CN103403521A - 流体向心装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于测试流体中生物材料的组分的流体向心设备。所述流体向心装置适合被接收在可转动固定器内。所述设备包括具有在至少前面上的流体特征件的流体组件层和粘合到所述流体组件层后面的底组件层，从而建立使流体在向心力下从中流过的流体网络。在一个实施方案中，所述流体特征件可以是耦接到用于接收流体的进入通道的底部可填充室，室入口被提供在所述底可填充室的外侧。在另一个实施方案中，所述流体特征件可以是耦接到用于接收流体的进入通道的保留室，容器被整个提供在所述保留室中并含有液体稀释剂，所述容器将所述液体稀释剂保持在容器中，直至向所述容器施加外力才将所述液体稀释剂释放到保留室中，从而恢复液体稀释剂与保留室中的流体之间的流体连接。此外，所述保留室可具有用于接收流体的流动解耦接收器，其位于所述保留室的外侧且中断所述保留室的进入和离开之间的流体连接。本发明还提供一种利用流体向心装置以测试流体中生物材料的组分的测试设备和测试方法。

Description

流体向心装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年3月8日提交的美国临时申请61/450,373的优先权，并将该申请的说明书以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明关于流体向心装置。

发明背景

分子诊断包括检测可用于识别疾病、物种、个体等的分子化合物。这些分子化合物可以是例如离子、糖、代谢物、脂肪酸、氨基酸、核酸、蛋白质或脂质。核酸测试（NAT）包括识别来自病原体的特异性核酸，或识别与疾病（如癌症、遗传疾病）、物种或个体的基因特征或用于个性化用药的标记物有关的特异性核酸序列。NAT协议经常从样品制备步骤开始，在这个步骤中细胞被溶解以释放其核酸。随后核酸经过特异性制备以备用于标靶扩增程序，诸如例如聚合酶链反应（PCR）或等温扩增重组酶聚合酶扩增（RPA）或其它核酸扩增方法。标靶扩增产生可在（例如）琼脂凝胶中或在微阵列上进行实时（即在扩增期间，或在扩增结束时）分析的扩增子。扩增程序还用于扩增由分析物检测所产生的信号而且这些信号扩增方法还与标靶扩增程序相关。这些技术要求高素质人员在专用设施中执行复杂协议。由于这些原因，所以并非所有实验室、医院或护理机构都能实施分子诊断。

需要自动复杂分子诊断协议。一些方法依靠高通量机械单元，但这些单元通常十分昂贵而且占用大量空间。越来越需要开发更紧凑的仪器和移动式仪表化，如床边（POC）诊断，和减少并整合检验步骤（从样品制备到应答）到单个可弃式装置（例如：芯片实验室（lab-on-a-chip）装置或微型综合分析系统：μTAS）上。

整合到可弃式微流体系统中的主要困难步骤之一是样品制备。样品制备通常从化学和/或机械式细胞溶解步骤开始。随后为了移除或至少控制测试过程的潜在抑制剂，可纯化核酸。纯化核酸的最常用技术是基于核酸在特定pH和盐条件下的固相吸附。将酶促反应抑制剂，如蛋白质、金属和其它分子从吸附到固相上的核酸洗去。随后通过使用合适洗脱溶液从固相回收核酸。整个过程需要需待保存和待释放的不同溶液、固相基质和不同反应室。这会使整合到紧凑可弃式微流体盒中的过程变得复杂。

在流体装置的开发中，需要按照受控方式将流体移入和移出不同处理区域。常常使用泵压和阀调组件。

已经开发出实现自动化分子诊断的流体单元。例如，有一种样品制备盒，其具有旋转阀和活塞泵以移动在不同储液器中的流体。还有人利用超声波和硬颗粒进行机械细胞溶解。其它装置使用柔性塑料总成来溶解细胞并通过在特定位置压缩柔性材料使流体在容器区段之间传递。这些流体单元需要几个致动器才能完成任务。

向心平台的使用提供了一种简单且有效的方式来执行泵压和阀调选项。当旋转时，离心触发的流体压力导致流体流入流体装置内。

向心泵压提供了超越其它替代泵压方法（如注射器、活塞、蠕动或电渗泵压）的许多优点。向心泵压具有较低电力要求（唯一需要主动致动的方式是转动）、不依赖于流体pH或离子强度，且不需要任何外部流体互连或管接。因此，可以将需要不同样品和缓冲性质（例如，表面能、pH）的不同检验步骤组合到单个流体向心装置中。

