CN101262948A - 基于流过阵列的液体流的测定 - Google Patents

Abstract

盒(50)执行测定，例如多重蛋白质生物标志物测定。宽的无泡缓慢流产生自存放在盒(50)上的液体，流过捕获表面上的配体受体宽阵列(20)。雷诺数小于大约1优选在1×10^－1与5×10^－3之间的流体在区域(34)中被加热，该区域在气泡移除系统(128)之前并且包括气泡移除系统。分析物穿过压缩隔片(32)引入。排放泵(30、37)和阀(137A、B和C)的外部致动响应于流动前部的光学传感器(150、152)而产生流体。弹性片形成泵和阀隔膜，并且使混合体积(131)弹性膨胀。断开盖部位为活塞。通过从外部接触加热器将热量传导穿过该盒。平面盒体从水平倾斜，使得流体从泵送存放部(134、135)向上流至反应腔(133)至废液腔(139)，在反应前进行浮力气泡移除。通过外部读取器读取荧光，在捕获表面上采用校准、控制和参考特征。不同强度的校准特征的扩展集合能够实现自校准。

Description

基于流过阵列的液体流的测定

技术领域

本发明的领域涉及用于检测液体样本中的分析物的固相测定。

背景技术

多年来，固态表面上的配体受体-配体测定，诸如夹层测定，已经成为化学和生物研究以及诊断领域中的标准工具。例如，酶联免疫吸收测定法(Enzyme-Linked Immunoabsorbent Assays，ELISA)已经成为血液和其他体液中的蛋白质的量化分析的标准。通常，通过读取与固态表面上的配体受体-配体复合物关联的标签的荧光的量化测量值来得到测定结果。

近几十年来，人们一直努力在小的几何尺寸中同时执行多重配体受体-配体测定，从而减少试剂、工时和样本尺寸。在遗传学研究以及其他领域的情况下，尤其是在需要定性结果的情况下，已经在便携式盒中采用点型阵列的微阵列技术进行测定。

但是，在研发目前非常需要的具有高敏感性和高再现性的小型化量化测定格式的过程中，已经出现了明显的障碍。当需求更理想的特征诸如简单化、快速、经济性和广泛应用时，这些障碍甚至更大。

尤其地，在蛋白质分析物领域中，在研制小型多重免疫测定以能够直接比较或者代替体液尤其是血液中的分析物的标准ELISA结果的情况下，已经遇到明显的障碍。对于药物在人体应用和药物诊断中的定性分析来说，这种测定需要非常精确，尤其变异系数(CV)小于10。(变异系数(CV)限定为对于给定样本的重复测试得到的一组值的标准偏差与这些值的平均值之间的百分比，该系数能够推算这些值之间的变异程度。CV越低，测定就越精确，结果就越值得信赖。)

下面将示出一些实例，但并不是为了穷尽性地列出研制精确小型化测定法所遇到的障碍。

该领域的一些技术人员已经提出，平衡条件是实现测定器中的高敏感度和低变异系数的先决条件。但是，在平衡测定器中尤其难于使用非常小的样本，因为这种测定器一般是依赖于体积的。精确度和再现性取决于控制样本容积的精确度。然而，当样本容积非常小时，依赖于保持精确样本容积的测定器易于在测定之间出现变化。即使样本尺寸由自动计量系统进行控制，也会存在这种差异。

另一种建议是通过基于环境分析物理论的方法检测分析物，这需要尤其小的配体受体的点。这种尺寸的要求对生产点型微阵列的传统仪器的能力提出了挑战。而且，当读取结果时，非常小的点会造成难于得到足够的分辨率，也难于充分降低背景噪音。而且，执行这种测定所需的时间较长，一般需要超过一小时。

设计小型多重测定器的各种方法已经采用了微流体技术，流动槽道和反应腔的流动横截面一般小于0.02mm²。多种不受控的现象会影响这种系统中的结果。在测定器盒的情况下，随着液体遇到尖缘、空间断续或者表面属性的变化诸如表面粗糙度或者不同的表面张力属性而造成的液体温度变化、大气压力变化以及局部液压变化都可以产生气体微气泡，我们已经认识到，但是还没有正确地识别或者考虑。

其他方法，诸如那些采用毛细管或者渗透力以移动液体通过测定器的方法，高度敏感于特定液体和所需通过材料的特性，并且需要定制研发窄的分析物组。采用这种方法，需要与移动液体的分离槽道交叉，由此限制可在理想几何尺寸中获得的数据量并且无法在量化结果中获得理想的变异系数。

其他方法同样也存在复杂、高成本、需要专门操作者或者不适于在一次性使用的盒中执行的问题。

总体地，敏感度、可重复性、性能、成本和将结果与标准化测定进行比较的能力之间所存在的此消彼长的作用会影响到测量小型多重测定器中的分析物浓度的能力。

生物学测定的研发人员已经做出各种努力以消除与传统测定技术相关的一些约束。一项实例是通过电子测量读取一测定器。人们一直在努力研制能够采用这种方式测量血液或者其他生物液体中化学种物的存在或浓度的化学传感器。这种方法的缺点之一在于无法实现与标准ELISA结果的直接比较。其他缺陷在于需要精确控制的液体容积，并且难于同时在多重分析物上执行测定。此外，存在必须与测定器盒进行电性连接的缺陷；随着时间的过去，电性端子会出现不精确度或者需要维修。这种类型的设计也会受到上述未控制现象的影响，本发明的各个方面为此提供了解决方案。

鉴于现有方法的限制和缺陷，明显需要改善的方法以解决使用固态表面上阵列的小型化定量测定的问题，二者都相对于采用配体受体-配体系统的测定，非常普遍地，尤其地相对于免疫测定，尤其是用于体液诸如血液中的蛋白质的免疫测定。

专门需要可使用荧光检测来分析的小型化测定器，并且可比较于标准ELISA结果。尤其需要敏感的、精确的多重测定从而同时评价表示下述内容的多种标志物：疾病、药物的有效性、药物的毒性反应、或者主体是否适用于药物或药物研究。

尤其需要用于蛋白质生物学标记的非常稳定的测定技术(或者“平台”)。需要一种能够得到高度可信结果以及低变异系数的测定技术，该测定技术不受干扰，并且能够非常富余地执行其功能，可用于广泛范围的分析物、稀释程度和启动条件下。理想情况下，这种技术尤其要敏感，具有明显的通过量，能够同时执行多重测定并且采用易于使用的设备。同样，这种技术也易于实现具体测定的简单设计并且需要较少的样本或试剂以及很少地处理样本。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种测定盒，包括：承载配体受体的间隔区域的阵列的捕获表面，以及液体通过系统，该液体通过系统构造成导引具有小于大约1优选在大约1×10^-1与5×10^-3之间的雷诺数的测定支持液体缓慢地流过所述阵列，该液体包括含有配体的液体，该盒包括气体气泡移除系统，液体暴露至该气体气泡移除系统，该气体气泡移除系统用以在液体暴露至所述阵列之前将气体微气泡从液体中移除。

根据本发明的另一方面，如上所述的该测定盒还包括传热表面，液体流暴露至该传热表面以在液体暴露至气体气泡移除系统之前加热该液体，由此，液体中通过经由该测定盒的换热表面传输的热产生的气体微气泡在液体暴露至该阵列之前被移除。例如，该测定盒，用以从外部装置(例如，构造成操作该盒的装置)的加热器接收热量，该盒用以使得热量流过盒的实体至传热表面，并由此至液体。

根据本发明的另一方面，采用上述任一种结构的测定盒还包括用于存放测定中使用的试剂的部分，该盒用以实现液体与试剂的结合以产生测定支持液体，并且分别使得测定支持液体流过液体通过系统或者在暴露至传热表面的情况下流过液体通过系统，该盒用以在测定支持液体到达阵列之前使得液体暴露至气体气泡移除系统，由此，先前在液体中产生的气体微气泡在测定支持液体被导引通过阵列之前得以移除。优选地，该盒分离地存放液体和干燥试剂，它们可结合以使溶解(或者液化)该试剂。可选择地，该盒可以可由存放的缓冲液体稀释的浓缩形式存放液体试剂。

已经认识到，结合在这种盒中的气泡移除系统位于捕获表面之前，使得流过捕获表面上的液体除去有害气体微气泡，否则这些气泡会粘合至以及有效地遮蔽配体受体区域无法接触液体中的分析物或试剂。尤其地，已经认识到，有害的气体微气泡可能仅仅通过使液体上升至测定温度的操作而出现在液体中，这是由于随着液体温度的上升，液体中溶解气体的溶解度降低。同样地，已经认识到，该盒中的试剂结合操作或者其他活动会产生气体微气泡，阻碍包含分析物的液体与捕获区域的相互作用。

该盒上的气体气泡移除系统因此会最大程度地减小在盒中液体上执行的关键步骤的气泡产生作用的后果，以及随着盒中液体遇到微型尖边缘、不连续空间或者表面属性的变化诸如表面坚硬度或者盒中液体系统的不同表面张力属性而出现的诸如气压变化和局部液体压力变化的未受控现象的后果。由液体排放泵和盒的排放阀的致动产生的气体微气泡可在液体到达反应腔捕获表面之前被移除，因此，可采用简单设计的机械部件。

用于从盒装置中的液体移除气体气泡的系统可避免分析物试剂的变性以及防止微气泡干扰所进行的结合。

可采用各种气体气泡移除系统。作为本发明的另一方面，但是通过基于浮力的原理设置被动气体气泡移除系统可带来优势。这种系统可通过在执行测定期间使得该盒定向为与水平方向成预定角度而在盒的设计中成为可能。浮力促使气体气泡离开盒中的液体并且进入适当尺寸的捕获腔。该被动过程因此能够在液体在该装置中传送期间分离并且捕获存在于盒装置上的固定容积的一种或许多液体中的有害气体气泡。气体气泡可从处于极低雷诺数(N_Re)诸如小于大约1的N_Re的层流中抽出。气泡溢出区域中的选定持续时间例如在大约1与5秒之间可确保有害气泡的移除。这种装置可用于执行生物测定，诸如夹层免疫测定，并且CV低，优选为CV小于10％。

在本发明这些方面的情况下，可认识到，雷诺数N_Re小于大约1优选处于大约1×10^-1与5×10^-3之间的缓慢液体流能够使得流速和反应腔尺寸在合理的变异内进行变化，并且可广泛地选择液体和分析物，不会对测定的变异系数和敏感度造成什么影响。在这种低雷诺数下，扩散是主要机制，通过扩散将液体中分析物的均匀分布保持在配体受体的附近，因此，捕获表面上最小的局部流速变化仅仅是其次的影响。从气泡移除系统的窄槽道过渡为反应腔中的宽流例如流动宽度为0.5或1cm能够使得液体在承载许多套不同配体受体点阵列的捕获表面上以片状低雷诺数流动。每套可包含至少3个优选为10个的配体受体的复制点，这些点优选布置成横向于流动方向导向的排。这使得将在数据上执行的操作能够改善相对于每套点的测定值的敏感度和变异系数。

本发明的其他方面包括采用前述任一种结构的盒执行测定的方法。

本发明的另一方面是一种执行测定的盒，该盒包括承载直径在大约50微米与500微米之间的配体受体的点的阵列的固态表面，各点之间的间隔至少为大约等于各点的直径，该阵列的宽度大于大约0.5cm，承载该阵列的固态表面用以作为宽度超过该阵列的宽度的流动通道的一侧，在承载所述阵列的表面与相对的平行的限制流动表面之间的间隙的尺寸在大约80与300微米之间，泵送和通过系统构造成形成包含相关配体的液体样本和显现液体以小于大约1的雷诺数通过流动通道的宽度的连续流，或者能够将可检测标签粘合至已经粘合有相关配体的点的连续液体，该盒构造成能够读取该阵列的可检测标签。优选地，该间隙位于大约100与200微米之间，该泵送和通过系统构造成提供大约1×10^-1与5×10^-3之间的雷诺数的流体，例如该盒构造成具有100微米的间隙，配体受体的点为大约150微米直径，该盒构造成以大约2.7×10^-2的雷诺数流过该阵列。

本发明的另一方面是一种采用固态表面上的点型阵列执行测定的方法，包括下述步骤：(a)将直径在大约50微米与500微米之间的配体受体的点的阵列设置在固态表面上，各点之间的间隔至少大约等于各点的直径，该阵列的宽度大于大约0.5cm；(b)布置承载该阵列的固态表面，作为宽度超过该阵列的宽度的流动通道的一侧，在承载该阵列的表面与相对的平行的限制流动表面之间的间隙的尺寸在大约80与300微米之间；(c)形成包含相关配体的液体样本和显现液体以小于大约1的雷诺数通过流动通道的宽度的连续流，或者能够将可检测标签粘合至已经粘合有相关配体的点的连续液体；以及(d)读取该阵列的可检测标签。优选地，该间隙处于大约100与200微米之间，流过阵列的该流体具有大约1×10^-1与5×10^-3之间的雷诺数，例如该间隙为100微米，点为大约150微米直径，雷诺数大约为2.7×10^-2。优选地，该方法的所有步骤使用盒执行以容纳液体并且提供泵送和通过系统。

测定盒和采用盒执行测定的方法具有目前所述的本发明的各个方面，同时还有下述特征的一个或多个：

存放在盒中、待与液体结合的试剂为包含可检测标签的物质或者配体。

试剂以干态存放在盒的腔中，试剂暴露至空气，该盒用以在进行结合操作时将液体引入腔中，盒的气体气泡移除系统有效地移除由结合操作产生的空气的微气泡。

将使试剂和液体结合的盒的腔具有弹性可伸展壁部，适于响应于排入该腔中的液体进行弹性伸展，以及当液体流出该腔时弹性收缩。

该测定盒还包括至少一个液体存放腔，该液体存放腔与排放泵关联，该排放泵用以从存放腔中以连续流动的方式排出液体，使其分别流过液体通过系统或者在暴露至传热表面的情况下流过液体通过系统，该盒用以在液体到达所述阵列之前使液体暴露至气体气泡移除系统，由此，先前在液体中产生的气体微气泡在液体以连续流动的方式导向通过该阵列之前得以移除。

该测定盒包括该排放泵，包括形成液体存放腔壁部的弹性隔膜，该隔膜可由外部连续可移动致动器操作以形成连续的流。

该测定盒包括至少一个与排放泵关联的液体存放腔，该排放泵构造成以连续的流使液体从存放腔排出，该液体通过系统的出口位于液体存放腔的暴露至腔中空气的上部，该盒和泵例如弹性隔膜用以将空气从该腔中排出，随后促使液体经由气体气泡移除系统以连续流动的方式通过液体通过系统以及通过所述阵列。

该测定盒具有液体存放腔，该液体存放腔用以包含用于测定的液体的密封袋腔，该腔与用于刺穿该袋腔以释放液体的装置关联。

该测定盒具有液体存放腔，用以接纳和存放从外部引入该盒中的液体，由此，通过将液体引入该盒的步骤而在液体中产生的气体微气泡在液体流过所述阵列之前由所述气体气泡移除系统移除。

该测定盒具有液体存放腔，用以经由穿过隔板伸出的喷针或者吸管接收来自于外部的液体，该隔板包括具有刺穿通道的弹性体质量，该弹性体质量在实质压缩下相对于刺穿通道安装，该压缩有效地保持刺穿通道闭合，但是使得塑性液体供给喷针或者吸管穿过刺穿通道插入和移除。

该测定盒还包括至少一个废液腔，在流体以连续流由排出泵泵送、暴露至气体气泡移除系统并且导引通过所述阵列之后，液体流动至该废液腔，由此，液体在整个测定中容纳在所述盒中。

该测定盒用以使得在执行测定期间，捕获表面和捕获表面上的流体流具有向上的程度，该废液腔位于所述盒中以接收已经通过所述捕获表面的液体的重力流。

该测定盒大体为平面并且构造成在执行测定期间与水平方向成一实质角度，从而将捕获表面设置成沿液体流向上端的方向向上延伸，并且设置废液出口，以使重力流从捕获表面的上端流向废液腔。

该测定盒具有液体通过系统，该液体通过系统包括至少一个可致动阀，在液体暴露至气体气泡移除系统之前液体流过该阀，由此，由液体流过该阀而在该液体中产生的气体微气泡在液体导引流过所述阵列之前被移除。

该测定盒具有阀，该阀包括液体流过的阀座，该阀座限定入口和出口通道，弹性隔膜延伸过该阀座并且可移位以接合该阀座从而切断流体。

该测定盒具有止动阀，其后为表面张力冲胀阀，该冲胀阀能够在阀关闭时阻断通过该止动阀泄漏的流动液体，但是在流体压力下，能够传送液体以流过所述阵列。

该测定盒具有流体通过系统，该流体通过系统用以在液体暴露至气体气泡移除系统之后使得小于大约1优选为1×10^-1与5×10^-3之间的雷诺数的液体多于一次地缓慢流过所述阵列。

该测定盒用以执行夹层测定，其中测定的液体流暴露至气泡移除系统，该盒包括用于液体样本和在夹层测定中采用的所有物质的存放部分，该盒具有至少一个废液腔，该盒用以在执行夹层测定的整个过程中包含所有液体。

该测定盒具有捕获表面，该捕获表面采用延伸的宽度并且承载二维阵列的配体受体区域，该区域包括特征尺寸在大约50μm与500μm之间的点，液体通过系统包括在捕获表面之前的过渡部分，其将连续缓慢液体流分散至对应于捕获表面宽度的宽度。

该测定盒具有暴露至缓慢液体流的捕获表面，在流动方向上和横向于流动方向的方向上具有至少大约0.5cm的尺寸。

该测定盒在捕获表面之前具有流动过渡部分，在所述流动过渡部分之前的流体的横截面面积为大约0.25mm²或更少，在捕获表面上的缓慢流体的横截面面积为至少0.75mm².

