CN102004145A - 盘型微流器件以及血液测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盘型微流器件以及血液测试装置，该盘型微流器件包括布置在其上的数据区域，该血液测试装置具有用于读取盘型微流器件的数据区域的信息读取器件。盘型微流器件包括：具有预定厚度的盘型本体；多个腔室，设置在本体中以存储缓冲液或反应液；至少一个通道，将多个腔室彼此连接；以及数据区域，设置在本体的柱面部分处。

Description

盘型微流器件以及血液测试装置

技术领域

本发明的实施例涉及一种盘型微流器件以及使用该盘型微流器件来测试血液的血液测试装置，其中多个微流结构布置在单个盘型本体(body)中，从而能够进行多种血液测试(例如包括使用血液的免疫血清测试)以及生化测试。

背景技术

芯片上实验室(lab-on-a chip)是被设计为在小尺寸芯片上进行包括生化反应的测试的装置，其中微流结构布置在芯片型基底上，从而能够实现多步的处理和操作。

微流结构中流体的转移需要驱动压力，该驱动压力可以是毛细压力或由单独的泵产生的压力。近来，已经提出了盘型微流器件，其中微流结构布置在盘型本体上，流体利用离心力在微流结构中移动以进行一系列操作。这种盘型微流器件被称作实验室CD、盘上实验室或者数字生物盘(DBD)。

通常，盘型微流器件包括：腔室，将流体保持在其内；通道，用于流体流动；以及阀，控制流体流动。通过以上构成元件的各种组合可以制成盘型微流器件。

为了使用盘型微流器件来进行流体测试，通常使用驱动装置(例如，血液测试装置)。盘型微流器件可以存储各种试剂以能够实现各种测试。然而，传统的盘型微流器件不存储涉及诸如试剂的类型和有效日期(expirationdate)的信息。

当希望将上述信息存储在盘型微流器件中时，会需要用于信息存储的单独的数据区域，导致盘型微流器件的尺寸增大。

此外，向盘型微流器件提供单独的数据区域会需要向血液测试装置提供用于识别数据区域的器件。这会限制血液测试装置变纤薄。

发明内容

因此，本发明的实施例的一个方面提供了一种包括布置在其外表面上的数据区域的盘型微流器件。

本发明的实施例的另一方面提供了具有存储各种信息的数据区域的盘型微流器件。

本发明的实施例的另一方面提供了一种血液测试装置，该血液测试装置基于从盘型微流器件的数据区域提取的信息执行从多个测试方法中选出的测试方法(诊断操作)。

本发明的实施例的另一方面提供了一种防止盘型微流器件的不准确测试和再检查的血液测试装置。

本发明的实施例的另一方面提供了一种具有信息读取器件的血液测试装置，该信息读取器件被构造为从包括在盘型微流器件中的数据区域读取信息。

本发明的实施例的其他方面可以在以下的描述中部分地阐述并通过该描述而部分地变得明显，或者可以通过实践本发明而习知。

根据本发明的实施例，盘型微流器件包括：具有预定厚度的盘型本体；多个腔室，设置在本体中用于存储缓冲溶液或反应溶液；至少一个通道，将多个腔室彼此连接；以及数据区域，设置在本体的柱面部分(cylindricalportion)处。

数据区域可以存储盘型微流器件的识别信息。

识别信息可以包括涉及盘型微流器件是否用于临床化学测试的信息。

识别信息可以包括涉及盘型微流器件的有效日期的信息。

识别信息可以包括盘型微流器件的序列号。

数据区域可以是条形码的形式。

条形码可以是二维条形码类型。

数据区域可以包括以二维矩阵编码形式存储的数据。

本体可以是树脂注塑成型的产品。

根据本发明的实施例，血液测试装置包括：主轴电机，用于旋转盘型微流器件，腔室、分析部位(analysis site)和数据区域形成在盘型微流器件中；阀打开器件，选择性地打开设置在腔室和分析部位之间的流动路径上的阀；血液测试器件，读取分析部位；数据读取器件，通过将光照射到数据区域以扫描设置在盘型微流器件的柱面部分的数据区域并提取包括在数据区域中的信息；以及控制器，基于所提取的信息从多个诊断操作中选出一种诊断操作并控制所选择的诊断操作的执行。

