用于集成复用光度测定模块的系统和方法_3

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充电路板250被 安装在塑料壳230A的另一侧上。
[0047] 作为选项,空间掩模(诸如,图1A、IB的掩模130,例如)可被用于限制从光源254 穿过透明小容器210入射在检测器244上的光的面积。在一个实施例中,在感兴趣波长下 基本不透明的掩模层可被夹在透明小容器芯片212和铝热沉部分220A之间以具有与单个 透明小容器空间对齐的孔。
[0048] 单个一诱明小容器一和一通道几何形状的优化
[0049] 可以理解,微流体系统的操作的优化至少部分地取决于用户利用有限体积的样本 的能力。为了实现这种优化操作,透明小容器的体积应当不包含采用样本填充但不参与光 度测定测量的"死空间"。促进消除这种"死区域"的透明小容器的所需的操作覆盖区域涉 及用于光度测定测量的光电检测器的面积。换言之,透明小容器应当尺寸被设定成使得由 光电检测器收集的光的每个部分已穿过透明小容器并且使得穿过透明小容器的此类光的 路径长度对于所收集的光的任何部分基本上相同。如果没有观察到这个条件,则增加了与 测量相关联的背景噪声并且测量系统将具有在样本一浓度范围的低端处的降低的灵敏度。
[0050] 限制光度测定系统的配置的另一因素是光从光源穿过待测量的样本传播至检测 器的路径长度。典型的微流体光度测定系统被构造成确保这种路径长度为大约lcm。然而, 一些护理点血液分析仪器可被配置成利用小至几百微米的路径长度。
[0051] 进一步参考图2,复用光度测定系统的整个操作体积Vsys被计算为
[0052]Vsys=NAL+Vc 方程(3),
[0053] 其中N是透明小容器210的数量,A是单个透明小容器的所需面积(覆盖面积), L是单个透明小容器的厚度,以及心是适合于向透明小容器210提供样本的供给和将废弃 物从透明小容器移除的通道的网络(并且为了简单起见,被称为进料器(feeder) -废弃物 通道网络)的体积。经稀释的样本的浓度由如下方程给出:
[0054] [X] = [X]s(l+D) 方程⑷,
[0055] 其中未稀释的样本的浓度是[X]S以及样本化验的稀释比被定义为D。基于方程 ⑴和⑷,
[0057] DG2=DG1OVL2) 方程(5B)
[0058] 并且,为了维持当透明小容器厚度变化时维持不变的样本吸光度的值,稀释比D 必须也因变于透明小容器的厚度而变化:
[0059] D2= (L2A1) (HD1)-I方程(6)
[0060] 如果系统的总操作体积等于经稀释的样本的体积,则对应于整个操作体积Vsys的 未稀释的样本的体积¥5被确定为:
[0061] Vsys=Vs(1+D) 方程(7)
[0062] 假设对应于所选择的参考测量方法的光的路径和样本稀释率分别为LR和DR,未 稀释的样本的所需体积%根据方程(3)、(5A,5B)、(6)、和(7)被确定为是透明小容器厚度 L的倒数:
[0063] Vs=LR (NAL+VC) / (L+LDR) 方程(8)
[0064] 总的来说,通过测量最低浓度分析物的必要性和通过待测量的样本的可用性两者 来确定透明小容器厚度的最小操作值。随着透明小容器厚度减小,用于化验的必要样本稀 释率降低。如果样本的稀释率过低,则没有足够体积的样本来填充复用透明小容器系统。
[0065] 微流体网络的入口部分(例如,通向透明小容器的进料器通道)的几何形状和网 络的出口部分(在透明小容器之后的废弃物通道)的几何形状是定义微流体系统的操作的 效率的附加因素。
[0066] 参考图3A、3B、4A和4B,为了确保没有气泡被捕获到和/或存在于采用样本的物质 填充的透明小容器中并且确保流过透明小容器的流体维持沿着壁的连续流线,限定透明小 容器的壁的表面必须充分光滑并且定义通过连续函数描述的切线。在具体实施例中,通过 在沿着壁的任何点处可微分(即,具有导数)的表面限定透明小容器的壁。
