流体处理单元和使用该流体处理单元的流体处理装置的制作方法

专利名称：流体处理单元和使用该流体处理单元的流体处理装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及流体处理单元和使用该流体处理单元的流体处理装置。更 具体地，本发明涉及能够用作分析例如包括以生物物质为代表的机能性物质的 试样的试样分析装置的一部分的流体处理单元，以及使用该流体处理单元的流 体处理装置。
背景技术：
作为专门检测例如蛋白质的生物物质的传统方法，已知有多种方法对特定 生物物质施加抗体以引起抗原一抗体反应以实现如此获得的反应物的视觉辨 认或光谱测量，从而检测该生物物质。
作为对通过例如蛋白质的生物物质的抗原一抗体反应获得的反应物进行
量化的方法，存在广泛地采用一些方法，例如ELISA (酶联免疫吸收剂化验)。 在这些方法中，使用被称为微板的试样分析装置，其中排列有大量细小的凹进 部分，它们通常被称为微孔(在下文称之为"孔")。孔的壁表面涂覆有作为 靶物质的特定生物物质的抗体作为捕获(或捕捉)材料，通过捕获材料捕获(或 捕捉)靶物质，以通过用萤光、发光试剂等测量由靶物质和抗体之间的抗原一 抗体反应获得的反应物来检测靶物质。
在使用微板的典型方法中，例如ELISA中，用例如含靶物质或抗体试剂的 样本的液体填注孔，作为反应溶液以引起反应。在填注于孔的液体中的成分通 过分子扩散移动以到达孔的底部和内壁之前，这种反应不会发生。为此，如果 允许微板静置，则理论反应时间取决于填注在孔中的液体中的成分的扩散时 间。由于液体中的分子边与周围分子碰撞边移动，因此扩散速度非常慢。如果 靶物质是分子量大约为70,000的蛋白质，则在稀释的水溶液中(室温下)的 扩散速度大约为0.5 — 1X10—6cra7秒。因此，在填注在孔中的液体中，在实际壁分离处的靶物质反应。另外，由 于使孔中的底部和壁表面充当反应部分以均匀地接触反应溶液以提高微板中 溶液的效率是有效的，因此要求使用比反应所需量的液体更大量的液体。
因此，在使用微板的传统方法中，例如ELISA中，抗原一抗体反应仅在涂
覆有捕获抗体的孔壁表面上进行。因此，必须允许液体静置，直到包含在送至 孔中的液体中的靶物质、抗体和基质悬浮、环流并沉淀到达孔壁表面后反应为 止，因此存在的问题在于反应效率较低。另外，在被分成很大数目的孔的微板 中，送至每个孔中的液体量受到限制，因此存在的问题在于测量灵敏度下降。
为了在ELISA等方法中提高测量灵敏度并缩短测量时间，提出一种能够通 过在每个孔充当反应表面的底面上形成微细的不规则结构来增加反应表面(捕 获表面)的表面积以提高测量灵敏度的微板(参见日本特开平No. 9 — 159673 号公报)。还提出一种能够通过将细小固体微粒(珠)作为反应固相设置在微 片的微通道中来增加反应表面的表面积以提高细小空间内的反应效率的微片 (参见日本特开平No. 2001 — 4628号公报)。此外，又提出一种能够通过在每 个孔的底部的中央部分形成小直径凹部来增加反应表面的表面积并节省试样 量的微板(参见例如日本特开平No.9 — 101302号公报)。
然而，在日本特开平No.9 — 159673号公报提出的微板中，存在的问题在 于，尽管可提高测量灵敏度，但不可能提高反应效率。另外，日本特开平No. 2001 一4628号公报提出的微片尽管能够提高反应效率，但由于它是具有微通道结构 的微片，而不是典型地用于ELISA等方法的微板，因此不适于测量大量的样本。 此外，在日本特开平No.9—101302号公报提出的微板中，尽管能够增加反应 表面的表面积以将反应效率和测量灵敏度提高至一定程度，但不可能充分地提 高反应效率和反应灵敏度。
另外，要求提供一种即使用于分析的试剂或样本的量非常小也能够进一步 提高分析准确性的流体处理装置。还要求使这类装置的内部能被方便地和充分 地清洗以降低测量时的背景，从而进一步提高分析准确性
发明内容
因此，本发明的目的是消除前面提到的问题并提供一种用于流体处理装置 的流体处理单元，这种流体处理单元在该装置充当用于测量大量样本的样本分 析装置时能通过简单结构提高反应效率和测量灵敏度并縮短反应时间和测量 时间，并提供使用该流体处理单元的流体处理装置。
本发明的另一目的是使上述流体处理单元或使用该流体处理单元的流体 处理装置在即使用于分析的试剂或样本的量很小的情况下也能进一步提高分 析准确性，并使该流体处理单元或流体处理装置的内部能被方便和充分地清 洗。
为了实现上述和其它的目的，根据本发明的一个方面，流体处理单元包括 容器本体，该容器本体具有在其上端的开口、在其下端的底部以及从底部的上 表面的周缘部延伸的侧部，该容器本体中通过底部和侧部限定流体容纳部；分 隔壁部分，所述分隔壁部分从容器本体的底部并沿容器本体的侧部延伸，所述 分隔壁部分将容器本体的流体容纳部分成内侧流体容纳腔和包围内侧流体容 纳腔的外侧流体容纳腔；以及连通通路，该连通通路穿过分隔壁部分以在内侧 流体容纳腔和外侧流体容纳腔之间建立连通，其中容器本体的侧部和分隔壁部 分之间的距离沿周向变化以在沿容器本体底部的上表面的周缘部延伸的周向 上改变施加于外侧流体容纳腔内的液体上的毛细管力。
