使用半导体检测芯片的样品处理系统、装置及方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年9月20日提交的第62/734,079号美国临时申请的优先权，该申请通过引用整体并入本文。

本申请大致涉及以下申请：于2016年4月提交的题为“fluidicbridgedeviceandsampleprocessingmethods”的第us2016/025748号pct申请；于2000年8月25日提交的题为“fluidcontrolandprocessingsystem”的第6,374,684号美国专利；于2002年2月25日提交的题为“fluidprocessingandcontrol”的第8,048,386号美国专利；以及于2016年7月22日提交的题为“thermalcontroldeviceandmethodsofuse”的第2017/0023281号美国申请；上述专利申请中的每个均出于所有目的通过引用以全文并入本文。

本申请大致涉及流体操作，更具体地，涉及一种用于处理样品并便于运输制备好的样品以便用半导体芯片装置进一步处理的装置、系统和方法，特别地，所述半导体芯片装置为半导体检测芯片。

背景技术：

近年来，在进行流体样品分析(例如，临床样品、生物样品或环境样品的测试)中使用半导体芯片已经取得了相当大的发展。一个持续的挑战是在制备中对流体样品进行处理以利用半导体芯片进行分析。这种流体样品的处理通常包括一系列处理步骤，可包括流体样品的化学、光学、电学、机械、热或声学处理。无论合并到台式仪器、便携式分析器、一次性盒或其组合中，这种处理通常都涉及复杂的流体部件和处理算法。开发具有鲁棒性的流体样品处理系统可能极具挑战性且昂贵。

用于处理流体样品的常规方法通常包括大量手动操作，而最近的方法已经寻求使许多处理步骤自动化，并且可包括使用采用一系列区域或室的样品盒，每个区域或室均配置成用于使流体样品经受特定处理步骤。当流体样品顺序地从盒的区域或室流过盒到后继的盒的区域或室时，流体样品经历根据特定方案的处理步骤。然而，这种系统通常包括集成的分析装置，并且通常不适于与半导体芯片一起使用。利用半导体检测芯片的标准方法，诸如“芯片上的实验室(labonachip)”装置，通常需要相当复杂的、耗时且昂贵的努力，需要将芯片结合到常规的芯片封装中，然后结合到利用常规流体输送装置将流体样品输送至芯片装置的大得多的系统中。流体样品通常由一个或多个完全分离的系统(通常包括手动相互作用)制备，然后吸取到流体输送系统中以供应到芯片封装。与测试前过程和测试后过程相关的这些挑战常常使这种“芯片上的实验室”装置的优点和益处最小化，并且对“芯片上的实验室”装置在诊断测试中的广泛使用和接受设置了实际障碍。

因而，需要开发一种以稳健和一致的方式执行大范围的样品处理步骤并且与半导体芯片兼容使用的装置。还需要以下方法和装置：该方法和装置允许与现有技术无缝集成，并改进流体样品工艺和处理中的效率和生产量，并克服上述挑战。

技术实现要素：

本申请提供了便于流体样品的处理和处理样品的输送以利用半导体检测芯片(也称为“芯片”、“检测芯片”或“半导体芯片”)进行分析的装置、方法和系统。在一方面，这种方法和系统利用现有的样品处理技术来执行一个或多个处理步骤，然后将处理后的流体样品输送至与半导体芯片的接口，并利用半导体芯片执行进一步处理。这种进一步处理通常包括用半导体检测芯片分析目标分析物。在一些实施方式中，本申请还提供用于以下各项中的任何一个的装置：当用半导体检测芯片执行测试时，对芯片进行供电、通信、编程或信号处理。

在一方面，所述装置配置成与多种不同类型芯片中的任一芯片一起使用，且允许采用即插即用方法来利用半导体检测芯片。例如，该装置允许将系统用作平台，以便以更经济有效的方式容易地接受和利用现有的“芯片上实验室”装置。可理解的是，该装置可配置成用于与任何类型的半导体检测芯片一起使用，包括但不限于cmos芯片、离子敏感fet(isfet)芯片、体声芯片、非体声芯片、压电声芯片和孔阵列传感器芯片。另外，半导体检测芯片可适用于许多jdec标准中的任一个的开放式封装，包括但不限于四方扁平无引线(qfn)、双列直插式(dualin-line)和bga阵列。可替代地，半导体检测芯片可直接安装至pcb上作为板上芯片部件。在一些实施方式中，半导体检测芯片用作生物传感器，该生物传感器将生物敏感元件与物理或化学换能器组合，以选择性地(以及在一些实施方式中，定量地)检测流体样品中存在特定分析物。在一些实施方式中，芯片响应于物理、化学或光输入信号提供电或光输出信号。该装置还可包括在利用检测芯片执行测试时用于供电、通信、信号集成和数据流的特征，并且可包括便于在系统内使用芯片的软件。该装置可进一步配置成通过利用各种“板上”特征来便于使用芯片装置进行测试，或可配置成与各种“板内”或“板外特征”一起使用，如下文进一步详细描述。

在一方面，本申请涉及一种利用样品盒和与样品盒联接的芯片载体装置来处理和分析流体样品的系统。这种系统可包括：配置成保持生物样品的样品盒，所述样品盒包括通过可移动阀体流体互连的多个处理室；用于执行样品制备的模块，所述模块具有适于接收样品盒并与所述样品盒可拆卸地联接的盒接收器；以及具有流体接口的芯片载体装置，芯片载体装置配置成用于与所述样品盒流体联接。当承载在该装置的芯片载体内时，流体接口与该装置的流动池室流体连通，流动池室与半导体检测芯片流体连通。所述芯片载体装置包括电接口，所述电接口配置成当芯片支承在所述装置的载体内时，对芯片供电。电接口还可配置成便于与芯片的通信、以及信号处理和编程。

在一些实施方式中，芯片载体装置可包括各种板上芯片特征，诸如本文所述的那些板上芯片特征中的任一种。该芯片载体装置包括：流体样品适配器、流动池(flowcell)适配器和芯片载体部件。流体接口配置成用于与样品盒流体联接，流体接口经由流体路径与流体样品适配器的第一组端口流体连通。流动池适配器可与流体样品适配器联接，流动池适配器限定流动池室，当通过流动池适配器的一个或多个流动池端口与流体样品适配器联接时，流动池室与流体样品适配器流体连通。芯片载体可与流动池适配器联接或与流动池适配器集成，并且包括配置成用于支承半导体芯片的载体部分。芯片载体装置还可包括电联接至载体部分的电接口，以便当芯片支承在芯片载体内时，为芯片供电。芯片载体装置可包括各种“板上”特征，包括过滤器、预pcr室、声处理室、阀/座、热循环室、磁分离器、光学询问、光链路，rf、磁或与芯片装置的测试相关的任何特征或能力中的任一个。

在一些实施方式中，所述装置可配置成与所述系统的各种“板内”特征一起使用，例如，芯片载体装置可与配置成执行各种功能的、所述系统的接口或单独装置接合，所述系统的接口或单独装置可包括但不限于用于样品处理、热循环、通信、测试、信号处理等的部件。这种系统可包括电接口或与芯片载体装置分离但与芯片载体装置接口的各种其它部件。

在一些实施方式中，芯片载体装置配置成与各种“板外”特征一起使用，例如，芯片载体装置可便于向外部装置或接口的输送，或便于将制备好的流体样品输送至与一个或多个外部板外部件(例如，热循环、电接口、检测接口)接口的芯片的部分。在一些实施方式中，该装置可桥接或链接到独立的装置或模块，以便前端检测装置，诸如maldi-tof、质谱仪、nmri或其它这样的检测装置。

在一些实施方式中，样品盒采用旋转阀配置来控制盒内的流体运动，这允许流体样品处理区域与盒中的多个室之间选择性地流体连通。非限制性示例性室可包括样品室、试剂室、废料室、洗涤室、裂解物室、放大室和反应室。通过调节旋转阀的位置来控制流体样品处理区域与各个室之间的流体流。以这种方式，可根据特定的方案改变盒中流体的计量和分配，这允许样品制备可适应于不同的方案，诸如可与用于不同类型的分析或不同类型的样品的特定样品类型相关联。例如，样品盒可包括用于细胞裂解的装置，例如，超声处理装置，使得待分析的流体样品中的细菌和细胞可裂解。适用于本申请的另外的裂解方法对本领域技术人员来说是公知的，并且可包括化学裂解、机械裂解和热裂解。在一些实施方式中，样品包括细菌、真核细胞、原核细胞或病毒颗粒。

