CN101410699A - 流体处理和体积测定系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及流体处理系统，其至少具有两个腔室。每个所述腔室被柔性隔膜分为第一部分和第二部分，在使用中第一部分主要包含气体，第二部分在使用中主要包含非气相流体、入口和/或出口构件。提供一个或多个通道以连接所述至少两个腔室的所述第二部分，其中所述一个或多个通道中至少一个包括压敏单向阀。另外，提供对所述至少两个腔室中至少一个的所述第一部分施压的构件以传输样品液。

Description

流体处理和体积测定系统
技术领域
本发明涉及生物和医药学科中的流体处理领域。具体地，本发明涉及分子诊断领域，特别是在细菌检测方面、血液处理和诊断或心脏移植中的应用。
背景技术
在医药应用中，流体处理非常重要。其中流体可在封闭的盒内通过几步被处理的集成系统具有节约时间、用户友好和限制人为干扰的优点，然而也有交叉感染的风险。US5193990所述的系统允许对从主腔室中流出的流体进行流量控制。主腔室被隔膜分为两个区：流体所流入和流出的第一区和充满气体的第二区。通过监测所述气体相对于在固定参考体积中的气体的压力变化执行第一级控制，作为流量测量的基础。应用玻意耳定律来测定第二区的体积，且因为第一和第二区的总体积是常数，所以就可知道第一区的体积。通过提供更小的辅助分配腔室实现第二级控制。辅助分配腔室也被隔膜分为两个区以便其第一区的体积在固定上下限之间可变。通过从主腔室充注辅助分配腔室到其最大体积，并随后使该体积随时间减小到最小体积，来测定分配腔室每单位时间的体积变化。最后，公开第三级控制，其中通过以测量腔室中压力的方式监测辅助腔室内压力变化来测定分配腔室内残留的流体体积。
现有技术的流量控制系统具有需要具备附加的与从中流出的流体流量希望被测量的腔室连接的固定参考体积或者具备更小的辅助腔室的缺点。这些要求使机构复杂化，并使装置更加庞大。现有技术装置还需要几个阀切换和泵送步骤来执行上述流量控制。这些使自动化困难并消耗时间。
所以本领域需要更简单、用户更友好、更快和更紧凑的系统来做此工作。
发明内容
本发明的目的是提供改进的流体处理系统，其允许非气相流体在多腔室装置中从一个腔室到另一个腔室的处理，并提供一种改进的测量方法来测定在流体处理系统中流体从一个腔室流入另一个腔室的程度。
广泛地讲，本发明基于此发现，即，通过对由压敏单向阀导引流体以及获得准确的关于每个流体处理步骤执行程度的信息这两个操作过程使用同一压力源，无须使用庞大的标定腔室和烦琐的阀系统，就可使流体从一个腔室到另一个腔室以受控方式进行有效地处理。
本发明的实施方案涉及一种流体处理系统，其包括至少两个腔室。每个腔室被柔性隔膜分割为第一和第二部分。第一部分中主要是气体如空气、氮气、氩气或类似气体，且第二部分中主要是非气相流体。每个腔室具有入口和/或出口构件。一个或多个通道使所述各第二部分相连，所述一个或多个通道中至少一个包括压敏单向阀。流体处理系统进一步包括对所述至少两个腔室中至少一个的所述第一部分施压的构件。
该实施方案是有利的，因为其允许以最少量的阀切换和泵送步骤执行流体从一种流体处理系统的一个腔室到另一个腔室的处理，并额外减少了受控阀的数量。
一个附加特点在于，至少两个腔室的第一部分中至少一个与压力传感器连接。这是有利的，因为其允许在相关腔室内使用压力变化来直接且准确地测定至或从该腔室流体被处理到的程度，无须附加的参考腔室。
另一附加特点在于，用于施压的构件是单一压力构件，其通过供压管线与所述至少两个腔室中的每个腔室连接。对应至少两个腔室的每个腔室的供压的管线包括一个阀，优选3/2阀，允许所述至少两个腔室中每个腔室与用于施压的构件连接或断开。这是有利的，因为使用单一压力构件是经济的，并仍然允许对系统内每个腔室的流体输送的完全控制。
另一附加特点在于，至少两个腔室中至少一个的第二部分通过一个或多个通道直接连接到两个或更多个其他腔室的第二部分。所述一个或多个通道中至少一个包括压敏单向阀。如果至少两个腔室中至少一个充当接收腔室，且因此位于充当传输腔室的所述两个或更多其他腔室中至少两个的下游，则该系统有利地用于实施将来自传输腔室的流体在接收腔室中混合。另一优点是传输腔室可用于对接收腔室进行再填充。如果至少两个腔室中至少一个充当传输腔室，则该系统通过选择不同体积的接收腔室有利地用于如控制系统流动或流体的被传输剂量。另一附加特点是使用多位阀，因此允许通过选择其转换位置，以选择性地连接或断开传输腔室的第二部分自/至任意接收腔室，并还有可与上述任意实施方案和附加特点一起应用的另一附加特点是使用尺寸不同的腔室。
