CN100571871C - 利用毛细管作用力分步传输液体的设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于液体特别是要分析的样本液体的分步传输设备(10)，利用毛细管作用力将液体流过按流向串联安放的几个反应室，该设备包括至少一个液体可以基于毛细管作用力通过它传输的管道(14)。进而，设备(10)包括至少两个关闭的排气孔(38，40，42)，它们在沿着管道(14)被彼此分开的连接点(22，24，26)处与管道(14)流体相通。连接点(22，24，26)将管道(14)分成几个管道段(44，46，48)。在相应的管道段(44，46，48)和位于其上的排气孔(38，40，42)之间的流体连接可单独打开。

Description

利用毛细管作用力分步传输液体的设备
技术领域
本发明涉及一种利用毛细管作用力使液体通过沿流向串联安放的几个流通室的分步传输设备，上述的液体优选是要分析的样本液体。
背景技术
在众多不同的分析学和诊断学的应用领域中，都需要分析样本液体。因此而作的化验有时需要使样本液体连续地接触不同的试剂。对于这些化验的自动操作，使将要分析的样本液体以分步的方式传输是很便利的。
在现有技术中，主要已知的是分别通过抽空管道和腔室内的空气促使液体穿过管道传输并充满腔室，由此产生液体流动。这类选择性的液体流动机构的例子在国际专利第99/46045号，国际专利第01/64344号，美国专利第4,849,340号，美国专利第5,230,866号，美国专利第5,242,606号和美国专利第5,478,751号中都有描述。
进而，美国专利第3,799,742号描述了这样一个流体系统，在其中通过利用重力作用和有选择地除去以串联和并联方式连接的各个室的气体，使液体从一个容器流入各个室。在这种已知的设备中，一个液体管道从容器延伸出来。沿着这个液体管道，分叉出几个分支管，这些分支管的终端在串联连接的两个室里。在分支管连接到室的水平面上，分叉处都是关闭的且可以选择性地打开的排气管。上述的管道系统允许液体单独在重力作用下传输。只要所有的排气孔都是关闭的，则通过气体的反向压力保持液体，阻止来自容器的液体传输。当首先安排在流动方向上的每个分支管的两个室中的一个被充气时，来自容器的液体就流入这个室。通过安装相对液体不易浸润的透气性过滤器，排除了液体从这个室的排气管溢出的情况。如果这个室没有被排气，则阻止了液体进入布置在下游的第二室。只有这个室被排气，液体才同样能进入第二室。这种已知的系统要求在其内配置管道系统的基体垂直定向。由于缺乏重力元件启动液体流动，因此当基体处在水平状态时没有任何液体传输，所以这限制了系统的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种液体分步传输设备，特别用于要分析的样本液体，该设备具有很简单的结构且操作舒适简单、工作可靠。
为实现此目的，本发明提出了一种用于液体的分步传输设备，利用毛细管作用力使液体流过按流向串联安放的几个反应室，该设备包括：
管道，液体基于毛细管作用力经过该管道传输，
沿着管道被彼此分开的连接点，所述连接点将管道分成几个管道段，
处于相应的管道段和位于所述相应的管道段上的排气孔之间的流体连接，所述流体连接单独打开，和
至少一个室，所述室安排在管道段中，并沿流动方向处于每个连接点的上游，
至少两个关闭的排气孔在连接点处与管道流体相通，
所述关闭的排气孔适于彼此单独地打开，以及
毛细作用停止点位于所述排气孔的上游，或者所述排气孔形成为毛细作用停止点排气孔。
根据本发明，毛细管作用力被利用来进行液体的步进传输。为此，相应地设计出该设备的液体传输管道。这涉及到管道的横断面、横断面和表面结构的设计。管道与至少两个初始状态关闭的排气孔流体相通。排气孔与管道的流体连接在沿管道彼此分开的连接点实现。排气孔可直接形成连接点，即，直接布置在管道壁或形成管道的基体里。此外，排气管可以在连接点分支，终止于排气孔。排气管可设计以毛细管作用力的方式来进行液体传输。然而，由于排气孔主要用于排气，所以这不是必要的。
如果现在液体进入管道，例如，通过从一个样本接收室延伸出的管道，那么只要管道(在其终端)和排气孔是关闭的，液体通过管道的传输就被阻止。当第一排气孔沿管道的流动方向被打开时，液体就向上流到位于与所打开的排气孔流体相通的管道连接点，这样做时，液体就将位于这个连接点上游的室填满；由于接下来的管道部分是对外关闭的，液体通过管道在此连接点后的进一步的传输是不可能的。只有当下一个排气孔沿流动方向被打开时，在上述连接点和位于下一个排气孔的连接点之间的管道段以及布置在这个管道段内的室才能被充满液体。所述室可以是空的或填有材料、插入物(多孔体等)或产生毛细管作用力的装置，如表面结构。
