用于液体样品处理的处理单元和方法 【技术领域】
本发明涉及用于液体样品自动处理的微流体处理单元和方法。背景技术 近年来， 对于液体样品的自动分析显现出强烈的需求， 这主要归因于这样一种现 实状况， 即临床分析的数量正在不断增长。 样品分析通常基于如下方式进行 ： 将样品与一种 或多种试剂混合， 从而引起分析物特有的反应， 然后检测反应产物以确定其内所含一种或 多种分析物是否存在或者检测它们的浓度。
市售的分析仪通常利用移液机器人来混合样品和试剂， 该移液机器人通常具有许 多运动部分， 这些运动部分由于被快速且几乎连续地运动， 因而可能需要经常性的维护和 更换操作。除此之外， 就这类分析方法而言， 由于移液操作的变化性， 常规分析仪的灵活性 受到限制并且仅可在比较低的精度条件下工作。 此外， 由于试剂被暴露于外界空气， 它们的 保存期可能会降低。
由于样品消耗低、 分析时间快以及样品吞吐量高， 已经作出了许多努力在这些微 流体系统中开发集成的流体系统， 以便进行液体样品的自动分析。微流体系统对于本领 域技术人员而言是熟知的， 并且已经在专利文献中得到了广泛的描述， 例如美国专利公开 US2008/0252905A1、 US2008/02371151A1 和 US2008/0206110A1。
但实际上， 常规微流体系统具有许多缺点， 因为它们限于预定的工作流程和流体 体积， 并且通常涉及专门类型的分析方法。 它们设置有数量比较少的试剂通道， 因此不能根 据用户需求而扩展。试剂必须通过移液操作或者经由复杂管路供应到试剂通道。微流体系 统通常计划成仅仅用于单一使用， 从而造成比较高的成本。
根据以上所述， 本发明的一个目的在于提供用于液体样品自动处理的改进的单元 和方法。根据独立权利要求的微流体处理单元和方法实现了该目的。从属权利要求的特征 给出了本发明的优选实施例。
发明内容 根据本发明的第一方面， 提出了一种用于液体样品自动处理的新型微流体处理单 元。在该微流体处理单元中， 液体样品可与一种或多种试剂混合， 以便利用所获得的样品 / 试剂混合物对该样品进行分析。
该处理单元可根据用户的特定要求构造成各种方式。因此， 本发明的处理单元例 如可具体实施为用于制备样品 / 试剂混合物的制备仪器， 该样品 / 试剂混合物可传送到分 析仪器以便分析样品 / 试剂混合物的反应产物。除此之外， 本发明的处理单元可耦接到分 析单元， 以便基于所获得的样品 / 试剂混合物的反应产物对样品进行分析。根据本发明的 微流体处理单元可用于包括试管内诊断的 ( 生 ) 化学诊断， 并且可适应于执行各种分析试 验， 包括样品和试剂的混合以及检测这些反应的结果。该微流体处理单元例如可用于诊断 性试验， 如临床化学试验和免疫测定。
本文所用术语 “微流体处理单元” 指的是这样的处理单元， 其设置有多个互连的通 道和室， 流体可穿过这些通道和室传输， 以根据用户的特定要求进行准备性和 / 或分析性 操作。该处理单元的微流体特征的截面尺寸通常在毫米到亚毫米尺度的量级上。微流体特 征使得能够以例如 100μl/s 或更低量级的流速进行例如 100μl 或更小量级的流体体积的 操作。
本文所用术语 “开 / 关阀” 表示一种可被选择性地变成三种不同状态之一的阀， 这 三种状态即 ： 第一打开状态， 其中液态和气态流体可穿过该阀 ； 第二打开状态， 其中气态流 体可穿过该阀而液态流体不可穿过该阀 ； 以及关闭状态， 其中液态和气态流体均被阻挡而 不可穿过该阀。 这种开 / 关阀可具体实施为冻融阀 (freeze-thaw valve)， 其对于本领域技 术人员而言是熟知的并且常见于专利文献中， 例如美国专利公开 US2003/0094206A1 和美 国专利 6,311,713 中均有描述。
在使用冻融阀的情况下， 可仅仅通过将流动通道内容纳的液态流体冰冻或融化来 控制流体流。更具体而言， 在第一阀打开状态中， 液态和气态流体可穿过该阀。在第二阀打 开状态中， 虽然气态流体可穿过该阀， 但阀被充分冷却以在存在液态流体的情况下产生冷 冻栓 (frozen plug)， 从而第二阀打开状态可被变成阀关闭状态。在阀关闭状态， 冻融阀依 赖于所得到冷冻栓与通道壁之间获得的剪切运动阻力而由此限制流体流动。 与诸如冻融阀 的开 / 关阀一起， 流动通道可用于在阀和流体中间没有气泡的情况下， 暂时在预定位置保 持 ( 即寄存 ) 并提供流体。 本文所用术语 “流体连接” 或 “连接” 指的是连通管路、 通道或其他系统部件 ( 可 包括流体流动调节装置， 流体流动调节装置例如为开 / 关阀和外致动器， 外致动器包括机 械致动器等 )。 因此， 流体连接的系统部件可打开以允许流体流动或者可关闭以阻挡流体流 动。
本发明的处理单元所处理的流体样品是在其中可找到一种或多种分析物的流体。 样品可以是化学的， 并且处理单元可适应于执行一项或多项化学分析， 例如药物相互作用 筛选、 环境分析、 有机物质识别等。样品也可以是生物的并且可包括血、 血清、 尿、 脑髓流体 和包含流体的核酸以及任何其他感兴趣的流体， 只要对它们的处理涉及流体与一种或多种 试剂的混合。
本文所用术语 “试剂” 用于表示能与样品和 / 或一种或多种其他试剂混合的任何 液体。在该术语更严格的意义下， 试剂包括可与样品反应的成分。然而， 试剂也可以是非反 应性流体， 例如缓冲剂和稀释流体。
根据本发明， 用于液体样品自动处理的微流体处理单元包含气态以及任选地包含 液态系统流体。其可特别地包含气态和液态系统流体的组合。系统流体用于通过在通道和 / 或室中产生正或负 ( 大气 ) 压而传送诸如样品和试剂的流体， 而且在其中避免了液态系统 流体与样品或试剂的混合。
微流体处理单元包括至少两个主通道 ( 至少一个第一主通道和至少一个第二主 通道 )， 这两个主通道均连接到用于在其内产生负或正 ( 大气 ) 压的泵 ( 下面称为 “主泵” )。 第一主通道可设置有孔口， 用于将气态系统流体引入处理单元。而且第二主通道可设置有 孔口， 用于将气态系统流体引入处理单元。微流体处理单元的泵例如可具体实施为连续泵 或非连续泵， 例如下列类型的泵 ： 隔膜泵、 注射泵、 旋转排量泵以及风箱泵。 风箱泵类型的泵
例如公开在美国专利 5,638,986 中。
处理单元进一步包括用于供应液体样品的至少一个样品通道， 其可连接到容纳样 品的样品器皿。在一个实施例中， 样品器皿没有包括在处理单元中。在另一个实施例中， 样 品器皿包括在处理单元中并且样品通道连接到样品器皿。 样品例如可通过诸如抽吸管的样 品引入件从样品器皿吸入样品通道中。样品通道与第一主通道连通并且配备有开 / 关阀， 从而通过使用该开 / 关阀使得样品能够从样品通道流到第一主通道或者阻挡样品从样品 通道流到第一主通道。
处理单元进一步包括用于供应一种或多种试剂的一个或多个试剂通道， 其可连接 到容纳了用于与液体样品反应的试剂的试剂器皿。在一个实施例中， 一个或多个试剂器皿 没有包括在处理单元中。在另一个实施例中， 一个或多个试剂器皿包括在处理单元中并且 一个或多个试剂通道流体连接到一个或多个试剂器皿。 试剂器皿中所含的试剂可彼此相等 或不同。每个试剂通道与第一主通道或第二主通道连通并且配备有开 / 关阀， 从而通过使 用该开 / 关阀可使得试剂能够从试剂通道流到第一或第二主通道或者阻挡试剂从试剂通 道流到第一或第二主通道。优选地， 可将这些试剂通道的每个开 / 关阀定位成邻近试剂通 道通向第一或第二主通道处的开口。 处理单元还进一步包括用于进行液体样品和一种或多种试剂的反应的一个或多 个反应室。至少一个反应室经由至少一个开 / 关阀流体连接到第一和第二主通道， 例如借 助于将反应室连接到第一主通道的第一反应室端口和将反应室连接到第二主通道的第二 反应室端口。每个反应室端口可配备有开 / 关阀， 从而使得流体能够分别在反应室与第一 和第二主通道之间流动或者阻挡流体分别在反应室与第一和第二主通道之间流动。 至少一 个反应室可特别地互连在第一和第二主通道之间。在多个反应室的情况下， 反应室相对于 彼此平行地布置。为了使得样品与一种或多种试剂之间能够反应， 至少一个反应室例如可 具体实施为培养室， 其适于培养所含的样品 / 试剂混合物。在培养样品 / 试剂混合物时， 该 混合物在一个或多个预定时间间隔期间被保持于一个或多个预定温度。
在处理单元的优选实施例中， 第一主通道配备有在孔口和主泵之间的开 / 关阀， 从而将第一主通道分隔为孔口侧部分和泵侧部分。在该情况下， 一个或多个试剂通道与第 一主通道的孔口侧部分连通， 而样品通道与第一主通道的泵侧部分连通。 因此， 可邻近第一 主通道的开 / 关阀在第一主通道中提供预定体积的试剂。除此之外， 通过使用第一主通道 的开 / 关阀， 泵产生的负压或正压可被使能或禁止作用在第一主通道的孔口侧部分上。
在处理单元的上述实施例中， 优选地， 样品通道通向第一主通道处的开口定位成 邻近第一主通道的开 / 关阀， 样品通道的开 / 关阀布置成邻近第一主通道的开 / 关阀。在 该情况下， 容纳在样品通道中邻近样品通道的开 / 关阀的样品可被吸入第一主通道的泵侧 部分中， 而在第一主通道的开 / 关阀和样品之间没有气泡。
在处理单元的上述实施例中， 优选地， 处理单元包括用于供应一种或多种试剂的 一个或多个第一试剂通道 ( 即第一组试剂通道 )， 其可连接到第一试剂器皿， 每个第一试剂 器皿容纳了用于与液体样品反应的试剂。在一个实施例中， 一个或多个第一试剂器皿没有 包括在处理单元中。在另一个实施例中， 一个或多个第一试剂器皿包括在处理单元中并且 一个或多个第一试剂通道流体连接到一个或多个第一试剂器皿。 第一试剂器皿中所含的试 剂可彼此相等或不同。每个第一试剂通道与第一主通道的孔口侧部分连通并且配备有开 /
关阀， 从而通过使用这些开 / 关阀可使得试剂能够从第一试剂通道流到第一主通道或者阻 挡试剂如此流动。每个开 / 关阀可特别地定位成邻近第一试剂通道通向第一主通道处的开 口。
