样本计量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及改进的样本计量装置，该样本计量装置用于提供预定量的液体样本。
【背景技术】
[0002]存在许多需要提供预定量液体样本的情况，例如，出于测试目的，并且以不需要复杂设备和/或熟练操作人员的简单方式来准确且可靠地实现预定量液体样本的提供却很困难，尤其是在涉及诸如微流控装置中涉及极少量液体的情况下。这与例如具有用于测试液体样本中感兴趣成分的存在和量的一个或多个毛细通路的样本测试装置一起应用，其中，液体样本通常为身体流体，诸如血液(全血或血浆)、尿、唾液等。
[0003]对于床旁测试化验系统，期望不熟练操作者将未测量体积的样本添加至该装置，并且期望该装置自动提取所需体积并以安全的方式隔绝任何多余样本以防止污染。
[0004]很多系统基于从流的开始“捕捉(capturing) ”限定体积并且限制被吸入化验毛细管的体积(例如，使用具有限定体积的引流(wick)区域，诸如，很多怀孕测试)。然而，这种方法确实有缺陷。如果计量区被流体连接到该装置的其他部分，随后使用者进行了不小心的照顾，或者在途径中发生中断，那么会通过计量区吸入过量流体并获得不正确的体积。使用基于管腔型毛细管的装置会难以使流体离开引流部(Wick)，因为引流部中的毛细作用力比管腔中的力更大。
[0005]另一方法是从流体前部“捕捉”限定体积，然后使用溢流口从样本流的后部放弃多余样本。然后，将限定的体积转移到反应区。第2011/0003286号美国专利申请采用了这种方法。通过在流动路径中使用压力和限制的组合，使样本进入计量区但不因流出处毛细管尺寸的减小而离开。过量的样本被清出进给通路，然后施加较高的压力以强制限定体积的样本经过采样区域并进入反应区。这种系统复杂并且依赖用于流体流动的毛细管作用的附加的动力。因而，这种系统不适合于纯粹的毛细管系统。
[0006]PCT/GB2012/050575描述了更适合于微毛细管装置且不依赖外部推进力的替代方法。该系统的基础是使用始于主通路的侧通路来保持任何多余样本。通过使用远程阀门控制从通路的空气外出，样本被引入侧通路或主通路。在使用中，过量的样本被加入到样本端口并且沿主通路被引导，直至过量的样本到达与侧通路的交叉部。通过控制远程阀，使样本流入相应的侧通路。当样本端口为空时流动停止。因而，毛细管从样本端口至交叉部的长度限定了用于化验的样本体积，其中，多余的样本被限制在侧通路中。因而，通过从流体体积的后端部捕获限定的体积来实现样本计量，其中，多余的样本从前部放弃。该方法非常有效并且适用于微毛细管系统。
[0007]本发明的目的是提供一种改进的样本计量装置。
【发明内容】
[0008]本发明提供了用于液体样本的样本计量装置，该装置包括I)样本计量元件以及2)控制元件，所述样本计量元件包括:i)至少一个毛细通路，具有第一入口、第二入口和毛细通路出口 ；ii)侧通路，从毛细通路的中途沿毛细通路的长度延伸并且通向侧通路出口 ；所述控制元件包括2)控制元件，包括i)第一密封器件，可操作以可释放地密封毛细通路出口 ；以及ii)第二密封器件，可操作以可释放地密封侧通路出口。
[0009]在优选实施方式中，该样本计量装置可包括样本施加区域，该样本施加区域用于接纳用于通过第一入口进入毛细通路的待测试的液体样本，并且，如果适当，还可以用于存储待测试的液体样本。该样本计量装置还可包括流体施加区域，该流体施加区域接纳用于通过第二入口进入毛细通路的流体(例如追踪(chase)缓冲液)，并且，如果适当，还可以用于存储用于通过第二入口进入毛细通路的流体。
[0010]提供第二入口使得能够在样本的测试体积之后对毛细通路施加缓冲液或其他非样本流体。第二入口优选与第一入口位于相同的流动线路中。第二入口位于第一入口和与侧通路的交叉部之间。第二入口的位置确定样本测试体积的量，其中，通过将流体施加至第二入口使样本测试体积沿毛细通路下移，因为在第一入口与第二入口之间的任何样本都不会形成测试体积的一部分。因而，为了使测试体积最大，优选将第二入口直接定位在第一入口的下游。优选地，第二入口位于在第一入口的至少15毫米、至少7毫米或至少5毫米以内。
