CN101213023A - 流体分析装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分析装置(1)和方法，它们即使在湿润基板具有相对较低的泡压时也能够将具有一种或多种分析物的取样流体(50)重复地泵送通过基板(10)，该基板(10)具有一种或多种附着材料。此外，装置(1)包括第一空腔(16)和第二空腔(18)、设有阀(24)的返回通道(22)和泵(20)。泵(20)可在第一空腔(16)和第二空腔(18)之间建立压差，以将取样流体(50)泵送通过基板(10)，从而可使得分析物附着在基板上。通过打开阀(24)和建立相反的压差，取样流体(50)通过返回通道(22)旁路越过基板(10)。如果需要，在关闭阀之后，装置准备后续循环。装置和方法原则上可分析任何量的取样流体，且可使用按泡压划分的任何类型基板，从而更为通用和可靠。

Description

流体分析装置和方法

技术领域

本发明总体上涉及流体处理，特别是在分析装置或方法中。

背景技术

在更详细地描述本发明之前，首先提供一些可有助于进一步理解本发明的背景信息。

通常进行分析以便探查(液体)取样的组分的质量和/或数量，特别是涉及检测取样中是否存在特定的DNA或RNA序列或蛋白质或存在的量。尤其PCR、聚合酶链反应已大大有助于发展用于检测DNA、RNA序列是否存在的所有类型的化验。目前，可从有机物收集包含DNA的取样，确定其中是否存在特定的DNA序列或存在的量。可同时利用技术执行这种多目标序列分析，即所谓的目标序列的多元检测，从而增大检测量。

例如，为了检测血样等中的特种细菌，公知一种检测方法，该方法基于DNA繁殖过程和该DNA在荧光示踪分子上的附着性。仅特定类型的DNA附着到特定的探测分子上。此时，附着的DNA的存在通过光学方法例如通过光源的激活和照相机的检测被检测到。

然而，目前这种类型的分析不是基于常规分析，例如糖尿病的情况下的血糖含量的测量。通常，需要配备良好的实验室，且不得不利用谨慎细微的操作规章，以避免交叉污染和确保获得的结果是可靠的，即，使测试的假阳性或假阴性读取结果最少。经大量培训和监督的职员仍需要花费大量的人力。

DNA和/或RNA的存在与否或存在的量的检测结果例如可表明：基因、等位基因、遗传特性或基因失调、多态性、单核苷多态性(SNP)是否存在或存在的量、有机物中的外源DNA或RNA存在度即有机物中的病原体或细菌是否存在或存在的量。

特别地，在第一方面，本发明涉及用于分析取样流体以确定取样中分析物的存在度或存在的量的分析装置，该分析装置包括：基板，该基板具有第一表面和相反的第二表面、具有从第一表面贯通到第二表面的多个贯通通道、且至少部分设有用于分析物的特定附着物质；与第一表面流体连通的第一空腔；与第二表面流体连通的第二空腔；以及用于在第一空腔和第二空腔之间建立压差的泵，所述泵可操作地连接到第一空腔。

文献US6383748公开了一种具有基板的分析测试装置，该基板具有贯通通道。如果提供的取样包括预定尺寸的液体取样，将形成滴落物，所述滴落物可被泵送或挤压通过基板，以将分析物附着在附着材料上。在基板之下，取样将形成液滴，该液滴将被泵送通过基板返回。通过采用这种方式，取样液滴被泵送通过基板多次，以提高混合和/或在附着材料上的附着。

这种系统的不足是，它不可灵活或高效地使用。取样尺寸必须得到良好控制并在预定的界限内。而且，如果滴落物从基板落下，分析失败或至少很不可靠。此外，基板尺寸应适合于防止气体被泵送通过基板而使液体取样绕到旁路。一些基板当湿润时具有高的泡压，从而可确保液体可被相对容易地泵送通过，而气体不能。其他基板没有表现出这种差别。现有装置不能提供这种通用性。

发明内容

本发明的目的是提供一种权利要求1的前序部分中所提及类型的装置，其可被更高效和/或更灵活地使用。

上述目的通过根据权利要求1的本发明的装置实现。特别地，由于装置还包括：单独的返回通道，所述单独的返回通道用于连接第一空腔和第二空腔，从而可使得取样流体从第一空腔和第二空腔中的一个空腔流动到第一空腔和第二空腔中的另一个空腔；以及能够关闭返回通道的返回通道阀；因此，现可将基本上任何尺寸的液体取样多次泵送通过基板，且可通过单独的返回通道将液体取样泵送返回基板的相反侧。不存在错失分析的危险，这是因为取样液滴从基板落下。从而装置可使得具有更灵活的分析方式。而且，由于取样可具有任何尺寸，因此可实现更容易和更高效的分析。

借助于以下讨论的本发明的装置和方法，可更容易地开发出用于准备如此诊断的疾病的治疗药物的合适治疗措施。例如，对来自生物体(人体)的含有病原体(例如，细菌)的取样(例如，血液)进行检测因此可达到诊断和相应的治疗(例如，抗菌素)目的。

在描述、实施例和权利要求中，术语“第一空腔”和“第二空腔”应认为是可互换的，即它们仅用于区别开两个空腔。例如，通过使装置上下翻转或通过将取样流体导入第二空腔或以其他任何方式，可互换两个术语。

