用于集成复用光度测定模块的系统和方法
【专利说明】
[0001] 交叉引用
[0002] 该申请基于2013年11月19日提交并且题为"INTEGRATEDMULTIPLEXED PHOTOMETRYMODULE(集成复用光度测定模块）"的美国临时申请S/N61/727, 817,要求其 优先权，并且通过引用将其整体结合于此。
技术领域
[0003] 本发明一般涉及用于在样本上进行化学、生物化学、和生物化验的系统和方法，并 且更具体地，涉及在微流体室中在样本上执行的复合光谱学。
【背景技术】
[0004] 包括此类设备的微流体设备和系统使用与固体基质相关联或甚至集成的小毛细 血管或微通道或透明小容器以按照一个非常小规模执行分析化学和生物化学应用中的各 种操作。这些系统的小尺寸允许使用较少试剂体积并且占用少得多的实验室或产业空间的 增加的反应率。微流体系统因此提供了具有诱人的效率收益的潜力，并由此提供了重大经 济优势。
[0005] 各种光谱技术可与微流体设备结合使用，例如，包括那些利用红外（IR)辐射、可 见光、和/或紫外线（UV)辐射以及光散射光谱的微流体设备。在研究或工业设置中，通常 在使用光谱检测系统的生化或基于细胞的化验中使用微流体设备以量化感兴趣的标记或 未标记的分子。微流体设备通常使用流体样本材料借助其传输、混合、分离和检测的集成微 尺度通道和储液器的网络、和被嵌入或外部地布置用于识别、检测、量化以及流体样本的其 他操作的各种光学系统。
[0006] 存在对扩展微流体光度测定系统的化验菜单能力（将体现在测量所需的液体样 本的体积的减小）和改善光度测定测量的准确度和精度的需要。护理点集成血液分析仪器 和环境监测仪器是将受益于这种扩大的设备的两个示例。
【发明内容】
[0007] 本发明的实施例提供一种芯片，该芯片包含具有微流体递送通道，该微流体递送 通道具有入口部分和出口部分和在入口部分和出口部分之间的与入口和出口部分流体连 通的透明小容器部分，所述微流体递送通道的尺寸被设定成防止在流体沿着通道流动时在 通道中形成气泡。因此，本发明的微流体通道可被操作成基本完全填充和基本完全排空。该 透明小容器包括壁和底部，壁通常垂直于底部。网络的透明小容器部分可限定芯片的表面 上的基本圆形的突出部。该芯片可附加地包括过渡通道部分，该过渡通道部分流体连接入 口部分及其相应的透明小容器部分和出口部分及其相应的透明小容器部分中的至少一个。 这种过渡部分具有长度并且由大于分别对应入口和出口部分中的至少一个的截面面积的 截面面积表征。在一个实现中，微流体递送通道尺寸被设定成防止在流体沿着所述微流体 通道流动时在所述微流体通道中形成气泡。
[0008] 实施例进一步提供一种携载微流体递送通道的网络的微流体部件或芯片，各通道 具有入口部分、出口部分、和入口和出口部分之间的与入口和出口部分流体连通的透明小 容器部分。微流体部件进一步携载具有一端部的主出口通道，该主出口通道配置成与各出 口部分流体连通，以提供样本在从入口部分通过对应的微流体递送通道到主出口通道的端 部的第一方向中的流动并且防止样本在从主出口通道到对应的微流体递送通道中的第二 方向中的流动。在一个实施例中，微流体通道的网络被构造成使得设置在主出口通道的一 侧上的每个第一微流体递送通道具有设置在主出口通道的另一侧上的对应的第二微流体 递送通道，并且在具体实现中，网络可以是相对于主出口通道对称的结构。在网络的相关 实现中，第一出口部分和第二出口部分在沿着主输出通道的第一和第二点连接至主输出通 道，并且，此外，第一和第二出口部分的任一个被配置成对通过其朝向主出口通道流动的流 体定义第一级阻力，并且在第一和第二点之间定义的一段主出口通道被配置成对通过其朝 向端部流动的流体定义第二级阻力，使得第一级阻力比第二级阻力至少高200倍。
[0009] 实施例进一步提供一种用于光度测定测量的系统，该系统包括上述微流体通道的 网络并进一步包括被放置成夹着芯片的光电检测器的阵列和光源的阵列，从而通过定向成 将来自对应光源的光传输至对应光电检测器的每个透明小容器部分形成这两个阵列之间 的网络。