数据读取器件可以包括条形码读取器。

控制器可以控制执行与盘型微流器件的类型相对应的诊断操作。

控制器可以基于盘型微流器件的有效日期来确定是否执行诊断操作。

控制器可以基于盘型微流器件的序列号确定是否需要测试。

附图说明

从下面结合附图的对实施例的描述，本发明的这些和/或其它的方面将变得明显并更易于理解：

图1是示出根据本发明实施例的盘型微流器件的构造的平面图；

图2是示出根据实施例的盘型微流器件的外观的透视图；

图3是根据实施例的血液测试装置的构造图；以及

图4是示出根据本发明另一实施例的盘型微流器件的外观的透视图。

具体实施方式

现在将更具体地参照本发明的实施例，其示例在附图中示出，其中相同的附图标记始终指代相同的元件。

图1是示出根据本发明实施例的盘型微流器件的视图，图2是根据实施例的盘型微流器件的透视图。

如图1和图2所示，根据本发明的盘型微流器件10包括：可旋转的本体11(例如，为盘的形式)；限定在本体11中的多个流体接收腔室和多个流体移动通道；以及数据区域13，设置在本体11的柱面部分12处。

本体11绕其中心轴C旋转。在限定于本体11中的腔室和通道中，例如样品的移动、离心分离和混合在由本体11旋转时引起的离心力的作用下发生。

本体11可以由具有生物惰性表面特性并容易成型的塑料制成，诸如亚克力、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等，但是实施例不限于此，可以使用具有化学和生物稳定性、光学透明性和机械可加工性的其它材料。

本体11可以由多层板构成。通过向接触板的内表面提供与例如腔室或通道相对应的凹雕结构(intagliated structure)并将板彼此粘结，则可以在本体11中限定空间和通道。板的结合可以通过各种方法实现，诸如使用粘合剂或双面胶带的粘合、超声熔接、激光焊接等。

现在，将描述用于血液测试的布置在本体11中的一系列结构。

样品腔20布置在本体11中的径向内部位置。样品腔20限定为接收预定量的血液。样品注入孔21形成在样品腔20的上表面中，以将血液注入到样品腔20中。

至少一个血清分离腔30径向地设置在样品腔20的外侧，其中利用本体11的旋转进行样品的离心分离。

在血清分离腔30中，重血球因为离心力而下沉，而相对轻的血清处于血球的上方，由此从血液分离。

多个通道设置在血清分离腔30的一侧。多个通道包括引导通道53，引导通道53将血清分离腔30中分离的血清引导到其中容纳稀释缓冲液的稀释腔70中。如本实施例所示的，至少一个稀释腔70可以包括多个稀释腔以分别存储不同量的稀释缓冲液。基于所需要的稀释缓冲液的体积，多个稀释腔70可以具有不同的体积。更特别地，可以设置两个或更多的稀释腔，在本实施例中，提供接收不同体积的稀释缓冲液的第一稀释腔71和第二稀释腔72以改变稀释率。

可以提供稀释腔73，没有样品从血清分离腔30供应到稀释腔73中。稀释腔73设置为获得反应检测时的标准值并可以存储稀释缓冲液。反应腔组80a和80b分别布置在对应的第一稀释腔71和第二稀释腔72的外侧。

第一反应腔组80a设置在对应的第一稀释腔71的外侧，第二反应腔组80b设置在对应的第二稀释腔72的外侧。

每个反应腔组80a或80b包括一个或多个反应腔81或82，反应腔81或82经由分配稀释缓冲液的分配通道90连接到对应的稀释腔70上。在最简单的形式中，每个反应腔组80a或80b可以包括单个反应腔。

如附图所示，分配通道90可以沿着本体11的圆周方向延伸，并可以经由插设在其间的第四阀58(其将在下文描述)连接到对应的稀释腔70。

反应腔81和82分别存储引起与样品(血液)的不同种类反应的试剂。在该情形中，包括在相同反应腔组80a或80b中的多个反应腔81或82可以分别存储适于与具有相同稀释率的样品稀释缓冲液反应的试剂。

例如，第一反应腔组80a可以存储包括诸如甘油三酯(TRIG)、总胆固醇(CHOL)、葡萄糖(GLU)、血尿素氮(BUN)的试剂，其以血清与稀释缓冲液的稀释率为1∶100反应。第二反应腔组80b可以存储包括诸如直接胆红素(DBIL)、总胆红素(TBIL)、谷氨酰转肽酶(GGT)的试剂，其以1∶20的血清与稀释缓冲液的稀释率反应。

