CN101166834B - 生物盘、生物驱动器装置和使用该盘和装置的化验方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种包括新型阀控制装置和流体移动系统的生物盘设备、一种生物驱动器装置和一种使用该生物盘设备、装置的化验方法，在生物驱动器装置中安装了控制器盘，该控制器盘包括用于生物盘的控制器，上述设备、装置和方法适合于用于各种诊断化验、核酸杂交化验和免疫化验的片上实验室。该生物驱动器装置兼容于普通光盘，包括音频CD、CD-R、游戏CD、DVD等，该化验方法兼容于普通光盘驱动器，包括CD-ROM、DVD播放器等。因此，该生物驱动器装置和化验方法提供了替代现有产品的既经济又方便的替代物。此外，该生物驱动器装置能够现成地和容易地与计算机结合应用于经由因特网的远程诊断。

Description

生物盘、生物驱动器装置和使用该盘和装置的化验方法
技术领域
本发明涉及一种包括新型阀控制装置和流体移动系统的生物盘、一种包括该生物盘的生物盘设备、一种生物驱动器装置、和一种使用该生物盘、设备和装置的化验方法。具体而言，本发明涉及一种具有用于各种诊断化验、核酸杂交化验或者免疫化验的片上实验室的生物盘、一种与包括用于该生物盘的控制器的控制器盘相集成的生物驱动器装置、和一种使用该生物盘、装置的化验方法。
背景技术
本发明是申请日为2002年1月27日的国际专利申请第PCT/KR02/00126号的继续申请，并且要求申请日为2001年1月27日的韩国专利申请第10-2001-0003956号的优先权，并且是申请日为2002年5月31日的国际专利申请第PCT/KR02/01035号的继续申请，以及要求申请日为2001年5月31日的韩国专利申请第10-2001-0031284号的优先权。国际专利申请第PCT/KR02/00126号及其优先权韩国申请的发明名称为“ Nucleic acidhybridization assay method and device using cleavage technique responsive tocomplementa
根据互补双链或者单链核酸来使用分裂技术的核酸杂交化验方法和设备可应用于各种定量或者定性化验设备。此外，微阀是用以控制片上实验室中流体流动的基本单元。
核酸化验设备可以包括用以检测分裂信号单元的检测器，该检测器包括光学器件、电化学器件或者电容和阻抗测量器件。检测结果能够数字化为计算机可执行软件，并且通过建立的通信网络如因特网提供给患者或者医生。以这一方式，能够基于核酸化验设备来实施保证患者和医生便利的远程诊断系统。正如在先前申请中公开的那样，用于检测器的电容和阻抗测量可以包括具有可分裂信号单元的交指型阵列电极。
作为源于先前申请的继续申请，本发明涉及一种非光学生物盘、一种生物盘设备、一种生物驱动器装置和一种使用该生物盘、生物盘设备和生物驱动器装置的化验方法，这些生物盘、设备、装置和方法可应用于各种诊断化验设备、核酸杂交化验设备和免疫化验设备。
迄今为止为检测流体中少量分析物而开发的多数临床诊断化验设备是与多样本制备和自动化试剂添加设备相串联或者并联连接，用于以更高的效率同时分析多个测试样本。这样的自动化试剂制备设备和自动化多路复用分析器常常集成到单个设备中。
这一类型的临床实验室分析器能够自动地或者半自动地在一个小时内使用少量样本和试剂来准确地执行数以百计的化验。然而，这些分析器是昂贵的，仅有集中的实验室和医院才能够承受它们。这样的集中化需要传送样本到实验室或者医院，并且常常排除对时间关键样本的加急或者紧急分析。
因此，为了解决这些问题，对于既廉价又易于每个人手持的临床分析器的需求与日俱增，该临床分析器比如是适合于在没有专用检测器的情况下在患者家里的患者床边使用。
<光盘和非光学生物盘>
标准压缩盘由12cm聚碳酸酯衬底、反射金属层和保护涂漆形成。DVD代表数字视频盘，这是一类与压缩盘大小相同但是记录容量明显更大的光盘。
聚碳酸酯衬底是光学质量的纯净聚碳酸酯。在标准的压缩CD或者DVD中，数据层是聚碳酸酯衬底的一部分，而数据在注入模制过程中通过模印机压印为一连串凹点。在注入模制过程中，熔融的聚碳酸酯在高压之下注入到模具中并且冷却为模具或者模印机的镜像。结果，模印机的反凹点在底版化过程中在聚碳酸酯盘表面上形成为二进制数据。模印底版通常为玻璃。
本领域技术人员众所周知，向普通光盘如音频CD、游戏CD写入的信息与在它们的染料层中的折射率有关。在使用差分折射率检测方法的常见CD中，凹点的压痕在CD中形成至入射激光束四分之一波长的八分之一级别的深度。压痕在反射束中造成破坏性干扰并且对应于具有“0”值的位。CD的平坦区域使入射激光束朝着检测器反射并且对应于具有“1”值的位。
美国专利第5,580,696号公开了用于使用基于折射率的数据检测的光盘染料层的材料。使用染料层的光盘绕着旋转轴旋转并且通过激光来扫描以从染料层读取数据。
然而，用于上述光盘的普通光学拾取器在单个模块中包括光发射单元和光接收单元。在这一结构中，它的光学行进路径相对地长，并且有光接收单元灵敏度差的问题。此外，用于信息读取的激光扫描需要将光学拾取器致动到光盘上的预定位置并且旋转光盘。另外，当通过激光扫描来读取的这种光盘应用于生物化验设备时，出现诸如探测器物理变形以及化验结果不准确等问题。
已经公开关于基于CD的化验设备的各种技术：″Optical confocal compactscanning optical microscope based on compact disc technology″(Applied Optics，1991年第30卷第10期)、″Gradient-index objectives for CD applications″(Applied Optics，1987年第26卷第7版)和″Miniature scanning opticalmicroscope based on compact disc technology″(Proc.Soc.Photo-opt.instrumentEng.1989年1139-1169页)。
关于基于CD的化验设备的专利包括发明名称为″Centrifugal photometricanalyzer″的美国专利第4,279,862号(1981年7月21日公布)和发明名称为″Reaction tube assembly for automatic analyzer″的美国专利第4,141,954号(1979年2月27日公布)。
发明名称为″Disc for centrifuge″的GB 1075800(1967年7月12日公布)公开了一种用于通过离心力使经由盘的注入孔供应的样本流体在它的表面之上流动的设备。发明名称为″Separating disks for centrifuge″的EP 3335946(1965年4月12日公布)公开了一种用于通过离心力使样本流过盘中形成的通道或者室来分离经由盘的注入孔注入的流体样本的装置。
发明名称为″Disc centrifuge photosedimentometer″的美国专利第4,311,039号(1982年1月19日公布)公开了一种使用离心力和光学检测的盘型化学化验设备。
然而，上述常规化验设备无法保证化验和诊断中的理想自动化而不适合于片上实验室。
与使用来自物理凹点的差分反射或者染料层中的折射率的常规光盘不同，根据本发明的一种生物盘使用光透射、电容和阻抗测量或者电化学检测来读取信息，其中该生物盘包括多个室作为流体储备器(reservoir)以及包括多条通道作为流动路径。与使用在生物盘之上扫描的激光的差分反射的常规“光学”生物盘对照而言，根据本发明的这种生物盘称为“非光学生物盘”。常规生物盘由于它们的结构包括反射金属层和染料层而不能使用光透射来检测信息。
贯穿说明书的术语“非光学生物盘”指代这样一种生物盘，该生物盘允许使用光透射、电容和阻抗测量或者电化学检测来有选择地检测分析部位，而无需旋转生物盘以及用激光来扫描它。因此，本发明的“非光学生物盘”能够涉及到光学化验检测器。
贯穿说明书的术语“光学生物盘”指代这样一种生物盘，该生物盘在生物盘之上使用常见光学拾取器扫描激光，以从它的差分反射中读取数据。
常见聚碳酸酯衬底能够改型为适合于如下生物盘，这些生物盘是薄膜型化验设备，用于检测流体样本中的少量分析物以用于诊断目的。在这一情况下，取代了凹点和染料层，通过注入模制在聚碳酸酯衬底的表面中形成作为流体流动路径的通道和作为缓冲剂(buffer)储备器的室。此外，需要用于控制流体流过通道和控制流速的微阀以及用于微阀的电子控制方法。
在根据本发明的一种生物盘中，可以使用半导体制造工艺在硅晶片中形成作为流体流动路径的通道和作为缓冲剂储备器的室。根据本发明的这种生物盘包括集成到硅晶片中用以控制流体流动和流速的电子电路。
发明内容
根据本发明的一个方案，提供一种生物盘，包括：样本入口；保存缓冲剂溶液或者反应溶液的室；化验部位，其中在衬底上排列生物材料；通道，通过该通道，流体在样本入口、室与化验部位之间流动；连接通道的孔；以及用来开启和闭合孔的阀，其中利用微珠、设置于微珠之上的永久磁体以及设置于微珠之下的电磁体或者可移动永久磁体来构造该阀。
贯穿说明书使用的术语“化验部位”称为“阵列室”，这具有在其上排列生物材料的含义；或者称为“杂交室”或者“抗原抗体反应室”，这具有在其中发生两种生物材料的特定结合(binding)反应、配合基受体反应、杂交反应或者抗原抗体反应的含义。
在根据本发明的生物盘中，当微珠位于孔之下时，通过微珠与设置于微珠之上的膜状永久磁体之间的吸引力来闭合阀，而通过微珠与设置于微珠之下的电磁或者可移动永久磁体之间的吸引力来开启阀的孔。当微珠位于孔之上时，以相反布置来开启和闭合孔。由于设置于微珠之上的膜状永久磁体不可移动，所以总是通过微珠与膜状永久磁体之间的吸引力来闭合孔。因此，总是闭合在分布下的生物盘的孔，使得可以防止室中的液体泄漏。
在根据本发明的生物盘中，可以向阀的上部分和下部分中的仅一个部分提供永久磁体。可选地，可以向阀的上部分和下部分均提供永久磁体。在向阀的上部分和下部分均提供永久磁体的情况下，可移动永久磁体可以作为普通可寻址光学拾取装置的光学拾取模块的替代物来使用。可选地，可以装配与光学模块在一起的可移动永久磁体。通过使用设置在微珠之上和之下的两个电磁体来控制常规阀机构，从而有电磁体控制复杂以及在施加电力之时生成大量热的问题。在根据本发明的阀机构中，使用一个永久磁体和一个电磁体或者使用两个永久磁体。因此，能够减少生成的热和生产成本并且获得强磁场。具体而言，由于向普通可寻址光学拾取装置提供可移动永久磁体，所以能将可移动永久磁体移到阀的预定位置。
在根据本发明的生物盘中，可以通过磁场来移动的任何材料和能够开启和闭合孔的任何形状可以用作微珠。优选地，微珠可以是膜状圆柱形磁体或者用衬垫材料涂覆的膜状圆柱形磁体。衬垫材料可以是具有弹性的聚合物，比如橡胶。由于衬垫材料，所以能更安全地闭合孔。
根据本发明的另一方案，提供一种生物盘，包括：样本入口；保存缓冲剂溶液或者反应溶液的室；化验部位，其中在衬底上排列生物材料；通道，通过该通道，流体在样本入口、室与化验部位之间流动；连接通道的孔；以及用来开启和闭合孔的阀，其中化验部位中的衬底是多孔隔膜，以及其中化验部位的正前方的阀的前方通道是疏水通道，而后方通道是亲水通道。
在根据本发明的生物盘中，多孔隔膜可以是具有大量小孔的任何隔膜。优选地，隔膜材料可以是从NC(硝化纤维)隔膜、尼龙隔膜和对准型纳米管之中选择的一个。由于根据本发明的多孔隔膜，所以能够增加化验部位的表面面积，使得能够组合大量生物材料。因而能增加灵敏度。
在根据本发明的生物盘中，亲水通道可以是在其表面上存在亲水材料的任何通道。优选地，可以通过利用亲水丙烯酸酯、超亲水聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PIPAAm)或者选自于ZrO2、ZnO、Fe2O3和TiO2中的光学催化剂涂覆疏水通道的表面，或者通过利用血浆在疏水通道上执行表面修整，来构造亲水通道。光学催化剂可以利用ZrO2、ZnO、Fe2O3或TiO2等。TiO2是地球上的丰富矿物。TiO2是廉价、稳定并且对人体无害的。当利用UV光照射TiO2光学催化剂的表面时，相对于水分子的接触角度下降到5度，水完全展布于表面之上，从而出现超亲水现象。这里，术语“亲水”意味着在衬底的表面与其表面上展布的水滴之间的接触角变得少于20度。术语“超亲水”意味着该接触角度变得少于10度。
在根据本发明的生物盘中，亲水通道分成至少一个支路通道，并且亲水通道通过向支路通道的远端提供的孔连接到多孔隔膜。在有多个支路通道的情况下，支路通道可以位于如下定点的中央，在这些定点处探测器固定于化验部位中。
在根据本发明的生物盘中，化验部位可以具有设置于化验部位的两侧处用以使多孔隔膜变干燥的气孔。当盘旋转时，能够自动地从在化验部位的两侧处设置的气孔吸收空气或者将空气排出到这些气孔，使得能够使多孔隔膜变干燥。
在根据本发明的生物盘中，可以通过生物盘的旋转所引起的离心力以及对阀的开启和闭合来控制流体移动。然而，在化验部位中的衬底是多孔隔膜的情况下，通过将反应溶液扩散到多孔隔膜中来形成被分析的材料与探测器的耦合，而扩散速率基于多孔隔膜的小孔大小来确定。如果通过从盘的旋转中生成的离心力来移动反应溶液，则扩散速率改变，使得难以获得被分析的材料和探测器的反应的一致可再现性。为了解决前述问题，根据本发明，利用疏水通道来构造化验部位的正前方的阀的前方通道，利用亲水通道来构造后方通道，而在不使用离心力的情况下通过开启正前方的阀以及亲水通道和反应溶液的亲水亲合性来执行流到化验部位中的流体移动。由于多数反应溶液是亲水的，所以反应溶液在开启正前方的阀之前留在疏水室和通道中，而反应溶液能够在开启阀之后通过亲水通道流入化验部位中。
在根据本发明的生物盘中，生物材料是从DNA、寡核苷酸、RNA、PNA、配合基、受体、抗原、抗体和蛋白质之中选择的至少一个。
根据本发明的生物盘的室可以包括从如下室之中选择的至少一个：制备室，用于从血液、细胞或者RNA中制备DNA样本；PCR室，用于通过聚合酶链反应(PCR)来放大DNA样本；标记室，用于保存标记指示器；杂交室，其中在衬底上排列化验和诊断探测器以便与来自PCR的放大DNA杂交；以及除杂室，用于收集从清洗中生成的废物。
根据本发明的生物盘的制备室可以保存用来破坏细胞以及通过裂解来提取DNA的裂解缓冲剂溶液以及对于提取的DNA具有亲合性的粒子或者铁磁珠。粒子可以是用DNA结合蛋白质涂覆的硅石或者微珠。
制备室可以仅保存用来破坏细胞以及提取DNA的缓冲剂溶液，而不使用粒子或者铁磁珠，以便通过使用从生物盘的旋转中生成的离心力来制备DNA样本。具体而言，(1)通过裂解缓冲剂溶液来破坏包括油脂的细胞膜成分，并且溶解蛋白质和核酸。(2)当应用乙醇(酒精)时，DNA和RNA作为白色沉淀物来提取。(3)当执行离心分离以获得因酒精而沉淀的DNA时，在制备室的末端收集DNA。在开启制备室朝向除杂室的阀后，顶层溶液因盘的旋转而流入除杂室中，从而分离和去除细胞残骸。接着，将稀释缓冲剂注入到制备室中以与DNA混合以便增加DNA的总量。过程(3)重复约三次。(4)开启朝向PCR室的连接阀，使得DNA移到PCR室中。
