专利名称：含有试剂的筒、包括该筒的微流控装置、制造该微流控装置的方法以及利用该微流控装置 ...的制作方法
技术领域：
本发明的一个或者多个实施例涉及一种含有试剂的筒、包括该筒的微流控装置、 制造该微流控装置的方法以及利用该微流控装置的生物化学分析方法。
背景技术：
已经研发了分析样本的各种方法来例如监测环境、检查食品或者诊断病人的健康 状况。但是，这些方法需要很多人工操作并使用各种装置。为了根据预定医疗方案执行化 验或者检验，人工操作的技术人员重复地执行包括试剂的加载、混合、分离和输送、反应和 离心过滤的各种过程。但是，这种重复的人工过程由于“人为误差”而导致错误的结果。为了快速执行检验，需要有技术的临床病理学家。但是，即使对于一名有技术的临 床病理学家来说很难同时执行各种检验。更为严重的是，对于紧急病人的及时治疗，需要快 速的检验结果。因此，期望一种能够同时、快速且准确执行给定情况下的病理检查的分析设 备。利用大且昂贵的多件自动设备来执行传统的病理化验，该化验还需要相当大量的 样本(例如血液)。而且，通常需要数天到数周来获得病例化验结果。在小型自动设备中，可以分析一个病人的样本，或者，如果需要，可以分析从一个 病人或者不同病人提取的多个样本。这种系统的例子涉及微流控装置的使用，其中，液体生 物样本(例如血液)被加载到盘状的微流控装置中并且盘状的微流控装置旋转，然后由于 离心力能够从血液中分离出血清。分离出的血清与预定量的稀释剂或者缓冲溶液混合，然 后混合物流入盘状的微流控装置中的多个反应室中。反应室通�：性谠市砘旌衔锪魅肫� 中之前加载的试剂。使用的试剂可根据各种目的而不同。当血清与不同试剂反应时，混合 物的颜色会改变。颜色的改变用于确定样本是否含有特定成分。但是，难以在液体状态下储存试剂。第5776563号美国专利公开了一种其中储存 有冻干的试剂的系统，当执行血液分析时，特定量的冻干的试剂被加载到盘状的微流控装 置的反应室中。
发明内容
技术问题一个或者多个实施例包括一种含有试剂的筒、一种包括该筒的微流控装置、一种 制造该微流控装置的方法以及利用该微流控装置的生物化学分析方法。技术方案为了实现上述和/或其它方面和优点，一个或者多个实施例可包括一种微流控装 置，所述微流控装置包括平台，包括含有流体的室；试剂筒，安装到平台上，所述试剂筒包 括封闭的第一端、封闭的第二端、将所述第一端与所述第二端连接的侧壁、形成在所述侧壁 中的开口以及含有用于检测所述流体中含有的材料的固体试剂的存放槽。
根据本发明构思的实施例，所述固体试剂是可溶解于流体中的冻干的固体试剂。根据本发明构思的实施例，所述微流控装置可包括含有相同或者不同的冻干的试 剂的至少两个试剂筒。根据本发明构思的实施例，所述试剂筒可包括多个舱或者存放槽，每个存放槽含 有与其它存放槽中的试剂不同的试剂。根据实施例，所述试剂筒包括主体，包括封闭的第一端、封闭的第二端、将所述第 一端与所述第二端连接的侧壁、形成在所述侧壁中的开口以及通过所述开口可出入的存放 槽；固体试剂，被包含在所述存放槽中。根据本发明构思的实施例，所述平台包括至少一个检测室，所述试剂筒安装在所 述检测室中。所述检测室可包括用于接纳所述试剂筒的安装部分，所述检测室的至少一部 分由透明材料制成。所述试剂筒可按照所述试剂筒的所述开口面对检测部分的方式被安装，从而流入 到检测室中的流体能够被引入到试剂筒中。被引入到所述检测室和/或试剂筒中的流体与 试剂筒中含有的试剂接触并使所述试剂溶解。根据本发明构思的实施例，所述平台包括样本室，用于接纳样本；稀释剂室，用 于接纳稀释剂；检测室，用于接纳所述试剂筒；阀，用于控制位于所述室之间的至少一个点 处的流体的流动。根据本发明构思的实施例，所述阀可根据所述流体的压力被控制。当所述微流控 装置旋转时，产生所述压力。根据本发明构思的实施例，所述阀可由通过电磁辐射能量打开的阀形成材料形 成。所述阀形成材料从相变材料和热塑树脂中选择，其中，所述热塑树脂或者相变材料的相 通过电磁辐射能量改变。根据本发明构思的实施例，所述阀形成材料可包括微散热颗粒，所述微散热颗粒 分散在相变材料中，并吸收电磁辐射能量并产生热。 根据本发明构思的实施例，所述微流控装置还可包括结合到所述平台并将稀释剂 提供到稀释剂室的容器。根据本发明构思的实施例，所述试剂可包括从以下组中选择的至少一种试剂，所 述组由用于检测血清、天冬氨酸转氨酶(AST)、白蛋白(ALB)、碱性磷酸酶(ALP)、丙氨酸转 氨酶(ALT)、淀粉酶(AMY)、血尿素氮(BUN)、钙(Ca++)、总胆固醇(CHOL)、肌酸激酶(CK)、氯 化物(Cl_)、肌酸酐(CREA)、直接胆红素(D-BIL)、Y -谷氨酰转移酶(GGT)、葡萄糖(GLU)、 高密度脂蛋白胆固醇(HDL)、钾(Ka+)、乳酸脱氢酶(LDH)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL)、镁 (Mg)、磷(PHOS)J (Na+)、总二氧化碳(TCO2)、总胆红素(T-BIL)、甘油三酯(TRIG)、尿酸 (UA)或者总蛋白(TP)的试剂构成。根据本发明构思的实施例，所述冻干的试剂可包括添加剂。所述添加剂可以是包 括从以下组中选择的至少一种材料的水溶材料，所述组由牛血清白蛋白(BSA)、聚乙二醇 (PEG)、葡聚糖、甘露醇、多元醇、肌醇、柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA2Na)和聚氧乙烯 月桂醚(BRIJ-35)构成。根据本发明构思的实施例，所述固体试剂可包括表面活性剂。