流体门控装置的制作方法

专利名称：流体门控装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及选择性控制液体流动的仪器和方法，并且本发明特别 涉及检测样本液体的特性，例如样本液体中感兴趣的物质的存在和/或 存量的仪器和方法有关。
背景技术：
检测流体样本中的被分析物的简单一次性化验装置是众所周知 的，例如EP291194所公开的那样。这种装置被设计为，这类化验的结 果将由肉眼或电子检测手段来解释。利用电子手段的优势在于避免由 使用者来对结果进行解释。然而这种方法也存在缺点，即这种装置需 要电源(例如电池)和电子元件，例如液晶显示器(LCD)类设备， 光电探测器，光敏二极管，电路，印制电路板，等等。这些设备的处 理正在成为问题，现在一些国家制定方针禁止处理电池和电子元件。 随着对环境关注的增加，特别是在欧洲，这种方针将变得更加普遍。 所以需要一种既可以免除这种电子元件，又能够提供不需要使用者进 行解释的结果的简单一次性化验装置。这种装置提供的结果可以是验 孕仪器情况下的一个简单的是或否(YES/NO)答案，或是一个简单结 果或特定范围内的结果。利用毛细现象使液体(例如液体检验样本)在仪器中移动的化验 装置已广为人知。毛细现象可通过利用毛细流动通道(特别是有狭窄 截面的管道)或利用多孔基体而产生，在这种管道或基体中，液体通 过毛细作用在孔和孔间推移。例如，EP0456699公布了适用于试验液一 一特别是用于进行血清 型分类化验中的血凝反应的一一毛细流化验装置。EP0456699公布的这
个化验装置包含多个流动通道，且每个通道包含对应特定血型抗原的 抗体。血液样本被施放到共同的上样位点，这样血液同时开始沿着每 个流动通道流过。当血液沿着流动通道流过时，将与一个或多个抗体 发生反应，从而经历减低毛细流动速率或可能完全阻断流动通道的凝 集过程。因为每条流动通道具有相同的长度，根本没有与凝集抗体发生反 应的血液将最快到达流动通道的端部。而当血细胞所携带的抗原与抗 体发生反应时，血液在流动通道中的流动将被延迟(或可能被完全阻 断)，从而使血液较晚到达(如果能够到达)流动通道的端部。这样 就出现一个时间上的分离，可用于鉴别被检测血液样本的血型。然而，这种装置需要一定程度的技能来对结果进行解释，因为例 如，使用者不得不在化验进行时持续监控此装置，以便确定观察到哪 条流动通道的样本最先到达端部，否则第二个到达流动通道端部的样 本可能仅略晚于第一个，而如果装置没有处于持续监控之下，将不可 能确定化验结果。WO2004/083859公布了另一适用于进行血清型分类或其它凝集反 应的装置。所公开的这个装置包含一个对流动通道端部的样本液体的 存在进行检测的电子检测工具，和对化验结果进行显示的电子显示工 具，从而避免了持续监控的需要，并排除了任何对化验结果的解释的 主观性。然而，WO2004/083859所公布的装置需要大量的相对复杂的 元件(电子检测工具，信号处理工具和显示工具)，以及对环境不利、 复杂、易损、并相对昂贵的电力源。本发明的目的是，在优选的实施例中提供一种选择性方案以解决 现有技术设备遇到的问题。

发明内容
首要的方面，本发明提供具有多个检验流动通道的流体门控装置，每个检验流动通道具有端部，
