樣本計(jì)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及改進(jìn)的樣本計(jì)量裝置，該樣本計(jì)量裝置用于提供預(yù)定量的液體樣本。
【背景技術(shù)】
[0002]存在許多需要提供預(yù)定量液體樣本的情況，例如，出于測(cè)試目的，并且以不需要復(fù)雜設(shè)備和/或熟練操作人員的簡(jiǎn)單方式來(lái)準(zhǔn)確且可靠地實(shí)現(xiàn)預(yù)定量液體樣本的提供卻很困難，尤其是在涉及諸如微流控裝置中涉及極少量液體的情況下。這與例如具有用于測(cè)試液體樣本中感興趣成分的存在和量的一個(gè)或多個(gè)毛細(xì)通路的樣本測(cè)試裝置一起應(yīng)用，其中，液體樣本通常為身體流體，諸如血液(全血或血漿)、尿、唾液等。
[0003]對(duì)于床旁測(cè)試化驗(yàn)系統(tǒng)，期望不熟練操作者將未測(cè)量體積的樣本添加至該裝置，并且期望該裝置自動(dòng)提取所需體積并以安全的方式隔絕任何多余樣本以防止污染。
[0004]很多系統(tǒng)基于從流的開(kāi)始“捕捉(capturing) ”限定體積并且限制被吸入化驗(yàn)毛細(xì)管的體積(例如，使用具有限定體積的引流(wick)區(qū)域，諸如，很多懷孕測(cè)試)。然而，這種方法確實(shí)有缺陷。如果計(jì)量區(qū)被流體連接到該裝置的其他部分，隨后使用者進(jìn)行了不小心的照顧，或者在途徑中發(fā)生中斷，那么會(huì)通過(guò)計(jì)量區(qū)吸入過(guò)量流體并獲得不正確的體積。使用基于管腔型毛細(xì)管的裝置會(huì)難以使流體離開(kāi)引流部(Wick)，因?yàn)橐鞑恐械拿?xì)作用力比管腔中的力更大。
[0005]另一方法是從流體前部“捕捉”限定體積，然后使用溢流口從樣本流的后部放棄多余樣本。然后，將限定的體積轉(zhuǎn)移到反應(yīng)區(qū)。第2011/0003286號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)采用了這種方法。通過(guò)在流動(dòng)路徑中使用壓力和限制的組合，使樣本進(jìn)入計(jì)量區(qū)但不因流出處毛細(xì)管尺寸的減小而離開(kāi)。過(guò)量的樣本被清出進(jìn)給通路，然后施加較高的壓力以強(qiáng)制限定體積的樣本經(jīng)過(guò)采樣區(qū)域并進(jìn)入反應(yīng)區(qū)。這種系統(tǒng)復(fù)雜并且依賴用于流體流動(dòng)的毛細(xì)管作用的附加的動(dòng)力。因而，這種系統(tǒng)不適合于純粹的毛細(xì)管系統(tǒng)。
[0006]PCT/GB2012/050575描述了更適合于微毛細(xì)管裝置且不依賴外部推進(jìn)力的替代方法。該系統(tǒng)的基礎(chǔ)是使用始于主通路的側(cè)通路來(lái)保持任何多余樣本。通過(guò)使用遠(yuǎn)程閥門(mén)控制從通路的空氣外出，樣本被引入側(cè)通路或主通路。在使用中，過(guò)量的樣本被加入到樣本端口并且沿主通路被引導(dǎo)，直至過(guò)量的樣本到達(dá)與側(cè)通路的交叉部。通過(guò)控制遠(yuǎn)程閥，使樣本流入相應(yīng)的側(cè)通路。當(dāng)樣本端口為空時(shí)流動(dòng)停止。因而，毛細(xì)管從樣本端口至交叉部的長(zhǎng)度限定了用于化驗(yàn)的樣本體積，其中，多余的樣本被限制在側(cè)通路中。因而，通過(guò)從流體體積的后端部捕獲限定的體積來(lái)實(shí)現(xiàn)樣本計(jì)量，其中，多余的樣本從前部放棄。