在该流体处理单元中，容器本体的侧部和分隔壁部分之间的距离可沿周向 逐渐变化以使容纳在外侧流体容纳腔内的液体藉由毛细管力沿周向流动。容纳 在外侧流体容纳腔中的液体可藉由毛细管力沿周向从容器本体的侧部与分隔 壁部分之间的距离较宽的较宽部流向容器本体的侧部与分隔壁部分之间的距 离较窄的较窄部。容器本体的侧部和分隔壁部分之间的距离沿垂直于周向的方 向可以是基本均一的。容器本体的侧部可具有基本圆柱形内表面，而分隔壁部 分可具有基本圆柱形的外表面，该外表面相对容器本体的侧部的内表面沿径向 偏心地设置。作为选择，容器本体的侧部可具有基本圆柱形的内表面，而分隔 壁部分可具有基本椭圆形的圆柱形的外表面。
在上述流体处理单元中，连通通路可包括穿过分隔壁部分并从分隔壁部分 的下端延伸至其上端的多个狭缝。在这种情形下，可将多个狭缝沿周向以规则间距设置。或者可基本平行地设置多个狭缝，并形成吸嘴容纳部以使其穿过分 隔壁部分以基本平行于多个狭缝地从分隔壁部分的下端延伸至其上端，该吸嘴 容纳部中能容纳吸嘴，用来将沿周向流动的液体从容器本体的侧部与分隔壁部 分之间的距离较宽的较宽部吸入容器本体的侧部与分隔壁部分之间的距离较 窄的较窄部。
在上述流体处理单元中，当从容器本体的开口送至流体容纳部的液体量不 大于预定量时，由于毛细现象使内侧流体容纳腔中的液体进入外侧流体容纳腔 并同时防止其进入内侧流体容纳腔，并且当从容器本体的开口送至流体容纳部
的液体的量超过预定量时，允许外侧流体容纳腔中的液体进入内侧流体容纳 腔。在这种情形下，当从容器本体的开口送至流体容纳部的液体的量不大于预 定量时，内侧流体容纳腔中的大部分液体可进入外侧流体容纳腔。
在上述流体处理单元中，当从容器本体的开口送至流体容纳部的液体的量 不大于预定量时，通过施加于内侧流体容纳腔中的毛细管力与施加于外侧流体 容纳腔中的毛细管力之间的差，连通通路可使内侧流体容纳腔中的液体进入外 侧流体容纳腔，同时防止外侧流体容纳腔中的液体进入内侧流体容纳腔。在这 种情形下，施加于外侧流体容纳腔的毛细管力可比施加于内侧流体容纳腔的毛 细管力来得大。
在上述流体处理单元中，分隔壁部分的高度可低于容器本体侧部的高度。 外侧流体容纳腔的底部可随着与内侧流体容纳腔的距离减小而向下倾斜。外侧 流体容纳腔的底部的最低部分的高度可基本等于内侧流体容纳腔的底部的最 低部分的高度。每个狭缝在内侧流体容纳腔侧的宽度可比外侧流体容纳腔侧的 宽度更大。该流体处理单元可以是一体成型的。
根据本发明的另一方面， 一种流体处理装置包括装置本体；以及设置在 装置本体上的多个流体处理单元，其中多个流体处理单元中的每一个就是上述 流体处理单元。在这种流体处理装置中，可将多个流体处理单元在装置本体上 设置成矩阵。多个流体处理单元连同装置本体可一体成型。或者，装置本体可 包括框体和基本平行地设置在框体上的多个支承件，并且在每个支承件上以规
则间距成排设置多个流体处理单元。在这种情形下，多个流体处理单元连同每个支承件可一体成型。
根据本发明，可提供一种在充当测量大量试样的试样分析装置时能通过简 单的结构提高反应效率和测量灵敏度并能縮短反应时间和测量时间的流体处 理单元，并提供一种使用该流体处理单元的流体处理装置。
根据本发明，即使用于分析的试剂或样本的量非常小，也允许流体处理单 元或使用该流体处理单元的流体处理装置进一步提高分析准确性，并使流体处 理单元或流体处理装置的内部能被方便和充分地清洗。


从下面给出的详细说明和本发明较佳实施例的附图可更全面地理解本发 明。然而，这些附图不暗示着本发明被限制在特定的实施例，而仅为了说明和 理解。
在附图中
图1是根据本发明的流体处理装置的较佳实施例的立体图； 图2是示出图1的流体处理装置的装置本体的框体和流体处理单元支承件 的立体图3是图2的流体处理单元支承件的平面放大图； 图4是沿图3的线IV-IV剖切得到的剖视图5是示出流体处理单元安装在图2的流体处理单元支承件上的状态的立 体图6是流体处理单元中的一个的平面放大图，每一个流体处理单元被安装 在图1的流体处理装置的相应的一个的安装凹部内；
图7是沿图6的线vn—vn剖切得到的剖视图8A是图1的流体处理装置的流体处理单元中的一个的平面放大图8B是沿图8A的线MB-MB剖切得到的剖视图； 图8C是沿图8B的线VfflC-VfflC剖切得到的剖视图； 图8D是图8C —部分的放大图9A是示出将少量液体送至根据本发明较佳实施例的流体处理单元的状
9态的平面放大图，它与图8A对应；
图9B是示出将少量液体送至根据本发明较佳实施例的流体处理单元的状 态的剖视图，它与图8B对应；