在一些实施方式中，样品处理包括从初始样品制备步骤执行的样品处理步骤、中间处理步骤和进一步处理步骤，以便于用半导体芯片检测生物样品中的目标分析物。例如，样品处理可包括初步制备步骤，诸如过滤、研磨、切碎、浓缩、捕获碎片或纯化粗样品，或用于使靶分析物的dna或rna片段化的步骤，诸如通过超声或其它机械或化学方法。样品处理可包括各种中间处理步骤，诸如过滤、层析，或进一步处理样品中的核酸，包括但不限于层析、亚硫酸氢盐处理、反转录、扩增、杂交、连接反应、或dna或rna的片段化。样品处理可进一步包括最终处理步骤，诸如最终扩增、杂交、测序、色谱分析、过滤和与用于检测目标分析物的反应试剂混合，该检测可包括光学、化学和/或电学检测。在一些实施方式中，样品处理装置配置成执行初始和/或中间处理步骤，而设置在装置内的半导体芯片配置为执行最终处理，诸如本文所述的或靶分析物检测领域的技术人员已知的那些最终处理中的任一个。在一些实施方式中，样品处理装置配置成在整个样品处理中执行至少第一步骤，并将流体样品输送至半导体芯片，以在该过程中执行至少随后的步骤，该随后的步骤可包括检测目标分析物。在另一实施方式中，可将流体样品从半导体芯片输送回样品处理装置，以用于另外的处理。在一些实施方式中，为了实现附加的新功能或增强的功能，可在硅芯片上包括一个或多个特征，这些特征提供符合硅基技术的样品处理和/或样品制备能力。例如，芯片可包括一个或多个特征，用于更精细的流体操作、更精细的样品处理、或任何兼容的样品处理和/或制备步骤。这样的技术和功能可包括但不限于：基于电泳的分离；流体泵送；以及基于电润湿的流体操作，包括液滴生成或抽吸、流量传感器等。应当理解的是，这些芯片特征可包括于在本文描述的任何实施方式中，并且进一步地，芯片载体可适于与这样的芯片特征一起使用。

在一些实施方式中，样品处理装置可为流体控制和处理系统，用于控制盒内多个腔之间的流体流动，该盒包括壳体，该壳体包括阀体，该阀体具有流体样品处理区域，该流体样品处理区域连续地与流体排出室流体联接。流体排出室是可减压的，以将流体抽入流体排出室，并且是可加压的，以将流体从流体排出室排出。流体样品处理区域包括多个流体输送端口，每个流体输送端口均与阀体的多个外部端口中的一个流体联接。流体排出室与外部端口中的至少一个流体联接。阀体可相对于壳体内的多个室调节，以允许将外部端口选择性地设置成与多个室流体连通。在一些实施方式中，阀体可相对于具有多个室的壳体进行调节，以将一个外部端口一次设置成与室中的一个流体连通。

在盒的一些实施方式中，流体样品处理区域可设置在流体排出室与至少一个流体输送端口之间。术语“流体处理区域”是指流体样品经受包括但不限于化学处理、光学处理、电学处理、机械处理、热处理或声学处理的区域。例如，化学处理可包括化学加工、ph变化或酶处理；光学处理可包括暴露于uv或ir光；电处理可包括电穿孔、电泳或等电聚焦；机械处理可包括混合、过滤、加压、研磨或细胞破碎；热处理可包括从环境温度加热或冷却；以及声学处理可包括使用超声(例如超声裂解)。在一些实施方式中，流体处理区域可包括有源构件，诸如过滤器，以便于流体的处理。适用于本申请的非限制性示例性有源构件包括微流体芯片、固相材料、过滤器或过滤器堆、亲和基质、磁分离基质、尺寸排阻柱、毛细管等。合适的固相材料包括但不限于珠、纤维、膜、滤纸、浸渍有裂解剂的裂解纸、玻璃棉、聚合物或凝胶。在一些实施方式中，流体处理区域用于制备用于进一步处理的样品，例如，在与流体样品处理装置流体联接的半导体芯片装置中。适用于本申请的其它有源元件是本领域技术人员公知的。在一些实施方式中，能量输送构件可操作地与流体样品处理区域联接，以用于将能量输送至流体样品处理区域，以处理流体样品处理区域中容纳的流体。在一些实施方式中，阀体包括交叉通道，并且阀体可相对于多个室调节，以使交叉通道与室中的两个同时流体连通。盒壳体包括延伸至一个或多个输送端口的一个或多个分支，反应容器可附接至所述一个或多个输送端口，以便于将流体样品从盒的室输送至反应容器中。在一些实施方式中，反应容器从盒的壳体延伸。这些方面可通过参考第8,048,386号美国专利号进一步了解。应当理解的是，在各种实施方式中，流体可沿任一方向流入或流出输送端口，流体流动在任何特定方向上都不受限制。例如，在具有一对输送端口的实施方式中，可将空气泵入该对输送端口中的一个或从该对输送端口中的一个排出，以便于流体样品通过流体输送端口流入反应容器的导管内。

在一些实施方式中，芯片载体装置包括具有一对流体通道的流体样品适配器，所述流体通道具有基本上彼此不变的横截面腔面积。流体通道中的每个的横截面积在相应的流体密封联接之间保持基本恒定的尺寸和形状。在一些实施方式中，该对流体通道间隔开，并且尺寸设置成合适地容纳在样品盒壳体中的两个对应的输送端口内。在一些实施方式中，流体样品适配器可包括分隔至少两个通道的支承腹板结构。在一些实施方式中，流体样品适配器可配置成使得至少两个通道中的每一个的体积不大体异同，而在其它实施方式中，通道配置成具有大体异同的体积。

在一些实施方式中，流体样品适配器的一个或多个流体通道包括配置成用于初始样品制备步骤的室，所述初始样品制备步骤为诸如从流体样品中初始过滤碎片、与试剂初始混合、和/或靶分析物的dna的初始断裂，诸如适于破裂或断裂细胞或dna链的超声处理室或尖锐边缘。在一些实施方式中，所述一个或多个流体通道包括一个或多个区域，所述一个或多个区域可适于提供流体样品的受控流动，诸如可用于流体样品的瞬时存储或收集。这种区域也可用于例如混合、预扩增，或便于流体样品的制备或分析。

在一些实施方式中，流体样品适配器包括流体密封的联接，每个联接均被限定为短柱，其尺寸设计成适于容纳在样品盒中的一个或多个相应的端口内。短柱的尺寸可设计成通过摩擦配合流体联接在样品盒或插入到样品盒中的盒壳体中的相应端口内。在一些实施方式中，流体样品适配器包括由两个入口短柱供给的一对流体通道，所述两个入口短柱沿着具有两个流体输送端口的盒壳体的部分进行配合地接收。在一些实施方式中，流体密封联接可包括鲁尔锁(leur-lock)连接、摩擦配合连接、螺杆型连接、卡扣配合连接等。

在一些实施方式中，流体样品适配器包括凸缘，入口短柱从该凸缘延伸，该凸缘可与样品盒的保持构件接合，以便当与样品盒联接时保持芯片载体装置的流体密封联接和位置。样品盒还可包括围绕多个流体输送端口的垫圈，垫圈由可成形材料制成，诸如弹性材料，从而当芯片载体装置的第一端的入口部分与至少两个流体输送端口流体联接时，垫圈构件接合凸缘的近侧面对表面，以确保流体密封联接。

在一些实施方式中，芯片载体装置可包括一个或多个特征，用于在通过芯片载体装置输送期间进一步处理流体样品。在一些实施方式中，芯片载体装置可包括与流体通道中的至少一个流体连通的至少一个处理区域，其中，处理区域不是样品制备室。在一些实施方式中，芯片载体装置包括用于进行聚合酶链式反应或其它合适的核酸扩增试验(naat)的预扩增室和/或扩增室。在一些实施方式中，芯片载体装置包括适于与芯片载体装置内所承载的半导体芯片的有效区域相接合的流动池。在一方面，流动池适配器有助于流体样品与芯片的有效区域的直接接触。在一些实施方式中，芯片载体装置的至少部分是至少部分半透明或透明的，以便允许通过视觉观察或光学监测确认流体样品正通过流体样品适配器。在一些实施方式中，流体样品适配器可包括可提供附加处理步骤的一个或多个特征，例如，用于诸如亚硫酸氢盐处理的化学处理的室、预扩增室或过滤器、或有助于流体样品通过流体样品适配器的特征，诸如气体可透过的排气口或气泡阱。

在一些实施方式中，芯片载体装置具有足够大的长度和尺寸，使得当与安装在具有通道的样品盒处理模块的盒接收器内的样品盒联接时，载体延伸至包括电极触点阵列的仪器接口，所述电极触点阵列与芯片载体装置的电接口板的相应电极触点连接，以便于半导体芯片通过仪器接口的操作。

在一些实施方式中，芯片载体装置通过由支承并限定一个或多个流体通道的平面框架形成的一个或多个部件限定。平面框架中的每个均可由刚性足够大的材料形成，通常是基于聚合物的材料，以便支承一个或多个流体通道，使得芯片载体装置从样品盒横向延伸至与仪器接口相接合。在一些实施方式中，一个或多个平面框架具有足够的刚性，从而当接合抵靠芯片载体装置的电接口板时，承受来自仪器接口的电触点的对平面框架的法向力。通常，仪器接口的电触点是弹簧针，当仪器接口板与芯片载体装置接合时，该弹簧针弹性地接合芯片载体装置的接口的电接触垫。在一些实施方式中，仪器接口板配置成朝向芯片载体装置移动或枢转，以便当与芯片载体装置联接的样品盒容纳在模块内时，牢固地接合相应的电触点。在其它实施方式中，电触点可配置成边缘连接器。可理解的是，电触点可配置成通过任何合适的装置连接或适应任何连接标准或装置。

