CN101258402A - 用于流体样品分析器的匣盒 - Google Patents

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CN101258402A CNA2006800189661A CN200680018966A CN101258402A CN 101258402 A CN101258402 A CN 101258402A CN A2006800189661 A CNA2006800189661 A CN A2006800189661A CN 200680018966 A CN200680018966 A CN 200680018966A CN 101258402 A CN101258402 A CN 101258402A
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Abstract

一种用于分析含有流体的样品的设备的匣盒，作为用于接收样品的流动室。流动室由大致刚性支承表面(102)形成。传感器包括电－机械转换器(92)，例如石英晶体晶片，以及例如双面粘合剂带(100)的粘合剂装置将传感器连接在支承表面上。支承表面和传感器通过薄膜相互隔开，隔膜形成双面粘合剂带的一部分，以便在支承件和传感器之间限定流动室。流动室还具有在使用中样品通过其中的开口(例如111)。形成流动室一部分的传感器与样品接触，从而分析样品。

Description

用于流体样品分析器的匣盒
技术领域
本发明总体涉及一种用于分析含有流体的样品的设备的匣盒，并且特别涉及一种具有包括电-机械转换器的传感器以便进行所述分析的匣盒。
背景技术
本发明适用于其中特别是压电转换器的转换器调整所施加的电信号的设备，例如石英晶体微量天平系统，其中转换器在其共振频率或接近共振频率的频率下振动。
转换器通常具有固定有接收器组的活性表面。该组具有朝着将被检测或分析的物质具有化学亲合性或反应性。将被分析的物质通常存在于与晶体的活性表面接触的流体内。
在表面上的接收器组和物质之间的物理、化学和生物化学反应在依附在该表面的物质(以及活性表面的其它物理性能)中造成变化，并且这会影响晶体的振动性能，特别是共振频率。对于这些影响的分析可用来获得有关物质的属性和/或属性数据。
在某些类型的公知设备中，石英晶体传感器形成连接在递送/排出系统上的流动室(flow cell)的一部分，以便将要被分析的样品输送通过流动室，使得样品与晶体接触。设备包括连接在晶体上并可以操作以便振动晶体并检测和/或测量晶体振动性能变化的驱动测量回路。
特别是在生物传感器的领域，如果将要分析流体样品中的多种不同的物质或者晶体上的接收器涂层不能使用一次以上，那么需要频繁更换转换器。
在这种方面，公知的是在可以容易插入并从设备取出的单个匣盒内提供晶体和流动室，提供电回路和样品递送/排出系统。非常需要的是一次性、但容易和可靠地安装在测量设备中的便于制造的流动室。
US6196059表示由具有粘接有晶体的环形凸肋的注射模制部件形成的匣盒。凸肋将晶体与相对表面隔开，以便限定流动室，并且注射模制部件还包括用于位于与晶体隔开的位置上的触点的凹口。触点通过电线连接在晶体上，并且在晶体和适当驱动/测量回路之间提供连接装置。
这种匣盒具有相对复杂的构造，并且因此成本相对高，特别是由于匣盒用于一次性单元。另外，晶体和下面表面之间的最小距离以及流动室的容量通过在流动室的高度上提供下部极限的凸肋限制。这可以防止流动室实现快速固定时间，并且相应地限制设备响应的速度。另外，匣盒在转换器的端子和仪器之间需要手动电连接操作，这在操作中是不方便的。
在生物化学交互作用的分析中，分析流体的所得容积通常受到限制，使得流动室的容积应该很小。同样公知的是分析物接收器交互作用的运动性能的测量会通过分析物扩散到转换器的表面来限制。为了减小这种传送限制，并且最好克服它，流动室在垂直于转换器表面的尺寸应该最小。
