具有计量室的用于分析生物样品的旋转筒的制作方法

本发明涉及用于生物样品的分析测试装置，尤其涉及用于执行生物样品的测量的旋转筒的设计和使用。

背景技术：

在医学分析领域中已知两类分析系统：湿法分析系统、以及干化学分析系统。湿法分析系统基本上使用“湿试剂”（液体试剂）来操作，湿法分析系统经由多个需要步骤来执行分析，诸如，例如，将样品和试剂提供到试剂器皿中，使样品与试剂在试剂器皿中混合在一起，并且针对测量变量特性对混合物进行测量和分析以便提供预期分析结果（分析结果）。这些步骤通常是使用在技术上复杂的在生产线上操作的大型分析仪器来执行，这些分析仪器允许参与元件进行多方面移动。这类分析系统通常用在大型医学分析实验室中。

另一方面，干化学分析系统通过使用“干试剂”来操作，其通常集成在测试元件中并且作为例如“测试条”来实施。当使用这些干化学分析系统时，液体样品将试剂溶解在测试元件中，并且样品与溶解后的试剂的反应导致测量变量改变，这可以在测试元件本身上进行测量。最重要的是，可光学分析的（尤其是色度）分析系统在这种类别中是典型的，其中，测量变量是颜色变化或者其它可光学测量的变量。电化学系统在这种类别中也是典型的，其中，可以使用设在测量区中的电极来在测试元件的测量区中测量分析的电气测量变量特性，尤其是施加确定电压时的电流。

干化学分析系统的分析仪器通常较紧凑，并且某些分析仪器是便携的且以电池供电。例如，该系统由住院医师用于对医院的病房进行分散式分析，并且在患者本人监测医学分析参数期间用于所谓的“家庭监测”（尤其是糖尿病患者进行血糖分析或者华法令（warfarin）患者进行凝血状态监测）。

在湿法分析系统中，高性能分析仪器允许执行更为复杂的多步骤反应过程（“测试协定”）。例如，免疫化学分析通常需要多步骤反应过程，在该多步骤反应过程中，需要进行“结合/自由分离”（下文称为“b/f分离”），即，结合相和自由相的分离。例如，根据一个测试协定，探针可以首先运输通过多孔固体基体，该多孔固体基体包括用于分析物的特定结合试剂。随后可以使标记试剂流过多孔基体，以便对结合分析物进行标记并且允许对其进行检测。为了实现精确分析，必须执行清洗步骤，其中，未结合的标记试剂完全移除。已知用于确定多方面分析物的多个测试协定，该多方面分析物在许多方面上均不同但却共有如下特征，即，其需要具有多个反应步骤的复杂处理，尤其也可能需要进行b/f分离。

测试条和类似分析元件通常不允许进行受控的多步骤反应过程。已知类似于测试条的测试元件，该测试元件允许进一步的功能，除了供应干燥形式的试剂之外，诸如，从全血分离出红血球。然而，其通常不允许对单个反应步骤的时间顺序进行精确控制。湿化学实验室系统提供这些能力，但对于许多应用来说，湿化学实验室系统都太大、成本太高、并且处理太复杂。

为了减小这些差别，建议的是分析系统使用如下测试元件来进行操作：该测试元件（“可控制测试元件”）的实施方式使得其中出现至少一个外部控制（即，使用在测试元件本身外部的元件）液体运输步骤。该外部控制可以是基于压力差（超压或者低压）的施加或者基于力作用的改变（例如，通过测试元件的高度改变或者通过加速力引起的重力作用方向的改变）。外部控制尤其是经常通过离心力来执行，该离心力根据旋转的速度而作用在旋转测试元件上。

具有可控制测试元件的分析系统是已知的并且通常具有：包括尺寸稳定的塑料材料的壳体和由壳体封闭的样品分析通道，该样品分析通道通常包括一系列多个通道部段以及与位于其间的通道部段相比膨胀的室。具有其通道部段和室的样品分析通道的结构是通过对塑料部件形成轮廓来限定。该形成轮廓能够通过注塑成型技术或者热冲压来生成。然而，近来越来越多地使用通过光刻方法生成的显微结构。

具有可控制测试元件的分析系统允许仅能够使用大型实验室系统执行的测试微型化。此外，其通过重复地应用相同的结构来使步骤并行化，以对来自一个样品的类似分析和/或来自不同样品的相同分析进行并行处理。进一步的优点在于：测试元件通常可以使用已确定的生产方法来生产并且其也可以使用已知的分析方法来测量和分析。

已知的方法和产品也可以用在这种测试元件的化学和生物化学部件中。

尽管有这些优点，但仍需要进一步的改进。尤其，使用可控制测试元件进行操作的分析系统仍然太大。对于许多预期应用来说，可能的最为紧凑的尺寸具有极大的实践意义。

美国专利US 8,114,351 B2公开了一种用于对分析物的体液样品进行分析的分析系统。该分析系统提供测试元件和具有定量站和测量站的分析仪器。该测试元件具有壳体以及由壳体封闭的（至少）一个样品分析通道。该测试元件可围绕延伸通过测试元件的旋转轴线旋转。

美国专利8,470,588 B2公开了一种测试元件和一种用于检测分析物的方法。该测试元件基本上是盘状和平坦的，并且可以围绕垂直于盘状测试元件的平面的优选中心轴线而旋转。

Kim、Tae-Hyeong等人的“Flow-enhanced electrochemical immunosensors on centrifugal microfluidic platforms.”Lab on a Chip杂志，13.18（2013）：3747-3754页，doi：10.1039/c3lc50374g（下文称为“Kim等人”）公开了一种完全集成离心微流体装置，该完全集成离心微流体装置具有的特征用于经由基于珠的酶联免疫吸附剂化验以及流动增强电化学检测来从生物样品捕获目标抗原。这集成到离心微流体盘（也称为“盘上实验室”或者微流体CD）中。

