CN103370617B - 生物化学分析设备和旋转阀 - Google Patents

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Abstract

一种用于利用纳米孔执行样品的生物化学分析的分析设备包括：支撑多个纳米孔的传感器装置；用于保持执行所述分析的材料的贮存器；流控系统；以及用于接收相应样品的多个容器，所有这些部件都布置在盒中，所述盒能以可移除的方式附接至电子单元，所述电子单元布置成产生驱动信号以执行信号处理电路从而产生表示分析结果的输出数据。所述流控系统利用旋转阀将样品选择性地从所述容器供应到所述传感器装置。

Description

生物化学分析设备和旋转阀
技术领域
本发明的第一方面涉及利用纳米孔来执行样品的生物化学分析(例如多核苷酸测序)。本发明的第二至第四方面涉及用于在多个端口之中选择端口的旋转阀。
背景技术
关于本发明的第一方面，近年来利用纳米孔进行的样品的生物化学分析已经取得相当大的发展。纳米孔是电绝缘层中的小孔并且可以例如由被引入两性膜中的蛋白质孔或通道形成。纳米孔可以允许离子流横跨两性膜行进，该两性膜由纳米孔基于分析物相互作用调制，从而允许纳米孔提供生物化学分析。针对生物化学分析的类型的范围已经开发了各种类型的纳米孔和用于利用所述纳米孔的分析设备。一个商业示例是将纳米孔用于多核苷酸(诸如DNA)的测序。WO-2009/077734公开了利用纳米孔来执行样品的生物化学分析的分析设备的一个示例。
因而纳米孔提供用于工业规模的生物化学分析的平台的潜力。然而，在这样的环境下，所希望的是在设备中有效处理样品以便使生产率最大化并且使执行生物化学分析的成本最小化。
关于本发明的第二至第五方面，有利的将是提供一种能够在各种各样的应用中在大量端口之中选择端口的阀。这样的应用的一个示例是在用于执行生物化学分析的设备中处理流体。
允许在端口之中的选择的一种类型的阀是旋转阀，其包括定子和以可旋转的方式安装在定子上的转子。在已知类型的旋转阀中，定子限定多个第一端口和第二端口，并且转子具有多个通道，所述通道构造成在所述转子旋转时将不同的所述第一端口连接至所述第二端口。该类型的旋转阀提供具体地但不排他地用于少量流体的各种优点，例如通过简单的构造和可靠的操作允许阀能够在所述第一端口之中进行选择。
关于本发明的第三方面，旋转阀的整体构造的简化可以通过将定子的第一端口布置在环形表面中来实现，所述环形表面绕转子的旋转轴线延伸，从而面向该旋转轴线。这有利于包括相对大数量的第一端口。然而，难以提供定子和转子之间的第一端口的充分密封。该困难随着端口的数量增加而增加，并且因此阀的总尺寸增大。
因此所期望的将是提供一种减轻这些问题的阀。
关于本发明的第三和第四方面，随着第一端口的数量的增加，转子中的通道的网络的复杂性相应地增加。这导致转子的尺寸增大并且因此导致阀的总尺寸增大。这样的尺寸增大在希望最小化结合有阀的设备的尺寸的许多应用中在本质上是不利的。此外尺寸的增大可能使得更难以提供定子和转子之间的密封。
关于本发明的第五方面，构造用于流控系统(诸如在板内设计的系统)的阀在提供能提供并连接期望流路的简单构造的阀方面是困难的。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种用于利用纳米孔执行样品的生物化学分析的分析设备，所述分析设备包括：
传感器装置，所述传感器装置能够支撑多个纳米孔并且能操作以利用所述纳米孔执行样品的生物化学分析。
用于保持用于执行生物化学分析的材料的至少一个贮存器；
流控系统，所述流控系统构造成以可控制的方式将材料从所述至少一个贮存器供给到所述传感器装置；以及
用于接收相应样品的多个容器，所述流控系统构造成将所述样品从所述容器选择性地供应到所述传感器装置。
所述分析设备具有封装执行生物化学分析所需的部件和材料的构造。具体地，所述分析设备包括能操作以利用纳米孔执行样品的生物化学分析的所述传感器装置、用于保持所需材料的所述至少一个贮存器以及可以在合适的控制下向所述传感器装置供应材料的流控系统。这允许高效执行生物化学分析。
此外，通过提供用于接收相应样品的多个容器，分析设备构造成处理可以被引入相应容器的多个样品。因为流控系统构造成将样品从容器选择性地供应到所述传感器装置，分析设备提供测序处理并且易于操纵多个样品。这允许有效地处理多个样品，从而允许改善作业流程。这继而允许降低执行每个样品的生物化学分析的总成本。
流控系统可以构造成通过包括如下文讨论的根据本发明的第二至第四方面中的任一方面的旋转阀而将样品选择性地从容器供应到传感器装置。在该情况下，根据本发明的第二至第四方面的阀的任何特征可以与本发明的第一方面的任何特征以任何组合来结合。
有利地，所述分析设备包括：
主体，所述分析设备、至少一个贮存器和流控系统安装在所述主体上，和
容器元件，所述容器元件与所述主体分开并且能附接至所述主体，在所述容器元件中形成多个容器。
因为容器元件是单独的元件，因此可以在容器附接至分析设备的主体之前执行将样品引入容器中。这有利于填充容器，从而改善填充操作的效率。
此外，因为容器元件是单独的元件，因此它可以是一次性元件，从而通过填充和附接新的容器元件而允许方便地再利用分析设备。
例如，容器元件可以是阱板，容器是形成在阱板中的阱。在该情况下，阱板可以利用本身有效的现有的板基并行操作技术来填充。
可选地，多个容器包括24个容器或更多。当处理大量样品(诸如24个以上)时，为处理每个样品提供单独的系统变得不太实际，因此一体的流控方法变得更优选。典型地多个容器作为96个阱板被提供。
可选地，分析设备还包括控制器，该控制器构造成测量生物化学分析的性能目标并且控制分析以达到性能目标。该控制器能构造成控制分析以顺序利用多个容器的选择容器直到达到性能目标，所述多个容器的选择容器容纳相同的样品。通过提供具有相同样品的多个变型的分析设备，分析能被控制以使用相同类型的几个样品(如需要)，或者以忽略容纳已成功对其进行分析的样品的阱。结果，如果分析设备变得出乎意料地长，那么分析能继续所需的时间量，但是不会不必要地处理所提供的每个样品。
可选地，分析设备是用于与另一装置协作的盒。因而，分析设备可以是一次性的，或者至少可更换的。
根据本发明的第二方面，提供一种旋转阀，所述旋转阀包括：
定子，所述定子限定第二端口和环形表面中的多个第一端口，所述环形表面绕旋转轴线延伸并且面向所述旋转轴线；以及
转子，所述转子安装在所述定子上用于在布置于所述定子的环形表面和所述转子的环形表面之间的衬套内绕所述旋转轴线旋转，所述转子的环形表面面向所述定子的环形表面，所述衬套由具有比所述转子和所述定子的柔度大的柔度的材料制成；
所述转子具有从限定在所述定子的环形表面中的第一端口延伸并且与所述定子的第二端口连通的通路，
所述衬套具有至少一个通道，所述至少一个通道延伸穿过所述定子的环形表面和所述转子的环形表面之间的所述衬套并且取决于所述转子的旋转位置能够提供所述转子的第一端口和所述定子的多个第一端口中的任一第一端口之间的连通。
所述旋转阀结合所述定子在环形表面中的第一端口，所述环形表面绕所述转子的旋转轴线延伸并且面向所述旋转轴线，从而简化整体构造并且有利于包含相对大量的端口。通过提供布置在所述定子的环形表面和所述转子的面对的、环形表面之间的衬套实现密封。延伸穿过所述定子的环形表面和所述转子的环形表面之间的衬套的至少一个通道提供所述转子的第一端口和所述定子的多个第一端口中的任一第一端口之间的连通，这取决于所述转子的旋转位置。所述衬套由被选择以具有比所述转子和所述定子的柔度大的柔度的材料制成。这使得更容易提供所需的密封程度。没有衬套的情况下，密封直接存在于所述转子和所述定子的面对的环形表面之间，在该情况下，在选择提供充分密封同时保持所述阀的用于操作的其他期望的机械特性(例如足够的刚性和足够的低阻力)的材料方面存在困难。直接在所述转子和所述定子的面对的环形表面之间密封的困难随着端口的数量增加而增大，因此本发明有利于形成具有相对大量的端口的阀。
所述旋转阀可以有利地应用于处理少量流体，其中密封的困难更大，例如其中所述定子和所述转子的端口、所述转子的通路以及所述衬套的至少一个通道具有不超过10mm2(优选地不超过1mm2)的截面面积。在旋转阀的一个有利的用途中，所述定子位于这样的主体上，所述主体布置成允许附接包括对应于多个第一端口的多个阱的阱板，所述主体限定将所述阱连接至对应的第一端口的通道。
在一个有利构造中，通路延伸到限定于转子中的第二端口，该通路定位在旋转轴线上并且与定子的第二端口连通。在该构造中，同一通路始终连接至第二端口并且提供与由转子的旋转位置所选择的的第一端口中的任一第一端口的连通。第一端口中的任一第一端口至第二端口的这样的选择性连接利用非常简单的构造来实现，该构造相对紧凑并且能与任何数量的第一端口成比例。第一端口仅仅需要绕旋转轴线隔开，因此增加第二端口的数量仅略微增大尺寸。在近似条件下，旋转阀的周长并且因此直径与第一端口的数量线性成比例。与提供具有用于将每个第一端口连接至第二端口的相应通路的转子相比，尺寸大大减小。
转子中的通路可以与衬套中的通路连通，所述衬套中的通路与所述定子的第二端口连通。在该构造中，所述衬套也用于密封所述转子和所述定子的第二端口之间的连接。
根据本发明的第三方面，提供有一种旋转阀，所述旋转阀包括：
定子；以及
转子，所述转子以可旋转的方式安装在所述定子上用于绕旋转轴线旋转；
所述定子限定第二端口以及绕所述旋转轴线布置的多个第一端口，
所述转子限定：第一端口，所述第一端口能够取决于所述转子的旋转位置而与所述定子的第一端口中的任一第一端口连通；第二端口，所述第二端口定位在所述旋转轴线上并且与所述定子的第二端口连通；以及在所述第一端口和所述第二端口之间延伸的通路。
该旋转阀利用非常简单的构造实现第一端口中的任一第一端口至第二端口的选择性连接。第一端口的选择通过旋转转子实现，但是，当第二端口定位在旋转轴线上时，定子的第二端口和转子的第二端口随着转子旋转而保持连通。这提供了用于阀的简单构造并且允许定子的第二端口和转子的第二端口之间的密封。该构造相对紧凑并且能与任何数量的第一端口成比例。第一端口仅仅需要绕旋转轴线隔开，因此增加第二端口的数量仅略微增大尺寸。在近似条件下，旋转阀的周长且因此直径与第一端口的数量线性成比例。与提供具有用于将每个端口连接至第二端口的相应通道的转子相比，尺寸被大大减小。