根据本发明的生物盘可以包括多个PCR室。在这一情况下，各PCR室可以保存一个种类或者多个种类的引物。可选地，所有PCR室可以保存相同类型的引物。
可选地，根据本发明的生物盘的室可以包括从如下室之中选择的至少一种室：制备室，用于从血液或者细胞中制备血清样本、抗原或者抗体；抗原抗体反应室，其中在衬底上排列免疫探测器以便与制备的抗原或者抗体进行抗原抗体反应；以及除杂室，用于收集从清洗中生成的废物。血清样本可以是血液血浆样本。
在根据本发明的生物盘的制备室中，可以通过使用过滤器来制备血清样本。优选地，可以通过使用盘的旋转所引起的离心力来制备血清样本。在这一情况下，制备室可以具有深度达到外周界的瓶的形状，而在瓶颈具有与底部相隔预定高度的通道以便连接到下一室。因此，在瓶的底部上收集血块，使得能够仅将剩余血清移到下一室。
在根据本发明的生物盘中，制备室可以是具有锥形烧杯、烧瓶或者试管形状的室以便于在离心分离中分离血清，而在颈部具有通道以便连接到下一室。在这一情况下，由于离心力，所以在室的周边外空间中(在锥形烧杯或者烧瓶的底部上)收集血块，使得能够容易分离血清。
在根据本发明的生物盘中，室还可以包括用于保存标记抗体的标记室。这里，标记可以是与抗体相链接的染色粒子。标记可以是金、橡胶、荧光材料、酶和放射性同位素。
在根据本发明的生物盘中，可以通过在衬底上排列瘤标志来构造免疫探测器阵列。更优选地，可以通过在衬底上排列从AFP、PSA、CEA、CA19-9、CA125和CA15-3之中选择的至少一个瘤标志来构造免疫探测器阵列。
在根据本发明的生物盘中，免疫探测器可以是从作为心肌梗塞标志的肌血球素、CK-MB和肌钙蛋白I(TnI)以及作为Alzheimer氏疾病标志的GS(谷氨酰合成酶)之中选择的至少一个。
在根据本发明的生物盘中，可以通过使用任何常规检测器件来分析化验部位。优选地，可以通过与转化(transforming)器件相耦合的检测器件来检测化验部位，而该检测器件可以包括光透射型测量器件、电化学检测器件、电容和阻抗测量器件或者图像传感器。
在根据本发明的生物盘中，光透射型检测器件可以包括：将激光束发射到受限制的信号单元和释放的信号单元上的激光器件(光发送单元)；以及检测信号单元之间的差分光透射信号的光学检测器(光接收单元)。术语“受限制的信号单元”意味着比如标记这样的信号受限制于探测器。术语“释放的信号单元”意味着比如标记这样的信号从探测器中被释放或者分裂。光学透射型检测器件有别于常规差分反射型光盘。
在根据本发明的生物盘中，至少一个光学检测器(光接收单元)可以沿着生物盘的周界排列和集成以对应于各化验部位。可选地，至少一个激光器件(光发送单元)和至少一个光学检测器(光接收单元)可以沿着生物盘的周界排列和集成以对应于各化验部位。
在根据本发明的生物盘中，电化学检测器件和电容和阻抗测量器件可以包括：设置于化验部位的衬底上设置的交指型阵列电极；以及附接到受限制的信号单元的末端处的HRP(辣根过氧化物酶)和/或酶和/或金属微球。在这一情况下，可以通过电压生成、电流检测、频率生成和氧化还原反应来实施电容和阻抗测量器件。在图9至图11中示出了其具体例子。
在根据本发明的生物盘中，可以通过利用导电材料涂覆多孔薄膜的表面来构造交指型阵列电极。导电材料可以是金或者铜并且更优选地是金。较实心衬底而言，能够增加化验部位的表面积，使得能大大增加交叉指型的灵敏度。
在根据本发明的生物盘中，可以利用具有或者没有荧光过滤器的CCD(电荷耦合器件)传感器或者CMOS传感器来构造图像传感器，以拾取与化验部位中的探测器链接的标记(染色粒子)的图像。荧光过滤器可以可选地设置于传感器的前方。
在根据本发明的生物盘中，化验部位可以包括在角方向或者径向上布置的免疫化验部分和核酸探测器化验部分，以使得能够同时执行免疫化验和核酸探测器化验。
根据本发明的生物盘还可以包括制备室中的阻抗测量器件或者图像传感器以便检测样本注入。阻抗测量器件可以是交指型阵列。制备室必须注入有适当数量的血液(或者样本)。用户如果没有插入血液就不能操作生物盘。为了防止在没有血液时的操作，图像传感器可以用来恰在生物盘操作开始之前观察制备室，并且检查是否适量的样本注入到制备室中。
在根据本发明的生物盘中，生物盘的本体用上方衬底、中间衬底和下方衬底来构造，而这些衬底通过使用超声熔融、UV粘合剂或者双面带来粘合和组装以形成单个本体。根据中间衬底来确定孔和阀的位置。
根据本发明的生物盘还可以包括：存储器或者其它存储装置或者RF IC，用于存储生物盘的协议、化验解释算法、用于分析的标准控制值、关于分析部位的位置信息、生物情报信息、自诊断信息、生物盘驱动器软件、关于临床化验的用于患者的教育信息、使患者能够基于他/她的诊断结果与位于远程位置的医生或者医院沟通的各种网站和链接、或者加密的个人信息。
根据本发明的生物盘还可以包括：统计软件和存储装置，用于管理化验部位的检测结果的历史并且向用户提供定期诊断信息。这在化验部位中的探测器为瘤标志时是有用的。
根据本发明的另一方案，提供一种生物盘设备，包括：根据本发明的上述生物盘；控制器盘，包括向生物盘供应功率或者控制信号的控制器；以及接口区，用于连接生物盘和控制器盘。
在根据本发明的生物盘设备中，接口区可以包括：多个控制信号节点，通过这些控制信号节点来供应控制信号；和/或功率节点，通过该功率节点来供应功率。可选地，接口区可以包括：形成于生物盘中并且用导电材料涂覆的槽；以及从控制器盘突出并且接合槽的导电臂。
在根据本发明的生物盘设备中，控制器盘可以固定于其上装配生物盘的转盘，并且还包括用于控制生物盘中嵌入的阀的电磁体或者可移动永久磁体。
在根据本发明的生物盘设备中，生物盘与控制器盘之间的间隙可以在从0.1mm到2mm的范围中。由于该间隙，所以能高效地控制阀。
在根据本发明的生物盘设备中，可以通过连接到外部电源的刷或者电接触向控制器盘供应功率。在说明书中，术语“刷”包括导线。
在根据本发明的生物盘设备中，控制器盘包括印刷电路板(PCB)中或者硅晶片中的集成电路。
在根据本发明的生物盘设备中，控制器盘还可以包括从如下接口之中选择的非接触接口：红外线接口；光学接口；以及无线接口，用以经由该非接触接口将检测器从化验部位中检测的结果发送到外部中央控制系统、存储单元或者输入输出单元。
在根据本发明的生物盘设备中，生物盘和控制器盘可以集成为单个本体以形成组合有控制器盘的生物盘。在这一情况下，组合有控制器盘的生物盘具有经由光刻和蚀刻工艺集成到硅晶片中的单片电路结构，该单片电路结构包括控制器、RF IC、非接触接口、用于阀控制的电极板或者电磁体、各种电路图案、室和通道。
根据本发明的另一方案，提供一种生物盘驱动器装置，包括：控制器盘，包括向根据本发明的生物盘供应功率信号或者控制信号的控制器；旋转控制器盘和生物盘的马达；向控制器盘的控制器供应功率的电源单元；接口，通过该接口将控制信号和/或功率信号从控制器发送到生物盘；以及支撑生物盘驱动器装置的本体。
根据本发明的生物盘驱动器装置还可以包括其上装配生物盘的转盘，其中控制器盘固定于转盘并且包括用于控制生物盘中嵌入的阀的电磁体或者可移动永久磁体。
在根据本发明的生物盘驱动器装置中，电源单元通过环形电极与刷之间的接触向控制器盘供应正功率(+)，而通过与接地马达本体或者接地马达轴的电连接向控制器盘供应负功率(-)。
根据本发明的生物盘驱动器装置还可以包括：与转化器件相耦合的检测器件，包括用于检测化验部位的图像传感器。
在根据本发明的生物盘驱动器装置中，控制器盘还可以包括：非接触装置，用于将化验部位的检测结果发送到外部中央控制系统、存储设备或者输入输出设备，或者从中央控制系统接收命令。化验部位的检测结果可以通过远程通信网络发送到外部计算机。在这一情况下，远程诊断是可能的。
在根据本发明的生物盘驱动器装置中，其上设置中央控制系统、存储设备或者输入输出设备的电路板可以与生物盘驱动器本体连接和接合，而中央控制系统旋转或者停止马达以便旋转和停止生物盘和控制器盘。
在根据本发明的生物盘驱动器装置中，输入输出设备可以是USB(通用串行总线)设备或者根据IEEE-1394、ATAPI或者因特网通信标准的设备。
根据本发明的生物盘驱动器装置还可以包括：光学拾取设备，用于读取选自于音频CD、CD-R、游戏CD和DVD之中的普通光盘。
根据本发明的生物盘驱动器装置还可以包括：生物盘检测单元，用于确定生物盘驱动器装置上当前加载的盘是生物盘还是从音频CD、CD-R、游戏CD和DVD之中选择的普通光盘。
在根据本发明的生物盘驱动器装置中，光学拾取设备可以读取生物盘的表面上特定区域处的槽图案或者数据图案以允许中央控制系统识别生物盘驱动器上当前加载的盘是生物盘。
在根据本发明的生物盘驱动器装置中，中央控制系统可以确定当前加载的盘是生物盘还是从音频CD、CD-R、游戏CD和DVD之中选择的普通光盘；如果当前加载的盘被确定为普通光盘，则将使用光学拾取器从普通光学盘读取的信息发送到存储和输出单元、发送光学拾取信息以供写入或者输出各种读/写控制信号；而如果当前加载的盘被确定为生物盘，则经由非接触接口将用于生物盘的各种控制信号发送到控制器。
在根据本发明的生物盘驱动器装置中，在加载生物盘之时，通过生物盘上的非接触接口或者RF IC以无线方式将生物盘的新近加载发送到中央控制系统，使得中央控制系统识别生物盘驱动器上加载的盘是生物盘。
如果加载尚未注入样本的生物盘，则根据本发明的生物盘驱动器装置可以向用户发送弹出消息或者告警消息。
在根据本发明的生物盘驱动器装置中，当在化验或者诊断过程中向生物盘驱动器装置输入弹出(卸载)或者停止命令时，生物盘驱动器装置在继续化验和诊断的同时发送告警消息或者请求用户的口令。如果用户输入正确口令，则生物盘驱动器装置停止化验或者诊断并且弹出生物盘。
根据本发明的生物盘驱动器装置还可以包括：存储器，用于存储与生物盘设备已经使用多少次、它的有效期以及所能诊断的疾病种类有关的信息，以便每当加载生物盘时向用户提供与生物盘或者生物盘的可用性有关的存储信息。
根据本发明的生物盘驱动器装置可以包括：用于普通光盘的播放和搜索按钮以及停止按钮；以及指示已经加载生物盘的发光二极管(LED)。
根据本发明的生物盘驱动器装置可以包括按照百分比或者条线图或者饼分图来显示比如样本制备过程、PCR、杂交和抗原抗体反应这样的在生物盘中执行的主要过程的进度状态的液晶显示器或者监视器。
在根据本发明的生物盘驱动器装置中，支撑生物盘驱动器的本体可以允许生物盘顶部加载或者生物盘前方加载。此外，生物盘驱动器可以具有多个转盘以便一次加载多个生物盘。
根据本发明的另一方案，提供一种使用根据本发明的生物盘的核酸化验方法，该方法包括：从血液、细胞或者RNA中制备DNA样本；通过聚合酶链反应(PCR)放大制备的DNA；将来自PCR的放大DNA产物杂交到化验部位上排列的化验和诊断探测器；以及通过使用与转化器件相耦合的检测器件来检测化验部位中杂交反应的结果，其中检测器件包括光透射型测量器件、电化学检测器件、电容或者阻抗测量器件或者图像传感器。
在根据本发明的核酸化验方法中，制备DNA样本可以包括：经由样本入口将血液注入到制备室中；在制备室中执行保温培养以允许制备室中的粒子或者铁磁珠吸引通过细胞裂解所提取的DNA；固定粒子或者铁磁珠并且缓慢地旋转生物盘以清洗出细胞残骸并且使细胞残骸流到除杂室中；以及将DNA从粒子或者铁磁珠中分离或者在再悬浮(resuspension)缓冲剂中再悬浮DNA。
可选地，制备DNA样本可以包括：经由样本入口将血液注入到制备室中；以及通过使用生物盘旋转的离心力来分离通过细胞裂解所提取的DNA。在一个例子中，可以注入十二烷基硫酸钠(SDS)作为用于细胞裂解的试剂。SDS是表面活性剂如洗涤剂。通过这样做，破坏包括油脂的隔膜成分，并且溶解蛋白质和核酸。这时，可以注入苯酚作为用于使蛋白质变形的试剂。此后，通过离心分离，能够获得包括DNA和RNA的核酸。
在根据本发明的核酸化验方法中，通过PCR放大制备的DNA样本可以包括：缓慢地旋转生物盘以允许制备的DNA样本流入PCR室中；以及使用PCR室中安装的加热器和热传感器来多次重复PCR循环以放大DNA样本。
根据本发明的核酸化验方法还可以包括：在PCR过程之后，缓慢地旋转生物盘以允许DNA流入PCR室中；并且在高温加热PCR室以去除DNA活性和形成单链DNA段(变性过程)。
在根据本发明的核酸化验方法中，各PCR室可以包括加热器，该加热器与其它PCR室的加热器相独立地来控制(以独立的保温培养时间)，以形成具有不同长度的DNA段。
根据本发明的另一方案，提供一种使用根据本发明的生物盘的免疫化验方法，该方法包括：高速旋转生物盘以从血液中提取血清或者抗原；将提取的抗原引入到标记室中并且在室中执行保温培养1-2分钟以将抗原结合到标记抗体并且形成标记抗原复合物；将标记抗原复合物移到化验部位中；以及在静止状态下在生物盘中执行培养以引起标记抗原复合物与俘获抗体之间的抗原抗体反应；以及添加清洗缓冲剂并且清洗化验部位。
在根据本发明的免疫化验方法中，在将标记抗原复合物或者DNA移到化验部位中时，通过开启化验部位的正前方的阀并且使用亲水通道的亲水亲合性而无需使用离心力来允许标记抗原复合物或者DNA流入化验部位的多孔隔膜中。
根据本发明的免疫化验方法还可以包括：在执行培养以引起多孔隔膜上标记抗原复合物或者DNA与俘获抗体之间的抗原抗体反应或者杂交反应之后，通过盘的高速旋转来使多孔隔膜变干燥。如果多孔隔膜饱和，则不能吸收清洗缓冲剂溶液。因此，为了吸收清洗缓冲剂溶液，需要使多孔隔膜变干燥。
根据本发明的免疫化验方法还可以包括：在干燥之后，通过开启化验部位的正前方的阀以及使用亲水通道的亲水亲合性来移动清洗缓冲剂；以及通过使用清洗缓冲剂来清洁化验部位。
根据本发明的免疫化验方法还可以包括：在清洁之后，通过盘的高速旋转来使多孔隔膜变干燥。通过空气由于盘的旋转而经过在化验部位的两个表面处形成的气孔流入和流出来执行变干燥的步骤。
根据本发明的免疫化验方法还可以包括：利用图像传感器来拾取图像以便检测化验部位中抗原抗体反应的结果。用于拾取图像的图像传感器可以是用于拾取染色粒子作为抗原抗体反应结果的普通CCD(电荷耦合器件)传感器或者CMOS传感器。
根据本发明的免疫化验方法还可以包括：执行将抗原抗体的结果与调查表一起远程发送到位于远程位置的医师。
附图说明
本发明的上述以及其它目的、特征和其它优点将从结合附图的如下具体描述中更清楚地被理解，在附图中：
图1和图2是示出了使用生物盘中设置的微珠的阀设备的横截面图；
图3是示出了根据本发明实施例的生物盘以及用于控制生物盘的控制器盘200的示意图；
图4是示出了根据本发明实施例通过使用刷(或者导线)与环形电极之间的摩擦接触来向控制器盘供应功率的连接部分的示意图；