例如石英晶体振荡器的电化学压电转换器以没有残留应力的方式安装以及形成可靠的液密密封是这种流动室的重要设计目的。WO2128372和WO0247246披露一种用于制造密封机构的相对复杂的多部件设计，并且另外如同所述的US6196059，这造成难以获得低容积流动室的情况。
发明内容
按照本发明，提供一种用于分析含有流体的样品的设备的匣盒，匣盒包括由大致刚性支承表面形成的流动室；包括电-机械转换器以便进行所述分析的传感器；将传感器连接在支承表面上的粘合剂装置；以及将传感器与支承件隔开以便在支承件和传感器之间限定流动室的薄膜，流动室还具有在使用中样品通过其中的开口。
在传感器和支承表面之间使用薄膜和粘合剂的组合使得流动室由相对简单的部件形成，并且因此相对便宜。特别是，支承表面可采取简单的板的形式，而不是通过专用注射模制工艺形成的支承部件。
另外，由于薄膜用来将传感器与支承表面隔开，流动室可以非常薄，使得传感器可具有相对快速的响应。
最好是，薄膜邻接流动室，开口设置在支承表面内。开口可以是构成用于流动室的入口和出口孔口的两个这种开口之一。
粘合剂可包括施加在支承表面上或与其形成在一起的粘合剂层以及施加在传感器上的另一粘合剂层，使得在匣盒组装过程中支承表面和传感器上的粘合剂层接触薄膜的相对侧，以便将传感器和支承表面连接在薄膜上并因此相互连接。
但是最好是，薄膜和粘合剂装置包括双面粘合剂薄膜，最好是单个薄膜包括夹在两个粘合剂层之间的衬底层。
薄膜可方便地包括双面粘合剂带。
带可以切割成适当宽度，并且通过传统工业工艺冲制流动室的形状。
使用带来限定流动室的高度在匣盒设计中给出灵活性：具有不同高度的流动室可以通过选择不同厚度的带来简单设计。流动室的高度可以通过使用不同厚度的带而快速和便宜地改变，而不是通过用于匣盒的其它部件的模具的重新设计。较薄的带提供具有改善传送性能的流动室，但是在某些场合，较厚的带会是优选的。最好是该带是柔性的。
最好是，薄膜是非柔顺的，以确保流动室的均匀厚度以及在施加去往转换器的电连接时支承转换器的刚性表面。包括聚酯载体的薄膜是适当和优选的。粘合剂层最好包括交联材料，该材料固化以便形成非柔顺层。压敏粘合剂是优选的。
该带在一侧或两侧设置惰性衬垫，使得薄膜简单并一致性地机械施加在转换器或板上。
这种带相对便宜，并且对于不同厚度的载体和粘合剂来说容易得到。
最好是，支承表面包括板，可以有利地具有流体连接器，构成用于接合样品递送系统的互补连接器的开口，使得样品供应到流动室。
最好是，连接器设置尺寸和形状，以便与这种互补连接器配合接合。在这种情况下，连接器最好是凹形连接器，最好包括用于接收通过卡套构成的凸形连接器的通道。
凹形连接器可凹入匣盒，而不从后者伸出。这有助于匣盒的相对紧凑构造，并且在匣盒使用之前减小连接器损坏的危险。
最好是，连接器是两个这样的连接器之一，其中的一个用于连接到样品递送系统，另一个用于将流动室的出口连接到样品排出系统上。
最好是，电-机械转换器包括板，并且可例如是压电、压磁或声音传感器。更特别是，传感器可以是石英晶体微量天平。
最好是，传感器包括用于连接到操作传感器的回路上的两个电极。
至少一个电极可有利地与流动室对准。在这种情况下，电极之一可设置在连接器的该侧的流动室侧上，而另一个位于相对侧上。最好是，流动室侧上的电极是接地电极，另一电极是驱动电极。
最好是，传感器其上包括用于连接将传感器连接到回路上以便操作后者的两个电连接器的触点。这避免分开触点以及设置在匣盒上的连线的需要。
该设备有利地包括连接在支承表面上的覆盖构件，传感器介于支承传感器和覆盖构件之间。
因此，覆盖构件可以在使用之前为传感器提供保护，这给予匣盒更加牢固的结构，与具有暴露的传感器的匣盒相比，更容易处理。
最好是，覆盖构件与传感器隔开，以便不与后者接触。
这种覆盖构件基本上不施加应力或影响传感器内的张力，并且因此没有不利地影响传感器的精度。
对于电连接器来说，覆盖构件最好包括与每个传感器对准的一个开口，以便与传感器的非流动室侧上的电极接触，从而将传感器与操作传感器的回路接触。
最好是，支承表面包括另一板。至少一个所述板可有利地设置横向定位匣盒的孔口(最好是通孔)。
