流体控制的制作方法

本发明关于微流体化验系统和相关联阅读装置，以和个体部件本身。本发明也关于使用即弃式系统和相关联阅读装置来进行化验的方法，以和进行化验的工具箱(kit)。

背景技术：

微流体盒常规用于执行各种化验，也即生物和化学和/或生理化学化验，并且化验的结果经常使用将该盒引入其中的相关联阅读器装置来确定。

通常需要在盒内的流体运动以便确保样本能够接触试剂，该试剂置放在盒中并且能够与可存在于样本中的一个或多个目标分析物反应。在与一个或多个试剂反应之后，通常需要将样本从已经发生反应的区域移除，以使得可发生进一步反应，或仅允许侦测任何反应产物，该目标可能在样本保留在原位时，由于例如光干涉而导致难以达成。

盒内的流体运动可单独通过毛细管作用来发生，或盒内的流体的控制可通过主动力或经由机构来实现，该主动力例如通过使用可存在于盒中的微泵和阀来提供，该机构存在于阅读器装置中，该机构被设计来与盒相互作用并且将流体泵送至盒中和/或将流体从盒中泵送出以便控制盒本身内的流体运动，参见例如ep2613881。或者可使用毛细管作用与主动力的组合。

举例而言，us7238324描述使用毛细管作用和应用外部泵的微流体装置。允许样本通过毛细管作用、经由第一端口进入微流体盒并且流至感测腔室，其中发生化验。在化验反应之后，通过使用外部泵、经由第二端口，将液体引入芯片中。此液体的用途是洗掉原始样本，仅留下可被侦测的反应产物。然而，此意味着必须将单独液体从外部并且经由另一个端口来引入芯片，该端口可被堵住和/或易受污染。此外，随着时间的推移，液体可被污染或降解。因此，需要提供微流体盒，其中不需要从盒外部引入除了样本以外的流体和/或具有除了引入样本的样本端口以外的端口。已知一些设计在盒本身内包括液体填充囊以便提供合适清洗试剂/缓冲液等，但是此举显著增加盒的复杂性和费用并且液体试剂也可易发生降解。

us5821399描述一种系统和盒，其使用导电率来测量样本和样本之间的流体。在盒内的流体填充囊中提供冲洗流体，其可在盒内传送并且根据其导电率通过阅读器来侦测。可容易地确定样本与冲洗流体或空气部分的间的导电率的差异。

wo2013154946描述微流体系统，其使用毛细管作用与气体压力的组合来控制微流体装置内的液体样本的运动。最初，引入装置中的液体样本通过毛细管作用部分地沿着毛细管通道来传送。当液体前移时，远程气体-液体界面处的气体压力增加一定量，该增加量足以停止液体的运动。为了引发液体样本的进一步运动，连接至毛细管通道的远程部分的泵将作用于液体样本的远程气体-液体界面的气体的压力减少一定量，该减少量足以允许液体样本通过毛细管作用进一步沿着微流体装置的毛细管通道移动。

us5096669描述结合阅读器装置来使用的即弃式装置。样本可最初经由毛细管作用来抽吸至即弃式装置中并且在该装置内的样本的进一步运动可通过阅读器自动地按压该装置内的包括可挠性膜的气囊来实现，以导致流体样本流动经过传感器和化学物质的浓度得以确定。

wo2013/096801描述侧流侦测系统，其可包括流体特征。在一实施例中，描述一种盒，其包括包括层析介质和固定抗体的侧流装置，但是进一步包括通过阅读器内的泵来致动的气囊。对气囊进行按压用来使流体样本在盒的流体通道内移动并且进入捕获区中。在适当捕获之后，流体样本通过对于气囊的作用而被进一步推动至清洗腔室中。清洗流体的使用被描述为可冲去样本流体的组分，诸如红血球，该组分可干扰侦测。然而，将侧流特征与微流体特征组合提供一定程度的复杂性并且侧流测试总体上用于定性的或半定量的测量，而非定量的测量。

本申请人的先前申请ep2613881描述微流体盒和相关联阅读器。盒内的流体端口被设计来与阅读器形成不漏流体的密封以使得可通过阅读器在盒中并且遍及整个盒来传送气体。

wo03/049860描述用于化学或生物化学分析的复杂装置，其包括第一和第二层，该第一和第二层通过易碎的第三层分隔。在将易碎的第三层破坏之后，存在于第二层中的流体能够进入第一层的流体网络。提供许多腔室，该腔室必须相继地加以压缩以便提供各种试剂并且进行任何特定化验。

us2015/0004680描述用于侦测样本中的一个或多个组分的生物传感器盒。每个盒包括微流体通道、气泵腔室和试剂泵腔室，在其上部表面包括孔隙。当相关联传感器使用光学侦测时，也在盒中提供清洗缓冲液。腔室被描述为单独囊，该囊被插入该盒的凹槽中。试剂和缓冲液囊用合适液体来填充。

也需要能够更快速地并且以更小复杂性测试来自受试者的流体，诸如血液样本。甚至需要受试者能够自己在家进行测试。

通常当受试者出现在当地医疗诊所或甚至医院时，获取相对较大流体或血液样本供分析并且视所执行的测试而定，可需要多个单独小瓶或样本。此外，在样本收集时不进行测试的情况下，通常需要以最小化将要侦测的特定分析物的降解或损失的方式来存储样本。一些测试是时间敏感的并且进行测试所耗费的时间可导致疾病不当地进展，此时原本可对受试者治疗。

也存在需要受试者能够定期地自我测试并且能够基于测试结果来自己用药治疗的疾病和病状。以此方面，可基于测试结果，可能使用健康照护人员的关于应服用药物的意见对受试者进行指导。

此外，传统上使用临床分析技术进行样本的临床分析，该技术需要使用具有大型机器的专业实验室进行分析。在过去几年中，一直努力开发能够进行该测试的台式大小甚至手持装置。然而，该设备能够仅处理较小样本量且/或执行各种不同类型的分析的能力是有限的。此外，若单一阅读器能够执行各种不同组的测试，以致于为了能够进行不同类型的测试，使用者不必具有多个不同阅读器，则是合乎需要的。

举例而言，us8435738描述模块化系统，其能够进行单一血液样本的多个化验。然而，显然提供个体和分离模块来执行不同功能并且经由样本处理系统将样本传送至每个模块。也似乎该系统包括被设计来处理样本制备以和进行各种化验的壳体，但是不清楚每个样本在分析的后的后续过程为何。

技术实现要素：

本发明部分地基于本发明人对于以下问题的研究：控制微流体盒内的液体样本的运动以和如何在无需从盒外部引入流体的情况下，将样本和/或清洗液结合组分从分析物侦测区盒中有效地移除，或如何使用存在于盒或相关联阅读器中的清洗液或其他液体。发明人开发“干式”微流体盒，其包括气体填充腔室，该腔室可用于促进盒内的液体样本的非常精确受控运动并且将样本和未结合材料从盒内的分析物侦测区中移除，以使得可在气体环境中侦测任何可侦测成份，该成份可包括包括分析物或分析物反应产物的复合物。重要的是，本发明的盒不需要除了样本本身以外的额外液体存在于盒中和/或引入盒中。进一步提供与盒一起使用的相关联阅读器装置。

在一个方面，本发明教导方法和盒，其仅使用气体，诸如存在于微流体盒中的腔室内的空气，来控制盒内的液体样本的运动以及可选地在执行侦测的前，将液体样本和未结合材料从侦测区域中移除。

在另一个替代和/或补充方面，本发明提供盒、阅读器和方法，其使用单一盒和相关联阅读器来执行多个不同化验。

在第一方面，提供用于对于液体样本进行化验的自给式微流体系统，该微流体系统包括：

用于接收液体样本的样本输入端口，该样本输入端口连接至至少一个微流体通道，其中每个/该微流体通道包括置放在其中的用于进行化验的一个或多个试剂和侦测区，该侦测区用于侦测可存在于样本中的任何分析物或其分析物反应产物；和

每个/该微流体通道进一步流体连接至在每个/该侦测区下游的可压缩的气体填充腔室，和

其中系统由三个层形成，该层层迭在一起以界定每个/该微流体通道和该气体填充腔室，并且其中使该腔室压缩或减压导致将气体从腔室中排出或抽吸至腔室中，进而导致该/每个微流体通道内的液体样本的运动。

通常，但是并非排他地，系统可呈盒形式，其被设计来插入相关联阅读器装置中。为了简便起见，在下文参照呈盒形式的系统，但是此不应理解为具有限制性。

为免生疑问，本发明不需要使用存在于盒内或与盒一起提供的液体填充囊和/或将流体(液体或气体)从相关联阅读器传递至盒的能力。在此方面，本发明的盒被视为自给式。本发明的盒在施加样本的前是实质上无液体的并且可被视为干燥的。在施加液体样本的前可存在或存在于盒中的唯一流体是气体，通常空气。有利地，在本发明的化验中所需要的唯一液体是液体样本本身。

在某些实施例中，该一个或多个试剂可置放在每个/该微流体通道内的第一位置中。在其他实施例中，该一个或多个试剂可置放在每个/该微流体通道内的一个以上位置中。该一个或多个试剂中的至少一个可置放在侦测区内，或替代地没有试剂置放在侦测区内。试剂可最初以允许通过蒸发或其他手段来干燥的液体形式来提供。根据本发明，当该试剂最初以随后干燥的液体形式来提供时，术语“干燥”应理解为意味着少于10％、5％或1％的最初液体在干燥的后保留。

在某些实施例中，侦测区可在该一个或多个试剂所置放的位置的下游。

在本发明的上下文中，术语“下游”是参照将样本施加至系统的位置和样本流动方向。

可选地，在液体样本与置放在该/每个微流体通道内的该一个或多个试剂反应并且将样本和其他试剂传递至侦测区的后，从腔室排出的气体可选地用来将液体从微流体通道内的侦测区移除，以使得侦测区内的任何所捕获分析物或分析物反应产物可在实质上无液体环境中侦测。因此，在一个实施例中，本发明提供盒和方法，其中侦测在实质上无液体环境中发生。此外，发明人观察到仅需要使用来自腔室的对应体积的气体将液体从侦测区中移位。因此，不需要使用可利用大量一个或多种流体的惯常清洗步骤，该流体被设计来防止和/或最小化信号干扰。因此，有利地本发明使用低得多体积的气体来将液体和液体内的材料从分析物侦测区中移除。此与在执行惯常清洗步骤方面所理解的概念是显著不同的。

微流体盒可包括多个微流体通道，其中多个微流体通道全部与单一样本输入端口流体连通。根据本发明，样本端口可与划分成该多个微流体通道的微流体通道连通。该多个微流体通道中的每一者可与相应气体填充腔室流体连通，或两个或两个以上微流体通道可与单一气体填充腔室流体连通。根据本发明，每个腔室可个体地或独立地控制，从而允许独立控制个体微流体通道内的样本的运动，或可同时控制多个该微流体通道中的样本的运动。在一些实施例中，除了与盒中的一个或多个微流体通道流体连通以外，该气体填充腔室不与可存在于微流体盒或相关联阅读器中的任何其他特征连接。举例而言，仅来自气体填充腔室的开口/出口可为与该微流体通道的开口。因此，就不具有阀、端口或以其他方式与盒外部连通而言，该气体填充腔室可为密封的。在一实施例中，样本输入端口连接至每个/该微流体通道的第一端并且每个/该微流体通道的第二端连接至该气体填充腔室中的一个或多者的该开口。在此实施例中，气体填充腔室可被视为在样本输入端口的下游并且在每个/该微流体通道的相对于样本输入端口的相反端。

除非上下文另外规定，否则术语“流体连通”应理解为意味着包括气体或液体的流体能够在相关部分之间传送。

可选地，微流体盒可进一步包括一个或多个吸收器特征，其被设计来接收流体废物和/或过量液体样本。为免生疑问，本发明的一些实施例特定地排除一个或多个吸收器特征，这可以是有利的。

本发明的盒设计可容易地调整以便执行许多不同化验并且由此可被视为各种类似和/或不同化验的化验平台。盒和安置在其中的通道可以审阅本说明书的本领域技术人员已知的任何方式来形成，其可包括光刻技术、湿化学蚀刻、激光烧蚀、注塑成型、模头冲压、压花和印刷技术。根据本发明的第一方面，盒和安置在其中的通道和其他特征通过三个分离基板，也即第一、第二和第三基板的层迭物来形成，诸如顶部和底部基板与安置在顶部与底部基板的间的中间基板。三个层可通过施加热量或使用黏着剂来密封在一起。此外，中间层可本身呈黏着剂层形式，其能够黏附顶部和底部基板。

在一实施例中，三个基板是平面的。典型地，第一和第三(例如，顶部和底部)和可选地第二(例如，中间)基板在性质上是基本上均匀的。也即，该基板的厚度是均匀的并且在基板的表面上是不变化的。

在一个具体实施例中，底部基板黏附至中间基板，该中间基板具有已经安置在其中的通道。在底部基板上，将执行化验所需要的试剂置放在其特定置放区中，并且一旦通过样本来重构，该试剂通过通道壁(通过中间黏着剂层来形成)来保持在原位并且通过印刷在底部基板上的特征，例如疏水性油墨来防止在整个所形成通道中扩散。以此方式，通过所有四个侧面上的特征来防止试剂扩散至其置放区外部。然后，试剂干燥和最终顶层基板黏附中间层产生完全形成盒。将化验试剂置放盒中的许多其他方法可通过本领域技术人员来设想。

本发明的盒可通过在此项技术中已知的卷筒或卷对卷过程从可挠性聚合物膜、塑料或金属箔的辊来形成。

有利地，发明人发现当盒由三个单独平面基板的层迭物形成，盒的顶部和底部基板不必具有不同厚度和/或具有不同厚度的部分或由其他材料形成。因此，顶部和底部层可具有均匀厚度并且由单一材料形成。此简化盒的制造和相关联成本。用于以形成顶部和可选地底部层的材料可为可挠性的，但是在通道和气体腔室尺度下，其为相当坚硬的，但是稍微具有弹性。意外地，形成该/每个气体填充腔室的顶部和底部表面，尤其顶部外表面的基板可为弹性的，即使在基板的整个表面上，顶部表面的厚度是均匀的也如此。

可用于将层密封在一起的黏着剂也可组合以促进每个/该腔室的可压缩性。因此，腔室的可压缩性质可部分地归因于黏着剂是弹性的，以和顶部和可选地底部基板是弹性的。与先前技术相反，本发明的气体填充腔室不需要包括形成腔室的外表面的可挠性膜或片材，与用于形成顶部和可选地底层的其余部分的基板相比，该腔室的外表面由不同材料制成和/或具有不同厚度或可挠性。因此，顶层和可选地底层由在整个层上具有均匀厚度的单一材料制成。理想地，顶部和底部层由相同材料制成并且具有均匀厚度。此简化盒的制造，考虑到成本方面，此是至关重要的。

盒可由任何合适材料形成，诸如聚碳酸酯、聚烯烃，诸如环状石蜡共聚物(cocs)、聚酯、聚苯乙烯、pmma等，并且该/每个基板可由单一或多个材料形成。在包括三个基板的实施例中，中间基板包括贯穿基板切割的图案，其对应于盒的某些特征，诸如该通道、气体填充腔室、废物吸收器等。通过施加并层迭(诸如通过热封、胶合、吻合等)经适当切割的顶部和底部基板，以将中间基板层迭在顶部与底部基板的间，可提供其中安置通道和其他特征的盒。每个层可个体地提供并且夹在一起，或三个层可彼此连接并且通过将该层彼此迭置折迭来形成层迭物以便形成盒。顶部和/或底部基板可从不同于中间基板的材料形成或用该材料来涂覆且/或将黏着剂材料施加至基板中的任一者以促进三个基板黏在一起。顶部和/或底部基板中的特征可被设计来与阅读器装置中的特征共置(如在下文论述)，从而可促进阅读器中的盒的正确定位。

