薄膜分层离心装置及使用其的分析方法
阅读：111发布：2021-10-08
专利汇可以提供薄膜分层离心装置及使用其的分析方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 薄膜 分层离心装置及使用其的分析方法。本发明的 实施例 的一个示例是薄膜分层离心装置以及使用该薄膜分层离心装置的分析方法，其中用来诊断和检测液体中的少量材料的诸如芯片上实验室、 蛋白质 芯片及DNA芯片的装置集成到可旋转的薄膜分层主体中。，下面是薄膜分层离心装置及使用其的分析方法专利的具体信息内容。
1.一种薄膜离心装置，包括：
样品入口，用于注入样品；
样品腔室，存储注入到所述样品入口中的所述样品；
试样腔室，存储在离心分离期间从所述样品获得的试样；
残余物腔室，存储在离心分离期间产生的残余物而不是试样；
瓶颈通道，连接所述试样腔室和所述残余物腔室；
一个或多个测定点，其中固定有将要被结合到所述试样的捕获探针并且/或者存储用于与所述试样生化反应的反应物；
废物腔室，通过清洗工艺收集未结合到所述捕获探针的碎片；
可旋转的疏水主体，将所述样品入口、所述样品腔室、所述试样腔室、所述残余物腔室、所述废物腔室、所述瓶颈通道和所述测定点集成在所述主体中；
一个或多个液体流动装置，在所述主体不旋转时将所述试样从所述试样腔室转移到所述测定点，所述液体流动装置选自由亲水液体流动泵、腔室泵、红细胞泵和吸收泵构成的组；以及
液体阀，用超亲水材料涂覆，用于提供将所述试样腔室连接到所述测定点的通路，允许离心分离期间保留在所述试样腔室中的所述试样在所述主体不旋转时通过所述液体流动装置流动到所述测定点。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述液体阀包括形成U形或V形的向内通道和向外通道。
3.根据权利要求1所述的装置，其中吸收垫、样品垫或超亲水腔室设置在所述液体阀的端部和所述测定点的入口之间，用于基于吸收到达所述液体阀的所述端部的所述试样的吸收力而将所述试样从所述试样腔室转移到所述测定点或所述超亲水腔室。
4.根据权利要求1所述的装置，还包括设置在所述液体阀和所述试样腔室的出口之间的薄膜阀。
5.根据权利要求1所述的装置，还包括定量通道以及用于存储所述试样腔室中的过量试样或样品的过量腔室。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述残余物腔室是毛细管腔室。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述主体包括选自由清洁腔室、混合腔室、缓冲腔室和底物腔室构成的组的一个或多个腔室。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述瓶颈通道包括两个或更多薄膜通道。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述薄膜通道通过通道形薄膜胶带形成在构成所述主体的基材层之间。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述主体包括上部基材、中间基材和下部基材，所述上部基材、所述中间基材和所述下部基材按列出的顺序层叠并彼此粘着，其中所述主体还包括：
第一薄膜胶带，层叠在所述上部基材和所述中间基材之间以将所述上部基材粘着到所述中间基材；及
第二薄膜胶带，层叠在所述中间基材和所述下部基材之间以将所述中间基材粘着到所述下部基材。
11.根据权利要求10所述的装置，其中衬底由选自包括疏水材料、硅晶片、聚丙烯、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃共聚物(COC)和聚碳酸酯的组的至少一种构成。
12.根据权利要求1所述的装置，其中所述测定点包括其中固定有所述捕获探针的多孔膜或条带。
13.根据权利要求1所述的装置，其中所述主体包括无线RF IC，所述无线RF IC具有选自包括温度测量、测定点检测、测定点检测结果的存储和发射、个人隐私加密、所述薄膜离心装置的标识(ID)存储和发射、测试日期存储及有效期间存储的组的一种或更多功能。
14.根据权利要求13所述的装置，还包括向所述无线RF IC供应功率的无线电波发生器。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述无线电波发生器包括多极永磁体，用于通过由所述主体旋转产生的交变磁场在设置于所述无线RF IC中的感应线圈中产生电流。
16.根据权利要求1所述的装置，其中所述主体还包括：
制备腔室，从由所述试样腔室获得的血清制备DNA或RNA；
扩增腔室，扩增所述DNA和RNA；以及
断裂腔室，将所述扩增的DNA断裂至预定长度。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述主体还包括薄膜柱状磁体或薄膜铁磁金属颗粒以空间寻址所述制备腔室、所述扩增腔室、所述断裂腔室、所述测定点或所述混合腔室。
18.根据权利要求17所述的装置，其中所述空间寻址通过径向方向搜索和方位角方向搜索执行。
19.根据权利要求17所述的装置，还包括选自由温度测量装置、控制所述腔室的温度的加热装置和冷却装置构成的组的一种或更多装置。
20.根据权利要求1所述的装置，其中所述测定点的检测利用选自由包含光透射测量仪的光学测量装置、荧光检测器、分光计、表面等离子体谐振(SPS)检测器、照明器和图像传感器、激光束设备以及包含光电检测器的光度计构成的组的检测器执行。
21.根据权利要求7所述的装置，还包括：
磁微珠，容纳在所述混合腔室中；
滑动器，在所述主体的下部可移动；以及
永磁体，安装在所述滑动器上，向所述磁微珠施加吸引力并因而移动所述磁微珠，其中所述磁微珠根据所述滑动器的移动而移动从而导致所述混合腔室中的液体混合。
22.根据权利要求7所述的装置，还包括：
磁微珠，容纳在所述混合腔室中；
滑动器，在所述主体的下部可移动；以及
永磁体，安装在所述滑动器上，吸引所述磁微珠并因而移动所述磁微珠，其中所述永磁体保持在所述混合腔室中的相应直径上并且所述主体旋转以引起所述磁微珠的移动，由此混合所述混合腔室中的液体。
23.根据权利要求1所述的装置，还包括用超亲水材料涂覆的定量腔室以及用超亲水材料涂覆的同心通道，
其中所述定量腔室插设在所述同心通道和所述测定点之间，
其中所述同心通道连接到所述液体阀的出口，
所述装置还包括溢出腔室，在所述定量腔室和所述同心通道用所述试样填充之后，在所述试样腔室中的试样亲水流经所述同心通道时，所述溢出腔室允许所述试样通过所述主体的旋转保留在所述定量腔室中以及所述同心通道中的试样通过离心力提取，从而存储残留试样。
24.根据权利要求23所述的装置，其中所述定量腔室中的所述试样通过所述主体的旋转产生的离心力克服形成在所述定量腔室和所述测定点之间的液体流动屏障，然后流入所述测定点。
25.一种利用薄膜离心装置的分析方法，所述薄膜离心装置包括：
样品入口，用于注入样品；
样品腔室，存储注入到所述样品入口的所述样品；
试样腔室，存储在离心分离期间从所述样品获得的试样；
残余物腔室，存储在离心分离期间产生的残余物而不是试样；
瓶颈通道，连接所述试样腔室和所述残余物腔室；
过量腔室，存储超过所述试样腔室的预定量的试样；
一个或多个测定点，其中固定有将要被结合到所述试样的捕获探针并且/或者存储用于与所述试样生化反应的反应物；
液体阀，用超亲水材料涂覆，所述液体阀形成在将所述试样腔室连接到所述测定点的通路上；
废物腔室，通过清洗工艺收集未结合到所述捕获探针的碎片；以及
可旋转的疏水主体，所述样品入口、所述样品腔室、所述试样腔室、所述过量腔室、所述废物腔室、所述瓶颈通道和所述测定点集成在所述主体中；
所述方法包括：
通过所述样品入口将样品注入到所述样品腔室中；
基于所述主体的旋转产生的离心力将所述样品从所述样品腔室转移到所述试样腔室和所述残余物腔室并在所述样品以超过所述试样腔室的预定水平的量存在时将剩余样品移动到所述残余物腔室；
基于所述主体的旋转产生的离心力来离心分离所述样品腔室和所述残余物腔室中的所述样品，同时，通过所述瓶颈通道将所述试样腔室中存在的所述残余物转移到所述残余物腔室，或者通过所述瓶颈通道将所述试样从所述残余物腔室转移到所述试样腔室；
当所述主体停止旋转时，将保留在所述试样腔室中的试样经所述液体阀亲水流动到所述测定点；及
将所述测定点中存在的所述试样结合到所述测定点中存在的捕获探针，或者使所述试样与所述测定点中的反应物进行生化反应。
26.根据权利要求25所述的方法，还包括增添清洁溶液来清洁所述测定点，或旋转所述主体来干燥和脱水所述测定点。
27.根据权利要求25所述的方法，还包括选自下列的一个或更多操作：
搜索测定点；
定性或定量分析所述测定点的反应结果；
允许集成在所述主体中的无线RF IC检测所述测定点来实现无线发射；
在计算机监视器上显示从所述分析获得的诊断结果；以及
向通过互联网连接的医生远程发送诊断结果和问题；或者获得医生的处方。
28.根据权利要求25所述的方法，还包括选自下列的一个或更多操作：
隔离DNA或RNA；
扩增DNA；
断裂所述扩增的DNA至预定长度；以及
在DNA的一端标记一标记物。
29.根据权利要求1所述的装置，其中除了所述瓶颈通道以外，所述残余物腔室不包括允许液体流入或漏出的通道或出口。
30.一种薄膜离心装置，用于实现利用单一样品的多路测定，包括：
样品入口，用于注入样品；
样品腔室，存储注入到所述样品入口的所述样品；
试样腔室，存储在离心分离期间从所述样品获得的试样；
残余物腔室，存储在离心分离期间产生的残余物而不是试样；
瓶颈通道，连接所述试样腔室和所述残余物腔室；
液体阀，用超亲水材料涂覆，在所述主体旋转期间提供将所述试样保留在所述试样腔室中的亲水流动通路，并在所述主体不旋转时将所述试样移动至所述试样腔室；
缓冲腔室，通过交替重复通过所述液体阀的亲水液体流动过程和通过离心力的液体流动过程，临时存储所述试样腔室中的所述试样；
一个或多个测定点，其中固定有将要被结合到所述试样的捕获探针并且/或者存储用于与所述试样生化反应的反应物；
薄膜阀，将存在于所述缓冲腔室中的所述试样提供到所述测定点；
可旋转的疏水主体，所述样品入口、所述样品腔室、所述试样腔室、所述残余物腔室、废物腔室、所述瓶颈通道和所述测定点集成在所述主体中；以及
亲水通道，插设在所述缓冲腔室和所述测定点之间，当所述薄膜阀打开时，使所述试样从所述缓冲腔室亲水流动到所述测定点。
