专利名称：生物盘片读取装置及使用其的分析方法
技术领域：
本发明的实施例涉及一种用于验证生物盘片产品并读取其分析部位的生物盘片 读取器及使用其的分析方法。
背景技术：
条形码是指以二进制符号形式的黑色和白条形标记的组合，其使得数据能够被计 算机容易地读取以及迅速地输入数据。可以利用连接到计算机的光学标记读取器自动读取 条形码，以及将条形码自动输入、存储或检测到计算机中。这样的条形码用于在诸如超市的 商店中依据通用产品代码(UPC)或电子收款机系统(POS)表示产品的类型。可以将通过条 形码输入的产品的价格显示在显示设备中。例如，依据UPC标准对条形码进行编码，并且然 后利用包括条形码扫描仪和解码器的读取器对其进行解释。当条形码扫描仪读取条形码 时，相应代码被传递到解码器、被解码器解码并且被转换成可识别的信息。通常，生物盘片包括一个或多个分析部位，在所述分析部位中固定被特定地生物 绑定到样本上的捕捉探针和/或存储参与生化反应的物质。除了其中存在的条形码读取器 之外，生物盘片还需要额外的读取器来读取分析部位的反应结果。这使得读取器的设计复 杂，并且使得适合于生物盘片应用的小型化变得困难。
发明内容
因此，本发明的一个方面是提供一种使用图像传感器有效地读取包括生物盘片的 产品认证和分析部位的信息的生物盘片读取器及使用其的分析方法。本发明的附加方面将部分地在随后的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得明 显，或可以通过对本发明的实践来了解。依据本发明的方面，提供了一种生物盘片，包括一个或多个分析部位，用于分析 生物材料和执行生化反应；多个腔室，用于存储生物材料分析或生化分析所需要的流体； 多个通道，用于将所述腔室彼此连接以及传递流体；主体，用于集成所述分析部位、所述通 道和所述腔室；条形码，印刷在所述主体上或粘附到其上；第一薄膜圆形磁体，提供在所述 主体上，用于对所述条形码进行空间定址(space address)；以及第二薄膜圆形磁体，提供 在所述主体上的，用于对所述条形码进行空间定址。在一个实施例中，可以将所述第一和第二薄膜圆形磁体布置在所述生物盘片的相 同半径处。所述条形码可以是彩色一维或二维条形码，或者是水平条形码。所述条形码可 以包含诸如所述生物盘片的操作协议、产品ID和到期日期、以及要分析和诊断的疾病的类 型的信息。所述条形码可以包括通过荧光墨印刷的条形码。所述荧光墨可以是透明的UV 荧光墨。在一个实施例中，所述生物盘片可以进一步包括区分设备，用于将所述分析部位 与所述条形码进行区分。所述区分设备可以是从特定符号、特定条形码图案、特定色彩标 记、特定孔洞、特定机械雕刻、开始字符和结束字符中选择的至少一个。所述特定条形码图案包括水平条形码。在一个实施例中，所述生物盘片可以进一步包括墨腔室，用于存储墨以光学阻挡 所述条形码；条形码腔室，包括所述条形码；以及液压脉冲阀，插入在所述墨腔室和所述条 形码腔室之间。
根据本发明的另一方面，提供了一种生物盘片读取器，包括主轴马达，用于旋转 所述生物盘片；图像传感器，用于读取分析部位和条形码；永久磁体，用于对第一薄膜圆形 磁体和第二薄膜圆形磁体进行空间定址；以及滑动器，提供有所述永久磁体。在一个实施例中，可以根据所述滑动器的移动通过径向搜索来执行，或可以通过 所述主轴马达的旋转的方位角方向搜索来执行对条形码或分析部位的空间定址。可以通过 在所述滑动器停止运转之后重复旋转和停止主轴马达来执行，或可以通过旋转安装在连接 到所述主轴马达的轴的齿轮上的步进马达来执行所述径向方向搜索。依据本发明的另一个方面，提供了一种使用根据本发明的生物盘片的分析方法， 包括将所述生物盘片加载到生物盘片读取器上；通过对印刷或粘附到所述生物盘片上的 条形码进行空间定址来搜索条形码；读取所空间定址的条形码；根据与所读取的条形码相 对应的协议操作和分析所述生物盘片；通过对包括在所述生物盘片中的分析部位进行空间 定址来搜索分析部位；读取经空间定址的条形码；以及显示分析部位的分析结果。搜索条形码或搜索分析部位可以进一步包括将所述条形码与所述分析部位进行 区分。所述区分操作可以进一步包括当在条形码搜索期间对分析部位进行空间定址时，或 在分析部位搜索期间对条形码进行空间定址时，重复方位角方向搜索。所述方位角方向重 新搜索可以包括朝向所述生物盘片的周边径向移动滑动器；通过旋转所述生物盘片来通 过(by-pass)所述分析部位或条形码；以及通过径向搜索将所述滑动器移动到原始相应半 径处。此外，可以通过确定诸如在所述分析部位中的以条带形式布置的测试线、控制线和参 考线的距离、其位置、色彩和色彩浓度的因素来执行所述区分操作。在一个实施例中，所述分析方法可以进一步包括显示分析部位的统计诊断和分析 结果。在一个实施例中，所述分析方法可以进一步包括通过因特网将所述分析部位的 读取结果发送给医生；以及通过在医生和病人之间的远程通信来对所述病人进行远程诊 断。在一个实施例中，所述分析方法可以进一步包括读取所述条形码，并且从而确定 加载在所述生物盘片读取器上的盘片是生物盘片还是普通光盘。在一个实施例中，所述分析方法可以进一步包括通过读取条形码来提供诸如到 期日期的生物盘片的信息或向用户通知具有已过期日期的生物盘片不可用。在一个实施例中，所述分析方法可以进一步包括识别所述图像传感器读取的条 形码、经由因特网远程发送相应条形码的信息以及将生物盘片的真实性(authenticity)、 产品认证、产品ID和产品信息从服务器提供给生物盘片读取器。在一个实施例中，读取条形码的操作可以进一步包括读取相应的条形码以确定 生物盘片的有效性、产品信息或产品认证。