这个装置包括位于至少一个指示流动通道上游的流体储液室或上样区，其中所述流体储液室或上样区通过至少一个流动阻碍物与指示剂流动通道分 隔；并且其中所述流动阻碍物与检验毛细流动通道的端部可操作地结 合，使得试验液在结合的检验毛细流动通道的端部的出现减少或消除 流动阻碍物，从而允许液体从流体储液室或上样区流出并沿着指示剂 流动通道流动。在一个优选的实施例中，指示剂流动通道具有毛细尺寸。在另一个实施例中，指示剂流动通道流体地连接于一个或多个附 加的流体装置并位于这些流体装置的上游。本发明的一个一般原则是，液体(其可被认为是"指示剂"液体) 由"指示剂"流动通道提供或产生，指示剂流动通道包括流动阻碍物 (例如断裂)，这样指示剂液体不能通过阻碍物，直到到达阻碍物的 试验液的压力超过阻碍物对液体流动的阻力。阻碍物对指示剂液体流 动的阻碍是不可克服的，除非并且直到试验液到达阻碍物并且表现出 可克服阻碍物的压力。这样指示剂液体在指示剂流动通道中的出现"指 示"了阻碍物对流动的阻碍已被克服，也就显示试验液体已到达检验 毛细流动通道的端部。试验液的到达可以通过一系列方式促进减少或消除阻碍物。例如， 阻碍物可能是阻断指示剂流动通道的固态或半固态物质，其可以被试 验液溶解或液化。在一个可选择的优选的实施例中，阻碍物由断裂 (discontinuity)或指示剂流动通道中形成的"裂缝(break)"产生，这样指 示剂液体不能通过该裂缝。典型的裂缝由流动通道上的引导试验剂液 体到达阻碍物的孔产生。方便地，每个检验毛细流动通道形成具有各 自的指示剂液体流动通道的T形连接或相似连接。当试验液到达检验
毛细流动通道的端部(也就是到达指示剂流动通道的裂缝)时，试验 液的出现的作用相当于一座跨越裂缝的桥梁，从而允许指示剂液体流 过裂缝，并进入裂缝下游的"指示区"。通过这种方法，指示剂液体在指示区的出现用信号指示或显示试 验液已经到达检验毛细流动通道的端部。在一个特别的实施例中，指示剂液体可由具有多个出口 (每个出 口通向各自的指示区)的房室(chamber)或储液室提供或引起出现。但 是每个出口具有典型性的(但并非必须的)紧靠房室或储液室下游的 阻碍物，而且其中每个阻碍物本身可操作地结合于检验毛细流动通道 的端部。试验液首先到达检验毛细流动通道的端部的流动通道由此决 定了多个阻碍物中的哪个首先被减少或消除，并允许指示剂液体流经 各自的阻碍物并进入与之结合的指示区。这样阻碍物可以被看做是多 个"控制门"，这些控制门起初是关闭的，阻止指示剂液体的前进， 但其中 一个特定的门会由于试验液的到达而被打开。当试验液到达第二个或其它的检验毛细流动通道的端部时，先前 的设置并不一定阻止指示剂液体流经房室或储液室的另一个出口的不 同的"门"(即通过不同的阻碍物)。在一些情况下，试验液流入第 二个或其它的出口或指示区的可能性是希望的。液体流入第二区域的 可能性提供的有利特征是，它使得装置能够提供一个中间的结果，也 就是不仅仅局限于提供绝对的或是或否(YES/NO)型的答案。这种指 示区可以配备装置，该装置能测量液体在每个指示区的存在或存量。 例如，指示区将具有一系列窗口或线性尺度窗口，以提供填充程度的 可视显示。此装置的参数可被选择应用于定义其中将提供中间结果的 变量的范围。此装置还可如所需地被建造并装配成指示剂液体仅可流经第一个 要被减少或消除的阻碍物。
一系列实现这一目标的方式是可被设想的。在一个实施例中，指 示剂液体的体积和流动通道的设置等实质上使得所有的指示剂液体在 第一个阻碍物被移除时就从房室或储液室中离开，或者足够的液体在 房室或储液室和其它出口间的断距形成时被回收，从而使得即使其中 的阻碍物随后被到达相连的检验流动通道端部的试验液移除时液体也 不能流入其它出口。在一个选择性实施例中，指示剂液体进入阻碍物 下游区域的通道导致发生发热反应，并且这个热量导致其它出口中的 阻碍物采用不会被随后到达的试验液取代的构造或结构。此装置可以被用来测定或检测液体样本的特性，例如粘性、表面 张力或流动速率。特别是那些在液体和一种或多种反应物(更优选但 并非必须的，位于设备上或设备中)相互作用过程中被赋予或改变的 特性也将被检测例如，血液样本和促凝结剂或促血凝剂之间的相互作用。