技术领域
[0001] 本公开内容涉及改进的微
流体装置结构与操作，尤其涉及构造用来执行分析诸如
生物学分析的这类装置。本公开尤其涉及基于流体流入低纵横比的室并流入低
雷诺数、即NRe在1以下并优选低得多的小通道的盒(cassettes)。就生物学分析而言，其涉及用储存有干燥检测
试剂例如
抗体或
抗原、干燥标记试剂例如
荧光化合物和形式上用于
水化所述干燥物质的液体缓冲液的盒得到一致的结果。它还涉及有效
泵送、搅拌和运送流体通向并通过盒的反应室；涉及操作不同
粘度或扩散系数的流体；和涉及将执行基于盒的分析所需要的样品大小和试剂量最少化的技术。
背景技术
[0002] 生物学和化学分析已被开发用来检测样品中目的化合物的存在。在生物医学领域中，检测
蛋白质、肽、抗原、抗体和核苷酸序列的方法被运用于例如诊断医学状况、测定患者对
疾病的易感性和执行DNA指纹分析中。一般说来，生物学和化学分析是基于将未知样品暴露于一种或多种已知的试剂，并监测
进程或测量任何反应的结果。当前，对开发迅速、易于使用、实时、按需的多重生物标志分析，特别是对于以低丰度存在于血清或
血浆中的分析物的生物标志分析，存在着高度的兴趣。
[0003] 在盒内执行这样的分析的有效系统记载于我们题为“ASSAYS BASED ON LIQUID FLOW OVER ARRAYS(基于液体流经阵列的分析)”的
专利申请中，在US 2006/0275852 A1和WO 2006/132666 A1中公布。该系统和其它分析系统更好和更广泛的应用，能够以改善盒结构和分析技术来达到。例如，仍然需要更多地致
力于使用含低丰度分析物的液体的分析。需要能够降低含有分析物的液体和盒中储存的昂贵试剂的耗费量的盒。需要降低盒的制造成本。需要在从分析盒的反应室中结合的生物芯片上提供的捕获试剂的点阵列所得到的结果中，达到改进的斑点对斑点的结果一致性。
[0004] 考虑典型分析的特征有助于领会生物学和化学分析的这些及其他需要。
[0005] 分析过程
[0006] 作为范例，典型的蛋白分析在流体内的相同空间中使用具有结合亲合性的两种蛋白质。每种蛋白以特定浓度存在于流体体积内。所述蛋白质的结合和分离与它们的浓度、它们在一起的时间和它们彼此结合的能力有关。结合分数(通常被称为“复合”分数)通过每对存在的蛋白质特异性“结合系数”来定义。这不是一个即时过程，并且达到一个渐近值。通常，为了避免需要不利的冗长分析，所述结合过程在完成之前、但是以所需灵敏度所决定的时间被终止，分析通常执行的时间落在时间-偶联关系曲线的近似线性区域中。
[0007] 一种分子是捕获蛋白，它可以是抗体或抗原，通常结合在固体例如位于有涂层的玻璃支持表面的斑点上。另一种分子是分析物，其浓度将被界定，处于引起流过反应室或“RC”内的捕获表面的流体内。所述分析物可以分别是抗原或抗体。典型情况下，流体是血清或血浆，但是它也可以是细胞裂解液、含有细胞的液体、其它体液等等。
[0008] 分析的目标是计算复合分子的数目并导出被分析样品中分析物的分子
密度。因为捕获蛋白的分子密度已知，所以这是可能的。
[0009] 当使用盒中的流进行时，流速极慢(定义为雷诺数NRe在1以下，典型大约1/100)，充分在
层流模式内。分子运动大多可能是由于扩散作用引起。分子结合度是分子活动性以及分子密度的函数。
[0010] 在分析中，流速通过相应的泵控制，扩散作用通过流体
温度控制。随着温度从25度升至37度，血清或血浆的扩散系数提高了30％。大多数情况下，需要将反应室的温度保持在37+/-1度。如果没有执行校准或补偿，这可以促成活动性差异度/误差在1.5％左右。
[0011] 当流体温度升高时，它以微气泡的形式释出气体，微气泡簇集并能够阻断盒的反应室的或小或大的面积，导致严重破坏分析。在这样的气泡进入反应室之前，使用气泡阱将其捕获。在优选的情况中，所有的流体在加入气泡阱之前，达到一定温度以确保充分释放和捕获溶解的气体。
[0012] 在优选的气泡阱中，气泡通过
浮力从流体分离。在我们以前的专利申请的盒中，为了能够发生这一作用，所述盒通常以接近垂直的
位置加工。
[0013] 在可能持续大约10分钟的捕获阶段之后，推进带有“检测分子”(有时被称为“二级蛋白”或“检测配体”)的第二流体，排代和替换流过反应室的分析物试剂流，或者它可以排代在分析物液体流停止之后可能已被引入的洗涤液。该检测试剂的分子可以是另一种抗体或抗原，是选出的使得它们能够只与分析物的捕获分子结合的类型。该流可以持续大约10分钟。该分析称为“夹心分析”，因为分析物分子被捕获在两层分子——捕获分子和检测分子之间。
[0014] 检测试剂的分子以干形式储存在盒内的检测配体室中，并必须被水化(
液化)以成为活性和能够被运送。该水化能够在初始时段期间分析物正被推过反应室时发生。
[0015] 为了使得双复合的分子组可见，令检测标签(标记)例如带有
荧光染料的分子如Cy3、Alexa 532或R-phicogripheryn流过并与捕获的检测分子相结合。
[0016] 标签(标记)试剂也以干形式储存在检测标签室内，并且必须被水化以成为有活性的并能够被运送。该水化也能够在初始时段期间分析物被推过反应室时发生。
[0017] 从前述事项知道，将反应分子暴露在液体环境中以结合或偶联的过程迫使缔合性分子极度紧密地接近。通常认可搅拌流体来促进结合和减少执行分析所需要的时间，但是在微流体盒内，难于以实用、可靠、低成本的方式实现所需要的搅拌程度和流一致性。
[0019] 三种基本平台被共同用于该领域以执行生物学分析：多孔板，基于
显微镜载玻片的点状阵列分析，和基于盒的点状阵列分析。
[0020] 为了缩短多孔板内进行的分析持续时间，普遍使用机械搅拌器。多个型号已经应用了数十年，例如Fisher Scientific目录中可用的“3D
振荡器”和“3D搅拌器”。这些不适于在带有小开口的盒室中搅拌流体，因为在所述盒室中，与可以施加在多孔或微孔板中存在的流体体积上的动力
加速度相比，表面
张力非常大。
[0021] 对于基于显微镜载玻片的点状微阵列分析而言，这些经常在
垫片和例如得自Grace Biolab的简单工具的帮助下，“在
工作台上”进行。工作台技术是耗时的，并且需要高度熟练的技术人员以确保有再现性的结果。
[0022] 对可再现性更好的分析和恰当混合试剂的需要，产生了设计用来使在显微镜载玻片上施行的基于生物学点状阵列分析机械化的多个自动化杂交系统。其中一种记载于美国专利5,958,760(Freeman-MRC London)，其它记载于美国专利6,093,574(Ventana)、美国专利5,654,199(Ventana)和美国专利6,045,759(Ventana)。还有美国专利5,922,591(Affymetrix)提出，通过使用压电元件、
电泳法、电磁诱导的振动、气泡搅拌或泵送流体来回进出与连接外部的容器或室连通的杂交室的物理混合，来进行混合。类似的搅拌方法记载于Stapleton的美国专利5,436,129以及5,451,500和5,922,604。但是，这些方法依赖于使用相对复杂的设备，在一些情况下需要使用专
门设计的显微镜载玻片或其它衬底，在其他方面不认为对本目的是最佳的。
[0023] 美国专利公布2005/0019898、2004/0109793、20004/0037739、2002/0192701和美国专利6,637,463(BioMicro)描述了低容量、低纵横比的微流体室中进行混合。在微流体相对末端形成的两个或多个混合囊以往复方式充气和放气，导致不同的室壁区域向内和向外的
变形，以混合室内的流体。这种多个混合囊采用可以位于微流体室的囊远处的泵，通过泵送空气或其它气体、或液体例如水进出所述囊加以驱动。在另一种实施方案中，通过向柔性室成形装置的表面施加交变的机械力，来产生混合。该技术具有复杂度和不利的特征。
[0024] 基于自足式微阵列的盒
[0025] 基于微阵列的盒表现出扩大的自动化，其中点状阵列保持在
外壳中，分析物和储存在盒中的检测和标记试剂与阵列所结合的捕获试剂相
接触。所述盒需要比其它技术更可靠，并且要求执行分析的技能水平最低。它们经常用于诊断性检验以及DNA样品分析。微阵列中的捕获试剂点可以由各种大生物分子例如蛋白质、或较小的分子例如药物、辅因子、
信号分子、肽或寡核苷酸以及DNA或RNA区段形成；培养细胞以及细胞裂解物也可以在微阵列上沉积或生长。作为实例，如果需要检测患者样品中特定抗体的存在，将样品暴露于具有互补结合位点(表位)的相关抗原形成的点的微阵列。样品与特定点中已知抗原之间发生偶联则表明样品中存在抗体，并可能指示量。
[0026] 基于微阵列的盒提供了通过同时进行多个检测反应而执行样品的复杂定量分析的重大潜能。但是，很难以高灵敏度获得一致的、高
质量的结果，这使得难以检测低丰度的蛋白质。由于单个微阵列盒昂贵，并且只能获得有限数量的用于反应的样品，对高品质的基于多重微阵列的盒的需求尤为显著，使得它对于一致地获得良好的结果特别重要。
[0027] 虽然所希望的是耗费最小量的样品，但是，当分配少量的样品流体流动通过盒的反应室时，流体层非常薄。这导致有可能如果提供不充分的流动或混合的话，则样品流体经过结合特定蛋白的一些点将变得局部耗尽所述蛋白。随着靶分析物耗尽，反应动力学减慢，导致信号较低。因此，从暴露于点状阵列盒内液体的多个同样的点可能得到不一致的信号。这对于低丰度蛋白质是尤为重大的问题。
[0028] 合乎需要的是在低容积室中执行分析，因为低容积适宜有限供应的高浓度反应物，但是需要发现适当的手段以保持高动力学速率，来产生更多的反应产物。
[0029] 作为一般性建议，需要使用搅拌或混合以促进盒中的化学反应当然所知已久。在有用分析的实用条件下，在盒内混合在小容积的通路和反应室中处于极低雷诺数的流的环境中，所述问题已经找到合适和有效的手段。
[0030] 在概念上，盒中搅拌或混合的需要参考例如美国专利5,798,215(BioCircuits)。“为了帮助将特定分析或方案的各种试剂均匀分散在流过装置的样品和其它液体介质中，搅拌手段可以提供在主和副试剂区域和/或温育区域中的至少一个中。搅拌手段用来提供充分的流体流动，使得存在于搅拌工具附近的干试剂被有效水化，并均匀分配至整个流体。
搅拌手段包括气流、振荡、超声技术、抽吸技术和机械手段，抽吸技术例如试剂在多孔膜上脱水，流体被抽吸过所述膜，产生水化的试剂，所述机械手段优选机械混合工具。适当的机械混合工具包括
磁性和顺磁材料制造的混合工具，并可以采取多种多样的形式，包括螺旋桨、针、
哑铃、球、线、穿孔片、带翅片的圆盘等等。在优选的实施方案中，搅拌工具是
叶轮装置。在制造混合工具的材料是磁性或
顺磁性的情况下，通过在装置的上方或下方施加移动的
