中間基材粘著到下部基材。薄膜膠帶可以是單面或雙面帶。所述帶通過利用粘合(或膠合)劑表面處理離型紙(release paper)例如紙、乙烯基聚酯膜、聚乙烯膜和其他合成材料的一面或兩面而獲得。根據要求，可以使用表現出諸如良好的密封、緩衝、減震、抗衝擊、抗熱、吸收劑性能或粘合力的屬性的粘合材料。薄膜膠帶可以通過利用粘合劑在襯底的一面薄膜塗覆來製備，所述塗覆通過將單面帶粘著到襯底並從其去除離型紙來進行，或者在襯底的一面印刷分散器、噴射或絲網印刷。也就是，在一實施例中，薄膜膠帶可以利用粘合(或膠合)劑以薄膜形式塗覆在襯底上而沒有使用任何離型紙。
[0041]所述裝置還可以包括:容納在混合腔室中的磁微珠；滑動器，在主體的下部可滑動；以及永磁體，安裝在滑動器上，向磁微珠施加吸引力並因而移動磁微珠，其中磁微珠根據所述滑動器的移動而移動從而導致混合腔室中的液體混合。
[0042]在另一實施例中，所述裝置還可以包括:容納在混合腔室中的磁微珠；滑動器，在主體的下部可滑動；以及永磁體，安裝在滑動器上，向磁微珠施加吸引力並因而移動磁微珠，其中通過將永磁體保持在混合腔室中的相應直徑上並且主體旋轉，根據滑動器的移動來移動磁微珠，由此混合混合腔室中的液體。
[0043]在一實施例中，混合操作可以在執行混合操作的混合腔室的徑向搜索、或徑向搜索和方位角方向搜索之前進行。
[0044]在一實施例中，試樣腔室還可以包括連接到殘餘物腔室的定量通道從而轉移過量液體。
[0045]測定點可以存儲用於生化反應的反應物或包括其上固定捕獲探針的多孔膜。測定點可以包括:多孔膜；固定在多孔膜上的捕獲探針；以陣列設置並固定在襯底上的捕獲探針；形成在襯底上的微孔，或者固定在微孔中的捕獲探針。測定點固定在多孔膜上作為測試線的包括多孔膜和線狀或點狀腫瘤標記物或疾病標記，多孔膜可以是條帶形式，允許橫向流動或流過。多孔膜在一端設置有樣品墊和結合墊(conjugate pad)，在另一端設置有吸收墊。腫瘤標記物或疾病標記可以是AFP、PSA、CEA、CA 19-9, CA125、CA 15-3或阿爾茨海默氏標記物，或者心肌梗塞標記。
[0046]測定點還可以包括用於固定在多孔膜上的參考線和控制線的捕獲探針。參考線的反應濃度可以是截止值。例如，參考線的截止濃度可以是3ng/ml、4ng/ml、10ng/ml、20ng/ml、30ng/ml、40ng/ml或50ng/ml。例如，基於參考線和測試線之間的反應強度的差異可以實現定性或定量分析。例如，基於條帶背景和測試線之間的反應強度的差異可以實現定性或定量分析。例如，通過確定測試線的反應強度可以實現定性或定量分析，其中利用由多個參考線形成的反應強度的線性函數確定測試線的反應強度。通過確定測試線的反應強度可以實現定性或定量分析，其中利用由參考線和控制線形成的反應強度的線性函數確定測試線的反應強度。
[0047]主體可以包括無線RF IC來測量溫度、檢測測定點、存儲和發射測定點檢測結果及進行個人隱私加密。薄膜離心裝置還可包括檢測測定點的反應結果的的檢測器。檢測器可以是包括光源和光電檢測器的分光計。此外，檢測器可以是包括照明器和圖像傳感器(例如(XD、CMOS或CIS傳感器)的光學測量機構。供選地，檢測器可以是包括雷射束設備和光電檢測器的光度測量儀。
[0048]根據一實施例的薄膜分層離心裝置及使用其的分析方法可以應用於用來診斷和檢測液體中的少量生物和/或化學材料的薄膜裝置，諸如晶片上實驗室、蛋白質晶片和DNA晶片。例如，薄膜離心裝置可以集成在諸如常規⑶-ROM或DVD的薄膜盤中。
[0049]根據一實施例的薄膜分層離心裝置及使用其的分析方法可以應用於利用ELISA/CLISA分析方法的晶片上實驗室、利用快速檢測方法的晶片上實驗室；或者診斷和檢測液體中的少量生物和/或化學材料的薄膜裝置，諸如用於引起食物中毒的細菌的測定、殘留抗生素測定、殘留殺蟲劑測定、基因改性食品測試、食品過敏測試、汙染測定或親子鑑定、以及肉的類型和原產地測試的晶片上實驗室。殘留殺蟲劑包括蔬菜或水果中含有的殺蟲劑，例如常用的有機磷和氨基甲酸酯殺蟲劑。
[0050]在一實施例中，生物材料可以是選自DNA、低核苷酸、RNA、PNA、配體、受體、抗體、奶、尿、唾液、頭髮、農作物樣品、肉類樣品、魚類樣品、鳥類樣品、廢水、牲畜樣品、食品樣品、口腔細胞、組織樣品、精液、蛋白質或其他生物材料中的至少一種。
[0051]對於尿測定，薄膜離心裝置可以進行白細胞、血、蛋白質、亞硝酸鹽、pH、比重、葡萄糖、酮、抗壞血酸、尿膽素原和膽紅素測定。
[0052]頭髮測定精確地測量營養和有毒物質的歷史記錄，包括積累在血液或尿測定中的礦物質。頭髮測定精確檢測長期的無機材料的過量和不足，並提供測定有毒重金屬的量的標準，這在本領域是公知的。
[0053]根據本發明的另一方面，提供一種利用薄膜離心裝置的分析方法，所述薄膜離心裝置包括:樣品入口，用於注入樣品；樣品腔室，存儲注入到樣品入口的所述樣品；試樣腔室，存儲離心分離期間從樣品獲得的試樣；殘餘物腔室，存儲離心分離期間產生的殘餘物而不是試樣；瓶頸通道，連接試樣腔室和殘餘物腔室；過量腔室，存儲超過試樣腔室的預定量的試樣；一個或多個測定點，其中固定有將要被結合到所述試樣的捕獲探針並且/或者存儲用於與試樣生化反應的反應物；液體閥，用超親水材料塗覆，液體閥形成在將試樣腔室連接到測定點的通路上；廢物腔室，通過清洗工藝收集未結合到所述捕獲探針的碎片；以及可旋轉的疏水主體，其中集成樣品入口、樣品腔室、試樣腔室、過量腔室、廢物腔室、瓶頸通道和測定點；所述方法包括:通過樣品入口將樣品注入到樣品腔室；基於主體的旋轉產生的離心力將樣品從樣品腔室轉移到試樣腔室和殘餘物腔室並在樣品以超過試樣腔室的預定水平的量存在時將剩餘樣品移動到殘餘物腔室；基於主體的旋轉產生的離心力離心分離樣品腔室和殘餘物腔室中的樣品，同時，通過瓶頸通道將試樣腔室中存在的殘餘物轉移到殘餘物腔室，或者通過瓶頸通道將試樣從殘餘物腔室轉移到試樣腔室；當主體停止旋轉時，將試樣腔室中保留的試樣經液體閥親水流至測定點；以及將測定點中存在的試樣結合到測定點中存在的捕獲探針，或者使試樣與測定點中的反應物進行生化反應。
[0054]分析方法還包括增添清潔溶液來清潔所述測定點，以及乾燥和脫水所述測定點。
[0055]分析方法還包括選自下列的一個或更多操作:搜索測定點；定性或定量分析、測定點的反應結果；允許集成在主體中的無線RF IC檢測測定點來實現無線發射；在計算機監視器上顯示從所述分析獲得的診斷結果；及向通過網際網路連接的醫生遠程發送診斷結果和問題；或者獲得醫生的處方。
[0056]分析方法可以包括通過磁力在所述混合腔室中移動磁微珠而混合所述混合腔室中的液體。
[0057]分析方法還可以包括:搜索並選定從多個測定點中選擇的特定一個；以及檢測該特定測定點的響應。檢測過程可以利用分光計進行。利用分光計檢測測定點可以在通過利用步進電機或連接到其的傳動機構控制所述主體的旋轉角或者通過方位角閥搜索過程、或者通過在主體旋轉期間利用空白溶液腔室藉由空間尋址測定點在主體旋轉期間順序測量各測定點中的光吸收來搜索所述腔室之後執行。
[0058]分光計的光源或光源器件可以是白光LED、RGB雷射器、或其中集成多個雷射二極體(LD)的LD模塊。
[0059]利用分光計檢測測定點可以包括:使來自分光計的光源器件的特定波長的光經過主體中的上部基材、或其中集成有反射層的測定點；以及利用光電檢測器檢測反射層反射的光來測量測定點中的試樣的光吸收。利用分光計檢測測定點可以包括:利用集成在主體中的光電檢測器測量試樣的光吸收以獲得檢測結果，利用集成在主體中的RF IC接收檢測結果從而無線發射該結果。