图5是示出了根据本发明实施例嵌入控制器盘的生物盘驱动器装置的示意图；
图6至图8是示出了根据本发明实施例的光学测量器件的示意图；
图9至图14是示出了根据本发明实施例使用电化学检测器件、电容和阻抗测量器件或者图像传感器的检测方法的示意图；
图15至图20是示出了根据本发明实施例的生物盘的示意图；
图21和图22是示出了用来同时执行免疫化验和核酸探测化验的生物盘和化验部位的布置的示意图；以及
图23至图26是示出了根据本发明的生物盘驱动器装置的外观的示意图。
图27是示出了根据本发明实施例与亲水通道和正前方的阀(just-beforevalve)连接的化验部位的布置的示意图。
具体实施方式
将参照附图在以下实施例中具体描述本发明。
根据本发明的一种生物盘包括阀，该阀控制生物盘中集成的片上实验室中的流体流动或者流速。该阀使用微珠来开启或者闭合生物盘中形成的通道，该微珠可通过设置于生物盘的顶表面和/或底表面上的电磁体或者永久磁体所生成的磁力来移动。关于阀的具体结构，能够参照发明名称为“Microvalve apparatus using microbead and method for controlling the same”的申请日为2002年5月31日的国际专利申请第PCT/KR02/01035号及其申请日为2002年5月31日的优先权韩国申请第10-2001-0031284号。
在根据本发明的生物盘的示例性实施例中，微珠可以包括例如磁珠、铁电粒子、顺磁性粒子、反磁性粒子、不锈钢球。可选地，微珠可以由实心金属、塑料或者玻璃珠制成。当微珠由塑料或者玻璃珠制成时，微珠还用金属或者衬垫材料来涂覆。用于微珠的实心金属可以是金属合金。微珠可以带电。在这一情况下，取代了电磁体，在生物盘的顶表面和底表面上布置电极板。在向电极板施加电压的方向上对微珠进行充电和移动，以开启或者闭合片上实验室中连接通道的孔。微珠具有1μm-1mm、优选为100μm-500μm的直径。当微珠的直径较大时，能够由于孔与微珠之间接触面积的增加而以更高的可靠性来开启或者堵塞该孔。微珠可以是球形永久磁体或者膜状圆柱形或矩形永久磁体。膜状永久磁体可以具有优选为0.1mm-0.5mm的厚度。电磁体可以是具有优选为0.01mm-0.5mm直径的绕线。
图1和图2是示出了阀装置的生物盘的截面图，其中使用了永久磁微珠70a，在该永久磁微珠70a之上设置了永久磁体4a。
如图1和图2中所示，生物盘100包括上方衬底1、中间衬底2和下方衬底3。通过注入模制在上方衬底1、中间衬底2和下方衬底3的各衬底中形成作为流动路径的通道、作为缓冲剂储备器的室和连接通道的孔。接着，将上方衬底1、中间衬底2和下方衬底3结合在一起形成生物盘100的本体。
图1图示了如下状态，其中通过永久磁微珠70a来插塞孔10以阻隔通道16a。图2图示了如下状态，其中从孔10去除永久磁微珠70a以使通道16a相互连通。为了用永久磁微珠70a插塞孔10以及阻隔通道16a，如图1中所示，不向电磁体5a供应电能或者从生物盘的底表面去除可移动永久磁体5a。在这一情况下，通过微珠与设置于微珠之上的膜状永久磁体4a之间的吸引力来插塞孔10。对照而言，为了打开孔10和使通道16a互连，如图2中所示，向电磁体5a供应电能以便向下吸引永久磁微珠70a，或者将可移动永久磁体5a移到生物盘的底表面。
下方磁体5a的优选例子包括具有气芯和无绕轴线圈的膜状电磁体或者可移动永久磁体。由于根据本发明的生物盘100包括相对窄的通道16a作为流体路径，所以在上方衬底1中形成通风孔12以减少空气压力并且允许流体通畅地流过通道。
图3图示了生物盘100、用于控制生物盘100的控制器盘200和包括控制器盘200的生物驱动器装置，其中在该生物盘100中集成了作为各种化验缓冲剂储备器和用于各种反应的场所的室、作为流体样本和缓冲剂的流动路径的通道以及用于控制开启和闭合通道的阀装置，以形成片上实验室。
适合于根据本发明的生物盘100的材料包括塑料、有机玻璃(PMMA)、玻璃、云母、硅石、用于半导体晶片的任何材料等。然而，在这些材料之中，塑料由于经济原因和便于处理而最为优选。塑料的适合例子包括聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯，其中优选聚丙烯和聚碳酸酯，并且聚碳酸酯最为优选。
如上文参照图1和图2所述，生物盘100包括上方衬底1、中间衬底2和下方衬底3。通过注入模制在上方衬底1、中间衬底2和下方衬底3的各衬底中形成作为流动路径的通道、作为缓冲剂储备器的室和连接通道的孔。接着将上方衬底1、中间衬底2和下方衬底3结合在一起以形成生物盘100的本体。
关于阀的具体结构，能够参见发明名称为“Micro valve apparatus usingmicrobead and method for controlling the same”的申请日为2002年5月31日的国际专利申请第PCT/KR02/01035号及其申请日为2001年5月31日的优先权韩国专利申请第10-2001-0031284号。
用于控制器盘200的适合材料包括塑料、PMMA、玻璃、云母、硅石、硅、用于印刷电路板(PCB)的材料等，其中PCB材料以及用于半导体晶片的任何材料由于它们易于应用于设计电路而优选。
生物盘100由相互堆叠的上方衬底1、中间衬底2和下方衬底3构建。永久磁微珠70a、70b和70c通过相应的上方永久磁体和下方电磁体对4a和5a、4b和5b及4c和5c所生成的磁力来单独地上下移动，以闭合和开启连接通道的孔。在图3中，标号120表示用于样本注入的吸液管或者注射器，标号121表示样本入口，而标号170表示盘孔。标号130表示用于通过反转录(RT)直接从血液或者细胞或者从RNA制备DNA样本、或者用于从血液制备血清样本的制备室，标号131表示用于聚合酶链反应(PCR)的PCR室，而标号132表示用于杂交或者抗原抗体反应的室，该室是具有俘获探测器的化验部位，这些俘获探测器用于分析和诊断来自PCR的放大DNA产物，或者该室是上面固定有免疫阵列的化验部位。标号133表示用于收集在清洗过程中生成的废物的除杂室。标号140表示用于保存PCR缓冲剂的室，而标号141、142和143表示用于保存杂交所需各种酶的室。
通过对于向装配在控制器盘200上并设置于各永久磁微珠70a、70b和70c之下的电磁体5a、5b和5c供应的电能进行接通/断开控制，来控制阀装置在各处理(制备、PCR、杂交、抗原抗体反应和清洗)的开始和结束时间点的开启和闭合。生物盘100中的流体流动由在它旋转时生成的离心力所致。
标号55表示涂覆有导电材料的旋转电极，该旋转电极固定到马达102的轴但是与该轴电绝缘。标号110表示电源单元，该电源单元供应直流(DC)电压，并且具有连接到马达102的接地负端口和经由刷108和109连接到旋转电极55的正端口，而且向旋转电极55供应正电压。
通过旋转电极55与刷108和109之间的摩擦接触向控制器盘200的控制器63和无线发送和/或接收单元107供应正电压，而经由连接到马达102和辅衬底201的马达轴57向控制器盘200供应负电压。标号240和241分别表示正功率端口和负功率端口。
标号181表示转盘，在该转盘上加载生物盘100或者普通光盘如音频CD、CD-R、游戏CD或者DVD，而该转盘与生物盘100或者普通光盘的盘孔170接合。盘200固定到转盘181，而生物盘100以与控制器盘200相距约1mm的间隙182被加载于转盘181上。
如上所述，生物盘100的存储器嵌入式RFIC卡188存储片上实验室的协议、化验解释算法、用于分析的标准控制值、关于分析部位的位置信息、生物情报信息、自诊断等。RFIC卡188可以包括生物驱动器软件、关于临床化验的用于患者的教育信息，并且可以适应于用户。RFIC卡188可以包括比如如下网站这样的各种网站和链接以及用以防止非授权用户访问的加密个人信息，其中该网站使患者能够基于他/她的诊断结果与医生或者医院沟通。
RFIC卡188的优选例子是RAM或者ROM嵌入式智能卡。存储于RFIC卡188中的信息可以无线发送到中央控制系统101以允许远程分析和诊断以及针对个人信息安全的加密。
生物盘100的功率节点240a和241a涂覆有导电材料并且与控制器盘200的相应功率端口240和241耦合，从而从控制器盘200向生物盘100供应功率。
图4图示了辅衬底201的例子，该辅衬底201向控制器盘200供应如图3中所示通过刷108和109与旋转电极55之间的摩擦接触所生成的正功率。
参照接地的马达102，连接到马达102的马达轴57也接地。因而，当马达轴57插入到辅衬底201的通(通路)孔203中时，向控制器盘200供应负电压。
图5图示了由图3的生物盘100和控制器盘200组装的生物驱动器装置的实施例，其中控制器盘200固定于转盘181。
经由控制器盘200的功率端口240和241向生物盘100供应控制器盘200上的正电压和负电压。当加载生物盘100时，正功率端口240和负功率端口241与控制器盘200上的正电压和负电压连接，并且适配到生物盘100的通过涂覆导电材料而形成的功率节点240a和241a中。
图5的生物驱动器装置包括用于经由刷108和109向控制器盘200的控制器63供应功率的电源单元110。标号300表示生物驱动器装置的本体。印刷电路板(PCB)140作为基底连接到生物驱动器装置的本体300。在PCB 140上布置用于控制生物驱动器装置的中央控制系统101以及存储或者输入输出单元111。中央控制系统101控制马达102以使生物盘100和控制器盘200旋转或者停止它们的旋转，并且控制光学拾取器103的移动。
中央控制系统101确定当前加载到生物驱动器装置中的盘是普通光盘(例如音频CD、CD-R、游戏CD或者DVD)还是非光学生物盘。如果确定当前加载的盘为普通光盘，则中央控制系统101将使用光学拾取器103从光盘读取的信息发送到存储或者输入输出单元111，或者发送信息以写入到光学拾取器103，并且使用读/写控制信号来控制光盘的操作。如果当前加载的盘被确定为生物盘，则中央控制系统101经由生物盘100的非接触接口106和107或者RFIC卡188将用于控制生物盘的片上实验室的各种控制信号发送到控制器盘200的控制器63。
控制器盘200的控制器63将收到的控制信号发送到生物盘100，并且通过对于向控制器盘200上布置的电磁体5a、5b或者5c供应的功率进行接通/断开控制来控制阀装置的开启和闭合。控制器盘200的电磁体5a、5b和5c被布置为如此接近生物盘100以至于永久磁微珠70a、70b和70c的排斥力或者吸引力到达电磁体4a、4b和4c。固定于转盘181的控制器盘200具有与转盘181上加载的生物盘100相距约1mm的间隙182。
根据本发明的生物盘驱动器装置还可以包括生物盘检测单元，用于确定生物盘驱动器装置上当前加载的盘是生物盘还是从音频CD、CD-R、游戏CD和DVD之中选择的普通光盘。
在根据本发明的生物盘驱动器装置中，光学拾取器设备可以读取生物盘表面上特定区域处的凹槽图案或者数据图案，以允许中央控制系统识别出生物盘驱动器上当前加载的盘是生物盘。可选地，当加载生物盘时，生物盘上的非接触接口或者RFIC卡可以将加载信息无线发送到中央控制系统，以允许中央控制系统识别出生物盘驱动器上当前加载的盘是生物盘。
如上所述，非接触接口106和107是用于非接触接口连接的接收和/或发送单元。
控制器63经由可以用红外线接口、光学接口或者无线接口实施的非接触接口106和107，向中央控制系统101或者存储或者输入输出单元111发送检测器从生物盘100的阵列室(化验部位)132中检测的结果，该检测器包括光学器件、非光学器件、电化学器件或者电容和阻抗测量器件。可选地，控制器63经由RFIC卡188和无线发送/接收单元(未示出)，向中央控制系统101或者存储或者输入输出单元111发送检测器从生物盘100的阵列室(化验部位)132中检测的结果，该检测器包括光学器件、非光学器件、电化学器件或者电容和阻抗测量器件。可选地，PCB 140上布置的图像传感器144将该图像传感器从化验部位132中检测的结果发送到中央控制系统101或者存储或者输入输出单元111。
图6图示了光学化验检测器的实施例，该检测器通过金属微球使用光透射来检测来自化验部位132的分析物特定信号。
图6的左侧截面图示出了如下状态，其中多个信号单元557固定于生物盘100的上方衬底1的表面上(受限制的信号单元)，而图6的右侧截面图示出了如下状态，其中仅少数信号单元557在分裂反应之后保留在上方衬底1上(释放的信号单元)。
在图6的实施例中，光学阵列检测器99a和99b用激光器件(光发送单元)和光检测器(光接收单元)来实施，该激光器件将激光束发射到可分裂信号单元557上，而该光检测器检测差分光透射信号。还形成透明开口555以使光检测器99b具有更高灵敏度。
图7图示了以光透射为基础的图6所示光学阵列检测器的改型，其中光检测器99b集成到上方衬底1中。在这一实施例中，多个光检测器99b排列为一一对应于多个化验部位。多个光检测器99b的这一布置有别于在普通光学拾取器103中使用的模块化光发送和接收单元，该模块化光发送和接收单元由于它的较长反射路径而在接收部位造成灵敏度低的问题。
图8图示了生物盘的实施例，该生物盘具有沿着它的外周界区域排列的多个光检测器99b。当生物盘旋转时，通过对应的光检测器99b来依次地检测生物盘中的单独分析物部位。
图9至图13图示了用于从生物盘100的化验部位132中检测分析物特定信号的电化学检测器或者电容和阻抗测量器件的例子。图9至图13中所示一些电化学检测器或者电容阻抗测量器件，是用在衬底701上布置的交指型阵列电极702和703以及作为信号响应半分子(moiety)而附接到衬底701上探测器各端的金属微球40或者辣根过氧化物酶(HRP)41来实施的。一些电化学检测器或者电容阻抗测量器件是基于主要用于免疫色谱的抗原抗体反应。在根据本发明的生物盘中，多孔隔膜可以是具有大量孔的任何隔膜。衬底701可以优选地是涂覆有交指型阵列电极的多孔隔膜，而多孔隔膜可以是从NC(硝化纤维)隔膜、尼龙隔膜和对准型纳米管之中选择的一种。
图9图示了具有交指型阵列电极702和703的电化学检测器或者电容和阻抗测量器件的例子。
控制器63将具有给定带宽的AC信号施加到各个交指型阵列电极702和703的两个输入端口704和705，以测量化验部位的频率响应特性，然后根据频率响应特性来测量化验部位的电容和阻抗。可选地，控制器63可以能够测量由于在H2O2溶液中通过HRP对分析物的还原/氧化(REDOX)结果所引起的电压或者电流，由此实现对化验部位的电化学检测。至于使用交指型阵列电极的这种电容和阻抗测量器件的具体结构，能够参见发明名称为“Nucleic acid hybridization assay method and device using cleavage techniqueresponsive to complementary double strand or single strand of nucleic acids oroligonucleotides”的申请日为2002年1月27日的国际专利申请第PCT/KR02/00126号及其申请日为2001年1月27日的优先权韩国专利申请第10-2001-0003956号。
