CN101520454A - 离心流体分析仪的转子 - Google Patents

Abstract

本发明提供了精确计量样本流体和将样本与试剂进行混合的转子和方法。该转子具有确定体积的计量管，样本注入该计量管直到毛细管口处的弯月型液面的表面张力使样本流动停止为止，而旋转中的转子的向心力使过量的样本离开计量管的入口。通过以更高的速度旋转该转子，试剂可以被迫从试剂室流出以接触弯月型液面，打破表面张力以及允许经过计量的样本与试剂混合。

Description

离心流体分析仪的转子

技术领域

本发明涉及在一种分析技术中能自动分配两种或多种流体的比例并将其进行混合的离心流体分析转子和方法。该装置包括保存位于混合室的毛细管口的样本流体的样本计量管，以及保存在混合室的毛细管口处的试剂。旋转转子迫使试剂进入混合室以接触样本的弯月型液面(meniscus)，引起样本流动并在混合室中以精确的比例与试剂混合。该方法包括在第一旋转速度下旋转本发明的转子以精确注满样本流体计量管而不会从样本毛细管口泄漏，然后在更高的速度下旋转转子以迫使试剂室中的试剂接触样本的弯月型液面，其释放经过计量的样本流体以在混合室中与试剂相混合。

背景技术

血浆和其他生物流体的生物检测常常要求流体能快速地被分成预定量的多份以用于在各种光学检测或化验中进行分析。还常常希望在检测前能够分离出来自其他流体的物质的潜在干扰细胞组分。此类测量和分离步骤是典型地通过离心法来进行的，例如，通过离心将血浆从细胞组分中分离出来，然后手动或自动地将预定体积的血浆吸取到分离的试验井(test well)中。此类过程费时费力。因此，业内已经提出了多种适合于以更有效的方式进行检测的自动化系统和方法，用于提供多个血浆等份试样。

在生物流体分析中的一个主要进步在于使用了离心转子。这些转子被设计成用于测量生物流体(例如血液)的体积，去除细胞组分，并用合适的稀释剂来混合流体以用于分析，例如光学检测。典型地，转子提供了在不同的试管中的多个样本，可以在这些试管中对样本进行光学分析。现有技术中的转子常常使用了复杂的设计，而这些设计代价高昂且难以制造。转子往往需要各种可分离的部件，这些部件必须在离心过程中的不同点上合在一起或者分离开来。以前的离心转子往往受限于它们所能提供的离散样本以及试验井的数量。在一些情况下，这些转子需要使用单独的替代流体以使血液和血浆流过系统。

许多分析装置使用离心力在化验室之间传输流体。美国专利4244916公开了一种转子，其包括多个放射状地设置在一个中心容器之外的试管。每个试管通过一个导管与中心容器相连，并包括一个单独的排气口。美国专利4314968涉及具有设置在转子外围上的单元(cell)的转子。每个单元(cell)包括一个用于去除被引入该单元(cell)的流体的外围孔口。美国专利4902479公开了一种包括细长的放射状径向延伸的试管的多试管转子。每个细长的试管包括用于接受第一组分的第一室和用于接受第二组分的第二室。一种在第一和第二室之间的隔离结构防止上述组分在预定的时间前混合。混合发生在当转子在一个相当高的速度下旋转时。美国专利4963498公开了依赖毛细管、室和孔口来抽吸和混合流体以用于光学分析的装置。美国专利5077013公开了包括与保存室相连的外围试管的转子，该保存室由试管径向向里设置。美国专利4898832描述了一种包括吸附于或固定于一种固体载体的干试剂的转子。通过使用离心力和/或压力，使样本溶液沿着转子移动。美国专利3829223公开了一种转子，该转子适用于对样本和试剂进行混合以用于在该转子中进行光度分析。在试验井壁上的斜坡状的突出部分有助于样本与试剂的混合。美国专利3795451教导了一种利用旋转速度的变化提供混合以混合样本和试剂的转子。在加快的转速下，流过陡角的流动是允许的，液体因而通过毛细管通道被传输。美国专利3873217描述了一种使用主腔的静载荷进行光度分析的转子，，以及使用由旋转力造成的动载荷将液体分配到试管中的方法。美国专利4387164涉及分析介质的化学分析并描述了分散于可溶薄膜中的试剂的使用。美国专利3881827教导了一种用于测量心脏输出量的装置和室，并包括用于把精确量的染剂与血液混合的室。美国专利4225558公开了一种用于多流体样本的流体测试装置。一份样本和试剂被保存在不同的室中，直到离心力使得上述两种流体移动到公共的室。美国专利3864089描述了一种用于血液分馏的转子。美国专利4509856涉及一种用于样本光度分析的转子。美国专利4515889涉及一种具有多个互连的适用于混合反应组分的中空的小空间的转子。美国专利4689203涉及一种把血浆从红细胞和白细胞中分离出来的离心转子。尽管这些发明提供了在旋转装置中化合、混合和/或过滤样本和试剂的方法，但它们都不允许在装置中进行试剂和样本的自动定量化合。此类装置还不能在反应产物被传输以用于检测之前，提供精确化合的反应组分的精确定时培养。

出于这些原因，业内期望能提供改进的离心转子和方法，适合于快速简单地将一定量的流体与试剂混合并将所得到的混合物从它的混合容器传输到另一个室中。将流体传输到适合于分离细胞组分的室中并最终将流体分配到试验井中以在转子内进行分析也是有益的。

美国专利4894204和5160702试图处理这些问题中的一些问题，但未能提供用于大量样本的高水平的反应精度。此外，从制造的观点来说，设计的复杂性也是一个问题。例如，美国专利5160702公开了用于在转子中的室之间传输流体的虹吸管。校准容器具有送液槽，该送液槽与中心样本室和位于该送液槽相对的壁上的出口孔口相通。尽管虹吸管结构能够计量一些受控的体积，但精度不高。此外，反应定时和均匀度要与反应室出口孔口协调，该反应室出口孔口被设计成在新流体继续进入时允许反应产物流走。为了更高的精度、更少的试剂和样本量和更高的可重复性，更好的流体计量技术会带来好处。

Bretardiere的美国专利4279860涉及一种具有用于产生压力微分变量和/或湍流以制造试剂和样本的均匀混合物的装置的转子。许多化验可以在同一个化验转子上进行。但是，样本和试剂的体积精度要求把溶液手动地吸取到装置中。由于反应和检测必须发生在同一个室中，因而不能实施多级反应和检测。

鉴于上述内容，有需要提供能容纳相对较大数量的试验井或试管的分析转子，并且该转子设计应是简单的且能够进行低成本制造的。尤其理想地，该转子具有单一结构而没有可分离或可移动的部件。液体混合方法应该简单并能在相对短的时间内实施。优选地，化验方法应该需要相对少的步骤和最少的人为干预。有利地，该方法仅需要通过旋转该转子以实现流体的混合和输送，例如在不同的时间在两个或更多的室中的混合和输送。通过下面的描述，本发明提供的这些和其他的特征将显而易见。

发明内容

本发明涉及提供用于样本和/或试剂的准确流体量流动的精确定时的方法和装置。该流动可以发生在两个或更多的步骤中(例如在不同的转子速度下被启动)，从而使得试剂添加、过滤、反应、检测和/或清洗步骤可以发生在一个化验序列中的不同时间上。

本发明提供了，例如，包括用于测量流体精确量的液体计量管的离心流体分析转子，其中该流体典型地为生物样本如血浆或全血。经过测量的等份样本典型地与预先准备的试剂混合。预先准备的试剂的量是已知的，因而提供了精确的和可重复的生物样本流体与试剂的混合比。