图10是示出存在于根据本发明较佳实施例的流体处理单元中的少量液体 的流动的平面放大图11是图8A — 8D所示流体处理单元的第一修改例的平面放大图； 图12是图8A — 8D所示流体处理单元的第二修改例的平面放大图； 图13是图8A — 8D所示流体处理单元的第三修改例的平面放大图；以及 图14是根据本发明的流体处理单元的修改例的立体图。
具体实施例方式
现在参照附图，下面将详细说明根据本发明的流体处理单元以及使用该流 体处理单元的流体处理装置的较佳实施例。
图1一10示出根据本发明的流体处理单元和流体处理装置的较佳实施例。 例如，本较佳实施例中的流体处理装置10可充当用于分析含例如蛋白质的作 为机能性物质代表的生物物质的试样的装置。 一般来说，流体处理装置10可 充当被称为微孔板用以实现大量样本测量的试样分析装置。如图1所示，流体 处理装置10包括装置本体12;安装在装置本体12上以排列成矩阵的多个流 体处理单元16(在本较佳实施例中为96^8X12)个流体处理单元)。
如图1和2所示，装置本体12由例如聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)或聚 甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的树脂材料或玻璃材料制成，并包括基本矩形的框 体ll，在其中央具有基本矩形的通孔lla并具有几毫米的厚度，框体ll的每
侧的长度处在几厘米至超过十厘米的范围内；以及安装在框体11上的多个流 体处理单元支承件13 (在本较佳实施例中为12个流体处理单元支承件)。此 外，框体ll的通孔lla可用具有底部的凹部来代替。或者，框体ll可以是标 准框体，例如SBS微板(生物分子网筛协会(Society for Biomolecular Screening))标准的框体。流体处理单元支承件13可由透明材料构成。然而， 如果本较佳实施例中的流体处理装置10用来测量萤光，则流体处理单元支承 件13较佳地由难以使光透过支承件的材料(例如黑色材料)构成，以抑制在萤光测量过程中背景的上升。
如图2所示，每个流体处理单元支承件13包括形状基本为长方体的细 长的支承件本体13a，其长度基本等于框体11的通孔lla的宽度；以及一对基 本矩形的凸出部分13b，其沿纵向在两端从支承件本体13a的上部凸出以沿支 承件本体13a的上表面延伸。如图1所示，流体处理单元支承件13的支承件 本体13a被插入框体11的通孔lla，基本彼此平行和相邻地安装于框体11以 使凸出部分13b支承在框体11沿纵向延伸的一对上表面lib上。由此组装装 置本体12。
如图3和4所示，具有几毫米直径和深度的多个基本圆柱形凹部14 (在 本较佳实施例中为八个凹部14)(在下文中将其称为"安装凹部14")被形 成在每个流体处理单元支承件13的支承件本体13a的上表面，从而以规则间 隔成排地设置。在每个安装凹部14中，如图5所示地安装流体处理单元16中 的一个。
图6 — 10是示出其中一个流体处理单元16的放大图，每个流体处理单元 16在本较佳实施例中被安装在流体处理单元10的相应的一个安装凹部14中。 图6是其中 -个流体处理单元16的平面图，每个流体处理单元16被安装在流
体处理装置io的相应的一个安装凹部14中，而图7是沿图6的线vn—vn剖切
得到的剖视图。图8A是本较佳实施例中的流体处理装置10的流体处理单元16 中的一个的平面图，而图8B是沿图8A的线棚B —VDIB剖切得到的剖视图。图 8C是沿图8B的线VfflC-VinC剖切得到的剖视图，而图8D是图8C的局部放大图。 图9A和9B示出少量液体送至流体处理单元16的状态，图9A是与图8A对应 的平面图，而图9B是与图8B对应的剖视图。图10是示出存在于流体处理单 元16中的少量液体的流动的平面放大图。
每个流体处理单元16由例如聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯 酸甲酯(P醒A)的树脂材料构成。如图6-8B所示，每个流体处理单元16基本 具有与相应的一个安装凹部14的深度相同的高度，并包括一体成型以彼此结 合的外侧大直径圆柱部分16a、外侧小直径圆柱部分16b和内侧圆柱部分16c。
外侧大直径圆柱部分16a的上部是外径基本等于相应的一个安 凹部14 的内径的基本圆柱部分。当每个流体处理单元16插入相应的一个安装凹部14以安装于其中时，外侧大直径圆柱部分16a的上部被设计成配合入相应的一个 安装凹部14以与之固定。外侧大直径圆柱部分16a的下部向内向下倾斜以延 伸至外侧小直径圆柱部分16b，该下部连接于外侧小直径圆柱部分16b的上端 部。
外侧小直径圆柱部分16b是具有比外侧大直径圆柱部分16a小的外径的基 本圆柱部分。外侧小直径圆柱部分16b沿与外侧大直径圆柱部分16a相同的轴 线方向延伸。外侧小直径圆柱部分16b的下部具有向内向下倾斜的部分。从该 部分向内向下倾斜的底端开始，底面部分沿基本垂直于外侧小直径圆柱部分 16b轴线方向的方向延伸。外侧小直径圆柱部分16b的底面部分的下侧具有直 径基本等于内侧圆柱部分16c的内径的凹部16e。
