專利名稱：用于微流體系統(tǒng)的熱轉(zhuǎn)移方法和結(jié)構(gòu)的制作方法
用于微流體系統(tǒng)的熱轉(zhuǎn)移方法和結(jié)構(gòu) 相關(guān)專利申請(qǐng)的交叉引用
根據(jù)35U.S.C. § 119(e)，本專利申請(qǐng)要求2006年12月22日提交 的、標(biāo)題為"THERMAL TRANSFER METHODS AND STRUCTURES FOR MICROFLUIDIC SYSTEMS (用于微流體系統(tǒng)的熱轉(zhuǎn)移方法和結(jié) 構(gòu))"的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)No.60/871,611的優(yōu)先權(quán)，據(jù)此全文引入以 供參考。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及微流體處理裝置領(lǐng)域。更具體地講，本發(fā)明提供采用 熱活化的真空以使微流體處理陣列內(nèi)的被分析物移動(dòng)的方法和設(shè)備。
在其中進(jìn)行多種化學(xué)或生物處理的設(shè)備在科學(xué)和/或診斷研究中 起到越來越重要的作用。在這種設(shè)備中提供的室優(yōu)選在體積上很小以 降低進(jìn)行處理所需要的被分析物的量。
與包括室的處理裝置相關(guān)的一個(gè)持久問題是流體在裝置中不同結(jié) 構(gòu)之間的轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移室之間的流體內(nèi)容物的常規(guī)方法通常需要人為干 預(yù)(例如，手動(dòng)移液)和/或機(jī)器操縱。這種轉(zhuǎn)移處理具有多個(gè)缺點(diǎn)， 包括(但不限于)出錯(cuò)的可能性、復(fù)雜性和相關(guān)的高成本等。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供包括具有熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)處理陣列的處理裝 置，該熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)可以單獨(dú)使用或結(jié)合旋轉(zhuǎn)使用以傳送微流體系統(tǒng)內(nèi) 的流體。熱傳送功能可以通過這樣實(shí)現(xiàn)改變一個(gè)或多個(gè)室的溫度生 成真空以在處理陣列內(nèi)沿所選方向抽吸流體。本發(fā)明的方法和裝置的潛在優(yōu)點(diǎn)之一是，用熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)使流體沿 與重力和/或旋轉(zhuǎn)處理裝置而生成的離心力方向相反的方向移動(dòng)的能 力。換句話講，用熱活化的真空可以使流體逆重力方向移動(dòng)或向旋轉(zhuǎn) 軸移動(dòng)。如本文所用，術(shù)語"真空"指處理陣列中的空間之間的足夠 大以使流體沿所選方向移動(dòng)的壓差。
熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)還可以在不需要物理閥門結(jié)構(gòu)的情況下用于控制處理 裝置內(nèi)的流體移動(dòng)，該物理閥門結(jié)構(gòu)需要打開或關(guān)閉物理結(jié)構(gòu)來允許 流體流通。例如，可以選擇尺寸、幾何形狀、材料等使得流體流通通 常將不會(huì)在不存在真空的情況下發(fā)生。如本文所述可以使用的一個(gè)結(jié)
構(gòu)為包括流體圈閉(fluid trap)的導(dǎo)管。在這種情況下，可以使用由熱
轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)提供的熱活化的真空來控制處理陣列內(nèi)的流體移動(dòng)。
在一些實(shí)施例中，熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)可以包括位于處理裝置的一個(gè)區(qū)域 中的熱驅(qū)動(dòng)室，該室遠(yuǎn)離流體將在其間傳送的室。遠(yuǎn)程熱驅(qū)動(dòng)室可以 流動(dòng)連接到通過設(shè)備中形成的導(dǎo)管使流體在其間傳送的室。這種結(jié)構(gòu) 的一個(gè)潛在優(yōu)點(diǎn)是，加熱(或冷卻)以生成真空的處理裝置部分可以 充分地從流體將在其間傳送的室中移除，使得在傳送流體中的被分析 物沒有因?yàn)闊狎?qū)動(dòng)室的加熱或冷卻而被顯著地加熱或冷卻。
熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)和方法還可以用于傳送多個(gè)離散體積的流體(按順序 和/或同時(shí))進(jìn)入或穿過處理陣列中的室。這種對(duì)流體傳送的控制可以 用于(例如)洗滌以從樣本中移除不期望的材料、在所選的時(shí)間并以 所選的量傳送試劑等。當(dāng)用于轉(zhuǎn)移多個(gè)離散體積的流體時(shí)，熱轉(zhuǎn)移結(jié) 構(gòu)由于熱驅(qū)動(dòng)室中液體的存在而可以更有效地工作，在熱驅(qū)動(dòng)室中液 體的至少一部分發(fā)生相改變而變成氣體。這種相改變可以增加由加熱
引起的滯留流體(resident fluid)的體積改變，因此，當(dāng)冷卻滯留流體 時(shí)所得的真空力(vacuum force)也可以增加。
在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種轉(zhuǎn)移處理裝置內(nèi)的流體的方法，
8該方法通過這樣實(shí)現(xiàn)提供具有至少一個(gè)處理陣列的處理裝置，該處 理陣列包括第一室和容納有滯留流體的熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)，其中熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu) 包括連接到第一室的轉(zhuǎn)移導(dǎo)管；在第一室中提供被分析物；通過這樣 使滯留流體的第一部分穿過轉(zhuǎn)移導(dǎo)管進(jìn)入第一室中的被分析物中通 過加熱熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)中的滯留流體的至少一部分使得熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)內(nèi)的滯 留流體的體積增加，促使滯留流體的第一部分進(jìn)入第一室中；并且在
滯留流體的第一部分進(jìn)入第一室之后使熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)中的加熱的滯留流 體冷卻，其中熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)內(nèi)的滯留流體的體積減小使得第一室中的被 分析物的至少一部分被抽吸穿過轉(zhuǎn)移導(dǎo)管進(jìn)入熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)中。
本發(fā)明的方法可以任選包括對(duì)熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)中的滯留流體進(jìn)行兩個(gè) 或更多個(gè)連續(xù)的加熱和冷卻循環(huán)。
本發(fā)明的方法可以任選包括在使滯留流體的第一部分通過第一室 中的被分析物的同時(shí)使處理裝置繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，其中旋轉(zhuǎn)驅(qū)使被分析 物朝向第一室的徑向遠(yuǎn)端。在旋轉(zhuǎn)期間，本方法還可以包括旋轉(zhuǎn)使得 轉(zhuǎn)移導(dǎo)管的至少一部分比第一室的至少一部分位于更靠近旋轉(zhuǎn)軸的位 置。
本發(fā)明的方法可以涉及包括與轉(zhuǎn)移導(dǎo)管流體連通的圈閉室的熱轉(zhuǎn) 移結(jié)構(gòu)，并且其中熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)包括通過驅(qū)動(dòng)導(dǎo)管與圈閉室流體連通的 熱驅(qū)動(dòng)室，并且另外其中抽吸穿過轉(zhuǎn)移導(dǎo)管進(jìn)入熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)的被分析 物部分被沉積在圈閉室中?？梢圆恢苯蛹訜崛﹂]室中的滯留流體。轉(zhuǎn) 移導(dǎo)管和驅(qū)動(dòng)導(dǎo)管可以在圈閉室的徑向近側(cè)上連接到圈閉室，使得在 旋轉(zhuǎn)處理裝置時(shí)進(jìn)入圈閉室的流體朝向圈閉室的徑向遠(yuǎn)側(cè)驅(qū)動(dòng)，使得 進(jìn)入圈閉室的大部分流體不進(jìn)入驅(qū)動(dòng)導(dǎo)管(其中進(jìn)入圈閉室的基本上 所有的流體可能不進(jìn)入驅(qū)動(dòng)導(dǎo)管)。該方法可以涉及使處理裝置繞旋 轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，其中圈閉室的徑向近側(cè)比圈閉室的徑向遠(yuǎn)側(cè)位于更靠近旋
轉(zhuǎn)軸的位置。在一些方法中，轉(zhuǎn)移導(dǎo)管可以在第一端口處連接到第一室，其中 第一端口位于沿著由第一室占據(jù)的徑向長度的中間位置，其中沿著從 旋轉(zhuǎn)處理裝置的旋轉(zhuǎn)軸延伸的半徑確定徑向長度。
一些方法可以包括在使滯留流體的第一部分穿過轉(zhuǎn)移導(dǎo)管進(jìn)入被 分析物中之前打開位于第一室和轉(zhuǎn)移導(dǎo)管之間的閥門。
處理陣列可以包括第二室和在第二室和第一室之間延伸的第二導(dǎo) 管，其中方法還包括通過使處理裝置繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)來將流體穿過第二 導(dǎo)管從第二室傳送到第一室。方法還可以包括在將流體通過第二導(dǎo)管 從第二室傳送到第一室之前打開位于第二室和第二導(dǎo)管之間的第二室 閥門。處理裝置可以還包括沿著第二導(dǎo)管位于第二室和第一室之間的 中間室，其中在流體到達(dá)第一室之前從第二室傳送到第一室的流體進(jìn)
入中間室，其中中間室包括位于其中的試劑，并且其中流體在到達(dá)第 一室之前接觸中間室中的試劑。本發(fā)明的方法可以包括在使流體從第 二室進(jìn)入中間室之前打開位于中間室和第二室之間的中間室入口閥。 方法可以還包括在使流體從中間室進(jìn)入第一室之前打開位于中間室和 第一室之間的中間室出口閥。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明可以提供包括在主體中形成的至少一個(gè)處 理陣列的處理裝置，其中至少一個(gè)處理陣列包括第一室；第二室； 以及在第一室和第二室之間延伸的處理導(dǎo)管，其中第一室和第二室限 定從第二室朝向第一室移動(dòng)時(shí)的上游方向以及從第一室朝向第二室移
動(dòng)時(shí)的下游方向。處理陣列還包括熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)，熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)包括容納 有滯留流體的熱驅(qū)動(dòng)室以及在第一室和熱驅(qū)動(dòng)室之間延伸的轉(zhuǎn)移導(dǎo)