所述表面活性剂可 包括从以下组中选择的至少一种材料，所述组由聚氧乙烯、十二烷基醚、辛苯聚醇、聚乙烯烷基醇、壬基酚聚乙二醇醚、环氧乙烷、乙氧基化十三醇、壬基苯基醚聚氧乙烯磷酸钠盐和 十二烷基硫酸钠构成。所述固体试剂的形状的至少一部分与至少一个试剂筒的形状的至少一部分互补。为了实现上述和/或其它方面和优点，本发明的一个或者多个实施例可包括一种 筒，所述筒包括主体；至少一个试剂舱，形成在所述主体中；固体试剂，被包含在所述试剂 舱中，其中，所述主体具有侧壁、第一端、第二端以及形成在侧壁中的开口。所述筒可包括至少两个试剂舱，每个试剂舱包含不同的试剂。根据本发明构思的实施例，固体试剂可以是冻干的固体试剂。所述冻干的固体试 剂的形状的至少一部分与至少一个试剂舱的形状的至少一部分相同。为了实现上述和/或其它方面和优点，本发明的一个或者多个实施例可包括一种 制造微流控装置的方法，所述方法包括提供具有含有流体的室的平台；提供含有单位使 用量的固体试剂的试剂筒；将试剂筒安装在平台上。可通过液体试剂的冻干来产生固体试 剂。被加载的试剂的冻干可包括将处于液体状态的第一试剂和处于液体状态的第二 试剂分别加载到试剂筒的相应的每个试剂舱(或者存放槽)中；将液体第一试剂和液体第 二试剂冻干。为了实现上述和/或其它方面和优点，本发明的一个或者多个实施例可包括一种 分析样本的方法，所述方法包括提供包括接纳流体的多个室的微流控装置；将试剂筒安 装到所述多个室中的一个室(“第一室”)中，所述试剂筒包含试剂；将流体加载到所述多个 室中的一个室(“第二室”)中；允许流体与第一室中的试剂接触；确定所述试剂是否与流 体反应。根据本发明构思的实施例，所述冻干的第一试剂的形状的至少一部分与第一和第 二试剂筒的形状的至少一部分互补，所述冻干的第二试剂的形状的至少一部分与第二试剂 筒的形状的至少一部分相同。所述试剂筒可具有加强冻干的试剂在其中的保持或者保持力的至少一种结构。所 述结构可形成在试剂筒的存放槽中，并且可具有突起的形状。所述突起结构可形成在所述 开口中。检测室可具有用于将试剂保持在检测室中的结构。有益效果如上所述，根据本发明构思的实施例的微流控装置能够被制造，而无需费力来同 时形成小且体积被准确控制的冻干的试剂珠，而且不存在将冻干的试剂珠加载到微流控装 置中的难度。此外，由于将准确量的液体试剂加载到比微流控装置小的试剂筒中，然后被加 载的液体试剂被冻干，所以其中含有准确量的冻干的试剂的试剂筒能够容易大量生产。因 此，由于其中预先含有准确量的冻干的试剂的微流控装置能够大量生产，所以生产成本低 并且能够实现高的兼容性。
通过下面结合附图对实施例进行的描述，这些和/或其它方面和优点将会变得清 楚和更加易于理解，其中
图1是根据本发明构思的实施例的微流控装置的俯视图；图2是图1的微流控装置的截面图，该微流控装置被示出为根据本发明构思的实 施例的两层微流控装置；图3是图1的微流控装置的截面图，该微流控装置被示出为根据本发明构思的另 一实施例的三层微流控装置；图4是根据本发明构思的实施例的含有试剂的试剂筒的立体图；图5是通过阀打开的通道的截面图；图6是利用图1的微流控装置的分析器的示意性视图；图7是根据本发明构思的另一实施例的含有试剂的筒的立体图；图8是根据本发明构思的另一实施例的包括盘状平台的微流控装置的俯视图；图9是根据另一实施例的示例性微流控装置的俯视图；图10是根据本发明构思的另一实施例的包括离心单元的微流控装置的俯视图；图11是用于解释利用图10的微流控装置的包括多步反应的检测操作的视图；图12是根据本发明构思的另一实施例的包括用于加载稀释剂的容器的微流控装 置的俯视图；图13和图14是图12的微流控装置的截面图；图15至图25示出了试剂筒的各种结构以及含有试剂筒的装置的俯视图。
具体实施例方式现在，将详细描述实施例，其示例在附图中被示出，其中，相同的标号始终表示相 同的元件。在这方面，本发明可表现为很多不同的形式，并且不应该被解释为限于在此阐述 的实施例。因此，以下将参照附图仅描述实施例，以解释本发明的各方面。图1是根据本发明构思的实施例的微流控装置100的俯视图，图2和图3是根据 本发明构思的两个不同实施例的图1的微流控装置100的截面图。参照图1和图2，微流控装置100具有平台1，该平台1包括用于储存流体的室和 流体流过的通道。平台1可由能够容易注模且无生物活性的塑性材料形成。塑性材料的示 例包括丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和环烯烃共聚物(COC)。但是，用于形成平台1的材 料不限于上面所列的那些材料，并且可以是具有化学和生物稳定性、光学透明性和机械可 加工性的任何材料。如图2所示，平台1可具有包括底板11和顶板12的两层结构。如图3 所示，平台1还可以具有包括底板11、顶板12以及介于底板11与顶板12之间的分隔(或 者中间)板13的三层结构。分隔板13限定用于储存流体的部分和流体流过的通道。底板 11、顶板12和分隔板13可以通过利用各种材料(例如，双面胶带或者粘结剂)或者通过利 用超声波的融合被结合在一起。平台1还可以由其它结构形成。以下，将详细描述用于在平台1中形成的血液检验的结构。样本室10形成在平台 1中。样本室10含有样本，例如血液或者血清。稀释剂室20含有用于将样本稀释到适于检 查的期望的浓度的稀释剂。例如，稀释剂可以是缓冲液或者蒸馏水(DI)。检测室30是这样 的室，在该室中，与稀释剂混合的样本与能够与样本中的特定(或者目标)成分反应的试剂 接触，并且所述反应能够通过包括颜色改变检测的各种手段被检测到。检测室30包括含有 试剂的试剂筒200。