向心泵压的另一个优点是可以通过流体微通道的几何设计，使毛细管力与由盘转动引起的向心力平衡来启动阀门。通过设计具有呈不同形状和在相对于流体向心装置转动中心的不同位置处的毛细管阀的微流体结构，可以通过控制旋转速度来中断和恢复液体流动。

由于用于生物材料的大部分分析方法需要几个步骤，所以难以稳健地启动被动式阀调。为了更稳健，需要在向心装置中安装主动阀。例如，可以利用相变材料（如石蜡塞）阻断微流体通道。这类型的阀不依赖于转动速度而且可以通过热来致动。例如，还可使用含产热粒子和相变材料的塞。粒子吸收来自外部装置（例如激光发射器、IR灯）的电磁波，和相变材料利用粒子所产生的热熔化。已描述用于阻断流体通道（美国专利7,837,948）和用在向心核酸测试装置上（欧洲专利公开2375256）的相变材料阀。

用于向心装置的一些主动阀方法是基于通过电磁波来实现致动。例如，可以在无激光烧蚀接触下和在不刺穿微流体装置的外层下打开在所需位置处的阀门封闭（参见例如欧洲专利公开1930635、PCT专利申请公开WO2004/050242、美国专利申请公开US2009/0189089、美国专利7,709,249、美国专利7,323,660）。

相变材料阀的致动可以通过使用电极完成，这些电极形成了在基板自身上的电阻式加热器。这些电极在微流体网络的受关注特定区域处产生热以熔化相变材料。

仍需要一种经改良的具有样品流动控制的流体向心装置。

发明概要

本文中所描述的流体向心装置允许组合简化的结构和致动器，从而确保以尽可能少的室和通道达到样品制备、体积计量、受控体积置换，同时容许储存核酸的多路扩增和检测所需的干和湿试剂。

所述流体向心装置非常适合在床边或台式系统中执行以同时处理多种样品和快速产出结果。

根据本发明的第一方面，提供一种流体向心装置，其中经组合的大型结构和微型结构确保一种简化的样品制备方法。流体可利用施加给提供向心力的转子的向心力移动。所述方法经过简化以将液体的使用减至最少并稳健地使用简单阀调。

根据本发明的第二方面，提供一种提取和制备核酸以控制存在于样品中可干扰扩增和/或检测的潜在抑制剂的方法。此外，所述流体回路可提供细胞溶解前和细胞溶解后的样品体积测定。这允许进行体积限定。可通过减去由2个半月面之间的差所界定的液体体积来实现体积限定。这允许使用简单收集装置来代替准确测定导入到流体向心装置中的小体积所需的常见高精度微量移液器，从而极大地方便了操作人员的操作。

根据本发明的第三方面，提供一种流体向心装置，其组合了样品制备和多路实时核酸扩增检测。所述流体向心装置包括摄取接收器，其与底填充室（可用于均质化、细胞溶解、抑制剂控制和微生物浓缩）流体连通，所述底填充室与保留室流体连通，所述保留室与检测区流体连通，所述检测区可利用分配通道将样品分流到两个或更多个检测室中，如果需要，用于扩增和检测。流体向心装置的通道和室可通过提供空气置换的闭路系统实现自排放，同时保持系统封闭，从而有助于防止污染。

根据本发明的第四方面，提供一种控制流体向心装置的功能的仪器。所述系统包括用以转动所述流体向心装置的机械组件（如马达）、用以移动在所述流体向心装置中的可易位构件的磁体、用以控制流体装置的温度的热元件、用以测定荧光信号的光学组件和具有（例如）触摸屏装置的电子和人机界面。

在一个实施方案中，所述仪器提供在流体向心装置的多个区中的空气温度控制。

在一个实施方案中，所述仪器通过放置热元件使与转动流体向心装置接触提供在向心装置上的多个区的温度控制。

根据广义方面，提供一种用于测试流体样品中生物材料的组分的流体向心装置，所述设备包括具有实质平坦背侧的流体组件层，所述流体组件层具有适合被接收在可转动固定器内的形状，所述可转动固定器具有转动中心和外边缘，所述流体组件层呈放射状在转动中心与外边缘之间延伸，所述流体组件层的内侧位于朝向转动中心且所述流体组件层的外侧位于朝向外边缘，所述流体组件层被成形以包括：用于接收样品的样品摄取接收器，所述样品摄取接收器从流体组件层向外延伸并位于内侧附近，所述样品摄取接收器终止于样品出口；用于循环流体样品的进入通道，所述进入通道在一个末端耦接到所述样品出口和在另一个末端耦接到室入口；底可填充室，其被耦接到进入通道，在所述室入口处，用于接收流体样品，所述室入口提供在底可填充室的外侧。