管，其中轉(zhuǎn)移導(dǎo)管穿過轉(zhuǎn)移端口進(jìn)入第一室，并且其中轉(zhuǎn)移導(dǎo)管包括
流體圈閉，其中轉(zhuǎn)移導(dǎo)管的一部分在轉(zhuǎn)移端口和熱驅(qū)動(dòng)室之間沿上游
方向行進(jìn)。
在一些設(shè)備中，在第一室和熱驅(qū)動(dòng)室之間轉(zhuǎn)移導(dǎo)管的流體圈閉至少到達(dá)第一室的中點(diǎn)。
在一些設(shè)備中，閥門位于第一室和熱驅(qū)動(dòng)室之間，其中抑制第一 室和熱驅(qū)動(dòng)室之間穿過轉(zhuǎn)移導(dǎo)管的流體流通直到閥門打開。
在一些設(shè)備中，熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)還包括沿著轉(zhuǎn)移導(dǎo)管位于第一室和熱 驅(qū)動(dòng)室之間的圈閉室，其中圈閉室位于流體圈閉內(nèi)或位于流體圈閉和 熱驅(qū)動(dòng)室之間。
在一些設(shè)備中，圈閉室沿著圈閉室的上游末端連接到轉(zhuǎn)移導(dǎo)管。
在一些設(shè)備中，熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)或多個(gè)熱驅(qū)動(dòng)室，其中兩個(gè) 或多個(gè)熱驅(qū)動(dòng)室的全部位于轉(zhuǎn)移導(dǎo)管中的流體圈閉的下游。閥門可以 位于第一室和熱驅(qū)動(dòng)室中的每一個(gè)之間，其中抑制第一室和熱驅(qū)動(dòng)室 中的每一個(gè)之間穿過轉(zhuǎn)移導(dǎo)管的流體流通，直到打開位于第一室和熱 驅(qū)動(dòng)室之間的閥門。
在一些設(shè)備中，處理導(dǎo)管從轉(zhuǎn)移端口沿下游方向連接到第一室。
在一些設(shè)備中，閥門位于第一室和處理導(dǎo)管之間，其中抑制從第 一室穿過處理導(dǎo)管至第二室的流體流通直到打開閥門。
在一些設(shè)備中，多個(gè)處理陣列位于主體中，其中處理陣列基本上 關(guān)于主體的中心徑向排列，使得上游和下游方向基本上從主體的中心 徑向延伸。
下面結(jié)合本發(fā)明的設(shè)備和方法的多個(gè)示例性實(shí)施例來描述本發(fā)明 的這些和其他特征和優(yōu)點(diǎn)。
11圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性處理裝置的平面圖。 圖2是包括可以在圖1的處理裝置中找到的一個(gè)處理陣列的放大 視圖。
圖3是沿圖2的線3-3截取的、圖1和2的處理裝置的一部分的
放大剖視圖。
圖4A和4B示出用圖2的處理陣列的示例性熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)來傳送流
體的示例性方法。
圖5是包括串聯(lián)的室的處理陣列的一個(gè)實(shí)例的平面圖。 圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性處理陣列的平面圖。 圖7是可以與本發(fā)明的處理陣列結(jié)合使用的一個(gè)示例性閥門結(jié)構(gòu)
的剖視圖。
圖8-10是根據(jù)本發(fā)明的其他示例性處理陣列的平面圖。 圖11示出可以與本發(fā)明結(jié)合使用的模塊處理裝置。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明的示例性實(shí)施例的如下具體描述中，將參考附圖，這些 附圖構(gòu)成其一部分，并且在這些附圖中，以舉例說明的方式示出了可 實(shí)施本發(fā)明的具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的條件 下，可以利用其它實(shí)施例并且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)改變。
本發(fā)明提供可用于處理被分析物的處理裝置。被分析物本身可以 為流體(例如，溶液等)形式，或者被分析物可以為在流體中攜帶的 固體或半固體材料的形式。被分析物可以夾帶在流體、流體內(nèi)的溶液 等中。為簡(jiǎn)單起見，術(shù)語"被分析物"在本文將用于指被分析物位于 或可能位于其中的任何流體，不管被分析物本身是流體還是包含在載 流體(溶液、懸浮液等)中。此外，在某些情況下，被分析物可以用 于指其中不存在目標(biāo)分析物(即，設(shè)法處理的被分析物)的流體。例 如，就本發(fā)明的目的而言，洗滌流體(例如，生理鹽水等)可以被稱 為被分析物?？梢栽谛纬捎谔幚硌b置中的一個(gè)或多個(gè)室內(nèi)處理被分析物以獲得
期望的反應(yīng)，例如，PCR擴(kuò)增、連接酶鏈反應(yīng)(LCR)、自主序列復(fù) 制、酶動(dòng)力學(xué)研究、同種配體結(jié)合測(cè)定和可能(例如)需要精確的熱 控制(例如，對(duì)溫度變化敏感的等溫處理)和/或快速熱變化的其他化 學(xué)反應(yīng)、生化反應(yīng)或其他反應(yīng)。更具體地講，本發(fā)明提供包括一個(gè)或 多個(gè)處理陣列的處理裝置，其中每一個(gè)處理陣列可以包括可選的填充 室、至少一個(gè)室、熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)和用于讓流體在處理陣列的多個(gè)元件之 間移動(dòng)的導(dǎo)管。
在此所用的術(shù)語"室"不應(yīng)理解為將室限制為其中進(jìn)行處理(例 如PCR、桑格測(cè)序等)的限定空間。相反，在此所用的室可以包括(例 如)其中填充材料以便隨后在處理裝置如果旋轉(zhuǎn)時(shí)遞送至另一個(gè)室的 空間、其中收集處理產(chǎn)品的室、其中過濾材料的室等。
雖然在下面描述了示例性實(shí)施例的多種構(gòu)造，但本發(fā)明的處理裝 置可以類似于在(例如)如下專利中描述的那些美國專利申請(qǐng)公開 No. US2002/0064885 (Bedingham等人)；US2002/0048533 (Bedingham 等人)；US2002/0047003 (Bedingham等人)以及US2003/138779
(Parthasarathy等人)；US2005/0126312 (Bedingham等人)； US2005/0129583 (Bedingham等人);以及美國專利No.6,627，159 Bl
(Bedingham等人)和美國專利No.6,987,253 B2 (Bedingham等人)。 上述指定的文獻(xiàn)都公開了處理裝置的多種不同構(gòu)造，可以根據(jù)本發(fā)明 的原理用于制造處理裝置。裝置可優(yōu)選包括設(shè)計(jì)成處理離散微流體體 積的流體(例如，l毫升或更小的體積、IOO微升或更小的體積或甚至
io微升或更小的體積)的流體結(jié)構(gòu)。
雖然結(jié)合了其中可使用由旋轉(zhuǎn)生成的離心力來移動(dòng)導(dǎo)管和室內(nèi)的 流體的旋轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行描述，本發(fā)明的方法和設(shè)備還可以結(jié)合重力(實(shí) 際的或誘導(dǎo)的)使用以使流體移動(dòng)，在這種情況下設(shè)備本身不需要旋 轉(zhuǎn)。然而，應(yīng)當(dāng)理解在一些情況下本發(fā)明的設(shè)備和方法可以依靠重力和離心力以使流體移動(dòng)穿過處理陣列(重力和離心力同時(shí)或在不同時(shí)間作用)。
可能優(yōu)選的是，處理裝置10的至少一個(gè)側(cè)面存在與基板或熱結(jié)構(gòu)
裝置互補(bǔ)的表面，如在(例如)標(biāo)題為"ENHANCED SAMPLEPROCESSING DEVICES SYSTEMS AND METHODS (增強(qiáng)的樣品處理裝置系統(tǒng)和方法)"的美國專利No.6,734,401 (Bedingham等人)；標(biāo)題為"COMPLIANT MICROFLUIDIC SAMPLE PROCESSING DISKS(適形微流體樣品處理盤)"的美國專利申請(qǐng)公布No. US 2007-0009391Al (序列號(hào)11/174,680);標(biāo)題為"SAMPLE PROCESSING DEVICECOMPRESSION SYSTEMS AND METHODS (樣品處理裝置壓縮系統(tǒng)和方法)"的美國專利申請(qǐng)公布No. US 2007-0010007 Al (序列號(hào)11/174,757)等等中所描述。在一些實(shí)施例中，可能優(yōu)選的是，本發(fā)明的處理裝置的至少一個(gè)主側(cè)面存在平坦表面。
根據(jù)本發(fā)明原理制造的一個(gè)示例性處理裝置在圖1和2中示出，其中圖1是一個(gè)示例性處理裝置10的平面圖，而圖2是包括處理陣列20的處理裝置10的一部分的放大視圖。處理裝置10可以優(yōu)選為如圖1中示出的圓盤形狀，但可以旋轉(zhuǎn)的任何其他形狀都可用于取代圓盤。處理裝置IO是整裝的一體制品為優(yōu)選的，整裝的一體制品可以在其中可以使用處理裝置10的系統(tǒng)之外獨(dú)立傳送。
優(yōu)選的是，處理裝置10可繞優(yōu)選與處理裝置10的中心12重合的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)?？赡軆?yōu)選的是，旋轉(zhuǎn)軸大致垂直于處理裝置10的相對(duì)主側(cè)面，但可以不要求這種布置。在一些實(shí)施例中，處理裝置10的中心12可以包括開口，所述開口的尺寸可以接納經(jīng)由其中延伸的軸。
處理裝置10包括至少一個(gè)，并且優(yōu)選多個(gè)處理陣列20。如果處理裝置10如描述的為圓形，則優(yōu)選所描述的處理陣列20的每一個(gè)從鄰近處理裝置10的中心12延伸到處理裝置10的周邊。處理陣列20可以優(yōu)選相對(duì)于處理裝置10的中心12基本上呈徑向?qū)?zhǔn)(其中"基本
上徑向?qū)?zhǔn)"指一般沿著從處理裝置10的中心12向外延伸的半徑21
對(duì)準(zhǔn))。雖然這種布置是優(yōu)選的，但應(yīng)當(dāng)理解作為另外一種選擇可以
使用處理陣列20的任何布置。另外，雖然示出的處理裝置10包括一個(gè)處理陣列20，應(yīng)當(dāng)理解可以在處理裝置10中提供兩個(gè)或更多個(gè)處理陣列20。
示例性處理陣列20(在示出的實(shí)施例中)包括沿導(dǎo)管32連接到室40的填充室30。處理陣列20還包括熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)，熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)為通過導(dǎo)管41和43 (分別)連接到室40的兩個(gè)熱轉(zhuǎn)移室42和44的形式。
應(yīng)當(dāng)理解，與示出的示例性處理陣列20相關(guān)的多個(gè)結(jié)構(gòu)可以是可選的。例如，填充室30和相關(guān)的導(dǎo)管32可以是可選的，其中被分析物可以直接引入室40中或通過不同的填充結(jié)構(gòu)引入室40中。同時(shí)，對(duì)于處理陣列20可以提供另外的結(jié)構(gòu)。例如，兩個(gè)或多個(gè)填充室和通向室的單獨(dú)導(dǎo)管可以與根據(jù)本發(fā)明的處理陣列相關(guān)。還可以在本發(fā)明的處理陣列中提供其他結(jié)構(gòu)，例如閥門、過濾器、小珠等，其中一些可以結(jié)合本文其他示例性實(shí)施例進(jìn)行描述。