利用上面描述的概念，于是以一种相对简单的方式，即仅通过打开排气孔，可以选择性地和以分步的方式来传输液体穿过带有连续布置的腔室的管道。如果反应物质或试剂被布置在单独的管道段或腔室里，因此将液体经历预先确定的连续反应是可能的。通过最终打开最后一个的排气孔，样本液体可以被导入到一个分析室或类似的容器中，在那里可以多种不同的方式来完成样本液体的分析(如，照相技术分析)。然而，也可能已经在其他的反应室内作了(中间)分析。通常，例如用照相(光学上的)技术，特别是通过检测样本液体的透射或颜色变化，或用显微镜来进行分析。
在本发明的有利实施例中，优选地静止不动的试剂被放在位于单个管道段的室里。通过与液体接触，试剂流动并可与液体反应。
最简单的情况，排气孔可直接布置在管道壁内。因此，连接点与排气孔一致。另外，终止于排气孔的排气管也可以从连接点分支。
在液体前端已经通过管道的分配的连接点后(再次)关闭排气孔虽说不是绝对必须的，但可以很好地实现。然而，当液体已经向上最大限度地流到排气孔中时，这将更有用，且确保液体不会从排气孔中溢出。毫无疑问，利用毛细管作用力的机构来传送液体使可能的。此外，如果排气孔尺寸合适以致由于所产生的液体表面张力消除了液体从排气孔中的溢出，这也是很有益处的。在这种情况下，通过从连接点到排气孔的排气管的传输也是利用毛细管作用力来有效地实现的。另一种情况或更进一步，毛细作用停止点可在排气孔的上游。例如，可配置成与液体不浸润的(局部的)排气管表面或不浸水的排气孔或逐渐扩大的管道系统。
有用的是，通过单独的盖元件或者用一个公共的盖元件有选择性地打开排气孔，由此排气孔能够相应于它们沿着管道的布置而有选择性地被打开。最简单的情况，盖元件是一片附着在一个或多个排气孔上的胶带。为了打开排气孔，譬如，盖元件可适合于扯掉或被刺破。作为另外一种选择，也可能将盖元件熔化开或溶解开或通过发生反应变成透气的。最简单的情况，盖元件是一片安放在其内形成本发明管道系统的基体或类似支架的排气孔上的胶带。为了熔化开盖元件，譬如当这些盖元件是与一个或多个加热元件热耦合在一起的，则是有利的。通过驱动加热元件，盖元件就有选择性地熔化开了，排气孔也就被打开了。
通过盖元件从外面与反应试剂的接触，可以使溶解盖元件的反应发生。应该只产生相对样本液体为惰性的反应化合物。譬如，使用亲水材料(如，象琼脂糖、蔗糖或类似的多聚糖等的凝胶体)作为盖元件。在盖元件由外面作用被溶解掉后，样本液体进入到下一个管道段中。因此，在这种情况下，盖元件被直接布置沿流动方向的排气孔或连接点后，以便被溶解掉的盖元件打开的管道段能通过分配在那里的排气孔进行排气。
根据本发明的设备可以用于例如血液测试，其中在第一反应室内要分析的血液与第一抗体或共轭物反应，接着在第二反应室内将第二抗体绑定到被束缚的第一抗体。从用于分析血液的血液样本接受室或类似的容器开始，要分析的血液在第一个排气孔打开后穿过管道向上延伸到分配连接点的管道段，在所述管道段里布置了带有第一抗体或共轭物的第一反应室。在规定的停留时间后，通过打开流动方向上的下一个排气孔，带有部分绑定抗体的要分析的血液样本被传送到第二管道段，在所述第二管道段里布置了带有第二抗体的第二反应室。随后，通过打开又一个排气孔或打开管道的末端，样本液体可以被进一步在管道中传送或传送到管道外。
更有用地，根据本发明的设备也可以包括几个上述的(样本液体传送)带有排气孔的管道。在流动方面，所有这些管道是彼此平行的，从具有一个公共样本接收室或几个相应位于管道的单独样本接收室的样本接收列延伸出来，且优选地包括在单个连接点之间有相同长度的管道段。在这个连接里，位于相应连接点的排气孔以紧靠的相邻方式布置，并且可以用一个或相同的盖元件方便地打开。因此，允许通过单独的管道进行液体的平行分步传输。
附图说明
在下文中，将参照附图关于几个实施例详细解释本发明。在图中：
图1显示了根据本发明的管道结构的第一实施例，用于利用毛细管作用力实现液体分步传输。
图2至4显示了在依次打开沿着管道配置的单独排气孔后说明依据图1的管道结构的单个阶段。
图5显示了根据本发明管道结构的第二实施例。
图6和7显示了在依次打开沿着管道配置的单独排气孔后说明依据图5的管道结构的单个阶段，和
图8显示了根据本发明管道结构的第三实施例，用于通过几个管道连续并行地传输液体。
具体实施方式
图1显示了根据本发明的毛细管道系统10的基本结构。毛细管道系统10在基体12(塑料基体等)里形成并包括管道14，该管道14包括一个在与没有标出的容器液体相通的进口16和一个出口18。利用毛细管作用力，管道14中的液体在管道中传送。