另外一个附加特点在于，单一排气管线优选通过在供压管线上已有的3/2阀与所有腔室的第一部分连接。这是有利的，因为其允许统一打开或关闭整个气体回路，并因此简化之。其附加优点在于，允许包含已知体积的单一储气器，其可用于标定系统中任意腔室的体积。因此一附加特点是储气器与排气管线连接，而本发明的优点之一是使该储气器可选。
本发明的另一实施方案是在根据本发明任意实施方案和附加特点的流体处理系统中测定从一腔室传输到另一已知体积V8腔室中的非气相流体的体积ΔV的方法。该方法包括以下步骤：
(i)在所述传输之前测量接收腔室的第一部分中的压力P8，
(ii)在所述传输之后测量接收腔室的第一部分中的压力P8’，
(iii)解以下方程：ΔV＝V8(1-P8/P8’)
本实施方案的优点在于，其允许准确测定已从一腔室传输到另一腔室的非气相流体的体积ΔV无须任何附加参考腔室。
一附加特点在于，步骤(iii)可用如下步骤替代：
(i)在所述传输之前测量接收腔室的第一部分中的温度T8，
(ii)在所述传输之后测量接收腔室的第一部分中的温度T8’，
(iii)解以下方程：ΔV＝V8’(P8’T8/T8’P8-1)
本方案的优点在于，在处理过程中希望有温度变化的条件下(如处理新鲜血液时)，其允许更加准确测定已从一腔室传输到另一腔室的非气相流体的体积ΔV。
本发明的另一实施方案涉及一种生物感应装置，用于流体分析，所述流体包含一种或多种待测分析物分子如包含一种或多种多核苷酸靶分子、蛋白、膜片段、细胞片段或其他生物分子等。所述生物感应装置包括：
流体处理系统，其包括：
(i)至少两个腔室，每个所述腔室被一柔性隔膜分割为第一和第二部分，所述第一部分主要包括气体且所述第二部分主要包含非气相流体、入口和/或出口构件。
(ii)一个或多个通道，其使所述至少两个腔室的所述第二部分相连，其中所述一个或多个通道中至少一个包括一个压敏单向阀。
(iii)对所述至少两个腔室中至少一个的所述第一部分施压的构件。
其中，
a)至少两个腔室之一选自以下任意一种：PCR扩增腔室(25)、如包括包含一个或多个能专门与所述一种或多种分析物分子如多核苷酸靶分子结合的探针的生物感应固体基质(30)的检测腔室(27)、细胞溶解腔室、纯化腔室、洗涤腔室、培养腔室、热循环腔室、如用于DNA提取的细胞片段提取腔室，或
b)至少两个腔室中至少一个的入口或出口可与以下任意一种腔室流体地相连：PCR扩增腔室(25)、如包括包含一个或多个能专门与所述一种或多种分析物分子如多核苷酸靶分子结合的探针的生物感应固体基质(30)的检测腔室(27)、细胞溶解腔室、纯化腔室、洗涤腔室、培养腔室、热循环腔室、如用于DNA提取的细胞片段提取腔室。
可选地，可以在所述腔室之一中提供检测器，用于在所述样品流体与所述生物感应固体基质接触后分析所述生物感应基质以便测定所述一种或多种分析物分子的存在。检测器可以是光学检测器且腔室壁可制成透明的，以允许该光学检测。
本实施方案的优点在于，能控制和测量生物感应装置的每个流体处理步骤。
本发明还提供一种处理样品液的方法，如用于分析包含一种或多种分析物分子的流体，所述方法包括以下步骤：
使用至少两个腔室处理样品液，每个所述腔室被一柔性隔膜分割为第一和第二部分，所述第一部分主要包括气体且所述第二部分主要包括非气相流体、入口和/或出口构件，一个或多个通道使所述至少两个腔室的所述第二部分相连，其中所述一个或多个通道中至少一个包括一个压敏单向阀，所述方法进一步包括对所述至少两个腔室中至少一个的所述第一部分施压以传输样品液。方法中至少一步可包括以下任意一个：PCR扩增、检测、热循环、细胞溶解、细胞片段提取、洗涤、纯化、和培养。
附图说明
现参考以下附图描述本发明：
图1为演示根据本发明的实施方案的测量方法的示意图。
图2为根据本发明一个实施方案的流体处理系统示意图。
图3为根据本发明一个实施方案的流体处理系统示意图。
图4为根据本发明一个实施方案的流体处理系统示意图。
图5为根据本发明一个实施方案的流体处理系统示意图。
图6为根据本发明的流体处理系统的具体实施例的示意图。
图7为本发明的另一实施方案，即本发明的流体控制装置应用于生物感应装置，如用于分析存在于样品流体中的靶多核苷酸分子。