在一便利实施例中，本发明的化验的读出被设计成以光学方式来侦测。在此方面，相关联阅读器包括光学侦测构件，诸如光谱仪或荧光计，其被设计来侦测从盒的侦测区域发出的电磁辐射。对于荧光侦测，阅读器内的光谱仪或荧光计侦测从侦测区内的材料发出的荧光。因此，被设计成面对阅读器中的光谱仪或荧光计的盒的第一或第三层(例如，顶部或底部层)的至少一部分必须在电磁辐射谱的合适范围中是光学可透射的。在荧光侦测的情况下，盒的第一或第三(例如，顶部或底部)层的至少一部分必须在涵盖激发波长和侦测波长的范围中是光学可透射的。举例而言，盒的第一和第三(例如，顶部或底部)层的至少一部分必须在200–1200nm范围中是光学可透射的。

当第一和第三(例如，顶部和/或底部)层由单一材料制成时，应认识到整个第一和第三(例如，顶部和/或底部)层是光学可透射的并且并非仅其一部分。然而，油墨和/或屏蔽可用于防止或最小化合适波长的电磁辐射滤出或散射至侦测区外部。在一实施例中，涵盖侦测区或其一部分的第三(例如，底部)层的一部分可用材料涂覆，该材料被设计成最大化任何荧光信号朝向阅读器的光学侦测构件的发射。

第一和第三(例如，顶部和底部)基板可通过铰链来连接，该铰链允许两个基板彼此相邻折迭，并且中间基板安置在二者之间。或者铰链可提供在第一与第二(例如，顶部与中间)基板以和第二与第三(例如，中间与底部)基板之间，以使得第一、第二和第三(例如，顶部、中间和底部)基板彼此相邻折迭并且可从基板的单一片材形成。

重要的是，该气体填充腔室被设计来与阅读器中的一个或多个特征并置，该特征被设计来接触该气体填充腔室的外表面(也即，呈三个基板层迭物形式的顶部和/或底部基板，其以基本上水平方式提供至阅读器)并且能够控制施加至腔室的外表面/从腔室的外表面移除的力，例如，压缩。向该/每个腔室的外表面施加力导致腔室变形并且腔室内的气体从腔室排出至微流体通道中。相反地，随后将施加至该/每个腔室的力减少例如，减压，导致腔室更小变形并且可选地返回到未变形状态，以使得气体从微流体通道抽吸回到腔室中。

应认识到在不施加力的情况下，气体填充腔室通常包括最大体积的气体。在施加力后，气体从气体填充腔室中排出，由此减少腔室内的气体的体积。随后减少施加至腔室的力允许气体抽吸回到腔室中，从而导致气体填充腔室内的气体的体积增加。

每个腔室内的气体典型地为空气，但是可引入其他气体或气体混合物。举例而言，若置放在每个/该微流体通道内的试剂中的任一者可能氧化或另外在存在于空气中时具有较短寿命，盒和相关联通道和腔室可用惰性气体诸如氮等来填充。总体上将参照作为空气的气体，但是此不应被视为具有限制性。

通常在使用中，在样本施加之前，可将盒提供至或插入阅读器中并且将力施加至该/每个腔室以使气体从该/每个腔室中排出并且进入该/每个微流体通道中。盒可被视为“准备好”用于样本施加。

样本，诸如样本血液，或任何其他液体样本可经由样本输入端口来引入盒中。样本可通过使样本与输入端口接触来直接引入。或者，样本可首先使用样本收集构件来收集并且该样本收集构件，诸如浸量尺、微量吸移管、毛细管等与样本输入端口接触或插入样本输入端口中以使得可将样本引入盒和微流体通道中。在一些实施例中，诸如在执行核酸分析时，可需要在封闭系统中执行任何分析。因此，被设计来将样本引入微流体盒中的样本收集构件可满足双重目的：引入样本和一旦样本收集构件与样本输入端口接触或插入样本输入端口中，即将样本输入端口密封。

在样本与盒的样本输入端口接触或引入该样本输入端口中的后，样本可最初经由毛细管作用来抽吸至微流体通道中。或者可将样本主动地抽吸至微流体通道中，方法是通过减少施加至该/每个腔室的力以使得气体被抽吸至腔室中，进而将液体样本至该/每个微流体通道中并且沿着微流体通道抽吸。

在一实施例中，液体样本最初沿着单一微流体通道抽吸，该微流体通道划分成多个微流体通道，该多个通道中的每一者能够执行一个或多个化验。以此方式，可提供单一样本，该样本进而划分成多个部分或等分试样。

一旦诸如经由毛细管作用和/或主动地抽吸样本穿过盒，将样本引入盒和该/每个微流体通道中，谨慎地控制/促进在盒和相关联通道内以和在整个盒和相关联通道中的进一步流体传送，方法是经由控制施加至该/每个气体腔室的压力，导致将气体引入该/每个气体填充腔室中和/或从气体填充腔室中排出。抽吸回到该/每个腔室中的气体通常由于真空效应用来将液体样本沿着该/每个微流体通道朝向该/每个腔室抽吸，并且从该/每个腔室排出的气体将该/每个微流体通道内的液体推动远离该/每个腔室，到达输入端口并且可选地进入可能存在的流体废物吸收器中。

如上所述，吸收器特征是完全可选的。根据本发明，可经由适当流体控制和气体腔室管理来确保一旦样本引入盒中，样本或其他液体不能从样本端口中排出。在样本施加之前，每个/该腔室可压缩至最大程度以使得不可将样本从样本输入端口排出。有利地，在样本施加之前压缩每个/该气体填充腔室意味着在进行任何化验并释放每个/该气体填充腔室上的任何压缩压力的后，液体样本被进一步抽吸至盒中并且可能进入气体填充腔室中，远离样本输入端口。从在化验的后，将任何样本与用户分离的角度来讲，此可被视为有用的安全特征。

流体运动可通过阅读器中的力控制构件来非常精确地控制。此外，每个通道内的流体的位置可可选地通过阅读器、通过沿着微流体通道定位的构件诸如电极来侦测，该构件与阅读器接触并且可反馈每个/该微流体通道中的任何液体和/或流体的位置，从而允许阅读器经由向气体/空气填充腔室施加力/压力来非常谨慎地确定流体运动的位置和/或速率。

如确认，在使用中，样本经由样本输入端口诸如经由受试者/患者或其他构件例如吸移管、毛细管等的直接接触来施加至盒。在一个较佳实施例中，样本输入端口是盒的侧面或端面(例如，顶部端面)中的孔洞。合意地，盒可呈包括顶部和底部端面和四个边缘的总体上薄平面装置形式。在此布置中，样本输入端口可在盒的一个边缘中或在顶部端面上形成，以使得用户仅需要将样本与在边缘中或在顶部端面上形成的孔洞接触，以便使得样本能够吸收至盒中。在使用中，用户将流体样本与端口/孔洞接触并且在某些实施例中，归因于盒内的该通道的尺寸，流体通过毛细管作用来抽吸至盒中。样本端口/孔洞的尺寸可小于通道的尺寸。因此，在将流体从该/每个微流体通道排出时，可选的流体废物吸收器提供较大空隙区域，可将废液样本和任何未反应的试剂/标记物朝向该空隙区域引导并且进入废物吸收器，而不是穿过样本输入端口。

在某些实施例中，不提供废物吸收器。因为不需要移除样本，或仅需要从该/每个微流体通道内的侦测区移除样本和未反应的试剂/标记物。可实现流体运动的谨慎控制，以使得从该/每个气体填充腔室排出的气体足以将样本和任何未反应的/不必要的试剂/标记物从侦测区中完全移除掉。在液体样本施加之前，该气体填充腔室的初始最大压缩确保不可推动样本超过样本输入端口。微流体通道内的流体运动的此谨慎控制意味着可不需要废物吸收器和/或较大体积的清洗流体，导致简化制造/使用和成本节约。

盒中的该微流体通道也可包括一个或多个流体止挡特征，其被设计来防止样本藉助于仅毛细管作用而经过止挡特征。也即，必须通过用来抽吸或推动盒内的液体样本的力的作用来主动地迫使样本经过该止挡特征和/或进一步沿着该微流体通道，诸如作用于气体填充腔室的压缩和/或减压力。止挡特征可为疏水性材料(例如，可印刷的导电或非导电油墨)或改变通道表面的表面性质，由此产生亲水性/疏水性差异的过程或材料(例如，经由激光烧蚀、表面刻痕、表面材料移除、蒸发金属材料等)，其被设计来邻接或作为壁特征或涂覆在通道的壁(例如，顶部、侧面和/或底部)上。在通道藉助于三个基板层迭在一起从而形成通道来形成的一实施例中，疏水性材料可施加至顶部和/或底部基板，以使得当三个基板层迭在一起时，疏水性止挡材料形成该通道的顶部和/或底部表面上的特征(该通道的壁通过中间层来形成)。替代地或另外，可与通道相邻或在通道内提供较小单向通气孔，该通气孔能够允许空气排放至盒外部或盒内的空隙，但是不允许空气或液体进入该微流体通道。通过毛细管作用进入盒的液体填充至通气孔但是在不施加额外力的情况下不超过它。

在提供多个通道以便执行分开和/或重复化验的一实施例中，流体止挡特征可在样本输入端口的下游提供在每个通道中。以此方式，样本最初经由样本输入端口进入盒，但是通过流体止挡特征来防止填充每个微流体通道的长度。为了开始每个化验，必须通过将气体抽吸回到该/每个气体腔室中来将样本主动地抽吸经过流体止挡物和沿着每个微流体通道以便接触该一个或多个试剂。有利地，此确保每个化验可根据需要同时或在不同时间开始并且也用来最大限度地减少可由于样本差异而出现的问题，诸如血液血球比容值和进而例如黏度差异。

还较佳的是，止挡特征定位在可能存在的流体废物吸收器的上游，以使得在最初施加后，样本不流至废物腔室中。当向该/每个气体填充腔室施加足够力以便主动地推动该/每个通道内的液体样本时，液体可经过流体废物吸收器上游的止挡特征并且进入废物吸收器。此止挡特征也可以一定方式来设计，该方式使得虽然其在最初接触时防止流体进入吸收器，但是样本可最终湿润越过此止挡特征并且流至吸收器中，但是仅一旦样本填充样本通道时才会如此。一旦该通道变满，止挡特征上的毛细管力增加并且过量样本可流动越过止挡特征并且进入吸收器中。以此方式，吸收器可充当过量样本施加的溢流并且流体止挡特征可充当定时闸门，控制此液体运动。在其他实施例中，此止挡特征并非必需的。吸收器可用样本填充并且充当储槽，可通过减少气体填充腔室上的力来从该储槽中抽吸样本以便将此样本从吸收器传递至样本通道中。

在一实施例中，废物吸收器被设计成盒的空隙区域，耗尽的流体/样本或不需要或被视为不希望有的流体可排空至该空隙区域中。举例而言，全血含有许多蛋白质和其他因子，该因子可干扰化验反应和/或经由例如荧光侦测来侦测所捕获的分析物。本发明允许执行样本(例如，全血)内的任何分析物的最初结合和/或反应，但是所有或实质上所有存在于液体样本中的未结合材料和反应的后的剩余液体可随后从侦测区排空，可选地至废物腔室，使得能够在实质上无液体或气体环境中执行进一步反应和/或侦测。

然而，如上所述，可不需要包括废物吸收器。有利地，本发明人观察到在向该/每个气体腔室施加力时从该/每个气体腔室排出的气体足以推动/传送液体样本和未结合/未反应的材料远离侦测区。因此，仅被捕获、结合或固定材料保持实质上无液体环境中的侦测区中，并且有利地，容易地进行任何此材料的侦测。

除了每个/该微流体通道以外，本发明的盒可包括一个或多个电极特征，其与该通道接触并且由此与一旦引入盒中的样本接触。电极被设计来接触阅读器内的电气触点，使得能够在适当情况下获取各种读数。举例而言，盒中的一个或多个电极可被设计来侦测盒的正确负载并且阅读器可以信号告知用户是否盒a)正确插入阅读器中和/或b)样本正确地负载至盒中，例如直至流体止挡特征。电极也可对于样本本身执行一个或多个电气测量。举例而言，在样本是全血样本时，电极可进行样本的血球比容测量，此在确定将要侦测的分析物的精确浓度中可为至关重要的。导电率和/或阻抗测量可取决于所研究的样本来确定。因此，本发明的盒可不仅经由与任何分析物的结合/反应来侦测是否分析物存在于样本中，而且也可进行样本的电气测量。电极也可用于确认通过从气体填充腔室排出的气体来从侦测区域移除样本已经正确地发生，因为当液体存在或不存在时侦测到的电导率会显著变化。也可向气体填充腔室提供电极以便以信号告知每个/该腔室的压缩度。

施加至盒的样本可为任何合适液体样本。它可为例如从受试者获得的流体的样本，诸如全血、血浆、唾液、精液、汗、血清、月经、羊水、泪液、组织拭子、尿液、脑脊液、黏液样本等。应了解本发明的化验系统可应用于人类健康领域，包括较大和不断增长的ivd市场(例如，癌症、心脏学、药物滥用侦测和感染性疾病、包括细菌、真菌和病毒感染)。化验也可用于测试药物和药物作用。然而，系统也可应用于环境背景，其中需要侦测例如毒性剂或传染性病原体诸如细菌、真菌或病毒。因此，可获取来自河流或湖泊或固体表面的拭子的样本以便获得提供至盒的液体样本。化验系统也可用于兽医应用。基本上，样本可以液体形式提供或以液体形式呈现的任何化验可用于本发明，例如，呼吸样本可通过向液体中吹气来获得并且该液体根据本发明来使用。也可获取表面的拭子并且安置在液体内以便提供液体样本。

样本可例如包括直接从来源获得的材料，诸如全血样本，以和使用诸如过滤、沉淀、稀释、蒸馏、混合、浓缩、钝化干扰剂等的技术来预处理的材料。该步骤可在样本引入盒的前执行或可通过盒本身来执行。

样本可在盒插入阅读器装置的前或在盒插入阅读器的后引入。在一些实施例中，在施加样本的前，盒插入阅读器装置中并且将力施加至气体填充腔室以便从该/每个腔室排出气体。此可有效地将盒准备好用于样本施加。减少施加至该/每个腔室的力将气体抽吸回到腔室中，进而将样本抽吸至和沿着该/每个微流体通道。盒也可被设计成使得样本可最初经由毛细管作用来引入。以此方式，可提供如上所述的止挡特征以便限制样本进入该微流体通道中。由于将气体从该/每个气体填充腔室中排出或引入该/每个气体填充腔室中而导致样本的进一步传送。为了样本可最初经由毛细管作用来引入，需要存在于该微流体通道中的气体通过样本来移位。此可经由从微流体通道退出至盒外部的阀等来达成。在一实施例中，阀是单向阀，其被设计来仅允许气体退出盒并且不允许气体或液体引入盒中。