图10和图11图示了用于从生物盘100的化验部位132中检测分析物特定信号的电化学检测器或者电容和阻抗测量器件的例子。图10和图11的电化学检测器或者电容和阻抗测量器件，是用在衬底701上布置的交指型阵列电极702和703以及作为信号响应半分子而附接到在衬底701上固定为探测器的各可分裂信号单元上的HRP 41来实施的。由于经HRP 41的连续REDOX反应而生成电子并且这些电子引起了交指型阵列电极702和703上的电流和电压。交指型阵列电极702和703的灵敏度因具有更多数位(digit)而变得更高。
通过氨化衬底701的表面、在衬底701的氨化表面上形成例如烷烃链的非活性单层(non-reactive monolayer)以及固定标记有生物素50的可分裂信号单元来制造生物盘100的化验部位132，其中非活性层用于防止可分裂信号单元与衬底701直接接触。
在样本注入之后，留下没有与样本杂交的可分裂信号单元，因为单链被分裂并且通过清洗而去除。同时，在分裂和清洗过程之后留下与样本杂交并且形成双链43的可分裂信号单元。接着，注入HRP标记的链亲和素(streptavidin)以将链亲和素51结合到标记至信号单元的生物素。
接着，在H2O2溶液中通过HRP引起信号单元的一连串REDOX反应，以引起跨交指型阵列电极702和703的电压和电流。控制器63测量跨交指型阵列电极702和703的电压和电流。以这一方式，能够检测在受限制的信号单元与分裂(释放)的信号单元之间的差分电化学信号。
图11的左侧截面图示出了如下状态，其中可分裂信号单元留在生物盘100上，使得化验部位132中的信号单元很有可能在溶液中被HRP氧化和还原。图11的右侧截面图示出了如下状态，其中多数可分裂信号单元被分裂并且通过清洗来去除，使得不大可能出现REDOX反应。检测到两个状态之间的差分电化学信号。
图12图示了用于从生物盘100的化验部位132中检测分析物特定信号的电化学检测器或者电容和阻抗测量器件的另一实例。图12的电化学检测器或者电容和阻抗测量器件利用在衬底701上布置的交指型阵列电极702和703以及标记抗体471来实施，该标记抗体471形成了具有待化验的目标样本(分析物或者抗原)的标记抗原复合物。标记抗原复合物被施加到化验部位312，其中俘获抗体473固定于衬底701上。图12的电化学检测器或者电容和阻抗测量器件是基于标记抗原复合物与俘获抗体473之间的抗原抗体反应。标记抗体471用染色半分子(coloring moiety)474来标记，该半分子474优选地由金、橡胶、荧光材料、酶或者放射性同位素制成。
当标记抗原复合物与俘获抗体473反应时，抗原抗体反应产物在清洗之后保存作为受限制的信号单元。当标记抗原复合物没有与俘获抗体473反应时，保持未反应的俘获抗体473用作释放的信号单元。分裂的信号单元的电容和阻抗根据它们的频率响应特性来测量。
图13的左侧截面图示出了如下状态，其中在清洗之后在衬底701上留有作为生物盘100中抗原抗体反应产物的用金、橡胶、荧光材料、酶或者放射性同位素来标记的信号单元。图13的右侧截面图示出了如下状态，其中没有发生抗体抗原反应而仅有俘获抗体在清洗之后保持未反应。检测在这两个状态之间的差分电容和阻抗信号。
图14图示了用于从生物盘100的化验部位132中检测分析物特定信号的图像传感器。标记抗原复合物被施加到化验部位312，其中俘获抗体473固定于衬底701上。图像传感器基于标记抗原复合物与俘获抗体473之间的抗原抗体反应来获得染色信息。标记抗体471用染色半分子474来标记，该染色半分子474优选地由金、橡胶、荧光材料、酶或者放射性同位素制成。衬底701可以优选地是多孔隔膜，该多孔隔膜可以是从NC(硝化纤维)隔膜、尼龙隔膜和对准型纳米管之中选择的一种。
当标记抗原复合物与俘获抗体473反应时，抗原抗体反应产物在清洗之后保存作为受限制的信号单元。当标记抗原复合物没有与俘获抗体473反应时，保持未反应的俘获抗体473用作释放的信号单元。图14的左截面图示出了如下状态，其中在清洗之后在衬底701上留有作为生物盘100中抗原抗体反应产物的用金、橡胶、荧光材料、酶或者放射性同位素来标记的信号单元。图14的右截面图示出了如下状态，其中没有发生抗体抗原反应而仅有俘获抗体在清洗之后保持未反应。通过图像传感器来检测这两个状态之间的差分染色信息。
在图15至图18中图示了根据本发明的生物盘的实施例。图15和图16图示了能够集成到根据本发明的生物盘100中的用于核酸化验的片上实验室的各种例子。
在图15和图16中，标号170表示盘孔，而标号171表示用于与控制器盘200电连接的接口区。标号130表示用于从血液、细胞或者RNA中制备DNA样本或者血清样本的制备室；标号131和131a表示用于聚合酶链反应(PCR)的PCR室，其中保存包含各种酶如聚合酶、dNTP和引物(primer)等的缓冲剂；标号132表示用于杂交的室，该室是具有生物素标记的俘获探测器的化验部位，这些探测器用于分析和诊断来自PCR的放大DNA产物；而标号133表示用于收集在清洗过程中产生的废物的除杂室。
用于比如样本制备、PCR、杂交和清洗等主要过程的室以螺旋形构成从中央布置到外周界并且相互互连，以便通过离心力引起自然流体流动以允许依次的过程。此外，试剂储备室在对应的反应室附近以螺旋形构成来布置。
标号129表示清洗缓冲剂储备器；标号129a表示蒸馏水储备器；标号144表示杂交缓冲剂储备器；标号136表示在DNA分段成适当大小时使用的DNAse的储备器；而标号141、142和143表示在杂交中使用的各种酶的储备器。标号141表示在单链分裂中使用的储备器；标号142表示链亲和素标记的金属微球的储备器；而标号143表示磷酸盐缓冲剂(PBS)的储备器。
标号150、151、152、153、154、156、157、158、160、161、162和163表示阀。生物盘100中的流体流动通过在生物盘旋转时生成的离心力以及通过开启和关闭阀来控制。标号177表示生物盘100中嵌入的电磁体或者永久磁体，该电磁体或者永久磁体在需要磁力时可以在制备室130之上或者之下移动而不是嵌入于生物盘100中。
通过控制在如下两个力之间的平衡来执行阀在包括样本制备、PCR、杂交和清洗的各主要过程的开始和结束时间点的开启和闭合：在微珠与设置于微珠之上的永久磁体之间的吸引力以及在微珠与设置于微珠之下的电磁体或者可移动永久磁体之间的磁力。
换句话说，通过控制在阀的各膜状圆柱永久磁体之下布置的电磁体上所施加电功率的接通/断开，或者在阀的膜状圆柱永久磁体之下布置的可移动永久磁体的机械移动，来控制阀在包括样本制备、PCR、杂交和清洗的各主要过程的开始和结束时间点的开启和闭合。
在控制向电磁体施加的电功率的接通/断开的情况下，功率的接通实现了通过在膜状圆柱永久磁体与设置于膜状圆柱永久磁体之下的电磁体之间的吸引力来开启阀，而功率的断开实现了通过在膜状圆柱永久磁体与设置于膜状圆柱永久磁体之上的永久磁体之间的吸引力来闭合阀。
在控制可移动永久磁体的机械移动的情况下，可移动永久磁体的迫近移动实现了通过在膜状圆柱永久磁体与设置于膜状圆柱永久磁体之下的可移动永久磁体之间的吸引力来开启阀，而可移动永久磁体的释放移动实现了通过在膜状圆柱永久磁体与设置于膜状圆柱永久磁体之上的永久磁体之间的吸引力来闭合阀。
标号128表示蒸馏水储备器，而标号135表示除杂室。
图15图示了生物盘的实施例，该生物盘在它的片上实验室中包括一个PCR室。图16图示了生物盘的实施例，该生物盘在它的片上试验中包括多个PCR室。在图16的结构中，各PCR室保存一类引物。可选地，所有PCR室保存同一类型的引物。来自各PCR室的放大DNA产物在室131b中组合。
图17图示了能够集成到生物盘100中的为抗原抗体反应而设计的片上实验室的实施例。图18图示了在图17的化验部位132中阵列的实施例。在图17中，标号130表示用于从经由样本入口121注入的血液中制备血清样本的制备室；标号132表示用于抗原抗体反应的室，该室是上面固定有免疫阵列的化验部位，以便分析和诊断抗原即样本或者分析物；而标号133表示用于收集在清洗过程中生成的废物的除杂室。可以通过在多孔隔膜上涂覆的交指型阵列电极之间或者在没有交指型阵列电极的多孔隔膜上固定俘获抗体来构造化验部位132。多孔薄膜可以是从NC(硝化纤维)隔膜、尼龙隔膜和对准型纳米管之中选择的一种。
用于比如样本制备、抗原抗体反应和清洗等主要过程的室以螺旋形构成从盘的中央布置到外周界并且相互互连，以便通过离心力引起自然流体流动以允许依次的过程。此外，试剂储备室在对应的反应室附近以螺旋形构成来布置。
标号129表示清洗或者洗脱缓冲剂储备器，而标号142a表示标记抗体储备器，储备器142a中的标记抗体用例如由金、橡胶、荧光材料、酶或者放射性同位素制成的染色半分子来标记。标号150、152、153和156表示阀。生物盘100中的流体流动通过在生物盘旋转时生成的离心力以及通过开启和闭合阀来控制。
优选地，可以通过使用因盘的旋转而生成的离心力来制备血清样本。在这一情况下，制备室可以具有锥形烧杯或者烧瓶的形状以便有助于在离心分离时分离血清，而且在颈部具有通道以便连接到下一室。因此，当施加离心力时，在室的周边外空间中收集血块而在室的周边内空间中收集血清，使得能够容易地分离出血清，这是因为血清层较血块层而言相对高。接着，能够通过在开启阀152的同时缓慢地旋转生物盘将血清移到下一室。
可以通过在多孔隔膜上涂覆的交指型阵列电极之间或者在没有交指型阵列电极的多孔隔膜上固定俘获抗体来构造化验部位132。多孔隔膜可以是从NC(硝化纤维)隔膜、尼龙隔膜和对准型纳米管之中选择的一种。
在图17的生物盘中，可以通过在衬底上安排瘤标志(tumor marker)作为俘获抗体来构造免疫探测器阵列。更优选地，可以通过在衬底上排列从AFP、PSA、CEA、CA19-9、CA125和CA15-3中选择的至少一个瘤标志来构造免疫探测器阵列。另外，可以通过排列从作为心脏损害标志的肌血球素、CK-MB和肌钙蛋白I(TnI)以及作为Alzheimer氏疾病标志的GS(谷氨酰合成酶)之中选择的至少一个来构造免疫探测器阵列。
一般而言，在癌症的初始状态下，瘤标志的血液浓度不高而在正常范围中。随着癌症发展，瘤标志的血液浓度增加并且被正性检测到。就这一点而言，根据本发明的生物盘还可以包括用于管理化验部位检测结果历史的静态软件和存储装置，并且向用户提供定期诊断信息。
在生物盘100中，流体移动可以通过由于生物盘的旋转所引起的离心力以及阀的开启和关闭来控制；通过由于生物盘的旋转以及亲水通道的亲水亲合性所引起的离心力以及阀的开启和闭合来控制；或者通过由于生物盘的旋转以及亲水通道的亲水亲合性所引起的离心力以及阀的快速和反复开启和闭合来控制。对于流到亲水通道的流体移动而言，应当克服在疏水涂层与亲水涂层之间的界面处生成的初始阻力。阀的快速和反复开启和闭合引起流体的摇晃并且有助于流体移动以克服初始阻力。在克服阻力之后，能够通过亲水亲合性将流体移到亲水通道中。
图18图示了化验部位的实施例，其中瘤标志定点排列在衬底比如多孔隔膜999或者聚碳酸酯上。在这一例子中，AFP(999a)、PSA(999b)、CEA(999c)、CA19-9(999d)、CA125(999e)和CA15-3(999f)这6个瘤标志排列于多孔隔膜999上。至于与在聚碳酸酯上固定抗体的方法有关的具体描述，能够参见发明名称为“Nucleic acid hybridization assay methodand device using cleavage technique responsive to complementary double strandor single strand of nucleic acids or oligonucleotides”的申请日为2002年1月27日的国际专利申请第PCT/KR02/00126号及其申请日为2001年1月27日的优先权韩国专利申请第10-2001-0003956号。
图19是图15和图16的生物盘的截面图，图示了在其中进行的主要化验过程。
永久磁微珠150、151、153和156通过相应永久磁体和电磁体对4d和5d、4a和5a、4b和5b以及4c和5c生成的磁力，单独地上下移动以闭合和开启通道。标号121表示样本入口。
在制备室130中，从血液、细胞或者RNA中制备DNA。出于这一目的，制备室103保存用于通过裂解的DNA提取的裂解缓冲剂溶液以及对提取的DNA具有亲合性的粒子或者铁电珠。
PCR室131在缓冲剂中包含PCR所需的各种酶，包括聚合酶、dNTP和引物。在其中发生杂交或者抗原抗体反应的化验部位132中，固定了用于分析和诊断来自PCR或者免疫阵列的放大DNA产物的俘获探测器。在除杂室133中收集清洗所得的废物。
将描述如何在图15、图16和图19的片上实验室中进行主要化验过程的实施例。
<样本制备过程>
以如下方式从制备室130中的样本中提取DNA。
1)经由样本入口121将10μL(EDTA、ACD管)或者5μL(肝磷脂管)血液注入到制备室130中，该制备室包含裂解缓冲剂溶液以及对于提取的DNA具有亲合性的粒子或者铁电珠。
2)执行五分钟的保温培养以从血液中提取DNA并且允许粒子或者铁电珠吸引所提取的DNA。
3)向图15的电磁体177供应功率或者将可移动永久磁体移动靠近制备室130以固定粒子或者铁电珠，接着是1-3分钟的悬浮(suspension)。
4)缓慢地旋转生物盘，开启阀161以允许细胞残骸流到除杂室153中，接着是闭合阀161和停止生物盘的旋转。
5)切断向电磁体177施加的功率或者将可移动永久磁体从制备室130移开。
6)开启阀150并且缓慢地旋转生物盘以允许清洗缓冲剂储备器129中的清洗缓冲剂流入制备室130中。
7)重复过程2)至6)两次，缓慢地旋转生物盘，并且开启阀161以完全地清洗出细胞残骸并且在除杂室135中收集它，接着是闭合阀161和停止生物盘的旋转。
8)切断向电磁体177施加的功率或者将可移动永久磁体从制备室130移开，缓慢地旋转生物盘，并且开启阀151以允许储备器129a中的蒸馏水流入制备室130中。
9)接通制备室130中安装的加热器960以将DNA从粒子或者电磁珠中分离或者将它再悬浮于再悬浮缓冲剂中。
可选地，能够通过裂解缓冲剂和离心力从血液中提取和分离DNA而无需粒子或者铁电珠。
<PCR过程>
以如下方式在PCR室131或者131a中进行DNA放大。
1)缓慢地旋转生物盘，开启阀152以允许在制备室130中从电磁珠分离的DNA流入PCR室131中。