这样的旋转阀可以有利地应用于处理少量流体，例如其中第一端口、通路、收集腔和第二端口具有不超过10mm2(优选地不超过1mm2)的截面面积。在旋转阀的一个有利的用途中，定子位于这样的主体上，该主体布置成允许附接包括对应于多个第一端口的多个阱的阱板，该主体限定将阱连接至对应的第一端口的通道。根据本发明的第四方面，提供有一种旋转阀，所述旋转阀包括：
定子；以及
转子，所述转子以可旋转的方式安装在所述定子上用于绕旋转轴线旋转；
所述定子限定绕所述旋转轴线布置的面向所述转子的多个第一端口；
所述阀包括收集腔，所述收集腔在绕阀构件的旋转轴线的环体的至少一部分中延伸，
所述定子限定与所述收集腔连通的第二端口，并且
所述转子提供在与所述通路连通的所述收集腔和一位置之间延伸的通路，在所述位置中所述通路能够取决于所述转子的旋转位置而与所述多个第一端口中的任一第一端口连通。
所述旋转阀包括收集腔，所述收集腔在绕所述旋转轴线的环体的至少一部分中延伸，并且所述第一端口也绕所述旋转轴线布置。由于所述收集腔和所述第一端口的该构造，所述转子可以布置有通路，所述通路能取决于所述转子的旋转位置将所述收集腔连接至所述多个第一端口中的任一选择的第一端口。当所述收集腔与所述第二端口连通时，这导致所选择的第一端口也连接至所述第二端口。
第一端口中的任一第一端口至第二端口的这样的选择性连接利用收集腔和转子中的通道的非常简单的构造来实现。该构造相对紧凑并且与任何数量的第一端口成比例。该第一端口仅仅需要绕旋转轴线隔开，因此增加第二端口的数量仅略微增大尺寸。在近似条件下，旋转阀的周长且因此直径与第一端口的数量线性地成比例。与提供具有用于将每个第一端口连接至第二端口的相应通道的转子相比，尺寸被大大减小。
这样的旋转阀可以有利地应用于处理少量的流体，例如，其中第一端口、通路、收集腔和第二端口具有不超过10mm2(优选地不超过1mm2)的截面面积。在旋转阀的一个有利用途中，定子位于这样的主体上，该主体布置成允许附接包括对应于多个第一端口的多个阱的阱板，该主体限定将阱连接至对应的第一端口的通道。
在一个有利的构造中，转子和定子具有交接接触面，所述接触面横向于(优选地垂直于)旋转轴线延伸，第二端口以及多个第一端口在定子的接触面中开口。通过该构造，交接接触面的密封可以通过构造阀以沿着旋转轴线在转子和定子之间施加高负载而变得更为方便。这使得密封比在端口设置在平行于旋转轴线延伸的交接接触面中的情况更容易。
例如，加载可以通过阀还包括布置成将转子偏压在定子上的偏压装置(例如包括接合转子的弹性偏压元件)而实现。
根据本发明的第五方面，提供有一种旋转阀，所述旋转阀包括：限定第二端口和多个第一端口的定子；安装在所述定子上用于绕旋转轴线旋转的转子；所述阀包括这样的通路，该通路与所述定子的第二端口连通并且取决于所述转子的旋转位置延伸到用于单独地与所述定子的多个第一端口中的任一第一端口连通的位置。
根据该布置，转子可以将阀的通路简单地连接至定子的期望的第一端口。结果，定子能直接形成在流控系统的板上，并且转子能提供用于连接形成在板上的期望端口的装置。
可选地，第一端口、通路和第二端口具有不超过10mm2(优选地不超过1mm2)的截面面积。
可选地，旋转阀还能包括布置在转子和定子之间的衬套，其中衬套相对于转子是固定的。衬套能可选地由比转子和定子更柔顺的材料制成。以与转子的固定关系设置衬套允许改善定子和转子之间的密封。
在下文所述的实施方式中，本发明的第二和第三方面在旋转阀中结合地实施。然而，这不是必需的。根据本发明的第二方面的旋转阀可以结合本发明的第四方面实施，其中转子的第二端口与收集腔连通。
附图说明
现在参照附图通过非限制性示例描述本发明的实施方式，附图中：
图1是生物化学分析仪器的示意图；
图2是该仪器的模块的立体图；
图3是从盒上方看到的立体图，所述盒在模块中可被更换；
图4是该盒的传感器装置的一部分的剖面图；
图5和图6是安装在PCB上的传感器装置的俯视和仰视立体图；
图7是模块的立体图；
图8是模块的电路的示意图；
图9是控制单元的示意图；
图10是检测通道的图；
图11和图12是从盒下方所看的立体图，分别示出了附接的和分开的阱板；
图13是阱板的一部分的剖视立体图；
图14和图15是结合有第一构造的阀的阀组件分别从上方和从下方看的立体图；
图16是沿着线XVI-XVI剖取的贯穿图14的阀组件的剖面图；
图17是从阀组件的主体的上方看的局部平面图，所述主体围绕第一构造的阀的定子；
图18是从第一构造的阀的转子的下方看的平面图；
图19是阀组件的主体和阱板的阱的局部剖面图；
图20是从阀组件的第二板的下方看的平面图；
图21是包括马达的阀组件的立体图；
图22是从结合有第二构造的阀的阀组件上方看的分解立体图；
图23是从处于组装状态的图22的阀组件的上方看的立体图；以及
图24是沿着线XXIV-XXIV剖取的贯穿图22的阀组件的剖面图。
具体实施方式
首先将描述利用支撑在两性膜中的呈蛋白质孔形式的纳米孔执行生物化学分析的仪器，但是这不限制本发明。
仪器1形成多个模块2，每个模块均连接至数据网络3。在该示例中，通过每个模块2由电缆4连接至网络交换机5，网络3形成为常规的局域网。通常，模块2可以连接至任何类型的数据网络，包括无线网络、宽域网和因特网。
附接至网络3，还存在任何类型的存储设备6，例如NAS和外部计算机7，该外部计算机用来访问模块2并且可以是具有HTTP浏览器的常规计算机。
由于仪器1的联网结构，任何数量的模块2取决于位置要求而都可以设置在给定的位置，例如从小型研究机构的少量模块2或者甚至单个模块2到商业测序中心的大型模块2组。类似地，模块2不需要在物理上彼此接近，因此仪器1可以由分布在不同位置、甚至在不同国家的模块2形成。
现在将描述单个模块2。
如图2所示，模块2具有盒10，该盒在模块2的壳体11中可被更换。盒10形成如现在将描述的用于执行生物化学分析的分析设备。盒10具有图3所示的构造。
盒10包括例如由模制塑料形成的主体37。盒10的主体37安装有传感器装置14，该传感器装置是如通过引用并入本文的WO-2009/077734中详细地描述的设备。并不对本文的教导的通用性施加限制，传感器装置14具有如图4的剖面图中所示的构造，其包括主体20，在该主体中形成有多个阱21，每个阱均是使得阱电极22布置在其中的凹部。大量阱21被设置以优化数据收集速率。一般而言，可以存在任何数量的阱21，尽管图4中仅示出了少量阱21。在一个示例中，阱的数量是256或1024，但是可以比上述多一个、两个、或三个数量级。主体20由盖23覆盖，该盖在主体20上方延伸并且是中空的以限定供每个阱21通入的腔24。公共电极25设置在腔23内。
传感器装置14制备成横跨每个阱21形成两性膜26(诸如脂质双层)，并且将作为蛋白质孔的纳米孔插入两性膜26中。该制备利用WO-2009/077734中详细描述的技术和材料来实现，但是可以概括如下。将水溶液引入腔24中以横跨每个阱21形成两性膜26，从而将阱21中的水溶液与腔24中的其余量的水溶液分离。例如通过在水溶液被引入腔24中之前或之后被引入所述水溶液中或者通过被沉积在腔的内表面上，蛋白质孔被提供到水溶液中。蛋白质孔自发地从水溶液插入两性膜26中。
蛋白质孔是纳米孔的一个示例并且可以用来执行生物化学分析，如下所述。关于任何给定的阱21，当两性膜26已被形成并且蛋白质孔被插入其中时，阱21能够用作传感器元件以感测分子实体和蛋白质孔之间的作为随机物理事件的相互作用，这是因为横跨两性膜26的输出电信号由于那些相互作用引起其中的特征的变化而取决于那些相互作用。例如，在蛋白质孔和具体的分子实体(分析物)之间将典型地存在相互作用，这些相互作用调节通过孔的离子的流动，从而产生通过孔的电流的特征变化。分子实体可以是分子或分子的一部分，例如DNA碱基。因此相互作用表现为每个两性膜26中横跨蛋白质孔的电信号中的特征事件。
电信号可以被检测为阱电极22和公共电极25之间的信号，并且可以随后被分析以产生表示生物化学分析的结果的输出数据。单独的电信号得自不同阱21中两性膜26的蛋白质孔，每个电信号均导致输出数据的不同通道。
可以执行各种各样类型的生物化学分析。一个这样的生物化学分析是多核苷酸的测序。在该情况下，电信号针对每个不同的碱基被不同地调制，从而允许对其进行辨别。
盒10的主体37封装执行生物化学分析所需的部件和材料并且能够自动地制备传感器装置14。为此目的，盒10安装有容纳充足量的必需材料(诸如缓冲溶液、脂质、蛋白质孔(溶解状态中)、预处理物(如果需要)以及样品)的贮存器30，使得分析设备的许多“再生”是可能的。因此盒10是完全自足的，这是因为生物化学分析所需的所有试剂和其他材料都存在并且可以用于样品制备。盒10安装用于处置来自传感器装置14的废品的废物贮存器35。
盒10的主体37还安装有用于将流体从贮存器30供应到传感器装置14的流控系统31。该流控系统31包括供应通道32和用于将流体从贮存器30泵送到传感器装置14的进口泵33。该流控系统31还包括用于通过连接至用于处置流体的废物贮存器35的出口通道36将流体泵出传感器装置14的输出泵34。泵33和34取决于所需的体积和流率可以是注射泵(例如，如由HamiltonCompany,ViaCrusch8,Bonaduz,GR,SwitzerlandCH-7402提供的)。
流控系统还包括在供应通道32中设置在连接至贮存器30的入口泵33和输出泵34之间的选择阀45。该选择阀45将传感器装置14选择性地连接至贮存器30或连接至废物贮存器35。废物贮存器35与大气连通。
其中一个贮存器30保持脂质并且流控系统31以与其他材料相同的方式将脂质供应到传感器装置14。作为用于供应脂质的另选方案，流控系统31的供应通道32可以通过保持脂质的脂质组件进入传感器装置14中，使得流入传感器装置14中的流体获得脂质并且将其引入传感器装置14中。