该测定盒承载至少3个复制区域，在该区域中，多个配体受体的每个布置成横向于液体在捕获表面上的流动方向，优选地，捕获表面上的阵列在与给定配体受体的区域邻近的区域中包括受体所特异的已知数量的配体的参考区域。

该测定盒的气泡移除系统优选包括液体所暴露的至少一个浮力腔。

该测定盒大体为平面的并且构造成在执行测定期间与水平方向成一实质角度，从而将移除气体气泡的浮力腔设置在被导向至捕获表面的液体所流经的排出口上方。

该测定盒构造成与水平方向所成的实质角度将捕获表面定位在流体过渡通道上方，该通道接收来自于浮力腔的液体并且将液体流扩散至与捕获表面的宽度对应的宽度，该过渡通道构造成以连续向上的流动导引液体通过捕获表面。在一项优选方式中，该测定盒构造成使得与水平方向成的实质角度设置时，定位废液出口以接收跟随捕获表面上重力作用下流向该盒中的废液腔的流动的液体。

该测定盒包括具有出口通道的液体存放腔，该盒构造成与水平方向成实质角度时，将存放腔定位在捕获表面下方，该存放腔与外部可致动的排放泵关联，该排放泵有效地促使存放腔中的液体以连续流动的方式通过浮力腔并且向上经过捕获表面到达废液出口。

该测定盒在操作取向中包括具有上部和下部的浮力腔，液体入口和液体出口，液体入口和出口二者以流动对齐的关系位于下部附近。

该测定盒具有浮力腔并且构造成通过存放在盒中的液体初始填充浮力腔，并且使得盒的多个液体顺序地、以在浮力腔入口和出口之间层流流动的方式流过如此填充的腔。

该测定盒构造成在大约1至5秒的时间段内使每次增加的液体流暴露至浮力腔。

该测定盒具有浮力腔，该浮力腔包括模制在塑性体表面中的凹陷和模制在塑性体表面中用于将液体引导进入和离开该凹陷的槽道，粘合片覆盖该模制凹陷和槽道并且粘合至模制体中界定该凹陷和槽道的表面的部分。

气泡移除系统包括流体所暴露的至少两个连续的气泡捕获区域。优选地，气泡捕获区域用以在浮力作用下使得气泡上升。在优选形式中，该浮力腔构造成使液体从入口沿着能够使气泡在浮力作用下上升以进行捕获的路径流动至出口，沿着该液体路径和在该液体路径上方间隔至少一个分隔壁，从而限定暴露至该路径的上游和下游气泡捕获区域，使得入口处的液体流中的大气泡例如在液体初始填充浮力腔期间趋于被捕获在上游捕获区域中，由此使下游捕获区域接收液体流。在一项优选形式中，该分隔壁在向上区域中终止，在该向上区域上方，进入下游区域的液体填充位于堵塞在上游区域下部中的任何气泡上方的上游区域。在一项优选形式中，浮力腔包括模制在塑性体中的凹陷，模制的直立肋部限定分隔壁，粘合片覆盖该模制凹陷并且粘合至模制体中界定该凹陷的表面部分并且粘合至模制肋部的外边缘。

本发明的另一方面是用于测定盒的模制体，该模制体限定至少一个模制容器，该容器的深度适于容纳测定液体和模制表面壁，该模制容器在表面侧平面处敞开，该模制表面壁具有大体与表面侧平面对齐的外表面，该表面壁的外表面具有形成用于将液体从容器引导至该盒的测定区域的液体通道的至少一个模制槽道，该表面壁的厚度基本上小于该容器的深度并且在从该模制体的背侧敞开的加热器腔处具有背表面，该加热器腔用以可拆卸地容纳配合构造的外部加热器，从而以面对面的传热接触接合表面壁的背表面的部分，从而由通过模制表面壁的厚度的热传导来加热在该模制槽道中流动的液体。

这一方面的优选实施例具有下述特征的一个或多个。

芯片容纳开口限定在表面壁中以容纳和定位测定芯片，使得芯片限定表面壁的模制槽道导引液体所进入的反应腔，模制体中的加热器腔在芯片容纳开口下方延伸以使芯片暴露，从而与外部加热器形成面对面传热接触，由此由通过测定芯片厚度的热传导加热反应腔中的液体。优选地，芯片背侧的一部分暴露至温度传感器来控制加热器的激活。

容器为分析物接纳容器，布置成排入位于布置成接收加热器的热量的表面壁的部分中的换热轮廓的模制槽道，优选为盘旋轮廓。

至少一个液化腔的一侧模制为表面壁的一部分中的凹陷，液体槽道导引液体通过该表面壁，表面壁的这一部分具有暴露为与外部加热器接合的背表面，以进行面对面传热接触，从而由通过模制表面壁的厚度的热传导加热液化腔中的液体。

气泡移除装置的一侧模制为液体槽道将液体导引所通过的表面壁的一部分中的凹陷，表面壁的这一部分具有暴露为与外部加热器接合的背表面，以面对面传热接触，从而由通过模制表面壁的厚度的热传导加热起泡移除装置中的液体，优选地，该气泡移除装置采用液体填充气泡捕获器。

测定盒包括模制体以及固紧在容器和模制体表面壁上的盖组件，该盖组件包括覆盖在该容器上的弹性隔膜部分，该隔膜部分适于被偏移从而使液体通过模制槽道从容器中排出，优选地，表面壁的一部分采用阀座的形式模制，该盖组件包括适于偏移以接合阀座从而使流动停止的隔膜部分。

该模制体大体为平面并且至少基本上由在相应平行面之间延伸的基本恒定深度的周向壁限定边界。

该模制体的表面壁的背表面为平面，优选地平行于该盒的表面侧和背侧平面，并且布置成与加热器的平面热输送表面接合。优选地，该加热器包括安装在弹性平面垫上的柔性片状耐热加热器，该弹性平面垫承载在刚性平面板上，该刚性平面板以浮动的方式安装，能够使模制体和加热器的对应平面表面自调整为面对面的传热接触。

本发明的另一方面为用于测定盒的模制体，该模制体包括至少一个模制容器，该容器的深度适于容纳测定液体和模制表面壁，该模制容器在表面侧平面处敞开，模制表面壁具有大体与表面侧平面对齐的外表面，该表面壁的外表面具有形成用于将液体从容器引导至该盒的测定区域的液体通道的至少一个模制槽道，该表面壁的前表面是平面的并且粘合至粘合片的粘合侧，粘合片的至少一部分覆盖在该表面壁中的槽道上，使该槽道的相应侧闭合。在优选形式中，粘合片在其相对导向侧上承载粘合剂，该粘合片具有至少一个对应于液体容器或者阀座的窗口，粘合片的一个粘合侧粘合至表面壁，相对导向的粘合侧粘合至弹性隔膜片，该弹性隔膜片的覆盖在窗口上的一部分在模制体中的相应特征处限定可偏移泵隔膜或阀隔膜。在优选形式中，包括在其相对导向侧上承载粘合剂的第二粘合片，第二粘合片的一个粘合侧粘合至隔膜片的外侧，相对导向的粘合侧粘合至相对刚性的盖部件。在优选情况下，在覆盖泵容器的第二粘合片中存在窗口，覆盖泵容器处的隔膜的盖的断开部分构造成从该盖断开从而作为泵活塞头，用于响应于外部施加的致动力偏移该隔膜的相应部分。优选地，该盖的断开部分粘合至隔膜片的对应外表面部分。

该测定盒构造成以产生与受体和配体的复合物相关联的发光标签的规程使用，该盒具有用以读取从该标签发出的光的窗口，优选地，该捕获表面包括小于1微米厚度的硝酸纤维素层。

该测定盒构造成用于光学读取的一次性使用的夹层测定盒，该盒可由外部设备操作，并且具有液体存放腔和关联的排放泵，用于产生包含分析物配体的液体样本的连续流动，至少第二液体存放腔和关联的排放泵，用于产生完成该测定所需的测定支持液体的流动，流通反应腔，其中设置有具有延伸宽度的捕获表面，至少一个废液腔，用于接收来自于反应腔的废液，该液体通过系统包括将液体流散布至捕获表面的宽度的流动过渡部分，该捕获表面承载包括配体受体的间隔的复制区域的二维阵列，该捕获表面用以进行光学读取，该液体通过系统包括用于将样本和测定支持液体在捕获表面上导引流过反应腔的流动网络，排气装置，用于由通过该系统的液体排出的空气，以及换热表面，布置成接收热量以使液体在进入气泡移除系统之前升温至大约理想的测定温度并且将反应腔保持在测定温度，该存放腔的液体排放泵，该流动网络包括关联的气体气泡移除系统和过渡部分，该反应腔构造成使捕获表面上的液体序列产生具有小于大约1的雷诺数的相对宽的流动，由此至废液腔。

该测定盒构造成一次性使用的夹层测定盒，液体所暴露的传热表面与该盒的外表面形成传热关系，该盒的外表面适于与外部设备的加热器部件形成受热关系。

该测定盒具有气泡移除系统，在操作取向上，该气泡移除系统包括适于容纳液体的向上延伸的浮力腔，该浮力腔具有上部、液体入口和液体出口，该液体出口的位置低于浮力腔的上部，适于浸入浮力腔的液体中，从浮力腔的上部具有排气通道。这一特征的两项实施例目前是优选的。在一项实施例中，该浮力腔连通于与该盒的废液腔关联的通气口，直到浮力腔接收液体，第一表面张力冲胀阀关联于从浮力腔的液体出口引出的通道，该第一冲胀阀用以有效地防止液体流过浮力腔，直到该腔填充有液体，排气通道包括位于浮力腔上部区域中的多气孔但是阻断液体的元件，允许空气从该腔中排出但是阻断流体的通过。在另一实施例中，浮力腔连通于与该盒的废液腔关联的通气口，直到浮力腔初始填充液体，第一表面张力冲胀阀与从浮力腔的液体出口引出的通道关联，第二表面张力冲胀阀连通于与排气通道关联的浮力腔的上部，第一冲胀阀用以有效地防止液体流过浮力腔，直到该腔填充液体，第二冲胀阀用以有效地在浮力腔填充液体之后防止液体从浮力腔的上部流下。

根据本发明的另一方面，测定盒尤其结合用于受体配体的捕获表面，用于以小于大约1优选为1×10^-1与5×10^-3之间的雷诺数使液体流动的液体通过系统，具有温度控制区域，该区域构造成使得与该测定关联的所有液体达到大概测定温度，具有气体气泡移除系统在液体所暴露的温度控制区域之后，然后液体到达捕获表面，该气体气泡移除系统用以从液体中移除气体微气泡以提高液体中配体的捕获，并且包括适于容纳液体的向上延伸的浮力腔并且具有上部、液体入口和液体出口，该液体出口的位置低于浮力腔的上部，适于浸入浮力腔的液体中，在浮力腔的上部具有排气通道。

根据本发明的另一方面，在该具有浮力腔的测定盒的实施例中，该液体通过系统构造成采用第一存放容积的液体初始地填充浮力腔，使得连接为使另一液体流动通过浮力腔的其他流动通道在填充浮力腔期间被隔离并且保持为空，该浮力腔的尺寸适于当液体被促使通过所述其他流动通道至浮力腔时接收和容纳由所述空通道排出的空气，而不将浮力腔的液体出口暴露至填充浮力腔的上部的空气。

在本发明各个方面的实施例中，该测定盒包括长度为大约8cm或者更少、宽度为大约5cm或者更少的矩形形状的大体平面模制体，构造成在使用时设置成纵向轴线与水平方向成一实质角度的导向；在该取向上，该模制体的基本下半部分以并排的方式限定用于缓冲液体袋腔的存放腔、用于以干燥的方式存放在其中的检测配体的腔以及用于以干燥的方式存放在其中的荧光标签试剂的腔；包含邻近该模制体的相对纵向端定位的捕获表面的反应腔，至少一个存放腔侧向于反应腔的一侧设置，定位成接纳来自于该反应腔的废液的重力流；以及温度控制区域，布置成在液体进入气体气泡移除系统之前加热液体。

根据本发明的另一方面，一种执行测定的方法，包括设置前述任一构造的测定盒和适于控制该测定的外部设备，将样本引入该盒的样本腔，根据预定的测定规程，在外部设备的控制下执行该测定，包括在选定的持续时间内使样本和支持液体以小于大约1优选处于大约1×10^-1与5×10^-3之间的雷诺数连续地流过捕获表面，并且读取该盒的捕获表面。

根据本发明的另一方面，一种执行夹层测定的方法包括设置从前述类型中的任何一个选出的用于夹层测定的测定盒，以及适于控制该测定的外部设备，其中，该捕获表面承载特异于分析物分子的配体的配体受体的复制区域阵列，将包括分析物的液体样本引入样本腔，并且根据适于光学读取的预定夹层测定协议，在该外部设备的控制下，以小于大约1优选处于大约1×10^-1与5×10^-3之间的雷诺数使得流体连续地顺序地在预定流速下在预定的时间内流过该样本的反应腔，并且以适当的次数使测定支持液体连续地流过，并且光学读取该盒的捕获表面。在一些情况下，该捕获表面承载以特异于分析物分子的抗体或抗原形式的受体配体的复制沉积，该样本包含分析物分子。

本发明的另一方面是一种只采用盒中容纳的液体确定液体样本中的至少一种分析物的浓度的方法，包括下述步骤：(a)设置盒，该盒包括：(i)对于每种分析物，捕获表面具有固定结合试剂，该试剂具有特异于分析物的复制结合部分，该结合试剂在捕获表面上分为一组至少三个空间上分离的位置；以及(ii)液体显现系统，该系统能够提供至少一种液体，通过粘合产生信号的标签而显现分析物和结合试剂的复合物，从而通过信号的强度量化示出结合至每个部分的分析物的量；(b)将液体样本插入该盒中的存放容积；(c)由存放的样本以受控率在捕获表面上以预定的间隔产生液体样本的连续流动，从而实现将至少一种分析物结合至结合试剂的相应部分；(d)通过由存放在该盒上的液体显现系统以预定的持续时间以受控率在捕获表面上产生液体的至少一个连续流动来将分析物和结合试剂的复合物显现在各部分，其足以将标签结合至各位置的该复合物，从而量化示出结合至每个位置的分析物的量；(e)用存放在该盒上的液体，冲洗捕获表面以移除能够产生假信号的未结合材料；(f)测量由捕获表面上的标签产生的信号从而获得表示由分析物占据在每个位置处的结合部分的比例的值；以及(g)对相应于位置组的值进行操作，从而确定液体样本中的分析物的浓度值。

该方法的优选实施例具有一个或多个下述特征：

对该方法中每次增加的液体流进行加热，并且在流过捕获表面之前在大约1至5秒之间的时间段内暴露至气泡移除区域。

用于该方法的结合试剂的位置的每个集合包括至少5个位置，在数值集合上执行的操作包括舍弃至少一个最高值和至少一个最低值并且采用中间值确定平均值。

在该方法中采用的显现系统包括能够基于在所述位置结合的分析物的量而结合在每个位置的检测试剂，以及能够结合至检测试剂的信号产生标签，该方法包括顺序地产生包含检测试剂的液体和包含标签的液体的连续受控流。在许多情况下，优选地，结合试剂为抗原或抗体，分析物分别为抗体或抗原。

该方法采用荧光标签并且通过激发该标签和测量所得的荧光执行测量。

该方法通过所述结合试剂的至少三个位置以跨过用于连续流过捕获表面的流动路径的宽度的排进行分布而执行。在优选情况下，该方法包括使用承载预定浓度的分析物的执行校准的沉积的至少一排位置，对这些位置进行显现、测量并且采用这些位置以将信号关联于浓度并且判定该系统已经正确地执行。在优选情况下，存在校准位置，这些校准位置具有不同已知浓度的分析物沉积。

该方法在流过捕获表面的流体为大约1或更低的雷诺数，优选为1×10^-1与5×10^-3之间的情况下执行。

该方法用于筛选血浆库，其数量仅仅是有限的。该方法可减小每次测定所需的样本容积，增加血浆库的用途和价值。

本发明的其他方面涉及盒特征的其他组合和它们的使用方法。

根据另一方面，一种测定盒构造成响应于外部设备的控制执行预定的多流路测定，包括：具有延伸宽度的捕获表面的反应腔，该捕获表面承载配体受体的间隔区域的二维阵列，该二维阵列包括多种配体受体的每个的至少三个复制；用于液体样本的存放腔，用于由该测定所需的至少一种物质的存放部分，以及至少一个废液腔，该盒用以包括在执行测定的过程中在测定中使用的所有液体；换热表面，布置成接收热量以使液体在进入反应腔之前升温至大约理想的测定温度并且将反应腔保持在大约这样的测定温度；以及限定流动网络的液体通过系统，包括将液体流分散至对应于捕获表面宽度的宽度的过渡部分，该盒适于在外部设备的控制下根据多流路测定规程将来自于存放腔和存放部分的连续流持续导引过扩展宽度的捕获表面到达废液腔。在优选实施例中，该测定盒包括气体气泡移除系统，该盒构造成使得液体在到达阵列之前暴露至气体气泡移除系统，由此，在液体中由温度变化产生的气体气泡可在液体导引经过该阵列之前被移除。

具有这一方面特征的测定盒的实施例可具有上述一个或多个特征或者下述一个或多个特征：

该测定盒构造成与在阵列上产生发光标签的规程共同使用，该发光标签关联于受体和配体的复合物，该盒具有窗，用以读取由与捕获表面上受体和配体的复合物关联的标签发出的光。

该测定盒具有包括至少一个阀的流动网络，该阀由通过外部设备施加的致动运动操作从而改变流动网络中的流动路径。

该测定盒具有流动网络，该流动网络包括至少一个检测站，适于接纳检测光束并且使得该检测光束通过流动通道并由此进入检测器，使得检测器处的光束由于在检测站处流动通道中出现液体-空气交界而以可检测的方式改变，所述改变的光束由外部设备在执行测定期间用作控制信号。在该特征的优选实施例中，检测站包括镜，构造成在光束通过该通道之后反射该光束，将该光束通过该通道返回至外部设备的检测器，或者检测站限定光束到达通道的与该光束被接收的一侧相对的侧部上的检测器的路径。

该测定盒包含存放在可折裂袋腔中的测定支持液体，该流动网络结合有用作检测抗体或抗原的干燥物质的结合腔和用于干荧光或发光标签试剂的第二结合腔，该流动网络与可由外部设备操作的阀关联，用于使连续的流体持续地流过样本的反应腔，缓冲液体中的检测抗体或抗原，缓冲液体中的标签试剂，并且冲洗。在该特征的优选实施例中，该测定盒构造成经由从存放腔延伸的干燥冲洗通道通过流动网络输送冲洗液体，或者其构造成经由检测抗体或抗原流动通道输送冲洗液体。

根据本发明的另一方面，设置一种测定盒，包括：承载配体受体的间隔区域的二维阵列的捕获表面，至少一个液体存放腔，该液体存放腔与排放泵关联，该排放泵用以从存放腔中排出液体以流过液体通过系统以及流过该阵列，通气废液腔，液体在导引流过捕获表面之后被导引至该通气废液腔，该盒用以使得在执行测定期间，捕获表面位于废液腔上方，该废液腔布置在盒中从而接收已经经过捕获表面的液体重力流。以该方面为特征的实施例可具有一个或多个上述特征或者下述特征：