阀可为例如小孔或缝隙，其与疏水性止挡特征相邻或紧邻来定位，该止挡特征被设计来防止仅通过毛细管作用使样本在该/每个微流体通道内进一步传送。每个阀可经由比该/每个微流体通道本身更小尺寸的通道来与该/每个微流体通道流体连通(诸如该/每个微流体通道的宽度的小于50％、25％或20％)。在使用中，在反应过程发生之后，当样本沿着该/每个微流体通道从侦测区移除时，样本有利地朝向样本输入端口和/或可能存在的流体废物吸收器来引导，而不是朝向阀来引导，此归因于该/每个微流体通道的尺寸大于将微流体通道连接至阀的通道。此外，在最初样本施加后，少量样本可填充较小尺寸的通道并且充当在样本施加的后阀与微流体通道的间的进一步流体流动的屏障。不受理论约束，预期屏障通过与该较大主要微流体通道相比，较小通道的相对更高毛细管现象造成。在毛细管填充的后，少量样本可保留在较小通道中并且有效地将阀封堵。以此方式，阀仅在最初毛细管填充期间具有作用，其后在盒内的液体传送通过将气体抽吸至该/每个腔室中或从该/每个腔室中排出来实现或控制。

在另一方面中，提供根据本发明使用的阀系统，该阀系统包括：

根据本发明的化验系统的顶部或底部表面中的通气孔或缝隙开口；和

通向化验系统的该微流体通道的较小尺寸的微流体通道，该较小尺寸的微流体通道与化验系统的通气孔或缝隙开口和该微流体通道流体连通。

便利地，阀系统被定位成与该微流体通道的毛细管止挡物相邻，以使得在样本引入化验系统后，样本通过毛细管作用来填充直至毛细管止挡物并且样本的一部分也至少部分地填充较小尺寸的微通道。至少部分地填充较小尺寸的微通道的样本的一部分充当沿着较小尺寸的微通道的进一步流体传送和经由通气孔或缝隙的流体输出的屏障。

合意地，本发明的盒可被设计来对于单一液体样本进行多个化验(相同化验的重复和/或不同化验)。盒和相关联通道的尺寸使得所有该化验理想地从液体样本来执行，诸如可通过手指穿刺来获得的血液样本，少于100μl、50μl，诸如少于40μl、30μl或甚至20μl或更少。以此方式，可在使用少于10μl，诸如少于7μl、5μl或甚至2μl或更少的液体样本诸如血液的盒的单一通道中进行化验。此大大少于在医院中使用较大台面分析器或其他已知照护点平台来执行分析所需要的样本。

将要侦测的分析物可为任何所需分析物并且可包括蛋白质、肽、抗体、核酸、微生物(诸如细菌、真菌和病毒)、化学剂、生物化学剂、毒素、药品、酶、代谢物、细胞部分、抗原等。举例而言，本发明系统可适于侦测任何类型的分析物，该分析物可结合合适结合剂，或与合适试剂反应，该试剂的产物能够侦测并且可选地通过合适结合剂来结合。结合剂可为能够特异性结合至将要侦测的分析物或反应产物的任何合适剂。举例而言，若分析物是蛋白质或肽，结合剂可为能够特异性结合至蛋白质/肽的受体或抗体。相反地，抗体可通过该抗体被设计来特异性结合的蛋白质/肽来结合。核酸可通过能够特异性杂交至分析物核酸的其他核酸来结合。微生物可通过特异性结合至微生物的表面上的蛋白质的抗体来结合。化学剂、毒素、药品、代谢物可通过化学部分来结合，该化学部分能够经由合适键合反应或亲和力来反应或结合至前述化学分析物。许多类型的结合技术为本领域技术人员熟知的。

此外，该试剂可为酶或酶底物。举例而言，分析物诸如葡萄糖可经由较好描述的酶促方法来侦测，因为在酶与葡萄糖反应之后所形成的反应产物可通过使用审阅本说明书的本领域技术人员已知的电化学或光学侦测技术来侦测。该测量可作为独立测量或与样本中的将要侦测的其他分析物组合来进行。

应了解本文提到分析物/分析物结合剂复合物包括以下复合物，其中分析物未从其在液体样本中发现的形式加以修饰，或其中分析物经由与另一个试剂反应来修饰并且由此可被视为分析物反应产物。

结合剂可本身直接地或通过合适键合至壁或表面来间接地附接至盒内的该微流体通道的壁或表面，例如，经由物理吸附、共价化学偶合、非共价化学键合(例如，生物素-抗生物素蛋白)或上述任何组合。在一个较佳实施例中，结合剂呈包括结合部分的磁性或顺磁粒子形式，并且结合部分可直接地或例如通过非共价化学键合(例如，生物素-抗生物素蛋白)来间接地结合至粒子的表面。额外实施例也可包括物理吸附、共价化学偶合、非共价化学键合(例如，生物素-抗生物素蛋白)或其任何组合来结合至磁性剂，诸如磁性粒子的表面。经官能化以包括与其结合的结合剂的磁性剂/粒子可简单置放在盒的该微流体通道内，以使得在将样本施加至盒并且抽吸至并且沿着该/每个通道之后，官能化磁性剂/粒子通过液体样本来再悬浮，由此与样本中的任何分析物接触。结合和/或其他试剂的一个或多个置放区域可经由先前描述的技术在置放区域的一或两端处使用疏水性止挡物或其他特征来专门界定，以便可选地将此一个或多个区域与侦测区域/区分离。在适当情况下，此可确保不会由于在测量/侦测区域/区中的试剂组分(例如，荧光胶乳粒子)干掉而导致获得较高背景读数。

如上所述，除了黏合剂以外，盒可和/或替代地包括置放在该微流体通道内的一个或多个试剂，该试剂可促进侦测分析物或捕获分析物。举例而言，该一个或多个试剂可包括适于特定地结合至分析物，由此促进其侦测的标记物，或与分析物反应以便产生分析物反应产物的酶。因此，根据本发明，本文所述化验可用于侦测分析物或其分析物反应产物。

结合分析物可直接侦测，只要结合分析物能够产生可侦测信号，或在结合分析物后，可发生反应，以便产生反应产物并且反应产物可侦测到。然而，在一个较佳实施例中，结合分析物与能够结合至结合分析物的标记物接触并且随后侦测标记物/结合剂/分析物复合物。标记物可本身结合至另一个结合部分，该结合部分也能够特定地结合至结合剂/分析物复合物。通常标记物能够结合至第一结合剂结合的分析物的不同部分，或能够结合至结合剂/分析物复合物的区域，该区域仅在产生此复合物时形成。

经由将气体抽吸回到流体填充腔室，由此将流体样本在该/每个气体填充腔室的方向上进一步沿着微流体通道抽吸，可将结合分析物传送至微流体通道的不同区域内的标记物。

合意地，结合剂和任何侦测剂/标记物在置放在盒的微流体通道中时呈干燥状态，以使得其能够长期储存，并且在液体样本流动至和沿着微流体通道时通过液体样本来重构。

在一实施例中，被设计来促进侦测分析物的结合和/或侦测剂/标记物最初定位在第一止挡特征的下游(在引入之后，样本流至盒中的方向上)。以此方式，在最初样本施加和毛细管填充在盒内时，该结合剂和/或侦测剂最初不与样本接触。只在施加至该/每个气体填充腔室的力减少并且气体被抽吸回到气体填充腔室中时，样本进一步沿着该/每个微流体通道抽吸并且与结合剂和/或侦测剂接触。

在一实施例中，样本沿着微流体通道的传送可在多个级段中发生。举例而言，在最初样本施加和毛细管填充之后，通过施加至该/每个气体腔室的力的受控减少并且以受控和精确方式使气体被抽吸回到该/每个气体填充腔室中，样本可沿着该/每个微流体通道的第一部分抽吸。该/每个微流体通道的第一部分可包括例如该结合剂。因此将流体样本引入第一部分中允许结合剂与可存在于液体样本中的任何分析物反应。其后，通过施加至该/每个气体腔室的力的进一步受控减少，以使得更多气体被抽吸至该/每个气体填充腔室中，进而将样本和结合剂抽吸至该/每个通道的第二部分中，样本和结合剂可被抽吸至该/每个微流体通道的第二部分。另一个试剂或标记物例如可存在于第二部分中并且样本和结合剂与其接触。以此方式，可容易地实现关于特定化验的多个分离步骤或级段并且每个步骤/级段可需要彼此不同的时间周期。应了解可容易地设想两个以上级段，诸如三个、四个或更多级段，并且每个级段通过施加至该/每个气体填充腔室的力的进一步受控减少来实现。有利地，每个气体腔室可独立地控制。以此方式，也可使用本发明的单一盒来进行多个不同类型的化验。以此方式，每个分离通道设置有用于进行一个或多个特定化验的必需试剂并且阅读器经程序规划以针对每个特定化验来实现所需数目的气体腔室压缩/减压步骤。因此，本发明的盒和相关联阅读器能够基本上同时进行多个分离和不同化验，该化验可需要不同的试剂、反应时间周期、步骤数目等。

虽然以上描述论述以逐步方式来抽吸或推动液体样本，应认识到由于力控制构件的可控制性质，可在微小或可变的程度上可逆地压缩和减压气体填充腔室，以便诸如允许在任何时间点来推动和拉动液体样本并且允许混合效应。因此，例如，当液体样本被传送至包括将要通过液体样本来重构的一个或多个试剂的微流体通道区域时，在到达该一个或多个试剂置放的区域后，通过使用每个/该气体填充腔室的较小压缩/减压，可来回地推动和拉动液体样本历时一段时间，以便促进该一个或多个试剂在液体样本内的重构和/或混合。

本发明的方法和化验的必要控制和实施可通过使用阅读器内的合适微处理装置和相关联软件来促进。

在另一实施例中，在样本与诸如磁性粒子的结合剂之间的最初结合阶段之后，在样本液体内形成的结合剂-分析物复合物可传送至通道的下游区域，其中标记物以干燥形式定位在微流体通道内。样本液体将标记物再悬浮/再水化并且允许标记物结合至结合剂-分析物复合物。液体样本和任何重构材料的此传送是归因于每个/该气体填充腔室上的减压，从而将气体抽吸回到每个/该气体填充腔室中。将气体/空气抽吸回到每个/该气体填充腔室中导致真空效应，其用来将液体样本沿着该/每个微流体通道抽吸。此方法可允许所置放试剂的再水化和试剂分散的均匀性的更大控制。

在另一实施例中，结合剂和标记物置放在该/每个微流体通道的同一区域中。样本基本上同时将该试剂再水化，使得结合和标记反应同时发生。在此实施例中，所有试剂可接触样本，然后，经由施加磁铁/电磁铁，阅读器将磁性粒子-分析物-标记物复合物积聚在侦测区域内。不同于其他先前技术装置，磁铁/磁力可被设计成仅将磁性粒子积聚或集中在侦测区内。因此，磁铁/磁力可不用来将磁性粒子沿着该/每个微流体通道纵向地抽吸或移动，而是将任何复合物集中并保持在侦测区的区域中。在一实施例中，磁性粒子可最初置放在微流体通道内的与磁力施加的位置相反的位置处。举例而言，磁性粒子可在或沿着通道的底部置放并且磁铁或磁力接触/施加至盒的顶部表面。以此方式，在施加磁力时，磁性粒子被侧向地(或垂直于通道内的液体样本的流动)吸引穿过通道。预期主动地吸引磁性粒子穿过液体样本的过程增加可在官能化磁性粒子与可存在于液体样本中的分析物之间发生的可能捕获事件的数目。

在一实施例中，提供电磁铁，其被定位成与一旦正确插入阅读器内的盒的侦测区一致。粒子-分析物-标记物复合物可通过受控流体运动来抽吸至侦测区并且仅一旦处在侦测区中，即施加电磁力。另外，电磁铁可经调整以便提供侦测区内的聚焦磁场。此可用来将粒子-分析物-标记物复合物集中在侦测区的规定部分，而不是遍及整个侦测区。替代磁铁存在于阅读器中，可将磁铁或合适电磁场产生电路提供在盒本身内。举例而言，电磁场产生电路可相邻于侦测区定位并且包括用于接触阅读器内的对应连接器的电气连接器等。一旦连接在一起，阅读器能够提供产生电磁力的必需电信号。

为了促进侦测结合分析物，可需要从将要侦测结合分析物的该/每个侦测区域中移除废液样本。在需要时，本发明达成此举，方法是使用存在于该/每个气体填充腔室中的气体来移除/推动反应或废液样本远离该/每个侦测区微流体通道，并且朝向和进入可能存在的废物腔室。然后，结合分析物，诸如磁性粒子-分析物-标记物复合物可在基本上无液体或基本上气体环境中侦测和/或定量。应了解结合分析物可仍然为“湿的”，也即，可存在涂覆、包围或以其他方式与结合分析物缔合的一些残留液体，但是如审阅本说明书的本领域技术人员所理解的结合分析物不以整体液体形式存在。举例而言，虽然结合分析物不以整体液体形式存在，但是结合分析物可在侦测期间保持水化(例如，其不被视为处于“干燥”状态下)。

有利地，经由谨慎控制气体进入和离开该/每个气体腔室的运动，本发明能够精确地控制沿着每个通道在任一方向上的液体运动速率。举例而言，可需要置放在该/每个通道内的干燥试剂的重构快速地发生，但是在进行任何必要反应之后的液体样本和未结合材料的移除相对缓慢地发生。因此，阅读器和相关联力控制构件能够变化或改变排出/进入该/每个气体腔室的气体的速度，从而对于该/每个通道中的液体运动的速度/速率具有对应作用。不同化验可需要不同重构和/或液体移除速度并且此也可通过力控制构件组合相关联程序编程或软件来独立地控制。

此外，经由精细控制力控制构件，可谨慎控制非常小体积的气体排出/进入该/每个气体腔室，伴以液体样本的对应较小运动。举例而言，排出或引入该/每个气体填充腔室的气体的体积可为小于或等于500nl，诸如小于或等于200nl、100nl，或甚至50nl、25nl或15nl、10nl或甚至更少的增量。此较小体积的气体运动导致该/每个通道中的液体的非常小对应线性运动。在侦测在基本上无液体环境中执行的本发明的实施例中，发明人观察到可使用该非常小体积的气体来将液体样本和/或未捕获材料恰好从侦测区或甚至其一部分中移除，并且由此在整体液体和未捕获材料通过气体移除的基本上无液体环境中提供所捕获的分析物或分析物反应产物。此完全不同于此项技术中的所谓惯常洗涤步骤，其在执行侦测步骤的前使用较大体积的流体，通常液体，来清洗样本侦测区/结合分析物等。事实上，在本发明中使用的空气可不被视为清洗液，而是仅在其内移除液体样本和未捕获材料。因此，当液体样本和/或未捕获材料需要从侦测区移除时，本发明能够使用在体积上与发生侦测的侦测区或其一部分的体积基本上相等(或极轻微地较大，例如，15nl、25nl、50nl、100nl或200nl)的气体体积，因为此足以将液体样本从侦测区或部分移除，在基本上无液体环境中留下分析物或分析物反应产物。在惯常洗涤步骤中，总体上需要与样本体积相比许多体积的清洗液。

此外，相对而言，在需要对液体样本传送至该/每个通道中和/或液体样本从每个/该侦测区中移除进行控制时，该/每个气体腔室的仅较小比例，诸如小于50％、40％或25％的体积可为上述控制所需要。