最好是，流动室在相对端部处渐缩，流动室的入口和出口各自位于各自一个区域内。
最好是，流动室是匣盒内的两个这样的流动室之一。实际上，在本发明范围内的是匣盒具有多个流动室(例如四个流动室)，并且设置成例如(1×4)或(4×4)的多个匣盒的联合阵列或者这种配合的组合。
按照本发明的匣盒可提供一种低容积、低成本、容易制造的流动室，该流动室适用于在分析物到转换器表面的扩散中减小传送限制，并且包括转换器，该流动室能够简单安装和连接，并且对于测量仪器来说牢固和可靠。
附图说明
现在参考附图，只通过实例，描述本发明，附图中：
图1是按照本发明的匣盒的分解透视图；
图2是匣盒的截面侧视图；以及
图3是沿着图2的线XII-XII截取的截面图；
图4是用于图1-3匣盒的石英晶体晶片(以及其上的电极)的下侧的视图；
图5是晶体的平面图(表示其它电极)；
图6是其上具有粘合剂薄膜的晶体的下侧视图；
图7-9是晶体、薄膜和电极的变型的分别与图4-6相对应的视图；
图10图形比较变型与图10以及17-19所示的传感器的阻力和Q因数。
具体实施方式
附图所示的匣盒用于石英晶体微量天平设备的一部分，该设备包括对接站(docking station)，用于将匣盒内的两个流动室的每个流动室连接到流体递送/排出系统，并将石英晶体板92形式的转换器连接到电回路上，以便振动石英，并且测量石英的振动性能。这种设备在本申请人的一同未审查的UK专利申请号0506711.1中描述。
如上所述，石英晶体板92形成附图所示的匣盒的一部分。板在一个表面上涂覆金，限定一对驱动电极96和98的图案，每个电极与两个分开的流动室的各自一个对准。板的下侧也涂覆金，以便形成公共接地电极。传导迹线(未示出)围绕板的边缘从此电极延伸到板的顶表面，以便提供使得接合板的顶表面的结尾销(Coda pin)连接到接地电极上的触点。
转换器92粘接在粘合剂薄膜100的顶表面上，其下侧粘接在板102上，其上表面构成用于转换器92的支承表面。
薄膜100是具有85微米总厚度的三层结构，并且包括夹在各自大约36.5微米厚的两个粘合剂层之间的12微米厚的聚酯薄膜载体层。在固化过程中会出现粘合剂层的收缩。用于薄膜的适当材料的实例是以商标FASTOUCH出售的双面粘合剂带。薄膜100具有两个大致菱形的开104和106。
每个开口104和106与各自电极98和96对准，并且因此与石英晶体的活性表面对准。薄膜100将转换器92与板102的上表面隔开，使得石英晶体的两个活性表面的每个表面和板102的上表面之间具有小间隙，每个间隙通过两个开口104和106的各自一个开口的边缘限界。每个间隙构成与板102的各自成对的入口/出口通道109-112连通的各自流动室。每个通道通向凹形连接器，例如大致圆柱形并具有渐缩端部的连接器114和116，每个连接器配置成接收该设备的流体递送/排出系统的各自卡套。
如图1所示，用于每个流动室的入口和出口位于后者的相对端部区域处。因此，引入流动室入口的样品将沿着流动室的长度流到出口，在此期间样品将与晶体的活性表面相互作用，并且将测量相互作用的影响。
如图1所示，流动室朝着板2的一端定位，朝着板的另一端设置与薄膜100相同材料的贴片118。此贴片的目的在于有助于将顶板120粘接在底板102上。顶板120包括在组装匣盒内容纳传感器92的凹口122，使得后者不与板120接触。但是薄膜100不延伸超过凹口122的边界，以便将两个板102、120在其前端处粘接在一起。
除了将转换器92固定就位并限定每个流动室之外，薄膜100通过粘合剂层提供适当密封，以便防止流体从流动室中逃逸。
上板120包括通孔124、125和126，在使用中对接机构的相应结尾销通过通道延伸，以便分别与电极96和98以及转换器92的每个触点接触。上板内的缺口H用来在对接机构中提供匣盒的初始位置。
两个板102和120还包括大直径孔口127-130，板120内的孔口127与板102内的孔口120对准，孔口128与孔口129对准，使得在匣盒壳体(通过板102和120限定)内具有两个大孔口贯穿通道。这些通道在使用时接收对接机构的横向定位销(未示出)，以有助于匣盒的正确定位。