离心化验转子可以具有设置在同一个盘上的多个化验分析单元。根据应用需要，每个分析单元可以共享同一个的样本室或者具有单独的样本室。每个分析单元还可以具有试剂室、液体计量管、混合室、混合曲径、检测室和/或废液室。试剂可以在转子上预先准备。当转子以第一速度(S1)旋转时，样本流体可以流动以充满液体计量管。当液体计量管被注满时，转子可以加速到第二速度(S2)。这可以驱使任何过量的样本流体进入废液室。与此同时，生物样本流体可以通过在液体计量管尖端部分(毛细管口)形成的弯月型液面处的表面张力被保存在液体计量管中。在此，精确剂量的样本和试剂被放置到所述装置的不同的室中。

接着，转子可以加速到第三速度(S3)以驱使试剂从试剂室流出，进入反应(混合)室与样本弯月型液面接触。当试剂与存在液体计量管中的生物样本流体的弯月型液面接触时，阻挡的表面张力就失去了，样本流入试剂以形成反应混合物。本发明可以通过在流体流动路径中提供混合轮廓来加强混合。在S3下的旋转可以可选地生成足够的力将反应混合物从反应室输送到检测室。可选地，转子可以在更高的速度(S4)下旋转以驱使反应混合物从反应室进入检测室，例如，在理想的反应培养时间之后。

从液体计量管释放的通过样本弯月型液面与试剂流体相接触的生物样本流体的量可以通过在弯月型液面处的毛细作用、液体计量管的物理尺寸和形状、转子中的计量管的方位、额外驱动力的存在与不存在，以及液体计量管的表面特性来确定。所释放的样本的体积可以通过实验来计算或校准。由于预先准备的试剂的体积可以是精确已知的，因此可以控制生物样本流体相对于试剂的确切的混合比。

尽管分析单元的室和通道可以被设置在转子内的任意方向上，但优选地，一般水平地或垂直地设置化验分析单元。在水平设置的单元中，样本室、试剂室、混合室和检测室都可以被设置在与转子的垂直旋转轴垂直的同一水平平面内。液体计量管也可以设置在该平面内。可替换地，可以垂直地设置化验系统的特征，例如，样本室和试剂室设置在转子的不同水平位置内，液体计量管垂直地设置以连接该两个不同的水平位置。例如，转子的旋转轴可以与连接样本室和试剂室的垂直线平行。在不甚典型的实施例中，转子的旋转轴不是垂直的(例如水平的或者与垂直方向的夹角至少为20度)。在这类情况下，当转子旋转时，室和通道会上升和下降，基于诸如加强混合的目的。

在许多装置的一个特别方面中，流体分析转子包括旋转轴、通过计量管与混合室流体接触并且通过样本废液通道与废液室流体接触的样本室、以及在计量管和混合室之间的毛细管口。可以如此配置该转子，以使在第一转子旋转速度下，液体样本注入计量管但由于在毛细管口处的液体样本的弯月型液面而不会流入混合室，与此同时，在第一旋转速度下，不注入计量管的液体样本会通过废液通道而流入废液室。因而，样本液体的体积可以通过在毛细管口与被样品冲洗过的废液通道之间的计量管的尺寸来定义。

在其他实施例中，本发明的流体分析转子可以包括，例如，旋转轴、通过试剂导管与混合室流体接触的试剂室以及通过包括毛细管口的计量管与混合室流体接触的样本室。可以如此配置该转子，以使当转子不是绕着轴旋转时，在试剂室中的液体试剂不会通过试剂导管流入混合室，以及在样本室中的液体样本不会通过样本毛细管口流入混合室(但可能流动以注入计量管，例如通过毛细作用)。可以如此设计该转子，以使在第一转子旋转速度下，液体样本注入计量管但由于在毛细管口处的液体样本的弯月型液面而不会流入混合室，但在比第一旋转速度更快的第二转子旋转速度下，流体试剂流动以在混合室中接触样本弯月型液面。当试剂接触样本时，打破了样本弯月型液面的表面张力并且样本一直从计量管流出以在混合室中与试剂混合。在优选实施例中，转子的旋转轴可以是大体上垂直的轴(从重力参考系来看)。

在许多实施例中，计量管被设计成使流体流动与向心力或重力相比更受毛细作用力的影响。在优选实施例中，计量管的毛细管口被配置成具有比混合室更大的毛细作用。在优选实施例中，计量管被设置在转子中，以具有大体上垂直于从旋转轴引出的径向线的最长尺寸。即，例如计量管常常被设置成与转子旋转的垂直轴的距离大体不变的水平圆弧。可替换地，计量管可以被设置成大体上平行于转子旋转轴运转。在期望向心力有更大影响的实施例中，计量管可以沿与旋转轴具有不同的距离的路线运转。

为了便于冲洗过量的样本流体使其通过样本通道并进入废液室，样本通道的废液通道部分(在样本室和废液室之间，但与计量管的入口端相交)可以大体平行于与旋转轴垂直的径向线，并且废液室到旋转轴的距离可以大于毛细管口到旋转轴的距离。为了防止废液从废液室回流到样本通道中，废液通道可以包括比废液通道邻近部分含有更少毛细作用的截止阀。

在许多实施例中，试剂室比计量管的毛细管口更接近转子的旋转轴。例如，试剂室可以比计量管的任何部分都更接近旋转轴。为了确保试剂在样本之前进入混合室，试剂导管可以包括提供比样本毛细管口少的毛细作用(例如，较小的接触角、较少的疏水表面和/或较大的横截面尺寸)的试剂毛细管口。此外，试剂导管可以包括在试剂室与混合室之间的截止阀，以使样本/试剂混合物不能从混合室出来而进入试剂室。

在转子的许多实施例中，当转子以第一速度(S1-注入速度)旋转时，样本被注入计量管，并且，试剂在更快的第二旋转速度(S2-混合速度)驱使下进入混合室。在一些实施例中，当转子不转时(S1＝0rpm)，样本流体流动以注入计量管。在许多实施例中，计量管的注入至少部分地是由以至少5rpm、30rpm、120rpm、1000rpm或更高的转速旋转的转子产生的向心力促成的。在大多数实施例中，转子被配置成使试剂在比第一旋转速度更快的第二旋转速度驱使下进入混合室。例如，转子可以被设计成使试剂在至少10rpm、100rpm、1000rpm、3000rpm或更快的转子旋转速度驱使下进入混合室。

可以实施使用计量管来获得样本体积的发明方法，例如通过使用本发明的分析转子。例如，一种在旋转分析仪中获得样本体积的方法可以包括提供具有旋转轴的流体分析转子以及通过计量管与毛细管口流体接触并通过废液室处的废液口与废液室流体接触的样本室。优选地，毛细管口比废液口更接近旋转轴。该方法还可进一步包括在第一旋转速度下围绕旋转轴旋转转子，在该第一旋转速度下，来自样本室的液体样本注入计量管在毛细管口处形成样本弯月型液面并且在废液口处形成样本废液弯月型液面，然后，在比第一旋转速度更快的废液冲洗旋转速度下围绕旋转轴旋转转子，从而使得在废液口处的液体样本压力不依靠废液口弯月型液面支撑，因而允许样本流入废液室。与此同时，在计量管毛细管口处的样本压力仍然可以被毛细管口弯月型液面稳定保持。因而，在计量管中提供了一定体积的样本，而不注入计量管的样本(例如过量的样本)则流入废液室。或者，注入和废液冲洗速度可以是相同的旋转速度，例如当计量管注入和废液样本冲洗发生在同一步骤中时。