本申请的另一方面提供了利用本文提供的芯片载体装置处理和分析样品的方法。这种方法可包括以下步骤：在模块的盒接收器处接收样品盒，样品盒包括通过一个或多个机构流体互连的多个处理室；从盒式接收器的处理控制单元接收将未制备好的样品处理成制备好的样品的电子指令；执行样品制备方法，以将未制备好的样品处理成制备好的样品；以及将制备好的样品流体移动至与样品盒流体联接的芯片载体装置中。这种方法还可包括：通过盒处理模块的处理控制单元，使用在芯片载体装置内支承的芯片的有源元件，执行对流体样品的分析，其中盒处理模块通过模块的仪器接口与芯片电联接。

本申请的另一方面提供了在诸如样品盒的样品处理装置与本文提供的半导体芯片之间输送流体样品的方法。一种非限制性示例性方法包括：经由承载半导体芯片的芯片载体装置，将样品处理装置与半导体芯片流体联接，芯片载体装置经由一个或多个流体端口与样品盒流体联接。在一些实施方式中，芯片载体装置配置成利用样品处理装置(例如，样品盒)上的一个或多个流体端口，以允许在将经处理的流体样品经由一个或多个流体端口输送至芯片载体装置中以用于随后利用载体的半导体芯片进行处理(例如，分析)之前，在样品处理装置(例如，样品制备)中进行样品处理。在一些实施方式中，该方法还包括：利用其中容纳样品盒的模块的仪器接口来控制半导体芯片。在一些实施方式中，该方法还包括：利用与模块分离的控制模块，例如从模块外部或通过模块的访问通道与半导体芯片相接合的附加模块的部分，控制载体中的芯片。在一些实施方式中，通过一个或多个通道的流体流可通过加压/减压或通过样品处理装置转移流体样品来实现。通常，由模块的控制单元提供用于将流体样品从盒输送至芯片载体装置中的指令，该模块接收样品盒并控制其中的样品制备。可理解的是，可使用各种可替代的配置来提供用于将流体样品输送通过芯片载体装置的原动力，其中模块通过流体样品盒。

在一些实施方式中，用于处理未制备好的样品的方法可包括以下步骤：在模块的盒接收器中接收样品盒，样品盒包括待分析的生物流体样品、通过可移动的阀体流体互连的多个处理室；从模块接收将生物样品处理成制备好的样品的电子指令；在样品盒中进行样品制备方法，以将生物流体样品处理成制备好的样品；将制备好的样品输送至与样品盒流体联接的芯片载体装置中；以及通过芯片载体内承载的芯片对生物流体样品执行分析。在一些实施方式中，输送样品可包括以下步骤：移动盒接口单元以移动阀体，从而改变多个样品处理室之间的流体互连；根据阀体的位置对压力接口单元施加压力，以使流体在多个处理室之间流动；将制备好的样品流体移动至芯片载体装置中。执行对流体样品的分析可包括：经由与芯片载体装置的电接口板电联接的仪器接口板，通过模块控制芯片的操作。模块可通过电接口获得分析的任何结果，并根据需要将该结果输送至各种其它装置。

附图说明

图1是根据本申请一些实施方式的与用于接收和操作样品盒的模块的相关联的仪器接口板和芯片载体装置流体联接的样品盒的概图。

图2a示出了根据一些实施方式的模块的仪器接口板，该仪器接口板具有电触点阵列，当样品盒容纳在模块内时，该电触点阵列用于与芯片载体装置的电接触垫连接，如图2b所示。

图3示出了根据一些实施方式的与芯片载体装置流体联接的样品盒的详细视图。

图4a至图4c示出了根据一些实施方式的芯片载体装置的流体样品适配器部件的各种视图。

图5a至图5c示出了根据一些实施方式的芯片载体装置的芯片载体部件的各种视图。

图6a和图6b示出了根据一些实施方式的组装的芯片载体装置的详细视图和剖视图。

图7a和图7b示出了根据一些实施方式的组装的芯片载体装置的详细视图。

图8和图9分别示出了根据一些实施方式的与样品盒联接的流体样品适配器部件和组装的芯片载体装置。

图10示出了根据一些实施方式的联接至样品盒的可替代芯片载体装置，该芯片载体装置包括流体样品适配器、流动池适配器和芯片载体部件。

图11a至图11c示出了根据一些实施方式的芯片载体装置的流体样品适配器部件的各种视图。

图12a至图12c示出了根据一些实施方式的芯片载体装置的流动池适配器部件的各种视图。

图13a至图13c示出了根据一些实施方式的芯片载体装置的芯片载体部件的各种视图。

图14a至图14b示出了根据一些实施方式的与流动池适配器部件联接的芯片载体部件。

图15a至图15c示出了根据一些实施方式的组装的芯片载体装置的各种视图。

图16示出了根据一些实施方式的与芯片载体装置的流体样品适配器部件联接的样品盒，以及图17示出了与样品盒联接的组装的芯片载体装置。

图18示出了根据一些实施方式的采用不同检测模式的可替代实施方式，每个检测模式均配置成与样品盒一起使用。

图19至图20示出了根据一些实施方式的在样品盒中利用样品处理通过半导体芯片处理样品的方法。

具体实施方式

本申请大体涉及一种用于流体样品处理和分析的系统、装置和方法，特别地，该系统、装置和方法用于将流体样品从样品处理装置输送至芯片载体装置中，以使用半导体芯片进行分析。

i.示例性系统概述

在一方面，本申请涉及一种芯片载体装置，该芯片载体装置具有一个或多个流体导管，所述流体导管可与样品盒的一个或多个端口流体联接，以便于将经处理的流体样品从所述盒通过所述一个或多个流体导管输送至芯片载体装置中，用于通过芯片载体装置中的半导体芯片进行进一步处理。在一些实施方式中，样品盒由模块接收，该模块便于操作样品盒，以执行处理流体样品，并将处理后的流体样品输送至芯片载体装置中，并且该模块还包括仪器接口，该仪器接口电联接至芯片载体装置，以便于在装置内承载的半导体芯片操作。

在一些实施方式中，芯片载体装置可包括各种特征，诸如一个或多个特定区域，每个区域均适于样品处理过程或样品分析过程。非限制性示例性样品处理程序可包括过滤、浓缩、温育、机械、电、光学、化学处理和/或扩增。在一些实施方式中，芯片载体装置包括用于进行聚合酶链反应或本领域技术人员已知的其它类型的核酸扩增程序的预扩增区域。适用于本申请的其它样品处理程序是本领域技术人员熟知的。非限制性示例性样品分析程序可包括扩增、杂交、光学探询、等电聚焦、抗体结合和检测(例如elisa)、测序、色谱和侧流色谱。适用于本申请的其它样品分析方法是本领域技术人员熟知的。芯片载体装置还可包括一个或多个特征，包括过滤器、阱、膜、端口和窗口，以允许在将流体样品输送至半导体芯片期间执行附加处理步骤。

a.样品盒装置

样品盒装置可为配置成执行与根据本文所述的任何方法的生物流体样品的制备和/或分析相关的一个或多个处理步骤的任何装置。在一些实施方式中，样品盒装置配置成至少执行样品制备。样品盒还可配置成通过使用附接至样品盒的反应管来执行另外的过程，诸如在核酸扩增测试(naat)中检测靶核酸，例如聚合酶链反应(pcr)分析。流体样品的制备通常包括一系列处理步骤，其可包括根据特定方案的化学、电、机械、热、光学或声学处理步骤。这样的步骤可用于执行各种样品制备功能，诸如细胞捕获、细胞裂解、分析物的结合和不需要的材料的结合。

适于与本申请一起使用的样品盒包括一个或多个输送端口，通过输送端口可将制备好的流体样品输送至反应管中以供分析。图1示出了根据一些实施方式的适于与芯片载体装置一起使用的示例性样品盒100。通常，这种样品盒与反应管110(参见图18中的实施方式0)相关联，反应管110适于分析在样品盒100内处理的流体样品。这种样品盒100包括各种部件，包括具有用于处理流体样品的一个或多个室的主壳体，处理流体样品通常包括在分析之前制备样品。根据其常规使用，在组装样品盒100和反应管110之后(如图18所示)，生物流体样品沉积在样品盒的室内，并且将该盒插入配置用于样品制备和分析的盒处理模块中。然后盒处理模块便于进行样品制备所需的处理步骤，并且将制备好的样品通过一对输送端口中的一个输送至附接至样品盒100的壳体的反应管110的流体导管中。然后，将制备好的生物流体样品输送至反应管110的室中，在该室中，生物流体样品可进行核酸扩增。在一些实施方式中，扩增是聚合酶链反应。在一些实施方式中，在生物流体样品扩增的同时，模块的激发装置和光学检测装置用于检测指示感兴趣的目标核酸分析物存在或不存在光学发射，感兴趣的目标核酸分析物例如为细菌、病毒、病原体、毒素或其它目标分析物。应当理解的是，这种反应管可包括用于检测目标分析物的各种不同的室、导管或微孔阵列。样品盒可设置有用于在输送至芯片载体装置中之前执行生物流体样品制备的装置。病毒或细胞裂解所需的任何化学试剂、或用于结合感兴趣的分析物(例如试剂珠)的器件可容纳在样品盒的一个或多个室内，并因而可用于样品制备。

