專利名稱：檢測盒、模塊、系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測流體樣本物質(zhì)中的一種或多種目標(biāo)分析物的檢測盒和方法。
背景技術(shù)：
與諸如菌管和顯微鏡載玻片凝固測試的古典臨床化驗(yàn)不一樣，本發(fā)明的檢測盒采用組合型傳感器。這里所用的“傳感器”是指檢測至少一種物理性質(zhì)變化并根據(jù)該可檢測的變化產(chǎn)生信號的裝置。傳感器檢測變化的方式包括，例如，電化學(xué)變化，光學(xué)變化，電-光變化，聲-機(jī)變化等。例如，電化學(xué)傳感器利用測量電位和測量電流的測量，而光學(xué)傳感器可以利用吸收率、熒光、發(fā)光以及損耗波等。
與許多傳感器相關(guān)的一個技術(shù)問題是越過傳感器檢測表面的流動速率和/或流動前沿行進(jìn)可以影響目標(biāo)分析物的精確檢測。但是，如果傳感器的檢測表面是平的，因?yàn)橛捎诹鬟^這種表面的液體中的表面張力，這種表面可能形成孔隙和氣泡等，控制體積流動率和流體流動前沿行進(jìn)很困難。雖然一些傳感器通過包括不平的和/或無特征的檢測表面可以適于解決這些問題，但是諸如例如聲-機(jī)傳感器的其他的傳感器優(yōu)選可以包括比較平的無特征的檢測表面，以便有效地起作用。
許多生物分析物與液體載體一起進(jìn)入傳感器。該液體載體能夠不希望地減少聲-機(jī)檢測系統(tǒng)的靈敏性。而且，這種傳感器的選擇性可能取決于不能快速地檢測的性質(zhì)，例如測試樣本可能需要培育或培養(yǎng)一段時間。但是，選擇性能夠通過將目標(biāo)生物分析物，例如，結(jié)合于檢測器表面而獲得。
然而，當(dāng)所用的檢測器依靠聲-機(jī)能量檢測該目標(biāo)生物分析物時，由于許多或大多數(shù)生物分析物的尺寸和較低的機(jī)械穩(wěn)定性(剛性)，已知的目標(biāo)生物分析物與檢測器表面的選擇性結(jié)合能夠引起一些問題。這個問題在剪切水平表面聲波檢測系統(tǒng)方面尤為嚴(yán)重。
剪切水平表面聲波傳感器構(gòu)造成沿著傳感器檢測表面?zhèn)鞑ヂ?機(jī)能量。在一些系統(tǒng)中，可以在檢測表面設(shè)置波導(dǎo)以定位在該表面的聲-機(jī)波并增大該傳感器的靈敏性(與無波導(dǎo)的傳感器相比)。這種改進(jìn)的剪切水平表面聲波經(jīng)常稱之為樂甫波(Love-wave)剪切水平表面聲波生物傳感器(“LSH-SAW”)。
這種傳感器已經(jīng)用于化學(xué)物品和目標(biāo)分析物的尺寸比較小的其他物質(zhì)檢測方面。結(jié)果，許多目標(biāo)分析物主要位于該傳感器的有效波場內(nèi)(例如，對于在水中以103兆赫(MHz)運(yùn)行的傳感器為約60納米(nm))。
不太令人滿意的是該傳感器的有效波場大大地限制了被檢測的生物分析物的尺寸。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，例如單細(xì)胞微生物形式中的生物分析物通常具有約1微米(1000nm)的直徑。然而，如上所述，該傳感器的有效波場僅為約60nm。結(jié)果，許多目標(biāo)分析物的相當(dāng)大的部分可能位于該傳感器的有效波長之外。
除了尺寸不同之外，目標(biāo)生物分析物經(jīng)常是用包括水的各種成分填充的膜。結(jié)果，在上述傳感器有效波場內(nèi)通過的關(guān)于生物分析物的總量的聲-機(jī)能的效果明顯受到限制。在許多情況下，附著在這種傳感器表面的目標(biāo)生物分析物不能從用于將反應(yīng)物提供給檢測器的液體介質(zhì)中精確地識別。
雖然不希望受理論的約束，但是，理論上附著在檢測表面的生物分析物比較缺少機(jī)械穩(wěn)定性，即，它們的流體性質(zhì)可以明顯地限制許多與檢測表面有效連接的生物分析物的數(shù)量。換句話說，雖然生物分析物可以附著在檢測表面，但是許多生物分析物的相當(dāng)大的部分不能聲學(xué)地或機(jī)械地連接于由該傳感器產(chǎn)生的聲-機(jī)波。結(jié)果，聲-機(jī)生物傳感器(例如，LSH-SAW生物傳感器)有效檢測目標(biāo)生物分析物存在或不存在的能力嚴(yán)重地受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供檢測盒和相關(guān)的部件分，以及利用將樣本物質(zhì)提供給傳感器的該盒和相關(guān)部件進(jìn)行檢測方法。在用于本發(fā)明的檢測盒的部件中，是例如，輸入(或流體)模塊，流體流動前沿控制特征，體積流動率控制特征等。
本發(fā)明的設(shè)備和方法的潛在的優(yōu)點(diǎn)是樣本物質(zhì)(其可以包括例如，測試樣品、反應(yīng)物、載體流體、緩沖劑等)以增強(qiáng)檢測和/或可再現(xiàn)性的控制的方式存在于傳感器檢測表面。
該受控的存在形式可以包括控制對檢測表面的樣本物質(zhì)的提供。優(yōu)選地該控制可以用基于模塊的輸入系統(tǒng)提供，其中諸如例如測試樣品、反應(yīng)物、緩沖劑、沖洗物質(zhì)等的樣本物質(zhì)可以在選擇的時間、以選擇的速率、按照選擇的次序等輸入檢測盒。
該受控的存在形式還可以包括控制越過檢測表面的流體流動前沿行進(jìn)。這里所用的術(shù)語“流動前沿”是指在檢測室內(nèi)流過該檢測表面的流體團(tuán)塊的前面的邊緣?？刂屏黧w流動前沿行進(jìn)的潛在優(yōu)點(diǎn)是，優(yōu)選地，所有的檢測表面可以被樣本物質(zhì)潤濕，即，將會占有檢測表面一部分的流體中的氣泡和孔隙可以優(yōu)選地減少或消除。
該受控的存在形式還可以包括通過檢測室的體積流動控制，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該控制可以通過利用，例如，毛細(xì)管力、多孔薄膜、吸收介質(zhì)等將流體吸入通過該檢測室實(shí)現(xiàn)。控制流過檢測表面的樣本物質(zhì)的流動速率可以提供優(yōu)點(diǎn)。例如，如果流動速率太大，由于選擇的附著減少或被阻止，樣本物質(zhì)中的目標(biāo)分析物不能被精確地檢測。相反，如果流動速率太小，可能產(chǎn)生過多的非目標(biāo)分析物或其他物質(zhì)的非特定結(jié)合在檢測表面，因而潛在地提供假的正信號。本發(fā)明還提供可選擇地包含在例如檢測盒中密封的模塊，以便于檢測在該盒內(nèi)的不同的目標(biāo)分析物。在使用之前，該模塊可以優(yōu)選地被密封以防止位于其內(nèi)的物質(zhì)逃逸和/或防止該模塊的內(nèi)部容積被污染。優(yōu)選地，該模塊可以包括兩個或更多個隔離的腔室，其中在被相互輸入和輸入到檢測盒之前可以儲存不同的組成物。與它們被輸入到檢測盒(并且最終到傳感器)一起，不同組成物的輸入和混合可以用該模塊和致動器控制。許多不同反應(yīng)物的隔離存儲可以大大地增加在目標(biāo)分分析物檢測中使用的物質(zhì)的儲藏壽命。得益于隔離干燥儲存的一些反應(yīng)物可以包括細(xì)胞溶解(1ysing)反應(yīng)物、血纖維蛋白原、化驗(yàn)標(biāo)簽磁顆粒等。
該模塊可以是選擇的并且由制造商或這在一些情況下由最終使用者連接于該檢測盒。提供給最終使用者的靈活性，特別是在使用地點(diǎn)定做的檢測盒能夠在經(jīng)濟(jì)和效率方面提供額外的優(yōu)點(diǎn)。例如，包含不同反應(yīng)物、緩沖劑等的不同的模塊可以供給最終使用者，用于在檢測盒中模塊的選擇組合，以進(jìn)行用于特定目標(biāo)分析物的特定的化驗(yàn)。
本發(fā)明的檢測盒可以包括各種傳感器，以檢測一種或多種目標(biāo)分析物。優(yōu)選地，該傳感器可以是生物傳感器的形式，在這里“生物傳感器”是適于檢測樣本物質(zhì)中的一種或多種目標(biāo)生物分分析物的傳感器。
雖然這里描述的示范性的實(shí)施例可以包括單個的傳感器，但是本發(fā)明的檢測盒可以包括兩個或更多個傳感器，而該兩個或更多個傳感器是基本上相互類似的或不同的。而且，根據(jù)本發(fā)明的檢測盒中的每個傳感器可以包括兩個或更多個通道(例如，檢測通道和參考通道)?？蛇x地，不同傳感器可以用于提供在檢測盒內(nèi)的檢測通道和參考通道。如果提供多個傳感器，它們可以位于檢測盒內(nèi)的同一個檢測室中，或不同的檢測室中。
與本發(fā)明的檢測盒一起使用的傳感器可以依賴于各種不同的傳感器技術(shù)。這種潛在使用的傳感器技術(shù)的例子包括但不限于檢測電化學(xué)變化、光學(xué)變化、電-光變化、聲-機(jī)變化等的傳感器技術(shù)。
優(yōu)選地，該檢測盒利用由設(shè)置在該盒內(nèi)的傳感器產(chǎn)生的聲-機(jī)能量檢測樣本物質(zhì)中的目標(biāo)分析物的存在。優(yōu)選地，該聲-機(jī)能量可以用聲-機(jī)傳感器提供，例如，諸如剪切水平表面聲波傳感器(例如，LSH-SAW生物傳感器)的表面聲波傳感器，盡管在一些情況下其他聲-機(jī)傳感器技術(shù)也可以與本發(fā)明的系統(tǒng)和方法一起使用。
優(yōu)選地，本發(fā)明的檢測盒和模塊構(gòu)造成檢測具有生物性質(zhì)的目標(biāo)分析物，例如目標(biāo)生物分析物。正如這里所用的，“目標(biāo)生物分析物”包括，例如，微生物(例如，細(xì)菌、病毒、內(nèi)生孢子、真菌、原生動物等)、蛋白、肽、氨基酸、脂肪酸、核酸、碳水化合物、荷爾蒙、類固醇、類脂肪、維生素等。
該目標(biāo)生物分析物可以從測試標(biāo)本獲得，該測試標(biāo)本可以通過任何合適的方法并且主要根據(jù)被檢測目標(biāo)生物反應(yīng)物獲得。例如，測試樣本可以通過收集生物組織和/或流體樣本(例如，血、尿、排泄物、唾液、精液、晶狀體液、關(guān)節(jié)液、腦脊髓液、膿、汗、滲出物、粘液、哺乳期奶汁、皮膚、毛發(fā)、指甲等)從受體(人、動物等)或的其他源獲得。在其他情況下，測試標(biāo)本也可以作為環(huán)境樣本、產(chǎn)品樣本、食品樣本等獲得。如此獲得的測試標(biāo)本可以是液體、氣體、固體或其組合。
在提供給本發(fā)明的盒和/或模塊之前，測試標(biāo)本可以進(jìn)行預(yù)處理，例如粘稠流體的稀釋、濃縮、過濾、蒸餾、透析、添加反應(yīng)物、化療等。
