流体处理和控制的制作方法

专利名称：流体处理和控制的制作方法
相关申请的交叉参考本申请涉及2000年8月25日提出的共同转让的未审美国专利申请No.09/648,570，其名称为“流体控制和处理系统”，其全部内容在此结合参考。
背景技术：
本发明总体上涉及流体操作，更具体地涉及一种用以处理和分析的计量和分配流体的系统和方法。
诸如临床或环境流体的流体分析通常包括一系列处理步骤，这些步骤可能包括流体样品的化学、光学、电子、机械、热或声的处理。不管是包括长工作台面的仪器、一次性针筒还是包括二者的结合，这样的处理典型地都包括复杂的流体装置和处理算法。
用于处理流体样品的常规系统采用一系列的室，各室都被构型以使流体样品经历一个特定操作步骤。当流体样品依次从一个室流到另一个室的时候，流体样品经历了依据一个特定草案的处理步骤。因为不同的草案要求不同的构型，采用这样的顺序处理安排的常规系统就不是万用的或是容易适用不同草案的。

发明内容
本发明提供了一种用于操作流体，例如确定样品中被分析物存在与否的装置和方法。在一个具体实施方式
中，该装置采用一个旋转阀构型，使得流体处理区可以选择性地与包括诸如样品室、废品室、清洗室、溶解室和主混或试剂室的多个室流体连通。在流体处理区和室之间的流体流动可以通过调节旋转阀的位置而得以控制。以这种方式，流体在装置中的计量和分配可以依据具体草案而改变。与常规设备不同，流体流动不再受具体草案(protocol)的限制。
根据本发明的一个方面，一个流体控制和处理系统包括一具有多个室的壳体，和一阀体，该阀体包括与一流体置换区流体连通的一第一流体处理区。流体置换区可以减压而将流体吸入流体置换区，还可以加压而将流体压出流体置换区。阀体包括多个外端口。该第一流体处理区与至少两个外端口流体连通。流体置换区与阀体的至少一个外端口流体连通。阀体可相对于壳体进行调节以使安放的外端口选择性地与多个室流体连通。多个室的至少之一是处理室，该处理室包括用于和阀体的至少一个外端口选择性连通的一第一端口和一第二端口。处理室提供了一个附加的流体处理区。
在某些实施方式中，阀体或处理室内的至少一个流体处理区包括一种可为富集材料或消耗材料的流体处理材料。该流体处理材料可包括至少一种固相材料。该固相材料可包括珠粒、纤维、隔膜、滤纸、玻璃棉、聚合物和凝胶中的至少一种。流体处理材料可包括一过滤器和珠粒(beads)，或至少两种类型的珠粒。在一个具体实施方式
中，用一种单一类型的珠粒实现至少两种不同的作用，这些作用选自包括细胞捕集、细胞溶解、粘合分析物和粘合不需要的材料的组。在某些实施方式中，处理室包括一个用来接收含富集材料或消耗材料的处理组件的接收区。在一个具体实施方式
中，至少一个室是含有干燥或冻干试剂的试剂室。
在某些实施方式中，流体处理材料包括至少一种液相材料，例如聚蔗糖(ficoll)、葡聚糖、聚乙二醇和蔗糖。该流体处理材料通过一个或多个烧结物而包含在流体处理区中。在一个具体实施方式
中，外端口位于阀体的一大致平的外端口表面上。
根据本发明的另一个方面，一个流体控制和处理系统包括具有多个室和至少一个分离通道(例如为了进行毛细管电泳和等电点聚集)的壳体，以及一包括与流体置换区流体连通的一流体处理区的阀体。流体置换区可以减压而将流体吸入流体置换区内，还可以加压而将流体压出流体置换区。阀体包括至少一个外端口，流体处理区和至少一个外端口流体连通，流体置换区和阀体的至少一个外端口流体连通。阀体可相对于壳体进行调节，以使至少一个安放的外端口选择性地和多个室及至少一个分离通道流体连通。
在某些实施方式中，多个电极连接在壳体上，以在至少一部分分离通道上施加电场。电极优选包括分离通道相对两端处的一对金属管。在分离通道两端提供有储罐，而且在其中一个储罐上提供一个用于和阀体的至少一个外端口相通的储罐端口。
本发明的另一个方面涉及一种控制阀、多个室和至少一个分离通道之间的流体流动的方法，其中阀包括至少一个外端口和一个流体置换区，该流体置换区和一个与至少一个外端口流体连通的流体处理区连续流体连通。该方法包括相对于多个室和至少一个分离通道调节阀，以使至少一个外端口选择性地和多个室及至少一个分离通道流体连通。
在某些实施方式中，在至少一部分分离通道上施加一个电场。该方法可包括光学检测分离通道中的物质谱带(species band)。
根据本发明的另一个方面，一个流体控制和处理系统包括一具有多个室的壳体，和一阀体，该阀体包括与一流体置换区连续流体连通的一流体处理区。该流体置换区可以减压而将流体吸入流体置换区内，还可以加压而将流体压出流体置换区。阀体包括一外端口。流体处理区和该外端口流体连通。流体置换区和阀体外端口流体连通。阀体可相对于壳体进行调节，以使外端口选择性和多个室流体连通。
在某些实施方式中，阀体可相对于壳体进行调节以关闭外端口，从而使流体置换区和流体处理区与室之间流体隔绝。至少一个室及流体处理区可含有一种富集材料或消耗材料。流体置换区可通过增加体积而减压，并可通过减少体积而加压。一流体置换元件放置在流体置换区中，且可以移动以调节流体置换区的体积。一能量传递元件与流体置换区操作地连接，用来将施加到那里的能量传递给其中包含的处理流体。
在
具体实施例方式
中，阀体包括一交叉通道。阀体可相对于壳体进行调节以使交叉通道和吸入室、来源室流体连通，从而将来源室的流体通过交叉通道而吸入吸气室。壳体可绕着一轴旋转调节。该至少一个外端口位于距该轴的外端口半径范围内，交叉通道位于距该轴的交叉通道范围内。外端口半径范围和交叉通道半径范围不重叠。交叉通道可以是一个位于距轴常规交叉通道半径上的一个圆弧。
根据本发明的另一个方面，一个用来控制多个室之间的流体流动的流体控制和处理系统，包括一壳体，该壳体包括和一个流体置换区流体连通的一个流体处理区。流体置换区可以减压而将流体吸入流体置换区，还可以加压而将流体压出流体置换区，该壳体包括至少一个外端口。流体处理区和至少一个外端口流体连通。流体置换区和阀体的至少一个外端口流体连通。壳体可相对于多个室旋转调节，以使至少一个外端口选择性地和多个室流体连通。
图说明

图1是根据本发明一个实施方式的流体控制和处理系统的透视图；图2是图1所示系统的另一个透视图；图3是图1所示系统的部件分解图；图4是图2所示系统的部件分解图；图5是图1系统中的流体控制装置及垫圈的正视图；图6是图5的流体控制装置及垫圈的底部平面图；图7是图5的流体控制装置及垫圈的顶部平面图；图8是图7的旋转流体控制装置沿8-8的剖面图；图9A～9LL是顶部平面图和剖面图，说明了采用图1的流体控制和处理系统的一种用于控制和处理流体的草案；图10是根据本发明另一个实施方式的流体控制和处理系统的透视图；图11是图10系统中的流体控制装置的剖面图；图12A～12N是平面图，说明了利用图10的流体控制和处理系统的一种用来控制和处理流体的具体草案；图13是软壁室的剖面图；图14是活塞装置的剖面图；图15是侧过滤室的平面图；图16是根据本发明的另一个实施方式包括一处理室的流体控制和处理系统的顶部平面图；图17是图16的处理室的透视图；图18是图16的流体控制和处理系统的局剖截面图；图19是图16的处理室的剖面透视图；图20是图16的处理室的保持元件的透视图；图21是图20的保持元件的正视图；图22是图20的保持元件的顶部平面图；图23是图22的保持元件沿23-23的剖面图；图24是根据本发明的另一个实施方式的包括分离通道的流体控制和处理系统的截面图；图25是根据本发明的另一个实施方式的流体控制和处理系统中的流体控制装置的截面图；以及图26A～26EE是顶部平面图和截面图，说明了利用图25的流体控制和处理系统的一种用于控制和处理流体的具体草案。