[0010] 实施例附加地提供一种用于执行光度测定测量的方法。这种方法包括⑴通过包 含从对应的第一入口通道递送至第一透明小容器的第一流体样本的对应的第一透明小容 器将来自第一光源的光传输至第一光电检测器；以及（ii)通过包含从对应的第二入口通 道递送至第二透明小容器的第二流体样本的对应的第二透明小容器将来自第二光源的光 传输至第二光电检测器；其中第一和第二透明小容器尺寸被设定成在第一和第二流体样本 流过的同时显著防止在其中形成气囊。该方法进一步包括获取表示第一和第二流体的数据 并分别通过对应的第一和第二出口通道将第一和第二流体从对应的第一和第二透明小容 器移至主出口通道。作为附加或替代，当第一和第二透明小容器中的每一个包括对应的壁 和对应的底部，所述壁相对于所述底部成钝角倾斜时，该方法是可操作的。将流体从透明小 容器移除的步骤可意味着通过对应的出口通道将流体从透明小容器移至尺寸被设定成为 通过其流动的流体提供第一阻力的主输出通道，该第一阻力比提供给通过出口通道流动的 流体的第二阻力大至少200倍。
[0011] 附图简述
[0012] 将通过参照结合附图的以下【具体实施方式】更全面地理解本发明。
[0013] 图IA和IB是使用单个透明小容器的简化光度测定微流体系统的立体和平面示 图。
[0014] 图2是本发明的集成光度测定模块的实施例的分解立体图。
[0015] 图3A和3B是其配置促进微流体透明小容器内部的气泡的形成的实施例的视图。
[0016] 图4A和4B是配置成使气泡形成最小化的实施例的视图。
[0017] 图5是示意性地示出了包含多个透明小容器（每个小容器具有相应的入口、高阻 力（resistance)出口）和低阻力主出口通道的复合流体网络的实施例的图示。
[0018] 图6A和6B是示出了表示图5的微流体网络实施例的流体模型的图示。
[0019] 图7是表示对于稀释比D的若干值，未稀释样本的IPM体积和所需体积Vs对透明 小容器厚度的相关性的标绘图。
【具体实施方式】
[0020] 根据本发明的一个想法，公开了一种微流体透明小容器部件，其被构造成在操作 中基本完全被填充和排空，而不留透明小容器的未使用体积。此类透明小容器的实现很多， 包括例如样本计量和/或调节。在这种情况下，透明小容器（也被称为室）用于通过在相 对于室的上游和下游适当地纳入流体阀以在处理之前隔离样本，以隔离样本的可重复明确 定义的体积以用于进一步下游处理。在本文中称为"体积感测"的另一应用中，适合于基本 完全填充和排空的单个透明小容器或室用于确定流体的特定体积何时已被引入系统。这种 体积传感器可被置于透明小容器或室的出口处，使得当室被填充时，传感器被触发产生已 达到目标体积的指示器。
[0021] 虽然所提出的透明小容器本身是可操作和可用的，但也可实现包含这种完全可填 充和排空的透明小容器的流体网络。该网络适合于在操作上隔离包含在网络的不同分支中 的个体的透明小容器，也被实现用于使用包括例如拖动筛选、促进多试剂化学反应、和光度 测定测量的不同应用。例如，在拖动筛选的情况下，所提出的流体网络适合于区分复用细胞 培养样本中的个体的细胞培养。流体网络的示例使用可用不同化学品单独地刺激但共享共 同出口的细胞培养室的阵列。如此设计的网络被配置成防止室之间的串流，从而保持每个 室是隔离的。在另一实现中，所提出的流体网络通过使化学反应的不同部件彼此隔离来促 进多试剂化学反应过程。当流体网络的不同分支被冲洗时，将仅在共同废弃物流中发起反 应。以这种方式，控制试剂被添加至反应溶液的顺序，由此促进对反应产物的促进。
[0022] 还公开了一种微流体光度测定装置的示例，其在操作中利用个体的透明小容器和 /或所提出的流体网络。光度测定装置的实现具有被构造用于可重复和容积均匀填充测量 冲洗和再利用操作而基本不在透明小容器中形成气泡的复用透明小容器单元，同时为样本 等分提供以这种方式定义的几何约束，以确保穿过安装在光度测定装置中的透明小容器的 光的路径长度是基本不变的。
[0023] 在本说明书通篇中对"一个实施例"、"实施例"、"相关实施例"、或类似语言的引用 意味着结合所援引的"实施例"描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施 例中。因此，在本说明书通篇中的短语"在一个实施例中"、"在实施例中"和类似语言的出 现可能，但不一定全部指的是同一实施例。将可以理解，单独应用的和/或参考附图的公开 的部分不旨在提供对本发明的所有特征的完整描述。
[0024] 此外，在以下公开内容可参考其来描述本发明的特征的附图中，只要有可能，相同 的附图标记表示相同或相似的元件。在附图中，所描绘的结构元件一般不是按比例的，并 且，