样本室10连接到稀释剂室20并且与稀释剂室20流体连通。稀释剂室20连接到 检测室30并且与检测室30流体连通。在此，室和/或通道之间的术语“连接”用于表示这 些室和/或通道彼此之间流体连通，并且流体的流动可通过位于流动通路(例如通道)上 的阀被控制。例如，阀51位于样本室10和稀释剂室20之间以控制样本室10和稀释剂室 20之间流体的流动。阀52位于稀释剂室20和检测室30之间以控制稀释剂室20和检测 室30之间的流体的流动。虽然没有示出，但是平台1可包括用于加载样本、稀释剂和试剂 的入口和用于排放空气的排气口。图4是根据本发明构思的实施例的含有试剂的试剂筒200的立体图。参照图4，试剂筒200包括具有第一端231、第二端233以及连接第一端231和第 二端233的侧壁232的主体。侧壁可具有如图4所示的部分圆柱形形状。第一端的表面面 积和第二端的表面面积可相同(例如，图4)或者不同(例如图15)。试剂筒的结构不重要， 可以根据制造它们的容易性或者可行性来确定试剂筒的结构。试剂筒200的主体还包括含有试剂的试剂舱(或者试剂存放槽)201。开口 210形 成在侧壁232中，以允许存取试剂舱201中含有的试剂。因为第一端231、第二端233和侧 壁232都被封闭，所以试剂舱201中含有的试剂仅可通过图4示出的实施例中的开口 210
被存取。术语“试剂舱”和“试剂存放槽”在整个申请中可以互换使用。试剂存放槽201可 具有各种内部形状。此外，试剂存放槽201可具有指示其中含有的试剂的体积的标志。在 本发明构思的实施例中，试剂筒200可装纳、安装或者装配在室(“试剂筒容纳室”或者“检 测室”)30中。试剂筒200在室30中的装配可以是宽松的(或者合适的)或者是紧密的。 当设置有多个试剂容纳室(例如至少一个)且各个试剂容纳室安装有含有不同试剂的试剂 筒时，所述多个试剂筒容纳室中的最后一个可被用于检测样本(在样本中期望含有且被检 验的成分)和试剂之间的反应。试剂存放槽可具有用于加强将固体冻干的试剂保持在试剂存放槽中的至少一种 结构。例如，如图22、图23、图M和图25中所示，试剂存放槽可设置有加强试剂在存放槽 中的保持的突起211a、211b、211c或者211d。所述突起的形状和位置没有限制，只要其能够 增强冻干的试剂在所述存放槽中的保持即可。在稍后将描述的样本分析过程中，光被投射到检测室30中。因此，平台1的检测 室30位于其中的至少一部分可由透光的材料形成。如果试剂筒200由透光材料形成，则试 剂筒200可按照试剂筒200能够宽松或者紧密地固定到所述室30中的方式被制造。在图 1中，试剂筒200的投射区域小于检测室30的投射区域。如果试剂筒200的投射区域小于 检测室30的投射区域，则光被投射到检测室30的未设置试剂筒200的部分中，并且可获得 高的透光率和准确的检测结果。如果试剂是对光敏感的试剂，则试剂不应该暴露于光。为 此，试剂筒200可由不透光的材料形成。因此，如图1所示，检测室30包括安装部分31，用于容纳试剂筒200 ；检测部分 32，用于检测试剂和样本中目标成分之间的反应。检测室30的至少一部分例如检测部分32 允许光透射。试剂筒200可按照试剂筒200的开口 210面对检测室的检测部分32的方式 安装在安装部分31中。在本发明构思的实施例中，试剂筒200可按照开口 210面对流体流 入到检测室30中的路径(即，阀52)的方式被安装。因此，当与稀释剂混合的样本从稀释剂室(图1中的20)被引入到检测室时，样本与被容纳在检测室(图1中的30)中的试剂 筒200中的冻干的试剂接触并使该试剂溶解。检测室可具有防止所述室中的试剂筒的自由运动的构造。例如，如图17中所示， 检测室30可具有凹入部分301以防止试剂筒200a从其原始的容纳位置自由运动。图18 是示出具有这种检测室的微流控装置的俯视图。图19示出这种结构的另一示例性实施例， 其中，检测室30在其内壁中具有突起302，使得其能够可靠地保持试剂筒。图20是示出图 19的这种实施例的俯视图。虽然图17、图18、图19和图20示出了特定的构造，但是本发明 构思不限于此。各种类型的微流控阀可被用作阀51和阀52。例如，阀51和阀52可以是根据流体 的流速打开或者关闭的阀，即，阀51和阀52可以是当由于流体的流动而产生的施加压力到 达或者超过预定水平时被动打开的阀。这种阀的示例包括利用微通道结构的毛细管阀、虹 吸管阀和具有利用疏水材料处理的表面的疏水阀。这种阀可根据微流控装置的旋转速度被 控制。即，当微流控装置的旋转速度增加时，更大压力被施加到微流控装置中的流体，如果 施加的压力达到或者超过预定水平，则所述阀打开且流体流动。此外，阀51和阀52还可以是当传递操作信号并且从外部提供操作功率时主动操 作的阀。在当前实施例中，阀51和阀52是当阀形成材料吸收从外部源发射的电磁辐射时 操作的阀。阀51和阀52是在吸收电磁辐射能量之前阻止流体的流动的所谓的“常闭”阀。阀形成材料可以是热塑树脂，例如C0C、PMMA、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚 甲醛(POM)、全氟烷氧基化合物(PFA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二酯 (PET)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)、聚砜(PSU)或者聚偏二氟乙烯(PVDF)。阀形成材料还可以是在室温以固体状态存在的相变材料。相变材料在其处于液体 状态时被加载到通道中，然后被固化以关闭通道。相变材料可以是蜡。当被加热时，蜡融化 成液体并且其体积增加。例如，蜡可以是石蜡、微晶蜡、合成蜡或者天然蜡。相变材料可以 是凝胶或者热塑树脂。