该测定盒构造成在测定位置相对于停止位置成一角度，其中通气结构包括与废液腔连通的通气口，该通气口包括可渗透空气直到湿润的材料，该材料设置成当盒处于测定位置时不会被废液腔中的液体浸湿，当盒在使用后处于停止位置时由废液腔的液体浸湿。

根据本发明的另一方面，提供一种测定盒，包括承载配体受体的间隔区域的二维阵列的捕获表面，以及限定流动网络的液体通过系统，该流动网络构造成导引包含配体的液体流经过该阵列，该测定盒的主体大体为平面的，限定至少一个液体存放腔和至少一个与流动网络的通道关联的阀座，该盒具有大体为片状的与主体的第一侧配合的弹性部件，该片状弹性部件具有覆盖液体存放腔的部分以限定响应于外部设备的线性泵致动器使该腔中的液体排出的排放隔膜，该片状弹性部件具有覆盖阀座的部分，以限定响应于外部设备的线性阀致动器的阀隔膜。

以这一方面为特征的实施例可具有上述特征的一个或多个或者下述特征的一个或多个：

该测定盒限定样本液体腔和缓冲液体腔，每个腔都与泵隔膜关联，以及用于与流动网络的通道关联的阀的至少两个阀座，片状弹性部件的部分限定分别用于液体腔和阀的泵隔膜和阀隔膜。

该测定盒包括包含将与液体结合的材料的结合腔，该片状弹性部件具有覆盖该腔的部分，以限定一弹性隔膜，该弹性隔膜适于分别响应于液体存放腔的液体向前流入和向后流出该结合腔而进行膨胀和恢复。相对刚性的模制盖可位于该隔膜上，该盖具有面对该隔膜的模制腔，限定在结合操作期间用于隔膜和液体的膨胀腔。该结合腔可与构造成在产生压力和产生吸力方向进行操作的排放泵关联。

该测定盒具有模制体，在一侧上限定液体通过系统、阀座和液体存放腔的容积，在其相对侧上限定用于接收从外部设备的加热器部件传来的热量的传热表面。

该测定盒具有相对刚性材料的盖，位于该盒的主体的外部并且在该盒主体的侧部上延伸，该盖的断开部分覆盖排放隔膜并且通过可断开连接件连接至该盖的周围部分，该盖的断开部分适于通过外部设备的线性致动器接合在其外部上，使得该致动器的初始位移使可断开连接件断开从而形成断开部分的活塞表面，该致动器的持续移动使断开部分和接合隔膜移动以排除隔膜下方的液体进入液体通过系统的一部分。

该测定盒具有观察窗，覆盖该观察窗的盖形成挡光件从而基本上限制光暴露至捕获表面上的点形阵列。

该测定盒具有液体存放腔，用以接收和存放用于测定的液体密封袋腔，并且从该隔膜伸出，一凸起能够刺穿该袋腔从而释放液体以进行泵送。该盒的相对刚性的盖的断开部分可承载该凸起，施加至该盖的断开部分的外部致动力可有效地分离该断开部分，并且促使该凸起刺穿该袋腔。该凸起和弹性隔膜可采用预定的方式形成单元，即该凸起延伸穿过该隔膜，并且在该隔膜与断开部分之间延伸的密封围绕该凸起延伸。

根据本发明的另一方面，设置一种测定盒，包括：承载配体受体的间隔区域的阵列的捕获表面，液体通过系统构造成导引包含配体的液体流过该阵列，至少一个液体存放腔，该液体存放腔与采用形成液体存放腔壁部的弹性隔膜形式的排放泵关联，该隔膜用以从存放腔中排出液体以流过液体通过系统以及流过该阵列，该液体存放容积构造成接收和存放用于测定的液体的密封袋腔，并且突出超过该隔膜，一凸起能够刺穿该袋腔以释放用于泵送和流过该阵列的液体。

以该方面为特征的实施例可具有上述特征的一个或多个或者下述特征的一个或多个：

该测定盒具有以预定的方式形成单元的凸起和弹性隔膜，其中该凸起延伸穿过该隔膜，并且在该隔膜与断开部分之间延伸的密封围绕该凸起延伸。

在使用之前，该袋腔保持定位，与隔膜和凸起分离。该袋腔必须具有间隔部件，构造成将该袋腔与隔膜分隔开，同时在隔膜移动时使该袋腔可通向该隔膜。

根据本发明的另一方面，设置一种测定盒，包括：承载配体受体的间隔区域的阵列的捕获表面，液体通过系统构造成导引包含配体的液体流过该阵列，液体存放腔，该液体存放腔构造成经由穿过隔片的喷针或吸管接收来自于外部的液体，该隔片包括具有刺穿通道的弹性质量，该弹性质量以相对于刺穿通道的实质压力进行安装(例如，在压力下横向于该通道安装，例如径向)，该压缩有效地保持该刺穿通道关闭，但是使得塑性液体供给喷针或吸管插入该刺穿通道以及从中移出。

根据本发明的另一方面，设置一种可由外部设备控制的测定盒并且包括：承载配体受体的间隔区域的阵列的捕获表面，液体通过系统构造成导引包含配体的液体流过该阵列，该液体通过系统包括流动网络，该流动网络包括至少一个检测站，适于接纳检测光束并且使得该检测光束通过流动通道并由此进入检测器，使得检测器处的光束由于在检测站处流动通道中出现液体-空气交界而以可检测的方式改变，所述改变的光束由外部设备在执行测定期间用作控制信号。该检测站可包括镜，构造成在光束通过该通道之后反射该光束，将该光束通过该通道返回至外部设备的检测器，或者检测站限定光束到达通道的与该光束被接收的一侧相对的侧部上的检测器的路径。

根据本发明的另一方面，测定盒包括：承载配体受体的间隔区域的阵列的捕获表面，液体通过系统构造成导引包含配体的液体流过该阵列，液体存放腔布置成经由液体通过系统的一部分排放入包含待与液体结合的材料的结合腔，该结合腔具有由弹性隔膜限定的壁部，适于分别响应于液体向前流入其存放腔和向后流出其存放腔而膨胀和恢复。待与液体结合的材料可以是在使用前存放在该腔中的干燥的检测抗体、抗原或者标签试剂。相对刚性的模制盖可覆盖在该隔膜上，该盖具有面对该隔膜的模制腔，限定用于该隔膜和液体的膨胀腔。该腔可与构造成以压力产生和吸力产生方向操作的排放泵关联。

根据本发明另一方面，设置一种测定控制设备，用于采用上述任何一种测定盒执行测定，该盒具有与液体存放腔关联的至少一个可移动隔膜，从而形成排放泵，该设备具有线性致动器，用以逐渐地在受控的时间段内移动该可移动隔膜从而通过该液体通过系统并且在该盒的捕获表面上产生液体的定时连续流。

该测定控制设备可具有下述特征的一个或多个。

该测定控制设备具有多个与具有对应数量的隔膜排放泵的测定盒使用的具有类似结构的线性致动器。

该测定控制设备具有用于接合该盒的隔膜止动阀的一个或多个阀致动器。

该测定控制设备具有盒接收站，用以将盒设定成相对于盒的停止位置与水平方向成一实质角度，从而在操作位置导引气体气泡移除腔并且设置废液腔以从捕获表面通过重力流接收废液。

该测定控制设备结合有光学读取器。

该测定控制设备结合有用于检测盒的液体通道中液体空气交界是否出现的光学系统。

根据本发明的另一方面，测定系统包括盒和测定控制设备，该盒包括承载配体受体的间隔区域的阵列的捕获表面，以及液体通过系统，该液体通过系统用以导引雷诺数小于大约1的测定支持液体缓慢流过该阵列，该液体具有包含配体的液体，该盒包括气体气泡移除系统，液体暴露至该气体气泡移除系统，该气体气泡移除系统能够在液体暴露至所述阵列之前将气体微气泡从液体中移除，该测定盒的气泡移除系统包括至少一个液体所暴露的浮力腔，该测定控制设备具有盒接收站，用以将盒设定成相对于盒的停止位置与水平方向成一实质角度，从而将该盒的浮力腔导向在操作位置并且将废液腔设置成从捕获表面通过重力流接收废液。

这一方面的实施例可具有用于测定控制设备和用于具有移除气体气泡的浮力腔的盒的任何特征。

上述发明的方面能够稳定地在小型格式中高灵敏度地并且高精度地实现多重配体受体-配体测定，并且解决以低成本高可靠性的方式实施的问题。

本发明的另一方面是总体改善在极低雷诺数(N_Re)下执行的微流体生物学测定。这种测定取决于分析物的扩散行为，因为扩散所进行的分子移动大于液体移动所实现的分子移动。扩散属性(通过扩散进行混合的时间)会受到液体温度的强烈影响。用于水中生物分子的扩散系数与测定的绝对温度成正比，与水的粘度成反比。例如，当测定温度从25摄氏度上升到37摄氏度时，扩散系数扩大1.34倍，通过扩散进行混合从而达到相同测定条件的时间减小相同的量。基于蛋白质的生物测定通常在已经达到平衡条件之前终止，因为平衡可能需要长达几个小时。非常需要优选将分析物加热至正常体温，而不是达到室温或者存放温度。这里所述的本发明的各个方面能够实现这点而不会造成损害。

本发明的另一方面通常涉及将微流体系统应用至基于蛋白质的生物测定中的缺陷，与对液体通过小槽道进行检测的困难有关。空气与水在小于100微米厚度的槽道中的吸收差异非常小，当在近红外观察时峰值仅为只使用空气时的0.5％。这里所示的本发明的各个方面并非通过检测液体中的变化而是通过检测液体与空气交界中的变化而解决这一难题，其中液体与空气的交界由于在该交界处的折射率而出现。

本发明的另一方面总体涉及微液体中的缺陷，关于将包含蛋白质诸如血清的样本通过窄的一般为不锈钢的喷针导入微液体装置的必要性，该喷针具有高的内表面面积vs容积。这似乎是必要的，因为用于密封装置断开的隔片采用高度刚性和不可渗透的材料制成。该材料的刚性被认为足够形成充分的密封以确保该装置不会泄漏。这已经成为一项劣势，因为通常使用的塑料吸管末梢的尖锐程度并非足够刺穿刚性隔片，因此不能用于将样本注入该装置中。横向或径向压缩的预刺穿隔片形成执行基于蛋白质的生物测定的微液体装置，其采用可通过钝器刺穿的隔片密封，优选地通过具有较厚孔的器件，诸如塑料吸管末梢。

在本发明的另一方面，设置防止用户不正确地操作微液体盒装置的特征。

本发明的另一方面的特征为一种包括一种或多种特异于一种或多种分析物的捕获试剂的装置即盒或卡盒，例如板或生物标记。该盒或卡盒用于在一种装置中执行若干功能，诸如样本捕获、气体气泡移除、系统校准以及测量液体样本中的分析物。优选地，该装置与用于同时测量一种或多种分析物的处理/读取仪器结合使用。该装置可插入相关的处理器或/光学读取器装置，其可自动地操作多种必要的功能并且对反应腔成像以如下所述分析该测定。优选地，该装置是一次性使用的装置。

本发明的另一方面允许同时执行多种小型化夹层测定，结合有给定捕获分子的稀释系列以及选择不同的捕获分子。可使用荧光标记提供可使用光学读取站读取的信号，诸如WO/04/017374A2(PCT/US03/25702)所示，引用结合于此。也可使用其他检测标记，诸如发光分子和显色染料。捕获分子优选地被吸收至基于硝酸纤维素素的表面，如有关专利申请WO/04/018623A2(PCT/US03/25685)。另外，这里所述的装置可用于执行基于核酸的测定。

本发明的另一方面需要在盒上使用更大(与例如一些用于遗传学研究的盒相比)的反应腔，设置测定冗余，因此更小的反应/测定密度，使得测定的可靠度更大。通过这些设置，由捕获部分消耗的分析物分子被最小化，并且可放松间隙尺寸公差从而能够经济地制造该盒。微气泡和其他扰动可统计为最少并且具有相对较小的后果。更大的反应腔和适当的温度控制以及流动持续时间消除了分析物的粘性和扩散性的实质差异的影响。可同时结合并且处理对照测定。因此，操作人员可高度确定地同时执行多项夹层测定或者复合测定。

本发明的另一方面是一种用于执行测定的自校准生物芯片，包括捕获表面，该捕获表面承载用于测定的给定配体受体的复制沉积集合，并且与该集合关联地承载校准沉积集合，该校准沉积集合包括配体受体所特异的配体的许多组复制沉积，这些复制沉积的组分别采用配体的不同已知稀释度，当显现时，已知稀释度选定为足以限定在给定配体受体的沉积暴露至包含配体的样本之后用于在这些沉积处作出测定测量的校准曲线，校准沉积的组适于通过将可读标签粘合至捕获表面上配体沉积处的所有配体而被显现。优选地，给定可测量强度的至少一排对照沉积也包括在生物芯片的捕获表面上，以核准该测量系统的操作。

本发明的这一方面的优选实施例具有下述特征的一个或多个。

该沉积包括采用点型阵列的点。

该标签为荧光标签。

该生物芯片构造成暴露至具有一流动方向的样本和试剂的片状流，复制沉积为以横向于流动方向取向的至少一排进行布置的点，校准沉积的组为以横向于流动方向的排布置的点。

配体受体的复制沉积采用横向于流动的一排或多排，例如一排十个点，具有每个给定稀释度的校准沉积以横向于该流动的一个或多个排进行布置，例如每组包括一排十个点。

配体受体的一排复制沉积可以例如出现在相对于流体的前导位置，随后为后继排的校准沉积。校准沉积的后继排可采用稀释度的顺序布置，最大的稀释度是在配体受体的复制沉积之后的第一个。配体和配体受体的沉积可以是例如点形形状，其相对于流动定向，使得每个点最紧密地跟随有在流动方向上与先前点对齐的点偏离的点。

该捕获表面采用延伸的宽度，以横向布置承载多于一个配体受体的沉积和关联的校准沉积。

本发明的另一方面是采用上述任何一种自校准芯片的测定方法，该方法包括将捕获表面暴露至包含配体的样本流，然后将捕获表面暴露至可读取标签粘合至当前所有配体的条件，通过读取器读取该标签以获得每个沉积的测量值，分析校准沉积的组的数据从而得到校准值的表格，将由配体受体的组获得的值与表格的值进行比较，并且从中获得表示分析物中的配体浓度的值。在优选实施例中，该标签为荧光标签，该读取器为荧光读取器。

通常，待检测的分析物为化合物、组合物、聚集物或者其他物质，可特异性地从化合物、组合物、聚集物的复合混合物捕获。即，分析物或者分析物的部分将是具有至少一个决定部分的抗原或半抗原，或者将是自然产生的结合对例如碳水化合物和凝集素、激素和受体、互补核酸等的一个成员。具体涉及的分析物包括抗原、抗体、蛋白质、碳水化合物、半抗原、药物、激素、激素代谢物、高分子、毒素、细菌、病毒、酶、肿瘤标记物、核酸等，但是其他类型的物质也可检测到。

所示系统用于测定很大范围的分析物，几乎是可设置成液体形式的任何类型的样本。尤其适合的是生物学样本，诸如血液、血清、血浆、尿液、脑液、脊髓液、晶状体液(泪液)、唾液、痰、精液、子宫颈粘液、刮样、擦样等。可使用细胞溶解产物(细胞培养物上清液)。另外，该方法可适用于工业、环境和食物样本，诸如水、蓄水池、处理流、牛奶、肉、家禽、鱼、经调节的介质等。在特定情况下，需要预处理样本，诸如通过在液体中悬浮、分离、稀释、浓缩、过滤、化学处理或者其组合，从而改善样本与测定的其他步骤的兼容性。在免疫学测试之前对生物、工业和环境样本的选择和预处理在本领域是公知的。

可执行的免疫测定的种类包括直接和间接的竞争性测定，和非竞争性测定，诸如夹层测定。竞争性测定依靠于在样本中的已知量的标记分析物和未知量的分析物之间结合至特定结合试剂的竞争。样本中的分析物越多，可用于结合至竞争分析物或分析物类似物的结合试剂越少。优选地，该方法基于夹层免疫测定。在夹层测定中，结合试剂(配体受体)在固态支承件上是固定化的从而用作捕获试剂。测试样中的分析物(配体)允许与支承件上的结合试剂反应。随后，第二可检测试剂(包括标签或者可接收将)特异性地结合至分析物上的不同表位，该分析物变成在可检测结合试剂与固定化结合试剂之间“夹置”。在任何过量的可检测结合剂或者随后添加的标签被冲洗掉之后，观察夹层复合体中的可检测试剂。观察信号与测试样本中的分析物的量成正比。

这里的尤其重要的贡献在于设置有助于用于蛋白质生物标记的稳定的单一测定技术(或“平台”)的特征。该测定技术可得到高度可信的结果，变异系数低(因此是高度可重复的)，并且不受干扰的影响并且以充足的余量执行其功能，该余量可用作广泛范围的分析物、稀释程度和起始条件上，这里需要使用许多不同的测定技术。此外，这种稳定的测定技术是敏感的，能够提供明显的通过量，采用易于使用并且具有小覆盖区的装置，并且能够广泛地多路使用(一次执行多项测定)。优选的实施例需要较少的样本或试剂，需要较少地处理样本，并且能够实现特定测定的简单设计。

附图说明

图1示出暴露至分析物流的反应腔中的宽捕获表面的等轴视图，图1A示出捕获表面上的配体受体的分离点以及点所暴露的含配体的液体的体积。

图2是现有技术的一项实例，示出交叉流动构造的多个槽道其中的一个，图2A示出暴露至捕获试剂的交叉槽道的分析物流的区域。

图3示出测定盒的捕获表面和点型阵列；图3A是图3的盒设计的一系列计算机模拟的总结性曲线图，示出通过使用各种流速流速和间隙高度H形成的二维阵列的第一排上的配体受体-配体复合物的平均浓度，参见图1。

图4是概括性的一次性使用的测定盒和该盒上执行的步骤的示意图，图4A示出图4的一项优选实施例。

图5是一次性使用的盒的示意图，具有用于执行夹层式免疫测定的可激活部件；图5A类似于图5，示出该盒与激活各部件和执行该测定的外部设备之间的关系。

图6是图5的盒概念的现有优选实施例的表面侧的内部的平面视图，在这种情况下，采用浮力腔作为优选的气泡移除系统；图6A是盒的背侧的外部的平面视图，示出与外部加热器的关系。