于2000年5月30日提交的题为“cartridgeforconductingachemicalreactions”的共同转让的第6,818,185号美国专利申请中描述了用于分析生物流体样品的反应管的示例性使用，出于所有目的，通过引用将该美国专利申请的全部内容并入本文。于2000年8月25日提交的标题为“fluidcontrolandprocessingsystem”的第6,374,684号美国专利和于2002年2月25日提交的标题为“fluidprocessingandcontrol”的第8,048,386号美国专利中示出和描述了样品盒和相关模块的实例，上述美国专利的全部内容作为附录包括在本申请内，并且出于所有目的通过引用将其全文并入本文。

通过参考第6,374,684号美国专利可进一步理解图3至图17中所示的样品盒100的各个方面，该美国专利更详细地描述了样品盒的某些方面。这种样品盒可包括流体控制机构，诸如旋转流体控制阀，该流体控制机构连接至样品盒的室。旋转流体控制阀的旋转允许室和阀之间的流体连通，以便控制沉积在盒中的生物流体样品流入不同的室，在不同的室中，可根据制备用于分析的生物流体样品所需的特定方案提供各种试剂。为了操作旋转阀，盒处理模块包括马达，诸如步进马达，马达通常联接至传动系，该传动系与样品盒中的阀的特征接合，从而根据所需的样品制备方案，控制阀的运动和所导致的流体样品的运动。第6,374,684号美国专利中阐述了根据特定样品制备方案的旋转阀的流体计量和分配功能，该专利出于所有目的而结合到本文中。

应当理解的是，上述样品处理盒仅是适于与根据本文所述实施方式的芯片载体装置一起使用的样品处理装置的一个示例。尽管允许使用这种样品处理盒的芯片载体结构特别有利，因为允许使用传统的流体样品盒，但是应当理解的是，这里描述的理念可应用于各种其它样品处理装置，这些其它样品处理装置可包括各种其它样品盒结构或其它流体样品处理装置和部件。

b.芯片载体装置

芯片载体装置适于将半导体芯片流体联接至本文所述的样品盒。在一些实施方式中，芯片载体装置包括适于与操作样品处理盒的样品处理模块的仪器接口板相接合的电接口。可理解的是，芯片载体装置可配置成用于任何类型的芯片，包括但不限于cmos芯片、isfet芯片、体声芯片、非体声芯片、压电声芯片和孔阵列传感器芯片。另外，芯片可适用于在开放封装中使用的许多jdec标准中的任一个，包括但不限于qfn、双列直插式(dualin-line)和bga阵列。可替代地，芯片可直接安装至pcb上作为板上芯片组件。在一些实施方式中，芯片载体装置设计成允许通过模块的仪器接口对芯片的电操作，通过芯片分析生物流体样品。这是通过芯片载体装置的电接触垫来实现的，电接触垫电联接至芯片，并且与模块的仪器接口相接合。

如上所述的配置允许在用样品盒处理流体样品和随后用芯片载体装置中的芯片处理或分析流体样品之间进行更无缝转换。这种配置通过标准化样品的处理或制备以及将处理过的样品输送至芯片装置来促进半导体芯片装置的工业发展。样品的制备可为用手执行的耗时费力的过程，并且在下一代芯片装置中开发可能具有挑战性。通过利用芯片载体装置代替反应管，使用者可利用样品盒在样品盒中制备样品，随后将制备好的样品输送至附接的芯片载体装置中，以通过芯片载体装置中承载的半导体芯片进行分析。这种配置通过利用现有的配置为用于pcr检测的样品制备工艺，并允许将这种工艺与半导体芯片装置一起使用，加速了半导体芯片的发展。

在一些实施方式中，芯片载体装置可包括与流体流动通道中的一个或多个流体连通的一个或多个处理特征，诸如一个或多个室、过滤器、收集器、膜、端口和窗口，以允许在将流体样品输送至第二样品处理装置期间执行附加处理步骤。这样的室可配置成与扩增室一起使用，以进行核酸扩增、过滤、层析、杂交、温育、化学处理，例如亚硫酸氢盐处理等。在一些实施方式中，如果不是整个流体样品累积的话，室允许流体样品的大部分累积，以便根据特定方案的需要进一步处理或分析。在一些实施方式中，室包括至少部分透明的窗口，窗口允许在流体样品通过芯片载体装置输送期间，光学检测通过室的流体样品中感兴趣的分析物。当筛查存在或不存在多种分析物，或分析可能需要几个或冗余检测步骤或需要在检测特定目标或感兴趣分析物之后对流体样品进行进一步处理和/或分析时，该特征特别有利。

c.仪器接口

模块的仪器接口是适于接合芯片载体装置的电接口以允许模块电控制半导体芯片的电路板。在一些实施方式中，仪器接口位于模块的公共壳体内，从而在流体样品盒与芯片载体装置之间提供更无缝的处理。仪器接口可由模块结合流体样品从样品盒到半导体芯片的输送来进行控制。

在一些实施方式中，仪器接口板机械地安装在枢轴上，当容纳在模块内时，枢轴朝向芯片载体装置移动。仪器接口板配置成从在装载样品盒之前的打开位置枢转到在装载时的接合位置。凸轮(未示出)将接口板定位成与芯片载体装置上的电接口板接触。仪器接口板上的弹簧针接触电接口板上的电接触垫，以允许模块通过承载在芯片载体装置内的芯片控制对流体样品的分析。

在一些实施方式中，芯片载体装置配置有与上述具有反应管110的流体通道具有相似的流动尺寸的流体流动通道(参见第6,374,684号美国专利)。这允许通过反应管输送流体样品的相同机构用于将流体样品输送至芯片载体装置中。本领域的技术人员将会理解的是，根据本文所述的本申请的各个其它方面，可以以任何数量的方式将流体样品输送至芯片载体装置中。

ii.示例性芯片载体装置和相关系统

a.系统概述

图1示出了利用与芯片载体装置200流体联接的传统流体样品盒100的系统的概图。流体样品盒100适于插入到处理模块的舱中，该处理模块配置成通过操纵流体样品盒，对容纳在流体样品盒内的流体样品执行一个或多个处理步骤。该模块的仪器接口300在容纳盒100的舱内并入模块中，并且包括具有插座开口302的板301，当盒100定位在舱内时，芯片载体装置200延伸通过插座开口302。仪器接口300还包括仪器板310，诸如pcb板，仪器板沿着芯片载体装置200的主平面表面延伸，并包括电触点312，该电触点312布置成与芯片载体装置的主平面表面上的相应接触垫电联接。

图2a示出了模块的仪器接口板310和用于与芯片载体装置的电接触垫相接合的电触点312。通常，触点312以对应于芯片载体装置的触点的、诸如矩形阵列的图案布置。在一方面，电触点配置成便于板上电连接。在该实施方式中，触点312配置成弹簧针，以便在芯片载体装置200通过插座开口302插入时偏转，从而在触点312与芯片载体装置200的芯片载体230上的相应触点之间提供可靠的电联接，如图2b所示。尽管在这里描述了弹簧针的矩形阵列，但是可理解的是，根据相应的芯片载体装置，电触点可以以各种其它图案布置，并且可实现各种其它触点结构。在一些实施方式中，电触点可配置为一个或多个边缘连接器或其它类型的多引脚连接器布置。还可理解的是，根据需要，仪器接口不需要利用每个触点，以便与具有不同数量或排列的接触垫的载体兼容使用。在一些实施方式中，电触点可包括附加适配器，以便适于与各种不同类型的芯片载体装置一起使用。在一些实施方式中，将半导体控制器封装为芯片载体的附属装置，使得信号连接性最小化可能节约成本。这种方法可使用任何合适的连接器装置，该连接器装置可包括标准连接器类型，诸如usb接口(例如[+1、-2、sig3、sig4])。

a.流体样品适配器

图3示出了根据一些实施方式的与芯片载体装置200流体联接的样品盒100的详细视图。在该实施方式中，芯片载体装置200包括流体样品适配器201，该流体样品适配器201在一侧上具有流体流动部分，且在相对侧上具有流动池部分。如可通过参考图14a至图14b进一步理解的是，流体样品适配器201通过流体接口211流体联接至样品盒100，流体接口211具有与样品盒的相应流体端口联接的一对流体端口212、214。在一侧上，流体样品适配器201包括在其中限定的流体流动部分210，如图4a所示，而在相对侧上，流体样品适配器具有在其中限定的流动池部分220，如图4b所示。流动池部分220与流体流动部分210流体联接，使得通过流体界面211的流体入口引入的流体在流入在流动池部分220中限定的流动池224之前，流过流体流动部分210。流动池部分220配置成与芯片载体部分230联接，使得芯片载体部分230内承载的芯片与流动池室224接合。流动池部分220可包括一个或多个联接特征229(例如，围绕主面的周边的六个突出的旋钮)，以便于芯片载体部分230与流体样品适配器201的对准和牢固联接。芯片载体装置的适配器或流动池部分的任何一个或全部均由适当的刚性材料形成，使得芯片载体装置200从样品盒100向外延伸。在一些实施方式中，芯片载体装置200仅由流体样品适配器201的流体接口的一对入口短柱支承，该一对入口短柱适当地容纳在样品盒100的相应一对流体端口和周围凸缘内。