磁场，或者将装置移动通过恒定磁场，来方便地完成搅拌。混合速率和/或时间可以按照需要控制，以产生所需要的搅拌水平。”该专利显示了位于盒内并顺
时针和反时针方向旋转的叶轮来搅拌流体，这种技术我们不认为适用于我们希望达到的盒和分析的类型、灵敏度和一致性。
[0031] 在 Biotechnology at Low Reynolds Numbers-Biophysics Journal，Vol.71-Dec.1996pp 3430-3441，已提出多个其它途径以满足在基于微阵列的盒中混合试剂流体的公认需要。也参见Cambridge Monograph on Applied and Computational Mathematics(应用和计算数学的剑桥专论)：“The Mathematical Foundations of Mixing，the Linked Twist Map as a Paradigm Applications Micro to Macro，Fluids to Solids(混合的数学
基础，扭接图作为微观对宏观、流体对固体的应用范例)”；Starman，Ottono，Wiggins，Cambridge University Press。
[0032] 提出的方法包括用适当的试剂填充盒的反应室并确保存在气泡，和缓慢地翻转所述盒(Affymetrix美国专利5,945,334)。该方法需要适当大的反应室间隙，推荐1.8mm，使得气泡克服表面张力和在例如通过翻转得到的变化中的加速度之下移动。该方法模拟了用多孔板执行分析中通常遇到的机械搅拌，在小得多的尺寸下不适用。
[0033] 该提出的方法还包括提供
角度，将流道分界面中的脊或其它结构的组变换方向，例如交替的人字形图案。
[0034] 建议通过将各种分析物流过室或通路，将试剂在低纵横比的反应室中或间隙典型在1mm以下并低至0.035mm的微通路内混合。这以Theranos的盒技术为例，其中泵机制导致以一种方向流过微通路，美国专利申请2006/0264779、2006/0264780、2006/0264781、2006/0264782和2006/0264783。
[0035] 以类似的方式，Zyomix的盒分析过程将所有试剂以一种方向流来流动通过一列反应室，记载于美国专利6,630,358。
[0036] 通过外部驱动的流体重复循环进行流体混合显示在美国专利6,767,706(Quake)中。
[0037] 但是，用于基于点状阵列的生物学分析生物学分析的盒，其中试剂流过超低容积的反应室，呈现出低水平的再现性。纠正这一缺点的工作促进了使用其他分析用于参比/校准和校正所有的值。这样的技术公开在Lambert的美国专利申请2006/0210984中。为了补偿盒的反应室内不适当的试剂混合，添加校准分析来定量和重新校准由于不适当的试剂混合所致的所有误差。添加分析增加了成本、样品消耗等等，还有多个有待改进之处。
[0038] 以我们的看法，基于盒的分析的现有提议无一能充分处理
非牛顿流体例如血液、血清、血浆或蛋白溶液的
各向异性扩散特性，也不能认可对强劲混合这样的流体要求的需要。当用非牛顿流体在盒的低容积反应室中或流化室中工作，反应室中或流化室中将储存的干试剂例如蛋白质或抗体、检测蛋白等等在被运送至反应室之前保留在内时，对于提供更有效的方式来保持反应室中均一浓度的系统，一直有需要。
[0039] J.McCann等论述了缺乏一致的或可预测的混合(Non Uniform Flow Behavior in Parallel Plate Flow Chamber Alter Endothelial Cell Responses(平行板流动室中非均匀流行为改变内皮细胞响应)-Annals of Biomedical Eng.，Vol.33 No.3-March2005-pp328-336)和(Inadvertent Variations in Fluid Flow Across a Parallel Plate Flow Chamber Results in Non-Uniform Gene Expression(穿过平行板流动室的流体流中的无意变化产生不一致的基因表达)-2003年夏季
生物工程学会议，6月25-29日，Key Biscayne的Sonesta海滨胜地，Florida)，但是没有提供解决办法。
[0040] 此外，我们认识到上述盒技术均不能充分考虑运送和混合具有不同粘度系数的流体，更具体地说，不能应对低粘度流体进入已经装有较高粘度流体的室并且需要沿着较高粘度液体推进同时保持其浓度、即没有被推进流体稀释的情况。虽然盒的设计者显然没有完全体会，但我们认识到在盒的反应室首先装有血清并且以后用缓冲液排代该血清时通常要遇到的处理不匹配粘度的重要性，并且提供手段。通常，例如37度的健康人类血清，粘度为1.2mPas，而水或缓冲液的粘度为0.8mPas。引入用来推进较高粘度流体例如血清或与其混合的低粘度缓冲液，产生了前进通过较高粘度流体的通道同时扩散最小。(这种情况通过墨西哥湾流(Gulf Stream)流过大西洋作为例子说明)。来回泵送缓冲液只会有助于将缓冲液以柱状移动通过较高粘度的池。在缓冲液被推进到室中以排代浓缩的液化检测试剂例如储存在室中的抗体时，遇到的情况类似。
[0041] 储存介质
[0042] 至于
生物材料在使用之前的储存，使用吸收介质例如布、膜、
泡沫或熔料(frit)来容纳和释放生物材料是有明确记录的——Design and Application of Hydrophilic polyurethanes(亲水性聚
氨酯的设计和应用)，T.Thomson；Technomics出版，2000，和Thompson的美国专利6,617,014。其它技术生成了组分之一是润湿后被释放的分子的泡沫，美国专利5,766,520，或被冻干以形成
疫苗的支持体并注入，美国专利7,135,180。
[0043] 分析过程中通用的泡沫已知是通常使用硝化
纤维素膜的横向流动膜，因为它们有捕获蛋白质以及容许/促进分析物材料流动经过它们的能力。通常使用的是浸渍条妊娠测试，例如由Inverness Medical Corporation提供。
发明内容
[0044] 将要描述的特征本身是新的，并且如同所示在新的组合中起作用，使得能够以相对低的成本产生高度一致的定量多重分析。
[0045] 一方面，所公开的特征涉及在填装盒内储存通路实质长度的横截面的材料上储存干燥的生物分子或类似试剂的技术，以及释放该分子并形成
柱塞样流的流体均质段的系统、方法和方案。这包括选择或生成材料，例如多孔材料，通常为亲水性泡沫或熔料，使得生物分子能够干燥，并以能释放的方式在其上保存，即没有永久性捕获，因此能在储存通路中，在液化剂存在下选择、确定大小和布置所述材料，粘度不同的排代流由于所选材料的分流效果，产生液化剂的柱塞样流。这有助于递送给盒的反应室的复溶液体试剂的均匀性。有利的是，所述材料例如泡沫或熔料预制成确定大小的区段组，以紧密吻合储存通路的相应部分，以保证液体必须流过所述材料。对于所选的特定分析而言，一组区段可以容纳选择的分析用试剂，并且所述组被干燥和储存，准备在需要时装配到盒的相应储存通路中。有利的是，所述流前进到在储存通路之外期间，经受了性质不相等的向前和向后振动。
[0046] 在本公开的相关方面，提供了具有构造用以实施与分析相关的反应的反应室的盒，所述盒包括缓冲液储存器，用于移动雷诺数1以下的液体通过通路系统的缓冲液排代泵，所述通路系统包括用于泵排代缓冲液的缓冲液递送通路，相对于其横截面具有延伸的长度并能够储存粘度相对高于所述缓冲液粘度的液体试剂的试剂储存通路，和引导从试剂储存通路至反应室的相对小流动截面的试剂递送通路，布置用来递送排代缓冲液到试剂储存通路中的缓冲液递送通路，其中所述试剂储存通路长度的相当大部分充有多孔材料或多个基本平行的流动子通道，所述多孔材料或子通道沿着试剂储存通路的横截面提供了多个路径，所述路径相对小于试剂储存通路的总横截面并跨其截面和沿其长度分布，以响应泵的排代，建立相对高粘度试剂液体从试剂储存通路到试剂递送通路中的柱塞样流动。
[0047] 本公开这方面的实施可以具有一种或多种以下特征。
[0048] 盒包括正排代泵，布置用来推动液体通过由试剂储存通路内的多孔材料或子通道界定的多个路径。
[0049] 多孔材料或子通道的表面是亲水性的。
[0050] 多孔材料或子通道的表面是支持在其上干燥的试剂材料的亲水性表面，与液体接触时具有能释放所述试剂的性质，亲水性表面上放置的干燥试剂材料层暴露以接触流入试剂通路的缓冲液，使所述试剂材料能够被原位液化，生成相对粘性的试剂液体进行柱塞样流动。
[0051] 多孔材料的孔径在大约5至200微米之间，在一种例子中，孔径选自包含下述材料的材料：标称孔径30微米、偏差为加或减50％的材料，和标称孔径100微米、偏差为加或减20％的材料。
[0052] 试剂储存通路具有长方形横截面，片状泡沫或熔料多孔材料在所述试剂储存通路的几乎大半长度上，紧密地吻合横截面，在一些例子下，试剂储存通路是横截面基本恒定的通道，长度至少大约60mm，通道宽度和深度分别为大约2mm和0.6mm。
[0053] 多孔材料包括聚乙烯形成的亲水性熔料。
[0054] 多孔材料包括亲水性三聚氰胺泡沫。
[0055] 多孔材料包括亲水性聚氨酯泡沫。
[0056] 多孔材料包括处理过状态的多孔硝化
纤维素，在与液体接触时能够释放沉积的生物材料，在一些例子下，处理过状态包括在硝化纤维素上涂上介导物质例如阻断蛋白。
[0057] 多孔材料包括处理过状态的亲水性聚苯乙烯泡沫，与液体接触时能够释放沉积的生物材料。
[0058] 盒的试剂储存通路尺寸由多个平行子通道界定，各子通道的横截面在1mm以下，在一些例子下，尺寸在大约0.5mm以下，或在大约0.5mm和0.01mm之间。
[0059] 子通道由带有亲水性表面涂层的模制或
挤压树脂形成。
[0060] 试剂包括检测试剂，在一些例子下，所述检测试剂是抗体或抗原。
[0061] 试剂包括标记试剂，在一些例子下标记试剂包括荧光染料。
[0062] 储存通道中的分流材料，例如开孔泡沫或熔料，在流动方向上的长度是所述材料宽度的至少10倍，材料的宽度是材料厚度的至少两倍，优选材料具有厚度1mm以下的片状形式。优选的形式中，材料区段的长度为40mm以上，宽度1.5mm以上和厚度大约0.6mm。
[0063] 提供了用粘度相对低于液体试剂粘度的缓冲液从储存通路排代试剂液体，将所述液体试剂递送至反应室的方法，所述方法包括提供本公开第一个所述方面的盒，其可具有一种或多种刚描述过的相关特征，其中所述试剂或者以液态提供到盒中，或者已经以干燥形式储存在盒中并随后液化以提供试剂液体，和操作缓冲液泵以泵送缓冲液进入多孔材料或多个子通道中，并建立粘度比较高的试剂液体从试剂储存通路到试剂递送通路中的柱塞样流动。