也就是，从第二稀释腔72供应到对应的反应腔组80b的多个反应腔82中的样品稀释缓冲液与从第一稀释腔71供应到第一反应腔组80a的多个反应腔81中的样品稀释缓冲液具有不同的稀释率。因此，每个反应腔组80a或80b的反应腔81或82可以分别存储适于对应稀释率的样品的试剂。

尽管反应腔81和82可以具有相同的容量，但是本发明的实施例不限于此，当基于测试项目需要不同容量的样品稀释缓冲液或试剂时，各个反应腔可以具有不同的容量。

此外，多个反应腔81和82可以具有出口和注入孔，而不是采取密封的反应腔的形式。

在本实施例中，阀设置在将各个腔室彼此连接的通道处。

阀包括：第一阀55，设置在引导通道53的位置上以打开或关闭血清分离腔30的出口；第二阀56，设置在引导通道53的位置上以打开或关闭血清移除腔60；第三阀57，设置在第二阀56和稀释腔70之间；以及第四阀58，设置在稀释腔70的出口处以打开或关闭分配通道90。

尽管各个阀可以是包括诸如毛细管阀以及其它阀的各种阀中的任一种，其中毛细管阀在施加预定压力或更大压力时人工地打开，其它阀响应操作信号接收来自外部源的功率或能量时主动操作，但是本实施例以示例的方式采用相变阀，该相变阀通过吸收来自外部源的能量来操作。

阀以本体11的上板与下板之间的三维或平面布置提供在上述位置处，从而当它们由于高温熔化而转移到相邻的额外空间时用于截断流体流动或打开通道。

为了向阀55、56、57和58施加热，发射光的外部能量源(131，见图3)可移动地布置在本体11的外侧，并可以将光照射到阀55、56、57和58所在的位置。

因此，当基于盘型微流器件的测试进展将外部能量源移动到需要打开的阀的上侧之后，外部能量源向下照射光，从而打开相应的阀。

各个阀可以由相变材料和分散在相变材料中的加热颗粒制成。

加热颗粒可以具有在具有数百至数千微米宽度的通道中足以自由移动的尺寸。加热颗粒具有如下特征：在施加由光(例如，激光)的照射产生的能量时加热颗粒的温度迅速升高以放出热量。为了获得这些特性，加热颗粒可以包括含有金属组分的芯以及疏水外壳。例如，加热颗粒可以包括由Fe形成的芯以及围绕Fe芯的外壳，该外壳由多种表面活性剂组成。在可购买到的产品中，加热颗粒可以分散在基底油(carrier oil)中。

相变材料可以是蜡。当加热颗粒转移由所吸收的光能转换来的热能时，蜡熔化从而变成流体。从而，阀塌陷，打开相应的通道。蜡可以具有合适的熔点。过高的熔点增加在开始光照射之后直到蜡熔化所需的时间，因此难以精确地控制打开时间点。与此相反，过低的熔点导致蜡在没有光照射的情况下部分熔化，导致不期望的流体泄漏。蜡可以是石蜡、微晶蜡、合成蜡、天然蜡等。

备选地，相变材料可以是凝胶或热塑树脂。凝胶可以是聚丙烯酰胺、聚丙烯酸脂、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯胺等。此外，热塑树脂可以是环烯烃共聚物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚甲醛(POM)、四氟乙烯(PFA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)、聚砜(PSU)、聚偏氟乙烯(PVDF)等。

在根据本发明的盘型微流器件中，柱面部分12设置有反射构件形式的原始位置部分14(home position portion)以设定微流器件的参考位置，并且数据区域13设置在柱面部分12的外表面处。

在实施例中，数据区域13设置在柱面部分12的外表面，因此可以在不增加盘型微流器件的尺寸的情况下使用不工作的空间(dead space)来实现。

在实施例中，数据区域13用于存储条形码形式的信息。

条形码13可以是如图2所示的一维条形码、如图4所示的二维条形码或者其它各种类型的条形码/矩阵码(例如，二维矩阵码)，以存储大量信息。

条形码13可以包含盘型微流器件的识别信息，诸如确定盘型微流器件的种类所需的信息、证明盘型微流器件的真实性所需的信息、与测试的种类相关的信息、制造者信息、使每个盘型微流器件执行特定诊断操作所需的信息、有效日期信息、序列号等。除了上面列举的信息之外，如果有必要，条形码13当然可以包含各种其它信息。