具体实施例方式
图1～4示出一种流动控制和处理系统10，包括一具有多个室13的壳体12。图1示出室13，该室为了说明的目的是外露的。典型地提供一顶盖以封住室13。如在图3和4中显而易见的，一流动控制装置16和一反应容器18连接到壳体12的不同部分上。本实施方式中的流动控制装置是一旋转流体控制阀16。阀16包括一具有盘状部分22和管状部分24的阀体20。盘状部分22具有一个大致平的外端口表面23，最好可参见图3。阀16可相对于壳体12旋转。壳体12包括多个室端口25，这些端口面向阀16的盘状部分22的外端口表面23(图4)，使得室13和阀16间流体连通。一可选的密封圈或垫圈26放置在盘状部分22和壳体12之间。盘状部分22进一步包括一过滤器或过滤器组27，外盖28，和一有齿圆周29。外盖28可为硬壳或柔性薄膜。
如图4中所清晰可见，盘状部分22包括一个流体处理区30。如这里所用的，术语“流体处理区”表示一个区域，在该区域中流体经历包括但不限于化学的、光学的、电子的、机械的、热或声的处理。例如，化学处理可能包括催化剂；光学处理可能包括紫外U.V激活；电子处理可能包括电穿孔或电泳或等电点聚集；机械处理可能包括混合、过滤、加压和细胞分裂；热处理可能包括加热或冷却；以及声处理可能包括超声波的使用。流体处理区可能包括一个诸如过滤器27的活性元件以便于流体处理。活性元件的实例包括微观流体芯片、固相材料、过滤器或过滤器组、亲和性基质、磁性分离基质、尺寸排阻柱、毛细管等。适当的固相材料包括但不限于珠粒、纤维、隔膜、滤纸、用溶解剂浸渍的溶解纸、玻璃棉、聚合物或凝胶。在一个特定实施方式中，流体处理区用来为例如在反应容器18中的进一步处理准备样品。
如图5～8所示，外盖28封住了流体处理区30和阀16的盘状部分22的底部。图8中，处理区30包括一个和第一流体处理通道34连通的第一流体处理端口32，和一个与第二流体处理通道38连通的第二流体处理端口36。第一流体处理通道34与第一出口导管40连通，该导管40结束于外端口表面23处的第一外端口42，而第二流体处理通道38与第二出口导管44连通，该导管44结束于外端口表面23处的第二外端口46。流动置换通道48在接近一端与第一流体处理通道34和第一导管40连通，在其另一端与流体置换区50连通。第一出口导管40充当一个常规导管，用来使第一外端口42和第一流体通道34或流体置换通道48之一或二者连通。处理区30和流体置换区50是连续流体连通的。
如图6～8所示，外端口42、46相对于阀16的轴52互成大约180°角度放置。外端口42、46以距轴52相同的距离呈放射状布置。轴52垂直于外端口表面23。在另一个实施方式中，外端口42、46之间的角间距可能不同。在另一个实施方式中，盘状部分22中的通道构型也可能不同。例如，第一流体处理通道34和第一出口导管40可能是倾斜的，且直接与流体置换区50连通，从而省去了流体置换通道48。第二流体置换通道38也可以是倾斜的，并在第二流体处理端口36和第二外端口46之间沿一条直线延伸，从而省去第二出口导管44。另外，阀16中还可提供有更多通道和外端口。最好参见图3，一个交叉通道或凹槽56理想地提供在外端口表面23上。凹槽56是弯曲的，理想地放置在距轴52恒定半径处。在一个实施方式中，凹槽56是位于距轴52的一个常规半径上的圆弧。下面更详细的讨论，凹槽56可用来填充容器。
如图8所示，流体置换区50基本上位于阀16的管状部分24内，并延伸到盘状部分22中。在一个优选实施方式中，流体置换区50是一个泵通道或室。一个柱塞或活塞54形式的流体置换元件可移动地放置在泵室50中。当活塞54向上移动时，它扩张了泵室50的体积，以产生吸力将流体吸入泵室50中。当活塞54向下移动时，它减少了泵室50的体积，以将流体压出室50。可选地，例如置换区50的加压和减压可利用横隔膜、外充气或压力控制系统等实现。
因为旋转阀16可绕其轴52相对于图1～4中的壳体12旋转，外端口42、46之一可开启并与室13或反应容器18之一流体连通，或者两个外端口42、46都堵住或关闭。本实施方式中，外端口42、46中的最多一个与室或反应容器18之一流体连通。其他的实施方式可能通过配置而使两个外端口42、46都与分离室或反应容器18流体连通。因此，阀16可相对于壳体12旋转，以使外端口42、46选择性地和包括室13在内的多个室和反应容器18流体连通。根据外端口42、46中哪个外端口打开或关闭，和活塞54向上还是向下移动，流体在阀16中的流动可以改变方向，外端口42、46每个均可在作为入口端口和作为出口端口之间切换，而且流体流动可通过处理区30或分路处理区30。在一个具体实施方式
中，第一外端口42是入口端口，从而处理区30的入口侧比流体处理区30的出口侧更靠近流体置换区50。
为了说明阀16的流体计量和分配功能，图9A～9LL说明了阀16针对一个特定草案的操作。在图9A和9AA中，第一外端口42位于通过阀16而与样品室60流体连通处，并且，活塞54被向上拉，以将流体样品从样品室60经过第一出口导管40和流体置换通道48而吸至流体置换区50，分路处理区30。为了简化起见，图9A-9LL中没有示出活塞54。然后旋转阀16，使第二外端口46和废品室64流体连通，如图9B和9BB所示。活塞54被推动向下，驱使流体样品经过流体处理区30进入废品室64。在一个具体实施方式
中，流体处理区30包括过滤器或过滤器组27，用来在流体样品通过时从样品中捕获样品成分(例如细胞、孢子、微生物、病毒、蛋白质等)。过滤器组的一个实例描述在共同转让的未审美国专利申请No.09/584,327中，其名称为“细胞分裂的装置和方法”，于2000年5月30日申请，该专利全文在这里参考。在可选实施方式中，处理区30中还可提供其他活性元件。捕获样品成份的这最初两个步骤可根据需要进行重复。
在图9C和9CC中，阀16被旋转使第一外端口42和废品室66流体连通，而且活塞54被向上拉，从废品室66吸出废流体进入流体置换区50，分路处理区30。然后旋转阀16使第二外端口46与废品室64流体连通，如图9D和9DD所示。活塞54被向下推，驱使废流体通过流体处理区30进入废品室64。上述洗涤步骤可根据需要进行重复。该中间洗涤是用于除去阀16内不需要的残余物的。