内侧圆柱部分16c是从外侧小直径圆柱部分16b的底面部分的上表面沿与 外侧小直径圆柱部分16b相同的轴线方向向上延伸的基本圆柱部分。内侧圆柱 部分16c上端的高度低于外侧小直径圆柱部分16b的上部，而内侧圆柱部16c 的外径小于外侧小直径圆柱部分16b的内径。内侧圆柱部分16c的中心轴线沿 径向偏离外侧小直径圆柱部分16b的中心轴线。即，内侧圆柱部分16c相对于 外侧小直径圆柱部分16b沿径向偏心地设置。内侧圆柱部分16c具有多个狭缝 16d (在本较佳实施例中为8个狭缝16d)，这些狭缝16d从内侧圆柱部分16c 的下端向其上端基本彼此平行地基本呈直线地延伸。多个狭缝16d穿过内侧圆 柱部分6c，并沿其周向以规则间隔设置。即，内侧圆柱部分16c包括基本具有 相同形状并彼此隔开以形成八个狭缝16d的八根立柱。每个狭缝16d的宽度为 几微米至几百微米，而内侧圆柱部分16c的内表面侧的每个狭缝16d的宽度大 于其外表面侧的宽度。内侧圆柱部分16c的上端面是向内向下倾斜的倾斜表面 16f。
此外，在外侧大直径圆柱部分16a中形成充当用于注入流体(例如液体试 样)的注入部26的空间。在外侧小直径圆柱部分16b和内侧圆柱部分16c之 间形成能够充当反应腔的为一环形空间的外侧流体容纳腔28(其体积例如不大 于大约30yl)。在内侧圆柱部分16c中，形成能够作为测量腔的基本圆柱形 腔的内侧流体容纳腔30。此外，如上所述，由于内侧圆柱部分16c相对外侧小 直径圆柱部分16b沿径向偏心地设置，因此环形外侧流体容纳腔28沿径'向的
12宽度(外侧小直径圆柱部分16b和内侧圆柱部分16c之间沿径向的距离)在给
定位置具有最大(图8A中以W1表示的宽度)，并从给定位置沿两周向逐渐减 小，并在径向上给定位置的相对位置成最小宽度(图8A中以W2表示的宽度)。 如果少量(例如不大于约30ix l)液体——例如试剂——被送至注入部26， 则液体被送至内侧流体容纳腔30和外侧流体容纳腔28中的一个或两个。由于 毛细作用上升(因毛细管力上升的液面高度)Z被表示为Z = 2Tcos 6 / Y *r *g
(e:接触角、T:表面张力、Y:液体密度、r:毛细管半径、g:重力加速
度)，施加在具有比内侧流体容纳腔30直径小的径向宽度的外侧流体容纳腔 28内的液体上的毛细管力大于施加在内侧流体容纳腔30中的液体上的毛细管 力。因此，如图9A和9B所示，大部分送入注入部26的液体因毛细作用被吸 入外侧流体容纳腔28，并如附图标记32所示那样保持在外侧流体容纳腔28 中。因此，可适当地确定形成在内侧圆柱部分16c中的每个狭缝16b的宽度W3 (见图8D)以及环形外侧流体容纳腔28的最大宽度W1 (外侧小直径圆柱部分 16b和内侧圆柱部分16c之间沿径向的最大距离)，以使大部分送至注入部26 的液体被吸入外侧流体容纳腔28。
外侧流体容纳腔28的最大宽度Wl相比外侧流体容纳腔28的最小宽度(外 侧小直径圆柱部分16b和内侧圆柱部分16c之间沿径向的最小距离)较佳地不 小于1.2倍，更佳地不小于l. 5倍。例如，当外侧小直径圆柱部分16b的内径 为5. 2mm且内侧圆柱部分16c的外径为4mm时，如果内侧圆柱部分16c的中心 轴线沿径向偏离外侧小直径圆柱部分16b的中心轴线0. 15mm，则外侧流体容纳 腔28的最小宽度W2为0. 45國，而其最大宽度Wl为0. 75mm，因此最大宽度Wl 大约为最小宽度W2的1. 67倍。然而，最大宽度Wl较佳地不大于约lmm以使 大部分送至注入部26的流体藉由毛细作用通过外侧流体容纳腔28的最大宽度 Wl部分附近的狭缝16d被吸入外侧流体容纳腔28。
此外，由于内侧圆柱部分16c相对外侧小直径部分16b沿径向偏心地设置， 因此施加在外侧流体容纳腔28中的液体的毛细管力沿周向变化。因此，如果 将少量(例如大约30 u 1)液体注射至注入部26，则外侧流体容纳腔28的液 面高度沿周向变化。即，施加于外侧流体容纳腔28的最大宽度W1部分的液体 的毛细管力弱，而施加于其最小宽度W2部分的液体的毛细管力强。因此，如果将少量液体注射至注入部26，则外侧流体容纳腔28的最小宽度W2部分中的 液面高度高于其最大宽度W1部分中的液面高度。
在大部分送至注入部26的液体在外侧流体容纳腔28中积聚后，如果通过 将液体添加地送至注入部26导致液体总量超过外侧流体容纳腔28的容积(例 如30" 1)，则液体经由内侧圆柱部分16c的上端的开口和/或狭缝16d流入内 侧圆柱部分16c，以使液体能够填满外侧流体容纳腔28和内侧圆柱部分16c 的内部以全部扩散至流体处理单元16。