根据本发明的装置可以用来测定液体样本中分析物的存在和/或 存量。例如，试样可被施用于此装置并使之与可能的粘着剂(例如抗体或其抗原结合片段，例如包括Fab， Fv，专一单域抗体等)在多个的检验毛细流动通道中接触。感兴趣的物质可以是任何能够参与粘着反 应的事物，并且可以是，例如，抗体或其它免疫球蛋白、或任何合适 的抗原(例如，蛋白质或多肽、核酸、多糖等)。特别是抗原可以在 溶液或悬浮液中处于游离状态，或与细胞(原核或真核细胞)绑定或5卩a o此装置可被用作，例如，血清型分类仪器(如在EP0456699中描 述的)，或验孕仪器(如在WO2004/0S3859中描述的)，或确实地诊 断其中粘着反应对这种目的有所助益的状态或情形。特别是，在优选 的实施例中，本发明提供了一种不昂贵的、易于操作和可快捷使用的、 并且对正确解释化验结果的技术或知识要求不高的设备。所以此设备
特别适于家用和/或目的明确且特别是(但并非必须是)打算在简单用 途后进行处理的检验。在优选的实施例中，本发明提供一种不需要进 行一段时间的监控以获得化验结果的装置，取而代之的是仅仅需要在 化验结束后进行检査，并避免了对复杂电子元件和/或电源的需要。本领域技术人员熟知在此装置的检验流动通道中的用于提供粘着 反应物的适当的材料和方法。例如，固定抗体或其抗原结合片段或其 它变体是常规方案。进行粘着反应可便利地使抗体或抗原结合片段固 定于微粒载体上(如乳胶粒)，随后微粒载体可通过干燥含水浆料沉 积于流动通道中。适当的这些试剂可以商购。重要的是，指示剂液体可与流经检验流动通道的试验液是相同的。 例如，检验流动通道和指示剂液体房室或储液室可能具有共同的起点。 另一可选方案是，指示剂液体和试验液也可不同。优选方案是检验流 动通道具有共同的起点，使得试验液一旦在所述的相同起点被施放， 将同时在各个检验流动通道中开始推进。如果指示剂液体不同于试验液，它可以被使用者向装置施放，或 被厂商预加载于装置中。明确的是，如果指示剂液体和试验液是相同 的，二者将典型性地被使用者向装置施放。优选方案是，施放于此装置的样本同时包含试验液和指示剂液体， 以简化检验装置的设置。如果试验液和指示剂液体不同，优选方案是 它们一般是相容的，以允许按照优选化验装置的设计当试验液到达检 验流动通道端部时可以形成跨越指示剂流动通道内的中断或毛细裂缝 的"桥梁"。为了提供这样一座桥，液体必须具有一些广泛的相似特 征，例如二者必须具有相似的亲水/憎水特性，尤以具有相似的表面张 力特性为佳，等等。掌握技术的人员可以根据一般性知识和/或常规试 验和误差，考虑本公开的益处容易地选择适当的检验装置和指示剂液 体。
指示剂液体可以是任何能够在指示区内产生或引起信号的液体。 典型性的信号应是可视信号。便利的信号是在指示区内出现或形成一 种颜色。例如，指示剂可以是自然着色的(如血液)和易见的。或者， 颜色也可以是人工赋予指示剂的。有很多种方法可以达到这一效果。例如，指示剂液体可以是自然无色的(例如水或其它无色液体)， 但混合了有色颗粒而具有了颜色。在另一个实施例中，指示区可以包 含物质，此物质在与指示剂液体接触后本身经历变色过程(或引起指 示剂液体的变色)。例如，指示剂液体可以包含pH指示剂，而指示区包含当与指示剂液体混合时引起pH值变化(从而导致变色)的物质(如酸或碱)。指示区也可以结合染料以改变液体的颜色。另一个产生视觉信号的方法是利用指示剂液体与一个或多个流动 通道或其它液体流经的管道中的壁的色差。例如，指示区的前壁可以 是无色和透明的，并具有白色的图例或符号(通过镂刻、涂墨或类似 方法产生)。这个图例相对于指示区的白色后壁为背景是不可见的。 然而，当不透明的或有色的指示剂液体流入指示区，白色后壁被遮蔽 而前壁上的白色图例就变成可见的了。