b.流体流动部分

图4a至图4c描述了根据一些实施方式的示例性流体样品适配器装置。如图4a所示，流体样品适配器部分210包括两个流体通道或导管，这两个流体通道或导管间隔开，并且在芯片载体装置内延伸。通道由支承腹板结构分开和支承。芯片载体装置可由任何适于输送选定流体样品的材料制成，以便不干扰样品的加工或分析，通常可使用惰性塑料或聚合物基材料。在一些实施方式中，芯片载体的部件由聚碳酸酯、聚砜或任何合适的材料(例如与粘合剂兼容的任何材料)形成。在一些实施方式中，该材料与硅粘合剂兼容。在一些实施方式中，用于制造芯片载体装置的材料是透明或部分半透明的材料，以允许通过该材料视觉观察的样品输送和/或光学检测/监测流体通道。

在一些实施方式中，芯片载体装置包括流体样品适配器，该流体样品适配器配置有与典型pcr反应管相同的鲁尔(luer)端口和流体接口的凸缘布置，使得流体样品适配器能够容易地与样品盒相接合。流体样品适配器配置成使得端口流体连接至可选的pcr预扩增室。可替代地，扩增室可容纳过滤器、亲和矩阵、磁捕获区或其它可由模块操纵的有效区域。通常，流体通道限定在第一衬底中，并通过诸如薄膜的第二衬底密封，类似于传统pcr反应管的结构。在一些实施方式中，流体样品适配器的特征还在于对准和组装凸台以及机械搭扣，使得可容易地将芯片载体部件或芯片固定在流动池部分的流动池上。

在一些实施方式中，流体样品适配器的长度为约12cm、11cm、10cm、9cm、8cm、7cm、6cm、5cm、4cm、3cm、2cm或1cm。在一些实施方式中，流体样品适配器210的长度在离流体接口211的凸缘3cm至5cm之间，例如约4cm，并且流体通道平行延伸并间隔约1cm。这种配置允许具有与常规反应管基本相同结构的基本流体密封连接。每个通道的流体密封联接均由短柱限定，每个短柱的尺寸均适于容纳在样品盒的相应外部端口中，以便于流体通道与芯片载体装置的相应流体通道的流体密封联接。例如，沿流体入口和出口212、214在芯片载体装置200的近端处的流体界面211处的短柱用作入口短柱，用于使制备好的流体样品通过流体流动部分210的流体路径流入。在一些实施方式中，这些短柱可具有在2mm-10mm之间的外径，例如，外径可为2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm。通常，短柱的外径大约为3mm，并且从凸缘延伸大约2mm-5mm的距离，例如大约3mm，以便于流体密封联接。在一些实施方式中，芯片载体装置的任何部件内的一个或多个通道中的每一个的内径均可在1mm至5mm的范围内。

在一些实施方式中，流体样品适配器201包括在流体密封联接之间延伸的一个或多个通道，而在近端与远端之间没有任何室、阀或端口。在一些实施方式中，流体样品适配器201包括一个或多个阀或端口。在一些实施方式中，该一个或多个通道可包括一个或多个室或区域，该一个或多个室或区域可用于处理或分析流体样品。例如，流体样品适配器可包括一个或多个室或区域，该一个或多个室或区域用于样品中核酸靶的热扩增、样品的过滤、样品的色谱分离、杂交、和/或通过一种或多种测定试剂孵育样品。

而如图4a所示的流体密封联接包括从流体接口210的凸缘延伸的短柱，应当理解的是，可根据需要设计适于与其它类型的装置流体联接的各种其它流体密封联接。适于与本申请一起使用的非限制性示例性流体型联接包括鲁尔锁连接、卡扣配合连接、摩擦配件、卡扣配合连接和螺纹连接。适用于本申请的其它类型的流体密封联接是本领域技术人员公知的。

如从图4a至图4c中可看出的那样，流体样品适配器201由一个或多个平面衬底限定，所述平面衬底限定联接至流体接口211的流体路径213。流体接口211是结构构件，当流体接口211与样品盒联接时，平面框架的大部分从该结构构件悬伸。流体接口211可与平面框架一体形成。流体接口211还用作与样品盒100的机械联接。流体接口211包括流体入口212和流体出口214，流体出口提供至样品盒装置的流体接口。流体入口212和流体出口214中的每一个均流体联接至在平面衬底中形成的流体路径213。可理解的是，流体样品适配器210和流体接口211可一体地形成为单个部件。

在一些实施方式中，流体路径213主要沿着平面衬底的一个主面限定，并且由例如热密封在衬底上的薄膜的第二平面衬底包围，以便包围限定在衬底内的通道和室。流体路径213通向流动池接口，该流动池接口在宽度方向上延伸通过流体样品适配器201进入流动池224的一组流动池端口226、228，该组流动池端口被限定在流动池适配器部分220中，该流动池适配器部分220被限定在流体样品适配器201的相对侧上。在该实施方式中，流动池接口包括入口流动池端口228和出口流动池端口226，入口流动池端口228和出口流动池端口226允许通过流体样品适配器201经由流体入口212和流体出口214将流体受控制地输送至流动池室224中。通常，当流体样品适配器201竖直定向时，流动池入口228设置在流动池出口226下方，以便于受控制流体流过流动池室224。在该实施方式中，沿着流体样品适配器201的一个主面限定流体通道，并且在相对的主面内限定流动池部分。在该实施方式中，这些部分形成为一体形成的部件。然而，可理解的是，流体样品适配器可由一个或多个部件形成。

应当理解的是，使用术语“入口”和“出口”不限制这里描述的任何流体入口或出口的功能。流体可从两者或两者中任一个引入和排出。在一些实施方式中，流体路径213是没有阀的，因而压力的外部增大或减小可通过外部系统经由流体入口212和流体出口214施加，以在流体路径213内移动流体，流体路径213从流体入口212延伸至流体出口214。流体路径213的横截面可为圆形或矩形，并且可具有范围从约50μm至约2mm的直径或宽度。通常，直径或宽度在约250μm至约1mm的范围内。在该实施方式中，流体路径213包括室215，该室是流动池室224与流体入口212之间的流体路径213的放大部分，该室的尺寸设置成容纳从样品盒输送的流体样品的大部分或全部，以便于各种处理，包括但不限于流量计量、混合，预扩增、热循环或任何其它所需的样品处理。可理解的是，可将各种其它部件结合到流体样品适配器中，例如，阀、过滤器、窗口或任何其它期望的特征。

在一些实施方式中，芯片载体装置(或至少部分部件)设置为预附接至样品盒，其中流体密封联接件与盒的相应流体端口联接。例如，可设置已与流体样品适配器201联接的样品盒，使得最终用户可将任何芯片插入芯片载体230部件内，并联接至流动池部分220内，以便于用芯片进行样品检测。

c.流动池部分

流体样品适配器201的流动池部分配置有开口室，当与芯片载体内的芯片的有效区域相接合时，该开口室形成封闭的流动池室，以便于用芯片分析流体样品。流动池成形和配置成与附接至流体样品适配器201的芯片载体内的芯片流体联接。通常，流体流动部分的流体通道通过位于流动池室的顶部和底部的流体端口226、228流体连接至流动池室。该室由与检测方案中使用的有源硅或玻璃元件接触的凸起的凸台或凸脊形成。有源元件位于承载在芯片载体内的芯片上，并通过粘结和密封固定到流动池，这可通过各种器件(例如使用环氧树脂预成型件、分配的环氧树脂或其它粘合剂、垫圈、具有粘合剂的垫圈、机械特征或各种其它器件)来实现。流动池适配器的目的是创建一个完整的流动池室，该流动池室在一侧由检测表面限定，在其余侧由流动池分配器限定。流动池部分220还包括一个或多个联接特征229，联接特征被限定为对准和组装凸台以及机械卡扣，对准和组装凸台以及机械卡扣容纳在芯片载体230的相应孔239中，以对准和牢固地联接芯片载体230和流动池部分220，如图4c中的横截面a-a所示。