2)一旦DNA到达PCR室131，闭合阀152，接着停止生物盘的旋转。
3)使用PCR室131中安装的加热器961和热传感器520来进行PCR的三十次循环以放大DNA。
4)将PCR产物冷却1-2分钟。
对于具有图16的结构的生物盘，缓慢地旋转生物盘，开启阀152a以使PCR产物从各PCR室131a移到室131b中。
<分段过程>
进行可选的分段以将来自PCR的放大DNA产物分割成适合于杂交的恰当大小。放大的DNA产物可以分段如下。
1)缓慢地旋转生物盘，并且开启阀158以允许储备器136中的DNA流入PCR室131(131a)中以供分段。
2)闭合阀158，接着停止生物盘的旋转。
3)在1-2分钟的保温培养之后，接通加热器961以去除DNA活性并且停止分段。结果，使DNA变性成单链。
DNA段的长度可以根据保温培养过程3)的持续时间而变化。对于图16中包括多个PCR室的生物盘(其中在各PCR室131a中具有分立加热器)，在分段过程中单独控制各加热器以获得长度可变的DNA段。较佳地是，能够在各PCR室中改变保温培养的持续时间。
<杂交过程>
已经经历高温变性的、可选地还已经经历分段成恰当大小的来自PCR的单链DNA，以如下方式杂交到先前固定在化验部位132上的生物素标记俘获探测器。
1)缓慢地旋转生物盘，开启阀153以允许单链DNA进入化验部位132。
2)在允许单链DNA展开于化验部位上之后，闭合阀153，停止旋转生物盘，在静止状态下于室温中保温培养生物盘3-5分钟。通过改变外部电极图案962和电极板963的电场强度以及加热器962所生成的热量来控制杂交反应。作为参考，电极图案962在独自操作时充当加热器，而在与电极板963结合操作时也能够用作生成垂直电场的电极板。
3)旋转生物盘，开启阀157以允许杂交缓冲剂流入化验部位132以便清洗，其中通过生物盘垂直地施加外部电场或者不施加这样的电场(第一清洗过程)。闭合阀157。阀156在清洗过程中开启而在清洗之后闭合。
4)缓慢地旋转生物盘，并且开启阀154以允许溶液流入和展布于化验部位132上。
闭合阀154，并且在静止状态下保温培养生物盘1-2分钟以分裂单链DNA(分裂过程)。
5)缓慢地旋转生物盘，并且开启阀160以允许PBS溶液进入化验部位132从而在80℃清洗出分裂的DNA段，其中向生物盘施加外部电场或者不施加这样的电场。在清洗之后闭合阀160。
6)缓慢地旋转生物盘，并且开启阀155以允许链亲和素标记的金属微球悬浮物进入和展布于化验部位132上(形成“未分裂的探测器标记复合物”)。具体而言，生物素标记的俘获探测器与链亲和素标记的金属微球40结合，形成生物素-链亲和素结合结构。接着关闭阀155。
在这一过程中，可以使用外部电极图案962和电极板963来控制反应温度和电场强度。如上所述，电极图案962在独自操作时充当加热器，而在与电极板963结合操作时也能够用作生成垂直电场的电极板。
7)以更高速度旋转生物盘，并且开启阀162以允许储备器128中的蒸馏水进入化验部位以便清洗，其中向生物盘施加电场或者不施加这样的电场(第二清洗过程)。在这一清洗过程中开启阀156。
<检测过程>
使用包括具有上述结构的光学器件、电化学器件、电容和阻抗测量器件或者图像传感器的检测器，来检测留在化验部位132中的未分裂信号单元，该检测器编程为能够有选择地检测具有可分裂信号单元的化验部位。
在计算机监视器上显示以检测结果为基础的诊断数据和调查表，并且可选地通过因特网自动地或者人工地将诊断数据和调查表发送到位于远程位置的医师。患者等待来自医师的处方。
至于与分裂、第一清洗、第二清洗和远程诊断过程有关的具体描述，能够参见发明名称为“Nucleic acid hybridization assay method and device usingcleavage technique responsive to complementary double strand or single strandof nucleic acids or oligonucleotides”的申请日为2002年1月27日的国际专利申请第PCT/KR02/00126号及其申请日为2001年1月27日的优先权韩国专利申请第10-2001-0003956号。
图19图示了生物盘的实施例，其中在化验部位132中安装电化学检测器或者电容和阻抗测量器件作为检测器，该电化学检测器或者电容和阻抗测量器件使用衬底701上的交指型阵列电极。可选地，在各种改型之下能够将图6至图8的光学化验检测器对99a和99b集成到生物盘中。
将描述如何在图17的片上实验室中进行主要化验过程的实施例。
<样本制备过程>
以如下方式从制备室130中的血液中提取血清。
1)经由样本入口121将10μL(EDTA，ACD管)血液注入到制备室130中。缓慢地旋转生物盘以将血清从血块中分离。
2)开启阀152，并且缓慢地旋转生物盘以允许制备室130的上层中的血清流入标记抗体储备器142a中。
3)停止生物盘的旋转，并且闭合阀152。
<抗原抗体反应>
图17的标记抗体储备器142a储备利用比如金、橡胶、荧光材料、酶和放射性同位素这样的染色半分子来标记的标记抗体，而化验部位132包含固定于衬底如多孔隔膜上的俘获抗体。
根据本发明的生物盘中的抗原抗体反应涉及到：将经由样本制备而提取的血清中的抗原与标记抗体储备器142a中的标记抗体相结合以形成标记抗原复合物，并且将标记抗原复合物结合到化验部位132中的俘获抗体。以如下方式引发这些抗原抗体反应。
1)在血清进入标记抗体储备室142之后，将标记抗体储备室142保温培养1-2分钟以引起抗原与标记抗体之间的反应以便形成标记抗原复合物。
2)开启阀153，缓慢地旋转生物盘以允许标记抗体储备器142a中的标记抗原复合物流入化验部位132中。
3)停止生物盘的旋转并且闭合阀153。
4)在静止状态下以室温保温培养生物盘3-5分钟，而生物盘留下用于化验部位132中标记抗原抗体与俘获抗体之间的反应。
5)旋转生物盘，并且开启阀150以允许清洗缓冲剂储备器129中的清洗缓冲剂进入和清洗化验部位132。
<检测过程>
使用包括具有上述结构的光学器件、电化学器件、电容和阻抗测量器件或者图像传感器的检测器来检测留在化验部位132中的未分裂信号单元，该检测器编程为能够有选择地检测具有可分裂信号单元的化验部位。
在计算机监视器上显示以检测结果为基础的诊断数据和调查表，并且可选地通过因特网自动地或者人工地将诊断数据和调查表发送到位于远程位置的医师。患者等待来自医师的处方。
图20图示了在样本制备、PCR和杂交中使用的加热器和电场生成的实施例。图19中的加热器960、961和962形成为电极图案。如上所述，电极图案962在独自操作时充当加热器，而在与电极板963结合操作时也能够用作生成垂直电场的电极板。
通过控制器63来控制反应温度和电场强度。如图20中所示，作为加热器的电极图案962具有两个输入端口962a和962b。跨输入端口962a和962b施加电压以引起电极图案961中的电流流动，并且使电极图案961能够充当电阻或者热线圈。
控制器63经由电极图案962的输入端口962a和962b向电极图案962供应电流，并且使用由热传感器520定期测量的电极图案962的温度来控制向电极图案962供应的电流量以及它的温度。为了结合电极图案963来操作电极图案962作为电场生成器，跨电极图案962的两个输入端口962a和962b施加相等电压以将它们作为一个端口来处理，同时向作为另一端口的电极板962施加电压。换而言之，控制器63跨电极图案962和电极板963施加AC电压以生成AC电场。由于DNA具有负电荷，所以能够变化电极图案962与电极板963之间的AC电场强度，以控制DNA杂交的严密性以及实现检测单核苷酸多态性(SNP)时更高的灵敏度。
至于关于SNP检测的具体描述，能够参见发明名称为“Nucleic acidhybridization assay method and device using cleavage technique responsive tocomplementary double strand or single strand of nucleic acids oroligonucleotides”的申请日为2002年1月27日的国际专利申请第PCT/KR02/00126号及其申请日为2001年1月27日的优先权韩国专利申请第10-2001-0003956号。
虽然图19的热传感器520描述为用于在PCR过程中的精确温度控制，但是它能够使用于要求热检测的任何过程中。
生物盘一加载到生物驱动器装置中化验就自动开始。当加载了尚未经由样本入口向其中注入样本的生物盘时，生物驱动器装置向用户发送“弹出”消息或者告警消息。
为了确定是否已经注入样本，可以在制备室130中安装附加的阻抗测量器件。能够根据两个状态之间的不同阻抗特性来确定是否已经注入样本，其中一个状态包含样本而一个状态不含样本。
用于检测存在样本的这种阻抗测量器件可以用交指型阵列电极来实施，类似于化验部位132中安装的电容和阻抗测量器件。
当在化验或者诊断过程中将卸载或者停止命令输入到生物驱动器装置时，生物驱动器装置在继续化验和诊断的同时发送告警消息或者请求用户的口令。如果用户输入正确口令，则生物驱动器装置停止化验或者诊断并且弹出生物盘。
一旦完成化验或者诊断，生物驱动器装置应用户的请求而弹出生物盘。
生物盘在它的RFIC卡188中存储与它已经使用多少次、它的有效期以及它所能诊断的疾病种类有关的信息。例如，当在化验过程中或者在完成化验之后将弹出命令输入到一次性(disposable)生物盘时，将它的使用历史写入到它的RFIC卡188，从而在以后通知加载该一次性生物盘的用户其不能被再次使用。当加载了具有到期的有效期限的生物盘时，生物驱动器装置通知用户生物盘不再有效。
图21和图22图示了根据本发明的化验设备的实施例，其中在角方向或者半径方向上布置用于抗原抗体反应的免疫化验部分以及核酸探测器杂交部分。能够利用图21和图22的化验设备同时进行免疫化验和DNA化验。此外，能够通过恰当的组合来减少化验部位的数目，并且倍增诊断可靠性。
图23和图24图示了根据本发明的前方加载型生物驱动器装置的示例性外观。标号751表示壳体，标号750表示生物盘加载托盘，而标号745和746分别表示用于普通光盘的按钮和停止按钮。
具体而言，图23的生物驱动器装置是使用发光二极管(LED)来指示进行化验的状态的实施例。LED 741指示了当前加载的盘是生物盘，LED 742指示了进行化验的当前状态，而LED 743指示了已经加载普通光盘。能够将取代LED的替代指示装置用于相同目的。
图24的生物驱动器装置是通过液晶显示器(LCD)760来指示进行化验的状态的实施例。在这一实施例中，比如样本制备、PCR、杂交和抗原抗体反应这样的各主要过程中的进度状态能够用百分比来表示或者表示为条线图。
能够通过计算机监视器或者图形用户界面来显示根据本发明的生物驱动器装置中进行化验的状态。比如样本制备、PCR、杂交和抗原抗体反应这样的各主要过程中的进度状态能够用百分比来表达或者表达为条线图或饼分图。
图25图示了根据本发明的顶部加载型生物驱动器装置的示例性外观。标号751表示壳体，标号750a表示生物盘加载盖，而标号745和760表示液晶显示器。
图26图示了具有多个转盘(777a、777b、777c、777d)以便一次加载多个生物盘的生物驱动器装置的示例性外观。在这一情况下，能够依次或者一次化验4个生物盘。
在这一实施例中，比如样本制备、PCR、杂交和抗原抗体反应这样的各主要过程中的进度状态能够用百分比来表达或者表达为条线图。
能够通过计算机监视器或者图形用户界面来显示根据本发明的生物驱动器装置中进行化验的状态。比如样本制备、PCR、杂交和抗原抗体反应这样的各主要过程中的进度状态能够用百分比来表达或者表达为条线图或饼分图。
图27图示了根据本发明与亲水通道和正前方的阀连接的化验部位的实施例。在图27中，标号901a表示疏水通道，标号901b表示亲水通道，而标号153表示化验部位的正前方的阀。标号999表示与化验部位中的俘获抗体固定在一起的多孔隔膜。在这一实施例中，亲水通道901b分成3个支路通道，且亲水通道901b通过向各支路通道的远端提供的孔610a、610b、610c连接到多孔隔膜999。化验部位具有设置于化验部位的两侧处的气孔915a和915b，以在盘旋转时使多孔隔膜999变干燥。
在血清中的抗原与标记室142a中的标记抗体结合之后，当开启阀153时，标记抗原复合物被形成并且流到疏水通道901b中而且填充支路通道。接着闭合阀153并且缓慢地旋转生物盘，以通过向各支路通道的远端提供的孔610a、610b、610c将标记抗原复合物移到多孔隔膜999中。然后，执行多孔薄膜999中固定的标记抗原复合物与俘获抗体之间的抗原抗体反应。
尽管已经参照本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解到，在不脱离如所附权利要求限定的本发明精神和范围的情况下，可以在本发明中做出形式和细节上的各种改变。
工业实用性
如上所述，根据本发明的一种包括新型阀控制装置和流体移动系统的生物盘设备、一种生物驱动器装置和一种使用该设备和装置的化验方法适合用于各种诊断化验设备、核酸杂交化验设备和免疫化验的片上实验室。本发明的一个特别重要的特征在于生物驱动器装置兼容于普通光盘，包括音频CD、游戏CD，包括CD-ROM、DVD播放器等。因此，本发明提供了一种对常规产品的既经济又方便的替代品。此外，生物驱动器装置能够现成地和容易地与计算机结合应用于经由因特网的远程诊断。

Claims (64)

1.一种生物盘，包括：样本入口；保存缓冲剂溶液或者反应溶液的室；化验部位，其中在衬底上排列生物材料；通道，通过所述通道，流体在所述样本入口、所述室与所述化验部位之间流动；连接所述通道的孔；以及用来开启和闭合所述孔的阀，其中利用微珠、设置于所述微珠之上的永久磁体以及设置于所述微珠之下的可移动永久磁体来构造所述阀。
2.根据权利要求1所述的生物盘，其中所述可移动永久磁体作为普通可寻址光学拾取器的光学拾取模块的替代物来装配或者与所述光学模块装配在一起。
3.根据权利要求1所述的生物盘，其中所述微珠是膜状圆柱形磁体。
4.根据权利要求1所述的生物盘，其中所述化验部位中的所述衬底是多孔隔膜，以及其中所述化验部位的通道是亲水通道。
5.根据权利要求4所述的生物盘，其中所述多孔隔膜是从NC(硝化纤维)隔膜、尼龙隔膜和对准型纳米管之中选择的一种。
6.根据权利要求4所述的生物盘，其中通过利用亲水丙烯酸酯、超亲水聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PIPAAm)或者选自于ZrO2、ZnO、Fe2O3和TiO2中的光学催化剂涂覆，或者通过利用血浆执行表面修整，来构造所述亲水通道。