泵33和34因此可以被操作以控制流体的流动从而制备传感器装置14，以形成横跨每个阱21的两性膜26并且将作为蛋白质孔的纳米孔插入两性膜26中，如上所讨论的。
盒10能够接收多个样品，如下所述。如图11所示，盒10的主体37布置成允许附接阱板100。具体地，主体37具有从其下侧突出的一对夹子101，可以通过沿图12中的箭头的方向将阱板100压在夹子101上而将该阱板100附接至所述夹子。
如图13所示，阱板100是标准结构的并且形成打开该阱板100的平坦上表面103的多个阱102。在该示例中，阱板100具有96个阱102，但是通常可以具有任何数量的阱102。优选地，板具有至少24个阱102，更优选地至少48个阱102。板能具有至少96个阱，至少384个阱，甚至至少1536个阱102。阱102用作用于接收相应样品的容器。使用中，在将阱板102附接至盒10之前并且在将盒102加载到模块2中之前，样品被引入相应的阱102。阱板102可以利用本身有效的已知的板基并行操纵技术来填充有样品。因为阱板100是与盒10的主体37分离的元件，因此在附接之前该阱板被容易地填充会有利于填充阱102。更一般地说，通过用包括可能为阱的多个容器或密封容器的任何其它类型的容器元件替代阱板100，可以实现类似的优点。
在引入样品之后，阱板100附接至盒10，其中平坦上表面103抵靠主体37，以将阱板100封装到盒10中。随后，盒10被放入模块2中。
流控系统31构造成利用作为旋转阀的阀110将样品选择性地从阱102供应到传感器装置14。现在将描述用于阀110的两种可能的结构。
在根据本发明的第四方面的第一可能结构中，阀110形成在图14至图21所示的阀组件111中，该阀组件被结合到盒10的主体37中。
阀110包括定子112和转子113。定子112设置在由第一板121、第二板122和第三板123形成的主体120上，该第一板121、第二板122和第三板123通过第一板121和第二板122之间的交接接触面124并且通过第一板122和第二板123之间的交接接触面125而固定在一起。
转子113以可旋转的方式安装在定子112上用于绕旋转轴线R旋转。用于旋转安装的轴承由包括支承柱114的转子113提供，该支承柱安装在形成在定子112中的支承凹部115中。具体地，支承柱114具有被选择成在支承柱115的端部和第一板121之间提供间隙的长度。围绕支承凹部115，第二板122具有朝向第一板121和定子113突出的环形凸起部126，第二板123具有供环形凸起部126装配的圆孔127。
此外用于旋转安装的轴承由包括圆盘116的转子113提供，该圆盘具有筒形外表面117，该筒形外表面安装在形成在定子112中的环形壁118中，所述环形壁从所述定子突出、并且具体地在圆孔127外从第三板123突出。另选地，在圆盘116和环形壁118之间可以存在间隙。
定子112和转子113具有为环形且垂直于旋转轴线R延伸的交接接触面130，所述接触面如下设置。转子113的接触面130由圆盘116的下表面形成，该下表面垂直于旋转轴线R延伸，从而重叠第二板122的环形凸起部126并且重叠孔127外的第三板123。因此，定子112的接触面130由第二板122的环形凸起部126的上表面和第三板123的上表面的彼此齐平的相邻部分形成。
通过沿着旋转轴线R在定子112和转子113之间施加负载，有利于定子112和转子113的交接接触面130的密封。这通过如下布置偏压装置以将转子113偏压在定子112上实现。夹紧环131附接至定子113，具体地拧紧到环形壁118。盘簧132设置在夹紧环131和转子112之间并且接合所述夹紧环131和转子112。盘簧132提供定子112和转子113之间的弹性偏压，尽管盘簧可由另一种类型的弹性偏压元件来代替。
定子112的接触面130如图17所示布置，该图17是不存在夹紧环131的情况下的定子112的平面图。具体地，在定子112的接触面130中形成有以围绕旋转轴线R的圆布置的多个入口端口133。在该示例中，阀110具有96个入口端口233，但是通常阀110可以具有任何数量的入口端口233。优选地，阀具有至少24个入口端口233并且更优选地至少48个入口端口233。阀能具有至少96个端口、至少384个端口或甚至至少1536个端口233。入口端口133均匀隔开，除了一个位置(图17中的最底下)处的间隙。入口端口133具体地形成第二板122的环形凸起部126的上表面中，面向转子113的接触面130。
而且，在定子112的接触面130中形成收集腔134。收集腔134形成为第三板122的上表面中的沟槽，从而面对转子113的接触面130。收集腔134在入口端口133外以绕旋转轴线R的圆形环体中延伸且与入口端口133有角度地对准，也就是说所述收集腔与所述入口端口之间具有绕旋转轴线R有角度地对准的间隙，该间隙等于入口端口133间的间隙。
定子112还包括出口端口135，该出口端口通过形成收集腔134的下表面中而与收集腔134连通。
转子113设置有在该转子113的接触面130中形成为沟槽的通路136。该通路136从入口端口133的位置径向延伸到收集腔135的位置。因此，通路136能够取决于转子113的旋转位置而与入口端口133中的任一个入口端口连通。转子113的旋转允许选择不同的入口端口133。当收集腔134与入口端口133有角度地对准时，在通路136与入口端口133连通的所有旋转位置处，通路136还与收集腔134连通，从而将所选择的入口端口133连接至出口端口135。因此，转子136的旋转选择性地将单个入口端口133连接至出口端口135。
当转子133与入口端口133中的间隙和收集腔134中的间隙对准时，通路136抵靠定子112的接触面130被关闭，从而关闭阀110。然而，作为另选方案，能使入口端口133设置在一起以消除间隙，使得入口端口布置成完整的环体并且阀110不能被关闭。
作为在定子112的接触面130中形成收集腔134的另选方案，通过在转子113的通入通路136的接触面130中另选地形成作为沟槽的收集腔134，可以实现相似的操作。
为了提供转子112的定位，定子112的接触面130具有与入口端口133处于相同节距的凹坑137的圆形阵列，并且转子113的接触面130具有装配到凹坑137中的凸点(pip)138。凸点138可以在转子112旋转时被推出凹坑137但是被对准以：将转子112的旋转位置保持在阶梯式旋转位置中，每个旋转位置均将通路136定位成与每个相应的入口端口133连通，或者将转子的旋转位置保持在其中一个阶梯式旋转位置以将通路136定位在入口端口133中的间隙和收集腔134中的间隙上方。
通过将入口端口133布置成尽可能彼此靠近而可最小化阀110的尺寸，但是通过增大入口端口133在间隙的尺寸使得该入口端口133绕环体的较少部分延伸，同样可最小化阀110的尺寸。在该情况下，收集腔134的长度能被相应地减小以在环体的较短部分中延伸。
主体120限定将阱板100的阱102连接至入口端口133的通道，如下所述。
第一板121在盒10的下侧上设置在这样的位置处，在该位置处阱板100被附接并且具有喷嘴140的阵列，该喷嘴的阵列向外突出并且与和其对准的阱板100的阱102具有相同的间隔。结果，当板100被附接至盒10时，每个喷嘴140均突出到相应的阱中，如图19所示。每个喷嘴140均包括通孔141，该通孔延伸穿过喷嘴140并且穿过第一板121达到第一板121的接触面124以形成关于阱102的通道的一部分。
喷嘴140延伸进入阱102足够的距离，使得喷嘴140的端部浸入阱102中样品142的表面以下。以这样的方式，样品142有效地密封喷嘴140。这避免了对阱板100和第一板121之间的气密密封的需要。
第二板122的接触面124形成有一组沟槽143，这组沟槽形成关于每个阱102的通道的一部分。每个沟槽143均在一端与通孔141连通，该通孔延伸穿过喷嘴140并且穿过第一板121。如图20所示，沟槽143从喷嘴140延伸到定子112，具体地延伸到第二板122的与出口端口133相对的一侧上的环形凸起部126。通道的其余部分由通孔144形成，这些通孔从第二板122的接触面124中的相应沟槽144通过第二板122的凸起部126延伸到相应入口端口133。
主体120还限定连接至出口端口135的通道，如下所述。第三板123具有图16中虚线所示的通孔145，该通孔从出口端口135通过第三板123延伸到第三板123的接触面125，从而形成通道的一部分。通道的其余部分由第三板123的远离通孔145延伸的接触面125中的沟槽146形成。如图16所示，沟槽146延伸到计量泵147，该计量泵能操作以将样品从由阀110的旋转位置选择的阱102通过阀110泵送到传感器装置14。
第一、第二和第三板121-123可以由为在接触面124和125之间所限定的通道提供密封的任何合适的材料形成。合适的材料包括PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)或COC(环状烯烃共聚物)。第一、第二和第三板121-123可以通过任何合适的技术(例如超声焊接、激光焊接或粘合)来密封。PMMA由于使用PMMA扩散结合的能力而特别有效。第一、第二和第三板121-123可以被注塑。
类似地，转子113可以由提供密封和对于旋转足够低的摩擦的任何合适的材料形成。一种合适的材料是PTFE(聚四氟乙烯)，该PTFE可以加工成具有由弹性体(例如，硅树脂)制成的部分以提供压缩。PTFE能降低旋转所需的转矩并且具有良好的密封性质。弹性体允许转子112被夹紧而仍旋转。另选地转子113可以由能被注塑的材料制成，所述材料例如是FEP(氟化乙烯丙烯)或UHMWPE(超高分子量聚乙烯)。
在根据本发明的第二和第三方面的第二可能的构造中，阀110形成在图22至图24所示的阀组件211中，该阀组件结合到盒10的主体37中。
阀110包括定子212和转子213，定子212被安装到主体37中，类似于上述阀110的第一可能构造中的主体120的构造，该主体37可具有包括多个板的构造，这些板固定在一起且在这些板之间限定有通道。