[0067] 图3A和3B分别示出了(不按比例)包括进料器通道302、具有壁306的透明小容 器304、和废弃物通道308的微流体网络部分的实施例300的俯视图和侧视图。为了减小 "死"体积,馈送和排空透明小容器的流体通道应当尽可能小。透明小容器304在平行于流 体样本流的主方向310和光的传播的方向(在图3B中显示为轴z)两者的横截面平面中具 有由透明小容器304的室和进料器/废弃物通道302、308之间的基本台阶状的过渡限定的 近似矩形的剖面。具体而言,在透明小容器302的壁306和底部312之间的过渡角At是基 本90°。与图3A、3B的实施例相比,图4A和4B示出了实施例400,实施例400的由透明小 容器的进料器通道302和对应底部312之间的非零长度Tl定义的对应的过渡角At是钝角 以定义相对于底部表面312倾斜的斜坡表面或壁41。因此,进料器或入口通道302和透明 小容器404之间的过渡包括入口斜坡区域406A。在一个实施例中,在透明小容器的过渡区 域中的壁和底部之间的约144°的最小过渡角At确保既没有气泡也没有停滞流体被捕获到 转角中和/或被透明小容器404的边缘捕获。(可理解地,该过渡角度的上限是180°。) 类似地,实施例400可适合于包含可选出口斜坡区域406B,其过渡长度被表示为T2,并且具 有对应的过渡角度(在图4B中未示出)。
[0068] 可以理解,设备的流体通道越小,则越多的此类通道易于受到被正测量的样本的 物质堵塞的影响。
[0069] 在图3A和4A的任一个中,圆形虚线350标识确保离开源并达到检测器的所有光 已穿过透明小容器(并因此穿过样本)所需的对应的透明小容器304、404的区域、或覆盖 区域。虚线352限定对应于到流体透明小容器壁的切线的平行四边形。
[0070] 根据本发明的实施例,微流体网络在透明小容器的入口处、在入口部分和透明小 容器之间的过渡区域处的加宽的空间比足够低以确保接近透明小容器的壁的流体样本不 与壁分离并且不在透明小容器的边缘附近形成气泡。例如,可使用边界层或表面张力效应 来控制流体样本。例如通过由过渡区域中壁形成的相对于入口和出口部分中的至少一个 的轴的加宽角度六,定义过渡部分的加宽的该空间比;Aw的值小于阈值角度0。如果如图 3A中所示,在壁306和流动方向310之间的这种角度六,超过操作上对应的阈值0,在分 离区域316中的流体流和壁306之间的相互作用的性质可能促进透明小容器304B中气泡 320的形成。与图3A和3B的实施例相比,具有由六/0表征的透明小容器404的图4A和 4B的实施例不促进气泡的形成。在一个实施例中,阈值角度0的值是大约36度,并因此 0彡AwS36°。在另一实施例中,阈值角度的值是大约30度并且0彡AwS30°,并且在 替代实施例中,阈值角度的值是大约25度并且0 <AwS25°。在当Aw~0°时并且进料 器通道302的深度大约等于透明小容器304、404 (未示出)的深度的具体情况下,基本上没 有可能捕获气泡或使停滞流体留在透明小容器的底部处。
[0071] 而且,本发明的IPM的实施例(诸如,图2的IPM200,例如)可任选地配备有提 供通过包括透明小容器210的微流体网络的正气流的单元,并且透明小容器210的每一个 适合于确保在其中在用空气清洗透明小容器之后残存流体样本的残留物的透明小容器中 不存在"停滞"区域。因此,进一步参考图4A、4B,应当使在包含流体流动的轴310并且基 本垂直于光轴(局部定义为z轴)的横截面平面中的由透明小容器壁410定义的曲率半径 408最大化,在一个示例中,其中大约2mm的透明小容器的覆盖区域(如由虚线圆350所定 义的)意味着对于在透明小容器区域中间(大约在透明小容器的入口 302和出口 308之间 的中点处)的通道壁的大约Imm的最大曲率半径。
[0072]多个一诱明小容器一和一通道复用几何形状的优化
[0073] 本发明的实施例利用可再利用的微流体芯片或以空间复用的方式结合多个个体 的透明小容器(多个个体的透明小容器中的每一个适合于指定的唯一类型的测量)的元 件。例如,在相同芯片上的多个个体的透明小容器可用于相同类型的样本的同时测量,在不 同透明小容器中的样本的浓度不同。在相关的示例中,在相同芯片上的多个个体的透明小 容器可用于不同类型或性质的样本(例如,包含不同分析物的样本)的同时测量。在任一情 况下,为了在个体的透明小容器中使用最小可能体积的样本,如上所述的,使这种透明小容 器的"死"体积最小化。本领域的技术人员将理解,个体的但在结构上彼此复用的透明小容 器的所需操作独立性引出如何防止在不同的个体透明小容器中的不同样本部分(aliquot) 彼此混合,并防止由于这种混合在测量中引入误差的问题。如果另一要求被施加以不从紧 接连续的测量之间的光度测量装置移除可再利用的微流体芯片,则上述要求变得更严格。
[0074] 换句话说,这些问题的复杂度可被表达为实现相同(可任选地不可从光度测定装 置移除
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