凝胶的示例可包括聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯和聚乙 烯基酰胺。在相变材料中，吸收电磁辐射能量并散热的多个微散热颗�？杀环稚�。微散热颗 粒的直径可以是大约Inm到大约100 μ m,从而微散热颗粒自由通过具有深度大约0. Imm和 宽度大约Imm的微流通道。例如，当提供激光的电磁辐射能量时，微散热颗粒的温度显著增 加，因此，微散热颗粒散热并且均勻分散在蜡中。具有如上所述特性的每个微散热颗粒包括 具有金属的芯和疏水壳。例如，每个微散热颗粒可包括由铁形成的芯以及围绕所述芯的壳 层。壳层可由表面活性剂形成。表面活性剂分子可结合到铁芯。可以以被分散在媒介油 (carrier oil)中的状态储存微散热颗粒。媒介油可以是疏水的，以均勻地分散具有疏水表 面结构的微散热颗粒。微散热颗粒分散在其中的媒介油与融化的相变材料混合，获得的混 合物被加载在室之间并被固化，从而阻止流体在所述室之间流动。除了上述的聚合物颗粒之外，微散热颗粒还可以是量子点(quantum dot)或者磁 珠。微散热颗粒还可以是金属氧化物(例如A1203、TiO2JEt2O3Je2O3 Je3O4或者HfO2)的微 颗粒。但是，在阀51和阀52中包含微散热颗粒是可选的。例如，阀51和阀52可以仅由相 变材料形成。平台1的与阀51和阀52对应的部分可以透过从外部源照射的电磁辐射，从 而电磁辐射入射到阀51和阀52上。
在微流控分析中，难以将准确量的冻干的固体试剂加载到检测室30中，这是因为 试剂可能会被冻干成不均勻尺寸的珠子。即使冻干的珠子具有均勻的尺寸，冻干的珠子也 会容易破碎。此外，当试剂珠被加载到检测室30中同时暴露于湿气时，试剂的性能会降低。 根据当前实施例，单位使用量的试剂被加载到试剂筒200的存放槽中，然后被冻干。因此， 产生的冻干的试剂可具有固体块外形并含有水分。含有单位使用量的固体冻干的试剂的试 剂筒200可被安装到微流控装置中。当试剂在试剂筒的存放槽中被原位冻干时，固体冻干 的试剂的形状的至少一部分与试剂筒200的内部形状的一部分互补，具体地讲，与试剂存 放槽201的内部形状的至少一部分互补。现在，将详细描述试剂原位冻干的方法。首先，液体状态的试剂被加载到试剂筒200的试剂存放槽201中。为了减小被加 载到试剂存放槽201中的试剂的体积，液体试剂可具有比适于预期检验的浓度或者滴定量 较高的浓度或者滴定量。用于血液检验的试剂可以是用于检测以下项目的试剂，所述项目例如，血清、天冬 氨酸转氨酶(AST)、白蛋白(ALB)、碱性磷酸酶(ALP)、丙氨酸转氨酶(ALT)、淀粉酶(AMY)、血 尿素氮(BUN)、钙(Ca++)、总胆固醇(CHOL)、肌酸激酶(CK)、氯化物(Cl—)、肌酸酐(CREA)、直 接胆红素(D-BIL)、γ-谷氨酰转移酶(GGT)、葡萄糖(GLU)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL)、钾 (Ka+)、乳酸脱氢酶(LDH)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL)、镁(Mg)、磷(PHOS)、钠(Na+)、总二氧 化碳(TCO2)、总胆红素(T-BIL)、甘油三酯(TRIG)、尿酸(UA)或者总蛋白(TP)。此外，对于 本领域一名普通技术人员清楚的是，根据本发明的微流控装置还可以用于分析能够从人体 或者任何有机体中提取的各种其它样本。添加剂可以被添加到液体试剂。例如，为了提高生成的冻干的试剂的可分散性， 当其与混合在稀释剂中的样本接触时，可以使用给予或者增加冻干的试剂的孔隙率的填充 剂。因此，当样本稀释剂(即，与稀释剂混合的样本)被加载到检测室30中时，冻干的试剂 能够被容易地溶解。例如，填充剂可包括从以下组中选择的至少一种材料，所述组由牛血清 白蛋白(BSA)、聚乙二醇(PEG)、葡聚糖、甘露醇、多元醇、肌醇、柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠 盐(EDTA2Na)和聚氧乙烯月桂醚(BRIJ-30构成。填充剂的类型和数量可以根据试剂的类 型而改变。表面活性剂可被添加到液体试剂。例如，表面活性剂可包括从以下组中选择的至 少一种材料，所述组由聚氧乙烯、十二烷基醚、辛苯聚醇(octoxynol)、聚乙烯烷基醇、壬基 酚聚乙二醇醚、环氧乙烷、乙氧基化十三醇、壬基苯基醚聚氧乙烯磷酸钠盐和十二烷基硫酸 钠构成。表面活性剂的类型和数量可以根据试剂的类型而改变。含有液体试剂的多个试剂筒200被加载到冻干装置中，然后根据冻干程序采用适 当的方法。在这方面，为了容易地识别试剂的量或者种类，不同的试剂可被加载到不同颜色 的试剂筒200中，或者用于识别试剂的可辨认标志可附着到试剂筒200。可辨认标志的示例 可包括标记和条形码。可根据液体试剂的量和类型改变冻干程序。冻干方法包括冷冻过程，由此包含在 材料中的水被冷冻；烘干过程，由此冷冻的水被去除。通常，烘干过程使用升华过程使得冷 冻的水直接变成蒸汽。但是，整个烘干过程不一定需要升华，即，仅烘干过程的一部分会需 要升华。为了执行升华过程，烘干过程中的压力可被调节为等于或者低于水的三相点(大 约6毫巴或者大约4.6托)。但是，不需要保持预定的压力。在烘干过程中，温度可改变。例如，在冷冻过程执行完毕之后，温度会逐渐升高。通过如上所述的过程，冻干的固体试剂具有与试剂筒200的至少一部分至少部分 互补的形状，具体地讲，具有与试剂存放槽201的内部构造的至少一部分至少部分互补的 形状。在冻干过程中，将试剂筒200按照试剂存放槽201的开口 210面向上方的方式插入到 冻干机中。