在匣盒以及插入对接机构之后，以足够的力将流体歧管上的卡套压入匣盒的底板内的凹形流体连接器114、116，造成卡套变形，并且由此形成流体密封件。
接着每个结尾销延伸到匣盒上板120的各自开口124、125和126内，以便接合驱动电极，或者根据情况，接合转换器上的接地触点。
板102和120包括对于生物材料惰性的工程塑料材料。本领域公知的例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的丙烯酸类聚合物是适当的。
任选的是，聚合物可以涂覆经得起由于生物材料造成的污垢的材料。
传感器的实施例(图1-3)具有包括石英的双重通道检测板92，该板在任一侧上承载活性金层。传感器的生物化学活性侧涂覆连续的金涂层，并且接地。电驱动侧具有其中的活性区域(96、98)是圆形的图案，其中连续的矩形区域99和101延伸到石英板的边缘。这些矩形区域在活性电极和对接机构中的结尾销之间提供四个电触点。电活性侧(即承载圆形电极的该侧)还设置防护接地电极97，该电极围绕每个驱动圆形区域形成各自环形，并且用来缓冲两个或多个共振器之间的任何电串扰。
在使用中，施加在圆形电极上(经由矩形区域)的电驱动造成石英板共振。在电驱动电极与接地板电极相对时出现此共振。传统上，这造成在驱动电极的圆形区域下形成转移剪切机械模式。
但是，申请人已经发现在矩形区域内具有驱动信号造成这些区域之下的板也在接地面与矩形区域同样相对时振荡。更特别是，参考图6(表示粘合剂薄膜和电极之间的重叠部)，接地电极105的边缘和流动室的边缘(例如图6的阴影区域S)之间的每个矩形电极的区域可出现振荡，这种振荡可反射离开晶体92的边缘，或者将应力置于晶体上(由于粘合剂薄膜的限制作用)。这些作用可随着时间而变化，难以预料，并且因此不利于仪器的精度。
这种作用至少通过电极105的底部(如图4-6所示)离开晶体92的底部的间距来减小，使得在矩形部分不与接地电极重叠处在晶体边缘至少存在区域G，因此不造成不希望的振动。
现在描述图7-9所示的传感器的改进形式(形成匣盒一部分)。
图7-9所示的改进共振器结构具有许多与图1-3所示结构相同或相对应的特征，并且这些结构通过图1-3使用的参考标号加上200来表示。
在这种情况下，在与驱动电极的矩形区域299和301重叠处，接地电极205的其它部分已被去除。这种变化意味着在薄膜300接触晶体板292处相对驱动和接地电极的区域很小或没有这种区域。因此在传感器被驱动时，矩形部分之下并接触粘合剂薄膜的晶体的区域不显著振荡。因此，在共振时，板的阻力不受到由于接触此区域的薄膜的存在而造成的缓冲来影响，并且实现较低阻力和较高Q因数。
这些改进在图10的图表中表示，其中每个图的左侧柱形图示表示阻力，或者根据情况可以是第一实施例传感器的Q因数，而每个图的右侧柱形图示表示改型的相应测量。
从图9所示，电极205的下边缘350和352(即在矩形部分301和299上延伸的边缘)在与薄膜以及流动室内的开口的相应相邻边缘354和356相同的方向上倾斜。因此，电极的边缘大致与流动室的相邻边缘相符，由此进一步减小所述的重叠。
以上所述改进的结果是在用于与液体接触时，传感器具有降低的噪音以及改进的单元-单元的变化。另外，已经发现某些粘合剂的弹性性能随着时间变化，并且如果薄膜之下的晶体的大部分振动，这造成共振器缓冲的缓慢变化。由于造成基线漂移，这同样是不希望的。采样改进的结构，粘合剂和薄膜的弹性或机械性能的变化具有降低的影响。这有助于改善基线稳定性和漂移，这在某种类型的生物化学化验中很重要。
在薄膜的边缘根本不与改型电极边界的边缘重叠时，改进得到优化。但是，在显著减小重叠的情况下也实现了优于早先结构的改进。希望的是不将流动室的边界延伸太远到电极边界之外，这是由于会将未涂覆的石英暴露于分析物流体。这会造成涂层和类似物不明确地吸收到石英，这是不希望的。
从图8和9还可以看到，用于传感器的触点(即矩形部分的外端358和360)具有增加的宽度。这改进了分析设备对于结尾销和触点之间对准过程中的变化的误差。