依据本发明的另一方面，提供了一种使用根据本发明的生物盘片的分析方法，包 括将所述生物盘片加载到生物盘片读取器上；搜索印刷或粘附到所述生物盘片上的条形码；读取所搜索的条形码；将墨从墨腔室流到条形码腔室，以光学阻挡条形码；根据与所读 取的条形码相对应的协议操作和分析所述生物盘片；搜索分析部位；读取所搜索的分析部 位；以及显示分析部位的诊断和分析结果。在一个实施例中，所述分析方法可以进一步包括当重新加载条形码被墨光 学阻挡了的生物盘片时，向用户通知生物盘片不可用，或自动从生物盘片读取器中弹出 (extract)生物盘片。下面，将详细描述生物盘片读取器及使用其的分析方法。例如，生物盘片可以应用于利用ELISA/CLISA分析方法的片上实验室 (lab-on-a-chip)、利用快速测试方法的片上实验室、或薄膜器件，以诊断和检测流体中的 较小量的生物和/或化学物质，诸如用于以下的片上实验室导致食品中毒的细菌分析、残 留抗生素分析、残留农药分析、污染水中的重金属的分析、转基因食品测试、食品过敏测试、 污染物分析、细菌分析(诸如用于E. coli和沙门氏菌的测试)、亲子关系测试、肉的类型测 试以及血缘测试。残留农药包括在蔬菜或水果中包含的农药，例如最普遍使用的有机磷和氨基甲酸 酯类杀虫剂。在一个实施例中，生物材料可以是从下述中选择的至少一个DNA、低核苷酸、RNA、 PNA、配位基、受体、抗原、抗体、牛奶、尿、唾液、毛发、农作物、蔬菜样本、肉类样本、鱼类样 本、鸟类样本、废水、家畜样本、食品样本、食品原料、贮藏食品、口腔细胞、组织细胞、精液、 蛋白质或其他生物量。术语“食品原料”是指用于烹制食物的原料，其示例包括用于炖(jjigae)的原料、 用于韩国泡菜的食品原料和用于汤的食品原料。当尿分析时，生物盘片可以执行白血球、血液、蛋白质、亚硝酸盐、pH、比重、葡萄 糖、酮、抗坏血酸、尿胆素原和胆红素分析。对于薄膜化学分析设备，与血液或尿分析相比，毛发分析可以更准确地测量包括 累积的矿物质的营养和有毒物质的历史记录。薄膜化学分析设备可以准确地检测在较长时间的无机材料的过量和缺乏以及有
毒重金属的量。在此使用的术语“生物化学分析”包括例如血液中的GOT、GPT、ALP、LDH、GGT、CPK、
淀粉酶、T蛋白质、白蛋白、葡萄糖、T胆固醇、甘油三酯、T胆红素、D胆红素、BUN、肌酐酸、I 磷、钙和尿酸的分析。快速测试可以使用条带，其中许多类型的瘤标记或捕捉探针以行或点 的形式被固定在多孔隔膜上。快速测试和ELISA方法可以使用以行或点的形式固定在多孔 隔膜上的许多类型的瘤标记或捕捉探针。瘤标记包括AFP、PSA、CEA、CA19-9、CA125、胃癌标 记、乳癌标记、肺癌标记和A15-3。捕捉探针可以包括用于固定谷氨酰胺合成酶(GS)、用于 老人痴呆症的特定标记的捕捉探针。捕捉探针可以包括用于固定诸如肌红蛋白、CK-MB和 肌钙蛋白I(TnI)之类的心肌梗塞标记的探针。快速测试包括在多孔隔膜上固定用于艾滋病、老人痴呆症、瘤标记、心肌梗塞、残 留抗生素、残留杀虫剂、过敏和乳癌检查以及食物中毒细菌分析(例如大肠杆菌和沙门氏 菌)的一个或多个标记或捕捉探针，并且使用免疫化学方法执行反应检查。免疫化学方法 是组合免疫化学和色析法分析的检查方法，其利用抗体对抗原的特别免疫反应、胶态金粒
7子的显色(color rendering)和流动性、通过毛细现象的分子在多孔隔膜上的传递。免疫 化学方法是一种便利和快速的一步方法，其执行包括在传统多步免疫测量方法中涉及的样 本稀释、冲洗以及基于合成酶与基片的反应的显色(生色作用)的处理。对于薄膜型的⑶和DVD，标准压缩盘能够通过12cm聚碳酸酯基片、反射金属层和 保护漆涂层形成。⑶和⑶-ROM的格式可以依据ISO 9660工业标准。聚碳酸酯基片可以是 由光学性能的透明的聚碳酸酯制成。标准印刷或大量复制的CD中的数据层是聚碳酸酯基 片的一部分，并且在注模过程中通过压模以一系列凹陷(Pit)的形式来印刷数据。在该注 模过程中，在高压下熔化的聚碳酸酯被注入到模子中，并且随后被冷却以获得以模子形式 的聚碳酸酯，在盘片基片上的压模或压模的镜像图像和指示二进制数据的凹陷能够被形成 在聚碳酸酯基片上。冲压母盘可以是玻璃。这样的盘片可以被修改为用于诊断和检测流体 中的少量物质的薄膜分析器。在这种情况下，替代凹陷，能够在盘片表面上形成允许流体流 动的通道、存储缓冲溶液的容器、孔洞和阀门。该盘片是能够被修改和重新构造的用于诊断和检测流体中的少量物质的薄膜类 型分析设备，如薄膜化学分析设备。在这种情况下，在注模过程期间，盘片可以包括在盘片 表面上提供的使得流体能够流动的通道、存储缓冲溶液的容器、孔洞和阀门。盘片包括直径 是120mm、80mm或32mm的圆形盘片。下文中，将其中薄膜化学分析设备被集成到诸如CD或DVD的传统薄膜塑料体中的 盘片称为“生物盘片”。塑料体能够由各种材料替换，诸如硅片。然而，因为经济效果的原因、可处理性以 及与诸如CD-ROM和DVD检测器的传统的基于激光反射的检测器兼容，故塑料作为生物盘片 体是优选的。基片由从包括硅片、聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯、有机玻璃(PMMA)、 循环烯烃共聚物(COC)和聚碳酸酯的组中选择的至少一个形成。在一个实施例中，所述生物盘片的分析部位包括使用色度信息表示反应结果的标 签。标记包括诸如Cy3或Cy5的荧光材料、胶体金、色度粒子或对基片显色的酶。在一个实施例中，可以使用图像传感器来执行生物盘片的识别和读�。⑶铱梢� 通过图像传感器将条形码的黑条(黑)和间隔条(白)之间的差别转换和读取为电信号。 可以将条形码应用于产品认证，使得将它们印刷或粘附到生物盘片上。在一个实施例中，条形码可以是单个条或圆的形式。