而且，术语“流体连通”用于表示流体(液体或气体)能够通过仅向着表面流动或流动到空腔中即可接触所述表面或空腔(没有通过基板)，如同在连通容器中。不应限制为这样情况：实际存在接触所述表面的流体或在空腔中存在流体。

此外，注意，第一和第二空腔中的每一个空腔均可包括多个子空腔，例如以将取样流体引导到基板上具有不同附着物质的不同并列部位，或引导到一个以上的基板。功能上，且出于本文献的目的，这些子空腔被认为是一个空腔，第一空腔或第二空腔。

返回通道阀可以是通过阀控制装置控制的主动(active)阀、或例如单向阀。

对于本发明的目的，表述“通道”不仅包括从一端到另一端的直壁路径，而且通常还包括在基板的一端和另一端之间的任何用于流体的物理路径。因此，这种通道也可包括任意流体路径，例如弯曲或不规则的路径、分支、基板中的许多互连空腔等。从而，基板可例如包括具有这种互连空腔的海绵状材料，而且还包括在纤维之间具有众多流体路径的无纺布等。

明确地指出，对于本发明的目的，表述“泵”包括主动泵和被动(passive)泵。在此，被动泵指的是一种包括具有可变容积的封闭室等例如具有柔性壁的泵空腔的装置。在此，这种泵称作是被动的是由于它不能主动地(actively)增大压力，而是用于传递由另一外部泵施加在它上的压力。主动泵能够依靠自身建立压差。换言之，在本解释说明中，“泵”是指具有用于改变部件容积的可移动部件的封闭空腔。所有这些将在下面进一步解释说明。

所使用的许多基板具有几巴左右的泡压，而流体泵送压力为几十毫巴到几百毫巴左右，尽管当然其他值也是可以的。这种压力可使得收集在基板的一侧上的取样流体通过基板被泵送到基板的另一侧。在那里，取样流体将离开基板。换言之，基板与另一侧的气体接触。因此，如果此时压力(差)颠倒，仅气体将被泵送通过基板。然而，由于所需的压力增大，这将不会发生，且压力将在第二空腔中增大。换言之，基板充当单向阀，使得取样流体可被泵送出第二空腔。

然而，在其中泡压和流体泵送压力相差不大的基板的情况下，这不能正确地起作用，这是由于气体可相当容易地通过所述基板。因此，在特定的实施例中，第一空腔和第二空腔中的至少一个空腔包括直接与基板接触的接触空腔、储存空腔、和位于接触空腔与储存空腔之间的阀。与用于将取样流体泵送通过基板的流体泵送压力相比，具有可隔开的空腔的该实施例使得可使用具有相当低的所谓泡压的基板。在此，泡压涉及将气体泵送通过基板所需的基板两侧的压差。为此，基板中的流体必须被转移，以防止基板的毛细作用。该泡压可比(取样)流体泵送压力高得多，该流体泵送压力是使流体可通过基板而采取的压力。

向着位于基板的第二或相反侧的空腔被泵送通过基板的取样流体未收集在直接接触所述第二或相反侧的空腔即接触空腔中，而是将继续流动通过在此有时称作接触空腔阀的阀，并将收集在储存空腔中。接触空腔阀可通过关闭储存空腔而呈现出其他基板的高泡压的功能。在此提及到的其他实施例的所有其他功能部件此时也可应用于泵送压力和泡压差别不是很大的基板。换言之，具有包括接触空腔、储存空腔和接触空腔阀的第二空腔的实施例对于基板的选择来说更通用，然而，需要以较多的部件数目为代价。

在特定实施例中，基板在湿润情况下具有比在湿润情况下所述基板的取样流体泵送压力高的泡压。如上所述，基板在例如被取样流体湿润时具有高的泡压，基板可起着气障的作用，同时又可使得取样流体流过基板。为装置设置这种基板使得设计较简单，而不需接触空腔和接触空腔阀。通过在第一空腔和第二空腔之间提供处于泡压与取样流体泵送压力之间的压力(差)，取样流体将被泵送通过基板，而气体仍被基板挡住。

有利地，所述泡压比所述取样流体泵送压力高至少10％，优选高至少50％，更优选高至少200％。当泡压高至少10％时，可相当容易地建立处于取样流体泵送压力和泡压之间的合适压差，从而使得流体流动而没有气体流动。而且，例如由于基板的附着材料而使泡压和泵送压力中的任一个或两个的不太大的变化不会影响到装置的正常功能。当泡压高至少50％时，不仅可容易地建立工作压差，而且压差可选择成使取样流体流速处于有益的范围内，这是由于较高的压差确保了较高的流速。特别地，当泡压比取样流体泵送压力高至少200％时，可建立非常有益的取样流体流速。注意，处于泡压与取样流体泵送压力之间的其他相对压差也可产生有益结果。

在上述讨论中，仅讨论了相对差值。可选地，也可选择基板，使得泡压和取样流体泵送压力之间的绝大差值尽可能地高，或至少比所需数值高。特别地，但非限制性地，对于湿润基板，泡压比取样流体泵送压力高至少100毫巴、优选高至少1巴，如上所述，这具有类似优点。此外，其他差值也可产生良好结果。