Martinez-Duarte、Rodrigo等人的“The integration of 3D carbon-electrode dielectrophoresis on a CD-like centrifugal microfluidic platform.”，Lab on a Chip杂志，10.8（2010）：1030-1043页，doi：10.1039/B925456K（下文称为“Martinez-Duarte等人”）公开了一种具有基于高密度磁盘（CD）的离心平台的双向电泳（DEP）辅助过滤器。3D碳电极是使用C-MEMS技术来制作并且用于实施DEP-激活的有源过滤器以便捕获相关粒子。

欧洲专利申请公开第EP 2 302 396 A1公开了一种分析装置，该分析装置包括：操作凹腔，该操作凹腔在旋转驱动的周向方向上邻近保持样品液体的第一储备凹腔；连接部段，该连接部段设在第一储备凹腔的侧壁上以便通过毛细管力来抽吸样品流体并且将该样品流体转移至操作凹腔；以及第二储备凹腔，该第二储备凹腔在旋转驱动的周向方向上设置在操作凹腔的外部并且通过连接通路与操作凹腔的最外部位置连通。连接部段周向地延伸为远于保持在第一储备凹腔中的样品液体的液面。

美国专利申请公开第US 2009/0246082号公开了一种分析装置，该分析装置包括：分离室，该分离室用于将样品溶液分离为溶液组分和固体组分；保持通道，该保持通道用于保持预定量的分离固体组分；混合室，该混合室连接至保持室；溢流通道，该溢流通道连接在保持通道与分离室之间；样品溢流室，分离室中剩余的样品溶液排放到该样品溢流室中；以及结合通道，该结合通道使分离室与样品溢流室连接。在分离溶液组分优先通过毛细管力填充溢流通道之后，经由溢流通道将分离固体组分转移至保持通道，并且对预定量的固体组分进行测量。通过离心力将保持通道中的固体组分转移至混合通道，并且同时，通过结合通道的虹吸效应将分离室中剩余的样品溶液排放至样品溢流室。

技术实现要素：

本发明提供一种用于使用筒在经处理的生物样品上执行测量的方法、一种用于自动分析仪的筒、以及在独立权利要求中的自动分析仪。从属权利要求中给出了实施例。

在一个方面中，本发明提供一种用于使用筒来执行对经处理的生物样品的测量的方法。

本文所使用的筒还涵盖用于将生物样品处理为经处理的生物样品的任何测试元件。该筒可以包括使得能够在生物样品上执行测量的结构或者部件。筒是一种测试元件，如在美国专利8,114,351 B2和8,470,588 B2中所定义和解释的。如本文所使用的筒也可以指离心微流体盘，也称为“盘上实验室”或者微流体CD。

如本文所使用的生物样品涵盖如从取自微生物的样品上衍生出的、拷贝的、复制的、或者重新生产的化学产品。

该筒可操作用于围绕旋转轴线转动。该筒包括等分室。该筒进一步包括计量室。该筒进一步包括用于使计量室与等分室连接的连接导管。该连接导管包括在等分室中的导管入口。该连接导管进一步包括在计量室中的导管出口。围绕或者绘制为围绕旋转轴线的圆形圆弧将穿过该导管入口和该导管出口。等效的陈述可以是连接导管出口和导管入口粗略或者大约与旋转轴线等距。

筒进一步包括下游流体元件。该下游流体元件经由阀连接至计量室。下游流体元件在计量室的下游。存在从计量室流向下游流体元件的流体。

筒进一步包括用于将生物样品处理为经处理的生物样品的流体结构。该流体结构包括下游流体元件。该下游流体元件流体地连接至流体结构。下游流体元件是流体结构的部件或者部分。流体结构包括使得能够对经处理的生物样品进行测量的测量结构。流体结构构造为接纳生物样品。例如，筒可以具有入口容器，该入口容器适应于接纳生物样品。

该方法包括将生物样品放置到流体结构中的步骤。该方法进一步包括如下步骤：控制筒的旋转速率以便使用流体结构来将生物样品处理为经处理的生物样品。该方法进一步包括：用流体来填充等分室。在一些示例中，等分室具有例如使用移液管或者其它分配器来直接向其添加的流体。在其它实施例中，具有开口到等分室中的储器。在其它实施例中，筒内可以存在包含流体的另一容器或者储器，并且然后清空该流体或者将其分配到等分室中。该方法进一步包括如下步骤：降低筒的旋转速率以便允许或者迫使等分室中的流体流到连接导管中并且第一次填充计量室。筒的旋转速率的降低可以导致流体在等分室内移动。例如，流体的快速减速可以用于使流体在连接导管的方向上飞溅。

该方法进一步包括：增加筒的旋转速率以便将来自计量室的流体的第一部分转移通过阀并且将第一剩余部分转移回到等分室中。在一些示例中，可以通过毛细管力将流体抽取到计量室中。旋转速率的降低可以导致流体针对连接导管飞溅或者移动，并且毛细管力然后可以填充计量室。使筒的旋转速率增加以便转移流体的第一部分也可以具有如下效果：消除将流体抽取到计量室中的任何毛细管力。

该方法进一步包括如下步骤：降低筒的旋转速率以便允许或者迫使储器中的流体流到计量室中并且第二次填充计量室。这是对第二步至最后一步的重复。该方法进一步包括：增加筒的旋转速率以便将来自计量室的流体的第二部分转移通过阀并且将第二剩余部分转移回到等分室中。该步骤和随后的步骤表明：计量室和等分室可以用于多次填充和清空计量室并且从而多次向下游流体元件提供流体部分。

最后，该方法包括：使用测量结构和使用测量系统来执行测量。该方法可以具有如下优点：可以多次将流体从等分室转移至下游流体元件。在一些示例中，测量是光学测量。测量可以包括但不限于：光度计传输测量、光散射的测量、化学发光、荧光、以及电化学发光（ECL）测量。