该方法还可以包括把精确等份的样本送入试剂的方法。例如，该方法可以还包括提供与毛细管口流体接触的混合室和提供与混合室流体接触的试剂室。转子可以在比注入和/或冲洗速度更快的混合旋转速度下旋转，从而使得液体试剂被迫从试剂室流入混合室以接触在毛细管口处的样本弯月型液面。可以通过控制转子速度变化的时机控制试剂流动的时机以及由此得到的与样本混合的时机。

试剂的流动可以引发已计量样本的流动。例如，样本进入试剂的流动可以通过试剂与样本弯月型液面接触来控制。一种在旋转分析仪中混合样本和试剂的方法可以包括提供本发明的流体分析转子，该流体分析转子包括旋转轴、含有液体试剂并通过试剂导管(通道)与混合室流体接触的试剂室、含有液体样本并通过计量管在计量毛细管口处与混合室流体接触的样本室。该转子在第一转子旋转速度下围绕轴旋转，此时，液体样本注入计量管，但不流过在计量管毛细管口处的稳定液体样本弯月型液面。然后，转子以比第一旋转速度更快的第二转子旋转速度围绕轴旋转，从而使得液体试剂流入混合室并接触液体样本弯月型液面。在接触后，样本弯月型液面就被破坏了，从而允许液体样本从计量管流出以在混合室中与液体试剂混合。

在装置和方法的许多优选实施例中，对样本流体或其他流体进行了过滤。例如，本发明可以还包括提供在转子的样本室或通道中的过滤器。

定义

除了在此处或在本说明书的以下剩余部分进行了定义，所有在此处使用的科技术语具有被本发明所属领域的普通技术人员普遍理解的含义。

在对本发明进行详细的描述之前，应理解，本发明不限于特定的装置或生物系统，这些装置或生物系统当然是可以变化的。还应理解，在此处使用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，但并不意欲用于限定。使用在说明书和所附的权利要求书中的未作个数限定的名词，除文中清楚地指出之外，包括其复数形式。因此，例如，“导管”可以包括两个或更多导管的组合；“试剂”可以包括试剂的混合物，等等。

尽管有许多与在此处所描述的方法和材料相似的、改进的或等效的方法和材料可以在无须进行过多的试验的情况下在本发明的实施中使用，在此处还是对优选的材料和方法进行了描述。在对本发明进行描述和权利要求时，下列术语会根据下面所做的定义使用。

用于识别装置元件相对位置的描述通常参照普遍理解的放在地球上的某一装置的方向，如放在桌上的装置。例如，“竖直”轴可以用一条从装置穿过并通往地球中心的线来描述。水平方向垂直于竖直方向，或一般与装置放置点处地球的表面相切。当然，这并不是严格限制。例如，一条“竖直”线可以是完全竖直的、也可以是竖直方向的40度之内、20度之内、10度之内、5度之内或3度之内。

中心轴是一条一般从某一物体或导管通过的并且一般与最长尺寸方向平行的线。例如，一根杆或一个管子的中心轴是一条通过杆或管子的中心沿着杆或管子长度的线。如果杆或管子弯曲成一个角度，那么可以认为中心轴是一条曲线，该曲线保持中心位置并一般与紧挨着的壁平行。

“旋转轴”与在现有技术中的一般理解相同。例如，一个旋转物体的旋转轴是一条通过旋转点并垂直于物体旋转时在物体上的一点所形成的圆弧平面的线。

“毛细管口”是一个在第一室和/或导管和第二室和/或导管之间的口，其中该口具有毛细管尺寸，该毛细管尺寸适合于为与导管的第一室的口相接触的预期流体提供稳定的弯月型液面(如静止的弯月型液面)。例如，用于许多水溶液的毛细管尺寸可以是具有至少一个尺寸少于1mm、少于0.5mm、少于0.2mm、少于0.1mm、少于0.05mm或者少于0.5mm的孔口。为了本发明的目的，术语“毛细作用”理解为意指不依赖旋转运动或不依赖应用于本发明的转子或平台上的流体的向心力的流体流动，而是由于流体部分或全部湿润一个可湿的表面。

“样本”典型地为一种含有在化验中待检测的目标分析物的溶液或悬浮液。液体“试剂”是一种用在化验中用于检测样本分析物的溶液或悬浮液。该试剂可以是稀释剂，但典型地还包括在与分析物相互作用时提供可检测产物的反应成分。尽管在此处代表性地所讨论的样本流体和试剂流体是与本发明的装置和方法有关的，但应理解，在许多实施例中，该流体可以是通用的用于精确计量和/或混合的第一和第二流体。

“弯月型液面”是由表面张力形成的液体的凹表面，典型地是在液体与气体之间的接口处。

使用在此处的术语“约”，是指一定量的值可以包括所指出的值的范围在10％以内的量，或者可选地在值的正负5％以内，或者在一些实施例中在值的1％以内。

附图说明

图1是根据一个优选实施例的通过旋转轴从上往下看的离心流体分析转子的示意图，该优选实施例被配置成用于在单个转子上进行单个样本的多个化验。

图2示出了离心流体分析转子的一个化验单元的详细视图，其中反应室包括混合/培养曲径(maze)。

图3A示出了一个带有毛细管尖口的吸管。

图3B示出了一个通过毛细管口保留在吸管内的样本生物流体。

图3C示出了位于吸管内的样品流体以及接近平表面上的流体的毛细管口。

图3D示出了当流体的样本接触在平表面上的流体时，毛细管弯月型液面被打破。

图3E示出了在流体接触后与表面流体混合的样本流体。

图3F示出了对从吸管释放的样本流体可预计的和可重复的量进行的计算。

图4A是一个显示离心流体分析转子的流体流动系统的示意图。试剂被保存在试剂通道的一个试剂室中。注意，室和通道被安排在一个与转子旋转的轴垂直的平面上。

图4B示出了希望被分析的样本流体被加入到样本室中的示意图。

图4C示出了样本流体注入样本通道的示意图。

图4D示出了样本流体注入计量管的量已达到被计量管毛细管口所允许的程度的示意图。

图4E示出了多余的样本流体被冲到废液室中，仅留下精确注满的计量管的示意图。

图4F示出了试剂流体压力超过在试剂通道毛细管口处的毛细管表面张力，使得试剂流入反应室的示意图。

图4G示出了当样本弯月型液面接触计量管毛细管口时样本与试剂的接触混合的示意图。

图4H示出了样本与试剂的反应混合物已完全流入检测室的示意图。

图5示出了在离心流体分析转子上的一个化验分析单元的视图，其中转子的旋转轴与计量管的中心轴是同平面的。也就是说，室和通道被安排在与转子的旋转轴平行的一个平面里。

图6是一个具有各种不同替换计量管配置的离心流体分析转子的整体平面图。该转子还包括用于每个化验单元的独立的样本室。

发明详述

本发明一般包括通过标定量、毛细管阻力和离心驱动力的相互作用自动计量样本精确量的方法。该方法可以在例如旋转分析仪系统中实施，该旋转分析仪系统包括在废液通道交叉口与在混合室中的毛细管口弯月型液面之间含有样本流体的容量计量管，该旋转分析仪系统还包括具有通往混合室的试剂通道的试剂室。对这些元件进行配置，从而使得试剂在某一转速下进入混合室，该转速下样本弯月型液面保持稳定。然后，流动的试剂接触样本弯月型液面以释放精确量的样本进入混合室。