7.根据权利要求4所述的生物盘，其中所述亲水通道分成至少一个支路通道，并且所述亲水通道通过设置在所述支路通道的远端的孔连接到所述多孔隔膜。
8.根据权利要求4所述的生物盘，其中所述化验部位具有设置于所述化验部位的两侧处用以使所述多孔隔膜变干燥的气孔。
9.根据权利要求1所述的生物盘，其中通过所述生物盘的旋转所引起的离心力以及对所述阀的开启和闭合来控制流体移动。
10.根据权利要求4所述的生物盘，其中在不使用离心力的情况下，通过开启所述正前方的阀以及所述亲水通道和所述反应溶液的亲水亲合性，来使流体移动到所述化验部位中。
11.根据权利要求1所述的生物盘，其中所述生物材料是从DNA、寡核苷酸、RNA、PNA、配合基、受体、抗原、抗体和蛋白质之中选择的至少一种。
12.根据权利要求1所述的生物盘，其中所述室包括从如下室之中选择的至少一种室：制备室，用于从血液、细胞或者RNA中制备DNA样本；PCR室，用于通过聚合酶链反应(PCR)来放大所述DNA样本；标记室，用于保存标记指示器；杂交室，其中在所述衬底上排列化验和诊断探测器以便与来自所述PCR的放大DNA杂交；以及除杂室，用于收集从清洗中生成的废物。
13.根据权利要求12所述的生物盘，其中所述制备室保存通过破坏细胞并裂解来提取DNA的裂解缓冲剂溶液以及对于所提取的DNA具有亲合性的粒子或者铁磁珠。
14.根据权利要求12所述的生物盘，其中所述生物盘包括多个所述PCR室，而各PCR室保存一个种类或者多个种类的引物，或者所有所述PCR室保存相同种类的引物。
15.根据权利要求1所述的生物盘，其中所述室包括从如下室之中选择的至少一种室：制备室，用于从血液或者细胞中制备血清样本、抗原或者抗体；抗原抗体反应室，其中在所述衬底上排列免疫探测器以便与所制备的抗原或者抗体进行抗原抗体反应；以及除杂室，用于收集在清洗中生成的废物。
16.根据权利要求15所述的生物盘，其中在所述制备室中，通过使用由所述盘的旋转所生成的离心力来制备所述血清样本。
17.根据权利要求16所述的生物盘，其中所述制备室具有锥形烧杯或者烧瓶的形状以便于在离心分离中分离血清，而在颈部具有通道以便连接到下一室。
18.根据权利要求15所述的生物盘，其中所述室还包括用于保存标记抗体的标记室。
19.根据权利要求18所述的生物盘，其中所述标记抗体的标记具有金、橡胶、荧光材料、酶或者放射性同位素作为染色粒子。
20.根据权利要求15所述的生物盘，其中通过在衬底上排列瘤标志来构造所述免疫探测器阵列。
21.根据权利要求20所述的生物盘，其中所述瘤标志是从AFP、PSA、CEA、CA19-9、CA125和CA15-3之中选择的至少一个。
22.根据权利要求15所述的生物盘，其中所述免疫探测器是从作为心脏损害标志的肌血球素、CK-MB和肌钙蛋白I(TnI)以及作为Alzheimer氏疾病标志的GS(谷氨酰合成酶)之中选择的至少一个。
23.根据权利要求1所述的生物盘，其中通过与转化器件相耦合的检测器件来检测所述化验部位，而所述检测器件包括光透射型测量器件、电化学检测器件、电容和阻抗测量器件或者图像传感器。
24.根据权利要求23所述的生物盘，其中所述光透射型测量器件包括：将激光束发射到化验部位的激光器件；以及检测光透射信号的光学检测器。
25.根据权利要求24所述的生物盘，其中至少一个光学检测器沿着所述生物盘的周界排列和集成以对应于各化验部位。
26.根据权利要求24所述的生物盘，其中至少一个激光器件和至少一个光学检测器沿着所述生物盘的周界排列和集成以对应于各化验部位。
27.根据权利要求23所述的生物盘，其中所述电化学检测器件或者所述电容和阻抗测量器件包括：交指型阵列电极，设置于所述化验部位的所述衬底上；以及HRP(辣根过氧化物酶)或金属微球，附接到生物材料。
28.根据权利要求27所述的生物盘，其中通过利用导电材料涂覆多孔隔膜的表面来构造所述交指型阵列电极。
29.根据权利要求23所述的生物盘，其中利用具有或者没有荧光过滤器的CCD(电荷耦合器件)传感器或者CMOS传感器来构造所述图像传感器，以拾取所述化验部位中的图像。
30.根据权利要求1所述的生物盘，其中所述化验部位包括在角方向或者半径方向上布置的免疫化验部分和核酸探测器化验部分，以使得能够同时执行免疫化验和核酸探测器化验。
31.根据权利要求12或者15所述的生物盘，其中在所述制备室中还包括阻抗测量器件或者图像传感器，以便检测样本注入。
32.根据权利要求31所述的生物盘，其中所述阻抗测量器件是交指型阵列。
33.根据权利要求1所述的生物盘，其中所述生物盘的本体用上方衬底、中间衬底和下方衬底来构造，而这些衬底通过使用超声熔融、UV粘合剂或者双面带来粘合和组装以形成单个本体。
34.根据权利要求1所述的生物盘，其中还包括：用于存储从包括如下内容的组中选择的信息的RF IC：用于存储所述生物盘的协议、化验解释算法、用于分析的标准控制值、分析部位的位置信息、生物情报信息、自诊断信息、生物盘驱动器软件、关于临床化验的用于患者的教育信息、使患者能够基于他/她的诊断结果与位于远程位置的医生或者医院沟通的各种网站、以及加密的个人信息。
35.根据权利要求1所述的生物盘，其中还包括：统计软件和存储装置，用于管理所述化验部位的检测结果的历史并且向用户提供定期诊断信息。
36.一种生物盘设备，包括：根据权利要求1至35中任一权利要求所述的生物盘；控制器盘，包括向所述生物盘供应功率或者控制信号的控制器；以及接口区，用于连接所述生物盘和所述控制器盘。
37.根据权利要求36所述的生物盘设备，其中所述接口区包括：多个控制信号节点，通过所述控制信号节点来供应所述控制信号；和/或功率节点，通过所述功率节点来供应功率。
38.根据权利要求37所述的生物盘设备，其中所述接口区包括：形成于所述生物盘中并且用导电材料涂覆的槽；以及从所述控制器盘突出并且接合所述槽的导电臂。
39.根据权利要求36所述的生物盘设备，其中所述控制器盘固定于上面装配有所述生物盘的转盘，并且还包括用于控制所述生物盘中嵌入的阀的可移动永久磁体。
40.根据权利要求36所述的生物盘设备，其中所述生物盘与所述控制器盘之间的间隙在从0.1mm到2mm的范围中。
41.根据权利要求36所述的生物盘设备，其中通过连接到外部电源的刷或者电接触向所述控制器盘供应功率。
42.根据权利要求36所述的生物盘设备，其中所述控制器盘包括印刷电路板(PCB)中或者硅晶片中的集成电路。
43.根据权利要求36所述的生物盘设备，其中所述控制器盘还包括从如下接口之中选择的非接触接口：红外线接口、光学接口以及无线接口，用以经由所述非接触接口将所述检测器从所述化验部位中检测的结果发送到外部中央控制系统、存储单元或者输入输出单元。
44.根据权利要求36所述的生物盘设备，其中所述生物盘和所述控制器盘集成为单个本体以形成组合有控制器盘的生物盘。
45.根据权利要求44所述的生物盘设备，其中所述组合有控制器盘的生物盘具有经由光刻和蚀刻工艺集成到硅晶片中的单片电路结构，所述单片电路结构包括所述控制器、所述RF IC、非接触接口、各种电路图案、室和通道。
46.一种生物盘驱动器装置，包括：控制器盘，包括向根据权利要求1至35中任一权利要求所述的生物盘供应功率信号或者控制信号的控制器；旋转所述控制器盘和所述生物盘的马达；向所述控制器盘的所述控制器供应功率的电源单元；接口，通过所述接口将所述控制信号和/或所述功率信号从所述控制器发送到所述生物盘；以及支撑所述生物盘驱动器装置的本体。
47.根据权利要求46所述的生物盘驱动器装置，还包括上面装配有所述生物盘的转盘，其中所述控制器盘固定于所述转盘并且包括用于控制所述生物盘中嵌入的阀的可移动永久磁体。
48.根据权利要求46所述的生物盘驱动器装置，其中所述电源单元通过环形电极与刷之间的接触向所述控制器盘供应正功率(+)，而通过与接地马达本体或者接地马达轴的电连接向所述控制器盘供应负功率(-)。
49.根据权利要求46所述的生物盘驱动器装置，还包括：与转化器件相耦合的检测器件，包括用于检测所述化验部位的图像传感器。
50.根据权利要求46所述的生物盘驱动器装置，其中所述控制器盘还包括：非接触装置，用于将所述化验部位的检测结果发送到外部中央控制系统、存储设备或者输入输出设备，或者从所述中央控制系统接收命令。
51.根据权利要求46所述的生物盘驱动器装置，其中上面设置有所述中央控制系统、所述存储设备或者所述输入输出设备的电路板与所述生物盘驱动器本体连接和接合，而所述中央控制系统旋转或者停止马达以便旋转和停止所述生物盘和所述控制器盘。
52.根据权利要求51所述的生物盘驱动器装置，其中所述输入输出设备是USB(通用串行总线)设备或者根据IEEE-1394、ATAPI或者因特网通信标准的设备。
53.根据权利要求46所述的生物盘驱动器装置，其中还包括：光学拾取设备，用于读取选自于音频CD、CD-R、游戏CD和DVD之中的普通光盘。
54.根据权利要求53所述的生物盘驱动器装置，其中还包括：生物盘检测单元，用于确定所述生物盘驱动器装置上当前加载的盘是生物盘还是从音频CD、CD-R、游戏CD和DVD之中选择的普通光盘。
55.根据权利要求54所述的生物盘驱动器装置，其中光学拾取设备读取所述生物盘的表面上特定区域处的槽图案或者数据图案，以允许所述中央控制系统识别出所述生物盘驱动器上当前加载的盘是生物盘。
56.根据权利要求54所述的生物盘驱动器装置，其中所述中央控制系统确定当前加载的盘是生物盘还是从音频CD、CD-R、游戏CD和DVD之中选择的普通光盘；如果所述当前加载的盘被确定为普通光盘，则将使用所述光学拾取器从所述普通光盘读取的信息发送到存储设备或输出单元、发送所述光学拾取信息以供写入，或者输出各种读/写控制信号；而如果所述当前加载的盘被确定为生物盘，则经由非接触接口将用于所述生物盘的各种控制信号发送到所述控制器。
57.根据权利要求54所述的生物盘驱动器装置，其中在加载所述生物盘之时，通过所述生物盘上的非接触接口或者RF IC以无线方式将所述生物盘的新近加载发送到所述中央控制系统，使得所述中央控制系统识别出所述生物盘驱动器上加载的盘是所述生物盘。
58.根据权利要求46所述的生物盘驱动器装置，其中如果加载尚未注入样本的生物盘，则所述生物盘驱动器装置向用户发送弹出消息或者告警消息。
59.根据权利要求46所述的生物盘驱动器装置，其中当在化验或者诊断过程中向所述生物盘驱动器装置输入弹出或者停止命令时，所述生物盘驱动器装置发送告警消息或者请求用户的口令。
60.根据权利要求46所述的生物盘驱动器装置，其中还包括：存储器，用于存储与所述生物盘设备已经使用多少次、它的有效期以及所能诊断的疾病种类有关的信息，以便每当加载所述生物盘时向用户提供所存储的与所述生物盘或者所述生物盘的可用性有关的信息。
61.根据权利要求46所述的生物盘驱动器装置，其中所述生物盘驱动器装置包括：用于普通光盘的播放和搜索按钮以及停止按钮；以及指示已经加载生物盘的发光二极管(LED)。
62.根据权利要求46所述的生物盘驱动器装置，其中所述生物盘驱动器装置包括液晶显示器或者监视器，用以按照百分比或者条线图或者饼分图来显示所述生物盘中所执行的主要过程的进度状态。
63.根据权利要求46所述的生物盘驱动器装置，其中支撑所述生物盘驱动器的所述本体允许生物盘顶部加载或者生物盘前方加载。
64.根据权利要求46所述的生物盘驱动器装置，其中所述生物盘驱动器装置具有多个转盘，以便一次加载多个所述生物盘。
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Families Citing this family (103)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2402089A1 (en) 2003-07-31 2012-01-04 Handylab, Inc. Processing particle-containing samples
US8852862B2 (en) 2004-05-03 2014-10-07 Handylab, Inc. Method for processing polynucleotide-containing samples
CN101171346B (zh) 2005-05-06 2011-11-09 三星电子股份有限公司 数字生物盘、数字生物盘驱动器装置及其应用化验方法
US10900066B2 (en) 2006-03-24 2021-01-26 Handylab, Inc. Microfluidic system for amplifying and detecting polynucleotides in parallel
US11806718B2 (en) 2006-03-24 2023-11-07 Handylab, Inc. Fluorescence detector for microfluidic diagnostic system
EP2001990B1 (en) 2006-03-24 2016-06-29 Handylab, Inc. Integrated system for processing microfluidic samples, and method of using same
US7998708B2 (en) 2006-03-24 2011-08-16 Handylab, Inc. Microfluidic system for amplifying and detecting polynucleotides in parallel
CA2653761C (en) * 2006-06-02 2014-07-29 Luminex Corporation Systems and methods for performing measurements of one or more materials
US8296088B2 (en) 2006-06-02 2012-10-23 Luminex Corporation Systems and methods for performing measurements of one or more materials
SG142188A1 (en) * 2006-10-25 2008-05-28 Nanyang Polytechnic Lab-on-cd systems with magnetically actuated micro check valves and/or magnetic immobilization
WO2008058036A1 (en) * 2006-11-03 2008-05-15 R & D Green Materials, Llc Process for preparing biodegradable articles