具体实施方式
将就具体实施方案并参考具体附图描述本发明，但本发明不限于此，而是仅由权利要求来限定。权利要求中的任何参考符号不应解释为限制范围。所述附图只是示意且非限制性。附图中，为演示目的，一些元件的尺寸可能被放大且未按比例表示。本说明书和/或权利要求中使用“包括”一词的地方，不排除出现其他元件或步骤。
当提到单数名词时使用不定冠词如一个或这个时，其包括该名词的复数，除非有其他特别说明。
进而，在说明书和/或权利要求中的第一、第二、第三和类似术语被用于区分相似元件且未必用于描述事件或时间顺序。应了解，所用术语在适当情况下可互换，且这里所描述的本发明实施方案能以其他顺序执行，而不是以这里所描述的或图示的。
在一个实施方案中，本发明涉及一种流体处理系统。就流体而言，术语流体可理解为就非气相流体，其在系统中被处理，如从系统输送。该流体处理系统包括至少两个腔室，流体可被处理自或至所述腔室。每个腔室优选使用一定厚度的材料制成，该厚度使系统运行过程中压力变化不明显改变腔室体积。因此腔室壁是刚性的，无弹性，由固体材料制成。系统的每个腔室被隔膜分为第一和第二部分。第一部分中主要是气体，且第二部分中主要是非气相流体。第二部分具有入口构件以引入待处理非气相流体或接受来自另一腔室的已处理非气相流体。第二部分也包括出口构件以将已处理非气相流体传输到另一腔室或者释放流体到其目的地。通过一个或多个通道提供至少两个腔室的第二部分之间的连接，且从一个腔室到另一腔室或/和从一个腔室到其目的地的流体处理由阀来调节。这些阀可以是压敏阀。特别在第一和第二腔室之间可提供单向阀。导致从一个腔室到另一腔室的非气相流体处理的致动由对传输腔室的第一部分施压的构件执行。将非气相流体从传输腔室传输到接收腔室的必要条件如下：压力构件对气体和因此也对非气相流体和随后对与该流体接触的压敏单向阀施加的压力应大于单向阀的阈值压力和相应的接收腔室的充气的第一部分的压力。
在本发明的另一实施方案中，至少两个腔室的第一部分中至少一个连接压敏传感器。优选地，将压力传感器连接到接收腔室。这样，可监测接收腔室中的气体压力。为此，可将传感器连接到监测用电子设备上。
在本发明的另一实施方案中，通过对接收腔室进行压力监测，以获得已传输到该接收腔室的非气相流体的体积。该实施方案如图1中所示。
图中左边，为两个腔室。上部的腔室是传输腔室(1)，其总体积为V1。底部腔室是接收腔室(2)，其总体积为V2。每个腔室包括第一部分(5)和(8)，以及第二部分(6)和(9)，所述第一部分和第二部分被柔性隔膜(7)隔开。第一部分(5)和(8)主要充满气体，同时传输腔室(1)的第二部分(6)主要包含非气相流体且接收腔室的第二部分基本上是空的。所述腔室的第一部分(5)和(8)可由构件外部加压，为了清楚，所述构件未在示意图中画出。第二部分(6和9)由通道(3)连接。该通道(3)中，提供阀，其优选为在特定最小压力下开启的压敏单向阀(4)。箭头指示为由压敏单向阀允许的流动方向。相对于腔室体积，连接通道的体积被认为可忽略。
尽管使用压敏单向阀能减少切换阀步骤、泵送步骤和受控阀的数量，开启和关闭这些阀所需压力可能随时间而变化，如由于老化。当用于测量流量的体积依赖于压力时，这可能导致流量的测量和/控制的不准确。根据本发明的系统通过使被传输流体的体积和/或流量的测量和/或控制独立于阀的开启和关闭压力而避免了这个问题。该测量和/或控制方法描述如下：
作为预备步骤，在引入待处理流体之前，使所有腔室的第二部分的空气含量最小化是有用的。可通过给所有腔室加压以使其完全充满气体，使隔膜(7)完全延展，来实施该预备步骤。这样，用于流体的腔室部分(第二部分(6)和(9))的空气含量被最小化。所述腔室的第二部分(6)和(9)里的多余空气通过排气管线被排到环境中，为了清楚，所述排气管线未画出。
之后，将流体引到传输腔室(1)的第二部分(6)，且以下方程有效：
V1＝V5+V6
V2＝V8+V9
V9＝0
其中Vn是腔室或部分(n)的体积。
在图1的右边所示的下一步中，通过对腔室(1)加压将存在于腔室(1)中的非气相流体泵送到腔室(2)。隔膜(7)延展直到腔室(1)中所有流体都被抽出。只要施加的压力大于压敏单向阀(4)的阈值压力和腔室(2)的相应的第一部分(8’)的压力，这就有效。
流体一但停止流动，腔室(2)的压力就停止增加。此时，腔室(1)中无流体剩余且V6’＝0。泵送到(9’)的流体量是ΔV。可得到如下方程：