因此，根据本较佳实施例的流体处理单元16，如果少量液体——例如试 剂——被送至注入部26，则大部分送至注入部26的液体被吸入外侧流体容纳 腔28，并在外侧流体容纳腔28中沿周向流动以保持在外侧流体容纳腔28中。 因此，即使外侧流体容纳腔28充当反应腔以通过少量试剂检测样本，也能够 很大程度地提高液面高度以增加反应壁表面(外侧流体容纳腔28的内壁表面) 的表面积，并减少样本和反应壁表面之间的距离。因此，可提高反应效率以縮 短反应时间，并减少所使用试剂的量以降低成本。
根据本较佳实施例的流体处理单元16，即使用于分析的试剂的量很少， 也可将试剂稳定地保持在充当反应腔的外侧流体容纳腔28中，因此能够进一 步提高分析准确性。此外，如果可用样本的量非常少以使含样本的溶液中样本 浓度非常低，则在一些情形下由于溶液中的样本无法到达孔壁表面的反应部分 而使传统微孔板无法获得稳定的分析结果。然而，本较佳实施例的流体处理单 元16可稳定地将样本送至充当反应腔的外侧流体容纳腔28以使样本易于到达 反应壁表面，因此相比传统的微孔板能够进一步提高分析准确性。
根据本较佳实施例的流体处理单元16，即使不沿注入部26的内壁馈送试 剂以将试剂送至外侧流体容纳腔28，从注入部26送至内侧流体容纳腔30的试 剂也被吸入外侧流体容纳腔28并保持在其中。因此，不管试剂馈送位置如何， 试剂都会自动移动至外侧流体容纳腔28并保持在其中，从而能够容易地执行 馈送试剂的操作。
此外，如本较佳实施例的流体处理单元16，如果内侧圆柱部分16c的内 表面侧的每个狭缝16d的宽度大于其在外表面侧的宽度，即使送至注入部26 液体——例如试剂——的量很少(不大于外侧流体容纳腔28的容积)，也可抑制接触外侧流体容纳腔28内壁表面的液体的面积在多个流体处理单元16之
间和测定操作之间变化。
根据本较佳实施例中的流体处理单元16，内侧圆柱部分16c的上端面向 内向下倾斜以形成倾斜表面16f。因此，当液体借助吸液管片注入流体处理单 元16时，即使吸液管片的末梢部分碰到内侧圆柱部分16c的上端，吸液管片 的末梢部分也可被平滑地导入内侧流体容纳腔30，以使其能够防止内侧圆柱部 分16c因与吸液管片碰撞而变形和断裂。
此外，根据本较佳实施例的流体处理单元16，在将足够量的清洗溶液送 至注入部26以填满流体处理单元16的内部(注入部26、外侧流体容纳腔28 和内侧流体容纳腔30的内部)后，可容易地排出清洗溶液。因此，本较佳实 施例中的流体处理单元16具有极佳的清洗能力，并能降低测量过程中的背景。 另外，由于内侧圆柱部分16c上端的高度低于外侧大直径圆柱部分16a的上端， 因此能够将足够量的清洗溶液送至注入部26以使要清除的成分浮起来，由此 借助吸液管等将这些成分排出。因此，本较佳实施例中的流体处理单元16相 比内侧圆柱部分16c上端的高度等于外侧大直径圆柱部分16a上端的高度的情 形具有更为优异的清洗能力。
具体地说，根据本较佳实施例的液体处理单元16，由于内侧圆柱部分16c 相对外侧小直径部分16b沿径向偏心地设置，因此施加于外侧流体容纳腔28 中的液体的毛细管力沿周向变化。因此，如果少量液体存在于外侧流体容纳腔 28中，则外侧流体容纳腔28中的液面高度沿周向变化。即，施加于外侧流体 容纳腔28中的液体的毛细管力在外侧流体容纳腔28的最大宽度Wl部分是最 弱的，并沿外侧流体容纳腔28的周向逐渐增加，在其最小宽度W2部分达到最 强。因此，如果少量液体存在于外侧流体容纳腔28中，则外侧流体容纳腔28 中的液面高度在最大宽度Wl部分最低，并沿外侧流体容纳腔28的周向逐渐增 加，在最小宽度W2部分达到最高。因此，即使在排出清洗溶液时少量清洗溶 液残留在外侧小直径圆柱部分16b和内侧圆柱部分16c之间的外侧流体容纳腔 28，残留的清洗溶液也会如图10中箭头所示那样从最大宽度W1部分连续流向 最小宽度W2部分，以使最小宽度W2部分的液面高度高于最大宽度Wl部分的 液面高度。因此，如果将吸液管、吸嘴等设置在最小宽度W2部分附近，则能够方便和充分地吸取清洗溶液(同时通过切断清洗溶液的流动而防止一部分清 洗溶液残留在外侧流体容纳腔28)，因此能够进一步提高清洗效率，同时进一 步降低测量中的背景。
图11示出在本较佳实施例中的流体处理单元16的第一修改例。本修改例
中的流体处理单元116基本具有与上述较佳实施例中的流体处理单元16相同 的结构，除了不设置上述较佳实施例中形成在流体处理单元16的内侧圆柱部 分16c的八根立柱中最靠近外侧流体容纳腔28的最小宽度W2部分的一根，还 有吸嘴容纳部116g形成在最小宽度W2部分。因此，对与流体处理单元16相 同的结构部分的附图标记加上100，从而省去其重复的说明。