在一些示例中，流体的第一部分和流体的第二部分具有相同容积。在其它实施例中，第一剩余部分和第二剩余部分均具有相同容积。

应注意，上面描述的等分室和计量室可以用于多次分配流体的一部分。

在一个示例中，等分室具有大约2.5 mm的深度和4.0 mm的宽度。径向方向（朝着旋转轴线）上的高度可以是7 mm。

在一个示例中，计量室可以具有0.8 mm的深度和3.5 mm的宽度。没有膨胀室的情况下，高度可以为大约7.0 mm。

在另一个实施例中，计量室具有侧壁和中心区。该侧壁远离该中心区逐渐变小。计量室的侧壁旁边的毛细管作用大于计量室的中心区中的毛细管作用。

在另一个实施例中，筒进一步包括通风孔，该通风孔连接至计量室。该通风孔比计量室更接近旋转轴线。例如，通风孔可以连接为使得气体能够进入或者退出计量室。这可以使得流体能够进入或者退出计量室。

在另一个实施例中，筒进一步包括具有通风孔的膨胀室。该膨胀室连接至计量室。计量室中的毛细管作用大于膨胀室中的毛细管作用。膨胀室比计量室更接近旋转轴线。

在另一个实施例中，计量室与膨胀室之间的接口形成为毛细管阀或者毛细管止动阀。在该实施例中，计量室的截面朝着膨胀室的较大截面阶梯状地增加。因此，如果没有施加附加力，则流体不会从计量室流到膨胀室中。

膨胀室比计量室更接近旋转轴线。

如本文所使用的毛细管作用也可以指毛细管现象、毛细管运动、毛细作用、或者毛细管力。毛细管作用是指：液体在没有像重力或者离心力的外力的辅助下在狭窄空间中流动的能力。

毛细管作用是由液体与邻近固体表面之间的分子间作用力引起的。液体与邻近固体表面之间的粘合力可以用于抵消重力或者其它外力。在一些情况下，可以通过减小邻近固体表面之间的距离来增加毛细管作用。

该实施例可以具有如下优点：填充计量室时，首先在环绕中心区的侧壁处进行填充并且然后在中心区进行填充。这是以一种可预测和可控制的方式来填充计量室，这降低了气泡形成或者粘附的可能性。

气泡的形成会防止大多数微流体结构用于多于一次地分配计量的流体量。例如，专利申请US 2009/0246082 A1教导了气孔的使用，气孔定位在溢流室或者通道中的多个位置处。例如，见US 2009/0246082 A1的图3、图4和图5。图5（a）的室13本质上是虹吸管。然而，在如图5（a）中描绘的虹吸管的弯曲处的气孔的定位不能够使得按照如下方式进行流体的可重复等分：使得具有带有如上文所描述的侧壁和中心区的计量室。下文对该潜在优点进行了更加详细地描述。

类似地，EP 2302396 A1中描述的等分结构使得能够将流体并行分为多个等分，但也使用通风结构，该通风结构仅仅在最接近旋转轴线的位置处才让空气进入。例如，见EP 2302396 A1的图55以及伴随文本。附图中示出的结构的特征在于较长毛细管通道，需要用流体来填充该较长毛细管通道。该通道的特征在于多个通风孔以及到下游室的连接件。

在EP 2302396 A1的图42中，虹吸管215b使室210b与另一个室209c连接。由于存在气泡形成的风险，所以将通风孔放置在虹吸管215b的最接近旋转轴线107的点处不能使得每次都可靠地等分相同的流体量。EP 2302396中示出的结构具有如下缺点：在第二等分步骤中再次填充这种结构是非常不可靠的。为了进行第二等分步骤，必须再次填充毛细管。由于毛细管的壁仍是润湿的，所以填充过程与第一等分步骤的初始填充过程不同。流体沿着通道壁比沿着通道中心移动地快得多。由于通道直径较小，所以在一个通道壁上前进的流体通常与在其它通道壁上的流体接触。这使得形成气泡，气泡会堵塞通道。如果进行等分的是具有低表面张力的流体（例如，清洗缓冲剂），则该影响会极大地增加。气泡形成的可能性随着待填充的毛细管的长度而上升。

进行的实验显示，较长毛细管不可以可靠地用于进行重复等分步骤。构造了具有单个较长毛细管和接近弯曲处的通风孔的结构。在测试期间，当试图进行第二次等分液体时，气泡始终堵塞通风孔。

本实施例可以具有进一步的优点，使得能够进行连续且精确的等分步骤。在该结构中，可以完全避免具有四个壁的“闭合”毛细管。在一些示例中，由于通过用负加速度使盘停止旋转而引起流体的惯性，所以流体可以穿过第二导管并且到达计量室。在一些示例中，第二导管不用作毛细管。在一些实施例中，由于毛细管力以及由惯性引起的力，所以流体可以穿过第二导管并且到达计量室。在计量室中，由于侧壁的毛细管作用高于中心区，所以侧壁可以用作外壁处的用于引导流体的引导结构。在已经填充了侧壁之后，计量室的中心部分也可以通过毛细管力来填充。引导结构的特征在于“开口”毛细管结构，该“开口”毛细管结构包括三个壁，该三个壁防止气泡形成或者粘附。计量室的最靠近旋转轴线的边缘与膨胀室毗连。在一些示例中，计量室的中心部分在其整个宽度上与膨胀室毗连。这可以避免或者减小在计量室中形成气泡的风险，这可以使得能够使用相同微流体结构来精确地计量且可靠地填充计量室以在随后进行多次等分。

该结构使得能够在8/8测试盘中对三个等分进行连续等分。

除了上面描述的潜在优点之外，US 2009/0246082中的流体结构在与本实施例相比时具有附加缺点。溢流室15（见US 2009/0246082的图5（c））用于维持和保持多余流体，这与本实施例形成对照。多余流体将陷在溢流室15中。在本实施例中，可以能够将等分室中的流体转移至计量室。