转子213具有外环形表面214并且在定子212上安装在该定子212的凹部216中，该定子212具有面向转子213的环形表面214的内环形表面215。转子213安装在衬套217内，该衬套也布置在凹部216内位于转子213的环形表面214和定子212的环形表面215之间。
衬套217包括设置在转子213的环形表面214和定子212的环形表面215之间的环形壁221。该环形壁221具有向外突出且位于凹部214的加宽开口219中的边缘218。该边缘218具有径向突起220，该径向突起装配在加宽开口219中的凹口222中，从而防止衬套217相对于定子212旋转，并且衬套217例如通过粘合剂固定至定子212。因此衬套217具有相对于定子212的固定位置。
衬套具有基部224，该基部覆盖转子213的横向于旋转轴线R延伸的端面225。转子213具有凸起部226，该凸起部形成在转子的端面225上并且突出到形成在衬套217的基部224中的凹部227内。
转子213能够相对衬套217并且因此还相对于定子212绕旋转轴线R旋转。转子213的环形表面214和定子212的环形表面215两者平行于旋转轴线R，尽管转子213的环形表面214和定子212的环形表面215中的任一者或两者可另选地与旋转轴线R成锐角地延伸。转子213还具有从环形表面214突出的环形唇缘223，该环形唇缘接合衬套217并且将转子213沿着旋转轴线R保持在衬套217中。
定子212限定定子212的环形表面214中的围绕旋转轴线R的多个入口端口233。在该示例中，阀110具有96个入口端口233，但是通常阀110可以具有任何数量的入口端口233。入口端口233均匀地隔开，除了一个位置处的间隙之外。通过尽可能靠近地布置入口端口233来最小化阀110的尺寸，但是通过增大入口端口233中间隙的尺寸同样可最小化阀110的尺寸，使得入口端口233围绕环体的较小部分延伸。入口端口233形成在通道234的端部中，该通道穿过定子212延伸到定子212的外表面232，在该外表面中通道234与形成在主体37中的将阱板100的阱102连接至相应的入口端口233的通道连通。形成在主体37中的通道通过如图19所示布置且如上所述的喷嘴140的阵列提供至阱102的该连接。
定子212还在该定子212的环形表面215中限定出口端口235，该出口端口沿着旋转轴线R与入口端口233分离，与衬套217的基部224相齐。出口端口235形成在通道231的端部中，该通道穿过定子212延伸到该定子212的外表面232，在该外表面中通道231与形成在主体37中的通道连通。
转子213限定从第一端口237延伸到第二端口238的通路236。第一端口237形成在转子213的环形表面214中并且与定子212的入口端口233轴向对准。第二端口238定位在旋转轴线R上，具体地形成在凸起部226中。通路236具有从第一端口237延伸到旋转轴线R的径向部239以及沿着旋转轴线R延伸到第二端口238的轴向部240。
衬套217提供定子212的入口端口233和转子213的第一端口237之间的连通，如下所述。衬套217具有多个入口通道241，这些入口通道穿过环形壁221在转子213的环形表面214和定子212的环形表面215之间延伸。每个入口通道241与定子212的入口端口233对准并且连通。因此，入口端口233均匀地隔开，除一个位置处的间隙外。取决于转子213的旋转位置，转子213的第一端口237可以与入口通道214中的任一个入口通道对准并且连通，或者可以与间隙对准以封闭阀110。
衬套217还提供转子213的第二端口238和定子212的出口端口235之间的连通，如下所述。衬套217限定位于其基部224中的通路242，该通路从转子213的第二端口238延伸到定子212的出口端口235。通路242具有在凹部227中从第二端口238沿着旋转轴线R延伸的轴向部244以及延伸到出口端口238的径向部243。结果，转子213中的通路236通过衬套217中的通路242与定子212的出口端口235连通。
因此，阀110能够取决于转子113的旋转方向来提供入口端口233中的任一个入口端口和出口端口235之间的连通。转子213的旋转允许单个入口端口233被选择性地连接。当转子213的第一端口237与入口端口233之间的间隙以及通道241之间的间隙对准时，通路236抵靠衬套217的环形壁215被封闭，从而封闭阀110。然而，作为另选方案，入口端口233能被设置在一起而没有间隙，以使得入口端口布置在完整的环体中并且阀100不能被封闭。
同阀110的第一构造相比，定子213的入口端口233在绕旋转轴线R延伸且面向旋转轴线R的环形表面215中的布置简化了包括相对大量的入口端口233的整体构造。这被实现，并且同时借助于在转子213的环形表面214和定子212的环形表面215之间密封的衬套217仍提供围绕入口端口233和第一端口237的充分密封。定子212和转子213可以由具有合适的机械性质的材料制成，同时将衬套217利用被选择成具有柔度大于定子212和转子213的柔度的材料制造成，以在转子213的环形表面214和定子212的环形表面215之间提供所需的密封程度。通路236和通路242之间的密封设置在凸起部226和凹部227之间，在其径向或轴向表面中的任一者或两者上。与此相反，如果衬套217不存在，那么将难以为定子212和转子213选择材料以提供所需的机械性质以及在转子213的环形表面214和定子212的环形表面215之间的所需密封，尤其是当提供大量端口并且处理小量时。
转子213可以由提供足够的刚性并且优选地被选择以提供抵抗衬套217的低摩擦系数的各种材料形成。举例来说，转子213可以由超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基(PFA)或氟化乙烯丙烯(FEP)中的任何一种制成(或实际上由这样的材料的任何组合制成)。
定子212可以由提供足够刚性的各种材料制成。这可以是与定子213相同的材料或者可以是不同的材料，材料的宽泛选择都是可用的，这是因为不需要提供低摩擦系数。举例来说，定子212可以由超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基(PFA)、氟化乙烯丙烯(FEP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或环烯烃共聚物(COC)中的任何一种制成(或实际上由这样的材料的任何组合制成)。
衬套217可以由柔度大于定子212和转子213的柔度并且优选地被选择以提供抵抗转子213的低摩擦系数的各种材料制成。举例来说，衬套可以由聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基(PFA)、氟化乙烯丙烯(FEP)或PTFE和弹性体(例如，硅树脂)中的任何一种制成(或实际上由这样的材料的任何组合制成)。
在该示例中，衬套217具有相对于定子213的固定位置，但是作为另选方案，衬套217可具有相对于转子212的固定位置，在该情况下仅需要单个通道214。
具有第二可能构造的阀110被连接至流控系统31和盒10的其他部件，并且以与针对阀110的第一可能构造如上所述的相同的方式被操作。阀110在其第一或第二可能构造中不限于用于盒10中并且可以被用于其它应用。阀110可以用于沿相反方向从出口端口135或235流至入口端口133或233，因此更一般地说入口端口133或233可以称为第一端口并且出口端口135或235可以被称为第二端口。阀110尤其适合作为用于处理小量流体的小型元件，其中流控通道(例如第一可能构造中的入口端口133、通路136、收集腔134和出口端口135，第二可能构造中的通路236、通路242和出口端口235)具有不超过10mm2、优选地不超过1mm2的截面面积。
转子113或213由马达150致动，如图21和24所示。如图21所示，转子113具有联接元件152，该联接元件从转子113向上突出并且在该联接元件中装配有安装有齿轮153的传动轴151。马达151具有输出轴154，该输出轴安装与齿轮153啮合的齿廓155，使得马达150驱动传动轴151的旋转并且因此驱动转子113或213的旋转。传动轴151还安装编码器轮156，该编码器轮的位置由传感器157感测。马达150基于传感器157的输出被驱动，从而允许转子113旋转以选择所期望的入口端口133。
流控系统31被控制以顺序地关于连续样品执行生物化学分析。传感器装置14被制备，然后流控系统31被控制以将样品从其中一个阱102供应到传感器装置14。在已执行生物化学分析之后，传感器装置14被腾空并且冲洗以清除样品。然后再次制备传感器装置14，并且控制流控系统31以通过旋转阀110的转子112或212而从下一个阱102供应样品。利用盒10的方法的具体示例、所使用的材料是WO2009/077734中所详细描述的那些。
首先，施加预处理涂层以改性传感器装置14的主体20的围绕阱21的表面从而增大其与两性分子的亲和力。所需量的预处理物(是疏水流体，典型地有机溶剂中的有机物质)由入口泵33借助供应通道32从贮存器30抽出并且分配以填充腔24从而覆盖主体20和阱21。过量材料被排出到废物贮存器35中。
盒10可以用于各种构造中以排出过量预处理物。一个示例是借助入口泵33通过供应通道32和腔24施加气流以将流体通过出口通道36移入废物贮存器35中。另选地，预处理物可以在所需量之后从入口泵33随气体被分配并且过量的预处理物在单个动作中通过腔24被排出进入出口通道24并进入废物贮存器35。气流连续通过腔24以从系统冲洗溶剂蒸气直到获得最后的预处理涂层。在另一变型中，该最后的步骤可以通过加热气流或主体20而被更迅速地实现。
在施加预处理涂层之后，包含两性分子的水溶液流经主体20以覆盖阱21。所需量的水溶液由入口泵33借助供应通道32从合适的贮存器30抽出并且分配以填充腔24从而覆盖主体20和阱21。
两性膜26的形成直接形成有两性分子或在应用多次通过技术的情况下被改进，其中水溶液在最后时刻覆盖阱21之前至少一次覆盖以及暴露凹阱21。包含两性分子的水溶液可以从贮存器30被直接抽出或者以通过使水溶液穿过供应通道32的流路中的脂质组件到达腔24而形成的如上所述的另选方法被抽出。