在上述情况中， 处理单元可进一步包括用于供应一种或多种试剂的一个或多个第 二试剂通道 ( 即第二组试剂通道 )， 其可连接到第二试剂器皿， 每个第二试剂器皿容纳了用 于与液体样品反应的试剂， 第二试剂通道不同于第一试剂通道， 第二试剂器皿不同于第一 试剂器皿。在一个实施例中， 一个或多个第二试剂器皿没有包括在处理单元中。在另一个 实施例中， 一个或多个第二试剂器皿包括在处理单元中并且一个或多个第二试剂通道流体 连接到一个或多个第二试剂器皿。第二试剂器皿中所含的试剂可彼此相同或不同。第二试 剂器皿中所含的试剂可与第一试剂器皿中所含的试剂相等或不同。 每个第二试剂通道与第 二主通道连通并且配备有开 / 关阀， 从而通过使用这些开 / 关阀可使得试剂能够从第二试 剂通道流到第二主通道或者阻挡试剂如此流动。每个开 / 关阀可特别地定位成邻近第二试 剂通道通向第二主通道处的开口。
在提供了一个或多个试剂通道的情况下， 第二主通道优选地配备有对应于反应室 数量的一个或多个开 / 关阀， 其中， 每个开 / 关阀与反应室中的一个关联。此外， 每个开 / 关阀布置在关联的反应室通向第二主通道处的开口和泵之间。优选地， 每个开 / 关阀可定 位成邻近第二反应室端口的开口， 其中， 反应室经由开 / 关阀连接到第二主通道， 该开 / 关 阀定位成邻近第二主通道的开 / 关阀， 从而试剂可被吸入第二反应室端口中， 而在试剂和 第二反应室端口的开 / 关阀之间没有气泡。 根据本发明的又一个优选实施例， 处理单元包括另一个泵 ( 下面称为 “辅助泵” )， 其不同于主泵并且连接到样品通道以便在样品通道内产生负或正 ( 大气 ) 压。在提供了辅 助泵的情况下， 样品通道中的样品操作可分别从主通道和反应室中的样品和 / 或试剂操作 分开， 从而主泵和辅助泵可并行地使用以便交替进行流体操作步骤， 从而节省液体样品的 处理时间。
根据本发明的又一个优选实施例， 特别地， 该实施例可与本发明上述包括辅助泵 的实施例组合， 样品通道经由至少一个开 / 关阀连接到一个或多个混合室， 例如借助于第 一和第二混合室端口。 每个混合室设置有适于通过执行样品的往复运动来混合样品的混合 装置， 样品的往复运动例如可由辅助泵产生。混合室端口可配备有开 / 关阀， 从而使得样品 能够在混合室与样品通道之间流动或者阻挡样品在混合室与样品通道之间流动。 在多个混 合室的情况下， 混合室例如可布置成相对于彼此平行布置。
根据本发明的又一个优选实施例， 特别地， 该实施例可与本发明上述包括辅助泵 的实施例组合， 处理单元进一步包括用于供应稀释流体 ( 例如水 ) 的至少一个稀释流体通 道以便稀释样品。稀释流体通道可连接到容纳了适于稀释样品的流体的稀释流体器皿。稀 释流体通道与样品通道连通并且配备有开 / 关阀， 该开 / 关阀优选地定位成邻近稀释流体 通道通向样品通道处的开口。
在处理单元的上述实施例中， 优选地， 样品通道可配备有开 / 关阀， 该开 / 关阀布 置在稀释流体通道通向样品通道处的开口和样品器皿之间， 该开 / 关阀定位成邻近稀释流 体通道的开 / 关阀， 从而稀释流体可被传送到样品通道而在稀释流体和样品通道的开 / 关 阀之间没有气泡。
根据本发明的又一个优选实施例， 至少一个反应室配备有混合装置， 该混合装置 适于通过执行主泵产生的负压或正压所引起的往复流体运动而对流体进行混合。 在该情况 下， 每个反应室均可有利地用于混合流体以制备样品 / 试剂混合物。
根据本发明的又一个优选实施例， 处理单元耦接到分析单元， 分析单元包括至少 一个检测器， 用于检测至少一个反应室中所含样品 / 试剂混合物的反应产物， 其中， 分析单 元适于基于检测到的反应产物对样品进行分析。 在多个反应室的情况下， 特别优选地， 可提 供一个检测器， 其适于检测多个反应室中所含样品 / 试剂混合物的反应产物。
根据本发明的又一个优选实施例， 处理单元进一步包括主清洗单元， 主清洗单元 包括流体容器， 流体容器容纳清洗流体并连接到第一和第二主通道以便将清洗流体供应到 主通道及一个或多个反应室。根据本发明的又一个优选实施例， 处理单元进一步包括辅助 清洗单元， 辅助清洗单元包括流体容器， 流体容器容纳清洗流体并连接到样品通道以便将 清洗流体供应到样品通道， 而且也可能供应到一个或多个混合室， 如该例中的情况。
根据本发明的第二方面， 提出了用于液体样品自动处理的新方法。该方法通过本 发明的上述处理单元实施。 因此， 该方法包括如下步骤 ： 提供如上所述的用于液体样品自动 处理的处理单元， 该处理单元可根据前述实施例中任一个或任意组合来具体实施。
该方法包括如下步骤 ： 将预定体积的试剂吸入第一主通道的孔口侧部分中。该方 法还包括如下步骤 ： 将样品吸入样品通道中， 以被保持在称为寄存位置的预定位置中。 该方 法还包括如下步骤 ： 将预定体积的样品吸入第一主通道的泵侧部分中。该方法还包括如下 步骤 ： 将该预定体积的样品吸入至少一个反应室中。该方法还包括如下步骤 ： 将该预定体 积的试剂吸入至少一个反应室中。该方法还包括如下步骤 ： 检测反应室中容纳的样品 / 试 剂混合物的反应产物。
根据本发明方法的一个优选实施例， 预定体积的试剂和预定体积的样品被同时吸 入至少一个反应室中。替代性地， 样品和试剂可被分别地吸入反应室中。因此， 首先可将样 品吸入反应室中， 随后将试剂吸入反应室中， 反之亦然。
根据本发明方法的进一步优选实施例， 该方法包括下述步骤中的一个或多个 ：
在至少一个反应室中混合样品和试剂 ；
在第一主通道的泵侧部分中混合样品和试剂 ；
在连接到样品通道的至少一个混合室中混合样品 ；
利用清洗流体清洗通道和 / 或室。
根据本发明的第三方面， 提出了另一种用于液体样品自动处理的新型微流体处理 单元。该处理单元包括至少一组第一和第二节段。第一和第二节段的每一个均包括 ：
至少两个主通道， 即至少一个第一主通道和一个第二主通道， 其连接到用于在其 内产生负压或正压的泵， 其中， 第一主通道和 / 或第二主通道可设置有孔口， 用于引入气态 系统流体 ；
用于供应液体样品的至少一个样品通道， 其与第一主通道连通并且配备有开 / 关 阀；
用于供应试剂的一个或多个试剂通道， 其可连接到容纳了用于与液体样品反应的 试剂的试剂器皿， 其中， 每个试剂器皿与第一主通道或第二主通道连通并且配备有开 / 关 阀；用于进行样品和试剂的反应的至少一个反应室， 其中， 反应室例如经由至少一个 开 / 关阀分别通过第一和第二反应室端口流体连接到第一和第二主通道 ； 每个反应室端口 可配备有开 / 关阀 ； 至少一个反应室可特别地互连在第一和第二主通道之间。
在根据本发明第三方面的处理单元中， 第一和第二节段相对于彼此连续布置。因 此， 第一节段的第二主通道流体连接到第二节段的样品通道， 从而第一节段的至少一个反 应室中所含的样品 / 试剂混合物可被传送到第二节段的反应室， 例如用于与另一种试剂混 合。
根据本发明的优选实施例， 处理单元包括第三节段， 第三节段包括样品通道， 该样 品通道包括第一样品通道部分和第二样品通道部分。 第一和第二通道部分连接到用于在其 内产生正压或负压的泵。第三节段进一步包括一个或多个混合及寄存室， 其例如经由至少 一个开 / 关阀通过第一和第二混合室端口流体连接到第一和第二样品通道部分。一个或多 个混合及寄存室可特别地流体互连在第一和第二样品通道部分之间。 每个混合室端口可设 置有开 / 关阀。在本发明处理单元的第三节段中， 第一样品通道部分流体连接到容纳样品 的样品器皿。 第三节段的第二样品通道部分流体连接到第一节段的样品通道。 在该情况下， 优选地， 样品通道连接到稀释流体通道， 用于供应适于稀释样品的稀释流体。因此， 样品可 从样品器皿被传送到第三节段的样品通道， 可由混合及寄存室混合和 / 或可通过稀释流体 通道得到稀释， 并且然后可被传送到第一节段的样品通道。 由于分离的泵， 可独立于处理单 元的第二和第三节段进行样品的吸入、 混合及稀释。 根据本发明的优选实施例， 第一主通道在孔口和泵之间配备有开 / 关阀， 其中， 一 个或多个试剂通道与第一主通道的孔口侧部分连通， 并且其中， 样品通道与第一主通道的 泵侧部分连通。
根据本发明的另一个优选实施例， 处理单元耦接到分析单元， 分析单元包括一个 检测器， 用于检测第一和第二节段的反应室中所含的反应产物。 因此， 该检测器是节段和反 应室共享的共享检测器。
根据本发明的第四方面， 提出了另一种用于液体样品自动处理的新方法。该方法 包括如下步骤 ：
提供上述根据本发明第三方面的处理单元 ；
将一预定体积的第一试剂吸入第一节段的第一主通道的孔口侧部分中 ；
将一预定体积的样品吸入第一节段的样品通道中 ；
将该预定体积的样品吸入第一节段的第一主通道的孔口侧部分中 ；
将该预定体积的试剂吸入第一节段的至少一个反应室中 ；
将该预定体积的样品吸入反应室中， 以产生样品 / 试剂混合物 ；
将样品 / 试剂混合物从第一节段的反应室吸到第二节段的至少一个反应室 ；
将一预定体积的第二试剂吸入第二节段的第一主通道的孔口侧部分中 ；
将该预定体积的第二试剂吸入容纳了样品 / 试剂混合物的反应室中 ； 并且
检测反应室中容纳的样品 / 试剂混合物的反应产物。
在本发明的处理单元中， 一些开 / 关阀被示作定位成彼此邻近， 这意味着它们精 确地位于连通的流体通道的交叉点 ( 即角部 )。因此， 流体可在一个流体通道内被提供而 没有其间的间隙， 从而例如样品和试剂可附于彼此。然而， 相邻的开 / 关阀仅仅是优选的选
择。替代性地， 连通的流体通道的开 / 关阀也可从流体通道的交叉点分开。在后一种情况 下， 一个流体通道内提供的流体中间可存在气态或液态系统流体填充的间隙。
本发明的上述实施例可单独或者以其任意组合使用， 而不偏离本发明的范围。 附图说明 根据下面的描述， 本发明的其他和进一步目的、 特征以及优点将表现得更加全面。 所包含的附图构成说明书的一部分并且示出了本发明的优选实施例， 并且与上面给出的总 体描述和下面给出的详细描述一起用于解释本发明的原理。
图 1 是示意图， 示出了本发明系统的示例性构造的功能性实体 ；
图 2 是示意图， 示出了图 1 构造的示例性实施例 ；
图 3 是示意图， 示出了图 1 构造的另一个示例性实施例 ；
图 4 是示意图， 示出了图 1 构造的一个变形的示例性实施例 ；