微流体系统常常是具有基准尺寸范围为微米到毫米的通道和贮存器的封闭互联网络/系统。通过把流体、试剂和样本引入装置，可以以集成的和自动化的方式进行化学和生物化验。在常规的化验中，两种或多种流体在微流体装置中被混合和培养，并且在培养阶段期间或之后，可以检测到反应产物。典型的情况是，该微流体装置，特别是其深度、横截面的尺寸以及微流体系统的连接和布局，定义了这些流体的相对体积。

本领域中的一个问题在于，微流体装置，一旦制成后，不允许用户重新定义要被混合的流体的相对体积。本领域的另一个问题在于混合的程度和效率。因为在微流体装置的流动是层流的，所以混合是通过质量扩散带来的。典型的混合装置由长毛细管构成。两种或多种流体可以作为独立的流体进入毛细管而以统一的一种流体离开毛细管。通过减小毛细管的横截面的尺寸以及增加毛细管通道的长度可以加强混合的程度和减少混合这些流体的时间，但这类装置可能要在微流体系统中占据相当大的空间。

本发明提供了一种从不同的角度来构思的微流体装置。根据本发明的一个优选实施例，该微流体装置具有液体计量管，它能测量要与试剂流体混合的样本流体的精确量。该液体计量可以通过，例如，结合离心力和在微流体通道中对样本流体进行的毛细管作用流体控制来实现的。在相关的方面中，经过计量的样本流体的释放是通过与已预测量的试剂流相接触而引发的。经混合后的试剂和样本可以在混合室中被检测或在可控地沿下游流到另外的室中以进行后续反应、冲洗和/或检测化验步骤。

用于精确计量流体的旋转装置

用于计量流体的装置一般包括计量管，该计量管通过在该计量管一端的毛细管截止口处阻止(防止)流体流动并且在另一端通过驱使过量的流体进入废液室的方式被精确地注入。可以通过将毛细管制动弯月型液面与另一种流体接触，例如使流体以精确的比例混合，来使经过体积计量的流体流过毛细管制动口。

在一个典型的实施例中，第一流体是包括用于分析的分析物的样本，第二流体是用于样本反应或稀释的试剂。可以通过例如重力、毛细管作用、流体静压力和/或向心力把样本注入到计量管中。试剂可以是未测量的、在先测量过的等分试样或可以是以与所描述的用于样本的相同方法被计量的。可以把试剂和样本毛细管制动口中之物全部注入共同的混合室，该混合室也可以可选地用作反应室和/或检测室。可替换地，力(例如向心力)可以驱使混合物进入独立的反应室和/或独立的检测室。根据化验的机制，检测可以通过任何合适的模式进行，例如光度测定、电流分析(galvimetric)、荧光测定、物理测定、电子测定和/或类似测定方法。

转子

在该装置的典型实施例中，重要的驱动和定时力是通过受控的转子旋转提供的。本发明的装置的基础是包括起作用的计量和/或混合系统的室和导管的转子。转子典型地是由马达驱动以绕着轴旋转。转子可以是大致平面的结构，优选地，该结构的质量中心在旋转轴上并且该结构的结构平面垂直于该轴。可替换地，该转子可以是更接近三维的结构，具有沿着该轴方向的深度。

转子可以被安放在一个框中并且由马达提供动力以在它的旋转轴上旋转。该马达可以是电动机、液压马达、空气马达、涡轮机和/或类似的马达。转子典型地被安放在框中，为样本应用、试剂应用和/或选择的分析产物检测装置的信号传递(interrogation)提供通路。该转子可以被驱动以在旋转速度范围为约15000rpm到0rpm，从7000rpm到约1rpm，从3000rpm到5rpm，从1000rpm到100rpm或约500rpm的情况下旋转。在优选实施例中，转子的速度可以是可调的并能可精确控制的。

转子可以具有任何尺寸，例如适合于所需要的流体流的规模和/或所期望的不同化验的数量。本发明平面设计的转子从旋转轴计算的半径范围可以典型地从超过约15cm到0.5cm，从10cm到1cm，从5cm到1.5cm或约2cm。转子的厚度典型地为从2cm到0.1cm，从1cm到0.15cm，从0.5cm到0.2cm或约0.25cm。在平面转子中，装置通道，特别是计量管，典型地大致放置在一个水平平面内，例如垂直于旋转轴。在另一些实施例中，其中一个或更多通道，特别是计量管，被放置在大致的或明显的垂直方向上，转子可以具有更大的实质深度尺寸(平行于旋转轴)。

室和通道

转子内设置有室和通道(导管)，通过室和通道，流体可以精确地和可控地流动。在一个典型配置中，有一个或多个径向对齐的(即使之大体上沿着垂直于旋转轴的半径)样本通道和试剂通道，它们相互成对地通过计量管流体接触。样本通道典型地从较接近旋转轴的样本室连接到离轴较远的废液室。试剂通道典型地从离轴较近的试剂室连接到离轴较远的混合室、检测室和/或废液室。

样本通道被设置成使得样本流体从样本室流出并注入计量管。在优选实施例中，样本通道还与废液室流体接触(通过样本通道的废液通道部分)并且该样本通道被配置成使得对废液流有足够的阻力以产生后压力，从而确保计量管被完全地注入。在优选实施例中，在注入计量管期间，后压力还不足够大到能克服在毛细管口的弯月型液面表面张力的阻力，其中在该毛细管口处计量管与混合室相交。例如，假设样本通道通过在一点处的废液毛细作用口进入废液室，而该点到旋转轴的距离与计量管毛细管口与混合室相交处到旋转轴的距离相同，那么废液毛细作用口可以具有比计量管毛细作用口稍少的毛细作用，从而使得废液样本可以在经过计量的样本流入混合室之前流入废液室。在另一个例子中，其中样本通道通过在一点处的废液毛细作用口进入废液室，而该点到旋转轴的距离大于计量管毛细管口与混合室相交处到旋转轴的距离，那么由于在废液口处的额外向心力，废液毛细作用口可以具有比计量管毛细作用口更大的毛细作用。也就是说，随着废液口到轴的距离大于计量口到轴的距离，在废液口处更大的毛细作用可以允许计量管不泄露地被注入，但是过多的样本会首先随着增加的旋转速度而破坏在废液口处的弯月型液面。

典型地用来自样本通道的样本流体来注入计量管，但在注入操作中的力的作用下，通过毛细管口来防止样本进入混合室。计量管可以被放置在转子中的任何可能的方向上。根据方向，计量管毛细管口可以被配置以防止样本被由方向造成的毛细作用、向心力、重力和流体静压力的结合力所影响。在优选实施例中，计量管被设置在水平的方向上，其中该管子中心轴在与旋转轴具有恒定距离的圆弧中运行。以这种方式，通过由毛细作用和/或由于阻止样本流经通道进入废液而产生的后压力来简单控制的计量管注入，重力和向心力就大体上被中和掉了。可替换地，计量管的毛细管口与旋转轴的距离可以比与样本通道相交的管子端与旋转轴的距离略微远一些。以这种方式，注入可以得到加强，并且经过计量的样本可以更彻底地通过向心力被排出到混合室中。在其他可替代的实施例中，计量管可以以大体上垂直的尺寸来放置，例如，以允许重力来帮助注入和排出样本。