在第一示例中，溶液空气界面的多次通过可以腔24中的逆向流实现。通过选择阀45的操作和输出泵34的操作防止流入和流出贮存器30，该输出泵将包含溶液的两性分子通过供应通道32从腔24抽出并且将空气从出口通道36鼓动至废物贮存器35。输出泵34的方向反向并且溶液横跨溶液所填充的阱21返回。
两性膜26的形成可以通过当电势被施加时横跨电极22和25的所形成电信号来观察，该形成引入抵抗屏障和减小测量电流。在未能形成两性膜26的情况下，执行水溶液空气界面的另一通过是简单的。
另选地，在第二示例中，通过在溶液源中包括气塞借助沿单个方向流动，可以实现溶液空气界面的多次通过。在该第二示例中，包含两性分子的水溶液被从贮存器30吸入入口泵33并且然后通过单向阀的操作被泵入供应通道32中。气塞可以通过停止两性分子水溶液的流动而形成，从而通过另一入口泵33的作用来改变选择阀45的位置并且改变从废物贮存器35(当其通向大气时)的溶液之后进入通道的所需气量。选择阀45返回到先前位置并且两性分子水溶液被进一步向前泵送。当入口泵33将溶液向前通过供应通道32移到腔24并且移入出口通道36并进入废物贮存器35时，包括气塞的两性分子水溶液流越过阱21。该过程被重复以实现所期望的通过次数。
通过借助入口泵33的作用从贮存器30冲洗缓冲水溶液，从腔24移除过量的两性分子。多量缓冲水溶液通过腔24进入出口通道36以用于供应到废物贮存器35。
传感器装置14的制备通过以下来完成：借助入口泵33的作用使包含膜蛋白质(例如α溶血素或其变异体)的水溶液从贮存器30流入腔中位于层26之上，从而允许膜蛋白质在一段时间后被自发地插入两性分子的层26中。
在另选方法中，膜蛋白质可以被干燥存储。在该情况下，通过在利用入口泵33之前改变用来再水化膜蛋白质的选择阀45的位置，水溶液可以经由供应通道32借助入口泵33从合适的贮存器30被引入包含呈干燥形式的膜蛋白质的第二贮存器30，以使所形成的溶液流入腔24中位于层26之上。
插入层26中的插入过程可以通过监控在施加电势时横跨电极22和25的所形成的电信号来观察，插入导致离子导电增加和所测量的电流增大。
当插入周期完成时，通过借助入口泵33的作用来自贮存器30的缓冲水溶液的冲洗，从供应通道32和腔24移除所述溶液。多量缓冲水溶液通过腔24进入出口通道36以用于供应到废物贮存器35。
在完成传感器装置14的制备时可以开始容纳在阱板100中的样品的分析。旋转阀110构造成允许与第一入口端口133流体接触。选择阀45定位成阻止从流体贮存器30和出口泵34流动，该出口泵被操作以从样品阱102抽出样品材料。旋转阀110重新定位以将流引向供应通道32并且填充腔24以覆盖传感器系统的膜层26。在完成分析时，选择阀45被定位成允许缓冲水溶液从入口泵33流动以从供应通道32、旋转阀110和腔24冲洗样品，其中多量缓冲液通过出口通道36进入废物贮存器35以防止污染后续样品。
选择阀45定位成阻止从流体贮存器30流动并且阀110被重新定位以形成至阱板100中的下一样品阱102的流体连接。该过程针对所有样品重复。
在所有样品都被分析之后，盒10或者可以被处理掉。另选地，因为阱板100是单独元件，因此它可以被移除、处理掉并且由装载有新鲜样品的新的阱板100取代。这样的将阱板100用作一次性元件允许盒10的再利用。
传感器装置14形成在芯片中，该芯片安装印刷电路板(PCB)38上且电连接至该PCB38。来自PCB38的电触点作为用于形成至传感器装置14的电连接的边缘连接器垫布置。在将盒10插入模块2中时，触点39形成至模块2中的电路的其余部分的电连接，这在下文描述。用于传感器装置14和PCB38的三个另选设计如下。
在图5和图6所示的第一可能设计中，传感器装置14如WO-2009/077734所公开的形成为电极的阵列，所述电极嵌入在硅上制造的阱中，其中阱形成在硅上面的合适的钝化层中，利用穿透晶圆通孔、粘合到PCB38的焊料块在硅衬底的基部处具有电连接。PCB提供至以相似方式连接至PCB38的相对侧的两个(或通常任何数量)专用集成电路(ASIC)40的相等数量的连接。ASIC40包括下文描述的模块2的电路的部件中的一些。ASIC40可以包括用于处理来自传感器装置14的电信号的处理电路的部件(例如放大器、采样电路和模数转换器(ADC))以提供数字输出。数字输出从触点39被供应以使得数据输出能够利用合适的接口(例如低压差分信号(LVDS))离开传感器装置14。另选地，输出信号可以以放大模拟形式借助设置在模块内的ADV来提供。ASIC40也可以包括控制电路的一些部件，该控制电路例如经由触点接收功率和控制指令以便设定并监控运行参数，这些运行参数包括例如电流测量抽样率(1Hz至100kHz)、积分电容器、位分辨率、施加的偏压电压。
第二可能的设计是将传感器装置14形成为在硅上制造、安装在PCB38上并且线焊至触点39的简单的电极阵列芯片。该连接然后可以接口到电路中，作为一系列离散通道或者利用合适的ASIC。这样的ASIC可以是常规的电子读出芯片，例如如由FLIR系统所提供的作为阵列电极测量装置的芯片(例如，FLIRISC9717)。
第三可能的设计是将传感器装置14和ASIC40制造为一个装置，然后该装置被安装在PCB38上。
现在将参照图7描述模块2的构造，图7示出了模块2，其中壳体11被移除以示出物理布局。模块2包括由PCI数据采集模块52连接在一起的内板50和嵌入式计算机51，它们一起提供下文描述的电路。内板50在插入模块2中时与盒10的触点39接触。
嵌入式计算机51可以是常规的计算机，包括处理单元和存储单元。嵌入式计算机51包括网路接口53，该网络接口允许模块2连接至网络3，从而使模块2变成独立网络装置，该独立网络装置仍还提供“钩子(hooks)”以使得许多模块2能够作为簇来运行、管理和控制，如下文描述的。例如，嵌入式计算机51可以运行简化的操作系统(例如，LINUX)和应用以执行下文描述的各种功能。用于这样的嵌入系统的完整开发套件在市场上可买得到。
模块2包括加载机构54，该加载机构用于自动将盒10加载到模块2并且从模块2逐出盒10。加载机构54可以是例如由高精度步进马达驱动的专有机构。
模块2还包括安装在内板50上的微控制器58和FPGA72，它们如下文所述控制模块2的各种部件。
模块2还包括流控致动单元60，该流控致动单元安装在内板50上并且控制流控系统31。
模块2还包括热控制元件42，该热控制元件布置成具体地控制盒10和传感器装置14的温度。热控制元件42可以是例如帕耳帖热控制器，诸如32瓦单级热电模块(例如如由FerrotecCorp,33ConstitutionDrive,BedfordNH03110USA供应的-零件号9500/071/060B)。热控制元件42可以安装在例如盒10下面并且因此在图7中不可见。热控制元件42可以被认为是由盒10主要形成的分析设备的一部分并且能另选地安装在盒10上。
最后，模块2包括：用于显示基本操作状态信息的显示器55；用于向模块2的各种部件供应电力的电源56；以及用于冷却模块2的冷却器组件57。
现在将参照图8和图9描述由内板50和嵌入式计算机51提供的电路。电路具有两个主要功能，即信号处理功能和控制功能，使得所述电路充当信号处理电路和用于模块2的控制单元。
信号处理功能在内板50和嵌入式计算机51之间分布并且如下设置。
传感器装置14连接至开关装置62，该开关装置在盒10的PCB38上形成在ASIC40中并且由至ASIC40的控制接口控制。开关装置62布置成将传感器装置14的阱电极22选择性地连接至相应的触点以用于供应到信号处理功能的检测通道，存在比检测通道数量多的阱21。开关装置62如通过引用并入本文的美国申请No.61/170,729详细地描述的那样被布置和操作。
另选地，开关装置62可以作为传感器装置14和检测通道65之间的独立的功能块与ASIC40分开地被设置和控制，检测通道65设置在读出芯片内，例如如由FLIR系统供应的芯片(例如，FLIRISC9717)。
ASIC40提供检测通道65的阵列，每个检测通道均如图10所示布置以放大来自其中一个阱电极26的电信号。检测通道65因此被设计成以足够的分辨率放大非常小的电流以检测由感兴趣的相互作用引起的特征变化。检测通道65也设计成具有足够高的带宽以提供检测每个这样的相互作用所需的时间分辨率。这些约束要求灵敏的且因此昂贵的部件。
检测通道65包括电荷放大器66，该电荷放大器借助被连接在电荷放大器66的反相输入和电荷放大器66的输出之间的电容器67作为积分放大器布置。电荷放大器66积分从阱21供应到其的电流以提供表示在相继积分周期中所供应的电荷的输出。因为积分周期是固定持续时间的，因此输出信号表示电流，持续时间足够短以为监控在与其关联的阱21中出现的事件提供足够的分辨率。电荷放大器66的输出通过低通滤波器68和可编程增益级69被供应到采样保持级70，该采样保持级被操作以采样来自电荷放大器66的输出信号并且产生采样电流信号。输出电流信号被供应到ADC71以将其转换成数字信号。来自每个检测通道65的数字信号从ASIC40被输出。
从ASIC40输出的数字信号从盒10的PCB38经由触点39被供应到设置在模块2的内板50上的现场可编程门阵列(FPGA)72。该FPGA72包括缓冲器，该缓冲器布置成在来自每个检测通道65的数字信号经由PCI数据采集模块52被供应到嵌入式计算机51之前缓冲该数字信号。
在另选布置中，来自检测的数字输出从定位在模块2的内板50上的读出芯片被提供并且被供应到FPGA72。
嵌入式计算机51如下布置以处理来自每个检测通道65的数字电流信号，如下所述。PCI数据采集模块52控制数字电流信号从FPGA72传递到嵌入式计算机51，在该嵌入式计算机中数字电流信号作为数字数据被存储。
因此存储在嵌入式计算机51中的数字数据是表示关于相应阱的两性膜26中的纳米孔的由每个阱电极22测量的电流的原始输出数据。来自每个纳米孔的电流是所测量的电信号的通道。该原始数据由处理模块73来处理，该处理模块包括关于每个通道的管线74。处理模块73由在嵌入式计算机51中执行的软件来实施。