因此，冻干的试剂的形状可以与试剂存放槽201的与所述开口(图4中的210) 相对的部分的形状互补。如上所述，由于试剂当其处于液体状态时被加载到试剂筒200中，所以能够准确 地控制试剂的量。此外，由于在液体试剂被加载到试剂筒200中之后执行冻干过程，所以可 以大量产生含有用于分析相同的目标材料的冻干的试剂的试剂筒200。在此使用的术语试剂“单位使用量”指的是在为了化验而将含有单位使用量的试 剂的试剂筒安装到微流控装置中之后，用于单项检验并在需要或者不需要利用稀释剂稀释 的情况下产生试剂的期望或者需要的量和浓度的试剂的量。含有如上所述准备的单位使用量的冻干的试剂的试剂筒200安装到形成在底板 11中的检测室30的安装部分31中，或者安装到由底板11和分隔板13限定的检测室30 中。然后，顶板12被结合到底板11或者分隔板13，从而完成根据本发明构思的实施例的微 流控装置的制造。为了固定被安装在检测室30中的试剂筒200，试剂筒200可通过附着或 者过盈配合被结合到检测室30。此外，可使用各种固定方法以固定试剂筒200。图6是利用图1的微流控装置100的分析器的示意性视图。参照图6，旋转驱动 单元510使微流控装置100旋转并通过离心力将样本、稀释剂和试剂混合。旋转驱动单元 510使微流控装置100运动到预定位置，以使检测室30面对检测器520。虽然旋转驱动单 元510未被全部示出，但是旋转驱动单元510还可包括用于控制微流控装置100的角位置 的电机驱动装置(未显示)。电机驱动装置可使用步进电机或者直流电机。例如，检测器 520检测光学特性(诸如将被检测的材料的荧光度、发光度和/或吸光特性)。电磁辐射发 生器530被用于操作阀51和阀52，并发射例如激光束。现在将详细描述分析样本的方法。稀释剂(例如缓冲液或者蒸馏水)被加载到微 流控装置100的稀释剂室20中，然后，样本(例如从将被分析的对象中提取的血液或者从 血液中分离的血清)被加载到样本室10中。然后，微流控装置100被安装到图6中示出的分析器中。如果微流控装置100是 片状，则微流控装置100不能直接安装到旋转驱动单元510上。在这种情况下，微流控装置 100插入到适配器MO中，适配器540被安装在旋转驱动单元510上。在这方面，由于流体 从样本室10流动到检测室30，所以微流控装置100可按照样本室10比检测室30更靠近适 配器MO的旋转中心的方式被插入。旋转驱动单元510使微流控装置100旋转，从而阀51 面对电磁辐射发生器530。当电磁辐射照射到阀51上时，形成阀51的材料由于电磁辐射能 量而融化，并且样本室10和稀释剂室20之间的通道如图5所示的打开。样本在离心力的 作用下流动到稀释剂室20。旋转驱动单元510使微流控装置100以往复运动的方式运动， 以将样本和稀释剂混合从而形成样本稀释剂。在整个申请中使用的术语“样本稀释剂，，表 示样本和稀释剂的混合物。然后，电磁辐射照射到阀52上以打开稀释剂室20和检测室30 之间的通道，样本稀释剂被加载到检测室30中。这样，在试剂筒200中含有的冻干的试剂 与样本稀释剂混合并融化。为了通过与样本稀释剂混合而使冻干的试剂溶解，旋转驱动单元510可左右摇晃微流控装置100数次。这样，在检测室30中形成试剂混合物。然后，检测室30运动成面对检测器520，以识别将被检测的材料是否存在于检测 室30中的试剂混合物中，并测量被检测到的材料的量，从而完成样本分析。试剂可以是能够一起用于期望的反应的另外两种试剂的混合物。如果这种共存会 降低或者改变试剂的活性，像酶和底物的情况，则可使用具有两个或者更多存放槽的试剂 筒以容纳当样本稀释剂在检测室中与它们接触时将被混合在一起的这几种试剂。所述试剂 的示例包括用于检测碱性磷酸酶(ALP)的试剂、用于检测丙氨酸转氨酶(ALT)的试剂、用于 检测高密度脂蛋白胆固醇(HDL)的试剂以及用于检测低密度脂蛋白胆固醇(LDL)的试剂。 具体地讲，在用于检测ALP的试剂的情况下，用作底物的对硝基酚磷酸盐(PNPP)当pH是10 或者更高时是不稳定的，均用作在反应系统中必需的缓冲液的氨甲基丙醇(AMP)和二乙醇 胺(DEA)具有11至11.5的pH值。因此，底物和缓冲液需要分开冻干和储存。在用于检测AMY的试剂的情况下，使用NaCl。但是NaCl由于其很强的溶解特性而 难以冻干。即使当NaCl被冻干时，冻干的NaCl也会立即吸收湿气并且其形状发生改变，试 剂的滴定量和降低。因此，NaCl需要与底物分开。因此，如图7所示，试剂筒200a包括两个试剂存放槽201和202。需要被冻干的同 时彼此分开的液体第一试剂和液体第二试剂分别加载到两个试剂存放槽201和202中，然 后对其执行冻干过程。这样，制造包括含有冻干的第一试剂的试剂存放槽201和含有冻干 的第二试剂的试剂存放槽202的试剂筒200a。虽然图7显示了具有两个存放槽的试剂筒， 但是本发明构思不限于这种示例性实施例。在其它实施例中，试剂筒可具有三个或者更多 个存放槽。参照图7，试剂筒200a可具有第一端231、第二端233、连接在第一端231和第二 端233之间的侧壁232以及用于形成两个试剂存放槽201和202的开口 210。侧壁可具有 如图7所示的部分圆柱形形状。第一端的表面面积和第二端的表面面积可相同(例如，图 7)或者不同(例如图16)。试剂筒的结构不重要，可以根据制造它们的容易性或者可行性 来确定试剂筒的结构。图8是根据本发明构思的另一实施例的包括盘状平台的微流控装置102b的俯视 图。参照图8，根据当前实施例的微流控装置102b是盘状的并且可以直接安装到旋转驱动 单元510上。虽然图8中仅示出了微流控装置102b的一部分，但是平台1是圆盘状的。