因此，在血液测试装置中，在通过检测微流器件的条形码13确定盘型微流器件10的种类之后，确定适于相应盘型微流器件的种类的测试方法，并在执行测试之前来确认微流器件的有效日期，如果微流器件已经过期则停止测试。

此外，通过检测盘型微流器件的条形码13，可以确认装配在血液测试装置中的物体是否是盘型微流器件，并且还要确认盘型微流器件是真实器件还是假器件。

此外，确认盘型微流器件10的序列号，如果相应的微流器件已经被测试过，则防止盘型微流器件的重复检查。

接下来，将描述使用根据实施例的盘型微流器件来测试血液的血液测试装置。

图3是示出根据实施例的血液测试装置的方框图。

根据实施例的血液测试装置包括主轴电机100，旋转盘型微流器件；数据读取器件110；原始位置设定器件120；阀打开/关闭器件130；血液测试器件140；输出器件150；以及控制器160，控制各个构成元件。

主轴电机100可以使盘型微流器件旋转，更具体地，可以使盘型微流器件停止或旋转，从而允许反应腔81和82到达特定位置。

尽管没有示出，但是主轴电机100可以包括电机驱动机构以控制盘型微流器件10的角位置。例如，电机驱动机构可以是使用步进电机或DC电机的驱动机构。

举例来说，数据读取器件110可以是条形码读取器。为了将光照射到设置在盘型微流器件10的柱面部分12处的数据区域13(例如，条形码)并接收从数据区域13反射的光，数据读取装置110布置为平行于微流器件10的本体11，从而面对柱面部分12且在其间具有预定距离。

数据读取器件110布置为在微流器件10的本体11周围，而不是布置在本体11的上方或下方，从而确保血液测试装置的纤薄构造。

在根据本实施例的血液测试装置中，针对高精确的测试，需要精确地设定盘型微流器件的参考点。

为此，血液测试装置可以设置有原始位置设定装置120。原始位置设定装置120包括光源121和光传感器122，光传感器122在接收到来自光源121的光时产生电信号。

光源121以对应于微流器件10的高度位于柱面部分12的外侧，以朝向微流器件10的柱面部分12发射光。光传感器122位于微流器件10上方以接收从微流器件10反射的光。

当然，例如反射器可以设置在用于设定原始位置的光路的位置上，以能够设定各种光路。

来自光源121的光被原始位置部分14反射，然后引导到光传感器122中。光传感器122上的光入射位置被称作原始位置。

提供阀打开/关闭装置130以打开或关闭盘型微流器件10的阀55、56、57和58。阀打开/关闭装置130包括外部能量源131和移动单元132，移动单元132将外部能量源131移动到需要被打开的阀55、56、57和58。

外部能量源131是照射激光束的激光光源，或者可以是照射可见光或红外光的发光二极管等或氙灯。特别地，激光光源可以包括至少一个激光二极管。

移动单元132可以包括驱动电机134以及装配有外部能量源131的齿轮133，齿轮133基于驱动电机134的旋转将外部能量源131移动到要打开的阀的上侧。

血液测试器件140包括至少一个光发射元件141以及布置为对应于光发射元件141的光接收元件142，光接收元件142用于接收已经穿过微流器件10的反应腔81和82的光。

光发射元件141是以预定频率打开和关闭的光源。可用的光源的示例包括诸如发光二极管(LED)、激光二极管(LD)等的半导体光发射装置以及诸如卤灯、氙灯等的气体放电灯。

光发射元件141定位为允许从其发射的光通过反应腔81和82到达光接收元件142。

光接收元件142基于入射光的强度产生电信号。例如，光接收元件142可以是耗尽层光电二极管、雪崩光电二极管(APD)、光电倍增管(PMT)等。

尽管在本实施例中光发射元件141布置在盘型微流器件10的上方并且光接收元件142布置在盘型微流器件10的下方以对应于光发射元件141，但是光发射元件141和光接收元件142的位置当然可以被颠倒。此外，尽管没有示出，但是可以使用反射器、光引导件等来调整光路。

控制器160控制主轴电机100、数据读取器件110、原始位置设定器件120、阀打开/关闭器件130、血液测试器件140等，以确保血液测试装置的有效操作。此外，控制器160搜索诊断数据库(DB)170以执行从血液测试器件140检测的信息与诊断DB之间的比较分析，从而测试容纳在盘型微流器件10的反应腔81和82中的血液的疾病存在。