吸嘴容纳部116g基本平行于狭缝116d基本呈直线地从内侧圆柱部分116c 的下端延伸至上端以穿过内侧圆柱部分116c。吸嘴容纳部116g可具有在其中 容纳用于排出流体处理单元116中的液体的吸嘴34等的宽度，以允许吸嘴34 等位于外侧小直径部分116b的内壁附近。吸嘴容纳部116g的宽度较佳地短于 内侧圆柱部分116c的直径的约一半。例如，当内侧圆柱部分116c的外径为4mni 且吸嘴34的宽度(或直径)大约为lmm时，吸嘴容纳部116g的宽度较佳地大 于约lmm并小于约2mm。如果形成这样的吸嘴容纳部116g，则可将吸嘴34设 置在外侧小直径圆柱部分U6b的内壁附近。因此，能够容易和充分地排出清 洗溶液以使其基本不残留在流体处理单元116的内部(注入部126、外侧流体 容纳腔128和内侧流体容纳腔130的内部)，因此相比上述较佳实施例中的流 体处理单元16能够进一步提高清洗能力。
图12示出本较佳实施例的流体处理单元16的第二修改例。本修改例中的 流体处理单元216基本具有与上述较佳实施例中的流体处理单元16相同的结 构，除了用椭圆形圆柱部分216c代替上述较佳实施例中的流体处理单元16的 内侧圆柱部分16c。因此，对与流体处理单元16相同的结构部分的附图标记加 上200，从而省去其重复的说明。
椭圆形圆柱部分216c是从外侧小直径圆柱部分216b的底面部分的上表面 开始沿与外侧小直径圆柱部分216b相同的轴线方向向上延伸的基本椭圆形的 圆柱部分。即，椭圆形圆柱部分216c的中心轴线(穿过椭圆截面的长轴和短 轴的交点并平行于椭圆形圆柱部分216c延伸的轴线)与外侧小直径圆柱部分
16216的中心轴线重合。椭圆形圆柱部分216c上端的高度低于外侧小直径圆柱部 分216b上部的高度。椭圆形圆柱部分216c具有多个狭缝216d (在本较佳实施 例中为8个狭缝216d)，这些狭缝基本彼此平行地从椭圆形圆柱部分216c的 下端基本呈直线地延伸至其上端。多个狭缝216d穿过椭圆形圆柱部分216c并 以规则间隔设置。即，该椭圆形圆柱部分216c包括彼此隔开以形成8个狭缝 216d的八根立柱。每个狭缝216d的宽度为几微米至几百微米，而每个狭缝216d 在椭圆形圆柱部分216c的内表面侧的宽度大于其外表面侧的宽度。如果设置 这样的椭圆形圆柱部分216c，则外侧流体容纳腔228沿径向的宽度在椭圆形圆 柱部分216c的椭圆截面的短轴方向上是最大宽度，并沿两周向逐渐减小，在 其椭圆截面的长轴方向达到最小宽度，以获得与上述较佳实施例相同的效果。 图13示出本较佳实施例中的流体处理单元16的第三修改例。本修改例中 的流体处理单元316基本具有与上述第二修改例中的流体处理单元216相同的 结构，除了不设置在形成上述第二修改例的流体处理单元216的椭圆形圆柱部 分216c的八根立柱中最靠近外侧流体容纳腔228最小宽度部分(椭圆截面的 长轴两侧的部分)的两根立柱，还有将吸嘴容纳部316g形成在最小宽度的部 分中。因此，对与流体处理单元216相同的结构部分的附图标记加上100，从
而省去其重复的说明。
每个吸嘴容纳部316g基本平行于狭缝316d从椭圆形圆柱部分316c的下 端基本呈直线地向其上端延伸以穿过椭圆形圆柱部分316c。每个吸嘴容纳部 316g可具有可在其中容纳用于排出流体处理单元316中的液体的吸嘴34等的 宽度，以允许吸嘴34等位于外侧小直径圆柱部分316b的内壁附近。每个吸嘴 容纳部316g的宽度较佳地短于椭圆形圆柱部分316c的椭圆截面的长轴大约一 半。如果形成这样的吸嘴容纳部分116g，可将吸嘴34设置在外侧小直径圆柱 部分316b的内壁附近。因此，能够容易和充分地排出清洗溶液以使其基本不 残留在流体处理单元316的内部(注入部326、外侧流体容纳腔328和内侧流 体容纳腔330的内部)，因此相比上述第二修改例中的流体处理单元216能够
进一步提高清洗能力。
此外，由于本较佳实施例的流体处理单元16和第一至第三修改例的流体 处理单元116、 216、 316中的每一个都能通过注塑模制等方法一体成型，因此易于制造。作为本较佳实施例的流体处理装置10的修改例，以规则间隔成排
设置在支承件13上的多个流体处理单元16、 116、 216或316可通过注塑模制等方法一体成型。或者，如图14所示，在板形装置本体412上设置成矩阵的多个流体处理单元16、 116、 216或316可通过注塑模制等方法一体成型而无需设置任何流体处理单元支承件。
可通过在可充当本较佳实施例中的流体处理单元16和第一至第三修改例中的流体处理单元116、 216和316的反应腔的外侧流体容纳腔28、 128、 228和328中的任何一个的内壁表面(反应表面)上形成微细的不规则结构来增加反应表面的表面积以提高测量灵敏度。另外，可用表面处理剂(偶联剂)来处理具有这些微细不规则结构的反应表面。这种表面处理剂较佳为具有能够将亲水特性赋予反应表面的官能团的化合物，以使反应表面上含例如蛋白质的生物物质的溶液流化以将生物物质均匀地固定在反应表面上。这种官能团可从羟基、氨基、羧基、醛基、环氧基、硫醇基、氯基、溴基、碘基、氰基和异硫氰酸基等官能团中选取。例如，当流体处理单元16由聚碳酸酯(PC)制成时，可将聚硅氨烷等表面处理层(偶联层)形成在外侧流体容纳腔28、 128、 228或328的具有微细不规则结构的反应表面上。