可以將結(jié)合處理陣列20提供的任何填充結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成與外部裝置(例如，滴管、中空注射器或其他流體遞送裝置)匹配以接納被分析物。填充結(jié)構(gòu)本身可以限定體積(如例如圖1的填充室30所做的)或者填充結(jié)構(gòu)可以不限定具體的體積，但相反可以為被分析物將要被引入的位置。例如，填充結(jié)構(gòu)可以以端口的形式提供，滴管、針等穿過該端口插入或連接。在一個(gè)實(shí)施例中，填充結(jié)構(gòu)可以為(例如)沿著用于接納滴管、注射器針等的導(dǎo)管的指定位置。可以手動(dòng)或通過自動(dòng)系統(tǒng)(例如，機(jī)器人等)進(jìn)行填充。此外，處理裝置10可以直接從另一個(gè)裝置填充(使用自動(dòng)系統(tǒng)或手動(dòng))。
圖3為沿圖2中的線3-3截取的處理裝置10的放大剖視圖。雖然
15本發(fā)明的處理裝置可以使用許多合適的構(gòu)造技術(shù)制造，在圖3的剖視圖中可以看到一個(gè)示例性的構(gòu)造。示出的處理裝置IO包括附接到芯層16的一個(gè)主表面(其中主表面是(例如)在圖1的平面圖中面向觀察
者的表面)的基層14。覆蓋層18在背對(duì)基層14的芯層16的主表面上附接到芯層16。
處理裝置10的層可以由任何合適的材料或材料的組合制造。對(duì)于基層14和/或芯層16， 一些合適的材料的實(shí)例包括(但不限于)聚合物材料、玻璃、硅、石英、陶瓷等。對(duì)于那些其中層將直接接觸被分析物、試劑等的處理裝置IO而言，優(yōu)選用于層的一種或多種材料是不與被分析物、試劑等反應(yīng)的?？梢栽诙喾N不同的生物分析應(yīng)用中用于基底的一些合適的聚合物材料的實(shí)例可以包括(但不限于)聚碳酸酯、聚丙烯(例如，全同立構(gòu)聚丙烯)、聚乙烯、聚酯等。
可能優(yōu)選的是，基層14和/或覆蓋層18由允許檢測(cè)室40中的被分析物的一個(gè)或多個(gè)特性的材料制造。這種檢測(cè)可以允許定性和/或定量分析。用所選的光實(shí)現(xiàn)檢測(cè)是優(yōu)選的，其中術(shù)語"光"指人眼可見或不可見的電磁能?？赡軆?yōu)選的是，光落在紫外光至紅外光電磁能范圍內(nèi)，并且在一些情況下，可能優(yōu)選的是，光包括人眼可見的光譜中的電磁能。此外，所選的光可以為(例如) 一種或多種特定波長、一種或多種波長范圍、 一種或多種偏振態(tài)或它們的組合的光。
無論通過其進(jìn)行檢測(cè)的元件(例如，覆蓋層18和/或基層14)如何，使用的材料優(yōu)選透射所選光的相當(dāng)大一部分。就本發(fā)明的目的而言，相當(dāng)大一部分可以為(例如)50%或更多垂直入射的所選光，更優(yōu)選地為75%或更多垂直入射的所選光。用于檢測(cè)窗戶的一些合適材料的實(shí)例包括(但不限于)例如聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯-聚乙烯共聚物、環(huán)烯烴聚合物(例如，聚雙環(huán)戊二烯)等。
在某些情況下，可能優(yōu)選的是，處理裝置10的基層14和/或覆蓋
16層18是不透明的，使得處理裝置10在室40的空間和處理裝置10的至少一側(cè)之間是不透明的。不透明指基本防止了如上所述的所選光的透射(例如，透射5%或更少的這種垂直入射的光)。
組成處理裝置10的元件可以通過任何合適的技術(shù)或技術(shù)組合彼此附接。合適的附接技術(shù)優(yōu)選具有足夠的完整性使得附接可以經(jīng)受室中被分析物的處理期間所經(jīng)歷的力。 一些合適的附接技術(shù)的實(shí)例可以包括(例如)粘附(使用壓敏粘合劑、固化性粘合劑、熱熔粘合劑等)、熱密封、熱焊接、超聲焊接、化學(xué)悍接、溶劑粘合、共擠出、擠出澆注、機(jī)械(例如，摩擦件等)等，以及它們的組合。此外，用于附接不同層的技術(shù)可以是相同或不同的。例如，用于附接基層14和芯層16的一種或多種技術(shù)可以與用于附接覆蓋層18和芯層16的一種或多種技術(shù)相同或不同。 一些潛在地合適的附接技術(shù)可以在本文指定的專利文獻(xiàn)中有所描述。
雖然在不同示例性處理裝置的剖視圖中的多種層和元件示出為均一構(gòu)造，但是應(yīng)當(dāng)理解多種元件可以由不止一種材料/層構(gòu)造。此外，在一些處理裝置中，多個(gè)元件可以潛在地結(jié)合到一體的制品中以減少
必須附接以制造處理裝置的元件的數(shù)量。
圖4A和4B示出了一種示例性處理，其中被分析物在示出的處理陣列中被熱轉(zhuǎn)移。如在圖4A中示出的，被分析物46位于室40中。如本文所討論的，被分析物46可以優(yōu)選穿過導(dǎo)管32從填充室30轉(zhuǎn)移到室40中。從填充室30穿過導(dǎo)管32轉(zhuǎn)移到室40可以優(yōu)選通過旋轉(zhuǎn)處理裝置10或在重力的影響下實(shí)現(xiàn)。
在被分析物46在室40中之后，轉(zhuǎn)移到熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)的熱轉(zhuǎn)移室42和44可以優(yōu)選地通過如本文所討論的溫度控制來實(shí)現(xiàn)?？赡苄枰獰狎?qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)移，例如，其中選擇導(dǎo)管41和43的尺寸使得當(dāng)處理裝置10旋轉(zhuǎn)而使被分析物46移動(dòng)進(jìn)入室40中時(shí)防止室40中的被分析物46進(jìn)入熱轉(zhuǎn)移室42和44。在這種實(shí)施例中，可以選擇導(dǎo)管41和43的至少一部分的物理尺寸使得導(dǎo)管41和43在不存在壓差(例如，熱驅(qū)動(dòng)的真空)的情況下會(huì)抑制室40和室42和44的一者或兩者之間的流動(dòng)。
參見圖1和2，處理裝置10可以優(yōu)選包括熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)50，在形狀上為圓形的處理裝置10中，熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)50可優(yōu)選為具有外直徑51和內(nèi)直徑52的環(huán)形式?？赡軆?yōu)選的是，熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)50為(例如)金屬箔層或可用于轉(zhuǎn)移熱能量進(jìn)入室40、 42和44和/或從室40、 42和44轉(zhuǎn)移出熱能量的其他材料的形式。箔層在某些情況下可以包含在圖3示出的復(fù)合結(jié)構(gòu)的基層14內(nèi)。
為轉(zhuǎn)移被分析物46至熱轉(zhuǎn)移室42和44，在室42和44中固有的流體的溫度可以優(yōu)選從初始溫度改變?yōu)榈诙囟?，其中第二溫度高于初始溫度。?dāng)滯留流體的溫度升為第二溫度時(shí)，在室42和44中的滯留流體的體積增加，使得滯留流體的一部分從室42和44中的每一個(gè)穿過導(dǎo)管41和43進(jìn)入室40。
在根據(jù)本發(fā)明的處理陣列的熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)中的滯留流體可以為氣體、液體或它們的組合。在某些情況下，如果滯留流體既包括氣體又包括液體(例如，滯留流體可以包括空氣和水)，則可以增大熱轉(zhuǎn)移。在熱轉(zhuǎn)移處理期間加入可以改變相(例如，液體和氣體之間的轉(zhuǎn)變)的諸如水、水凝膠等之類的材料可以通過當(dāng)加熱時(shí)提供更大的體積增加(與單獨(dú)加熱氣體相比)來增大熱轉(zhuǎn)移。滯留流體在體積上的較大增加可以在加熱的氣體冷卻(并且可能返回液相)時(shí)提供對(duì)應(yīng)的較大量的真空以使流體移動(dòng)穿過系統(tǒng)。
這種增大的相變轉(zhuǎn)移是有利的，其中可以使用兩個(gè)或更多個(gè)加熱/冷卻循環(huán)來轉(zhuǎn)移流體。當(dāng)在處理期間改變相的液體量增加時(shí)，移動(dòng)的流體的體積還可以優(yōu)選地增加。因此，雖然初始的加熱/冷卻循環(huán)可能導(dǎo)致僅轉(zhuǎn)移少量的流體，但各個(gè)連續(xù)循環(huán)可導(dǎo)致流體轉(zhuǎn)移量增加。在本質(zhì)上，初始轉(zhuǎn)移循環(huán)可以被認(rèn)為是"啟動(dòng)"系統(tǒng)以便更有效地轉(zhuǎn)移。
在不同熱轉(zhuǎn)移室42和44中的滯留流體可以相同或不同。雖然在熱轉(zhuǎn)移室42和44中的滯留流體可以包括空氣作為其氣體組分，但其他氣體(例如，氮?dú)獾?可以作為另外一種選擇在室42和44中的滯留流體中提供。
在加熱至第二溫度之后，在熱轉(zhuǎn)移室42和44中的滯留流體可以優(yōu)選降低為在第二溫度下的第三溫度。在加熱至第二溫度之后室42和44中的滯留流體降低至的第三溫度可以與初始溫度相同、低于初始溫度或高于初始溫度。
當(dāng)熱轉(zhuǎn)移室42和44中剩余的滯留流體的溫度(從第二溫度)向第三溫度下降時(shí)，熱轉(zhuǎn)移室42和44中的滯留流體的體積減小。體積的減小優(yōu)選會(huì)形成抽吸或移動(dòng)被分析物46的至少一部分進(jìn)入熱轉(zhuǎn)移室42和44中(如圖4B中示出)的真空。在某些情況下，真空力可以通過重力或旋轉(zhuǎn)處理裝置10生成的離心力補(bǔ)充。
在某些情況下，如4A和4B中示出被分析物可以在室40和熱轉(zhuǎn)移室42和44中按相同比例分配(其中如圖4A中示出的被分析物46的大約三分之一存在于如圖4B中示出的每個(gè)室40、 42和44中)。在其他情況下，在室和任何連接的熱轉(zhuǎn)移室之間的被分析物的分配可以是不等的?？梢砸詢蓚€(gè)或多個(gè)連續(xù)的加熱和冷卻循環(huán)進(jìn)行熱轉(zhuǎn)移室42和44中的滯留流體的加熱和冷卻，其中(例如)加熱和冷卻的單一循環(huán)不會(huì)提供所需量的材料轉(zhuǎn)移。
如本文所討論的加熱可以使用任何合適的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，例如，根據(jù)例如在美國專利No.6,734，401 B2 (Bedingham等人)；美國專利申請(qǐng)公開No. US 2007-0009391 Al (序歹U號(hào)11/174,680)， 標(biāo)題為"COMPLIANT MICROFLUIDIC SAMPLE PROCESSING DISKS (適形微流體樣品處理盤)"；美國專利申請(qǐng)公開No. US 2007-0010007 Al(序列號(hào)11/174,757)，標(biāo)題為"SAMPLE PROCESSING DEVICECOMPRESSION SYSTEMS AND METHODS (樣品處理裝置壓縮系統(tǒng)和方法)"；等等中所討論的原理轉(zhuǎn)移熱能進(jìn)入室中的滯留流體。本文所述的冷卻還可以優(yōu)選根據(jù)上述指定的文獻(xiàn)中討論的原理實(shí)現(xiàn)(例如，通過處理裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)的對(duì)流、Peltier元件等)。