本發(fā)明可以與如下面美國和國際申請公開的各種物質(zhì)、方法、系統(tǒng)、設(shè)備等的一起使用，所有這些申請各自的整個內(nèi)容結(jié)合于此供參考，它們包括如下美國專利申請序列號和國際專利申請?zhí)?003年12月30日提交的60/533,162號；2003年12月30日提交的60/533,178號；2004年7月22日提交的10/896,392號；2003年11月14日提交的10/713,174號；2004年11月12日提交的10/987,552號；2003年11月14日提交的10/714,053號，2004年11月12日提交的10/987,075號；2003年12月30日提交的60/533,171號；2004年10月7日提交的10/960,491；2003年12月30日提交的60/533,177號；2003年12月30日提交的60/533,176號；2003年12月30日提交的60/533,169號；與本申請同一日期提交的＿＿＿＿，名稱為“增強(qiáng)細(xì)胞的細(xì)胞壁成分信號檢測的方法”(代理律師案卷號59467US002號)，與本申請同一日期提交的＿＿＿＿，名稱為“作為胺捕獲劑的可溶聚合物和方法”(代理律師案卷號59995US002號)，與本申請同一日期提交的＿＿＿＿，名稱為“多功能胺捕獲劑”(代理律師案卷號59996US002號)；與本申請同一日期提交的＿＿＿＿，名稱為“估算通過表面聲波傳感器的行進(jìn)速度”(代理律師案卷號589227WO003號)PCT申請?zhí)?；與本申請同一日期提交的＿＿＿＿，名稱為“表面聲波傳感器組件”(代理律師案卷號58928WO003號)PCT申請?zhí)?；與本申請同一日期提交的＿＿＿＿，名稱為“聲-機(jī)檢測系統(tǒng)和使用方法”(代理律師案卷號58468)；與本申請同一日期提交的PCT申請?zhí)枺撸撸撸撸Q為“聲傳感器和方法”(代理律師案卷號60209WO003號)。
一方面，本發(fā)明提供一種檢測盒，其包括具有內(nèi)部容積的殼體；以可操作方式連接于該殼體的傳感器，該傳感器包括檢測表面；位于在該殼體內(nèi)部容積中的檢測室，其中該檢測室具有由該檢測表面和與該檢測表面間隔開并面對該檢測表面的相對表面形成的容積，其中該相對的表面包括流動前沿控制特征；以及位于該殼體內(nèi)部容積內(nèi)內(nèi)的廢物室，該廢物室與該檢測室流體連通。
另一方面，本發(fā)明提供一種檢測盒，其包括具有內(nèi)部容積的殼體；以可操作方式連接于該殼體的傳感器，該傳感器包括表面聲波聲-機(jī)傳感器；位于在該殼體內(nèi)部容積內(nèi)的檢測室，其中該檢測室具有由該檢測表面和與該檢測表面間隔開并面對該檢測表面的相對表面形成的容積，其中該相對的表面包括一個或多個形成在其中的腔室；位于該殼體內(nèi)部容積內(nèi)的廢物室，該廢物室與該檢測室流體連通；位于該廢物室內(nèi)的吸收材料；以及位于該檢測室和廢物室之間的毛細(xì)結(jié)構(gòu)。
另一方面，本發(fā)明提供一種檢測盒，其包括具有內(nèi)部容積的殼體；以可操作方式連接于該盒殼體的傳感器，該傳感器包括檢測表面；位于在該盒殼體內(nèi)部容積內(nèi)的檢測室，其中該檢測室具有由該檢測表面和與該檢測表面間隔開并面對該檢測表面的相對表面形成的容積，其中該相對的表面包括流動前沿控制特征；位于該盒殼體內(nèi)部容積內(nèi)的廢物室，該廢物室與該檢測室流體連通；一個或多個密封的模塊，其中該一個或多個密封的模塊的每個模塊包括出口，該出口通過向該盒殼體的內(nèi)部容積打開的一個或多個模塊口連接于該盒殼體。每個模塊還包括具有出口和密封的內(nèi)部容積的模塊殼體；位于該模塊的出口上的出口密封件；以及位于該模塊殼體內(nèi)部容積內(nèi)的柱塞。該柱塞從其遠(yuǎn)離該出口的加載位置到其接近該出口的卸載位置是可移動的，并且柱塞朝著出口的移動打開該出口密封件，使得物質(zhì)從該模塊殼體的內(nèi)部容積通過出口排放到該盒殼體的內(nèi)部容積中。
另一方面，本發(fā)明提供一種移動樣本物質(zhì)通過檢測盒的方法，該方法包括向該盒殼體的內(nèi)部容積輸送樣本物質(zhì)，其中該樣本物質(zhì)流進(jìn)檢測室，并且其中通過該檢測室并朝著廢物室的該樣本物質(zhì)的流動前沿行進(jìn)至少部分地被檢測室內(nèi)的相對表面上的流動前沿控制特征控制。
另一方面，本發(fā)明提提供一種密封的模塊，其包括具有出口和密封的內(nèi)部容積的殼體；位于該出口上的出口密封件；位于該殼體內(nèi)部容積內(nèi)的第一室，該第一室具有位于其內(nèi)的液體；位于開殼體內(nèi)部容積內(nèi)的第二室，該第二室包含位于其內(nèi)的反應(yīng)物；在該殼體內(nèi)將第二室與第一室隔離的室間密封件；以及柱塞，其中該第一室，室間密封件，第二室和出口密封件都位于該柱塞和出口之間，并且該柱塞從其遠(yuǎn)離該出口的加載位置到其接近該出口的卸載位置是可移動的。該柱塞朝著出口的移動打開該室間密封件使得第一室中的液體接觸第二室中的反應(yīng)物，并且其中該柱塞向卸載位置的進(jìn)一步移動打開該出口密封件使得液體和反應(yīng)物從該殼體的內(nèi)部容積通過該出口排出。
另一方面，本發(fā)明提供一種利用本發(fā)明的密封的模塊輸送物質(zhì)的方法。該方法包括朝著該密封的模塊的出口移動該柱塞以打開該室間密封件并迫使來自第一室的液體與第二室的反應(yīng)物接觸；并且朝著出口移動該柱塞以打開出口密封件并該殼體的內(nèi)部容積通過該出口排出液體和反應(yīng)物從。
另一方面，發(fā)明提提供一種模塊，其包括具有出口和密封的內(nèi)部容積的殼體；位于該出口上的出口密封件；位于該殼體內(nèi)部容積內(nèi)的腔室，該腔室具有位于其內(nèi)的一個和多反應(yīng)物；從其遠(yuǎn)離該出口的加載位置到其接近該出口的卸載位置可移動的柱塞；以及與該腔室流體連通的輸入口，其中當(dāng)該柱塞位于加載位置時該輸入口進(jìn)入該柱塞和該出口之間的該腔室。該柱塞朝著該出口的移動打開該出口密封件，使得物質(zhì)從該殼體的內(nèi)部容積通過該出口排出。
另一方面，本發(fā)明提供一種利用本發(fā)明的模塊輸送物質(zhì)的方法。該方法包括通過輸入口向該模塊的腔室輸送樣本物質(zhì)，其中該樣本物質(zhì)接觸位于該腔室內(nèi)的反應(yīng)物；以及朝著出口移動該柱塞以打開該出口密封件，使得液體從該腔室通過該出口排出。
下面結(jié)合本發(fā)明的各種說明性實(shí)施例，描述本發(fā)明的檢測系統(tǒng)和方法的這些和其他特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個示范性檢測盒的示意圖。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明包括流動前沿控制特征的一個示范性的相對表面的平面圖。
圖2B是根據(jù)本發(fā)明包括流動前沿控制特征的另一個示范性的相對表面的透視圖。
圖2C是根據(jù)本發(fā)明包括流動前沿控制特征的另一個示范性的相對表面的剖面圖。
圖2D是根據(jù)本發(fā)明包括流動前沿控制特征的另一個示范性的相對表面的剖面圖。
圖2E是根據(jù)本發(fā)明包括流動前沿控制特征的另一個示范性的相對表面的剖面圖。
圖2F是根據(jù)本發(fā)明包括流動前沿控制特征的另一個示范性的相對表面的平面圖。
圖3是包括疏水和親水區(qū)形式的流動控制特征的相對表面的平面圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明包括流動控制特征的另一個示范性的相對表面的平面圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明包括流動控制特征的另一個示范性的相對表面的平面圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個示范性檢測盒的示意圖。
圖6A是根據(jù)本發(fā)明進(jìn)入檢測盒中的廢物室的可選示范性開口放大的剖視圖。
圖6B是圖6A所示部件的分解圖。
圖7A示出根據(jù)本發(fā)明的檢測盒中的檢測室和廢物是之間一種可選的連接。
圖7B是沿著7B-7B線截取的圖7A的流動通道的剖視圖。
圖8A是可以與本發(fā)明一起使用的一個示范性模塊的示意剖視圖。
圖8B是使用時的圖8A的模塊的示意剖視圖。
圖8C是擱位于本發(fā)明模塊內(nèi)的卸載位置的可選柱塞和尖端的局部放大剖視圖。
圖8D是沿圖8C的8D-8D線截取的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
在下面的本分明示范性實(shí)施例的詳細(xì)描述中，參考構(gòu)成本發(fā)明一部分并且以說明方式示出實(shí)踐本發(fā)明的具體實(shí)施例的附圖。應(yīng)當(dāng)明白，也可以利用其他實(shí)施例，并且在不脫離本發(fā)明范圍的情況下能夠進(jìn)行結(jié)構(gòu)變化。
一方面，本發(fā)明提供一種檢測盒，其包括整體型傳感器和和有助于向該傳感器選擇性地提供樣本分析物的流動控制特征。在圖1中示意地示出的該示范性檢測盒10包括分離室20、檢測室30、廢物室40、傳感器50、體積流動控制特征部分70以及模塊安80。一般而言，圖1的檢測盒10可以描述為具有包括分離室20、檢測室30和廢物室40的內(nèi)部容積，該不同的室形成從分離室20通過檢測室30并進(jìn)入廢物室40的順流流動方向。結(jié)果，檢測室30可以描述為是廢物室40的上游，而分離室20可以描述為是檢測室30的上游。不是根據(jù)本發(fā)明的每個檢測盒必須包括圖1的檢測盒中包含的部件的組合。
優(yōu)選地，檢測盒10的檢測室30在該傳感器50的檢測表面50和位于與該傳感器的該檢測表面相對的相對表面60之間形成內(nèi)部容積。優(yōu)選地，該檢測室30提供側(cè)壁和形成該檢測室30的內(nèi)部容積的其余部分(即，該檢測室30不由該傳感50的檢測表面和該相對表面60形成的部分)的結(jié)構(gòu)。