图 5 是示意图， 示出了图 1 构造的另一个变形的示例性实施例 ；
图 6 是本发明系统的分配单元的示例性实施例的示意性顶视图 ；
图 7 是本发明系统的示例性实施例的透视图 ；
图 8A-8B 是图 7 分配单元的示意性顶视图 ( 图 8A) 和示意性剖视图 ( 图 8B) ； 图 9A-9B 是示意图， 示出了图 7 分配单元的不同实施例 ； 图 10 是示意性透视图， 示出了图 7 分配单元的另一个实施例 ； 图 11 是示意性透视图， 示出了图 7 分配单元的又一个实施例 ； 图 12 是示意性透视图， 示出了图 7 分配单元的又一个实施例 ； 图 13 是示意图， 示出了本发明系统的处理单元的第一示例性构造的功能性实体 ； 图 14 是示意图， 示出了本发明系统的处理单元的第二示例性构造的功能性实体 ； 图 15 是示意图， 示出了图 14 处理单元的示例性实施例 ； 图 16A-16G 示出了利用图 15 处理单元来处理液体样品的示例性方法 ； 图 17 是示意图， 示出了本发明系统的处理单元的第三示例性构造的功能性实体 ； 图 18 是示意图， 示出了图 17 处理单元的示例性实施例。 附图标记列表 1 系统 2 分析单元 3 处理单元 4 光学检测器 5 试剂单元 6 分配单元 7 样品单元 8 试剂容器 9 样品管 10 样品管装载机构 11 传送带 12 保持器13 分配通道 14 样品管路 15 样品引入件 16 互连器 17 第二试剂供应通道 18 第一试剂供应通道 19 流通式格间 20 连接通道 21 试剂管路 22 样品管支架 23 插口位置 24 排出端口 25 连接器 26 子单元 102 样品器皿 103 样品吸入器 104 样品和试剂 R1/2/3 配量器 105 样品寄存器 / 稀释器 106 样品和试剂 R1 配量器 107 混合与培养器 108 分析单元 109 试剂 R2/3 配量器 110 第一主通道 111 第二主通道 112 主泵 113 孔口 114 样品通道 115 第一冻融阀 116 第一样品通道部分 117 第二样品通道部分 118 第一试剂通道 119 第二冻融阀 120 反应室 121 第一反应室端口 122 第二反应室端口 123 第三冻融阀 124 第四冻融阀 125 孔口侧部分 126 泵侧部分127 第二试剂通道 128 第五冻融阀 129 第六冻融阀 130 辅助泵 131 混合室 132 混合室突起 133 第二混合室端口 134 第一混合室端口 135 第七冻融阀 136 稀释流体通道 137 第八冻融阀 138 第九冻融阀 139 反应室突起 140 检测器 141 第十冻融阀 142 第一清洗单元阀 143 主清洗单元 144 第二清洗单元阀 145 辅助清洗单元 146 样品引入件 202 样品器皿 203 样品吸入器 204 样品寄存器 / 预稀释器 205 样品和试剂 R1 配量器 206 混合与培养器 207 反应混合物及试剂 R2/3 配量器 208 分析单元 209 第一节段 210 第二节段 211 第三节段 212 第一主通道 213 第二主通道 214 泵 215 样品通道 216 第一冻融阀 217 第一试剂配量室 218 第一试剂通道 219 第二冻融阀 220 反应室221 第一反应室端口 222 第二反应室端口 223 第三冻融阀 224 突起 225 第四冻融阀 226 孔口 227 孔口侧部分 228 泵侧部分 229 第五冻融阀 230 互连通道 231 清洗单元 232 第一清洗单元阀 233 第二试剂通道 234 第二试剂配量室 235 第六冻融阀 236 检测器 237 混合及寄存室 238 第一样品通道部分 239 第二样品通道部分 240 互连通道 241 第一混合室端口 242 第二混合室端口 243 第七冻融阀 244 第八冻融阀 245 第九冻融阀 246 第十冻融阀 247 样品配量室 248 孔口 249 第十一冻融阀 250 样品引入件 251 第十二冻融阀 252 突起具体实施方式
通过例示的方式描述了特定的示例性实施例， 本发明可在这些实施例中得以实 施。
参见图 1 至 3， 说明了本发明的系统的用于分析液体样品的示例性第一构造及其 示例性实施例。
相应地， 用于液体样品处理的系统 1 包括适于处理液体样品的多个 ( 流通式 ) 处理单元 3， 每个处理单元均是系统 1 的功能性和结构性实体。系统 1 进一步包括分析单元 2， 分析单元 2 包括一个光学检测器 4， 光学检测器 4 例如可具体实施为光度计。处理单元 3 与包括光学检测器 4 的分析单元 2 一起专用于同一类型的分析方法， 例如根据用户的特定 要求可涉及临床化学、 免疫化学、 核酸测试、 血液学、 尿分析等。系统 1 进一步包括设置有多 个试剂容器 8 的试剂单元 5， 试剂容器 8 储存在被冷却的隔室内并且包含用于与样品混合的 试剂。试剂可彼此相同或不同。系统 1 还进一步包括样品单元 7， 样品单元 7 配备有样品管 装载机构 10， 用于将样品管 9 装入系统 1 并且将样品管 9 传送到各种处理单元 3。系统 1 还进一步包括用于分配一种或多种试剂的分配单元 6， 分配单元 6 设置有多个分配 ( 流动 ) 通道， 以便将试剂以及任选地将样品传送到每个处理单元 3。
特别参见图 2， 说明了图 1 的系统 1 的第一构造的示例性实施例。系统 1 包括多 个处理单元 3， 每个处理单元 3 通过分配单元 6 提供的多个分配通道 13 连接到多个试剂容 器 8。虽然为了例示的目的示出了三个处理单元 3 和 9 个试剂容器 8， 但应当理解的是， 根 据用户的特定要求， 可分别设想任何数量的处理单元 3 和试剂容器 8。
在系统 1 中， 每个处理单元 3 连接到试剂单元 5 的试剂容器 8 的专用子集， 其中， 一个子集中的每个试剂容器 8 均通过一个分配通道 13 连接到一个处理单元 3， 从而在每个 试剂容器 8 和关联的处理单元 3 之间提供一对一的连接。因此， 每个分配通道 13 均流体连 接一个试剂容器 8 和一个处理单元 3。 在系统 1 中， 每个处理单元 3 进一步通过一条样品管路 14 连接到一个样品引入件 15， 从而使得容纳在样品管 9 中的样品可被吸入处理单元 3 中。样品引入件 15 例如可具体 实施为金属针管。 因此， 每个处理单元 3 可利用样品引入件 15 从专用的样品管 9 吸入样品。 样品引入件 15 可以是样品单元 7 的一部分。用于将样品管 9 传送到处理单元 3 的样品管 装载机构 10 例如可具体实施为包括电机驱动传送带 11 的传送带传动装置， 电机驱动传送 带 11 设置有用于保持样品管 9 的杯状保持器 12。 因此， 可通过如水平箭头所示地驱动传送 带 10， 经由样品管装载机构 10 将样品管 9 传送到处理单元 3。另外， 每个保持器 12 可被向 上升高， 从而将使容纳在其中的样品管 9 朝向一个样品引入件 15 运动， 以致样品引入件 15 能够如竖直箭头所示地吸入容纳在样品管 9 中的样品。
系统 1 进一步包括例如具体实施为光度计的一个光学检测器 4， 用于光学地检测 每个处理单元 3 中所含的样品 / 试剂混合物的反应产物。光学检测器 4 是分析单元 2 的一 部分， 分析单元 2 基于光学地检测到的反应产物对样品进行分析。因此， 光学检测器 4 适于 检测从处理单元 3 中所含的样品 / 试剂混合物的反应产物发出的光。因此， 处理单元 3 与 包括光学检测器 4 的分析单元 2 一起专用于预定类型的分析方法。
在图 2 的系统 1 的示例性实施例中， 可并行地排布任何期望数量的处理单元 3， 而 每个处理单元 3 可访问试剂单元 5 的试剂 ( 即试剂容器 8) 的独立子集。每个处理单元 3 可进一步访问独立样品。因而， 样品吞吐量可根据用户的特定要求而提高。除此之外， 由于 处理单元 3 涉及同一类型的分析方法， 即使当一个或多个处理单元 3 失效时也能确保对样 品的分析。 此外， 通过涉及同一类型分析方法的多个处理单元 3， 可进行样品的并行分析， 从 而获得多个冗余结果， 这些冗余结果例如可通过计算其平均值而得到进一步处理。
样品管装载机构 10 和光学检测器 4 是所有处理单元 3 共用的系统部件。由于这 些共用的系统部件， 系统 1 的制造成本可得到显著降低。
特别参见图 3， 说明了图 1 的系统 1 的第一构造的另一个示例性实施例。 为了避免不必要的重复， 仅说明相对图 2 实施例的区别， 除此之外， 参照关于图 2的说明。 在图 3 的系统 1 中， 每个处理单元 3 不但可访问试剂单元 5 的试剂的子集， 而且可 访问所有的试剂 ( 即试剂容器 8)。为此目的， 流体分配单元 6 的分配通道 13 具体实施为中 间通道， 其数量对应于试剂单元 5 的试剂容器 8 的数量。为了将中间通道 13 连接到处理单 元 3， 系统 1 进一步包括流体连接处理单元 3 和分配通道 13 的第一试剂供应通道 18， 其中， 不同的第一试剂供应通道 18 连接到不同的分配通道 13。 第一试剂供应通道 18 的数量对应 于分配通道 13 的数量乘以处理单元 3 的数量， 从而在每个分配通道 13 和处理单元 3 之间 具有一对多的连接。系统 1 还进一步包括流体连接试剂容器 8 和分配通道 13 的第二试剂 供应通道 17， 其中， 不同的第二试剂供应通道 17 连接到不同的分配通道 13。第二试剂供应 通道 17 的数量对应于分配通道 13 的数量， 从而在第二试剂供应通道 17 和分配通道 13 之 间具有一对一的连接。
因此， 在图 3 的系统 1 中， 每个处理单元 3 通过第一试剂供应通道 18 连接到每个 中间通道 16。 除此之外， 每个试剂容器 8 通过第二试剂供应通道 17 连接到专用的中间通道 16， 从而将每个试剂容器 8 连接到每个处理单元 3。
在图 3 的系统 1 的示例性第二实施例中， 可并行地排布任何期望数量的处理单元 3， 其中， 每个处理单元 3 可访问试剂单元 5 的所有试剂 ( 即试剂容器 8)。因而， 样品吞吐 量可根据需要提高并且所有试剂可被供应到所有处理单元 3。结果， 相比为每个处理单元 3 提供试剂的独立子集的情况， 可节省费用。