当本较佳实施例中的流体处理单元16以及第一至第三修改例中的流体处理单元116、 216和316中的任何一个由树脂材料制成时，可用作反应腔的外侧流体容纳腔28的内壁表面(反应表面)可通过偶联剂进行处理以实现改性，因此蛋白质能够在反应表面上密集地保持静止。在使用这种偶联剂进行处理前，可在反应表面上形成一层含氧原子的金属化合物或覆层。例如，在将氧化硅覆层施加于树脂制的流体处理单元16、 116、 216和316的外侧流体容纳腔28、 128、 228和328中的任何一个的内壁表面(反应表面)之后，可用硅烷偶
联剂-例如氨丙基三甲氧基硅烷(amin叩ropyl trimethoxysilane)-对
表面进行处理。
下面将充当试样分析单元的流体处理单元的一个例子作为本较佳实施例中的流体处理单元16的一个例子予以说明。
首先，将用5yl/ml的试剂调整稀释缓冲液(50ml的磷酸缓冲液)稀释的100 u 1抗-TNF- a抗体(M303)送至流体处理单元16的注入部26，在25°C
18下保持IO分钟以使捕获(或捕捉)抗体固定在流体处理单元16的内壁上。此
后，将250y 1清洗溶液(PBS-0. 02% Tween20)送至注入部26并随后排出，以将流体处理单元16的内部清洗三遍。
随后，在将220 u 1封闭溶液(PBS-3% BSA)送至注入部26以在4"C下保持16小时以封闭流体处理单元16的内壁后，将封闭溶液排出。
然后，将用5 —200pg/ml的试剂调整稀释缓冲液(PBS-3% BSA)稀释的100 u 1的TNF-a抗体(S-TFNA)送至注入部26以在25。C下保持一小时以使抗原反应(样本反应)。此后，将200yl的清洗溶液(PBS-0. 02% Tween 20)送至注入部26并随后排出，以将流体处理单元16的内部清洗三遍。
接着，将用0. 5 pg/ml的试剂调整稀释缓冲液(PBS-3% BSA)稀释的100"1的生物素标记抗体(用生物素标记的抗体)(M302B)送至注入部26，并在25"下保持一小时以检测抗体反应。之后，将250 u 1的清洗溶液(PBS-O. 02%Tween 20)送至注入部26并随后排出，以将流体处理单元16的内部清洗三遍。
然后，将用试剂调整稀释缓冲液(PBS-3%BSA)稀释的100yl的酶(HRP过氧化物酶链霉抗生物素蛋Q (HRP Peroxidase Str印tavidin) (SA-5004))送至注入部26以在25t:下保持20分钟以引起酶反应。此后，将250 n 1的清洗溶液(PBS-0.02% Tween 20)送至注入部26并随后排出，以将流体处理单元16的内部清洗三遍。
随后，将100 y 1的基质(TMB)送至注入部26以在25。C下保持10分钟以形成基质反应，随后，将100ul的反应停止溶液(IN HC1)送至注入部26以停止反应。随后，用波长为450nm的光沿纵向(垂直方向)照射内侧流体容纳腔30以测量内侧流体容纳腔30中的反应溶液的吸光度。
作为一个比较例，使用与本较佳实施例的流体处理装置10的安装凹部14具有相同形状的基本圆柱形孔来实现相同的测量。
结果发现，在使用本较佳实施例的流体处理单元16的例子中的吸光度是比较例中的吸光度的两倍以上。因此，即使液体量((捕获(或捕捉)抗体、充当样本的抗原、检测抗体等的量)基本等于比较例的液体量，也可大为提高测量强度，并且即使该液体量远小于比较例中的液体量，也能获得与比较例基本相等的测量强度。还发现可使清洗溶液几乎不残留在流体处理单元16中，从而降低背景。
尽管已结合较佳实施例对本发明进行了揭示以利于其更好的理解，然而要理解，本发明可以多种方式具体实现而不脱离本发明的原理。因此，应当将本
发明理解为包括所有可能的实施例和对所示实施例的修改例，这些实施例和修改例可不脱离本发明在所附权利要求书中描述的原理而具体实现。
权利要求
1.一种流体处理单元，包括容器本体，所述容器本体具有在其上端的开口、在其下端的底部，以及从所述底部的上表面的周缘部延伸的侧部，所述容器本体中通过所述底部和所述侧部限定流体容纳部；分隔壁部分，所述分隔壁部分从所述容器本体的底部并沿所述容器本体的侧部延伸，所述分隔壁部分将所述容器本体的流体容纳部分成内侧流体容纳腔和包围所述内侧流体容纳腔的外侧流体容纳腔；以及连通通路，所述连通通路穿过所述分隔壁部分以在所述内侧流体容纳腔和所述外侧流体容纳腔之间建立连通，其中所述容器本体的侧部和所述分隔壁部分之间的距离沿周向变化以在沿所述容器本体的底部的上表面的周缘部延伸的周向上改变施加于容纳在所述外侧流体容纳腔内的液体上的毛细管力。
2. 如权利要求1所述的流体处理单元，其特征在于，所述容器本体的侧部 和所述分隔壁部分之间的所述距离沿周向变化，以使容纳在所述外侧流体容纳 腔中的所述液体藉由毛细管力沿周向流动。