該方法非常有效并且適用于微毛細(xì)管系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的樣本計(jì)量裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供了用于液體樣本的樣本計(jì)量裝置，該裝置包括I)樣本計(jì)量元件以及2)控制元件，所述樣本計(jì)量元件包括:i)至少一個(gè)毛細(xì)通路，具有第一入口、第二入口和毛細(xì)通路出口 ；ii)側(cè)通路，從毛細(xì)通路的中途沿毛細(xì)通路的長(zhǎng)度延伸并且通向側(cè)通路出口 ；所述控制元件包括2)控制元件，包括i)第一密封器件，可操作以可釋放地密封毛細(xì)通路出口 ；以及ii)第二密封器件，可操作以可釋放地密封側(cè)通路出口。
[0009]在優(yōu)選實(shí)施方式中，該樣本計(jì)量裝置可包括樣本施加區(qū)域，該樣本施加區(qū)域用于接納用于通過(guò)第一入口進(jìn)入毛細(xì)通路的待測(cè)試的液體樣本，并且，如果適當(dāng)，還可以用于存儲(chǔ)待測(cè)試的液體樣本。該樣本計(jì)量裝置還可包括流體施加區(qū)域，該流體施加區(qū)域接納用于通過(guò)第二入口進(jìn)入毛細(xì)通路的流體(例如追蹤(chase)緩沖液)，并且，如果適當(dāng)，還可以用于存儲(chǔ)用于通過(guò)第二入口進(jìn)入毛細(xì)通路的流體。
[0010]提供第二入口使得能夠在樣本的測(cè)試體積之后對(duì)毛細(xì)通路施加緩沖液或其他非樣本流體。第二入口優(yōu)選與第一入口位于相同的流動(dòng)線路中。第二入口位于第一入口和與側(cè)通路的交叉部之間。第二入口的位置確定樣本測(cè)試體積的量，其中，通過(guò)將流體施加至第二入口使樣本測(cè)試體積沿毛細(xì)通路下移，因?yàn)樵诘谝蝗肟谂c第二入口之間的任何樣本都不會(huì)形成測(cè)試體積的一部分。因而，為了使測(cè)試體積最大，優(yōu)選將第二入口直接定位在第一入口的下游。優(yōu)選地，第二入口位于在第一入口的至少15毫米、至少7毫米或至少5毫米以內(nèi)。
[0011]第二入口可與例如在流體分配器件中提供的流體池(例如膠囊)和/或流體施加區(qū)域流體相通。優(yōu)選地，供應(yīng)第二入口的流體池和/或流體施加區(qū)域與供應(yīng)第一入口的流體池和/或流體施加區(qū)域不同。然而，在某些實(shí)施方式中，它們可以相同。
[0012]使用與第一入口分離的第二入口在那些將總體過(guò)量的樣本添加至該裝置的情況下是有利的。在這種情況下，側(cè)通路會(huì)變滿，而樣本依然在樣本池或樣本施加區(qū)域中。然后，當(dāng)引入緩沖液時(shí)，樣本可進(jìn)入通向被引入化驗(yàn)的過(guò)量樣本的毛細(xì)管。在第一(樣本)入口的下游提供第二入口巧妙地避免了這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樽粉櫨彌_液有助于使得僅測(cè)試體積而非過(guò)量樣本沿毛細(xì)管流動(dòng)。