管道14包括几个连接点20、22、24和26(在这个实施例中有四个)，从这些连接点分叉出终止于排气孔36、38、40和42的排气管28、30、32和34。管道14被连接点20、22、24和26分隔为独立的管道段44、46和48；在每一个管道段44、46和48中，有一个反应室50、52和54。
图1中所示的毛细管道系统10可以如下所述有选择性地充满液体。
在初始状态，管道14的所有的排气孔36、38、40和42和出口18都是关闭的。如果沿流动方向56(见箭头)打开第一排气孔36，那么在管道14的进口16等待的样本液体流到连接点20并进入排气管28、向上流到排气孔36。通过缩短排气管28，可以使毛细管道系统10的死区体积减为最小。排气孔36也可以直接开在管道14的壁上。这意味着在排气孔36被打开后，在管道14中的液体前端移到连接点20；无论如何，(还)没有液体进入管道段44中。
然而，如果在流动方向上的下一个排气孔38随后打开，则液体将到达第二管道段44并将其充满，这意味着反应室50也被要分析的液体充满。前进的液体前端在管路中的连接点22处变为停顿，从那儿，液体只能流进排气管30向上进入排气孔38。这种状态在图2中说明。
如果现在下一个排气孔40被打开，则对下一个管道段46重复上述过程，于是最后形成图3的状态。通过打开下一个排气孔42，下一个管道段48最终充满液体，如图4中所示。如果接着打开管路14的出口18，那么液体从管道14流到一个(没标出的)容器或接收室中。
上述毛细管道系统10也可以设有所谓的毛细停止点，该停止点只能在压力脉冲作用到液体上后才能消除，随后由毛细管作用力重新引起液体进一步传送。譬如，这些毛细停止点可以在反应室50、52、54的出口处形成或布置。在这种情况下，液体通过毛细管路系统10的选择性传输因此受打开排气孔和施加压力脉冲的交替影响。
必须指出，根据本发明，布置在第一个反应室50前的排气孔36不是绝对必要的。可以和排气管28一同被忽略，如图5到7中所示。
在图5到7中，说明了毛细管道系统10’的第二实施例。图5到7中的毛细管道系统10’的基本结构和根据图1到4的结构是相同的。区别在于打开排气孔的方式。例如，在根据图1到4的实施例中，通过单独的盖元件58来打开，然而在根据图5到7的实施例中，提供有一个连续的条状盖60，将其以或大或小的程度扯掉，于是逐步地打开排气孔36、38、40、42。条状盖60可配制成包括分隔的局部段64、66、68的胶带，这些局部段由打孔线或其他类型的规定的折断线62相连。规定的折断线62相应地位于两个相邻的排气孔38、40和40、42之间，且相应地而有利地位于这些孔之间的中部。至少在指向下游的下一个排气孔的规定折断线62的一侧，条状盖的粘合表面在与规定折断线62相邻的部分70处是没有粘合的。在分开在其自由端具有用作手持的非粘合部分72的第一局部段64后，这个局部段64就可以在规定折断线处扯掉。于是，为了打开下一个排气孔40，下一个局部段66的部分70就依次地用作便于扯开局部段66的手持部分。
最后，图8描述了根据本发明的毛细管道系统10”的又一个实施例，该实施例包括几个(在这个实施例中为两个)管道14，每个管道都构造和设计为与前面实施例的描述有关，即，包括几个根据流动串联连接的反应室50、52(在这个实施例中有两个)。这意味着具有排气孔36、38、40的几个排气管28、30、32在它们末端从每个管道14分叉。所有的管道14中，在流动方向上的第一个排气孔36由几个盖元件或一个公共的盖元件74成组或全部地关闭。对于在流动方向上的紧接着的排气孔38、40有着相同的排列，排气孔38、40相应地由盖元件76和78关闭。从整个毛细管道系统10”上看，公共盖元件74、76、78的系统或每组有公共的盖元件的系统是相同的。
利用盖元件74、76、78，现在可以相应地同时和并行地启动和执行穿过所有管道14的液体分步传输。在考虑了管道14可以在容器80和第一反应室50之间的局部段中有不同的长度(例如，由于结构)，沿流动方向上布置在第一反应室50上游的管道14的排气孔36的目的变得清楚了。排气管18分叉处的管道14的连接点20沿管道14与第一反应室50以相同的距离布置。在第一排气孔36被打开后，液体的前段在每个管道14中距离第一反应室50相同的距离处前进。于是，在打开第二排气孔38后，确保同时填满第一反应室50。
另外，一个公共的盖元件可用于所有的排气孔，它能逐步地打开排气孔(与根据图5到7的实施例的盖元件相一致)。进一步，也可以选择性地用于根据图8的实施例中，从样本液体传送管道14开始分叉的排气管28、30、32终止于成组的公共的排气孔36、38、40(第一组包括流动方向上的第一排气管28，第二组包括流动方向上的第二排气管30，等等)。