图7是图6的盒的各元件的分解等轴视图。图7A是采用稍微不同结构的盒体的背侧的等轴视图，其具有与图6、6A和7的实施例相同的功能元件。

图8是具有读取能力的系统控制单元的等轴视图；图8A是具有图6的盒的表面侧的单元的交界面的平面图；图8B是用于与该盒接合的控制单元的交界面的透视图；图8C和8D是示出控制单元的加热器的细节的平面和横截面剖视图；图8E是示出用于该盒的机械致动器的控制单元的示意剖视图；图8F是控制单元中的读取器系统的类似剖视图。

图9是被动微流体毛细管冲胀阀的示意性图示。

图10和10A是盒的气泡移除系统的气泡捕获器的备选方案的示意图。

图11是在该盒中使用的含液体袋腔的各部件的分解图。

图12示出使用从该盒的弹性隔膜伸出的凸起刺穿图11的袋腔；图12A、12B和12C示出线性致动器相对于该袋腔的前进位置。

图13和13A示出图6和7的盒的隔膜阀，分别处于打开和关闭位置，图13B是可能出现轻微泄漏的区域的放大视图，图13C示出如果泄漏足以产生有害后果时克服该泄漏的组合方案。

图14是用于检测液体-空气交界是否在该盒的槽道中出现的光学传感器的示意图。

图15和15A是将样本注射口密封至该盒并且有利于塑性喷管等引入的系统的分解和安装剖视图。

图16、16A和16B示出点型阵列的格式。

图17是示出自动测定操作的示意图，图18示出当采用荧光标签时的测定结果的读数。

具体实施方式

图1以放大视图示出接收含配体的液体的流B的盒反应腔A。液体流过捕获表面D上的配体受体阵列C。在优选实施例中，二维阵列C的特征尺寸大于大约0.5cm；在一项优选实施例中，捕获表面为9.7mm宽，W，12.5mm长，L。流过捕获表面的片状流的间隙高度H优选地处于大约80与300μm(微米)之间。在优选实施例中，间隙H处于100与200μm之间。捕获试剂阵列C与通道角部隔有一安全距离，一般为1.5mm。这有助于避免可能在角部出现的任何气体微气泡。

图1和1A示出将作为圆形点R附着于固体支承件的表面D的捕获试剂分组为与特定配体受体相关的子组。虽然图1所示的点形成矩形的组能够产生效果，但是如图16和16A所示的横向于流体布置的、其后跟随有参考点排的复制受体排具有下述优势。在优选实施例中，在每组或排中采用直径在大约50至500μm之间的6至10个复制点。

图1所示的另一种选择为将配体受体印制为通道E的形状，具有一个或多个通道，可以为125μm×1,000μm，以250至500μm间隔。

如下文所述，复制数据的统计学分析可最小化由于布点不精确、被遮断的区域、高度污染的荧光颗粒等其他原因造成的误差。采用另一方法，来自相同捕获试剂的所有点或通道的像素数据信号可在用于分析前被聚集在一起。

参照图2和2A，现有技术的盒的一项实例采用限定小反应交界的微通道。捕获试剂C’通道与填充有分析物B’的微通道相交。在理想的免疫测定中，可能获得平衡，但是实际上，所进行的测定通常在达到平衡之前结束，或者也可能无法得知是否已经达到平衡。在这种类型的给定测定中，多个变量与反应不一致性有关。它们包括液体中分子密度以及粘性和扩散性的变化，并且包括空气或气体的微气泡以及微颗粒的结合。所有这些都会影响反应的精度。微气泡趋向于堵塞在角部，尤其是表面特性具有不连续性的地方，诸如捕获分析物截断微通道的地方。需要指出的是，堵塞在100×100μm平方面积测定区域上的50μm直径微气泡会遮断20％的测定区域并且导致类似的信号水平误差。设置冗余以最小化这些误差源会抵消这种类型的单元的益处。

本发明的一个方面在于，在盒的范围内，使用具有低雷诺数的连续宽流产生比较大面积的具有大体相同摩尔密度的结合试剂，来得到可根据统计原理分析的数字图像，从而确定所进行的测定的最可能的结果。

图1A和2A帮助可视化地理解流体流与图1和2的反应区域的关系。

在图2A中，存在小扩散距离H，一般小于50μm，其中可能会出现分析物耗减。为了避免这种情况的发生，可采用与扩散行程相比来说比较高的液体流速流速。这样可补充复合分析物并且因此可实现足够量的具有高信噪比的标记的粘合，从而量化存在于液体中的分析物的量。这一高流速流速以及图2A设计中的临界几何公差会直接影响扩散效率并且因此影响复合在捕获阵列上的分析物分子的可用性。另外，暴露至液体的捕获区域A₂的精确尺寸对于测量来说比较关键。出于这些原因，采用这些方法可得到20％或以上的变异系数。

图1A示出捕获区域A₁中，可由大量分析物分子源供给至配体受体点R的侧部并且留有较大的间隙(间隙H)。使用足够低的雷诺数，分子移动的主要模式为扩散。因为分析物源相对于捕获区域来说较大，所以流速流速或几何公差都不是关键因素。另外，在流速比较低的情况下，可减少微气泡的出现以及分析物的必要体积。

在图3中，捕获表面D和点型阵列C(也可参照图1)可模制为一次性使用的盒。

图3A是图3A的系统性能的计算机模拟的曲线图。该图示出45μm/s至613μm/s(13.6比值)的平均流速变化与从220至80μm变化的间隙尺寸H相结合会导致依赖时间的测定的线性区域中复合物的浓度最大只有50％的变化(达到平衡条件所需的时间的大约10％至30％，限定为95％的理论平衡值)。外推法示出间隙公差和流速的10％变化最差将导致复合物浓度改变小于1％，表示图3的总体系统设计的价值。

在优选情况下，在测定器中采用的所有液体存放在测定器盒上，出于将保持在盒上的液体容积小的考虑，反应腔中的流体具有小于大约1×10^-1的N_Re，优选为大约1×10^-1与5×10^-3之间，间隙H保持在大约80与200微米之间。例如在一项优选实施例中，采用夹层测定器的图6和7的设计，如下所述，在袋腔12中采用2ml的缓冲液体，并且适于容纳0.2ml的液体样本，在反应腔处的间隙H为0.1mm(100μm)，流过反应腔的流体可以是大体均匀的并且具有大约2.7×10^-2的N_Re。该具体实施例作为本发明的另一重要方面。

除了本身的重要性，图1、1A、3和3A的原理与盒本身上的气体气泡移除系统结合(参见图4)会带来许多优势。

如上所述，随着液体碰到尖缘、空间不连续性或者表面特性的变化，诸如表面粗糙度或者不同的表面张力特性，由此产生气体微气泡的情况包括液体温度变化、气压变化以及局部液压变化。我们已经意识到，在采用测定器盒的情况下，目前还没有正确地认识到或者考虑过气体微气泡的产生。采用图4的概念的测定器盒系统能够克服这些困难并且实现复合测定器的性能，所有的液体限制在盒中，不需要专业人员。

在许多情况下，在使用前，需要将存在液体的盒存放在冷冻或者环境条件下。通过使用图4的原理，测定器盒可达到标准温度，例如生物学测定所需的活体温度，虽然释放气体微气泡，仍然可获得非常良好的结果。同样地，经济性和可靠的泵送、阀门开闭以及液化动作都可以适用，虽然它们趋于产生有害的气体微气泡。

在其他领域诸如液体喷射印制和柴油燃料系统中研发出来的各种类型的气体气泡移除系统可应用在图4或图5的实施例中(参见图5中的128总体示出的气泡移除系统)。这些实例包括使用可渗透气体但是无法渗透液体的扩散薄膜以及使用横向于毛细管传送的轴线以沿不同于液体传送方向的方向导引气体气泡的毛细管梯度的原理，如US6682186所示，在气泡移除技术方面引用结合于此。

但是，对于使用以塑料模制的简单特征的实施方式的可靠性和简单性来说，流通浮力腔目前是优选的。参照图4A，在盒上执行复合物免疫测定，其中，图1、1A、3和3A的概念与图4的概念结合，并且采用有流通浮力腔(在图4A中，“气泡截获腔”)。图6中的130处所示的气泡截获腔的优选形式将在下文参照图10和10A进行详细地说明。

参照图4A，设置通用流动通道M以实现分析物配体、检测配体和荧光标签的连续持续定时流动。在这种情况下，冲洗液体也流过通道M。通道M将流体导引通过浮力腔F(“气泡截获腔”)的下部F_L。腔F的至少下部F_L恒定地包含液体。层流流体流过该腔的这一部分时，每次增加的流体暴露足够的时间段(优选地在1至5秒之间)，使得微气泡在浮力的作用下朝向气泡截获腔的上部分F_U上升，该浮力由于气体微气泡的密度比与其换位的液体的密度低得多而产生。因此，通过重力作用，微气泡被促使离开流体并且上升到腔F的上部。出口通道G导引排出的无泡层流流体通过流体过渡部分T，在该部分处，流体流扩散至捕获表面D上的片状流。该流体流从例如大约0.25mm²或更少的流动横截面扩散至至少0.75mm²的流动横截面。

在浮力腔之前，液体已经经受适于执行测定的操作。在图4A中，加热为该操作。如图所示，三种液体：分析物配体、检测配体和荧光标签流过传热表面J。每种液体可在浮力腔之前达到大致测定温度。由于随着温度增加、气溶性减小而产生的气体微气泡由此可移除。为了使设计简单，虽然冲洗阶段中的气体微气泡是否存在并不重要，但是冲洗液体可以同样地穿过气泡腔流过该路径。

根据图4A的基本原理，用于测定的一种或多种液体可以来自于盒的外部。但是，在本发明的另一方面中，由于优选系统的缓慢流动特性，所以所有液体可以适当的量存放在盒上，如图6所示。

图4A的设计方案的另一特征是废液腔系统K，其尺寸适于接收和容纳测定所使用的所有废液。在该设计中，测定器的各部件都采用大概平面的形式。在操作中，使平面相对于水平成倾斜的，如“上”和“下”所示。除了在液体流动路径上定向浮力腔，也能够在捕获表面D上的阵列C上实现的均匀向上的片状流，由此通过重力流到达废液系统K。

在浮力腔处的通气结构V₁使得浮力腔能够填充液体，在废液腔处的通气结构V₂使得在测定的初始阶段空气能够从液体通过系统排出。这些通气结构可以由允许空气而非液体通过的材料阻断。因此，在测定之后，由坐标X和Y限定的盒平面PL可以水平设置，而不使液体流出。

参照图5和5A，示出实现图1、1A、3、3A和4的概念的实施例，而没有限定气泡移除系统的类型。但是虽然总体可用于配体受体-配体测定，但是其如图所示适于免疫测定。

在图5和5A中，包含分析物例如血清的液体样本15通过隔膜32导引至盒50内的样本腔或储液器134。排液泵30与样本储液器134关联，从而强制使样品15通过通道31导引入该系统的其他区域。换热器33加热液体样本15，加热系统34的其他部分加热用于测定的其他液体。该加热系统可布置成使液体达到大致测定温度，例如生理学温度，37℃。对于液体容纳系统的其他部分，液体存储腔135与排液泵37关联设置，例如用于缓冲液体。泵37按照需要提供液体，从而支持测定，例如将冲洗液体和液体供给至腔131和142以液化、稀释或混合包含在盒50主体中的其他试剂。对于免疫测定，可将干检测抗体包被在腔131的表面上，将干荧光标签包被在腔142的表面上。

总体示出的气泡移除系统128接收来自于腔134、131和142的连续持续液体流。该系统移除先前在液体中产生的微气泡，随后液体继续连续前进，通过反应腔133，暴露至承载配体受体阵列20的捕获表面。流体由流通系统产生，该系统受到外部驱动泵30和37以及外部激励阀137A、B和C的控制，这些阀响应于检测各个通道中液体空气是否交界的传感器150和152而被驱动。

废液腔139接收流过反应腔133的废液流。如“上”和“下”所示，该盒的平面PL在使用中导向为与水平方向成一实质角度，从而产生从反应腔133到废液腔139的重力流。废液腔在140处通气，流通系统通向废液出口的向上流通安排使得该系统中的空气能够在测定初始化之前通过排液泵30和37的操作而被排出。

图5A示出盒的特征与外部设备的特征之间的功能性关系。

图8和8A示出系统控制单元60。在这种情况下，该单元结合所有的外部功能部件。可选择地，各部件可以是经由电子控制的分离单元。控制单元60包括系统显示器64和用于盒50的容器66。容器的表面将平面盒设置为与水平成一实质角度α，这里是60°，在该角度下，其闩锁定位。参照图8E，两个步进电机线性致动器70(示意图中示出一个)操作两个隔膜泵30和37。三个阀致动器71(示意图中示出一个)操作该盒的三个主动阀。该测定的过程、性能和结果可由系统显示器63或者关联电脑的监视器观测到和监视。在反应完成并且已经读取所有测量数据之后，可卸下盒50并扔掉。

盒

图5和5A的盒和控制系统的一项优选实施方案如图6-15所示。该方案采用基于图4A所示的浮力原理的气泡移除系统。图6是盒50的模制体(基部)13的表面侧的平面图，图7是盒组件的透视分解图。该组件按照组装至基部13的顺序包括盖1、双侧粘合片3、弹性隔膜7、双侧粘合片8和含液体袋腔12。该组件的其他部件包括用于反应腔的监视窗5、用于光学检测站150和152的镜子11A和11B以及监视窗6A和6B，其用于检测通道中的液体-空气交界，用于接收液体样本的隔片部件137和其保持器136，用于废液系统的通气插头9，以及用在基部的背面以使通向盒的废液腔的液体通道完整的闭合板14。参照图6，将模制塑料体13构造成限定所有的液体存放和通过系统。这些系统包括隔片插孔32、样本储液器134、液体腔135、第一干试剂储液器131、第二干试剂储液器142、采用浮力气泡捕获腔130形式的气泡移除系统、反应腔133、废液容器139A和B、用于通气插头9的插孔140以及桥部10下方的连通通道，这些通道与闭合板14共同连接废液容器139A和B。

如图7所示，并且参照图7A，液体腔135和(废液)容器139A和139B的深度基本上对应于模制体13的整体厚度。它们的底壁总体与盒的周向壁PW的下边缘E_L共面，参见图6A，形成盒背侧的部分。隔片插孔32(可从背侧看到)和样本储液器134具有实质性的但是较小的深度。该流体系统的其他部分相对较浅，并且在盒的大体平面壁FW中形成为槽道和凹陷，该平面壁基本上与周向壁PW的上边缘E_U对齐。平面壁FW的背侧限定用于接纳加热器的平面底表面13A，如下参照图6A和7A所示。

模制体13因此限定(在平面壁FW中)所有的连接通道，包括用于加热泵送液体样本的区域33’中的盘旋通道，用于阀137A、B和C的阀座，微流体毛细管冲胀阀138A至G，以及光学检测站150和152。

参照图6和7，该盒经由插入粘合片3和8以及隔膜7将盖1连接至基部13而形成。当组装时，盒50具有用于测定液体的互连腔和槽道的流体网络，并由覆盖粘合片8封闭。弹性隔膜的组成部分分别在腔134和135上限定排液泵隔膜、在阀座138A、B和C上限定阀隔膜、以及在液化腔131其中一个上限定弹性可膨胀壁。盖1由相对刚性的塑料形成并且具有覆盖样本和液体腔134、135的断脱部分1A、1B，作为隔膜致动活塞的头部。当双面粘合片8将弹性隔膜7的一个区域粘合至基部13并且双面粘合片部分2将盖的可拆卸部分1A粘合至弹性隔膜时，样本腔134组装为泵30，从而形成适于由外部线性致动器驱动的活塞头。

优选地，基部1 3采用非荧光的刚性热塑料，并且采用注射模制。液体在槽道中的流动得益于采用下述亲水性材料制备的基部13，这些材料诸如玻璃、Cyclic Olephine Copolemer(COC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯乙二醇(polyethylene tetraphtalate glycol)(PETG)、LEXAN

(General ElectricCompany Corporation，NY，NY)或者聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)的形式，诸如Plexiglas

(Rohm&Haas Company，费城，PA)或者Lucite

(E.I.Du Pont Nemours And Company，Wilmington，DE)。

优选地，双面粘合片3或8具有的粘合强度处于1300g/25cm宽度的范围。适当的材料为医用双面涂覆胶带#1509、1510或1512(3M InnovationsCo.)。其外部尺寸总体对应于平面模制体13。在组装前，将片8的策略定位区域移除从而为下方的基部13提供开口(“窗口”)。这些切掉区域形成传感器窗口8A和8B，窗口8C以形成样本泵30，窗口8D以形成液化腔131，窗口8E以形成液体存放泵37，窗口8F、G和H以形成主动止动阀以及窗口8I以形成反应腔窗。采用弹性隔膜材料的隔膜7通过片8上侧的粘合剂粘合并且在片8中的泵和阀开口或窗口处形成弹性隔膜。

隔膜7优选地采用片状橡胶材料，例如橡胶胶乳。为了适于隔膜7，材料应该能够穿孔或者切成具有光边缘的形状，重量轻，光滑，能够拉伸而不会滑移，抗撕扯，高的拉伸强度，例如在100psi至10000psi范围内或者4000psi的拉伸强度，并且具有在200％与750％范围之间的拉伸系数。用于隔膜7的适当材料包括约0.006”厚度的胶乳片(Latex Sheeting B-LRS-6，Small PartsInc.，Miami Lakes，FL)。

第二双面粘合片3位于隔膜7上。在组装在样本储液器134、缓冲袋腔12和液化腔131之前，从片3上切下一些区域。与盖的可拆卸元件1A和1B对齐的粘合剂切口用于将这些元件连接至弹性隔膜7，从而形成上述液体排出部分。片3也适于形成连接至主体13的外部通道，用于阀的致动器以及进入和离开传感器的光路。

盖1通过使用粘合剂、热量或超声波焊接技术连接至暴露粘合片3的上侧并且可密封至基部13。优选地，盖1由类似于基部13的非荧光聚合物制成并且优选为黑色以用作挡光板，该挡光板可形成光学读取该捕获表面的孔的边界。盖1采用应力集中结构的可断裂片部T模制形成，从而断开和释放可拆卸元件1A和1B。在该实施例中，在腔131上，盖1的下表面具有模制的向上压印。该压印对应于液化腔131的形状并且具有均一的深度。其限定用于弹性隔膜7的对应部分的膨胀区域，从而能够在干试剂液化期间增加腔的容积131。在另一实施例中，盖1采用隔膜或薄膜，例如粘合弹性塑料膜。该盒装置的用户理想情况下能够看到该装置的内含物，盖1的理想区域可以是透明的。