显而易见地，其它适合的颜色 组合也可以被用于这一装置。根据本发明的装置可被用于分析任何适当的生物、工业、或环境 来源的液体样本。例如，试验液可以是全血、血浆、血清、尿液、汗 液、泪液、唾液、或任何包含感兴趣的被分析物的水性液体。这些液 体也可被用作指示剂液体。检验和/或指示剂毛细流动通道可以方便地由固体壁管道或开放 式通道提供或产生。管道或通道可以由玻璃、合成塑料材料、金属、或任何其它适用材料做成。这种管道或通道的典型孔径宽度范围是50 到500微米(/rni)。优选的流动通道应具有毛细尺寸，以便流体能够因毛细作用而流过。检验流动通道的长度可以是任意的长度，只要此长度能够提供充 足的时间使试验液到达流动通道端部前经历粘着反应。这取决于几个 特性，包括被分析物的浓度、粘着抗体或抗原结合位点的浓度，等等。 典型的流动通道长度在50到500毫米(mm)之间。流动通道可以直 线的，但最好是蜿蜒型路线或旋绕路线，以减少化验装置的长度。管道或通道在装置内的几何结构和设置是灵活的和可变的。例如， 流动通道的数量可以是2， 3， 4， 5， 6， 7或更多，尽管一般在2到5 个之间。"检验流动通道"这个术语仅仅是为了与指示剂流动通道相 区别，例如，检验流动通道可以包括阳性的或阴性的对照流动通道。 流动通道可以具有相同的或不同的长度。对照流动通道可以包括一种或多种反应物，以提供对照的流动时 间，并可以与检验流动通道的结果进行比较。选择性地，或是附加地， 流经对照流动通道的对照流动时间也可以通过选择具有一定长度的流 动通道或结合特定的微流体单元而获得。优选的方案是对照流动时间 在一定精度范围内(例如+/-1%)是已知的。根据本发明的装置可以包含几个串联和/或并联的指示剂及与之 相结合的检验毛细流动通道。举例来说，并联设置可使两个不同样本 经历相同(或不同)的反应，而串联分布将允许同一样本经历不同化 验(例如，允许某一特定组分或被分析物被更好地辨别)。此装置可结合下列任何一个或多个设备及其组合流体单元(如 过滤器)、液体培育区、梯形区、混合区、漩涡或流动约束区及其类 似设备，以及液体收集室。优选方案是将这些特征应用于增加对照和 检验流动通道间的流速差异上。可在检验和/或对照流动通道中提供一 种或多种反应物。这些(反应物)可以是被干燥或沉积于流动通道当
中的，也可由房室提供。此装置和/或其组件可通过适用于其使用材料的常规技术(包括但 不局限于注射成型、磨削、冲压、挤出、以及层压)来加工制造。第二个方面，本发明提供了分析样本液体的特性，特别是被分析 物或感兴趣的物质的存在和/或存量的方法，此方法包括向根据第一个 方面所述的装置施用样本的步骤。为避免疑问，现明确声明，在这里如"优选的"、"有利的"、 "如所需地"、"便利的"等所描述的任何特征都可以被独立地或以 其中任意一个或多个所述特征相组合地方式来应用于本发明中，除非 上下文做了另外的说明。


现将通过说明性实施例并参考相关附图对本发明进行进一步描 述，其中包括图la-d是一个可被应用于本发明的装置中的液体流动阻碍物实施 例，及上述阻碍物被克服的方式的示意性图解。图2是一个根据本发明的装置的实施例的示意性图解。实施例 实施例1一个优选的在指示剂流动通道中形成可克服的阻碍物的方法是在 指示剂流动通道中产生断裂，从而使指示剂液体不能依靠毛细作用通 过此断裂。断裂可由与检验流动通道相结合的孔方便地形成。在一个 实施例中，如图la-d所举例说明的，检验流动通道与指示剂流动通道 形成一个T型连接。根据本发明的装置可以包括一个多个指示剂流动通道(如图la中