在图9E和9EE中，旋转阀16，使第一外端口42与溶解室70流体连通，而且活塞54被向上拉，将溶解流体(例如溶解剂或缓冲剂)从溶解室70吸入流体置换区50，分路处理区30。然后旋转阀16使第二外端口46与废品室64流体连通，如图9F和9FF所示。活塞54被推动向下，驱动溶解流体通过流体处理区30进入废品室64。在图9G和9GG中，旋转阀16，关闭外端口42、46。活塞54被推动向下，使残留溶解流体和流体处理区30中捕获的样品成分加压。附加的能量可以施加在处理区30内的混合物上。例如，可放置一个诸如超声波喇叭形扩音器的声波元件76，它与外盖28接触以将声能传递到处理区30中便于样品成分的溶解。在一个实施方式中，外盖28是由柔性薄膜做的，在压力下拉伸从而在溶解期间接触声波元件76，使得声能能够传递到处理区30中。
盖28在一个实施方式中是诸如聚丙烯、聚乙烯、多元酯或其它聚合物的聚合材料的一个柔性薄膜。该薄膜或者诸如层压品那样分层堆积，或是均匀的。优选层压薄膜，因为它们通常具有比均质薄膜更好的强度和结构整体性。特别地，层压聚丙烯尤为优选，因为聚丙烯对聚合酶链反应(PCR)不是抑制性的。可选地，盖28可包括诸如硬塑料片的其它材料。在一个优选实施方式中，盖28是一个界面壁，其为穹顶形，或包括加劲肋，例如在名称为“细胞分裂的装置和方法”的WO00/73413中所示，或者在2001年10月4日申请的、名称为“细胞或病毒快速分裂的装置和方法”的共同转让的未审美国专利申请No.09/972,221中所示，这些专利的全文在此结合参考。
大体上，用来传递施加在那里的能量的能量传递元件与处理区30操作连通，它可为超声波的、压电的、磁致伸缩的或静电的转换器。能量传递元件也可能是一种具有诸如音圈马达或电磁设备的缠绕线圈的电磁设备。目前优选能量传递元件为声波元件，例如一个超声波喇叭形辐射体。适当的喇叭形辐射体可从Sonics & Materials公司购到，该公司在53 Church Hill，Newton，Connecticut 06470～1614，U.S.A有一个办公室。可选地，声波元件可包括一个压电磁片，或者可安装到盖28上的任何其它类型超声波转换器。在可选实施方式中，能量传递元件是一种将热能传递到处理区30的热元件(例如一个加热器)，或是一种将电能传递到处理区30的电元件。除此之外，也可同时使用多级能量传递元件，例如同时加热和声处理处理区，以促进处理区内细胞、孢子、病毒、捕集微生物的溶解。
在图9H和9HH中，旋转阀16，使第二外端口46和主混合或试剂室78流体连通，而且活塞54被推动向下，将来自处理区30的混合物洗脱至试剂室78。试剂室78典型地包括待与样品混合的试剂(例如核酸扩增剂和探针)。旋转阀16使端口46和废品室64流体连通，然后废品室里64的任何过量混合物将经由第二外端口64而分散到废品室64中，如图9J和9JJ所示。混合物然后通过来回运动而在试剂室78中混合。这是藉由如图9J和9JJ所示的使流体置换区50和试剂室78流体连通，并上下移动活塞54而实现的。例如，混合物通过过滤器在处理区30内的来回运动使得过滤器中捕集到的较大颗粒暂时移出通道，而使较小颗粒通过。试剂室78可包括干燥或冻干的试剂，该试剂在与流体混合后再生。
在图9K、9KK和9K′K中，旋转阀16，使第一外端口42和连接到反应容器18上的第一支管84流体连通，使连接到反应容器18上的第二支管86和交叉凹槽56流体连通。第一支管84和第二支管86置于距阀16的轴52不同半径处，其中第一支管84具有距离第一外端口42的常规半径，第二支管86具有距离交叉凹槽56的常规半径。交叉凹槽56也与试剂室78流体连通(图9K)，而且在试剂室78和第二支管86间用作桥梁，提供了二者之间的交叉流动。外端口位于在距轴的外端口半径范围内，交叉凹槽位于距轴的交叉凹槽半径范围内，其中外端口半径的范围和交叉凹槽半径的范围不重叠。使交叉凹槽56位于和外端口42、46半径不同的半径处是有利的，因为它避免了交叉凹槽56被污染物交叉污染，该污染物是作为阀16旋转运动的结果而存在于外端口42、46的半径范围内、阀16和壳体12之间表面附近的区域中。因此，虽然可以使用交叉凹槽的其他构型，包括那些与外端口42、46的半径重叠的构型，但是所示的实施方式是一种最佳的布置，它使得交叉凹槽56免受外端口42、46半径处阀16和壳体12之间表面附近区域的污染。
为了装满反应容器18，活塞54被向上拉动，将试剂室78内的混合物通过交叉凹槽56和第二支管86而吸入反应容器18中。在这样的布置中，反应容器18为吸入室或称为第一室，试剂室78为来源室或称为第二室。然后旋转阀16，使第二外端口46和第一支管84流体连通，并关闭第二外端口42，如图9L和9LL所示。推动活塞54向下，加压反应容器18内的混合物。反应容器18可插入一个用于进行核酸扩增和/或检测的热反应室中。两个支管84、86可以填充和排空反应容器18的反应室。容器还可通过超声焊接、机械联结、或其类似方法、或通过焊接而与壳体12整体形成的方法连接到壳体12上。用一个反应容器来分析流体样品描述在共同转让的未审美国专利申请No.09/584,328中，其名称为“用于进行化学反应的筒”，2000年5月30日申请。
为了操作图3～8的阀16，典型地将一个诸如步进电机的电机连接到盘状部分22的有齿圆周29上，使阀16相对壳体12旋转，以高度精确地分配流体。电机根据所需草案可为计算机控制的。线性电机或类似物典型地用于精确地上下驱动活塞54，从而提供精确的计量，而且它们还可根据所需草案为计算机控制的。
图10表示另一个阀100，该阀可旋转地连接到流体控制通道壳体或滑体102上。反应容器104可拆卸地连接到壳体102上。阀100是一个大致管状的元件，具有纵轴105，如图11所示。活塞106可移动地连接到阀100上，以随着阀106上下移动而改变流体置换区108的体积。盖109位于阀100的底部附近。流体处理区110位于阀100中，且和流体置换区108连续流体连通。阀100包括一对小孔，充当第一端口111和第二端口112，如图11所示。在所示实施方式中，端口111、112以大约120°的角相隔开，但间距在另外实施方式中可不同。交叉通道或凹槽114形成在阀100的外表面116上，大体沿纵向延伸，如图10所示。两个端口111、112纵向位于不同水平上，沿纵轴105彼此偏离，且交叉凹槽114沿轴105纵向延伸，桥接端口111、112的两个水平位置。
壳体102具有一个开口118，用于容纳具有端口111、112和凹槽114的阀100的部分。开口118周围的内表面120被构型以配合阀100的外表面116。尽管可在内表面120和外表面116之间放置一个垫圈，但优选的实施方式采用锥形的或圆锥形的表面120、116，从而在不采用附加垫圈的情况下即产生密封效果。壳体102包括多个通道、端口，而且阀100可绕着它的轴105旋转，使端口111、112选择性地和壳体102内的多个通道流体连通。根据哪一个端口开启或关闭，以及活塞向上还是向下移动，阀100内的流体流动就可以变向，而且端口111、112每一个都可以在作为入口端口和作为出口端口之间切换。