在一个实施方案中，所述设备还包括用于封闭样品摄取接收器的进入口的样品摄取接收器帽。

在一个实施方案中，所述底可填充室呈椭圆形且呈放射状在内侧与外侧之间延伸。

在一个实施方案中，所述底可填充室包括至少一个可易位构件，其响应外部波动磁场而在所述底可填充室内易位。

在一个实施方案中，响应波动磁场而易位的所述可易位构件主要由顺磁性材料组成。

在一个实施方案中，响应波动磁场而易位的所述可易位构件是圆盘或球体。

在一个实施方案中，所述可易位构件呈铁磁性。

在一个实施方案中，所述底可填充室还包括至少一个不响应波动磁场作出反应的物件。

在一个实施方案中，所述物件为珠粒、玻璃珠、锆珠、树脂和珠粒-树脂浆料中的至少一种。

在一个实施方案中，所述物件被适合与样品组分相互作用的螯合材料涂覆。

在一个实施方案中，所述物件和所述可易位构件各自的尺寸大于所述室入口的尺寸。

在一个实施方案中，所述底可填充室是均质化室。

在一个实施方案中，所述底可填充室是细胞溶解室。

在一个实施方案中，所述底可填充室是澄清化室。

在一个实施方案中，所述底可填充室是标靶浓缩室。

在一个实施方案中，所述设备还包括耦接到底可填充室的剩余出口的溢流室，所述剩余出口允许一部分流体样品从所述底可填充室离开流入所述溢流室。

在一个实施方案中，所述剩余出口被提供在所述底可填充室的内侧附近。

在一个实施方案中，所述剩余出口被提供在所述底可填充室的一个纵向侧面上。

在一个实施方案中，所述设备还包括用于所述底可填充室的离开出口，所述离开出口允许样品从所述底可填充室离开。

在一个实施方案中，所述离开出口位于所述底可填充室的一个纵向侧面上。

在一个实施方案中，所述物件和所述可易位构件各自的尺寸大于离开出口的尺寸。

在一个实施方案中，所述剩余出口比所述离开出口更靠近内侧。

在一个实施方案中，所述设备还包括保留室，所述保留室耦接到位于保留室的内侧的离开出口，所述保留室比所述底可填充室更靠近所述流体组件层的外侧。

在一个实施方案中，所述保留室通过传递通道耦接到所述离开出口，所述传递通道是用于使至少一部分流体样品从所述底可填充室循环到所述保留室。

在一个实施方案中，所述设备还包括整个提供在所述保留室中且含有液体反应物的容器，所述容器适合将所述液体反应物保持在所述容器中且当向所述保留室施加外力时将所述液体反应物释放到保留室中。

根据广义方面，提供一种用于将液体反应物与流体样品混合的流体向心装置，所述设备包括具有实质平坦背侧的流体组件层，所述流体组件层具有适合被接收在可转动固定器内的形状，所述可转动固定器具有转动中心和外边缘，所述流体组件层呈放射状在所述转动中心与外边缘之间延伸，所述流体组件层的内侧位于朝向所述转动中心且所述流体组件层的外侧位于朝向所述外边缘，所述流体组件层被模制成包括：用于接收样品的样品摄取接收器，所述样品摄取接收器从所述流体组件层向外延伸且位于内侧附近，所述样品摄取接收器终止于样品出口；保留室，其被耦接到所述样品摄取接收器用于将流体样品接收到所述保留室中；整个提供在所述保留室中且含有液体反应物的容器，所述容器适合将所述液体反应物保持在所述容器中且当向所述保留室施加外力时将液体反应物释放到所述保留室中。