[0064] 根据本公开的另一方面，提供了通过粘度相对低于液体试剂粘度的缓冲液从储存通路排代试剂液体，将液体试剂经过试剂递送通路递送到反应室的方法，所述方法包括提供其中试剂已经以干燥形式储存在盒中，作为试剂储存通路内多孔材料的亲水性表面上、或者在形成试剂储存通路的多个基本平行的子通道的亲水性表面上的干燥层，最初以将缓冲液引入试剂储存室而液化试剂的方式操作缓冲液排代泵，由此产生的试剂液体的粘度显著高于盒中仍然储存的缓冲液，随后操作缓冲液泵泵送缓冲液进入多孔材料或多个子通道，并建立比较高的粘度试剂液体从试剂储存通路进入试剂递送通路的柱塞样流动，以供应分析反应室。
[0065] 这方面的实施可以具有检测或标记生物材料形式的干燥试剂层，并可以使用来回振动液体以净向前行进，从而有效提供向反应室的流动。
[0066] 根据本公开的另一方面，提供了具有液体储存、泵送和通路系统以及反应室的盒，所述盒构造成通过雷诺数1以下的液体流过系统并经过反应室内的捕获表面，实施与分析相关的反应，所述盒构造成储存有在使用之前充有空气的通路，但是，在含有分析物的液体初始进入反应室之后，被构造成排除空气到达反应室直至完成所述分析的反应，所述储存、泵送和通路系统包括：构造用来容纳含有分析物的液体的分析物室，用于排代含有分析物的液体通过系统和反应室的分析物排代泵，布置成被排代的含有分析物的液体填充的第一个浮力气泡阱，和从第一个气泡阱引导到反应室的通路；储存、泵送和通路系统还包括：预填充缓冲液的储存器；用于排代液体通过所述系统和反应室的缓冲液排代泵，所述缓冲液排代泵具有预定的流动体积误差范围；用于缓冲液排代泵排代缓冲液的缓冲液递送通路；含有干燥试剂并能够存储试剂液化时液态试剂的试剂储存通路；引导从试剂储存通路流向反应室的试剂递送通路；布置用来递送排代的缓冲液进入试剂通路和或者通过洗涤通路流向反应室的缓冲液递送通路；以及布置用来被排代的缓冲液填充的第二个浮力气泡阱；所述试剂储存通路适于通过缓冲液泵开动预定泵送体积进行填充的试剂储存通道，所述预定泵送体积导致在缓冲液递送通道中，留下未定体积的未排代空气，缓冲液递送通路的体积在缓冲液排代泵预定的流动体积误差范围所确定的范围内；所述第二个浮力气泡阱的大小能容纳能留在试剂储存通路中的最大体积的空气加上液体流过第二个气泡阱释放的空气，所述留在试剂储存通路中的最大体积的空气是由于缓冲液泵在其预定流动体积误差范围内、以最低流动体积操作预定泵送体积所产生的；第二个气泡阱的出料与通过第一个气泡阱的流连通，并由此流向反应室，第一个气泡阱的大小为容纳第一个和第二个气泡阱之间存在的残余空气加上从通过它的流释放的空气。
[0067] 本公开这方面的实施可以具有一种或多种以下特征。
[0068] 来自洗涤通路的流还流过第二个气泡阱，由此通过第一个气泡阱到反应室。
[0069] 通路与用于液体进入所述通路的气-液界面的检测器相连，使外部泵和相关控制装置响应检测器而将该通路填充到预定点。
[0070] 与检测器相连的通路布置用来通过操作缓冲液排代泵达预定的泵送体积以填充第二个气泡阱，所述预定泵送体积导致在第一个气泡阱上游留下未定体积的未排出空气并且在缓冲液排代泵预定的流动体积误差范围内，第一个气泡阱大小为容纳和储存所述未排代空气。
[0071] 有至少两条通路可联结用于通过相应操作缓冲液泵而被所述泵填充，在每个相应的通路内留下基于泵的预定流动体积误差范围的体积范围内的未定量空气，这些通路每个的布置使其能够流向通过第二个气泡阱，第二个气泡阱大小为容纳可以留在与其相连的每个通路内的最大体积的空气加上来自通过所述气泡阱的液体的空气。在一些例子下，至少两条通路合并成共同的通路，引向第二个气泡阱而不通过
阀。
[0072] 第一个气泡阱的空气容纳体积为大约10μL，第二个气泡阱的空气容纳体积为大约50μL。
[0073] 缓冲液排代泵包括含有缓冲液的泡罩袋(blister pack)，该小袋的表面可被盒外部的
驱动器变形，以逐渐排出来自泡罩袋的液体。
[0074] 分析物排代泵包括滚动隔膜式泵。
[0075] 根据本公开的另一方面，提供了采用任何前述的盒执行分析的方法，其中所述盒具有检测试剂和标记试剂二者的储存通路。
[0076] 提供了用具有下面指出的组件的盒执行分析的方法，参考图2-5用于说明，所述方法基本上按照以下方案操作：
[0077] 1.将分析物液体经过隔膜1引入到分析物室2中
[0078] 2.关闭阀18&17(洗涤通路37和标签试剂室15)
[0079] 3.开放阀16(检测试剂室14)
[0080] 4.运行缓冲液泵12(转动步进
马达，压下缓冲液泵12的
活塞)
[0081] 5.在锥针(角锥)30上刺穿小袋11，释放缓冲液
[0082] 6.继续运行缓冲液泵12(压下活塞和压缩小袋11)，填充检测试剂室，直至[0083] 7.光
传感器(Opto-sensor)13触发
[0084] 8.关闭阀16
[0085] 9.开放阀17
[0086] 10.运行缓冲液泵12预定的步进马达步进数，以填充标签试剂室15，并轻度超过容许误差。终止
[0087] 11.关闭阀17
[0088] 12.开放阀18
[0089] 13.运行缓冲液泵12预定的步进马达步进数，以填充洗涤通路37和气泡阱8，并轻度超过容许误差。终止
[0090] 14.关闭阀18
[0091] 15.运行分析物泵3以填充气泡阱9，直至光传感器5触发
[0092] 16.继续运行分析物泵3，以将分析物液体按照方案流过反应室6
[0093] 17.开放阀18和运行缓冲液泵12，按照方案用缓冲液洗涤反应室6
[0094] 18.关闭阀18
[0095] 19.开放阀16和运行缓冲液泵12，按照方案将检测试剂流过反应室6[0096] 20.关闭阀16
[0097] 21.开放阀18和运行缓冲液泵12，按照方案用缓冲液洗涤反应室6
[0098] 22.关闭阀18
[0099] 23.开放阀17和运行缓冲液泵12，按照方案将标签试剂流过反应室6[0100] 24.关闭阀17
[0101] 25.开放阀18和运行缓冲液泵12，按照方案洗涤反应室6
[0102] 26.准备成像用芯片
[0103] 27.将所述生物芯片通过反应室6的窗成像，并发送数据到计算机用于分析[0104] 28.结束
[0105] 根据本公开的另一方面，任何前述的盒或方法具有装有缓冲液的泡罩袋形式的缓冲液泵，泡罩袋具有
盖子和容积确定的泡罩主体，所述泡罩主体能够在盒外部的驱动活塞和砧座表面之间逐渐坍瘪，产生正液体排代泵送作用，推动液体向前进入通路系统内。
[0106] 本公开这方面的实施可以具有一种或多种以下特征。
[0107] 所述盖子附着并密封放置在砧座表面上的刺穿装置(锥针)周围，能够变形以被刺穿，将液体释放到与刺穿装置相连的通道中。
[0108] 盖子是柔软的
铝金属箔，厚度大约0.001英寸。
[0109] 泡罩袋主体能够在活塞缩回后弹性复原，产生负液体泵送作用，吸引液体从通路系统退回。
[0110] 泡罩袋主体由包含铝层的拉伸成型片材界定，所述泡罩袋在压缩时受到永久变形，以减少泡罩袋容积并将液体以向前抽吸作用从泡罩袋向前排出，进入盒的通路系统之内，至于向前抽吸作用之后用于限定距离的向后抽吸作用，所述泡罩主体永久变形的铝壁残余的弹性复原到变形较小的位置，这是通过用作驱动力的活塞逐渐缩回而达到的，从而通过吸引液体返回到泡罩袋中而增加泡罩袋的容积，在一些例子下，泡罩袋的容积为大约2ml，并且通过驱动器逐渐缩回达到的弹性复原造成先前变形的泡罩袋容积增加了至少3μl。
[0111] 根据本公开的另一方面，泵送盒内液体的方法使用可变形的金属泡罩袋，并且包括用驱动器逐渐压缩和永久性变形泡罩袋主体以向前排出液体，和定期逆转驱动器的移动和允许永久性变形的泡罩主体有限的弹性复原，以与后方移动的驱动器保持接触，变形的泡罩袋体积增加吸引液体返回泡罩袋中。在有些例子下，该泡罩袋构造有泡罩袋的任何前述特征。
[0112] 根据本公开的另一方面，提供了用于执行分析的系统，其采用具有液体排代泵的盒，所述排代泵由外部驱动器按照预定的自动泵方案驱动，所述盒具有液体通路系统和反应室，反应室具有入口端和排放端，分别与进入通路和排放通路相连，所述盒构造用于通过雷诺数1以下的泵送液体流经过通路系统并经过反应室内的捕获表面，实施与分析相关的反应，通过排放通路到废液贮器，从那里不再返回，其中对泵送方案起反应的控制系统在重复周期中，驱动所述泵进行有向前泵送和向后泵送阶段的周期运行，设置向前泵送阶段以产生通过反应室到排放端外，通过排放通路到废液贮器的流动，设置向后泵送阶段以产生从反应室的入口端和排放通路收回液体的向后流，按照预定方案每周期的净流在前向中到排放端外，以基本将液体排放到废液贮器，并再补充捕获表面要接触的流。
[0113] 本公开这方面的实施可以具有一种或多种以下特征。
[0114] 通常，为了产生试剂流经过捕获表面，泵包含可变形的容器，所述容器具有在至少有限的弹性范围内回弹的壁，布置所述容器被外部驱动器的移动压缩，和在向前泵送之后向后泵送有限的距离，所述壁在其弹性范围内复原，随着驱动器缩回所致，达到较小变形的位置，用于增加容器容积，以向后吸引液体进入所述容器内，导致向后吸引液体通过反应室的入口。在实施该特征中，容器可以包括泡罩袋，泡罩袋的主体(其可以由包含铝层的成型片材界定)通过被外部驱动器压缩所述主体遭受永久变形，以减少泡罩袋的容积和从中向前排出液体。在实施任何这些特征中，所述容器可以含有预
包装的缓冲液。
[0115] 所述泵是与储存室相连的滚动隔膜式泵。在实施该特征中，储存室可以是分析物室，在用盒执行分析之前，作为预备步骤，分析物室与用于将分析物流体引入所述室的隔膜相连。
[0116] 在反应室的排放端处向上延伸的排放通路在排出液重力下落进入废液室的位点处终止，排放通路大小为包含至少等于在泵送周期的向后流动阶段期间向后吸引通过入口的液体体积的容积，使得发生向后流而不将反应室暴露于空气。
[0117] 反应室和由泵送方案确定的每周期总向后流，体积基本相同。在实施中，体积可以是大约4μl。
[0118] 反应室由流间隙隔开大约50至300微米的捕获表面和相对的窗界定，捕获表面和相对的窗的宽度和长度显著大于流间隙，入口通路和排放通路是与反应室显著不同的流动横截面轮廓。在实施中，捕获表面与相对的窗之间间隙的厚度可以是100微米左右，它们的宽度是大约4mm和它们的长度大约12mm。
[0119] 在另一个方面，提供泵送控制系统用于导致雷诺数1以下的液体流过反应室，以将液体逐渐接触分析捕获表面，其中所述控制系统响应预定的泵送方案，在重复周期中以具有向前和向后泵送阶段的周期性运行来驱动泵，设置向前泵送阶段来造成通过反应室并离开排放端、通过排放通路至废液封隔器的流动，和设置向后泵送阶段来造成从反应室的入口端和从排放通路