[0060]清潔過程還可還包括增添清潔溶液至測定點來清潔測定點。清潔過程還可以包括基於旋轉主體引起的離心力來乾燥和脫水測定點。乾燥和脫水過程中形成的殘餘物(碎片)可基於離心力捕集在廢物腔室中。
[0061]在一實施例中，主體可以包括:製備腔室，從由試樣腔室獲得的血清製備DNA或RNA ;擴增腔室，擴增DNA和RNA ；以及斷裂腔室，將擴增的DNA斷裂至預定長度。例如，斷裂腔室中切斷成預定尺寸的DNA被引入到其中以陣列布置了 DNA捕獲探針的測定點並利用具有互補序列的DNA捕獲探針雜交從而產生雙鏈DNA。檢測雜交的各種實施例在本領域是公知的。除了所述腔室以外，薄膜離心裝置還可包括DNA擴增和斷裂工藝所需的腔室。
[0062]在一實施例中，薄膜離心裝置還可以包括薄膜柱狀磁體以進行主體中的擴增腔室或斷裂腔室的空間尋址。
[0063]在一實施例中，薄膜離心裝置還可以包括用於加熱擴增腔室或斷裂腔室的加熱裝置以及對其進行冷卻的冷卻裝置。
[0064]在一實施例中，擴增腔室包括利用聚合酶鏈式反應(PCR)進行熱循環。空間尋址使用加熱裝置的擴增腔室或斷裂腔室可以通過徑向搜索和方位角方向搜索執行。
[0065]分析方法還可以包括:在製備腔室隔離DNA或RNA ;斷裂擴增的DNA至預定長度；以及在DNA的一端標記一標記物。
[0066]DNA擴增過程還可以包括基於主體高速旋轉的旋轉冷卻。
[0067]在一實施例中，斷裂過程還可以包括:在DNA擴增之後將DNAse引入擴增腔室；利用加熱裝置加熱DNAse從而使DNAse減除活性(保溫)；和/或產生單鏈DNA (變性)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0068]從以下結合附圖的對實施例的描述，本發明的上述和/或其它的方面將變得更加明顯並更易於理解，附圖中:
[0069]圖1和圖2是剖視圖和平面圖，示出根據本發明一實施例的薄膜分層離心裝置和控制該裝置的操作的薄膜分層離心裝置驅動器；
[0070]圖3是頂視圖，示出根據本發明一實施例的設置有BOPM和永磁體的滑動器；
[0071]圖4是側視圖，示出根據本發明一實施例的操作和控制圖1的薄膜離心裝置的薄膜分層離心裝置驅動器；
[0072]圖5示出根據本發明一實施例的利用光柵反射鏡的分光計；
[0073]圖6至圖8示出根據本發明一實施例利用薄膜離心裝置上的分光計檢測測定點的方法；
[0074]圖9和圖10示出根據本發明的一實施例在離心分離期間防止液體洩漏的液體閥；
[0075]圖11示出了分步的離心分離過程；
[0076]圖12示出了根據一實施例的瓶頸通道；
[0077]圖13至圖15示出了根據一實施例的條帶，其中腫瘤標記物的各種試樣以線或斑點的形式固定在多孔膜上；
[0078]圖16示出了根據本發明一實施例的薄膜離心裝置，其中多個測定點並行布置在不同扇區以進行晶片上實驗室過程來測定關於單一樣品的各種試樣；
[0079]圖17示出了通過交替重複利用液體閥的親水液體流動過程和通過離心力的液體流動過程，從試樣腔室向緩衝腔室轉移血清的分步過程；
[0080]圖18示出了其中血清通過離心力流動到測定點的狀態，作為與圖17不同的另一實施例；
[0081]圖19至圖22示出了與圖17所示的實施例相比還包括稀釋溶液存儲腔室的薄膜離心裝置的分步過程；以及
[0082]圖23示出了根據本發明一實施例的薄膜分層離心裝置驅動器，從前面裝載或從頂面裝載薄膜離心裝置。
【具體實施方式】
[0083]現在將詳細參照本發明的實施例，其示例在附圖中示出，其中相同的附圖標記始終表示相同的元件。
[0084]圖1和圖2是剖視圖和平面圖，示出根據本發明一實施例的薄膜分層離心裝置和控制該裝置的操作的薄膜分層離心裝置驅動器。
[0085]參照圖1和圖2，薄膜離心裝置可以通過在諸如包括⑶-ROM和DVD的常規盤裝置的薄膜裝置中集成晶片上實驗室來實現。例如，在一實施例中，提供了一種薄膜離心裝置100，其中存儲分析所需的各種緩衝溶液及進行各種化學過程和離心分離的一個或更多腔室130、131a、131b、131c和133、使緩衝溶液能夠轉移的通道92、93和67、測定點132以及液體閥7集成在薄膜盤上；還提供了控制該裝置的操作的薄膜分層離心裝置驅動器100a。
[0086]如圖1所示，附圖標記100表示薄膜離心裝置，其包括主體或基材，該主體或基材通過層疊上部基材1、中間基材2和下部基材3而形成。薄膜離心裝置還包括:通道92、93和67，允許注射成型期間液體在各基材上流動；液體閥7 ;樣品腔室130 ;試樣腔室131a ;殘餘物腔室131b ;過量腔室131c ;測定點132以及廢物腔室133。這些元件彼此緊密地附著以構成薄膜離心裝置100。
[0087]在一實施例中，薄膜離心裝置還可以包括出口 12以釋放將樣品從試樣腔室131a轉移到樣品腔室130產生的氣壓。出口 12可以布置為與離心力的方向相反。在另一實施例中，出口 12和13以及瓶頸通道67可以通過薄膜通道形成。
[0088]在一實施例中，薄膜通道可以通過通道形的薄膜膠帶形成在基材1、2和3之間。即，基材1、2和3通過薄膜膠帶彼此附著以構成薄膜離心裝置100，薄膜通道可以設置在基材之間設置的省略了薄膜帶的區域中。薄膜通道的厚度可以根據薄膜膠帶的厚度而確定。由於薄膜通道的厚度小，可以對液體發生強的毛細作用。在一實施例中，薄膜膠帶的厚度可以是例如0.0Olmm至0.1mm.[0089]在下文，參照圖1和圖2來說明其中樣品是血液的一個實施例。
[0090]附圖標記120表示加入樣品的分配器、滴管、注射器、柳葉刀或樣品注入工具，附圖標記121表示樣品入口，附圖標記170表示盤孔。
[0091]附圖標記130表不存儲從樣品入口注入的血液的樣品腔室。在王體100開始旋轉時，存在於樣品腔室130中的血液通過通道92轉移到試樣腔室131a和殘餘物腔室131b，過量的血液通過定量通道93轉移到過量腔室131c。然後，主體100的旋轉引起的離心力使存儲在試樣腔室131a和殘餘物腔室131b中的血液獨立地離心分離，從而將殘餘物腔室131b和試樣腔室131a中的血液分離成血清和紅細胞。
[0092]附圖標記67表示連接試樣腔室131a和殘餘物腔室131b的瓶頸通道。瓶頸通道67提供一通路，當試樣腔室131a和殘餘物腔室131b中的血液通過主體100的旋轉產生的離心力離心分離時，允許試樣腔室131a中的紅細胞轉移到殘餘物腔室131b中以及殘餘物腔室131b中的血清轉移到試樣腔室131a中。也就是，瓶頸通道67提供了一通路，使血清和紅細胞在離心分離期間能夠從試樣腔室131a自由移動到殘餘物腔室131b。如圖1所示，與試樣腔室131a相比，殘餘物腔室131b布置為靠近主體的外周。因此，由於血清和紅細胞通過瓶頸通道67移動的結果，紅細胞收集在殘餘物腔室131b中，血清收集在試樣腔室131a中。
[0093]瓶頸通道67可以由兩個薄膜通道構成，用於在離心分離期間收集血清和紅細胞。對於這樣的由兩個薄膜通道構成的瓶頸通道67，殘餘物腔室131b不需要設置有另外的出口。也就是，通過主體100的旋轉期間產生的離心力，試樣腔室131a的出口 13還用作殘餘物腔室131b的出口。然而，當主體100不旋轉時，由於沒有離心力，試樣腔室131a的出口13不能用作殘餘物腔室131b的出口。