在一个实施方案中，所述设备还包括进入通道，其用于将液体样品从样品出口循环到保留室的保留室入口。

在一个实施方案中，所述保留室具有用于接收流体样品的接收器。

在一个实施方案中，所述接收器位于所述保留室的外侧。

在一个实施方案中，所述接收器的容积至少等于转移到所述保留室的样品的容积。

在一个实施方案中，所述接收器包括干反应物。

在一个实施方案中，所述干反应物是抑制剂控制试剂。

在一个实施方案中，所述保留室是稀释室。

在一个实施方案中，所述保留室的所述接收器是在稀释剂释放时被排空。

在一个实施方案中，所述容器是由玻璃、毛细管玻璃、聚合热塑性和/或热敏材料中的一种制成。

在一个实施方案中，所述液体反应物是稀释剂。

在一个实施方案中，所述液体反应物是水、缓冲液、离子、聚合物、蛋白质、糖、核酸和/或溶液的可干燥部分中的一种。

在一个实施方案中，所述容器具有由热敏材料制成的帽，其适合在熔化温度下熔化，从而允许液体反应物从容器内移动到保留室中容器的外侧。

在一个实施方案中，所述容器是由热敏材料制成。

在一个实施方案中，所述外力是机械、电、电磁、热、冲击和声音力中的一种。

在一个实施方案中，所述容器具有可释放开口。

在一个实施方案中，所述保留室具有用于保留室的分配出口，所述分配出口位于保留室的外侧，所述分配出口被耦接到横向分配通道，在横向分配通道的内侧，在分配通道的第一横向末端，所述横向分配通道具有一系列至少一个比色皿，所述比色皿被提供在所述横向分配通道的外侧。

在一个实施方案中，所述分配出口是通过传递通道被耦接到所述分配通道。

在一个实施方案中，所述比色皿包括干试剂。

在一个实施方案中，所述干试剂是用于扩增，且可包括酶。

在一个实施方案中，所述比色皿包括一组引物。

在一个实施方案中，在比色皿中的干试剂被具有比水低的密度的热敏或相变材料膜覆盖。

在一个实施方案中，所述热敏材料是蜡。

在一个实施方案中，所述比色皿适合针对至少一个参数进行光学询问。

在一个实施方案中，所述比色皿具有比色皿主体，其具有在比色皿主体中的至少一个透光窗，所述透光窗与光源的光路对准，所述光源适合沿光路投射预定波长的光。

在一个实施方案中，所述参数是荧光度、吸光度和色度中的一个。

在一个实施方案中，所述参数是荧光度且其中比色皿包括在比色皿中的发荧光溶液、在比色皿中的溶液中的荧光团覆盖粒子、在比色皿内壁上的荧光团粒子中的一种。

在一个实施方案中，所述比色皿是检测室。

在一个实施方案中，所述比色皿是扩增室。

在一个实施方案中，所述比色皿是核酸扩增室。

在一个实施方案中，所述横向分配通道包括在分配通道的第二横向末端处的废料室。

在一个实施方案中，所述废料室包括热活化密封，其适合密封耦接到所述分配通道的比色皿的进入。

在一个实施方案中，所述热活化密封是蜡。

在一个实施方案中，所述室入口、剩余出口、离开出口、分配出口中的至少一个包括防倒流阀。

在一个实施方案中，所述室入口、剩余出口、离开出口、分配出口中的至少一个包括爆破阀，所述爆破阀在施加在设备上的预定向心力下打开。

在一个实施方案中，所述防倒流阀和爆破阀提供在单个防倒流爆破阀中。

在一个实施方案中，所述流体组件层是由塑性材料制成。

在一个实施方案中，所述塑性材料是聚碳酸酯、聚丙烯、PDMS、COC、SU-8材料中的一种。

在一个实施方案中，所述流体组件层被塑性材料片密封在所述实质平坦背侧上。

在一个实施方案中，所述塑性材料片是聚碳酸酯、聚丙烯、PDMS、COC、SU-8材料中的一种。

在一个实施方案中，所述流体组件层是用所述塑性材料片，通过粘合方法（粘性材料、压敏粘性材料、热传递、溶剂粘合、UV可固化粘性材料、超声波粘合、激光焊接、RF粘合）密封。