撤回液体的向后流，按照预定方案每周期的净流在前向中到排放端外，以将液体排放到废液封隔器，并向反应室再补充新鲜的液体。
[0120] 该方面的优选实施具有一种或多种以下特征。泵位于装有反应室的盒上，优选废液封隔器是装在盒内的废液贮器。
[0121] 预定的泵送方案提供了向前流与向后流的体积比在大约3/1至3/2的范围中。该特征的实施中，所述比率可以是大约2/1。在一些实施中，双向的流动可以是大致一样的体积流速，向前流阶段持续时间较长，例如大约是向后流阶段的两倍长。在一些实施中，流速不同，例如，向前流阶段是向后流阶段大约两倍的体积流速。
[0122] 运行周期包括具有暂停阶段的周期，在此期间泵不泵送液体。用于产生包括往复缺失(missing)净流前进的运行设置的控制系统其包括储存有指令的机器可读介质，所述指令在执行时，引起所述系统依照泵送方案执行该运行设置，优选所述系统包括至少一个由步进马达驱动的线性泵驱动器来执行运行，优选安置所述线性泵驱动器来驱动分析盒内的泵，所述泵优选可用具有至少有限弹性复原率的滚动隔膜作用来运行。
[0123] 周期运行泵推进液体通过调节区，同时将液体前行至反应室。优选：所述调节区包括与泵送的液体进行热交换的装置，优选当适于生物学分析时，调节热交换以加热液体至大约37℃；所述调节区包括用于去除来自泵送的液体的气泡的系统，为了调节，所述液体被推动通过其中物质暴露于所述泵送液体的区域，优选所述物质是分配到分流开孔泡沫或熔料主体的干燥物质，泵送的液体通过所述物质被优选引向填装了试剂储存通路的开孔泡沫或熔料，所述储存通路在流动方向上的长度大于其最大横向尺寸的至少10倍，优选所述试剂储存通路是横贯流动方向的长方形截面并且片状开孔泡沫或熔料的多孔材料在试剂储存通路超过大半的长度上填装所述截面，优选，所述储存通路在每个末端处具有开放的容积(充实(plenum))，通过多孔材料排出的液体进入其中。
[0124] 提供了采用根据本公开这方面的盒执行分析的方法，其可以使用一种或多种上面列举的任何附加的特征；在重要的例子中，所述方法的执行方式可以是引起含有分析物的液体前向和后向移动经过捕获表面，以净向前流到达废液贮器；在一些例子下，捕获表面可以包含给定捕获试剂的重复点阵列，所述阵列相对于经过捕获表面的流动方向横向设置。
[0125] 执行所述方法，使得在泵送含有分析物的液体流过反应室中的捕获表面之后，停止泵送，并驱动缓冲液泵推动缓冲液排代试剂储存通路中的试剂液体，致使试剂液体流过反应室。在重要的例子中，驱动缓冲液泵，导致含有试剂的液体在试剂储存通路中以前后方向移动，以产生混合，同时导致液体的净向前流通过试剂递送通路和反应室，到达废液贮器。
[0126] 有利的是，所述方法可以用具有试剂储存通路的盒执行，所述试剂储存通路含有多孔材料提供沿着试剂储存通路的多个交织的流路，所述流路彼此开放并且横截面比试剂储存通路的总横截面小，并垂直试剂储存通路的横截面和沿着其长度分布；在重要的例子中，多孔材料包含开孔泡沫或熔料，其可以具有上述的孔径。在重要的例子中，用其中干燥的试剂遍布多孔材料的盒执行所述方法。在重要的例子中，多孔材料的存在有效地显著产生试剂液体响应缓冲液的前向泵送而从试剂储存通路进入试剂递送通路的柱塞样流动。
[0127] 根据本公开的另一方面，开孔泡沫或熔料的混合作用是主导：在具有限于雷诺数小于1的流动的分析盒中，混合流动通道在总方向中延伸并与反应室通连以供应试剂，所述通道用选择的三维开孔泡沫或熔料的团
块填装实质长度，以导致通道中流动的流体沿着不同的交织流路分裂成许许多多相对小的流，所述路径具有垂直于通道总方向的流动组分以及流动通道方向的流动组分，单个流路相对于彼此的方向不同并且开放以彼此交流，在液体流入和通过所述开孔泡沫或熔料材料后，有效地产生基本上混沌的混合作用，设置通道的出口来供应如此混合的液体流向反应室。
[0128] 本公开这方面的实施可以具有一种或多种以下特征。
[0129] 在反应室内，有固体捕获表面，其携带捕获试剂的重复点阵列用于捕获来自通道的流中携带的试剂。
[0130] 泡沫或熔料内的表面是亲水性的，所述表面上载有干燥的生物制剂，生物制剂通过液体流过所述泡沫或熔料而被水化。
[0131] 连接通道以容纳粘度显著小于离开所述泡沫或熔料材料的试剂的粘度的缓冲液流。
[0132] 开孔泡沫或熔料材料的孔径在大约5至200微米之间，在一种情况中，孔径选自包含下述材料的材料：标称孔径30微米、偏差为加或减50％的材料，和标称孔径100微米、偏差为加或减20％的材料。
[0133] 混合流动通道具横截面，片状泡沫或熔料多孔材料在所述通道的几乎大半长度上，紧密地吻合所述横截面，在一些情况下，所述通道具有基本恒定的横截面，长度至少大约60mm，通道宽度和深度分别大约2mm和0.6mm。
[0134] 本公开的方面和特征的一种或多种实施详情在
附图和下面的说明中显示。其它特征、目的和优点将从
说明书和图以及
权利要求中明了。
附图说明
[0135] 图1是盒形式的符号表示；
[0136] 图1′和1″是其它盒形式的符号表示；
[0137] 图2是实施图1的盒形式的盒的基底造型前面的平面图；
[0138] 图2A是图2的放大部分；
[0139] 图2B是窄流间隙的图解透视图，图1和2的反应室中，矢量表明在向前和向后移动的周期中发生向前(正)和向后(负)体积
排量的液体通过反应室；
[0140] 图3是图2的盒的基底模制物背后的平面图；
[0141] 图4是图2的盒的基底模制物的等轴视图；
[0142] 图5是图2的盒的组件的分解图；图2′、2A′、3′、4′和5′分别是实施图1′显示的盒形式的特征的盒类似于图2、2A、3、4和5的视图；
[0143] 图6和6′是聚乙烯熔料区段的示意性3-维视图；
[0144] 图6A是分解图和6B是泡沫或熔料区段在试剂室中的组装图解视图；
[0145] 图6C是表现出微孔硝化纤维素结构的纤维素泡沫的显微照片；
[0146] 图6D是三聚氰胺泡沫的显微照片；
[0147] 图7是缓冲液小袋的3-维分解视图；
[0148] 图7A是含有储存的缓冲液的完整小袋在工作位置中被活塞压缩之前的视图；
[0149] 图7B是被活塞部分压缩到足以被刺穿的小袋的类似视图；
[0150] 图7C是显示流体的正排出的类似视图；
[0151] 图7D和7E是示出作为正排代泵和抽吸(负排代)泵交替操作的小袋的类似视图；
[0152] 图8-8H示出了采用图2-5的盒的流动方案中的步骤，而图8I以列表形式显示所述方案的清洗和填注顺序；
[0153] 图8′-8H′示出了采用图2′-5′的盒的流动方案中的步骤，而图8I′显示该盒的清洗和填注顺序；
[0154] 图9-9C示出了相对于反应室的向前-向后净前进流动方案的步骤；
[0155] 图10和10A是显示周期流动的时序图，通过幅度指示流体的净前进以倾卸至图2-5的盒中的废液室；
[0156] 图10A′是确定用于制备图2′-5′的盒的各种流的泵送方案和用其进行分析的列表形式说明书；
[0157] 图11提供了显示图6的特征的效果的实验结果；
[0158] 图12是结合了读取能力的系统控制装置的等轴视图；图12A是用图2的盒的
正面的装置
接口的平面图；图12B是显示盒的机械
致动器的控制装置的图解切开视图；图12C是控制装置内读取器系统的类似切开视图。
[0159] 不同的图中类似的参考符号表示类似的元件。
[0160] 详细说明
[0161] 扩散作用是使得低雷诺数流体流中的分子例如蛋白质接近/结合的主导过程。在此介绍的技术提供了多个一起加速分子偶联的过程和减少造价的技术。这些技术包括(i)在其上干燥蛋白质的亲水性支持体，其提供非常大的表面积与体积比，和(ii)采用所述支持体流化(液化)干燥的分子，以在特定流体体积内达到接近均一的性质并且变化很少地运送所述流体均匀地经过捕获表面的技术；(iii)用于试剂储存的小袋，其作为泵体并且容许受限制的双方向流体运送；(iv)将用于样品和试剂的级联气泡阱分开，能够使样品体积小并且顾及到补偿泵送的试剂体积变化的稳固设计；(v)改善供应通道中混合和流过反应室以实现点对点一致性的技术，其在通流分析中包括具有定期的净向前行进的向前和向后流动；和(vi)采用混沌混合技术的混合通道。
[0162] 所述新的特征以新的方式配合，获得具有通流分析反应室(6)的盒，所述反应室(6)构造用于在窄间隙(G)中捕获剂阵列(S)上来回
混合液体，通过可逆泵(3或12)净流前进到废液封隔器(19)，所述可逆式泵优选可用具有至少有限的弹性复原率的滚动隔膜作用运行，其将样品或缓冲液在达到反应室(6)之前推进通过调节路径(4A，8，8′，9，14，15，15′)，所述泵产生准确的流动控制，液体调节、例如液化来自分流材料(14a，15A，15A′，例如开孔泡沫或熔料)内表面的干试剂，加热(4A)，和除去气泡(8，8′，9)，以及完成在所述通流反应室(6)内混合的同时再补充试剂；在泵送缓冲液的情况下，优选布置较低粘度的缓冲液来推动较高粘度的试剂液体，所述分流储存材料保持试剂的浓度；在含有缓冲液的盒上的泡罩袋(11)起可逆式泵(12)的作用，以产生具有净流前进的准确的向前和向后流动；和盒上级联的气泡阱(8，9)赋予系统在盒填注期间容忍较小的泵送误差。
[0163] 干燥试剂的储存
[0164] 溶液中的蛋白质(以及其它分析试剂)，包括样品调节剂，通常通过简单
蒸发、
喷雾干燥或冻干过程被干燥，用于储存到亲水性表面上以保存它们的生物学性质。所述蛋白质(或其它试剂)可以通过以后的流体化复溶，恢复它们的活性。当所述材料作为薄层存在时，水化过程加速，以水化流体。
[0165] 因为大多数用于盒的可
注塑成型的塑料例如聚
碳酸酯或COC是疏水性的，一般习惯于将盒的蛋白储存室涂上“牺牲”蛋白层，使得壁亲水。
[0166] 在本实例中，溶液中的蛋白质优选被吸入多孔元件图5和6-6D的14a和15a、图5′和6′的15a′中，优选开孔亲水泡沫或熔料。实例是亲水聚乙烯例如Porex的4897或
4898号，三聚氰胺泡沫例如BASF的“Basotect”，和亲水聚氨酯。选择材料来承载蛋白但其展现出最低的捕获性质，这样所述蛋白质处于可释放的状况。硝化纤维素膜是不合要求的选择，除非用减少蛋白粘附例如BSA(动物血清)或干扰成键(例如Tween，Triton或Brij)的阻断材料或聚乙二醇处理过；类似地，聚苯乙烯不合要求，除非经过类似处理。所述泡沫或熔料被成型以紧密吻合它将被插入的通道14、15或15′中，并载有含有正确量试剂例如抗体或标签试剂混合物的液体。它优选被空气干燥，在整个表面上分布有干燥的试剂，并储存用于以后安置在适当的通道中。该技术容许经济、简单的盒组装，例如自动化组装。有利地，储存通道14、15是直的，具有恒定的横截面，或至少深度恒定的通道15′，并且填装材料提供成厚度对应于所述储存通道的深度、准确切割成紧密匹配所述通道尺寸的长度和宽度的片状。