V6’＝0＝V6-ΔV
所以ΔV＝V6
V9’＝V9+ΔV＝ΔV
且V2保持不变
V2＝V8+V9＝V8’+V9’
V8’＝V2-V9＝V8-ΔV
玻意尔和盖吕萨克的定律对腔室(2)中的固定量气体有效，在流体转移之前和之后：
如果认为温度是常数，则P8V8＝P8’V8’(其中Pn是部分n中的压力)，且因此我们得：
ΔV＝V8(1-P8/P8’)
且当V8及两个压力P8和P8’已知时，可得出被转移的流体量ΔV。
除了压力传感器外，改进之处在于连接一个温度传感器(图1中未显示)到接收腔室。这允许在流体处理过程中考虑温度变化。
如果把温度考虑进来：
则：ΔV＝V8’(P8’T8/T8’P8-1)
图2例示本发明的另一实施方案，其中为了清楚只表示了两个腔室(1)和(2)。由包括一个单向阀(4)的通道(3)将所述两腔室的第二部分连接起来。接收腔室(2)的第一部分包括压力传感器(19)且其第二部分包括出口构件(22)。第一腔室(1)的第二部分包括入口构件(21)。本实施方案中，用于施压的构件是单一压力构件(10)，其通过供压管线(11)与两个腔室(1)和(2)中的每个连接。连接每个腔室的供压管线(11)包括一个阀(12)，以独立地使每个腔室与用于施压的构件(10)连接或断开。图3例示本发明的另一实施方案，其中表示了三个腔室。腔室(1a)和(1b)充当传输腔室，且相对于腔室(1a)和(1b)位于下游的腔室(2)充当接收腔室。腔室(2)的第二部分(9)直接与所述其他两腔室(1a)和(1b)的第二部分(6a)和(6b)通过通道(3)连接起来。本实施例中，所述的两个通道都装配有压敏单向阀(4)。
图4例示本发明的另一实施方案，其中表示了三个腔室。腔室(1)充当传输腔室，其相对于腔室(2a)和(2b)位于上游。阀(16)允许选择性地连接或断开腔室(1)的第二部分自/至任一所述两个其他腔室。此处尺寸较小的腔室(2b)是为了说明本发明任一实施方案中所用的各种腔室的尺寸未必彼此相等。
图5显示本发明的实施方案，其中所有腔室(1)和(2)的第一部分(5)和(8)与排气管线(12)通过3/2阀连接。3/2阀优选为气动阀，其具有三个接口和两个转换位置。此处，第一接口连接到供压管线(11)，第二接口连接到腔室(1)或(2)，且第三接口连接到排气管线。所以腔室(1)和(2)能够与供压管线或者与排气管线连接。随末端阀(14)的位置变化，排气管线(13)相对环境(18)开放或关闭。所表示的可选储气器(15)与排气管线(13)连接。该可选储气器(15)具有已知体积，且可按照US5193990描述的方法用于标定任一连接到此处的腔室(1)或(2)。
图6显示描述本发明实施方案的具体示例。在该示例中，四个腔室(1)互连。为了清楚，流体的供排通道没有画出。切换3/2阀(12)可对每个腔室(1)加压。气压源(20)与共享的供压管线(11)连接，所述供压管线受控于电子压力调节器(17)而供应带压空气到每个3/2阀(12)。图6中，每个3/2阀(12)是关闭的，且每个腔室(1)与共享排气管线(13)连接。排气管线(13)包括储气器(15)。排气阀(14)将排气管线(13)中流向环境(18)的流动切断。只有当排气阀(14)开启时，排气管线(13)开放。当排气管线(13)被关闭时，排气管线(13)、储气器(15)和所连接的腔室(1)中的空气体积是固定的。这样，上述测量方法可用于测定流入任意腔室(1)的流体的量。如果该腔室(1)在那时未被加压且排气管线(14)被关闭，这是有效的。用所连接的压力传感器(19)的压力测量的解读依赖于体积测量，其不但是腔室(1)的初始体积，而且包括排气管线(13)、储气器(15)和所连接的腔室体积(1)。
图7显示本发明在生物感应装置中的应用，例如用于检测分析物定量或定性地在样品液中的存在。分析物可能是任何用于分子诊断学的分析物分子如DNA、RNA、蛋白质、酶、糖类、细胞、细胞片段、膜片段、可溶的或结合的受体、循环血液标记物如肿瘤标记物、抗体等。例如生物感应器可用于分析存在于样品流体中的靶多核苷酸分子。该生物感应装置包括两个或更多腔室。所述腔室之一可以是以下之任意：PCR扩增腔室(25)(如热循环仪(29)中所附)，检测腔室(27)，例如包括生物感应基质(30)且与检测器(28)耦合，热循环腔室，细胞溶解腔室，细胞片段提取腔室如DNA提取或细胞膜或细胞受体提取腔室，洗涤腔室，纯化腔室，培养腔室等。在本发明范围内还可包括其他腔室。所述腔室可以任何合适的流体相连顺序设置。如，裂解腔室(23)和/或核酸提取腔室(24)可设在PCR扩增腔室(25)上游，且纯化腔室(26)可设在PCR扩增腔室(25)和检测腔室(27)之间。位于所有其他腔室上游的腔室具有入口构件(21)用于接受待分析流体。所有腔室可选地具有用于接受必要的反应物和/或酶和/或溶剂和/或缓冲液的入口构件(21)、压力传感器(19)和温度传感器(31)。