为了说明阀100的流体计量和分配功能，图12A～12N示出了阀100针对一个特定草案的操作。如图12A所示，壳体102包括多个流体通道。为方便起见，通道标识如下试剂通道130，溶解通道132，样品通道134，洗涤通道136，废品通道138，第一支管140，第二支管142。通道130～138从内表面120延伸到一个基本上平的外表面144，且支管140、142从内表面120延伸到另一个基本上平的外表面146(图10)。装配好以后，第一端口111和通道130～134位于垂直于纵轴105的第一横向平面上，第二端口112、通道136～138和两个支管140、142位于垂直于纵轴105的第二横向平面上。第二横向平面在纵向上偏离第一横向平面。为了方便将第二端口112、通道136～138和支管140、142涂上阴影，以表示它们纵向上偏移第一端口111和通道130～134。交叉凹槽114纵向延伸，以桥接第一和第二横向平面之间的偏离。室体150连接到壳体102上(图10)，且包括分别与通道130～138流体连通的试剂室、溶解室、样品室、洗涤室和废品室。第一和第二支管140、142和反应容器104流体连通。
在图12A中，第一端口111和样品室134流体连通，而且活塞106被向上拉将流体样品吸入流体置换区108(图11)。然后旋转阀100使第二端口112与废品室138流体连通，而且活塞106被向下推将流体样品从置换区108通过处理区110、并通过废品室138压出，如图12B所示。典型地，这些步骤可被重复直至全部样品都通过处理区110进行处理，例如将样品成分捕集在诸如过滤器的捕集元件上。
在图12C中，旋转阀100使第二端口112和废品室136流体连通，通过向上拉动活塞106而将废流体吸入处理区110。然后旋转阀100使第二端口112和废品室138流体连通，而活塞106被向下压，以将废流体从处理区110通过废品通道138排出。上述洗涤步骤可根据需要进行重复，以除去阀100中的不需要的残余物。
为了溶解，阀100旋转使第一端口111和溶解室132流体连通，且活塞106被向上拉动将溶解流体吸入流体置换区108，如图12E所示。在图12F中，阀100旋转，关闭两个端口111、112。活塞106被向下推，从而将溶解流体推入处理区110中，并加压溶解流体和流体处理区110中捕集的样品组分。还可在处理区110内的混合物上施加附加的能量，例如通过将一个声波元件可操作地连接到盖109上而传递给处理区110的声能。
在图12G中，所需预定量的废流体从废品通道136经过第二端口112而被吸入处理区110中以稀释混合物。然后旋转阀100，使第一端口111和试剂室130流体连通，从而将预定量的混合物从处理区110排放到试剂室，如图12H所示。使活塞106上下移动，通过来回运动(toggling)而搅动和混合混合物。余量的混合物通过第二端口112排放到废品室138中，如图12I所示。通过将废流体从废品室136通过第二端口112吸入处理区110(图12J)，并将洗涤流体从处理区110通过第二端口112排放到废品室138中(图12K)，完成了另一次的洗涤。
在图12L中，旋转阀100，使第二端口112和与反应容器104相连的第一支管140流体连通，而反应容器104相连的第二支管142和交叉凹槽114流体连通。第二支管142纵向偏移试剂室130。在图12L所示位置中，交叉凹槽114纵向延伸，桥接第二支管142和试剂室130间的偏移，使它们互相流体连通。其结果是，流体处理区110通过第一支管140、反应容器104、第二支管142和交叉凹槽114而与试剂通道130流体连通。
通过向上拉动活塞106，试剂室中的混合物从试剂通道130通过交叉凹槽114和第二支管142而吸入反应容器104中。然后旋转阀100使第二端口112和第二支管142流体连通，并关闭第一端口111，如图12M所示。向下推动活塞106，加压反应容器104中的混合物。在图12N中，旋转阀100，关闭了端口111、112，并与反应容器104断开。反应容器104可插入一个用于实施核酸扩增和/或检测的热反应室内。
如上述的实施方式所举例说明，流体控制和处理系统有利的是一种完全包括的系统，其既通用又可调节。流体置换区是用于在系统内移动流体的推动力。通过保持流体置换区和流体处理区之间的连续流体连通，该用于在系统内移动流体的推动力在所有时间内都和处理区流体连通。流体置换区(推动力)也可作为通过系统的被驱动流体的一个暂时存储区。虽然所示实施方式用一个流体置换区中的移动活塞作为推动力，但其它机制也可采用，包括采用压力作为推动力而不引起流体置换区体积变化的气动泵机制等等。流体处理区的入口或出口侧可访问任何一个室，以允许试剂和其它流体的随意进入。复合草案可以相对容易地输入计算机控制器内，然后用通用流体控制和处理系统运行。无数不同草案可用一单一平台进行。
在所示实施方式中，流体控制是通过安排阀的一对端口而使得一次只有一个端口选择性地与室流体连通从而发生的。这是通过保持该一对端口相对于室异相而实现的。一个交叉凹槽或旁路通道提供了附加的流体控制能力(例如使得可以在封闭的系统内方便地填充和倒空反应容器)。当然，在其它实施方式中可以采用不同的端口方案以得到所需的流体控制。而且，虽然所示实施方式每一个都包括阀体内的一个单独流体处理区，但如果需要，附加处理区可位于阀体内。通常，阀体每n个处理区需要(n+1)个端口。
单个阀的使用由于只存在一个故障元件而产生了高制造产量。流体控制和处理元件的集中造成一种紧凑装置(例如小筒的形式)，且便于自动模制和组装。如上面所讨论的，系统有利地包括稀释和混合能力、中间洗涤能力和正压缩能力。系统内的流体路径通常是关闭的，以使污染最小化并便于系统内的流体保持和控制。反应容器可方便地拆卸和更换，在某些实施方式中可以是任意处理的。
流动控制和处理系统的组件可由与所用流体兼容的多种材料制作。合适材料的实例包括聚合物材料，例如聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、丙烯酸类或尼龙。系统内的不同室、通道、端口等具有不同形状和尺寸。
装置和方法的上述布置仅仅为了说明本发明原理的应用，在不背离权利要求书所限定的发明精神和范围的情况下，可作出很多其它的实施例或变型。
例如，图13示出一个可包括在流体控制和处理系统内的柔壁室200。典型地，一个装载试剂类型筒需要至少两倍于刚性系统中试剂和样品总体积的总流体体积。柔壁室的使用能减少必需体积。这些室具有柔性的壁，可典型地用薄膜和热成形形成。柔壁的一个附加优点就是如果壁可足够挠曲以使得它们在室被倒空时能够塌陷的话，就不需要排气。在图13中，一个柔性侧壁202间隔开试剂室204和废品室206。由于废品是由样品和试剂组成的，废品所需的体积就不能超过样品和试剂的总体积。当废品室206膨胀时试剂室204收缩，反之亦然。这可以是一个与外部不连接的封闭系统。该构型能减少筒的总尺寸，并能允许室体积的快速转换。它还可以消除排气，且可以通过减少平台的数量而削减成本，否则就需要以很硬的工具来建造这些平台。在一个实施方式中，系统中多个室的至少二个被一个柔性壁分隔开来，以允许室之间室体积的转换。