在特殊实施例中，装置包括位于第一空腔和第二空腔中的至少一个空腔周围的少部分透光的壁。所述至少部分透光的壁使得可在不将基板从装置上取下的情况下检测DNA等。当然，简单的视觉检查也可通过这种透光部件进行。

透光意味至少包括：可透过可见光、紫外线和红外线辐射，尽管也可想像到使得可透过其他类型的辐射。至少部分透光的壁可本身作为壁材料提供，也可作为单独的透光部分设在壁中的孔(即，窗口)内，等等。

在特定实施例中，装置还包括检测系统。提供检测系统使得装置作为一个整体更通用，且可更容易地使分析装置与要检测的特殊物品相匹配。检测装置本身可包括透光窗口，或可相对于窗口、壁中孔等设在操作位置处。

检测装置可包括任何合适的现有检测系统，例如诸如荧光检测的光学检测系统。如果需要，分析装置和/或检测装置可包括其功能例如检测附着到附着材料上的分析物所需的附加部件，例如光源、过滤器等。这些附加部件在分析装置仅是任选的。

装置可基于标签、长度、活动性、核苷酸序列、质量或它们的组合检测。在某些实施例中，装置可基于光学、电化学、磁性原理检测。原则上，可使用现有技术中公知的任何合适的检测装置。

在某些实施例中，系统还包括用于收集从检测装置获得的数据的数据收集装置。

在某些实施例中，系统还包括用于处理数据的数据处理装置。

在特殊实施例中，根据本发明的分析装置还包括取样流体导入装置。该取样流体导入装置不受特殊限制。例如，它可仅包括优选具有关闭阀的导入开口和/或导入通道。在导入取样后，所述阀可关闭，且提供完全封闭的装置，或完全封闭的装置是至少可能的。也可想像到取样流体导入装置的其他任何实施例，例如(基本上)可使得取样流体不受污染地导入的那些装置。

在特定实施例中，本发明的装置是大致封闭的。当然，在取样流体的导入过程中，与外部世界存在连接。然而，希望分析装置可通过位于装置上或装置中的封闭装置至少大致完全封闭。这例如可通过在通向外界的所有可能通道上设置阀实现。大的优点是，装置可提供较少受到例如由来自操作人员的外源DNA的污染危险。

特殊地，本发明提供了大致可封闭的盒子，其包括根据本发明的检测装置。这种盒子优选是紧凑的、轻便的，从而，它可容易地被就地使用。它可优选包括任何其他需要的装置，例如诸如本申请中描述的或对于本领域普通技术人员公知的流体储存装置、一个或多个泵等。有利地，盒子是一次性的，以便防止再次使用这种盒子时受到污染。然而，也可提供根据本发明的可重复使用的盒子。

在特殊实施例中，返回通道通向位于基板相反侧的第一空腔和/或第二空腔。这使得可最佳地利用例如重力收集取样流体，且确保取样流体的有效泵送。如果在第一空腔周围的壁和/或第二空腔周围的壁具有向着将相应空腔与返回通道连接起来的壁中相应开口收缩的形状，这种效果甚至得到进一步提高。这降低了取样流体保留在第一或第二空腔中的危险。

在实施例中，泵包括泵室和可移动部件，泵室和可移动部件限定出与第一空腔连通的泵空腔。原则上，当泵包括尺寸可以改变的泵空腔时即可，以建立压力或压差。此外，所述泵空腔可通过可移动部件密封。“可移动”不应限制为“整体可移位”，而是也可以是柔软、弹性等。

在该实施例中，泵室可认为包括泵壳体，“可移动”部件可在泵壳体中移动。泵空腔此时由泵室和可移动部件限定或限制。所述可移动部件可包括活塞、柔性壁，例如膜等。可移动部件可主动移动，使得部件的移位是压力改变的实际原因，同时它也可以是可被动(passively)移动的部件，该部件由于它两侧的压力的改变而移动或移位等。后者可例如是柔性膜与外部泵组合使用时的情况。

注意，术语“第一空腔”和“第二空腔”不涉及具体功能，而仅是将它们两个区别开的序号。名称可互换，功能也可互换。例如，第一空腔中的压力增大与第二空腔中的压力降低或两个空腔中同时发生合适的压力变化对第一空腔和第二空腔之间的压差具有相同的作用。

在特定实施例中，泵空腔也与第二空腔流体连通，其中，第一泵阀设在第一空腔和泵空腔之间，第二泵阀设在第二空腔和泵空腔之间。该实施例提供了对两个空腔中的压力的完全控制，且具有最少数量的泵。两个空腔中的压力可独立地增大或降低，且原则上仅具有单个泵。

当然，可提供一个以上的泵，或者为每个空腔均设置一个以上的泵，例如并联泵，以增大容量。装置的特定实施例还包括与第二空腔可操作连接的另外泵。这种实施例也可使得充分控制两个空腔中的压力。然而，此外，当两个泵中的一个出现故障时，该实施例仍可起作用。也可有利地使泵和另外泵可操作地连接到第一和第二空腔。

在特殊实施例中，另外泵包括另外泵室和另外可移动部件，另外泵室和另外可移动部件限定出与第二空腔流体连通的另外泵空腔。如上面对泵所作的描述，另外可移动部件可整体移位、是柔性的等，且可包括活塞、柔性膜等。在所有这些泵中，柔性膜的使用具有的优点是，泵或另外泵可以制成是气密的，这在使用例如活塞或其他可移位部件时难得多。