可用图7中显示的系列腔室以各种方式使用以上描述的本发明的流体处理实施方案。首先，如通过可选且可控的阀，根据本发明的流体处理结构的至少两个腔室中至少一个的入口和/或出口构件可流体地连接到或流体地可连接到以上提到的处理腔室中的一个或多个，即PCR扩增腔室(25)(如热循环仪(29)中所附)，检测腔室(27)，例如包括生物感应基质(30)且与检测器(28)耦合，热循环腔室，细胞溶解腔室，细胞片段提取腔室如DNA提取或细胞膜或细胞受体提取腔室，洗涤腔室，纯化腔室，培养腔室等。本发明的流体处理结构可用于以给药方式将试剂、溶液如洗涤溶液、样品液等输送至任意腔室，或以给药方式将试剂、溶液如洗涤溶液、样品液等从任意腔室中取出。如通过可选且可控的阀，根据本发明的两腔室流体处理结构也可连接到或能连接到如反应物、如洗涤溶液、样品液等溶液的流体源，以将其以受控方式分配至任意处理腔室。
本发明的又一实施方案中，本发明的至少两腔室流体处理结构可与上述形式的处理腔室集成。回到图7，在可选裂解腔室(23)中，出现在流体中的细胞被裂解(例如通过渗透、机械或酶方法)。一旦裂解执行，通过对腔室(23)的第一部分施压，流体就被处理到下一腔室。图7中，下一腔室是可选提取腔室(24)。在可选提取腔室(24)中，将多核苷酸(如DNA或RNA)与无核材料分离(如通过机械、溶剂提取、沉淀或离心方法)。一旦该分离执行，通过对腔室(24)的第一部分施压，流体就被处理到下一腔室。下一腔室是PCR扩增腔室(25)。在PCR扩增腔室(25)中，目标的多核苷酸片段通过所选的标记引物识别，并通过本领域一般技术人员公知的标准PCR热程序扩增。热程序由热循环仪(29)执行。在图7中，下一腔室是可选纯化腔室(26)。在可选纯化腔室(26)中，PCR步骤之后残留的游离引物和其他反应污染物可被清除(如通过与硅相互作用)。一旦该纯化执行，通过对腔室(26)的第一部分施压，流体就被处理到下一腔室。下一且最后一腔室是检测腔室(27)。在检测腔室(27)中，扩增的(或可选纯化的)多核苷酸片段与存在于生物感应固体基质(30)上的一个或多个特定探针杂合。一旦该杂合执行，通过对腔室(27)的第一部分施压，未杂合的多核苷酸片段就从出口(22)排出。最后一步中，由检测器(如光学检测器(28))通过其标记引物(如标有如但不限于发光标记物的标记物的引物)测定被杂合的多核苷酸。
术语“探针”意指一种物质，其被固定在生物感应固体基质表面和/或基质内，当其被投入到构成样品一部分的靶多核苷酸中或与所述靶多核苷酸反应时具有与该靶多核苷酸发生某些特定相互反应的能力，用于检测所述靶多核苷酸的存在。探针包括分子化合物如但不限于核酸和相关化合物(如DNA、RNA、寡核苷酸或其类似物、PCR产品、基因DNA、细菌的人造染色体、质粒或类似物)。
术语“标记物”意指一种物质，用合适的方法可容易地检测到他，以便能够检测其物理分布和/或被输送信号强度，所述被输送信号如但不限于发光分子(如荧光剂、磷光剂、化学发光剂、生物发光剂和类似物)、有色分子、在反应、酶、磁珠、放射性同位元素、具体可结合配基、用声波共振可检测的微泡和类似物上产生颜色的分子。
除非另行说明，这里所用的术语“标记”意指给探针出现贴标签或使标签与探针连接或相互作用(如反应)的动作。