图14示出一个用来驱动少量流体的活塞组件210，它包括一个活塞杆212，该活塞杆212与一个具有比杆212更小的横截面的活塞轴214相连。如果细活塞轴214够长，它可以在所施加压力下弯曲。活塞杆212沿桶或壳体216的上部移动，而活塞轴214沿着桶216的下部移动。活塞杆212的移动引导着活塞轴214的移动，吸收了很多施加的力，从而非常少的弯曲力被传递到细活塞杆214上。
图15示出一个可包括在系统内的侧室220。该侧室220包括一入口222和一出口224。在本实施例中，侧室220包括一放置在入口222处的过滤器226。流体通过入口222被引入侧室220，并通过出口224流出以进行侧过滤。这使得可以用本发明的流体控制系统过滤流体样品或类似物。流体可以再循环，从而通过过滤器226实现更好的过滤。这一预过滤对在将流体引入系统主室之前除去颗粒以防堵塞是很有用的。侧室的使用是有利的，例如可避免污染阀和系统内的主室。
一个流体样品可以通过多种机制而被手动或自动地引入构型为筒的流动控制和处理系统10的壳体12内。对于手工而言，量好体积的材料可通过入口端口而放置在壳体12的一个接收区(例如多个室之一)内，然后在端口上放置一个盖子。可选地，接收区域可被橡胶或相似的阻片覆盖，而样品通过用针刺穿该阻片和用针注射样品而被注入接收区域内。可选地，多于所需量的更大量样品材料可被加入壳体12中，而壳体12内的机制可以促进特定草案所需的样品的精确测量和等分。
理想的是，将某些诸如组织活体解剖材料、土壤、粪便、分泌液及其它复合材料的样品放置在另一个设备或附件中，然后将第二设备或附件放入能产生起到诸如混合、分散或萃取效果的机械作用的壳体中。例如，可以将一片组织放入充当入口端口盖的一个第二设备中。当盖压入端口时，组织被迫通过一网，该网将组织切成薄片或以其它方式分开组织。
对自动样品引入，可以采用附加的壳体或筒设计特征，并且在很多情况下直接赋予壳体样品收集的功能。对某些样品，诸如那些对操作者或环境产生危险的例如人类反转录病毒病原体等，将样品转移到壳体中可能会造成危险。因此，在一个实施方式中，在设备中结合一个注射器或液体配送器，以提供一个将样品直接移入壳体的装置。可选地，该设备可包括一个静脉穿刺针和一根形成一个能获取样品的组件的导管。收集后移出并抛弃管和针，然后将壳体12放置在一个仪器中进行处理。这一方法的优点是操作者或环境不会暴露给病原体。
在将适当的人为因素考虑为所需样品性质的函数时，设计入口端口。例如，呼吸样品可以从下部呼吸道得到，它可作为来自咳嗽的化痰剂、或者来自咽喉或鼻孔背部的药签或刷子样品。在前一种情况下，可以设计入口端口以使病人可以直接咳嗽到壳体12中，或者使其将痰样品吐入壳体中。对于刷子或药签样品，可以将样品放置在入口端口中，在此处端口和外壳特征便于折断并保留筒接收区中的药签或刷子端部。
在另外一个实施方式中，壳体12包括一个或多个入口管或液体配送器，该管放置在样品池中以使样品材料流入壳体12。可选地，亲水性的毛细材料可起到将样品吸入设备的作用。例如，整个筒可直接浸入样品中，使足够量的样品被吸入毛细材料内，并被毛细作用吸入壳体12内。然后移出壳体，将壳体运到实验室或者直接用便携式仪器进行分析。在另一个实施方式中，可以采用管道系统，使得管的一端和壳体直接连通以提供至少一个室的流体界面，而另一端接入外界环境以起到样品接收器的作用。然后将导管放置在样品中并作为液体配送器。因此，设备可包括用于从多种不同来源收集样品、及用于将样品移入壳体12从而减少处理和不便的多种特征。
图16示出一个流体控制和处理系统310，其包括一具有多个室313的壳体312，多个室之一为处理室314。壳体312包括多个室端口325，其被构型以和诸如与图1～4的系统10的旋转阀16相似的旋转流体控制阀的流体控制设备连通。该阀具有与系统10的流体置换区50相似的流体置换区。室313可包括与图1～4的实施方式中相同的室(即样品室60、废品室64、洗涤室66、溶解室70、试剂室78和反应容器18)。壳体312还包括与图1～4的系统10的流体处理区30相似的流体处理区或活化区。在如此一个结构中，室端口325将面向旋转流体控制阀的盘状部分的外端口表面。
处理室314具有第一端口326和第二端口327。在一个实施例中，第一端口326可以是摄入流体的入口，第二端口327可以是从处理室314排出流体的一个出口。处理室314典型地整体形成在或嵌在壳体312的主体中，所以处理室的入口和出口是两个室端口。可选地，处理室314可以形成为一个能插入壳体312主体内的单独元件，该插入元件具有与两个室端口排列对准的入口和出口端口。
处理室314可包括一种处理室材料，例如富集材料或介质，或消耗物质或介质。富集材料从通过处理室314的流体中捕获诸如被分析物的目标物质。消耗材料从通过处理室314的流体中捕获或留住不需要的材料。富集或消耗材料可包括一种或多种固相材料。通常，该固相材料可包括珠粒、纤维、隔膜、滤纸、玻璃棉，聚合物和凝胶。
例如，富集材料可包括层析材料，更具体地为一种吸附相材料，例如其中粘合组件已经共价地粘合在不溶性基体上的反相材料、离子交换材料或亲和层析材料。对亲和层析材料而言，粘合组件可为特定的基团(例如凝集素、酶辅因子、蛋白质A等)，或特定物质(例如抗体或其片段、用于相关特定抗体的抗原、低核甘酸等)。粘合材料所粘合的不溶性基体可为颗粒，例如多孔玻璃或聚合物珠粒、玻璃丝或单纤维的网络、多个窄棒或毛细管等。例如，不溶性基体可包括用于在免疫测定程序中捕集抗原或半抗原的、和抗体共同起作用的珠粒。
代替涂层颗粒或其它不溶性基体，还可以使用一种已涂敷/浸渍的隔膜，它提供了对流体样品中含有被分析物部分的选择性截留，而使样品的未截留部分流过该隔膜并流出处理室。已经有多种亲水性、疏水性和离子交换的隔膜用于固相萃取中。
富集材料的另一个实例是凝胶介质，它可用于提供多种不同的筛分毛细作用。通过处理室314的富集通道起到一种流体样品中富集特定被分析物部分的作用。通过改变介质的孔尺寸、采用不同空隙率的两种或多种凝胶介质、和/或提供孔尺寸梯度，我们就可以确保初始流体中含有感兴趣的被分析物部分能够被截留在凝胶介质中。
对于某些富集材料或消耗材料，必须用一种保留机构来保持处理室中的特定的颗粒材料。诸如玻璃烧结物的烧结物可用于保留在处理室中的材料。图18～23示出两个放置在处理室314中的烧结物330、332。在所示实施方式中，烧结物330、332通过保留结构或元件336而保持在适当位置。该保留元件336可以构型为一种可容易地卡入处理室314的接收区的适当位置、而且能够根据需要能方便地取出。如图17所示，在一个具体实施方式
中，处理室314包括一接收区329，用于接收含富集材料或消耗材料的处理组件。在其它实施方式中，处理组件可包括一含有分离材料的柱，或者一含有用于毛细电泳或等电点聚集的分离通道的结构。处理室314有一收集区331，用于接收已经流过处理组件336的流体。