31.根据权利要求30所述的装置，其中所述薄膜阀是疏水爆破阀或毛细管爆破阀。
32.一种薄膜离心装置，用于实现利用单一样品的多路测定，包括：
样品入口，用于注入样品；
样品腔室，存储注入到所述样品入口的所述样品；
试样腔室，存储在离心分离期间从所述样品获得的试样；
残余物腔室，存储在离心分离期间产生的残余物而不是试样；
瓶颈通道，连接所述试样腔室和所述残余物腔室；
稀释溶液存储腔室，存储稀释溶液；
液压爆破阀，设置在所述稀释溶液存储腔室的出口中，所述液压爆破阀通过所述主体的旋转产生的液体压力打开；
缓冲腔室，通过交替重复通过所述液体阀的亲水液体流动过程和通过离心力的液体流动过程，临时存储移入所述试样腔室中的所述试样；
液体阀，用超亲水材料涂覆，在所述主体旋转期间提供将所述试样保留在所述试样腔室中的亲水流动通路，并在所述主体不旋转时将所述试样移动到所述试样腔室；
混合腔室，通过藉由交替重复通过所述液体阀的亲水液体流动过程和通过离心力的液体流动过程来逐渐移动所述试样和所述稀释溶液而进行逐渐混合和临时存储；
一个或多个测定点，其中固定有将要被结合到所述试样的捕获探针并且/或者存储用于与所述试样生化反应的反应物；
薄膜阀，将存在于所述缓冲腔室中的所述试样提供到所述测定点；
可旋转的疏水主体，其中所述样品入口、所述样品腔室、所述试样腔室、所述残余物腔室、废物腔室、所述瓶颈通道和所述测定点集成在所述主体中；以及
亲水通道，插设在所述缓冲腔室和所述测定点之间，当所述薄膜阀打开时，使所述试样从所述缓冲腔室亲水流动到所述测定点。
33.根据权利要求1、12、25、30和32中任一项所述的装置，其中所述测定点包括固定的捕获探针以分析自由PSA百分比(％fPSA)或proPSA百分比(％proPSA)。
薄膜分层离心装置及使用其的分析方法
技术领域
[0001] 本发明的实施例涉及一种薄膜分层离心装置及使用其的分析方法。更具体地，本发明的实施例涉及一种薄膜分层离心装置及使用其的分析方法，在该薄膜分层离心装置中，薄膜旋转体与诸如芯片上实验室、蛋白质芯片及DNA芯片的机构集成，这些机构用来诊断和检测液体中存在的少量材料。
背景技术
[0002] 一般的用于检测液体中的少量分析物的临床诊断和分析机构包括多个样品布置及自动样品供给装置，并具有这样的结构即其中用于连续或并行地分析大量测试样品的机构集成在旋转的薄膜体上以改善分析效率和经济效益。这样的用于临床测试的薄膜分析仪能够基于生物盘的旋转产生的离心力利用少量的样品和试样精确而自动地进行各种分析。
[0003] 考虑薄膜型CD和DVD，标准的光盘能够由12cm的聚碳酸酯衬底、反射金属层和保护层涂覆形成。CD、DVD和CD-ROM的格式可以基于ISO9660工业标准。聚碳酸酯衬底由光学品质的透明聚碳酸酯制成。标准印制或批量拷贝的CD中的数据层是聚碳酸酯衬底的一部分并且在注射成型中数据通过压模(stamper)以一系列凹坑的形式印制。在注射成型过程中熔化的聚碳酸酯以高压注入到模具中，然后被冷却以得到模具、压模或其镜像形式的聚碳酸酯，盘衬底上表示二进制数据的凹坑形成在聚碳酸酯衬底上。压印母体可以是玻璃。这样的盘可以改造成用于诊断和检测液体中的少量材料的薄膜分析仪。在这种情况下，取代凹坑，允许液体流动的通道、存储缓冲溶液的腔室以及孔或阀可以形成在盘的表面上。
[0004] 在下文，其中用来诊断和检测液体中的少量材料的诸如芯片上实验室、蛋白质芯片及DNA芯片的生物芯片集成在诸如常规的CD-ROM或DVD的盘片中的盘，或用来完成生物或化学过程以诊断和检测液体中的少量材料的盘，被称为生物盘。
[0005] 常规的生物盘可以包括多个腔室以存储化学过程所需的大量的液相生物及化学材料。生物及化学过程包括从样品制备试样、离心分离、DNA扩增、杂交、抗原-抗体反应、混合、清洗等。生物和化学过程可以在生物盘上顺序地自动进行，这在本领域是公知的。然而，为了使实际应用成为可能，需要解决与生物盘相关的下列问题。
[0006] 对于其中从样品中提取试样的离心分离过程，需要在离心分离过程中不泄漏的阀。基于物理移动实现关闭/打开操作的常规阀以这样的方式进行操作，即球或关闭部件与孔或通道接触或者球或关闭部件与孔或通道分离，这在本领域是公知的。然而，这些阀不可避免地允许基于物理移动的打开，因而导致不完全的关闭。因此，液体的固有液压会在离心分离期间引起泄漏。该泄漏妨碍通过离心分离从样品中提取所需量的试样，因而导致测定的可靠性和精度变差。因此，需要一种在快速旋转期间不产生泄漏的离心装置。
发明内容
[0007] 因此，本发明的一个方面提供了一种薄膜分层离心装置以及使用该薄膜分层离心装置的分析方法，在该薄膜分层离心装置中薄膜旋转主体与用来诊断和检测液体中存在的少量材料的诸如芯片上实验室、蛋白质芯片及DNA芯片的装置集成。当试样通过离心分离从样品提取时，通过提供具有不引起泄漏的离心装置的薄膜主体，实施例提供了一种薄膜离心装置以及使用该薄膜分层离心装置的分析方法，所述薄膜离心装置中集成有用于诊断和检测液体中的材料的生物芯片例如芯片上实验室、蛋白质芯片及DNA芯片。
[0008] 本发明的其它方面将在下面的描述中部分阐述，并且将部分地从该描述中变得明显，或者可以通过本发明的实践而习知。
[0009] 根据本发明的一个方面，提供了一种薄膜离心装置，包括：样品入口，用于注入样品；样品腔室，存储注入到样品入口的样品；试样腔室，存储离心分离期间从样品获得的试样；残余物腔室，存储离心分离期间产生的残余物而不是试样；瓶颈通道(bottle neck channel)，连接试样腔室和残余物腔室；一个或多个测定点(assay site)，其中固定有将要被结合到试样的捕获探针并且/或者存储用于与试样的生化反应的反应物；废物腔室，通过清洗工艺收集未结合到捕获探针的碎片(debris)；可旋转的疏水主体，其中集成样品入口、样品腔室、试样腔室、残余物腔室、废物腔室、瓶颈通道和测定点；一个或多个液体流动装置，在主体不旋转时将试样从试样腔室转移到测定点，液体流动装置选自由亲水液体流动泵、腔室泵、红细胞泵和吸收泵构成的组；以及液体阀，用超亲水材料涂覆，以提供将试样腔室连接到测定点的通路，允许离心分离期间保留在试样腔室的试样在主体不旋转时通过液体流动装置流动到测定点。
[0010] 液体阀具有U形或V形，以在主体停止旋转时提供将试样腔室连接到测定点的亲水通道，并同时防止在主体旋转时试样腔室中的液体转移到测定点。液体阀的表面用超亲水材料处理，在主体旋转时被捕获在试样腔室中的液体在主体停止旋转时能够经由通过液体阀的亲水液体流动转移到测定点。在一实施例中，通过使用具有超亲水涂覆的U形或V形通道的通道作为液体阀，当主体停止旋转时试样腔室中的所有试样能够亲水流动到测定点。
[0011] 在一实施例中，可以确定定量分析所要求的试样腔室中全部试样的体积。因此，实施例包括将全部试样从试样腔室转移到测定点。然而，试样腔室中存在的试样具有可与血清相比的粘度，由于固有的粘度可以通过U形或V形通道而部分地转移到测定点。也就是，当主体停止旋转时，通过U形或V形亲水通道，试样腔室中的仅部分试样会转移到测定点，因而使定量分析变得不可能。因此，在一实施例中，为了在主体停止旋转时将全部试样从试样腔室转移到测定点，可以向试样腔室中的试样提供液体流动装置。
[0012] 在一实施例中，使用下面的四种液体流动装置可以将试样腔室中的试样全部转移到测定点。
[0013] 第一，当主体停止旋转时，在主体旋转时膨胀的残余物腔室恢复，同时产生气压。该气压可以产生液体驱动力以将全部试样从试样腔室转移到测定点。在下文，基于残余物腔室的膨胀和恢复产生的液体流动力的液体流动装置称为腔室泵。当主体旋转时，通过离心力可引起残余物腔室的膨胀。根据一实施例，与试样腔室相比，残余物腔室布置得远离圆周，并存储比试样重的材料如红细胞，残余物腔室的上部基材可以在此高速旋转期间膨胀。
残余物腔室的上部基材可以是厚度为0.1mm至0.6mm的薄膜，能够在高速旋转期间易于膨胀。
残余物腔室的上部基材可以是厚度为0.1mm至0.6mm的薄膜，能够在高速旋转期间易于膨胀。
[0014] 第二，当主体停止旋转时，在主体旋转时残余物腔室中压缩的材料(例如，根据一实施例的红细胞)膨胀，同时产生液体压力。该液体压力试样腔室可以产生液体驱动力以将全部试样从试样腔室转移到测定点。在下文，利用基于残余物腔室中的红细胞的压缩和膨胀的液体驱动力的液体流动装置称为红细胞泵。当主体旋转时，通过离心力可以产生残余物腔室中的红细胞的压缩。
[0015] 第三，用于通过U形或V形亲水通道吸收已经到达液体阀的端部的试样的吸收力连续产生液体驱动力来将全部试样从试样腔室转移到测定点或超亲水腔室，该U形或V形亲水通道包括位于液体阀的端部与测定点的入口之间的吸收垫、样品垫或或超亲水腔室。在下文，利用基于吸收垫或样品垫的吸收力或超亲水腔室的亲水吸收力的液体驱动力的液体流动装置称为吸收泵。
[0016] 第四，通过用超亲水材料涂覆U形或V形通道，将试样从试样腔室转移到测定点的亲水吸收力能够产生液体驱动力以将全部试样从试样腔室转移到测定点。在下文，基于从亲水吸收力得到的液体驱动力的液体流动装置称为亲水液体流动。
[0017] 在一实施例中，通过将试样腔室中的全部试样经由液体流动装置转移到测定点，试样腔室能够被清空。当全部试样从试样腔室经液体阀排出到测定点后，由于瓶颈通道对液体的强毛细作用，液体没有从残余物腔室转移到液体阀。也就是，瓶颈通道对液体的强毛细作用可以等于液体流动装置的液体流动力，防止液体进一步转移到测定点。因此，仅定量的试样转移到测定点。
[0018] 在一实施例中，腔室泵、红细胞泵、吸收泵和通过亲水液体流动的液体流动装置还可以利用基于从U形或V形通道获得的毛细力的液体驱动力。
[0019] 在一实施例中，样品腔室可以用超亲水材料涂覆。在一实施例中，超亲水涂覆包括亲水涂覆。
[0021] 在示范性实施例中，这里使用的术语“血清”旨在包括血清、血浆和白细胞。
[0022] 在一实施例中，残余物腔室可以是毛细管腔室。当血液被离心分离时，它被分成血清、凝血因子、血浆和红细胞。凝血因子可以主要是白细胞。因此，当样品腔室的血液被存储时，试样腔室和残余物腔室进行离心分离，血清留在试样腔室而红细胞留在残余物腔室。在这种情况下，当离心分离之后停止旋转时，红细胞会与血清再次混合。也就是，为了在离心分离之后仅提取血清，主体应当停止旋转。在此情况下，红细胞与血清再次混合，使得难以仅提取纯血清。因此，在一实施例中，残余物腔室设置为具有较低高度(窄)的毛细管，以基于毛细作用或红细胞与残余物腔室的表面之间的结合力而使红细胞留在残余物腔室中，从而防止红细胞与血清再次混合。残余物腔室的表面与红细胞之间的结合力基于红细胞的强粘度。因此，离心分离的红细胞即使在主体停止旋转时也不与血清混合，并留在残余物腔室中。毛细管腔室的高度可以是例如0.1mm或0.6mm。