另一個(gè)其中可以實(shí)踐本發(fā)明的熱轉(zhuǎn)移原理的處理陣列在圖5中示出。示出的處理陣列包括一系列室140a、 140b和140c。所有或僅一些室可以位于處理裝置的控溫部分150內(nèi)(在圖5中所有的室位于控溫部分150中)?？赡軆?yōu)選的是，例如布置所有串聯(lián)的室使得它們位于可以根據(jù)(例如)如下專利中所討論的原理加熱的處理裝置的環(huán)形圈內(nèi)美國專利No.6，734,401 B2 (Bedingham等人)；2005年7月5日提交的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)11/174,680 (代理人案巻號(hào)60876US002)，標(biāo)題為"COMPLIANT MICROFLUIDIC SAMPLE PROCESSING DISKS(適形微流體樣品處理盤)"；等等。本文所述的冷卻也可以優(yōu)選根據(jù)在上述指定的文獻(xiàn)中討論的原理實(shí)現(xiàn)(例如，通過處理裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)的對(duì)流、使用壓縮氣體、Peltier元件等)。
示出的室140a、 140b和140c彼此串聯(lián)(但是如結(jié)合本文其他實(shí)施例所討論的，用一個(gè)或多個(gè)閥門分離室是可用的)。第一室140a可以優(yōu)選通過導(dǎo)管132給料，導(dǎo)管132可以優(yōu)選從填充室或被分析物或其他流體可以被引入其中的其他填充結(jié)構(gòu)通向處理陣列。導(dǎo)管132穿過入口端口 142a從(例如)旋轉(zhuǎn)軸的一般方向進(jìn)入第一室140a，處理裝置可以繞著該旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)以有助于處理。旋轉(zhuǎn)軸可以優(yōu)選以箭頭102總體上表明的方向設(shè)置在半徑101上或接近半徑101，而室140a、 140b和140c —般沿著弧形箭頭104的方向行進(jìn)。由箭頭102表明的方向還可以被稱為上游方向，因?yàn)楫?dāng)室140位于其中的裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)更致密的流體往往以相反方向(其可以被稱為下游方向)移動(dòng)。箭頭102和上游方向?qū)⒗斫鉃榕c在其中不需要旋轉(zhuǎn)的方法/系統(tǒng)中的重力相對(duì)。
20在圖5的實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的原理第二室140b和第三室140c形成用于進(jìn)行熱轉(zhuǎn)移的熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)。第二室140b可以優(yōu)選通過轉(zhuǎn)移導(dǎo)管141a連接到第一室140a，并且第二室140b可以優(yōu)選通過轉(zhuǎn)移導(dǎo)管141b連接到第三室140c。因?yàn)闊徂D(zhuǎn)移技術(shù)可以用于使流體移動(dòng)穿過室140a、 140b和140c，所以室不一定需要依次地更遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)軸(或在作用于裝置的重力方向上的更遠(yuǎn)的下游)布置。
當(dāng)室內(nèi)的流體溫度改變時(shí)，流體可以在它們之間熱傳送。例如，被分析物可以通過(例如)旋轉(zhuǎn)包含室140a的處理裝置使得被分析物通過離心加速度流入第一室140a而被遞送到第一室140a中。一旦在第一室140a中，就可以處理被分析物(例如，移除不需要的材料)以增強(qiáng)所選的基因材料等。
在某一點(diǎn)上，第一室140a中的被分析物可以優(yōu)選穿過連接第一室140a和第二室140b的導(dǎo)管141a轉(zhuǎn)移到第二室140b。因?yàn)閷?dǎo)管141a和第二室140b位于上游或比流體被分析物穿過其進(jìn)入轉(zhuǎn)移導(dǎo)管141a的出口端口 143a更靠近旋轉(zhuǎn)軸，所以單獨(dú)的處理陣列的重力或旋轉(zhuǎn)將不能夠使流體從第一室140a轉(zhuǎn)移到第二室140b。在這種情況下，本發(fā)明的熱轉(zhuǎn)移技術(shù)可以用于進(jìn)行流體轉(zhuǎn)移。
在流體被分析物位于第一室140a中的情況下，加熱在第二室140b和第三室140c中的滯留流體至超過初始溫度的第二溫度。當(dāng)?shù)诙?40b和第三室140c中的滯留流體的溫度增加時(shí)，滯留流體的體積增加使得滯留流體的一部分進(jìn)入第一室140a (穿過端口 143a進(jìn)入)。如果在如本文所討論使處理裝置旋轉(zhuǎn)或受重力影響下時(shí)進(jìn)行加熱，則在第一室140a中的被分析物朝著第一室140a的徑向遠(yuǎn)端145a (即，位于最遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)軸的第一室140a的末端)驅(qū)動(dòng)。如果當(dāng)加熱的滯留流體從導(dǎo)管141a進(jìn)入第一室時(shí)被分析物存在于端口 143a處，則滯留流體將流過第一室140a中的被分析物。在滯留流體的一部分穿過端口 143a進(jìn)入第一室140a之后，可以將剩余在第二室140b和第三室140c中的滯留流體冷卻至第三溫度。當(dāng)滯留流體冷卻至第三溫度時(shí)，滯留流體在那些室中的體積減小，因此
生成優(yōu)選使第一室140a中的被分析物的一部分移動(dòng)或抽吸穿過轉(zhuǎn)移導(dǎo)管141a進(jìn)入第二室140b中的真空。
從第一室140b中穿過導(dǎo)管141a抽吸出來的被分析物穿過端口142b進(jìn)入第二室140b中，端口 142b位于最接近旋轉(zhuǎn)軸的第二室140b的徑向近(上游)端。應(yīng)該指出的是，轉(zhuǎn)移導(dǎo)管141a通過端口 143a從第一室140a退出，端口 143a位于端口 142b的徑向遠(yuǎn)端(下游)，轉(zhuǎn)移導(dǎo)管141a通過端口 142b連接到第二室140b。換句話講，端口 142b比端口 143a位于更靠近處理裝置的旋轉(zhuǎn)軸的位置。
如圖5中示出，轉(zhuǎn)移導(dǎo)管141a通過其連接到第一室140a的端口143a位于比第一室140a的遠(yuǎn)端145a更靠近旋轉(zhuǎn)軸的位置。在其中端口 (例如端口 143a)位于比室140a的下游或徑向遠(yuǎn)端145a更靠近旋轉(zhuǎn)軸的位置，但沒有位于室140a的上游或徑向近端(如端口 142a)處的情況下，端口 143a可以描述為設(shè)置在室(或其他結(jié)構(gòu))的"中間位置"。換句話講，沿著室或?qū)Ч艿闹虚g位置為既不最接近又不最遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中所考慮的室或?qū)Ч艿男D(zhuǎn)軸的位置，并且不在非旋轉(zhuǎn)重力系統(tǒng)的上游端或下游端。
當(dāng)處理裝置繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)(或在重力系統(tǒng)中沿那個(gè)方向抽吸)時(shí)，具有更大密度的組分(例如，液體、小珠等， 一般與氣體相比)將被驅(qū)動(dòng)朝向第一室140a的徑向遠(yuǎn)端145a。因?yàn)槎丝?143a位于比第一室140a的下游或遠(yuǎn)端145a更靠近上游端的中間位置，所以在遠(yuǎn)端145a處收集的被分析物的組分將通常不會(huì)被吸入轉(zhuǎn)移導(dǎo)管"la中(因?yàn)樗鼈儗⒋┻^端口 143a位于更徑向遠(yuǎn)端或下游位置)。轉(zhuǎn)移到第二室140b中的被分析物的一部分可以通過熱轉(zhuǎn)移處理轉(zhuǎn) 移到第三室140c中，該熱轉(zhuǎn)移處理類似于用于將被分析物從第一室 140a轉(zhuǎn)移到第二室140b的處理。在轉(zhuǎn)移中，第三室140c中的受熱滯 留流體穿過轉(zhuǎn)移導(dǎo)管141b進(jìn)入第二室140b。轉(zhuǎn)移導(dǎo)管141b通過在一 端的端口 143b通向第二室140b，并且通過在相對(duì)端的端口 142c通向 第三室140c。類似于轉(zhuǎn)移導(dǎo)管141a，通向第三室140c的端口 142c位 于比端口 143b (流體穿過該端口進(jìn)入轉(zhuǎn)移導(dǎo)管141b)更遠(yuǎn)的上游或更 接近處理裝置的旋轉(zhuǎn)軸。此外，因?yàn)槎丝?143b設(shè)置在中間位置(例如， 比第二室140b的遠(yuǎn)端145b更接近旋轉(zhuǎn)軸)，所以在第二室140b的遠(yuǎn) 端145b處收集的被分析物組分將通常不會(huì)被吸入轉(zhuǎn)移導(dǎo)管141b中。
當(dāng)與旋轉(zhuǎn)處理技術(shù)或重力耦合時(shí)，處理陣列內(nèi)的流體熱轉(zhuǎn)移可以 用于實(shí)現(xiàn)用已知處理裝置不可能實(shí)現(xiàn)的更復(fù)雜的處理序列?，F(xiàn)將結(jié)合 圖6中示出的處理陣列來描述更復(fù)雜的處理序列的一個(gè)實(shí)例。
圖6的示例性處理陣列優(yōu)選在設(shè)計(jì)成繞著設(shè)置在半徑201上或靠 近半徑201的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的處理裝置中提供，其中半徑201位于箭頭 202的方向。當(dāng)繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，處理陣列的結(jié)構(gòu)將大致沿弧形箭頭 204表明的方向移動(dòng)?；蛘?，圖6的處理陣列可以用于基于非旋轉(zhuǎn)重力 的裝置中，其中箭頭202表明上游方向，gp，與作用在處理陣列上的 重力方向相反(其中重力的方向?yàn)橄掠畏较?。
示例性處理陣列包括通過導(dǎo)管232與第一室240連接的填充結(jié)構(gòu) 230。室240包括下游或徑向遠(yuǎn)端245，當(dāng)包含處理陣列的處理裝置繞 旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)或通過重力作用時(shí)，驅(qū)動(dòng)材料進(jìn)入下游或徑向遠(yuǎn)端245。就 這一點(diǎn)而論，術(shù)語"上游"和"下游"還可以用于表示結(jié)合圖6的處 理陣列的方向。更具體地講，由箭頭202表明的方向可以被稱為上游， 而相反方向可以被稱為下游。
處理陣列還包括熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)以有助于流體穿過室的熱轉(zhuǎn)移。在圖6
23示出的示例性實(shí)施例中，熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)包括通過轉(zhuǎn)移導(dǎo)管262與室240 流體連通的圈閉室260。熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)還包括通過驅(qū)動(dòng)導(dǎo)管272與圈閉室 260流體連通的熱驅(qū)動(dòng)室270。
轉(zhuǎn)移導(dǎo)管262優(yōu)選包括流體圈閉263，其中轉(zhuǎn)移導(dǎo)管262的一部分 沿上游方向在轉(zhuǎn)移端口 (在這里轉(zhuǎn)移導(dǎo)管與室240連接)和圈閉室260 (或熱驅(qū)動(dòng)室270)之間行進(jìn)。通過使包含處理陣列的裝置旋轉(zhuǎn)、在重 力的影響下等，流體圈閉263有效地抑制流體從室240移出至圈閉室 260或熱驅(qū)動(dòng)室270。
在使用中，示出的熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)可以用于將流體從室240轉(zhuǎn)移到圈 閉室260。因此，圈閉室260可以作為從室240移出的流體的貯存器。 可能優(yōu)選的是，圈閉室260具有足夠大的體積以接納來自室240的多 次流體轉(zhuǎn)移。圈閉室260的體積可以優(yōu)選等于或大于室240的體積。 在某些情況下，圈閉室260的體積為室240的體積的一又二分之一(1.5) 倍是優(yōu)選的。