3. 如权利要求1所述的流体处理单元，其特征在于，容纳在所述外侧流体 容纳腔中的所述液体藉由毛细管力沿周向从所述容器本体的侧部和所述分隔 壁部分之间的距离较宽的较宽部流向所述容器本体的侧部和所述分隔壁部分 之间的距离较窄的较窄部。
4. 如权利要求1所述的流体处理单元，其特征在于，所述容器本体的侧部 和所述分隔壁部分之间的所述距离沿垂直于所述周向的方向基本均一。
5. 如权利要求1所述的流体处理单元，其特征在于，所述容器本体的侧部 具有基本圆柱形的内表面，而所述分隔壁部分具有相对所述容器本体的侧部的 内表面沿径向偏心设置的基本圆柱形的外表面。
6. 如权利要求1所述的流体处理单元，其特征在于，所述容器本体的侧部 具有基本圆柱形的内表面，而所述分隔壁部分具有基本椭圆形的圆柱形的外表 面。
7. 如权利要求1所述的流体处理单元，其特征在于，所述连通通路包括穿 过所述分隔壁部分并从所述分隔壁部分的下端延伸至其上端的多个狭缝。
8. 如权利要求7所述的流体处理单元，其特征在于，所述多个狭缝沿所述 周向以规则间隔设置。
9. 如权利要求7所述的流体处理单元，其特征在于，所述多个狭缝基本平 行地设置，且形成吸嘴容纳部以使其穿过所述分隔壁部分以基本平行于所述多 个狭缝地从所述分隔壁部分的下端延伸至其上端，所述吸嘴容纳部能够在其中 容纳吸嘴，所述吸嘴用来吸取沿周向从所述容器本体的侧部和所述分隔壁部分 之间的距离较宽的较宽部流入所述容器本体的侧部和所述分隔壁部分之间的 距离较窄的较窄部的流体。
10. 如权利要求1所述的流体处理单元，其特征在于，当从所述容器本体的 开口送至所述流体容纳部的液体量不大于预定量时，使所述内侧流体容纳腔中 的液体因毛细现象进入所述外侧流体容纳腔，同时防止其进入所述内侧流体容 纳腔，并且当从所述容器本体的开口送至所述流体容纳部的液体量超过所述预 定量时，使所述外侧流体容纳腔中的液体可进入所述内侧流体容纳腔。
11. 如权利要求IO所述的流体处理单元，其特征在于，当从所述容器本体 的开口送至所述流体容纳部的流体量不大于所述预定量时，所述内侧流体容纳 腔中的大部分液体进入所述外侧流体容纳腔。
12. 如权利要求1所述的流体处理单元，其特征在于，当从所述容器本体的 开口送至所述流体容纳部的液体量不大于预定量时，通过施加于所述内侧流体 容纳腔中的毛细管力和施加于所述外侧流体容纳腔中的毛细管力之间的差，所 述连通通路使所述内侧流体容纳腔中的液体进入所述外侧流体容纳腔，同时防 止所述外侧流体容纳腔中的液体进入所述内侧流体容纳腔。
13. 如权利要求12所述的流体处理单元，其特征在于，施加于所述外侧流 体容纳腔中的所述毛细管力大于施加于所述内侧流体容纳腔中的所述毛细管 力。
14. 如权利要求1所述的流体处理单元，其特征在于，所述分隔壁部分的高 度低于所述容器本体的侧部的高度。
15. 如权利要求1所述的流体处理单元，其特征在于，所述外侧流体容纳腔的底部随着与所述内侧流体容纳腔的距离减小而向下倾斜。
16. 如权利要求1所述的流体处理单元，其特征在于，所述外侧流体容纳腔 的底部的最低部的高度基本等于所述内侧流体容纳腔的底部的高度。
17. 如权利要求1所述的流体处理单元，其特征在于，所述每个狭缝在所述 内侧流体容纳腔侧的宽度大于所述外侧流体容纳腔侧的宽度。
18. 如权利要求1所述的流体处理单元，其特征在于，所述流体处理单元是 一体成型的。
19. 一种流体处理装置，包括 装置本体；设置在所述装置本体上的多个流体处理单元；其中所述多个流体处理单元中的每一个是如权利要求1所述的流体处理单元。
20. 如权利要求19所述的流体处理装置，其特征在于，所述多个流体处理 单元在所述装置本体上设置成矩阵。
21. 如权利要求19所述的流体处理装置，其特征在于，所述多个流体处理 单元连同所述装置本体是一体成型的。
22. 如权利要求19所述的流体处理装置，其特征在于，所述装置本体包括 框体和基本平行地设置在所述框体上的多个支承件，且所述多个流体处理单元以规则间隔成排地设置在每个所述支承件上。
23. 如权利要求22所述的流体处理装置，其特征在于，所述多个流体处理 单元连同每个所述支承件是一体成型的。
全文摘要
一种流体处理单元(16)，包括设置在外侧小直径圆柱部分(16b)中以相对外侧小直径圆柱部分(16b)偏心的内侧圆柱部分(16c)以及建立内侧流体容纳腔(30)和外侧流体容纳腔(28)之间的连通的多个狭缝(16d)。当送入的液体量不大于预定量时，内侧流体容纳腔(30)中的大部分液体进入外侧流体容纳腔(28)，在外侧流体容纳腔中液面高度沿周向变化。当送入的液体量超过预定量时，外侧流体容纳腔(28)中的液体进入内侧流体容纳腔(30)。
文档编号G01N33/543GK101551400SQ20091013315
公开日2009年10月7日 申请日期2009年4月7日 优先权日2008年4月4日
发明者山田恭平, 池谷聪, 河原纪之 申请人:株式会社恩普乐