[0013]在實(shí)施方式中，可設(shè)置第三入口。第三入口可用于添加試劑。第三入口優(yōu)選設(shè)置在第二入口的下游。優(yōu)選地，第三入口被定位在毛細(xì)通路與側(cè)通路的交叉部的下游。優(yōu)選地，在使用第三入口向毛細(xì)通路添加試劑的情況下，第三入口的確切位置將取決于該化驗(yàn)的、需要添加試劑的時(shí)間點(diǎn)。在知道毛細(xì)通路的幾何形狀的情況下，該位置可根據(jù)在添加試劑之前或之后所需的化驗(yàn)時(shí)間來(lái)確定。因而，例如，在期望使樣本與試劑之間的反應(yīng)時(shí)間最大化的情況下，可將第三入口定位為靠近第二入口，優(yōu)選為剛好定位在第二入口的下游。在所需反應(yīng)時(shí)間較短的情況下，可將第三入口定位在離第二入口較遠(yuǎn)的下游，靠近信號(hào)測(cè)量或測(cè)試區(qū)域。優(yōu)選地，第三入口可設(shè)置在與側(cè)通路的交叉部與信號(hào)測(cè)量或測(cè)試區(qū)域之間。在實(shí)施方式中，第三入口可設(shè)置在距離與側(cè)通路的交叉部或第二入口的下游60毫米至250毫米，優(yōu)選為80毫米至230毫米，優(yōu)選為100毫米至200毫米，優(yōu)選為120毫米至180毫米。
[0014]毛細(xì)通路在第二入口與信號(hào)測(cè)量或檢測(cè)區(qū)之間的部分通常被稱為反應(yīng)區(qū)。第三入口可設(shè)置在第二入口與反應(yīng)區(qū)的起始處之間，或設(shè)置在反應(yīng)區(qū)內(nèi)。
[0015]提供第三入口允許向該裝置添加如液體的試劑，因而避免了以干燥且可復(fù)原的形式在毛細(xì)通路中沉淀試劑的需要。因而，避免了與試劑的沉積及其重構(gòu)相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題。另夕卜，以液體形式直接提供至毛細(xì)通路的試劑能夠立即與樣本和任何緩沖液混合，從而增加毛細(xì)通路內(nèi)用于反應(yīng)的可用時(shí)間。試劑包括本文中描述的那些試劑。
[0016]本發(fā)明通?？蓱?yīng)用于流體流動(dòng)為被動(dòng)(即，流體流動(dòng)并不通過(guò)外力來(lái)控制)的毛細(xì)管裝置。該裝置的密封器件充當(dāng)遠(yuǎn)程(離線)閥，通過(guò)元件的通路來(lái)控制樣本液體的被動(dòng)流動(dòng)。因而，密封器件能夠可釋放地在密封器件被定位成密封出口的位置與出口未被密封的位置之間移動(dòng)，從而分別停止液體樣本流動(dòng)或允許液體樣本流動(dòng)。遠(yuǎn)程或離線是指閥(密封器件)能夠控制液體樣本的流動(dòng)(即，停止或減慢、或恢復(fù)流動(dòng))而不需要密封器件與液體樣本或流體之間相接觸。液體樣本在毛細(xì)通路之外。當(dāng)通過(guò)第一入口提供液體樣本時(shí)，只有當(dāng)?shù)谝幻芊馄骷徊僮鳛椴幻芊饷?xì)通路的出口時(shí)液體才會(huì)沿毛細(xì)通路流動(dòng)。當(dāng)?shù)谝幻芊馄骷徊僮鳛槊芊獬隹跁r(shí)，則流體不可沿毛細(xì)通路流動(dòng)。因而，密封器件的操作可用于控制毛細(xì)通路和/或側(cè)通路中的流體流。
[0017]本發(fā)明通過(guò)將液體樣本施加至樣本施加區(qū)域來(lái)使用，其中，第一密封器件被操作為密封毛細(xì)通路出口并且第二密封器件被操作為不密封側(cè)通路出口。液體樣本經(jīng)由第一入口被引入毛細(xì)通路，并且因?yàn)槊?xì)通路出口被密封，所以液體樣本僅通過(guò)毛細(xì)作用沿毛細(xì)通路流動(dòng)直到與側(cè)通路的交叉部。然而，因?yàn)閭?cè)通路出口未密封，所以液體能夠流入側(cè)通路并沿側(cè)通路流動(dòng)。毛細(xì)管將繼續(xù)流動(dòng)，并且測(cè)試體積以上的任何多余液體均將開(kāi)始填充側(cè)通路。當(dāng)以將所有樣本吸入毛細(xì)通路中(然后毛細(xì)管中的反拉力與前拉力相等)或側(cè)通路充滿時(shí)，流動(dòng)停止。