特别参见图 4， 说明了系统 1 的第二构造的示例性实施例， 该第二构造是图 1 的第 一构造的变形。为了避免不必要的重复， 仅说明相对图 2 实施例的区别， 除此之外， 参照关 于图 2 的说明。
在图 4 的第二构造中， 系统 1 包括设置有两个不同检测器的分析单元 2， 也即光学 检测器 4 以及与仪器耦接的流通式格间 (flow-through cell)。系统 1 进一步包括两个处 理单元 3， 其中， 一个处理单元 3 耦接到光学检测器 4， 光学检测器 4 例如具体实施为光度计 以检测从一个或多个反应室发出的光， 另一个处理单元 3 通过连接通道 20 流体连接到流通 式格间 19。因此， 对应的处理单元 3 的样品 / 试剂混合物可被供应到流通式格间 19， 以便 通过耦接到流通式格间 19 的仪器 ( 未示出 ) 检测样品 / 试剂混合物的反应产物。流通式 格间 19 例如可耦接到离子选择电极 (ISE)、 诸如酶电化学检测器的生物传感器、 电化学发 光检测器 (ECL)、 光学检测器等。因此， 处理单元 3 与光学检测器 4 以及流通式格间 19 一起 涉及不同于彼此的第一和第二类型分析方法。在图 4 的系统 1 中， 一个样品管 9 中所含的 样品可通过一个样品引入件 15 被吸入处理单元 3， 该样品引入件 15 由歧管样品管路 14 连 接到两个处理单元 3。
在图 4 的系统 1 中， 每个处理单元 3 流体连接到试剂容器 8 的独立子集， 其特定于 所使用分析方法的类型。如图 4 所示， 例如三个试剂容器 8 与光学检测器 4 的第一类型分 析方法结合使用， 而两个试剂容器 8 与流通式格间 19 的第二类型分析方法结合使用。每个 试剂容器 8 均通过流体分配单元 6 的一个分配通道 13 连接到关联的处理单元 3， 从而在试 剂容器 8 和处理单元 3 之间实现一对一连接。
虽然为了例示的目的示出了涉及不同类型分析方法的两个处理单元 3， 但应当理 解的是， 根据用户的特定要求， 可设想任何数量的处理单元 3， 这些处理单元 3 可涉及各种 类型分析方法并且可耦接到各个检测器。
在图 4 的系统 1 的示例性实施例中， 可并行地排布任何期望数量的处理单元 3， 而 每个处理单元 3 可访问试剂单元 5 的试剂的独立子集， 其特定于所使用的分析方法类型。 通 过使用连接到每个处理单元 3 的一个样品引入件 15， 可并行地使用两种或多种不同的预定 类型分析方法来分析一个样品。
特别参见图 5， 说明了系统 1 的第三构造的示例性实施例， 该第三构造是图 1 的第 一构造的另一个变形。为了避免不必要的重复， 仅说明相对图 4 实施例的区别， 除此之外， 参照关于图 4 的说明。
在图 5 的实施例中， 系统 1 包括处理单元 3 的第一子集 ( 例如两个 ) 和处理单元 3 的第二子集 ( 例如三个 )， 第一子集耦接到光学检测器 4 因而涉及第一类型分析方法， 第二 子集耦接到与仪器耦接的流通式格间 19 因而涉及不同于第一类型的第二类型分析方法。 光学检测器 4 例如可具体实施为光度计以检测从与其耦接的处理单元 3 的第一子集的反应 室发出的光。流通式格间 19 通过歧管连接通道 20 流体连接到处理单元 3 的第二子集， 从 而处理单元 3 的第二子集的反应室的样品 / 试剂混合物可被传送到流通式格间 19 以便对 该混合物进行检测。
一个样品管 9 的样品可通过一个样品引入件 15 被同时吸入第一和第二子集的所 有处理单元 3， 该样品引入件 15 通过歧管样品管路 14 连接到所有处理单元 3。处理单元 3 的第一子集中的处理单元 3( 其涉及第一类型分析方法 ) 可访问试剂单元 5 的试剂容器 8 的 第一子集， 该第一子集包括特定于第一类型分析方法的所有试剂 ( 即试剂容器 8)。除此之 外， 处理单元 3 的第二子集中的处理单元 3( 其涉及第二类型分析方法 ) 可访问试剂单元 5 的试剂容器 8 的第二子集， 该第二子集包括特定于第二类型分析方法的所有试剂 ( 即试剂 容器 8)。 为此目的， 流体分配单元 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， 其每一个均具体实施为中间通道。为了将处理单元 3 的第一子集和第二子集中 的处理单元 3 分别流体连接到分配通道 13 的第一子集和第二子集， 系统 1 进一步分别包括 第一试剂供应通道 18 的第一子集和第二子集， 其每一个均流体连接一个处理单元 3 和一个 分配通道 13， 其中， 不同的第一试剂供应通道 18 连接到不同的分配通道 13。为了将试剂容 器 8 的第一子集和第二子集中的试剂容器 8 分别流体连接到分配通道 13 的第一子集和第 二子集， 系统 1 还进一步分别包括第二试剂供应通道 17 的第一子集和第二子集， 其每一个 均流体连接一个试剂容器 8 和一个分配通道 13， 其中， 不同的第二试剂供应通道 17 连接到 不同的分配通道 13。
在图 5 中， 虽然处理单元 3 的第一子集包括耦接到光学检测器 4 的两个处理单元 3， 而处理单元 3 的第二子集包括耦接到流通式格间 19 的三个处理单元 3， 但应当理解的是， 根据用户的特定要求， 可设想分别耦接到光学检测器 4 和流通式格间 19 的任何数量的处理 单元 3。
在图 5 所示系统 1 的实施例中， 可并行地排布任何期望数量的专用于特定类型分 析方法的处理单元 3， 而该特定类型分析方法的每个处理单元 3 可访问特定于其的试剂单 元 5 的所有试剂。使用连接到处理单元 3 的一个样品引入件 15， 可利用不同类型分析方法并行地分析一个样品， 其中， 每种类型分析方法涉及多个处理单元 3。 因此， 图 5 的系统 1 允 许使用不同类型分析方法非常快速地分析样品， 从而降低样品分析的周转时间。即使当个 别几个处理单元 3 失效时， 冗余的流体处理单元 3 也能够并行地分析样品， 而不会限制可用 的分析方法。这尤其允许使用不同类型分析方法并行地确定一个样品的一组预定参数。
参见图 6， 说明了图 3 和图 5 所示系统 1 的分配单元 6 的示例性实施例。
相应地， 分配单元 6 是固体基片， 例如具体实施为设置有多个分配通道 13 的平板， 这些分配通道 13 相对于彼此平行的对准。分配通道 13 可具体实施为在基片表面中加工的 沟槽， 该沟槽可例如被箔覆盖或者替代性地可形成在基片内。
每个处理单元 3( 为了例示的目的， 例如示出了五个处理单元 3) 可通过第一试剂 供应管路 18 访问每个分配通道 13。每个第一试剂供应管路 18 流体连接一个处理单元 3 和 一个分配通道 13( 一对一连接 )， 其中， 不同的第一试剂供应管路 18 连接到不同的分配通道 13。每个试剂容器 8( 为了例示的目的， 例如示出了三个试剂容器 8) 可通过第二试剂供应 管路 17 访问各个分配通道 13。每个第二试剂供应管路 17 流体连接一个试剂容器 8 和一个 分配通道 13( 一对一连接 )， 其中， 不同的第二试剂供应管路 17 连接到不同的分配通道 13。 第一试剂供应管路 18 通过流体互连器 16 流体连接到分配通道 13， 流体互连器 16 使得流体 能够自由地从其中穿过。类似地， 第二试剂供应管路 17 通过流体互连器 16 流体连接到分 配通道 13， 流体互连器 16 使得流体能够自由地从其中穿过。第一试剂供应管路 18 和分配 通道 13 布置于不同水平 ( 竖直高度 )。虽然图中未示出， 但替代性地， 第一和 / 或第二试剂 供应管路 17、 18 可以是分配单元 6 的一部分。
在图 6 所示系统 1 的分配单元 6 的示例性实施例中， 分配单元 6 是设置有分配通 道 13 的固体基片。在其变形中， 固体分配单元 6 进一步设置有第一试剂供应管路 18 和 / 或第二试剂供应管路 17。在这种情况下， 处理单元 3 和 / 或试剂容器 8 可流体连接到第一 和 / 或第二试剂供应管路， 例如通过将处理单元 3 和 / 或试剂容器 8 插到分配单元 6 的专 用端口。
参见图 7， 图 7 是本发明的系统 1 的另一个示例性实施例的透视图。
相应地， 在系统 1 中， 样品单元 7 设置有样品管装载机构 10， 用于将样品管 9 装入 系统 1 中并且将样品管 9 传送到各个处理单元 3 的每一个。样品管装载机构 10 具体实施 为传送带驱动装置， 其包括电极驱动的传送带 11， 传送带 11 适于传送保持住样品管 9 的多 个样品管支架 22。
在系统 1 中， 试剂单元 5 设置有多个试剂容器 8。系统 1 进一步包括用于处理样品 的多个处理单元 3， 这些处理单元 3 具有平的形状。
分析单元 2 包括具体实施为光度计的一个光学检测器 4， 以检测从样品与一种或 多种试剂的反应产物发出的光。分析单元 2 进一步包括耦接到仪器的一个流通式格间 19， 以检测从被传送到流通式格间 19 的样品与一种或多种试剂的反应产物发出的光。光学检 测器 4 耦接到处理单元 3 的第一子集， 而流通式格间 19 通过歧管连接通道 20 流体连接到 处理单元 3 的第二子集。光学检测器 4 和流通式格间 19 涉及不同类型的分析方法。
在系统 1 中， 分配单元 6 是平的主体， 其具有类似板的形状。其设置有用于传送流 体的多个分配通道 ( 未示出 )。分配通道通过第二试剂供应管路 17 连接到试剂容器 8， 从 而将每个试剂容器 8 连接到一个分配通道。每个处理单元 3 流体连接到例如具体实施为金属针管的独立样品引入件 15。每个样品引入件 15 可例如通过抬升样品管 9 而被浸入样品 管 9 中， 以便吸入其内所含的样品。
如图 7 所示， 试剂单元 5、 分析单元 2 以及样品单元 7 布置于不同的竖直高度 ( 水 平 )， 其中， 试剂单元 5 位于分析单元 2 上面， 并且样品单元 7 位于分析单元 2 下面。因此， 在系统 1 中， 试剂容器 8 可易于被置换。系统 1 的每个单元均是功能性和结构性实体并且 例如具体实施为模块化单元。