在一个实施方案中，爆破阀的爆破特性是离转动中心的距离、构成支撑板的塑性材料、构成密封的材料和被模制成塑性材料的阀本身的几何形状的组合。

在一个实施方案中，所述分配通道、比色皿和废料室被提供在延伸超出可转动固定器的外边缘的部分支撑构件板上。

在一个实施方案中，所述流体组件层呈矩形。

在一个实施方案中，所述固定器是圆盘。

在一个实施方案中，所述流体组件层的形状是环的截锥形部分。

在一个实施方案中，所述环的截锥形部分是环的一段。

在一个实施方案中，所述环的截锥形部分是八分之一个环。

在一个实施方案中，所述设备还包括排放出口，其用于溢流室、保留室和分配通道中的至少一个，所述排放出口被连接到自排放通道。

在一个实施方案中，所述自排放通道在所述样品摄取接收器的内侧处被耦接到所述样品摄取接收器。

在一个实施方案中，所述流体组件层适合被至少部分加热。

在一个实施方案中，所述流体组件层适合加以温度控制。

在一个实施方案中，所述流体组件层适合被分为至少两个不同温度可控区段。

在一个实施方案中，所述两个不同温度可控区段中的第一个包括所述底可填充室和所述保留室。

在一个实施方案中，所述两个不同温度可控区段中的第一个至少包括所述保留室。

在一个实施方案中，所述第一区段包括所述样品摄取接收器、所述进入通道、所述溢流室和所述计量通道。

在一个实施方案中，所述两个不同温度可控区段中的第二个至少包括所述分配通道和所述比色皿。

在一个实施方案中，所述两个不同温度可控区段中的第二个包括所述溢流室和一部分所述传递通道。

在一个实施方案中，所述流体样品是血液、鼻咽呼气、口液、来自再悬浮口腔拭子的液体、来自再悬浮鼻腔拭子的液体、来自肛门拭子再悬浮的液体、来自阴道拭子再悬浮的液体、唾液、尿液（纯或经稀释）。

根据广义方面，提供一种利用流体向心装置来测试流体样品中生物材料的组分的测试设备，所述设备包括所述流体向心装置中的至少一种；转子总成；用于接收使用所述流体组件层的所述流体向心装置中的至少一种的固定器，所述固定器被耦接到所述转子；用于转动所述转子总成的马达；用于所述马达以控制所述转子总成转动的持续时间、加速和速度中的至少一个的速度控制器；用于控制微流体向心装置的至少一部分的温度的温度调节子系统；用于激发流体向心装置的样品和获得测试结果的激发子系统；用于接收用户命令和用于将命令发送给所述速度控制器、所述温度调节子系统和所述激发子系统中的至少一个的用户界面。

在一个实施方案中，所述固定器是转子总成，其包括接收所述流体向心装置的转子底部和用以固定所述流体向心装置的卡环。

在一个实施方案中，所述测试设备还包括所述测试设备的外壳，其具有基座、壁和铰接盖，所述外壳封闭所述转子总成、所述固定器、所述马达、所述温度调节子系统和所述激发子系统。

在一个实施方案中，所述测试设备还包括提供在所述转子下方的永磁体。

在一个实施方案中，所述温度调节子系统控制所述流体向心装置的两个区的温度。

在一个实施方案中，所述测试设备还包括由所述外壳、所述外壳分离壁、转子总成、转子绝缘壁、固定器、盖绝缘和盖绝缘壁中的至少一个所建立的隔间。

在一个实施方案中，所述测试设备还包括绝缘材料，其可用于控制隔间之间的热传递。

在一个实施方案中，所述温度调节子系统包括位于加热区上方或下方的热元件。

在一个实施方案中，所述热元件是电阻式加热线圈。

在一个实施方案中，所述测试设备还包括热电偶，其在每个加热区内部以测定每个区的各自温度。

在一个实施方案中，所述测试设备还包括鼓风机，其迫使室温空气进入加热区。

在一个实施方案中，所述测试设备还包括出口闸以将热空气排出到加热区外侧。

在一个实施方案中，所述激发子系统包括光源和用以成形激发光束的光学元件。

在一个实施方案中，所述激发子系统包括检测模块以收集在流体向心装置内由受关注物质所发射的光。

根据广义方面，提供一种利用流体向心装置测试流体样品中生物材料的组分的测试方法，所述方法包括提供所述流体向心装置中的至少一种；提供测试设备；提供具有生物材料的流体样品；将所述流体样品装载在所述流体向心装置的样品摄取接收器中；将所述流体向心装置放置在所述测试设备的固定器中；提供用户命令以开始测试序列；在第一速度下转动转子总成以将所述流体样品从所述样品摄取接收器转移到底可填充室。

