CN101198866A - 化验装置 - Google Patents

Abstract

一种化验装置(1)，该装置具有可旋转的平台(2)，该平台(2)具有检验室(6)和传感器(20)，该传感器(20)在遇到例如化学品、生物样品或其他有机体等特殊物质时会发生偏移。该传感器是具有多孔部分(23)以增强灵敏度的悬臂梁(21)。

Description

化验装置

技术领域

本发明涉及一种化验装置以及一种悬臂检测器。

背景技术

将光盘(CD)用于化学检验是已知的。所述CD具有微流体结构，该微流体结构定义了与相关联的沟槽和流体混合室相连的不同的流体输入口。为了进行检验，流体被置于输入口中并且CD被旋转以使所述流体在离心抽吸推动下通过相关沟槽到达混合室。显然地，改进的CD光学和寻址技术能够被应用以捕捉特定混合室的图像来确定在所述混合室里的任何化学反应的检验结果。

同样已知的是微悬臂梁已被作为一种用于检测化学反应的结果的装置，但是关于所述梁的有限灵敏度的研究并未引起所述技术的任何广泛应用。

发明内容

根据本发明，提供一种化验装置，该装置包括具有检验室的可旋转平台以及传感器，该传感器在遇到例如化学品、生物样品或其他有机体等特殊物质时会发生偏移。

优选地，所述传感器为悬臂梁。

优选地，所述装置包括与相关沟槽和相关的一个或多个检验室相连的微流体通路。

优选地，某个检验室或每一个检验室包括一个或多个悬臂梁。

优选地，所述传感器包括多孔部分。该多孔部分能够使所述传感器具有灵敏度以便能够对例如选定的化学品、样品或有机体等特殊物质的出现进行检测。

优选地，所述传感器由受体、抗体、抗原或酶功能化，所述受体、抗体、抗原或酶将选择性地吸引并结合待检测的特殊物质。

优选地，所述多孔部分涂覆有金层，该金层使所述受体附着于所述梁，由此将所述梁功能化，以结合在检验室里的流体中预先选择的样品或有机体。

优选地，所述传感器包括被监视的表面，该表面在传感器的运动时发生偏移，所述被监视表面的位置由设备来监视，所述设备中安装有化验装置。

优选地，所述表面为反射表面。

优选地，所述设备是连接到计算机以允许所述反射表面的位置被所述计算机确定并显示的CD驱动。

优选地，所述检验装置包括用于将检验流体从入口传输到包括悬臂梁的检验室并传输到废物室的微流体系统。

优选地，所述废物室通过微机械阀与检验室相分隔，该微机械阀在所述装置的阈值角速度之上被开启。

优选地，所述装置能够接受待检验的全部流体，并且包括过滤器，该过滤器用于当全部流体进入到入口之后从其中过滤物质以提供具有适于检验的形式的流体。更为优选地，所述过滤器由多孔硅构成。

优选地，所述系统包括用于与检验室相连的次级室以允许流体在次级室和检验室之间循环的构造。

优选地，所述装置为光盘(CD)的形式。

另一方面，提供了一种用于接收化验装置的检验设备，如上所述，该检验设备包括用于旋转所述装置的驱动单元以及用于监视所述传感器的读取单元。

优选地，所述设备适于显示从所述读取单元获得的信息。

更为具体地，所述设备为CD驱动的形式，并且所述读取单元组成了CD驱动的现有光学读/写头的一部分。

更为具体地，所述设备被直接连接到计算机，在所述计算机上安装有计算机程序，该计算机程序控制CD驱动运行以开始过滤处理，在所述各室之间的流体传输和光学读取系统以测量传感器的偏移。

优选地，所述化验处理通过使用计算机输入数据以定义被执行的检验而开始并出示该相同检验的结果。

另一方面，提供了一种化学化验方法，该方法包括：将流体引入可旋转平台上的感测室，其中所述感测室包括传感器，该传感器在检测到所述室中的特殊物质时偏移，所述特殊物质包括被选择的分子；以及监视传感器以检测所述偏移。