在特定实施例中，泵的可移动部件和另外泵的另外可移动部件包括大致连续的柔性膜。该实施例不仅包括两个泵分别包括连续膜的情况，而且还包括两个泵的膜共同形成一个连续膜的情况。后一实施例更为有利，即它通过提供单个气密膜可更容易地确保装置的气密设计，而不存在多个分离膜的边界周围出现泄漏的危险。

在第二方面，本发明提供了一种用于分析取样流体以确定取样中是否存在分析物或存在的量的方法，该分析方法包括：提供根据本发明的分析装置；在所述第一空腔中供给取样流体；按所需次数执行以下步骤：操作泵，以在第一空腔和第二空腔之间建立压差，使得取样流体的至少一部分通过基板从第一空腔流动到第二空腔，其中，返回通道阀处于关闭位置，打开返回通道阀并操作泵，以在第一空腔和第二空腔之间建立压差，使得取样流体的至少一部分通过返回通道从第二空腔流动到第一空腔。基板此时为检测步骤作好准备。该方法使得可有利地使用根据本发明的装置，即取样流体可按任何所需的次数被泵送通过基板。这样，通过增加附着到附着材料上的分析物的量、和通过增强取样流体的组分的混合提高了分析精度。在此，与取样流体的量基本是无关紧要的，这使得方法更为通用和可靠。

特别地，方法还包括使第一空腔和第二空腔之间压力平衡的步骤。通过采用这种方式，可防止总压力保持增大或残留压力干扰该方法。例如在取样流体已通过基板或通过返回通道从第一空腔流动到第二空腔或反之亦然后，或仅在所有泵送步骤中的一个或多个步骤之后，例如刚好在实际以光学等分析方法分析或检查具有流体的基板前，可执行压力的平衡。使压力平衡可通过打开一个或多个合适的阀、通过操作一个或多个泵等实现。

特别地，所需次数是两次或更多次。重复执行一系列步骤提高了分析的灵敏度。任何次数例如十次或更多次也是可以的。注意，所需次数可动态地即在执行该方法的过程中确定。例如，所需次数可根据测量信号的强度或测量信号的不存在确定。

在方法的特定实施例中，检测步骤在仍位于第一空腔和第二空腔之间的基板上进行。换言之，基板在泵送动作后没有被移动，以防止可能的污染。此外，可从很少或没有取样流体的基板侧执行检测，以防止干涉分析，例如荧光检测。在所述的方法中，这可以是第二空腔侧。可选地，可执行将取样流体泵送通过基板的另一步骤和执行从基板的第一空腔侧的分析。如果需要，所提供的分析装置可包括能够进行这种光学(或其他)检测的窗口。

在方法的特定实施例中，分析物包括DNA、RNA、多核苷酸、低核苷酸、多聚糖或蛋白质。这些物质的检测可能需要进行非常准确的分析，以确定例如病原生物或DNA等是否存在。通过重复将取样流体泵送通过基板而使灵敏度增大的本方法有利于这种分析。

在方法的特殊实施例中，基板大致水平放置。这提高了方法的精度，原因在于可较容易地确保基板的每个部分接收到相同量的取样流体。

在方法的特定实施例中，第一空腔相对于重力方向定位在基板上方。这确保了被泵送到第二空腔的取样流体始终存在于基板上方的层中，且与基板接触。这降低了会妨碍取样流体泵送通过的气泡形成的危险。基板的泡压高，从而通过反压力可以以机械方式阻止对气泡的泵送动作。否则，在泡压相当低、且气泡也将被泵送通过基板的情况下，基板将接收较少的取样流体，这将降低装置和方法的灵敏度。而且，该结构降低了要被处理的取样流体的量的变化的灵敏度。

作为一般说明，将取样流体一次泵送通过基板的时间取决于所施加的压差。通过控制所述压差，时间可得到主动控制。

附图说明

在参看附图阅读了示例性实施例的描述之后，可更清楚地理解本发明，附图包括：

图1图解地示出了根据本发明的装置的第一实施例；

图2a至2c图解地示出了在根据本发明的方法中可选实施例的使用；

图3图解地示出了根据本发明的装置的另一实施例；

图4图解地示出了根据本发明的装置的又一实施例；以及

图5a和5b分别图解地示出了根据本发明的装置的另一实施例和它的结构细节。

具体实施方式

图1图解地示出了根据本发明的装置1。在此，附图标记10表示具有第一表面12和第二表面14的多孔基板。附图标记16表示第一空腔，附图标18表示第二空腔。

泵以附图标记20表示。返回通道22经由第一开口32和第二开口30将第一空腔16和第二空腔18连接起来、且可通过返回通道阀24关闭。

取样流体导入装置26可通过取样阀28关闭。

泵20包括泵空腔40、和具有泵入口44的平衡空腔42，且通过柔性膜46隔开。

多孔基板10可以是现有技术中公知的任何合适类型的基板。例如，可使用无纺布、基于抛光和蚀刻的空心玻璃纤维或其他材料的基板、电化成型基板等。优选地，基板至少部分透过辐射，优选可透过光辐射例如紫外线、可见光或红外线。这提高了对基板进行检测的可能性。