参考图18～23，处理室336优选地包括一将流体引入收集区331的喷口333。处理组件包括一放置在第一端口326附近的第一烧结物330，而第二烧结物间距第一烧结物330放置，以提供一个用于富集材料或消耗材料的空间338。在一个实施方式中，流体通过第一端口326进入处理室314，流过第一烧结物330、空间338中的富集材料或消耗材料、第二烧结物332，然后基于重力流到第二端口327上方处理室的收集区331中，并通过端口327流出处理室314。空间338充当另一个流体处理区。
在一个实施例中，旋转阀使流体置换区和样品室通过第一外端口流体连通，从而从样品室吸入样品流体。图9A和9AA中示出了图1～4的系统10，它与图16～23的系统310基本相同，所不同的是系统310中有附加处理室314。样品流体旁路流体处理区(系统10中的区域30)，进入流体置换区(系统10中的区域50)。阀(系统10中的阀16)被旋转使第一外端口和处理室314流体连通。样品流体从流体置换区通过入口端口316而吸入处理室314中，旁路流体处理区。当流体经由入口端口326流过含有富集材料的处理室314时，例如含有被分析物的样品部分将被处理室314中的诸如层析材料的富集材料截留。余下的流体废品部分通过出口端口327而流出处理室314，通过阀的旋转使第一外端口和处理室314的出口端口327流体连通，从而进入阀的流体置换区。然后旋转阀使第一外端口和废品室(系统10的室64)流体连通，然后废品流体从流体置换区吸入废品室中。然后，可以使一种洗脱液体流过处理室314中的富集材料，从富集材料中释放出所富集的样品部分，并将其由处理室314携带至其它的室或者诸如活化区的其它区。该洗脱液体可以先从其它的室进入阀的流体置换区，然后通过操纵旋转阀而从流体置换区进入处理室314的入口端口326。洗脱液体和所释放的富集样品部分可以从处理区314经由出口端口327或者通过第一外端口(系统10中的端口42)而旁路流体处理区进入流体置换区，或者流过流体处理区(系统10中的区域30)，通过第二外端口(系统10中的端口46)而进入流体置换区。可以进一步操纵旋转阀，而将流体传送到系统310的其它室或区中。
在另一个实施例中，在处理室314内提供一种消耗材料，用来从样品流体中捕集或除去不需要的材料。阀可用于将样品流体从样品室传送到处理室314中如上述。当流体经由入口端口326而流过含有消耗材料的处理室314时，诸如细胞碎片、污染物或扩增抑制剂的不需要材料被从流体中排除。通过旋转阀而使流体置换区和出口端口327流体连通，就使得残余流体通过出口端口327而流出处理室314。流体可以通过第二外端口(系统10的端口46)而首先进入阀的流体处理区(系统10的区域30)，然后进入阀的流体置换区(系统10的端口42)。可选地，流体可以通过第一外端口(系统10的端口42)旁路流体处理区进入流体置换区。然后通过操纵阀而将流体从流体置换区随后驱入系统310的其它室或区。
代替固相材料，处理室314可容纳诸如聚蔗糖、葡聚糖、聚乙二醇(PEG)、蔗糖等的液相材料。
通过在流体处理系统310内提供一个或多个处理室，系统310变得更加万能，而且能够进行除了在活性区、以及在阀体内的处理区(例如图8的处理区30)所进行的以外的其它样品制备步骤，从而在单一装置内得到多级的过滤、连续的功能等。另外，处理室可以和外流体体积流体连通，以方便于大体积的处理。处理室还可与含有位于处理系统310的主体312内部的不希望的材料的外室流体连通。
通常，处理室(例如图16的处理室314)和阀体(例如图8中的处理区30)中的处理区可各自含有富集材料或消耗材料。在某些实施方式中，每个处理区可含有一种或多种这样的材料。例如，一个过滤器(例如图8中的过滤器或过滤器组27)或珠粒可放置在处理区中，以从样品中除去诸如细胞碎片的不需要材料，或者用于完成细胞的浓缩。该过滤器或珠粒可用于粘合样品中诸如特定分子的特定目标，或者用于去除诸如蛋白质、抑制剂等的特定目标。在某些实施方式中，处理区包括用于分子目标物的分子隔离、或者分子材料的分子除去的一个过滤器及其它的诸如珠粒、纤维或羊毛等的固相材料。在其它实施方式中，处理区可包括诸如磁珠、玻璃珠、聚合物珠等的不同类型珠粒。这些珠粒可用于细胞捕集、细胞溶解、粘合被分析物、粘合不需要材料等。在某些实施方式中，可使用单一类型的珠粒进行细胞捕集、细胞溶解、粘合被分析物、粘合不需要材料中的两种或多种功能。例如，细胞可粘着到珠粒上并溶解以释放它们的核酸内含物，并将溶解产物和释放的核酸一起移到一分离区或室中以进行进一步的处理，留下珠粒及它们附着的细胞碎片。
在其它实施方式中，提供了一用于进行毛细管电泳(CE)、等电点聚集(IEF)等的分离通道。这可在核酸扩增之前或之后完成。该分离通道可以是一插入流体处理系统的室内的单独元件，可形成为系统壳体内的微通道，或可以嵌入系统的一个室内。
图24示出了在流体控制和处理系统354内的一个分离通道或区域350。该分离通道350典型地形成为一单独元件，它组装在室354内部，而且在某些实施方式中可以位于室352中。可选地，分离通道350可以整体形成或嵌入系统354中。分离通道350可为一连接至少两个电极的细通道或毛细管，该电极在所示的特定实施方式中包括两个金属管356、358。通道350的下端与和室端口或储罐端口360流体连通的下部储罐361流体连通，而通道350的上端和位于用于支撑分离通道350的支撑结构366上的一个导出储罐362流体连通。金属管356、358充当电极，以接收电能并将电场施加在分离通道350中的流体上。接触该金属管356、358的连接导线可以模制在塑料内并引到系统354的壳体外表面的各个接触区域上。然后，在接触面积上连接一个电源，在接触面积之间施加压差并因此施加到电极之间。可选地，电极可以提供为用于施加电场的外仪器的部分，而且在分离通道350两端处浸入储罐中。样品流体典型地通过阀370的活塞368而从流体置换区372通过阀体外端口之一(例如外端口342)，经由储罐端口360和储罐361而泵入分离通道350中。一个样品插塞被注入分离通道350中，而储罐361中的残余样品流体部分可随后通过活塞368而经由室端口360吸入阀体370的流体置换区372中。储罐362可用于将缓冲、洗脱溶剂、试剂、漂洗和洗涤溶液或类似物引入分离通道350的电泳流道内。
样品插塞中的诸如分子、颗粒、细胞等的实体在所施加电场的影响下，流过分离通道350内所含的一种介质。根据实体的性质(例如它们是否携带电荷)、以及电泳所进行的电泳室的表面化学，实体可以在所施加电场的直接影响下通过该介质，或者作为整体流的一个结果而通过由诸如电渗流的电场应用所导致的路径。当样品插塞在分离通道350内被分成物质谱带时，检测该谱带，例如通过一个位于固定点的单点检测器进行光学检测，或者利用沿通道350长度扫描的一个扫描检测器。为了便于光学检测，一部分壳体可以是光可传输的，或者是透明的。可选地，检测器可插入壳体中并位于通道350附近(例如在容纳通道350的室内)。
典型地，分离室是在扩增之后用例如图9A～9L所述的方法进行的。在一个实施例中，将一个扩增后的产品(例如由PCR扩增的核酸)作为样品引入储罐361中。分离通道350预填充有诸如凝胶或缓冲剂的分离材料。通过电极356、358施加一个电压，从而将样品插塞注入储罐361中。余下的样品随后通过储罐361移出。接下来，将诸如电解质溶液的缓冲剂引入储罐361中。在电极356、358之间施加电压差以形成一个电场，该电场导致样品插塞流过分离通道350，并将其中的样品插塞分成例如可用单点光学检测器或扫描检测器检测的谱带。