每个盒可被设计来执行单一分析物侦测或多个分析物检测。此外，每个盒可包括一个以上微流体通道系统，以使得可使用单一盒来执行一个以上化验。也可每个微流体通道执行一个以上化验。以此方式，每个盒可执行来自单一液体样本的许多重复和/或明显不同化验，因为该/每个气体腔室独立地可控制。

合意地，盒可容易地大规模生产。盒可以带材形式提供，其中多个盒最初例如诸如经由有孔的密封件来连接在一起。以此方式，使用者可在使用之前容易地将盒从带材中移除。

一旦盒以样本负载，任何所捕获分析物可经由存在于阅读器装置中的合适光学或其他构件来侦测。本发明提供此阅读器并且本发明的重要方面是提供至少一个力控制构件，其存在于阅读器中并且被设计来控制施加至该一个或多个气体填充腔室的外表面的力，以便将气体从该/每个气体填充腔室排出/引入该/每个气体填充腔室中。减少通过力控制构件施加的力导致气体被抽吸回到该/每个气体填充腔室中。本发明的一个优势在于盒本身可最初为“干燥的”，在样本施加之前，在盒内几乎没有整体液体。此不仅简化盒本身的制造，而且改良保存限期并且允许本发明的许多盒在使用之前储存在室温下，并且盒内的化学或生物组分极少降级。

在另一方面中，提供用于本发明的微流体系统的阅读器装置，该阅读器装置包括：

力控制构件，其用于控制微流体系统的气体填充腔室的压缩或减压；和侦测构件，其用于实现引入微流体盒中的液体样本内的所需分析物，或其分析物反应产物的侦测；

其中力控制构件包括压电弯曲致动器，其被设计来直接地或经由致动器的位移来间接地实现气体填充腔室的压缩或减压。

皮埃尔居里在1883年发现了压电效应。他注意到，某些材料，如石英晶体，在受到机械应力时会产生电压。相反，当施加电压时，那些材料的形状会变形。因此，它们可用作换能器，将电信号转换成机械振动。

各种材料具有压电性质；最常用的是锆钛酸铅(pzt)。改变陶瓷的化学成分和制造过程可改变压电弯曲机的性能。当pzt层连接至适当基片(例如薄金属板)上时，pzt板的任何电活化导致该板相对于基板的平面运动，从而引起内部机械应力，导致类似于热双金属的复合结构的弯曲运动。

压电弯曲机在此项技术中为熟知的。通常，压电陶瓷晶体可在两侧用银涂覆并且胶合至黄铜、镍合金或不锈钢带材。

陶瓷可配置成具有或不具有反馈。反馈可与外电路结合使用以便监测压电弯曲机的操作并且调整输入信号以保持一致输出频率。

弯曲机可以从pzt双层或多层结构切割的各种几何形状来制成。本发明的压电弯曲机可采用带材弯曲机形式。对于带材弯曲机，将带材的一端固定安装，并且另一端自由地运动：对于此安装，达成带材弯曲机的最大位移并且位移、刚度和共振的指定数据是指此情况。位移视带材的自由运动长度而定。提供弯曲机的总长度的通常大约5–10％用于安装目的。安装可通过夹持或通过使用黏着剂如环氧树脂、氰基丙烯酸酯等来进行。

压电弯曲机可最初偏置，或导致相关联底座或指状物与气体填充腔室的外表面接触。以此方式，可最初提供施加至气体腔室的最大力，导致气体从气体腔室排出。在发出适当电信号后，可诱导压电弯曲机弯曲远离气体腔室的外表面，导致减少施加至腔室的力并且导致将气体抽吸至腔室中。因为每个气体腔室与该/每个微流体通道流体连通，审阅本说明书的本领域技术人员容易理解排出或抽吸至相应气体腔室中的气体如何导致相应微流体通道中的液体样本的对应定向运动。

阅读器可包括盒插入其中的接收端口。阅读器可经调整以便确保盒的正确插入并且此可采用各种形式。举例而言，盒可最初定位在进入阅读器的载体机构中，诸如可在计算机中发现的用于负载cd等的载体机构。或者，接收端口可设定大小以允许接收盒并且可在阅读器内发现内部止挡构件，盒一旦正确地插入即邻接该内部止挡构件。另外或替代地，在盒的表面上发现或切割的特征可被设计来与在阅读器中发现的特征共置并且仅一旦盒正确定位在阅读器中，盒能够通过阅读器来控制。可提供不同大小的接收端口，或单一接收端口适当地成形以接收不同大小的盒，该盒被设计来执行例如特定数目的化验。

阅读器可经由合适软件配置来执行各种不同类型的化验。可向使用者提供工具箱，其包括化验盒和可选地样本收集装置。盒可包括条形码或阅读器装置能够确定的其他表面特征，其可用来通知阅读器插入阅读器中的盒的类型以和由此进行何等一个或多个化验和由此阅读器应该如何运作和/或例如提供患者详细数据。以此方式，可提供单一类型的阅读器，其能够接收可进行不同化验和/或组化验的各种不同盒。

在结合剂结合至磁性剂，诸如磁性珠粒的表面的实施例中，应了解阅读器包括永磁铁或电磁铁。磁铁被设计来紧密邻近磁性剂，或诱导电磁铁来施加磁场，以便将磁性粒子集中并保持在盒的该微流体通道的特定区域中。此区域可为侦测区域。在一实施例中，使用仅一旦磁性粒子传送至侦测区即加以接通的电磁铁。通过合适设计，也可控制或聚焦电磁铁的磁场以确保磁性粒子聚焦并保持在侦测区的较小区域中。此可用来将磁性粒子积聚至较小区域并且增加可侦测到的信号。

将磁性粒子集中至特定区域可用来促进任何所捕获分析物的侦测和/或增加侦测的灵敏度。此外，经由磁场来保持粒子，其也允许通过从该/每个气体填充腔室排出的气体来将包围结合分析物的不必要的/耗尽的流体样本加以移除，从而保持捕获分析物不含可存在于最初样本中的潜在干扰剂/污染物。永磁铁或电磁场可得以减少或增加，方法是诸如通过移动永磁铁更接近于或进一步远离盒，或增加或降低所施加场的强度。此可用来允许磁性粒子“松弛”或在特定位置中变得不太集中，同时仍然在一定程度上通过磁场来保持或不保持。此可促进对于粒子执行进一步反应，与在磁性粒子紧密地集中时相比，该反应可更有效地进行。在某些应用中也可较佳地在粒子不太“集中”或松弛时执行侦测。

在使用中，一旦磁场施加至样本，磁铁可用于保持任何结合剂。气体可从该/每个气体填充腔室中排出以便传送液体样本和存在于样本中的任何未结合组分远离该/每个侦测区域且/或允许其他试剂诸如侦测剂与所捕获的分析物接触。为了确保气体的力不足以将磁性结合材料剥离，谨慎控制气体运动速度和对应液体样本和任何未结合组分移除是必不可少的。因此，可谨慎控制从该/每个气体填充腔室排出的气体的速度。在某些实施例中，可需要在施加磁场/力之前抽吸液体样本和试剂等经过侦测区。因此，磁性粒子的任何捕获仅在一旦通过从气体腔室排出的气体将液体样本向后推动穿过侦测区时发生。

在另一实施例中，磁性粒子可以结合试剂涂覆，该结合试剂被设计来移除样本中的干扰。磁性粒子结合存在于样本中的此干扰物并且然后，磁性粒子可保持在与特定捕获/侦测试剂和/或侦测区分开的特定位置中以允许反应进行并且在不存在特定干扰物的情况下测量。

本发明的阅读器进一步包括用于侦测样本盒内的任何所捕获分析物的侦测构件。视特定化验而定，侦测构件可为任何合适构件。举例而言，侦测构件可为荧光计或分光亮度计，其可用于侦测一旦适当地激发即来自加标记或未加标记结合分析物或反应产物的荧光信号。一旦合适波长的光用于激发分析物/产物，结合分析物/反应产物可自然地发荧光，或另一个标记物可用于单独地结合至结合分析物并且标记物通过荧光构件来侦测。可使用的其他标记物和由此相应地适合的侦测构件包括放射性标记、磷光标记、胶态金属粒子、生物发光标记、比色标记、电化学标记等。此外，如上所述，分析物或其反应产物，或结合分析物或反应产物本身可使用诸如拉曼光谱法等技术来直接侦测。在一些实施例中，侦测构件被设计来光学侦测分析物或分析物反应产物，或所捕获分析物/分析物反应产物和/或附接至任何前述部分的标记物。

可侦测标记可单独使用，或结合微观粒子或珠粒，诸如金属氧化物、多醣或胶乳粒子来使用。许多类型的胶乳和其他粒子在此项技术中为已知的。

阅读器包括力控制构件，其包括以上论述的一个或多个压电弯曲机，该弯曲机用于接触盒的该/每个气体填充腔室并且通过增加或减少通过弯曲机形成的弯曲来减少或增加施加至该/每个气体填充腔室的力。当提供一个以上气体填充腔室时，可提供用于每个气体填充腔室的分离独立控制压电弯曲机。力控制构件可包括指状物或底座，其被设计来接触该/每个腔室的外表面并且向其施加力。以此方式，压电弯曲机作用于指状物或底座，以使得指状物/底座作用于气体填充腔室。在使用中，在力控制构件接触该/每个腔室的外表面之前，腔室处在最大容积、气体填充状态下。在使该/每个气体填充腔室的表面与所施加力接触后，该/每个腔室内的气体得以排出。增加所施加的力导致进一步气体从该/每个腔室排出。相反地，通过力控制构件来减少施加至该/每个气体填充腔室的力导致气体被抽吸回到该/每个腔室中。

指状物/底座可被设计来接触该/每个腔室的外表面的中心部分。通常，指状物/底座可仅接触该/每个气体填充腔室的总外表面的一部分。举例而言，在使用中，指状物/底座可接触盒的顶部表面并且设定大小来接触10与50％之间的覆盖气体腔室的顶部表面区域。使用如所描述的压电弯曲机，将与盒的表面接触的指状物/底座升高和降低，或迫使其与气体腔室的表面接触和松弛。力控制构件的速度和弯曲度和由此产生的操作可谨慎控制以便能够控制排出或抽吸至该/每个气体填充腔室中的气体的速度和量。

阅读器可包括其他特征，诸如加热装置以允许化验在特定温度下进行，并且包括合适电路和软件以允许阅读器经程序规划以执行一个或多个不同化验。

在另一方面中，提供化验系统，其包括自给式微流体系统和相关联阅读器装置，其中：

自给式微流体系统包括：

样本输入端口，其用于接收将要化验的液体样本，该样本输入端口连接至至少一个微流体通道，其中每个/该微流体通道包括置放在其中以用于进行化验的一个或多个试剂和侦测区，该侦测区用于侦测可存在于样本中的任何分析物或分析物反应产物；和

每个/该微流体通道与每个/该侦测区下游的可压缩的气体填充腔室流体连通，

其中微流体系统由三个层形成，该层层迭在一起以界定每个/该微流体通道和该气体填充腔室，并且其中使该腔室压缩或减压导致将气体从腔室中排出或抽吸至腔室中，进而导致该/每个微流体通道内的液体样本的运动；和

与微流体系统一起使用的阅读器装置，该阅读器装置包括：

力控制构件，其用于控制微流体系统的气体填充腔室的压缩或减压；和侦测构件，其用于实现引入微流体盒中的液体样本内的所需分析物，或其分析物反应产物的侦测；

其中力控制构件包括压电弯曲致动器，其被设计来直接地或经由致动器的位移来间接地将气体填充腔室压缩或减压。

在另一方面中，提供对于液体样本进行化验的方法，该方法包括：

a)将如本文描述的微流体系统提供至如本文描述的阅读器装置；

b)压缩微流体系统的一/该气体填充腔室，以便将气体从该/每个气体填充腔室排出；

c)将液体样本引入微流体系统并且允许通过毛细管作用将样本抽吸至该/每个微流体通道中，且/或部分地将该/每个气体填充腔室减压以使得气体被抽吸至该/每个腔室中，从而导致液体样本被抽吸至该/每个微流体通道中；

d)使得一个或多个试剂与存在于液体样本中的任何分析物反应；

e)可选地部分地进一步部分地将微流体系统的该/每个气体填充腔室减压，以使得液体样本进一步沿着该/每个微流体通道朝向该/每个气体填充腔室抽吸并且可选地使液体样本与分析物结合剂和/或一个或多个其他试剂接触；

f)可选地捕获任何分析物或分析物反应产物并且压缩该/每个气体填充腔室，以使得从该/每个腔室排出的气体导致液体样本和未捕获材料被推动远离任何所捕获分析物或分析物反应产物；和

g)侦测任何分析物或分析物反应产物，或所捕获的分析物或分析物反应产物。

应了解上述方法的步骤e)可作为单一个或多个步骤来执行。因此，视将要执行的化验而定，步骤e)可为单一步骤以使得施加至该/每个气体填充腔室的力的减少是力的单一减少并且样本被抽吸至该/每个微流体通道中的单一位置。或者，可存在多个步骤，诸如2、3或4个步骤，其中力的连续减少施加至该/每个腔室，导致样本被抽吸至该/每个微流体通道内的许多连续位置，视执行力的减少的次数而定。因此，本发明允许进行化验，其中需要单一步骤或多个步骤。

施加至气体填充腔室的力可通过如在上文中论述的力控制构件来提供，该力控制构件包括压电弯曲机和可选地与其关联的指状物或底座。

施加至该/每个气体填充腔室的力的增加或减少的速率可改变以便增加或减少该/每个通道中的液体运动的速度。举例而言，在需要时，在步骤e)中施加的力的减少可比在步骤f)中施加的力的增加速率更快。

分析物/分析物结合剂复合物的捕获可归因于例如结合至微流体通道的表面的分析物结合剂，或由于具有磁性并且向所形成复合物施加磁力而捕获。用于形成复合物的磁性粒子可最初置放在与磁铁紧密接触，或施加磁力的盒的表面相反的该微流体通道的表面上。其作用是垂直于液体穿过该通道的流动，磁性粒子被侧向地抽吸穿过该微流体通道，从而增加和/或增强磁性粒子与分析物或分析物反应产物的接触，从而增加化验的灵敏度。

可使用单一盒来执行上述方法的一个以上实施例。因此，例如，包括上述步骤f)的方法可在本发明的盒内的一个通道中执行并且不包括步骤f)的方法可在单独通道上执行。另外或替代地，步骤e)可在前述通道和/或额外通道上单独或多次执行。以此方式，多个不同类型的化验可使用包括多个化验通道的单一盒来进行。

本发明进一步基于一种化验系统的开发，该化验系统包括能够对于单一样本进行多个不同化验的即弃式微流体盒和相关联阅读器，该阅读器能够侦测和/或确定来自单一样本的多个分析物的水平并且向使用者提供输出。本发明也允许通过阅读器来接收各种即弃式盒，该各种即弃式盒中的每一者能够执行一组独特的不同化验。以此方式，可提供单一阅读器，其能够用于提供来自各种独特组的不同化验的结果。在此方面，每个盒可针对可执行的化验的数目和类型来专门调整。举例而言，对于特定化验，可需要不同体积的样本并且这可经由每个通道和/或腔室的适当设定尺寸来独立地解决。因此，通过增加或减少任何特定通道的尺寸，可增加或减少引入每个特定通道中的样本的体积。此外，必要时，连接至一个或多个通道的任何腔室的尺寸可增加或减少，视化验的类型、步骤的数目和/或引入该通道中的样本的体积而定。这容易通过审阅本说明书的本领域技术人员来确定。