平 台1可具有如图2所示的两层结构或者如图3所示的三层结构。平台1包括样本室10、稀释剂室20和检测室30。检测室30可位于比样本室10 和稀释剂室20更远离平台1的旋转中心的位置。阀51形成在样本室10和稀释剂室20之 间，阀52形成在稀释剂室20和检测室30之间。检测室30的安装部分31接纳含有冻干的 试剂的试剂筒200(见图4)或者接纳含有冻干的试剂的试剂筒200a(见图7)。图9是图8的微流控装置10 的变型的示例的俯视图。在图9示出的微流控装 置10 中，样本室10和稀释剂室20连接到检测室30。阀51形成在样本室10和检测室 30之间，阀52形成在稀释剂室20和检测室30之间。含有冻干的试剂的试剂筒200 (见图 4)或者含有冻干的试剂的试剂筒200a(见图7)安装在检测室30的安装部分31中。现在将详细描述分析样本的方法。液体稀释剂(例如缓冲液或者蒸馏水)被加载 到微流控装置10 或者102b的稀释剂室20。样本被加载到样本室10。样本的示例包括但不限于从将被检查的对象提取的血液和从血液分离出的血清。然后，微流控装置10 或者102b被安装到分析器的旋转驱动单元510(见图6)。 旋转驱动单元510使微流控装置10 或者102b旋转。然后，旋转驱动单元510按照使阀51和阀52的每个面对电磁辐射发生器530的 方式旋转。当电磁辐射照射到阀51和阀52上时，形成阀51和阀52的材料由于电磁辐射 能量而融化。当微流控装置10 或者102b旋转时，样本和稀释剂通过离心力被加载到检 测室30。在试剂筒200或者200a中含有的冻干的试剂与包括样本和稀释剂的样本稀释剂 混合，并且融化。然后，检测室30，具体地讲，检测部分32运动成面向检测器520，以识别将 被检测的材料是否存在于检测室30中的试剂混合物中，并确定将被检测的材料的量。图10是根据本发明构思的另一实施例的包括离心单元的微流控装置的俯视图。 参照图10，根据当前实施例的微流控装置103呈盘状，并且能够直接安装到分析器的旋转 驱动单元510(见图6)上。微流控装置103包括用于将样本分离成上清液和沉淀物的离心 单元70。例如，当作为全血的样本被加载时，离心单元70将全血分离成血清(上清液)和 沉淀物。平台1呈盘状。平台1可具有如图2所示的两层结构或者如图3所述的三层结构。以下，平台1的靠近平台1的中心的部分将被称为内部(或者有时被称为“径向内 部”)，平台1的远离所述中心的部分将被称为外部(或者“径向外部”)。样本室10比形成 微流控装置103的其它任何元件更靠近平台1的中心。离心单元70包括位于样本室10的 径向外部的离心部分71和位于离心部分71的端部的沉淀物收集器72。当样本被离心时， 上清液保留在样本室10中或者流动到离心部分71，重的沉淀物流动到沉淀物收集器72。稀释剂室20含有稀释剂。离心部分71和稀释剂室20连接到混合室80。阀51形 成在离心部分71和混合室80之间，阀52形成在稀释剂室20和混合室80之间。沿着平台1的圆周方向布置有多个检测室30。混合室80通过通道45连接到检测 室30。通道45包括阀55。阀55可由与形成阀51和阀52的材料相同的材料形成。含有 冻干的试剂的试剂筒200或者200a安装在每个检测室30的安装部分31上。试剂筒200 或者200a可含有相同或者不同的冻干的试剂。虽然图10和图12显示了多个试剂筒被布置成并联连接到分配样本稀释剂的共同 通道，但是多个试剂筒可彼此串联连接，如图21所示。当为了检测目标成分而需要多个反 应时，这种布置是有优势的。现在将详细描述分析样本的方法。液体稀释剂(例如缓冲液或者蒸馏水)被加载 到微流控装置103的稀释剂室20中。样本被加载到样本室10。样本的示例包括从将被检 查的对象提取的血液和从血液分离出的血清。然后，微流控装置103被安装到分析器的旋转驱动单元510 (见图6)。旋转驱动单 元510使微流控装置103旋转。这样，由于离心力，在样本室10中含有的样本的上清液保 留在样本室10中或者流到离心部分71，在样本室10中含有的样本的相对重的沉淀物流动 到沉淀物收集器72。然后，旋转驱动单元510使微流控装置103运动，使阀51和阀52面对电磁辐射发 生器530。当电磁辐射照射到阀51和阀52上时，形成阀51和阀52的阀形成材料由于电磁 辐射能量而融化。当微流控装置103旋转时，样本和稀释剂被加载到混合室80中，从而在 混合室80中形成包括样本和稀释剂的样本稀释剂。为了将样本和稀释剂混合，旋转驱动单元510可横向摇晃微流控装置103数次。然后，旋转驱动单元510使微流控装置103运动，以使阀55面对电磁辐射发生器 530。当电磁辐射照射到阀55上时，形成阀55的阀形成材料由于电磁辐射能量而融化，通 道45打开。当微流控装置103旋转时，稀释剂样本通过通道45被加载到检测室30中。冻 干的试剂与样本稀释剂混合并融化，从而形成试剂混合物。为了溶解冻干的试剂，旋转驱动 单元510可使微流控装置103往复运动数次。然后，检测室30运动成面对检测器520以识别将被检测的目标材料是否存在于检 测室30中的试剂混合物中，并测量被检测到的材料的量，从而完成样本分析。以下，将参照图10中示出的微流控装置103描述包括2步反应的检测过程，例如 从样本中检测HDL的过程。在这种情况下，如图11所示，含有第一试剂的第一试剂筒200 或者200a安装在第一检测室33上，含有第一试剂和第二试剂的第二试剂筒200a安装在第 二检测室34上。第一试剂和第二试剂具有以下所述的成分。〈第一试剂〉哌嗪-1，4-二 (2-乙磺酸)(PIPES) :30MM0L/L4-氨基安替比林(4-AAP) :0. 