在一个实施例中，条形码可以是一维或二维条形码(或矩阵码)。条形码可以是彩 色的一维或二维条形码(或矩阵码)。当替代黑和白通过各种色彩来表示条或矩阵时，它们 可以包含更多信息，并且图像传感器能够容易地检测色彩。通常将条形码分成一维条形码和二维条形码。一维条形码通常是以长黑条的形 式，而二维条形码是以矩阵或马赛克码的形式，其中相应信息被包含在具有大约20mm的小 尺寸的方形中。一维条形码取决于条形线的粗细而仅在宽度方向上表示信息，而二维条形 码能够在宽度和长度方向二者上包含信息。因此，与传统的一维条形码(例如大约20个字 节)相比，二维条形码能够存储100倍至几百倍的信息。此外，即使在二维条形码中存在的 信息部分损坏，由于以任意方向来评估扫描仪，所以能相当多地恢复并读取信息。具体地， 当一维条形码仅提供与数据库(DB)相关联的信息时，二维条形码可以用作文件并且读取 未连接到数据库(DB)的信息。二维码是下一代存储介质，其能够存储编码、安全和认证信息，并且可以防止伪造品和窜改或实现安全。在一个实施例中，二维条形码可以包括生物盘片的信息，诸如操作协议、产品ID 和到期日期。可以利用例如透明UV荧光墨的荧光墨来印刷条形码以防止复制。透明UV荧 光墨通常对肉眼不可见，但是当被曝光于UV辐射时发光，这在本领域内是公知的。在一个实施例中，条形码被粘附或印刷到生物盘片上，以验证真实性并提供生物 盘片的产品标识(ID)。在一个实施例中，生物盘片可以进一步包括区分设备，用于将分析部位与条形码 进行区分，并且所述区分设备可以选自包括特定符号、特定条形码图案、特定色彩标记、特 定孔洞、特定机械雕刻、开始字符和结束字符及其组合的组。所述特定色彩标记包括色彩 点。所述特定机械雕刻是通过将塑料体形成为特定雕刻而获得的，并且可以被图像传感器 检测到。二维条形码可以包括生物盘片的操作协议、产品ID和到期日期以及要分析和诊断 的疾病的类型。在一个实施例中，用于对分析部位和条形码进行空间定址的薄膜圆形磁体可以被 布置在生物盘片的相同半径处。薄膜圆形磁体可以被嵌入在生物盘片的主体中。在一个实施例中，本发明提供了一种生物盘片读取器和用于使用其的方法，其将 用于对分析部位和条形码进行空间定址的薄膜圆形磁体加载到生物盘片上；分析图像传感 器获得的信息，以确定空间定址的目标是分析部位还是条形码；并且当空间定址目标是条 形码时执行产品认证，而当空间定址的目标是分析部位时，读取分析部位。在一个实施例中，生物盘片读取器进一步包括槽，用作生物盘片的入口和出口。在 一个实施例中，生物盘片读取器可以进一步包括UV生成器，用于读取通过透明UV荧光墨印 刷的条形码。在一个实施例中，生物盘片读取器进一步包括滑动器，配备有永久磁体，以使得 能够移动到生物盘片的特定位置；主轴马达，用于旋转所述生物盘片；和/或滑动马达，用 于控制滑动器的移动。可以通过径向方向搜索和方位角方向搜索来执行所述空间定址。所述滑动器可以通过将永久磁体移动到包含在生物盘片中的分析部位和条形码 的相应半径来执行方位角方向搜索。径向方向搜索是用于按照径向方向移动永久磁体的过 程，其通过将该滑动器从生物盘片的中心移动到其半径r处来执行。然后，通过方位角方向 搜索执行对分析部位或条形码的空间定址。通过滑动马达或传动马达的齿轮链接，滑动器 能够执行可逆的移动从生物盘片的中心到生物盘片的外围方向或从生物盘片的外围到生 物盘片的中心。在下文中，由半径r和在圆的中心的角度θ来表示生物盘片上的二维位置。也即， 能够由坐标(r，θ)来表示生物盘片上的位置。在下文中，条形码的坐标是指Ov Θ》，并 且分析部位的坐标是指Ov θ2)。在一个实施例中，可以将条形码和分析部位布置在相同的半径&上。将用于对条 形码进行空间定址的薄膜圆形磁体布置在生物盘片的坐标Ov 上，将用于对分析部位 进行空间定址的薄膜圆形磁体布置在坐标Ov θ2)上。也即，用于对条形码进行空间定址 的薄膜圆形磁体可以被布置在与用于对分析部位进行空间定址的薄膜圆形磁体相同的半 径上。
在一个实施例中，空间定址可以首先执行径向方向搜索，用于将永久磁体移动到 半径IV以布置图像传感器和条形码或图像传感器和分析部位。径向方向搜索是用于按照 径向方向移动永久磁体的过程，其通过移动该滑动器到与生物盘片的中心距离A处来执 行。然后，需要在半径^上的方位角方向搜索。通过在停止滑动器的同时重复地旋转和停 止主轴马达来旋转生物盘片而执行方位角方向搜索。当滑动器的永久磁体对应于通过主轴 马达的重复旋转而被布置在半径A上的薄膜圆形磁体时，生物盘片由于其间的吸引力而不 能旋转，并且可以执行在永久磁体和薄膜圆形磁体之间的布置。结果，可以执行图像传感器 和条形码之间的布置、或图像传感器和分析部位之间的布置，并且图像传感器将条形码与 分析部位区分开。当布置图像传感器和条形码时，并且在同时布置图像传感器和分析部位 时，通过按照径向方向将滑动器移动到生物盘边的外围并通过主轴马达的旋转通过分析部 位，并且重复径向方向搜索和方位角方向搜索，可以形成图像传感器和条形码之间的布置。 此外，当布置图像传感器和分析部位时，并且同时布置图像传感器和条形码时，通过按照径 向方向将滑动器移动到生物盘片的外围并且重复径向方向搜索和方位角方向搜索，可以形 成图像传感器和分析部位之间的布置。在一个实施例中，仅在对连接到主轴马达的轴上的齿轮的方位角方向搜索后，通 过将步进马达旋转预定角度，可以执行用于方位角方向搜索的生物盘片按照径向方向的搜 索。在一个实施例中，生物盘片读取器识别由图像传感器读取的条形码，并且通过经 由因特网远程发送相应条形码信息，从服务器接收生物盘片的诸如验证和产品ID的产品 信息。生物盘片读取器识别由图像传感器读取的分析部位，并且经由因特网远程发送分析 部位的信息。