WO2008060604A2 (en) 2006-11-14 2008-05-22 Handylab, Inc. Microfluidic system for amplifying and detecting polynucleotides in parallel
WO2008085991A2 (en) 2007-01-08 2008-07-17 U.S. Genomics, Inc. Reaction chamber
KR101433570B1 (ko) * 2007-04-23 2014-08-26 삼성전자주식회사 원격 의료 진단 시스템 및 방법
KR101335726B1 (ko) 2007-06-04 2013-12-04 삼성전자주식회사 면역혈청 검사 및 생화학 검사를 동시에 수행하는 디스크형미세유동장치
US9186677B2 (en) 2007-07-13 2015-11-17 Handylab, Inc. Integrated apparatus for performing nucleic acid extraction and diagnostic testing on multiple biological samples
US8287820B2 (en) 2007-07-13 2012-10-16 Handylab, Inc. Automated pipetting apparatus having a combined liquid pump and pipette head system
EP3741869A1 (en) 2007-07-13 2020-11-25 Handylab, Inc. Polynucleotide capture materials and methods of using same
US8105783B2 (en) 2007-07-13 2012-01-31 Handylab, Inc. Microfluidic cartridge
US8182763B2 (en) 2007-07-13 2012-05-22 Handylab, Inc. Rack for sample tubes and reagent holders
JP5681965B2 (ja) * 2007-09-26 2015-03-11 瑞穂 森田 検出素子およびそれを用いた検出装置
EP2220494B1 (en) 2007-11-26 2011-11-09 The Secretary Of State For Innovation, Universities And Skills Of Her Majesty's Britannic Government Electrochemical detection of a metal labelled analyte
GB0812679D0 (en) 2008-07-10 2008-08-20 Sec Dep For Innovation Universities Sample carrier for effecting chemical assays
EP2240568A4 (en) 2007-12-10 2016-04-13 Samsung Electronics Co Ltd BIOLOGICAL VALVE DEVICE WITH THIN FILM AND ITS CONTROL APPARATUS
ES2842969T3 (es) * 2008-01-21 2021-07-15 Nexus Dx Inc Dispositivo centrifugador de capas de película delgada y método de análisis que utiliza el mismo
CN102007416B (zh) * 2008-02-14 2013-10-16 三星电子株式会社 生物盘片、生物盘片读取器及使用生物盘片的分析方法
KR101573212B1 (ko) 2008-03-04 2015-12-02 삼성전자주식회사 바이오 마우스 및 바이오 키보드를 포함하는 원격 의료 진단 장치 및 이를 이용하는 방법
JP4722977B2 (ja) * 2008-08-27 2011-07-13 シャープ株式会社 検出器具、分析装置、検出方法および検出器具の制御方法
JP2010071675A (ja) * 2008-09-16 2010-04-02 Yuichi Uchiumi 微小化学システム及び微小化学システム装置
KR20100109383A (ko) * 2009-03-30 2010-10-08 삼성전자주식회사 바이오 분석 장치를 포함하는 인터넷 폰 장치 및 이를 이용한 원격 의료 서비스 방법
JP5339552B2 (ja) * 2009-04-13 2013-11-13 株式会社ティー・ティー・エム 体液成分の分析器具
EP2253958B1 (en) * 2009-05-18 2013-04-17 F. Hoffmann-La Roche AG Centrifugal force based microfluidic system and method for the automated analysis of samples
DE112010002222B4 (de) 2009-06-04 2024-01-25 Leidos Innovations Technology, Inc. (n.d.Ges.d. Staates Delaware) Mehr-Proben-Mikrofluidchip fur DNA-Analyse
EP2259045A1 (en) * 2009-06-05 2010-12-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Multi-frequency impedance method and apparatus for discriminating and counting particles expressing a specific marker
JP5311406B2 (ja) * 2009-09-10 2013-10-09 独立行政法人産業技術総合研究所 免疫センサ
JP2011135009A (ja) * 2009-12-25 2011-07-07 Tokyo Electron Ltd 基板乾燥装置及び基板乾燥方法
KR101139954B1 (ko) * 2010-01-28 2012-04-30 서울대학교산학협력단 입자면역응집반응 산란광 측정 장치 및 방법
EE201000013A (et) * 2010-01-29 2011-10-17 Selfdiagnostics O� Meetod ja kiirtesti seade sihtm„rk-molekuli proovimaterjalist detekteerimiseks
US8774487B2 (en) * 2010-02-17 2014-07-08 Joshua D. Levine Method and apparatus for remotely performing hematologic analysis utilizing a transmitted image of a centrifuged analysis tube
KR101273453B1 (ko) * 2010-05-20 2013-06-11 고려대학교 산학협력단 효소가 집적된 미세튜브를 이용한 정량분석법
WO2011160015A2 (en) * 2010-06-17 2011-12-22 Abaxis, Inc. Rotors for immunoassays
US8961764B2 (en) 2010-10-15 2015-02-24 Lockheed Martin Corporation Micro fluidic optic design
EP2635896A1 (en) 2010-11-03 2013-09-11 Reametrix Inc. Method and device for fluorescent measurement of samples
CN102115712B (zh) * 2010-12-02 2015-05-13 广州安必平医药科技股份有限公司 核酸分子杂交实验的移液方法及其反应装置
KR20120091592A (ko) * 2011-02-09 2012-08-20 삼성전자주식회사 디스크형 미세유동장치
US8399262B2 (en) 2011-03-23 2013-03-19 Darrel A. Mazzari Biosensor
ES2769028T3 (es) 2011-04-15 2020-06-24 Becton Dickinson Co Termociclador microfluídico de barrido en tiempo real
KR101257475B1 (ko) * 2011-04-27 2013-04-23 현대제철 주식회사 압연기용 전원공급장치
WO2012160091A2 (de) * 2011-05-23 2012-11-29 Roche Diagnostics Gmbh Sensorvorrichtung zum nachweis eines analyten
KR101339923B1 (ko) * 2011-11-03 2013-12-10 삼성전자주식회사 디스크 및 이를 포함하는 생체물질 검사장치
EP2773892B1 (en) 2011-11-04 2020-10-07 Handylab, Inc. Polynucleotide sample preparation device
WO2013112755A1 (en) * 2012-01-24 2013-08-01 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Field optimized assay devices, methods, and systems
US9433940B2 (en) 2012-02-13 2016-09-06 Neumodx Molecular, Inc. Microfluidic cartridge for processing and detecting nucleic acids
US11931740B2 (en) 2012-02-13 2024-03-19 Neumodx Molecular, Inc. System and method for processing and detecting nucleic acids
CN102600967A (zh) * 2012-03-06 2012-07-25 南昌大学 一种智能控制磁分离器
CN102600966A (zh) * 2012-03-06 2012-07-25 南昌大学 简易磁珠分离装置
US9028776B2 (en) 2012-04-18 2015-05-12 Toxic Report Llc Device for stretching a polymer in a fluid sample
US8956815B2 (en) 2012-04-18 2015-02-17 Toxic Report Llc Intercalation methods and devices
WO2013158860A1 (en) * 2012-04-18 2013-10-24 Pathogenetix, Inc. Devices and methods for nucleic acid preparation and analysis
US8685708B2 (en) 2012-04-18 2014-04-01 Pathogenetix, Inc. Device for preparing a sample
GB201207583D0 (en) * 2012-05-01 2012-06-13 Isis Innovation Electrochemical detection method and related aspects
US20140200167A1 (en) 2012-08-01 2014-07-17 Nanomdx, Inc. Functionally integrated device for multiplex genetic identification
JP6179521B2 (ja) 2012-09-04 2017-08-16 Jnc株式会社 物質測定センサー
GB201217390D0 (en) 2012-09-28 2012-11-14 Agplus Diagnostics Ltd Test device and sample carrier
DK2912174T3 (da) * 2012-10-25 2019-08-26 Neumodx Molecular Inc Fremgangsmåde og materialer til isolering af nukleinsyrematerialer
CN105378103B (zh) * 2012-12-27 2018-01-16 成均馆大学校产学协力团 利用温度敏感聚合物合成体的核酸扩增盘装置及利用其的分析方法
GB201312913D0 (en) 2013-07-18 2013-09-04 Perkinelmer Ltd Sample spinners and spectrometers including sample spinners
US10444232B2 (en) 2014-08-13 2019-10-15 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Diagnostic devices, systems, and methods
US10797567B2 (en) * 2015-07-23 2020-10-06 Life Technologies Corporation Rotor assembly including a housing for a sensor array component and methods for using same
GB201520193D0 (en) * 2015-11-16 2015-12-30 Mast Group Ltd Apparatus for conducting an assay
KR101871781B1 (ko) * 2016-01-18 2018-07-31 한림대학교 산학협력단 요소분해효소 고정화 불용성 다공성 지지체를 이용한 휴대형 요소 센서 모듈
JP2017198623A (ja) * 2016-04-28 2017-11-02 シャープライフサイエンス株式会社 測定装置及び測定方法