[0094]儘管血液離心分離得很好，但是當主體停止旋轉時，紅細胞會與血清再次混合。也就是，為了在離心分離之後僅選擇性地提取血清，主體100應當停止旋轉。這時，紅細胞與血清再次混合，使得難以僅提取純血清。為了防止該問題，首先，試樣腔室131a與殘餘物腔室131b隔離；其次，瓶頸通道67插設在試樣腔室131a與殘餘物腔室131b之間以防止液體在其間轉移；第三，殘餘物腔室131b以具有較低高度(窄)的毛細管的形式設置，以允許血紅細胞由於殘餘物腔室131b的固有毛細作用或殘餘物腔室131b的表面與紅細胞之間的結合力而留在殘餘物腔室131b中，從而防止紅細胞與試樣腔室131a中的血清混合。殘餘物腔室131b的表面與紅細胞之間的結合力來自紅細胞的強粘度。當殘餘物腔室131b為毛細管的形式時，離心分離的紅細胞即使在主體不旋轉時也不與血清混合，並留在殘餘物腔室131b的表面。因此，試樣腔室131a中的血清即使在主體不旋轉時也不與紅細胞混合併保持其狀態。
[0095]在一實施例中，過量腔室131c通過主體100的旋轉產生的離心力將剩餘(過量)的血液經由定量通道93轉移到過量腔室131c。根據定量通道93的厚度控制，可以確定留在試樣腔室131a中的血液(或血清)的量。通過主體100的旋轉產生的離心力，高於定量通道93的厚度的血液可經由定量通道93轉移到過量腔室131c。
[0096]附圖標記290a是製造和組裝薄膜離心裝置100所需的用於對準的基孔。基孔290a插入設置在夾具中的固定物。
[0097]附圖標記132表示測定點，其中固定用於結合(例如，特定生物結合)到試樣腔室131a中的血清的捕獲探針，並且/或者存儲用於與試樣反應(例如，生化反應)的試劑。
[0098]附圖標記41表示多孔膜或條帶，其上固定測定點132中設置的捕獲探針。附圖標記13是設置在測定點132中的出口，其在主體100快速旋轉時產生氣流從而促進條帶41的乾燥。清洗之前，條帶41被乾燥從而促進清洗期間條帶上的清洗液的擴散並且清洗由於擴散力而引起的產生背景噪聲的成分。
[0099]當主體100停止旋轉時，基於親水液體流動，在離心分離期間捕集在試樣腔室131a中的血清可以通過液體閥7轉移到測定點132。
[0100]附圖標記133表示用於收集清洗產生的碎片的廢物腔室。也就是，在主體100快速旋轉期間沒有結合到測定點132的捕獲探針的碎片通過通道94捕集在廢物腔室133中。
[0101]附圖標記211表示配置有永磁體5a的滑動器，該滑動器連接到用於操作控制的滑動電機109。
[0102]液體的流動是通過從主體的旋轉力獲得的離心力或者通道的超親水塗覆來實現。
[0103]附圖標記291表示用於對測定點132空間尋址的薄膜柱狀磁體。
[0104]附圖標記103a表示讀取常規光碟(例如⑶或DVD)的光學拾取裝置，附圖標記130b是用於定量或定性分析測定點132的檢測裝置，其可以是光傳輸測量機構、螢光檢測裝置、圖像傳感器、分光光度計或表面等離子體諧振(SPR)檢測裝置，光學拾取裝置103a和測定點檢測裝置103b構成生物光學拾取模塊(BOPM)裝置103。螢光檢測裝置和SPR檢測裝置的各種實施例在本領域是公知的。
[0105]在一實施例中，用於空間尋址測定點132的薄膜離心裝置包括配置在滑塊211上的生物光學拾取模塊(BOPM)裝置103以及控制BOPM裝置103的移動的滑動電機109。永磁體5a安裝在滑動器211上，從而吸引薄膜柱狀磁體291，BOPM裝置的座標移動能夠通過控制滑動電機109來控制。對測定點132的空間尋址可以通過徑向和方位角方向的搜索來實現。
[0106]徑向和方位角方向的搜索的一個實施例如下。徑向搜索是沿徑向移動永磁體5a的過程，這通過在薄膜柱狀磁體291的對應直徑上在滑動器211上移動永磁體5a執行。然後，方位角方向搜索要求在對應直徑上使永磁體5a與薄膜柱狀磁體291重疊。方位角方向搜索在滑動器211停止時，通過緩慢旋轉主軸馬達102或者重複操作主軸馬達的短暫旋轉和停止來執行。在主軸馬達的緩慢旋轉或者幾個短暫旋轉期間，滑塊211上的永磁體5a對應於位於對應直徑上的薄膜柱狀磁體291，由於其間的強吸引力，主體100不能被緩慢或短暫的旋轉轉動。在此情形下，永磁體5a和薄膜柱狀磁體291對準。
[0107]此外，在另一實施例中，方位角方向搜索可以通過控制步進馬達的旋轉來執行，在需要方位角方向搜索時步進馬達機械地連接到主軸馬達102的軸。步進馬達的旋轉能夠控制主軸馬達102的旋轉角度。
[0108]附圖標記116b表示連接滑動器211上的B0PM103所需的控制信號的柔性電纜，其通過晶片或配線116a連接到中央控制裝置101。
[0109]附圖標記181是轉臺，其上放置薄膜離心裝置100，並且薄膜離心裝置100通過主體的中心孔170設置在轉臺前面或頂上。附圖標記188表示提供有存儲器的無線RF IC或電子標籤器件，其包括用於晶片上實驗室處理的協議、測定點132的檢測結果、分析算法、用於檢測的標準控制值、以及測定點132的位置信息、與生物信息學相關的信息以及與自診斷相關的信息。另外，提供有存儲器的無線RF IC或電子標籤器件可以存儲個人隱私加密信息以及薄膜離心裝置的標識(ID)，從而防止未經允許的其他使用。無線RF IC188包括智能IC卡。無線RF IC188的信息通過無線發射/接收提供給中央控制裝置101，並可以由此用於個人隱私加密。附圖標記110表示向無線RF IC188提供功率的無線電波發生器。由無線電波發生器110產生的交變磁場根據弗萊明法則感應無線RF IC188中設置的感應線圈，從而產生足夠量的電並供應給無線RF IClSS0無線電波發生器設置有多極永磁體從而基於主體100的旋轉產生的交變磁場在設置於無線RF IC188中的感應線圈上產生電。在一實施例中，多極永磁體可以沿圓周布置在託盤上以負載主體100。
[0110]對於根據一實施例的薄膜離心裝置，無線RF IC188執行溫度測量來檢測測定點132的溫度並將該溫度無線發射到中央控制裝置101。當溫度過高或過低時，測定點132能夠利用加熱或冷卻機構而保持恆定溫度。在一實施例中，在與試樣反應時，測定點132的溫度在30至37度的範圍內，例如其中考慮了生化活性和穩定性。
[0111]對於根據一實施例的薄膜離心裝置，無線RF IC188可以包括信息諸如根據薄膜離心裝置的殘留殺蟲劑和抗生檢測的檢測日期和檢測結果、有效期間、農業和畜牧業地區、生產和飼養(養殖)歷史、分銷歷史、農場主的聯繫信息、價格和有機產品。利用該信息，消費者及農業和畜牧業分銷企業可以容易地購買農作物和牲畜產品。普通消費者能夠通過將薄膜離心裝置100接近RF IC檢測器或者將薄膜離心裝置100裝載到薄膜離心驅動器IOOa上來獲得息。
[0112]對於根據一實施例的薄膜離心裝置，無線RF IC188能夠將薄膜離心裝置的檢測結果存儲在其中提供的存儲器中。
[0113]對於根據一實施例的薄膜離心裝置，無線RF IC188控制測定點的檢測器件，並將由此得到的結果無線發射到中央控制裝置101或存儲裝置112或輸入/輸出裝置111。[0114]對於根據一實施例的薄膜離心裝置，輸入/輸出裝置可以是通用串行總線(USB)或IEEE1394或ATAPI或SCSI或具有網際網路通信標準的裝置。另外，薄膜離心裝置100的使用者信息例如身高、體重、性別和年齡能夠通過輸入/輸出裝置111輸入。
[0115]根據一實施例，圖2示出了設置在液體閥7的端點和測定點132之間的吸收泵，經過U或V形親水通道7，通過吸收試樣腔室131a中的血清的吸收力，樣品墊41a或吸收墊41b將試樣腔室131a中的血清轉移到測定點132。試樣腔室131a能夠通過將試樣腔室131a中的血清經由吸收泵轉移到測定點132而清空。當存在於試樣腔室131a中的試樣通過液體閥7排出到測定點132之後，殘餘物腔室131b中的液體由於瓶頸通道67的強毛細作用不轉移到液體閥7。也就是，瓶頸通道67對液體的強毛細作用等於吸收泵的液體移動力，液體不轉移到測定點132。附圖標記41b表示吸收墊，附圖標記41a表示樣品墊和結合墊，這些墊連接到多孔膜41c的端部。