图25示出了另一个系统410的阀146，该系统具有类似于图1-4中系统10的含多个室的一壳体，所不同的是阀146仅有一个外端口442。该阀416包括一个具有盘状部分422和管状部分424的一阀体420。盘状部分422具有一基本上平的外端口表面423。阀416可相对系统410的壳体412旋转(参见图26A和26AA)。壳体412包括多个朝向阀416的盘状部分422的外端口表面423的室端口，以使得壳体412的室和阀416之间流体连通。盘状部分422包括一流体处理区430，一在外端口442和流体处理区之间延伸的第一流动通道440，一在流体处理区430和流体置换区450之间延伸的、在阀416的管状部分424中的第二流动通道438。流体处理区430和流体置换区450连续流体连通。一个外盖428位于流体处理区430上方。流体处理区430可以用于使那里流动的流体经历不同的声、光、热、电、机械或化学处理。
如图25所示，形式为柱塞或活塞454的流体置换元件可移动地放置在管状部分424的置换区450中，以沿轴452上下移动。当活塞454向上移动时，它扩大了置换区450的体积，产生吸力将流体吸入区域450中。当活塞454向下移动时，它减少了置换区450的体积，而将流体驱出区域450。当阀体416绕其轴452相对于壳体412旋转时，外端口442可与壳体412的室或反应容器流体连通。根据活塞454的活动，外端口442或为入口端口或为出口端口。
为了说明阀416的流体计量和分配功能，图26A～26EE说明了阀416针对一个特定草案的操作。在图26A和26AA中，通过旋转阀416而使外端口442和样品室460流体连通，而且活塞454向上拉而将流体样品从样品室460通过第一流动通道440、流体处理区430、第二流动通道438而吸入流体置换区450中。为简化起见，图26A～26EE未示出活塞454。
如图26B～26BB所示，阀416随后旋转而使外端口442和含有溶解流体(例如溶解试剂或缓冲剂)的存储室470流体连通。活塞454被向下推，将流体样品从流体置换区450传送至存储室470。活塞454然后再向上拉，将流体样品和溶解流体从存储室470吸至流体置换区450。溶解流体与样品混合并影响样品中细胞或病毒的溶解。可在处理区430施加附加的能量，以帮助溶解过程。例如，一个诸如超声喇叭状扩音器的声波元件476可接触外盖428，而将超声能传到处理区430中，以在流体从流体置换区450流至存储室470时、或者在流体从存储室470流回流体置换区450时，有利于样品中细胞或病毒的溶解。外盖428在一个优选实施例中为一个穹顶型或包括加劲肋的界面壁。
在图26C和26CC中，阀416旋转以使外端口442和试剂室478流体连通，活塞454被推动向下而驱使溶解产物从流体处理区430压至试剂室478。试剂室478典型地含有待和流体样品混合的试剂(例如PCR试剂和荧光探针)。然后，通过活塞454上下移动而使混合物在流体置换区450和试剂室478中来回运动，从而在试剂室478中混合流体。
在图26D，26DD和26D’D’中，阀旋转而使外端口442和与反应容器418连接的第一支管484流体连通，而和反应容器418连接的第二支管486和交叉凹槽456连通。第一支管484和第二支管486位于距阀416的轴452不同半径处，其中第一支管484具有与外端口442的常规半径，第二支管486具有与交叉凹槽456的常规半径。交叉凹槽456也与试剂室478流体连通(参见图26D)，并起到桥接试剂室478和第二支管486间的间隙，以提供其中的交叉流的作用。外端口位于距轴的外端口半径范围内，交叉凹槽位于距轴的交叉凹槽半径范围内，其中外端口半径范围和交叉凹槽半径范围不重叠。将交叉凹槽456放置在距外端口442的不同半径范围内是有利的，因为它避免了交叉凹槽456被污染物交叉污染，污染物作为阀416的旋转运动的结果而存在于外端口442半径处、阀416和壳体415之间的表面附近区域。
为了填充反应容器418，将活塞454向上拉，使试剂室478中的混合物通过交叉凹槽456、第二支管478而吸入反应容器418中。在这样安排中，反应容器418是吸入室，或称为第一室；而试剂室478是来源室，或称为第二室。然后旋转阀416，使得外端口和第一支管484流体连通，如图26E和26EE所示。向下推动活塞454，以加压反应容器418中的混合物。反应器418可插入一个热反应室中以进行核酸的扩增和/或检测。两个支管484、486使得可以填充并排空反应容器418的反应室。
图26E～26EE的流体控制和处理系统410可以根据图1～9LL的系统10进行修正，以提供仅有一个的外端口。类似地，图10～12的阀100也可以通过除去外端口111、112之一、并在阀100和不同室和反应容器104之间重新构型流体通道130、138和支管140、142而进行修正，以提供只有一个外端口。
因此，本发明的范围不可参考上述描述来确定，而是应该参考所附的权利要求书及它们的等同物的全部范围来确定。
权利要求
1.一种流体控制和处理系统，包括一具有多个室的壳体；和一阀体，包括和一流体置换区连续流体连通的一第一流体处理区，该流体置换区可以减压而将流体吸入流体置换区，并可以加压而将流体压出流体置换区，该阀体包括多个外端口，第一流体处理区和至少两个外端口流体连通，流体置换区和阀体的至少一个外端口流体连通，并且阀体可以相对于壳体进行调节，以使安放的外端口选择性地和多个室流体连通，其中，多个室的至少一个为处理室，该处理室包括一第一端口和一第二端口，用来选择性地和阀体的至少一个外端口流体连通，该处理室提供一附加的流体处理区。
2.根据权利要求1的系统，其中阀体或处理室中的至少一个流体处理区包括一种流体处理材料，该材料为富集材料或消耗材料。
3.根据权利要求2的系统，其中流体处理材料包括至少一种固相材料。
4.根据权利要求3的系统，其中固相材料包括珠粒、纤维、隔膜、滤纸、玻璃棉、聚合物和凝胶中的至少一种。
5.根据权利要求3的系统，其中流体处理材料包括一过滤器和珠粒。
6.根据权利要求3的系统，其中流体处理材料包括至少两种类型的珠粒。
7.根据权利要求6的系统，其中至少两种类型的珠粒起到至少两种不同的作用，该作用选自包括细胞捕集、细胞溶解、粘合被分析物和粘合不需要材料的团组。
8.根据权利要求1的系统，其中至少一个流体处理区包括一种固相材料，该材料起到选自细胞捕集、细胞溶解、粘合被分析物和粘合不需要的材料的至少两种不同的作用。
9.根据权利要求2的系统，其中流体处理材料包括至少一种液相材料。
10.根据权利要求9的系统，其中液相材料包括聚蔗糖、葡聚糖、聚乙二醇和蔗糖中的至少一种。
11.根据权利要求2的系统，其中流体处理材料通过一个或多个烧结物而包含在流体处理区内。