09MM0L/L过氧化物酶(POD) 240单位/升抗坏血酸氧化酶(ASOD) 2700单位/升抗人b_脂蛋白抗体〈第二试剂〉哌嗪-1，4-二 (2-乙磺酸)(PIPES) :30MM0L/L胆固醇酯酶(CHE):4000U/L胆固醇氧化酶(COD):20000U/LN- (2-羟基-3-磺丙基)-3，5- 二甲氧基苯胺(H-DASO) :0. 8MM0L/L在第一检测室33中，第一试剂与稀释剂样本混合，在大约37°C条件下放置5分钟。 结果，HDL、LDL、极低密度脂蛋白(VLDL)以及乳糜微粒形成可溶解的HDL，然后可溶解的HDL 分解成胆固醇和过氧化氢。过氧化氢分解成水和氧气。在第二检测室34中，第一试剂、第二试剂和稀释剂样本混合在一起，在大约37°C 条件下放置5分钟。结果，HDL、LDL、VLDL以及乳糜微粒由于由第一试剂引起的酶反应形成 可溶解的HDL，可溶解的HDL分解成胆固醇和过氧化氢。过氧化氢分解成水和氧气。剩余的 HDL利用第二试剂通过酶反应形成色素。第一检测室33和第二检测室34的吸光率通过利 用检测器520(见图6)将光照射到第一检测室33和第二检测室34上来测量。基于测量吸光率的两种结果，可以确定HDL是否存在并且能够计算HDL的量。图12是根据本发明构思的另一实施例的包括用于加载稀释剂的容器90的微流控 装置104的俯视图。图13和图14是图12的微流控装置104的截面图。根据当前实施例 的微流控装置104与图10的微流控装置103的不同之处在于，含有稀释剂的容器90结合 到平台1上，并且容器90通过通道43连接到稀释剂室20。通道43可包括阀53。阀53可 由与形成阀51和阀52的材料相同的材料形成。但是，在一些实施例中，通道43可不包括 阀53，这是因为稀释剂的流动通过膜95被控制。参照图12、图13和图14，平台1包括顶板12和结合到顶板12的底板11。容器90包括用于容纳稀释剂的容纳空间91。容器90可通过例如将热塑树脂注塑成型而形成， 并且被固定在平台1上。容纳空间91通过膜95被密封。容器90倒置，容纳空间91被填 充稀释剂，然后膜95被附着到容器90的开口 93以防止稀释剂泄漏。含有稀释剂的流体袋 可位于容器90内，流体袋能够被破坏和密封。膜95是控制稀释剂从容器90流动到通道43的控制构件的示例。膜95防止在容 纳空间91中含有的稀释剂泄漏。膜95可通过例如激光的电磁辐射能量而被破坏或者被融 化。例如，膜95可包括薄层和形成在薄层上的电磁辐射吸收层。薄层可以由金属形 成。电磁辐射吸收层可通过涂覆电磁辐射吸收材料来形成。由于电磁辐射吸收层，膜95吸 收外部的电磁辐射并且被破坏或者融化。除了金属之外，薄层还可以由当暴露于电磁辐射 下时能够被破坏或者融化的任何材料形成。在这方面，薄层可以由聚合物形成。容器90的 一部分是透明的，从而外部投射的电磁辐射穿过容器90并到达膜95。微流控装置104安装在分析器的旋转驱动单元510(见图6)上，电磁辐射在选择 的时间段内利用电磁辐射发生器530 (见图6)被投射到膜95上。结果，如图14所示，膜95 被破坏或者融化。然后，电磁辐射在选择的时间段内利用电磁辐射发生器530(见图6)被投射到阀 53上。结果，用于形成阀53的材料融化并且通道43打开。在容纳空间91中含有的稀释剂 通过通道43流动到稀释剂室20。然后，以与如参照图10的微流控装置103描述的方式相 同的方式执行分析过程。虽然已经参照本发明的不同的实施例具体显示并描述了本发明的各方面，但是应 该理解，这些示例性实施例应该认为仅是描述性的，并非为了限制性目的。在每个实施例中 的特征或者各方面的描述通常应该被认为对于其余实施例中的其它类似特征或者各方面 是可行的。因此，虽然已经显示并描述了几个实施例，但是本领域普通技术人员应该理解，在 不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行改变，本发明的范围由权利 要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种微流控装置，包括平台，包括含有流体的室；试剂筒，安装到平台上，所述试剂筒包括封闭的第一端、封闭的第二端、将所述第一端 与所述第二端连接的侧壁、形成在所述侧壁中的开口以及含有用于检测所述流体中含有的 材料的固体试剂的存放槽。
2.如权利要求1所述的微流控装置，其中，所述固体试剂是冻干的固体试剂。
3.如权利要求1所述的微流控装置，其中，所述微流控装置包括至少两个试剂筒，每个 试剂筒含有彼此相同或者不同的冻干的试剂。
4.如权利要求1所述的微流控装置，其中，所述试剂筒包括含有各自不同试剂的多个 试剂存放槽。
5.如权利要求1所述的微流控装置，其中，所述平台包括至少一个检测室，所述试剂筒 安装在所述检测室中。
6.如权利要求5所述的微流控装置，其中，所述检测室的至少一部分由透明材料制成， 所述检测室的所述至少一部分是未容纳所述试剂筒的部分。
7.如权利要求6所述的微流控装置，其中，所述试剂筒按照所述试剂筒的所述开口面 对流入到所述检测室中的流体的方式安装到所述检测室中。
8.如权利要求1所述的微流控装置，其中，所述平台包括样本室，用于接纳样本；稀释剂室，用于接纳稀释剂；检测室，用于接纳所述试剂筒；阀，用于控制位于所述室之间的至少一个点处的流体的流动。
9.如权利要求8所述的微流控装置，其中，所述阀根据所述流体的压力被控制。
10.如权利要求9所述的微流控装置，其中，当所述微流控装置旋转时，产生所述压力。
11.如权利要求8所述的微流控装置，其中，所述阀由通过电磁辐射能量打开的阀形成 材料形成。