[0116]圖3是頂視圖，不出根據本發明一實施例的設置有B0PM103和永磁體5a的滑塊。滑動器的移動能夠通過連接到滑動電機109的軸的渦輪連接器109a和109b來控制。滑塊可以利用滑臂108a和108b作為導向器來滑動。滑臂108a和108b通過螺釘110a、110b、IlOc和IlOd接合到薄膜分層離心裝置的機身(100a，示於圖1)。附圖標記116b表示柔性電纜，其通過晶片或配線116a連接。附圖標記181表示通過主軸馬達(102，示於圖1)旋轉的轉臺。
[0117]圖4是側視圖，示出根據本發明一實施例的操作和控制圖1的薄膜離心裝置100的薄膜分層離心裝置驅動器100a。附圖標記300表示支承薄膜分層離心裝置驅動器IOOa的機身。電路基板140連續地在薄膜分層離心裝置驅動器之下接合在薄膜分層離心裝置驅動器的機身300中，用於控制薄膜分層離心裝置驅動器IOOa的中央控制裝置101、存儲裝置112和輸入/輸出裝置111布置在電路基板140上。中央控制裝置101控制主軸馬達102旋轉並制動薄膜離心裝置100，通過控制滑動馬達109來控制布置在滑動器211上的生物光學拾取模塊(BOPM)的移動，並移動永磁體5a以空間尋址薄膜離心裝置100的測定點132。永磁體5a能夠有效地將電場轉移到薄膜型柱狀磁體(291，見圖1)。此外，中央控制裝置101決定裝載在薄膜分層離心裝置驅動器IOOa上的盤是常規光碟(例如音樂⑶、⑶-R以及遊戲CD/DVD)還是薄膜離心裝置100。當盤是常規光碟時，裝置101把盤上讀出的信息從光學拾取裝置(103a，見圖3 )傳送到存儲裝置112或輸入/輸出裝置111，傳送將被寫到光學拾取裝置(103a，見圖3)的數據，或進行光碟的常規操作例如提供讀和寫所需的各種控制信號到各個元件。
[0118]在一實施例中，在裝載薄膜離心裝置時，薄膜離心裝置100的固有ID通過薄膜分層離心裝置驅動器上的無線RF IC188無線發射到中央控制裝置101以通知中央控制裝置101這樣的事實:裝載在薄膜分層離心裝置驅動器IOOa上的盤是薄膜離心裝置。
[0119]在一實施例中，與測定點132相關的檢測結果通過設置在薄膜離心裝置100上的無線RF IC188經由無線通信傳送到中央控制裝置101、存儲裝置112或輸入/輸出裝置
111。與測定點132相關的檢測可以通過將由布置在電路基板140上的圖像傳感器144獲得的與測定點132相關的圖像信息傳送到中央控制裝置101或存儲裝置112或輸入/輸出裝置111來進行。附圖標記104是裝載在盤孔上的薄膜離心裝置100的壓縮器件，其通過基於磁場的吸引力與轉臺181 —起進行壓縮並設計為允許垂直移動和無負載旋轉。[0120]附圖標記144a表示照射圖像傳感器的一個或多個發光二極體(LED)，圖像傳感器144或LED144a安裝在滑塊211上或配置在測定點132之上或之下。在一實施例中，LED包括發射各種波長的光的多色LED，這能夠將測定點132的反應強度作為在各種波長照射下由顏色強度表示的圖像信息來獲得，並能夠基于波長與顏色強度的二維相關(2-dimensionalcorrelation)進行測定點132的響應結果的定量或定性分析。多色LED包括R、G、B的LED。附圖標記107表示雷射束髮生器，用於激勵測定點中的螢光標記的試樣。在此情形下，圖像傳感器144使得與測定點相關的圖像信息能夠被獲得。附圖標記108表示分光光度計，其輸出多個光波長來測量測定點的光透射或光吸收並測量各波長的光透射或光吸收以檢測測定點132的反應結果。分光計通常包括光源、波長選擇器、試樣皿(試管或測定點132)以及光電探測器，這在本領域是公知的。在利用光透射率為100% (光吸收率為0%)的空白溶液校準之後，分光計測量測定點的試樣溶液的光吸收率。光源應當均勻地發射試樣分析所需的足夠的光能。本發明中可用的光源的示例包括鎢絲燈、氫燈或氘燈、白光LED以及雷射。在一實施例中，光源可以是其中集成了白光LED或RGB雷射器或多個雷射二極體(LD)的LD模塊。RGB雷射器是包括發射紅、綠和藍光的三個雷射器的模塊器件。組合這些雷射器的各種功率能夠產生試樣分析所需的各種波長的光。LD模塊是具有不同波長的多個雷射二極體(LD)的模塊。根據LD模塊,在依次開啟用於輸出相應波長的光的LD時,測量試樣在相應的光波長的光吸收率。對於分光計，重要的是從光源發射的光來獲得輻射的具體波長。單色輻射是理想的，但在實踐中這是非常困難的。因此，對於顯示出預定範圍的波長分布的光，單色化水平能夠通過規定頻譜帶寬來表示。測量的靈敏度和解析度與從光源發射的光和單波長的接近度成比例。所需光波長能夠利用波長選擇器獲得，波長選擇器可以是濾波器或光柵反射鏡或其組合。光柵反射鏡作為稜鏡以分配並反射各種波長的入射光。
[0121]圖5示出根據本發明一實施例的利用光柵反射鏡的分光計(108，見圖4)。
[0122]如圖5所示，光源40發射的白光穿過透鏡42會聚成束，並經過第一 H縫和V縫45a產生點波束。當點波束入射在光柵反射鏡43上時，從光柵反射鏡43反射的光在拓撲空間中分成不同的波長。為了從由光柵反射鏡43反射並在拓撲空間中分開的光收集特定的波長，以特定角度設置第二 H縫和V縫45b。在此情形下，經過第二 H縫和V縫45b的光的波長能夠通過轉動光柵反射鏡43而改變。也就是，所需的特定波長的光能夠通過控制光柵反射鏡43的旋轉角而得到。
[0123]這樣獲得的特定波長的光通過測定點132之後，光電檢測器46測量分析點中的試樣的光吸收、光透射或顏色強度以進行測定點的試樣的反應結果的定性或定量分析。定性或定量分析試樣的反應結果的方法包括端點法、速率法、初始速率法等，這在本領域是公知的。
[0124]附圖標記40表示分光計108的光源，波長選擇器包括控制光柵反射鏡43的旋轉角的步進馬達44、會聚光源產生的光的透鏡42和將會聚的光束轉換成點光束的第一 H縫和V縫45a、將點光束分成各種波長的光柵反射鏡43、以及僅通過從光柵反射鏡43反射的特定角度的光束(即，特定波長的光)的第二 H縫和V縫45b。通過光源40和波長選擇器所得到的特定波長的光經過測定點132，存在於測定點中的試樣的光吸收利用光電檢測器46進行測量從而定性或定量地分析試樣的反應結果。測定點中試樣的光吸收能夠在旋轉步進馬達44時使各種波長的光通過測定點132而在各種波長測量。[0125]在一實施例中，可以使用光纖替代第一 H縫和V縫或第二 H縫和V縫。
[0126]下面，在一實施例中，光源、透鏡、第一 H縫和V縫或第一光纖45a、光柵反射鏡43、第二 H縫和V縫45b或第二光纖的各種組合之一將被稱為光源器件99a。LD模塊和RGB雷射器模塊可以單獨構成光源器件99a。在這種情況下，光源99a可以被簡化。
[0127]圖6至圖8示出根據本發明一實施例利用薄膜離心裝置100上的分光計108檢測測定點132的方法。附圖標記555表示檢測光電檢測器46的透明開口。
[0128]如圖6所示，分光計108的光電檢測器46布置在薄膜離心裝置100上，光源器件99a設置在薄膜離心裝置100下方。在薄膜離心裝置100中沿圓周方向布置的多個測定點132利用分光計108 (調節其中的光源器件99a和光電檢測器46)來檢測。在這種情況下，隨著薄膜離心裝置100旋轉，光電檢測器108和薄膜離心裝置100中沿圓周方向設置的每個測定點132之間產生一一對應關係，從而實現空間尋址和檢測。在利用空白溶液校準器件使得光透射率達到100% (光吸收率為O)之後，利用分光計108對多個測定點中的試樣溶液進行光吸收率的測量。在一實施例中，一個或多個測定點可以包括用於校準的空白溶液腔室。