以這種方式，毛細(xì)通路被樣本液體填充至限定的點(diǎn)(與側(cè)通路的交叉部)。超過(guò)測(cè)試體積的任何多余樣本均被容納在側(cè)通路中。如果樣本體積過(guò)小，那么液體樣本不會(huì)到達(dá)側(cè)通路。因而，優(yōu)選地將略微超過(guò)測(cè)試體積的樣本添加至該裝置中。優(yōu)選地，測(cè)試體積為適合于化驗(yàn)類型的預(yù)先確定的體積。為了協(xié)助樣本沿毛細(xì)通路的毛細(xì)流動(dòng)，經(jīng)由第二入口將追蹤緩沖液添加至毛細(xì)通路。在實(shí)施方式中，在添加追蹤緩沖液之前，第一入口被密封以阻止樣本的任何回流。在實(shí)施方式中，在添加樣本后，密封器件用于密封毛細(xì)通路和側(cè)通路出口二者。在將緩沖液添加至第二入口時(shí)，密封器件被操作為不密封毛細(xì)通路出口，并且樣本和緩沖液沿毛細(xì)通路流動(dòng)。優(yōu)選地，密封器件繼續(xù)密封側(cè)通路出口。在可替代實(shí)施方式中，密封器件的條件在釋放緩沖液之前被反轉(zhuǎn)(因而，不存在主通路和側(cè)通路出口均被密封的“保持”位置)，其中，第一密封器件運(yùn)行以不密封毛細(xì)通路出口，并且第二密封器件運(yùn)行以密封側(cè)通路出口。緩沖液沿通路跟隨樣本流。第二入口可在添加緩沖液之后進(jìn)行密封以例如避免回流，具體是在第二入口的下游，第三入口被提供以用于添加試劑的的情況下。然后，毛細(xì)通路中的液體例如通過(guò)毛細(xì)作用自由地沿毛細(xì)通路進(jìn)一步流動(dòng)。沿側(cè)通路將沒(méi)有進(jìn)一步的流動(dòng)，包括朝向毛細(xì)通路的回流。從第二入口至與側(cè)通路的交叉部的樣本液體的體積在本文中被稱為測(cè)試體積。
[0018]該樣本計(jì)量裝置具有以下優(yōu)點(diǎn):樣本液體的前緣不作為測(cè)試流體使用，而是作為多余流體被移動(dòng)至側(cè)通路中。因而，限定的樣本并不離開(kāi)主毛細(xì)管，所以可繼續(xù)沿毛細(xì)通路流動(dòng)以供化驗(yàn)。除了毛細(xì)力之外，不需要復(fù)雜的流控技術(shù)或附加動(dòng)力來(lái)源。另外，該設(shè)計(jì)使得多余樣本被安全地容納在該裝置內(nèi)，從而防止任何外部污染。
[0019]該樣本計(jì)量裝置提供了用于獲得毛細(xì)通路中的液體樣本的預(yù)定體積(測(cè)試體積)的簡(jiǎn)單、方便和可靠的方式。測(cè)試體積的大小取決于位于第二流體應(yīng)用入口與側(cè)通路入口之間的毛細(xì)通路的橫截面積和長(zhǎng)度。根據(jù)化驗(yàn)的目的，在第二流體入口與側(cè)通路入口之間的毛細(xì)通路的體積(測(cè)試體積)可為任何合適的尺寸。優(yōu)選毛細(xì)通路的體積范圍為從I微升至200微升，更優(yōu)選地介于I微升與150微升之間，更優(yōu)選地介于I微升與50微升之間，更優(yōu)選地介于I微升與20微升之間，更優(yōu)選地介于I微升與10微升之間。
[0020]密封器件充當(dāng)遠(yuǎn)程閥門(mén)，其操作用于控制毛細(xì)管中，以及設(shè)置有密封器的位置(側(cè)通路)處的流動(dòng)。密封器件在外部提供給通路，因此，能夠在密封器件不與液體樣本相接觸的情況下控制毛細(xì)通路中液體樣本的流動(dòng)。因而，密封器件為用于控制液體樣本流的有效的離線閥，以使得該密封器件能夠控制液體樣本在毛細(xì)通路中的流動(dòng)而不需要密封器件與液體樣本之間的接觸(即，該密封器件在距離流體的前緣一段距離處操作)。