标记IO所示)，每个指示剂流动通道在其中具有由与检验流动通道12 相结合的孔形成的裂缝或断裂。被引入指示剂流动通道并由于毛细作用的影响沿箭头A所显示的 方向移动的指示剂液体(由浅阴影表示)被由检验流动通道12的孔所 形成的毛细裂缝所阻止(如图lb所示)。当化验进行，试验液(由暗阴影表示)沿着检验流动通道12推进， 并最终到达检验流动通道12的端部(如图lc所示)，并在那里被阻 止。试验液在检验流动通道12的孔的端部的出现有效地移除了阻碍 物并允许指示剂液体通过检验流动通道12最终到达下游的指示区。实施例2根据本发明的装置的说明性实施例将在图2中被示意性地描述。此装置包括具有明确规定的容积的房室或储液室20。房室20具 有可引入被分析的液体检验样本的入口 22。两个检验流动通道24a和 24b在房室20与入口 22等距的点上分叉，以便引入房室20的液体随 后同时开始进入两条检验流动通道24a、 24b。此装置还包括两个指示剂液体流动通道 一个从房室20到下游的 指示区26a; —个从房室20到指示区26b。然而，房室20中的液体因 毛细作用被各自的阻碍物28a、 28b阻止进入下游的指示区26a、 26b。 在这个实施例中，阻碍物由与各自的指示剂液体流动通道形成T型连 接的检验流动通道24a、 24b的孔形成的裂缝产生。在图解的实施例中，同一个液体样本同时作为试验液(流经检验 流动通道24a、 24b)和指示剂液体(最终从房室20流向指示区26a或26b中之一)起作用。液体样本可以是例如血液、尿液或其它体液。在一个或全部两个检验流动通道24a、 24b中可能沉积了例如抗体一一其 可以与样本中可能存在的特定抗原发生反应一一的粘着反应物，而两 条检验流动通道中可以分别含有不同的特异性抗体。这样当液体流经 检验流动通道24a、 24b时，如果相关抗原存在就会在一个或另一个检 验流动通道中与沉积的抗原发生反应。作为结果的粘着现象倾向于阻 碍流动通道或至少是增加流动的阻力，从而阻止或至少是延缓液体流 经流动通道的过程。相反的是，如果样本中不存在相关抗原，没有粘着现象发生而液 体流经流动通道的过程未受阻碍。在图2中，其中一条检验流动通道 (24b)表示为长于另一条检验流动通道(24a)。留在房室20中的样本液体起到指示剂液体的作用。它实质地填满 房室但并不能通过由检验流动通道24a、 24b的孔所构建的毛细裂缝所 形成的阻碍物28a、 28b。正如上面所解释的，试验液在到达检验流动 通道24b的端部之前到达检验流动通道24a的端部。试验液到达流动 通道24a端部消除了裂缝，从而有效地移除了阻碍物28a，并允许指示 剂液体从房室向下游的指示区26a(其与指示区26b是分隔和不连续的) 推进。指示剂液体流入指示区26a的入口导致可视信号的形成或出现。 有多种方法(典型的是颜色变化法)可实现这一目的。指示区26a的容积足够充分地容纳所有来自房室20的液体。当液体开始进入指示区26a，房室20中的液体从与阻碍物28b接 触的状态被汲走，从而有效地增加了裂缝的尺寸。因此，如果或者当试验液最终到达检验流动通道24b的端部时， 它将不具有效果并且房室20中的指示剂液体仍不能进入下游的指示区 26b。以这种方式，此实施例提供了一种不需要持续监控以确定正确解 释化验结果的化验装置，因为如果此装置在化验结束后被搁置一个合 理的时期(例如1到24小时)，结果并不会被改变。
权利要求
1.具有多个检验流动通道的流体门控装置，每个检验流动通道具有端部，所述装置包括位于至少一个指示剂流动通道上游的流体储液室或上样区，其中所述流体储液室或上样区通过至少一个流动阻碍物与所述一个或多个指示剂流动通道分隔；并且其中所述流动阻碍物与检验毛细流动通道的端部可操作地结合，使得试验液在结合的检验毛细流动通道的端部的出现减少或消除流动阻碍物，从而允许液体从流体储液室或上样区流出并沿着指示剂流动通道流动。