图6所示的液体通过网络通过在模制体13中模制的槽道形成，并且由粘合片的对应区域封闭。该通道网络将所有的液体存放腔连接至单一入口160以及浮力腔130(也形成为主体B的平面壁FW中的凹陷，如图所示，并且由覆盖粘合片8封闭)。当由样本腔134的泵30起动样本流时，该样本流由浮力腔130从加热器迷宫33’接收。当试剂和冲洗液体由液体存放腔135的泵37排出时，在阀的控制下，试剂和冲洗液体经由试剂腔131和142以及冲洗通道143加以接收。单一出口130B将浮力腔的液体流经由流体过渡部分133A传送至反应腔133。

如图6A和7A所示，模制体13的背侧具有腔16，该腔16与图6A的阴影区域共同存在并且延伸稍微超过该阴影区域(表示外部加热器101)。腔16具有通过平面壁FW的背侧形成的平面底表面13A。其位于流动系统的这些待加热部分的下方。待加热部分包括：盘旋液体样本通道33’，试剂腔131和142，导引至并且包括浮力腔130的连接通道网络，以及到达并且包括反应腔133的其他通道。

图6的模制体具有对齐开口G¹，从而容纳控制单元的对齐销G，如图8A所示。类似地，模制体具有一组间隔开的凸起参考底座，用于形成该盒与控制单元的参考表面的平面对齐。

图7A进一步示出盒体的背侧。部分135’、139A’和139B’分别涉及液体腔135和两个废液容器139A和B，这些部分与盒体的周向壁PW的下边缘E_L共面。平面底表面13A在由平面壁FW的相对侧限定的液体系统的浅部分下方。

图7A也示出用于光学传感器镜11A和11B(参见图14)的安装插孔150’、152’；用于封闭板14的插孔14A，该闭合板封闭通至废液容器的废液通道；以及用于接纳限定捕获表面D的支承件的芯片插孔133A，如图1、1A、4A所示，承载配体受体阵列。捕获表面D形成反应腔133的底部，其相对侧由玻璃窗5形成，参见图7。

图6A和8C的外部加热器组件101构成为与腔16处的盒表面13A面对面热传递关系。组件101为图8的控制单元60的一部分。在反应腔133处的温度传感器的控制下，其将所包含的液体提升至大致均一的温度，优选为37摄氏度。

在操作过程中，盒50被保持的与水平方向所呈的实质角度(图8中的角α)将废液口9设置在盒上部。该盒可插入控制单元60，盖62关闭，之后，液体样本被喷入储液器134。腔135中的液体试剂袋腔12被刺穿，例如通过内部或外部的叶刀(lancet)，从而释放液体。通过泵送液体，盒中的空气排出反应腔133，以及废液容器139，并从通风过滤器9排出。所有的操作阶段都通过例如系统控制器60以电子方式控制。

图6和7的实施例的操作和其他详细内容将参照图17的多路免疫测定的实例进行说明，其中分析物是抗原配体，配体受体(捕获试剂)是抗体。

参照图6和8E以及图5和5A的一般系统，系统控制器60关闭标记阀137A和冲洗阀137B，激活泵37以从储液器135排出液体，由此初始化测定。当图6的盒的左侧被提升时，空气以及随后的液体通过位于存放腔135的高侧处的进气歧管135b排出。储液器135的液体流入第一干试剂储液器131，直到液体将所有的空气从储液器排出。该液体使储液器131中的干试剂例如检测抗体液化，因此储液器131用作液化腔。在腔131之后，随着液体到达光学传感器150，检测到液体空气的交界。作为响应，传感器150将系统控制单元60导引成关闭阀137C以阻断其他液体流动。通过进行设计，该系统可以线性步进电机的一些步骤的时间延迟阀的关闭，从而使得液体前进足以将空气排出至与通道系统的下一分支连接。

然后打开阀137A，以线性步进电机的预定步骤数致动腔135的泵37，从而以液体填充第二干试剂储液器142和排液通道分支，由此排出任何空气。

然后关闭阀137A，阀137C保持关闭，并且打开冲洗阀137B。以步进电机的预定步骤数操作泵37，从而排出冲洗通道143中的空气。然后，阀137B关闭。

与样本腔134关联的样本泵30从腔134的高侧排出空气以及随后的样本液体，通过加热盘旋通道33’。这样将液体样本加热至大约37℃的温度。使流体移动进入盘旋通道可将液体前方的空气排出。

通过连续的泵送，样本液体填充气泡捕获腔130，使得其正常操作。气泡捕获腔130的出口130B处成对的被动微流体冲胀阀138C、138D阻挡样本液体的通过，直到气泡捕获腔填满样本液体。气泡捕获腔中的空气经由空气通路排出，该空气通路由相对布置的一对被动微流体冲胀阀138A、138B形成。阀138A阻挡液体从气泡捕获腔130流出。阀138B阻挡液体返回填充入气泡捕获腔130。因此，空气以及液体朝向反应腔133导向。

通过用于样本泵30的线性致动器的步进电机的控制，该泵以预定速率和程序排出样本，直到样本光传感器152检测到液体-空气交界的出现。这是开始的事件。其触发控制单元60以根据预定速率和持续时间驱动样本泵30，从而传送样本流过反应腔133，如盒所使用的具体测定所需要的。通过加热样本等产生的气体微气泡通过气泡捕获腔130从样本液体中移除，随后样本到达反应腔133。

同时地或者顺序地，第一干试剂储液器131中的干式试剂，例如检测抗体试剂的干式涂层，通过振荡流体搅动所液化。为此，阀137A、阀137B和阀137C保持关闭。通过相关线性致动器的重复向前和向后移动，试剂泵37向前和向后排出液体。向前的移动使得预定体积的试剂鼓起覆盖检测存放腔131的弹性隔膜，同时向后移动使得隔膜收缩并且使得液体向后流动。泵37通过系统控制单元60进行编程，从而以预定速率和容积循环震荡运动预定的次数。该系统能够实现各种的搅动模式。一种是通过缓慢地填充并且倒空，例如以10Hz以下的频率。另一种模式是采用短的步骤，频率提高至10Kz。(参见Masterangelo Carlos & al.，“Simulation of Interfacial Dynamics ofTime-Dependent Converging Flow in Microchannels”，Proc.SPIE，4560：108-116(2002))。

样本液体以预定的持续时间流过反应腔，该持续时间由控制程序确定，然后使泵30停止。然后打开检测抗体阀137C，激活泵37以促使存放在干式检测抗体储液器131中的目前已液化并且加热的检测抗体流通，通过气泡捕获腔130并且进入反应腔133。承载检测抗体的液体排出反应腔133中的任何样本，在连续流动已计划的持续时间期间，检测抗体结合至任何分析物，所述分析物结合至反应腔中的捕获试剂。通过加热或搅动产生的任何有害气体微气泡由气泡腔130移除。

液体冲胀阀138E用于仅在通道是干的时阻挡试剂/缓冲液进入盘旋通道33’。除了这里所述的过程，当采用试剂或缓冲液体而不是血清或分析物填充气泡捕获腔时，出现这一条件。

先前已经采用缓冲液体填充干式荧光标记腔142并液化。在预定的时间，系统控制器60关闭检测抗体阀137C并且打开标记(标签)阀137A改变隔膜泵37的驱动模式。泵37的进一步操作目前将经加热的液体从荧光标记储液器142排出，通过气泡捕获腔130以及反应腔133。这使得标记(标签)能够在不存在有害气体微气泡的情况下结合至复合抗体。

当正确测定的最后步骤已经完成时，即将标记结合至捕获表面上的检测抗体(Abd)，在随后的成像(读取)期间，腔中的未结合标记被冲出从而最小化标记导致的背景信号。因此，在预定的时间，系统控制器关闭标记阀137A并且打开冲洗阀137B。泵37然后使得冲洗液体经由气泡捕获腔移动液体进入反应腔以完成冲洗。反应腔中的阵列捕获表面现在可以读取。这可在存在冲洗液体的情况下实现或者反应腔可通过向后运行泵37以从反应腔抽吸液体来排出液体。

材料的存放

特异于某一应用的捕获抗体(或者其他配体受体)被沉积并且吸附为薄的固态硝酸纤维素薄膜的处理表面上的配体受体阵列20中的点组。该薄膜承载在容纳在“反应腔”中的玻璃“生物芯片”上(参见WO 04/018632A2(PCT/US03/25685)中关于厚度小于1微米的固态硝酸纤维素薄膜以及其表面处理的部分内容，引用结合于此)。优选通过电晕放电对该薄膜进行处理(表面活化)。

检测抗体(Abd)或等同物存放在检测抗体储液器131的表面上作为干涂层。荧光标记材料存放在荧光标签储液器142的表面上作为干涂层。缓冲液体存放在位于流体试剂腔135中的液体密封“液体袋腔”12中。样本在引入后被存放以在储液器134中进行测定。

反应腔

反应腔133采用大约9.5mm宽以及12.5mm长的管道。该反应腔的一侧由承载阵列20的生物芯片捕获表面形成，另一侧由透明窗5形成。该管道以9.5mm尺寸与流体过渡部分133A和废液排出部分133B连通，并且在其他侧上封闭。生物芯片表面上的阵列20和窗口以大致均匀的80与300微米之间的间隙间隔开，优选地为大约100与200微米之间。生物芯片的背侧露出以与加热器接触并且朝向嵌入加热器中的温度传感器。

点型阵列

在一项优选实施例中，反应腔133具有9.5mm×12.5mm×0.20mm的尺寸(200微米间隙)，在另一间隙中减小为0.10mm(100微米)。用于粘合捕获试剂的固态支承件的表面为6.5mm×9.5mm。搜索一种分析物的典型测定包括许多配体受体的点，优选为具有在大约50微米与500微米之间的直径的点，由类似于一个点直径的距离分离开。典型的点直径名义上为150微米，中心距为300微米。

优选地，参照图16和16A，横向于流动方向布置的第一排点包括10个邻近复制配体受体点的两个区域，各点的中心距为300微米，每组10个配体受体形成用于一个配体的一次测定，分析物1和分析物2。

在图16中，随后的排随着血清(或者其他样本液体)的流动用于信号校准(参见下文，“数据分析”)。这些排以与邻近配体受体(例如，捕获抗体)关联的相等数量配体(例如，蛋白质)点进行布点并且优选地包括已知浓度的配体。可使用许多不同浓度的这种校准排例如校准排1A-1G，足以限定校准曲线，参见图16，从而实现自校准。优选地，如图所示，使该排中的参考点移位，将参考点定位在捕获抗体点之间，而不是直接位于后面(沿流动的方向)，从而减小消耗后果。相应于分析物3、4；5、6和7、8设置类似的排。也设置一排对照点，对照A和对照B。

在图16A的情况下，为了用于预建立的校准曲线，大多数的捕获表面由复制分析物点排占据，分析物1-16，结束于一排对照点。

在另一结构中，可设置用于分析物的配体受体的交替排以及两种不同稀释度的配体参考点的成对的排，参见图16B。

也可采用其他结构。

在只有两排用于捕获和参考并且每排具有2个分析物区域的情况下，12.5mm长度可容纳40排中心距300微米的点，因此可进行40种不同的测定。

液体储存器

图11示出用于测定液体的袋腔12，例如用于液化试剂和冲洗的缓冲液体。该袋腔由凹入“鼓泡”腔12B形成，并且采用平元件12A覆盖和密封。通常地，袋腔12能够非常好地抵抗湿气、氧气和光线，并且在形成入袋腔之后保持其形状。封装生物敏感产品诸如药物的领域的技术人员已经公知适当的材料，并且包括但不限于冷成形箔片(例如，“Hueck DMF7273”冷成型箔材料，Hueck Foil L.L.C.，Wall，NJ)以及，例如，层叠聚酯-聚乙烯-铝箔-CRC-1-聚乙烯(Flex-Pak Packaging Products Inc.，Batavia IL)。

从储液器释放液体

图12示出由结合至基部13的隔膜7封闭的腔135中的袋腔12。该图也示出柱塞头1B(盖1的断开部分)通过双面粘合片集体4结合至隔膜7。柱塞头1B的外表面接合位于系统控制单元60中的线性电机70的轴L上的端板72。柱塞1B也具有模制为盖的部分的锥(刺尖凸起)1D，穿过双面粘合胶带集体4和弹性隔膜7伸出。袋腔12具有弯折特征12C(图11上未示出)，保持袋腔12与锥1D隔有一段距离。断开凸片T将柱塞1B保持在盖1中。

当开始操作时，盒50如图8和8E所示保持在控制单元60中，处于大致垂直的位置，阀137A和阀137B被关闭，而阀137C打开；线性电机轴L推动柱塞头1B，该柱塞头切断凸片T(参见图12A和12B)，使柱塞头1B从盖1卸下。锥(刺尖凸起)1D刺穿袋腔盖12A，使得袋腔12中的液体排出进入腔135并且在腔135的底部集聚。随着柱塞1B向前移动，袋腔12被压缩，因此推出液体并且减小腔135的容积。腔135中的空气集聚在腔135上部区域中的收集歧管135B(参见图6)并且移动通过管道135A、储液器131并最终通过受体140中的通风口9排出。

当所有空气已经被排出之后，随着柱塞1B持续在腔135中移动，液体然后从相同的槽道排出。当液体到达光学传感器150时，控制单元60致动阀致动器71以关闭阀137C。

(在备选方法中，这里没有示出，外部驱动的销可使隔片(未示出)横向移动，从而刺穿流体试剂袋腔12从而将液体从袋腔12释放出进入泵腔135)。

在盒50的组装期间，袋腔12定位在腔135中。可选择地，袋腔12的形状可构造成符合腔135从而使袋腔不接触锥1D，从而防止袋腔的过早刺穿以及液体的泄漏。优选地，袋腔12的角部12A如图12所示向上弯折，保持袋腔抵靠腔135的闭合端以及不接触锥1D。

干检测抗体储液器

图6示出在干燥条件下存放检测抗体(或者其他检测配体)的储液器131。在盒的组装期间，用于接收这些试剂的区域首先涂有一般从Pierce得到的“阻断体(blocker)”并且用于形成可容易地液化以防止试剂粘合至储液器131表面的涂层。该阻断体流体“喷涂”在储液器131底部表面上或者形成点状并且进行空气干燥。随后，采用与生物芯片20上形成点形的捕获抗体(或者其他配体受体)关联的适当比例的所有试剂的混合物以适当的量“喷涂”在储液器131底部的保护区域上并且进行空气干燥。在本领域技术人员公知的反应中，例如，检测抗体可具有粘合至荧光标签的生物素分子，该荧光标签结合至链霉亲合素分子，参见图17。

干式荧光标签储液器

图6也示出以干燥条件存放荧光标签(图17的“FLR LABEL”)的储液器142。荧光标签优选为结合至链霉亲合素蛋白质的Cy3分子并且可从General Electric Co.的分部Amersham购买到。以适当的量和浓度将其直接“喷涂”在储液器142表面上从而满足测定的需要并且进行空气干燥，如本领域技术人员所公知的。当干式荧光标签与缓冲液体接触时，该干式荧光标签容易被液化。

液体引入系统-隔片

参照图6和7，液体可通过使用外部吸管或者喷针被引入盒50。可选择地，液体可采用形成至盒50本身主体的喷针引入盒50。参照图15和15A，在这里所述的优选实施例中，液体样本(分析物或血清)使用外部吸管或者喷针通过隔片通过系统32被引入样本腔134。本领域技术人员可知，在备选方案中，液体样本可通过内部喷针系统被引入和/或液体可通过不同结构的外部系统被引入。

图15和15A示出包括隔片腔32、样本注射口144和样本注射槽道145的样本引入系统。腔32处的隔片封闭组件61用作盒体13的外部与样本注射口144之间的密封件。隔片封闭组件61包括可压缩隔片材料137，其被横向弹性压缩并且趋于在隔片腔32内膨胀，如图15A的向外箭头所示。本领域技术人员可知用于隔片盖板137的适当材料，包括例如橡胶，优选为硅酮橡胶。例如，在一项实施例中，隔片腔32的直径大约为3/16英寸，隔片盖板137可以在未压缩时为大约1/16英寸厚以及直径为大约1/4英寸，并由60硬度(durometer)的硅酮橡胶制成。

隔片夹具136用作将盖板137在腔32中保持定位的保持器。

隔片盖板137在插入隔片腔32(刺穿，如轴向线P所示)之前由具有明显尖锐和柱状刚度的尖钢喷针或其他部件预扎穿。预扎穿路径P在盖板137中形成具有低阻力的区域，并且形成有相对钝或弱(低柱状刚度)的仪器诸如塑料吸管尖头可从中穿过而被推入的点。虽然在组装前预扎穿隔片盖板61，但是液体不会从盒体13泄漏出，因为隔片盖板137的橡胶在横向压缩封闭路径P的作用下确保不会泄漏。该薄弱的点允许钝的相对大的吸管尖头发现低阻力点，并且以液体密封的方式滑过该隔板。

样本容纳系统

图6、7和图15A示出基部13中的样本腔134。该样本腔由弹性隔膜7遮盖并且经过管道145连接至隔板腔32。该样本腔经由管道146穿过温度控制区域33’连接至气泡捕获器130，该管道146的入口134A位于腔134的上部区域。在将盒以大致垂直的位置安装在控制单元60中的容器之后，血清或分析物经由隔片32引入腔134。该盒采用铰接盖62保持定位，如图8b所示。穿过盖62的端口67与隔片32对齐，从而可直接地操作该隔板。

样品泵

如图6、7和15A所示，血清(样本或分析物)泵30通过模制样本腔134、弹性隔膜7以及断开柱塞头1A形成。柱塞头1A由双面粘合片2适当地粘合，如图7所示。采用安装在控制单元60中的盒，控制单元60中的线性电机的轴L接合柱塞1A并且在由适当软件确定的控制作用下驱动柱塞1A向下移动。

断开定位凸片T，使柱塞1A自由地随着轴L移动。当盒位于使用位置时，腔134的排出导管134A位于腔134的上部，使得泵中的空气首先被排出，随后液体被排出(血清或分析物)。当激活泵30时，液体样本被推入槽道146。槽道146卷绕多次以形成盘旋通道，之后连接至入口160，到达气泡捕获器130。加热器101在槽道146下方的腔16中延伸从而加热样本。因此，在到达气泡捕获器之前，血清或分析物15从室温大约25℃或者存放温度例如4℃达到反应温度，优选为37℃。这一过程最一般地使得气体微气泡形成在液体中，随着液体通过气泡捕获器130而被移除。