Claims (29)

1.一种用于分析含有流体的样品的设备的匣盒，匣盒包括由大致刚性支承表面形成的流动室；包括电-机械转换器以便进行所述分析的传感器；将传感器连接在支承表面上的粘合剂装置；以及将传感器与支承件隔开以便在支承件和传感器之间限定流动室的薄膜，流动室还具有在使用中样品通过其中的开口。
2.如权利要求1所述的匣盒，其特征在于，薄膜邻接流动室，开口设置在支承表面内。
3.如权利要求1或2所述的匣盒，其特征在于，开口是构成用于流动室的入口和出口孔口的两个这种开口之一。
4.如上述权利要求任一项所述的匣盒，其特征在于，粘合剂包括施加在支承表面上或与其形成在一起的粘合剂层以及施加在传感器上的另一粘合剂层，使得在匣盒组装过程中支承表面和传感器上的粘合剂层接触薄膜的相对侧，以便将传感器和支承表面连接在薄膜上并因此相互连接。
5.如权利要求1-3任一项所述的匣盒，其特征在于，薄膜和粘合剂装置包括双面粘合剂薄膜。
6.如权利要求5所述的匣盒，其特征在于，薄膜包括夹在两个粘合剂层之间的衬底层。
7.如权利要求5或6所述的匣盒，其特征在于，薄膜包括双面粘合剂带。
8.如权利要求7所述的匣盒，其特征在于，带是柔性的。
9.如上述权利要求任一项所述的匣盒，其特征在于，薄膜是非柔顺的，以确保流动室的均匀厚度以及在施加去往转换器的电连接时支承转换器的刚性表面。
10.如上述权利要求任一项所述的匣盒，其特征在于，薄膜包括聚酯载体。
11.如权利要求4所述的匣盒，其特征在于，粘合剂层包括交联材料，该材料固化以便形成非柔顺层。
12.如权利要求11所述的匣盒，其特征在于，粘合剂层包括压敏粘合剂。
13.如上述权利要求任一项所述的匣盒，其特征在于，支承表面包括板，具有流体连接器，构成用于接合样品递送系统的互补连接器的开口，使得样品供应到流动室。
14.如权利要求13所述的匣盒，其特征在于，连接器设置尺寸和形状，以便与这种互补连接器配合接合。
15.如权利要求14所述的匣盒，其特征在于，连接器是凹形连接器。
16.如权利要求15所述的匣盒，其特征在于，凹形连接器包括用于接收通过卡套构成的凸形连接器的通道。
17.如权利要求15或16所述的匣盒，其特征在于，连接器是两个这样的连接器之一，其中的一个用于连接到样品递送系统，另一个用于将流动室的出口连接到样品排出系统上。
18.如上述权利要求任一项所述的匣盒，其特征在于，电-机械转换器包括板。
19.如上述权利要求任一项所述的匣盒，其特征在于，传感器包括用于连接到操作传感器的回路上的两个电极。
20.如权利要求19所述的匣盒，其特征在于，至少一个这样的电极与流动室对准。
21.如权利要求20所述的匣盒，其特征在于，电极之一设置在连接器的该侧的流动室侧上，而另一个位于相对侧上。
22.如权利要求21所述的匣盒，其特征在于，流动室侧上的电极是接地电极，另一电极是驱动电极。
23.如上述权利要求任一项所述的匣盒，其特征在于，传感器其上包括用于将传感器连接到回路上以便操作后者的触点。
24.如上述权利要求任一项所述的匣盒，其特征在于，匣盒包括连接在支承表面上的覆盖构件，传感器介于支承传感器和覆盖构件之间。
25.如权利要求24所述的匣盒，其特征在于，覆盖构件与传感器隔开，以便不与后者接触。
26.如权利要求24或25所述的匣盒，其特征在于，对于电连接器来说，覆盖构件包括与每个传感器对准的一个开口，以便与传感器的非流动室侧上的电极接触，从而将传感器与操作传感器的回路接触。
27.如上述权利要求任一项所述的匣盒，其特征在于，支承表面和覆盖构件各自包括各自的板，至少一个板设置横向定位匣盒的孔口。
28.如上述权利要求任一项所述的匣盒，其特征在于，流动室在相对端部区域处渐缩，流动室的入口和出口各自位于这些区域的各自一个区域内。
29.如上述权利要求任一项所述的匣盒，其特征在于，流动室是匣盒内的两个这样的流动室之一。
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