输出器件150用于输出诊断结果以及操作的完成。输出器件150可以是诸如液晶显示器(LCD)的视频输出器件、诸如扬声器的音频输出器件或音频视频输出器件。

接下来，将描述根据本实施例的血液测试装置的各种操作中涉及条形码读取器的操作。

条形码读取器110将存储在条形码13中的数据的读取结果传输到控制器160，控制器160基于读取数据来操作血液测试装置的各个构成元件。

具体地，如果条形码读取器110将盘型微流器件的条形码13的检测结果传输到控制器160，控制器160确定微流器件的种类，从而确定适于相应的微流器件的种类的测试方法。

基于从条形码读取器110传输至控制器160的条形码13的检测结果，控制器160还可以确认微流器件的有效日期。如果相应的微流器件已经过期，则控制器160可以停止血液测试装置的各个构成元件的操作，从而停止测试。

此外，如果条形码读取器110读取盘型微流器件的序列号，则控制器160可以基于从条形码读取器110传输的读取序列号来确定盘型微流器件是否已经被测试，从而防止微流器件的重复检查。

从以上描述明显可见，在根据实施例的盘型微流器件中，数据区域设置在器件本体的柱面部分中，导致盘型微流器件的纤薄尺寸。

此外，数据区域存储微流器件的识别信息，诸如例如微流器件的种类、有效日期和序列号，从而允许血液测试装置执行适于相应的微流器件的测试。

而且，将数据读取器件径向地设置在盘型微流器件的外侧可以有助于使血液测试装置变纤薄。

尽管在以上实施例中描述了数据区域的示例包括条形码，但是数据区域当然可以采用全息图、射频识别(RFID)标签或存储器芯片的形式，用于将信息存储在其中。

在此情形下，血液测试装置的数据读取器件可以采取适于读取数据区域信息的读取器的形式。

此外，如果数据区域是能够读取和写入信息的存储介质，诸如例如存储芯片，则数据区域可以存储与血液测试结果相关的信息、病人信息、血液采集/测试日期与时间、测试的完成以及如实施例所述的识别信息。

尽管已经示出并描述了本发明的一些实施例，但对本领域技术人员应理解，可以在这些实施例中进行改变而不脱离本发明的原理和精神，本发明的范围由权利要求书及其等同物限定。

本申请要求于2009年7月20日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2009-065984以及于2010年7月9日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2010-0066241的权益，其公开内容通过引用结合于此。

Claims (14)

1.一种盘型微流器件，包括：

盘型的本体，具有预定厚度；

多个腔室，设置在所述本体中以存储缓冲液或反应液；

至少一个通道，将多个腔室彼此连接；以及

数据区域，设置在所述本体的柱面部分处。

2.根据权利要求1所述的器件，其中所述数据区域存储所述盘型微流器件的识别信息。

3.根据权利要求2所述的器件，其中所述识别信息包括所述盘型微流器件是否用于临床化学测试的信息。

4.根据权利要求2所述的器件，其中所述识别信息包括与所述盘型微流器件的有效日期相关的信息。

5.根据权利要求2所述的器件，其中所述识别信息包括所述盘型微流器件的序列号。

6.根据权利要求1所述的器件，其中所述数据区域包括条形码形式的数据。

7.根据权利要求6所述的器件，其中所述条形码是二维条形码类型。

8.根据权利要求1所述的器件，其中所述数据区域包括以二维矩阵码形式存储的数据。

9.根据权利要求3所述的器件，其中所述本体是树脂注塑成型的产品。

10.一种血液测试装置，包括：

主轴电机，旋转盘型微流器件，腔、分析部位以及数据区域形成在所述盘型微流器件中；

阀打开器件，选择性地打开设置在所述腔和所述分析部位之间的流动路径上的阀；

血液测试器件，读取所述分析部位；

数据读取器件，通过将光照射到所述数据区域来扫描设置在所述盘型微流器件的柱面部分的所述数据区域并提取包括在所述数据区域中的信息；以及

控制器，基于所提取的信息从多个诊断操作中选择诊断操作并控制所选择的诊断操作的执行。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述数据读取器件包括条形码读取器。

12.根据权利要求10所述的装置，其中所述控制器控制执行与所述盘型微流器件的种类相对应的诊断操作。

13.根据权利要求10所述的装置，其中所述控制器基于所述盘型微流器件的有效日期来确定是否将执行所述诊断操作。

14.根据权利要求10所述的装置，其中所述控制器基于所述盘型微流器件的序列号来确定是否需要测试。

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