[0023] 在一实施例中，主体还可以包括清洁腔室以存储清洁所需的清洁溶液。
[0024] 在一实施例中，主体还可以包括混合腔室以混合两种液体。
[0025] 在一实施例中，主体还可以包括缓冲腔室，用于存储稀释试样的稀释缓冲剂或将被链接到试样中的目标材料的标记。标记可以具有抗体或DNA链的彩色颗粒，诸如金或金标液、乳胶或荧光标记、放射性同位素、酶、或酶联抗体标记。酶可以利用与酶反应的底物溶液(substrate solution)显色。
[0026] 在一实施例中，主体还可以包括底物腔室(substrate chamber)以存储与酶反应的底物溶液。
[0027] 在一实施例中，试样包括参与生化结合的生物材料，诸如血清、DNA、蛋白质、配位体或受体。
[0028] 在一实施例中，薄膜离心装置还可以包括薄膜柱状磁体以进行主体中的测定点的方位角方向搜索。替代薄膜柱状磁体，可以使用薄膜铁磁金属颗粒。薄膜柱状磁体或薄膜铁磁金属可以可具有1mm至5mm的直径和0.1mm至1mm的厚度。
[0029] 在一实施例中，瓶颈通道可以由两个薄膜通道构成。瓶颈通道提供一通路，用于在试样腔室中的样品和残余物腔室中的样品通过主体旋转产生的离心力独立地离心分离时提供将残余物从试样腔室转移至残余物腔室或将离心分离的分析物从残余物腔室转移至试样腔室的通路。也就是，瓶颈通道可以提供一通路，允许离心分离期间分离的分析物和残余物从试样腔室转移至残余物腔室。
[0030] 在一实施例中，残余物腔室没有出口。也就是，除了瓶颈通道以外，残余物腔室没有通道或出口允许液体流入或漏出。瓶颈通道设置在薄膜通道中，防止主体停止旋转时残余物从残余物腔室返回到试样腔室，并在试样腔室中保持预定量的试样。也就是，当主体停止时，薄膜通道构成的瓶颈通道的强毛细作用以及残余物腔室中没有出口使得液体不可能从残余物腔室到试样腔室自由转移。此外，全部试样藉由亲水液体流动通过液体阀从试样腔室排出之后，残余物腔室中的液体由于瓶颈通道对液体的强毛细作用不转移至液体阀。也就是，瓶颈通道对液体的强毛细作用等于导致到液体阀的转移的亲水液体流动的力，防止液体进一步转移至液体阀。
[0031] 在一实施例中，亲水通道可以利用多孔材料通过表面改性进行处理，或用水基涂料或超亲水涂料涂覆。
[0033] 根据一实施例的薄膜离心装置包括安装在滑动器上的生物光学拾取模块(BOPM)以及控制BOPM装置的移动的滑动电机，使得能够空间寻址所述腔室。激光束发生器和永磁体可以安装在BOPM上，BOPM的坐标可以通过控制滑动电机来移动或控制。激光束发生器使用例如光学拾取器件。径向搜索可以通过控制滑动电机执行。当滑动器停止时，方位角方向搜索通过在控制主轴电机或步进电机的短暂旋转时旋转主体至某一程度执行。步进电机可以连接或安装到用于主体的方位角方向旋转的主轴电机的轴上的传动器。
[0034] 薄膜离心装置还可以包括温度控制装置以控制腔室的反应温度。温度控制装置可以包括选自包括温度测量装置、加热装置和冷却装置的组的至少一种。加热装置包括安装在滑动器上的激光束发生器。冷却装置可以利用主体的旋转进行旋转冷却。由于主体旋转期间腔室表面与空气的接触，热辐射有效地发生。利用连接到设置在主体中的无线RF IC的温度传感器，温度测量装置可以测量对应腔室的温度，并将温度无线发射至外部中央控制装置。
[0035] 主体包括旋转薄膜盘，由上部基材、中间基材和下部基材构成。例如，盘具有120mm、80mm或32mm的直径，0.6mm至3mm的厚度和圆形形状。
[0036] 液体流动可以通过主体的旋转力现象产生的离心力或毛细作用进行，或利用超亲水涂覆通道进行。
[0037] 主体可以选自各种材料诸如塑料、玻璃、硅晶片或疏水材料。然而，塑料是优选的，这是由于经济效益、可处理性及与常规基于激光反射的检测器如CD-ROM和DVD检测器的兼容性。衬底由选自包括硅晶片、聚丙烯、聚丙烯酸(polyacylate)、聚乙烯醇、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃共聚物(COC)和聚碳酸酯的组的至少一种构成。此外，主体可以用铝涂覆以防止存储在腔室中的液体的蒸发。
[0039] 主体由上部基材、中间基材和下部基材构成，上部基材、中间基材和下部基材按列出的顺序层叠并彼此粘着，主体还包括：第一薄膜粘合剂，将上部基材粘着到中间基材；以及第二薄膜粘合剂，将中间基材粘着到下部基材。薄膜胶带可以是单面或双面带。所述带通过利用粘合(或胶合)剂表面处理离型纸(release paper)例如纸、乙烯基聚酯膜、聚乙烯膜和其他合成材料的一面或两面而获得。根据要求，可以使用表现出诸如良好的密封、缓冲、减震、抗冲击、抗热、吸收剂性能或粘合力的属性的粘合材料。薄膜胶带可以通过利用粘合剂在衬底的一面薄膜涂覆来制备，所述涂覆通过将单面带粘着到衬底并从其去除离型纸来进行，或者在衬底的一面印刷分散器、喷射或丝网印刷。也就是，在一实施例中，薄膜胶带可以利用粘合(或胶合)剂以薄膜形式涂覆在衬底上而没有使用任何离型纸。
[0040] 所述装置还可以包括：容纳在混合腔室中的磁微珠；滑动器，在主体的下部可滑动；以及永磁体，安装在滑动器上，向磁微珠施加吸引力并因而移动磁微珠，其中磁微珠根据所述滑动器的移动而移动从而导致混合腔室中的液体混合。
[0041] 在另一实施例中，所述装置还可以包括：容纳在混合腔室中的磁微珠；滑动器，在主体的下部可滑动；以及永磁体，安装在滑动器上，向磁微珠施加吸引力并因而移动磁微珠，其中通过将永磁体保持在混合腔室中的相应直径上并且主体旋转，根据滑动器的移动来移动磁微珠，由此混合混合腔室中的液体。
[0042] 在一实施例中，混合操作可以在执行混合操作的混合腔室的径向搜索、或径向搜索和方位角方向搜索之前进行。
[0043] 在一实施例中，试样腔室还可以包括连接到残余物腔室的定量通道从而转移过量液体。
[0044] 测定点可以存储用于生化反应的反应物或包括其上固定捕获探针的多孔膜。测定点可以包括：多孔膜；固定在多孔膜上的捕获探针；以阵列设置并固定在衬底上的捕获探针；形成在衬底上的微孔，或者固定在微孔中的捕获探针。测定点固定在多孔膜上作为测试线的包括多孔膜和线状或点状肿瘤标记物或疾病标记，多孔膜可以是条带形式，允许横向流动或流过。多孔膜在一端设置有样品垫和结合垫(conjugate pad)，在另一端设置有吸收垫。肿瘤标记物或疾病标记可以是AFP、PSA、CEA、CA19-9、CA125、CA15-3或阿尔茨海默氏标记物，或者心肌梗塞标记。
[0045] 测定点还可以包括用于固定在多孔膜上的参考线和控制线的捕获探针。参考线的反应浓度可以是截止值。例如，参考线的截止浓度可以是3ng/ml、4ng/ml、10ng/ml、20ng/ml、30ng/ml、40ng/ml或50ng/ml。例如，基于参考线和测试线之间的反应强度的差异可以实现定性或定量分析。例如，基于条带背景和测试线之间的反应强度的差异可以实现定性或定量分析。例如，通过确定测试线的反应强度可以实现定性或定量分析，其中利用由多个参考线形成的反应强度的线性函数确定测试线的反应强度。通过确定测试线的反应强度可以实现定性或定量分析，其中利用由参考线和控制线形成的反应强度的线性函数确定测试线的反应强度。
[0046] 主体可以包括无线RF IC来测量温度、检测测定点、存储和发射测定点检测结果及进行个人隐私加密。薄膜离心装置还可包括检测测定点的反应结果的的检测器。检测器可以是包括光源和光电检测器的分光计。此外，检测器可以是包括照明器和图像传感器(例如CCD、CMOS或CIS传感器)的光学测量机构。供选地，检测器可以是包括激光束设备和光电检测器的光度测量仪。
[0047] 根据一实施例的薄膜分层离心装置及使用其的分析方法可以应用于用来诊断和检测液体中的少量生物和/或化学材料的薄膜装置，诸如芯片上实验室、蛋白质芯片和DNA芯片。例如，薄膜离心装置可以集成在诸如常规CD-ROM或DVD的薄膜盘中。
[0048] 根据一实施例的薄膜分层离心装置及使用其的分析方法可以应用于利用ELISA/CLISA分析方法的芯片上实验室、利用快速检测方法的芯片上实验室；或者诊断和检测液体中的少量生物和/或化学材料的薄膜装置，诸如用于引起食物中毒的细菌的测定、残留抗生素测定、残留杀虫剂测定、基因改性食品测试、食品过敏测试、污染测定或亲子鉴定、以及肉的类型和原产地测试的芯片上实验室。残留杀虫剂包括蔬菜或水果中含有的杀虫剂，例如常用的有机磷和氨基甲酸酯杀虫剂。
[0049] 在一实施例中，生物材料可以是选自DNA、低核苷酸、RNA、PNA、配体、受体、抗体、奶、尿、唾液、头发、农作物样品、肉类样品、鱼类样品、鸟类样品、废水、牲畜样品、食品样品、口腔细胞、组织样品、精液、蛋白质或其他生物材料中的至少一种。
[0051] 头发测定精确地测量营养和有毒物质的历史记录，包括积累在血液或尿测定中的矿物质。头发测定精确检测长期的无机材料的过量和不足，并提供测定有毒重金属的量的标准，这在本领域是公知的。
[0052] 根据本发明的另一方面，提供一种利用薄膜离心装置的分析方法，所述薄膜离心装置包括：样品入口，用于注入样品；样品腔室，存储注入到样品入口的所述样品；试样腔室，存储离心分离期间从样品获得的试样；残余物腔室，存储离心分离期间产生的残余物而不是试样；瓶颈通道，连接试样腔室和残余物腔室；过量腔室，存储超过试样腔室的预定量的试样；一个或多个测定点，其中固定有将要被结合到所述试样的捕获探针并且/或者存储用于与试样生化反应的反应物；液体阀，用超亲水材料涂覆，液体阀形成在将试样腔室连接到测定点的通路上；废物腔室，通过清洗工艺收集未结合到所述捕获探针的碎片；以及可旋转的疏水主体，其中集成样品入口、样品腔室、试样腔室、过量腔室、废物腔室、瓶颈通道和测定点；所述方法包括：通过样品入口将样品注入到样品腔室；基于主体的旋转产生的离心力将样品从样品腔室转移到试样腔室和残余物腔室并在样品以超过试样腔室的预定水平的量存在时将剩余样品移动到残余物腔室；基于主体的旋转产生的离心力离心分离样品腔室和残余物腔室中的样品，同时，通过瓶颈通道将试样腔室中存在的残余物转移到残余物腔室，或者通过瓶颈通道将试样从残余物腔室转移到试样腔室；当主体停止旋转时，将试样腔室中保留的试样经液体阀亲水流至测定点；以及将测定点中存在的试样结合到测定点中存在的捕获探针，或者使试样与测定点中的反应物进行生化反应。