[0167] 在分析过程的液化阶段期间，包被多孔材料的试剂分子为进入所述室的再水化性缓冲液提供了亲水性表面，有效防止空气截留在室中。
[0168] 细孔泡沫或熔料，例如50或100微米孔径的Porex4898和4897，与容纳元件的通道的壁的可用表面相比，使得可用于蛋白包被的自由表面倍增了10或20倍。如美国专利6,617,014所述，具有较小孔的泡沫或纤维性(开孔)泡沫例如三聚氰胺提供了更大的表面积与体积比。因此，分子累积的厚度按比例地降低，并且类似地促进和加速流体化。
[0169] 当泡沫或熔料插入物遇水时，在所述容积内流化的蛋白质分子在其中扩散，趋向于达到均匀的浓度。在水化以达到一致条件之后，可以有充分的分析时间，不会延迟总体分析，例如在引起分析物流过反应室的时间段期间。但是，流化和达到均匀状态均能够以在容纳室内流动搅拌进行加速和提高。有利的是，所述室在泡沫或熔料插入物的两端具有小的开放小室(图4、4′、6A和6B)，例如1或2微升容积，用于接受流化试剂以促进均匀化。然后通过缓冲液泵机制驱动流体的向前和向后移动(搅拌)。新的技术达到这一功能。它对于检测试剂和标签试剂储存室均能够起作用，以生成均一浓度的试剂。在该技术中，有利的是以不对称的方式推动流体以加强混合过程。例如，向前的体积流速优选是返回的流速的两倍。
[0170] 在此将进一步描述，在储存通道中向前和向后移动的新改进的特征为每个周期期间流体显著的净流体前进。以这种方法不仅能够在储存室和从它引出的通道内达到混合，而且能够在反应室内发生混合，并结合逐步的再补充，保持反应室中试剂的高浓度。
[0171] 用于在低雷诺数流动下混沌混合的混合通道
[0172] 在开孔泡沫或熔料内会发生的流路彼此交织和开放的情况中，通过流过所述材料提高混合。因此，在流动限于雷诺数小于1的分析盒中，混合流动通道在总方向中延伸并与反应室连接以供应试剂，用选择的三维开孔泡沫或熔料块填装实质长度的通道，参见图6-6D和6′，导致通道中流动的流体沿着不同的交织流路分裂成许许多多相对小的流，所述路径具有垂直于所述通道总方向的流动组分以及流动通道方向的流动组分，单个流路相对于彼此的方向不同并且开放以彼此交流，在液体流入和通过所述开孔泡沫或熔料材料后，有效地产生基本上混沌的混合作用，设置通道的出口来供应如此混合的液体流向反应室。合意的是，为了确保在最初填注时压出空气，所述泡沫或熔料的表面是亲水的。在重要的例子中，其中混合通道还用作储存通道(参见以前的说明“干燥试剂的储存”)，干燥的生物制剂承载在多孔表面上，通过液体流过所述泡沫或熔料受到水化。在重要的例子中，将所述通道连接以容纳粘度显著小于离开所述泡沫或熔料材料的试剂的粘度的缓冲液流。
[0173] 开孔泡沫或熔料材料的孔径优选在大约5至200微米之间，在一个例子中，孔径选自包含下述材料的材料：标称孔径30微米、偏差为加或减50％的材料，和标称孔径100微米、偏差为加或减20％的材料。
[0174] 有效的混合流动通道具有长方形的横截面，片状泡沫或熔料多孔材料在所述混合通道的几乎大半长度上，紧密地吻合所述横截面，在一些例子下，所述通道具有基本恒定的横截面，长度至少大约60mm，通道宽度和深度分别大约2mm和0.6mm。
[0175] 柱塞样流动
[0176] 储存室中容纳的泡沫或熔料内的试剂(水化的生物分子)被相对低粘度的缓冲液推出并推向反应室。发现所述泡沫或熔料以类似于一束微毛细管的方式作用，引起“柱塞”运送流动情况，其中流化的蛋白质没有呈现出如果试剂储存室没有被泡沫或熔料占据时将会出现的在所述壁处零分子流动的抛物线流动模式。G.I.Taylor分析了流通毛细管的柱塞样性质((Dispersion of Solute Matter in Solvent Flowing Slowly through a tube溶质在缓慢流过管的
溶剂中的分散)；Proceeding of the Royal Society of London，Series A，Mathematical and Physical Sciences，Vol.219，No.1137.Aug.25，1953，pp186-203)。我们认识到刚才描述过的多孔材料，例如图5和6-6C填充试剂储存通道的开孔泡沫或熔料区段14A或15A，具有类似的效果，产生柱塞样流通过所述通道，即防止较低粘度的缓冲液强力通过较高粘度试剂(即，防止“墨西哥湾流”效果)。
[0177] 我们经试验对此加以验证，例如参见图11的图形中与用开放通道产生的两条较低曲线相比的两条较高曲线。如上所述的结构和流动方案容许在所述储存室内以接近均一的蛋白浓度递送流化体积，在尾部浓度迅速下降，如图11所示。
[0178] 设计成用这些特征执行夹心分析的盒被发现以上述方式储存和递送检测试剂(例如抗体)，其非常接近以恒定浓度递送预混合的抗体混合物的“黄金标准”
注射器泵。我们认识到，在备选结构中，含有通过模制或挤出生产的基本平行的小管组的材料，可用于提供干燥试剂的储存表面，并类似用于通过引入所述组装件的缓冲液，产生活塞式流动，而排出液继续前进到反应室。
[0179] 在通流反应室中来回混合，净前进到废液
[0180] 通过来回液体移动促进反应室中捕获表面处一致的分子偶联(图9-9C)，尽管所述过程总体上保持是一种通流过程，对通过反应室前进到废液贮器的液体进行再补充。周期行动的阶段所选择的持续时间决定了净流体流。
[0181] 为此目的，将反应室6构造成在其出口区域处带有排放通路或放出道50，其大小为只容纳预定的回流部分，例如大约4微升，具有
安全边界；以致空气决不能进入反应室，但是使得通过重力排出过量流体，流入倾卸室19，决不再进入反应室。放出道具有一个小节段，用于在吸入流体时阻止空气进入反应室。
[0182] 双向流动小袋
[0183] 本公开的另一方面是双向流流动泵-隔膜/试剂小袋容器(图7-7E)，用于产生前后流动。小袋被构造有杯(用可冷成形的材料例如来自Hueck Foils的“泡罩箔”CF501CSM或来自Alcan的Formpack C400565形成)，并盖有来自All-Foil的相容的箔，例如100系列-0铝，0.001厚，包被有CP3A
热封3。所述包装充有试剂，在完全关闭之前没有空气。
[0184] 泡罩箔中的铝是柔软的，容许成形。但是，随着泡罩形成，它被加工硬化。发现这赋予了泡罩杯所需水平的弹性，容许系统通过在永久性变形小袋的充分范围内弹性复原而进行有限的抽吸。
[0185] 本公开的缓冲液小袋11由杯11A和盖11B构成。在操作中，所述杯的背部通过外部活塞P受压和变形，其方式有点类似于传统泵的滚动隔膜，所述传统泵例如来自Sheboygan的Thomas的1101型微型
压缩机，WI53081(其可以用作分析物液体泵3)。也就是说，所述小袋可用具有(有限的)弹性复原率的滚动隔膜型装置操作。
[0186] 由步进马达螺旋组件驱动的外部活塞P使小袋的杯11A的背部变形，并迫使柔软的铝盖11B靠在刺穿它的针(锥针)上，释放流体到引导向不同室的
管道系统。所述盖子优选是平的，并与其配套的平坦的砧座表面相符合，砧座表面压出任何残留的空气。所述配套的平坦表面在其中部保持坡度，坡度外伸出一个尖锐的锥形针，所述坡度具有一段缺失，以促进液体流动。柔软的铝盖最终变形并刺穿其本身，以通过步进马达信号控制的方式释放其内容物。
[0187] 杯被成形，从而对永久变形提供最小阻力，而且提供充分的弹性，随着步进马达反转并且缩回活塞，流体被吸回，这种组合行动使得随着相关阀的控制，在选择的管道和室内向前和向后的流体流动。
[0188] 气泡阱级联
[0189] 正如前面提到的那样(并参见图8-8H和8′-H′)，并入用于样品和执行所有其它功能的流体的分开的气泡阱，并以捕获截留的空气的方式将它们级联连接，提供了将必要的样本量最少化的优点(样品气泡阱相对非常小)。这提供了耐受流体流变化的稳固结构，例如在由泡罩袋形成的相对粗制和低成本的泵送系统的预定误差范围内，该误差范围由一组试验确定。能够进行空气清洗和样品处理，使得在样品处理之前没有清除的小体积空气可以捕获在样品气泡阱中。通过这种布置提供的误差容许，使得能够使用简单和相对低成本的泵设置，同时仍然达到高准确度的液体流动。
[0190] 流动分析
[0191] 与固定体积的分析相比，本公开具体适用于连续流(或“通流”)分析，尤其是蛋白质流分析。逐渐再补充的通流分析(图9-9C，10)在分析物携带极低浓度的目的分子的情况下尤其有利，因为它在反应室提供较高的浓度和改进的扩散作用，因此是更好的检测过程。
[0192] 在工业中已知，蛋白质分析的偶联
结合水平与捕获试剂和分析物二者的分子密度成正比。在容积固定的分析中，因为分析物分子与捕获分子结合，流体中的分析物浓度通过消耗而降低，因此限制了偶联分子的数目并最终限制了
信噪比。通流分析的好处在于通过逐渐提供未消耗的分析物流体弥补了该消耗效果，因此增加了目的蛋白质的表观分子密度并因此增加了分析效率。
[0193] 优选实施方案
[0194] 优选的实施方案表现出超过用于在我们题为“ASSAYS BASED ON LIQUID FLOW OVER ARRAYS(基于液体流过阵列的分析)”的专利申请所描述的盒内执行分析的有效系统的改进，该专利申请在US 2006/0275852 A1和WO 2006/132666 A1公布，就与本申请中类似的结构与操作特征以及那里提到的变化方面，在此以其全文合并作为参考。
[0195] 通流盒的已知特征
[0196] 图1、1′和1″中示出的通流盒类型，除了在这里下面要论述的新的流动通路和除气泡装置之外，采用了在专利申请US 2006/0275852 A1和WO 2006/132666 A1中公开的已知特征。图1、1′和1″的以下特征是那些在先专利申请已知的。
[0197] 通流盒将用于分析的所有液体和试剂局限在该盒的内部。
[0198] 含有分析物的液体样品，例如携带目的抗体的血清或血浆，通过隔膜1被引入盒内的储样器2中。排代泵3与储样器2相连，推动样品液体流动。它流动通过路径，以根据所选择的分析适当调节该液体，然后在被逐渐再补充的流中通过窄流间隙反应室6，将调节过的样品液体暴露于捕获试剂，然后到达废液储存器19用于隔离。捕获试剂可以是捕获试剂阵列，例如，在平坦的捕获表面上的点状蛋白质二维阵列。