另一方面，提供了一种如上所述的悬臂传感器。

附图说明

现在仅通过非限定的实施例的方式参考如下附图描述本发明：

图1是化验装置的俯视图的图形表示；

图2是检验设备的横截面图；

图3a是微悬臂的侧视图；

图3b是显示出偏转的微悬臂的侧视图；

图4是显示了共振频率和悬臂的多孔之间的关系的图示；

图5是悬臂传感器和CD驱动的读/写头的透视图；

图6是显示了为检测传感器偏移的目的的强度和时间之间的关系的图示；

图7是检验处理的流程图；以及

图8是显示了多孔和非多孔悬臂的比较的偏转的图示。

具体实施方式

在图1中显示了化验装置1，该化验装置1包括光盘(CD)形式的可旋转的平台2，该平台2具有微流体系统3，该微流体系统3包括通过各自沟槽8、9、10相互连接的入口4、次级室5、检验室6和废物室7。过滤器11在沟槽8中临近入口4处被提供，用于从被引入到入口4中的检验流体中过滤例如细胞物质等物质。过滤器11优选地由多孔硅12构成。微机械阀13同样在沟槽10中被提供以分隔检验室6和废物室7。当装置1的角速度大于预定阈值时，所述阀13从由虚线14所示的关闭位置移动到由箭头15所示的打开位置。

在工作中，流体被引入到入口4并且装置1以需要的速度旋转以产生离心抽吸从而使所述流体被推动通过沟槽8进入到次级室5并随后进入到检验室6，检验室6中提供有用于检测特殊物质，例如在所述流体中被选择的化学品、生物样品或其他有机体，存在的目的的传感器。然后装置1以更高的角速度旋转以打开阀13并允许所述流体流出检验室6。

现在参考图2，装置1的检验室6被以包括悬臂传感器20的放大部分显示，该传感器20凸出于装置1的平台2。更为具体地，多孔悬臂传感器20由梁21组成，该梁21凸出于硅部件22并且包括多孔部分23和表面24，该表面24由例如一部分金25或其他适合的金属或能反射的物质构成。

装置1被显示为安装于检验设备30的驱动单元27的轴26上，所述检验设备30优选为具有CD驱动29的计算机的形式，并且驱动单元27组成驱动29的一部分，并且具有读取单元31，该读写单元31监视参考表面24的任何偏移并因此监视悬臂传感器20。读取单元31优选地不作改动地组成现有CD驱动31的读/写头32的一部分。

现在参考图3更加详细地描述悬臂传感器20的结构。图3a显示了包括涂覆有金的多孔层35和硅层34的传感器20的被放大的部分33，所述部分33被提供有用于捕捉例如抗原配位体等分子37的抗体受体36。分子37与受体36的结合将导致梁21的偏转，如图3b所示，该偏转随后可被检测到。

通过形成多孔材料的悬臂梁，所述偏转被增强。更为特别地，悬臂传感器20的特性依赖于表面处理，例如吸附、解吸附、表面重构和重组以在悬臂梁39的活性表面层中引入表面压力。改变梁21的表面39的表面压力将引入悬臂传感器20两端的不同压力，该压力导致悬臂传感器20的弯曲。

梁21的曲率与所述梁两端的不同压力梯度成比例。相比于表面40或层34增加表面39上的表面压力会增加不同的压力梯度。表面39上的多孔硅能够被用作层35以增加表面区域并因此增加灵敏度。尽我们所知，还没有关注于通过改变梁的几何形状或材料结构来增加基于感测技术的悬臂的灵敏度的研究或开发。梁21增加最大表面压力，该压力能够由化学分析物通过引入多孔层35和改变所述梁几何形状而引起。

分析和检验显示出通过所述的改变所述梁的几何形状和材料结构，用于增加多孔性的增加的梁的偏转能够如图8所示地改变。

因此，在图5中，相比于常规的相同厚度和长度的梁，传感器20允许通过在梁21的表面23上构造多孔部分实现的悬臂梁21的增加的偏转。这在梁21的机械响应上具有三点好处：