12.如权利要求11所述的微流控装置，其中，所述阀形成材料从相变材料和热塑树脂 中选择，所述热塑树脂或者相变材料的相通过电磁辐射能量改变。
13.如权利要求11所述的微流控装置，其中，所述阀形成材料包括微散热颗粒，所述微 散热颗粒分散在相变材料中、吸收电磁辐射能量并将所述能量散发。
14.如权利要求8所述的微流控装置，还包括结合到所述平台并将稀释剂提供到稀释 剂室的容器。
15.如权利要求1所述的微流控装置，其中，所述固体试剂包括从以下组中选择的至少 一种试剂，所述组由用于检测血清、天冬氨酸转氨酶、白蛋白、碱性磷酸酶、丙氨酸转氨酶、 淀粉酶、尿素氮、钙、总胆固醇、肌酸激酶、氯化物、肌酸酐、直接胆红素、Y-谷氨酰转移酶、 葡萄糖、高密度脂蛋白胆固醇、钾、乳酸脱氢酶、低密度脂蛋白胆固醇、镁、磷、钠、总二氧化 碳、总胆红素、甘油三酯、尿酸或者总蛋白的试剂构成。
16.如权利要求15所述的微流控装置，其中，所述固体试剂包括添加剂。
17.如权利要求16所述的微流控装置，其中，所述添加剂是填充剂，所述填充剂包括 从以下组中选择的至少一种材料，所述组由牛血清白蛋白、聚乙二醇、葡聚糖、甘露醇、多元醇、肌醇、柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠盐和聚氧乙烯月桂醚构成。
18.如权利要求16所述的微流控装置，其中，所述添加剂是表面活性剂，所述表面活性 剂包括从以下组中选择的至少一种材料，所述组由聚氧乙烯、十二烷基醚、辛苯聚醇、聚乙 烯烷基醇、壬基酚聚乙二醇醚、环氧乙烷、乙氧基化十三醇、壬基苯基醚聚氧乙烯磷酸钠盐 和十二烷基硫酸钠构成。
19.如权利要求1所述的微流控装置，其中，所述固体试剂的形状的至少一部分与所述 试剂筒的所述存放槽的内部构造的至少一部分互补。
20.如权利要求8所述的微流控装置，其中，所述检测室包括防止所述试剂筒在所述检 测室中自由运动的结构。
21.如权利要求1所述的微流控装置，其中，所述试剂筒的所述存放槽包括加强所述固 体试剂在所述试剂筒中的保持力的结构。
22.一种微流控装置，包括平台，包括多个室和多个通道；试剂筒，被容纳在至少一个室中，所述试剂筒包括封闭的第一端、封闭的第二端、将所 述第一端与所述第二端连接的侧壁以及形成在所述侧壁中以形成存放槽的开口；可溶解的固体试剂，被接纳在所述试剂筒的所述存放槽中。
23.如权利要求22所述的微流控装置，其中，所述试剂筒被装配到所述室中。
24.如权利要求22所述的微流控装置，其中，所述微流控装置包括容纳第一试剂筒的 第一室和容纳第二试剂筒的第二室，其中，所述第一试剂筒含有第一试剂，其中，所述第二试剂筒含有第二试剂，所述第一试剂和所述第二试剂相同或者不同。
25.如权利要求M所述的微流控装置，其中，所述第一试剂和所述第二试剂彼此不同， 其中，所述第一室收纳与在所述第一试剂筒中含有的第一试剂接触的流体以形成第一反应 混合物，所述第二室收纳与在所述第二试剂筒中含有的第二试剂接触的第一反应混合物以 形成第二反应混合物。
26.如权利要求22所述的微流控装置，其中，所述试剂筒包括至少两个存放槽，每个存 放槽接纳试剂。
27.如权利要求22所述的微流控装置，其中，所述试剂筒的所述存放槽包括用于保持 被接纳在所述试剂筒中的试剂的结构。
28.如权利要求27所述的微流控装置，其中，所述结构是形成在所述存放槽内部的至 少一个突起。
29.如权利要求22所述的微流控装置，其中，所述室具有将试剂筒保持在所述室中的 凹入部分。
30.如权利要求22所述的微流控装置，其中，所述室包括突起以将试剂筒保持在所述室中。
31.一种适于安装在微流控装置中的筒，所述筒包括主体，包括第一端、第二端、连接所述第一端和所述第二端的侧壁以及形成在侧壁中以 在所述主体中形成存放槽的开口；固体试剂，以单位使用量被包含在所述存放槽中。
32.如权利要求31所述的筒，其中，所述试剂的至少一部分的形状与所述存放槽的一 部分的内部形状互补。
33.如权利要求31所述的筒，其中，所述主体包括至少两个存放槽，每个存放槽包含固 体试剂。
34.如权利要求31所述的筒，还包括设置在所述存放槽中以保持被接纳在存放槽中的 固体试剂的结构。
35.如权利要求34所述的筒，其中，所述结构是形成在所述存放槽内部的至少一个突起。
36.一种微流控装置，包括室，包括被构造为允许流体进入到所述室中的入口 ；筒，安装在所述室内，所述筒包含能够与进入到所述室中的流体反应的固体试剂。
37.一种微流控装置，包括 通道；室，与所述通道流体连通，以收纳来自所述通道的流体；筒，位于所述室的内部，所述筒含有能够被进入到所述室中的流体溶解的固体试剂。
38.一种适用于包括室的微流控装置的筒，所述筒包括被构造为安装在所述微流控装置的所述室内的主体，所述主体包括存放槽和与所述存 放槽相关联的单个开口以允许出入所述存放槽； 固体试剂，被包含在所述存放槽中。
39.一种适用于微流控装置的筒，包括主体，包括封闭的第一端、封闭的第二端、将所述第一端与所述第二端连接的封闭的 壁、形成在所述壁中的开口以及通过所述开口可出入的存放槽； 固体试剂，被包含在所述存放槽中。
全文摘要
公开了一种包括平台和试剂筒的微流控装置。所述平台包括含有流体的室。试剂筒被安装到平台上，并且包含用于检测流体中含有的材料的固体试剂。
文档编号G01N35/00GK102089664SQ200980126967
公开日2011年6月8日 申请日期2009年6月29日 优先权日2008年7月10日
发明者朴钟勉, 李亮毅, 李凡石, 李钟建, 赵允卿, 金度均, 金贤珉 申请人:三星电子株式会社
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