[0199] 缓冲液储存在盒内的小袋中。泵12推动缓冲液通过该液体在其中按照适合于所述分析进行调节的路径，然后在逐渐再补充的流中通过窄间隙反应室6，将调节过的液体暴露于捕获区，然后到废液储存器。在一个例子中，缓冲液液体作为洗涤液，被推动通过除气泡系统，以在该液体到达反应室6之前将其调节。在其它例子中，缓冲液作为水化和载体液体被推动进入室14和15，以液化那些室内的试剂，并通过除气泡系统，以在该液体到达作用室6之前进一步对其调节。对于免疫分析，干燥的检测抗体试剂提供在室14中，干燥的荧
光标签试剂(标记或染料)提供在室15中。
[0200] 还通过可以加热分析液体的、在虚线4A和7框出的区域中的
热交换器4，在液体到达反应室6之前对其产生调节。4A处的热交换器可以导致液体达到接近分析的温度，例如生理学温度，37℃，并在7处的反应室保持该温度。
[0201] 气泡阱形式的除气泡系统以浮力原理运行。
[0202] 通过外部驱动泵送和外部驱动停止阀，产生在分析盒通路中的流。控制泵送持续时间的光传感器在相应的通路中感应液体-空气界面的到达。在其它例子中，泵送持续时间依照控制装置执行的分析方案加以定时。控制装置可以包括对例如在计算机
存储器中的机器可读介质上储存的指令(方案)发生响应的泵与阀
控制器。
[0203] 流过反应室6之后，用过的液体被封隔，以阻止返回到反应室。例如，参考图1、1′和1″，我们先前已知的盒的平面PL已经在使用期间以相对于水平成显著的角度定向。泵产生液体向上移动通过反应室6，同时通过重力流动产生来自反应室6的流到达废液储存器。废液室通过疏水性孔20放泄。在开始分析之前液体向上流到废液储存器，经过废液储存室和孔排除通路的空气，而在分析期间，更多的空气随着废液积累而从废液储存器通过孔20。
[0204] 如图1、1′和1″所示的盒和外部装置之间的功能关系是同样已知的。
[0205] 图12-12C显示了用于以前的系统的系统控制装置60，结合了用于图1、1′和1″所示的外部功能的所有部件。
[0206] 控制装置60包括系统显示器63和用于平坦的盒的插座66，所述插座66将盒布置成与水平成显著的角度α，在这里是60°。该盒通过携带加热器101的门62被闭
锁就位。参考图12B，两个步进马达线性致动器70(图中显示了一个)分别非常精确地驱动泵的柱塞(活塞)。三个线性移动阀致动器(阀杆)71(图中显示一个)分别操作主动停止阀。该分析的进程、执行和结果能够通过系统显示器63或通过相连的计算机的监测来观察和监控，所述计算机还可以储存和读取方案指令、控制泵和阀致动器以及记录分析的测量值。控制装置60中包含的显微镜引导有刺激性照射通过盒的透明窗，到达反应室内捕获表面上的标记复合物。通过所述窗，显微镜接收和测量复合物的被激发标记产生的荧光。反应完成和采集所有测量值之后，从控制装置60取下所述盒并丢弃。
[0207] 新特征的实施
[0208] 除了图1′中标记试剂通路绕过除气泡系统之外，图1和1′的盒形式基本相同。这两种盒形式的实施分别显示在图2-5和2′-5′中。它们的特征相配合，能够对低丰度的分析物得到更高一致性的定量分析结果，而同时能够通过有效利用昂贵的检测试剂和需要较少部件的简单组件，明显降低盒的成本。
[0209] 特别是，这些实施说明了在通流反应室6中来回混合，液体通过位于远处的泵产生的净流动前进到废液封隔器(3和12，图2和2′)，所述泵将液体在到达反应室6和废液储存器19之前，前进通过用于调节的路径。因此，单一的泵系统结合了准确的液体流动控制，液体调节例如液化、混合、加热和除去气泡，和在通流反应室6内完成混合的同时再补充试剂。这种流动保持高动力学反应速率，在简单的盒内以相对低成本产生历时短、高度一致的定量分析。
[0210] 参考分解图图5和5′，模制的盒体界定了流道。用于插入到所述模制主体的相应腔的预成形装置包括：(1)试剂负载材料精确成型的分流区段14A、15A和15A′(图6、6′和6A)；(2)含有缓冲液的泡罩袋小袋11，其作为泵送缓冲液的泵体(图7-7D)，和(3)滚动弹性
隔膜泵元件3。
[0211] (1)分流材料的区段14A、15A和15A′密切吻合盒体中的通道14、15和15′，以致液体被封闭通过所述材料区段。为了这种目的，所述通道优选模制成与上面确定的可用的片状泡沫或熔料材料的厚度相匹配的恒定深度，通道的边缘壁和所述区段的边缘壁是正方形的，便于制造。紧密吻合的状况防止液体在分流材料周围的旁路流动。这也许是通过压配合关系或者通道壁和材料壁之间的余隙大小被定为通过所述材料的通路的尺寸、例如多孔材料中孔径的关系所达到的情况。
[0212] 通过适当成型的模具切割所述片材，以与模制通道的轮廓紧密相配。区段14A和15A以及相匹配的模制通道是直的，优选流动方向上的长度是所述区段的最大横截面尺寸的至少十倍。如图5′所示，为了有效利用通过盒提供的足迹，使用了形状更复杂的插入物，例如图5′的区段15A′在平面图(轮廓)中为弯曲的“香蕉”状，其有效吻合盒的拐弯区域。即使采用这样的特殊形状，所述分流材料区段也优选具有由切割出它的片材的厚度所确定的恒定厚度，并具有正方形的切割周界缘表面，所述通道和区段在流动方向中有显著的延伸。
[0213] 从所述片材切割出之后，区段14、15、15′装载了含有经准确测量的量的试剂的液体，所述试剂例如为抗体或者标签(标记)试剂的混合物，并干燥以提供分布在整个区段体的内部通路表面上的薄层。然后储存所述区段，用于以后安置在它们的相应通道中。
[0214] (2)图5、5′和图7-7E的小袋11除作为预填充的缓冲液容器以插入所述盒中以外，还以新的方式形成可用具有弹性复原率(虽然非常有限)的滚动隔膜型机构操作的双方向液体流动泵体。这种“小袋式泵”将液体前进：(1)到分流区段14A、15A和15A′中，以水化试剂并混合，(2)通过盒通路和气泡阱8，以填注所述盒，(3)通过窄流间隙(G)反应室6，以逐渐排代用于反应和洗涤的试剂和洗涤液，和(4)由此到达具有储存室19的废液封隔器。
[0215] 所述小袋在其闭合之前装有试剂并且没有空气，其预制造和储存，可用于盒的组装。在装配位置中，小袋的盖11B被设置为与缓冲液腔底部的刺穿针或锥针30相对。为了填注所述盒，杯或泡罩11A的背面被外部活塞P按压。所述软材料的小袋盖，因此被泵驱动器P猛推向刺穿用的锥针，被刺穿而释放缓冲液。所述液体根据泵图7B和7D的线性驱动器控制的小袋变形，流入收集槽46和递送通路21提供的封闭空间。缓冲液通路中液体流动的流速和时间直接取决于控制装置60控制的活塞P移动的速率和持续时间。由于小袋11的杯11A的底部降低，其材料与杯的底部相连的区域中的
侧壁变形，趋向打卷和交迭，在高度上逐渐缩短。
[0216] 盒的填注程序的初始变位期间，小袋的底部只被所述驱动器轻度向内偏斜。在这种范围中，发现具有这种可靠的线性泵送响应，它能够以可接受的流速准确度填充所述通路。偏斜大约0.012英寸对应于所述小袋容积的大约5％，对于填注程序足够了。在分析的其它阶段，发现小袋式泵的准确度足以能够在盒与盒之间得到高度一致的结果。
[0217] 为了向后泵送，永久性变形的缓冲液小袋的弹性复原性质(虽然范围有限)被用来提供如以前所述的返回力。
[0218] 根据泵方案，小袋背部的有限向后移动被线性驱动器受控的向后移动所精确控制，所述小袋弹性压向所述线性驱动器。这产生了基于缓冲液的液体的充分逆流，使得能够在试剂室中和流间隙反应室6中进行来回混合，以促进混合、反应和洗涤的一致性，而用过的液体由于净向前流继续前进到废液储存器19，并最终排空用于读取的室。
[0219] (3)图5和5′的滚动弹性隔膜泵元件3可作为购买品得到，大小为被插入到相应尺寸的模制腔中。布置它来响应线性驱动器的受控移动，产生样品液体正反向流动，以在样品液体继续前进到废液储存器19时，在流间隙反应室6中同样产生混合作用。合适的回转隔膜泵是来自Sheboygan的Thomas的1101型微型压缩机，WI 53081。
[0220] 注意到小袋式泵12和泵3(和阀16、17、18)只需要通过它们相应的致动器末端进行压力
啮合，避免了需要任何复杂的装置或设施。因为小袋式泵和纯滚动隔膜式泵的残余回弹性，即使在驱动器向后移动期间，每个泵的背部仍保持与其驱动器接触。因此没有空动，并且流动状态严格基于驱动器受控的向前、向后、暂停和停止移动状态。
[0221] 进一步参考图5和5′以及图2G，如同以前已知的盒一样，提供生物芯片6A插入到相应的腔中，以界定捕获表面(CS)作为窄流间隙(G)反应室6的一面。生物芯片可以是携带超薄包层的固体硝化纤维素的平坦的、长方形玻璃区段，固体硝化纤维素包层上放置捕获剂，例如捕获试剂圆点S的二维阵列，为一排排横向延伸的重复点(图2B)。(在其它实施中，捕获剂可以其它方式存在)。读取窗6B，例如平坦的透明玻璃区段，以距捕获表面大约100微米的一致间距被平行放入，在通流反应室的捕获表面上界定了窄流间隙G。(在其它实施中，所述流间隙尺寸G可以为大约50到300微米)。设置位于所述室中间、尺寸在流动维度上为12mm和横向为4或8mm的流间隙区域，是为了通过控制装置60的显微镜成像。
[0222] 此外，图5和5′的每一组件，如先前已知的盒，具有适合于安放条型码标记的盖子；双面粘合片材；乳胶片材的区段，其部分作为停止阀16、17和18的阀隔膜；反光带镜子11A和11B，用于检测通路中液体-空气界面到达的光传感站5和13的底面；隔膜元件1和其用于接收液体样品的固定夹(retainer clip)；通气孔塞20用于废液系统和带型盖用于盒体的背面。
[0223] 在图2、2A和2′、2A′中看得最清楚，在新的级联排列中，分别提供用于样品和基于缓冲液的流体的分开的气泡阱9、8。所述气泡阱以新的级联方式连接。从用于基于缓冲液的液体的阱8离开的流继续前进到阱9中。如同先前描述，这使得能够除去盒的初始注入期间超过阱8所截留的空气。这提供了耐受流体流变化的稳固结构，使得能够利用低成本的泡罩小袋泵设置和其排代误差度。
[0224] 然而，就图1的盒形式以及图2和2A的实施而言，所有基于缓冲液的液体通过除气泡系统，在图1′的盒形式以及图2′和2A′的实施中，标记试剂一起绕过除气泡系统，因此避免了在气泡阱中与任何残余的检测剂分子的任何反应可能性，如本文后面所述。
[0225] 在其他方面类似图1′的图1″的盒形式中，提供了第三除气泡系统，以除去标记试剂的气泡。
[0226] 图1-5的实施的结构和操作
[0227] 1.提供隔膜1作为含有分析物的液体被引到所述盒中是所通过的进口。
[0228] 2.分析物由此进入容纳室2(储样器)。
[0229] 3.容纳室处的分析物泵3是滚动隔膜式排代泵，其设置用来通过由旋转步进马达驱动的加工站的外部线性驱动器或活塞来压下，并能够进行向前和向后的流动泵送。
[0230] 4.分析物热交换器4，加热温度受控区域4A和7。区域4A包含分析物以及检测和标签试剂液。
[0231] 5.分析物光传感器5在分析物被泵3向着反应室前进时，检测所述分析物的存在。