试剂泵

试剂泵37(用于推进缓冲剂或试剂)包括结合在盒50中的元件以及结合在控制单元60中的元件。盒50中的元件为腔135、液体保持袋腔12、弹性隔膜7和可拆卸活塞头1B。结合在控制单元60中的是线性步进电机70、其电机轴L，如图8E所示，以板72形成终端。板72的功能其中之一是充分地散布致动力以确保将活塞头1B保持至盖1的所有可断裂凸片连接T断开以使活塞头1B自由移动。

在操作中，控制单元60导引线性电机70从而驱动活塞头1B，使其断裂以离开盖1，参见图12A、12B。随着活塞头1B向下移动，其减小腔135中的可用容积。空气经由腔135上部区域中的槽道排出并且进入歧管135B。同时，从隔膜7伸出的锥1D穿过并且刺穿袋腔盖12A，使得液体流至腔135的下部区域。

控制单元60进一步导引线性电机。空气由袋腔液体排出并且被逐出。当所有的空气都在活塞运动下被逐出时，然后液体通过相同的歧管和槽道被排出。

盒50可以低温存放并且按照需要取出。袋腔中的液体被加热至例如37℃，包含可由液体通过气泡腔130而移除的微气泡。

温度控制器&加热器

有必要以已知的温度执行该测定，因为夹层测定器的复合效率会受到配体分子在其承载液体中的的扩散速率的强烈影响，该扩散速率本身是温度的强函数。在使用之前，一般来说，盒和血清保持在室温或者更低。为了加热至理想的反应温度，优选为37°，加热元件101作为控制单元60的组成部分。当盒50安装在容器66中并且铰接盖62被关闭时，承载在盖62上的加热元件101嵌套在盒50背部的腔16中，并且接合表面13A，如图6A所示。热量传递通过盒的薄壁区域以加热在该测定期间进行相互作用的所有液体。

参照图8C和8D，加热器101包括由Minco Co.制造的薄柔性片状加热器元件102，从而适配于盒体13背部的腔16。该加热器安装在低硬度(60硬度)硅酮橡胶泡沫背部103和浮动平面刚性支承件104上。加热器101的平面表面因此可被压入以与腔16底部处平面表面13A以及反应腔133处的生物芯片的背侧一致。结合在加热器单元中的温度传感器布置成检测生物芯片的温度以控制加热器。

气体移除系统：气泡捕获器

图10示出浮力气泡捕获器130的一项实施例。在优选实施例中，样本从槽道160进入并且填充气泡捕获器130的下部区域，但是防止前进至反应腔133，因为微流体毛细管冲胀阀138C和138D设计成根据条件地阻断液体的流动并且仅在已经达到预定背压时胀裂。随着空气被促使向上并且经由微流体毛细管冲胀阀138A排出并通过槽道162，通过微流体毛细管冲胀阀138B并且向外到达反应腔133，废液容器139并且最后向外通过容纳过滤器9的通风通道140，样本(血清或分析物)填充气泡捕获器130。

当气泡捕获器130填充有液体时，出口164处的压力使得液体能够流过微流体毛细管冲胀阀138C和D，血清或分析物前进至血清光学传感器152，参见图6，由此，随着液体-空气交界横向经过观察区域，将信号发送至系统控制单元60。微流体毛细管冲胀阀138B防止液体进入槽道162并且使微流体毛细管冲胀阀138A失去效用。该系统控制器编程为致动样本泵以推动样本在预定的流速下在精确的持续时间内通过反应腔133。

当血清或者其他液体从槽道160进入填充液体的气泡捕获器130时，被捕获或者溶解的气体在浮力作用下上升至气泡捕获器的“上部”区域。由于槽道161由通过微流体毛细管冲胀阀138A保持定位的液体填充，所以可防止气体进入槽道162。进入气泡捕获器130的液体经由槽道164离开。因此，具有更大浮力的气体气泡上升，液体不具有无益气泡。

优选地，如图所示，气泡捕获器的液体入口160和出口164在延伸跨过浮力腔130底部的凹槽160A的相对端部处对齐。在该关系中，由于其上流过的液体的本质，所以分层流可被保持不受影响。因此，连续的不同流体可流过该腔中，而不受到交叉污染。但是，在其他设计中，气泡移除系统可包括多个气泡腔，该测定中的不同流体可流过这些腔。

图10的气泡捕获器130具有位于腔中部的分隔肋130D，该肋起始于凹槽160A的高侧。从操作位置观看，肋130D向上延伸一段距离，在还没有到达捕获容积上端处结束。其外边缘130E位于平面壁FW的平面，粘合并且密封至覆盖粘合片8。

分隔肋130D因此形成连通于凹槽160A中的流体的两个连续气泡捕获区域130F和130G。这些区域的上端连通。由此形成故障恢复特征。在没有设置肋的情况下，要是大体积空气气泡从入口160进入，那么其会跨过气泡捕获器的完整宽度，导致大体积气泡被堵塞并且防止液体正确地填充捕获器容积。在存在分隔肋130D的情况下，这种大体积气泡则会被捕获在初始(上游)捕获区域130F中，使得下游区130G敞开以接收液体并且持续填充捕获器。因此，区域130F的上部区域可被填充，即使封闭气泡堵塞在该区域的下部分中。在其他未示出的实施例中，捕获器可构造成具有一个或多个额外的肋部，连续形成三个或多个这种区域，从而实现进一步的故障恢复保护。

在其他实施例中，可将串联的两个或多个独立气泡捕获器设置为提供用于给定液体流的系列气泡捕获区域。

图10A提供备选的气泡捕获器设计。通过插入气泡捕获器上部的多孔插头9A进行通风，提供空气排出路径，该路径在捕获腔130填充液体时被封闭。

通风

为了使液体以高效的方式进入和排出该装置，盒50包括通风口140，该通风口作为可关闭的通气口。通风口140优选为柱状管道，用于使空气通过。通风口140可填充有多气孔的材料以形成通风插头9。

通风插头9(或者由于气泡捕获器设置的通风插头9A)采用多孔材料，可渗透气体但是永久地阻挡与液体的接触。当使用在通风通道中时，虽然处于干态，但是该通风插头可确保包含在盒50中的空气和其他气体的排出通道或者与液体分离。该通风插头也确保当将液体样本收集并且注入该装置时盒50处于大气压，并且通过与液体接触时进行的密封，该通风插头确保空气已经被移出该装置之后盒50被密封于大气压。

用作通风插头的适当材料包括热塑性材料，聚乙烯，聚丙烯，聚四氟乙烯(PTFE；例如，GORE-TEX

，W.L.Gore&Associates，Inc.，Newark DE)，例如，多孔塑料(例如，由M.A.Industries(Peachtree City，GA)售卖的多孔塑料)，以及热塑料，例如由Trexel，Inc.(Woburn，MA)提供，或者POREX(Porex Technologies Corporation，Fairburn，GA)。虽然当这种材料处于干态时为多孔，但是这种材料设计为处于湿态时完全封闭。(参见1999年6月29日授权的美国专利No.5,916,814，其完整内容引用结合于此)。可选择地，通风插头9可由具有类似特性的诸如可从W.L.Gore&Associates，Inc.(Newark DE)买到的隔膜代替。

当通风口140干时，多孔区域允许空气横向运动，从而允许任何气体排出盒。当通风插头9湿时，该通风口关闭，气体或液体都无法排出该装置。在图6和7所示的示例性实施例中，通风插头9可吸收1至5ml的液体，取决于插头的尺寸和大小。

通风插头9的位置使得当盒处于基本上垂直的位置时，浮力使得空气达到液体前方的通风口140。优选地，通风口140邻近或者连接至废液容器139。

在一些情况下，诸如存放期间，当需要防止蒸汽传递的情况下，通风口140的外部可进一步由胶带密封(未示出)。可选地，该胶带可形成标记系统的一部分，然后可卸下以及移开从而识别分析物样本源。(参见1989年12月5日授权的美国专利No.4,884,827，其完整内容引用结合于此)。

废液系统

图6和7示出经由在由板14封闭的基部13的背部中的通道连接到一起的废液接收腔139A和139B。该结构理想情况下适于模制生产。在操作位置，废液腔位于盒的最高端部从而接收通过反应腔133的所有气体和液体。废液腔的结构和位置使得已经进入的液体不会容易地返回至反应腔133。该系统结合有通风口140和过滤器插头9。

液体槽道

各槽道具有一般位于大约0.1mm²与1mm²之间的流动横截面并且具有避免气泡形成晶核的光滑表面。在三个侧上，各槽道通过主体13的模制表面形成。各槽道在第四侧上由覆盖粘合片8封闭。可处理一些槽道以具有亲水性或者疏水性的特性或者处理一些槽道进行变化的设计。优选实施例的槽道具有0.25mm²的流动横截面。

阀

主动阀

图13-13C示出主动阀的操作。阀杆A以及阀座V采用圆形设计，其平面垂直于所示轴线。流动通道90在锥形阀座的相对侧开口。在图13的打开状态下，槽道90打开以使流体通过。当阀杆A通过控制单元60的阀致动器向前移动时，如图13A所示，阀杆A使弹性隔膜7变形并且阻断各通道。参照图13B，应该指出的是，双面粘合片8中的开口应该足够大于阀座的基部直径，从而允许弹性隔膜经由环形间隙最小化吸液作用并且产生足够的压力降，使得流动可通过进一步沿着诸如微流体毛细管冲胀阀138F的相同槽道的微流体毛细管冲胀阀而被停止，参见图13C。

阀杆A是控制单元60的组成元件并且可根据空间的因素采用各种形状。在一种情况下，线性致动器的2mm直径的轴向延伸部分直接作用为阀杆。在另一种情况下，阀杆采用90度的铁锤形状，轴直径大约为2mm，在杠杆动作中由线性致动器致动。

微流体毛细管冲胀阀；被动微流体阀

图9示出结合在盒中的微流体毛细管冲胀阀的基本设计，其盖由细线示出。采用槽道的情况下，三侧由主体13的模制表面形成，第四侧由粘合片8形成。

在由J.Zeng等使用的模型(“Fluidic Capacitance Model ofCapillary-Driven Stop Valves；5^th Microfluidics Symposium IMECE Nov.5-10，2000 Orlando FL；MEMS-18A”)中的限定为通常以平面终止的柱状或方形毛细管管道的被动微流体阀的气腔的基本理论保持压力P如下计算：

P＝4γsinθ/(d)^1.14

其中，γ是流体的表面张力-水温37度时大约为0.070N/m，为最常用的碳基液体的大约两倍，θ是接触角，在冲胀点一般为45度，d是开口的方形导管的侧部的尺寸。

当d＝0.1mm时，P＝1.4，E3 N/m2(Pa)＝0.21psi＝5.7 in H₂O＝14cm H₂O

这里，(参照图6和10)，重要的一点是，阀138C和138D具有高于阀138A的爆裂容量，从而确保气泡捕获器130将填充液体，同时允许空气经由阀138A排出。为了实现这一效果，阀138C和138D的横截面小于阀138A。

图9是被动单向微流体冲胀阀的简单图示，代表阀138A、B、C、D和E。颈部200的尺寸和排出角限定保持流体防止与空气交界的保持力。本领域技术人员(参见Inhibition and Flow of wetting liquids in Non circularCapillaries-J of Physical Chemistry B Vol.101，pp855-8630)限定这些尺寸使得空气可经由通风过滤器通过气泡捕获器和反应腔以排至大气。

光学传感器

图14示出用于检测槽道中的液体-空气交界的出现的光学传感器。该光学传感器采用光源传感器/光电晶体管单元S诸如“反射物体传感器”(类型OPB606A OPTEK，Carrollton TX)构成并且按照推荐的方式安装。光学传感器150和152(图6)透过监视窗6A和6B诸如从普通显微镜盖玻片(ERIEScientific)切出的光学监视包含分析物或缓冲剂的液体将通过的槽道。它们安装在形成在盒体13的表面壁FW中的液体槽道上。由光学传感器的LED元件发出的光经由分别嵌入并且气密密封(在I处)在基部13的刚性元件中的镜11A和11B返回至该单元的光电晶体管。

由于液体和空气二者在光学传感器的光学路径中存在非常少的量，所以它们二者几乎相同地可被LED的波长穿过，经由吸收作用进行区分是不可靠的。在小于100微米厚的槽道中的空气与水之间的吸收差异是非常小的，并且峰值仅为只使用空气时的0.5％，条件为以近红外观测，OPB606A OPTEK单元的波长为950nm。

新颖性在于随着分析物或缓冲液体排出空气而检测气体与液体之间的交界(或者“液体前部”)。空气折射率为大概1.000，水的折射率为1.332，二者存在明显的差异，由此，采用棱镜或透镜的方式，使得液体前部衍射和折射LED的入射光。该交界(前部)易于被检测到，因为其使得一部分光线偏移离开其正常路径。随着该前部通过光学传感器的视野，其使信号产生大的瞬时改变，这是易于监视和分析的。

信息追踪

可将样本收集装置装配上记录或者示出关于样本信息的任选装置，诸如适于读写或者应用标记的条形码或表面区域。已记录或显示的信息可以是执行或追踪样本和/或对该样本进行诊断测定所需的任何信息。在另一选择中，可对盒设置额外的识别标签或条形码标记以记录对应的信息；第二标签或标记然后可从该盒移除，从而例如按照需要粘附于病人记录或动物笼子或者包括在诊断测定中。例如，可将每个都具有识别和序列号或编码的双标记固定至样本收集装置，使得一个永久地粘合至样本收集装置，另一个可移除并且能够随后粘合或结合至其他地方，如上所述，或者扫描或者采用其他方式记录在其他信息存储介质中。盒50优选地具有位于盖上的条形码标记，诸如可由位于控制单元60的接纳腔66中的商用条形码读取器69读取。

读取器(从阵列读取光学信号)

读取测定的结果包括测量已经结合至捕获表面的荧光水平或荧光标签的水平/数目，例如检测本身已经粘合至分析物分子的配体(例如抗体)分子，而分析物分子本身已经粘合至配体受体(例如，捕获蛋白质分子)。

荧光水平通过反应腔的捕获图像区域的图像像素的信号水平的集合表示。所涉及的每个区域与已经进行特定测定的区域和位置关联。处理仪器(系统控制器)60可具有捕获用于分析的整个生物芯片20的图像的整体读取站。可选择地，优选采用与处理站分离的读取站。读取站60具有捕获反应腔的图像以进行进一步处理的读取系统64，参见图8E和F以及图18。

系统控制器

用于控制操作步骤的算法

所有的操作通过逻辑初始化并且通过系统控制器单元实现。手动操作如下所示。用于图6和7的盒和用于免疫检测中的系统控制器60的操作的顺序如下所述：

1)将容纳生物芯片的盒安装在流体站66中-手动操作

2)将血清注入隔膜泵储液器134-手动操作

3)关闭标记阀137A-注意，所有的阀一般都是打开的

4)关闭冲洗阀137B

5)通过操作液体泵37断裂腔135中的起泡袋腔12来排出Abd腔131中的空气以及采用缓冲液体(起泡袋腔12的内含物)填充腔131；Abd光学传感器触发器150计时和流动结束

6)关闭Abd阀137C

7)打开标记阀137A

8)操作液体泵37预定的持续时间以通过采用缓冲液体填充标记腔142而排出标记腔142中的空气

a)采用预定的间隔(或者如果设置标记光学传感器，那么使用该传感器触发计时和流动的结束)

9)关闭标记阀137A

10)采用血清填充气泡捕获器

11)运行血清泵30的步进电机

12)在填充气泡腔130结束时，血浆光学传感器触发器152计时

13)使血清流动通过反应腔133

14)运行血清泵30步进电机预定的持续时间

15)采用缓冲液体液化Abd

16)以震荡的方式三步向前和三步向后地运行泵37；腔131的盖隔膜弹性变形。这一功能可与血清流动功能同时执行

17)打开Abd阀137C

18)通过采用缓冲液体推动液化Abd通过操作泵37来使液化Abd流过反应腔

19)运行泵37预定的持续时间

20)关闭Abd阀137C

21)打开标记阀137A

22)使标记流过反应腔

23)运行泵37预定的持续时间

24)关闭标记阀137A

25)打开冲洗阀137B

26)使冲洗液体流过反应腔

27)运行泵37预定的持续时间

28)通过以逆转方向操作泵37预定的持续时间来排放反应腔

29)然后将一次性使用盒从处理站卸下，稍后对反应腔进行成像以分析。可选择地，可采用处理站中的控制单元60的读取模块

30)然后可抛弃采用生物芯片的盒

备选算法

31)可选择地，可通过抗体储液器131处理冲洗步骤

32)关闭冲洗阀137B

33)打开Abd阀

34)使冲洗液体经由Abd储液器流过反应腔

35)运行泵37步进电机预定的步数

在备选操作模式中，可使用缓冲液体填充气泡捕获器，被动微流体阀138E阻断该液体进入样品回路。

数据分析

总体

如公知的那样，测定的目的是测定一定体积的所讨论分析物中存在的目的分子的数目：分子密度。在基于荧光的免疫测定中，这是通过将荧光标签粘合至复合物对并且测量已经粘合标签的限定区域的光强度来实现的。这可得到一个电压水平，一个数，必须与样本中的相关分子的分子密度关联。

当在生物芯片中采用点型阵列时，信息以一些复制点的电压水平出现。根据这些值执行操作从而确定典型值。例如，可舍弃该组的最高和最低检测值。为了确定典型值，可根据该组的剩余值计算平均值，该值为点组的典型值。

变量

蛋白质-蛋白质相互作用(或者其他配体-配体受体相互作用)为流体环境中的平衡反应，在该流体环境中，两种分子(设计或选择高度特异性的结合特性)的复合(偶联或结合)是流体中每种分子的密度的函数。每对分子的平衡条件由它们的偶联系数限定。传统地，已经将复合限定在静止和固定容积的流体中。已经确定，复合速率很大程度上由分子相互发现的能力确定。

一类的分子，捕获分子(配体受体)，一般结合至固态表面，多孔板的孔或者点型阵列的支承件-在上述盒中，该支承件是涂覆有活化的硝酸纤维素的玻璃。分析物中的其他分子(配体)引入液体。

使用用于测定的ELISA多孔板，用于分子关联的混合是通过扩散进行的并且非常缓慢，因为分子距离(6mm孔的直径)比较大并且不进行机械混合。对关键参数的控制较差。流体扩散率是分子粘度、温度和分子重量(蛋白质尺寸)的强函数。