根據(jù)上述討論的原理可以實(shí)現(xiàn)被分析物的熱轉(zhuǎn)移。然而， 一個(gè)差 別可以存在于熱驅(qū)動(dòng)室270的遠(yuǎn)程位置?？赡軆?yōu)選的是，熱驅(qū)動(dòng)室270 位于熱控制的處理裝置的區(qū)域250 (例如，可以選擇性地加熱和/或冷 卻的區(qū)域)中。如果處理裝置為圓盤形式，則區(qū)域250可以優(yōu)選為環(huán) 形圈(其弧形部分在圖6中示出)形式。
雖然熱驅(qū)動(dòng)室270位于遠(yuǎn)離處理陣列的其余部分的位置，其通過 導(dǎo)管272和262與圈閉室260并最終與室240流體連通。為進(jìn)行流體 從室240到圈閉室260的熱驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)移，可以優(yōu)選加熱驅(qū)動(dòng)室270中 的滯留流體以使得其溫度從初始溫度增加到第二溫度。當(dāng)驅(qū)動(dòng)室270 中的滯留流體溫度增加時(shí)，其體積也增加。體積的增加使得熱驅(qū)動(dòng)室 270中的滯留流體的一部分進(jìn)入導(dǎo)管272，這繼而使得導(dǎo)管272中的滯 留流體的一部分進(jìn)入圈閉室260中。相應(yīng)地，使得圈閉室260中的滯留流體的一部分進(jìn)入轉(zhuǎn)移導(dǎo)管262。然后使得轉(zhuǎn)移導(dǎo)管262中的滯留流 體進(jìn)入室240。
可能優(yōu)選的是，室240中將要轉(zhuǎn)移到圈閉室260的任何流體可以 位于轉(zhuǎn)移導(dǎo)管262進(jìn)入室240的點(diǎn)處或位于該點(diǎn)的上游(例如，更靠 近旋轉(zhuǎn)軸)。離心力和/或重力可以優(yōu)選驅(qū)動(dòng)或抽吸室240中的流體朝 向室240的下游或徑向遠(yuǎn)端245，以使得端口 (在該端口處轉(zhuǎn)移導(dǎo)管 262連接到室240)被流體覆蓋。結(jié)果是從導(dǎo)管262進(jìn)入室240的滯留 流體優(yōu)選流過室240中的被分析物。
在使得熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)(在示出的實(shí)施例中，其包括導(dǎo)管262和272， 以及圈閉室260和熱驅(qū)動(dòng)室270)中的滯留流體進(jìn)入室240中后，剩余 在熱驅(qū)動(dòng)室270中的滯留流體的溫度可以優(yōu)選從第二溫度降低至第三 溫度。當(dāng)熱驅(qū)動(dòng)室270中的滯留流體冷卻時(shí)，其體積優(yōu)選減小，生成 通過導(dǎo)管272傳送到圈閉室260和通過圈閉室260傳送到轉(zhuǎn)移導(dǎo)管262 的真空。然后真空通過轉(zhuǎn)移導(dǎo)管262移動(dòng)至室240，使得存在于室240 和轉(zhuǎn)移導(dǎo)管262之間連接處的流體被吸入轉(zhuǎn)移導(dǎo)管262。然后將從室 240移動(dòng)或吸入進(jìn)轉(zhuǎn)移導(dǎo)管262的流體的至少一部分遞送到其優(yōu)選沉積 的圈閉室260中。
可能優(yōu)選的是，圈閉室260與轉(zhuǎn)移導(dǎo)管262和熱驅(qū)動(dòng)導(dǎo)管272的 幾何形狀應(yīng)該為使得從室240遞送到圈閉室260的流體保持在圈閉室 260中并且沒有轉(zhuǎn)移到熱驅(qū)動(dòng)室270。將熱驅(qū)動(dòng)室270與轉(zhuǎn)移到圈閉室 260的流體隔絕可以保持熱驅(qū)動(dòng)室270用于從室240轉(zhuǎn)移流體到圈閉室 260兩次或更多次的能力。
在熱轉(zhuǎn)移處理期間不直接加熱圈閉室中的材料可能是更優(yōu)選的。 如果與圈閉室260流體連通的導(dǎo)管在圈閉室260的徑向近端或上游端 (即，最接近旋轉(zhuǎn)軸的端)或靠近徑向近端或上游端處進(jìn)入圈閉室260 和/或從圈閉室260退出，則可以增大圈閉室260的隔離。在這種構(gòu)造
25中，例如，其中轉(zhuǎn)移導(dǎo)管262和驅(qū)動(dòng)導(dǎo)管272在位于圈閉室260的徑 向近端或上游側(cè)的位置處連接到圈閉室260，進(jìn)入圈閉室260的流體(同 時(shí)，例如，處理裝置正在旋轉(zhuǎn)或正在重力的影響下)往往朝圈閉室260 的下游或徑向遠(yuǎn)側(cè)(即，逆箭頭202的方向)移動(dòng)，使得進(jìn)入圈閉室 260的大部分流體(優(yōu)選基本上全部的流體)不進(jìn)入驅(qū)動(dòng)導(dǎo)管272。圈 閉室260和/或轉(zhuǎn)移導(dǎo)管262還可以包括趨于引導(dǎo)從室240進(jìn)入圈閉室 260的流體朝下進(jìn)入圈閉室260的主體積的結(jié)構(gòu)(例如，導(dǎo)流板等)。
與圖6的處理陣列的轉(zhuǎn)移導(dǎo)管262 —樣，轉(zhuǎn)移導(dǎo)管262還包括流 體圈閉263，其中轉(zhuǎn)移導(dǎo)管262的一部分在轉(zhuǎn)移端口和熱驅(qū)動(dòng)室270之 間沿上游方向行進(jìn)(當(dāng)從室240朝向熱驅(qū)動(dòng)室270移動(dòng)時(shí))。該流體 圈閉263有效地抑制通過旋轉(zhuǎn)包含處理陣列的設(shè)備或在重力的影響下 流體從第一室240移出至熱驅(qū)動(dòng)室270。
可能優(yōu)選的是，流體圈閉263到達(dá)徑向接近室240的水平使得即 使室完全被被分析物填充，單獨(dú)旋轉(zhuǎn)設(shè)備也不會(huì)驅(qū)動(dòng)被分析物通過流 體圈閉263并進(jìn)入圈閉室260或熱驅(qū)動(dòng)室270。
在圖6的示例性處理陣列中示出的其他可選的結(jié)構(gòu)包括可以被設(shè) 置成通過導(dǎo)管282與室240流體連通的第二室280。導(dǎo)管282示出為與 室240在室240的徑向遠(yuǎn)端點(diǎn)處連接。作為另外一種選擇，導(dǎo)管282 可以在沿著室240的半徑長度的任何所選位置處(其中半徑長度為沿 著半徑201的室240的尺寸)連接到室240。第二室280可以用于向室 240提供(例如)洗漆流體。
結(jié)合圖6的示例性處理陣列示出的另一個(gè)可選的結(jié)構(gòu)為用于控制 流體從第二室280流入導(dǎo)管282的閥門結(jié)構(gòu)。在示出的處理陣列中， 閥門結(jié)構(gòu)采用延伸到第二室280空間內(nèi)的閥門唇緣284(在圖7中示出) 的形式，但是可以使用任何合適的可供選擇的閥門取代示出的閥門結(jié) 構(gòu)。圖7是包括第二室280的處理裝置部分的剖視圖。如在圖6和圖7 中所看到的，閥門唇緣284優(yōu)選位于由處理裝置上的第二室280占據(jù) 的區(qū)域，g卩，凸起的室區(qū)域內(nèi)。凸起的室區(qū)域可優(yōu)選通過使室邊界凸 起至處理裝置的主側(cè)面的任何一個(gè)上而限定。
在圖7示出的實(shí)施例中，芯層214限定遠(yuǎn)離閥門層216的處理裝 置的第一主側(cè)面215。閥門層216附接到遠(yuǎn)離第一主側(cè)面215的芯層 214的表面。覆蓋層218附接到遠(yuǎn)離芯層214的閥門層216的表面，覆 蓋層218限定了遠(yuǎn)離處理裝置的第一主側(cè)面215的處理裝置的第二主 側(cè)面219。
閥門唇緣284被描述為延伸到如通過第二室280的最外邊界限定 的凸起的室區(qū)域。因?yàn)殚y門唇緣284位于凸起的室區(qū)域內(nèi)，所以閥門 唇緣284可以描述為懸垂第二室280的一部分或懸臂在第二室280的 一部分上。
閥門唇緣284優(yōu)選限定可優(yōu)選至少部分位于閥門唇緣284內(nèi)的閥 門室285，如圖7中所看到的。閥門室285優(yōu)選與通向室240的導(dǎo)管 282開放流體連通。就這一點(diǎn)而論，進(jìn)入閾門室285的任何流體可以進(jìn) 入導(dǎo)管282以遞送到室240。
閥門室285的至少一部分可以優(yōu)選位于第二主側(cè)面219和第二室 280的至少一部分之間。閥門室285還可以優(yōu)選通過將閥門室285與第 二室280分開的閥門隔板(valve septum) 286來與第二室280隔開， 使得第二室280的體積的一部分位于閥門隔板286和處理裝置的第一 主側(cè)面215之間。在示出的實(shí)施例中，覆蓋層218優(yōu)選沿著表面283 密封到閥門唇緣2 84 ，以將閥門室2 8 5與第二室2 80隔開。
閥門隔板286優(yōu)選由其中開口可以通過非接觸方法(例如激光刻蝕、光聚焦加熱等)形成的材料形成。因?yàn)樵陂y門隔板中形成的這種 開口通常是不可逆的(即，它們?cè)谛纬芍蟛荒荜P(guān)閉)，在圖6和圖7
中示出的閥門結(jié)構(gòu)可以描述為"單次使用"閥門。用于在閥門隔板286 中形成開口的能量可以通過覆蓋層218或通過芯層214(或通過這兩者) 導(dǎo)向至閥門隔板286上。然而，可能優(yōu)選的是，能量在閥門隔板286 處通過覆蓋層218導(dǎo)向以避免可能與在能量到達(dá)閥門隔板286之前通 過第二室280中的材料導(dǎo)向能量相關(guān)的問題。
現(xiàn)在將描述使用第二室280遞送流體至圖6的處理陣列的室240 的一個(gè)方法。在第二室280中提供了所選流體材料后，可以在閥門隔 板286中的期望位置處形成開口。 一個(gè)實(shí)例是圖6中示出的開口 287a。 當(dāng)包括第二室280的處理裝置繞旋轉(zhuǎn)軸以箭頭204的方向旋轉(zhuǎn)或經(jīng)受 重力時(shí)，第二室280中的流體將穿過開口 287a移出第二室280進(jìn)入閥 門室285，然后進(jìn)入導(dǎo)管282以用于遞送至室240。
因?yàn)榛旧衔挥谪灤╅_口 287a延伸的虛線上的所有流體都將優(yōu)選 從第二室280中移出，所以可以選擇闊門隔板286中形成一個(gè)或多個(gè) 開口的位置以遞送所選體積的流體至室240。例如，在初始遞送流體穿 過開口 287a之后，可以通過在閥門隔板286中形成第二開口 287b來遞 送第二室280中的第二體積的流體。在提供開口 287b之后，可以將在 貫穿開口 287a和287b延伸的兩條虛線之間的離散體積的流體遞送至室 240。圖6還包括在閥門隔板286中的第三開口 287c，通過該開口基本 上在第二室280中的全部流體都可以進(jìn)入導(dǎo)管282以遞送至室240。
當(dāng)通過最終使用者(或中間方)制造處理裝置時(shí)，從第二室280 遞送到室240的流體可以在第二室280中提供。流體可以直接被遞送 到第二室280中?；蛘撸黧w可以通過與第二室280流體連通的可選 填充結(jié)構(gòu)281遞送到第二室。填充結(jié)構(gòu)281可以一次或多次用于將一 個(gè)或多個(gè)離散體積的材料遞送到第二室280。如圖6和圖7中示出具有單次使用閥門結(jié)構(gòu)的與室240流體連通 的第二室280的一個(gè)潛在用途是，提供(例如)以一個(gè)或多個(gè)離散體 積期望地定量進(jìn)入室240的洗滌流體(生理鹽水等)或一些其他流體。 通過在閥門隔板286中的一個(gè)或多個(gè)所選位置處形成一個(gè)或多個(gè)開口 ， 容納在第二室280內(nèi)的離散體積的流體(通常為液體)可以從第二室 280遞送至室240。