在另一个实施例中，筒的旋转方向是：该旋转方向首先穿过等分室然后穿过计量室。这具有如下效果：当筒减速时，迫使流体向上到连接导管。

在另一个实施例中，连接导管是漏斗，该漏斗用于将流体从等分室汇集至计量室。

在另一个实施例中，当执行方法时，筒的旋转轴线是垂直的。

在另一个实施例中，计量室的侧壁与膨胀室毗连。

在另一个实施例中，侧壁具有最靠近旋转轴线的区域，其中，该区域与膨胀室毗连并且开口到膨胀室中。

在另一个实施例中，计量室的中心区与膨胀室毗连。

在另一个实施例中，中心区具有最靠近旋转轴线的区域，其中，该区域与膨胀室毗连并且开口到膨胀室中。

在另一个实施例中，测量室具有处于计量室与膨胀室之间的边界。该边界的长度是阀的宽度的至少5倍。

在另一个实施例中，阀是毛细管阀或者毛细管止动阀。

如本文所使用的毛细管阀或者毛细管止动阀是如下阀或者结构：该阀或者结构使用流体的毛细管力来防止流体流过毛细管止动阀。例如，具有足够小的直径的管会将流体抽取到其中并且毛细管力会防止流体流出该管。对于该管的情况，管的入口和出口用作毛细管止动阀。在一些示例中，导管出口本身也具有足够小的尺寸（与邻近流体结构和室相比）使得导管出口用作毛细管止动件。

在另一个实施例中，阀是能够打开和重新密封的微型阀。例如，可以使用具有嵌入的微型加热器的石蜡基阀。

在另一个示例中，微型阀可以是基于铁磁流体的阀，诸如，Park等人在如下文章中所描述的：“Multifunctional Microvalves Control by Optical Illumination on Nanoheaters and Its Application in Centrifugal Microfluidic Devices”，Lap Chip杂志，2007年，第7卷，第557-564页。

在另一个实施例中，流体结构是微流体结构。

在另一个实施例中，增加筒的旋转速率以便将来自计量室的流体的第一部分转移通过阀的步骤包括：将筒的旋转速率增加至第一旋转速率以便将流体的剩余部分转移回到等分室，并且将筒的旋转速率增加至第二旋转速率以便将来自计量室的流体的第一部分转移通过阀。当筒在第一旋转速率下以更高的速率旋转时，离心力变得大于将流体抽取到计量室中的任何毛细管力。然后，流体被迫使出计量室直到流体液面等于导管出口的最低液面。然后增加至第二旋转速率，迫使流体通过阀。在一些实例中，阀是打开的。例如，如果使用的是铁磁流体或者石蜡基微型阀。

该实施例可以具有如下好处：使分配到下游流体元件的流体的准确性增加。作为该实施例的替代方式，筒仅仅以快到足以迫使流体通过阀的速率进行旋转。如果使用第一旋转速率和第二旋转速率的话，则这可以使得将该流体量转移至下游流体元件。在另一个替代方式中，如果阀是可控制地密封或者可打开的微型阀，则筒可以以旋转速率来运转而迫使流体的剩余部分回到等分室中。在这完成之后，然后打开微型阀，并且旋转将来自计量室的流体迫使到下游流体元件中。作为替代方式，可以能够用可重复使用的虹吸管来代替微型阀。

在另一个实施例中，增加筒的旋转速率以便将来自计量室的流体的第二部分转移通过阀的步骤包括：将筒的旋转速率增加至第一旋转速率以便将流体的剩余部分转移回到等分室，并且将筒的旋转速率增加至第二旋转速率以便将来自计量室的流体的第二部分转移通过阀。

在另一个实施例中，筒进一步包括用于接纳流体的流体室。筒进一步包括使流体室与等分室连接的流体室导管。填充等分室包括：用流体来填充流体室。填充等分室进一步包括：控制筒的旋转速率以便经由流体室导管将来自流体室的流体运输至等分室。

在另一个方面中，本发明提供一种用于自动分析仪的筒。该筒可操作用于围绕旋转轴线转动。该筒包括等分室。该筒进一步包括计量室。该筒进一步包括用于使计量室与等分室连接的连接导管。该连接导管包括在等分室中的导管入口。该连接导管进一步包括在计量室中的导管出口。围绕旋转轴线的圆形圆弧穿过该导管入口和该导管出口两者。筒进一步包括下游流体元件。该下游流体元件经由阀连接至计量室。筒进一步包括用于将生物样品处理为经处理的生物样品的流体结构。该流体结构包括下游流体元件。该下游流体元件流体地连接至流体结构。流体结构包括使得能够对经处理的生物样品进行测量的测量结构。流体结构构造为接纳生物样品。

在另一个实施例中，筒进一步包括过量流体室，该过量流体室经由流体连接件连接至等分室。该流体连接件包括流体连接入口。该流体连接入口比穿过导管入口和导管出口的圆形圆弧更加远离旋转轴线。流体连接入口设定等分室中的流体的最大液面。对流体连接入口比穿过导管入口和导管出口的圆形圆弧更加远离旋转轴线的陈述等于如下陈述：导管入口在等分室的最大流体液面上方。当筒以足够大的旋转速率旋转时，离心力将使流体保持在等分室中并且最大液面将由流体连接入口设定。旋转速率的降低可以使得流体的惯性使流体朝着导管入口移动。这然后可以使得流体转移至计量室。

在另一个实施例中，等分室具有下部分和上部分。该下部分比该上部分更加远离旋转轴线。下部分的截面轮廓远离上部分逐渐变小。在实施例中，下部分由导管入口以及其进入到等分室中的入口来限定。使下部分远离上部分逐渐变小意味着：当与旋转轴线相距的距离增加时，下部分变得更窄。该变窄或者逐渐变小可以用于使下部分中的毛细管力增加。下部分还可以向上延伸至连接导管。这可以为毛细管力提供路线以朝着计量室引导流体。