圖1還示出連接器54，優(yōu)選地，該連接器54以可操作方式連接于傳感器50，以供給該傳感器50，例如，動力。優(yōu)選地，該連接器54可以向傳感器50供給電能，盡管在一些實(shí)施例中該連接器可以用來供給光能和運(yùn)行該傳感器50需要的其他形式的能。該連接器54可以用來將傳感器50連接于控制器或可以為該傳感器50提供控制信號或可以接收來自傳感器50的信號的其他系統(tǒng)。如果需要，該傳感器50(或附加連接器)可以以可操作方式連接于其他部件，例如閥、流體監(jiān)控器、溫度控制元件(以提供加熱和/或冷卻)、溫度傳感器以及可以被包括為該檢測盒10的一部分的其他裝置。
除了檢測室30之外，圖1所示的盒10還包括任選的廢物室40，離開檢測室30后物質(zhì)流入其中。該廢物室40可以通過體積流動控制特征部分70與檢測室30流體連通，該積流動控制特征部分70可以用來控制樣本物質(zhì)從檢測室30流進(jìn)該廢物室40的流率。
優(yōu)選地，該體積流動控制特征部分70可以吸入流體通過檢測室30以便它能夠流進(jìn)廢物室40。在這里描述的各種示范性實(shí)施例中，體積流動控制特征部分70可以包括一個或多個下述部件一個或多個毛細(xì)溝槽，多孔薄膜，吸收材料，真空源等。在各實(shí)施例中，根據(jù)在盒10內(nèi)如何使用和在何處使用這些部件，這些不同的部件可以限制或增加流率。例如，如果例如廢物室40在沒有毛細(xì)結(jié)構(gòu)的情況下包括引起過高流率的吸收材料，則毛細(xì)結(jié)構(gòu)可以設(shè)置在檢測室30和廢物室40之間以限制從檢測室30流向廢物室40的流率。
圖1所示的另一個特征是排氣口78，優(yōu)選地，該排氣口設(shè)置成，當(dāng)該排氣口78在打開狀態(tài)時，使該盒10的內(nèi)部容積與周圍大氣(即該檢測盒10位于其中的大氣)流連通。優(yōu)選地，該排氣口78可以具有封閉狀態(tài)，在該封閉狀態(tài)，基本上消除空氣流過該排氣口78。在一些實(shí)施例中，排氣口78的封閉可以有效地暫停或停止流體流過該檢測盒10的內(nèi)部容積。雖然描述為引導(dǎo)進(jìn)入廢物時40，但是可以設(shè)置一個或多個排氣口并且它們可以直接連接于該檢測盒10內(nèi)任何合適的部位，例如，分離室20、檢測室30等。該排氣口78可以采取任何合適的形式，例如，一個或多個孔隙、管、配合件等。
該排氣口78可以包括密封件、罩、閥或其他結(jié)構(gòu)形式的封閉元件79，以打開、關(guān)閉或調(diào)節(jié)排氣口的打開。在一些實(shí)施例中，該封閉元件79可以用于打開或關(guān)閉排氣口。在另一些實(shí)施例中，該封閉元件79可以是可調(diào)節(jié)的，使得該排氣口的尺寸可以被調(diào)節(jié)到在完全關(guān)閉和完全打開之間的至少一個尺寸，以調(diào)節(jié)流通過該檢測盒10的流體流率。例如，增大該排氣口打開的尺寸(例如用關(guān)閉元件79)可以增大流體流率，而限制該排氣口的打開的尺寸可以引起可控地減小通過該檢測盒10的內(nèi)部容積的流體流率，例如通過該分離室20、檢測室30等。如果該排氣口包括多個小孔，一個或多個該小孔可以用封閉元件等打開和關(guān)閉。
雖然流過該檢測室30的體積流率可以通過該體積流動控制特征進(jìn)行控制，但是優(yōu)選地，對通過該檢測室30的流動前沿行進(jìn)提供控制。流動前沿行進(jìn)控制能夠有助于確保暴露在檢測室30中傳感器50的檢測表面的所有部分被樣本分析物的流體覆蓋或潤濕，使得不形成氣泡或孔隙等。優(yōu)選地，例如，流體前沿以垂直于通過該檢測室30的流動方向的大致直線的形式行進(jìn)通過該檢測表面30。
在圖1所示的示范性實(shí)施例中，優(yōu)選地，該流動前沿控制特征可以設(shè)置在該相對表面60中或相對表面60上。如果該傳感器50依賴于被檢測表面的形狀和/或成分影響的物理性質(zhì)，尤其是如此，例如，如果檢測表面是依賴于通過形成在檢測表面或位于該檢測表面之下的波導(dǎo)的聲能傳遞的傳感器的一部分。設(shè)置在檢測表面上的物理結(jié)構(gòu)的不連續(xù)或不同的材可以引起，例如，在檢測表面上的聲能以不傳導(dǎo)的方式傳播，以精確地檢測該檢測室30內(nèi)的目標(biāo)分析物。利用其本身不包括物理結(jié)構(gòu)或不同材料的組合的檢測表面以控制在檢測室內(nèi)的流體流動行進(jìn)，例如光學(xué)等的其他傳感器技術(shù)也可以較好地實(shí)現(xiàn)。
鑒于上述問題，優(yōu)選地，在檢測室30的相對表面60中或相對表面60上提供流動前沿控制特征以幫助在傳感器50的檢測表面上控制流體流動行進(jìn)。流動前沿控制優(yōu)選提供對檢測表面上的樣本物質(zhì)的行進(jìn)控制，同時減少或防止在檢測表面上形成(或保留)氣泡。
設(shè)置在相對表面60上的流動前沿控制特征優(yōu)選是無源的，即在流體流過該檢測室時它們不需要任何外部輸入或能量來操作。優(yōu)選地該流動前沿控制特征也可以對通過該檢測室30很寬范圍(例如，在10微升或以下的小樣本體積到5毫升或以上的大樣本體積的范圍)的樣本體積進(jìn)行操作。
優(yōu)選地，該相對表面60和該傳感器50的檢測表面相互間隔開使得該相對表面60(和位于其上的任何特征)不接觸該傳感器50的檢測表面。關(guān)于聲傳感器，甚至接近附近可以不利地影響該傳感器運(yùn)行的性質(zhì)。優(yōu)選地，例如，該傳感器50的檢測表面和該相對表面60最下面的特征之間的間隔為20微米或以上，更優(yōu)選，為50微米或以上。對于有效的前沿控制，優(yōu)選，該相對表面60最下面的特征和該傳感器50的檢測表面之間的距離為10毫米，可選地，為1毫米或以下，在一些例子中為500微米或以下，在另一些例子中為250微米或以下。
在一種流動前沿控制特征中，該相對表面60可以包括用于控制流體通過檢測表面30的流體流動的諸如溝槽、柱等物理結(jié)構(gòu)。無論具體的物理結(jié)構(gòu)如何，優(yōu)選這些物理結(jié)構(gòu)足夠大，使得通過檢測表面的流動前沿行進(jìn)被符合理性地影響。圖2A-2E示出用于控制流體的流動前沿行進(jìn)的各種示范性的物理結(jié)構(gòu)。
圖2A是能夠提供流動前沿控制的相對表面60a上的一種物理結(jié)構(gòu)的平面圖。該物理結(jié)構(gòu)包括多個分散的結(jié)構(gòu)62a，例如分散在該相對的表面60a上并從分開該分散結(jié)構(gòu)62a的平坦區(qū)域(land area)64a凸起的柱、嵌入或附著的小珠等。該分散的結(jié)構(gòu)62a可以設(shè)置成任何形狀，例如圓筒、矩形棱柱、三角形棱柱、半球等。不同結(jié)構(gòu)62a的高度、大小、間隔和/或設(shè)置可以根據(jù)流體粘滯性和/或該檢測室內(nèi)相對表面60a和檢測表面之間的距離選擇，以提供希望的流動前沿控制。優(yōu)選地，該結(jié)構(gòu)62a可以用和該結(jié)構(gòu)62a之間的該相對表面60a的平坦區(qū)域64a相同的材料制造，或可選地，該結(jié)構(gòu)62a可以用一種或多種不同于該結(jié)構(gòu)62a之間的平坦區(qū)域64a的材料制造。
圖2B示出為相對表面60b提供的物理結(jié)構(gòu)的另一個示范性的實(shí)施例。該物理結(jié)構(gòu)是形成在相對表面60b中的三角形溝槽的形式，每個溝槽62b包括在溝谷66b每側(cè)的兩個高峰64b。雖然所示的溝槽62b是相互的平行的并且以垂直于希望的流體流動(見圖2B中的箭頭61b)的直線延伸，應(yīng)當(dāng)明白，如果它們有助于獲得越過檢測表面的所希望的流動，可以使用這些特點(diǎn)中任何一個的變化。該溝槽62b可以是不規(guī)則的尺寸的、不規(guī)則的形狀的、不規(guī)則的間隔的、與流動方向非90度取向的直線的、曲線的等。例如，相鄰溝槽62b可以是相互緊鄰的，如圖2B所示。而且，雖然溝槽62b具有三角形截面形狀，但是用于與本發(fā)明的溝槽可以具有任何截面形狀，例如，圓弧形、矩形、梯形、半球形等以及它們的組合。
在其他實(shí)施例中，溝槽可以被高峰之間的平坦區(qū)域分隔開或包括具有平坦區(qū)域的溝谷(即，不到達(dá)底部并且然后立即向上返回的相鄰的高峰)。該平坦區(qū)域可以是平的或任何所希望的形狀。一種這樣的變化示于圖2C，其中在相對表面60c中的溝槽62c具有分開相對表面60c上的溝槽62c的平坦區(qū)域64c。
圖2D示出可以用于相對表面60d上的流動前沿控制的物理結(jié)構(gòu)的另一種變化。該物理結(jié)構(gòu)設(shè)置成溝槽62d的形式，相對表面60d上的溝槽62d具有不同的形狀，即，與圖2B和2C的三角形溝槽不同，是包括側(cè)壁63d和頂壁65d的更接近矩形或梯形的形狀。
即使溝槽62d是更接近矩形的形狀，優(yōu)選，在每個溝槽62d的前邊緣處的壁63d與表面64d形成小于270度的逐漸引向該溝槽62d的θ角。正如這里所用的，溝槽62d的“前邊緣”是被在檢測表面上沿著順流方向流動的液體首先遇到的那個邊緣。限制θ角可以促進(jìn)流體流進(jìn)該溝槽62d，因?yàn)樵谇斑吘壧幍脑摫?3d和表面64d之間的較大的角度可以阻礙流體流動前沿行進(jìn)。由于它們的三角形形狀，在圖2B和2C的相對表面上的溝槽固有地具有傳導(dǎo)流體流動進(jìn)入該溝槽的角度。
圖2E示出相對表面60e的另一個實(shí)施例，其包括具有圓弧形(例如半球形)輪廓的溝槽62e，該形狀也具有小于270度的進(jìn)入角，優(yōu)選地促進(jìn)流體流進(jìn)該溝槽62e。該溝槽62e優(yōu)選由平坦區(qū)域64e分開，如圖2E所示。
除了上面關(guān)于圖2A-2E描述的各種變化之外，另一種變化可以是兩個或更多個不同形狀的溝槽可以設(shè)置在單個的相對表面上，例如，三角形、矩形、半球形等的混合，溝槽可以設(shè)置在同一個的相對表面上。
圖2F示出相對表面60f的另一種變化，其包括物理結(jié)構(gòu)以控制檢測室內(nèi)的流體流動前沿。所示的表面60f包括由沿著和/或平行于軸線65f、66f和67f在該表面60f上形成的一系列三角形溝槽構(gòu)成的分散的物理結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，至少一組溝槽沿著由箭頭61f表示的基本上垂直于流體流動方向形成，例如，沿著和/或平行于軸線66f的溝槽。與沿著軸線66f和67f的成角度的溝槽一起，沿著/平行于軸線66f的垂直溝槽形成在每個金字塔結(jié)構(gòu)上的各個面。雖然所示的金字塔結(jié)構(gòu)具有三角形基底，但是如果希望的話，金字塔形的結(jié)構(gòu)可以具有四面或更多面。