[0011]第二入口可与例如在流体分配器件中提供的流体池(例如胶囊)和/或流体施加区域流体相通。优选地，供应第二入口的流体池和/或流体施加区域与供应第一入口的流体池和/或流体施加区域不同。然而，在某些实施方式中，它们可以相同。
[0012]使用与第一入口分离的第二入口在那些将总体过量的样本添加至该装置的情况下是有利的。在这种情况下，侧通路会变满，而样本依然在样本池或样本施加区域中。然后，当引入缓冲液时，样本可进入通向被引入化验的过量样本的毛细管。在第一(样本)入口的下游提供第二入口巧妙地避免了这个问题，因为追踪缓冲液有助于使得仅测试体积而非过量样本沿毛细管流动。
[0013]在实施方式中，可设置第三入口。第三入口可用于添加试剂。第三入口优选设置在第二入口的下游。优选地，第三入口被定位在毛细通路与侧通路的交叉部的下游。优选地，在使用第三入口向毛细通路添加试剂的情况下，第三入口的确切位置将取决于该化验的、需要添加试剂的时间点。在知道毛细通路的几何形状的情况下，该位置可根据在添加试剂之前或之后所需的化验时间来确定。因而，例如，在期望使样本与试剂之间的反应时间最大化的情况下，可将第三入口定位为靠近第二入口，优选为刚好定位在第二入口的下游。在所需反应时间较短的情况下，可将第三入口定位在离第二入口较远的下游，靠近信号测量或测试区域。优选地，第三入口可设置在与侧通路的交叉部与信号测量或测试区域之间。在实施方式中，第三入口可设置在距离与侧通路的交叉部或第二入口的下游60毫米至250毫米，优选为80毫米至230毫米，优选为100毫米至200毫米，优选为120毫米至180毫米。
[0014]毛细通路在第二入口与信号测量或检测区之间的部分通常被称为反应区。第三入口可设置在第二入口与反应区的起始处之间，或设置在反应区内。
[0015]提供第三入口允许向该装置添加如液体的试剂，因而避免了以干燥且可复原的形式在毛细通路中沉淀试剂的需要。因而，避免了与试剂的沉积及其重构相关联的问题。另夕卜，以液体形式直接提供至毛细通路的试剂能够立即与样本和任何缓冲液混合，从而增加毛细通路内用于反应的可用时间。试剂包括本文中描述的那些试剂。
[0016]本发明通常可应用于流体流动为被动(即，流体流动并不通过外力来控制)的毛细管装置。该装置的密封器件充当远程(离线)阀，通过元件的通路来控制样本液体的被动流动。因而，密封器件能够可释放地在密封器件被定位成密封出口的位置与出口未被密封的位置之间移动，从而分别停止液体样本流动或允许液体样本流动。远程或离线是指阀(密封器件)能够控制液体样本的流动(即，停止或减慢、或恢复流动)而不需要密封器件与液体样本或流体之间相接触。液体样本在毛细通路之外。当通过第一入口提供液体样本时，只有当第一密封器件被操作为不密封毛细通路的出口时液体才会沿毛细通路流动。当第一密封器件被操作为密封出口时，则流体不可沿毛细通路流动。因而，密封器件的操作可用于控制毛细通路和/或侧通路中的流体流。
[0017]本发明通过将液体样本施加至样本施加区域来使用，其中，第一密封器件被操作为密封毛细通路出口并且第二密封器件被操作为不密封侧通路出口。液体样本经由第一入口被引入毛细通路，并且因为毛细通路出口被密封，所以液体样本仅通过毛细作用沿毛细通路流动直到与侧通路的交叉部。然而，因为侧通路出口未密封，所以液体能够流入侧通路并沿侧通路流动。毛细管将继续流动，并且测试体积以上的任何多余液体均将开始填充侧通路。当以将所有样本吸入毛细通路中(然后毛细管中的反拉力与前拉力相等)或侧通路充满时，流动停止。以这种方式，毛细通路被样本液体填充至限定的点(与侧通路的交叉部)。超过测试体积的任何多余样本均被容纳在侧通路中。如果样本体积过小，那么液体样本不会到达侧通路。因而，优选地将略微超过测试体积的样本添加至该装置中。优选地，测试体积为适合于化验类型的预先确定的体积。为了协助样本沿毛细通路的毛细流动，经由第二入口将追踪缓冲液添加至毛细通路。在实施方式中，在添加追踪缓冲液之前，第一入口被密封以阻止样本的任何回流。在实施方式中，在添加样本后，密封器件用于密封毛细通路和侧通路出口二者。在将缓冲液添加至第二入口时，密封器件被操作为不密封毛细通路出口，并且样本和缓冲液沿毛细通路流动。优选地，密封器件继续密封侧通路出口。在可替代实施方式中，密封器件的条件在释放缓冲液之前被反转(因而，不存在主通路和侧通路出口均被密封的“保持”位置)，其中，第一密封器件运行以不密封毛细通路出口，并且第二密封器件运行以密封侧通路出口。缓冲液沿通路跟随样本流。第二入口可在添加缓冲液之后进行密封以例如避免回流，具体是在第二入口的下游，第三入口被提供以用于添加试剂的的情况下。然后，毛细通路中的液体例如通过毛细作用自由地沿毛细通路进一步流动。沿侧通路将没有进一步的流动，包括朝向毛细通路的回流。从第二入口至与侧通路的交叉部的样本液体的体积在本文中被称为测试体积。