1.多孔处的梁的有效厚度减小了，减小了梁的第二类转动惯量，使得梁的刚性减弱；

2.多孔处的所述梁的弹簧常数同样被减小；并且

3.由于悬臂梁的多孔性的增加，所述梁的表面区域同样被增加。

上述三个物理影响具有结合的效果以增加梁的偏转并且增加了基于生物传感器在流悬梁上对表面结合事件的灵敏度。引入到图3b的所述梁的层35和34之间的增加不同的压力，导致所述偏转的增加。对此进一步地，将被功能化为例如提供有用于与被选择的分子相结合的受体的所述表面区域被增加，从而允许更大密度的被功能化的基附着于所述表面，从而增加了灵敏度并引入用于相同浓度的化学品或生物样品的表面压力。

这使得更为集中的样品的结合变为可能，并且同样使得相同的化学品或样品浓度的偏转的较小改变变为可能。

改变所述梁的几何形状的另一方面是梁的共振频率被改变，因为共振频率是多孔性的总量的直接测量。

所述共振频率依据梁的几何形状的改变具有以下关系：

$f_o=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\frac{k}{m}}}$

其中：f_o为共振频率；

k为弹簧常数；

m为梁的质量。

多孔性的改变改变了悬臂梁21的共振频率并且是所述传感器的附加感测能力，该传感器能够被应用于检测由流体引起的侵蚀或化学反应，例如，测量航海船只上的侵蚀或用于环境监视来检测酸雨或类似事件。

图4示出了多孔性的共振频率的改变，图4显示出对一定范围的多孔水平存在一个最低共振频率。然而，在设备30中，只有梁21的偏转需要被监视。用于检测此类偏转的常规系统使用激光和位置敏感检测器以检测所述偏转。所述检测系统是外部建立的并且要求激光与悬臂梁光学对准。在设备30中使用的检测系统，另一方面，使用CD驱动29的内在光学检测系统。所述驱动29的读/写头(RWH)32被用于询问悬臂传感器20并监视参考表面24的位置。此外，RWH的激光可以被用于控制检验和次级室5、6的温度。

更为特别地，为了感测传感器20的偏转，如图5所示，所述RWH在多孔悬臂梁21的位置上移动。CD装置1能够在感测偏转的同时旋转。RWH的激光被聚焦在悬臂梁21并且为了校准目的来自梁21的参考表面24的反射强度在将检验流体装入检验室4之前被测量。然后，所述检验流体进入检验室6并且随后流入废物室7。在检验流体后，来自悬臂梁21的反射强度的改变被从测量的检验室6中移除。反射强度的改变是传感器偏转的量度。其次，所述偏转还能够作为聚焦的改变而被测量。当激光在将所述检验流体装入检验室6之前最初聚焦于梁21上时，聚焦位置能够被测量。在所述检验流体被从检验室中移除后，梁21将发生偏转并且反射表面24将移动散焦。图6显示出了聚焦改变在被反射的激光的测得强度上的影响的图形表示。聚焦改变是所述偏转的间接测量并且能够作为来自RWH的输出电流或电压的改变而被测量。

将化验装置用于检验血液

使用化验装置1和设备20的详细的实施例将参考图7加以描述。特别地，所示的诊断检验处理40包括从客户抽取血液的步骤41，并且在步骤42将该血液注入到装置1的入口4。然后，CD装置1在步骤43被插入计算机并且从该CD中读取盘信息。然后，相关软件在步骤44被应用以开始检验，所述检验在步骤45为了校准的目的而测量来自悬臂传感器20的反射强度来开始。然后，所述CD在步骤46旋转以推动所述血液进入第一沟槽8并经过过滤器11，在过滤器11处细胞物质被移除。然后，由此获得的血清通过次级室5(如果需要)并进入到检验室6。如果需要，然后所述血清在步骤47通过RWH的激光被加热，导致所述血清在检验室6和次级室5之间来回循环以提高所述受体间的交互作用。然后所述CD在步骤48以更高的角速度旋转以使阀13移动至打开位置从而使所述血清可以流出检验室6并且在步骤49进入废物室7。然后所述RWH可以在步骤50被用于测量被偏移的悬臂梁21的反射强度，并且然后所述RWH的输出在步骤51被返回并在步骤52被用于分析，且此处测得的强度被读取并与校准的数据相比较以确定相关化学品或分子的存在。然后检验结果被记录，用户在步骤53得知所述结果，并且如果需要的话，所述CD在步骤54被弹出。所述CD之后可以被处理掉，或为了永久记录检验结果的目的而被保存。