[0053] 分析方法还包括增添清洁溶液来清洁所述测定点，以及干燥和脱水所述测定点。
[0054] 分析方法还包括选自下列的一个或更多操作：搜索测定点；定性或定量分析、测定点的反应结果；允许集成在主体中的无线RF IC检测测定点来实现无线发射；在计算机监视器上显示从所述分析获得的诊断结果；及向通过互联网连接的医生远程发送诊断结果和问题；或者获得医生的处方。
[0055] 分析方法可以包括通过磁力在所述混合腔室中移动磁微珠而混合所述混合腔室中的液体。
[0056] 分析方法还可以包括：搜索并选定从多个测定点中选择的特定一个；以及检测该特定测定点的响应。检测过程可以利用分光计进行。利用分光计检测测定点可以在通过利用步进电机或连接到其的传动机构控制所述主体的旋转角或者通过方位角阀搜索过程、或者通过在主体旋转期间利用空白溶液腔室藉由空间寻址测定点在主体旋转期间顺序测量各测定点中的光吸收来搜索所述腔室之后执行。
[0058] 利用分光计检测测定点可以包括：使来自分光计的光源器件的特定波长的光经过主体中的上部基材、或其中集成有反射层的测定点；以及利用光电检测器检测反射层反射的光来测量测定点中的试样的光吸收。利用分光计检测测定点可以包括：利用集成在主体中的光电检测器测量试样的光吸收以获得检测结果，利用集成在主体中的RF IC接收检测结果从而无线发射该结果。
[0059] 清洁过程还可还包括增添清洁溶液至测定点来清洁测定点。清洁过程还可以包括基于旋转主体引起的离心力来干燥和脱水测定点。干燥和脱水过程中形成的残余物(碎片)可基于离心力捕集在废物腔室中。
[0060] 在一实施例中，主体可以包括：制备腔室，从由试样腔室获得的血清制备DNA或RNA；扩增腔室，扩增DNA和RNA；以及断裂腔室，将扩增的DNA断裂至预定长度。例如，断裂腔室中切断成预定尺寸的DNA被引入到其中以阵列布置了DNA捕获探针的测定点并利用具有互补序列的DNA捕获探针杂交从而产生双链DNA。检测杂交的各种实施例在本领域是公知的。除了所述腔室以外，薄膜离心装置还可包括DNA扩增和断裂工艺所需的腔室。
[0061] 在一实施例中，薄膜离心装置还可以包括薄膜柱状磁体以进行主体中的扩增腔室或断裂腔室的空间寻址。
[0062] 在一实施例中，薄膜离心装置还可以包括用于加热扩增腔室或断裂腔室的加热装置以及对其进行冷却的冷却装置。
[0063] 在一实施例中，扩增腔室包括利用聚合酶链式反应(PCR)进行热循环。空间寻址使用加热装置的扩增腔室或断裂腔室可以通过径向搜索和方位角方向搜索执行。
[0064] 分析方法还可以包括：在制备腔室隔离DNA或RNA；断裂扩增的DNA至预定长度；以及在DNA的一端标记一标记物。
[0065] DNA扩增过程还可以包括基于主体高速旋转的旋转冷却。
[0067] 从以下结合附图的对实施例的描述，本发明的上述和/或其它的方面将变得更加明显并更易于理解，附图中：
[0069] 图3是顶视图，示出根据本发明一实施例的设置有BOPM和永磁体的滑动器；
[0070] 图4是侧视图，示出根据本发明一实施例的操作和控制图1的薄膜离心装置的薄膜分层离心装置驱动器；
[0071] 图5示出根据本发明一实施例的利用光栅反射镜的分光计；
[0072] 图6至图8示出根据本发明一实施例利用薄膜离心装置上的分光计检测测定点的方法；
[0073] 图9和图10示出根据本发明的一实施例在离心分离期间防止液体泄漏的液体阀；
[0074] 图11示出了分步的离心分离过程；
[0075] 图12示出了根据一实施例的瓶颈通道；
[0076] 图13至图15示出了根据一实施例的条带，其中肿瘤标记物的各种试样以线或斑点的形式固定在多孔膜上；
[0077] 图16示出了根据本发明一实施例的薄膜离心装置，其中多个测定点并行布置在不同扇区以进行芯片上实验室过程来测定关于单一样品的各种试样；
[0078] 图17示出了通过交替重复利用液体阀的亲水液体流动过程和通过离心力的液体流动过程，从试样腔室向缓冲腔室转移血清的分步过程；
[0079] 图18示出了其中血清通过离心力流动到测定点的状态，作为与图17不同的另一实施例；
[0080] 图19至图22示出了与图17所示的实施例相比还包括稀释溶液存储腔室的薄膜离心装置的分步过程；以及
[0081] 图23示出了根据本发明一实施例的薄膜分层离心装置驱动器，从前面装载或从顶面装载薄膜离心装置。
具体实施方式
[0082] 现在将详细参照本发明的实施例，其示例在附图中示出，其中相同的附图标记始终表示相同的元件。
[0083] 图1和图2是剖视图和平面图，示出根据本发明一实施例的薄膜分层离心装置和控制该装置的操作的薄膜分层离心装置驱动器。
[0084] 参照图1和图2，薄膜离心装置可以通过在诸如包括CD-ROM和DVD的常规盘装置的薄膜装置中集成芯片上实验室来实现。例如，在一实施例中，提供了一种薄膜离心装置100，其中存储分析所需的各种缓冲溶液及进行各种化学过程和离心分离的一个或更多腔室130、131a、131b、131c和133、使缓冲溶液能够转移的通道92、93和67、测定点132以及液体阀7集成在薄膜盘上；还提供了控制该装置的操作的薄膜分层离心装置驱动器100a。
[0085] 如图1所示，附图标记100表示薄膜离心装置，其包括主体或基材，该主体或基材通过层叠上部基材1、中间基材2和下部基材3而形成。薄膜离心装置还包括：通道92、93和67，允许注射成型期间液体在各基材上流动；液体阀7；样品腔室130；试样腔室131a；残余物腔室131b；过量腔室131c；测定点132以及废物腔室133。这些元件彼此紧密地附着以构成薄膜离心装置100。
[0086] 在一实施例中，薄膜离心装置还可以包括出口12以释放将样品从试样腔室131a转移到样品腔室130产生的气压。出口12可以布置为与离心力的方向相反。在另一实施例中，出口12和13以及瓶颈通道67可以通过薄膜通道形成。
[0087] 在一实施例中，薄膜通道可以通过通道形的薄膜胶带形成在基材1、2和3之间。即，基材1、2和3通过薄膜胶带彼此附着以构成薄膜离心装置100，薄膜通道可以设置在基材之间设置的省略了薄膜带的区域中。薄膜通道的厚度可以根据薄膜胶带的厚度而确定。
由于薄膜通道的厚度小，可以对液体发生强的毛细作用。在一实施例中，薄膜胶带的厚度可以是例如0.001mm至0.1mm.
由于薄膜通道的厚度小，可以对液体发生强的毛细作用。在一实施例中，薄膜胶带的厚度可以是例如0.001mm至0.1mm.
[0088] 在下文，参照图1和图2来说明其中样品是血液的一个实施例。
[0089] 附图标记120表示加入样品的分配器、滴管、注射器、柳叶刀或样品注入工具，附图标记121表示样品入口，附图标记170表示盘孔。
[0090] 附图标记130表示存储从样品入口注入的血液的样品腔室。在主体100开始旋转时，存在于样品腔室130中的血液通过通道92转移到试样腔室131a和残余物腔室131b，过量的血液通过定量通道93转移到过量腔室131c。然后，主体100的旋转引起的离心力使存储在试样腔室131a和残余物腔室131b中的血液独立地离心分离，从而将残余物腔室131b和试样腔室131a中的血液分离成血清和红细胞。
[0091] 附图标记67表示连接试样腔室131a和残余物腔室131b的瓶颈通道。瓶颈通道67提供一通路，当试样腔室131a和残余物腔室131b中的血液通过主体100的旋转产生的离心力离心分离时，允许试样腔室131a中的红细胞转移到残余物腔室131b中以及残余物腔室131b中的血清转移到试样腔室131a中。也就是，瓶颈通道67提供了一通路，使血清和红细胞在离心分离期间能够从试样腔室131a自由移动到残余物腔室131b。如图1所示，与试样腔室131a相比，残余物腔室131b布置为靠近主体的外周。因此，由于血清和红细胞通过瓶颈通道67移动的结果，红细胞收集在残余物腔室131b中，血清收集在试样腔室131a中。
[0092] 瓶颈通道67可以由两个薄膜通道构成，用于在离心分离期间收集血清和红细胞。对于这样的由两个薄膜通道构成的瓶颈通道67，残余物腔室131b不需要设置有另外的出口。也就是，通过主体100的旋转期间产生的离心力，试样腔室131a的出口13还用作残余物腔室131b的出口。然而，当主体100不旋转时，由于没有离心力，试样腔室131a的出口
13不能用作残余物腔室131b的出口。
13不能用作残余物腔室131b的出口。
[0093] 尽管血液离心分离得很好，但是当主体停止旋转时，红细胞会与血清再次混合。也就是，为了在离心分离之后仅选择性地提取血清，主体100应当停止旋转。这时，红细胞与血清再次混合，使得难以仅提取纯血清。为了防止该问题，首先，试样腔室131a与残余物腔室131b隔离；其次，瓶颈通道67插设在试样腔室131a与残余物腔室131b之间以防止液体在其间转移；第三，残余物腔室131b以具有较低高度(窄)的毛细管的形式设置，以允许血红细胞由于残余物腔室131b的固有毛细作用或残余物腔室131b的表面与红细胞之间的结合力而留在残余物腔室131b中，从而防止红细胞与试样腔室131a中的血清混合。残余物腔室131b的表面与红细胞之间的结合力来自红细胞的强粘度。当残余物腔室131b为毛细管的形式时，离心分离的红细胞即使在主体不旋转时也不与血清混合，并留在残余物腔室131b的表面。因此，试样腔室131a中的血清即使在主体不旋转时也不与红细胞混合并保持其状态。
[0094] 在一实施例中，过量腔室131c通过主体100的旋转产生的离心力将剩余(过量)的血液经由定量通道93转移到过量腔室131c。根据定量通道93的厚度控制，可以确定留在试样腔室131a中的血液(或血清)的量。通过主体100的旋转产生的离心力，高于定量通道93的厚度的血液可经由定量通道93转移到过量腔室131c。
[0095] 附图标记290a是制造和组装薄膜离心装置100所需的用于对准的基孔。基孔290a插入设置在夹具中的固定物。
[0097] 附图标记41表示多孔膜或条带，其上固定测定点132中设置的捕获探针。附图标记13是设置在测定点132中的出口，其在主体100快速旋转时产生气流从而促进条带41的干燥。清洗之前，条带41被干燥从而促进清洗期间条带上的清洗液的扩散并且清洗由于扩散力而引起的产生背景噪声的成分。
[0098] 当主体100停止旋转时，基于亲水液体流动，在离心分离期间捕集在试样腔室131a中的血清可以通过液体阀7转移到测定点132。