图 8A 是图 7 的系统 1 的分配单元 6 的示例性实施例的示意性顶视图， 如图 8A 所 示， 分配单元 8 设置有例如五个插口位置 ( 或称插接位置， plug positions)23( 例如插座 )， 其每一个均适于接收一个处理单元 3。每个插口位置 23 设置有分配通道 13 的多个排出端 口 24， 这些排出端口 24 具体实施为 ( 例如凹形 ) 插入端口。因此， 流体可易于经由排出端 口 24 在分配通道和处理单元 3 之间传递。
图 8B 是图 8A 的分配单元 6 的示意性剖视图， 如图 8B 所示， 每个处理单元 3 设置 有多个 ( 例如凸形 ) 连接器 25， 这些连接器 25 可连接到 ( 例如插入 ) 排出端口 24， 用于定 位处理单元 3 并且将处理单元 3 与多个分配通道流体连接。每个处理单元 3 具有平的形状 并且位于平的分配单元 6 的上表面上， 与分配单元 6 平行对准。
在图 9A 中， 示出了图 7 的系统 1 的分配单元 6 的另一个实施例。相应地， 分配单 元 6 设置有多个模块化子单元 26， 这些模块化子单元 26 的每一个均设置有一个或多个插口 位置 23， 用于接收处理单元 3 的独立子集。与独立子单元 26 关联的每个处理单元 3 例如可 涉及一种预定类型分析方法。替代性地， 一个子集中的处理单元 3 可涉及不同类型分析方 法。在所示实施例中， 处理单元 3 和 / 或子单元 26 可易于置换。
在图 9B 中， 示出了图 7 的分配单元 6 的另一个实施例。相应地， 分配单元 6 是集 成的模块化单元， 其设置有多个插口位置 23， 用于接收处理单元 3。处理单元 3 可涉及一种 预定类型分析方法。替代性地， 处理单元 3 可涉及不同的预定类型分析方法。
参见图 10， 其示出了图 7 的分配单元 6 的另一个实施例的示意性透视图。为了避 免不必要的重复， 仅说明相对图 8A、 8B 实施例的区别， 除此之外， 参照关于图 8A、 8B 的说明。
相应地， 平的分配单元 6 设置有相对于彼此平行对准的多个分配通道 13。处理 单元 3 各自具有平的形状并且相对于平的分配单元 6 正交地对准， 分配单元 6 在它们之间 具有小的节距 (pitch)。这种实施例允许处理单元 3 的非常紧凑的布置结构， 处理单元 3 例如可被插入分配单元 6 的插口位置 23 中。而且， 每个处理单元 3 均具有小的占用空间 (footprint)， 用于与分配单元 6 插接。在这种情况下， 处理单元 3 例如可流体连接到一个 或多个流通式格间 19， 以便检测样品和试剂的反应产物。
参见图 11， 其示出了图 7 的分配单元 6 的另一个实施例的示意性顶视图。为了避 免不必要的重复， 仅说明相对图 8A、 8B 实施例的区别， 除此之外， 参照关于图 8A、 8B 的说明。
相应地， 平的分配单元 6 设置有多个分配通道 13， 这些分配通道 13 具体实施为相 对于彼此同心布置的封闭回路。具有平的形状的处理单元 3 相对于平的分配单元 6 平行地 对准并且沿封闭回路式分配通道 13 的周向布置。这种实施例允许处理单元 3 的非常紧凑 的布置结构， 处理单元 3 例如可被插入分配单元 6 的插口位置 23 中。每个处理单元 3 均流 体连接到中心样品引入件 15， 以便将样品并行地供应到处理单元 3。处理单元 3 例如可耦 接到诸如旋转光度计的光学检测器 4， 以便光学地检测各个样品与一种或多种试剂的反应产物。 参见图 12， 其示出了图 7 的分配单元 6 的另一个实施例的示意性顶视图。为了避 免不必要的重复， 仅说明相对图 8A、 8B 实施例的区别， 除此之外， 参照关于图 8A、 8B 的说明。
相应地， 平的分配单元 6 设置有例如两个插口位置 23( 插座 )， 这些插口位置 23 的 每一个均适于接收处理单元 3。每个插口位置 23 设置有分配通道 13 的多个排出端口 24， 这些排出端口 24 具体实施为 ( 例如凹形 ) 插入端口。分配单元 6 的分配通道 13 在不同于 彼此的第一和第二水平 ( 竖直高度 ) 内延伸并且可从第一水平改变到第二水平， 反之亦然。
更具体而言， 如图 12 所示， 分配通道 13 可从上面的第一水平 ( 较粗的线 ) 改变到 下面的第二水平 ( 较细的线 ) 或者从下面的第二水平改变到上面的第一水平， 并且也可岔 开到相邻的分配通道 13。每个排出端口 24 流体连接到位于下面第二水平的分配通道 13。 处理单元 3 例如可具体实施为 “槽卡” ， 以被插入排出端口 24 中。这种实施例有利地允许分 配通道 13 的高度密集布置以及允许排出端口 24 之间比较大的相互间距离， 这种比较大的 相互间距离对于密封等是必要的。
参见图 13， 其示出了本发明系统 1 的微流体处理单元 3 的第一示例性构造的功能 性实体的示意图， 用于分析液体样品。
相应地， 包含在样品器皿 102 中的用于液体样品处理的处理单元 3 包括各种功能 性实体， 其中包括称为 “样品吸入器 103” 的功能性实体， 样品吸入器 103 可连接到样品器 皿 102， 这允许样品器皿 102 中所含的液体样品被吸入处理单元 3。功能性实体样品吸入 器 103 连接到另一个称为 “样品寄存器 / 稀释器 105” 的功能性实体， 样品寄存器 / 稀释器 105 用于利用稀释流体稀释样品并且寄存该样品。功能性实体样品寄存器 / 稀释器 105 连 接到另一个称为 “样品和试剂 R1/2/3 配量器 104” 的功能性实体， 样品和试剂 R1/2/3 配量 器 104 用于对样品以及第一到第三组试剂 R1、 R2 和 R3 的一种或多种试剂进行配量 ( 或称 定量给料 )。功能性实体样品和试剂 R1/2/3 配量器 104 连接到另一个称为 “混合与培养器 107” 的功能性实体， 混合与培养器 107 用于将样品与试剂混合并且培养所获得的样品 / 试 剂混合物以便进行反应。另一个称为 “分析单元 108” 的功能性实体包括用于检测所获得样 品 / 试剂混合物的反应产物的检测器， 并且用于基于检测到的反应产物对样品进行分析。
参见图 14， 其示出了本发明系统 1 的微流体处理单元 3 的第一示例性构造的功能 性布局的示意图。为了避免不必要的重复， 仅说明相对图 13 的第一示例性构造的区别， 除 此之外， 参照关于图 13 的说明。
相应地， 在处理单元 3 中， 功能性实体混合与培养器 107 连接到另一个称为 “样品 和试剂 R1 配量器 106” 的功能性实体以及另一个称为 “试剂 R2/3 配量器 109” 的功能性实 体， 样品和试剂 R1 配量器 106 用于对样品以及第一组试剂 R1 的试剂进行配量， 试剂 R2/3 配量器 109 用于对第二和第三组试剂 R2/3 的试剂进行配量， 第二和第三组试剂 R2/3 不同 于如功能性实体样品和试剂 R1 配量器 106 所预定的第一组试剂 R1。包括了检测器的分析 单元 108 用于检测所获得样品 / 试剂混合物的反应结果， 以便基于检测到的反应结果对样 品进行分析。
特别参见图 15， 说明了图 14 的处理单元 3 的第二构造的示例性实施例。
相应地， 微流体处理单元 3 包括多个通道和室， 流体可穿过这些通道和室传输以 便对流体样品进行分析。通道和室的截面尺寸通常在微米尺度的量级上， 并且例如可小至
1μm 到 500μm。处理单元 3 包含了例如为空气的气态系统流体， 或者替代性地包含气态和 液态系统流体的组合， 从而可通过在这些通道和室内产生负或正的 ( 大气 ) 压来传送样品 和试剂以及其他感兴趣的流体穿过这些通道和室。
更具体而言， 微流体处理单元 3 包括第一主通道 110 和第二主通道 111。 每个主通 道 110、 111 的一端设置有孔口 113 以使外界空气进入处理单元 3。第二主通道 111 的另一 端流体连接到第一主通道 110。第一主通道 110 的另一端连接到主泵 112。通过使用主泵 112， 可在第一主通道 110 和第二主通道 111 内均产生正或负的 ( 大气 ) 压。
在微流体处理单元 3 中， 液体样品可穿过样品通道 114 被传送到第一主通道 110， 样品通道 114 可连接到容纳液体样品 S 的样品器皿 102。样品通道 114 的一端流体连接到 第一主通道 110 而其另一端流体连接到样品引入件 146， 样品引入件 146 可用于从样品器皿 102 吸入样品。样品通道 114 配备有第一冻融阀 115， 从而使得样品能够从样品通道 114 流 到第一主通道 110 或者阻挡样品如此流动。第一冻融阀 115 定位成邻近样品通道 114 的通 向第一主通道 110 处的开口。
微流体处理单元 3 进一步包括多个第一试剂通道 118， 用于将第一组试剂 R1 供应 到第一主通道 110。每个第一试剂通道 118 均连接到第一试剂器皿 ( 未示出 )， 第一试剂器 皿容纳用于与液体样品反应的第一组试剂 R1 中的试剂。第一试剂器皿中所含的第一组试 剂 R1 可包括专用于预定的第一试验的一种或彼此不同的多种试剂， 该预定的第一试验适 于分析样品 S 中的一种或多种分析物。每个第一试剂通道 118 均通向第一主通道 110 并且 配备有第二冻融阀 119， 从而可使得试剂能够从第一试剂通道 118 流向第一主通道 110 或者 阻挡试剂如此流动。第二冻融阀 119 定位成邻近第一试剂通道 118 通向第一主通道 110 处 的开口。
微流体处理单元 3 进一步包括多个反应室 120， 用于进行液体样品和试剂的反应。 反应室 120 例如可具体实施为流通式试管。每个反应室 120 均通过第一反应室端口 121 和 第二反应室端口 122 互连在第一主通道 110 和第二主通道 111 之间， 第一反应室端口 121 将反应室 120 连接到第一主通道 110， 第二反应室端口 122 将反应室 120 连接到第二主通道 111。端口 121、 122 中的每一个均配备有第三冻融阀 123， 从而分别使得流体能够在反应室 120 以及第一和第二主通道 110、 111 之间流动或者阻挡流体如此流动。每个反应室 120 进 一步配备有多个凸轮状 ( 反应室 ) 突起 139， 突起 139 减小了反应室 120 的内直径。当执行 主泵 112 产生的正压或负压所引起的往复流体运动时， 突起 139 适于在反应室 120 内混合 流体。