可以使用從第二室280至室240的離散體積的遞送順序以提供(例 如)能夠從室240中移除不期望的材料的"洗滌"溶液。例如，在將 第一體積的洗滌溶液從第二室280 (通過例如開口 287a)遞送到室240 之后，可以使用熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)將具有不期望材料(在溶液中，其中夾帶 等)的洗滌溶液的一部分從室240中移除(將不期望的部分遞送到圈 閉室260，如本文所述)。如果足夠體積的洗滌溶液位于第二室280中， 則可以重復(fù)這種洗滌步驟。例如，可以形成第二開口 287b以遞送第二 體積的洗滌溶液至室240。
在使用類似于圖6和圖7中示出的處理陣列的處理陣列的另一個(gè) 示例性方法中， 一種或多種試劑可以位于第二室280內(nèi)(例如，干燥 的等)或在液體中遞送至第二室280，使得一種或多種試劑可以通過導(dǎo) 管282遞送至室240。
可以在根據(jù)本發(fā)明的處理裝置中提供的另一個(gè)示例性的處理陣列 在圖8中示出。圖8的示例性處理陣列優(yōu)選在被設(shè)計(jì)成繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn) 的處理裝置中提供，旋轉(zhuǎn)軸可位于沿箭頭302方向的半徑301上或接 近半徑301。當(dāng)繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，處理陣列的結(jié)構(gòu)將一般沿著由弧形箭 頭304表明的方向移動(dòng)?；蛘?，圖8的處理陣列可以用于基于非旋轉(zhuǎn) 重力的裝置，其中箭頭302表明上游方向，即，與作用在處理陣列上 的重力方向相反(其中重力的方向?yàn)橄掠畏较?。
示例性處理陣列包括通過導(dǎo)管332連接到第二室360的第一室340。第一室340和第二室360可以優(yōu)選布置在處理裝置上以限定上游 方向和下游方向。上游方向是當(dāng)從第二室360朝第一室340移動(dòng)時(shí)的 方向(由箭頭302表明的一般方向)。下游方向是當(dāng)從第一室340朝 第二室360移動(dòng)時(shí)的方向?？赡軆?yōu)選的是，就旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)而言，上游和 下游方向基本上徑向?qū)?zhǔn)該陣列位于其中的處理裝置的中心，或在重 力系統(tǒng)中上游和下游方向基本上對(duì)準(zhǔn)重力。
第一室340優(yōu)選包括優(yōu)選單次使用的閥門342，其防止流體進(jìn)入導(dǎo) 管332直至打開。閥門342可以采用懸垂閥門唇緣的形式，如上面結(jié) 合圖7討論的。第一室340包括徑向遠(yuǎn)端或下游端345，當(dāng)包含處理陣 列的處理裝置繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)或經(jīng)受重力時(shí)材料移動(dòng)至該徑向遠(yuǎn)端或下 游端345中。第一室340還優(yōu)選包括填充結(jié)構(gòu)330，可以將被分析物通 過該結(jié)構(gòu)引入第一室340中。在示出的實(shí)施例中，第一室340還包括 可以用于處理的可任選的試劑341。
第二室360可以優(yōu)選位于被熱控制(例如，可以被加熱或冷卻而 改變位于第二室360中的被分析物或其他材料的溫度)的處理裝置的 區(qū)域350中。如果處理裝置為圓盤的形式，則區(qū)域350可以優(yōu)選為環(huán) 形圈(其弧形部分在圖8中示出)的形式。因此，第二室360可以用 于處理需要熱控制的被分析物，如，等溫處理、需要在兩個(gè)或多個(gè)不 同溫度之間熱循環(huán)的處理(如，PCR等)等。示出的第二室360包括 可以與處理結(jié)合使用的可任選的試劑361。
圖8中示出的處理陣列還包括熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)以有助于穿過第一室 340的流體的熱轉(zhuǎn)移。在圖8示出的示例性實(shí)施例中，熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)包括 通過轉(zhuǎn)移導(dǎo)管362與第一室340流體連通的熱驅(qū)動(dòng)室370。熱驅(qū)動(dòng)室 370可以優(yōu)選布置在處理裝置上的熱控制區(qū)域350內(nèi)。
在使用中，示出的熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)可以用于將流體從第一室340轉(zhuǎn)移 到轉(zhuǎn)移導(dǎo)管362和驅(qū)動(dòng)室370。因此，熱驅(qū)動(dòng)室370可以作為流體從第
30一室340中移出的貯存器(以及提供用于進(jìn)行熱轉(zhuǎn)移的滯留流體)。
熱驅(qū)動(dòng)370具有足夠大的體積以接納來自第一室340的多次流體轉(zhuǎn)移 可以是優(yōu)選的。熱驅(qū)動(dòng)室370的體積可以例如優(yōu)選地等于或大于第一 室340的體積。
結(jié)合在圖6中示出的處理陣列，根據(jù)上述討論的原理可以實(shí)現(xiàn)被 分析物(或其他流體)的熱轉(zhuǎn)移。與圖6的處理陣列的轉(zhuǎn)移導(dǎo)管262 一樣，轉(zhuǎn)移導(dǎo)管362還包括流體圈閉363，其中轉(zhuǎn)移導(dǎo)管362的一部分 在轉(zhuǎn)移端口和熱驅(qū)動(dòng)室370之間沿上游方向行進(jìn)(當(dāng)從第一室340朝 向熱驅(qū)動(dòng)室370移動(dòng)時(shí))。該流體圈閉363有效地抑制通過旋轉(zhuǎn)包含 處理陣列的設(shè)備或在重力的影響下流體從第一室340移動(dòng)到熱驅(qū)動(dòng)室 370。
可能優(yōu)選的是，流體圈閉363達(dá)到位于室340的任何流體的水平 的徑向之上(即，更接近旋轉(zhuǎn)軸或上游)的水平，使得單獨(dú)設(shè)備的旋 轉(zhuǎn)(或重力)將不會(huì)驅(qū)動(dòng)室340中的被分析物經(jīng)過流體圈閉363并進(jìn) 入熱驅(qū)動(dòng)室370。流體圈閉363的高度可取決于多種因素而變化，包括 (例如)室340中的流體的最大高度、轉(zhuǎn)移導(dǎo)管362的尺寸、用于構(gòu) 造處理陣列的材料的疏水性/親水性等。
可能優(yōu)選的是，流體圈閉363達(dá)到室340高度(其中室340的高 度從其徑向遠(yuǎn)端或下游端345至其徑向近端或上游端-即，位于最接 近旋轉(zhuǎn)軸的一端測(cè)量)的至少25%或更大的高度(沿上游方向從室340 的徑向遠(yuǎn)端或下游端345測(cè)量)。作為另外一種選擇，轉(zhuǎn)移導(dǎo)管362 中的流體圈閉363可優(yōu)選達(dá)到室340高度的至少50%或更大的高度。 在又另一個(gè)替代形式中，轉(zhuǎn)移導(dǎo)管362中的流體圈閉363可優(yōu)選達(dá)到 室340高度的至少75%或更大的高度。在又一個(gè)替代形式中，轉(zhuǎn)移導(dǎo) 管362中的流體圈閉363可優(yōu)選達(dá)到室340高度的至少90%或更大的 咼度°可能優(yōu)選的是，將從第一室340轉(zhuǎn)移出的任何流體在轉(zhuǎn)移端口 (在
該處轉(zhuǎn)移導(dǎo)管362連接到第一室340)處或其上游(即，更靠近旋轉(zhuǎn)軸) 處位于室340中。如果處理裝置如上所討論的繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)關(guān) 閉閥門342，則離心力將驅(qū)動(dòng)第一室340中的流體朝向第一室340的徑 向遠(yuǎn)端或下游端345，以使得轉(zhuǎn)移端口 (在該處轉(zhuǎn)移導(dǎo)管362連接到第 一室340)被流體覆蓋。如果系統(tǒng)不旋轉(zhuǎn)，則重力可用于使流體移向第 一室340的下游端345。結(jié)果是迫使從轉(zhuǎn)移導(dǎo)管362進(jìn)入第一室340的 任何滯留流體優(yōu)選通過第二室340中的被分析物。
圖8示出轉(zhuǎn)移導(dǎo)管362的入口端口進(jìn)入輸入室340的側(cè)面的位置。 在滴定后，當(dāng)圖8的處理陣列停止或變慢時(shí)，流體彎月面可以通過表 面能上移(即，沿箭頭302的方向)，使得流體彎月面延伸超過輸入 端口進(jìn)入轉(zhuǎn)移導(dǎo)管362中。在那種情況下，輸入室340中的流體可通 過毛細(xì)管作用(即，流體的側(cè)表面在室340中向上彎曲)移動(dòng)至轉(zhuǎn)移 導(dǎo)管362中。通向轉(zhuǎn)移導(dǎo)管362的輸入端口的可供選擇的位置將為室 340中更中心的位置(即，沿箭頭302的方向)，使得當(dāng)旋轉(zhuǎn)變慢時(shí)表 面能將流體彎月面拉離通向轉(zhuǎn)移導(dǎo)管362的輸入端口。
在一些實(shí)施例中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)減慢或停止時(shí)在熱驅(qū)動(dòng)室370中保持少 量的熱可能是理想的。這將潛在地提供向外的正壓力以防止或減少不 期望的流體進(jìn)入轉(zhuǎn)移導(dǎo)管362的可能性。
在其他實(shí)施例中，可能有利的是，在流體圈閉通道363的向上部 分(即，在箭頭302的方向上最遠(yuǎn)的圈閉通道363的部分)放置伸展 室以在停止或減慢旋轉(zhuǎn)時(shí)收集可能已經(jīng)進(jìn)入圈閉通道363的任何流體。 當(dāng)旋轉(zhuǎn)繼續(xù)時(shí)，則在任何這種伸展室中收集的流體將被驅(qū)動(dòng)回輸入室 340中。另外，在流體圈閉通道363中的伸展室或其他幾何形狀還可以 起作用以通過引入氣隙來分開流體通道的連續(xù)性，引入的氣隙可以有 助于防止或至少停止不期望的毛細(xì)管流動(dòng)和來自輸入室340的流體的 虹吸。彎月面高度、排出高度、通道尺寸、流體粘度、流體接觸角、旋 轉(zhuǎn)加速度、壓差、流體速度和流體密度都可以有助于控制輸入室340
灌注和虹吸進(jìn)入熱驅(qū)動(dòng)室370。當(dāng)圖8的處理陣列旋轉(zhuǎn)時(shí)， 一旦轉(zhuǎn)移導(dǎo) 管362和流體圈閉363部分在低于輸入室340中流體的表面下填充流 體，輸入室370中的流體將由于虹吸而流空。因此流體驅(qū)動(dòng)室370通 過壓差和虹吸來填充。
在圖8的示例性處理陣列中示出的其他可任選的結(jié)構(gòu)包括可被設(shè) 置通過導(dǎo)管382與第一室340流體連通的第三室380。導(dǎo)管382被描述 為在第二室340的中間點(diǎn)處與第一室340連接。作為另外一種選擇， 導(dǎo)管382可沿室340的高度在任何所選的位置處連接到第一室340 (其 中室的高度在它的上游和下游端之間確定)。
結(jié)合圖8的示例性處理陣列示出的另一個(gè)可任選的結(jié)構(gòu)為用于控 制流體從第三室380流到導(dǎo)管382中的單次使用的閥門結(jié)構(gòu)386。在示 出的處理陣列中，閥門結(jié)構(gòu)采用延伸至第三室380的空間中的閥門唇 緣的形式，閥門唇緣包括閥門隔板，穿過該閥門隔板可以形成開口 387 以允許流體從第三室380流入導(dǎo)管382 (類似于結(jié)合圖6中示出的處理 陣列描述的閥門結(jié)構(gòu))。
除了第三室380之外，處理陣列還可以包括亞腔室(subchamber) 388，其中在使用期間可以收集來自第三室380的流體。亞腔室388中 收集的流體可以傳送到中間室390中。對(duì)流體傳送到中間室390的控 制可以通過單次使用閥門389來提供。