非气相流体的特性对本发明不是关键的，且可认为是任何非气相流体。可在本发明的系统中处理的流体的具体实施例是生物流体(即生物特性流体如但不限于血液、痰、精液、唾液、尿、汗、奶、胆汁、脑脊髓液、水泡液、血清或囊液和类似物)。尽管本发明具体地对生物和医药中的应用有意义，但本发明不限于此范围，且其可用于如其他范围的分析或有机化学领域中。在这些应用中使用的流体从而形成了可在本发明中使用的另一类流体。腔室的形状对本发明不是关键的，且可认为是任何形状，甚至非常复杂的形状。关于腔室的重要特征是其体积应固定，即腔室应是刚性的。本发明中所用的隔膜必须既不透气又不透非气相流体。必须选择不与所用气体和非气相流体反应的隔膜。对隔膜的要求是该隔膜应柔性且有弹性，以便其能够可逆地延伸两个腔室部分的体积，以使体积达到或接近腔室的最大体积。所以隔膜优选是有弹性的。合适的隔膜合成物包括但不限于热塑性聚合物(如但不限于聚(乙烯)、聚(丙烯)、聚酰胺、聚(氯乙烯))和类似物)、弹性体(如但不限于天然橡胶、聚丁二烯、聚异戊二烯、乙烯丙烯橡胶、硅树脂和类似物)和热塑性弹性体(如但不限于聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)。
所用气体实质上可以是与隔膜化学上兼容的任意气体。有用的气体是那些安全、容易获得且便宜的气体。实施例包括但不限于空气、氮气、氩气和类似物。

Claims (20)

1.一种流体处理系统，其包括：
(i)至少两个腔室，每个所述腔室被柔性隔膜分为第一部分和第二部分，所述第一部分主要包含气体，且所述第二部分主要包含非气相流体、入口和/或出口构件，
(ii)使所述至少两个腔室的所述第二部分相连的一个或多个通道，其中所述一个或多个通道中的至少一个包括压敏单向阀，
(iii)对所述至少两个腔室中至少一个的所述第一部分施压的构件。
2.根据权利要求1所述的流体处理系统，其特征在于，所述至少两个腔室的所述第一部分中至少一个与压力传感器连接。
3.根据权利要求1或2所述的流体处理系统，其特征在于，所述至少两个腔室的所述第一部分中至少一个与温度传感器连接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的流体处理系统，其特征在于，所述用于施压的构件是单一压力构件，该单一压力构件通过供压管线与至少两个腔室中的每个连接，所述供压管线对于至少两个腔室中的每个而言都包括一个阀，允许将所述至少两个腔室中的每个与所述用于施压的构件连接或断开。
5.根据权利要求4所述的流体处理系统，其特征在于，对应所述至少两个腔室中的每个的所述一个阀是3/2阀。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的流体处理系统，其特征在于，所述至少两个腔室中至少一个的所述第二部分通过一个或多个通道直接与两个或更多个腔室连接，其中所述一个或多个通道中至少一个包括压敏单向阀。
7.根据权利要求6所述的流体处理系统，其特征在于，所述至少两个腔室中至少一个位于所述两个或更多个腔室中至少两个的下游。
8.根据权利要求6或7所述的流体处理系统，其特征在于，所述至少两个腔室中至少一个位于所述两个或更多个腔室中至少两个的上游。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的流体处理系统，其特征在于，进一步包括通过所述3/2阀使所有腔室的第一部分相连的排气管线。
10.根据权利要求9所述的流体处理系统，其特征在于，所述排气管线不包括储气器。
11.根据权利要求9所述的流体处理系统，其特征在于，还包括与所述排气管线连接的储气器。
12.根据权利要求6至11中任一项所述的流体处理系统，其特征在于，所述至少两个腔室中所述至少一个可以通过选择多位阀的转换位置选择性地将其所述第二部分连接或断开自/至任一所述两个或更多个腔室。
13.根据前述任一权利要求所述的流体处理系统，其特征在于，所述至少两个腔室中两个或更多个具有不同尺寸。
14.一种测定非气相流体的体积ΔV的方法，所述非气相流体在根据权利要求1至13中任一项所述的流体处理系统中已从一个腔室传输到另一已知体积为V8的腔室中，所述方法包括以下步骤：
(i)在所述传输之前测量接收腔室中第一部分内的压力P8，
(ii)在所述传输之后测量接收腔室中第一部分内的压力P8’，
(iii)解方程：ΔV＝V8(1-P8/P8’)
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，其不包括步骤(iii)，而是包括以下步骤：
(i)在所述传输之前测量接收腔室中第一部分内的温度T8，
(ii)在所述传输之后测量接收腔室中第一部分内的温度T8’，
(iii)解以下方程：ΔV＝V8’(P8’T8/T8’P8-1)。
16.一种用于分析包含一种或多种待测分析物分子的流体的生物感应装置，所述生物感应装置包括：
流体处理系统，其包括：