在另一个实施例中，下部分可操作用于使用毛细管作用来使得流体流到连接导管中。该逐渐变小可以引起毛细管力。这可以用于将流体引导至连接导管并且因此最终引导至计量室。

在另一个实施例中，连接导管可操作用于使用惯性和毛细管力来使得流体从等分室流到计量室。

在另一个实施例中，等分室具有侧壁。位于计量室旁边的侧壁可以具有锥形轮廓以便产生毛细管力，该毛细管力将流体抽吸或者抽取到该面积中并且辅助将流体运输至连接导管以及因此运输至计量室。

在另一个实施例中，计量室具有计量室表面。该计量室表面的一部分是圆形的。

在另一个实施例中，计量室的整个表面是圆形的。使计量表面的表面呈圆形可以是有利的，以便不存在尖锐角部。这可以有助于有效地将流体转移至计量室并且完全填充计量室。例如，角部或者具有狭窄面积的其它这种面积可以陷住气泡。具有在计量室中陷住的气泡将使计量室能够转移的容积发生有效地改变。具有不同量的气泡或者在不同时间具有不同容积的气泡可能使得由计量室转移至下游流体元件的流体量不一致。而在计量室内使用这些平滑表面会减小气泡的可能性，因此使得流体更加一致地转移至下游流体元件。

在另一个实施例中，计量室具有侧壁和中心区。

该侧壁远离该中心区逐渐变小。使侧壁远离中心区逐渐变小可以使得接近侧壁的毛细管作用大于在中心区面积中的毛细管作用。这可以使得首先用流体填充侧壁，并且这可以减小在计量室中气泡形成或者粘附的可能性。

在其它实施例中，计量室具有侧壁。计量室的轮廓朝着侧壁逐渐变小。

在另一个实施例中，计量室的侧壁旁边的毛细管作用大于计量室的中心区中的毛细管作用。这可以使得侧壁在中心区之前填充有流体。

在另一个实施例中，侧壁可操作用于在中心区之前填充有流体，以便防止在计量室中形成和/或粘附气泡。

在另一个实施例中，计量室可操作用于使用毛细管作用来使流体填充计量室。

在另一个实施例中，连接导管可操作用于使用毛细管作用来使得流体从等分室流到计量室。

例如，连接导管可以具有0.5 mm的深度以及在径向方向上1 mm的宽度。该深度也可以是大于0.2 mm。该宽度也可以是大于0.2 mm。

在另一个实施例中，计量室中的毛细管作用大于连接导管中的毛细管作用。

在另一个实施例中，连接导管中的毛细管作用高于等分室中的（尤其是等分室的下部分中的）毛细管作用。

在另一个实施例中，连接导管中的毛细管作用高于等分室的下部分中的毛细管作用，并且等分室的下部分中的毛细管作用高于等分室的上部分中的毛细管作用。

在另一个实施例中，筒进一步包括具有通风孔的膨胀室。该膨胀室流体地连接至计量室。计量室中的毛细管作用大于膨胀室中的毛细管作用。膨胀室比计量室更接近旋转轴线。这种膨胀室的使用可以允许空气均匀地退出计量室。这可以进一步减小在计量室中气泡形成或者粘附的可能性。

在另一个实施例中，计量室具有上边缘或者表面。该上边缘或者表面是计量室的边界，该边界比计量室的其余部分更靠近旋转轴线。在该实施例中，计量室的整个上部段或者边界可以开口到膨胀室中。这可以进一步减小在填充计量室时气泡形成或者粘附的可能性。

在另一个实施例中，筒进一步包括用于接纳流体的流体室。筒进一步包括使流体室与等分室连接的流体室导管。

在另一个实施例中，筒进一步包括填充有流体的储器。该储器构造为打开且将流体转移至流体室。筒可以具有例如储器打开元件，该储器打开元件可以用于打开该储器。还可以可能的是，可使用致动器来致动或者激活该储器打开元件。例如，自动分析仪可以具有使得储器或者附接至其的机构致动的装置，以便打开储器从而允许包含在储器中的流体进入到流体室中。

例如，储器可以由可移除或者可刺穿密封件来密封，该可移除或者可刺穿密封件可以是例如薄膜或者箔。例如，可以将一小片金属箔或者薄塑料膜用作可刺穿密封件。流体室或者筒的另一部件可以具有用于打开可刺穿密封件的刺穿结构。该刺穿结构可以是能够刺穿特定可刺穿密封件的任何结构，并且例如可以是销、矛、或者尖锐边缘。在其它示例中，可移除密封件可以能够被剥离以便打开储器。

在另一个实施例中，流体室或者连接至该流体室的流体接纳结构构造为接纳定量针，该定量针用于将流体分配至流体室。例如，这可以手动地执行，或者，自动分析仪可以具有定量针，该定量针自动地将流体分配至流体室或者流体接纳结构。

在另一个实施例中，流体是如下中的任何一种：分散质、包括纳米颗粒的流体、包括血型分型试剂的流体、包括免疫试剂的流体、包括抗体的流体、包括酶的流体、包括用于酶反应的一种或者多种基质的流体、包括荧光发射分子的流体、包括用于测量免疫化学反应的分子的流体、包括用于测量核酸反应的分子的流体、包括重组蛋白质的流体、包括病毒分离物的流体、包括病毒的流体、包括生物试剂的流体、溶剂、稀释液、缓冲剂、包括蛋白质的流体、包括盐的流体、清洁剂、包括包含核酸的流体的流体、包括酸的流体、包括碱的流体、水溶液、非水溶液、以及其组合。

在另一个实施例中，测量结构包括两个或者更多个电极和/或光学测量结构。测量系统包括用于进行电气测量的系统。测量系统包括用于进行光学测量的系统。

在一些实施例中，光学测量结构可以是透明结构或者光学透明结构。测量系统包括光学测量系统。

在一些示例中，光学透明可以包括近红外线或者近紫外线。在其它示例中，光学透明可能排除近红外线或者近紫外线。

一些示例可以具有带有透明结构的测量结构以及用于更为复杂的测试的电极两者。例如，测量结构可以是用于进行电化学发光测试的结构，其中，电极在样品中引起光激励。

在其它示例中，测量结构包括两个或者更多个电极以对经处理的生物样品进行电气测量或者ECL测量。例如，可以将Martinez-Duarte等人或者Kim等人的测量结构并入到筒中。