CN106222069B (zh) * 2016-08-31 2018-11-09 上海科源电子科技有限公司 一种圆盘式芯片pcr仪及检测方法
TWI712797B (zh) * 2016-09-07 2020-12-11 香港商港大科橋有限公司 用於複用的旋轉成像生物測定的裝置和製備用於捕獲特異性物件及用於細胞培養的該裝置的基底之方法
CA3045113A1 (en) * 2016-12-09 2018-06-14 Digital Sensing Limited Electrochemical sensors and methods of use thereof
US20180164281A1 (en) * 2016-12-13 2018-06-14 Dbs System Sa Device and Method for Detecting the Deposition of a Biological Liquid Sample on a Substrate
ES2683897B1 (es) * 2017-03-28 2019-07-29 Bsh Electrodomesticos Espana Sa Dispositivo de aparato de cocción y procedimiento para la fabricación de un dispositivo de aparato de cocción
GB2561173A (en) * 2017-04-03 2018-10-10 Univ Dublin City Microfluidic device for detection of analytes
EP3611508B1 (en) * 2017-05-16 2022-08-03 SK Telecom Co., Ltd. Nucleic acid analysis apparatus using catridge
CN106978335B (zh) * 2017-05-26 2018-09-18 合肥职业技术学院 一种核酸分子杂交装置
CN107389751A (zh) * 2017-07-31 2017-11-24 重庆微奥云生物技术有限公司 一种病毒抗体检测系统及检测质量控制方法
CN107389739A (zh) * 2017-07-31 2017-11-24 重庆微奥云生物技术有限公司 一种rna检测系统及检测质量控制方法
CN107389757A (zh) * 2017-07-31 2017-11-24 重庆微奥云生物技术有限公司 一种dna检测系统及检测质量控制方法
CN108816299B (zh) 2018-04-20 2020-03-27 京东方科技集团股份有限公司 微流控基板及其驱动方法、微全分析系统
CN108745426B (zh) * 2018-04-24 2020-08-28 齐齐哈尔医学院 一种用于阿尔茨海默病伴发抑郁症血液相关蛋白检测的微流控芯片及其制备方法和应用
US11019412B2 (en) 2018-05-04 2021-05-25 Red E Innovations, Llc System for monitoring an injection mold or stamping die
US20210245157A1 (en) * 2018-05-14 2021-08-12 Microbedx, Inc. Portable microfludic system for biological and analytical testing
CN109092384A (zh) * 2018-09-25 2018-12-28 周琳蓉 一种具有容器清洗功能的化学试验台
CN109329273B (zh) * 2018-11-27 2021-06-08 重庆市人民医院 一种器官移植转运装置
CN109452262B (zh) * 2018-11-27 2021-04-27 刘涛 一种器官移植转运装置
CN112094734A (zh) * 2019-06-18 2020-12-18 广州市汉威信息科技有限公司 一种用于癌症细胞基因突变研究的高通量基因测序装置
CN112763485A (zh) * 2019-11-01 2021-05-07 广东技术师范大学 一种条形样品盘式视觉检测装置及其检测方法
CN112881235B (zh) * 2019-11-29 2021-11-16 深圳市帝迈生物技术有限公司 一种样本分析装置和计算凝固时长的方法
KR102184277B1 (ko) * 2020-01-16 2020-11-30 성균관대학교산학협력단 초음파 진단 및 dna 검사 일체형 ai 자가 건강 관리 장치 및 이를 이용한 원격 의료 진단 방법
EP4093551A1 (en) * 2020-01-23 2022-11-30 TotalEnergies OneTech Centrifuge rotor for centrifuging a sample, related centrifuge and measurement method
CN111454834B (zh) * 2020-04-08 2021-12-03 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Pcr扩增仪
CN111218395B (zh) * 2020-04-18 2020-08-07 博奥生物集团有限公司 一种全流程生物检测装置
GB202020375D0 (en) 2020-12-22 2021-02-03 Oxford Immune Algorithmics Ltd Wafer for carrying biological sample
CN113090814B (zh) * 2021-03-10 2023-06-23 浙江天盾阀门科技有限公司 智能微型阀
CN113307358A (zh) * 2021-06-25 2021-08-27 深圳市淼德科技有限公司 一种新型生物盘片用的温度调节反应器
CN115126931B (zh) * 2022-06-08 2023-08-11 厦门大学 一种微流控芯片及其制作方法和电磁控制阀门的装置
CN115069316B (zh) * 2022-06-21 2023-08-04 扬州大学 一种能同时检测多种体液的芯片
CN115615973B (zh) * 2022-12-19 2023-02-17 河北东讯科技有限公司 一种基于藻活性具有连续检测功能的水毒性监测仪

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002097422A1 (en) * 2001-05-31 2002-12-05 Electron-Bio, Inc. A micro valve apparatus using micro bead and method for controlling the same
WO2003021223A2 (en) * 2001-08-30 2003-03-13 Burstein Technologies, Inc. Methods for qualitative and quantitative analysis of cells and related optical bio-disc systems
WO2003080868A1 (en) * 2002-03-27 2003-10-02 Jae-Chern Yoo Bio-disc, bio-driver apparatus, and assay method using the same

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE316422B (zh) 1964-04-14 1969-10-20 Ceskoslovenska Akademie Ved
GB1075800A (en) 1964-11-06 1967-07-12 Cornell Machine Company Disc for centrifuge
JPS5756209Y2 (zh) 1976-11-02 1982-12-03
FR2409514A1 (fr) 1977-11-17 1979-06-15 Bretaudiere Jean Pierre Perfectionnement aux appareils d'analyse par centrifugation
US4311039A (en) 1979-11-14 1982-01-19 Koehler Mark E Disc centrifuge photosedimentometer
US4489863A (en) * 1982-02-11 1984-12-25 International Business Machines Corporation Precision fluid dispense valve
JPS6131780A (ja) * 1984-07-20 1986-02-14 Toto Denki Kk 流体用弁装置
JP3286721B2 (ja) 1994-04-20 2002-05-27 株式会社リコー 光記録媒体及びその製造方法
JPH08121636A (ja) * 1994-10-24 1996-05-17 Fujikura Rubber Ltd マイクロバルブ
JPH08138932A (ja) * 1994-11-07 1996-05-31 Kazuhiro Kuwabara 電磁バルブ
US5585069A (en) * 1994-11-10 1996-12-17 David Sarnoff Research Center, Inc. Partitioned microelectronic and fluidic device array for clinical diagnostics and chemical synthesis
US7998746B2 (en) 2000-08-24 2011-08-16 Robert Otillar Systems and methods for localizing and analyzing samples on a bio-sensor chip
US7083920B2 (en) * 2001-05-18 2006-08-01 Nagaoka & Co. Ltd. Surface assembly for immobilizing DNA capture probes in genetic assays using enzymatic reactions to generate signal in optical bio-discs and methods relating thereto
JP2003084001A (ja) * 2001-09-14 2003-03-19 Kawamura Inst Of Chem Res 微小バルブ機構を有するマイクロ流体デバイス、マイクロ流体デバイスの微小バルブ機構駆動装置、及び流量調節方法
US7338760B2 (en) * 2001-10-26 2008-03-04 Ntu Ventures Private Limited Sample preparation integrated chip
US7537028B2 (en) * 2002-05-28 2009-05-26 Jsr Corporation Device for fluid processor and its fluid flow path setting device, fluid processor, and fluid processing method
JP2004073995A (ja) * 2002-08-15 2004-03-11 Kawamura Inst Of Chem Res 流量制御方法、マイクロ流体デバイス、および流量制御装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002097422A1 (en) * 2001-05-31 2002-12-05 Electron-Bio, Inc. A micro valve apparatus using micro bead and method for controlling the same
WO2003021223A2 (en) * 2001-08-30 2003-03-13 Burstein Technologies, Inc. Methods for qualitative and quantitative analysis of cells and related optical bio-disc systems
WO2003080868A1 (en) * 2002-03-27 2003-10-02 Jae-Chern Yoo Bio-disc, bio-driver apparatus, and assay method using the same

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BIOELECTRONICS16 9-12.2001,16(9-12),1015- 1019. *
LENIGK R. ET AL.:.＇Surface characterization of asilicon-chip-based DNA microarray＇.LANGMUIR17 8.2001,17(8),2497 - 2501. *
LENIGK R. ET AL.:.＇Surface characterization of asilicon-chip-based DNA microarray＇.LANGMUIR17 8.2001,17(8),2497- 2501. *
NAGAI H. ET AL.:.＇High-throughput PCR in silicon based microchamber array＇.BIOSENSORS & BIOELECTRONICS16 9-12.2001,16(9-12),1015 - 1019. *
NAGAI H. ET AL.:.＇High-throughput PCR in silicon based microchamber array＇.BIOSENSORS &amp *

Also Published As

Publication number Publication date
KR20080009091A (ko) 2008-01-24
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