如关于根据图1到4的第一实施例所提到的，图5到8中的毛细管道系统10’和10”也可以另外设置有毛细停止点，也如上所述，例如，在当从流动方向上看时，该毛细停止点可布置在反应室50、52的出口端。
根据本发明的毛细管道系统的一个特点是精确定时和触发液体的进一步传输。进一步，描述了极其简单的排气孔的打开机构。有用地，该系统被设计成一次使用且认为是可以扔掉的商品。使用最小量的样本液体且也根本不使用过滤器/薄膜器件。进而，为了减少污染风险的缘故，该系统允许在基体或类似的安装架上完全关闭的构造。为了触发反应和特别是液体的传送，不需要离心力等。由于利用毛细管作用力来进行液体传输，根据本发明的系统的操作不依赖于它的位置。
尽管参照具体示例性的实施例描述和说明了本发明，但并不是有意将本发明局限于那些所示例的实施例。本领域技术人员将认识到无需偏离如后面的权利要求所确定的本发明的真正范围可以做出的变动和修改。因此，旨在将所有这些在追加的权力要求和等价的范围内的变动和修改包括在本发明范围内。

Claims (11)

1.一种用于液体的分步传输设备，利用毛细管作用力使液体流过按流向串联安放的几个反应室，该设备包括：
管道(14)，液体基于毛细管作用力经过该管道传输，
沿着管道(14)被彼此分开的连接点(22，24，26)，所述连接点(22，24，26)将管道(14)分成几个管道段(44，46，48)，
处于相应的管道段(44，46，48)和位于所述相应的管道段(44，46，48)上的排气孔(38，40，42)之间的流体连接，所述流体连接单独打开，和
至少一个室(50，52，54)，所述室(50，52，54)安排在管道段(44，46，48)中，并沿流动方向处于每个连接点(22，24，26)的上游，其特征在于
至少两个关闭的排气孔(38，40，42)在连接点(22，24，26)处与管道(14)流体相通，
所述关闭的排气孔(38，40，42)适于彼此单独地打开，以及
毛细作用停止点位于所述排气孔(38，40，42)的上游，或者所述排气孔(38，40，42)形成为毛细作用停止点排气孔。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述毛细作用停止点配置成逐渐扩大的管道系统。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述毛细作用停止点配置成不浸水的排气孔。
4.如权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，反应物质设置在至少一个室(50，52，54)内。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，反应物质是静止的且当接触液体时流动。
6.如权利要求1至3中任一项所述的设备，其中所述流体连接为在连接点(22，24，26)处从管道(14)分叉并且终止于排气孔(38，40，42)的毛细作用排气管(30，32，34)。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，当排气孔(38，40，42)打开时，利用毛细作用液体通过排气管(30，32，34)传送到排气孔(38，40，42)。
8.如权利要求1到3中任一项所述的设备，其特征在于，
设置有几个管道(14)，
排气孔(36，38，40)沿流动方向彼此顺序布置，且
所述排气孔(36，38，40)能够以组的方式共同打开。
9.如权利要求1到3中任一项所述的设备，其特征在于，每个所述排气孔(36，38，40，42)都被一个适于扯开、刺破、熔化或适于被溶解或通过发生反应变为透气性的盖元件(60，74，76，78)所覆盖和关闭。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，设置有一个或多个加热元件与所述盖元件(60，74，76，78)热耦合来熔化打开所述盖元件(60，74，76，78)。
11.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所有的排气孔(38，40，42)都由一个公共的盖元件(60，74，76，78)覆盖，所述盖元件(60，74，76，78)适合于被选择性地扯开、刺破、熔化和/或适于被溶解或通过发生反应变为透气性。
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