再參考圖1，通過該檢測室30的流動前沿控制不需要利用物理結(jié)構(gòu)也可以完成。在一些實(shí)施例中，流動前沿控制可以通過利用設(shè)置在相對表面60上的親水和/或疏水材料完成。圖3是包括占據(jù)該相對表面160多個部分的疏水材料區(qū)162和親水材料區(qū)164的相對表面160的平面圖。優(yōu)選地，該區(qū)域162和164設(shè)置成如箭頭161所示的基本垂直于流過該檢測室的方向取向的連續(xù)帶，即從檢測室的輸入端到輸出端(雖然可以利用其他的親水/疏水圖形)。在區(qū)域162和/或區(qū)域164中所用的該親水和/或疏水材料可以涂覆或者設(shè)置在該相對表面160上。在一些情況下，用來構(gòu)造該相對表面160的材料本身可以是認(rèn)為是親水的，而疏水材料可以設(shè)置在該相對表面160的選定部分上(或者反之亦然，即用于構(gòu)造該相對表面的材料可以是疏水的，而被涂覆的或被處理的區(qū)域提供該相對表面的親水區(qū))。
一般而言，固體表面對于被液體潤濕的敏感性的特征是，在附著在水平地設(shè)置的表面上并能夠在其上穩(wěn)定之后，液體與該固體表面的接觸角度。這個角度有時被稱作“靜態(tài)平衡接觸角”，有時在這里簡稱為“接觸角”。如美國專利6,372,954B1號(Johnston等人)和國際公開號WO99/09923(Johnston等人)中所討論的，接觸角是在液珠表面與一個表面的接觸點(diǎn)處，與在該表面上的液珠表面相切的直線和該表面的平面之間的夾角。其切線垂直于該表面的平面的液珠具有90度的接觸角。通常，如果接觸角為90度或更小，該固體表面被認(rèn)為是被液體潤濕。在表面上產(chǎn)生零度接觸角的液體樣本物質(zhì)被認(rèn)為完全潤濕該表面。
經(jīng)常，在攝氏20度的水滴在其上呈現(xiàn)90度或更小的接觸角的水平表面被人為是親水的，而在攝氏20度的水滴在其上呈現(xiàn)大于90度的接觸角的水平表面被人為是疏水的。
為了本發(fā)明的目的，優(yōu)選地，表面的親水/疏水根據(jù)相對比例確定。例如，優(yōu)選地，對于攝氏20的水滴，認(rèn)為是親水性/疏水性之間的接觸角的差為大約10度或以上(或，在一些情況下，20度或以上)。換句話說，本發(fā)明的疏水表面可以具有比親水表面大10度或以上(20度或以上)的接觸角(對于攝氏20度在水平表面上的水)。
如這里所用的“親水的”僅僅用于指材料的表面特性，即它被水溶液潤濕的特性，而不表示該材料是否吸收水溶液。因此，無論該材料是不能透過或能夠透過水或水溶液度可能被稱作親水的。
圖4是可以用于本發(fā)明的相對表面260的另一個示范性的實(shí)施例的平面圖。該相對表面260包括直溝槽形式的物理結(jié)構(gòu)262，其優(yōu)選取向成大致垂直于流過該檢測室的方向。除了該橫向室溝槽262，該相對表面260還包括在輸入端265以扇形形狀朝著該相對表面260的側(cè)面向外分叉的流動導(dǎo)向器264。圖4所示的相對表面260還包括在該相對表面260的輸出端267朝著該相對表面260寬度的中心向內(nèi)會聚的流動導(dǎo)向器266。
在使用時，優(yōu)選地，當(dāng)流體進(jìn)入該檢測室時，在輸入端265的流動導(dǎo)向器264幫助擴(kuò)大越過該相對表面260(并且因此在相對表面260位于其中的檢測室)的寬度的流動前沿。當(dāng)流體到達(dá)該第一橫向室溝槽262時，優(yōu)選地，該流動前沿停止沿著輸出端267的方向移動，直到該流動前沿延伸橫過該相對表面260的寬度。一旦當(dāng)該流動前沿到達(dá)橫過該相對表面2260之后，優(yōu)選地，該流動前沿前進(jìn)到下一個橫向室溝槽262，在這里它再一次暫停，直到該流動前沿延伸橫過該相對表面260的寬度。
該流動前沿在行進(jìn)段以描述的方式行進(jìn)直到到達(dá)靠近該相對表面260的輸出端的該任選的流動導(dǎo)向器266。在這里，該流動被引向檢測室的輸出端267，在輸出端它能夠如上所述被引向廢物室。
圖5所示的流動控制特征包括相對表面360，該相對表面包括進(jìn)入部分362，其中一系列溝槽364以不垂直于流體流動方向的一定角度取向(如箭頭361所示)。優(yōu)選地，該溝槽364從基本上平分該相對表面360的寬度的中心線363分叉(其中寬度基本上垂直于流動方向361測量)，并且以大致V形形狀設(shè)置，而V形形狀的寬度沿著流動方向增大。在該相對表面360的第二部分的溝槽366優(yōu)選可以取向成大致垂直于該流動方向。這樣的設(shè)置有利于確保流體流動到該表面338的側(cè)面，并且還可以形成分路或?qū)馀菀驒z測室的邊緣，在那里它們不影響檢測表面的運(yùn)行。
這里描述的各種流動前沿控制的方法可以以沒有直接示出的組合方式使用。例如，優(yōu)選地可以使用與物理結(jié)構(gòu)(例如溝槽、分散的凸出結(jié)構(gòu)等)組合的相對表面上的選擇的疏水和/或親水材料區(qū)，以提供對通過本發(fā)明檢測室的流動前沿行進(jìn)的控制。而且，雖然檢測室30的內(nèi)部容積可以優(yōu)選具有大致直線的形狀，但是應(yīng)當(dāng)明白，用于本發(fā)明的檢測室可以采用任何形狀，例如圓柱形，圓弧形等。
返回到圖1，也可以包括在該檢測盒10中的任選的分離室20可以在其引進(jìn)檢測室30之前用于分離、混合或保持樣本物質(zhì)。該分離室20可以采取任何合適的形式。在一些情況下，優(yōu)選，在使用該盒10時，該分離室20的容積位于該檢測室30之上(相對于重力而言)，使得在分離室20中的樣本物質(zhì)內(nèi)能夠形成靜壓頭，這有助于它從該分離室20無源地提供給檢測室30。
可選用的口22可以設(shè)置在該分離室20中(或在引向該盒10內(nèi)部的另一個部位中)，使得物質(zhì)能夠例如，通過注射、吸取等被輸入該盒10的內(nèi)部容積中。如果提供，在物質(zhì)被引入該盒10之前和/或之后，該口22可以用，例如隔膜、閥，和/或其他結(jié)構(gòu)密封。在一些實(shí)施例中，優(yōu)選，該口22可以包括，例如，構(gòu)造成與測試樣本供給裝置匹配的外部結(jié)構(gòu)，例如魯爾(Luer)鎖定配合、螺紋配合等。雖然僅僅示出一個口22，但是應(yīng)當(dāng)明白，可以設(shè)置兩個或更多個口。
在一些實(shí)施例中，分離室20可以通過流動控制結(jié)構(gòu)/機(jī)構(gòu)24(例如閥)與檢測室30的直接流體連通隔離。如果流動控制結(jié)構(gòu)/機(jī)構(gòu)24設(shè)置成將檢測室30與分離室20隔離，那末在將物質(zhì)釋放到檢測室30之前該分離室20可以潛在地更有效地用于儲存它們。在沒有流動控制結(jié)構(gòu)/機(jī)構(gòu)24的情況下，通過其他技術(shù)可以潛在地獲得對物質(zhì)流動到檢測室的控制，例如將盒保持在重力、向心力等可以幫助的取向，以將物質(zhì)保留在分離室20中直到希望將它們提供給檢測室30為止。
圖1示出的另一種可選用的特征是設(shè)置流體監(jiān)控器27。優(yōu)選地，該流體監(jiān)控器27可以設(shè)置成有源的，實(shí)時監(jiān)控流體的存在、流動速度、流率等。流體監(jiān)控器可以采用任何合適的形式，例如暴露于流體中并用例如交流電監(jiān)控的電極，以確定流動特征和/或流體在監(jiān)控器上的存在。另一種可選的形式可以涉及不必與被監(jiān)控的流體接觸的基于電容的流體監(jiān)控器。
雖然描述為監(jiān)控檢測室30，但是應(yīng)當(dāng)明白，流體監(jiān)控可以位于該檢測盒10的內(nèi)部容積中任何合適的地方。例如，流體監(jiān)控器可以位于分離室20、廢物室40中等。此外，可以在該盒10中不同的位置設(shè)置多個監(jiān)控器。
流體監(jiān)控器27的潛在優(yōu)點(diǎn)可以包括，例如，自動開始導(dǎo)入樣本物質(zhì)、反應(yīng)物、沖洗緩沖劑等的能力，響應(yīng)由反饋回路中所用的流體監(jiān)控器27發(fā)送的條件，例如，以操作與模塊80相關(guān)的致動器等。可選地，由流體監(jiān)控器27發(fā)送的條件可以向人操作者提供用于評估和/或動作的信號或反饋。對于一些應(yīng)用，例如診斷健康保健應(yīng)用，流體監(jiān)控器27可以用于確保檢測盒適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行，即，在可接受的參數(shù)內(nèi)接收流體。
圖1還描述了可選用的模塊80，除了口22之外、或代替該口22，該模塊優(yōu)選用于向盒10輸入或輸送物質(zhì)。雖然在一些情況下，它們能夠潛在地將物質(zhì)直接提供給檢測室30，但是優(yōu)選地，正如所描述的，該模塊80將物質(zhì)提供給分離室20。雖然優(yōu)選提供的物質(zhì)包括至少一種液體組分以幫助該物質(zhì)從模塊80流進(jìn)入盒10，但是模塊80可以用于提供各種物質(zhì)。在用模塊80輸入的這些物質(zhì)中是，例如，樣本物質(zhì)、反應(yīng)物、緩沖劑、沖洗物質(zhì)等。對從模塊80向盒10的物質(zhì)輸入的控制可以用各種方式獲得，例如該模塊80可以用密封件、閥等與盒10隔離，該密封件、閥能夠被打開以允許該模塊中的物質(zhì)進(jìn)入盒10。
優(yōu)選地，模塊80是相互獨(dú)立的，以便包含在每個模塊80的物質(zhì)能夠在選擇的時間、以選擇的流率、按照選擇的次序等輸入檢測盒中。在一些情況下，致動器90與每個模塊80相連，以移動模塊80內(nèi)的物質(zhì)進(jìn)入盒10中。該致動器90可以根據(jù)模塊的結(jié)構(gòu)選擇。該致動器90可以是人工操作或它們可以是自動的，例如，利用液力裝置、氣動裝置、電磁裝置、步進(jìn)電機(jī)等。