因此，在另一方面中，提供用于进行多个不同化验的自给式即弃式微流体系统，该微流体盒包括：

用于将液体样本引入微流体盒中的样本输入端口；

多个微流体通道；该微流体通道中的每一者适于接收液体样本的一部分并且能够使用一个或多个试剂来对于样本的该部分进行一个或多个化验，该试剂在引入液体样本的前存在于该微流体通道中的每一者内；和

其中每个微流体通道内的流体运动通过微流体系统的两个或两个以上气体填充腔室的压缩和/或减压来独立地可控制，该腔室各自与该微流体通道中的一个或多者流体连通。

应了解本发明的上述进一步方面可附加于或代替先前如上所述的方面和实施例。因此，关于本发明的先前方面所描述的全部特征可同样适用于直接上述方面并且由此可作为限制性或任择特征来包括在内。

也可使用本发明的盒来执行化验，该盒除了具有与一个或多个腔室或腔室流体连通的通道以外，进一步包括不与一个或多个气体腔室中的任一者流体连通的一个或多个通道。此化验的非限制性实例在本文以下实例部分中描述。

本发明的微流体盒就以下而言是自给式的：在执行每个化验过程之前，除了样本本身以外，进行每个化验所需要的所有其他物理试剂存在于微流体盒中。因此，其他试剂，诸如反应物质、缓冲液、清洗液体等在化验过程期间不引入盒中。通常，进入盒的唯一液体是液体样本本身。可置放在该/每个通道中的任何试剂可最初经由液体来施加，但是其已经干燥并且在进行任何特定化验的前，盒可被视为干燥的，并且没有或基本上没有液体存在。

如下论述，可向来自相关联阅读器的盒提供加热/冷却和/或磁力施加，但是此不被理解为物理试剂。

在本发明的上下文中，多重化验理解为意味着每个微流体盒不仅能够执行来自引入盒中的单一样本的多个化验，而且盒能够执行多个明显不同类型的化验。举例而言，本发明的每个微流体盒能够执行以下类型的化验中的至少两者、三者、四者、五者或更多者：免疫化验、核酸化验、基于受体的化验、竞争化验、细胞计数化验、比色化验、酶化验、电泳化验、电化学化验、光谱化验、层析化验、显微镜化验、局部化验、量热化验、浊度化验、凝集化验、黏度化验、凝血化验、凝结时间化验、蛋白质合成化验、组织学化验、培养化验、渗透压、化学、生物化学、离子、气体或吸收化验。在某些实施例中，可执行特定类型的化验以便侦测不同分析物。举例而言，可执行一个以上免疫化验以便侦测不同分析物。该一个以上免疫化验可在单一和/或多个微流体通道中执行。

在一实施例中，本发明的微流体盒被设计来进行与特定疾病或病状有关的一组化验。示例性测试组可包括针对以下各项的多组化验：心脏病状、肾上腺病状、肝功能、肾功能、神经功能、糖尿病、妊娠和妊娠病状、代谢病状和药物滥用。

举例而言，被设计来化验与心脏病状相关联的标志物的微流体盒可包括被设计来侦测和/或确定以下中的一个或多者的水平的一个或多个化验：

脂质概况，其可侦测例如低密度脂蛋白(ldl)、高密度脂蛋白(hdl)、甘油三酯和/或总胆固醇；

载脂蛋白，也即脂蛋白的蛋白质组分，不包括在标准脂质概况中，但是可单独地测试。异常水平可促进动脉粥样硬化，并且可增加冠状动脉疾病(cad)和中风的风险；

升半胱胺酸是一种氨基酸(蛋白质结构单元)。较高血液水平可促进动脉粥样硬化和cad，以和可导致心脏病发作或中风的血液凝块；

肌钙蛋白；bnp；

c-反应蛋白(crp)是反映低水平的全身炎症并且在处在cad的风险中的人中增加的物质；和

心脏标志物，诸如心脏酶研究测量某些酶，诸如ck-mb或肌钙蛋白，或心脏激素诸如大脑利尿钠肽，该心脏激素在心脏受胁迫或患病或由于心脏病发作而受损时释放。

经历应力或其他病状的受试者可经受肾上腺功能的一组化验，该组可包括以下各项中的一个或多者：

醛固酮控制身体中的盐、钾和水分平衡并且有助于调节血压。此激素的过度产生(醛固酮过多症)或产生不足(醛固酮减少症)可通过肿瘤或肾上腺内的其他异常(原发性；例如，肾上腺癌症)导致或可由肾上腺以外的问题(继发性)导致；

皮质醇是一种糖皮质激素，其有助于控制碳水化合物、蛋白质和脂肪的代谢；调和身体对于应力的响应；并且调节免疫系统。最经常通过良性肾上腺瘤造成的皮质醇的过度分泌导致库欣氏症候群。分泌不足可指示被称为艾迪生氏病的一种肾上腺机能不全形式。通常测量血液水平和尿液水平(被称为游离皮质醇)；

18-羟皮质醇，一种皮质醇代谢的产物，是在患有原发性醛固酮过多症的患者中过量产生的异常类固醇。测量此激素的血液水平可有助于确定是否原发性醛固酮过多症通过被称为肾上腺瘤的肿瘤，或肾上腺组织的过度生长(增生)导致；在患有腺瘤的人中的水平显著较高；和

dhea-s，或脱氢表雄酮硫酸盐，一种通过肾上腺合成的性激素(雄性激素)，是睾酮的前驱物。在女性中，肾上腺是雄性激素的主要和有时唯一来源。较高dhea-s水平与男性化(男性身体特性)、多毛症(过度毛发生长)、无月经(缺乏月经)和不孕相关联。肾上腺异常诸如肿瘤可导致异常高dhea-s水平。

肝功能测试用于帮助确定可归因于肝脏疾病的诸如黄疸的症状的原因。其也用于在例如酗酒者或暴露于肝炎病毒的人中筛检可能肝损伤，并且也监测异常肝脏功能的变化。因此，本发明的肝脏功能微流体盒可包括以下各项中的一个或多者：

酶测试：肝脏是通过许多酶来控制的许多生化反应的部位，该酶包括丙胺酸转胺酶(alt)、天门冬胺酸转胺酶(ast)、碱性磷酸酶(alp)和γ麸胺酰基转移酶(ggt)。血流中的肝脏酶的较高水平可指示肝损伤；然而，其不一定指向特定肝脏疾病。虽然酶测试可个体地安排，但是其在组合执行时提供更多信息，因为在影响其他器官的疾病中，许多肝脏酶的水平可升高；

胆红素，胆汁中的主要色素，是血红蛋白的分解产物，该血红蛋白是红血球中的含铁物质。通常，仅少量胆红素在血液中循环。较高血液水平可由许多形式的肝脏和胆道疾病，包括肝炎和胆管阻塞所导致。血液中的过量胆红素的存在产生皮肤和眼睛的微黄色变色，被称为黄疸；

白蛋白是如同血流中的大多数蛋白质一样，通过肝脏来合成的主要蛋白质。血清(在全血凝结的后保留的血液的液体部分)中的白蛋白的水平减少是慢性肝脏疾病的指示；

凝血酶原时间(pt)是可执行来评价肝脏的功能的血液凝结研究。因为凝血酶原是通过肝脏合成的凝血蛋白质中的一者，所以异常pt可反映肝脏功能障碍；

病毒性肝炎测试可在具有异常肝脏酶的人中进行，其病史和/或症状疑似患有疾病。(症状包括低烧、不适、食欲损失和疲劳，但是不一定存在。)在美国发现的三种最常见类型的此病毒是a型、b型和c型肝炎(被称为hav、hbv和hcv)；其全部通过测试仅在受感染个体的血液中发现的特定抗原或抗体的存在来侦测。不同抗体/抗原测试可执行，视肝炎类型疑似。另外，特定抗体的存在可表示是否感染处于急性或慢性阶段。

多组测试经常用于考虑受试者患上糖尿病的风险或确认受试者患有i或ii型糖尿病。与如上所述的脂质组一样，糖尿病组微流体盒可被设计来进行以下化验中的一个或多者：

血液病症诸如感染或贫血的全血计数(cbc)测试；

禁食葡萄糖用于侦测高血糖和低血糖，以帮助诊断糖尿病，并且监测患有糖尿病的人的葡萄糖水准；

血红蛋白a1c可侦测糖尿病前期，对它进行诊断，或发现是否糖尿病处在控制下；

并且糖尿病尿分析确定如果在你的尿液中发现白蛋白(蛋白质)(若发现，则可能受试者的肾脏不能正常地工作)。

也可测试药物滥用或被视为运动员和女性禁用的药物。被设计来侦测和/或确定受试者中的药物滥用水平的本发明的微流体盒可被设计来化验以下中的一个或多者：

安非他命；巴比妥酸盐；丁基原啡因；苯二氮平；古柯碱；摇头丸；甲基安非他命；海洛因(鸦片剂/吗啡)；美沙酮；三环抗抑郁药；大麻和/或其他精神作用剂

应认识到以上描述多组化验仅仅是示范性并且不应被视为具有限制性。根据本发明，可设想多组特定化验并且提供根据本发明的盒以便进行该组特定化验。

虽然每一组化验在本发明的微流体盒内进行，但是每个化验的结果需要侦测和/或确定。这通过如本文描述的阅读器来执行。

阅读器可包括盒确定构件，其可为存在于阅读器中的条形码/qr代码阅读器等，其被设计来读取条形码/qr代码或微流体盒上的其他类型的代码。代码向阅读器传达关于微流体盒的类型和将要进行的化验的信息，以使得阅读器准备执行和侦测/确定来自特定微流体盒的结果。在更简单实施例中，阅读器的该接收端口可被设计来接受仅特定微流体盒类型，很像锁和钥匙。因此，每个接收端口可仅接收特定类型的盒，其中将盒引入特定接收端口中向阅读器提供关于所插入的盒的类型和将要进行的化验的指示。用户也可将详细数据输入阅读器中以使得向阅读器提供关于将要执行的化验的指示，但是这可能不太理想的，因为其可导致使用者错误。

本发明的阅读器被构建成使得其能够接收多个不同微流体盒。“不同”应理解为意味着本发明的盒可适于进行一组特定化验，而不是盒在视觉上外观明显不同。也即，两个盒在并排放置时可在视觉上看起来非常相似的，但是举例而言，一个盒可适于执行适合于侦测心脏病的一组化验并且另一个盒可适于执行适合于糖尿病侦测的一组化验。

因此在另一方面中，提供用于进行多组化验的多重化验平台，该多重化验平台包括多个微流体盒，每个盒能够对于样本进行一组规定化验和阅读器，该阅读器被构建来能够接收和检验该多个微流体盒中的每一者，其中阅读器可配置来侦测和/或确定可存在于样本中的一组分析物的水平。

在使用中，受试者预定使用一组特定化验来测试，或患者访问健康照护提供者，诸如医生、护士或其他医疗专业人员并且健康照护提供者将受试者确认为需要进行一组适当测试。患者或健康照护提供者选择盒，其配置来执行该组预期化验并且将此选定盒插入阅读器中。阅读器从存在于盒上的特征来确定盒被设计来进行哪一组化验并且阅读器将自身适当地组配以便能够运行化验并侦测和/或确定存在于来自受试者的样本中的一组特定分析物的水平。提供或获得来自受试者的样本并且将样本引入盒的输入端口中。通过阅读器和盒在一起运作，对于样本进行该组化验，并且在化验结束时，阅读器侦测和/或确定存在于样本中的分析物的水平。然后，阅读器将该组化验的结果提供给受试者和/或健康照护提供者。

除了健康照护提供者以外，使用者可为执法官员，或运动药物测试官员，例如，当受试者是针对例如不适当的药物使用来进行测试的个体时。

本发明现在参考以下编号条款来进一步限定：

1.一种用于对于液体样本进行化验的微流体盒，该微流体盒包括连接至至少一个微流体通道的样本输入端口，其中每个/该微流体通道包括置放在其中的用于进行该化验的一个或多个试剂和侦测区，每个/该微流体通道进一步流体连接至可压缩气体填充腔室，其中将该腔室的外表面压缩或减压相应地导致气体从该腔室中排出或抽吸至该腔室中，进而导致该/每个微流体通道内的该液体样本的往复式运动。

2.如条款1的微流体盒，其中在该液体样本与置放在该/每个微流体通道内的该一个或多个试剂反应之后，从该腔室排出的气体用来将液体从该/每个微流体通道内的该侦测区中移除，以使得可在基本上无液体环境中侦测该/每个侦测区内的任何分析物或分析物反应产物。

3.如条款1或2的微流体盒，其包括多个微流体通道，其中该多个微流体通道中的每一者与该样本输入端口流体连通。

4.如条款3的微流体盒，其中该多个微流体通道中的每一者连接至相应气体填充腔室，且/或两个或两个以上微流体通道连接至气体填充腔室。

5.如前述条款中任一项的微流体盒，其中该样本端口连接至该/每个微流体通道的第一端并且该/每个微流体通道的第二端连接至该气体填充腔室中的一个或多者。

6.如前述条款中任一项的微流体盒，其进一步包括被设计来接收流体废物和/或过量液体样本的一个或多个吸收器特征。

7.如前述条款中任一项的微流体盒，其中该盒和安置在其中的该通道和其他特征通过三个分离平面基板的层迭物来形成，该层迭物包括顶部基板、底部基板和安置在该顶部与底部基板的间的中间基板。

8.如条款7的微流体盒，其中每个层具有均匀厚度并且由相同材料形成，可选地每个层具有相同均匀厚度。

9.如条款7或8中任一项的微流体盒，其中该盒由卷筒或卷对卷过程来形成。

10.如条款7-9中任一项的微流体盒，其中该平面基板通过施加热和/或使用黏着剂来密封在一起。

11.如条款10的微流体盒，其中该平面基板使用黏着剂来密封在一起，该黏着剂有弹性并且促进每个/该腔室的可压缩性。

12.如前述条款中任一项的微流体盒，其中该盒中的该/每个微流体通道包括一个或多个流体止挡特征，其被设计来防止该样本和/或其他流体仅藉助于毛细管作用来经过该止挡特征。

13.如前述条款中任一项的微流体盒，其包括单向阀，该阀被设计来仅在通过毛细管作用将液体样本引入该盒中时允许气体退出该盒，同时不允许经由该阀将流体引入该盒中。

14.如条款13的微流体盒，其中该阀相邻于止挡特征来定位，该止挡特征被设计来防止该样本仅通过毛细管作用在该微流体通道内进一步传送。

15.如条款14的微流体盒，其中该阀定位在具有比该/每个微流体通道更小的尺寸的微流体通道中并且与该微流体通道中的一者流体连通。

16.如前述条款中任一项的微流体盒，其包括与该/每个通道接触的一个或多个电极特征，其用于测量或侦测存在于该/每个通道中的液体。

17.如前述条款中任一项的微流体盒，其进一步包括置放在该通道内的分析物结合剂，其中可选地该分析物结合剂结合至该通道的表面。

18.如条款17的微流体盒，其中该结合剂附接至磁性或顺磁粒子。

19.如条款17或18的微流体盒，其中该结合剂或磁性/顺磁粒子置放在该盒的该/每个微流体通道内，以使得在该样本施加至该盒并且被抽吸至该/每个通道中的后，该黏合剂或磁性/顺磁粒子通过该液体样本来再悬浮。