其他应用

所述技术使病人身边健康病理学的执行成为可能，避免使用昂贵实验仪器的需要以及提供结果的相关延迟。应用范围的例子包括：

人类健康病理学

检测-前列腺特殊抗原

-心肌酶

-传染性疾病(肝炎、HIV)

-蛇毒

环境病理学

检测-军团菌(Leionella)细菌

-水路中的肝炎

-埃希氏大肠杆菌(E-coli)水平

动物健康病理学

检测-副结核病(Johne’s disease)

流体质量测量

检测-酒发酵

工业测量

检测电绝缘退化

本发明仅通过非限定的实施例的方式加以描述，并且许多修改和改变可以在不背离本发明描述的精神和范围的情况下作出。

Claims (22)

1.一种化验装置，该装置具有可旋转的平台，该平台具有检验室和传感器，该传感器在遇到包括化学品、生物样品或其他有机体在内的特殊物质时发生偏移。

2.根据权利要求1所述的化验装置，其中所述传感器为悬臂梁。

3.根据权利要求1或2所述的化验装置，其中所述装置包括微流体通路，该微流体通路与相关沟槽和所述检验室或相关的多个检验室相连。

4.根据权利要求3所述的化验装置，其中所述检验室或每一个检验室包括一个或多个悬臂梁。

5.根据权利要求1或2所述的化验装置，其中所述传感器包括多孔部分。

6.根据权利要求5所述的化验装置，其中所述传感器由受体、抗体、抗原或酶功能化，所述受体、抗体、抗原或酶将选择性地吸引并结合待检测的所述特殊物质。

7.根据权利要求6所述的化验装置，其中所述多孔部分涂覆有金层，该金层使所述受体附着于所述梁，由此将所述梁功能化，以结合在检验室里的所述流体中预先选择的样品或有机体。

8.根据权利要求1所述的化验装置，其中所述传感器包括被监视的表面，该表面在所述传感器运动时发生偏移，所述被监视表面的位置由设备来监视，所述设备中安装有所述化验装置。

9.根据权利要求8所述的化验装置，其中所述表面是反射表面。

10.根据权利要求8所述的化验装置，其中所述设备为连接到计算机以允许所述反射表面的位置被所述计算机确定并显示的光盘驱动。

11.根据权利要求1所述的化验装置，其中所述化验装置包括微流体系统，该微流体系统用于将检验流体从入口传输到包括悬臂梁的所述检验室并传输到废物室。

12.根据权利要求11所述的化验装置，其中所述废物室通过微机械阀与所述检验室相分隔，该微机械阀在所述装置的阈值角速度之上被开启。

13.根据权利要求11或12所述的化验装置，其中所述装置能够接受待检验的全部流体，并且包括过滤器，该过滤器用于当所述全部流体进入到所述入口之后从其中过滤物质以提供具有适于检验的形式的流体。

14.根据权利要求13所述的化验装置，其中所述过滤器由多孔硅构成。

15.根据权利要求14所述的化验装置，其中所述系统包括用于与所述检验室相连的次级室以允许所述流体在所述次级室和检验室之间的循环的构造。

16.根据上述任意一项权利要求所述的化验装置，其中所述装置为光盘形式。

17.一种用于接收如上所述的化验装置的检验设备，该设备包括用于旋转所述装置的驱动单元和用于监视所述传感器的读取单元。

18.根据权利要求17所述的检验设备，其中所述设备适于显示从所述读取单元获得的信息。

19.根据权利要求17或18所述的检验设备，其中所述设备为光盘驱动的形式并且所述读取单元组成现有光盘驱动的光学读/写头的一部分。

20.根据权利要求17-19中任意一项所述的检验设备，其中所述设备被直接连接到计算机，在所述计算机上安装有计算机程序，该计算机程序控制所述光盘驱动的运行以开始过滤处理，并控制在所述各室之间流体的传输以及所述光学读取系统以测量所述传感器的偏移。

21.一种化学化验方法，该方法包括：将流体引入到可旋转平台上的感测室，其中所述感测室包括传感器，该传感器在检测到所述室中的特殊物质时偏移，所述特殊物质包括被选择的分子；以及监视所述传感器以检测所述偏移。

22.如上述任意一项权利要求所述的悬臂传感器。

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