图4b示出了与芯片装置200一起使用的示例性流动池部分220的详细视图。在该实施方式中，流动池适配器220配置成与图4a所示的流体流动部分210流体连通。如图4b所示，可在由刚性材料(例如，聚合物或任何合适的材料)形成的平面衬底内形成流动池部分，以便限定开放的流动池室224、和流动池端口226、228。流动池部分220进一步配置成与芯片载体联接，以便通过其中承载的芯片的有效区域形成封闭的流动池室。顶部流动池端口226和底部流动池端口228将流动池室与流体流动部分的流体通道流体联接，以允许流体样品在与样品盒100流体地联接的芯片载体装置200的入口和出口212、214受控加压时，受控地流入或流出流动池室。

d.芯片载体

图5a至图5c示出了根据一些实施方式的芯片载体装置的芯片载体230的详细视图。如可在5a中看到的那样，芯片载体230被限定在基本平坦的衬底231内，该衬底231包括轮廓区域236，该轮廓区域236的尺寸设计成容纳芯片，并且配置成具有多个电触点234，该电触点234布置成当其中容纳有芯片时与芯片的相应触点电联接。在该实施方式中，轮廓区域236是正方形的，并且电触点234配置成接收芯片并与芯片联接，如图5a所示。轮廓区域236包括沿着其周边的凸起脊部，以接合流动池部分的相应部分，并有效地将芯片密封在芯片载体装置内。围绕敞开的流动池室的凸起的凸台或凸脊与芯片的有效表面接合，从而形成封闭的流动池室，如上所述。

电触点23与设置在芯片载体230的相对侧上的电接口板的相应触点阵列232电联接，如图5b所示。触点阵列232被定义为放大的触点垫的阵列，其布置成便于与模块的仪器接口300的通常是弹簧针的相应电触点接触。图5c示出了芯片载体230的横截面图，其中芯片被承载并电联接在插座236内。在该视图中未示出引线接合。电接口板还可根据各种其它任务的需要，还可设置除了芯片载体的无源和有源电子元件之外的无源电子元件和有源电子元件。例如，这样的部件可包括信号完整性、放大、多路复用或其它这样的任务所需的任何部件。

e.芯片

在一些实施方式中，如果芯片240包括硅传感器元件，则可将其接合在芯片载体230内，并且应用引线接合，以将硅元件电联接至芯片载体230。在其它实施方式中，可仅将芯片压入凹槽中，使得摩擦配合在相应触点之间提供足够的电接触。

在一些实施方式中，芯片240是半导体诊断芯片。在一些实施方式中，半导体诊断芯片配置成通过纳米孔测序来执行核酸靶分子的测序，纳米孔测序检测电导率的变化，并且不需要光学激发或检测。这种芯片的基础技术可通过参考第8,986,928号美国专利来进一步理解。在一些实施方式中，半导体诊断芯片分析样品中靶分子的其它属性，诸如分子量和类似特性。这样的技术可通过参考xiaoyunding,etal.surfaceacousticwavemicrofluidics.labchip.2013sep21；13(18):3626-3649等来进一步理解。在一些实施方式中，半导体诊断芯片使用表面等离子体共振来提供靶分子分析，例如如在gehealthcareuklimited提供的biocore^tm系统中所使用的以及如在其biocoresensorsystemhandbook(参见gelifesciences.com/biacore)中所描述的。上述参考文献中的每一篇的全部内容均通过引用整体并入本文。虽然半导体诊断芯片是优选的，但是应当理解的是，这里描述的理念可应用于适用于执行流体样品的处理或分析的任何类型的芯片。

可理解的是，芯片载体装置可配置成用于任何类型的半导体芯片，包括但不限于cmos芯片、isfet芯片、体声芯片、非体声芯片、压电声芯片和孔阵列传感器芯片。另外，芯片可适用于在开放封装中使用的许多jdec标准中的任一个，包括但不限于qfn、双列直插式(dualin-line)和bga阵列。可替代地，芯片可直接安装至pcb作为板上芯片组件。

f.芯片载体装置的组装和使用

图6a和图6b示出了在组装的芯片载体装置200内承载的芯片沿着与各个部件截面图中所示相同的截面图的立体图和剖视图。可看到芯片载体装置、流体样品适配器201的流体流动部分210和流动池部分220和芯片载体230的部件中的每个均通过一个或多个联接特征相接合，使得流体流动部分210的流体通道与流动池部分220流体联接，以便于通过半导体芯片对流体样品进行处理或分析，其中半导体芯片承载在芯片载体内，邻近流动池。芯片载体230的电触点232面向外，用于与仪器接口300的相应触点接合，以便于通过模块控制半导体芯片，如上所述。

图7a至图7b示出了在与样品盒100联接之前组装的芯片载体装置200的详细视图。尽管芯片载体装置200的这些部件通过可移除的联接特征229联接和对准，但是应当理解的是，这种部件可通过不可移除的联接特征联接或永久地结合，例如通过粘合剂或热密封。还可理解的是，可将这些部件限定成以各种其它方式接收芯片，例如，这些部件可沿一侧铰接或部分附接。可替代地，流体样品适配器和芯片载体部件可形成为一个整体部件。

图8示出了经由流体接口211与流体样品适配器201联接的样品盒100的详细视图(为了提高可见度，省略了芯片载体装置的其它部件)。图9示出了通过流体样品适配器201的流体接口211联接至样品盒100的组装的芯片载体装置200。在将容纳流体样品的样品盒放置在模块内以便用芯片载体装置200内承载的芯片进行处理和分析之前，终端用户可组装芯片载体装置，并以这种方式与样品盒联接。

iii.可替代示例芯片装置和相关系统

a.系统概述

图10示出了根据一些实施方式的与芯片载体装置1200流体联接的样品盒1100的详细视图。在该实施方式中，芯片载体装置1200包括流体样品适配器1210、流动池适配器1220和芯片载体1230。流体样品适配器1210通过样品盒上的一对流体端口流体联接至样品盒1100；流动池适配器1220流体地联接至流体样品适配器1210；以及芯片载体1230联接至流动池适配器220，使得芯片载体1230中承载的芯片连同流动池适配器1220一起限定流动池。芯片载体装置1200的任何或所有适配器或芯片载体均由适当刚性的材料形成，使得载体装置1200从样品盒1100向外延伸。在一些实施方式中，芯片载体装置200仅由流体采样管适配器1210的一对入口短柱支承，该一对入口短柱适当地容纳在采样盒1100的相应一对流体端口和周围凸缘内。

b.流体样品适配器

图10至图17描述了根据一些实施方式的示例性芯片载体装置组件和部件。这种装置组件可包括流体样品适配器、流动池适配器和芯片载体部件。如图11a中所示，流体样品适配器1210包括两个流体通道或导管，这两个流体通道或导管间隔开，并且在芯片载体装置内延伸。通道由支承腹板结构分开和支承。芯片载体装置可由任何适于输送选定流体样品的材料制成，以便不干扰样品的处理或分析，通常可使用惰性塑料或聚合物基材料。在一些实施方式中，芯片载体装置的部件由聚碳酸酯、聚砜或任何合适的材料(例如与粘合剂相兼容的任何材料)形成。在一些实施方式中，材料可与有机硅粘合剂兼容。在一些实施方式中，用于制造芯片载体装置的材料是透明或部分半透明的材料，以允许通过该材料视觉观察样品输送和/或光学检测/监测流体通道。

在一些实施方式中，芯片载体装置包括流体样品适配器，该流体样品适配器配置有与典型pcr反应管相同的鲁尔端口和流体接口的凸缘布置，使得流体样品适配器能够容易地与样品盒相接合。流体样品适配器配置成使得端口流体地联接至可选的pcr预扩增室。可替代地，扩增室可容纳过滤器、亲和矩阵、磁捕获区或其它可由模块操纵的有效区域。通常，流体通道被限定在第一衬底中，并由诸如薄膜的第二衬底密封，类似于传统pcr反应管的结构。在一些实施方式中，流体样品适配器还具有对准凸台和组装凸台以及机械搭扣的特征，使得可容易地将流动池适配器定位和固定至反应管适配器。

在一些实施方式中，流体样品适配器的长度为约12cm、11cm、10cm、9cm、8cm、7cm、6cm、5cm、4cm、3cm、2cm或1cm。在一些实施方式中，流体样品适配器210的长度在离流体接口211的凸缘3cm至5cm之间，例如约4cm，以及流体通道平行延伸，并间隔约1cm。这种配置允许具有与传统反应管基本相同结构的基本流体密封的联接。每个通道的流体密封联接均由短柱限定，每个短柱的尺寸均适于容纳在样品盒的相应外部端口中，以便于流体通道与芯片载体装置的相应流体通道的流体密封联接。例如，在芯片载体装置1200的近端处沿着流体入口和出口1212、1214的短柱用作用于将制备好的流体样品流入芯片载体装置1200的入口短柱，而流动池端口1216'、1218'的短柱形成流体密封联接，以便于制备好的流体样品流入流动池适配器的流动池室。在一些实施方式中，这些短柱可具有2mm-10mm之间的外径，例如，外径可为2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm。通常，短柱的外径大约为3mm，并且从凸缘延伸大约2mm-5mm的距离，诸如大约3mm，以便于流体密封联接。在一些实施方式中，芯片载体装置的任何部件内的一个或多个通道中的每一个的内径均可在1mm至5mm的范围内。