[0099] 附图标记133表示用于收集清洗产生的碎片的废物腔室。也就是，在主体100快速旋转期间没有结合到测定点132的捕获探针的碎片通过通道94捕集在废物腔室133中。
[0100] 附图标记211表示配置有永磁体5a的滑动器，该滑动器连接到用于操作控制的滑动电机109。
[0101] 液体的流动是通过从主体的旋转力获得的离心力或者通道的超亲水涂覆来实现。
[0102] 附图标记291表示用于对测定点132空间寻址的薄膜柱状磁体。
[0103] 附图标记103a表示读取常规光盘(例如CD或DVD)的光学拾取装置，附图标记130b是用于定量或定性分析测定点132的检测装置，其可以是光传输测量机构、荧光检测装置、图像传感器、分光光度计或表面等离子体谐振(SPR)检测装置，光学拾取装置103a和测定点检测装置103b构成生物光学拾取模块(BOPM)装置103。荧光检测装置和SPR检测装置的各种实施例在本领域是公知的。
[0104] 在一实施例中，用于空间寻址测定点132的薄膜离心装置包括配置在滑块211上的生物光学拾取模块(BOPM)装置103以及控制BOPM装置103的移动的滑动电机109。永磁体5a安装在滑动器211上，从而吸引薄膜柱状磁体291，BOPM装置的座标移动能够通过控制滑动电机109来控制。对测定点132的空间寻址可以通过径向和方位角方向的搜索来实现。
[0105] 径向和方位角方向的搜索的一个实施例如下。径向搜索是沿径向移动永磁体5a的过程，这通过在薄膜柱状磁体291的对应直径上在滑动器211上移动永磁体5a执行。然后，方位角方向搜索要求在对应直径上使永磁体5a与薄膜柱状磁体291重叠。方位角方向搜索在滑动器211停止时，通过缓慢旋转主轴马达102或者重复操作主轴马达的短暂旋转和停止来执行。在主轴马达的缓慢旋转或者几个短暂旋转期间，滑块211上的永磁体5a对应于位于对应直径上的薄膜柱状磁体291，由于其间的强吸引力，主体100不能被缓慢或短暂的旋转转动。在此情形下，永磁体5a和薄膜柱状磁体291对准。
[0106] 此外，在另一实施例中，方位角方向搜索可以通过控制步进马达的旋转来执行，在需要方位角方向搜索时步进马达机械地连接到主轴马达102的轴。步进马达的旋转能够控制主轴马达102的旋转角度。
[0108] 附图标记181是转台，其上放置薄膜离心装置100，并且薄膜离心装置100通过主体的中心孔170设置在转台前面或顶上。附图标记188表示提供有存储器的无线RF IC或电子标签器件，其包括用于芯片上实验室处理的协议、测定点132的检测结果、分析算法、用于检测的标准控制值、以及测定点132的位置信息、与生物信息学相关的信息以及与自诊断相关的信息。另外，提供有存储器的无线RF IC或电子标签器件可以存储个人隐私加密信息以及薄膜离心装置的标识(ID)，从而防止未经允许的其他使用。无线RF IC188包括智能IC卡。无线RF IC 188的信息通过无线发射/接收提供给中央控制装置101，并可以由此用于个人隐私加密。附图标记110表示向无线RF IC188提供功率的无线电波发生器。由无线电波发生器110产生的交变磁场根据弗莱明法则感应无线RF IC 188中设置的感应线圈，从而产生足够量的电并供应给无线RF IC 188。无线电波发生器设置有多极永磁体从而基于主体100的旋转产生的交变磁场在设置于无线RF IC 188中的感应线圈上产生电。
在一实施例中，多极永磁体可以沿圆周布置在托盘上以负载主体100。
在一实施例中，多极永磁体可以沿圆周布置在托盘上以负载主体100。
[0109] 对于根据一实施例的薄膜离心装置，无线RF IC 188执行温度测量来检测测定点132的温度并将该温度无线发射到中央控制装置101。当温度过高或过低时，测定点132能够利用加热或冷却机构而保持恒定温度。在一实施例中，在与试样反应时，测定点132的温度在30至37度的范围内，例如其中考虑了生化活性和稳定性。
[0110] 对于根据一实施例的薄膜离心装置，无线RF IC 188可以包括信息诸如根据薄膜离心装置的残留杀虫剂和抗生检测的检测日期和检测结果、有效期间、农业和畜牧业地区、生产和饲养(养殖)历史、分销历史、农场主的联系信息、价格和有机产品。利用该信息，消费者及农业和畜牧业分销企业可以容易地购买农作物和牲畜产品。普通消费者能够通过将薄膜离心装置100接近RF IC检测器或者将薄膜离心装置100装载到薄膜离心驱动器100a上来获得信息。
[0111] 对于根据一实施例的薄膜离心装置，无线RF IC 188能够将薄膜离心装置的检测结果存储在其中提供的存储器中。
[0112] 对于根据一实施例的薄膜离心装置，无线RF IC 188控制测定点的检测器件，并将由此得到的结果无线发射到中央控制装置101或存储装置112或输入/输出装置111。
[0113] 对于根据一实施例的薄膜离心装置，输入/输出装置可以是通用串行总线(USB)或IEEE 1394或ATAPI或SCSI或具有互联网通信标准的装置。另外，薄膜离心装置100的使用者信息例如身高、体重、性别和年龄能够通过输入/输出装置111输入。
[0114] 根据一实施例，图2示出了设置在液体阀7的端点和测定点132之间的吸收泵，经过U或V形亲水通道7，通过吸收试样腔室131a中的血清的吸收力，样品垫41a或吸收垫41b将试样腔室131a中的血清转移到测定点132。试样腔室131a能够通过将试样腔室131a中的血清经由吸收泵转移到测定点132而清空。当存在于试样腔室131a中的试样通过液体阀7排出到测定点132之后，残余物腔室131b中的液体由于瓶颈通道67的强毛细作用不转移到液体阀7。也就是，瓶颈通道67对液体的强毛细作用等于吸收泵的液体移动力，液体不转移到测定点132。附图标记41b表示吸收垫，附图标记41a表示样品垫和结合垫，这些垫连接到多孔膜41c的端部。
[0115] 图3是顶视图，示出根据本发明一实施例的设置有BOPM 103和永磁体5a的滑块。滑动器的移动能够通过连接到滑动电机109的轴的涡轮连接器109a和109b来控制。滑块可以利用滑臂108a和108b作为导向器来滑动。滑臂108a和108b通过螺钉110a、110b、
110c和110d接合到薄膜分层离心装置的机身(100a，示于图1)。附图标记116b表示柔性电缆，其通过晶片或配线116a连接。附图标记181表示通过主轴马达(102，示于图1)旋转的转台。
110c和110d接合到薄膜分层离心装置的机身(100a，示于图1)。附图标记116b表示柔性电缆，其通过晶片或配线116a连接。附图标记181表示通过主轴马达(102，示于图1)旋转的转台。
[0116] 图4是侧视图，示出根据本发明一实施例的操作和控制图1的薄膜离心装置100的薄膜分层离心装置驱动器100a。附图标记300表示支承薄膜分层离心装置驱动器100a的机身。电路基板140连续地在薄膜分层离心装置驱动器之下接合在薄膜分层离心装置驱动器的机身300中，用于控制薄膜分层离心装置驱动器100a的中央控制装置101、存储装置112和输入/输出装置111布置在电路基板140上。中央控制装置101控制主轴马达102旋转并制动薄膜离心装置100，通过控制滑动马达109来控制布置在滑动器211上的生物光学拾取模块(BOPM)的移动，并移动永磁体5a以空间寻址薄膜离心装置100的测定点132。
永磁体5a能够有效地将电场转移到薄膜型柱状磁体(291，见图1)。此外，中央控制装置
101决定装载在薄膜分层离心装置驱动器100a上的盘是常规光盘(例如音乐CD、CD-R以及游戏CD/DVD)还是薄膜离心装置100。当盘是常规光盘时，装置101把盘上读出的信息从光学拾取装置(103a，见图3)传送到存储装置112或输入/输出装置111，传送将被写到光学拾取装置(103a，见图3)的数据，或进行光盘的常规操作例如提供读和写所需的各种控制信号到各个元件。
永磁体5a能够有效地将电场转移到薄膜型柱状磁体(291，见图1)。此外，中央控制装置
101决定装载在薄膜分层离心装置驱动器100a上的盘是常规光盘(例如音乐CD、CD-R以及游戏CD/DVD)还是薄膜离心装置100。当盘是常规光盘时，装置101把盘上读出的信息从光学拾取装置(103a，见图3)传送到存储装置112或输入/输出装置111，传送将被写到光学拾取装置(103a，见图3)的数据，或进行光盘的常规操作例如提供读和写所需的各种控制信号到各个元件。
[0117] 在一实施例中，在装载薄膜离心装置时，薄膜离心装置100的固有ID通过薄膜分层离心装置驱动器上的无线RF IC 188无线发射到中央控制装置101以通知中央控制装置101这样的事实：装载在薄膜分层离心装置驱动器100a上的盘是薄膜离心装置。
[0118] 在一实施例中，与测定点132相关的检测结果通过设置在薄膜离心装置100上的无线RF IC 188经由无线通信传送到中央控制装置101、存储装置112或输入/输出装置111。与测定点132相关的检测可以通过将由布置在电路基板140上的图像传感器144获得的与测定点132相关的图像信息传送到中央控制装置101或存储装置112或输入/输出装置111来进行。附图标记104是装载在盘孔上的薄膜离心装置100的压缩器件，其通过基于磁场的吸引力与转台181一起进行压缩并设计为允许垂直移动和无负载旋转。
[0119] 附图标记144a表示照射图像传感器的一个或多个发光二极管(LED)，图像传感器144或LED 144a安装在滑块211上或配置在测定点132之上或之下。在一实施例中，LED包括发射各种波长的光的多色LED，这能够将测定点132的反应强度作为在各种波长照射下由颜色强度表示的图像信息来获得，并能够基于波长与颜色强度的二维相关(2-dimensional correlation)进行测定点132的响应结果的定量或定性分析。多色LED包括R、G、B的LED。附图标记107表示激光束发生器，用于激励测定点中的荧光标记的试样。在此情形下，图像传感器144使得与测定点相关的图像信息能够被获得。附图标记108表示分光光度计，其输出多个光波长来测量测定点的光透射或光吸收并测量各波长的光透射或光吸收以检测测定点132的反应结果。分光计通常包括光源、波长选择器、试样皿(试管或测定点132)以及光电探测器，这在本领域是公知的。在利用光透射率为100％(光吸收率为0％)的空白溶液校准之后，分光计测量测定点的试样溶液的光吸收率。光源应当均匀地发射试样分析所需的足够的光能。本发明中可用的光源的示例包括钨丝灯、氢灯或氘灯、白光LED以及激光。在一实施例中，光源可以是其中集成了白光LED或RGB激光器或多个激光二极管(LD)的LD模块。RGB激光器是包括发射红、绿和蓝光的三个激光器的模块器件。组合这些激光器的各种功率能够产生试样分析所需的各种波长的光。LD模块是具有不同波长的多个激光二极管(LD)的模块。根据LD模块，在依次开启用于输出相应波长的光的LD时，测量试样在相应的光波长的光吸收率。对于分光计，重要的是从光源发射的光来获得辐射的具体波长。单色辐射是理想的，但在实践中这是非常困难的。因此，对于显示出预定范围的波长分布的光，单色化水平能够通过规定频谱带宽来表示。测量的灵敏度和分辨率与从光源发射的光和单波长的接近度成比例。所需光波长能够利用波长选择器获得，波长选择器可以是滤波器或光栅反射镜或其组合。光栅反射镜作为棱镜以分配并反射各种波长的入射光。