基板10包括将第一空腔16和第二空腔18连接起来的贯通通道。如果基板被湿润，它可表现出高的所谓泡压。这意味着只有当施加了相对较高的压力时气体才可通过基板。该泡压可为几巴。相反，液体可相对容易地通过基板，只需要例如仅几个毫巴的不大的泵送压力，尽管当然泵送压力可选择得较高些，例如0.5巴，以增大通过基板的流体流量。所有这些取决于通道中的毛细管压力等。图1所示的装置1特别适用于具有高的泡压的基板10。也可提供这样一种基板10，其中，泡压和使液体通过基板所需的压力没有显现出大的差别，而或多或少是可比的。下面，图4示出了特别适合于这种基板的装置。应当指出，图1以及其他示出的图原则上适合于具有高的泡压的基板，但它们也可用于具有可比的液体泵送压力和泡压的基板，如果需要，按图4进行调整。

上面对使液体和/或气体通过基板10所作的描述特别适合于基板的大致水平定位。当水平定位时，基板10可被均匀湿润，且液体或多或少均匀地通过基板10。这对检测的均匀性和准确性产生积极作用。然而，基板10也可倾斜或甚至竖直定位，尽管这可能影响到所述检测的均匀性。

应当指出，术语“第一空腔”和“第二空腔”可以互换。这意味着，这些术语和表述仅用于区别开两个分离空腔16和18。在整个申请中，它们的功能可以互换。

取样流体导入装置26仅被非常图解性地示为一种导入通道。原则上，可提供任何所需的现有技术中公知的导入装置。取样流体导入装置26可通过取样阀28关闭。注意，当取样阀28关闭时，装置1包括完全封闭的系统，该系统包括空腔16、18和40。这大大降低了污染的危险性。

图2a-2c中更详细地说明装置1的使用。然而，应当指出，第一空腔16和第二空腔18之间的压差可通过泵20和返回通道阀24的关闭和/或打开建立和/或解除。例如，在取样流体已导入第一空腔16中的情况下，该取样流体可通过增大第一空腔16中的压力被泵送通过基板10到达第二空腔18。此外，泵20可例如通过泵入口44将加压气体导入到平衡空腔42中而沿泵空腔40的方向移动柔性膜46。在此，返回通道阀24以及取样阀28关闭。在第一空腔16中的压力增大的影响下，取样将向着第二空腔18流过基板10。

当所需量的流体已被泵送通过基板10时，释放压力。为了将取样流体从第二空腔18泵送返回到第一空腔16，返回通道阀24打开，第一空腔16中的压力例如通过平衡空腔42的排气降低，所述排气将使得柔性膜46移动成使泵空腔40增大。已被收集在第二空腔18靠近第二开口30的底部处的任何液体将通过返回通道22被泵送到第一空腔16。这由第二空腔中的压力引起的，该压力已通过增加的取样流体增大，应记住，气体不可通过基板10。如果该压力增大得不足以将取样流体泵送返回第一空腔16，则可在打开返回通道阀24之前通过使泵20的泵动作颠倒来降低所述第一空腔中的压力。随后，返回通道阀24关闭，可重复该循环。

应指出，泵20可包括在此成柔性、大致气密性的膜46的形式的可移动部件，该移动部件可主动地改变泵空腔40的容积，从而可改变第一空腔16中的压力。可选地，泵20可经由泵入口44连接到单独的泵装置(未示出)。在这种情况下，柔性膜或可移动部件通常可为被动部件。

图2a至2c图解地示出了根据本发明的装置的可选实施例及它的使用。

在所有附图中，相同的部件以相同的附图标记表示。因此，仅相关的部件将重新标示。

图2a示出了可选实施例，它包括另外泵60，该泵60具有由另外柔性膜66隔开的另外泵空腔62和另外平衡空腔64。提供另外泵60具有以下优点：第一空腔16和第二空腔18中的压力可彼此独立地增大或降低。取样流体50已经由取样流体导入装置26、取样阀28、返回通道22的一部分和第一开口32导入第一空腔16中。注意，也可提供不与返回通道22组合的单独导入通道。

取样流体50准备被泵送通过基板10。取样流体导入阀28和返回通道阀24关闭。注意，柔性膜46可能已向着平衡空腔42移动，以在泵空腔40中容纳当导入取样流体50时被从第一空腔16排出的气体体积。

在图2b中，图解地示出了根据本发明的方法的第二步骤。

在此，取样阀28和返回通道阀24关闭。第一空腔16和第二空腔18之间的压差通过泵20和另外泵60的组合动作建立，使得取样流体50向着第二空腔18流过基板10。

为建立压差，可通过泵20增大第一空腔16中的压力。在此，柔性膜46沿着箭头方向移动。可选地或另外地，可通过另外泵60降低第二空腔18中的压力。在此，另外柔性膜66沿所示的方向移动。当然，也可增大两个空腔中的压力，但使第一空腔16中的压力比第二空腔18中的压力大，或以类似方式降低压力。