[0129]由圖7的左圖可見，反射層99b集成在薄膜離心裝置100中的上部基材I或測定點中，且布置了分光計108，在分光計108中，光源器件99a和光電檢測器46在薄膜離心裝置100的下側調整。由光源器件99a得到的特定波長的光經過測定點132並且光電檢測器46測量從反射層99b反射的光，從而測量測定點中試樣的光吸收率。
[0130]圖7的右圖示出了光電檢測器46集成在薄膜離心裝置100的測定點132中的情形。在這種情況下，光電檢測器46布置為使得它們與多個測定點132—一對應。當光電檢測器46集成在薄膜離心裝置100中時，光路縮短，光電檢測器46的接收靈敏度提高並且靈敏度得到改善。集成在薄膜離心裝置100中的光電探測器46的檢測結果通過無線RF IC188讀出，然後被無線發射到中央控制裝置(101，見圖1)。
[0131]如圖8所示，圖7的左圖所示的反射層99b集成在上部基材I中，多個測定點(132，見圖7)沿薄膜離心裝置100的圓周方向布置。分光計108 —一對應於薄膜離心裝置100中沿圓周方向設置的每個測定點，從而通過空間尋址實現順序檢測。這種情況下，光源器件99a發射適於各測定點132中的試樣的波長的光以測量光吸收。在一實施例中，通過將分光計108安裝在滑動器211上進行的徑向方向搜索和方位角方向搜索而對測定點的空間尋址可以在利用分光計108順序檢測測定點132之前進行。圖像傳感器包括用於檢測像素單元中的光量的線圖像傳感器、CCD和CMOS。在一實施例中，線圖像傳感器包括線性傳感器陣列或接觸圖像傳感器(CIS)。在一實施例中，包括圖像傳感器的B0PM103能夠移動滑動器211以獲得測定點的圖像信息。在檢測測定點之前，可以執行通過將分光計108安裝在滑動器211上進行的通過徑向方向搜索和方位角方向搜索實現的對測定點的空間尋址。
[0132]圖9和圖10示出根據本發明一實施例的用於在離心分離期間防止液體洩漏的液體閥。液體閥7防止在主體100高速旋轉時血清通過V形或U形通道7轉移到測定點132。此外，圖9和圖10是液體閥7的詳細視圖。液體閥7大致地分成兩部分，即向內通道7a和向外通道7b。向內通道7a指的是朝向主體的中心(與離心力方向相反)延伸的通道，向外通道7b指的是朝向離心力方向延伸的通道。液體閥7的操作如下。當主體100高速旋轉時，從試樣腔室131a洩漏的液體首先填充在向內通道7a中。一旦洩漏的液體填滿向內通道7a，離心力沿徑向方向作用到容納在向內通道7a中的液體，從而防止液體從試樣腔室131a的進一步洩漏。另外，洩漏的液體被離心力收回到試樣腔室131a中。也就是，當液體在主體100高速旋轉情況下從試樣腔室131a洩漏時，由於液體從試樣腔室131a進一步洩漏的力與固有地作用在已經洩漏的液體上的離心力相等，能夠防止液體的進一步洩漏。該基於作用在洩漏液體上的離心力來防止液體洩漏在本發明的一實施例中稱為液體閥操作。
[0133]在一實施例中，試樣腔室131a還可以在其出口處設置有液體閥以防止液體在離心分離期間洩漏。
[0134]在一實施例中，液體閥包括通過V形或U形通道或超親水塗覆的通道實現的液體閥，從而操作液體閥。
[0135]圖11是示出圖2的薄膜離心裝置100的試樣腔室131a和殘餘物腔室131b的圖像，用於說明離心分離過程。
[0136]圖11示出了分步的過程，其中通過主體100的旋轉從樣品腔室130轉移到試樣腔室131a和殘餘物腔室131b的血液通過離心分離被分成血清和紅細胞。在步驟1，在主體100開始旋轉期間，血液從樣品腔室130轉移到試樣腔室131a和殘餘物腔室131b，高度高於定量通道93的高度的血液通過離心力移動到過量腔室131c。此外，血液不能通過液體閥7移動到測定點132，因而保留在試樣腔室131a中。步驟2是離心分離的中間狀態，其中存在於試樣腔室131a中的血液和存在於殘餘物腔室131b中的血液基於主體的旋轉引起的離心力獨立地離心分離，因而分成血清和紅細胞。主體的旋轉引起的離心力導致試樣腔室131a和殘餘物腔室131b中的血液獨立的離心分離，允許試樣腔室131a中的紅細胞通過瓶頸通道67移動到殘餘物腔室131b。此外，離心分離在殘餘物腔室131b中的血清通過瓶頸通道67移動到試樣腔室131a。也就是，瓶頸通道67提供了一通路，使得在離心分離期間分離的血清和紅細胞能夠從試樣腔室131a到殘餘物腔室131b順利移動。與試樣腔室131a相t匕，殘餘物腔室131b布置得更靠近圓周。因此，由於離心分離的結果，紅細胞收集在殘餘物腔室131b中，血清收集在試樣腔室131a中。步驟3顯示了作為步驟2的結果的其中在離心分離之後紅細胞收集在殘餘物腔室131b中並且血清收集在試樣腔室131a中的狀態。在步驟4中，當主體100在離心分離之後不旋轉時，試樣腔室131a中的血清親水流經液體閥7至測定點132。在步驟5中，僅預定量的試樣腔室131a中的血清移動到測定點132。也就是，僅預定量的血清移動到測定點132，存在於瓶頸通道67和殘餘物腔室131b中的液體不移動到測定點132，而是保持在原處。移動到測定點132的血清的量由存儲在試樣腔室131a中的血清的量決定。
[0137]這個現象是由於下面的五個原因。
[0138]瓶頸通道67用作薄膜通道，當主體不旋轉時發生強毛細作用，位於殘餘物腔室131b中的液體不通過瓶頸通道67移動到試樣腔室131a。因此，能夠防止紅細胞從殘餘物腔室131b轉移到試樣腔室131a。殘餘物腔室131b以毛細管腔室的形式設置，因此存儲在其中的紅細胞不能輕易排出。殘餘物腔室131b的表面和紅細胞之間的結合力防止紅細胞從殘餘物腔室131b輕易逃脫。當主體100不旋轉時，瓶頸通道67被粘滯的血清阻塞，從而使得存儲在殘餘物腔室131b中的紅細胞難以移動。殘餘物腔室131b沒有出口，因而使得存儲於其中的紅細胞難以移動。
[0139]圖12示出了根據一實施例的瓶頸通道67。該詳細視圖示出了瓶頸通道67的基於連接附圖標記67a和67b的基線的截面面。
[0140]瓶頸通道67由兩個薄膜通道構成，這兩個薄膜通道由將上部基材I接合到中間基材2的第一薄膜膠帶Ia以及將中間基材2接合到下部基材3的第二薄膜膠帶2a形成。由這兩個薄膜通道形成的瓶頸通道67提供了通路，使得在離心分離期間紅細胞能夠容易地從試樣腔室131a轉移到殘餘物腔室131b，或者血清能夠容易地從殘餘物腔室131b轉移到試樣腔室131a。也就是，瓶頸通道67在主體不旋轉時用作防止液體轉移的瓶頸通道並在離心分離期間用作血清和紅細胞的通路。
[0141]圖13至圖15示出了根據一實施例的條帶，其中各種腫瘤標記物以線或斑點的形式固定在多孔膜上。在下文，各腫瘤標記物線或斑點中的每個稱為測試線。
[0142]附圖標記41a是結合墊、樣品墊或其組合，附圖標記41b是吸收墊。附圖標記41c是多孔膜。金標液(gold conjugate)、酶聯抗體(enzyme linked antibody)或諸如突光標記物的標記可以以凍幹的形式沉積在結合墊上。捕獲探針(例如，捕獲抗體)能夠固定腫瘤標記物。腫瘤標記物可以選自包括AFP、PSA、CEA、CA19-9、CA125和A15-3的組。捕獲抗體能夠固定穀氨醯氨合成酶(GS),其是一種用於阿爾茨海默氏病(Alzheimer』 s)的特定標記物。所述捕獲能夠固定心肌梗塞抗體標記物，諸如肌紅蛋白、CK-MB和肌鈣蛋白I (Tnl)。