试剂通道连接了试剂室和混合室，并且可以典型地连接到检测室。在大多数情况下，试剂室比计量管毛细管口更接近旋转轴，从而使得试剂可以在向心力的影响下方便地流向样本毛细管口。在优选实施例中，在试剂室和混合室之间有一个试剂毛细作用口。在试剂毛细管口和计量管毛细作用口具有与旋转轴的相同距离的实施例中，试剂毛细作用口可以被配置成具有比管子口更少的毛细作用，所以试剂弯月型液面会比管子的弯月型液面在更低的旋转速度下被破坏(当然，所选择的毛细作用应该被进一步基于其他考虑进行调整，例如在计量管和试剂室之间的相对静水压力落差等)。在优选实施例中，其中，试剂在比被计量的样本更接近轴的点处进入混合室，试剂毛细作用口可以具有相对较低的毛细作用(还可以把相对压力落差考虑进去)。

混合室是，例如在其中试剂和样本流体第一次进行接触的室。根据所选择的分析的复杂性，混合室可以具有多种功能，包括，例如，试剂和样本的混合、稀释、培养、冲洗和检测。在本发明的大多数实例中，混合室的功能仅为混合的定时和反应的培养。在优选实施例中，混合室具有比计量管毛细管口更接近旋转轴的试剂进入口。以这种方式，从试剂室流出的试剂可以被迫与在毛细作用口保留有样本的样本弯月型液面进行接触。混合室可以具有加强或控制混合和培养的轮廓和尺寸。例如，混合室可以包括增加在流体流中湍流的颗粒或表面，混合室可以被进行温度控制，混合室可以包括影响混合和培养时间的导管(例如混合曲径)。混合室可以包括径向向外的出口，从而使得试剂/样本混合物可以在向心力下流动到其他室中，例如专门用于反应、冲洗、检测和/或接受废液的室。

许多转子的实施例中包括检测室。在样本与试剂(或调节缓冲稀释剂)混合之后，样本可以从混合室流到检测室，在检测室中，可以以合适的方式来检测目标分析物和试剂的产物。例如，在许多实施例中，检测室可以包括一个或多个透明壁，从而可以使用用于检测反应产物以及荧光或吸光率的光源来测定反应产物。在其他实施例中，检测室可以包括具有亲和分子的表面以捕获反应产物或目标分析物；未结合的材料可以被冲洗出检测室；以及，由于适用于选择的化验方法，结合的材料被检测。

装置的通道和室可以具有适合于，例如，化学方法、样本大小、流动力和所希望的转子大小的尺寸。典型地，装置的室的容量为从大于约10ml到1ml或更小，或者小于0.1ml，小于0.01ml或0.01ml或更小。通道的长度从大于约100cm到10cm或更短，或短于1cm或短于0.1cm或更短。通道的内直径可以例如，从5mm多到1mm或更小，或小于0.1mm，0.01mm或更小。

其他装置元件

其他装置元件可以包括在本发明的分析转子中，以提供特殊的特征或额外的流量控制。例如，装置可以包括过滤器、截止阀和/或排气孔。

过滤器可以包括在本装置中，用来例如稳定地保存流体、从样本中去除颗粒(例如血液细胞)，和/或防止通道和口的堵塞。过滤器可以是任何合适的类型，例如筛网、填充颗粒、纤维亚光面、多孔基体等等。在一个实施例中，滤波器被安装在一个样本室中，或者在样本室和计量管之间以从样本中去除过大的颗粒。

截止阀是单向阀，用于防止在装置通道中流体的倒流。截止阀可以是任何合适的阀门，例如球阀、电磁阀、针阀或者簧片阀。在一个优选实施例中，截止阀基于毛细作用来防止倒流。例如，截止阀可以包括在室和通道中的“气泡”之间的狭窄的口或通道。如果流体从室中进入了该狭窄的通道，流体可能流到气泡，而在该气泡中流体的表面张力(增加的接触角度)防止流体进一步进入到气泡扩大的横截面尺寸中去。

样本流体在上文中已经讨论了很多。尽管用于分析的样本流体是本发明的优选实施例，但流体，例如通过转子的计量管计量的流体，可以是任何希望使用本发明的装置和/或方法被计量和/或被混合的流体。在优选实施例中，样本流体是，例如生物流体，药物溶液、过程中间产物、化学产物和/或类似物。在一个最优选的实施例中，样本流体是血液或血液组分，例如血清或血浆。

转子中的试剂可以是任何适用于所选择的化验方法和/或目标分析物的试剂。代表性的试剂包括，例如抗体、标记抗体、标记配体、反应生色团、反应荧光团、酶、核酸、稀释剂、缓冲剂、pH指示剂和/或类似物。

除了样本计量管系统，本发明的转子可以包括用于体积计量试剂的额外的计量管，例如以控时的形式。例如，试剂计量管可以被设置成向上游(例如，更接近于旋转轴)、向下游和/或相邻于样本流体计量管。在一个实施例中，试剂计量管系统包括由被设置成使试剂流体从试剂室流出以注入试剂计量管的试剂通道。试剂通道还可以与试剂废液室流体接触并被配置成使得对试剂废液流有足够的阻力以产生后压力，该后压力确保计量管在试剂不流过试剂毛细作用口的情况下被适当地注入。当试剂注入计量管以及过多的试剂被冲走进入废液时，试剂毛细作用截止口弯月型液面可以保存试剂，但是该弯月型液面可以在更低的转子旋转速度下被破坏，此时样本弯月型液面被破坏(或通过被其他流体接触，例如稀释剂或其他试剂)。如上所述，从试剂毛细作用口释放的试剂可以在混合室中以精确的比例接触样本弯月型液面并与样本混合。

用于精确计量毛细管装置中的流体的方法

本发明包括通过计量管容量获得精确样本体积的方法，该计量管容量由在一端的毛细管口和在另一端的过量样本的离心冲洗所定义。该方法可以进一步包括通过把在毛细管口处的样本弯月型液面与在向心力下的试剂流动相接触来释放经计量的样本。

该方法可以一般包括提供一种用如上所述的比废液口更接近转子旋转轴的计量管的分析转子；在某一速度下旋转转子，在该速度下，在计量管毛细管口的样本弯月型液面是稳定的，但在该速度下，不在管子中的过量样本被迫通过废液口以进入废液室。

本方法可以包括混合两种流体的方法。例如，可以提供一种如上所述的分析转子，其计量管和试剂室都与混合室都流体接触的。该方法可以进一步包括预配置转子，从而在管子中的样本体积已被计量，量管毛细管口有弯月型液面，试剂在试剂室中。转子可以以样本弯月型液面保持稳定但试剂流入混合室的速度旋转。当试剂接触样本弯月型液面时，样本从计量管中释放，以在混合室中与试剂混合。

计量样本

样本体积是在本发明的分析转子中被检测的，该检测通过使样本流入计量管直到在毛细管口的表面张力产生能防止进一步流动的稳定弯月型液面的地方，例如在混合室，来实施的。过量样本可以精确地从在样本通道处的计量管的相交处去除掉，例如通过一个或多个把过量样本进一步沿着样本通道冲到，例如废液室，的力。通过管子的容量、毛细管口弯月型液面的精确定位以及在计量管样本通道相交处的精确和可重复的样本冲洗精确地确定在计量管中可交付的样本体积。

可以用任何合适的方法把样本流体注入到计量管中。样本可以被应用于样本室以流入样本通道和继续流到计量管的流入和流出端。样本可以在例如毛细作用、静水压力、气动压力、电渗、向心力等等的影响下流入样本通道。