20.如条款17-19中任一项的微流体盒，其中该结合剂或磁性/顺磁粒子置放在该/每个微流体通道的区域内，该区域通过在该置放区域的任一端处的特征来界定，该特征被设计来在该磁性/顺磁粒子最初置放在该/每个通道中时限制该粒子的运动。

21.如条款19或20中任一项的微流体盒，其中该磁性/顺磁粒子置放在与磁铁或磁力紧密邻近的该盒的表面相反的该/每个通道的表面上。

22.如前述条款中任一项的微流体盒，其中该盒进一步包括置放在该/每个微流体通道内的一个或多个额外试剂，该额外试剂促进存在于该样本中的分析物的侦测。

23.如条款22的微流体盒，其中该一个或多个额外试剂包括标记物，该标记物适于特定地结合至将要侦测的分析物以促进分析物侦测。

24.如条款22或23的微流体盒，其中经由将气体抽吸回到该/每个气体填充腔室中，分析物在该/每个微流体通道的第一区域中结合至该分析物结合剂，然后被传送至该/每个微流体通道的另外一个或多个区域，其中置放该一个或多个其他试剂和/或标记物。

25.如前述条款中任一项的微流体盒，其中该盒能够对于单一样本执行多个(诸如2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个)相同和/或不同化验。

26.如前述条款中任一项的微流体盒，其中施加至该盒的该样本的体积小于50μl，诸如小于40μl、30μl或20μl。

27.一种工具箱，其包括如前述条款中任一项的微流体盒，以和样本收集装置。

28.如条款26的工具箱，其中该样本收集装置适于插入该盒的样本输入端口并且其后为该输入端口提供密封。

29.如条款27的工具箱，其用于进行核酸侦测化验。

30.一种与如条款1–26中任一项的微流体盒，或如条款26-29的工具箱一起使用的阅读器装置，该阅读器装置包括：

用于将该微流体盒引入该阅读器装置中的接收端口；

力施加构件，该力施加构件用于接触该盒的该/每个气体填充腔室的外表面并且能够将可变力施加至该/每个气体填充腔室，其中最初将力施加至该/每个气体填充腔室的表面导致气体从该/每个气体填充腔室并且沿着该/每个微流体通道排出远离该/每个腔室；并且施加至该/每个气体填充腔室的该力的减少导致该/每个微流体通道内的气体被抽吸回到并且进入该气体填充腔室；和

侦测构件，该侦测构件用于实现存在于引入该微流体盒中的液体样本内的所需分析物或分析物反应产物的侦测。

31.如条款30的阅读器装置，其包括适于接收不同大小的盒的接收端口，每个不同大小的盒被设计来执行规定数目的化验。

32.如条款31的阅读器装置，其中该接收端口经如此调整以确保每个不同大小的盒的正确插入和识别。

33.如条款30-32的阅读器装置，其进一步包括紧密邻近被引入该阅读器中的如条款18-26的盒的永磁铁(或被设计来向该盒施加一磁场的电磁铁)，以便该磁性/顺磁粒子集中并保持在该盒的该/每个微流体通道的侦测区中。

34.如条款30-33的阅读器装置，其中该力施加构件呈一指状物或底座形式，其被设计来接触该盒的腔室的外表面并且向其施加力。

35.如条款34的阅读器装置，其中该指状物/底座被设计来仅接触气体填充腔室的该总外表面的一部分。

36.如条款35的阅读器装置，其中每个指状物/底座经设定大小来接触每个腔室的10与50％的间的外表面。

37.如条款30-36中任一项的阅读器装置，其中该力施加构件被设计来使用存在于该阅读器内的电动机来升高和降低以与该盒的表面接触。

38.如条款37的阅读器装置，其中该电动机能够以可变速率来升高和降低该力施加构件以使得该盒内的气体可以不同速率被抽吸至该/每个气体填充腔室和/或从其中排出。

39.如条款30-38的阅读器装置，其中该侦测构件是光学侦测装置，诸如荧光计或分光亮度计。

40.如条款30-39中任一项的阅读器装置，其进一步包括允许在特定温度，或多个温度下进行化验的加热和/或冷却构件。

41.一种对于液体样本进行化验的方法，该方法包括：

a)将如条款1-26中任一项的微流体盒引入如条款30-40中任一项的阅读器装置中；

b)向该微流体盒的一/该气体填充腔室施加力，以便将气体的一部分从该腔室中排出；

c)将液体样本引入该微流体盒中并且允许毛细管作用将该样本抽吸至该微流体通道中，或减少施加至该气体填充腔室的该力，以使得空气被抽吸至该腔室中，导致液体样本被抽吸至该微流体通道中；

d)减少施加至该微流体盒的该腔室的力，以使得空气被抽吸至该腔室中，导致该液体样本被进一步抽吸至该微流体通道中以便允许与分析物结合剂和可选地一个或多个进一步试剂接触；

e)允许在该微流体通道的侦测区中形成并捕获任何分析物/分析物结合剂复合物或分析物反应产物/分析物结合剂复合物；

f)可选地增加施加至该微流体盒的该气体填充腔室的力，以使得气体从该腔室排出，导致液体从捕获该分析物/分析物结合剂复合物的该微流体通道的至少一部分中排出，以使得所捕获的分析物/分析物结合剂复合物存在于基本上无液体环境中；和

g)可选地在该基本上无液体环境中侦测任何所捕获分析物或分析物反应产物。

42.如条款41的方法，其中步骤d)作为单一个或多个步骤来执行，其中对应于力的减少执行次数，该样本相应地被抽吸至该/每个微流体通道内的另一个或多个连续位置。

43.一种对于液体样本进行化验的方法，该方法包括：

a)将包括一个或多个可压缩气体填充腔室的微流体盒引入阅读器装置中，该阅读器装置包括用于将该腔室压缩/减压的构件；

b)向该微流体盒的一/该气体填充腔室施加力，以便将气体的一部分从该腔室中排出；

c)将液体样本引入该微流体盒中并且允许毛细管作用将该样本抽吸至该微流体盒的一个或多个微流体通道中，或减少施加至该气体填充腔室的该力，以使得空气被抽吸至该腔室中，导致液体样本被抽吸至该微流体通道中；

d)减少施加至该微流体盒的该腔室的力，以使得空气被抽吸至该腔室中，导致该液体样本被进一步抽吸至该微流体通道中以便允许与分析物结合剂和可选地存在于该通道中的一个或多个进一步试剂接触；

e)允许在该微流体通道的侦测区中形成并捕获任何分析物/分析物结合剂复合物或分析物反应产物/分析物结合剂复合物；

f)可选地增加施加至该微流体盒的该气体填充腔室的力，以使得气体从该腔室排出，导致液体从捕获该分析物/分析物结合剂复合物的该微流体通道的至少一部分中排出，以使得所捕获的分析物/分析物结合剂复合物存在于基本上无液体环境中；和

g)在该基本上无液体环境中侦测任何所捕获分析物或分析物反应产物。

44.如条款41或43的方法，其中所形成的该分析物/分析物结合剂复合物或分析物反应产物/分析物结合剂复合物包括磁性或顺磁粒子。

45.如条款44的方法，其中用于形成该复合物的该磁性粒子最初置放在与磁铁紧密接触，或施加磁力的该盒的表面相反的该微流体通道的表面上，以使得该磁性粒子被侧向地抽吸穿过该微流体通道。

46.如条款43-45的方法，其中步骤d)作为单一个或多个步骤来执行，其中对应于力的减少执行次数，该样本相应地被抽吸至该/每个微流体通道内的另一个或多个连续位置。

47.如条款41-46中任一项的方法，其中从该腔室排出的导致从捕获该分析物/分析物结合剂复合物的该微流体通道的至少一部分排出液体的气体的体积足以导致该液体从该侦测区，但是不进一步沿着该微流体通道移除。

48.一种用于进行多重化验，也即多个不同化验的自给式即弃式微流体盒，该微流体盒包括：

样本输入端口，该样本输入端口用于将样本引入该微流体盒和多个微流体通道中，该微流体通道中的每一者适于接收该样本的一部分并且能够对于样本的该部分进行一个或多个化验，以使得该微流体盒能够侦测和/或确定该样本中的多个不同分析物水平并且使用试剂来对于该样本进行多个不同类型的化验，该试剂在样本引入的前存在于该盒中。

49.如条款44的自给式即弃式微流体盒，其用于如条款41-46中任一项的方法中。

50.如条款48的自给式即弃式微流体盒，其进一步包括如条款1–26所定义的特征。

51.如条款48-50中任一项的自给式即弃式微流体盒，其能够执行以下类型的化验中的至少两者、三者、四者、五者或更多者：免疫化验、核酸化验、基于受体的化验、细胞计数化验、比色化验、酶化验、电泳化验、电化学化验、光谱化验、层析化验、显微镜化验、局部化验、量热化验、浊度化验、凝集化验、黏度化验、凝血化验、凝结时间化验、蛋白质合成化验、组织学化验、培养化验或渗透压化验。

52.如条款48-51中任一项的自给式即弃式微流体盒，其能够进行一组单独化验，该化验被设计来测试心脏病状、肾上腺病状、肝病状、糖尿病或药物滥用。

53.如条款52的自给式即弃式微流体盒，其用于侦测心脏病状并且其中该组单独化验用于侦测脂质水平、载脂蛋白；升半胱胺酸；c-反应蛋白(crp)；和/或心脏酶。

54.如条款52的自给式即弃式微流体盒，其用于侦测肾上腺病状，并且其中该组单独化验用于侦测醛固酮、皮质醇、18-羟皮质醇和/或dhea-s。

55.如条款52的自给式即弃式微流体盒，其用于侦测肝脏病状并且其中该组单独化验用于侦测一个或多种肝脏酶、胆红素、白蛋白、凝血酶原的水平和/或一个或多种病毒的存在。

56.如条款52的自给式即弃式微流体盒，其用于侦测处于患上糖尿病的风险中的受试者或确认患有糖尿病的受试者并且其中该组单独化验用于侦测脂质水平、全血计数、禁食葡萄糖水准、血红蛋白a1c和/或白蛋白。

57.如条款52的自给式即弃式微流体盒，其用于侦测药物滥用，其中该组化验用于侦测安非他命；巴比妥酸盐；丁基原啡因；苯二氮平；古柯碱；摇头丸；甲基安非他命；海洛因(鸦片剂/吗啡)；美沙酮；三环抗抑郁药；和/或大麻。

58.一种用于进行多组化验的多重化验平台，该多重化验平台包括如条款48-57中任一项的多个微流体盒，每个盒能够对于样本进行一组规定化验和被构建来能够接收和检验该多个微流体盒中的每一者的阅读器，其中该阅读器可配置来侦测和/或确定可存在于该样本中的一组分析物的水平。

59.如条款58的用于进行多组化验的多重化验平台，其与如条款30-40中任一项的阅读器装置一起使用。

本发明现在通过实例并且参照以下展示的附图来进一步描述：

图1示出根据本发明的微流体盒；

图2详细地示出如图1标识的部分a；

图3示出根据本发明的阅读器；

图4示出图3示出的阅读器的内部机构；

图5以平面图来示出包括本发明的力控制构件的阅读器的内部部分；

图6示出沿着图5的线a–a的截面图；

图7：示出能够每个盒运行不同数目的化验的示范性盒格式的示意图；

图8：示出根据本发明和siemenscentaurc-肽化验的侦测c-肽的比较绘图。n＝350；

图9：示出根据本发明相比于siemenscentaurc-肽化验的侦测c-肽的偏差绘图比较。n＝294；

图10：示出根据本发明和hemoild-二聚体hs500临床分析器测试的侦测d-二聚体的比较绘图；

图11：示出根据本发明和西门子维度(siemensdimension)crp临床分析器测试的侦测crp的比较绘图；

图12：示出根据本发明和西门子维度hscrp临床分析器测试的侦测hscrp的比较绘图；

图13：示出加入血液中并且根据本发明来运作的恶性疟原虫(p.f)hrp2分析物的剂量响应曲线；

图14：示出用于多步肌钙蛋白i化验中的试剂的示意图；

图15：示出涉和多步肌钙蛋白i化验中的步骤的图示；

图16(a)和(b)：示出如与siemenscentaur肌钙蛋白ultra测试相比，使用根据本发明的多步化验在健康个体中测量的肌钙蛋白i的绘图；

图17示出在通过空气来移除缓冲液前后，根据本发明进行的c-肽化验响应的比较；

图18示出在通过空气来移除液体样本前后，根据本发明对于样本血液进行的c-肽化验响应的比较；和

图19示出使用本发明的盒的方法比较绘图，该盒包括没有气体腔室的通道来控制液体填充和/或移除，以便执行inr测试和罗氏coagucheckinr测试。

图1示出根据本发明的微流体盒(1)，其用于执行来自单一样本的4个单独化验。盒(1)包括液体样本输入端口(3)，其连接至微流体通道(4)，该微流体通道划分成多个单独通道(5和7)。每个通道(5)在盒(1)内延伸并且流体连接至气体填充腔室(10)。不连接至气体填充腔室的另一个通道(7)是用于多对照测量的对照通道。在使用中，流体样本填充通道(5和7)并且此可通过电极(未示出)来侦测到，该电极与阅读器内的对应电气触点电气接触。在阅读器侦测到样本负载至盒(1)中的合适信号后，阅读器可开始化验。也提供用于接收液体的吸收器(13)。在吸收器的直接上游，存在液体止挡物(15)，其防止液体仅通过毛细管作用来直接进入吸收器(13)中。因此，在最初使用毛细管施加来施加样本时，液体样本不经过液体止挡物(15)。

更详细地描述每个通道(5)，存在印刷特征(20，22，24，26)，其被设计来在制造过程期间限制置放在每个通道(5)内的任何试剂的运动。与印刷特征(20)相邻并且通过如图2更详细示出的部分a来表示的是较小尺寸通道(例如，0.1–0.2mm)(50)，其垂直地延伸远离化验通道(例如，0.75-1mm)(5)。在每个通道(50)内是单向阀(0.1mm乘以0.9mm)(52)，其被设计来在施加液体样本时允许存在于每个通道(5)中的气体或空气退出盒(1)。因此，在通过毛细管施加来将样本施加至盒后，样本填充通道(4)，将存在于通道(5)中的空气移位，从而经由单向阀(52)退出盒。样本通过毛细管作用来填充直到样本近似相邻于每一侧通道(50)为止。定位在印刷特征(20)上方的是每个化验通道(5)的第一反应区(28)，其中置放一个或多个结合和/或反应剂，其被设计来与可存在于将要化验的液体样本中的特定分析物或其反应产物反应并结合。举例而言，置放在该通道(5)的第一区(28)中的可为磁性粒子，该粒子用被设计来特异性结合将要侦测的分析物的第一表位的抗体来官能化。沉积在每个通道的第二区(30)中的可为荧光标记胶乳粒子，该粒子用被设计来特异性结合将要侦测的分析物的不同表位的另一个抗体来官能化。定位在区域(28，30)的远程/近端的是侦测区(32)，其中标记物/分析物/磁性粒子复合物可加以侦测。

定位在侦测区(32)的远程/近端的是气体填充腔室(10)，其被设计来与存在于本发明的阅读器装置(如稍后描述)内的力施加特征并置，以使得力施加特征能够向气体填充腔室(10)施加力以便导致腔室(10)内的气体从腔室(10)中排出并且进入化验通道(5)中。施加至腔室(10)的力的减少导致空气从化验通道(5)中被抽吸回到腔室(10)中。