在处理模块73的每个管线74中执行的信号处理的性质如下。管线74处理原始数据以产生表示关于相应通道的生物化学分析的结果的输出数据。如上所述，纳米孔和样品之间的相互作用导致为可识别事件的电流的特征变化。例如，穿过纳米孔的分析物可以导致电流减小了特征量。因此，管线74检测那些事件并且产生表示那些事件的输出数据。这样的处理的示例在通过引用并入本文的WO2008/102120中公开。输出数据可以简单地表示事件已经发生的事实。
另外，管线可以分类事件并且输出数据可以表示事件的分类。例如，纳米孔可以具有相互作用，所述相互作用在样品中的不同分析物之间是不同的，从而引起电信号的不同调制。在该情况下，管线74基于调制的电信号来分类分析物。一个示例是纳米孔可以具有与多核苷酸的碱基的相互作用，其中每个碱基均不同地调制电信号。例如，穿过纳米孔的碱基可能导致电流减小了作为该碱基的特征的量。在该情况下，管线74通过从电信号的调制识别碱基来分类事件。以这样的方式，生物化学分析是样品中多核苷酸的测序，并且输出信号包括表示多核苷酸的序列的序列数据。这可以称为“碱基判定”。
管线74还产生作为质量数据的输出数据，该质量数据表示代表生物化学分析的结果的输出数据的质量的质量数据。这可以表示检测和/或事件的分类是错误的的概率。
输出数据可以以任何合适的格式表示。在测序多核苷酸的情况下，输出数据和质量数据可以以FASTQ格式表示，该格式是用于核苷酸序列和其相关联的质量分数的常规的基于文本的格式。输出数据被存储在嵌入式计算机51中并且也可以在网络3范围内被传递并且被存储在存储装置6上。表示横跨每个纳米孔的电信号的原始数据可以被存储，并且最后的输出数据也可以被存储，这取决于用户要求。
处理模块73也可以得到并且存储表示生物化学分析本身的参数的质量控制度量。
在数据被传递到嵌入式计算机51之前，由管线74执行的信号处理的方面可以在内板50上被执行。该方法对于大量通道是特别有用的并且FPGA72可以特别适于这种类型的任务。
现在将描述布置成控制模块2的操作的控制功能。该控制功能在内板50和嵌入式计算机51之间分布并且如下提供。
控制功能包括设置在内板50上的控制器58，例如CortexM3微控制器。控制器58控制分析设备13的所有部件的操作。控制器58布置成经由标准协议并且通过低能级设备驱动器将指令发送到流控系统31的泵33和34以及用于读取数据的其他前提。状态信息基于得自驱动器的错误代码被存储。
控制器58本身由控制模块80控制，该控制模块借助在其上执行的软件在嵌入式计算机51中实施。控制模块80借助RS232接口81与控制器58通信。控制模块80如下控制控制器58，使得所述控制模和控制器一起操作以构成用于模块2的控制单元。
控制器58控制加载机构54以加载并排出盒10。在加载时，控制器58检测在触点39和内板50之间形成合适的电接触。
控制器58控制流控致动单元60以控制流控系统31从而制备传感器装置14。
在制备期间，控制模块80可以监控从传感器装置14输出的电信号以例如利用通过引用并入本文的WO-2008/102120中所公开的分析技术来检测正确地进行制备。典型地，控制模块80将确定哪些阱22在运行的开始被正确地建立。这可以包括感测双分子层质量、电极质量、孔的占用率以及甚至纳米孔是否是活性的从而跟踪样品的感测。
基于该监控，控制器58还控制开关控制器63以便以美国申请No.61/170729中详细公开的方式使开关装置62将检测通道65连接至具有可接受性能的传感器装置14的阱22的阱电极26。
在测序多核苷酸的情况下，控制模块80也可以感测可能必需的对纳米孔的任何修改是否存在及其状态，以便处理和测量DNA，例如核酸外切酶、环糊精适配器的连接。
控制器58控制向公共电极25供应偏压的偏压源59。这样，控制器58控制横跨每个纳米孔的偏压。控制器58控制热控制元件42以改变分析设备13的温度。控制器58控制ASIC40的操作以改变采样特征，例如，采样率、电容器67的积分周期和复位周期以及合成信号的分辨率。
控制器58可以借助FPGA72执行上述控制功能和其他实验参数。具体地，ASIC40的控制借助FPGA72提供。
一旦传感器装置14已被正确地制备，控制器58就控制盒10以将样品引入传感器装置14中并且执行生物化学分析。然后生物化学分析被执行，从而电信号从传感器装置14被输出并且由处理模块73处理以产生表示分析的输出数据。
控制模块80具有基于输入得出的局部性能目标，如在下文讨论的。该局部性能目标表示针对模块2的操作的所期望的性能。该性能目标能涉及以下的任何组合：产生输出数据所花费的时间；被产生的输出数据的量；或被产生的输出数据的质量，这取决于对于生物化学分析的要求。
在操作期间，控制模块80确定生物化学分析的执行的量度，所述量度与局部性能目标具有相同的性质，即，产生输出数据所花费的时间；产生的输出数据的量；或产生的输出数据的质量。基于执行的量度，控制模块80控制控制器58以控制由模块2执行的分析从而达到性能目标。这通过起动和停止分析设备的操作和/或改变实验参数来进行。
在一个操作模式中，多个阱102可能并不是每个都容纳不同的样品142。也就是说，阱102可以选择成容纳相同的样品142。关于阱102容纳相同样品142的信息可以例如被编程到分析设备中或者可以由默认设置提供，在该默认设置中已知预定阱102(例如，那些位于相同行或列的阱)设置有相同的样品142。在该模式中，控制模块80能构造成确定在阱102中的样品142已被用尽之后是否达到性能目标。在未达到性能目标的情况下，控制模块80能控制分析以利用容纳与已被用尽的样品142相同的来自所选择阱102的样品142继续。该过程能被重复直到它确定已达到性能目标，在此时控制模块80能控制所述设备以分析另一样品142(不同类型的样品)或结束分析。
结果，不需要重复处理已执行了成功的分析的样品142，但是在完成之前可能进行出乎意料长的分析。此外，在该模式中，优选地是向传感器14相继地供应样品142，而没有中间洗涤步骤，尤其例如当样品142是相同的时。在其他模式中，中间洗涤步骤在分析样品142之间可能是所希望的，尤其例如当样品142彼此不同时。然而，代替洗涤步骤，另一选择是有效地利用样品142本身作为洗涤介质使用待分析的下一样品142的第一部分来移位先前样品142。
利用局部性能目标和执行量度的控制模块80的该操作在美国专利申请No.61/265,488中被详细地描述，对该美国专利申请进行了参考并且该美国专利申请通过引用并入本文。
在上述方式中，每个模块2均是能独立于其他模块2执行生物化学分析的独立装置。一串模块2作为公共仪器1被操作以执行公共生物化学分析。一串模块2作为公共仪器1的该操作以及模块2连接至网络3并且在对等基础上通信的方式在美国专利申请No.61/265,488中被详细地描述，对该美国专利申请进行了参考并且该美国专利申请通过引用并入本文。
关于可以被执行的生物化学分析的性质的更多细节如下。下列段落引用通过引用全部并入本文的多个文献。
上述盒10可利用被支撑在两性膜26中的呈蛋白质孔的形式的纳米孔执行生物化学分析。
两性膜26的性质如下。对于两亲系统，膜26典型地由脂质分子或它们的类似物构成，并且可以是天然存在的(例如，磷脂酰胆碱)或合成的(DPhPC，二植烷酰基磷脂酰胆碱)。非天然脂质类似物也可以被使用，诸如1,2-二油酰-3-三甲基铵-丙烷(DOTAP)。两性膜可以由单个物种或物种的混合物组成。添加剂(诸如脂肪酸、脂肪醇、胆固醇(或类似衍生物))也可以用来调整膜行为。两性膜对横跨膜的离子流提供了高阻力屏障。适用于本发明的两性膜的更多细节在WO-2008/102121、WO-2008/102120和WO-2009/077734中给出。
在分析设备13中，两性膜26横跨阱22形成，但是盒10能适于以包括下列的其他方式支撑两性膜。可用电力寻址的两性膜的形成能通过多种已知技术来实现。这些能分成膜或双分子层，这些膜或双分子层结合到一个或更多个电极上并且那些提供两个或更多个电极之间的分配器。附接至电极的膜可以是两性物种的双分子层或单分子层并且可以使用直接电流测量或阻抗分析，其示例在Kohli等.Biomacromolecules.2006；7(12):3327-35；Andersson等,Langmuir.2007；23(6):2924-7；以及WO-1997/020203中被公开。区分两个或更多个电极的膜能以多种方式形成，这多种方式包括但不限于：折叠的(例如，.Montal等.,ProcNatlAcadSciUSA.1972,69(12),3561-3566)；尖端浸渍(tip-dip)(例如，oronado等,Biophys.J.1983,43,231-236)；液滴(Holden等,JAmChemSoc.2007；129(27):8650-5；和Heron等,MolBiosyst.2008；4(12):1191-208)；玻璃支撑的(例如，WO-2008/042018)；凝胶支撑的(例如，WO-2008/102120)；凝胶封装的(例如，WO2007/127327)；以及栓系的和多孔支撑的(例如，Schmitt等,BiophysJ.2006；91(6):2163-71)。
纳米孔由引入两性膜26的蛋白质孔或通道形成。蛋白质孔或通道可以是天然或合成的蛋白质，示例在WO-00/79257；WO-00/78668；US-5368712；WO-1997/20203；以及Holden等,NatChemBiol.；2(6):314-8中公开。天然孔和通道可以包括这样的结构，其中蛋白质的跨膜部分包括β桶，诸如α溶血素(例如，Song等,Science.1996；274(5294):1859-66)，OmpG(例如，Chen等,ProcNatlAcadSciUSA.2008；105(17):6272-7)，OmpF(例如，Schmitt等,BiophysJ.2006；91(6):2163-71)或MsPA(例如，Butler等,ProcNatlAcadSciUSA.2008；105(52):20647-52)。另选地，蛋白质的跨膜部分可以由α螺旋组成，诸如钾通道(例如，Holden等,NatChemBiol.；2(6):314-8；Syeda等,JAmChemSoc.2008；130(46):15543-8)。孔或通道可以是天然存在蛋白质，该蛋白质被化学或遗传修饰以提供期望的纳米孔行为。化学修饰的蛋白质孔的示例在WO-01/59453中给出，遗传修饰蛋白质孔的示例在WO-99/05167中给出。适配器也可以被加入到系统以通过更大的控制和更目标的分析物检测，其示例在US6,426,231；US6,927,070；以及WO2009044170中给出。