[0021]密封器件進(jìn)行操作以部分或完全打開(kāi)或閉合出口。密封器件還可以被設(shè)置為打開(kāi)或閉合(完全或部分地)入口。出口密封器件和入口密封器件可以相同或不同?？商峁┟芊馄骷悦芊庖粋€(gè)或多個(gè)出口 ；并且可提供其他密封器件以密封一個(gè)或多個(gè)入口?？商娲兀芊馄骷擅芊庖粋€(gè)或多個(gè)出口和一個(gè)或多個(gè)入口的組合(例如，用于主通路和相關(guān)聯(lián)的側(cè)通路的入口和出口)。
[0022]用于本發(fā)明的密封器件必須在與出入成密封關(guān)系時(shí)足以為通路提供氣密密封。氣密密封將基本或完全停止與密封的出口相關(guān)的通路中的流體流。
[0023]本發(fā)明優(yōu)選適用于任何毛細(xì)通路裝置，并且發(fā)現(xiàn)在需要傳輸或控制一個(gè)或多個(gè)液體的各種微流體應(yīng)用中的應(yīng)用。因而，本發(fā)明可適用于微流體裝置，包括例如噴墨打印頭、DNA芯片、芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)、基于生物技術(shù)的陣列、以及基于微流體的樣本化驗(yàn)、微推進(jìn)器以及微熱技術(shù)。在優(yōu)選實(shí)施方式中，該樣本計(jì)量裝置是診斷化驗(yàn)裝置，優(yōu)選為現(xiàn)場(chǎng)診斷裝置。診斷化驗(yàn)裝置優(yōu)選地單層裝置，即，其中，毛細(xì)通路位于單一平面上。該裝置可設(shè)置為與依賴除毛細(xì)作用之外的其他動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)流體流的裝置(優(yōu)選為集成裝置)組合。在這種實(shí)施方式中，本文中對(duì)毛細(xì)作用和毛細(xì)通路的引用包括在其范圍內(nèi)的任何適用的流體流動(dòng)或通過(guò)。
[0024]本發(fā)明優(yōu)選用于基于采樣的化驗(yàn)，其中，將測(cè)量體積的液體從較大體積去除并進(jìn)行化驗(yàn)。本發(fā)明具體適用于化驗(yàn)樣本液體以確定具體成分。雖然本發(fā)明可適用于生物和非生物的應(yīng)用，但是本發(fā)明特別適用于生物應(yīng)用。因而，本發(fā)明優(yōu)選用于化驗(yàn)生物樣本以確定具體成分，例如分析物。通常，可使用本發(fā)明的化驗(yàn)為基于微流體的化驗(yàn)，包括例如基于凝集的化驗(yàn)、基于捕捉的化驗(yàn)(諸如ELISA化驗(yàn))以及基于凝固的化驗(yàn)。該化驗(yàn)可以是定量或定性的。本發(fā)明可適用于與任何液體樣本一起使用。用于使用本發(fā)明的化驗(yàn)的優(yōu)選生物樣本為血液(全血或血漿)和尿液。
[0025]本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了在具有用于測(cè)試液體樣本(例如血液或其他身體流體)中感興趣成分的存在的一個(gè)或多個(gè)毛細(xì)通路的樣本計(jì)量裝置中的具體應(yīng)用，如本領(lǐng)域公知，例如診斷化驗(yàn)，諸如，在W02004/083859和W02006/046054中公開(kāi)的凝集化驗(yàn)。
[0026]該裝置的樣本計(jì)量元件可包括多個(gè)(S卩，兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或更多)的毛細(xì)通路，每個(gè)都具有相關(guān)聯(lián)的側(cè)通路。優(yōu)選地，每個(gè)毛細(xì)通路均包括第一入口和第二入口。可選地，每個(gè)通路均