在使用中，盒(1)插入阅读器(100)中，如图3示出。阅读器具有可关闭的门(102)，其可打开以便接近阅读器的盒接收端口(103)。一旦盒插入阅读器(100)中并且将样本施加至盒(1)，门(102)可关闭。阅读器容纳多个特征，其被设计来接触盒(1)且/或促进执行本发明的化验，如更详细地描述。阅读器(100)的顶部表面包括触控屏幕显示器(104)，其允许使用者与阅读器(100)相互作用，以和接收关于任何化验的效能的信息。

图4示出阅读器(100)的内部特征。阅读器包括可再充电蓄电池(110)，其用于为阅读器和其各种功能提供功率，如描述。为蓄电池(110)充电的功率经由dc插座(106)来提供。阅读器(100)进一步包括加热器(111)，其用于在需要时将盒(1)加热；光学器件区块(112)，其含有用于侦测来自盒(1)的荧光信号的必需光学器件；可移动磁铁(113)，其被设计来将磁性粒子固定在盒的侦测区(32)内；和杠杆机构(114)，其被设计来接触盒(1)的腔室(10)并且施加力以便导致空气从腔室(10)中排出。

在使用中，盒(1)插入阅读器(100)中直到盒接触阅读器(100)内的对齐特征(122)为止。盒(1)的正确插入通过存在于盒中的电极与存在于阅读器中的对应触点来侦测。此情况向阅读器指示盒(1)已经正确插入并且可开始化验过程的启动。指示电动机(120)启用齿条-齿轮机构。齿轮(124)在顺时针方向上转动以便导致杠杆(128)的齿条机构(126)垂直地向上移动。此运动导致杠杆(128)的呈指状物形式的另一端(132)向下移动并且与盒(1)的腔室(10)接触。电动机的持续运作导致齿条机构(126)向上，以和杠杆(128)的另一端(132)对应向下运动，以使得递增的力施加至盒(1)的腔室(10)，从而将气体从腔室(10)中排出。一旦所需量的气体从腔室(10)中排出，杠杆(128)的末端(132)保持与气体填充腔室(10)接触以便防止气体被抽吸回到腔室(10)中。在此时点，通过显示器(104)上的消息通知用户现在可将样本施加至盒(1)。

经由输入端口(3)，样本与盒(1)接触并且引入其中。如前所述，样本通过毛细管作用来填充通道(4、5和7)，并且空气经由阀(52)排放。在毛细管填充的后，在通道(5和7)中电性侦测到液体样本的一部分，此指示阅读器可继续运作。然后，引导电动机在逆时针方向上转动齿轮机构(124)，进而导致齿条机构(126)在向下方向上并且杠杆(128)的另一端(132)向上，以使得施加至盒(1)的腔室(10)的力得以减少。如施加至腔室(10)的力的此减少导致空气被抽吸回到腔室(10)中，进而将样本抽吸至通道(5)的第一区(28)中。电动机(120)和相关联杠杆运动能够谨慎控制施加至腔室(10)的力的减少，从而控制液体样本被抽吸至第一区(28)中的深浅程度。此也可经由电极感测反馈来控制。进入通道(5)的第一区(28)中的液体样本导致存在于第一区(28)中的功能衍生磁性粒子通过样本来再悬浮。电动机(120)停止一段时间以便允许可存在于液体样本中的任何所需分析物结合至磁性粒子的表面上的功能分析物结合部分以便形成分析物/磁性粒子复合物。在一段规定时间的后，电动机再次启动并且将力的进一步减少施加至腔室(10)，导致更多空气被抽吸回到腔室(10)中，进而将样本和分析物/磁性粒子复合物抽吸至通道(5)的第二区(30)中。每个通道(5)的第二区(30)含有功能衍生荧光标记胶乳粒子，其能够结合至分析物/磁性粒子复合物以便形成胶乳粒子/分析物/磁性粒子复合物层迭物。在另一段时间的后，施加至腔室(10)的力进一步减少并且存在于其中的液体和相关联复合物被抽吸至侦测区(32)中。

一旦液体样本和相关联复合物被抽吸至侦测区(32)中，磁铁(113)通过电动机(150)和相关联齿轮(152)和齿条(154)驱动以使得磁铁与盒的侦测区(32)紧密邻近，以使得通过磁铁(113)的磁力将磁性复合物吸引至磁铁并且保持侦测区(32)内的适当位置中。其后，再应用电动机(120)以导致杠杆机构(114)增加施加至气体填充腔室(10)的力，导致空气再一次从腔室(10)中排出，导致将存在于侦测区(32)中的液体样本和非磁性结合材料远离侦测区(32)并且沿着通道(5)推动，并且液体的一部分退出至吸收器(13)中。可不需要将所有液体排出至吸收器(13)中并且事实上可仅需要将液体从侦测区(32)中移除，以使得所得磁性结合复合物存在于基本上空气环境中。由于不像在侧流产物中所发生的那样使用额外样本体积来执行清洗，并且不需要带材上缓冲液囊或量计中缓冲液递送系统，这可为尤其有利的。

电动机(120)能够以可变速度来操作，因此将空气抽吸至腔室(10)中和将空气从腔室(10)中排出可容易地在不同速率下发生，并且存在于通道(5)和相关联区(28、30和32)中的液体的流动速率是相应地可变的。

在将液体从侦测区(32)移除之后，所捕获的复合物存在于基本上无液体环境中并且可使用存在于光学区块(112)中的侦测器来侦测。侦测器可呈例如分光亮度计形式，其能够侦测存在于捕获胶乳粒子/分析物/磁性粒子复合物上的荧光标记物。

在关于图4示出和描述的实施例的替代实施例中，压电弯曲机可用于控制施加至盒的气体填充腔室的力。图5示出力控制构件(200)。力控制构件(200)包括一系列压电弯曲机(202)，其通过固定区块(204)固定在第一端(201)。每个压电弯曲机也在第一端处电气地耦接至电气连接(206)，该连接控制提供至每个弯曲机(202)的电信号。如可发现，每个弯曲机(202)连接至其自己的一组电气连接(206)，以使得每个弯曲机独立地可控制。如图6示出，每个弯曲机(202)的另一端(208)停留在底座(210)的顶部表面(209)上，该底座被设计来在使用中接触本发明的微流体盒(220)的气体腔室的外表面。

图6示出沿着图5的线a-a的截面图，以使得力控制构件(200)的各个部分和其如何起作用可更好地理解。在图6中，力控制构件(200)与正确插入阅读器中的微流体盒(220)一起展示以使得微流体盒的气体填充腔室直接定位在力控制构件(200)的底座(210)下方。底座(210)的底部表面(212)经成形以接触微流体盒(220)的气体腔室的一部分并且经由通过压电弯曲机(202)施加至底座(210)的合适控制，底座(210)能够将可变力施加至微流体盒(220)的气体腔室。

如图6示出，压电弯曲机(202)在其未成形刚性状态下。在此实施例中，力控制构件(200)被构建来使得压电弯曲机(202)能够给予底座(210)最大力，以使得底座(210)的底部表面(212)向下推动并且压缩气体填充腔室，导致腔室内的气体从腔室中排出。

虽然未展示，向压电弯曲机(202)施加电荷导致压电弯曲机(202)弯曲并且压电弯曲机(202)的末端(208)向上弯曲。压电弯曲机(202)的此向上弯曲减少施加至底座(210)的力，进而导致底座(210)减少施加至盒(220)的气体填充腔室的力。减少施加至气体填充腔室的力提供气体填充腔室的减压和相应地气体返回进入腔室中。经由合适电信号传递，可弯曲并放松压电弯曲机(202)，导致气体填充腔室相应地减压或压缩并且气体排出或抽吸至腔室中。

许多压电弯曲机在此项技术中为已知的并且可适合用于本发明中。审阅本说明书的本领域技术人员选择适合于特定用途的弯曲机。本发明人使用具有多达几毫米的位移和毫秒范围内的响应时间的各种该压电弯曲机。电压可编程放大器可用于控制每个压电弯曲机。合适放大器包括具有从50v至200v可编程的全刻度输出电压的32-通道、14-位dac(ad5535)或可从亚德诺半导体(analogdevices)(norwood,ma02062,usa)获得的高电压四通道12-位电压输出dac(ad5504)。可获得1n–2n的力。

以上提供本发明的特定实施例的描述，但是本发明被设计成可容易地调整的平台形式。举例而言，通气孔位置可改变以允许毛细管填充至通道(5)内的不同位置，或通气孔完全地省去并且样本填充通过将气体从腔室(10)排出的后的主动填充来发生，并且通过在释放施加至腔室(10)的压力的后空气返回到气体腔室中来将样本抽吸至盒(1)和通道(5,7)中。

此外，阅读器可被设计成通过产品要求所规定的一系列带材大小来利用多种测试方式。带材可被设计成针对特定产物组态和组测试而制造成例如2、4和10通道格式(参见图5展示不同带材大小)。不同带材大小的可用性允许与目标市场中的确立产品相比，本发明系统以增加的效能和减少的成本结构来提供混合技术下的多重测试来满足照护点市场的特定使用者要求。

参照展示不同尺寸带材的图7，2通道盒被设计成用于具有控制的单一化验，4通道盒用于具有控制的2-3个分析物的组并且10通道盒允许执行混合技术和需要高多重处理能力的产品(例如，药物滥用)的复杂化验。所描述平台具有非常灵活的样本和化验架构和阅读器控制和测量能力，允许在新的测试组或测试类型或照护点操作得以识别时，利用对于新机会的前向兼容性。

虽然主要测量技术是荧光，平台也并入电化学测量并且可容易地并入其他方法。此在以下进一步详细地论述。

为了在单一平台上提供多种测试类型和方式，已开发一组灵活核心技术能力和控制，其可根据需要并且以提供不同化验格式步骤的顺序来使用。系统架构设计原则为：

磁性粒子捕获相

液体运动控制

液体从侦测区移除

空气中的标记物检测

多通道多重处理

通道内多重处理

动态范围

板上控制

电化学测量

加热和温度控制

样本预处理

此平台架构允许在系统上安排许多不同测试类型和技术。每个技术核心原则在以下论述。

磁性粒子捕获和液体控制

已知使用粒子捕获可改良捕获动力学。对于免疫化验，本发明的平台使用顺磁粒子作为捕获表面。不同顺磁粒径可用于优化每个测试类型的效能。在化验开发期间利用100至1000nm范围内的顺磁粒子。粒子捕获相与荧光粒子标记相组合。同样地，视化验灵敏度和范围要求而定，荧光粒子相的大小可改变。荧光粒子的典型大小可在40nm-4000nm范围内。

一些化验，诸如c-反应蛋白(crp)，需要测量相对高浓度的分析物并且利用与磁性粒子组合的直接荧光团标记抗体偶联物，而高灵敏度化验总体上利用与磁性粒子组合的荧光粒子标记。重要的是，样本中的捕获物和标记物相是可移动的以便驱动捕获事件。带材内的不当流动得以最小化的事实进一步有助于上述目标。在通道填充期间，样本流动经过干燥测试试剂。试剂溶解和因此流动前缘作用通过使用允许良好通道填充但是导致受控较慢溶解的调配物来最小化。在最初样本填充事件的后，流动停止以使得防止样本进一步流动一段时间。此允许发生非常一致的溶解和随后结合效率，因为没有与基体相关的流动速率误差影响所研究样本体积或结合动力学。

与可变流动系统(例如，侧流，分诊)相反，在可选地混合、静态、固定体积中执行试剂溶解和分析物捕获显著改良化验精确度和准确性。

在更复杂化验，诸如肌钙蛋白(如在别处描述)中，化验作为使用多个试剂区的多步程序来更有效地执行。在此情况下，能够压缩气体腔室(10)以排出气体并且执行从侦测区移除液体的量计功能也用于实现盒(1)和相关联通道内的精细液体运动控制。在样本施加至盒(1)之前，气体填充腔室(10)通过量计压缩，将气体从腔室(10)和化验通道排出。在样本施加期间，腔室(10)通过量计来保持压缩并且样本填充是通过毛细管作用或完全在气体驱动流体控制下。量计内的高分辨率电动机或压电弯曲机允许气体腔室(10)上的压力的非常受控的渐增释放或增加，从而产生对于测试特定的压力变化速率和量。此特征提供多个重要优势，包括使用任何压电弯曲机的精细正性和负性弯曲来混合的能力。

样本填充时间可通过引入试剂溶解、流体前缘作用和所研究样本的体积的变化性而对于产品效能具有显著影响。流体控制通过直接控制样本填充速率来减少填充时间的变化。流体控制允许样本在受控时间移动的每个通道内的不同区，允许执行样本预处理和多步化验(本文描述)。流体控制和分离也为nat化验所需要的封闭系统的必要条件(参见以下)。

从侦测区移除液体

达成液体运动和控制的方法是使用电动机和力施加器，或接触流体腔室(10)的压电弯曲机机构来压缩或释放测试盒上的气体腔室(10)。来自每个腔室(10)的所得气体运动允许精细控制样本和试剂的运动，包括将未结合标记物从测试通道的侦测区(32)中移除和可选地进入吸收器区域(13)中。

每个盒内的嵌入流体控制功能带来许多重要差异化优势。

首先，所描述系统使用液体运动的气体控制来提供结合和未结合化验组分的很有效分离。这是重要的，因为其完全避免带材上液体试剂囊或量计中可更换液体清洗试剂包的复杂性和成本。

其次，本发明进一步使得能够使用具有很低盒成本的夹层物制造技术和使用高通量、高控制卷筒生产系统的可制造性。

第三，通过使用气体来将样本和未结合标记物从侦测区(32)中移除意味着荧光标记的测量可在基本上无液体、气体环境中进行。

空气中的标记物检测

与先前技术产品的标准化验协议相比，气体中的标记物测量产生进行荧光测量的多个显著技术优势。

使用基本上气体环境显著减少液体样本的淬灭效应，从而移除化验变化和基体效应的主要来源。举例而言，血细胞和血浆蛋白质的存在淬灭荧光信号，减少灵敏度并且增加荧光测量的变化性。在气体或空气环境中测量荧光团使得能够使用荧光团，由于样本淬灭，其不一定会被选择。此允许更简单光学设计、针对每个化验来优化荧光团和单一通道内的多重处理。如以下通过实例并且参照图15和16来描述，与在缓冲液或全血中侦测相比，空气中的侦测提供灵敏度的显著改良。

总之，使用气体来移除样本和未结合标记物方法通过减少样本基体淬灭作用来减少化验变化并且准许利用更大范围的荧光团来用于化验优化。此转化成化验设计灵活性、化验速度和无与伦比的效能。

多通道多重处理

本发明的平台具有多通道和通道内多重处理能力。组测试可经由单一带材内的多个通道以和测量每个通道中的标记物，例如荧光强度的扫描光学头来提供。通道的数目可视产品要求来变化。

这允许开发其中每个通道含有不同化验的组测试例如心脏组、代谢组等。因为个体化验在独立通道中是空间不同的，所以在多通道带材中，每个化验可以独特试剂来组配。这带来许多关键优势：

首先，每个化验可针对以下目的来使用包括试剂、缓冲剂、ph等的最佳调配物：试剂的溶解、抗凝血、基体效应(hama等)的中和、最佳灵敏度、线性、范围和化验的稳定性。不需要为了开发组产品来发现多个化验试剂组的兼容优化或折衷化验效能。每个化验可存在于个体通道内的其自己最佳调配物中并且保持其相应高化验效能。