如果足够多的取样流体50例如所有的取样流体已被泵送通过基板10到达第二空腔18，则压差例如通过打开返回通道阀24或通过释放泵20和/或泵60中的压力解除。

图2c图解地示出了根据本发明的方法的另一步骤。为了将取样流体从第二空腔18泵送到第一空腔16，返回通道阀24打开，同时建立了相反的压差。例如，泵20对第一空腔16施加的压力低于另外泵60在第二空腔18中施加的压力。这例如可通过沿所示方向移动柔性膜46和66建立。此外，泵20和另外泵60相应的平衡空腔可被相应地加压。可选地，泵20和60的可移动部件可自己移动，以主动地建立压力。

取样流体50将通过返回通道22和返回通道阀24从第二空腔18流到第一空腔16。如果所需量的取样流体例如所有的取样流体已被泵送到第一空腔16，压差解除，且返回通道阀24关闭。分析装置现准备重复上述循环。

通过使取样流体50如此一次或多次通过基板10，特别是以大致相同的量通过基板10的各个部分，不仅可获得使附着到基板10的附着材料上的DNA或其他分析物的量增大的非常好的检测结果，而且取样流体的组分的混合得到增强，这也有益于检测或分析精度。

图3图解地示出了根据本发明的装置的另一实施例。仅相关的部件使用附图标记标示。

在此，泵20’现包括泵送空腔40’，其容积可通过连接到活塞臂72的活塞70改变。

泵送空腔40’经由第一空腔阀74与第一空腔16流体连通，且经由第二空腔阀76与第二空腔18流体连通。

透光窗80将检测装置82与第一空腔16连接起来。

图3所示的实施例示出了不同的泵20’，该泵20’包括可沿箭头的方向移动的活塞70和活塞臂72。然而，泵起着控制压力的相同目的，且可替换其他任何实施例中的任何泵。尽管通过控制泵送空腔40’的容积对压力进行机械控制是较简单的，但可较难于建立气密性泵送空腔40’。当然，图3的泵20’可与例如图1中的泵20组合使用，以获得被良好控制的且气密的泵。而且，也可考虑采用其他类型的泵送装置，例如压电装置、热膨胀泵等。

泵空腔40’可被放置成独立地与第一空腔16和/或第二空腔18中的任一个空腔流体连通。此外，设有第一空腔阀74和第二空腔阀76。每个空腔阀可独立地被操作。当第一空腔阀74打开且第二空腔阀76关闭时，第一空腔16中的压力可通过操作泵20’改变。类似地，第二空腔18中的压力可通过相反地改变阀74和76的状态改变。这使得可执行根据本发明的分析方法所需的步骤。

窗口80可透过例如光辐射。这使得可例如通过荧光照射分析包括已附着在附着材料上的分析物的基板10。其他检测方法也是可以的，它们可能需要不同的辐射，从而需要窗口80具有不同的透光性。也可提供检测装置82，例如照相机、CCD等。注意，检测装置82是可选的。换言之，根据本发明的分析装置也可不设有检测装置82，但设有窗口80。因此，可提供作为一次性装置的分析装置，而不需要通常非常复杂和昂贵的检测装置82。

图4图解地示出了根据本发明的装置的另一实施例。该实施例特别适用于泡压与流体泵送压力可比的基板10。

第二空腔现包括接触空腔90和储存空腔94，它们被接触空腔阀92隔开。另外泵60与储存空腔94流体连通。

如果基板10具有相当低的、且与流体泵送压力可比的泡压，则基板不起着气障的作用。这使得在例如图3的第二空腔中压力增大(build-up)的情况下气体可透过基板10。注意，当取样流体存在于基板10的第一表面12上时，还将会阻止图4的第一空腔16中的压力增大。在图4的实施例中，为了防止气体从加压的第二空腔通过基板10向第一空腔16流动，提供了所述的特定结构。

首先，执行加压第一空腔16的常规步骤，以便将取样流体(未示出)泵送通过基板10到达第二空腔。当取样流体到达第二空腔时即接触空腔90时，它从基板10滴落离开，且通过接触空腔阀92流到储存空腔94，取样流体被收集在此。基本没有取样流体保留在接触空腔90中，尤其是如果接触空腔90的壁例如通过加装含氟聚合物等衬里已被制成是疏水性的。此时，将形成单液滴，它们易于例如在重力或其他任何驱动力的作用下流走。

作为下一步骤，接触空腔阀92关闭，以便防止气体通过基板10向着第一空腔16流回。此时，第二空腔，即此种情况下的储存空腔94，可通过另外泵60加压。此时，当返回通道阀24打开时，取样流体将通过返回通道22和返回通道阀24从储存空腔94向着第一空腔16流动。基本没有流体或气体直接流过基板10。随后，在关闭返回通道阀24之后，可重复上述循环。

图4中所示的实施例使得可使用具有相当低的泡压的基板。换言之，该实施使得可使用具有任何值的泡压的基板。

可选地或另外地，通过使接触空腔90薄得根本没有液滴形成而最多为薄的流体薄膜，获得了这样一种实施例，在该实施例中，例如通过荧光检测可使得液滴对检测测量结果的影响最小化。这是因为此时在接触空腔中仅形成薄膜，同时液滴仅形成在储存空腔94中。由于薄膜可使得比单个液滴薄得多，以及由于薄膜如果存在或多或少是连续的、均匀的层，因此，对这种检测测量结果的任何背景影响均可被最小化和/或均匀化。注意，如果接触空腔阀92被省掉，这种优点也存在。