在一些实施方式中，流体样品适配器1210包括在流体密封联接之间延伸的一个或多个通道，而在近端与远端之间没有任何室、阀或端口。在一些实施方式中，流体样品适配器1210包括一个或多个阀或端口。在一些实施方式中，所述一个或多个通道可包括一个或多个室或区域，该一个或多个室或区域可用于处理或分析流体样品。例如，流体样品适配器可包括一个或多个室或区域，用于样品中核酸靶的热扩增、样品、过滤、样品、色谱分离、杂交、和/或通过一种或多种测定试剂孵育样品。

而如图11a所示流体密封联接包括从流体接口1210的凸缘延伸的短柱，应当理解的是，可根据需要设计适于与其它类型的装置流体联接的各种其它流体密封联接。适于与本申请一起使用的非限制性示例性流体型联接包括鲁尔锁连接、卡扣配合连接、摩擦配件、卡扣配合连接和螺纹连接。适用于本申请的其它类型的流体密封联接是本领域技术人员公知的。

如从图11a至图11b中可看出的那样，流体样品适配器1210由一个或多个平面衬底限定，所述平面衬底限定联接至流体接口1211的流体路径1213。流体接口1211是大部分平面框架悬臂的结构构件。流体接口1211可与平面框架一体形成。流体接口1211还用作与样品盒100的机械联接。流体接口1211包括流体入口1212和流体出口1214，流体出口1214提供至样品盒装置的流体接口。流体入口1212和流体出口1214中的每一个均流体联接至形成在平面衬底中的流体路径1213。

在一些实施方式中，流体路径1213主要沿着平面衬底的一个主面限定，并且由例如热密封在衬底上的薄膜的第二平面衬底包围，以便包围在衬底内限定的通道和室。流体路径1213通向流动池接口，该流动池接口包括通常垂直地横向或横穿适配器平面延伸的第一组流动池端口1216、1218，以便与流动池适配器的流体路径流体联接(参见图12a-5c)，流动池适配器的流体路径沿着流体样品适配器1210的主面联接至流体样品适配器1210。在该实施方式中，流动池接口包括入口流动池端口1216和出口流动池端口1218，入口流动池端口1216和出口流动池端口1218允许通过芯片载体装置1200经由流体入口1212和流体出口1214将受控的流体输送至流动池室中。在该实施方式中，流体通道沿着流体样品适配器1210的一个主面限定，以及流动池适配器联接至相对的主面。在这样的实施方式中，第一组端口1216和1218被限定在其中形成通道的相同主面中，如图11b所示。流动池端口1216、1218通向相应的通道，该通道横向地延伸穿过适配器，并在相应的突出的短柱1216',、1218'内沿着相对的主面敞开，如在图11b和图11c的剖视图中所看到。这些突出的短柱在与流动池适配器联接时有助于与流动池适配器中的相应流体端口流体密封联接。尽管这里显示为单独的部件，但是可理解的是，芯片载体装置的部件可形成为一体的部件。例如，图11a至图12a中所示的部件可形成为整体部件的部分。

应当理解的是，使用术语“入口”和“出口”不限制这里描述的任何流体入口或出口的功能。流体可从两者或两者中的任一个中引入和排出。在一些实施方式中，流体路径1213是无阀的，因而外部压力的增大或减小可通过外部系统经由流体入口1212和流体出口1214施加，以在流体路径1213内移动流体，流体路径1213从流体入口1212延伸至流体出口1214。流体路径1213的横截面可为圆形或矩形，并且可具有范围从约50μm至约2mm的直径或宽度。通常，直径或宽度在约250μm至约1mm的范围内。在该实施方式中，流体路径1213包括室1215，该室1215是流体路径1213的扩大部分，其尺寸适于容纳从样品盒输送的流体样品的大部分或全部，以便于各种处理，包括但不限于流量计量、混合、预扩增、热循环、或任何其它所需的样品处理。可理解的是，可将各种其它部件结合到流体样品适配器中，例如，阀、过滤器、窗口或任何其它期望的特征。

流体样品适配器1210还包括一个或多个联接和/或对准特征。在该实施方式中，流体样品适配器包括联接特征1219，这里将其限定为形状适于接收的凹口区域，以及沿着流动池适配器的远端外侧边缘的相应特征，以便将流动池适配器联接至其上。可将联接特征1219限定为弹性地偏转，以接收流动池适配器，并且当安装在凹进的凹口部分内时，固定流动池适配器。在该实施方式中，流体样品适配器还包括对准特征1219'，该对准特征1219'装配到流动池适配器上的相应对准特征中，该对准特征1219'便于当流动池适配器联接至其上时流动池适配器的正确对准和定向，以确保流动池适配器的相应流体端口与第一组流动池端口之间的流体密封联接。在该实施方式中，对准特征119'被限定为具有中心孔的圆形突起。应当理解的是，可使用各种其它的联接特征和对准特征(例如，连接轮廓区域、搭扣配合特征等)，并且这些特征可为单独的特征或集成到单个特征中。在一些实施方式中，流体样品适配器和流动池适配器可通过热密封、粘合剂或任何合适的方式牢固地固定在一起。在其它实施方式中，流体样品适配器和流动池适配器可一体形成为单个部件。

在一些实施方式中，芯片载体装置(或至少部分组件)设置为预附接到样品盒，其中流体密封联接与盒的相应流体端口联接。例如，可设置已与流体样品适配器1210联接并附接至流动池适配器的样品盒，使得终端用户可将任何芯片插入芯片载体1230部件内，然后在芯片载体内联接至流动池适配器1220。

c.直流电池适配器

在一些实施方式中，芯片载体装置包括配置有开口室的流动池适配器，当与芯片载体内的芯片的有效区域对接时，该开口室形成封闭的流动池室，以便于利用芯片分析流体样品。在一些实施方式中，流动池配置成与流体样品适配器和芯片载体内的芯片流体联接。通常，流动池适配器通过位于室顶部和底部的流体端口连接至流动池室。该室由与检测方案中使用的有源硅或玻璃元件接触的突起的凸台或凸脊形成。有源元件位于承载在芯片载体内的芯片上，并通过粘结和密封固定至流动池，这可通过各种器件(例如使用环氧树脂预成型件、分配的环氧树脂或其它粘合剂、垫圈、具有粘合剂的垫圈、机械特征或各种其它器件)来实现。流动池适配器的目的是生成一个完整的流动池室，该流动池室由一侧上的检测表面和其余侧上的流动池分配器限定。流动池适配器还具有对准凸台和装配凸台以及机械搭扣的特征，使得可容易地将流动池适配器定位和固定至流体样品适配器。

图12a至图12c示出了与芯片载体装置1200一起使用的示例性流动池适配器1220的详细视图。在该实施方式中，流动池适配器1220配置成与图11a所示的流体样品适配器1210流体联接。如图12a所示，流动池适配器1220是由刚性材料(例如聚合物或任何合适的材料)形成的平面衬底1221，其具有在其中限定的凹陷部分1222、开放流动池室1224、通道1225和流动池端口1226、1228。流动池适配器1220配置成沿着一个主面与流体样品适配器1210联接，并且沿着芯片载体沿着其相对的主面与芯片联接。当芯片接合在相应形状的凹槽1224内时，开口室1224与芯片的有效区域形成封闭的流动池室。顶部流动池端口1226和底部流动池端口1228将流动池室与流体样品适配器1210的流动池端口组流体联接，以便在对与样品盒1100流体联接的芯片载体装置1200的入口和出口1212、1214进行受控加压时，允许流体样品流入或流出流动池室。通道1225延伸至流动池室中，并允许以下各项中的任意项：进入流动池室、将材料注入流动池室中、捕获流动池室中的任何气泡、以及压力调节。

如可在图12b和图12c中的截面图中看到的那样，流体端口1226和1228中的每一个均延伸至流动池适配器1220的相对的主面，并在凸台1226'、1228'的凹孔或凹腔内开口，以便与流体样品适配器的相应圆柱形突起或短柱内的端口形成流体密封联接。可理解的是，可使用各种其它流体密封的联接来将流动池适配器1220流体联接至流体样品适配器1210。

流动池适配器1220还包括一个或多个联接特征和/或对准特征。在该实施方式中，流动池适配器包括联接特征1229，联接特征在这里被限定为突片区域，突片区域成形为弹性地容纳在流体样品适配器1210的相应的凹口区域1219内。流动池适配器包括沿着每个侧边缘的凸脊1229'，凸脊接合流体样品适配器的相应特征(例如凹槽、脊等)，以进一步协助适配器的对准和联接。在该实施方式中，流动池适配器还包括对准特征1229a，该对准特征1229a配合到流体样品适配器上的相应特征中，以确保当流动池适配器联接至流体样品适配器上时，流动池适配器的正确对准和定向，从而确保流动池适配器的相应流体端口与第一组端口之间的流体密封联接。在该实施方式中，对准特征1229a各自被限定为配合到流体样品适配器1210的相应对准孔1219a中的圆形突起。应当理解的是，可使用各种其它的联接特征和对准特征(例如，连接轮廓区域、搭扣配合特征)，并且这些特征可为分离的特征或集成到单个特征中。在一些实施方式中，流体样品适配器和流动池适配器可通过热密封、粘合剂或任何合适的装置牢固地固定在一起。在一些实施方式中，流体样品适配器和流动池适配器可集成到单个部件中。

d.芯片载体

图13a至图13c示出了根据一些实施方式的芯片载体装置的芯片载体1230的详细视图。如可在图13a中看到的那样，芯片载体1230被限定在基本平坦的衬底1231内，该衬底1231包括轮廓区域1236，该轮廓区域1236的尺寸设计成容纳芯片，并且配置成具有多个电触点1234，该电触点1234布置成当容纳芯片时与芯片的相应触点电联接。在该实施方式中，轮廓区域1236是正方形的，并且电触点1234配置成接收芯片并与芯片联接，如图13a所示。轮廓区域1236包括沿着其周边凸脊，以接合流动池适配器的相应部分，并有效地将芯片密封在芯片载体装置内。围绕敞开的流动池室的突起的凸台或凸脊与芯片的有效表面接合，从而形成封闭的流动池室，如上所述。