纳米孔允许离子流横跨两性膜26行进。离子流基于分析物相互作用由孔调整，因此允许纳米孔提供生物化学分析。存在许多被用作生物化学分析的基础的这样的调整的示例，例如中US-6,426,231；US-6,927,070；US-6,426,231；US-6,927,070；WO-99/05167；WO-03/095669；WO-2007/057668；WO1997020203；Clarke等.NatNanotechnol.2009；4(4):265-270；以及Stoddart等,ProcNatlAcadSciUSA.2009；106(19):7702-7707。
盒10可以使用纳米孔来测序多核苷酸，包括DNA和RNA，并且包括天然存在的和合成的多核苷酸。可以应用各种技术，这些技术已被提出用于以迅速且成本有效的方式得出序列信息，典型的是当单链DNA穿过纳米孔时利用横跨单个纳米孔的电信号的变化的测量。这样的技术包括但不限于：借助杂交作用的纳米孔辅助测序；链测序；和核酸外切酶-纳米孔测序(例如，D.Branton等,NatureBiotechnology26(10),p1-8(2009))。技术可以包括穿过纳米孔的多核苷酸作为完整聚合物(修饰的或未修饰的)，或者分裂成组成性核苷酸组分或碱基(例如使用以下所公开的技术：US-5,795,782；EP-1,956,367；US-6,015,714；US-7,189,503；US-6,627,067；EP-1,192,453；WO-89/03432；US-4,962,037；WO-2007/057668；国际申请No.PCT/GB09/001690(对应于英国申请No.0812693.0和美国申请No.61/078687)；以及国际申请No.PCT/GB09/001679(对应于英国申请No.0812697.1和美国申请No.61/078695)。
通常，本发明可以应用于任何设备，这些设备通过在供纳米孔插入的绝缘膜的任一侧上设置两个电极来提供纳米孔的测量。当浸于离子溶液中时，电极之间的偏置电位将驱动离子流通过纳米孔，这能在外电路中作为电流被测量。该电流在DNA穿过纳米孔时改变，并且在足够的分辨率的情况下，能从变化来识别组成碱基，例如如Clarke等.NatNanotechnol.2009；4(4):265-270；国际申请No.PCT/GB09/001690(对应于英国申请No.0812693.0和美国申请No.61/078687)；以及D.Stoddart,PNASdoi10.1073/pnas.0901054106,April2009中公开的。
此外，本发明可以应用于任何设备，在该设备中纳米孔的阵列通过在该阵列的每个纳米孔的一侧上设置单独的可寻址的电极来测量相同的样品，其中这些单独的可寻址的电极连接至公共电极或另一侧上样品中的相当数量的可寻址电极。然后外部电路能执行穿过阵列中每一个纳米孔的DNA的测量，没有同步将碱基添加到阵列中的每个纳米孔，即，每个纳米孔都能够独立于所有其他而自由处理单个DNA链，例如，如US-2009/0167288；WO-2009/077734；和美国申请No.61/170,729中公开的。在处理一个链后，任何每个纳米孔还能够自由开始处理后来的链。
基于纳米孔的分析的一个优点在于测量的质量对于完全起作用的纳米孔随着时间的过去不会改变，即，碱基识别的精确度在测序开始时与在未来的任何点是相同的，易受预期实验限制的影响。这使得每个传感器均能够以恒定的平均质量以连续方式对相同的样品或对多个样品随着时间的过去执行多次分析。
除测序多核苷酸之外，纳米孔可以应用于不同范围的其他生物化学分析，包括但不限于：诊断学(例如，Howorka等,NatBiotechnol.2001；19(7):636-9)；蛋白质检测(例如，Cheley等,Chembiochem.2006；7(12):1923-7；和Shim等,JPhysChemB.2008；112(28):8354-60)；药品分子分析(例如，Kang等,JAmChemSoc.2006；128(33):10684-5)；离子通道筛选(例如，Syeda等,JAmChemSoc.2008Nov19；130(46):15543-8)，防护(例如，Wu等,JAmChemSoc.2008；130(21):6813-9；和Guan等,Chembiochem.2005；6(10):1875-81)；以及聚合物(例如，Gu等,Biophys.J.2000；79,1967-1975；Movileanu等,Biophys.J.2005；89,1030-1045；和Maglia等,ProcNatlAcadSciUSA..USA2008；105,19720-19725)。
本发明还可以应用于分析设备，该分析设备中纳米孔被设置在固态膜中。在该情况下纳米孔是由固体材料形成的膜中的物理孔。这样的膜尤其在稳定性和尺寸方面优于流体或半流体层。原始概念由用于检验诸如DNA的聚合物的哈佛大学的研究员提出(例如，WO-00/79257和WO00/78668)。因为那时工作已扩大到包括下列可以在本发明中应用的技术：制造方法(例如O-03/003446；US-7,258,838；WO-2005/000732；WO-2004/077503；WO-2005/035437；WO-2005/061373)；数据采集和评价(例如WO-01/59684；WO-03/000920；WO-2005/017025；和WO-2009/045472)；纳米管的结合(例如WO-2005/000739；WO-2005/124888；WO-2007/084163)；以及添加分子马达(例如WO-2006/028508)；使用嵌入纳米结构内的场效应晶体管或类似物(例如US-6,413,792,US-7,001,792)；检测与纳米孔或纳米通道相互作用的荧光探针(例如US-6,355,420；WO-98/35012)；以及当荧光探针改变纳米孔的位置时被从它们的目标衬底移除的荧光探针的照明和检测(例如，US-2009-0029477)。甚至可以在分析设备中采用质谱法，例如当所关心的聚合物穿过纳米孔或通道并且其单体随后被劈开和电离，随后利用质谱来分析。
分析可以是化学或生物检定，并且可以用来进行生物标志验证研究、临床测验和高通量筛选。这些测验可以包括进行色谱法(HPLC(高性能液相色谱法)，TLC(薄层色谱法))，FPLC(快速蛋白质液相色谱法)，闪速色谱法，其中检测液体洗脱液中的分析物(通过吸光度，荧光，辐射测量法，光散射，粒子分析，质谱法)，或免疫测定法或利用直接质谱法(MALDI(基质辅助激光解析电离)，APCI(大气压化学电离)，借助四极透镜(单个或多个)ESI(电喷雾电离)电离，飞行时间，离子阱检测)。免疫测定法包括ELISA(酶联免疫吸附分析)，侧流分析，放射性免疫测定，磁免疫测定或荧光免疫检验法。
这些测试和分析能用于以下情景中：识别胎儿异常(诸如唐氏综合征)，全基因组关联研究，药物代谢动力学以及对组织和整个动物的药效研究，体育运动中药品检测，用于环境基质(污水、污染水等)中的微生物的测试，用于处理水中激素和生长因子的测试等。
该分析可以应用于生物标志物验证研究。本发明能允许快速且容易地分析数量极高的样品。例如，生物标志物发现的当前过程受验证步骤妨碍，即，一旦候选标志物已被发现，必须检查大量样品以便在统计学上确认其在所关心的组织中改变的水平。因此必须对每个标志物开发分析。本发明的系统具有用于所有分析物(例如DNA，RNA，蛋白质或小分子)的单一读数，从而减少分析开发阶段。
分析可以应用于临床测验和ELISA替代方式。当样品为在医院或诊所处测验而被提交时，测试程序非常可能包括质谱法或ELISA。这两者能由本发明的系统代替。对本发明的系统的合适测试的开发将为通量带来巨大的增长并且节约样品制备时间和处理。这将应用于大蛋白质(诸如生长因子)，肽(诸如胰岛素)或小分子(诸如滥用药品或处方药)。
所述分析可以应用于高通量筛选。任何定量筛选均可以在本发明的系统上进行。因此，如果给出肽或小分子作为产物的分析(例如蛋白酶分析)目前用于高通量筛选，则本发明能增大通量并且减少样品材料和制备时间。

Claims (52)

1.一种分析设备，所述分析设备利用纳米孔来执行样品的生物化学分析，所述分析设备包括：
传感器装置，所述传感器装置能够支撑多个纳米孔并且能操作以利用所述纳米孔执行样品的生物化学分析；
至少一个贮存器，所述贮存器保持用于执行所述生物化学分析的材料；
流控系统，所述流控系统构造成将材料以可控制的方式从所述至少一个贮存器供应到所述传感器装置；
用于接收相应样品的多个容器，所述流控系统构造成将所述样品从所述容器选择性地供应到所述传感器装置；
主体，所述分析设备的所述至少一个贮存器以及所述流控系统安装在所述主体上，以及
容器元件，所述容器元件与所述主体分离并且能附接至所述主体，所述多个容器形成在所述容器元件中。
2.根据权利要求1所述的分析设备，其中，所述容器元件是阱板，所述容器是形成在所述阱板中的阱。
3.根据权利要求2所述的分析设备，其中，所述流控系统包括多个喷嘴，所述多个喷嘴布置成当所述阱板附接至所述主体时突出到所述阱板的所述阱中。
4.根据权利要求1所述的分析设备，其中，所述流控系统包括阀，所述阀具有出口端口以及多个入口端口，所述多个入口端口对应于所述多个容器并且构造成选择性地将其中一个入口端口连接至所述出口端口，所述流控系统包括将所述容器连接至对应入口端口的通道以及将所述出口端口连接至所述传感器装置的通道。