服务器可以是由生物盘片的制造者提供的服务器。考虑在下面两种情况下生 物盘片不是真品。例如，生物盘片不具有条形码，或者如果存在，码是不一致的。在这两种 情况下，不能从服务器接收产品ID信息。在这种情况下，生物盘片读取器可以通过语音或 显示方式向用户通知错误消息。在一个实施例中，条形码搜索或分析部位搜索可以进一步包括将条形码与分析部 位进行区分。区分操作包括在条形码搜索期间对分析部位进行空间定址时重复方位角方向搜 索。也就是说，当在条形码搜索期间空间定址的是分析部位时，继续方位角方向搜索，直到 空间定址到条形码。因此，方位角方向搜索包括将滑动器径向移动到生物盘片的外周；通 过生物盘片的旋转通过分析部位；以及通过径向方向搜索将滑动器移动到原始对应半径 处。区分操作包括在分析部位搜索期间对条形码进行空间定址时的方位角方向重新 搜索。也就是说，当在分析部位搜索期间对条形码进行空间定址时，继续方位角方向搜索， 直到空间定址到条形码。因此，方位角方向重新搜索包括将滑动器径向移动到生物盘片的 外围；通过生物盘片的旋转通过条形码；以及通过径向搜索将滑动器移动到分析部位上。将分析部位和条形码的薄膜圆形磁体布置在相同的半径上，因而在方位角方向搜 索期间需要将分析部位与条形码相区分。使用从包括特定符号、特定条形码图案、特定色彩 标记、特定孔洞、特定机械雕刻、开始字符和结束字符的组中选择的至少一个区分装置来执 行用于将分析部位与条形码相区分的操作。
在一个实施例中，生物盘片可以进一步包括区分设备，用于将分析部位与条形码 进行区分。所述区分设备可以是从特定符号、特定条形码图案、特定色彩标记、特定孔洞、特 定机械雕刻、开始字符和结束字符中选择的至少一个。所述特定条形码图案包括水平条形码。在一个实施例中，可以通过确定诸如在分析部位中以条带形式布置的测试线、控 制线和参考线之间的距离及其位置、色彩和色彩浓度的因素来执行用于将条形码与分析部 位相区分的操作。在一个实施例中，用于将条形码与分析部位相区分进一步包括用于光学阻挡条形 码的墨腔室。可以容易地将被墨腔室的墨阻挡的条形码与分析部位相区分。在一个实施例中，分析方法可以进一步包括显示分析部位的统计诊断和分析结^ ο在一个实施例中，分析方法可以进一步包括通过因特网将分析部位的读取结果 发送给医生；以及通过在医生和病人之间的远程通信来远程诊断病人。在一个实施例中，分析方法可以进一步包括读取条形码，并且因而确定加载在生 物盘片上的盘片是生物盘片还是普通光盘。例如，当盘片是生物盘片时，通过对条形码进行 空间定址可以检测到其产品ID，而光盘不具有条形码。结果，能够确定盘片是生物盘片还是 yfi^i ο在一个实施例中，分析方法可以进一步包括通过读取条形码向用户提供诸如到 期日期的生物盘片的信息、或向用户通知具有已过期日期的生物盘片不适合用于诊断(或 不可用)。例如，基于产品ID将当前日期与生物盘片的制造日期进行比较，以确定诊断的可 能性。
从下面结合附图对实施例的描述，本发明的这些和/或其它方面将变得明显，并 且更容易理解，其中图1和图2图示了根据一个实施例的传统条形码的构造；图3至图5图示了根据一个实施例的条带，其中以行或点的形式将各个种类的瘤 标记固定在多孔隔膜上；图6是图示了用于读取布置在生物盘片上的条形码和分析部位的生物盘片读取 器的截面图；图7是图示根据一个实施例的提供有永久磁体的滑动块和光学拾取设备的俯视 图；图8是图示用于操作和控制生物盘片的生物盘片读取器IOOa的侧视图；图9至图11图示了根据一个实施例的包括印刷到或粘附到条形码腔室的条形码 和用于存储墨以光学阻挡条形码的墨腔室的生物盘片读取器；图12和图13图示了根据一个实施例的通过根据图9至图11的墨腔室和液压脉 冲阀实现的区分设备；以及图14至图18图示了根据示例性实施例的用于使用各种条形码图案将条形码和分 析部位相区分的区分设备。
具体实施例方式现在将详细参考本发明构思的实施例，在附图中图示了其示例，其中在整个说明 书中相同的参考数字指代相同的元素。图1和图2图示了根据一个实施例的传统条形码的配置。图1示出了根据一个实施例的一维条形码。传统的一维条形码是数据的表示，其 中使用粗的或细的条纹(黑色条纹)和间隔条纹(白色条纹)的组合来编码零(数字)或 特定符号，以使得它们能够被容易地光学读取。此外，取决于条纹的粗细和间隔的宽度，一 维条形码包括大约150种类型的条形码系统。根据各个代码系统中的条形码的表示被称为 条形码符号。在条形码符号中，在条形码的开始和结尾处存在的空间被称为静止区(quiet zone)，其指示在开始字符之前存在的空白部分或在结束字符之后存在的空白部分，该空间 被必不可少地需要以准确定义条形码的开始和结束并且在尺寸上被指定为是最窄元素十 倍或更大。开始字符记录在条形码的最前部，其将诸如数据的输入方向和条形码的类型之 类的信息提供给条形码扫描仪。结束字符向条形码扫描仪指示条形码符号何时终止，从而 使得条形码扫描仪能够从两个方向读取数据。此外，条形码包括检查字符，其用于检查消息 是否被精确地读取，因而用于要求信息的精确性的场合。条形码符号包括在条形码的顶部 或底部中存在的被叫做“解释行”的信息，它们能够为肉眼所见，其包括制造码和产品分类 码。同时，图2示出了传统的二维条形码的各种实施例。图3至图5图示了根据一个实施例的条带，其中以行或点的形式将各个种类的瘤 标记(tumor marker)固定在多孔隔膜上。在下文中，将各个种类的瘤标记行或点中的每一 个称为测试行。参考数字41a是共轭垫片、样本垫片或其组合，并且参考数字41b是吸收 垫片。参考数字41c是多孔隔膜。共轭垫片可以具有其中胶态金(gold conjugate)、酶联 系抗体(enzyme-linked antibody)或诸如荧光标记的标签以冻干形式沉积在垫片上的结 构。