[0143]在一實施例中，測試線可以應用於使用免疫色譜法的響應測試，在測試線中用於AIDS、心肌梗塞、殘留抗生素、殘留殺蟲劑、過敏和乳癌測試的一個或多個標記物或捕獲探針固定在多孔膜41c上。免疫色譜法是這樣一種測試方法，其中免疫化學與色譜驗定法結合，其利用抗體對抗原的特定免疫反應、膠體金顆粒的顯色性和流動性、以及分子通過毛細現象在多孔膜上的轉移。免疫色譜法是方便而快速的一步方法，執行的過程包括常規多步免疫分析方法中包括的樣品稀釋、清潔和基於酶複合物與底物的反應的顯色(生色作用)。此外，該方法能夠容易地檢測測試結果而不使用任何特定機構，因此具有容易、高經濟效益和測試結果的快速檢測的優點。除了腫瘤標記物以外，捕獲抗體還能夠固定用於參考的抗體和控制線。可以存在多個參考線。參考線的反應濃度可以是截止值從而能夠容易檢測陰性或陽性反應。例如，參考線的截止值可以選自3ng/ml、4ng/ml、10ng/ml、20ng/ml、30ng/ml、40ng/ml 和 50ng/mlo
[0144]在一實施例中，測試線包括基於參考線和測試線之間的反應強度的差異的定性或定量分析。
[0145]在一實施例中，測試線包括基於背景和測試線之間的反應強度的差異的定性或定量分析。
[0146]在一實施例中，測試線包括通過確定測試線的反應強度進行的定性或定量分析，其中通過由多個參考線形成的反應強度的線性函數確定測試線的反應強度。
[0147]在一實施例中，測試線包括通過確定測試線的反應強度進行的定性或定量分析，其中通過由參考線和控制線形成的反應強度的線性函數確定測試線的反應強度。
[0148]在一實施例中，用於捕獲自由PSA的抗體固定在參考線上，用於捕獲總量PSA的抗體固定在測試線上，從而計算自由PSA的百分比(fPSA%)。fPSA (%)能夠計算為總量PSA與自由PSA之比。總量PSA與自由PSA的細節在本領域中是公知的。此外，自由PSA可以固定在測試線上，而總量PSA可以固定在參考線上。在另一實施例中，用於捕獲自由PSA的抗體固定在參考線上，用於捕獲ProPSA的抗體固定在測試線上，從而計算proPSA的百分比(%proPSA)。proPSA(%)可以由自由PSA與proPSA之比獲得。proPSA的細節在本領域中是公知的。供選地，proPSA可以固定在參考線上，自由PSA可以固定在測試線上。此外，％fPSA和％proPSA能夠通過將自由PSA、proPSA和總量PSA固定在一個多孔膜上而同時計算。
[0149]在一實施例中，反應強度能夠從在使用各種波長的LED照射下由顏色強度表示的圖像信息獲得。測定點132的反應結果能夠基於各種波長和顏色強度之間的二次關係來定量或定性分析。參考線在試樣擴散到吸收墊41b中時顯示陽性反應並且可以用於使用條帶的測試的有效性。當參考線是陽性時，測試結果認為是有效的。多孔膜41c可以以流入或橫向流動的方式使用，這在本領域是公知的。試樣或清潔溶液可以注入到樣品墊41a中。流入型多孔膜可以利用條帶，其中各種腫瘤標記物、疾病標記物或抗體固定在多孔膜41c上。當試樣注入樣品墊41a中時，被樣品墊41a吸收的試樣通過毛細現象擴散到整個多孔膜41c，因而特定地生化結合到捕獲抗體。用於促進擴散的吸收墊41b可以布置在多孔膜41c的端部。此外，結合墊可以連接到樣品墊。在這種情況下，注入到樣品墊的液體試樣連結到金標液，結合墊上的酶聯抗體或螢光材料以及這樣獲得的複合物擴散到多孔膜41c中。當清潔溶液注入到樣品墊41a中時，吸收在樣品墊41a上的清潔溶液通過毛細作用擴散到多孔膜41c中以清除沒有結合到捕獲抗體或非特定地結合到捕獲抗體的材料，從而從多孔膜41c去除背景噪聲。
[0150]在一實施例中，測定點132可以通過將條帶41連接到液體閥7的端部和樣品墊41a的一部分而固定。
[0151]在一實施例中，使用圖像傳感器144檢測測定點132包括用不透明材料處理處理上部基材I或用不透明塗料塗覆上部基材I從而防止照射導致的光散射以及對底物的破壞引起的噪聲。在這種情況下，例如，上部基材的透明度可以為20%至50%。
[0152]圖16示出了根據本發明一實施例的薄膜離心裝置，其中多個測定點132並行布置在不同扇區上以相對於單一樣品進行各種試樣的測定，例如，晶片上實驗室所需的測定生化反應的過程。
[0153]這裡使用的術語「生化反應測定」包括例如對血液中GOT、GPT、ALP、LDH、GGT、CPK、
澱粉酶、T蛋白質、清蛋白、葡萄糖、T膽固醇、甘油三酸酯、T膽紅素、D膽紅素、BUN、肌酸酐、I磷、鈣以及尿酸的測定。
[0154]附圖標記132a、132b、132c和132d是測定點，用作進行生化反應的腔室，其存儲試樣以分析和診斷生化反應及其結果並與從試樣腔室131a提供的血清進行生化反應。附圖標記7表示在血液離心分離期間防止液體洩露的液體閥。
[0155]附圖標記290a表示基孔，附圖標記131c表示過量腔室。附圖標記154a、154b、154c和154d表示薄膜閥。附圖標記13a、13b、13c、13d和14表示出口。
[0156]在主體100旋轉期間，存儲在樣品腔室130中的血液被離心分離。結果，血清存儲在試樣腔室131a中，紅細胞存儲在殘餘物腔室131b中。定量腔室140a、140b、140c和140d是供應預定量的試樣到相應的測定點132a、132b、132c和132d的腔室，定量腔室的體積決定供應給相應的測定點的試樣的量。液體閥7和同心通道9用超親水材料塗覆，溢出腔室132e用親水材料塗覆。因此，當主體100不旋轉時，試樣腔室131a中的血清超親水地經過同心通道9流經液體閥7。定量腔室140a、140b、140c和140d是用超親水材料塗覆的腔室，當試樣流經同心通道9時，這些定量腔室被血清填充。在這種情況下，溢出腔室132e是疏水的，因而僅同心通道9和定量腔室140a、140b、140c和140d用試樣填充。同心通道9設計為具有同心圓且因而在旋轉期間受到均勻的離心力。因此，當同心通道9用試樣填充並且主體100再次旋轉之後，試樣存儲在定量腔室140a、140b、140c和140d並保留在那裡，填充同心通道9的試樣通過離心力經溢出腔室132e排出。然後，薄膜閥154a、154b、154c和154d打開以允許試樣從定量腔室140a、140b、140c和140d流動到各測定點132a、132b、132c和132d，並因而引起試樣與反應物的生化反應。在一實施例中，薄膜閥154a、154b、154c和154d同心布置，並因此同時打開。然後，試樣的生化反應結果能夠通過使用分光計測量測定點132a、132b、132c和132d中的試樣的光吸收率來定性或定量地分析。
[0157]在一實施例中，當同心通道9設計為具有同心圓並因此受到相同的旋轉薄膜離心裝置100的離心力時，僅存在於定量腔室140a、140b、140c和140d中的試樣存儲且保留在其中，而填充同心通道9的試樣通過離心力克服形成在溢出腔室132e中的疏水屏障，並排出到溢出腔室132e。
[0158]在一實施例中，薄膜閥154a、154b、154c和154d例如包括這樣的閥諸如以薄膜形狀形成的爆破閥從而利用薄膜閥的打開/關閉裝置來打開/關閉開口，打開/關閉裝置例如是:使用設置在孔中的微珠(或薄膜柱形(圓形)磁體)的閥開/閥閉，可移動的永磁體或電磁體布置在主體的上部或下部中；通過機械力的閥開/閥閉；通過離心力的閥開/閥閉；通過基於化學作用的分解和凝固的閥開/閥閉；通過由熱或化學品恢復到初始形狀的形狀記憶合金的閥開/閥閉；利用由電解產生的氣泡栓塞(air drop)的閥開/閥閉；利用由熱產生的氣泡栓塞的閥開/閥閉；通過微珠的熱膨脹和收縮的閥開/閥閉；通過靜電力的閥開/閥閉；通過磁力的閥開/閥閉；通過雷射熱的閥開/閥閉；利用溫度梯度的閥開/閥閉；基於超聲波的致動器的閥開/閥閉；基於泵或物理壓力的閥開/閥閉；通過高頻膨脹或收縮的微粒的閥開/閥閉；毛細爆破閥；疏水爆破閥；通過磁流體的閥開/閥閉；以及通過空氣的熱膨脹和收縮的閥開/閥閉。