例如，當(dāng)打開閥門389時(shí)(在亞腔室388充滿流體后)，來自亞 腔室388的流體可以進(jìn)入中間室390，中間室390可優(yōu)選包含一種或多 種試劑391。試劑391可優(yōu)選與來自亞腔室388的流體相互作用或由來 自亞腔室388的流體吸收。在選定的時(shí)間點(diǎn)，可以打開中間室390中
33的單次使用閥門392。當(dāng)打開閥門392時(shí)，中間室中的流體可以穿過與 處理導(dǎo)管332流體連通的導(dǎo)管393傳送到第二室360。
圖9中示出了又一個(gè)可以在根據(jù)本發(fā)明的處理裝置中提供的示例 性處理陣列。圖9的示例性處理陣列優(yōu)選位于設(shè)計(jì)用來繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn) 的處理裝置中，旋轉(zhuǎn)軸可以位于箭頭402方向的半徑401上或接近半 徑401處。當(dāng)繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，處理陣列的結(jié)構(gòu)將大致沿弧形箭頭404 表明的方向行進(jìn)。作為另外一種選擇，圖9的處理陣列可以用于基于 非旋轉(zhuǎn)重力的設(shè)備，其中箭頭402表明上游方向，g卩，與作用在處理 裝置上的重力方向相對(duì)(其中重力的方向?yàn)橄掠畏较?。
圖9的示例性處理陣列在許多方面類似于在圖8中示出的處理陣 列，并且包括諸如第一室440、存在于第一室340中的試劑441、填充 結(jié)構(gòu)430、單次使用閥門442和下游端445之類的結(jié)構(gòu)。另外，圖9的 處理陣列還包括通過處理導(dǎo)管432連接到第一室440的第二室460，以 及第三室480和閥門結(jié)構(gòu)486，穿過該閥門結(jié)構(gòu)486可以形成開口 487 以通過導(dǎo)管482傳送流體到第一室440。
另外類似于圖8的處理陣列，圖9的處理陣列還包括連接熱驅(qū)動(dòng) 室470到第一室440的轉(zhuǎn)移導(dǎo)管462。熱驅(qū)動(dòng)室470優(yōu)選位于處理裝置 的熱控制區(qū)域，處理陣列位于其中以根據(jù)本發(fā)明的原理提供進(jìn)行熱轉(zhuǎn) 移所需的熱控制。轉(zhuǎn)移導(dǎo)管462包括流體圈閉463，以防止流體通過處 理裝置的旋轉(zhuǎn)或單獨(dú)的重力從第一室440移動(dòng)到熱驅(qū)動(dòng)室470。
圖9的處理陣列中示出的另外的結(jié)構(gòu)為沿轉(zhuǎn)移導(dǎo)管462布置的閥 門472。閥門472可用于控制熱轉(zhuǎn)移功能的啟用。例如，如果關(guān)閉閥門 472，加熱或冷卻熱驅(qū)室470中的滯留流體將不會(huì)起到從第一室440中 拉引或移動(dòng)流體的作用。閥門472的準(zhǔn)確位置是不重要的，它僅需位 于在第一室440和熱驅(qū)動(dòng)室470之間。閥門472可以為類似于本文所 述的那些的單次使用閥門。圖9的處理陣列和圖8的處理陣列之間的另一個(gè)差別是圖9的處
理陣列不包括圖8處理陣列的亞腔室和中間室。然而，圖9的處理陣 列卻包括如第二室460 —樣位于熱控制區(qū)域450內(nèi)的第三室490。第二 室460包括位于其中的可任選的試劑461。第三室4卯也包括位于其中 的可任選的試劑491。第三室490還通過單次使用閥門462和導(dǎo)管492 連接到第二室460。圖9的處理陣列位于其中的處理裝置的旋轉(zhuǎn)或重力 將優(yōu)選將流體從第二室460移動(dòng)至第三室490，其中在這里，第三室 490位于第二室460的下游。
結(jié)合圖10示出了又一個(gè)示例性處理陣列并且示出了在本發(fā)明的處 理陣列中的另一個(gè)可任選的結(jié)構(gòu)。圖10的示例性處理陣列優(yōu)選位于設(shè) 計(jì)用于繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的處理裝置中，旋轉(zhuǎn)軸可以位于箭頭502方向的 半徑501上或接近半徑501。當(dāng)繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，處理陣列的結(jié)構(gòu)將大 致沿弧形箭頭504表明的方向行進(jìn)。作為另外一種選擇，圖10的處理 陣列可以用于基于非旋轉(zhuǎn)重力的設(shè)備，其中箭頭502表明上游方向， 即，與作用在處理裝置上的重力方向相對(duì)(其中重力的方向?yàn)橄掠畏?向)。
圖10的示例性處理陣列在許多方面類似于圖8和圖9中示出的處 理陣列，并且包括諸如第一室540、存在于第一室540中的填充結(jié)構(gòu) 530、單次使用閥門542和下游端545之類的結(jié)構(gòu)。另外，圖10的處 理陣列還包括通過處理導(dǎo)管532連接到第一室540的第二室560。
另外類似于圖8和9的處理陣列，圖IO的處理陣列還包括連接第 一室540到一對(duì)熱驅(qū)動(dòng)室570a和570b的轉(zhuǎn)移導(dǎo)管562。轉(zhuǎn)移導(dǎo)管562 包括流體圈閉563，在其之后轉(zhuǎn)移導(dǎo)管562分為轉(zhuǎn)移導(dǎo)管562a和562b。 熱驅(qū)動(dòng)室570a和570b兩者均優(yōu)選位于熱控制區(qū)域550中。
轉(zhuǎn)移導(dǎo)管562a和562b中的每一個(gè)可優(yōu)選包括閥門572a和572b(分別)用以控制流體流入和流出熱驅(qū)動(dòng)室570a和570b。閥門572a 和572b可優(yōu)選采用如本文所述的單次使用閥門的形式。在某些情況下， 熱驅(qū)動(dòng)室中的一個(gè)可不通過閥門與第一室540分離，而另外的熱驅(qū)動(dòng) 室用閥門分離。此外，雖然僅兩個(gè)驅(qū)動(dòng)室在圖IO的處理陣列中示出， 但是如果需要可以提供三個(gè)或更多個(gè)熱驅(qū)動(dòng)室。在另一個(gè)變型中，其 中提供多個(gè)熱驅(qū)動(dòng)室，可以用專用轉(zhuǎn)移導(dǎo)管(代替如在圖10所示分開 導(dǎo)管562)將各熱驅(qū)動(dòng)室連接到室540。
結(jié)合本發(fā)明的處理裝置中的處理設(shè)陣列使用試劑是可選的，艮卩， 本發(fā)明的處理裝置可以包括或可以不包括處理陣列室中的任何試劑。 在另一個(gè)變型中，不同處理陣列中的一些室可以包括試劑，而其他不 包括試劑。在又一個(gè)變型中，不同的室可以包含不同的試劑。此外， 可以涂布室結(jié)構(gòu)的內(nèi)部或者說是處理室結(jié)構(gòu)的內(nèi)部以控制試劑的粘 附。
用于本發(fā)明的處理裝置的處理陣列可優(yōu)選為"沒有排氣口的"。 如結(jié)合本發(fā)明使用的，"沒有排氣口的處理陣列"為其中僅有的通向 處理陣列的開口位于填充結(jié)構(gòu)(例如填充室)中的處理陣列(即，至
少兩個(gè)連接室)。換句話講，為了到達(dá)在沒有排氣口的處理陣列的處 理陣列中的室，被分析物必須傳送到填充結(jié)構(gòu)或直接傳送到室內(nèi)。相 似地，在填充被分析物前位于處理陣列中的任何空氣或其他流體還必 須通過該填充結(jié)構(gòu)從處理陣列中逸出。相比之下，有排氣口的處理陣 列將包括在填充結(jié)構(gòu)外的至少一個(gè)開口。那個(gè)開口將允許位于處理陣 列內(nèi)的任何空氣或其他流體在填充之前逸出。
在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中通過旋轉(zhuǎn)期間的使設(shè)備交替加速或減速，基本上是 擠壓分析物穿過導(dǎo)管和腔室，可以有利于移動(dòng)被分析物穿過包括有排 氣口的處理陣列的處理裝置。可以使用至少兩個(gè)加速/減速循環(huán)(即， 初始加速，然后減速，第二輪加速和第二輪減速)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。如果加 速和/或減速是快速的，則可能是更有用的。旋轉(zhuǎn)還可以優(yōu)選僅沿一個(gè)方向，g卩，在填充過程期間顛倒旋轉(zhuǎn)方向可能是不必要的。這種填充 處理允許被分析物置換位于在更遠(yuǎn)離設(shè)備旋轉(zhuǎn)中心的位置的處理陣列 的那些部分中的空氣。實(shí)際的加速和減速速率可以根據(jù)多種因素變化， 例如溫度、設(shè)備尺寸、被分析物離旋轉(zhuǎn)軸的距離、用于制造設(shè)備的材 料、被分析物的特性(如，粘度)等。
盡管沒有示出，但本發(fā)明的處理陣列中的室還可以包括一個(gè)或多 個(gè)可任選的混合室以有助于在室中混合材料。旋轉(zhuǎn)處理裝置中的混合
室及它們的操作可能在(例如)于2003年12月12日提交的美國專利 申請(qǐng)公開No.US 2005-0129583 Al，標(biāo)題為"SAMPLE MIXING ON A MICROFLUIDIC DEVICE (微流體設(shè)備上的樣品混合)"(代理人案 巻號(hào)為59072US002)中有更詳細(xì)的描述。然而，簡(jiǎn)而言之，結(jié)合旋轉(zhuǎn) 處理裝置中的腔室而提供的混合室可以通過改變處理裝置的旋轉(zhuǎn)速度 來工作，以將室中的被分析物移動(dòng)進(jìn)入混合室中并從混合室中移出， 以實(shí)現(xiàn)被分析物的混合。
圖11中示出了本發(fā)明的處理裝置中的又一個(gè)變型，其中處理裝置 610由位于框架630內(nèi)的多個(gè)處理模塊620構(gòu)造。框架630可優(yōu)選限定 中心612，使得設(shè)置在徑向陣列中的處理模塊620圍繞中心612。處理 模塊620中的每一個(gè)可以包括在其中形成的一個(gè)或多個(gè)處理陣列。關(guān) 于一些潛在可用的處理模塊和框架的另外細(xì)節(jié)可以在于2005年7月5
日提交的名稱為"MODULAR SAMPLE PROCESSING APPARATUS KITS AND MODULES (模塊樣品處理裝置套件和模塊)"的美國專利 申請(qǐng)公開No. US 2007-0007270 Al (序列號(hào)11/174,756)中找到。
如本文以及所附權(quán)利要求書中所用的，除非上下文明確地另外指 明，否則單數(shù)形式"一個(gè)"和"所述"包括多個(gè)指代物。因此，例如， 提及"熱驅(qū)動(dòng)室"包括多個(gè)熱驅(qū)動(dòng)室(除非另外明確地表明)，而提 及"室"包括指一個(gè)或多個(gè)室和對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的它們的等 同物。
37本文中引用的所有參考文獻(xiàn)和專利公開明確地以全文引用的方式 并入本公開。本文討論了本發(fā)明的示例性實(shí)施例并且提及了處于本發(fā)
明范圍內(nèi)的可能的變型。在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下，這些以及 其它變型和修改形式對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將是顯而易見的，并且應(yīng) 當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于本文所示出的示例性實(shí)施例。因此，本發(fā)明
僅應(yīng)受以下提供的權(quán)利要求書及其等同物的限定。
權(quán)利要求