在处理单元 3 中， 可使用多个 ( 例如四十个 ) 反应室 120， 这些反应室相对于彼此 平行布置。反应室 120 具体实施为培养室， 用于培养其内容纳的样品 / 试剂混合物， 因而适 于在一个或多个时间间隔期间将样品 / 试剂混合物保持于一个或多个预定温度， 以便使得 样品与一种或多种试剂之间能够发生反应。
如从图 15 可看到的， 第一主通道 110 配备有位于孔口 113 和主泵 112 之间的第四 冻融阀 124。第四冻融阀 124 将第一主通道 110 分隔为其孔口侧部分 125 和泵侧部分 126。 每个第一试剂通道 118 均与第一主通道 110 的孔口侧部分 125 连通。样品通道 114 与第一 主通道 110 的泵侧部分 126 连通， 其中， 样品通道 114 通向第一主通道 110 处的开口定位成 邻近第一主通道 110 的第四冻融阀 124， 样品通道 114 的第一冻融阀 115 定位成邻近第四冻融阀 124。而且， 第一反应室端口 121 与第一主通道 110 的泵侧部分 126 连通。
处理单元进一步包括多个第二试剂通道 127， 用于将第二和第三组试剂 R2/R3 中 的试剂供应到第二主通道 111。第二试剂通道 127 连接到第二和第三试剂器皿 ( 未示出 )。 第二和第三试剂器皿容纳用于与液体样品反应的第二和第三组试剂 R2/R3 中的试剂， 第二 和第三组试剂 R2/R3 不同于第一试剂器皿中所含的第一组试剂 R1。 第二和第三试剂器皿中 所含的第二和第三组试剂 R2、 R3 可包括专用于预定的第一试验或预定的第二试验的一种 或彼此不同的多种试剂， 该预定的第一试验或第二试验适于分析样品 S 中的一种或多种分 析物。
每个第二试剂通道 127 均与第二主通道 111 连通并且配备有第五冻融阀 128， 从而 使得试剂能够从第二试剂通道 127 流向第二主通道 111 或者阻挡试剂如此流动。第二试剂 通道 127 的每个第五冻融阀 128 定位成邻近第二试剂通道 127 通向第二主通道 111 处的开 口。
第二主通道 111 配备有数量上与反应室 120 一致的并且与每个反应室 120 关联的 多个第六冻融阀 129。这些第六冻融阀 129 布置在所关联的反应室 120 的第二反应室端口 122 通向第二主通道 111 处的开口和主泵 112 之间。这些第六冻融阀 129 中的每一个均定 位成邻近第二反应室端口 122 的开口。除此之外， 第二反应室端口 122 的第三冻融阀 123 中的每一个均定位成邻近第二主通道 111 的第六冻融阀 129。 处理单元 3 进一步包括辅助泵 130， 辅助泵 130 连接到样品通道 114 用于在其内产 生负压或正压。 样品通道 114 通过第一和第二混合室端口 134、 133 连接到多个混合室 131。 在处理单元 3 中， 可设想相对于彼此平行布置的多个 ( 例如五个 ) 混合室 131。混合室 131 将样品通道 114 分隔为其第一样本通道部分 116 和第二样品通道部分 117。混合室 131 的 第一混合室端口 134 与第一样品通道部分 116 连通， 而第二混合室端口 133 与第二样品通 道部分 117 连通。 混合室端口 133、 134 配备有第七冻融阀 135， 从而使得样品能够在每个混 合室 131 和样品通道 114 之间流动或者阻挡样品如此流动。此外， 每个混合室 131 均配备 有朝向彼此突出的多个凸轮状 ( 混合室 ) 突起 132， 以减小混合室 131 的内直径。当执行辅 助泵 130 产生的正压或负压所引起的往复流体运动时， 突起 132 适于在混合室 131 内混合 流体。
处理单元 3 进一步包括用于供应稀释流体的稀释流体通道 136， 以便稀释液体样 品。 稀释流体通道 136 连接到稀释流体器皿 ( 未示出 )， 稀释流体器皿容纳诸如水的流体以 便稀释样品。 稀释流体通道 136 与样品通道 114 连通并且配备有第八冻融阀 137， 第八冻融 样品通道 114 配 阀 137 定位成邻近稀释流体通道 136 通向样品通道 114 处的开口。此外， 备有第九冻融阀 138， 第九冻融阀 138 位于稀释流体通道 136 通向样品通道 114 处的开口以 及样品器皿 102 之间。样品通道 114 的第九冻融阀 138 定位成邻近稀释流体通道 136 的第 八冻融阀 137。因此， 通过使用辅助泵 130， 样品可被吸入样品通道 114 并且利用稀释流体 被稀释， 而不影响第一和第二主通道 110、 111 以及反应室 120 中的流体操作。
在处理单元 3 中， 第一和第二主通道 110、 111 进一步配备有邻近孔口 113 的第十 冻融阀 141， 从而第一和第二主通道 110、 111 的孔口侧端部可被关闭。
处理单元 3 进一步包括主清洗单元 143， 主清洗单元 143 通过第一清洗单元阀 142 连接到第一和第二主通道 110、 111， 第一清洗单元阀 142 例如可具体实施为双向阀。 主清洗
单元 143 可用于向第一和第二主通道 110、 111 供应清洗流体， 从而清洗主通道 110、 111 和 反应室 120。第一清洗单元阀 142 可用于将主清洗单元 143 连接到主通道 110、 111 或者从 主通道 110、 111 断开。
处理单元 3 进一步包括辅助清洗单元 145， 辅助清洗单元 145 通过第二清洗单元 阀 144 连接到样品通道 114， 第二清洗单元阀 144 例如可具体实施为双向阀。 辅助清洗单元 145 可用于向样品通道 114 供应清洗流体， 从而清洗样品通道 114 和混合室 131。第二清洗 单元阀 144 可用于将辅助清洗单元 145 连接到样品通道 114 或者从样品通道 114 断开。
分析单元 2 包括一个检测器 140， 用于检测反应室 120 中所含样品 / 试剂混合物的 反应产物。因此， 检测器 140 用于检测所有反应室 120 中的反应产物。检测器 140 例如可 具体实施为适于接收光学信号的扫描光学检测器， 该光学信号例如为反应室 120 中所含样 品 / 试剂混合物发出的荧光信号。
在本发明的处理单元 3 中， 每个冻融阀均一直通过与通道接触的冷接触件 ( “指形 冷冻器” ) 而被冷却， 例如被冷却到具有 -30℃的温度， 以使到达冻融阀的水状流体被快速冰 冻并产生冰栓， 阻挡住冻融阀位置处的流体流动。 冷接触件例如可通过热电装置而被冷却， 热电装置例如为利用珀耳帖效应的珀耳帖元件。如本领域技术人员已知的， 当珀耳帖元件 中通过电流并且取决于所施加电流的方向， 珀耳帖元件用作吸收热量的热沉， 由此冷却该 接触件。 除此之外， 冻融阀的冰栓可通过使用加热装置局部引入热能而融化， 例如通过指向 冻融阀的激光束或者通过利用电阻产生欧姆热。
虽然图 15 中未示出， 但分析元件 2 进一步包括控制单元， 控制单元例如可具体实 施为可编程逻辑控制器， 该可编程逻辑控制器运行设置有指令的计算机可读程序以根据样 品的自动分析来执行操作。 控制单元连接到需要控制和 / 或提供信息的部件。 更具体而言， 控制单元从处理单元 3 的不同部件接收信息并且产生并传送对应的控制信号。因此， 控制 单元电连接到主和辅助泵 12、 30， 主和辅助清洗单元 143、 145， 第一和第二清洗单元阀 142、 144 以及每个冻融阀， 以便冷却这些冻融阀并且致动加热装置以打开冻融阀。特别地， 控制 单元被设置成控制样品引入件以及样品到反应室 120 的传送。控制单元被进一步设置成控 制试剂引入件以及试剂到反应室 120 的传送。控制单元被进一步设置成控制样品与一种或 多种试剂的反应以获得反应产物。 而且， 控制单元被进一步设置成控制基于通过检测器 140 获得的反应产物对样品的分析。
在上面的处理单元 3 中， 在具有相邻的冻融阀的情况下， 这些冻融阀被定位成精 确地位于连通的流体通道的交叉点 ( 即角部 )。 因此， 流体可在一个流体通道内被提供而没 有其间的间隙， 从而例如样品和试剂可附于彼此。然而， 相邻的冻融阀仅仅是优选的选择。 替代性地， 连通的流体通道的冻融阀也可从流体通道的交叉点分开。 在后一种情况下， 一个 流体通道内提供的流体中间可存在气态或液态系统流体填充的间隙。
特别参见图 16A 到图 16G， 说明了一种使用图 15 的结构布局分析液体样品的示例 性方法。在图 16A 到图 16G 中， 为了简化图形， 仅绘出了样品通道 114 的第一主通道 110 侧 端部。然而， 应当理解的是， 样品通道 114 包括图 15 中所示的所有部件。
在第一步骤 (“样品吸入” ) 中， 通过主泵 112 在预定时间间隔内产生负压， 将期望 体积的样品 S 从样品器皿 102 吸入样品通道 114。样品通道 114 的第一冻融阀 115 用于在 样品通道 114 的死端 (dead end) 挡住样品 S。样品 S 被暂时保持 ( 即寄存 ) 在那里， 以便后续使用。由于第一冻融阀 115 位于样品通道 114 的死端位置， 从而在样品被吸入第一主 通道 110 的情况下可避免形成气泡 ( 图 16A)。