2. 根据权利要求1所述的流体装置，其特征在于所述流动通道具有毛细尺寸。
3. 根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于在所述的一个或 多个指示剂流动通道内的阻碍物由断裂或毛细裂缝产生。
4. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于在所述指示剂流动通 道内的阻碍物由结合的检验毛细流动通道的孔形成。
5. 根据权利要求1所述的流体装置，其特征在于所述指示剂流动 通道流体地连接于根据权利要求1所述的一个或多个附加流体装置并 位于其上游。
6. 根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于每个所述 检验毛细流动通道与各自的指示剂液体流动通道形成T型连接。
7. 根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于所述指示 剂液体在具有多个出口的房室或储液室中被提供或引起出现，每个出 口通向各自的指示区，但是其中每个出口具有阻碍物，并且其中每个 阻碍物可操作地结合于检验毛细流动通道的端部。
8. 根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于在所述检 验毛细流动通道内流动的试验液与在所述指示剂流动通道内流动的指 示剂液体不同。
9. 根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于在所述 检验毛细流动通道内流动的试验液与在所述指示剂流动通道内流动的 指示剂液体相同。
10. 根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于所述装置适用于并被布置为用于检测试验液中被分析物的存在和/或存量。
11. 根据权利要求io所述的装置，其特征在于所述检验毛细流动通道和/或指示剂流动通道包含一种或多种反应物。
12. 根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于所述装 置包含抗体或其抗原结合片段。
13. 根据上述权利要求中任一项所述的装置，在特征在于所述装 置在每个指示剂流动通道内的阻碍物的下游包含指示区。
14. 根据权利要求13所述的装置，其特征在于所述指示剂液体在 指示区中的出现产生信号，优选产生可视信号。
15. 根据权利要求14所述的装置，其特征在于所述信号是颜色变化。
16. 根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于所述装 置包含一个或多个对照流动通道。
17. 分析液体样本的特性的方法，所述液体样本的特性特别是指 被分析物的存在和/或存量，该方法包括向根据上述权利要求中任一项 所述的装置施用样本的步骤。
18. 在上文中并参考附图进行实质地描述的装置。
全文摘要
本发明涉及具有多个检验流动通道的流体门控装置，每个检验流动通道具有端部，所述装置包括位于至少一个指示剂流动通道上游的流体储液室或上样区，其中所述流体储液室或上样区通过至少一个流动阻碍物与指示剂流动通道分隔；并且其中所述流动阻碍物与检验毛细流动通道的端部可操作地结合，使得试验液在结合的检验毛细流动通道的端部的出现减少或消除流动阻碍物，从而允许液体从储液室或上样区流出并沿着指示剂流动通道流动。
文档编号B01L3/00GK101133324SQ200680005903
公开日2008年2月27日 申请日期2006年2月22日 优先权日2005年2月25日
发明者安德鲁·彼得·费伦, 阿曼·汗 申请人:因弗因斯医药瑞士股份有限公司