(i)至少两个腔室，每个所述腔室被柔性隔膜分为第一和第二部分，所述第一部分基本上包含气体而所述第二部分基本上包含非气相流体、入口和/或出口构件，
(ii)连接所述至少两个腔室的所述第二部分的一个或多个通道，其中所述一个或多个通道中至少一个包括压敏单向阀，
(iii)对所述至少两个腔室中至少一个的所述第一部分施压的构件，
其中
a)至少两个腔室之一是以下任一种：PCR扩增腔室(25)、检测腔室(27)、细胞溶解腔室、纯化腔室、洗涤腔室、培养腔室、热循环腔室、细胞片段提取腔室，或
b)至少两个腔室中至少一个的入口或出口可流体地连接到以下任一种：PCR扩增腔室(25)、检测腔室(27)、细胞溶解腔室、纯化腔室、洗涤腔室、培养腔室、热循环腔室、细胞片段提取腔室。
17.根据权利要求16所述的生物感应装置，其特征在于，检测腔室包括生物感应固体基质(30)，该生物感应固体基质包括一种或多种能与所述一种或多种分析物分子特定结合的探针。
18.根据权利要求17所述的生物感应装置，其特征在于，还包括检测器，所述检测器用于在所述样品液与所述生物感应基质接触之后分析所述生物感应基质以便测定所述一种或多种分析物分子的存在。
19.一种处理样品液的方法，所述方法包括：
使用至少两个腔室处理样品液，每个所述腔室被柔性隔膜分为第一部分和第二部分，所述第一部分主要包含气体，且所述第二部分主要包含非气相流体、入口和/或出口构件，使所述至少两个腔室的所述第二部分相连的一个或多个通道，其中所述一个或多个通道中至少一个包括压敏单向阀，所述方法还包括对所述至少两个腔室中至少一个的所述第一部分施压以传输样品液。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，该方法用于分析包含一种或多种分析物分子的样品液，所述方法的至少一步是以下中的任一：PCR扩增、检测、热循环、细胞溶解、细胞片段提取、洗涤、纯化和培养。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102641755A (zh) * 2011-02-15 2012-08-22 三星电子株式会社 微流体装置
CN104748814A (zh) * 2013-12-30 2015-07-01 通用电气公司 微流体应用中的流体输送
CN105682803A (zh) * 2013-11-04 2016-06-15 罗伯特·博世有限公司 用于操作试剂的装置和方法
CN109563462A (zh) * 2016-01-08 2019-04-02 先进诊疗公司 检测特定核酸序列的完全集成的手持式设备
CN109923394A (zh) * 2016-11-11 2019-06-21 生物外科有限公司 过滤装置
CN111094529A (zh) * 2017-06-30 2020-05-01 富士胶片欧文科技有限公司 用于制备生物处理溶液的自动化方法及设备

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5294388B2 (ja) * 2008-03-07 2013-09-18 パナソニック株式会社 流量計測装置
CH699853A1 (de) * 2008-11-13 2010-05-14 Tecan Trading Ag Messgerät und Verfahren zum Bestimmen von durch ein Laborsystem bereitgestellten Fluidparametern.
EP3165881A1 (en) * 2015-11-04 2017-05-10 ETH Zurich Method, device and system for estimating a liquid volume and appropriate gas pressure in a membrane expansion vessel

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5178182A (en) * 1986-03-04 1993-01-12 Deka Products Limited Partnership Valve system with removable fluid interface