1.一種用于轉(zhuǎn)移處理裝置內(nèi)的流體的方法，所述方法包括提供包括至少一個(gè)處理陣列的處理裝置，所述處理陣列包括第一室和包含滯留流體的熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)，其中所述熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)包括連接至所述第一室的轉(zhuǎn)移導(dǎo)管；在所述第一室中提供被分析物；通過加熱所述熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)中的所述滯留流體的至少一部分，使得所述熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)內(nèi)的所述滯留流體的體積增加，以迫使所述滯留流體的第一部分進(jìn)入所述第一室，從而使所述滯留流體的所述第一部分穿過所述轉(zhuǎn)移導(dǎo)管進(jìn)入在所述第一室中的所述被分析物；以及在使所述滯留流體的所述第一部分進(jìn)入所述第一室之后，冷卻所述熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)中的加熱的滯留流體，其中所述熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)內(nèi)的所述滯留流體的體積減少，使得所述第一室中的所述被分析物的至少一部分穿過所述轉(zhuǎn)移導(dǎo)管被吸入所述熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，還包括對(duì)所述熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)中的所 述滯留流體進(jìn)行兩個(gè)或多個(gè)連續(xù)的加熱和冷卻循環(huán)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，還包括在使所述滯留流體的所述 第一部分通過所述第一室中的所述被分析物的同時(shí)繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)所述 處理裝置，其中所述旋轉(zhuǎn)朝向所逢第一室的徑向遠(yuǎn)端驅(qū)動(dòng)所述被分析 物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)移導(dǎo)管的至少一部分 位于比所述第一室的至少一部分更靠近所述旋轉(zhuǎn)軸的位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)包括與所述轉(zhuǎn)移 導(dǎo)管流體連通的圈閉室，并且其中所述熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)包括通過驅(qū)動(dòng)導(dǎo)管 與所述圈閉室流體連通的熱驅(qū)動(dòng)室，并且其中通過所述轉(zhuǎn)移導(dǎo)管被吸2入所述轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)中的所述被分析物的一部分在所述圈閉室中沉積。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中不直接加熱所述圈閉室中的 所述滯留流體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)所述處理裝 置，其中所述轉(zhuǎn)移導(dǎo)管和所述驅(qū)動(dòng)導(dǎo)管在所述圈閉室的徑向近側(cè)連接至所述圈閉室，使得在旋轉(zhuǎn)所述處理裝置時(shí)進(jìn)入所述圈閉室的流體被 朝所述圈閉室的徑向遠(yuǎn)側(cè)驅(qū)動(dòng)，從而使進(jìn)入所述圈閉室的所述流體的 大部分不進(jìn)入所述驅(qū)動(dòng)導(dǎo)管，其中所述圈閉室的徑向近側(cè)位于比所述 圈閉室的徑向遠(yuǎn)側(cè)更靠近所述旋轉(zhuǎn)軸的位置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中進(jìn)入所述圈閉室的基本上所 有的所述流體不進(jìn)入所述驅(qū)動(dòng)導(dǎo)管。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，所述方法還包括繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)所 述處理裝置，其中所述轉(zhuǎn)移導(dǎo)管在第一端口處連接至所述第一室，其 中所述第一端口位于沿由所述第一室占據(jù)的徑向長度的中間位置，其 中沿著從所述旋轉(zhuǎn)軸延伸的半徑確定所述徑向長度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在使所述滯留流體的第 一部分穿過所述轉(zhuǎn)移導(dǎo)管進(jìn)入所述被分析物之前打開位于所述第一室 和所述轉(zhuǎn)移導(dǎo)管之間的閥門。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述處理陣列包括第二室 和在所述第二室與所述第一室之間延伸的第二導(dǎo)管，其中所述方法還 包括通過繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)所述處理裝置將流體通過所述第二導(dǎo)管從所述 第二室傳送到所述第一室。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述方法還包括在將流體通過所述第二導(dǎo)管從所述第二室傳送到所述第一室之前打開位于所述 第二室和所述第二導(dǎo)管之間的第二室閥門。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述處理裝置還包括沿所 述第二導(dǎo)管位于所述第二室和所述第一室之間的中間室，其中從所述 第二室傳送到所述第一室的所述流體在所述流體到達(dá)所述第一室之前 進(jìn)入所述中間室，其中所述中間室包括位于其中的試劑，并且其中在 所述流體到達(dá)所述第一室之前所述流體接觸所述中間室中的所述試 劑。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述方法還包括在使所述 流體從所述第二室進(jìn)入所述中間室之前打開位于所述中間室和所述第 二室之間的中間室入口閥。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述方法還包括在使所述 流體從所述中間室進(jìn)入所述第一室之前打開位于所述中間室和所述第 一室之間的中間室出口閥。
16. —種處理裝置，包括在主體中形成的至少一個(gè)處理陣列，其中所述至少一個(gè)處理陣列包括第一室； 第二室；處理導(dǎo)管，所述處理導(dǎo)管在所述第一室和所述第二室之間延 伸，其中所述第一室和所述第二室限定當(dāng)從所述第二室朝向所述第一 室移動(dòng)時(shí)的上游方向以及當(dāng)從所述第一室朝向所述第二室移動(dòng)時(shí)的下 游方向；熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)，所述熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)包括熱驅(qū)動(dòng)室和轉(zhuǎn)移導(dǎo)管，所 述熱驅(qū)動(dòng)室包含滯留流體，所述轉(zhuǎn)移導(dǎo)管在所述第一室和所述熱驅(qū)動(dòng) 室之間延伸，其中所述轉(zhuǎn)移導(dǎo)管穿過轉(zhuǎn)移端口進(jìn)入所述第一室，并且其中所述轉(zhuǎn)移導(dǎo)管包括流體圈閉，在所述流體圈閉中，所述轉(zhuǎn)移導(dǎo)管 的一部分在所述轉(zhuǎn)移端口和所述熱驅(qū)動(dòng)室之間沿上游方向行進(jìn)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述轉(zhuǎn)移導(dǎo)管的所述流體 圈閉在所述第一室和所述熱驅(qū)動(dòng)室之間至少到達(dá)所述第一室的中點(diǎn)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，還包括位于所述第一室和所述熱驅(qū)動(dòng)室之間的閥門，其中通過所述轉(zhuǎn)移導(dǎo)管在所述第一室和所述熱 驅(qū)動(dòng)室之間的流體流通受到抑制直到打開所述閥門。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)還包括沿 所述轉(zhuǎn)移導(dǎo)管位于所述第一室和所述熱驅(qū)動(dòng)室之間的圈閉室，其中所 述圈閉室位于所述流體圈閉內(nèi)或所述流體圈閉和所述熱驅(qū)動(dòng)室之間。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中所述圈閉室沿所述圈閉室 的上游端連接至所述轉(zhuǎn)移導(dǎo)管。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)包括兩個(gè) 或多個(gè)熱驅(qū)動(dòng)室，其中所述兩個(gè)或多個(gè)熱驅(qū)動(dòng)室的全部均位于所述轉(zhuǎn) 移導(dǎo)管中的所述流體圈閉的下游。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，還包括位于所述第一室和每個(gè) 所述熱驅(qū)動(dòng)室之間的閥門，其中通過所述轉(zhuǎn)移導(dǎo)管在所述第一室和每 個(gè)所述熱驅(qū)動(dòng)室中之間的流體流通受到抑制直到打開位于所述第一室 和所述熱驅(qū)動(dòng)室之間的所述閩門。
23. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述處理導(dǎo)管從所述轉(zhuǎn)移 端口沿下游方向連接至所述第一室。
24. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，還包括位于所述第一室和所述處理導(dǎo)管之間的閥門，其中通過所述處理導(dǎo)管從所述第一室至所述第 二室的流體流通受到抑制直到打開所述閥門。
25.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中多個(gè)所述處理陣列位于所述主體中，其中所述處理陣列基本上圍繞所述主體的中心徑向排列， 使得所述上游和下游方向基本上從所述主體的所述中心徑向延伸。
全文摘要
本發(fā)明公開了包括一個(gè)或多個(gè)具有熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)的處理陣列的處理裝置，所述一個(gè)或多個(gè)處理陣列可以單獨(dú)或結(jié)合重力/旋轉(zhuǎn)使用以傳送在微流體系統(tǒng)中的流體。通過改變一個(gè)或多個(gè)室(270)的溫度而產(chǎn)生真空以在處理陣列內(nèi)沿所選的方向抽吸流體可以實(shí)現(xiàn)熱傳送功能。本發(fā)明的方法和裝置使用熱轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)可以提供沿與重力和/或旋轉(zhuǎn)處理裝置產(chǎn)生的離心力方向相對(duì)的方向移動(dòng)流體的能力。換句話講，使用熱活化的真空流體可以相對(duì)于重力方向或朝向旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)。
文檔編號(hào)B01L3/00GK101568385SQ200780047650
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者克里斯托弗·R·科考伊瑟爾, 威廉姆·拜丁漢姆, 杰弗里·C·佩德森 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司