图5a图解地示出了根据本发明的装置的另一实施例，图5b示出了该装置的细节。

分析装置100包括由基板支撑件104支撑的多孔基板102。

第一空腔106和第二空腔108由柔性膜110隔开、且可分别经由第一压力入口112和第二压力入口114加压。

附图标记116表示的是透光窗口，附图标记118表示的是屏蔽板。

返回通道124通向第二空腔108的壁120的排放开口122。返回通道阀以附图标记126表示。

取样流体导入装置以附图标记128表示，取样阀以附图标记130表示。

第一泵包括由柔性膜110隔开的第一泵空腔113和第一平衡空腔113’，第二泵包括由柔性膜110隔开的第二泵空腔115和第二平衡空腔115’。

装置100包括两个泵，它们可认为是被动泵。第一泵通过经由开口112将气体泵送到或泵送出所述第一平衡空腔113’而起着增大或降低第一平衡空腔113’中的压力。该压力的改变使柔性膜110向着或背向附图的左侧部分的第一空腔108鼓起，从而增大或降低第一空腔108中的压力。可选地，可通过用可主动地移动部件代替柔性膜110提供主动泵，但这将增大气体泄漏的危险。可选地，可经由另外的可移动部件直接驱动柔性膜110。这将构成主动泵。其他可选的泵也是可以的。

第二泵也起着相同的作用，它包括由柔性膜110隔开的第二空腔115和第二平衡空腔115’，且第二泵中还具有开口114。不存在主动移动部件使得分析装置100可被更可靠地、更便宜地制造。较易于将分析装置设置成可连接到主动泵的一次性部件或可更换部件。

清楚可见透光窗口116，该透光窗口106可充当用于控制分析和泵送步骤的视口，而且还可提供至检测装置的光学通路和/或所需的辐射。

基板102由基板支撑件104支撑，以便防止基板102由于其自身重量或取样流体的重量或由于压差而下垂。该基板支撑件104确保基板102相对于流过基板102的取样流体正确定位。注意，均匀流过基板102提高了分析精度。为了进一步提高精度，可提供任选的屏蔽板118。屏蔽板118用于阻挡源于一些取样流体136的辐射。例如，如果使用荧光检测器，分析受源于取样流体的荧光的影响。这种寄生荧光可穿过基板102，该基板102可以是至少部分透光的。通过提供例如成圆形或倾斜板的形式的屏蔽板118，可有效地屏蔽这种寄生荧光。注意，取样流体136的液滴可从基板102滴到屏蔽板188上，且从此处流入第二空腔108的下部。

通过参看图5b说明使用分析装置100的方法。

在图5b中，仅与描述该方法相关的部件被标注了附图标记，相同部件仍以相同的附图标记表示。

特别地，附图标记126表示返回通道124中的返回通道阀，返回通道124的一部分已通过大的不规则箭头示意性地示出。取样流体导入装置以附图标记128表示，且具有取样阀130。取样流体导入装置128可以简单地是至外部流体取样容器的连接部件。也可提供现有技术中公知的更为精密复杂的导入装置。

在使用中，取样流体136通过取样流体导入装置128、和被打开的取样阀130导入装置100中。取样流体将到达第一空腔106，在此，在基板102上形成层。接着，取样阀130将关闭，从而，使装置100相对于环境大致密封。

随后，第一空腔106中的压力可例如通过增大第一泵(未示出)中的压力增大。取样流体136将通过基板102流入第二空腔108。在这种情况下，基板具有相对较高的泡压，在几巴例如3巴左右。流体泵送压力低得多，在数十个毫巴到几百个毫巴例如30或300毫巴左右。

然后，返回通道阀126打开，第二空腔108中的压力增大，以便将取样流体136通过返回通道124泵送返回第一空腔106。由于，在本实施例中，返回通道124部分位于纸平面之外，因此，该返回通道124已以黑的不规则箭头示出。在将取样流体泵送返回第一空腔106之后，返回通道阀126关闭，可重复上述循环。

循环次数取决于各种标准。例如，如果取样流体136中的分析物和基板102中的附着材料之间良好附着，单次循环(或几次)循环即可满足分析。在其他情况下，需要较多次数的循环，例如2、3或更多。循环次数原则上不受限制。

在本实施中，第一空腔106的形状向着基板102收缩，以向着基板引导被导入第一空腔106的取样流体液滴。该形状是有利的，但不是必须的。所述引导效果可通过为第一空腔106的表面提供疏水材料或衬里材料得到进一步提高。液滴很难附着在这种材料上，将易于流向基板102。有利于防止取样流体136附着到第一空腔106周围的壁上，这是由于例如所述液滴的寄生荧光可干扰对基板102的分析。

附图中所示的和上面所述的实施例是示例性的和非限制性的。鉴于以上描述，本发明的范围由权利要求书限定。类似地，权利要求书中所使用的附图标记仅用于参看所示的一些实施例来解释权利要求书。特别地，它们并不是将权利要求书或标有这种附图标记的部件限制为附图所示的特定实施例或实施例的部件。尤其对于第一和第二空腔来说更如此。

Claims (21)