US4976162A (en) * 1987-09-03 1990-12-11 Kamen Dean L Enhanced pressure measurement flow control system
US4826482A (en) * 1986-03-04 1989-05-02 Kamen Dean L Enhanced pressure measurement flow control system
US5088515A (en) * 1989-05-01 1992-02-18 Kamen Dean L Valve system with removable fluid interface
US5193990A (en) * 1986-03-04 1993-03-16 Deka Products Limited Partnership Fluid management system with auxiliary dispensing chamber
US5989499A (en) * 1997-05-02 1999-11-23 Biomerieux, Inc. Dual chamber disposable reaction vessel for amplification reactions
US6321597B1 (en) * 1999-05-28 2001-11-27 Deka Products Limited Partnership System and method for measuring volume of liquid in a chamber
DE10041051B4 (de) * 2000-08-22 2006-08-10 Fti Technologies Gmbh Verfahren zur Volumenmessung durch Druckstoßbestimmung
KR100865599B1 (ko) * 2000-10-23 2008-10-27 피 페턴트, 인크. 유체 분배기 및 유체 분배기 충진 방법
ES2373686T3 (es) * 2005-06-23 2012-02-07 Biocartis Sa Cartucho, sistema y procedimiento para diagnósticos médicos automatizados.

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102641755A (zh) * 2011-02-15 2012-08-22 三星电子株式会社 微流体装置
CN102641755B (zh) * 2011-02-15 2015-07-29 三星电子株式会社 微流体装置
CN105682803A (zh) * 2013-11-04 2016-06-15 罗伯特·博世有限公司 用于操作试剂的装置和方法
CN105682803B (zh) * 2013-11-04 2017-12-12 罗伯特·博世有限公司 用于操作试剂的装置和方法
US10562026B2 (en) 2013-11-04 2020-02-18 Robert Bosch Gmbh Device and method for handling reagents
CN104748814A (zh) * 2013-12-30 2015-07-01 通用电气公司 微流体应用中的流体输送
CN109563462A (zh) * 2016-01-08 2019-04-02 先进诊疗公司 检测特定核酸序列的完全集成的手持式设备
CN109563462B (zh) * 2016-01-08 2022-04-22 先进诊疗公司 检测特定核酸序列的完全集成的手持式设备
CN109923394A (zh) * 2016-11-11 2019-06-21 生物外科有限公司 过滤装置
CN111094529A (zh) * 2017-06-30 2020-05-01 富士胶片欧文科技有限公司 用于制备生物处理溶液的自动化方法及设备

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Publication number Publication date
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