[0159]疏水爆破閥利用形成在親水通道和疏水腔室之間的界面上的液體流動屏障，並包括疏水爆破閥，其中液體在截止值或更小的離心力條件下不能流動，但液體在截止值或更高的離心力條件下克服液體流動屏障並移動到疏水腔室。液體流動屏障由於親水液體不能容易地經過疏水腔室以及親水通道基於液體固有的毛細作用捕集液體的事實而形成。
[0160]測定點132a、132b、132c 和 132d 是疏水腔室，薄膜閥 154a、154b、154c 和 154d 使用疏水爆破閥。在這種情況下，定量腔室140a、140b、140c和140d是用超親水材料塗覆的腔室，並且能夠在與測定點之間的界面處形成液體流動屏障。包括爆破閥的薄膜閥在本領域是公知的。
[0161]在另一實施例中，薄膜閥還可以設置在如圖2所示的液體閥7的向內通道7a與試樣腔室131a的出口之間。在這種情況下，當即使主體100不旋轉而薄膜閥關閉時，試樣腔室131a中的液體不流動到測定點132，當薄膜閥打開之後，液體通過液體閥7親水流動到測定點132。
[0162]在一實施例中，用於分光計108的測量的方位角測定點搜索能夠通過利用連接到薄膜離心裝置的步進馬達或傳動機構控制薄膜離心裝置的旋轉角進行。
[0163]在一實施例中，用於通過分光計108進行測量的方位角測定點搜索能夠通過方位角閥搜索過程執行，方位角閥搜索過程通過在主體的圓周上布置用於搜索測定點的薄膜柱狀磁體進行，或者通過在主體100旋轉期間利用空白溶液腔室空間尋址測定點以在主體旋轉期間順序測量各測定點中的光吸收率而進行。在這種情況下，主體還包括空白溶液腔室，其具有等於測定點的直徑來存儲空白溶液。在分光計被校準使得空白溶液的光透射率為100%(光吸收率:0)之後，測量各測定點中的試樣的光吸收率。空白溶液的光吸收率總為零，因此能夠在主體旋轉期間感測空白溶液腔室，並因此基於空白溶液腔室實現測定點的空間尋址。
[0164]這些實施例還可以應用於用於與晶片上實驗室相關的進行酶聯免疫吸附劑測定(ELISA)或化學發光免疫吸附劑測定(CLISA)的過程的薄膜離心裝置。其各個實施例在本領域是公知的。
[0165]這些實施例還可以應用於用於與晶片上實驗室相關的用於殘留殺蟲劑測定和殘留抗生素測定的過程的薄膜離心裝置。在這種情況下，由檢測結果獲得的測試結果顯示在計算機監視器上，歷史利用基於網際網路協議的網絡通過自動或人工遠程接入而報告給相應政府機關或食品企業的伺服器，或者測試結果和歷史存儲在無線RF IC (電子標記)的存儲器中。相應的政府機關能夠檢測殘留殺蟲劑，食品企業能夠獲得新鮮農作物和牲畜產品的購買信息。此外，相應政府機關在網頁上連結該信息，從而向消費者提供用於通過直接交易購買新鮮農作物和牲畜產品的信息。用於標定殘留殺蟲劑的酶和標記物含有用於標定酶、蔬菜或水果中含有的殺蟲劑(例如常用的有機磷和氨基甲酸酯殺蟲劑)的酶和標記物。酶可以包括乙醯膽鹼酯酶(AChE)。其各種實現在本領域是公知的。
[0166]圖17示出了與圖2不同的測定點132作為薄膜離心裝置100的另一實施例。
[0167]在此情形下，薄膜離心裝置還包括:多個測定點132a、132b和132c，利用條帶41提供生化反應測定或免疫學分析；液體閥7，當主體不旋轉時臨時存儲試樣腔室131a中的試樣以在主體旋轉期間將血清保留在試樣腔室131a中，並提供將血清從試樣腔室131a轉移到緩衝腔室131d的親水液體流動通路；薄膜閥155a、155b和155c，將轉移的緩衝腔室131d中的血清獨立提供到多個測定點；以及親水通道8，當薄膜閥155a、155b和155c打開時，通過親水液體流動將血清從緩衝腔室131d轉移到相應的測定點。基於這些元件，薄膜離心裝置能夠進行單個樣品的多路測定。在這種情況下，血清從試樣腔室131a到緩衝腔室131d的轉移通過交替重複通過液體閥7的親水液體流動過程和通過離心力的液體流動過程來執行。
[0168]圖17示出了用於通過交替重複利用液體閥7的親水液體流動過程和通過離心力的液體流動過程而將血清從試樣腔室131a轉移到緩衝腔室131d的分步過程。
[0169]在步驟1，在離心分離後的主體旋轉期間，血清收集在試樣腔室131a中，紅細胞收集在殘餘物腔室131b中。
[0170]在步驟2，在離心分離後主體不旋轉時，試樣腔室131a的血清經過液體閥7排出到向內通道7a和向外通道7b中並親水流動到緩衝腔室13Id。
[0171]在步驟3，向外通道7b中的血清基於主體旋轉引起的離心力流入緩衝腔室131d。
[0172]在步驟4，當主體停止旋轉時，來自試樣腔室131a的血清再次通過液體閥7排入向內通道7a和向外通道7b並且然後親水流入緩衝腔室131d。
[0173]在步驟5，通過重複步驟3和4，全部血清逐漸從試樣腔室131a流動到緩衝腔室131d。[0174]在步驟6，當薄膜閥155a打開時，血清經過親水通道8從緩衝腔室131d流動到對應的測定點132a。圖17的緩衝腔室131d可以用超親水材料塗覆。在這種情況下，血清能夠易於通過吸收泵的操作從試樣腔室流動到緩衝腔室。
[0175]圖18示出了其中血清通過離心力流動到測定點的狀態，作為與圖17不同的另一實施例。在這種情況下，薄膜閥155a、155b和155c可以是疏水爆破閥或毛細管爆破閥。
[0176]薄膜閥155a、155b和155c是通過形成在塗覆以親水材料的親水通道8與疏水腔室、測定點132a、132b或132c之間的界面上的液體流動屏障形成的疏水爆破閥或毛細管爆破閥。這樣的液體流動屏障允許血清在小於預定截止值的離心力下不流動，並允許血清在預定截止值或更高的離心力下克服液體流動屏障然後流動到測定點132a、132b或132c。在這種情況下，步驟3的離心力可以在低於克服液體流動屏障的離心力的水平施加。
[0177]圖19至圖22示出了與圖17所示的實施例相比還包括稀釋溶液存儲腔室的薄膜離心裝置的分步過程。附圖標記131e表示存儲稀釋溶液的稀釋溶液存儲腔室。
[0178]圖19和圖20示出了以下現象，其中當試樣腔室131a中的試樣被離心分離時，存儲在稀釋溶液存儲腔室131e中的稀釋溶液在爆破閥150打開時流動到緩衝腔室131f。在這種情況下，存儲在緩衝腔室131f中的稀釋溶液通過液體閥11保留。類似地，在離心分離期間，試樣腔室131a中的試樣也通過液體閥7保留在試樣腔室131a中。緩衝腔室131f中的過量的稀釋溶液通過定量通道10流動到過量腔室131g從而允許所需量的稀釋溶液存儲在緩衝腔室13If中。
[0179]圖21示出了一過程，其中當主體停止旋轉時試樣腔室131a中的血清通過液體閥7排入向內通道7a和向外通道7b，並親水流動到混合腔室131h中。此外，圖21示出了一過程，其中緩衝腔室131f中的稀釋溶液通過液體閥11排入向內通道Ila和向外通道Ilb並然後親水流動到混合腔室131h。
[0180]圖22示出了一現象，其中通過重複用於將向外通道7b和Ilb中的液體基於主體旋轉引起的離心力轉移到混合腔室131h的過程以及用於在停止旋轉主體之後用親水液體填充向內通道7a和Ila及向外通道7b和Ilb的過程，試樣和稀釋溶液逐漸轉移到混合腔室131h。因此，稀釋溶液與試樣在混合腔室中混合從而產生稀釋試樣。
[0181]在用於藉由重複通過液體閥的親水液體流動和基於離心力的液體流動而逐漸將試樣和稀釋溶液轉移到混合腔室131h的過程中，試樣逐漸與稀釋溶液混合從而最大化這些液體之間的混合效率。在下文，試樣和稀釋溶液的混合稱為在將試樣和稀釋溶液逐漸轉移到混合腔室131h的過程中的逐漸混合。