1.一种用于分析取样流体(50；136)以确定取样流体(50)中是否存在分析物或存在的量的分析装置(1；100)，所述分析装置包括：

-  基板(10；102)，所述基板(10；102)具有第一表面(12)和相反的第二表面(14)、具有从第一表面(12)贯通到第二表面(14)的多个贯通通道、且至少部分设有用于分析物的特定附着物质；

-  与第一表面(12)流体连通的第一空腔(16；106；18；108)；

-  与第二表面(14)流体连通的第二空腔(18；108；16；106)；以及

-  用于在第一空腔(16；106；18；108)和第二空腔(18；108；16；106)之间建立压差的泵(20，60；20’)，所述泵(20，60；20’)可操作地连接到第一空腔(16；106；18；108)，其特征在于，所述装置还包括：

-  单独的返回通道(22；124)，所述单独的返回通道(22；124)用于连接第一空腔(16；106；18；108)和第二空腔(18；108；16；106)，从而，使得取样流体(50；136)可从第一空腔(16；106；18；108)和第二空腔(18；108；16；106)中的一个空腔流动到第一空腔(16；106；18；108)和第二空腔(18；108；16；106)中的另一个空腔；以及

-  能够关闭返回通道(22；124)的返回通道阀(24；126)。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一空腔(16；106；18；108)和第二空腔(18；108；16；106)中的至少一个空腔包括直接与基板(10；102)接触的接触空腔(90)、储存空腔(92)和位于接触空腔(90)与储存空腔(94)之间的阀(92)。

3.如前面权利要求中任一所述的装置，其特征在于，对于取样流体，所述基板在湿润条件下的泡压高于所述基板在湿润条件下的取样流体泵送压力。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述泡压比所述取样流体泵送压力高至少10％，优选高至少50％，更优选高至少200％。

5.如前面权利要求中任一所述的装置，其特征在于，它包括位于第一空腔(16；106；18；108)和第二空腔(18；108；16；106)中的至少一个空腔周围的至少部分透光的壁(80；116)。

6.如前面权利要求中任一所述的装置，其特征在于，它还包括检测系统(82)。

7.如前面权利要求中任一所述的装置，其特征在于，它还包括取样流体导入装置(26；128)。

8.如前面权利要求中任一所述的装置，其特征在于，所述装置是大致可封闭的。

9.如前面权利要求中任一所述的装置，其特征在于，返回通道(22；124)通向位于基板(10；102相反侧的第一空腔(16；106；18；108)和/或)第二空腔(18；108；16；106)。

10.如前面权利要求中任一所述的装置，其特征在于，泵(20，60；20’)包括泵室和可移动部件(46，66；70，72；110)，所述泵室和所述可移动部件(46，66；70，72；110)限定出与第一空腔(16；106；18；108)流体连通的泵空腔(40，64；40’；113，115)。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，泵空腔(40’)也与第二空腔(18)流体连通，第一泵阀(74)设置在第一空腔(16)与泵空腔之间，第二泵阀(74)设置在第二空腔(18)与泵空腔之间。

12.如前面权利要求中任一所述的装置，其特征在于，它还包括另外泵(60)，所述另外泵(60)可操作地连接到第二空腔(18；108；16；106)。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，另外泵(60)包括另外泵室和另外可移动部件(66；110)，所述另外泵室和所述另外可移动部件限定出与第二空腔(18；108；16；106)流体连通的另外泵空腔(64；115)。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述泵的所述可移动部件和所述另外泵的所述另外可移动部件包括大致连续的柔性膜(110)。

15.一种用于分析取样流体(50；136)以确定取样流体(50；136)中是否存在分析物或存在的量的分析方法，所述分析方法包括：

-  提供根据权利要求1-13中任一的分析装置(1；100)；

-  在所述第一空腔(16；106；18；108)中供给取样流体(50；136)；

-  按所需次数执行以下步骤：

-  操作泵(20，60；20’)，以在第一空腔(16；106；18；108)和第二空腔(18；108；16；106)之间建立压差，使得取样流体(50；136)的至少一部分通过基板(10；102)从第一空腔(16；106；18；108)流动到第二空腔(18；108；16；106)，

其中，返回通道阀(24；126)处于关闭位置，

-  打开返回通道阀(24；126)并操作泵(20，60；20’)，以在第一空腔(16；106；18；108)和第二空腔(18；108；16；106)之间建立压差，使得取样流体(50；136)的至少一部分通过返回通道(22；124)从第二空腔(18；108；16；106)流动到第一空腔(16；106；18；108)。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，它还包括使第一空腔(16；106；18；108)和第二空腔(18；108；16；106)之间压力平衡的步骤。

17.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所需次数是两次或更多次。

18.如权利要求15至17中任一所述的方法，其特征在于，对仍位于第一空腔(16；106；18；108)和第二空腔(18；108；16；106)之间的基板(10；102)执行检测步骤。

19.如权利要求15至18中任一所述的方法，其特征在于，所述分析物包括DNA、RNA、多核苷酸、低核苷酸、多聚糖或蛋白质。

20.如权利要求15至19中任一所述的方法，其特征在于，基板(10；102)大致水平放置。

21.如权利要求15至20中任一所述的方法，其特征在于，第一空腔(16；106；18；108)相对于重力方向定位在基板(10；102)上方。

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