在流动微通道中，分子关联是较快的并且受到相同的变量影响，流速的影响较小。由于偶联处的分子密度随着时间和流速改变，所以流动条件也是不同的。

流体以非常低的雷诺数(极端的低)流过点型阵列，分子关联也主要是通过扩散的方式，但是扩散行程非常小，因此反应时间更短。

对于给定参数组的复合速率是非线性的并且如图3A所示以渐进的方式达到平衡，如上所述。

在平衡测定中，在一段时间后，当分析物与捕获分子之间的结合速率等同于这些分子的解离速率时，达到平衡。这需要大量的时间：在多孔板中，对于非常高的分子密度，需要近一小时，对于低分子密度，需要隔夜。

一般地，需要在未达到平衡状态的情况下终结测定，因为实现平衡的时间太长。

即使已经通过使用机器和盒的受控环境消除操作者的个人习惯，但是当采用点型阵列时的变量仍然很多：

●相关分子的质量&数量和它们的亲和力常数

●反应温度

●大气压

●湿度

●反应腔的几何尺寸

●点的尺寸

●每个点上的捕获分子的密度

●支承表面例如硝酸纤维素涂层的特性

●流速和分布

●测定的持续时间

●“读取器”的敏感性

●处理系统的公差

校准和控制

由于变量很多，所以一般需要预先建立关联常数一一条曲线。进行测定时，核对读取系统的性能，(称作“对照”)，核对生物和芯片，称作“校准”：

1.对于特定生物芯片的每次制造过程，一般使用该过程的一些生物芯片和测定的程序和规程确定一组标准曲线。这样可对于标准条件下的相关的每种分子进行信号水平和浓度的关联。这是通过由所有都在一次制造过程中构造的相同芯片操作一组已知浓度样本来实现的(一般通过制造商)。最少需要6种不同的浓度(以及对应数量的芯片)来限定这种曲线。当制造一组新的芯片时，不需要创建一组新的标准曲线，这样会进一步消耗芯片。

2.“对照”：这是为了确定读取仪器是否正常工作。这是通过使用“对照点”实现的。这些对照点印制在所有生物芯片上并且预期给出预定的信号。这些点可装载有Cy3染料，结合的蛋白质或者惰性参考材料诸如Kapton。同时沉积这些对照点，使得所有测定点都被沉积。一般地，只需要一排。必须记住的是，许多事情可能出错，所获得的数字总是伴有CV百分数。

3.“校准”：这由用户执行，之后采用给定制造批次的芯片执行测定。一般地，该批次的2个芯片对已知稀释度进行运行(被消耗掉)，以相对于由该批次制造商建立的标准曲线核准或调整整体系统性能。

现在将说明本发明的一个方面。

自校准生物芯片

如上所述，根据普通步骤，已经在相同环境中考虑使用同一制造过程中的许多相同芯片以形成可用于剩余芯片的标准校准曲线。

相比较地，根据图16，除了配体受体之外，校准点和对照点的扩展组印制在每个芯片上。本发明的概念是以已知的稀释度设置足够数量和稀释程度的点，从而有效地按照流过芯片的检测试剂例如抗体和标签液体确立校准曲线。每个芯片因此可进行自校准。

例如，设计成评价特定蛋白质在分析物中是否存在的测定器的芯片以传统方式布点，捕获抗体(配体受体)的排特异于所涉及的蛋白质。根据图16，该阵列的下游布置有数量充足的蛋白质点的排，如图所示为6个，并且具有足够数目的不同稀释度以进行评价，从而有效地建立校准曲线。这里，这些点称作内在校准点(Intrinsic Calibration Spot)-ICS。(在图16中，配体受体点描述为大于参考和对照点，从而明确它们的生物学差异。实际上，所有的点可采用相同的尺寸)。

参照图16，校准排1A至1G包括特异于用于分析物1的受体的点的分析物配体；校准排2A至2G包括特异于用于分析物2的受体的点的配体的点，等等。在该实例中，排1A至1G的一批的每个给定排的所有点具有相同的稀释度，该稀释度不同于其他校准排的点。

为了使该系统生效，阵列上的流体中具有充分数量的检测试剂，例如抗体和标签，从而实际地结合至捕获抗体(配体受体)中的相关所有蛋白质(配体)以及ICS上的所有位置。特异于个别芯片的校准曲线因此可形成为相应于该芯片的读取过程的一部分。

ICS排定位成最小化各排之间的竞争性分子吸引以及局部分子消耗。这可采用实验的方式确定。在许多情况下，优选地，具有最大稀释度的点与流体入口最接近，随后是下一最大稀释度等等。随后的排可从如图16所示的先前排的路径偏移，一些排可以额外距离分离，从而在流体达到下一ICS排之前促使流体的均一化。

采用软件，可将由具有分析物中的所涉及分子的点获得的信号与从ICS获得的信号相比较。(测量值之间的插值可使该过程等同于与校准曲线比较。)分析物中的分子密度因此可参照从生物芯片本身获得的信息确定。这种自校准生物芯片可采用在上述盒中。

其他生物芯片格式

也可类似地采用具有图16A格式的生物芯片。在这种情况下，由该仪器采用预建立的校准数据以校准读数。生物芯片上的对照沉积(deposit)能够根据对照沉积的已知荧光值的检测值核准该系统的操作，或者调整其敏感度。

具有图16B格式的生物芯片可类似地采用，由该仪器采用的预设立校准曲线数据从而校准读数。在图16B的实施例中，每个分析物伴随有具有不同预定稀释度的配体A和B的两个参考沉积。这些可用于参照相应于各自制造批次的预定校准曲线、相应于校准曲线调整检测结果。

结论

虽然已经详细讨论免疫测定的具体实例，但是应该理解，这里所述的技术可应用于采用粘合至固态基部的配体受体和流过其上的流体中的配体的通用测定种类。

Claims (97)

1、一种测定盒(图4；50图5、5A、6、6A、7、8E和8F)，其包括：

承载配体受体的间隔区域的阵列(C，图1、3、4A；20图5、5A；图16、16A、16B)的捕获表面(D，图1、3、4A)，以及

液体通过系统(图3、4、4A)，该液体通过系统构造成导引具有小于大约1优选在大约1×10^-1与5×10^-3之间的雷诺数的测定支持液体缓慢地流过所述阵列，所述液体包括含配体液体，

该液体通过系统包括气体气泡移除系统(图4；F图4A；128图5、5B；130图6、6A、10、10A)，液体暴露至该气体气泡移除系统，该气体气泡移除系统构造和排列成用以在液体暴露至所述阵列之前将气体微气泡从液体中移除。

2、根据权利要求1所述的测定盒，还包括传热表面(34图5、5A；图6A)，液体流暴露至该传热表面以在液体暴露至气体气泡移除系统之前加热该液体(参见图8、8B、8C、8D)，由此，液体中通过经由该测定盒的换热表面传输的热产生的气体微气泡在液体暴露至该阵列之前被移除。

3、根据权利要求1或2所述的测定盒，构造成用以从外部装置的加热器(101图6A、8、8B、8C、8D)接收热量，该盒构造和排列成用以使得热量流过盒的实体至传热表面，并由此至液体。

4、根据前述任一权利要求所述的测定盒，还包括用于存放测定中使用的试剂的部分(131、142)，该盒构造成用以实现液体与试剂的结合以产生测定支持液体，并且分别使得测定支持液体流过液体通过系统或者在暴露至传热表面的情况下流过液体通过系统，该盒构造成用以在测定支持液体到达阵列之前使得液体暴露至气体气泡移除系统，由此，先前在液体中产生的气体微气泡在测定支持液体被导引通过阵列之前得以移除。

5、根据权利要求4所述的测定盒，其中，待与液体结合的试剂为包含可检测标签的物质或者配体。

6、根据权利要求4或5所述的测定盒，其中，在结合之前，试剂以干态存放在盒的腔(131、142)中，试剂暴露至空气，该盒构造成用以在进行结合操作时将液体引入腔中，气体气泡移除系统有效地移除由结合操作产生的空气的微气泡。

7、根据权利要求6所述的测定盒，其中，盒的腔具有弹性可伸展壁部(7图7)，适于响应于排入该腔中的液体进行弹性伸展，以及当液体流出该腔时弹性收缩。

8、根据前述任一权利要求所述的测定盒，还包括至少一个液体存放腔(134或135)，该液体存放腔与排放泵关联，该排放泵用以从存放腔中以连续流动的方式排出液体，使其分别流过液体通过系统或者在暴露至传热表面的情况下流过液体通过系统，该盒构造成用以在液体到达所述阵列之前使液体暴露至气体气泡移除系统，由此，先前在液体中产生的气体微气泡在液体以连续流动的方式导向通过该阵列之前得以移除。

9、根据权利要求8所述的测定盒，其中，该排放泵包括形成液体存放腔壁部的弹性隔膜(7)，该隔膜可由外部连续可移动致动器(图5A；70图8E；也如图12-12C所示)操作以形成连续的流。

10、根据权利要求9所述的测定盒，其中该液体通过系统的出口(134A、135B图6)位于液体存放腔的暴露至腔中空气的上部，该盒和隔膜构造和排列成用以将空气从该腔中排出，随后促使液体经由气体气泡移除系统以连续流动的方式通过液体通过系统以及通过所述阵列。

11、根据权利要求8所述的测定盒，其中，液体存放腔构造成用以包含用于测定的液体的密封袋腔(12图7、11、12-12C)，该腔与用于刺穿该袋腔以释放液体的装置(1D图12-12C)关联。

12、根据权利要求8所述的测定盒，其中，液体存放腔(134)构造成用以接纳和存放从外部引入该盒中的液体，由此，通过将液体引入该盒的步骤而在液体中产生的气体微气泡在液体流过所述阵列之前由所述气体气泡移除系统移除。

13、根据权利要求12所述的测定盒，其中，所述液体存放腔构造成用以经由穿过隔板(32图5、5A、6；137图7、15、15A)伸出的喷针或者吸管接收来自于外部的液体，该隔板包括具有刺穿通道(P)的弹性体质量，该弹性体质量在实质压缩下相对于刺穿通道安装，该压缩有效地保持刺穿通道闭合，但是使得塑性液体供给喷针或者吸管穿过刺穿通道插入和移除。

14、根据权利要求8所述的测定盒，还包括至少一个废液腔(K图4A；139图5、5A；139A或B图6、7)，在流体以连续流由排出泵泵送、暴露至气体气泡移除系统并且导引通过所述阵列之后，液体流动至该废液腔，由此，液体在整个测定中容纳在所述盒中。

15、根据权利要求14所述的测定盒，构造和排列成用以使得在执行测定期间，捕获表面和捕获表面上的液体流具有向上的程度，该废液腔位于所述盒中以接收已经通过所述捕获表面(参见图4A、5、5A、6)的液体的重力流。

16、根据权利要求15所述的测定盒，大体为平面并且构造成在执行测定期间与水平方向成一实质角度(角α图8)，从而将捕获表面设置成沿液体流向上端的方向向上延伸，并且设置废液出口，以使重力流从捕获表面的上端流向废液腔。

17、根据前述任一权利要求所述的测定盒，其中，液体通过系统包括至少一个可致动阀(137A、B或C图5、5A)，在液体暴露至气体气泡移除系统(128)之前液体流过该阀，由此，由液体流过该阀而在该液体中产生的气体微气泡在液体导引流过所述阵列之前被移除。

18、根据权利要求17所述的测定盒，其中，该阀包括液体流过的阀座(V图13、13A)，该阀座限定入口和出口通道，弹性隔膜(7)延伸过该阀座并且可移位以接合该阀座从而切断流体。

19、根据权利要求18所述的测定盒，其中，该阀为止动阀，其后为表面张力冲胀阀(138F图13C)，该冲胀阀能够在阀关闭时阻断通过该止动阀泄漏的流动液体，但是在流体压力下，能够传送液体以流过所述阵列。

20、根据前述任一权利要求所述的测定盒，其中，流体通过系统构造和排列成用以在液体暴露至气体气泡移除系统之后使得雷诺数小于大约1的液体多于一次地缓慢流过所述阵列。

21、根据前述任一权利要求所述的测定盒，构造成用以执行夹层测定，其中测定的液体流暴露至气泡移除系统，该盒包括用于在夹层测定中采用的所有物质和液体样本的存放部分，该盒具有至少一个废液腔，该盒构造和排列成用以在执行夹层测定的整个过程中包含所有液体(参见图5、5A、6)。

22、根据前述任一权利要求所述的测定盒，其中，捕获表面(D)采用延伸的宽度并且承载配体受体区域的二维阵列，该区域由特征尺寸在大约50μm与500μm之间的点构成，液体通过系统包括在捕获表面之前的过渡部分(图3；T图4A；133A图6)，其将连续缓慢液体流分散至对应于捕获表面宽度的宽度。

23、根据权利要求22所述的测定盒，其中，暴露至缓慢液体流的捕获表面在流动方向上和横向于流动方向的方向上具有至少大约0.5cm的尺寸。

24、根据权利要求22或23所述的测定盒，其中，在所述流动过渡部分之前的流体的横截面面积为大约0.25mm²或更少，在捕获表面上的缓慢流体的横截面面积为至少0.75mm².

25、根据权利要求22、23或24所述的测定盒，其中，捕获表面承载至少3个复制区域，在该区域中，多个配体受体的每个布置成横向于液体在捕获表面上的流动方向。

26、根据权利要求22、23、24或25所述的测定盒，其中，捕获表面上的阵列在与给定配体受体的区域邻近的区域中包括已知数量的受体对其特异的配体的参考区域(图16B)。

27、根据前述任一权利要求所述的测定盒，其中，气泡移除系统包括液体所暴露的至少一个浮力腔(F图4A；130图6、10、10A)。

28、根据权利要求27所述的测定盒，大体为平面的并且构造成在执行测定期间与水平方向成一实质角度(角α图8)，从而将浮力腔设置在被导向至捕获表面的液体所流经的排出口(G；164)上方。

29、根据权利要求28所述的测定盒，其中，与水平方向所成的角度将捕获表面定位在流体过渡通道(图3；T图4A；133A图6)上方，该通道接收来自于浮力腔的液体并且将液体流扩散至与捕获表面(C)的宽度对应的宽度，该过渡通道构造成以连续向上的流动导引液体通过捕获表面。

30、根据权利要求29所述的测定盒，其中，与水平方向所成的角度定位废液出口(133B图5、5A、6)以接收跟随捕获表面上重力作用下流向该盒中的废液腔(K图4A；139图5、5A；139A或139B图6)的流动的液体。

31、根据权利要求30所述的测定盒，还包括具有出口通道的液体存放腔(134或135)，与水平方向所成的角度将存放腔定位在捕获表面下方，该存放腔与外部可致动的排放泵关联，该排放泵有效地促使存放腔中的液体以连续流动的方式通过浮力腔并且向上经过捕获表面到达废液出口。

32、根据权利要求27-31任一项所述的测定盒，其中，在操作取向中，浮力腔具有上部和下部，液体入口(160图6、10)和液体出口(164图6、10)，液体入口和出口二者以流动对齐的关系位于下部附近。

33、根据权利要求27-32任一项所述的测定盒，构造成通过存放在盒中的液体初始填充浮力腔，并且使得盒的多个液体顺序地、以在浮力腔入口和出口之间层流流动的方式流过如此填充的腔。

34、根据权利要求27-33任一项所述的测定盒，构造成在大约1至5秒的时间段内使每次增加的液体流暴露至浮力腔。

35、根据权利要求27-34任一项所述的测定盒，其中，浮力腔(130图10、10A)包括模制在塑性体(13图7)表面中的凹陷和模制在塑性体表面中用于将液体引导进入和离开该凹陷的槽道，粘合片(8)覆盖该模制凹陷和槽道并且粘合至模制体中界定该凹陷和槽道的表面的部分。

36、根据前述任一权利要求所述的测定盒，其中，对于给定的流体，气泡移除系统包括流体所暴露的至少两个连续的气泡捕获区域(130F和130G图10、10A)。

37、根据权利要求36所述的测定盒，其中，气泡捕获区域构造和排列成用以在浮力作用下使得气泡上升进入气泡捕获区域。

38、根据权利要求37所述的测定盒，其包括浮力腔，该浮力腔构造成使液体从入口沿着暴露成能够使气泡在浮力作用下上升以进行捕获的路径流动至出口，沿着该液体路径和在该液体路径上方间隔至少一个分隔壁(130D)，从而限定暴露至该路径的上游和下游气泡捕获区域，使得入口处的液体流中的大气泡趋于被捕获在上游捕获区域中，由此使下游捕获区域得以接收液体流。

39、根据权利要求38所述的测定盒，其中，该分隔壁在向上区域中终止，在该向上区域上方，进入下游区域的液体填充位于堵塞在上游区域下部中的任何气泡上方的上游区域。

40、根据权利要求38或39所述的测定盒，其中，浮力腔包括模制在塑性体中的凹陷，模制的直立肋部(130D)限定分隔壁，粘合片(8)覆盖该模制凹陷并且粘合至模制体中界定该凹陷的表面部分并且粘合至模制肋部的外边缘。

41、根据权利要求3或者引用权利要求3的权利要求4-40任一项所述的测定盒，该盒具有模制体(13)，该模制体限定至少一个模制容器，该容器的深度适于容纳测定液体和模制表面壁，该模制容器在表面侧平面处敞开，该模制表面壁具有大体与表面侧平面对齐的外表面，该表面壁的外表面具有形成用于将液体从容器引导至该盒的测定区域的液体通道的至少一个模制槽道，该表面壁的厚度基本上小于该容器的深度并且在从该模制体的背侧敞开的加热器腔(16图6A、7A)处具有背表面，该加热器腔构造和排列成用以可拆卸地容纳配合构造的外部加热器(101)，从而以面对面的传热接触接合表面壁的背表面的部分，从而由通过模制表面壁的厚度的热传导来加热在该模制槽道中流动的液体。

42、根据权利要求41所述的测定盒，其具有限定在表面壁中的芯片容纳开口以容纳和定位测定芯片，使得芯片限定表面壁的模制槽道导引液体所进入的反应腔(133)，模制体中的加热器腔(16)在芯片容纳开口下方延伸以使芯片暴露，从而与外部加热器形成面对面传热接触，由此由通过测定芯片厚度的热传导加热反应腔中的液体。

43、根据权利要求42所述的测定盒，构造成使得芯片背侧的一部分暴露至温度传感器来控制加热器的激发。

44、根据权利要求41、42或43所述的测定盒，其中容器为分析物接纳容器(134)，布置成排入位于布置成接收加热器的热量的表面壁的部分中的换热轮廓的模制槽道，优选为盘旋轮廓(146)。