[0182]液壓爆破閥的關閉強度基於當孔被薄膜膠帶阻塞時薄膜膠帶和閥的粘著面積來確定，從而允許薄膜膠帶以盤旋轉速度(離心力)或更高去除以克服關閉強度從而打開孔。
[0183]爆破閥可以是例如本領域公知的液壓爆破閥。
[0184]圖23示出了根據本發明一實施例的薄膜分層離心裝置驅動器100a，從前面裝載或從頂面裝載薄膜離心裝置。薄膜離心裝置100可以裝載在薄膜分層離心裝置驅動器IOOa上。附圖標記751表示薄膜分層離心裝置驅動器IOOa的外殼，附圖標記750a表示從前面裝載薄膜離心裝置100的託盤。此外，附圖標記750b表示進行頂部裝載的蓋罩。當蓋罩打開時，薄膜離心裝置的孔170可以安裝在旋轉臺上。基於裝載類型，可以選擇附圖標記750a和附圖標記750b中的一個。此外，根據本發明的一實施例，薄膜分層離心裝置驅動器可以可選地包括讀取/搜索按鈕745或停止按鈕746以讀取常規光碟。附圖標記744表示薄膜分層離心裝置驅動器的開啟/關閉按鈕。
[0185]附圖標記760表示用於示出薄膜分層離心裝置驅動器的過程狀態和模式的顯示裝置。發光二極體或LCD可以用作該顯示裝置。顯示裝置760顯示所裝載的盤是薄膜離心裝置還是光碟、分析結果或薄膜分層離心裝置驅動器的主要過程狀態。供選地，顯示裝置760顯示圖形用戶界面以及根據步驟的具有百分比(％)、柱狀圖或餅圖形式的過程速率。
[0186]附圖標記11表示輸入/輸出裝置，如果必要，其通過網際網路實現與相應領域的醫生的自動或人工遠程接觸並向醫生遠程發送診斷結果和問題。然後，病人等候來自醫生的處方。
[0187]圖8所示的薄膜分層離心裝置驅動器I還可以包括揚聲器、活動圖像攝像頭和/或麥克風。在非晚期癌症的情況下，血液中腫瘤標記物的水平不增加；在早期癌症的情況下，血液中腫瘤標記物的水平在正常範圍內並隨著腫瘤發展而增加且其陽性率也增加。在一實施例中，考慮到該事實，離心裝置包括統計軟體以歷史地管理從測定點的定量分析獲得的檢測結果，從而將與定期跟蹤診斷相關的信息提供給用戶。
[0188]此外，在一實施例中，薄膜分層離心裝置驅動器還可以包括讀取和分析響應結果以及分析陰性或陽性響應、風險人群或風險值的軟體。
[0189]此外，在一實施例中，薄膜分層離心裝置驅動器允許側面裝載或垂直裝載薄膜離心裝置。
[0190]由以上描述顯見，根據一實施例的薄膜分層離心裝置及使用其的分析方法可以應用於用來診斷和檢測液體中的少量生物和/或化學材料的薄膜裝置，例如晶片上實驗室、蛋白質晶片和DNA晶片。例如，薄膜離心裝置可以用於在諸如常規⑶-ROM或DVD的薄膜盤中的集成離心裝置。
[0191]儘管已經示出和描述了本發明的一些實施例，但是本領域技術人員能夠理解，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下可以在這些實施例中進行改變，本發明的範圍由權利要求書及其等價物限定。
【權利要求】
1.一種薄膜離心裝置，包括: 可旋轉主體； 樣品入口，用於注入樣品； 樣品腔室，存儲注入到所述樣品入口中的所述樣品； 試樣腔室，存儲在離心分離期間從所述樣品獲得的試樣； 一個或多個測定點，其中固定有將要被結合到所述試樣的捕獲探針並且/或者存儲用於與所述試樣生化反應的反應物； 液體通路，用於提供將所述試樣腔室連接到所述測定點的通路，允許離心分離期間保留在所述試樣腔室中的所述試樣在所述主體不旋轉時通過所述液體流動裝置流動到所述測定點；以及 吸收墊，提供在所述液體通路的端部和所述測定點的入口之間。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中所述液體通路包括形成U形或V形的向內通道和向外通道。
3.根據權利要求1所述的裝置，還包括連接到所述測定點的一側以通過清洗工藝收集未結合到所述捕獲探針的碎片的廢物腔室。
4.根據權利要求1所述的裝置，還包括存儲在離心分離期間產生的殘餘物而不是試樣的殘餘物腔室。
5.根據權利要求1所述的裝置，還包括定量通道以及用於存儲所述試樣腔室中的過量試樣或樣品的過量腔室。
6.根據權利要求4所述的裝置，其中所述殘餘物腔室是毛細管腔室。
7.根據權利要求1所述的裝置，還包括選自由清潔腔室、混合腔室、緩衝腔室和底物腔室構成的組的一個或多個腔室。
8.根據權利要求4所述的裝置，還包括將所述試樣腔室連接到所述殘餘物腔室的瓶頸通道， 其中所述瓶頸通道包括兩個或更多薄膜通道。
9.根據權利要求8所述的裝置，其中所述薄膜通道通過通道形薄膜膠帶形成在構成所述主體的基材層之間。
10.根據權利要求1所述的裝置,其中所述主體包括上部基材、中間基材和下部基材，所述上部基材、所述中間基材和所述下部基材按列出的順序層疊並彼此粘著， 其中所述主體還包括: 第一薄膜膠帶，層疊在所述上部基材和所述中間基材之間以將所述上部基材粘著到所述中間基材；及 第二薄膜膠帶，層疊在所述中間基材和所述下部基材之間以將所述中間基材粘著到所述下部基材。
11.根據權利要求10所述的裝置，其中襯底由選自包括疏水材料、矽晶片、聚丙烯、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、環烯烴共聚物(COC)和聚碳酸酯的組的至少一種構成。
12. 根據權利要求1所述的裝置，其中所述測定點包括其中固定有所述捕獲探針的多孔膜或條帶。
13.根據權利要求1所述的裝置，其中所述主體包括無線RF1C，所述無線RF IC具有選自包括溫度測量、測定點檢測、測定點檢測結果的存儲和發射、個人隱私加密、所述薄膜離心裝置的標識(ID)存儲和發射、測試日期存儲及有效期間存儲的組的一種或更多功能。
14.根據權利要求7所述的裝置，還包括: 磁微珠，容納在所述混合腔室中； 滑動器，在所述主體的下部可移動；以及 永磁體，安裝在所述滑動器上，向所述磁微珠施加吸引力並因而移動所述磁微珠， 其中所述磁微珠根據所述滑動器的移動而移動從而導致所述混合腔室中的液體混合。
15.根據權利要求7所述的裝置，還包括: 磁微珠，容納在所述混合腔室中； 滑動器，在所述主體的下部可移動；以及 永磁體，安裝在所述滑動器上，吸引所述磁微珠並因而移動所述磁微珠， 其中所述永磁體保持在所述混合腔室中的相應直徑上並且所述主體旋轉以引起所述磁微珠的移動，由此混合所述混合腔室中的液體。
16.根據權利要求1所述的裝置，還包括用超親水材料塗覆的定量腔室以及用超親水材料塗覆的同心通道， 其中所述定量腔室插設在所述同心通道和所述測定點之間，. 其中所述同心通道連接到所述液體閥的出口， 所述裝置還包括溢出腔室，在所述定量腔室和所述同心通道用所述試樣填充之後，在所述試樣腔室中的試樣親水流經所述同心通道時，所述溢出腔室允許所述試樣通過所述主體的旋轉保留在所述定量腔室中以及所述同心通道中的試樣通過離心力提取，從而存儲殘留試樣。
17.根據權利要求16所述的裝置，其中所述定量腔室中的所述試樣通過所述主體的旋轉產生的離心力克服形成在所述定量腔室和所述測定點之間的液體流動屏障，然後流入所述測定點。
18.根據權利要求8所述的裝置，其中除了所述瓶頸通道以外，所述殘餘物腔室不包括允許液體流入或漏出的通道或出口。
【文檔編號】G01N35/00GK103472241SQ201310412736
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2009年1月21日 優先權日:2008年1月21日
【發明者】柳在泉 申請人:三星電子株式會社