12.根据权利要求1的系统，其中外端口位于阀体的一个大致平的外端口表面上，而且，其中阀体可绕一轴且相对于多个室旋转，以使外端口选择性地和多个室流体连通，该轴和外端口表面垂直，而且外端口放置在距轴常规半径处。
13.根据权利要求1系统，其中至少一个流体处理区包括一种类型的珠粒，该珠粒起到选自包括细胞捕集、细胞溶解、粘合被分析物和粘合不需要材料的团组的至少两种不同的作用。
14.根据权利要求1的系统，其中处理室包括一用于接收包括一种富集材料或消耗材料的处理组件的接收区域。
15.根据权利要求14的系统，其中处理室进一步包括一用于接收流过处理组件的流体的收集区域，并且其中该处理组件包括用来将富集或消耗材料留在处理组件中的装置，和一用来将流体导入收集区域的喷口。
16.根据权利要求1的系统，其中至少一个室是含有干燥或冻干试剂的试剂室。
17.一种流体控制和处理系统，包括一具有多个室和至少一个分离通道的壳体；和一阀体，包括和一流体置换区连续流体连通的一流体处理区，该流体置换区可以减压而将流体吸入流体置换区，并可以加压而将流体压出流体置换区，该阀体包括至少一个外端口，流体处理区和至少一个外端口流体连通，流体置换区和阀体的至少一个外端口流体连通，而且阀体可以相对于壳体进行调节，以使至少一个安放的外端口选择性地和多个室及至少一个分离通道流体连通。
18.根据权利要求17的系统，其进一步包括连接到壳体上的多个电极，以在分离通道的至少一个部分上施加电场。
19.根据权利要求18的系统，其中电极包括分离通道相对两端处的一对金属管。
20.根据权利要求17的系统，其进一步包括和分离通道相对端流体连通的储罐，并且一储罐端口和储罐之一流体连通，用于和阀体的至少一个外端口连通。
21.根据权利要求17的系统，其中至少一个室是含有干燥或冻干试剂的试剂室。
22.一种用来控制阀、多个室及至少一个分离通道之间的流体流动的方法，该阀包括至少一个外端口，以及和一流体处理区连续流体连通的一流体置换区，该流体处理区和至少一个外端口流体连通，该方法包括相对于多个室和至少一个分离通道来调节阀，以使至少一个外端口选择性地和多个室及分离通道流体连通。
23.根据权利要求22的方法，其进一步包括在分离通道的至少一个部分上施加电场。
24.根据权利要求22的方法，其中放置外端口，经由和分离通道一端流体连通的一储罐而和分离通道流体连通，该储罐具有一储罐端口用于和阀体的至少一个外端口连通。
25.根据权利要求22的方法，其进一步包括光学地检测分离通道内的物质谱带。
26.一种流体控制和处理系统，包括一具有多个室的壳体；和一阀体，包括和一个流体置换区连续流体连通的一流体处理区，该流体置换区可以减压而将流体吸入流体置换区内，并可以加压而将流体压出流体置换区，阀体包括一外端口，流体处理区和该外端口流体连通，流体置换区和阀体的该外端口流体连通，而且阀体可相对于壳体进行调节，以使安放的外端口选择性地和多个室流体连通。
27.根据权利要求26的系统，其中阀体可相对于壳体进行调节以关闭该外端口，从而流体置换区和流体处理区均和室流体隔绝。
28.根据权利要求26的系统，其中至少一个室或流体处理区包括富集材料或消耗材料。
29.根据权利要求28的系统，其中富集材料或消耗材料起到选自包括细胞捕集、细胞溶解、粘合被分析物和粘合不需要材料的团组的作用。
30.根据权利要求26的系统，其中至少一个室是处理室，该处理室具有用于选择性地和阀体外端口连通的入口和出口。
31.根据权利要求30的系统，其中处理室包括一用于接收含有富集材料或消耗材料的处理组件的接收区域。
32.根据权利要求31的系统，其中处理室进一步包括用于接收流过处理组件的流体的一收集区域，而且其中处理组件包括用来将富集或消耗材料留在处理组件中的装置，和用来将流体导入收集区域的一喷口。
33.根据权利要求26的系统，其中至少一个室是含有干燥或冻干试剂的试剂室。
34.根据权利要求26的系统，其中流体置换区可以通过增加体积而减压，并通过减少体积而加压。
35.根据权利要求34的系统，其进一步包括放置在流体置换区内的一流体置换元件，该流体置换元件可以移动以调节流体置换区的体积。
36.根据权利要求35的系统，其中流体置换元件包括一可在流体置换区内沿直线方向移动的活塞。
37.根据权利要求36的系统，其中流体置换元件包括一活塞轴，该活塞轴和一活塞杆的末梢部分连接，用来驱动活塞轴在流体置换区内移动，该活塞轴的横截面小于活塞杆的横截面。
38.根据权利要求26的系统，其进一步包括和流体处理区操作连接的一能量传递元件，用以将那里的能量传递给所含的处理流体。
39.根据权利要求38的系统，其进一步包括一放置在流体处理区和能量传递元件之间的盖。
40.根据权利要求39的系统，其中盖包括一个硬壳。
41.根据权利要求39的系统，其中能量传递元件包括一用于将超声波能量通过盖而传递到流体处理区的超声波元件。
42.根据权利要求26的系统，其中阀体包括一交叉通道，该阀体可相对于壳体调节，以使交叉通道和吸气室、来源室流体连通，从而使流体从来源室通过交叉通道而吸入吸气室。
43.根据权利要求42的系统，其中壳体可绕着一轴旋转地调节，而且其中至少一个外端口位于在距该轴外端口半径范围内，交叉通道位于距该轴的交叉通道半径范围内，外端口半径的范围和交叉通道半径的范围是不重叠的。
44.根据权利要求43的系统，其中交叉通道是一圆弧形，位于距该轴的常规交叉通道半径上。
45.根据权利要求26的系统，其中多个室中的至少两个通过一柔性壁分隔开，以使得室与室之间的室体积转换。
46.一种用来控制多个室之间的流体流动的流体控制和处理系统，该系统包括一壳体，包括和一流体置换区连续流体连通的一流体处理区，该流体置换区可以减压而将流体吸入流体置换区，并可以加压而将流体压出流体置换区，该壳体包括至少一个外端口，流体处理区和至少一个外端口流体连通，流体置换区和阀体的至少一个外端口流体连通，以及壳体可相对于多个室旋转地调节，以使至少一个外端口选择性地和多个室流体连通。
47.根据权利要求46的系统，其中至少一个室或流体处理区含有富集材料或消耗材料。
48.根据权利要求46的系统，其中至少一个室是含有干燥或冻干试剂的试剂室。
全文摘要
一种用于控制多个室(13)中的流体流动的流体控制和处理系统(10)，它包括一个壳体，该壳体包括一个与流体置换区(50)连续流体连通的流体处理区(30)。流体置换区可以减压而将流体吸入流体置换区，还可以加压而将流体压出流体置换区。壳体包括至少一个外端口(42、46)。流体处理区与壳体的至少一个外端口流体连通。壳体可相对于多个室进行调节，以使至少一个外端口选择性地和多个室流体连通。一个或多个室可为处理室，该处理室包括两个其形状可选择性地接合壳体的至少一个外端口的端口，以及诸如富集材料或消耗材料的一种流体处理材料。在一些实施方式中，一个或多个室可包括一个分离通道，而且在分离通道上可施加电场。
文档编号G01N35/10GK1646222SQ03807515
公开日2005年7月27日 申请日期2003年2月13日 优先权日2002年2月25日
发明者道格拉斯·B·多里蒂, 罗纳德·张 申请人:西菲伊德公司