电触点123与设置在芯片载体1230的相对侧上的电接口板的相应触点阵列1232电联接，如图13b所示。触点阵列1232被限定为扩增的接触垫的阵列，其布置成便于与模块的仪器接口1300的相应电触点(通常是弹簧针)接触。图13c示出了芯片载体1230的横截面图，其中芯片被承载并电联接在插座1236内。在该视图中未示出引线接合。除了芯片载体的电子元件之外，电接口板还可根据各种其它任务的需要，还可容纳无源电子元件和有源电子元件。例如，这样的部件可包括信号完整性、扩增、多路复用或其它这样的任务所需的任何部件。

e.芯片

在一些实施方式中，如果芯片1240包括硅传感器元件，则可将其接合在芯片载体1230内，并且施加引线接合，以将硅元件电联接至芯片载体1230。在其它实施方式中，可仅将芯片压入凹槽中，使得摩擦配合在相应触点之间提供足够的电接触。

在一些实施方式中，芯片1240是半导体诊断芯片，诸如这里描述的那些半导体诊断芯片中的任何一个。虽然半导体诊断芯片是优选的，但是应当理解的是，这里描述的理念可应用于适用于执行流体样品的处理或分析的任何类型的芯片。

可理解的是，芯片载体装置可配置成用于任何类型的芯片，包括但不限于cmos芯片、isfet芯片、体声芯片、非体声芯片、压电声芯片和孔阵列传感器芯片。另外，芯片可适用于在开放封装中使用的许多jdec标准中的任一个，包括但不限于qfn、双列直插式(dualin-line)和bga阵列。可替代地，芯片可直接安装至pcb作为板上芯片部件。

f.芯片载体装置的组装和使用

图14a和图14b示出了组装的芯片载体装置200沿着与各个部件截面图中所示相同的截面截取的剖视图。图中可见的是，芯片装置、流体样品适配器1210、流动池适配器1220和芯片载体1230中的每一个均可通过一个或多个联接特征进行接合，使得流体样品适配器1210的流体通道与流动池适配器1220的流动池对准并流体联接，以便于利用半导体芯片对流体样品进行处理或分析，其中半导体芯片承载在芯片载体内，邻近流动池。芯片载体1230的电触点1232面向外，用于与仪器接口1300的相应触点接合，以便于用模块控制半导体芯片，如上所述。

图14a和图14b示出了与流动池适配器1220流体联接的芯片载体接口1230的详细视图。图15a和图15b示出了在与样品盒100流体联接之前的完全组装的芯片载体装置200的详细视图，以及图15c示出了该装置的剖视图。如图所示，该装置配置成使得载体1230内的半导体芯片1240暴露于流动池适配器1220的流动池。尽管这些部件通过可移除的联接特征联接并对准，以允许终端用户在该装置内组装任何芯片，但是应当理解的是，这些部件可通过不可移除的联接特征联接或永久地结合，例如通过粘合剂或热密封。还可理解的是，这些部件可被限定成以各种其它方式容纳芯片，例如，这些部件可沿一侧铰接或部分连接。图15a和图15b示出了在与样品盒100流体联接之前的芯片载体装置200的详细视图，以及图15c示出了剖视图。

图16示出了与流体样品适配器1210联接的样品盒的详细视图，流体样品适配器1210通过流体接口1211流体附接至样品盒1100(为了提高可见度，省略了芯片载体装置的其它部件)。图17示出了流体样品适配器1210，其与流动池适配器1220和整个芯片载体装置1200内的芯片载体1230以及芯片载体1230内承载的芯片(未示出)联接。在将容纳流体样品的样品盒放置在模块内以进行处理和分析之前，终端用户可组装芯片载体装置，并以这种方式与样品盒联接。图18a和图18b示出了在与样品盒100流体联接之前的芯片载体装置200的详细视图。

图18示出了根据一些实施方式的配置成与样品盒一起使用的可替代检测模式。实施方式0描述了与反应管110流体联接的样品盒100。实施方式1描述了与流体桥120流体联接的样品盒100，该流体桥120适于便于将流体样品输送至外部装置，以便进行进一步处理或分析。实施方式2描述了与载有半导体检测芯片的芯片载体装置200流体联接的样品盒100，如本文所述。实施方式3描述了根据本文所述理念的承载半导体检测芯片的芯片载体装置200'的可替代结构。在该实施方式中，通过利用板上芯片和环氧树脂预型件结构或诸如裸硅通孔(“tsv”)或集成到模制载体管中的玻璃的竖直互连通路，已消除芯片载体装置的某些部件。这种设计减少了部件的数量，从而降低了芯片载体装置的复杂性和成本，以允许执行大量生产的方法。另外，这种设计概念允许即插即用方法，从而允许系统用于平台，以便以更经济有效的方式容易地接受和利用现有的“芯片上实验室”装置。虽然在这些实施方式中，芯片载体装置配置成在竖直方向上承载检测芯片，但是应当理解的是，可利用各种其它配置和定向。在一些实施方式中，利用竖直定向检测芯片的芯片载体装置是有利的，因为这进一步减小了整个芯片载体装置的尺寸，以便装配在用仪器接口修改的传统样品处理模块内，用于利用芯片控制分析。

iv.利用芯片载体的样品处理方法

图19至图20示出了根据一些实施方式的利用芯片载体装置和样品盒通过半导体芯片处理流体样品的示例性方法。

图19示出了一种方法，该方法包括以下步骤：在样品处理模块的容器内接收其中容纳流体样品的样品盒。这样的模块可为本文所述的模块或任何这样的模块或本领域已知的能够接收和处理本文所述的样品盒的类似模块。该方法还包括以下步骤：利用模块对样品盒内的流体样品执行一个或多个样品处理步骤，并将处理后的流体样品从样品盒输送至与样品盒流体联接的芯片载体装置中。处理过的流体样品的输送可通过控制加压通过样品盒的流体口执行，载体装置通过该流体口附接。该方法还包括：利用模块，通过承载在芯片载体装置内的半导体芯片对处理后的流体样品进行分析。在一些实施方式中，利用芯片分析的流体样品的诊断结果由模块接收，或由模块通过仪器接口确定。

图20示出了一种方法，该方法包括以下步骤：设置芯片载体装置，该芯片载体装置具有流体样品适配器、流动池和载有半导体芯片的芯片载体。如本领域技术人员所理解的是，这样的部件可为如上所述的，或可包括各种修改或附加适配器。该方法还可包括：将芯片载体装置流体联接至容纳流体样品的样品盒，并将该样品盒放入处理模块，并通过流体样品适配器的一个或多个流体端口，从芯片载体装置的流体样品适配器内的样品盒接收处理过的流体样品。该方法还可包括：通过第一组流动池端口，将处理后的流体样品从流体样品适配器输送至芯片载体装置的流动池中。在一些实施方式中，芯片载体装置是无阀的，使得通过流体联接芯片载体装置的样品盒的一个或多个流体端口的受控加压，执行接收和输送通过芯片载体装置的流体样品。该方法还可包括：利用承载在芯片载体装置的芯片载体内的诊断半导体芯片，对流动池内的处理过的流体样品进行分析。

如前所述，在一方面，适配器允许与不在常规芯片封装内的芯片(例如，安装在引线框线接合内、封装在环氧树脂中的芯片)相接合，从而与常规方法相比提供了改进的使用和组装的简易性，进一步减小了尺寸和集成。在一些实施方式中，芯片载体装置可包括一组标准的开口芯片载体，芯片可封装在其中。在其它实施方式中，装置可包括板上芯片封装，板上芯片封装允许芯片插入且与流动池相接合，如上文所述。

在前述说明书中，参照本申请的具体实施方式描述了本申请，但本领域技术人员将认识到本申请不限于此。上述发明的各种特征、实施方式和方面可单独使用或联合使用。另外，在不脱离本说明书的更广泛的精神和范围的情况下，本申请可用于除本文所述之外的任何数量的环境和应用中。相应地，说明书和附图应被视为说明性的而非限制性的。应认识到，如本文所使用的术语“包含”、“包括”和“具有”特别旨在被理解为本领域开放式术语。