示例也可以仅仅具有电极。例如，在电化学检测结构中，电极可以用于测量由于酶反应引起的电流。

在实施例的方面中，本发明提供一种构造为容置根据实施例的筒的自动分析仪。该自动分析仪包括：筒转动器、测量系统、以及构造为控制自动分析仪的控制器。筒转动器可以适应于使筒围绕旋转轴线转动。

控制器构造为或者编程为控制筒转动器以控制筒的旋转速率以便使用流体结构来将生物样品处理为经处理的生物样品。这可以涉及使筒以不同的速率旋转不同的时间量，以便使用流体结构将生物样品处理为经处理的生物样品。控制器进一步构造为或者编程为控制筒转动器以降低筒的旋转速率以便将储器中的流体迫使到连接导管中并且第一次填充计量室。控制器进一步构造为或者编程为控制筒转动器以增加筒的旋转速率以便将来自计量室的流体的第一部分转移通过阀并且将第一剩余部分转移回到等分室中。

控制器进一步构造为或者编程为控制筒转动器以降低筒的旋转速率以便将储器中的流体迫使到连接导管中并且第二次填充计量室。控制器进一步构造为或者编程为控制筒转动器以增加筒的旋转速率以便将来自计量室的流体的第二部分转移通过阀并且将第二剩余部分转移回到等分室中。控制器进一步构造为或者编程为控制测量系统以便使用测量结构和使用测量系统来执行测量。

应理解，本发明的一个或多个上述实施例可以进行组合，只要所组合的实施例不会互相排斥。

附图说明

下文参照附图仅仅通过示例的方式对本发明的实施例进行了更加详细地解释，在附图中：

图1示出了用于执行流体的多次等分的流体元件；

图2示出了计量室的截面图；

图3示出了包含图1的流体元件的筒的示例；

图4示出了用于使用图1的流体元件来执行分配流体的方法的一部分；

图5进一步示出了用于使用图1的流体元件来执行分配流体的方法的一部分；

图6进一步示出了用于使用图1的流体元件来执行分配流体的方法的一部分；

图7进一步示出了用于使用图1的流体元件来执行分配流体的方法的一部分；

图8进一步示出了用于使用图1的流体元件来执行分配流体的方法的一部分；

图9进一步示出了用于使用图1的流体元件来执行分配流体的方法的一部分；

图10进一步示出了用于使用图1的流体元件来执行分配流体的方法的一部分；

图11示出了自动分析仪的示例；以及

图12示出了流程图，该流程图示出了用于操作图11的自动分析仪的方法。

具体实施方式

在这些附图中，相同标记的元件是等效元件或执行相同的功能。如果功能相等，则前面已经讨论过的元件不必再在后面的附图中进行讨论。

对于异构免疫化验，通常需要清洗缓冲剂来执行分离或者清洗步骤以便增加测试灵敏度和再现性。对于临床化学测试，通常需要缓冲剂来进行样品稀释或者生物化学反应。根据Richtlinie der Bundesärztekammer（RiliBÄK）针对护理点（POC）一次性用品的指南，必须将所有液体试剂预储存在一次性用品上。被释放的流体容积通常是从该预储存容器一次释放出来。如果需要将流体容积分为多个等分，则需要复杂的耗费空间微流体结构。该耗费空间通常会阻碍将用于面板的并行微流体结构实施到微流体一次性用品中。

进一步地，通常用于圆盘格式一次性用品的阀，比如，虹吸管、几何阀或者疏水阀，可以仅仅使用一次，或者虹吸管的特定变体可以使用多次，但使互连室中的流体容积完全转移通过该阀，而不存在将该容积分为多个等分的可能性。因此，使用最新型的阀不能够将来自预储存容量的流体容积释放到以虹吸管阀为特征的微流体凹腔中并且将该容积分为多个等分。

几何阀的缺点在于：不能够对具有减小的表面张力的流体进行控制。这对于清洗缓冲剂而言尤其如此。

使用疏水阀的缺点在于：不能够对具有减小的表面张力的流体进行控制。这对于清洗缓冲剂而言尤其如此。疏水阀还具有如下缺点：其仅仅可以使用一次。

最新型的虹吸管的缺点在于：最新型的虹吸管仅仅可以填充一次。在虹吸管已经使用过之后剩余在虹吸管中的气泡会阻止虹吸管的第二次填充。进一步地，虹吸管会将位于虹吸管的径向内部的全部流体容积从上游室转移到下游流体元件中。

图1示出了多个流体部件100。该流体部件100是构成圆盘的流体部件的一部分。具有标记为102的旋转轴线。同样在图中示出的是流体室104的一部分。该流体室设计用于接纳流体或者具有经由流体室导管106来提供流体的储器，该流体室导管106通向等分室108。在该示例中，等分室108成形良好。具有连接导管110，该连接导管110使等分室108与计量室112连接。连接导管110具有导管入口114和导管出口116。导管入口114通向等分室108并且导管出口116通向计量室112。围绕旋转轴线102绘制的圆形圆弧118穿过导管入口114和导管出口116两者。计量室112经由管120连接至下游流体元件122。在该示例中，在导管120与计量室112之间具有阀121。在该示例中，阀121是毛细管阀。

阀121可以按照不同的方式来实施。在一些替代方式中，管120可以用作毛细管阀。替代地，可以将阀放置在元件120与122之间。在其它实施例中，可以在相同位置中连接导管并且代替地可以使用可控制的微型阀。可以将可控制的微型阀放置在计量室112与管120之间或者在管120与下游流体元件122之间。