在第二步骤 (“试剂 R1 的配量” ) 中， 将一预定体积的选自第一组试剂 R1 的一种 试剂吸入第一主通道 110。 为此目的， 打开第一试剂通道 118 中的选定一个 ( 例如标识出的 最左外侧那个 ) 的第二冻融阀 119， 该第一试剂通道 118 中的选定一个容纳了将要与样品 S 进行的对应试验的第一组试剂 R1 中的试剂。然后， 通过使主泵 112 作用在第一试剂通道 118 上而同时使第二冻融阀 119 打开， 以在第一主通道 110 中产生负压， 由此将试剂吸入第 一主通道 110 中。因此， 利用主泵 112 实施了对试剂的基于气态系统流体 ( 或基于气态和 液态系统流体 ) 的泵送。在为了配量期望体积的试剂所必要的预定时间段之后， 通过充分 冷却第二冻融阀 119 以产生冰栓来关闭第二冻融阀 119， 从而在第一主通道 110 中提供一预 定体积的试剂。因此， 打开或关闭第二冻融阀 119 允许对试剂进行精确地配量。在第一主 通道 110 中， 第四冻融阀 124 用于挡住试剂而在样品端口的紧前面没有气泡， 也就是说， 在 样品通道 114 的开口的紧前面。因此， 第四冻融阀 124 允许将试剂精确地保持在预定位置 ( 图 16B)。
在第三步骤 (“样品的配量” ) 中， 将一预定体积的样品 S 吸入第一主通道 110 中。 为此目的， 打开样品通道 114 的第一冻融阀 115， 并且通过使主泵 112 作用在样品通道 114 上而同时使第一冻融阀 115 打开， 以在第一主通道 110 中产生负压， 由此将样品 S 吸入第一 主通道 110 中。因此， 利用主泵 112 实施了对样品 S 的基于气态系统流体 ( 或基于气态和 液态系统流体 ) 的泵送。在为了配量期望体积的样品 S 所必要的预定时间段之后， 通过充 分冷却第一冻融阀 115 以产生冰栓来关闭第一冻融阀 115， 从而在第一主通道 110 中提供一 预定体积的样品 S。样品 S 被置于第一主通道 110 的第四冻融阀 124 的试剂冰栓的紧前面， 而在样品 S 和冻融阀 124 之间没有空气泡。因此， 试剂和样品 S 均可置于第一主通道 110 中， 由第四冻融阀 124 分开而在其间没有空气泡 ( 图 16C)。
在第四步骤 ( “移动及混合” ) 中， 样品 S 和试剂均被吸入反应室 120 中的一个 ( 例 如最左外侧那个 )。为此目的， 打开第一主通道 110 的第四冻融阀 124 并且通过主泵 112 在 第一主通道 110 中产生负压而同时保持反应室 120 的第三冻融阀 123 打开， 从而样品 S 和 试剂可被吸入反应室 120 中。然后， 将反应混合物移到反应室 120 的中心， 随后通过充分冷 却反应室端口 121、 122 的第三冻融阀 123 来关闭第三冻融阀 123， 以产生冰栓。然后， 利用 突起 139 通过主泵 112 在反应室 120 内进行混合 ( 图 16D)。
虽然附图中未示出， 但在提供了连接到第二主通道 111 的另一个 ( 第二 ) 泵的情 况下， 也可在两个泵的作用下进行流体的混合。替代性地或另外地， 也可通过主泵 112 产生 负压和正压而在第一主通道 110 的泵侧端口 126 中混合试剂和样品 S。
在第五步骤 (“试剂 R2/3 的配量” ) 中， 将不同于第一组试剂 R1 的第二和第三组 试剂 R2/R3 中一预定体积的试剂吸入第二主通道 111。 为此目的， 将所获得的反应混合物移 到反应室 120 的第二主通道 111 侧端。然后， 打开第二试剂通道 127 中的一个 ( 例如最左 外侧那个 ) 的第五冻融阀 128， 该第二试剂通道 128 中的一个容纳了将要与样品 S 进行的 对应试验的试剂。然后， 通过使主泵 112 作用在选定的第二试剂通道 127 上而使第五冻融 阀 128 打开， 以在第二主通道 111 中产生负压， 由此将试剂 R2 吸入第二主通道 111 中。在 为了配量期望体积的试剂所必要的预定时间段之后， 通过充分冷却第五冻融阀 128 以产生冰栓来关闭第五冻融阀 128， 从而在第二主通道 111 中提供一预定体积的试剂。 在第二主通 道 111 中， 第六冻融阀 129 用于挡住试剂而在第二反应室端口 122 的前面没有气泡。对于 第一和第二组试剂 R2、 R3 中的另一种试剂， 这个过程可类似地重复 ( 图 16E)。
在第六步骤 (“试剂 R2/3 添加及混合” ) 中， 将试剂吸入对应的反应室 120 中。为 此目的， 打开第二反应室端口 122 的第三冻融阀 123。然后， 通过主泵 112 产生负压， 从而 可将试剂吸入反应室 120 中。将反应混合物移到反应室 120 的中心， 随后关闭反应室端口 121、 122 的第三冻融阀 123。然后， 利用突起 139 通过主泵 112 在反应室 120 内进行混合 ( 图 16F)。
虽然附图中未示出， 但在提供了连接到第二主通道 111 的另一个 ( 第二 ) 泵的情 况下， 也可在两个泵的作用下进行流体的混合。
在第七步骤 (“清洗及扫描” ) 中， 通过使用清洗单元 143， 将反应室 120 的一个中 的内含物抽出， 随后利用清洗流体通过专用的清洁程序清洁反应室。 类似地， 可通过清洗流 体清洗所有的通道。在清洗程序中， 例如可实施如下方式 ： 在顺序地使用清洁流体、 水以及 用于干燥的压力的情况下， 进行压力驱动的膜清洁。
此外， 在该步骤中， 分析单元的检测器 140 连续地扫描反应室 120， 以便在考虑到 基于所获得的反应结果对样品 S 进行分析的情况下检测反应产物 ( 图 16G)。
可利用辅助泵 130 通过稀释流体通道 136 供应稀释流体， 从而稀释样品 S。 更具体 而言， 虽然在上述方法中没有详述， 但也可利用辅助泵 130 产生样品 S 的往复运动而利用突 起 132 使样品 S 在混合室 131 中与稀释流体混合。因此， 将样品 S 在样品通道 114 中的操 作性步骤分别从主通道 110、 111 及反应室 120 中的操作性步骤分开。
在上述分析液体样品的示例性方法中， 将样品 S 和第一组试剂 R1 中的试剂共同吸 入一个反应室 120， 随后添加第二和第三组试剂 R2/R3 中的另一种试剂。 由于冻融阀是相邻 的， 样品和第一组试剂 R1 的试剂之间没有间隙。替代性地， 样品和第一组试剂 R1 的试剂之 间也可存在间隙。替代性地， 样品和 ( 一种或多种 ) 试剂也可被独立地 ( 分离地 ) 传送到 反应室 120 中。 因此， 在第一种选择中， 首先将样品 S 传送到反应室 120， 随后将第一组试剂 R1 的试剂传送到反应室 120， 任选地随后将第二组试剂 R2 的试剂并且任选地随后将第三组 试剂 R3 的试剂传送到反应室 120。 在第二种选择中， 将第一组试剂 R1 的第一试剂传送到反 应室 120， 随后将样品 S 传送到反应室 120， 任选地随后将第二组试剂 R2 的试剂并且任选地 随后将第三组试剂 R3 的试剂传送到反应室 120。 在第三种选择中， 将第一组试剂 R1 的第一 试剂传送到反应室 120， 任选地随后将第二组试剂 R2 的试剂并且任选地随后将第三组试剂 R3 的试剂传送到反应室 120， 并且随后将样品 S 传送到反应室 120。
处理单元 3 的平的 / 线性的布置使得其制造能够容易且划算地进行。由于样品的 并行处理， 使得能够得到比较高的吞吐量。此外， 由于第一和第二试剂通道， 可避免遗留不 同的试剂。可仅通过使用两个分离的泵而实现试剂准备和样品分析的分开。
参见图 17， 其为示意图， 说明了本发明的处理单元 3 的第三示例性构造的功能性 布局。
相应地， 用于液体样品处理的处理单元 3 提供功能性分段， 以便分开工作流程步 骤并且实现吞吐量的增长。任何流体 ( 样品或样品 / 试剂混合物 ) 均被从一个节段传送到 下一个节段。 功能性节段相对于彼此串联地布置， 其中， 每个节段均具有其自身的精确配量泵。 更具体而言， 处理单元 3 包括称为 “样品吸入器 203” 的功能性实体， 样品吸入器 203 可连接到样品器皿 202， 这允许样品器皿 202 中所含的液体样品被吸入处理单元 3。功 能性实体样品吸入器 203 连接到另一个称为 “样品寄存器 / 预稀释器 204” 的功能性实体， 样品寄存器 / 预稀释器 204 用于利用稀释流体稀释样品并且寄存该样品。功能性实体样品 寄存器 / 预稀释器 204 连接到另一个称为 “样品和试剂 R1 配量器 205” 的功能性实体， 样品 和试剂 R1 配量器 205 用于对样品以及第一组试剂 R1 的试剂进行配量。功能性实体样品和 试剂 R1 配量器 205 连接到另一个称为 “混合与培养器 206” 的功能性实体， 以便将样品与第 一组试剂 R1 的试剂混合并且培养所获得的样品 / 试剂混合物， 从而进行反应。功能性实体 混合与培养器 206 连接到另一个称为
“反应混合物及试剂 R2/3 配量器 207” 的功能性实体， 以便对反应混合物以及对第 二和第三组试剂 R2、 R3 的试剂进行配量。功能性实体反应混合物及试剂 R2/3 配量器 207 连接到另一个称为 “混合与培养器 206” 的功能性实体， 混合与培养器 206 用于将样品和第 一组试剂 R1 的试剂的混合物与第二和第三组试剂 R2/R3 的试剂混合并且培养所获得的样 品 / 试剂混合物， 以便进行反应。另一个称为 “分析单元 208” 的功能性实体包括用于检测 所获得样品 / 试剂混合物的反应产物的检测器， 并且用于基于检测到的反应产物对样品进 行分析。
在处理单元 3 中， 第一节段 209 包括实体样品和试剂 R1 配量器 205 以及实体混合 与培养器 206， 第二节段 210 包括实体反应混合物及试剂 R2/3 配量器 207 以及实体混合与 培养器 206， 并且第三节段 211 包括实体样品吸入器 203 以及实体样品寄存器 / 预稀释器 204。
特别参见图 18， 说明了图 17 的处理单元 3 的第三示例性构造的示例性实施例， 该 处理单元包括三个节段 209-211。
第一节段 209 包括第一主通道 212 和第二主通道 213。第二主通道 213 通过互连 通道 230 连接到第一主通道 212。第一主通道 212 设置有孔口 226 并且连接到泵 214。通 过使用泵 214， 可分别在第一和第二主通道 212、 213 中产生正或负 ( 大气 ) 压。
液体样品可通过样品通道 215 被传送到第一主通道 212， 样品通道 215 连接到第一 节段 209 并且通向第一试剂配量室 217。样品通道 215 配备有第一冻融阀 216， 从而使得样 品能够从样品通道 215 流到第一试剂配量室 217 或者阻挡样品如此流动。样品通道 215 的 第一冻融阀 216 定位成邻近样品通道 215 通向第一试剂配量室 217 的开口。