5.根据权利要求1所述的分析设备，其中，所述多个容器包括24个容器或更多个容器。
6.根据权利要求1所述的分析设备，该分析设备还包括控制器，所述控制器构造成测量所述生物化学分析的性能目标并且控制所述生物化学分析以达到该性能目标。
7.根据权利要求6所述的分析设备，其中，所述控制器构造成控制所述分析以顺序利用所述多个容器中的选择容器直到达到所述性能目标，所述多个容器中的所述选择容器容纳相同的样品。
8.根据权利要求1所述的分析设备，其中，所述分析设备是用于与另一装置协作的盒。
9.根据权利要求4所述的分析设备，其中，所述阀是旋转阀，所述旋转阀包括：
定子，所述定子限定第二端口以及多个第一端口；
转子，所述转子安装在所述定子上以用于绕旋转轴线旋转，
所述阀包括通路，所述阀的通路与所述定子的所述第二端口连通并且延伸到一位置，该位置用于取决于所述转子的旋转位置而单独地与所述定子的所述多个第一端口中的任一第一端口连通。
10.根据权利要求9所述的分析设备，其中，所述第一端口、所述通路和所述第二端口具有不超过10mm2的截面面积。
11.根据权利要求9所述的分析设备，其中，所述第一端口、所述通路和所述第二端口具有不超过1mm2的截面面积。
12.根据权利要求9所述的分析设备，其中，所述多个第一端口包括24个第一端口或更多个第一端口。
13.根据权利要求9所述的分析设备，其中，所述旋转阀还包括布置在所述转子和所述定子之间的衬套，其中所述衬套相对于所述转子被固定。
14.根据权利要求9所述的分析设备，其中：
由所述定子限定的所述多个第一端口绕所述旋转轴线布置，并且
所述转子限定：第一端口，所述第一端口能够取决于所述转子的旋转位置而与所述定子的所述第一端口中的任一第一端口连通；第二端口，所述第二端口定位在所述旋转轴线上并且与所述定子的所述第二端口连通；以及在所述第一端口和所述第二端口之间延伸的通路。
15.根据权利要求14所述的分析设备，其中，所述定子和所述转子的所述端口以及所述转子的通路具有不超过10mm2的截面面积。
16.根据权利要求14所述的分析设备，其中：
所述定子的所述多个第一端口设置在绕旋转轴线延伸并且面向所述旋转轴线的环形表面中，
所述转子的所述第一端口被限定在所述转子的与所述定子的环形表面面对的环形表面中，
所述转子在布置于所述定子的环形表面和所述转子的环形表面之间的衬套内部安装在所述定子上，所述衬套由柔度大于所述转子和所述定子的柔度的材料制成，
所述衬套具有至少一个通道，所述通道在所述定子的环形表面和所述转子的环形表面之间延伸穿过所述衬套并且能够取决于所述转子的所述旋转位置而提供所述转子的所述第一端口与所述定子的所述多个第一端口中的任一第一端口之间的连通。
17.根据权利要求16所述的分析设备，其中，所述衬套具有基部，所述基部覆盖所述转子的横向于所述旋转轴线延伸的端面，所述基部具有通路，所述基部的通路从所述转子的第二端口延伸到所述定子的第二端口，使得所述转子中的通路通过所述衬套中的通路与所述定子的第二端口连通。
18.根据权利要求17所述的分析设备，其中，所述转子具有凸起部，所述凸起部形成在所述转子的端面上并突出到所述衬套的凹部内，所述转子的第二端口形成在所述凸起部中并且所述衬套中的所述通路从所述凹部延伸，在所述凸起部和所述凹部之间提供密封。
19.根据权利要求17所述的分析设备，其中，所述定子的第二端口被限定在所述定子的环形表面中。
20.根据权利要求16所述的分析设备，其中，所述衬套具有基部，所述基部覆盖所述转子的横向于所述旋转轴线延伸的端面，所述基部具有通路，所述转子中的通路与所述衬套中的通路连通，而所述衬套中的通路与所述定子的第二端口连通。
21.根据权利要求16所述的分析设备，其中，所述衬套相对于所述定子具有固定位置，并且所述至少一个通道是多个通道，每个通道均与所述定子的多个第一端口中的一个第一端口连通并且能够取决于所述转子的旋转位置而与所述转子的第一端口连通。
22.根据权利要求16所述的分析设备，其中，所述转子具有环状唇缘，所述环状唇缘与所述衬套接合并且将所述转子沿着所述旋转轴线保持在所述衬套中。
23.根据权利要求16所述的分析设备，其中，所述转子的环形表面平行于所述旋转轴线。
24.根据权利要求16所述的分析设备，其中，所述定子的环形表面平行于所述旋转轴线。
25.根据权利要求14所述的分析设备，其中，所述定子位于主体上，所述主体布置成允许附接包括与所述多个第一端口对应的多个阱的阱板，所述主体限定将所述阱连接至对应第一端口的通道。
26.根据权利要求9所述的分析设备，其中：
所述定子将所述多个第一端口限定在绕所述旋转轴线延伸并且面向所述旋转轴线的环形表面中；
所述转子安装在所述定子上，用于在布置于所述定子的环形表面和所述转子的与所述定子的环形表面面对的环形表面之间的衬套内绕所述旋转轴线旋转，所述衬套由柔度大于所述转子和所述定子的柔度的材料制成，
所述转子包括通路，所述转子的通路从限定在所述转子的环形表面中的第一端口延伸并且与所述定子的第二端口连通，并且
所述衬套具有至少一个通道，所述衬套的至少一个通道在所述定子的环形表面和所述转子的环形表面之间延伸穿过所述衬套并且能够取决于所述转子的旋转位置而提供所述转子的第一端口与所述定子的多个第一端口中的任一第一端口之间的连通。
27.根据权利要求26所述的分析设备，其中，所述定子和所述转子的端口、所述转子的通路以及所述衬套的至少一个通道具有不超过10mm2的截面面积。
28.根据权利要求26所述的分析设备，其中，所述转子中的所述通路延伸到被限定在所述转子中的第二端口，所述第二端口定位在所述旋转轴线上并且与所述定子的第二端口连通。
29.根据权利要求28所述的分析设备，其中，所述衬套具有基部，所述基部覆盖所述转子的横向于所述旋转轴线延伸的端面，所述基部具有通路，所述基部的通路从所述转子的第二端口延伸到所述定子的第二端口，使得所述转子中的通路通过所述衬套中的通路与所述定子的第二端口连通。
30.根据权利要求29所述的分析设备，其中，所述转子具有凸起部，所述凸起部形成在所述转子的端面上并突出到所述衬套的凹部内，所述转子的第二端口形成在所述凸起部中并且所述衬套中的所述通路从所述凹部延伸，在所述凸起部和所述凹部之间提供密封。
31.根据权利要求29所述的分析设备，其中，所述定子的第二端口被限定在所述定子的环形表面中。
32.根据权利要求26所述的分析设备，其中，所述衬套具有基部，所述基部覆盖所述转子的横向于所述旋转轴线延伸的端面，所述基部具有通路，所述转子中的通路与所述衬套中的通路连通，所述衬套中的通路与所述定子的第二端口连通。
33.根据权利要求26所述的分析设备，其中，所述衬套相对于所述定子具有固定位置，并且所述至少一个通道是多个通道，每个通道均与所述定子的多个第一端口中的一个第一端口连通并且能够取决于所述转子的旋转位置而与所述转子的第一端口连通。
34.根据权利要求26所述的分析设备，其中，所述转子具有环形唇缘，所述环形唇缘接合所述衬套并且将所述转子沿着所述旋转轴线保持在所述衬套中。
35.根据权利要求26所述的分析设备，其中，所述转子的环形表面平行于所述旋转轴线。
36.根据权利要求26所述的分析设备，其中，所述定子的环形表面平行于所述旋转轴线。
37.根据权利要求26所述的分析设备，其中，所述定子位于主体上，所述主体布置成允许附接包括与所述多个第一端口对应的多个阱的阱板，所述主体限定将所述阱连接至对应第一端口的通道。
38.根据权利要求9所述的分析设备，其中：
由所述定子限定的所述多个第一端口绕所述旋转轴线布置，从而面向所述转子；
所述阀包括收集腔，所述收集腔在绕阀构件的旋转轴线的环体的至少一部分中延伸，
所述定子的第二端口与所述收集腔连通，并且
所述转子设置有通路，所述转子的通路在与其连通的所述收集腔和如下位置之间延伸，在所述位置中所述转子的通路能够取决于所述转子的旋转位置而与所述多个第一端口中的任一第一端口连通。
39.根据权利要求38所述的分析设备，其中，所述第一端口、所述通路、所述收集腔和所述第二端口具有不超过10mm2的截面面积。
40.根据权利要求38所述的分析设备，其中，所述转子和所述定子具有横向于所述旋转轴线延伸的交接接触面，所述多个第一端口和所述第二端口在所述定子的接触面中开口。
41.根据权利要求40所述的分析设备，其中，所述交接接触面垂直于所述旋转轴线延伸。
42.根据权利要求40所述的分析设备，其中，所述阀还包括布置成将所述转子偏压在所述定子上的偏压装置。
43.根据权利要求42所述的分析设备，其中，所述偏压装置包括接合所述转子的弹性偏压元件。
44.根据权利要求43所述的分析设备，其中，所述偏压装置还包括附接至所述定子的夹紧环，所述弹性偏压元件布置在所述夹紧环和所述转子之间。
45.根据权利要求34所述的分析设备，其中，所述转子中的所述通路由形成在所述转子的接触面中的沟槽限定。
46.根据权利要求38所述的分析设备，其中，所述收集腔由形成在所述定子或所述转子中的一者的接触面中的沟槽限定。
47.根据权利要求46所述的分析设备，其中，所述收集腔由形成在所述定子的接触面中的沟槽限定。
48.根据权利要求38所述的分析设备，其中，所述转子包括支承柱，并且所述定子包括供安装所述支承柱的支承凹部。
49.根据权利要求38所述的分析设备，其中，所述定子位于主体上，所述主体布置成允许附接包括与所述多个第一端口对应的多个阱的阱板，所述主体限定将所述阱连接至对应第一端口的通道。
50.根据权利要求14所述的分析设备，其中，所述定子和所述转子的所述端口以及所述转子的通路具有不超过1mm2的截面面积。
51.根据权利要求26所述的分析设备，其中，所述定子和所述转子的端口、所述转子的通路以及所述衬套的至少一个通道具有不超过1mm2的截面面积。
52.根据权利要求38所述的分析设备，其中，所述第一端口、所述通路、所述收集腔和所述第二端口具有不超过1mm2的截面面积。
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