利用模塊80提供諸如反應(yīng)物、緩沖劑等物質(zhì)的潛在優(yōu)點(diǎn)是有機(jī)會定做盒10，用于與各種樣本物質(zhì)、測試物等一起使用。
已經(jīng)描述了圖1示意地示出的檢測盒的各個方面，包括分離室420、檢測室430和廢物室440的檢測盒410的一個示范性實(shí)施例示于圖6。該檢測盒410包括殼體412和具有暴露于該檢測室430中具有檢測表面452的傳感器450。
優(yōu)選地，該傳感器450是聲-機(jī)傳感器，例如樂甫波剪切水平表面聲波傳感器。正如所描述的，該傳感器450優(yōu)選可以被連接，使得除了其周邊有可能之外，傳感450的背面454(即面向離開檢測室430的表面)都不接觸該盒10內(nèi)的任何其他結(jié)構(gòu)。可以連接于用于本分明的盒內(nèi)的聲-機(jī)傳感器的一些潛在的合適的方法公開在例如2003年12月30提交的美國專利申請60/533,176號及同一日期提交的PCT申請?zhí)枺撸撸撸?、名稱為“表面聲波傳感器組件”(代理律師案卷號58928WO003)中。
但是應(yīng)當(dāng)明白，聲波傳感器僅僅代表用于本發(fā)明的一類傳感器。許多其他傳感器技術(shù)可以用于本發(fā)明的盒，例如表面細(xì)胞質(zhì)團(tuán)共振、機(jī)電檢測、傳導(dǎo)性傳感器、熒光微型陣列、化學(xué)發(fā)光等。
無論在傳感器450中所用的具體檢測技術(shù)如何，優(yōu)選地，暴露在檢測室430中的檢測表面452的部分設(shè)置成接觸流過該檢測室430的樣本物質(zhì)。優(yōu)選地，例如，該檢測表面452位于檢測室430的底部(相對于重力而言)，使得流過檢測室430的物質(zhì)沿著檢測表面452的方向至少受重力(如果不通過其他力)推動。
優(yōu)選地，檢測室430包括與該檢測表面452間隔開并面向該檢測表面452的相對表面460。優(yōu)選一個或多個不同的流動前沿控制特征設(shè)置在該相對表面460上，以幫助控制通過該檢測室430的流動前沿的行進(jìn)。潛在合適的流動前沿控制特征的各種例子是這里討論過的。
優(yōu)選地，該相對表面460和檢測表面452相互間隔開，使得該相對表面460(和其上的任何特征)不接觸該檢測表面。關(guān)于聲傳感器，如果相對表面460破壞檢測表面的聲能傳播，甚至非常接近也可能不利地影響傳感器運(yùn)行的性能。優(yōu)選地，例如，檢測表面452和面向該檢測表面452的作用部分的相對表面460最下面的特征之間的間隔為20微米或以上，更優(yōu)選為50微米或以上。對于有效的流動前沿控制，優(yōu)選地，相對表面460最下面的特征和檢測表面452之間的距離為10毫米，可選地為1毫米或以下，在一些情況下為500微米或以下，在另一些情況下為250微米或以下。
圖6的盒410還包括與檢測室430流體連通的廢物室440，并且樣本物質(zhì)在離開檢測室430之后流進(jìn)該廢物室440中。優(yōu)選該盒410包括設(shè)置在該檢測室430和廢物室440之間的流體路徑中的體積流動控制特征。優(yōu)選地，該體積流動控制特征起控制樣本物質(zhì)從檢測室430流進(jìn)該廢物室440的流率的作用。
雖然體積流動控制特征可以采取許多不同的形式，但是在圖6所示的實(shí)施例中，它設(shè)置成開口472的形式，多孔薄膜474形式的毛細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)置在其之上。除了多孔薄膜474，許多吸收材料476也設(shè)置在廢物室440內(nèi)。
優(yōu)選地，該多孔薄膜474從面向檢測室430的一側(cè)到面向廢物室440的一側(cè)提供壓力降。優(yōu)選，該多孔薄膜474有助于控制從檢測室430到廢物室440的流率。優(yōu)選地，該壓力降由該多孔薄膜474內(nèi)的通道的毛作用構(gòu)提供。穿過該多孔薄膜474的壓力降通常是該口的尺寸和薄膜厚度的函數(shù)。優(yōu)選地，該多孔薄膜的口的尺寸例如在0.2微米到50微米的范圍內(nèi)。可以用作多孔薄膜材料的一些合適的例子包括，例如，丙烯酸系共聚物、硝化纖維、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚砜、聚醚砜、尼龍、聚碳酸酯、聚酯等。
參考圖6A和6B，描述用于控制進(jìn)入廢物室的流體流率的多孔薄膜1474的另一種結(jié)構(gòu)。開口1472包括形成通過該殼體材料的一系列小孔1471。該開口1472優(yōu)選可以包括斜面1743，該斜面1743優(yōu)選幫助流體流過該開口1472(可選地，也可以用半圓的、圓的和平滑邊緣等)。
該多孔薄膜1474由蓋板1745保持在位，在優(yōu)選實(shí)施例中，該蓋板用超聲焊接在小孔1471之上，而多孔薄膜位于它們之間。優(yōu)選，該蓋板1475可以包括小孔1479，液體可以通過它進(jìn)入廢物室。蓋板的超聲焊接通過利用圍繞該開口1472的能量引導(dǎo)器1477幫助，并且該能量引導(dǎo)器1477的高度可以足以留有用于該多孔薄膜1474的間隙。在這種系統(tǒng)中，蓋板1475和能量引導(dǎo)器1477可以促進(jìn)形成液密連接而不破壞該多孔薄膜1474。也可以使用其他技術(shù)將多孔薄膜1474保持在開口1472上，例如粘接、熱焊接、溶劑焊接、機(jī)械夾緊等。具有或不具有蓋板1475都可以使用這些技術(shù)，即該多孔薄膜1474自身可以直接連接于圍繞該開口1472的結(jié)構(gòu)上。
再參考圖6的實(shí)施例，雖然薄膜474可以將流體從檢測室430吸入流體，但是流體中的表面張力可以防止流體流出該薄膜474，并流進(jìn)該廢物室440。結(jié)果，優(yōu)選地，利用，例如，廢物室440的負(fù)流體壓力將流體從該薄膜474吸入該廢物室440。廢物室440內(nèi)的負(fù)流體壓力可以各種技術(shù)提供。用于提供廢物室440內(nèi)的負(fù)流體壓力的一種技術(shù)可以包括，例如，位于該廢物室440內(nèi)的吸收材料476，如圖6所示。提供廢物室440內(nèi)的負(fù)流體壓力的一種替代技術(shù)是該廢物室440內(nèi)的真空。也可以用其他的替代技術(shù)。
優(yōu)選地，廢物室440內(nèi)的負(fù)流體壓力可以無源地提供，例如，通過使用吸收材料或不需要輸入能量的其他技術(shù)(如，例如保持廢物室內(nèi)的真空)?？梢栽O(shè)置廢物室440內(nèi)的一些潛在合適的吸收材料的例子包括但不限于泡沫材料(例如，聚氨酯)、顆粒材料(例如，鋁硅酸鹽、丙烯酸等)、粒狀材料(例如，纖維素、木紙漿等)。
如果廢物室440如圖6所示具有位于其內(nèi)的吸收材料474，優(yōu)選地，該吸收材料與面向該廢物是440的里面的薄膜474的側(cè)面(或蓋板14756中的任何小孔1479，如圖6A和6B所見)接觸。由于，例如，包含在薄膜474中的流體內(nèi)的表面張力，吸收材料476和薄膜474之間的間隙可以限制或防止流體離開該薄膜474并進(jìn)入該廢物是440。
如果吸收材料476設(shè)置在廢物室440內(nèi)，提供吸收材料制成的各種層是有利的，以控制進(jìn)入該廢物室440的體積流動率。例如，第一層吸收材料可以設(shè)置在靠近該薄膜474處，該第一層材料具有特征吸收(wicking)率和給定的流體容量。在第一層吸收材料已經(jīng)加載到其飽和容量之后，進(jìn)入該廢物室440的流體可以被吸進(jìn)具有不同吸收率的第二層吸收材料，因而在廢物室440內(nèi)潛在地提供不同的負(fù)壓。
利用例如吸收材料的不同層改變廢物室440內(nèi)的負(fù)壓，可以用于補(bǔ)償該廢物室440內(nèi)的其他變化，例如當(dāng)樣本物質(zhì)通過該盒10被吸進(jìn)時流體壓力頭壓力的變化。其他的技術(shù)也可以用來補(bǔ)償流體壓力頭壓力的變化，例如改變保持在廢物室440內(nèi)的真空度，打開一個或多個在該盒內(nèi)的排氣口等。
圖6的實(shí)施例包括在廢物室440中的排氣口478，該排氣口478可以使廢物室440的內(nèi)部容積與周圍環(huán)境大氣流體連通。打開和/或關(guān)閉該排氣口478可以用來控制流體流動進(jìn)入該廢物室440，并且因此通過該盒410。而且，該排氣口478可以用來減少廢物室440內(nèi)的壓力，例如，通過排氣口478抽真空等。
雖然描述為與廢物室44直接流體連通，但是可以設(shè)置一個或多個排氣口，并且它們可以直接連接于引導(dǎo)到該檢測盒410的內(nèi)部容積的任何合適的部位，例如，分離室420、檢測室430等，該排氣口478可以采取任何合適的形式，例如一個或多個孔隙、管、配合件(fitting)等。
優(yōu)選地，該排氣口478包括密封件、閥或其他結(jié)構(gòu)形式的封閉元件479，以打開、關(guān)閉或調(diào)節(jié)該排氣口的大小。如果設(shè)置為密封件，則該密封件可以附著地連接，或者其他連接在排氣口478上，或位于該排氣口478內(nèi)。在一些實(shí)施例中，該封閉元件479可以是可調(diào)節(jié)的，使得排氣口打開的尺寸可以調(diào)節(jié)到完全關(guān)閉和完全打開之間的至少一個尺寸，以調(diào)節(jié)通過該檢測盒410的流體流率。例如，增大排氣口打開的尺寸可以增大流體流率，而限制排氣口打開的尺寸則可控地減小通過該檢測盒410的內(nèi)部容積的流體流率，例如通過分離室420、檢測室430等。如果排氣口478包括多個小孔。該小孔的一個或多個可以被打開或關(guān)閉，以控制流體流動等。
圖7A和7B示出另一個盒510，其包括檢測室530的一部分和廢物室540。該廢物使540和檢測室530在該實(shí)施例中被流動通道570形式的毛細(xì)結(jié)構(gòu)分開。該流動通道包括一組毛細(xì)溝槽572，其優(yōu)選通過毛細(xì)管力從檢測室530吸入流體。該毛細(xì)溝槽572的具體形狀可以不同于圖7B的剖視圖所示的形狀。而且設(shè)置在流動通道中的毛細(xì)溝槽572的數(shù)目可以從少至一個毛細(xì)溝槽到選定的任何多個毛細(xì)溝槽的數(shù)目變化。