在多孔隔膜上存在的捕捉探针(例如捕捉抗体)可以固定瘤标记。瘤标记可以是从包 括AFP、PSA、CEA、CA19-9、CA125和A15-3的组中选择的至少一个。捕捉探针可以固定谷氨 酸合成酶(GS)，其是用于Alzheimer的特定标记。捕捉探针可以固定诸如肌球素、CK-MB和 肌钙蛋白I(Tnl)之类的心肌梗塞抗体。而且，一个实施例包括在多孔隔膜41c上固定用于 艾滋病、心肌梗塞、残留抗生素、残留农药、过敏反应和乳癌检查的一个或多个标记或捕捉 探针并使用免疫化学方法执行反应测试。而且，除了瘤标记以外捕捉抗体进一步包括用于 参考的抗体和控制线。可以存在多个参考线。参考线的反应浓度可以是使得能够容易检测 负或正反应的截止值。例如，参考线的截止值可以选自3ng/ml、4ng/ml、10ng/ml、20ng/ml、 30ng/ml、40ng/ml 禾口 50ng/ml。—个实施例包括基于在参考线和测试线之间的反应强度的差别的定性或定量分 析。一个实施例包括基于在背景和测试线之间的反应强度的差别的定性或定量分析。一个 实施例包括通过由多条参考线形成的反应强度的线性函数确定测试线的反应强度而执行 的定性或定量分析。一个实施例包括通过由参考线和控制线形成的反应强度的线性函数确 定测试线的反应强度而执行的定性或定量分析。
控制线可以被布置在条带的一端，并且当分析物扩散到吸收垫片41b中时示出正 反应，并且可以被用来使用条带验证测试。当控制线为正时，认为测试结果有效。
如本领域中所已知的，可以以直流(flow through)或侧流(lateral flow)方式 使用多孔隔膜41c。可以将分析物或清洗溶液注入到样本垫片41a中。直流型多孔隔膜可 以利用条带，其中将各种瘤标记、疾病标记或抗体固定在多孔隔膜41c上。当将分析物注入 到样本垫片41a中时，被样本垫片41a吸收的分析物通过毛细管现象扩散到整个多孔隔膜 41c，并且因而特定地以生物化学方式绑定到捕捉抗体上。可以将用于促进扩散的吸收垫片 41b布置在多孔隔膜41c的一端上。而且，共轭垫片可以选择地连接到样本垫片。在该情况 下，注入到样本垫片中的分析物链接到共轭垫片上的胶态金、酶联系抗体或荧光材料，并且 结果得到的综合体扩散到多孔隔膜41c中。当将清洗溶液注入到样本垫片41a中时，吸收在样本垫片41a中的清洗溶液通过 毛细管反应扩散到多孔隔膜41c中，以清洗未结合到捕捉抗体或未特定结合到其上的材 料，并且因而从多孔隔膜41c中去除背景噪声(background noise)。图6是图示用于读取印刷或粘附到生物盘片100上的条形码133a和分析部位 133b的生物盘片读取器100a的截面图。生物盘片100具有其中在诸如CD或DVD的传统盘片的薄膜体中集成片上实验室 (lab-on-a-chip)的结构。生物盘片100的主体包括上基础材料1、中间基础材料2和下基 础材料3，它们以该顺序层叠。例如，可以将用于存储分析和执行各种化学处理所需的缓冲 溶液的腔室130、131、132、140、141、142和143、用于传递流体和缓冲溶液的通道、和用于控 制孔洞和通道的关闭的阀门70a、70b和70c集成在生物盘片100中。参考数字4a、4b和4c 是各个阀门的关闭装置，而参考数字5a可以是通过阀门孔/关闭装置可移动的永久磁体。 此外，永久磁体可以提供分析部位133b和条形码133a的空间定址装置。参考数字188a是用于对条形码进行空间定址的薄膜圆形磁体，并且参考数字 188b是用于对分析部位进行空间定址的薄膜圆形磁体。参考数字110是用于读取分析部位133b和条形码133a的图像传感器。参考数字 121和120分别是目标入口和目标入口装置。参考数字12是出口。参考数字211是提供 有永久磁体5a和光学拾取设备103的滑动器，且滑动器211被连接到滑动马达109并且其 操作因而被控制。滑动器211能够被提供有用于对条形码133a和分析部位133b进行空间 定址的永久磁体5a和用于再现传统光盘(CD或DVD)的光学拾取设备103。参考数字144a 是用于照明图像传感器110的照明器，并且参考数字144b是用于使得通过透明UV荧光墨 印刷的条形码可见的UV生成器。可以通过在永久磁体5a和薄膜圆形磁体188a和188b之间的布置，通过滑动马达 109和主轴马达102的控制，来执行对生物盘片100上的条形码133a或分析部位133b的空 间定址。在该情况下，图像传感器Iio读取条形码133a或分析部位133b。当实现久磁体5a 和薄膜圆形磁体188a之间的布置时，实现图像传感器110和条形码133a之间的布置。当 实现久磁体5a和薄膜圆形磁体188b之间的布置时，实现图像传感器110和分析部位133b 之间的布置。通过径向方向搜索和方位角方向搜索可以完成空间定址。在该情况下，实现永久 磁体5a和薄膜圆形磁体188a和188b之间的布置。可以通过滑动马达109的控制来执行径向方向搜索。可以通过在停止滑动器211 的同时，主轴马达102的旋转或步进马达的控制旋转生物盘片100，来执行方位角方向搜索。当需要生物盘片100的径向旋转时，可以将步进马达(未示出)选择性地安装在存在 于主轴马达102的轴上的齿轮上。参考数字116b指示柔性线缆，用于连接存在于滑动器211上的光学拾取设备103 所需的控制信号，其通过晶片或导线116a连接到中央控制器件CPU101。