相反，单一通道内的多重测试固有地折衷个体测试的效能，因为试剂调配物必须与所有化验兼容。个体化验要求经常有冲突，例如像ph那样的基本项目显著影响化验效能。

多通道多重处理转化成组测试设计灵活性、简单性和组化验开发速度和在各个组中保持单一化验效能。

其次，多通道方法允许本发明平台实现将不同化验技术和不同转换方法在单一带材上组合的新颖组产品。

越来越多的证据表明分子家族的测量可优于此家族的单一分子的测量。举例而言，用于充血性心力衰竭分级中的利尿钠肽总体上分离成bnp和nt-probnp测试。多通道多重处理允许在一个带材上测量probnp、bnp、nt-probnp和其他利尿钠肽形式并且避免肽家族内的抗体表位交叉。相反，通道内多重处理导致分子家族测量的非特异性增加。目前描述的多通道方法适用于肌钙蛋白测试市场，其中不同肌钙蛋白同功异型物可在单独通道中测量以改良心肌梗死的诊断。

通道内多重处理

当需要比率测量时，例如hba1c和血液离子测量，为了达成最精确化验效能，通道内多重处理是必不可少的。本发明平台通过在单一通道内测量一个以上荧光团来达成此。

多通道和通道内多重处理的组合允许具有改良精确度和置信度的板上控制的灵活和强大的产品组合。

动态范围

将要测量的分析物的较大动态范围可经常为化验效能的限制。举例而言，肌钙蛋白测试需要非常灵敏但是同时必须能够测量高浓度以便监测在心肌梗塞患者中观察到的变化。动态范围经常在所需可测量范围中产生非线性，影响精确度和准确性。

多通道设计允许将具有较大动态范围的挑战性测试划分成带材上的多个通道，从而以线性方式来涵盖所需可测量范围的高灵敏度和高浓度。

对于肌钙蛋白(i和/或t形式)，一个通道可含有对于0-100pg/ml的测量来优化的试剂，同时另一个通道可含有经优化来测量50-1000pg/ml的试剂并且另一个通道针对500–50000pg/ml来优化。灵敏度和范围各自具有其自己的校准参数，并且样本浓度从两个结果的置信区间来指派。

板上控制

本发明平台并入板上控制特征来检验所获得的测试结果的有效性。每个测试类型需要独特板上化验控制以和多个通用特征。所有测试可具有填充侦测以确保恰当样本施加并且已用盒不能再测试。在需要时，盒并入血球比容测量结果以便调整受血球比容变化影响的彼等测试。可实行特定通道控制以并入低和高控制，其用于校准其余血液基体变量和/或独立地检验测试结果。耗尽控制可用于检查人类抗小鼠抗体(hama)或其他样本依赖性变量。

微处理器和相关联软件可控制每个特定化验的定时、温度、流体控制等，因为该在单一盒内可具有不同要求。

电化学测量

虽然所描述主要侦测方法是荧光，但是可进行其他光学测量和/或也可在本发明平台上进行电化学测量以并入传统电化学测试方式(例如，葡萄糖测试)。另外，可对于同一带材进行电化学和荧光测量，例如，具有c-肽荧光免疫化验与电化学葡萄糖测量的糖尿病组。离子和血液气体的惯常离子选择性电极(ise)测量方法也可用于本发明平台。诸如荧光的光学与电化学转换技术的组合使得能够提供多种不同组测试。

加热和温度控制

温度是大多数测试中的重要变量。对于一些化验，温度效应可使用温度校正算法来补偿。然而，此对于确定个体盒批次经常是成问题的并且固定补偿本身可变成误差来源。在所有过程和基体变量中对温度概况进行表征可显著影响产品的开发周期。在一些产品诸如pt/inr和分子测试中，适当温度控制对于测试的功能和效能是关键的。本发明平台允许并入整合加热能力，其为每个测试类型提供最佳温度要求。典型操作温度用于免疫化验(34℃)、pt/inr(37℃)和核酸侦测(>37℃)等。加热能力可优化提供带材和预处理控制温度范围以利于测试协议中的最大灵活性。

样本预处理

带材上样本运动的控制允许在将样本提供至化验特定试剂的前进行样本预处理。此方法可应用于免疫化验以便例如移除干扰物诸如hama物质或应用于脂质组以便移除特定脂质测量的不当组分(例如，hdl)。带材上流体步骤模拟通过临床分析器使用的优化产物效能的能力，从而允许在产物开发期间样本基体和干扰物得以快速分解。

示例性测试描述和测试数据

一步免疫化验

概述测试顺序：

1.盒插入阅读器中

2.盒气体腔室通过阅读器来压缩

3.通过毛细管作用来填充或通过阅读器控制填充，将样本施加至盒。

4.盒填充侦测电极湿化确定测试开始时序

5.样本将干燥试剂再水化，该干燥试剂含有：

a.抗分析物抗体(表位1)官能化顺磁粒子相

b.抗分析物抗体(表位2)官能化荧光标记物/粒子相

6.试剂混合并且结合包括在样本中的分析物，形成免疫化验层迭物复合物(荧光标记物/粒子-分析物-顺磁粒子)。

7.结合反应发生历时规定时间量(通常2分钟)。

8.将磁场施加至带材，定域至光学侦测区，将顺磁粒子积聚至此位置，在每个通道中形成粒子-分析物-标记物复合物条带。

9.然后，液体样本和未结合标记物移除步骤通过阅读器开始将力施加至盒气体腔室来执行。此压缩力将气体从气体腔室经由测试通道排出，导致样本液体和未结合荧光标记物/粒子从侦测区和可选地通道中排出并且进入样本废物吸收器中。在整个此步骤中施加磁场，通过磁场将顺磁粒子-分析物-标记物复合物保持在侦测区位置，同时将样本从此区域排出。

10.量计光学头在整个带材上扫描并且测量每个通道的荧光强度。荧光强度与分析物浓度成比例。每个带材批次和分析物通道个体地校准以使得荧光强度转换成分析物浓度。

一步免疫化验的示例性效能数据集在图8-13示出：

c-肽

c-肽是在前胰岛素分子中将胰岛素的a-链连接至其b-链的短31-氨基酸多肽。前胰岛素裂解成等莫耳浓度的胰岛素和c-肽。在诊断情形下，c-肽用作胰岛素的替代生物标记物并且用于监测糖尿病患者中的β-细胞功能(胰岛素产生)。本发明人进行本发明化验相对于商业上可用的adviasiemenscentaur台面系统的比较(参见图8)。

下表1展示对于所指示c-肽范围，在参考系统的给定偏差内的结果的百分比。此展示本发明化验达成在参考系统的20％内的通常约95％的结果。

表1.c-肽化验的准确性

对于超过0.5ng/ml的样本(294个点)，执行本发明系统相比于siemenscentaur参考系统的偏差分析，此在(图9)中与确立商业上可用的临床分析器相比来绘图。每个点与参考系统值的偏差百分比相比于参考值来绘图。绘图示出本发明化验系统具有与确立实验室系统可比较的临床准确性。

d-二聚体

d-二聚体是纤维蛋白降解产物(fdp)，也即在血块通过血纤维蛋白溶解来降解的后存在于血液中的较小蛋白质片段。d-二聚体分子含有纤维蛋白蛋白质的两个交联d片段。

d-二聚体浓度用于帮助诊断血栓形成。其是在患有疑似血栓性病症的患者中执行的重要测试。虽然阴性结果实际上排除血栓形成，但是阳性结果可指示血栓形成，但是不排除其他可能原因。因此，其主要用途是排除血栓栓塞病，其中概率较低。

发明人使用目前描述的方法来执行剂量响应分析并且将结果与来自hemoild-二聚体hs500(商业上可用的临床分析器)的结果比较(参见图10)。

c-反应蛋白(crp)

c-反应蛋白(crp)是存在于血浆中的环形(环状)、五聚体蛋白质，其水平响应于炎症而升高。其是来源于肝的急性期蛋白质，其在通过巨噬细胞和t细胞分泌介白素-6的后增加。

crp对于许多疾病类型具有诊断效用，该疾病类型可如下汇总：

1.1型糖尿病患者中的炎症状态

2.用于感染控制和一般感染状态的抗生素管理

3.心血管疾病

4.某些癌症

方法比较绘图在图11示出。所需可报告范围是5-200μg/ml。

高灵敏度crp(hs-crp)

高灵敏度crp(hs-crp)用于评估患上心血管疾病的风险。一般准则如下：

1.低：低于1.0mg/l的hs-crp水平

2.平均值：在1.0与3.0mg/l的间

3.高：高于3.0mg/l

方法比较绘图在图12示出。数据证明本发明平台完全能够测量所需浓度的hs-crp。

疟疾恶性疟原虫hrp2

疟疾寄生虫恶性疟原虫分泌富含组胺酸的蛋白质ii(hrp2)，其用作生物标记物以侦测疟疾寄生虫恶性疟原虫(pf)的存在。本发明平台用于证明血液样本中的hrp2的测量。将hrp2蛋白质加入血液中并且在本发明平台和标准诊断(sd)疟疾pf快速测试中测量。

本发明平台上所测量的最低hrp2浓度是0.25ng/ml。相比之下，使用sd测试，观察到5ng/ml的很淡条带。更低浓度是不可测量的。相对于sd测试测量5ng/ml浓度需要推荐30分钟测试时间，0.25ng/ml本发明平台测试结果耗费7分钟。竞争测试需要30min化验时间来洗掉未结合金溶胶标记物和任何裂解血液以便溶解很低浓度。也存在向带材施加缓冲液以便执行此清洗步骤的额外使用者操作。

将数据分析并且结果在图13中汇总。与具有快得多测试时间的sd测试相比，本发明化验能够测量显著更低hrp2浓度。此化验具有满足快速测试以监测人群疟疾根除计划中的残留感染的要求的灵敏度。

多步免疫化验–例如肌钙蛋白

本发明平台可配置来执行多步化验，允许发生逐步结合反应以优化结合动力学、测试时间和灵敏度。

在高灵敏度肌钙蛋白化验中，对于很低浓度的肌钙蛋白，将抗体顺磁粒子结合步骤与标记物/粒子结合步骤分离以显著改良分析物-抗体顺磁粒子结合步骤的结合速率和捕获效率。随后分别使用高亲和力抗异硫氰酸荧光素和生物素-链霉亲和素官能化粒子来逐步结合标记物粒子和顺磁粒子实现更高捕获和经结合肌钙蛋白复合物的转换。

概述测试顺序：

1.盒插入阅读器中

2.气体腔室通过阅读器来压缩

3.将样本施加至盒，通过毛细管作用来填充至第一通气孔-止挡特征，其中定位第一试剂(加标记的抗体)

4.试剂再溶解和抗体-分析物培育和结合时间。

5.较小腔室减压导致液体样本被进一步沿着通道抽吸，将样本试剂混合物定位在次级试剂上。

6.试剂再溶解和抗体-分析物-粒子标记物培育和结合时间。

7.第二次较小腔室减压导致样本进一步沿着通道移动，将样本试剂混合物定位在第三试剂上

8.试剂再溶解和抗体-分析物-粒子标记物-顺磁粒子培育和结合时间。

9.将磁场施加至盒，定域至光学侦测区，将顺磁粒子积聚至此位置，在每个通道中形成抗体-分析物-粒子标记物-顺磁粒子复合物条带。

10.通过腔室的再压缩将样本和未结合标记物从光学侦测区排出来将样本液体和未结合标记物从侦测区移除

11.阅读器的光学头在整个带材上扫描并且测量每个通道的荧光强度。荧光强度与肌钙蛋白分析物浓度成比例。

肌钙蛋白i(tni)化验–试剂在图14中标识

步骤1：此为被动毛细管填充。tni化验使用两个捕获抗体，其中的每一者用生物素基团加标签。标记物抗体用异硫氰酸荧光素(fitc)基团来加标签。生物素基团和fitc分子充当第二和第三步骤的免疫原性标签。

步骤2：来自步骤一的样本通过流体阅读器控制(腔室减压)来移动至次级试剂置放区域。此置放含有抗-fitc抗体涂覆胶乳粒子。抗-fitc胶乳粒子结合ftic标签抗体(其结合至tni复合物)。此反应是快速的。

步骤3：样本通过流体阅读器控制来移动至第三置放区。第三置放区域含有链霉亲和素涂覆磁性粒子。链霉亲和素顺磁粒子快速结合生物素标记抗体，该抗体结合至tni复合物。在顺磁粒子积聚的后，进行样本/未结合标记物移除。然后执行荧光光学扫描。荧光强度与tni浓度成比例。

上述方法的示意图在图15示出。

步骤1是毛细管填充，步骤2和3在阅读器流体控制下。

此方法是很有吸引力的，因为其具有通用应用并且极大地简化化验试剂，并且非常重要的是产生极好化验效能(参见图16(a)和(b)示出的示范性结果)，本发明方法在广泛浓度范围内是灵敏的。举例而言，抗-fitc胶乳是用于其他化验(例如，bnp)的通用标记物，同样地链霉亲和素顺磁粒子在化验的间也是通用的。对于挑战性化验诸如tni，试剂的分批生产变得容易得多。

为了展示在空气中执行光学侦测，诸如荧光侦测的有效性，发明人执行进一步c-肽化验以展示如与空气相比，在缓冲液或全血中进行时的响应。图17展示在移除空气的前(白色圆圈)和的后(黑色三角形)，使用本发明系统在缓冲液中的c-肽化验响应。可以看出在不通过空气来移除液体的情况下，存在由于未结合标记物仍然存在于侦测区域中所导致的高背景。此在较低分析物浓度下导致不良精确度和灵敏度。在通过空气来移除液体的后，此未结合标记物得以有效地移除，留下很低背景，允许进行高灵敏度的测量。图18展示在通过空气来移除液体的前(黑色圆圈)和的后(白色三角形)，使用本发明系统在全血中的c-肽化验响应。可以看出在不通过空气来移除液体的情况下，存在由于未结合标记物仍然存在于侦测区域中所导致的高背景，并且没有可见斜率，此归因于使荧光测量淬灭的血液样本的干扰。在通过空气来移除液体的后，此未结合标记物和全血样本有效地移除，在没有干扰血细胞或未结合标记物的基本上无液体环境中留下结合试剂。此产生很低背景并且允许进行高灵敏度的测量。

本发明盒也可进行不需要气囊来进行化验的化验，例如，在确定血液样本的凝血酶原时间(pt)和国际标准化比率(inr)中。pt和inr是评估凝血的外因性途径(pt/inr)的化验。其用于在测量华法林剂量、肝损伤和维生素k状态中确定血液的凝血趋势。

图19示出pt/inr测量的方法比较绘图，其使用不具有通过气体腔室提供的任何流体控制的通道来产生。在此方面，样本仅通过毛细管作用来填充。为免生疑问，pt/inr测量也可使用具有相关联气体腔室的通道来进行，允许样本的流体控制，从而产生标准化填充速率。与先前描述免疫化验实例相比，在带材的侦测区域中，通道得以加宽以便允许增加将要化验的样本的体积。另外，inr/pt特异性试剂置放在此区域中。试剂含有发起外因性凝血级联的所有所需组分和特异性凝血酶荧光团受质，其通过凝血酶从非荧光形式转换成荧光形式。毛细管填充将试剂再悬浮并且允许侦测凝血酶活性。所测量的凝血酶活性(荧光强度)用于确定pt/inr结果。