[0120] 图5示出根据本发明一实施例的利用光栅反射镜的分光计(108，见图4)。
[0121] 如图5所示，光源40发射的白光穿过透镜42会聚成束，并经过第一H缝和V缝45a产生点波束。当点波束入射在光栅反射镜43上时，从光栅反射镜43反射的光在拓扑空间中分成不同的波长。为了从由光栅反射镜43反射并在拓扑空间中分开的光收集特定的波长，以特定角度设置第二H缝和V缝45b。在此情形下，经过第二H缝和V缝45b的光的波长能够通过转动光栅反射镜43而改变。也就是，所需的特定波长的光能够通过控制光栅反射镜43的旋转角而得到。
[0122] 这样获得的特定波长的光通过测定点132之后，光电检测器46测量分析点中的试样的光吸收、光透射或颜色强度以进行测定点的试样的反应结果的定性或定量分析。定性或定量分析试样的反应结果的方法包括端点法、速率法、初始速率法等，这在本领域是公知的。
[0123] 附图标记40表示分光计108的光源，波长选择器包括控制光栅反射镜43的旋转角的步进马达44、会聚光源产生的光的透镜42和将会聚的光束转换成点光束的第一H缝和V缝45a、将点光束分成各种波长的光栅反射镜43、以及仅通过从光栅反射镜43反射的特定角度的光束(即，特定波长的光)的第二H缝和V缝45b。通过光源40和波长选择器所得到的特定波长的光经过测定点132，存在于测定点中的试样的光吸收利用光电检测器46进行测量从而定性或定量地分析试样的反应结果。测定点中试样的光吸收能够在旋转步进马达44时使各种波长的光通过测定点132而在各种波长测量。
[0124] 在一实施例中，可以使用光纤替代第一H缝和V缝或第二H缝和V缝。
[0125] 下面，在一实施例中，光源、透镜、第一H缝和V缝或第一光纤45a、光栅反射镜43、第二H缝和V缝45b或第二光纤的各种组合之一将被称为光源器件99a。LD模块和RGB激光器模块可以单独构成光源器件99a。在这种情况下，光源99a可以被简化。
[0126] 图6至图8示出根据本发明一实施例利用薄膜离心装置100上的分光计108检测测定点132的方法。附图标记555表示检测光电检测器46的透明开口。
[0127] 如图6所示，分光计108的光电检测器46布置在薄膜离心装置100上，光源器件99a设置在薄膜离心装置100下方。在薄膜离心装置100中沿圆周方向布置的多个测定点
132利用分光计108(调节其中的光源器件99a和光电检测器46)来检测。在这种情况下，随着薄膜离心装置100旋转，光电检测器108和薄膜离心装置100中沿圆周方向设置的每个测定点132之间产生一一对应关系，从而实现空间寻址和检测。在利用空白溶液校准器件使得光透射率达到100％(光吸收率为0)之后，利用分光计108对多个测定点中的试样溶液进行光吸收率的测量。在一实施例中，一个或多个测定点可以包括用于校准的空白溶液腔室。
132利用分光计108(调节其中的光源器件99a和光电检测器46)来检测。在这种情况下，随着薄膜离心装置100旋转，光电检测器108和薄膜离心装置100中沿圆周方向设置的每个测定点132之间产生一一对应关系，从而实现空间寻址和检测。在利用空白溶液校准器件使得光透射率达到100％(光吸收率为0)之后，利用分光计108对多个测定点中的试样溶液进行光吸收率的测量。在一实施例中，一个或多个测定点可以包括用于校准的空白溶液腔室。
[0128] 由图7的左图可见，反射层99b集成在薄膜离心装置100中的上部基材1或测定点中，且布置了分光计108，在分光计108中，光源器件99a和光电检测器46在薄膜离心装置100的下侧调整。由光源器件99a得到的特定波长的光经过测定点132并且光电检测器46测量从反射层99b反射的光，从而测量测定点中试样的光吸收率。
[0129] 图7的右图示出了光电检测器46集成在薄膜离心装置100的测定点132中的情形。在这种情况下，光电检测器46布置为使得它们与多个测定点132一一对应。当光电检测器46集成在薄膜离心装置100中时，光路缩短，光电检测器46的接收灵敏度提高并且灵敏度得到改善。集成在薄膜离心装置100中的光电探测器46的检测结果通过无线RF IC188读出，然后被无线发射到中央控制装置(101，见图1)。
[0130] 如图8所示，图7的左图所示的反射层99b集成在上部基材1中，多个测定点(132，见图7)沿薄膜离心装置100的圆周方向布置。分光计108一一对应于薄膜离心装置100中沿圆周方向设置的每个测定点，从而通过空间寻址实现顺序检测。这种情况下，光源器件99a发射适于各测定点132中的试样的波长的光以测量光吸收。在一实施例中，通过将分光计108安装在滑动器211上进行的径向方向搜索和方位角方向搜索而对测定点的空间寻址可以在利用分光计108顺序检测测定点132之前进行。图像传感器包括用于检测像素单元中的光量的线图像传感器、CCD和CMOS。在一实施例中，线图像传感器包括线性传感器阵列或接触图像传感器(CIS)。在一实施例中，包括图像传感器的BOPM 103能够移动滑动器
211以获得测定点的图像信息。在检测测定点之前，可以执行通过将分光计108安装在滑动器211上进行的通过径向方向搜索和方位角方向搜索实现的对测定点的空间寻址。
211以获得测定点的图像信息。在检测测定点之前，可以执行通过将分光计108安装在滑动器211上进行的通过径向方向搜索和方位角方向搜索实现的对测定点的空间寻址。
[0131] 图9和图10示出根据本发明一实施例的用于在离心分离期间防止液体泄漏的液体阀。液体阀7防止在主体100高速旋转时血清通过V形或U形通道7转移到测定点132。此外，图9和图10是液体阀7的详细视图。液体阀7大致地分成两部分，即向内通道7a和向外通道7b。向内通道7a指的是朝向主体的中心(与离心力方向相反)延伸的通道，向外通道7b指的是朝向离心力方向延伸的通道。液体阀7的操作如下。当主体100高速旋转时，从试样腔室131a泄漏的液体首先填充在向内通道7a中。一旦泄漏的液体填满向内通道7a，离心力沿径向方向作用到容纳在向内通道7a中的液体，从而防止液体从试样腔室
131a的进一步泄漏。另外，泄漏的液体被离心力收回到试样腔室131a中。也就是，当液体在主体100高速旋转情况下从试样腔室131a泄漏时，由于液体从试样腔室131a进一步泄漏的力与固有地作用在已经泄漏的液体上的离心力相等，能够防止液体的进一步泄漏。该基于作用在泄漏液体上的离心力来防止液体泄漏在本发明的一实施例中称为液体阀操作。
131a的进一步泄漏。另外，泄漏的液体被离心力收回到试样腔室131a中。也就是，当液体在主体100高速旋转情况下从试样腔室131a泄漏时，由于液体从试样腔室131a进一步泄漏的力与固有地作用在已经泄漏的液体上的离心力相等，能够防止液体的进一步泄漏。该基于作用在泄漏液体上的离心力来防止液体泄漏在本发明的一实施例中称为液体阀操作。
[0132] 在一实施例中，试样腔室131a还可以在其出口处设置有液体阀以防止液体在离心分离期间泄漏。
[0133] 在一实施例中，液体阀包括通过V形或U形通道或超亲水涂覆的通道实现的液体阀，从而操作液体阀。
[0134] 图11是示出图2的薄膜离心装置100的试样腔室131a和残余物腔室131b的图像，用于说明离心分离过程。
[0135] 图11示出了分步的过程，其中通过主体100的旋转从样品腔室130转移到试样腔室131a和残余物腔室131b的血液通过离心分离被分成血清和红细胞。在步骤1，在主体100开始旋转期间，血液从样品腔室130转移到试样腔室131a和残余物腔室131b，高度高于定量通道93的高度的血液通过离心力移动到过量腔室131c。此外，血液不能通过液体阀7移动到测定点132，因而保留在试样腔室131a中。步骤2是离心分离的中间状态，其中存在于试样腔室131a中的血液和存在于残余物腔室131b中的血液基于主体的旋转引起的离心力独立地离心分离，因而分成血清和红细胞。主体的旋转引起的离心力导致试样腔室
131a和残余物腔室131b中的血液独立的离心分离，允许试样腔室131a中的红细胞通过瓶颈通道67移动到残余物腔室131b。此外，离心分离在残余物腔室131b中的血清通过瓶颈通道67移动到试样腔室131a。也就是，瓶颈通道67提供了一通路，使得在离心分离期间分离的血清和红细胞能够从试样腔室131a到残余物腔室131b顺利移动。与试样腔室131a相比，残余物腔室131b布置得更靠近圆周。因此，由于离心分离的结果，红细胞收集在残余物腔室131b中，血清收集在试样腔室131a中。步骤3显示了作为步骤2的结果的其中在离心分离之后红细胞收集在残余物腔室131b中并且血清收集在试样腔室131a中的状态。在步骤4中，当主体100在离心分离之后不旋转时，试样腔室131a中的血清亲水流经液体阀
7至测定点132。在步骤5中，仅预定量的试样腔室131a中的血清移动到测定点132。也就是，仅预定量的血清移动到测定点132，存在于瓶颈通道67和残余物腔室131b中的液体不移动到测定点132，而是保持在原处。移动到测定点132的血清的量由存储在试样腔室
131a中的血清的量决定。
131a和残余物腔室131b中的血液独立的离心分离，允许试样腔室131a中的红细胞通过瓶颈通道67移动到残余物腔室131b。此外，离心分离在残余物腔室131b中的血清通过瓶颈通道67移动到试样腔室131a。也就是，瓶颈通道67提供了一通路，使得在离心分离期间分离的血清和红细胞能够从试样腔室131a到残余物腔室131b顺利移动。与试样腔室131a相比，残余物腔室131b布置得更靠近圆周。因此，由于离心分离的结果，红细胞收集在残余物腔室131b中，血清收集在试样腔室131a中。步骤3显示了作为步骤2的结果的其中在离心分离之后红细胞收集在残余物腔室131b中并且血清收集在试样腔室131a中的状态。在步骤4中，当主体100在离心分离之后不旋转时，试样腔室131a中的血清亲水流经液体阀