参考数字181是要在其上放置生物盘片100的转盘，并且利用生物盘片100的中 央孔径170，将生物盘片100加载在转盘181的正面或顶部。在一个实施例中，生物盘片读取器IOOa将条形码133a或分析部位133b的读取结 果存储到存储设备113中，或者通过输入/输出设备111向外发送该读取结果。在一个实施例中，输入/输出设备111可以是通用串行总线(USB)、IEEE1394、 ATAPI, SCSI或具有因特网通信标准的设备。图7是图示根据本发明的一个实施例的提供有永久磁体5a和光学拾取设备103 的滑动器的俯视图。可以通过连接到滑动马达109的轴的涡轮连接109a和109b来控制滑动器的移 动。滑动器可以使用滑动臂108a和108b作为导轨来滑动。滑动臂108a和108b通过螺丝 110a、110b、IlOc和IlOd啮合在生物盘片读取器的主体(100a，如图1中所示)上。参考数 字116b指示柔性线缆，其通过晶片或导线116a进行连接。参考数字181指示由主轴马达 (102，如图1中所示)旋转的转盘。参考数字5a是提供在滑动器211上的永久磁体，其用作空间定址装置。永久磁体 5a可以用作阀门的关闭/孔洞装置。图8是图示根据本发明的一个实施例的用于操作和控制图1的生物盘片100的生 物盘片读取器IOOa的侧视图。参考数字300指示支撑薄的生物盘片读取器IOOa的主体。在生物盘片读取器的 下方，电路板140被连续地接合到生物盘片读取器的主体300，并且用于控制生物盘片读取 器100a、照明器144a、UV生成器144b、存储设备113和输入/输出设备111的中央控制器 件101被布置在电路板140上。中央控制设备101控制用于旋转和停止生物盘片100的主 轴马达102，通过滑动马达109的控制来控制布置在滑动器211上的光学拾取设备103的移 动，并且移动永久磁体5a以对生物盘片100的分析部位132进行空间定址。此外，中央控制器件101确定加载到生物盘片读取器IOOa上的盘片是传统光盘 (例如，音乐⑶、⑶-R、游戏⑶/DVD)还是生物盘片100。也就是说，当盘片是传统光盘时， 器件101将从盘片中读取的信息从光学拾取设备103传递到存储设备113或输入/输出设 备111，传递要被写入光学拾取设备103的数据，或执行光盘的传统操作，例如提供读取和 写入所需的各种控制信号到各个单元；而当盘片是生物盘片100时，器件101将用于控制片 上实验室所涉及的处理的命令信号传递到各个单元。在一个实施例中，在加载生物盘片100时，生物盘片读取器IOOa读取条形码133a 以便确认生物盘片的有效性、产品信息以及产品认证。在一个实施例中，为了读取存在于生物盘片上的条形码133a，中央控制器件101 识别生物盘片100的产品标识(ID)并且确认加载到生物盘片读取器IOOa上的盘片是生物盘片。在一个实施例中，优选地，图像传感器110将码133a或分析部位133b的读取结果发送到中央控制器件101或 存储设备113或输入/输出设备111。参考数字104是加载到转盘181上的生物盘片100的压紧(compression)设备， 并且压紧设备104通过基于与转盘181的磁场的吸引力执行压紧并且被设计为使得允许垂 直移动和空转。在一个实施例中，当基于读取的条形码信息认为加载的盘片是普通光盘(CD或 DVD)或是不可用的生物盘片时，中央控制器件101自动从生物盘片读取器IOOa中弹出生物 盘片或向用户发送警告消息。在一个实施例中，使用图像传感器110检测分析部位133b包括利用非透明材料处 理上基础材料1或利用非透明涂料对其进行涂抹，以防止从照明器114a扩散的光和由于损 伤导致的噪声。在该情况下，例如，上基础材料1的透明度可以是20-50%。在一个实施例中，图像传感器包括线图像传感器、C⑶或CMOS，用于感测像素单 元内的光量。在一个实施例中，线图像传感器包括线性传感器阵列或接触式图像传感器 (CIS)。线图像传感器被提供在滑动器211上，并且在按照径向方向扫描滑动器211的同时 获得一维图像，在空间定址之后获得分析部位和条形码的二维图像信息。可以将图像传感器与具有500nm至SOOnm波长的发光二极管(LED) —起提供，用 于对滑动器21曝光。图9至图11图示了根据一个实施例的包括印刷或粘附到条形码腔室lib的条形 码113和用于存储墨以光学阻挡条形码133a的墨腔室Ila的光盘读取器。墨可以向图像 传感器提供用于将分析部位与条形码相区分的区分手段。在生物盘片读取器完成对条形码133a的识别和读取之后，墨腔室Ila的孔洞阻挡 膜13a打开，以将墨213流到条形码腔室lib中，并且防止图像传感器110在重新使用生物 盘片时识别条形码133a。墨213包含荧光材料、黑材料或透明UV荧光材料。当墨是黑墨 时，条形码133a的信息被黑墨阻挡，并且因而在通过图像传感器110时全部为黑。而且，当 墨是荧光材料时，利用荧光材料印刷的条形码133a的信息被荧光材料阻挡，并且条形码不 能被图像传感器110识别出。在该情况下，UV生成器144b被激光生成器替代，以激发荧光 材料并且因而获得由图像传感器110激发的荧光材料的图像信息。此外，当墨是透明UV荧 光材料时，利用透明UV荧光材料印刷的条形码133a的信息被透明UV荧光材料阻挡，并且 因而获得由图像传感器110激发的UV荧光材料的图像信息。同时，UV生成器144b可以提 供在滑动器211上。例如，当使用单次使用生物盘片时，或其使用完成并且然后弹出生物盘 片时，条形码腔室lib被墨充满，以防止图像传感器11识别条形码133a。孔洞阻挡膜13a可以是液压脉冲阀，其基于通过生物盘片100的结构力在流体中 形成的液压力，通过将薄膜粘附带粘着到孔洞而完全阻挡洞10b，而通过从粘附表面14释 放薄膜粘附带而打开洞。液压脉冲阀可以被提供在插入到墨腔室和条形码腔室之间的孔洞中，在对条形码 的识别和读取之后，由于由生物盘片100的快速旋转引起的离心力导致存储在墨腔室Ila 中的墨形成的液压，去除阻挡膜13a，因而打开洞10b，以允许墨213移动到条形码11b，从而 光学阻挡条形码并使得条形码不可识别。图9是使用在生物盘片100的主体中存在的薄膜粘附带的液压脉冲阀的分解图以 及沿线a_b取的截面图。