在圖7A和7B的實(shí)施例中，該流動通道570優(yōu)選可以替代圖6實(shí)施例中所用的多孔薄膜。優(yōu)選該毛細(xì)通道570的提供希望的負(fù)流體壓力水平，以從檢測室530吸進(jìn)流體。
在一些情況下，優(yōu)選地，提供多孔薄膜和一個或多個毛細(xì)溝槽以在本發(fā)明的檢測盒中的檢測室和廢物室之間提供毛細(xì)結(jié)構(gòu)。諸如管子的等的其他毛細(xì)結(jié)構(gòu)可以替代這里所述的示范性實(shí)施例。
雖然毛細(xì)溝槽572可以從檢測室530吸進(jìn)流體，但是流體的表面張力可以防止流體流出該流體通道570并進(jìn)入廢物是540。結(jié)果，優(yōu)選地，利用，例如，廢物室540內(nèi)的負(fù)流體壓力從該流體通道570吸進(jìn)流體進(jìn)入廢物室540。可以用各種技術(shù)提供該廢物室540內(nèi)的負(fù)流體壓力。用于提供廢物室540內(nèi)的負(fù)流體壓力的一種技術(shù)可以包括，例如，如圖7A所示的位于該廢物室540內(nèi)的吸收材料576。用于提供廢物室540內(nèi)的負(fù)流體壓力的一種替代技術(shù)是該廢物室540內(nèi)的真空。也可以用其他替代技術(shù)。
優(yōu)選地，廢物室440內(nèi)的負(fù)流體壓力可以無源地提供，例如，通過使用吸收材料或不需要輸入能量的其他技術(shù)(如，例如保持廢物室內(nèi)的真空)。廢物室內(nèi)所用的吸收材料已經(jīng)在上面結(jié)合圖6所示的實(shí)施例進(jìn)行了描述。
如果吸收材料用于廢物室540內(nèi)，優(yōu)選地，該吸收材料與任何毛細(xì)溝槽572的端部接觸以克服否則防止流體離開該毛細(xì)溝槽的表面張力。
再參考圖6所示的盒，該分離室420可以設(shè)置在檢測室430的上游。該分離室420可以提供各種成分在進(jìn)入檢測室430之前輸入其內(nèi)的容積。雖然沒有描述，但是應(yīng)當(dāng)明白，該分離室420可以包括各種特征，例如，一個或多個位于其內(nèi)的反應(yīng)物(例如，干燥或保持用于在適當(dāng)?shù)臅r候選擇地釋放)；涂覆(例如，親水的、疏水的等)；結(jié)構(gòu)/形狀(其能夠，例如，減少/防止氣泡形成，改進(jìn)/引起混合，等)。
而且，該分離室420和檢測室430之間的流體路徑可以如圖6所示是打開的。可選地，該分離室420和檢測室430之間的流體路徑可以包括能夠完成一種或多種功能的各種特征，例如過濾(用，例如多孔薄膜、尺寸不相容的結(jié)構(gòu)、紗網(wǎng)(beads)等)；流動控制(例如，用一個或多個閥、多孔薄膜、毛細(xì)管或溝槽、流動限制器等)，涂覆(例如，親水的、疏水的等)；結(jié)構(gòu)/形狀(其能夠，例如，減少/防止氣泡形成和/或轉(zhuǎn)移，改進(jìn)混合等)。
圖6所示的另一個可選用的特征是包括在分離室420和檢測室430之間的流體通道中的流體監(jiān)控器427。優(yōu)選地，該流體監(jiān)控器427提供有源的，實(shí)時監(jiān)控流體的存在、流動速度、流動速率等。流體監(jiān)控器427可以采用任何合適的形式，例如暴露于流體中并用例如交流電監(jiān)控的電極，以確定流動特征和/或流體在監(jiān)控器電極上的存在。另一種替代的形式是可以涉及不必與被監(jiān)控的流體接觸的基于電容的流體監(jiān)控器。
流體監(jiān)控器27的潛在優(yōu)點(diǎn)可以包括，例如，自動起動樣本物質(zhì)、反應(yīng)物、沖洗緩沖劑等的輸入的能力，響應(yīng)由流體監(jiān)控器27發(fā)送的條件。可選地，由流體監(jiān)控器27發(fā)送的條件可以向人操作者提供用于評估和/或動作的信號或反饋。對于一些應(yīng)用，例如診斷健康保健應(yīng)用，流體監(jiān)控器427可以用于確保檢測盒適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行，即，在可接受的參數(shù)內(nèi)接收流體。
圖6所示的該示范性的檢測盒410包括兩個模塊480，其設(shè)置成將物質(zhì)提供給該盒410的分離室20(應(yīng)當(dāng)明白，該模塊相對于該分離室420的取向或方向可以與所示的取向不同)。該模塊480通過向該分離室420打開的模塊的出口428將它們的物質(zhì)提供給分離室420。模塊480優(yōu)選用粘結(jié)劑424或能夠在該模塊480和該模塊的出口428之間提供合適的液密密封的其他材料連接于該模塊的出口。用于將模塊480連接于模塊的出口的任何合適的技術(shù)都可以代替粘結(jié)劑424。在一些情況下，該模塊480可以焊接(化學(xué)、熱、超聲焊接等)或連接在模塊的出口428上。在其他情況下，該模塊480可以用諸如螺紋配合、魯爾(Luer)鎖定等互補(bǔ)的結(jié)構(gòu)連接在模塊的出口。
雖然能夠用來將物質(zhì)輸入盒410的模塊的其他示范性實(shí)施例在別處已經(jīng)描述，但是圖6所示的每個模塊480包括在開口482上的密封件489，該開口482對齊在引向分離室420的模塊的出口上。每個模塊480還包括柱塞481，該柱塞481形成位于該密封件489和該柱塞481之間的腔室486。提供給分離室420的物質(zhì)在使用該柱塞481將該模塊480內(nèi)的東西提供給該分離之前通常位于該腔室486內(nèi)。
在所示的實(shí)施例中，優(yōu)選地，該柱塞481構(gòu)造成刺穿、撕裂或者打開密封件489，以使該模塊480內(nèi)的物質(zhì)能夠進(jìn)入分離室420。所示柱塞481包括用于該目的的刺穿尖端。應(yīng)當(dāng)明白，該模塊480應(yīng)當(dāng)用閥或其他用于控制物質(zhì)在腔室之間移動的合適流體的結(jié)構(gòu)與分離室420隔離。
圖6所示的一種變化是上模塊480包括打開進(jìn)入該模塊480的腔室中的接口490。該接口490可以用來將物質(zhì)供給該腔室486中，隨后利用該模塊將物質(zhì)提供給分離室420。例如該接口490可以用來將收集的試樣等輸入該模塊480中。在這里它然后能夠在選定的時間和/或以選定的速率輸入分離室420中。此外，接收樣本物質(zhì)的該模塊480的腔室486可以包括當(dāng)樣本物質(zhì)輸入該模塊480時能夠接觸樣本物質(zhì)的一個或多個反應(yīng)物或其他物質(zhì)。雖然沒有描述，但是應(yīng)當(dāng)明白，優(yōu)選地，在樣本物質(zhì)被輸入該模塊480中之前和/或之后，該接口490用閥或其他結(jié)構(gòu)/材料密封。在物質(zhì)引入模塊480中之前和/或之后，該接口490可以用，例如，隔膜、閥、感應(yīng)焊接的密封件、罩，和/或其他結(jié)構(gòu)密封。
根據(jù)本發(fā)明可以用來提供反應(yīng)物和/或其他物質(zhì)的模塊680的一個示范性實(shí)施例示于圖8A和8B的剖視圖中。所示的示范性的模塊680包括多個腔室，每個腔室可以包含相同的或不同物質(zhì)，并且優(yōu)選每個腔室相互是氣密地密封的。優(yōu)選地，該模塊680構(gòu)造成當(dāng)物質(zhì)相互輸入時使得物質(zhì)在該不同的腔室內(nèi)混合。
通過在分開的腔室內(nèi)儲存不同的物質(zhì)，優(yōu)選能夠在模塊680內(nèi)提供直到需要之前沒有混合的物質(zhì)。例如，優(yōu)選地，一些物質(zhì)能夠在干燥狀態(tài)下儲存，例如，以延長其存放壽命、使用壽命等，但是同樣的物質(zhì)可能需要在包括水的液體狀態(tài)下混合，以提供可用的產(chǎn)品。通過提供混合和/或分配這些物質(zhì)的能力，本發(fā)明的模塊能夠提供用于許多不同物質(zhì)的方便的儲藏和輸入裝置。
所示的模塊680包括在殼體695內(nèi)的腔室684、686和688。優(yōu)選地這些腔室用密封件685(位于腔室684和686之間)和密封件687(位于腔室686和688之間)分開。所示的模塊680還包括具有尖端683的柱塞681，在所示的實(shí)施例中，該尖端構(gòu)造成當(dāng)該柱塞681從圖8A所示的加載位置(即，在該模塊680的左端上)移動到圖8B所示的卸載位置(即朝著如圖8A的箭頭所示的出口682)時，刺穿密封件685和687。該柱塞681優(yōu)選包括O形環(huán)(示出的)或其他密封結(jié)構(gòu)，以防止腔室內(nèi)的物質(zhì)沿著相反的方向，即遠(yuǎn)離該開口682的方向，移動通過該柱塞681。
圖8B示出分配操作，其中該柱塞681從圖8A的加載位置向卸載位置移動。在圖8B中，尖端683已經(jīng)刺穿密封件685，使得腔室684和686內(nèi)的物質(zhì)能夠相互接觸并混合。優(yōu)選地，腔室684包含液體690，例如水、鹽水等，而腔室686包含干燥的反應(yīng)物692(例如，溶解反應(yīng)物、血纖維蛋白原等)，該液體690使反應(yīng)物692溶解、懸浮、與液體混合等。雖然反應(yīng)物692被描述為在腔室686內(nèi)是干燥的，但是它也可以以例如粉末、凝膠體、溶液、懸浮物或任何其他形式位于腔室686內(nèi)。無論在腔室684和686內(nèi)的物質(zhì)的形式如何，刺穿或打開密封件685使兩種物質(zhì)能夠相互接觸并且優(yōu)選在模塊680內(nèi)流動，使得至少一部分能夠提供到該模塊680的外面。
當(dāng)柱塞681朝著出口682前進(jìn)時，尖端683優(yōu)選刺穿密封件687，使得腔室688內(nèi)的物質(zhì)694優(yōu)選能夠接觸來自腔室684和686的物質(zhì)690和692。
當(dāng)朝著出口682充分地移動時，該尖端683優(yōu)選刺穿設(shè)置在出口682上的出口密封件689，因而從液體模塊680將物質(zhì)690、692和694釋放到，例如，分離室或其他空間。優(yōu)選地，柱塞681和尖端683的形狀與最終腔室688和出口682的形狀相配合，使得當(dāng)該柱塞681移動完全通過該液體模塊680(即一路到圖8A和8B的右面)時，在各個腔室內(nèi)的基本上所有的物質(zhì)被擠出該液體模塊680。