可以通过在样本流体和样本通道壁和/或计量管壁之间的毛细吸引来注入计量管。此类流动的速度和压力可以受，如本领域已知的，例如流体的性质、通道壁的性质、通道的横截面等等的影响。例如，当样本流体是水流体或悬浮液时，通道和/或管子的壁可以具有亲水的特征。当转子是由疏水材料制成时，例如许多塑料，可以用电离光或离子放电、表面活性剂来处理壁，给壁提供结构，用亲水分子来衍生壁等等，以加强与含水样本的毛细相互作用。为了疏水样本流体的计量和流动，可以通过确保更多的疏水通道表面来加强毛细作用。通道和/或管子的横截面的尺寸可以包括至少一个毛细管尺寸，以通过毛细作用来促进样本的流动。在一些实施例中，样本可以通过毛细作用从样本室流出，以注入样本通道和/或计量管。在一些实施例中，用样本来注入计量管，而由于向心力的原因不会有任何很大的流量贡献。

在优选实施例中，到计量管的样本流动至少部分地是由转子旋转的向心力驱动的。例如，样本可以通过以下方式注入计量管，即把样本应用到样本室中，在第一旋转速度下旋转转子，在该速度下产生使样本流体径向流入样本通道并沿着样本通道与计量管的流入端接触的向心力。向心力可以使样本流体流入废液通道的废液段和/或流入到废液室中。在许多实施例中，向心力可以使样本流体流入计量管。在一个实施例中，在样本通道中的流动大体上是由向心力驱动的，而样本流入计量管主要是由毛细作用提供的。

当样本流体前段遇到毛细管口，而在该毛细管口生成具有足以反抗注入压力的表面张力的弯月型液面时，样本流体流入计量管典型地是受限的。该方法包括在计量管的流出端提供毛细管口。该毛细管口可以具有提供足够的弯月型液面表面张力以阻止流入计量管的毛细管表面、口尺寸和/或口形状。例如，毛细管口可以包括较低亲水或较高疏水的区域，从而增加了水样本流体相对于计量管其他表面的接触角度。在样本流体和毛细管口表面之间吸引的相关减少可以限制流动越过表面并且能精确阻止其流入计量管。在许多实施例中，可以在毛细管口处增加计量管的横截面尺寸，从而物理上增加了流体与口表面之间的接触角度，并且限制流动越过毛细管口。

一旦从与样本通道相交的流入端到毛细管口之间的计量管被注入了，通常希望从该相交处冲走过量的样本流体。在优选实施例中，用气体来代替过量的流体，以在计量管的流入端形成气体/流体表面(弯月型液面)。可替换地，可以用冲洗液体把过量的样本流体从相交处冲走。在优选实施例中，由旋转转子产生的向心力把过量的流体从相交处冲走。向心力可以把过量的流体冲到废液通道和/或废液室以及用气体(典型地是从样本室排出的空气)来代替流体。在其他实施例中，可以用加压的气体冲走过量的样本流体。

精确混合两种流体

本发明的方法可以提供具有用于来自一个或多个试剂室的试剂的进入口和已计量的样本流体的样本毛细管进入口。任何合适的力，例如毛细作用、压力差、重力和/或向心力，可以迫使已计量的样本和/或试剂进入混合室。在一个最优选的实施例中，向心力迫使试剂进入混合室。一旦在混合室中试剂流体便能够在计量管毛细管口处接触样本流体的弯月型液面，从而打破了弯月型液面的表面张力。试剂和样本可以简单地在接触中混合和/或通过混合室的特征被充分地混合。

在一个实施例中，精确量的样本流体在混合室内被混合到试剂中。精确量的样本流体可以被保存在计量管中并通过在样本毛细管口处的弯月型液面的表面张力防止其流入混合室。作用在试剂上的力可以使试剂流入混合室以接触样本弯月型液面，从而打破了表面张力并且允许已计量的样本流动以响应施加于其上的力。例如，在混合前，转子可以以第一旋转速度(例如，注入和/或冲洗速度，在该冲洗速度上过量的样本流体被从样本通道冲到废液通道)旋转，此时样本流体被保存在毛细管口弯月型液面处，试剂通过试剂毛细管口被保存在试剂室中。为了启动混合，可以在更高的旋转速度(混合速度)下旋转转子，所选择的速度要快到使试剂能克服试剂弯月型液面的表面张力，但又不足以使样本流体压力克服样本毛细管弯月型液面的表面张力。混合室可以被配置，以导向流入混合室的试剂流体接触和破坏样本弯月型液面。随着样本弯月型液面的破坏，已计量的样本会流动(在重力、静水力和/或优选地向心力的影响下)以接触和与试剂流混合。

流体(例如试剂和样本)的混合可以在混合室中用许多方法来完成。例如，试剂和样本可以一起在混合室的混合通道内流动，从而使得它们最后通过，例如被动扩散和/或湍流，被足够地混合。在一个实施例中，混合室本身具有由混合物流体毛细管口控制的出口通道，该毛细管口在转子的当前旋转速度下提供稳定的弯月型液面。结合后的试剂和样本可以保留在混合室中，例如通过由于转子加速产生的扩散或涡流以进行混合，直到转子速度被进一步增大到混合物弯月型液面受不起向心力的程度。在可选实施例中，混合室可以包括混合轮廓，该混合轮廓增强样本和试剂的混合，例如突起、障碍物、填充颗粒、结构化的壁等类似物。

样本/试剂混合物的处理

在本发明的方法的大多数实施例中，混合样本和试剂以最终提供可检测的反应产物。样本和试剂可以在混合室中反应并且反应产物可以在混合室中被检测。可替换地，混合物可以流入反应室中，在该反应室中反应产物可以选择性地被检测。在另一种替代方法中，反应产物可以从反应室流到用于检测样本分析物与试剂反应的产物的检测室。在许多实施例中，在反应产物检测之前，样本/试剂混合物最终被从室中冲走或冲洗。

在许多实施例中，试剂和样本分析物的反应可以在混合时被检测。例如，在许多比色测定中，生色团试剂在与目标分析物接触时改变颜色。在这类情况下，新颜色可以立即在混合物中被分光光度法检测出来。

在其他实施例中，试剂和样本的混合物需要时间进行反应，例如，在某一特定的温度下，反应需要特定的时间和/或用第二试剂。本发明的方法包括将混合物流入反应室以完成化验反应化学的方面。例如，当混合物仅仅是含有稀释试剂的稀释液时，混合物可以流入反应室以接触提供用于检测的反应产物的反应试剂。在一些实施例中，样本分析物和试剂的反应产物可以流入反应室以被捕获用于检测。例如，抗原分析物可以与荧光抗体试剂混合并且流入反应室以被另一种粘附在反应室中的固体载体上的抗体捕获。在这种情况下，反应室还作为检测室，其中光源被指向固体载体以检测被捕获的抗原/抗体产物的存在。

在本发明的另一个方面中，可以提供冲洗缓冲液，例如用来冲走过量的化验组分以减少检测中的背景噪声。例如，可以提供冲洗缓冲液室，其具有直到达到某一转子速度前保存冲洗缓冲液的毛细管口，其中由于向心力的原因，缓冲液的压力压倒缓冲液的弯月型液面。冲洗缓冲液的流动可以被定时以在分析的检测步骤之前冲洗反应室或检测室。

实施例

以下实例用于解释但并不限定所要求保护的本发明。

实施例1——通过流体接触的一般计量

为了说明根据本发明一个优选实施例的液体计量的原理，我们现在参考图3A-F。在图3A中，示出了具有主体部分3和尖端部分4的微流体管2。尖端部分4的直径要比主体部分3的直径相对小一些。主体部分3和尖端部分4的直径的典型尺寸为几个微米到几百微米。管2的长度大约为几百微米到几厘米。