[0232] 6.在反应室6或“RC”中，分析物分子被硝化纤维素载片上预先沉积的捕获剂点阵列、或者“生物芯片”捕获表面从低雷诺数流中捕获。捕获分析物之后，洗涤所述室，然后从其它低雷诺数流中捕获检测试剂。然后从其它低雷诺数流中捕获标记试剂。然后，洗涤之后，排空所述室，通过窗读取受激荧光。
[0233] 生物芯片是硝化纤维素包被的玻璃，携带沉积的捕获试剂点的二维阵列，例如每种给定的捕获试剂的4到6个重复点，每组重复点布置成相对于通过反应室的流动方向横向的独立列。所述生物芯片与透光的盖子或窗(玻璃载片盖的无荧光平坦部分)分开100微米的流间隙，形成窄轮廓(low-profile)的反应室，所述反应室宽度大约4mm和长度
12mm，流深100m微米。进口和出口通路48和50位于反应室6的相对的末端。
[0234] 7.热交换器部分7加热和保持反应室中所有流体在37℃。
[0235] 8.上游气泡阱(BT)8除去从被加热到37℃的基于缓冲液的试剂流体释出气体的气泡和通向它的通路中捕获的空气栓。
[0236] 9.下游气泡阱(BT)9除去从被加热到37℃的分析物液体释出的气体的气泡以及在相邻的上游试剂通道捕获的空气栓。
[0237] 10.缓冲液腔或室10容纳用来液化检测试剂和标签试剂二者的缓冲液，而且提供气泡阱8的填充和洗涤液。
[0238] 11.被插入腔10中的缓冲液小袋11储存缓冲液和防护其
泄漏和损失，所述缓冲液用于形成检测和标签试剂以及洗涤液。它包含杯11A和盖11B。
[0239] 12.缓冲液泵12由缓冲液小袋11和作用于它的外部活塞形成(图7-7E)。活塞P的前后移动由旋转步进马达驱动的外部线性驱动器所控制(图12B)。活塞的前进刺穿了缓冲液小袋，并推出缓冲液和从而推出试剂(据此，它有时因此被称为“试剂泵”)。
[0240] 13.检测试剂光传感器13告知外部处理器，所述检测试剂已填充相关的通道并将空气从盒的那部分排除。
[0241] 14.检测试剂室14容纳干燥的检测试剂，所述检测试剂往往(但是不一定)是抗体；由于经常使用抗体，所述室有时被称为“抗体”或“Abd”室。
[0242] 15.标签试剂室15容纳干燥的染料试剂，所述染料试剂或者称为“标记”或“标签”试剂。
[0243] 16.检测试剂室阀16开放或阻断来自缓冲液腔10的液体流；阀16典型地如图2所示位于缓冲液储存器和检测试剂室之间的供应线中，而不是图1中图示的位置。
[0244] 17.标签试剂室阀17开放或阻断缓冲液进入标签试剂室15。所述阀同样如图2所示
定位。
[0245] 18.洗涤通道阀18开放或阻断缓冲液进入反应室6。
[0246] 19.倾卸腔19或“废液室”，通过重力流动，积累和储存所有已经流过捕获表面并离开反应室6的废弃的流体。
[0247] 20.位于废液腔中的孔口20，容许空气通过到达所述室之外，但是阻止液体逸出。
[0248] 其它结构特征如下：
[0249] 21.从缓冲液储存器到阀网络的缓冲液流动通路。
[0250] 22.从阀16到检测试剂储存器通路14的缓冲液流动通路。
[0251] 23.从阀17到标签试剂储存器通路15的缓冲液流动通路。
[0252] 30.刺穿锥针(锥体形式)
[0253] 32.
歧管部分32，其连接试剂通道34和35以及洗涤通道37。
[0254] 34.染料(标签或标记)试剂排放通道34。
[0255] 35.检测试剂排放通道35。
[0256] 36.洗涤通道排放部分36。
[0257] 37.洗涤通道37。
[0258] 38.从上游气泡阱8开始的排放通道38。
[0259] 39.到上游气泡阱的入口通道39，用于检测和标记试剂以及洗涤缓冲液的合并流。
[0260] 40.分析物泵排放通道40。
[0261] 42.到下游气泡阱9的入口通道42，用于合并从上游气泡阱起的通道38和从分析物泵起的通道40。
[0262] 46.围绕锥针的槽。
[0263] 47.从气泡阱9到光传感器5的出口道。
[0264] 48.到反应室的进入通路或道。
[0265] 50.从反应室起的离开通路或道。
[0266] 参考图2和2A，气泡阱8和9中的每个类似于我们以前的专利申请中显示的气泡阱，所述专利申请如上所述，在此合并作为参考。差别是在底部分配器F的形式(参考操作位置中的位置，角度α，图12)。分配器F用于防止被大气泡堵塞。图2和2A的气泡阱中，每个流在相应气泡阱底部相对侧处的入口In处进入，和出口Out处离开。升流分配器形式F从底部向上伸出，在流移动垂直所述阱的宽度时，将其变换方向成向上移动，从这里它继续向下前进到出口。以前夹带的空气栓以及到达阱8或9的气泡，在进入后，在浮力效应下向上移动，到达所述阱的上部并且没有到达或阻塞出口。
[0267] 各阱的填充通过我们以前的专利申请中描述的技术完成。随着液体在In处进入，液体开始填充阱的较低区域。通过一对毛细管爆裂阀B和B′来防止液体通过出口离开，所述阀构造用来有条件地阻塞液体流动，并且只有当已经达到预定的背压时才会爆裂。液体填充阱，迫使排出的空气经过毛细管爆裂阀B″和B″′逸出孔口通路，并且由此通过通路网络，通过反应室6到盒的气孔20。当相应的气泡阱充满液体时，所述毛细管爆裂阀B″阻挡液体流出阱的顶端，压力上升，直至在阱底部处的阀B和B′中导致爆裂效应，容许液体流出出口。通过爆裂阀B″′防止液体向上流过孔口通路。
[0268] 为了可靠地进行所述分析，所述盒和操作方案被布置使得一旦分析物已经开始流动，没有空气通过反应室6。以这种方法，避免了在反应室6中累积能够引起结果严重破坏的破裂性气泡的
风险。已经认识到，部件的尺寸容差以及定时原因可以引起一些室和道(通道)的填充不满。新的流体流方案和盒设计保证了尽管有这种运行不准确度，但通过反应室6的流完全没有空气。
[0269] 也参考图2和8-8H和图8I的方案，发生用来执行分析的行动的功能顺序如下：
[0270] 1.将分析物液体经过隔膜1引入到分析物室2中
[0271] 2.关闭阀18&17(洗涤通道和标签试剂室15)
[0272] 3.开放阀16(检测试剂室14)
[0273] 4.运行缓冲液泵12(转动步进马达，压下缓冲液泵12的柱塞)，以
[0274] 5.在锥针30上刺穿小袋11，释放缓冲液
[0275] 6.继续操作缓冲液泵(压下活塞和压缩小袋11)以填充检测试剂室14，直至[0276] 7.光传感器(Opto-sensor)13触发
[0277] 8.关闭阀16
[0278] 9.开放阀17
[0279] 10.运行缓冲液泵12预定的步进马达步进数，以填充标签试剂室15，并轻度超过容许误差。停止。
[0280] 11.关闭阀17
[0281] 12.开放阀18
[0282] 13.运行缓冲液泵12预定的步进马达步进数，以填充洗涤通路37和气泡阱8，并轻度超过容许误差。停止。
[0283] 14.关闭阀18
[0284] 15.运行分析物泵3以填充气泡阱9，直至光传感器5触发
[0285] 16.继续运行分析物泵3，以将分析物液体按照方案流过反应室6
[0286] 17.开放阀18和运行缓冲液泵12，按照方案用缓冲液洗涤反应室6
[0287] 18.关闭阀18
[0288] 19.开放阀16和运行缓冲液泵12，按照方案将检测试剂流过反应室6[0289] 20.关闭阀16
[0290] 21.开放阀18和运行缓冲液泵12，按照方案用缓冲液洗涤反应室6
[0291] 22.关闭阀18
[0292] 23.开放阀17和运行缓冲液泵12，按照方案将标签试剂流过反应室6[0293] 24.关闭阀17
[0294] 25.开放阀18和运行缓冲液泵12，按照方案洗涤反应室6
[0295] 26.准备成像用芯片。
[0296] 27.将所述生物芯片通过反应室6的窗成像，并发送数据到计算机用于分析[0297] 28.结束。
[0298] 在一些例子下，准备芯片用于成像，成像是通过停止洗涤流，令反应室装有澄清的缓冲液，和执行激发并通过填充液体的室6读取。在其它例子中，如图8H和图8H′所示，反应室被排空。在那些例子中，成像之前，优选通过没有显示的连接件，在光传感器5附近导入加压的干燥空气，产生干燥的空气流通过窄流间隙(G)反应室。
[0299] 上述顺序确保，通过捕获反应室上游的空气，一旦分析物已经泵过反应室，没有空气进入反应室。因此，在提供宽松的容差、即允许一定水平的尺寸和处理容差的同时，可能在使用简单和相对廉价地制造和使用的盒时，作出高度准确的分析结果。更详细的说明是，规定方案以保证清扫所有的道和分析物流之后，没有空气被推过反应室。所述设计适应步进马达/导杆/活塞/小袋/小袋刺穿/数字控制组合的计量容差。在优选的实施中，采用在说明书中提到的尺寸和关系，计量容差已经实验测得，在检测试剂流向反应室之前的方案部分内，为2.5μL。5μL值可用于提供安全余裕。
[0300] 同样参考刚才提到的顺序和图2和8-8H，分析的过程可以概括如下：
[0301] 用移液管，将分析物通过隔膜1引入分析物室中。
[0302] 开放检测试剂阀16，并关闭阀18和17。只有通道35开放。
[0303] 外部驱动器前进刺穿小袋11和推进缓冲液之后，所述液体被排代以填充检测试剂室14，从而液化干燥的检测试剂(Ab)和引发在检测试剂排放通路35中的试剂控制光传感器13。
[0304] 关闭阀16和开放阀17。
[0305] 试剂流体被泵入染料(标签)试剂室15中，流体体积被规定为确保没有染料试剂能够进入歧管32。因为在优选的实施方案中泵送容差是5μL，该容差内尺寸未定的气泡被保持在室15和道34中。
[0306] 然后关闭阀17和开放阀18。阀16保持关闭。
[0307] 然后缓冲液被泵入洗涤通道37中和气泡阱8中，并可以在预先规定的体积控制容差内进入道38，使得没有流体进入分析物道(通道)40或42中。
[0308] 然后关闭阀18。阀17保持关闭。
[0309] 关闭阀16、17和18。
[0310] 然后泵送分析物填充气泡阱9，根据捕获方案从光传感器5测量并通过RC 6。然后停止分析物泵送。
[0311] 泵送了预定体积的分析物之后，和上面的步骤17所述的洗涤阶段之后，则开放阀16，泵12推进缓冲液以排代流化的检测试剂，例如室14中的抗体。流化的检测试剂推动它前面的光传感器13和道35的顶端部分35a内的空气。这迫使道39中的流体进入气泡阱8和按照需要完成气泡阱8的填充。应该注意，然后气泡阱8被完全填充并将捕获来自光传感器13和道35顶端的任何进气，以及道34中的任何空气和在所述液体加热期间可以从它们释出的气体。
[0312] 所述盒已经冲掉空气并填注，然后准备完成分析。
[0313] 因此能够知道，上述方案确保所有空气都从室和道的网络被清除或捕获，以防止在分析物通过之后空气通过所述反应室。