7至测定点132。在步骤5中，仅预定量的试样腔室131a中的血清移动到测定点132。也就是，仅预定量的血清移动到测定点132，存在于瓶颈通道67和残余物腔室131b中的液体不移动到测定点132，而是保持在原处。移动到测定点132的血清的量由存储在试样腔室
131a中的血清的量决定。
[0136] 这个现象是由于下面的五个原因。
[0137] 瓶颈通道67用作薄膜通道，当主体不旋转时发生强毛细作用，位于残余物腔室131b中的液体不通过瓶颈通道67移动到试样腔室131a。因此，能够防止红细胞从残余物腔室131b转移到试样腔室131a。残余物腔室131b以毛细管腔室的形式设置，因此存储在其中的红细胞不能轻易排出。残余物腔室131b的表面和红细胞之间的结合力防止红细胞从残余物腔室131b轻易逃脱。当主体100不旋转时，瓶颈通道67被粘滞的血清阻塞，从而使得存储在残余物腔室131b中的红细胞难以移动。残余物腔室131b没有出口，因而使得存储于其中的红细胞难以移动。
[0138] 图12示出了根据一实施例的瓶颈通道67。该详细视图示出了瓶颈通道67的基于连接附图标记67a和67b的基线的截面面。
[0139] 瓶颈通道67由两个薄膜通道构成，这两个薄膜通道由将上部基材1接合到中间基材2的第一薄膜胶带1a以及将中间基材2接合到下部基材3的第二薄膜胶带2a形成。由这两个薄膜通道形成的瓶颈通道67提供了通路，使得在离心分离期间红细胞能够容易地从试样腔室131a转移到残余物腔室131b，或者血清能够容易地从残余物腔室131b转移到试样腔室131a。也就是，瓶颈通道67在主体不旋转时用作防止液体转移的瓶颈通道并在离心分离期间用作血清和红细胞的通路。
[0140] 图13至图15示出了根据一实施例的条带，其中各种肿瘤标记物以线或斑点的形式固定在多孔膜上。在下文，各肿瘤标记物线或斑点中的每个称为测试线。
[0141] 附图标记41a是结合垫、样品垫或其组合，附图标记41b是吸收垫。附图标记41c是多孔膜。金标液(gold conjugate)、酶联抗体(enzyme linkedantibody)或诸如荧光标记物的标记可以以冻干的形式沉积在结合垫上。捕获探针(例如，捕获抗体)能够固定肿瘤标记物。肿瘤标记物可以选自包括AFP、PSA、CEA、CA19-9、CA125和A15-3的组。捕获抗体能够固定谷氨酰氨合成酶(GS)，其是一种用于阿尔茨海默氏病(Alzheimer’s)的特定标记物。所述捕获能够固定心肌梗塞抗体标记物，诸如肌红蛋白、CK-MB和肌钙蛋白I(TnI)。
[0142] 在一实施例中，测试线可以应用于使用免疫色谱法的响应测试，在测试线中用于AIDS、心肌梗塞、残留抗生素、残留杀虫剂、过敏和乳癌测试的一个或多个标记物或捕获探针固定在多孔膜41c上。免疫色谱法是这样一种测试方法，其中免疫化学与色谱验定法结合，其利用抗体对抗原的特定免疫反应、胶体金颗粒的显色性和流动性、以及分子通过毛细现象在多孔膜上的转移。免疫色谱法是方便而快速的一步方法，执行的过程包括常规多步免疫分析方法中包括的样品稀释、清洁和基于酶复合物与底物的反应的显色(生色作用)。此外，该方法能够容易地检测测试结果而不使用任何特定机构，因此具有容易、高经济效益和测试结果的快速检测的优点。除了肿瘤标记物以外，捕获抗体还能够固定用于参考的抗体和控制线。可以存在多个参考线。参考线的反应浓度可以是截止值从而能够容易检测阴性或阳性反应。例如，参考线的截止值可以选自3ng/ml、4ng/ml、10ng/ml、20ng/ml、30ng/ml、40ng/ml和50ng/ml。
[0143] 在一实施例中，测试线包括基于参考线和测试线之间的反应强度的差异的定性或定量分析。
[0144] 在一实施例中，测试线包括基于背景和测试线之间的反应强度的差异的定性或定量分析。
[0145] 在一实施例中，测试线包括通过确定测试线的反应强度进行的定性或定量分析，其中通过由多个参考线形成的反应强度的线性函数确定测试线的反应强度。
[0146] 在一实施例中，测试线包括通过确定测试线的反应强度进行的定性或定量分析，其中通过由参考线和控制线形成的反应强度的线性函数确定测试线的反应强度。
[0147] 在一实施例中，用于捕获自由PSA的抗体固定在参考线上，用于捕获总量PSA的抗体固定在测试线上，从而计算自由PSA的百分比(fPSA％)。fPSA(％)能够计算为总量PSA与自由PSA之比。总量PSA与自由PSA的细节在本领域中是公知的。此外，自由PSA可以固定在测试线上，而总量PSA可以固定在参考线上。在另一实施例中，用于捕获自由PSA的抗体固定在参考线上，用于捕获proPSA的抗体固定在测试线上，从而计算proPSA的百分比(％proPSA)。proPSA(％)可以由自由PSA与proPSA之比获得。proPSA的细节在本领域中是公知的。供选地，proPSA可以固定在参考线上，自由PSA可以固定在测试线上。此外，％fPSA和％proPSA能够通过将自由PSA、proPSA和总量PSA固定在一个多孔膜上而同时计算。
[0148] 在一实施例中，反应强度能够从在使用各种波长的LED照射下由颜色强度表示的图像信息获得。测定点132的反应结果能够基于各种波长和颜色强度之间的二次关系来定量或定性分析。参考线在试样扩散到吸收垫41b中时显示阳性反应并且可以用于使用条带的测试的有效性。当参考线是阳性时，测试结果认为是有效的。多孔膜41c可以以流入或横向流动的方式使用，这在本领域是公知的。试样或清洁溶液可以注入到样品垫41a中。流入型多孔膜可以利用条带，其中各种肿瘤标记物、疾病标记物或抗体固定在多孔膜41c上。当试样注入样品垫41a中时，被样品垫41a吸收的试样通过毛细现象扩散到整个多孔膜41c，因而特定地生化结合到捕获抗体。用于促进扩散的吸收垫41b可以布置在多孔膜41c的端部。此外，结合垫可以连接到样品垫。在这种情况下，注入到样品垫的液体试样链接到金标液，结合垫上的酶联抗体或荧光材料以及这样获得的复合物扩散到多孔膜41c中。当清洁溶液注入到样品垫41a中时，吸收在样品垫41a上的清洁溶液通过毛细作用扩散到多孔膜41c中以清除没有结合到捕获抗体或非特定地结合到捕获抗体的材料，从而从多孔膜41c去除背景噪声。
[0149] 在一实施例中，测定点132可以通过将条带41连接到液体阀7的端部和样品垫41a的一部分而固定。
[0150] 在一实施例中，使用图像传感器144检测测定点132包括用不透明材料处理处理上部基材1或用不透明涂料涂覆上部基材1从而防止照射导致的光散射以及对底物的破坏引起的噪声。在这种情况下，例如，上部基材的透明度可以为20％至50％。
[0151] 图16示出了根据本发明一实施例的薄膜离心装置，其中多个测定点132并行布置在不同扇区上以相对于单一样品进行各种试样的测定，例如，芯片上实验室所需的测定生化反应的过程。
[0152] 这里使用的术语“生化反应测定”包括例如对血液中GOT、GPT、ALP、LDH、GGT、CPK、淀粉酶、T蛋白质、清蛋白、葡萄糖、T胆固醇、甘油三酸酯、T胆红素、D胆红素、BUN、肌酸酐、I磷、钙以及尿酸的测定。
[0153] 附图标记132a、132b、132c和132d是测定点，用作进行生化反应的腔室，其存储试样以分析和诊断生化反应及其结果并与从试样腔室131a提供的血清进行生化反应。附图标记7表示在血液离心分离期间防止液体泄露的液体阀。
[0154] 附图标记290a表示基孔，附图标记131c表示过量腔室。附图标记154a、154b、154c和154d表示薄膜阀。附图标记13a、13b、13c、13d和14表示出口。
[0155] 在主体100旋转期间，存储在样品腔室130中的血液被离心分离。结果，血清存储在试样腔室131a中，红细胞存储在残余物腔室131b中。定量腔室140a、140b、140c和140d是供应预定量的试样到相应的测定点132a、132b、132c和132d的腔室，定量腔室的体积决定供应给相应的测定点的试样的量。液体阀7和同心通道9用超亲水材料涂覆，溢出腔室132e用亲水材料涂覆。因此，当主体100不旋转时，试样腔室131a中的血清超亲水地经过同心通道9流经液体阀7。定量腔室140a、140b、140c和140d是用超亲水材料涂覆的腔室，当试样流经同心通道9时，这些定量腔室被血清填充。在这种情况下，溢出腔室132e是疏水的，因而仅同心通道9和定量腔室140a、140b、140c和140d用试样填充。同心通道9设计为具有同心圆且因而在旋转期间受到均匀的离心力。因此，当同心通道9用试样填充并且主体100再次旋转之后，试样存储在定量腔室140a、140b、140c和140d并保留在那里，填充同心通道9的试样通过离心力经溢出腔室132e排出。然后，薄膜阀154a、154b、154c和154d打开以允许试样从定量腔室140a、140b、140c和140d流动到各测定点132a、132b、
132c和132d，并因而引起试样与反应物的生化反应。在一实施例中，薄膜阀154a、154b、
154c和154d同心布置，并因此同时打开。然后，试样的生化反应结果能够通过使用分光计测量测定点132a、132b、132c和132d中的试样的光吸收率来定性或定量地分析。
132c和132d，并因而引起试样与反应物的生化反应。在一实施例中，薄膜阀154a、154b、
154c和154d同心布置，并因此同时打开。然后，试样的生化反应结果能够通过使用分光计测量测定点132a、132b、132c和132d中的试样的光吸收率来定性或定量地分析。
[0156] 在一实施例中，当同心通道9设计为具有同心圆并因此受到相同的旋转薄膜离心装置100的离心力时，仅存在于定量腔室140a、140b、140c和140d中的试样存储且保留在其中，而填充同心通道9的试样通过离心力克服形成在溢出腔室132e中的疏水屏障，并排出到溢出腔室132e。
[0157] 在一实施例中，薄膜阀154a、154b、154c和154d例如包括这样的阀诸如以薄膜形状形成的爆破阀从而利用薄膜阀的打开/关闭装置来打开/关闭开口，打开/关闭装置例如是：使用设置在孔中的微珠(或薄膜柱形(圆形)磁体)的阀开/阀闭，可移动的永磁体或电磁体布置在主体的上部或下部中；通过机械力的阀开/阀闭；通过离心力的阀开/阀闭；通过基于化学作用的分解和凝固的阀开/阀闭；通过由热或化学品恢复到初始形状的形状记忆合金的阀开/阀闭；利用由电解产生的气泡栓塞(air drop)的阀开/阀闭；利用由热产生的气泡栓塞的阀开/阀闭；通过微珠的热膨胀和收缩的阀开/阀闭；通过静电力的阀开/阀闭；通过磁力的阀开/阀闭；通过激光热的阀开/阀闭；利用温度梯度的阀开/阀闭；基于超声波的致动器的阀开/阀闭；基于泵或物理压力的阀开/阀闭；通过高频膨胀或收缩的微粒的阀开/阀闭；毛细爆破阀；疏水爆破阀；通过磁流体的阀开/阀闭；以及通过空气的热膨胀和收缩的阀开/阀闭。