45、根据权利要求41-44任一项所述的测定盒，其中，至少一个液化腔(131或142图6A)的一侧模制为表面壁的一部分中的凹陷，液体槽道导引液体通过该表面壁，表面壁的这一部分具有暴露为与外部加热器接合的背表面，以进行面对面传热接触，从而由通过模制表面壁的厚度的热传导加热液化腔中的液体。

46、根据权利要求41-45任一项所述的测定盒，其中，气泡移除装置的一侧模制为液体槽道将液体导引所通过的表面壁的一部分中的凹陷，表面壁的这一部分具有暴露为与外部加热器接合的背表面，以面对面传热接触，从而由通过模制表面壁的厚度的热传导加热起泡移除装置中的液体，优选地，该气泡移除装置采用液体填充气泡捕获器。

47.根据权利要求41-46任一项所述的测定盒，包括固紧在容器和模制体表面壁上的盖组件，该盖组件包括覆盖在该容器上的弹性隔膜部分(7)，该隔膜部分适于被偏移从而使液体通过模制槽道从容器中排出，优选地，表面壁的另一部分采用阀座(V图13、13A)的形式模制，该盖组件包括适于偏移以接合阀座从而使流动停止的隔膜部分。

48、根据权利要求41-47任一项所述的测定盒，其中，该模制体大体为平面并且至少基本上由在相应平行面之间延伸的基本恒定深度的周向壁限定边界。

49、根据权利要求41-48任一项所述的测定盒，其中，该模制体的表面壁的背表面为平面，优选地平行于该盒的表面侧和背侧平面，并且布置成与加热器(101)的平面热输送表面接合，优选地，该加热器包括安装在弹性平面垫(103)上的柔性片状耐热加热器(101图8C)，该弹性平面垫承载在刚性平面板(104)上，该刚性平面板以浮动的方式安装，能够使模制体和加热器的对应平面表面自调整为面对面的传热接触。

50、根据前述任一权利要求所述的测定盒，其具有模制体(13图7)，该模制体包括至少一个模制容器(134或135)，该容器的深度适于容纳测定液体和模制表面壁(FW)，该模制容器在表面侧平面处敞开，模制表面壁具有大体与表面侧平面对齐的外表面，该表面壁的外表面具有形成用于将液体从容器引导至该盒的测定区域(133)的液体通道的至少一个模制槽道(134A、146、143)，该表面壁的前表面是平面的并且粘合至粘合片(8)的粘合侧，粘合片的部分覆盖在该表面壁中的槽道上，使该槽道的相应侧闭合。

51、根据权利要求50所述的测定盒，其中，粘合片(8)在其相对导向侧上承载粘合剂，该粘合片具有至少一个对应于液体容器(134或135)或者阀座(V)的窗口，粘合片的一个粘合侧粘合至表面壁，相对导向的粘合侧粘合至弹性隔膜片(7)，该弹性隔膜片的覆盖在窗口上的一部分在模制体中的相应容器或阀座处限定可偏移泵或阀隔膜。

52、根据权利要求51所述的测定盒，其包括在其相对导向侧上承载粘合剂的第二粘合片(3)，第二粘合片的一个粘合侧粘合至隔膜片的外侧，相对导向的粘合侧粘合至相对刚性的盖部件(1)。

53、根据权利要求52所述的测定盒，其中，在覆盖泵容器的第二粘合片中存在窗口，覆盖泵容器处的隔膜的盖的断开部分(1A或1B图7)构造成从该盖断开从而作为泵活塞头，用于响应于外部施加的致动力(参见图12-12C)偏移该隔膜的相应部分，优选地，该盖的断开部分粘合至隔膜片的对应外表面部分。

54、根据前述任一权利要求所述的测定盒，构造成以产生与受体和配体的复合物相关联的发光标签的规程使用，该盒具有构造和排列成用以读取从该标签发出的光(参见图8F)的窗口(5图7)。

55、根据前述任一权利要求所述的测定盒，其中，该捕获表面包括小于1微米厚度的硝酸纤维素层。

56、根据前述任一权利要求所述的测定盒，构造成用于光学读取的一次性使用的夹层测定盒，

可由外部设备(60)操作的盒，并且具有

液体存放腔(134)和关联的排放泵，用于产生包含分析物配体的液体样本的连续流动，

至少第二液体存放腔(135)和关联的排放泵，用于产生完成该测定所需的测定支持液体的连续流动，

流通反应腔(133)，其中设置有具有延伸宽度的捕获表面(D)，

至少一个废液腔(139A或B)，用于接收来自于反应腔的废液，

该液体通过系统包括将液体流散布至捕获表面的宽度的流动过渡部分(133A)，

该捕获表面承载包括配体受体的间隔的复制区域的二维阵列(C)，该捕获表面定位和排列成用以进行光学读取，

该液体通过系统包括用于将样本和测定支持液体在捕获表面上导引流过反应腔的流动网络，

排气装置(140)，用于由通过该系统的液体排出的空气，

以及换热表面，布置成接收热量以使液体在进入气泡移除系统之前升温至大约理想的测定温度并且将反应腔保持在测定温度，

该存放腔的液体排放泵，该流动网络包括关联的气体气泡移除系统和过渡部分，该反应腔构造成使捕获表面上的液体序列产生具有小于大约1优选在大约1×10^-1与5×10^-3之间的雷诺数的相对宽的流动，由此至废液腔。

57、根据权利要求56所述的测定盒，其中液体所暴露的传热表面与该盒的外表面形成传热关系，该盒的外表面适于与外部设备的加热器部件(101)形成受热关系。

58、根据权利要求56或57所述的测定盒，其中，用在夹层测定中的试剂以干态存放在该盒的腔(131、142)中，试剂暴露至空气，该盒具有传热表面，该传热表面布置成将该腔加热至大约理想的测定温度并且在进行结合操作时将液体引入腔中，该气体气泡移除系统有效地移除该腔中的由加热和结合操作产生的空气的微气泡。

59、根据权利要求56所述的测定盒，其中，捕获表面(D)承载至少3个复制区域，在复制区域中，多个配体受体(C)的每个横向于液体流过反应腔的方向进行布置。

60、根据权利要求59所述的测定盒，其中，捕获表面上的阵列在与给定配体受体的区域邻近的区域中包括已知数量的该受体对其特异的配体的参考区域(图16B)。

61、根据前述任一权利要求所述的测定盒，其中，配体受体为抗体或抗原，其分别特异于样本中的抗原或抗体配体。

62、根据前述任一权利要求所述的测定盒，其中，在操作取向上，该气泡移除系统包括适于容纳液体的向上延伸的浮力腔，该浮力腔具有上部、液体入口和液体出口，该液体出口的位置低于浮力腔的上部，适于浸入浮力腔的液体中，从浮力腔的上部具有排气通道(161图10；9A图10A)。

63、根据权利要求62所述的测定盒，其中，该浮力腔连通于与该盒的废液腔关联的通气口，直到浮力腔接收液体，第一表面张力冲胀阀(138D图10)关联于从浮力腔的液体出口引出的通道，该第一冲胀阀构造和排列成用以有效地防止液体流过浮力腔，直到该腔填充有液体，排气通道包括位于浮力腔上部区域中的多气孔但是阻断液体的元件(9A)，允许空气从该腔中排出但是阻断流体的通过。

64、根据权利要求62所述的测定盒，其中，浮力腔连通于与该盒的废液腔关联的通气口，直到浮力腔初始填充液体，第一表面张力冲胀阀(138D)与从浮力腔的液体出口引出的通道关联，第二表面张力冲胀阀(138A图10)连通于与排气通道关联的浮力腔的上部，第一冲胀阀构造和排列成用以有效地防止液体流过浮力腔，直到该腔填充液体，第二冲胀阀构造和排列成用以有效地在浮力腔填充液体之后防止液体从浮力腔的上部流下。

65、根据权利要求27所述的测定盒，其具有温度控制区域(J图4A)，该区域构造成使得与该测定关联的所有液体达到大概测定温度，该气体气泡移除系统在液体所暴露的温度控制区域之后，然后液体到达捕获表面，并且包括适于容纳液体的向上延伸的浮力腔并且具有上部、液体入口和液体出口，该液体出口的位置低于浮力腔的上部，适于浸入浮力腔的液体中，在浮力腔的上部具有排气通道(161图10；9A图10A)。

66、根据权利要求27或67所述的测定盒，其中，该液体通过系统构造成采用第一存放容积(134或135)的液体初始地填充浮力腔，使得连接为使另一液体流动通过浮力腔的其他流动通道在填充浮力腔期间被隔离并且保持为空，该浮力腔的尺寸适于当液体被促使通过所述其他流动通道至浮力腔时接收和容纳由所述空通道排出的空气，而不将浮力腔的液体出口暴露至填充浮力腔的上部的空气。

67、根据前述任一权利要求所述的测定盒，其包括长度为大约8cm或者更少、宽度为大约5cm或者更少的矩形形状的大体平面模制体，构造成在使用时纵向轴线与水平方向成一角度的设置取向；

在该取向上，该模制体的基本下半部分以并排的方式限定用于缓冲液体袋腔的存放腔(135)、用于以干燥的方式存放在其中的检测配体的腔(131)以及用于以干燥的方式存放在其中的荧光标签试剂的腔(142)；

包含邻近该模制体的相对纵向端定位的捕获表面的反应腔(133)，至少一个存放腔(139)侧向于反应腔的一侧设置，定位成接纳来自于该反应腔的废液的重力流；以及

采用加热区域形式的温度控制区域(34)，布置成在液体进入气体气泡移除系统(128图5)之前加热液体。

68、根据前述任一权利要求所述的测定盒，构造成在相对于停止位置的测定位置形成一角度，其中，排气结构包括与废液腔连通的通气口(140)，该通气口由可透过空气直到被浸湿的材料构成，该材料定位成当该盒处于测定位置时不会由废液腔中的液体浸湿，当使用后该盒处于停止位置时，由废液腔的液体浸湿。

69、根据前述任一权利要求所述的测定盒，构造成可由外部装置(60)控制，该液体通过系统包括流动网络，该流动网络包括至少一个检测站(150或152，参见图4)，适于接纳检测光束并且使得该检测光束通过流动通道并由此进入检测器，使得检测器处的光束由于在检测站处流动通道中出现液体-空气交界而以可检测的方式改变，所述改变的光束由外部设备在执行测定期间用作控制信号。

70、一种执行测定的方法，包括提供前述任一权利要求所述的测定盒和适于控制该测定的外部设备，将样本引入该盒的样本腔，根据预定的测定规程，在外部设备的控制下执行该测定，包括在选定的持续时间内使样本以小于大约1优选处于大约1×10^-1与5×10^-3之间的雷诺数连续地流过捕获表面，并且读取该盒的捕获表面。

71、一种执行夹层测定的方法，包括提供权利要求56或者引用权利要求56的任一权利要求所述的测定盒，以及适于控制该测定的外部设备，其中，该捕获表面承载特异于分析物分子的配体的配体受体的复制区域阵列，将包括分析物的液体样本引入样本腔，并且根据适于光学读取的预定夹层测定规程，在该外部设备的控制下，以小于大约1优选处于大约1×10^-1与5×10^-3之间的雷诺数使得流体连续地顺序地在预定流速下在预定的时间内流过该样本的反应腔，并且以适当的次数使测定支持液体连续地流过，并且光学读取该盒的捕获表面。

72、根据权利要求71所述的方法，其中，该捕获表面承载以特定于分析物分子的抗体或抗原形式的受体配体的复制沉积，该样本包含分析物分子。

73、一种只采用盒中容纳的液体确定液体样本中的至少一种分析物的浓度的方法，包括下述步骤：

(a)提供根据权利要求1至69任一项所述的盒，该盒包括：

(i)捕获表面，该捕获表面具有对于每种分析物的固定化结合试剂，该试剂具有特异于分析物的复制结合部分，该结合试剂在捕获表面上分为至少三个空间上分离的位置的集合；以及

(ii)液体显现系统，该系统能够提供至少一种液体，通过粘合产生信号的标签而显现分析物和结合试剂的复合物，从而通过信号的强度量化示出结合至每个部分的分析物的量；

(b)将液体样本插入该盒中的存放容积；

(c)由存放的样本以受控率在捕获表面上以预定的间隔产生液体样本的连续流动，从而实现将至少一种分析物结合至结合试剂的相应部分；

(d)通过由存放在该盒上的液体显现系统以预定的持续时间以受控率在捕获表面上产生液体的至少一个连续流动，其足以将标签结合至各位置的该复合物，从而量化示出结合至每个位置的分析物的量，由此来显现各部分的分析物和结合试剂的复合物；

(e)用存放在该盒上的液体冲洗捕获表面以移除能够产生假信号的未结合材料；

(f)测量由捕获表面上各位置的标签产生的信号从而获得表示在每个位置处由分析物占据的结合部分的比例的值；以及

(g)对相应于位置集合的值进行操作，从而确定液体样本中的分析物的浓度值。

74、根据权利要求73所述的方法，其中，对每次增加的液体流进行加热，并且在流过捕获表面之前在大约1至5秒之间的时间段内暴露至气泡移除区域。

75、根据权利要求73或74所述的方法，其中，位置的每个集合包括至少5个位置，在数值集合上执行的操作包括舍弃至少一个最高值和至少一个最低值并且采用中间值确定平均值。

76、根据权利要求73、74或75所述的方法，其中，该显现系统包括能够基于在所述位置结合的分析物的量而结合在每个位置的检测试剂，以及能够结合至检测试剂的信号产生标签，该方法包括顺序地产生包含检测试剂的液体和包含标签的液体的连续受控流。

77、根据权利要求73-76任一项所述的方法，其中，结合试剂为抗原或抗体，分析物分别为抗体或抗原。

78、根据权利要求73-77任一项所述的方法，其中，所述标签为荧光标签并且通过激发该标签和测量所得的荧光执行测量。

79、根据权利要求73-78任一项所述的方法，其中，所述至少三个位置以跨过用于连续流过捕获表面的流动路径的宽度的排进行分布。

80、根据权利要求73-79任一项所述的方法，包括承载预定浓度的分析物的执行校准的沉积的至少一排位置，对这些位置进行显现、测量并且采用这些位置以将信号关联于浓度并且判定该系统已经正确地执行。

81、根据权利要求80所述的方法，其中，存在校准位置，这些校准位置具有不同已知浓度的分析物沉积(图16)。

82、根据权利要求73所述的方法，其中，流过捕获表面的流体为大约1或更低的雷诺数，优选为1×10^-1与5×10^-3之间。

83、根据权利要求1-69任一项所述的测定盒，能够进行自校准，该捕获表面承载用于测定的给定配体受体的复制沉积集合，并且与该组关联地承载校准沉积集合(A至F图16)，该校准沉积集合包括配体受体所特异的配体的许多组复制沉积，这些复制沉积的组分别采用配体的不同已知稀释度，当显现时，已知稀释度选定为足以限定在给定配体受体的沉积暴露至包含配体的样本之后用于在这些沉积处作出测定测量的校准曲线，校准沉积的组适于通过将可读标签粘合至捕获表面上配体沉积处的所有配体而被显现。

84、根据权利要求83所述的测定盒，包括捕获表面上的给定可测量强度的至少一排对照沉积(对照A或对照B，图16)，以核准该测量系统的操作。

85、根据权利要求83或84所述的测定盒，其中，该沉积包括采用点型阵列的点。

86、根据权利要求83、84或85所述的测定盒，其中，该标签为荧光标签。

87、根据权利要求83-86任一项所述的测定盒，构造成将捕获表面暴露至具有一流动方向的样本和试剂的片状流，复制沉积为以横向于流动方向取向的至少一排进行布置的点，校准沉积的组为以横向于流动方向的排布置的点。

88、根据权利要求87所述的测定盒，其中，配体受体的复制沉积采用横向于流动的单一排，具有每个给定稀释度的校准沉积以横向于该流动的单个相应排进行布置。

89、根据权利要求83-88任一项所述的测定盒，其中，捕获表面采用延伸的宽度，以横向布置承载多于一个配体受体的沉积和关联的校准沉积。

90、一种测定方法，包括通过根据权利要求83-89任一项所述的测定盒，将捕获表面暴露至包含配体的样本流，然后将捕获表面暴露至可读取标签粘合至当前所有配体的条件，通过读取器读取该标签以获得每个沉积的测量值，分析校准沉积的组的数据从而得到校准值的表格，将由配体受体的组获得的值与表格的值进行比较，并且从中获得表示分析物中的配体浓度的值。

91、根据权利要求90所述的测定方法，其中，该标签为荧光标签，该读取器为荧光读取器。

92、根据权利要求90或91所述的测定方法，其中，配体受体为抗原或抗体，分析物分别为抗体或抗原。

93、一种执行测定的盒，该盒包括承载直径在大约50微米与500微米之间的配体受体(C)的点的阵列的固态表面(D图1)，各点之间的间隔至少为大约等于各点的直径，该阵列的宽度(W)大于大约0.5cm，承载该阵列的固态表面构造和排列成用以作为宽度超过该阵列的宽度的流动通道的一侧，在承载所述阵列的表面与相对的平行的限制流动表面之间的间隙的尺寸(H)在大约80与300微米之间，泵送和通过系统构造成形成包含相关配体的液体样本和显现液体以小于大约1的雷诺数通过流动通道的宽度的连续流，或者能够将可检测标签粘合至已经粘合有相关配体的点的连续液体，该盒构造成能够读取该阵列的可检测标签。

94、根据权利要求93所述的测定盒，其中，该间隙位于大约100与200微米之间，该泵送和通过系统构造成提供大约1×10^-1与5×10^-3之间的雷诺数的流体。

95、采用固态表面上的点型阵列执行测定的方法，包括下述步骤：(a)在固态表面(D图1)上提供直径在大约50微米与500微米之间的配体受体的点的阵列(C)，各点之间的间隔至少大约等于各点的直径，该阵列的宽度(W)大于大约0.5cm；(b)布置承载该阵列的固态表面，作为宽度超过该阵列的宽度的流动通道的一侧，在承载该阵列的表面与相对的平行的限制流动表面之间的间隙的尺寸(H)在大约80与300微米之间；(c)形成包含相关配体的液体样本和显现液体以小于大约1的雷诺数通过流动通道的宽度的连续流，或者能够将可检测标签粘合至已经粘合有相关配体的点的连续液体；以及(d)读取该阵列的可检测标签。

96、根据权利要求95所述的方法，其中该间隙处于大约100与200微米之间，该流体具有大约1×10^-1与5×10^-3之间的雷诺数。

97、通过使用权利要求1-69任一项所述的盒实现的根据权利要求95或96所述的方法。

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