可选膨胀室124示出为与计量室112的上边缘126毗连。具有通风孔128，该通风孔128使膨胀室124通风。计量室112与膨胀室124之间的整个边界都是打开的。这可以有助于减小在计量室112中形成气泡的可能性。在一些示例中，膨胀室124可以具有大于计量室112的厚度的厚度。然后可以使用毛细管力来将流体保持在计量室112中。标记为130和A-A的虚线示出了计量室112的截面图的位置。该截面图在图2中示出。等分室108可以示出为还具有通风孔128。导管入口114周围的区域在该实施例中是漏斗状的。还应注意，等分室108示出为没有尖锐边缘。尖锐边缘的缺乏可以有助于在圆盘减速时促进流体从等分室108移动至导管入口114。

等分室108还示出为具有连接至流体连接件134的连接件，该流体连接件134通向过量流体室132。流体连接件134具有流体连接入口136。流体连接入口136限定出等分室108中的最大流体液面。等分室108中的最大流体液面低于圆形圆弧118。在该实施例中，流体连接件134经由毛细管阀138连接至过量流体室132。阀或者毛细管阀的使用是可选的。过量流体室示出为具有通风孔128并且其还连接至故障保护室140。当流体流到过量流体室132中时，故障保护室140被填充。故障保护室140可以用于光学地指示流体是否已经进入过量流体室132。例如，在使用期间，如果故障保护室140没有被填充，则其可以指示等分室108没有恰当地填充有流体。

图2示出了在图1中标记为130的轮廓A-A的截面图200。在该图中，可以看到筒202的主体。在主体202中具有用于计量室112的开口。在该示例中，筒202的主体是通过注塑成型来制造。筒的主体是由盖208和支撑结构210组装的。

在计量室的远端，可以看到进入阀121中的入口。可以看到计量室112划分为多个不同的区域。在边缘上具有两个侧壁区204。在这两个侧壁区或者两个侧部区之间是中心区206。侧壁区204远离中心区206变得更加狭窄或者逐渐变小。这使得在该区域中的计量室112的尺寸变窄。因此，在侧壁区204中的毛细管作用可以高于在中心区206中的毛细管作用。这可以使得在用流体填充计量室112时，在填充中心区206之前，首先将在侧壁区中进行填充。这可以具有如下好处：使用在用流体填充计量室112时形成在或者陷在计量室112中的多个气泡。

图3示出了将流体部件100集成到筒300中。筒300是平坦的和盘状的并且示出为具有旋转轴线102。具有流体室104，该流体室104适应于或者可操作用于接纳流体。在该示例中，填充有流体307的流体储器306由可刺穿密封件308密封，并且具有在流体室104的壁上的刺穿元件310。流体储器具有多个接合表面或者储器打开元件312，储器打开元件312可以手动地操纵或者由诸如致动器的设备来操纵，该装置使得可刺穿密封件308与刺穿元件310接触。这然后使得流体室104填充有流体307。流体室104示出为连接至第一导管106。第一导管106连接至等分室108。当圆盘300围绕旋转轴线102旋转时，离心力迫使流体307通过导管106。这然后使得等分室108填充有流体307。

等分室108示出为连接至第二导管110，该第二导管110通向计量室112，如在图1中示出的。在该示例中，等分室108以平面状方式布置为与圆盘的平面对齐。旋转轴线垂直于该平面。附接至等分室108的是过量流体容器132。该过量流体容器132是可选元件。

计量室112示出为经由管120连接至下游流体元件122。阀121定位在计量室112与管120之间。下游流体元件122是用于将生物样品处理为处理过的生物样品的流体结构336的一部分。

流体结构336包括多个流体元件338，该多个流体元件338通过多个导管和虹吸管340连接。在流体结构336内还具有多个通风孔342。在该示例中，具有开口346，该开口346使得能够将生物样品放置到流体结构336中。还具有遮蔽盖348，该遮蔽盖348用于关闭和密封开口346。流体结构336还包括测量结构344，该测量结构344允许使用测量系统来在生物样品上进行测量。

测量系统可以是例如光学测量系统、电气测量系统、或者这两种系统的组合，以便在处理过的生物样品上进行测量。

可以通过控制围绕旋转轴线的旋转速率和持续时间来控制对生物样品的处理。虹吸管340设计为使用毛细管作用自动地进行填充。然而，围绕旋转轴线102的足够大的旋转速率将产生离心力，该离心力将与毛细管作用对抗。因此，通过以特定速率对旋转速率和旋转的持续时间进行控制，可以控制对生物样品的处理。在典型使用中，可以将生物样品放置到进口346中并且可以控制系统的旋转速率。然后，在某一点处，致动器或者其它机械构件用于操纵储器打开元件并且使得刺穿元件310刺穿可刺穿密封件308。然后旋转可以将流体迫使到等分室中，并且可以使用筒300以多个旋转速率来执行多次等分。

图4至图10示出了流体部件100是如何可用于执行流体到下游流体元件122的多次等分的。

在图4中，圆盘在箭头400指示的方向上围绕旋转轴线102旋转。箭头400指示旋转方向。在该特定示例中，圆盘以20 Hz转动。将流体从流体室104运输至等分室108中。可以看到流体307从流体室导管106滴到等分室108中。等分室108中的流体容积受到限制并且因此由流体连接件134计量，该流体连接件134连接至过量流体室132。可以看到故障保护室140填充有流体。

接下来，在图5中，流体容积307已经完全从流体室104转移到等分室108中。故障保护室140示出为填充有流体。在该示例中，圆盘仍以与在图4中示出的相同速率转动。等分室108填充有流体307直到最大流体液面500。可以看到，最大流体液面500比连接导管110更加低于或者更加远离旋转轴线102。当圆盘以这种方式转动时，流体307不能进入计量室112。

接下来，在图6中，圆盘以高减速速率（例如，50 Hz每秒）停止。流体的惯性迫使流体307朝着连接导管110且使流体307通过连接导管110并且进入到计量室112中。可以在该图中看到，流体307在填充中心区之前对计量室112的侧部进行填充。这是由于图2中示出的锥形结构204。毛细管作用使得首先对计量室112的该部分进行填充。计量室的这种填充方式可以减小在计量室112中气泡形成或者粘附的可能性。