圖8C是在模塊的開口1682中的示范性的可選用的尖端1683的放大的視圖。該尖端1683優(yōu)選從柱塞1681延伸。正如這里所討論過的，優(yōu)選地，尖端1683和柱塞1681的形狀可以與該模塊殼體1695上的開口1682相配合。例如，尖端1683的該部分具有與該開口1682的截頭圓錐形狀一致的圓錐形形狀。此外，優(yōu)選地，該柱塞1681和面向該柱塞1681的模塊的內(nèi)表面1696也相互一致。該柱塞1681和尖端1683的結(jié)構(gòu)與該模塊的特征相匹配能夠增強(qiáng)物質(zhì)從該模塊向本發(fā)明的盒的完全提供。
而且，優(yōu)選地，該尖端1683設(shè)置成具有這樣的形狀或特征，使得便于傳輸物質(zhì)通過被該尖端1683刺穿的密封件。該特征可以與形成在另外情況下圓錐形的尖端1683中的溝槽1697一樣簡單，如圖8C和圖8D所示?？蛇x地，該尖端1683自身可以具有許多其他形狀，以減少該尖端與被它刺穿的密封件一起將形成流體流動障礙的可能性。這樣的選擇方案可以包括，例如，星形形狀的刺穿尖端、脊部等。
在模塊680中的柱塞681可以由任何合適的致動器或技術(shù)移動。例如，該柱塞681可以由通過驅(qū)動器開口698被插入模塊680中的機(jī)械裝置(例如，活塞)或通過驅(qū)動器開口698輸入模塊安680中的流壓力驅(qū)動，以沿著所希望的方向移動該柱塞681。優(yōu)選地，利用，例如，步進(jìn)電機(jī)或其他可控的機(jī)械結(jié)構(gòu)驅(qū)動該柱塞681，以能夠增強(qiáng)對柱塞681(以及任何相關(guān)的結(jié)構(gòu)，例如尖端683)移動的控制。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，移動柱塞681的其他裝置是已知的，例如螺線管組件、液壓組件、氣動組件等。
模塊680、柱塞681、和尖端683可以用任何合適的材料構(gòu)造，例如提供所希望的質(zhì)量或機(jī)械性質(zhì)并且與存儲在該液體模塊內(nèi)的物質(zhì)相容的聚合物、金屬、玻璃、硅、陶瓷等。同樣，密封件685、697和689可以用任何合適的材料制造，例如聚合物、金屬、玻璃等。例如，密封件優(yōu)選可以用聚合物薄膜/金屬箔復(fù)合物制造，以提供所希望屏障性質(zhì)并與存儲在該模塊680內(nèi)的各種物質(zhì)相容。
優(yōu)選地，用于密封件和模塊殼體的材料與連接技術(shù)或用于以防止不同腔室之間滲漏的方式連接密封件的技術(shù)是相容的。可以用于與模塊相連的一些連接技術(shù)的例子包括，例如，熱密封、粘結(jié)、化學(xué)焊接、熱焊接、超聲焊接及其組合等。還應(yīng)當(dāng)明白，模塊可以構(gòu)造成使得密封件用摩擦、加壓等保持在位。而且，應(yīng)當(dāng)明白，在一些實(shí)施例中，不用尖端或刺穿密封件的其他結(jié)構(gòu)也能夠打開密封件。例如，僅僅通過流體壓力可以打開密封件(即密封件可以構(gòu)造成利用形成在其上的薄弱線，當(dāng)柱塞從加載位置向卸載位置移動時在壓力下破裂)。
傳感器的考慮本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，優(yōu)選通過使用被測量或被檢測的聲-機(jī)能量以確定波衰減、相變化、頻率變化和/或共振頻率變化，檢測在測試樣本中的目標(biāo)分析物的存在。
聲-機(jī)能量可以用基于壓電的被表面聲波(SAW)裝置產(chǎn)生。正如美國專利5,814,525號(Renschler等人)所公開的，基于壓電的聲機(jī)裝置的分類根據(jù)它們的檢測模式可以細(xì)分為表面聲波(SAW)、聲板模(APM)、或石英晶體微平衡(QCM)裝置。
在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以用來檢測附著在檢測表面的目標(biāo)生物分析物。在另一些實(shí)施例中，該裝置可以用來檢測液體(例如，水溶液)中的物理變化，例如，指示目標(biāo)生物分析物存在的粘滯性的變化。表面波的傳播速度是一個敏感的探測器，能夠檢測在諸如與聲-機(jī)傳感器的檢測表面接觸的介質(zhì)中的質(zhì)量、彈性、粘滯彈性、傳導(dǎo)性以及介電常數(shù)的變化。因此，一個或多個這些(或潛在其他的)物理性質(zhì)的變化能夠引起表面聲波的衰減。
除了所用的聲波能夠與接觸液體的裝置一起使用，APM裝置在與SAW裝置同樣的原理下運(yùn)行。同樣，施加于QCM(通常AT切割石英)裝置上的兩個相反電極的交流電壓包括其共振頻率與涂覆材料的質(zhì)量變化成比例變化的厚度剪切波模態(tài)。
聲波傳播的方向(例如，在平行于波導(dǎo)或垂直于波導(dǎo)平面的平面中)可以通過構(gòu)造生物傳感器的壓電材料的晶體切割確定。由于來自與該表面接觸的液體的聲阻尼，大多數(shù)聲波在該平面?zhèn)鬟M(jìn)傳出(例如，瑞利(Rayleigh)波、蘭姆(Lamb)波)的SAW生物傳感器通常不用于液體敏感應(yīng)用中。
對于液體樣本媒質(zhì)，優(yōu)選可以使用剪切水平表面聲波生物傳感器(SH-SAW)。SH-SAW傳感器通常用具有切的割晶體并取向成使波傳播能夠旋轉(zhuǎn)成剪切水平模，即，平行于由波導(dǎo)形成的平面的壓電材料構(gòu)造，結(jié)果，對接觸該檢測表面的液體，得到減小的聲阻尼損失。剪切水平聲波可以包括，例如，厚度剪切模(TSM)、聲板模(APM)、表面掠過體積波(SSBW)、樂甫波、漏聲波(LSAW)以及Bleastein-Gulyaev(BG)波。
具體說，樂甫波傳感器可以包括支撐諸如ST石英的SSBW或36°YXLiTaO3的漏波的SH波模態(tài)的基質(zhì)。優(yōu)選這些波模態(tài)通過應(yīng)用薄聲波引導(dǎo)層或波導(dǎo)可以轉(zhuǎn)換成樂甫波模態(tài)。這些波是頻率相關(guān)的并且如果波導(dǎo)層的剪切波速度小于壓電基質(zhì)的波速度能夠產(chǎn)生。
優(yōu)選，波導(dǎo)材料可以是具有下述一種或多種性質(zhì)的材料低聲損失、低電傳導(dǎo)性、堅(jiān)固以及在水和水溶液中的穩(wěn)定性、比較低的聲速、疏水性、較高的分子量、非常橫向的連接的等。在一個實(shí)例中，SiO2作為聲波導(dǎo)已經(jīng)用在石英基質(zhì)上的聲波導(dǎo)。其他熱塑性的和交連的聚合物波導(dǎo)材料的例子包括，例如，環(huán)氧樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯(例如，NOVALAC)、酚醛樹脂、聚酰胺、聚苯乙烯等。
與用于本發(fā)明的檢測盒的聲-機(jī)傳感器一起使用的其他潛在的合適材料和結(jié)構(gòu)公開在例如，在同一目期提交的PCT申請?zhí)?，名稱為“聲傳感器和方法”(代理律師案卷號60209WO003)。
可選地，QCM裝置也能夠用于液體樣本介質(zhì)。采用聲-機(jī)裝置和部件的生物傳感器公開在，例如，如下美國專利中5,076,094(Frye等人)；5,117,146(Martin等人)；5,235,235(Martin等人)；5,151,110(Bein等人)；5,763,283(Cermosek等人)；5,814,525(Renschler等人)；5,836,203(Martin等人)；6,232,139(Casalnuovo等人)。剪切水平SAW裝置可以從許多制造商得到，例如，新墨西哥州，Albuquerque市的Sandia Corporation。一些可以用于本發(fā)明的SH-SAW生物傳感器也公開在Branch等人的文章中“Low level detection of Bacillus anthracissimulant using Love-wave biosensors on 36°YXLiTaO3”，《Biosesorsand Bioelectrons》期刊(2003年8月22日收錄)。
在權(quán)利要求中所用的單數(shù)形式的詞“一”、“一個”和“該”包括復(fù)數(shù)含義，除非上下文中另外明確指出。因此，例如，“一部件”或“該部件”可以包括一個和多個部件和本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其等同物。
這里所引用的參考文獻(xiàn)和公開的文獻(xiàn)其整個內(nèi)容特意通過參考結(jié)合在本申請內(nèi)容中。已經(jīng)討論了本發(fā)明的示范性實(shí)施例并且參考了在本發(fā)明范圍內(nèi)的一些可能的變化。本發(fā)明的這些和其他變化和修改對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的，不脫離本發(fā)明的范圍，并且應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于這里提出的示范性實(shí)施例。因此，本發(fā)明僅由權(quán)利要求和其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種檢測盒，包括包含內(nèi)部容積的殼體；以可操作方式連接于該盒殼體的傳感器，該傳感器包括檢測表面；位于在該盒殼體內(nèi)部容積中的檢測室，其中該檢測室包括由該檢測表面和與該檢測表面間隔開并面對該檢測表面的相對表面形成的容積，其中該相對的表面包括流動前沿控制特征；以及位于該殼體的內(nèi)部容積中的廢物室，該廢物室與該檢測室流體連通。
2.如權(quán)利要求1所述的盒，其中該檢測表面包括聲機(jī)波導(dǎo)。
3.如權(quán)利要求1所述的盒，其中該傳感器包括表面聲波聲-機(jī)傳感器。
4.如權(quán)利要求1所述的盒，其中該流動前沿控制特征包括從該檢測室的相對表面上的平坦區(qū)域凸起并被該平坦區(qū)域分開的分散的結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的盒，其中，該流動前沿控制特征包括在該檢測室的相對表面中的一個或多個溝槽。
6.如權(quán)利要求5所述的盒，其中該一個或多個溝槽中的至少一個取向成基本垂直于形成在該檢測室內(nèi)的縱軸線，該檢測室位于輸入端和該廢物室的輸出端之間。
7.如權(quán)利要求1所述的盒，其中，該流動前沿控制特征包括占據(jù)該相對表面一部分的一個或多個疏水材料區(qū)和占據(jù)該相對表面一部分的一個或多個親水材料區(qū)。