第一节段 209 进一步包括多个第一试剂通道 218， 用于将第一组试剂 R1 的试剂供 应到第一试剂配量室 217。每个第一试剂通道 218 均连接到第一试剂器皿 ( 未示出 )， 第一 试剂器皿容纳了用于与液体样品反应的第一组试剂 R1 的试剂。第一试剂器皿中所含的第 一组试剂 R1 的试剂可包括一种或多种试剂， 这些试剂可相对于彼此不同并且可涉及专用 于确定样品中的一种或多种分析物的第一试验。每个第一试剂通道 218 通向第一试剂配量 室 217 并且配备有第二冻融阀 219， 从而可使得试剂能够从第一试剂通道 218 流到第一试剂 配量室 217 或者阻挡样品如此流动。第二冻融阀 219 定位成邻近第一试剂通道 218 通向第 一试剂配量室 217 处的开口。
第一节段 209 进一步包括多个反应室 220， 用于进行液体样品与一种或多种试剂
的反应， 这些反应室 220 例如可具体实施为流通式试管。每个反应室 220 通过第一反应室 端口 221 和第二反应室端口 222 互连在第一主通道 212 和第二主通道 213 之间， 第一反应 室端口 221 将反应室 220 连接到第一主通道 212， 第二反应室端口 222 将反应室 220 连接到 第二主通道 213。反应室端口 221、 222 中的每一个均配备有第三冻融阀 223， 从而分别使得 流体能够在反应室 220 以及第一和第二主通道 212、 213 之间流动或者阻挡流体如此流动。 每个反应室 220 进一步配备有多个凸轮状突起 224， 突起 224 减小了反应室 220 的内直径并 且适于当执行泵 214 产生的正压或负压所引起的往复流体运动时对流体进行混合。
第一主通道 212 进一步配备有第四冻融阀 225， 第四冻融阀 225 将第一主通道 212 分隔为孔口侧部分 227 和泵侧部分 228。第一试剂通道 218 和样品通道 215 均与第一主通 道 212 的孔口侧部分 227 上的第一试剂配量室 217 连通。
第一节段 209 的第二主通道 213 通过样品通道 215 连接到第二节段 210 的第二试 剂配量室 234。 在第二主通道 213 和互连通道 230 之间的交叉处， 这些通道中的每一个均配 备有第五冻融阀 229。
处理单元进一步包括清洗单元 231， 清洗单元 231 通过第一清洗单元阀 232 连接到 第一和第二主通道 212、 213。清洗单元 231 可用于向第一和第二主通道 212、 213 供应清洗 流体， 从而清洗主通道 212、 213 和反应室 220。第一清洗单元阀 232 可用于将主清洗单元 231 连接到主通道 212、 213 或者从主通道 212、 213 断开。 在第一节段 209 中， 第一主通道 212 配备有邻近孔口 226 的第六冻融阀 234， 从而 可关闭第一主通道 212 的孔口侧端部。
第二节段 210 具有与第一节段 209 在很大程度上相似的构造。为了避免不必要的 重复， 仅说明相对第一节段 209 的区别， 除此之外， 参照关于第一节段 209 的说明。相应地， 第二节段 210 设置有多个第二试剂通道 233， 用于将第二和第三组试剂 R2/R3 的试剂供应到 第二试剂配量室 234。每个第二试剂通道 233 均连接到第二试剂器皿 ( 未示出 )， 第二试剂 器皿容纳了用于与液体样品反应的第二组试剂 R2 的试剂以及第三组试剂 R3 的试剂。每个 第二试剂通道 233 通向第二试剂配量室 234 并且配备有第二冻融阀 219， 从而可使得试剂 能够从第二试剂通道 233 流到第二试剂配量室 234 或者阻挡样品如此流动。第二试剂通道 233 的第二冻融阀 219 定位成邻近第二试剂通道 233 通向第二试剂配量室 234 处的开口。
第一节段 209 的第二主通道 213 连接到第二节段 210 的样品通道 215。因此， 第一 节段 209 的反应室 220 的每个第二反应室端口 222 均连接到第二节段 210 的样品通道 215， 从而样品和 / 或样品 / 试剂混合物可从第一节段 209 的反应室 220 被传送到第二节段 210 的反应室 220。第二节段 210 包括分离的泵 214。
处理单元 3 还进一步包括检测器 236， 检测器 236 是分析单元 ( 未示出 ) 的一部 分， 用于检测反应室 220 中所含样品 / 试剂混合物的反应产物。因此， 一个检测器 236 用于 分别检测第一和第二节段 209、 210 的反应室 220 中的反应产物。
第三节段 211 包括多个混合及寄存室 237， 这些混合及寄存室 237 通过第一和第二 混合室端口 241、 242 分别互连在第一样品通道部分 238 和第二样品通道部分 239 之间。在 每个混合及寄存室 237 中， 第一混合室端口 241 将混合及寄存室 237 连接到第一样品通道 部分 238， 并且第二混合室端口 242 将混合及寄存室 237 连接到第二样品通道部分 239。每 个混合室端口 241、 242 均设置有第七冻融阀 243。多个相对于彼此并行地布置。每个混合
及寄存室 237 均设置有突起 252， 突起 252 减小了混合及寄存室 237 的内直径并且当执行第 三节段 211 的泵 214 产生的正压或负压所引起的往复流体运动时适于对流体进行混合。除 此之外， 混合及寄存室 237 可用作流体寄存。
第一样品通道部分 238 和第二样品通道部分 239 通过互连通道 240 连接， 互连通 道 240 配备有第八冻融阀 244， 第八冻融阀 244 邻近第二样品通道部分 239 和互连通道 240 之间的交叉点。
第一样品通道部分 238 通向孔口 248。在孔口 248 和泵 214 之间， 第一样品通道部 分 238 连接到样品配量室 247， 样品配量室 247 通过样品引入件 250 连接到样品器皿 202。 样品引入件 250 配备有第十二冻融阀 251， 第十二冻融阀 251 位于样品引入件 250 通向样品 配量室 247 的开口处。第三节段 211 的第二样品通道部分 239 连接到第一节段 209 的样品 通道 215， 从而混合及寄存室 237 的第二混合室端口 242 连接到第一节段 209 的样品通道 215。第二样品通道部分 239 设置有第九冻融阀 245， 第九冻融阀 245 定位成邻近第二样品 通道部分 239 通向第一节段 209 的样品通道 215 处的开口。
样品配量室 247 连接到稀释流体通道 ( 未示出 )， 用于供应稀释流体以便对样品配 量室 247 中所含的液体进行稀释。
下面， 对使用处理单元 3 的示例性方法进行描述。相应地， 通过使用第三节段 211 的泵 214， 将样品 S 通过样品引入件 250 吸入样品配量室 247 中。然后， 将样品传送到一个 混合及寄存室 237。通过执行泵 214 产生的往复运动， 在混合及寄存室 237 中将样品与稀 释流体混合之后， 然后经由第二样品通道部分 239 将样品传送到第一节段 209 的样品通道 215。然后， 通过使用第一节段 209 的泵 214， 将样品吸入第一节段 209 的第一试剂配量室 217 中。而后， 通过一个第一试剂通道 218 将第一组试剂 R1 的试剂传送到第一试剂配量室 217。然后， 经由第一主通道 212 将所获得的样品 / 试剂混合物传送到一个反应室 224 中。 样品 / 试剂混合物在执行由泵 214 引起的往复运动的反应室 224 中被混合。然后， 经由第 二主通道 213 将样品 / 试剂混合物传送到第二节段 210 的样品通道 215。然后， 通过使用第 二节段 210 的泵 214， 将样品 / 试剂混合物吸入第二试剂配量室 234 中。而后， 通过一个第 二试剂通道 233 任选地将第二组试剂 R2 的试剂以及任选地将第三组试剂 R3 的试剂传送到 第二试剂配量室 234， 第二组试剂 R2 和第三组试剂 R3 均不同于第一组试剂 R1。然后， 经由 第一主通道 212 将所获得的样品 / 试剂混合物传送到一个反应室 224 中。然后， 样品 / 试 剂混合物在执行由第二节段 210 的泵 214 引起的往复运动的反应室 224 中被混合。然后， 利用检测器 236 确定混合物的反应产物。 基于检测到的反应产物， 利用分析单元 ( 未示出 ) 对样品进行分析。
本发明相比现有技术具有许多优点， 下面列出其中的一些优点 ：
在本发明的处理单元中， 可使用非浓缩试剂或者具有低浓度的试剂来代替浓缩试 剂 ( 实际上， 一些试剂是无法浓缩的 ) ；
可将数量比较大 ( 例如数百个 ) 的试剂通道连接到第一和 / 或第二主通道 ；
不会发生样品和试剂与液态系统流体的稀释效应 ；
可灵活地预定试剂和 / 或样品的各种体积 ；
使得能够进行样品和 / 或试剂的无气泡注入 (priming) ；
在根据本发明第一方面的处理单元中， 可最小化样品和 / 或样品 / 试剂混合物的遗留效应 ；
在根据本发明第一方面的具有第一和第二试剂通道的处理单元中， 可最小化各种 试剂的遗留效应 ；
在根据本发明第一方面的处理单元中， 由于对于反应 ( 培养 ) 和检测使用了一个 反应室， 可避免将从一个反应室所获得的样品 / 试剂混合物传送到另一个反应室时产生的 变化 ；
一个单一的检测器可用于多个节段的多个反应室 ；
在使用扫描检测器的情况下， 使得能够进行端点和动态试验 ；
很少的运动部件， 因此避免经常性的维护操作 ；
连接到试剂通道的试剂器皿由开 / 关阀密封地关闭， 这延长了试剂的稳定性 ( 保 存期 ) ；
使用分离的泵， 可将准备性样品操作 ( 吸入、 稀释、 混合 ) 从样品分析分开 ；
对于待进行的数个测试， 仅需要一个样品引入件 ；
低成本使得能够容易地实现处理单元的并行化 ；
宽广的扩展性 ； 各种部件可共享处理单元基础结构 ；
处理单元易于小型化 ( 小的样品体积、 小的试剂体积 )。