[0314] 参考图7-7E，根据标准工艺制作小袋并填充。它被安置在腔10中，用双面
胶带例如3M#9889粘合就位。它被压在所述小袋的顶部(crown of the pouch)上，并可以用夹子固定，或者用超声
钻头(ultrasonic crown)结合或固定。
[0315] 因为移动活塞P来接触小袋的杯11A背部并使之变形，按照上面的说明由0.001英寸柔软的铝制成的盖11B变形以符合腔的底部，并靠着所述腔的连续环形表面结合(同时流出无阻碍的相对窄的离开通路，以容许从将要描述的刺穿性元件46发出的流)。当通过典型250到2000克的活塞施加充分的力时，盖11B的金属流动以顺应凹陷的中央区域，中央区域中设置了锥型锥针30，直至所述盖材料在刺穿它本身的锥针上刺穿本身，形成离开通路。所述锥针有图7A-E显示的围绕锥针的相对窄槽46，其将流引向凹腔底部，使得它从所述底部填充，向着位于凹陷顶端的相对窄出口逐出所有空气，参见图7A-7C，显示所述组件使用期间相对于垂直的取向。
[0316] 所述小袋囊通过活塞变形，并抵抗变形使得活塞需要施加通常在250和2000克之间的力，用于随着活塞前进而推动液体。
[0317] 当活塞P缩回可能50微米之多时，由于杯壁的有限的弹性，小袋的背部被迫缩回，并将这种移动表现为
抽吸泵，参见图7E。在优选的实施方案中，1微米活塞位移在任一方向中导致大约0.2微升的流。
[0318] 所述图的另一方面的实施涉及液体通过窄轮廓反应室每周期具有净向前流的周期性振动。这帮助在反应室6中重复点的各横向阵列上，获得反应的点与点一致性。参考图9-9C、10和10A，所述系统使用通过外部驱动器根据其预定的自动泵送方案驱动的液体排代泵，泵3或12。所述具有其进入通路48和排放通路50的盒反应室6，被构造用于通过雷诺数1以下的泵送流经过捕获表面，实施与分析相关的反应，通过排放通路50到废液贮器19。控制系统以在重复周期中具有向前泵送和向后泵送阶段的预定周期运行，驱动所述泵，参见图10和10A的实例。布置向前泵送阶段以产生通过反应室到排放端外面、通过排放通路50到废液贮器19的流动。布置向后泵送阶段产生向后的流动，从反应室6和排放通路50的入口端收回液体，不将捕获表面暴露于空气。每周期的净流根据预定方案是前向到排放端之外，用显著的重力出料体到废液贮器19并更新经过捕获表面的流。分析的各反应步骤使用多个这种运行周期，通常超过10个。
[0319] 所述实施具有以下的进一步的特征。
[0320] 在一例中，用于振动流的泵是试剂泵12，包含可变形的容器(小袋)，所述容器具有在至少有限的弹性范围内回弹的壁，布置所述容器被外部驱动器的移动压缩，和在向前泵送之后向后泵送有限的距离，所述壁在其弹性范围内复原，随着外部驱动器速度控制的缩回，达到较小变形的位置，用于增加容器(小袋)的容积，以向后吸引液体进入所述容器内，导致向后吸引液体通过入口48进入所述反应室。在所说明的特定例子中，容器是图7-7E的泡罩袋，泡罩袋的主体由包含铝层的成形片材界定，所述片材通过被外部驱动器压缩主体而受到永久变形，以减少泡罩袋的容积并从其向前排出液体，所述泡罩袋含有预先包装的缓冲液。
[0321] 另一例子中，所述泵是与储存室相连的滚动隔膜式泵。在所述图的特定例子中，储存室是与分析物滚动隔膜式排代泵3相连的分析物室2，所述与隔膜1相连的分析物室用于在用盒执行分析之前将分析物引入所述室2中作为预备步骤。
[0322] 如图9和9B所示，反应室6的排出端处的向上延伸排放通路50在将出料重力下落到废液室19的位点处终止。所述排放通路50大小为包含至少等于在各泵送周期的向后方流动阶段期间，向后吸引通过所述入口的液体体积的容积。在实践中，通路50尺寸加大，以提供安全余裕。
[0323] 反应室和由泵送方案确定的每周期总回流，体积基本相同。在实施中，体积可以是大约4μl。向前流可以是该体积的大约两倍，提供行进的新鲜试剂流。所述净向前流将所述分析表征为通流型分析。
[0324] 实施方案的反应室由带有捕获试剂
沉积物阵列的捕获表面和被大约50至300微米(在特定实例中，为100微米)的流间隙隔开的相对的窗界定，捕获表面和相对的窗的宽度和长度显著大于流间隙，进入通路和排放通路是与反应室显著不同的流动横截面轮廓。在构造用来节省分析物液体使用的实施中，捕获表面和相对窗之间的间隙深度可以在100微米左右，它们的宽度大约4mm和它们的长度大约12mm，在垂直于捕获表面的每一列中携带一组重复点。在其它实施中，宽度可以加宽，和捕获表面可以例如在垂直于其宽度的每列中具有多组重复点。
[0325] 预定的泵送方案提供了向前流与向后流的体积比在3/1至3/2的范围中。该特征的实施中，所述比率可以是大约2/1，和在一些实施中，双向流动可以是同样的体积流速，向前流阶段持续时间是向后流阶段的两倍长，例如参见图10，或者双向流动可以是同样的持续时间，向前流阶段具有向后流阶段两倍的体积流速，例如参见图10A。
[0326] 提供了采用根据这方面的盒执行分析的方法，其可以使用一种或多种上面列举的任何特征。在采用一阵列重复点、例如向着流动方向横向布置的4到8个捕获试剂点的例子中，它特别有用，产生从点到点的高度一致性结果。
[0327] 参考图12，外部加热组件101被构造用于在模制的盒体中相应的腔处，与盒背面有面对面的热传递关系。组件101是图12的控制装置60的一部分，在对反应室中温度起反应的温度传感器的控制之下。它将所述液体升高到接近一致的温度，优选37摄氏度。
[0328] 在操作中，放盒处相对于水平呈显著角度(角度α，图12)，令废液孔口20置于盒的顶部。所述盒可以被插入控制装置60中，液体样品被注入分析物(样品)储器2中，然后盖上盖子。腔10中的流体试剂小袋11被锥针30刺穿，释放液体。通过泵送液体，盒内空气通过反应室6和废液贮器19排出，通过通气
过滤器20离开。整个运行阶段由例如系统控制器60进行
电子控制。
[0329] 通过系统控制器以受控的顺序激活泵3和12的活塞以及阀16、17和18，开始执行分析。
[0330] 在分析中采用荧光标记或标签的情况下，读取分析结果包括通过图12C的系统用选择
波长的
辐射激发标记过的分子，和测量来自与捕获表面结合的荧光标签的受激荧光的水平，例如以检测自身与分析物分子相连的配体抗体分子，所述分析物分子自身与捕获表面上的配体受体(捕获分子)相连。
[0331] 荧光的水平通过从反应室捕获的图像区域中图像
像素的总计信号水平来表示。每个目的区域与发生特定分析反应的已知位置相联系。处理仪器(系统控制器)60可以具有整体的读取站，捕获整个生物芯片的图像加以分析。图的读取器站60具有捕获反应室图像以进一步处理的读取系统64，参见图12B和12C。或者，可以优选读取站与处理站分离。
[0332] 参考图1和图2-5，已经发现除气泡系统8中残余的检测试剂分子可以用标签试剂分子聚集，随后流过系统。这样的聚集体可以随后进入反应室6和干扰所述分析检测阶段期间的读取一致性。
[0333] 已经发现，检测和标签试剂流之间的除气泡系统通过采用具有净洗涤液前进的周期性振动，优选以例如类似图10A中洗涤流的显著不同的向前和向后移动流速，进行有力的洗涤，以从除气泡系统除去残余的检测分子，从而克服这一效应。
[0334] 避免所述效应还可以通过
修改所述盒以使所述标签试剂改道，从而避免其流过可能含有检测试剂的除气泡系统。图1′和1″的盒形式达到这一目的。在图1′的盒形式中，标签试剂从试剂储存器15′流过通路34′，引向带有到反应室的进入通路48的“T”形连接。在图1″的盒形式中，通路34′中的标签试剂流从试剂储存器15′到独立的第三除气泡系统8′，然后到用于流向反应室的T形连接。
[0335] 图2′到5′显示图1′盒形式的实施，图8′到8H′说明其使用期间的状态。
[0336] 阀17′控制缓冲液从供应通路21流动到扩大和弯曲的标签试剂存储器通道15′。
[0337] 以先前描述的方式载有干燥的标签试剂的多孔泡沫或熔料插入物15A′如图2′和4′所示放置在通道15′中。通道15′在平面图中是弯曲的，有些香蕉的形状，有效利用了盒足迹。通道15′的流动截面采取垂直于流动轴A，其完全是长方形的，带有正方形边缘和恒定的深度。这使插入物15A′能够通过模切带有正方形边缘的厚度恒定的泡沫或熔料片材以密切吻合通道内而制造，参见图6′。标签试剂递送通道34′从存储器通道15′延伸到光传感器腔5，在此它与来自气泡阱9和反应室入口通道48的流有效形成“T”连接。填充通道15′和34′是通过缓冲液泵12运行预定的步进马达步进数，以在泵送系统的误差容限内填充标签试剂室15′和递送通路34′，即到图8A′的A′和B′点之间的水平。
发现一些试剂系统中，由于泵送误差范围而因此留在通道34′末端的空气段，并没有损害反应室中复合物的标记。这被认为是由于所选的检测和标签(染料)试剂组之间的高结合系数所致。在可能不耐受这样的空气的其它例子中，增添图1″的第三除气泡系统8′，以在标签试剂到达通向反应室的入口之前，除去该空气段。
[0338] 图2′-5′的实施能够以图10A′中限定的流动方案运行，参见流比，流动延续时间，和在向后-向前-净前进混合周期的情况中，规定的周期数N。典型标记(染料)试剂的
反应性是使得用于在反应中反应的标记流期间，不必需有混合周期。在选择是标记反应性较低的情况下，可以加上混合。
[0339] 为了施行洗涤，使用的流速比反应速度快许多。例如，图10A′的方案规定洗涤速度基本上大于试剂速度的4倍或4倍以上。还发现对于检测和标记反应之后的洗涤而言，如图10A所示，采用相对短持续时间的负流动和在负和正流动之间另外的驱动器停止时间是有效的。
[0340] 因为对所述分析不那么关键，分析物运行和检测试剂运行之间的洗涤步骤可以是其它洗涤持续时间的不到一半，并且不需要包括来回混合，这种情况下，目的主要是为了在分析物运行和检测运行阶段之间提供明确的限定。
[0341] 本公开的所述方面和特征的一种或多种实施在说明书和附图中列出。本公开内容的方面和特征可以在其它盒装置中变化或使用和执行其它功能，包括不采用生物学物质的功能。例如，小袋可以由没有使用金属层的
合成树脂层形成，并在变形时具有适当的复原性质，以提供返回力来充当受限的向后流动的抽吸泵。一组基本平行的流动子通道可以由一套并行管或管样部件形成，以产生柱塞样流，并且它们可以限定亲水性表面用于携带干燥试剂。这样的结构可以模制或挤出疏水材料并后处理为亲水性的。将捕获试剂固定在反应室的固体可以是平坦表面以外的形式，捕获试剂可以是沉积点以外的形式。液体形式的分析试剂可以引入并储存在盒中，经受所述的柱塞式流动和混合作用。代替辐射刺激的荧光，盒可以基于其它检测方案，例如发光或电
化学发光。其它变化、目的和优点将从说明书和图以及权利要求中明了。