[0158] 疏水爆破阀利用形成在亲水通道和疏水腔室之间的界面上的液体流动屏障，并包括疏水爆破阀，其中液体在截止值或更小的离心力条件下不能流动，但液体在截止值或更高的离心力条件下克服液体流动屏障并移动到疏水腔室。液体流动屏障由于亲水液体不能容易地经过疏水腔室以及亲水通道基于液体固有的毛细作用捕集液体的事实而形成。
[0159] 测定点132a、132b、132c和132d是疏水腔室，薄膜阀154a、154b、154c和154d使用疏水爆破阀。在这种情况下，定量腔室140a、140b、140c和140d是用超亲水材料涂覆的腔室，并且能够在与测定点之间的界面处形成液体流动屏障。包括爆破阀的薄膜阀在本领域是公知的。
[0160] 在另一实施例中，薄膜阀还可以设置在如图2所示的液体阀7的向内通道7a与试样腔室131a的出口之间。在这种情况下，当即使主体100不旋转而薄膜阀关闭时，试样腔室131a中的液体不流动到测定点132，当薄膜阀打开之后，液体通过液体阀7亲水流动到测定点132。
[0161] 在一实施例中，用于分光计108的测量的方位角测定点搜索能够通过利用连接到薄膜离心装置的步进马达或传动机构控制薄膜离心装置的旋转角进行。
[0162] 在一实施例中，用于通过分光计108进行测量的方位角测定点搜索能够通过方位角阀搜索过程执行，方位角阀搜索过程通过在主体的圆周上布置用于搜索测定点的薄膜柱状磁体进行，或者通过在主体100旋转期间利用空白溶液腔室空间寻址测定点以在主体旋转期间顺序测量各测定点中的光吸收率而进行。在这种情况下，主体还包括空白溶液腔室，其具有等于测定点的直径来存储空白溶液。在分光计被校准使得空白溶液的光透射率为100％(光吸收率：0)之后，测量各测定点中的试样的光吸收率。空白溶液的光吸收率总为零，因此能够在主体旋转期间感测空白溶液腔室，并因此基于空白溶液腔室实现测定点的空间寻址。
[0164] 这些实施例还可以应用于用于与芯片上实验室相关的用于残留杀虫剂测定和残留抗生素测定的过程的薄膜离心装置。在这种情况下，由检测结果获得的测试结果显示在计算机监视器上，历史利用基于互联网协议的网络通过自动或人工远程接入而报告给相应政府机关或食品企业的服务器，或者测试结果和历史存储在无线RF IC(电子标记)的存储器中。相应的政府机关能够检测残留杀虫剂，食品企业能够获得新鲜农作物和牲畜产品的购买信息。此外，相应政府机关在网页上链接该信息，从而向消费者提供用于通过直接交易购买新鲜农作物和牲畜产品的信息。用于标定残留杀虫剂的酶和标记物含有用于标定酶、蔬菜或水果中含有的杀虫剂(例如常用的有机磷和氨基甲酸酯杀虫剂)的酶和标记物。酶可以包括乙酰胆碱酯酶(AChE)。其各种实现在本领域是公知的。
[0165] 图17示出了与图2不同的测定点132作为薄膜离心装置100的另一实施例。
[0166] 在此情形下，薄膜离心装置还包括：多个测定点132a、132b和132c，利用条带41提供生化反应测定或免疫学分析；液体阀7，当主体不旋转时临时存储试样腔室131a中的试样以在主体旋转期间将血清保留在试样腔室131a中，并提供将血清从试样腔室131a转移到缓冲腔室131d的亲水液体流动通路；薄膜阀155a、155b和155c，将转移的缓冲腔室131d中的血清独立提供到多个测定点；以及亲水通道8，当薄膜阀155a、155b和155c打开时，通过亲水液体流动将血清从缓冲腔室131d转移到相应的测定点。基于这些元件，薄膜离心装置能够进行单个样品的多路测定。在这种情况下，血清从试样腔室131a到缓冲腔室
131d的转移通过交替重复通过液体阀7的亲水液体流动过程和通过离心力的液体流动过程来执行。
131d的转移通过交替重复通过液体阀7的亲水液体流动过程和通过离心力的液体流动过程来执行。
[0167] 图17示出了用于通过交替重复利用液体阀7的亲水液体流动过程和通过离心力的液体流动过程而将血清从试样腔室131a转移到缓冲腔室131d的分步过程。
[0168] 在步骤1，在离心分离后的主体旋转期间，血清收集在试样腔室131a中，红细胞收集在残余物腔室131b中。
[0169] 在步骤2，在离心分离后主体不旋转时，试样腔室131a的血清经过液体阀7排出到向内通道7a和向外通道7b中并亲水流动到缓冲腔室131d。
[0170] 在步骤3，向外通道7b中的血清基于主体旋转引起的离心力流入缓冲腔室131d。
[0171] 在步骤4，当主体停止旋转时，来自试样腔室131a的血清再次通过液体阀7排入向内通道7a和向外通道7b并且然后亲水流入缓冲腔室131d。
[0172] 在步骤5，通过重复步骤3和4，全部血清逐渐从试样腔室131a流动到缓冲腔室131d。
[0173] 在步骤6，当薄膜阀155a打开时，血清经过亲水通道8从缓冲腔室131d流动到对应的测定点132a。图17的缓冲腔室131d可以用超亲水材料涂覆。在这种情况下，血清能够易于通过吸收泵的操作从试样腔室流动到缓冲腔室。
[0174] 图18示出了其中血清通过离心力流动到测定点的状态，作为与图17不同的另一实施例。在这种情况下，薄膜阀155a、155b和155c可以是疏水爆破阀或毛细管爆破阀。
[0175] 薄膜阀155a、155b和155c是通过形成在涂覆以亲水材料的亲水通道8与疏水腔室、测定点132a、132b或132c之间的界面上的液体流动屏障形成的疏水爆破阀或毛细管爆破阀。这样的液体流动屏障允许血清在小于预定截止值的离心力下不流动，并允许血清在预定截止值或更高的离心力下克服液体流动屏障然后流动到测定点132a、132b或132c。在这种情况下，步骤3的离心力可以在低于克服液体流动屏障的离心力的水平施加。
[0176] 图19至图22示出了与图17所示的实施例相比还包括稀释溶液存储腔室的薄膜离心装置的分步过程。附图标记131e表示存储稀释溶液的稀释溶液存储腔室。
[0177] 图19和图20示出了以下现象，其中当试样腔室131a中的试样被离心分离时，存储在稀释溶液存储腔室131e中的稀释溶液在爆破阀150打开时流动到缓冲腔室131f。在这种情况下，存储在缓冲腔室131f中的稀释溶液通过液体阀11保留。类似地，在离心分离期间，试样腔室131a中的试样也通过液体阀7保留在试样腔室131a中。缓冲腔室131f中的过量的稀释溶液通过定量通道10流动到过量腔室131g从而允许所需量的稀释溶液存储在缓冲腔室131f中。
[0178] 图21示出了一过程，其中当主体停止旋转时试样腔室131a中的血清通过液体阀7排入向内通道7a和向外通道7b，并亲水流动到混合腔室131h中。此外，图21示出了一过程，其中缓冲腔室131f中的稀释溶液通过液体阀11排入向内通道11a和向外通道11b并然后亲水流动到混合腔室131h。
[0179] 图22示出了一现象，其中通过重复用于将向外通道7b和11b中的液体基于主体旋转引起的离心力转移到混合腔室131h的过程以及用于在停止旋转主体之后用亲水液体填充向内通道7a和11a及向外通道7b和11b的过程，试样和稀释溶液逐渐转移到混合腔室131h。因此，稀释溶液与试样在混合腔室中混合从而产生稀释试样。
[0180] 在用于藉由重复通过液体阀的亲水液体流动和基于离心力的液体流动而逐渐将试样和稀释溶液转移到混合腔室131h的过程中，试样逐渐与稀释溶液混合从而最大化这些液体之间的混合效率。在下文，试样和稀释溶液的混合称为在将试样和稀释溶液逐渐转移到混合腔室131h的过程中的逐渐混合。
[0181] 液压爆破阀的关闭强度基于当孔被薄膜胶带阻塞时薄膜胶带和阀的粘着面积来确定，从而允许薄膜胶带以盘旋转速度(离心力)或更高去除以克服关闭强度从而打开孔。
[0182] 爆破阀可以是例如本领域公知的液压爆破阀。
[0183] 图23示出了根据本发明一实施例的薄膜分层离心装置驱动器100a，从前面装载或从顶面装载薄膜离心装置。薄膜离心装置100可以装载在薄膜分层离心装置驱动器100a上。附图标记751表示薄膜分层离心装置驱动器100a的外壳，附图标记750a表示从前面装载薄膜离心装置100的托盘。此外，附图标记750b表示进行顶部装载的盖罩。当盖罩打开时，薄膜离心装置的孔170可以安装在旋转台上。基于装载类型，可以选择附图标记750a和附图标记750b中的一个。此外，根据本发明的一实施例，薄膜分层离心装置驱动器可以可选地包括读取/搜索按钮745或停止按钮746以读取常规光盘。附图标记744表示薄膜分层离心装置驱动器的开启/关闭按钮。
[0184] 附图标记760表示用于示出薄膜分层离心装置驱动器的过程状态和模式的显示装置。发光二极管或LCD可以用作该显示装置。显示装置760显示所装载的盘是薄膜离心装置还是光盘、分析结果或薄膜分层离心装置驱动器的主要过程状态。供选地，显示装置760显示图形用户界面以及根据步骤的具有百分比(％)、柱状图或饼图形式的过程速率。
[0185] 附图标记11表示输入/输出装置，如果必要，其通过互联网实现与相应领域的医生的自动或人工远程接触并向医生远程发送诊断结果和问题。然后，病人等候来自医生的处方。
[0186] 图8所示的薄膜分层离心装置驱动器1还可以包括扬声器、活动图像摄像头和/或麦克风。在非晚期癌症的情况下，血液中肿瘤标记物的水平不增加；在早期癌症的情况下，血液中肿瘤标记物的水平在正常范围内并随着肿瘤发展而增加且其阳性率也增加。在一实施例中，考虑到该事实，离心装置包括统计软件以历史地管理从测定点的定量分析获得的检测结果，从而将与定期跟踪诊断相关的信息提供给用户。
[0187] 此外，在一实施例中，薄膜分层离心装置驱动器还可以包括读取和分析响应结果以及分析阴性或阳性响应、风险人群或风险值的软件。
[0188] 此外，在一实施例中，薄膜分层离心装置驱动器允许侧面装载或垂直装载薄膜离心装置。
[0189] 由以上描述显见，根据一实施例的薄膜分层离心装置及使用其的分析方法可以应用于用来诊断和检测液体中的少量生物和/或化学材料的薄膜装置，例如芯片上实验室、蛋白质芯片和DNA芯片。例如，薄膜离心装置可以用于在诸如常规CD-ROM或DVD的薄膜盘中的集成离心装置。
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