参考图3B，第一流体5被加到所述的微流体管2中。第一流体5可以是生物流体、普通的软饮料、化学品水或者甚至是饮用水。在毛细作用力下，第一流体5将如图所示的在微流体管2中保持一定的体积。同时，第一流体5还将在尖端部分4的顶部形成弯月型液面6。作用在弯月型液面6的表面张力将把第一流体5保持在微流体管2中，并且使其不会从微流体管2中流出。

如图3C所示，第二流体7被滴到平表面8上。该第二流体7可以是生物流体、普通的软饮料、试剂、化学品水或者甚至是饮用水。第二流体7可以与第一流体5相同或者不同。当微流体管2被移动到足够接近到能接触在平表面8上的第二生物流体7时，在微流体管2中的第一流体5与在平表面8上的第二流体7相遇。表面张力的打破瓦解了弯月型液面6。这引起第一流体5从微流体管2中流出，从而一定量的第一流体5流入了第二流体7。因而形成了包含第一流体5和第二流体7的流体混合物9。

当微流体管2离开流体混合物9时，如图3E所示，在微流体管2的尖端部分4的末端形成了新的弯月型液面6。这次，它可能具有与管2与第二流体7接触之前相同的或者不相同的曲率半径。

第一流体5被加入到第二流体7中的量可以通过观察在第一流体5流入第二流体7之前和之后的流体高度差计算得出。如图3F所示，将高度差10乘以已知的微流体管2的横截面积得出了第一流体5被加入到第二流体7中的体积。因此，微流体管2可以作为液体体积计量器。

实施例2——具备样本计量管的多化验转子

在图1中示出了根据本发明的一个优选实施例的包含流体接触计量管的离心流体分析仪转子。该转子具有多个化验单元，每个化验单元通过样本进入口12和样本通道13与共同的样本室11相连。样本通道13与液体计量管15相连，并且还通过气泡41和狭窄部分61与废液室14相连。狭窄部分61和气泡41形成了毛细管截止阀，从而使得存放在废液室14中的样本生物流体不能够倒流到样本通道13中去。

在图2中示出了离心流体分析仪转子的一个化学单元的更详细的视图。除了先前已描述的，该化验单元包括试剂室18、混合室20和检测室21。试剂室18通过通道19(试剂毛细管通道)与混合室20相连。在混合室20中，化验试剂可以接触存放在液体计量管15中的生物流体，从而引起流体的混合。然后，反应混合物流过混合室的混合曲径29以到达气泡42。之后，混合物通过通道17流入检测室21。通道17可以可选地具有与反应产物间的毛细作用，以在定义的条件(例如旋转速度)被满足之前阻止或延迟反应产物流入检测室。气泡和通道17可以形成毛细管截止阀，从而使已经流入检测室21的反应产物不会通过气泡42倒流到混合曲径29中去。

用于化验的试剂在最初是密封在试剂室18中的。为了便于试剂流入混合/反应室20，提供了空气通风气泡51。该通风气泡51与外部环境流体接触并且在试剂流入以与存放在液体计量管15中的生物流体混合时，允许空气通过通道74、气泡55和狭窄通道65流入试剂室18。同样地，气泡55和狭窄通道65形成了毛细管截止阀，从而使存放在试剂室18中的试剂不会倒流到气泡55和通道74。

气泡51还通过通道71和通道73提供了检测室21的空气通风。相似的，气泡51通过通道71和通道72为废液室14提供了空气通风。气泡53和通道64形成了毛细管截止阀，从而使得检测室21中的反应混合物不会流入气泡53以及通道73。相似的，气泡54和通道63也形成了另一个毛细管截止阀，从而使得反应混合物不会流入通风通道72。此外，气泡52和通道62还形成了另一个毛细管截止阀，例如，防止废液进入检测室。

一般而言，根据本发明的一个优选实施例，在离心流体分析转子的化验单元中的微通道具有从几十微米到几百微米的直径。每个微通道的长度如此确定以使化验单元能够完成生物制剂的混合和检测。

实施例3——流入试剂的样本流体的精确计量

根据本发明的一个优选实施例，为了更多地理解离心流体分析转子的工作原理，我们参考图4A-H。这些图是用于说明原理的而不是用来限定本发明的范围。在图4A中，样本室11、试剂室18、流体计量管15、废液室14和检测室21都是通过微通道网络而流体相连的，例如类似于在图1和图2所示的那些。在试剂室18中，如图1所示，预先装入已知的期望量的试剂22。为了简化附图，在图中没有画出混合曲径29和气泡42。在该图中，示出了旋转(垂直)轴1，从而使得化验分析单元的旋转在所示的平面内。在这种情况下，图4A到4H示出了化验分析单元的平面图。样本室11和试剂室18被设置在平面的同一水平内。液体计量管15被水平地设置在转子平面的同一水平内。

参照图4B，生物样本流体23已被加入样本室11。样本流体23在被加入样本室11之后，马上就在毛细作用下沿着通道13移动。但是该通道被如此配置(例如通过通道直径控制)，如图4C所示，以使样本流体在通道13和液体计量管15的相交处由于在该处所形成的毛细管截止力而停止下来。当转子在速度S1下旋转时，离心力克服了毛细管截止力。在速度S1下，生物样本流体23被驱使以注入液体计量管15直到在毛细管口16处生成稳定的弯月型液面25时停止。如图4D所示，气泡41和通道61也在速度S1下被注满样本流体23。

在通道61和废液室14的相交处还形成了第二毛细管截止弯月型液面。为了克服上述第二毛细作用，转子此时在比S1快的速度S2下旋转。在该旋转速度下，离心力足以驱使原先充满通道13、气泡41和通道61的所有样本流体23进入废液室14。这在图4中做了说明。同时，注入到液体计量管15的生物样本流体23不会受到在速度S2下的转子旋转的影响。液体计量管15的尖端部分16被设计成产生足够的毛细管截止压力，以在旋转速度S2下把生物样本流体23保存在液体计量管15中。液体计量管15被配置成不会在转速S2下破坏弯月型液面25。例如，在计量管处的样本弯月型液面更接近于旋转轴1，因而比，例如在废液室的第二毛细管截止处的流体，受到更小的向心力。

转子可以接下来在比S2更快的速度S3下旋转。这允许了试剂22克服在通道19与混合室20相交处形成的毛细管截止。如图4F所示，试剂22开始流入混合室20。当试剂22与在液体计量管15的尖端部分(毛细管口)16处的生物样本流体23形成的弯月型液面25相遇时，该试剂破坏了在弯月型液面25处的表面张力。被注入到液体计量管15中的生物样本流体23开始流入混合室20，并且如图4G所示与试剂22混合以形成反应混合物28。

当转子继续以速度S3旋转时，所有的试剂22将被从试剂室18中排出，以在混合室20中与生物样本流体23混合。然后，如图4H所示，反应混合物28将被驱入检测室21。在许多实施例中，在液体计量管15中会留有一些生物样本流体23。但是被加入到反应产物28中的生物样本流体23的量可以是精确的和一直可重复的。所加入的样本流体的量可以被计算出来，例如根据流体水平27和在S3之前的样本流体水平的差别。倘若预注入的试剂22的体积是已知的，生物样本流体23和试剂22的混合比可以被精确地确定。