生物盘片100的主体包括上基础材料1、中间基础材料2、下基础材料3 ；允许流 体流到基础材料的表面上的通路16a ；用于存储墨溶液的墨腔室Ila ；用于印刷或粘附条形 码的条形码腔室lib ；以及用于连接通路的孔洞10b。条形码133a被印刷或粘附到上基础材料1的底部。基础材料1、2和3通过薄膜 粘附带Ia和2a彼此粘附，以构成生物盘片100的主体。具体地，基础材料1、2和3组成腔 室Ila和11b，通路16a在下基础材料3中被雕刻预定深度，以将墨腔室Ila连接到条形码 腔室11b，并且在通路16a的一端提供有孔洞IOb以将墨腔室Ila连接到条形码腔室lib。 孔洞IOb由孔洞阻挡膜13a阻挡。当粘附组装基础材料1、2和3时，使用薄膜粘附带2a在 孔洞IOb中形成孔洞阻挡膜13a。孔洞阻挡膜13a的关闭强度与薄膜粘附带2a的粘附表面 的面积成比例。例如，孔洞IOb被孔洞阻挡膜13a阻挡达期满时间段，从而识别和读取条形 码，并且由于生物盘片100的快速旋转引起的离心力导致存储在墨腔室Ila中的墨形成的 液压而去除孔洞阻挡膜13a，以打开孔洞IOb并从而允许墨213移动到条形码腔室lib。孔 洞阻挡膜13a是柔性的，因而抵抗由于诸如温度的环境因素导致的膨胀和收缩，从而避免 由于主体的膨胀和收缩而导致的墨蒸发和泄漏。当通过薄膜粘附带Ia和2a将基础材料1、2和3彼此粘附并组装时，可以在孔洞 IOb的周围形成孔洞阻挡膜13a。图10示出其中孔洞IOb被孔洞阻挡膜13a阻挡且墨213被存储在墨腔室Ila中 的情况。在该情况下，条形码133a可以被图像传感器110所读取。图11示出其中通过生物盘片100的旋转从墨213得到的液压去除孔洞阻挡膜13a 以打开孔洞10b、从而使存储在墨腔室Ila中的墨流到条形码腔室lib的情况。在该情况 下，条形码133a被墨213所阻挡，且不能被图像传感器110读取。薄膜粘附带可以包括所有粘附带(胶合剂)，包含柔性单面带和双面带，并且可以 从包括硅、橡胶、改性硅、丙烯酸和环氧树脂的组中选择的材料来准备胶合剂。通过对诸如纸张、乙烯基聚酯膜、聚乙烯膜和具有粘附(或胶合)剂的其他合成材 料的可揭纸(release paper)的一面或两面进行表面处理来获得单面带或双面带。根据需 求，可以使用表现诸如良好密封、缓冲、减震、抗撞、抗热、吸收性能或粘附力的特性的粘附 材料。在一个实施例中，可以通过将单面带粘附到基片上并从其上去除可揭纸、或在基 片的一面上印刷分散剂、喷雾或丝网印刷来经由基片的一面上的薄膜涂层而形成液压脉冲 阀。也就是说，在一个实施例中，可以使用粘附(胶合)剂以薄膜的形式将薄膜粘附带涂抹 到基片上，而无需任何可揭纸。单面带包括孔洞阻挡膜13a，且当可揭纸被去除时保留下该 孔洞阻挡膜。在一个实施例中，涂抹到基片的薄膜通过粘附剂而粘附到另一基片，以组装生物 盘片的主体。在一个实施例中，当重新加载其条形码被墨涂抹的薄膜所阻挡的生物盘片时，用 户可以被通知该生物盘片不适合用于诊断的事实、或者可以自动弹出该生物盘片。图12和图13示出根据一个实施例的由图9至图11的墨腔室Ila和液压脉冲阀 13a实现的区分设备。在生物盘片100操作之前，分析部位133b不示出任何响应。在该情况下，分析部位133b在颜色上是白色或透明的，但是条形码具有原始条形码图案。因此，在生物盘片操 作之前，可以通过图像传感器来将分析部位和条形码彼此区分(参见图12)。在生物盘片完 成操作之后，条形码133a被墨213光学阻挡且因而完全是黑色的，从而与分析部位133b相 区分(参见图13)。图12示出其中孔洞阻挡膜13a关闭的状态，且图13示出其中孔洞阻挡 膜13a打开的状态。图14至图18示出根据示范性实施例的用于使用各种条形码图案来区分条形码和 分析部位的区分设备。在一个实施例中，可以利用分析部位的测试线或控制线来区分各种特定条形码图 案200。例如，可以向条形码133a添加垂直于测试线和控制线的水平线图案的特定条形码 图案200。此后，垂直于测试线和控制线的水平线图案将被称为水平线图案条形码200。水 平条形码200可以是黑色或彩色条形码。图18示出根据一个实施例的其中条形码133a仅包括水平条形码的状态。在这种 情况下，条形码可以用作区分设备。如图14至图18所示，在生物盘片的坐标(r0，θ 1)处布置用于对条形码133a进 行空间定址的薄膜圆形磁体188a，并且在坐标(rO，θ 2)处布置用于对分析部位133b进行 空间定址的薄膜圆形磁体188b。可以在与用于对分析部位进行空间定址的薄膜圆形磁体 188b的半径相同的半径r0处布置用于对条形码进行空间定址的薄膜圆形磁体188a。
通过上述显然的是，本发明提供了一种使用单个图像传感器来读取分析部位和条 形码以有效地读取产品ID和分析部位的生物盘片读取器。该生物盘片读取器可以使用一 个图像传感器来读取分析部位和条形码二者，从而适合于生物盘片和产品认证的小型化。虽然已示出和描述了本发明的几个实施例，但是本领域技术人员应当明白，可以 在这些实施例中做出改变而不会脱离本发明的原理和精神，在权利要求及其等价物中限定 本发明的范围。
权利要求
1. 一种生物盘片，包括一个或多个分析部位，用于分析生物材料和执行生化反应； 多个腔室，用于存储生物材料分析或生化分析所需要的流体； 多个通道，用于将所述腔室彼此连接并允许流体流动； 主体，用于集成所述多个分析部位、所述多个通道和所述多个腔室； 条形码，印刷在所述主体上或粘附到其上；第一薄膜圆形磁体，提供在所述主体上，用于对所述条形码进行空间定址；以及 第二薄膜圆形磁体，提供在所述主体上的，用于对所述主体进行空间定址。