8.如權(quán)利要求7所述的盒，還包括疏水材料和親水材料構(gòu)成的至少一對連續(xù)帶，其中每對連續(xù)帶都延伸越過該檢測室的寬度。
9.如權(quán)利要求1所述的盒，其中該流動前沿控制特征包括從該檢測室的相對表面中的平坦區(qū)域凸起并被該平坦區(qū)域分開的分散的結(jié)構(gòu)，占據(jù)該相對表面一部分的一個或多個疏水材料區(qū)，和占據(jù)該相對表面一部分的一個或多個親水材料區(qū)。
10.如權(quán)利要求1所述的盒，其中該流動前沿控制特征包括在該檢測室的相對表面上的一個或多個溝槽，占據(jù)該相對表面一部分的一個或多個疏水材料區(qū)，和占據(jù)該相對表面一部分的一個或多個親水材料區(qū)。
11.如權(quán)利要求1所述的盒，還包括位于該廢物室內(nèi)的吸收材料。
12.如權(quán)利要求1所述的盒，其中該盒還包括位于該檢測室和該廢物室之間的毛細(xì)結(jié)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求1所述的盒，還包括排氣口，當(dāng)打開時，使該殼體的內(nèi)部容積與該盒周圍的環(huán)境大氣流體連通。
14.如權(quán)利要求13所述的盒，其中該排氣口位于該廢物室內(nèi)。
15.如權(quán)利要求13所述的盒，其中該排氣口包括封閉元件。
16.如權(quán)利要求1所述的盒，還包括以可操作方式連接于該殼體的流體監(jiān)控器，其中位于該殼體的內(nèi)部容積內(nèi)的液體能夠被該流體監(jiān)控器檢測。
17.一種檢測盒，其包括包含內(nèi)部容積的殼體；以可操作方式連接于該殼體的傳感器，該傳感器包括表面聲波聲-機(jī)傳感器；位于在該殼體內(nèi)部容積內(nèi)的檢測室，其中該檢測室包括由該檢測表面和與該檢測表面間隔開并面對該檢測表面的相對表面形成的容積，其中該相對的表面包括一個或多個形成在其中的溝槽；位于該殼體內(nèi)部容積內(nèi)的廢物室，該廢物室與該檢測室流體連通；位于該廢物室內(nèi)的吸收材料；以及位于該檢測室和廢物室之間的毛細(xì)結(jié)構(gòu)。
18.一種檢測盒，其包括包含內(nèi)部容積的盒殼體；以可操作方式連接于該盒殼體的傳感器，該傳感器包括檢測表面；位于在該盒殼體內(nèi)部容積內(nèi)的檢測室，其中該檢測室包括由該檢測表面和與該檢測表面間隔開并面對該檢測表面的相對表面形成的容積，其中該相對的表面包括流動前沿控制特征；位于該盒殼體內(nèi)部容積內(nèi)的廢物室，該廢物室與該檢測室流體連通；一個或多個密封的模塊，其中該一個或多個密封的模塊中的每個都包括出口，該出口通過向該盒的內(nèi)部容積開口的一個或多個模塊口連接于該盒殼體，每個模塊還包括具有出口和密封的內(nèi)部容積的模塊殼體；位于該模塊的出口上的出口密封件；以及位于該模塊殼體內(nèi)部容積中的柱塞，其中該柱塞能夠從該柱塞遠(yuǎn)離該出口的加載位置移動到該柱塞接近該出口的卸載位置；其中該柱塞朝著該出口的移動打開該出口密封件，使得物質(zhì)從該模塊殼體的內(nèi)部容積通過該出口排到該盒殼體的內(nèi)部容積中。
19.如權(quán)利要求18所述的盒，其中還包括在該盒殼體的內(nèi)部容積中的分離室，其中該分離室位于該檢測室的上游，并且該模塊口向該分離室打開。
20.如權(quán)利要求18所述的盒，其中該一個或多個密封的模塊的至少一個模塊的內(nèi)部容積包括包含位于其內(nèi)的液體的第一室；位于開殼體內(nèi)部容積內(nèi)的第二室，該第二室包含位于其內(nèi)的反應(yīng)物；以及在該模塊殼體內(nèi)將該第二室與該第一室隔離的室間密封件；其中該第一室、室間密封件、和第二室都位于該柱塞和出口密封件之間，其中該柱塞朝著出口的移動打開該室間密封件使得第一室中的液體接觸第二室中的反應(yīng)物。
21.一種移動樣本物質(zhì)通過如權(quán)利要求1所述的檢測盒的方法，該方法包括提供根據(jù)權(quán)利要求1的檢測盒；向該盒殼體的內(nèi)部容積輸送樣本物質(zhì)，其中該樣本物質(zhì)流進(jìn)檢測室，并且其中該樣本物質(zhì)通過該檢測室并朝著該廢物室的流動前沿行進(jìn)過程至少部分地被該檢測室內(nèi)的相對表面上的流動前沿特征所控制。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中向該檢測室輸送樣本物質(zhì)包括向位于該殼體內(nèi)部容積內(nèi)的分離室輸送樣本物質(zhì)，其中該樣本物質(zhì)從該分離室流進(jìn)該檢測室。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中該檢測盒還包括在該廢物室內(nèi)的吸收材料，并且其中該吸收材料將樣本物質(zhì)吸入該廢物室中。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括位于該檢測室和該廢物室之間的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，其中該毛細(xì)結(jié)構(gòu)從該檢測室吸入樣本物質(zhì)。
25.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括排氣口，當(dāng)打開時，使該殼體的內(nèi)部容積與該盒周圍的環(huán)境大氣流體連通，并且其中該方法包括打開該排氣口以控制通過該檢測室的樣本物質(zhì)流動。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中打開該排氣口包括調(diào)節(jié)該排氣口的尺寸，以調(diào)節(jié)通過該檢測室的樣本物質(zhì)流動的速率。
27.一種密封的模塊，其包括包括出口和密封的內(nèi)部容積的殼體；位于該出口上的出口密封件；位于該殼體內(nèi)部容積內(nèi)的第一室，該第一室包含位于其內(nèi)的液體；位于開殼體內(nèi)部容積內(nèi)的第二室，該第二室包含位于其內(nèi)的反應(yīng)物；在該殼體內(nèi)將第二室與第一室隔離的室間密封件；以及柱塞，其中該第一室、室間密封件、第二室和出口密封件都位于該柱塞和出口之間，并且其中該柱塞能夠從該柱塞遠(yuǎn)離該出口的加載位置移動到該柱塞接近該出口的卸載位置；其中該柱塞朝著該出口的移動打開該室間密封件，使得第一室中的液體與第二室中的反應(yīng)物接觸，并且其中該柱塞的進(jìn)一步移動到卸載位置打開該出口密封件，使得液體和反應(yīng)物從該殼體的內(nèi)部容積排出該出口。
28.如權(quán)利要求27所述的模塊，其中該柱塞包括尖端，其中該尖端面向該室間密封件，并且其中該尖端刺穿該室間密封件以打開該室間密封件。
29.如權(quán)利要求27所述的模塊，其中該第一室和第二室包括氣密地密封的隔倉。
30.如權(quán)利要求27所述的模塊，其中當(dāng)該柱塞位于加載位置時該柱塞限定出該第一室容積的一部分。
31.如權(quán)利要求27所述的模塊，其中當(dāng)該柱塞位于卸載位置時該柱塞與該出口相匹配。
32.如權(quán)利要求27所述的模塊，其中在該第一室內(nèi)的液體包括水，在該第二室內(nèi)的反應(yīng)物包括可水解的物質(zhì)。
33.一種利用權(quán)利要求27的的密封的模塊輸送物質(zhì)的方法，該方法包括提供根據(jù)權(quán)利要求27的密封的模塊；朝著密封的模塊的出口移動該柱塞以打開該室間密封件，迫使來自第一室的液體與第二室中的反應(yīng)物接觸，并且朝著該出口移動該柱塞以打開該出口密封件，并將液體和反應(yīng)物從該殼體的內(nèi)部容積通過出口排出。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中該柱塞包括刺穿該室間密封件的尖端。
35.一種模塊，其包括包括出口和密封的內(nèi)部容積的殼體；位于該出口上的出口密封件；位于該殼體內(nèi)部容積內(nèi)的腔室，該腔室包括一個和多個位于其內(nèi)的反應(yīng)物；柱塞，該柱塞能夠從遠(yuǎn)離出口的加載位置移動到接近出口的卸載位置；以及與該腔室流體連通的輸入口，其中當(dāng)該柱塞位于加載位置時，該輸入口進(jìn)入該柱塞和該出口之間的腔室；其中該柱塞朝著該出口的移動打開該出口密封件，使得物質(zhì)從該殼體的內(nèi)部容積通過該出口排出。
36.如權(quán)利要求35所述的模塊，其中該柱塞包括刺穿該室間密封件的尖端。
37.如權(quán)利要求35所述的模塊，其中該柱塞包括尖端，其中該尖端面向該出口密封件，并且其中該尖端刺穿該出口密封件以打開該出口密封件。
38.如權(quán)利要求35所述的模塊，其中當(dāng)該柱塞位于加載位置時該柱塞限定出該腔室的容積的一部分。
39.如權(quán)利要求35所述的模塊，其中當(dāng)該柱塞位于卸載位置時該柱塞與該出口匹配。
40.一種利用根據(jù)權(quán)利要求35的模塊輸送物質(zhì)的方法，該方法包括提供根據(jù)權(quán)利要求35的模塊；通過該輸入口向該腔室提供包括液體的樣本物質(zhì)，其中該樣本物質(zhì)接觸在該腔室內(nèi)的反應(yīng)物；以及朝著該出口移動該柱塞以打開該出口密封件，使得液體從該腔室通過該出口排出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種檢測盒和相關(guān)的部件，以及利用將樣本物質(zhì)提供給傳感器的該盒和相關(guān)部件進(jìn)行檢測的方法。在用于本發(fā)明的檢測盒的部件中，是例如輸入(或流體)模塊，流體流動前沿控制特征，體積流動流率控制特征等。該模塊包括一個或多個包含不同組成物的腔室，這些組成物用于混合和/或提供給該盒。
文檔編號B01L3/00GK1922482SQ200480042218
公開日2007年2月28日 申請日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月30日
發(fā)明者查德·J·卡爾特, 拉里·H·道奇, 塞繆爾·J·加松, 雷蒙德·P·約翰斯通, 杰弗里·D·史密斯, 肯尼斯·B·伍德 申請人:3M創(chuàng)新有限公司