[0018]该样本计量装置具有以下优点:样本液体的前缘不作为测试流体使用，而是作为多余流体被移动至侧通路中。因而，限定的样本并不离开主毛细管，所以可继续沿毛细通路流动以供化验。除了毛细力之外，不需要复杂的流控技术或附加动力来源。另外，该设计使得多余样本被安全地容纳在该装置内，从而防止任何外部污染。
[0019]该样本计量装置提供了用于获得毛细通路中的液体样本的预定体积(测试体积)的简单、方便和可靠的方式。测试体积的大小取决于位于第二流体应用入口与侧通路入口之间的毛细通路的横截面积和长度。根据化验的目的，在第二流体入口与侧通路入口之间的毛细通路的体积(测试体积)可为任何合适的尺寸。优选毛细通路的体积范围为从I微升至200微升，更优选地介于I微升与150微升之间，更优选地介于I微升与50微升之间，更优选地介于I微升与20微升之间，更优选地介于I微升与10微升之间。
[0020]密封器件充当远程阀门，其操作用于控制毛细管中，以及设置有密封器的位置(侧通路)处的流动。密封器件在外部提供给通路，因此，能够在密封器件不与液体样本相接触的情况下控制毛细通路中液体样本的流动。因而，密封器件为用于控制液体样本流的有效的离线阀，以使得该密封器件能够控制液体样本在毛细通路中的流动而不需要密封器件与液体样本之间的接触(即，该密封器件在距离流体的前缘一段距离处操作)。
[0021]密封器件进行操作以部分或完全打开或闭合出口。密封器件还可以被设置为打开或闭合(完全或部分地)入口。出口密封器件和入口密封器件可以相同或不同。可提供密封器件以密封一个或多个出口 ；并且可提供其他密封器件以密封一个或多个入口。可替代地，密封器件可密封一个或多个出口和一个或多个入口的组合(例如，用于主通路和相关联的侧通路的入口和出口)。
[0022]用于本发明的密封器件必须在与出入成密封关系时足以为通路提供气密密封。气密密封将基本或完全停止与密封的出口相关的通路中的流体流。
[0023]本发明优选适用于任何毛细通路装置，并且发现在需要传输或控制一个或多个液体的各种微流体应用中的应用。因而，本发明可适用于微流体装置，包括例如喷墨打印头、DNA芯片、芯片实验室技术、基于生物技术的阵列、以及基于微流体的样本化验、微推进器以及微热技术。在优选实施方式中，该样本计量装置是诊断化验装置，优选为现场诊断装置。诊断化验装置优选地单层装置，即，其中，毛细通路位于单一平面上。该装置可设置为与依赖除毛细作用之外的其他动力来驱动流体流的装置(优选为集成装置)组合。在这种实施方式中，本文中对毛细作用和毛细通路的引用包括在其范围内的任何适用的流体流动或通过。
[0024]本发明优选用于基于采样的化验，其中，将测量体积的液体从较大体积去除并进行化验。本发明具体适用于化验样本液体以确定具体成分。虽然本发明可适用于生物和非生物的应用，但是本发明特别适用于生物应用。因而，本发明优选用于化验生物样本以确定具体成分，例如分析物。通常，可使用本发明的化验为基于微流体的化验，包括例如基于凝集的化验、基于捕捉的化验(诸如ELISA化验)以及基于凝固的化验。该化验可以是定量或定性的。本发明可适用于与任何液体样本一起使用。用于使用本发明的化验的优选生物样本为血液(全血或血浆)和尿液。
[0025]本发明发现了在具有用于测试液体样本(例如血液或其他身体流体)中感兴趣成分的存在的一个或多个毛细通路的样本计量装置中的具体应用，如本领域公知，例如诊断化验，诸如，在W02004/083859和W02006/046054中公开的凝集化验。
[0026]该装置的样本计量元件可包括多个(S卩，两个、三个、四个、五个或更多)的毛细通路，每个都具有相关联的侧通路。优选地，每个毛细通路均包括第一入口和第二入口。可选地，每个通路均