2.根据权利要求1所述的生物盘片，其中，所述第一和第二薄膜圆形磁体被布置在所 述生物盘片的相同半径处。
3.根据权利要求1所述的生物盘片，其中，所述条形码是彩色一维或二维条形码，或者 是水平条形码。
4.根据权利要求1所述的生物盘片，其中，所述条形码包含诸如所述生物盘片的操作 协议、产品ID和到期日期、以及要分析和诊断的疾病的类型的信息。
5.根据权利要求1所述的生物盘片，其中，通过荧光墨印刷所述条形码。
6.根据权利要求5所述的生物盘片，其中，所述荧光墨是透明UV荧光墨。
7.根据权利要求1所述的生物盘片，还包括区分设备，用于将所述分析部位与所述条 形码进行区分。
8.根据权利要求7所述的生物盘片，其中，所述区分设备是从特定符号、特定条形码图 案、特定色彩标记、特定孔洞、特定机械雕刻、开始字符和结束字符中选择的至少一个。
9.根据权利要求8所述的生物盘片，其中，所述特定条形码图案是水平条形码。
10.根据权利要求1所述的生物盘片，还包括 墨腔室，用于存储墨以光学阻挡所述条形码； 条形码腔室，包括所述条形码；以及液压脉冲阀，插入在所述墨腔室和所述条形码腔室之间。
11.一种生物盘片读取器，包括主轴马达，用于旋转根据权利要求1至10中的任一个的生物盘片； 图像传感器，用于读取分析部位和条形码；永久磁体，用于对第一薄膜圆形磁体和第二薄膜圆形磁体进行空间定址；以及 滑动器，提供有所述永久磁体。
12.根据权利要求11所述的生物盘片读取器，其中，对条形码或分析部位进行空间定 址是根据所述滑动器的移动而通过径向搜索来执行的，或是通过所述主轴马达的旋转的方 位角方向搜索来执行的。
13.根据权利要求12所述的生物盘片读取器，其中，所述径向方向搜索是通过在所述 滑动器停止运转之后重复旋转和停止主轴马达来执行的，或是通过旋转安装在连接到所述 主轴马达的轴的齿轮上的步进马达来执行的。
14.一种分析方法，包括将根据权利要求1至10中的任一个所述的生物盘片加载到根据权利要求11至13中 的任一个所述的生物盘片读取器上；通过对印刷或粘附到所述生物盘片上的条形码进行空间定址来搜索条形码； 读取经空间定址的条形码；根据与所读取的条形码相对应的协议操作和分析所述生物盘片； 通过对包括在所述生物盘片中的分析部位进行空间定址来搜索分析部位； 读取所空间定址的条形码；以及 显示分析部位的分析结果。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，搜索条形码的操作或搜索分析部位的操作进 一步包括将所述条形码与所述分析部位进行区分。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述区分操作进一步包括当在条形码搜索期 间对分析部位进行空间定址时，或在分析部位搜索期间对条形码进行空间定址时，重复方 位角方向搜索。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述方位角方向重新搜索包括 朝向所述生物盘片的外周而径向移动滑动器；通过旋转所述生物盘片来通过所述分析部位或条形码；以及 通过径向搜索将所述滑动器移动到原始相应半径处。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，通过确定诸如在所述分析部位中以条带形式 布置的测试线、控制线和参考线的距离、其位置、色彩和色彩浓度的因素来执行将条形码与 分析部分的区分操作。
19.根据权利要求14所述的方法，还包括显示分析部位的统计诊断和分析结果。
20.根据权利要求14所述的方法，还包括通过因特网将所述分析部位的读取结果发送给医生；以及 通过在医生和病人之间的远程通信来对所述病人进行远程诊断。
21.根据权利要求14所述的方法，还包括读取所述条形码，并且从而确定加载在所述 生物盘片读取器上的盘片是生物盘片还是普通光盘。
22.根据权利要求14所述的方法，还包括通过读取条形码来向用户提供所述生物盘 片的到期日期信息或向用户通知具有已过期日期的生物盘片不可用。
23.根据权利要求14所述的方法，还包括识别所述图像传感器读取的条形码、经由因 特网远程发送相应条形码的信息以及将生物盘片的真实性、产品认证、产品ID和产品信息 从服务器发送给生物盘片读取器。
24.根据权利要求14所述的方法，其中，读取条形码的操作进一步包括读取相应的条 形码以确定生物盘片的有效性、产品信息或产品认证。
25.一种使用生物盘片的分析方法，包括将根据权利要求10所述的生物盘片加载到根据权利要求11至13中的任一个所述的 生物盘片读取器上；搜索印刷或粘附到所述生物盘片上的条形码； 读取所搜索的条形码；将墨从墨腔室流到条形码腔室，以光学阻挡条形码；根据与所读取的条形码相对应的协议操作和分析所述生物盘片；搜索分析部位；读取所搜索到的分析部位；以及 显示分析部位的诊断和分析结果。
26.根据权利要求25所述的方法，还包括当重新加载条形码被墨光学阻挡了的生物 盘片时，向用户通知所述生物盘片不可用，或自动从生物盘片读取器中弹出生物盘片。
全文摘要
提供了一种生物盘片读取装置和使用其的分析方法，用于读取包括生物盘片的产品验证和生物盘片的分析部位的信息。
文档编号G01N35/00GK102007416SQ200980113048
公开日2011年4月6日 申请日期2009年2月13日 优先权日2008年2月14日
发明者柳在泉 申请人:三星电子株式会社
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