实施例4——具有被设置在垂直平面内的通道的装置

根据本发明另一个优选实施例，旋转轴1可以在化验分析单元的平面内。图5示出了被设置在垂直平面内的化验分析单元的垂直横截面视图。样本室11和试剂室18被设置在垂直平面的不同水平处。液体计量管15被设置成垂直的。由于毛细作用力不受设置的影响，在本发明的第一优选实施例中描述的相同的工作原理也可以适用于本发明的第二优选实施例。

在这个实施例中，毛细管截止应该相对于通道被设置在大体水平平面内的配置进行调整，并考虑例如重力对毛细管截止口处压力的贡献的情况。例如，在垂直布局中，毛细管口16可以更窄一些。

实施例5——用于多样本化验的转子

根据本发明另一个优选实施例，如图6所示，在离心流体分析转子上的每个化验分析单元可以形成具有其自己的样本室11的独立通道。在该配置中，每个单独的分析单元可以接受用于化验的不同的生物样本流体。如图所示，液体计量管15的形状可以具有不同的形式。可选地，尽管没在图中说明，混合曲径可以是多种配置中的任何配置。在这类设置中，提供了气泡56，从而使得当生物样本流体从样本室11移动到通道13时，有空气通风。

应理解，在这里所描述的实施例和实施方式仅用于说明性的目的，并且本领域的技术人员可以根据其做各种改进和改变，而那些改进和改变包含在本申请及其所附的权利要求的精神和范围中。

虽然出于清楚和理解的目的已经对上述发明做了较详细的描述，但阅读了本发明公开的本领域的技术人员应明白，在不背离本发明真正范围的前提下，可以在形式上或细节上对本发明做各种改变。例如，可以以各种组合的形式来使用上述的许多技术和装置。

在本申请中引用的所有出版物、专利、专利申请和/或其他文件均以相同的程度为其所有目的以全文引用的形式引入本申请，其中每个单独的出版物、专利、专利申请和/或其他文件单独地被本申请引用以作为参考。

Claims (23)

1.一种流体分析转子，包括：

旋转轴；

试剂室，该试剂室通过试剂导管与混合室流体接触；以及，

样本室，该样本室通过包括毛细管口的计量管与所述混合室进行流体接触；

其中，配置所述转子以使当所述转子不围绕所述旋转轴旋转时，在所述试剂室中的液体试剂不会通过所述导管流入所述混合室，在所述样本室中的液体样本不会通过所述毛细管口流入所述混合室；

其中，在第一转子旋转速度下，液体样本注入计量管，但该液体样本由于在所述毛细管口处的液体样本的弯月型液面而不会流入所述混合室；

其中，在比所述第一旋转速度快的第二转子旋转速度下，所述液体试剂流动，以在所述混合室中接触所述样本弯月型液面，因而破坏了所述样本弯月型液面的表面张力，从而使得所述样本从所述计量管流入所述混合室。

2.根据权利要求1所述的转子，其中所述毛细管口被配置成包含比所述混合室的毛细作用更大的毛细作用。

3.根据权利要求1所述的转子，其中所述计量管具有垂直于与所述旋转轴垂直的径向线的最长尺寸。

4.根据权利要求1所述的转子，其中所述试剂室比所述计量管更接近于所述的旋转轴。

5.根据权利要求1所述的转子，其中所述试剂导管包括在所述试剂室和所示混合室之间的截止阀。

6.根据权利要求1所述的转子，其中所述旋转轴是垂直的轴并且所述计量管包括水平的中心轴。

7.一种流体分析转子，包括：

旋转轴；

样本室，该样本室通过计量管与混合室流体接触并且通过废液通道与废液室进行流体接触；以及，

毛细管口，该毛细管口在所述计量管和所述混合室之间；

其中，所述转子被配置，以使在第一转子旋转速度下，液体样本注入所述计量管，但该液体样本由于在所述毛细管口处的液体样本的弯月型液面而不会流入所述混合室；以及，

其中，所述转子被配置，以使在所述第一旋转速度下，不注入所述计量管的液体样本流经所述废液通道而进入所述废液室。

8.根据权利要求7所述的转子，其中所述第一旋转速度大于5rpm。

9.根据权利要求7所述的转子，其中所述计量管具有垂直于与所述旋转轴垂直的径向线的最长尺寸。

10.根据权利要求7所述的转子，其中所述废液通道平行于与所述旋转轴垂直的径向线，以及其中所述废液室比所述毛细管口离所述旋转轴更远。

11.根据权利要求7所述的转子，其中所述废液通道包括截止阀，该截止阀包含比所述废液通道的相邻部分小的毛细作用。

12.根据权利要求7所述的转子，其中该转子被配置，以使在比所述第一旋转速度快的第二旋转速度下，向心力引起液体试剂流动以与所述样本弯月型液面接触。

13.根据权利要求7所述的转子，其中所述旋转轴为大体垂直的轴。

14.一种在旋转分析仪中获得样本体积的方法，该方法包括：

提供流体分析转子，该流体分析转子包括：

旋转轴；以及

样本室，该样本室通过计量管与毛细管口流体接触，并且还

通过在废液室处的废液口与所述废液室进行流体接触，其中所

述毛细管口比所述废液口更接近所述旋转轴；

在第一旋转速度下围绕所述旋转轴旋转所述转子，在该第一旋转速度下，来自所述样本室的流体样本注入计量管以在所述毛细管口处形成样本弯月型液面和在所述废液口处形成样本废液弯月型液面；以及，

在比所述第一旋转速度快的冲洗旋转速度下围绕所述旋转轴旋转所述转子，在该冲洗旋转速度下，在所述废液口处的液体样本压力不被所述废液口弯月型液面支撑，因而允许样本流入所述废液室，并且在该冲洗旋转速度下，在所述计量毛细管口处的样本压力不被所述毛细管口弯月型液面支撑；

因而提供了在所述计量管中的一定体积的样本，而不注入所述计量管的样本则流入所述废液室。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一旋转速度为0rpm。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一旋转速度大于5rpm。

17.根据权利要求14所述的方法，其中所述计量管具有垂直于与所述旋转轴垂直的径向线的最长尺寸。

18.根据权利要求14所述的方法，还包括：

提供与所述毛细管口流体接触的混合室；

提供与所述混合室流体接触的试剂室；以及，

在比所述冲洗旋转速度快的第二旋转速度下旋转所述转子，从而使液体试剂从所述试剂室流入所述混合室以与所述毛细管口处的所述样本弯月型液面接触。

19.根据权利要求14所述的方法，其中所述旋转轴被配置为垂直的轴。

20.一种在旋转分析仪中混合样本和试剂的方法，该方法包括：

提供流体分析转子，该流体分析转子包括：

旋转轴；

含有液体试剂并通过试剂导管与混合室流体接触的试剂室；以及，

含有液体样本并通过计量管与混合室在计量毛细管口流体接触的样本室；

在第一转子旋转速度下围绕所述轴旋转转子，在该第一转子旋转速度下，所述液体样本注入所述计量管并在所述毛细管口提供稳定的液体样本弯月型液面；以及，

在比所述第一旋转速度更快的第二转子旋转速度下围绕所述轴旋转所述转子，在该第二转子旋转速度下，所述液体试剂流入所述混合室并接触所述液体样本弯月型液面，因而打破了所述样本弯月型液面，从而使得所述液体样本从所述计量管流出以在所述混合室中与所述液体试剂混合。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一旋转速度为0rpm。

22.根据权利要求20所述的方法，还包括在所述试剂导管中提供截止阀。

23.根据权利要求20所述的方法，还包括在所述液体样本从所述样本室流到所述计量管时对所述液体样本进行过滤。

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