在图7中，筒仍是静止的或者处于减小的旋转速率下，并且计量室112完全填充有流体307。筒或者圆盘可以仍看作是静止的。计量室的完全填充由毛细管力引起，该毛细管力是由计量室的相应几何尺寸引起的。

图8示出了与图7中示出的相同视图，除了已经在计量室112中绘制出虚线800之外。计量室112中的该线800将计量室中的流体划分为多个部分或部。从线800径向向内（更靠近旋转轴线102）的流体部分804可以流回到储器中。径向向外的部分（更加远离旋转轴线102）或者部分802可以完全转移到流体元件122中。径向向内的部分804可以称为流体的剩余部分，并且径向向外的部分802可以称为流体802的转移到下游流体元件中的部分。流体802的容积是在随后步骤中转移到下游流体元件122中的等分。

接下来，在图9中，圆盘开始加速并且围绕方向400转动。例如，圆盘可以以在图1和图2中示出的速率转动。该圆盘加速，这使得毛细管阀121打开。流体的剩余部分804转移回到等分室108。流体的部分802处于转移至下游流体元件122的过程中。可以看到一滴流体正从管120中滴下。

接下来，在图10中，可以看到流体容积802已经完全转移至下游流体元件122并且在图中不再可见。流体的剩余部分804已经转移到等分室108中并且与流体307混合。第一等分步骤完成；该过程可以再次从图6开始重复并且可以重复直到等分室108中的流体容积307小于计量室112中的容积。

图11示出了自动分析仪的示例。自动分析仪1100适应于接纳筒300。具有筒转动器1102，该筒转动器1102可操作用于使筒300围绕旋转轴线102旋转。筒转动器1102具有附接至夹持器1106的马达1104，该夹持器1106附接至筒1108的一部分。筒300示出为进一步具有测量或者透明结构1110。筒300可以按照如下方式旋转：使得测量结构1110处于测量系统1112前面，该测量系统1112可以例如在处理过的生物样品上执行光学测量。该图中还示出了如先前示出的致动器1104。致动器1104可以用于打开筒100中的流体储器。在一些示例中，致动器可以由分配器代替，该分配器具有用于填充筒300的流体室的定量针。

致动器1111、筒转动器1102、以及测量系统1112示出为均连接至控制器1114的硬件接口1116。控制器1114包括处理器1118，该处理器1118与硬件接口1116、电子储存器1120、电子存储器1122、以及网络接口1124通信。电子存储器1130具有机器可执行指令，该机器可执行指令使得处理器1118能够控制自动分析仪1100的操作和功能。电子储存器1120示出为包括测量值1132，该测量值1132是在指令1130由处理器1118执行时所获取的。网络接口1124使得处理器1118能够经由网络接口1126将测量值1132发送至实验室信息系统1128。

图12示出了流程图，该流程图示出了用于操作图11中示出的自动分析仪1100的方法。首先在步骤1200中，处理器118控制筒转动器1102以控制筒的旋转速率以便使用流体结构来将生物样品处理为处理过的生物样品。接着在步骤1202中，处理器1108控制筒转动器1102以降低筒的旋转速率以便将等分室中的流体迫使到连接导管中并且第一次填充计量室112。接着在步骤1204中，处理器1108控制筒转动器1102以增加筒300的旋转速率以便将来自计量室的流体的第一部分转移通过阀并且将第一次剩余部分转移回到等分室108中。接着在步骤1206中，处理器控制筒转动器以增加筒的旋转速率以便将储器中的流体迫使到连接导管110中并且第二次填充计量室112。接着，处理器控制筒转动器以增加筒300的旋转速率以便将来自计量室的流体的第二部分转移通过阀并且将第二剩余部分转移回到等分室中。最后，在步骤1210中，处理器控制测量系统112以便在测量结构110中执行测量。

附图标记列表：

100 流体部件

102 旋转轴线

104 流体室

106 流体室导管

108 等分室

110 连接导管

112 计量室

114 导管入口

116 导管出口

118 圆形圆弧

120 管

121 阀

122 下游流体元件

124 膨胀室

126 上边缘

128 通风孔

130 轮廓A-A

132 过量流体室

134 流体连接件

136 流体连接入口

138 毛细管阀

140 故障保护室

200 截面图A-A

202 筒的主体

204 侧壁

206 中心区

208 盖

210 支撑结构

300 筒

306 具有流体的流体储器

307 流体

308 可刺穿密封件

310 刺穿元件

312 接合表面或者储器打开元件

336 流体结构

338 流体元件

340 虹吸管

342 通风孔

344 测量结构

346 开口

348 遮蔽盖

400 旋转方向

500 最大流体液面

800 分割线

802 流体的部分

804 流体的剩余部分

1100 自动分析仪

1102 筒转动器

1104 马达

1106 夹持器

1108 筒的部分

1110 测量结构

1111 致动器

1112 测量系统

1114 控制器

1116 硬件接口

1118 处理器

1120 电子储存器

1122 电子存储器

1124 网络接口

1126 网络连接

1128 实验室信息系统

1130 可执行指令

1132 测量

1200 控制筒的旋转速率以便使用流体结构来将生物样品处理为经处理的生物样品

1202 降低筒的旋转速率以便将等分室中的流体迫使到连接导管中并且第一次填充计量室

1204 增加筒的旋转速率以便将来自计量室的流体的第一部分转移通过阀并且将第一剩余部分转移回到等分室中

1206 降低筒的旋转速率以便将等分室中的流体迫使到连接导管中并且第二次填充计量室

1208 增加筒的旋转速率以便将来自计量室的流体的第二部分转移通过阀并且将第二剩余部分转移回到等分室中

1210 控制测量系统以使用测量结构和使用测量系统来执行测量。