在一个实施方案中，所述转动还包括将一部分样品排到溢流室中。

在一个实施方案中，所述测试方法还包括在第二速度下转动所述转子总成以使在所述底可填充室内的易位构件开始移动。

在一个实施方案中，所述测试方法还包括在第三速度下转动所述转子总成以澄清样品和使计量出口爆破，其中计量体积的样品转移到保留室。

在一个实施方案中，所述计量体积转移到保留室的接收器。

在一个实施方案中，所述测试方法还包括在第四速度下转动所述转子总成。

在一个实施方案中，所述测试方法还包括加热所述保留室，从而从所述容器释放所述液体反应物。

在一个实施方案中，所述测试方法还包括在第五速度下转动所述转子总成以使保留室出口爆破。

在一个实施方案中，所述测试方法还包括保持比色皿在低于65℃的温度下。

在实例实施方案中，所述测试方法还包括保持比色皿在低于35℃的温度下。

在一个实施方案中，所述测试方法还包括在第一温度下加热所述比色皿。

在一个实施方案中，所述测试方法还包括在第二温度下加热所述比色皿。

在一个实施方案中，所述测试方法还包括使比色皿的温度在高、低和中等测试温度之间循环。

在一个实施方案中，所述测试方法还包括在每个温度循环结束时在至少一个激发波长下进行荧光测定。

在一个实施方案中，所述测试方法还包括记录荧光测量值。

根据广义方明，提供一种利用流体向心装置测试流体样品中生物材料的组分的测试方法，所述方法包括提供所述流体向心装置中的至少一种；提供测试设备；提供具有生物材料的流体样品；将所述流体样品装载在所述流体向心装置的样品摄取接收器中；将所述流体向心装置放置在所述测试设备的固定器中；提供用户命令以开始测试序列；在第一速度下转动所述转子总成以将所述液体样品从所述样品摄取接收器转移到保留室；加热所述保留室，从而从所述容器释放所述液体反应物。

在一个实施方案中，所述方法包括在第五速度下转动所述转子总成以使保留室出口爆破。

在一个实施方案中，所述样品转移到保留室的接收器。

根据本发明的另一个广义方面，提供一种测试流体中生物材料的组分的流体向心设备。所述流体向心装置适合被接收在可转动固定器内。所述设备包括具有在至少前面上的流体特征件的流体组件层和被粘合到流体组件层后面的底组件层，从而建立使流体在向心力下从中流过的流体网络。还提供使用流体向心装置测试流体中生物材料的组分的测试设备和测试方法。

在一个实施方案中，所述流体特征件可以是耦接到用于接收流体的进入通道的底可填充室，室入口被提供在所述底可填充室的外侧。

在另一个实施方案中，所述流体特征件可以是耦接到用于接收流体的进入通道的保留室，容器整个提供在所述保留室中且含有液体稀释剂，所述容器将液体稀释剂保持在容器中直至向所述容器施加外力才将其释放到保留室中，从而恢复在保留室中的液体稀释剂与流体之间的流体连接。

此外，所述保留室可具有用于接收流体的流动解耦接收器，其位于保留室的外侧并中断保留室的进入和离开之间的流体连接。

根据本发明的另一个广义方面，提供用于测试流体中生物材料的组分的流体向心设备，所述流体向心装置具有适合被接收在可转动固定器内的形状，所述可转动固定器具有转动中心和外边缘，所述流体向心装置呈放射状在转动中心与外边缘之间延伸，所述流体向心装置的内侧位于朝向转动中心和所述流体向心装置的外侧位于朝向外边缘，所述设备包括：流体组件层，其具有在至少前面上的流体特征件，所述流体特征件包括用于循环流体的进入通道，所述进入通道被耦接到室入口；底可填充室，其被耦接到室入口，在所述进入通道处，用于接收流体，所述室入口提供在所述底可填充室的外侧；和底组件层，其被粘合到所述流体组件层的后面，从而建立使流体在向心力下从中流过的流体网络。

在一个实施方案中，所述流体向心设备还包括用于接收流体的摄取接收器，所述摄取接收器在流体组件层的前面上从流体组件层向外延伸并位于内侧附近，所述摄取接收器终止于摄取接收器出口，进入通道在与室入口相反的末端处被耦接到摄取接收器出口。

在一个实施方案中，所述底可填充室包括至少一个可易位构件，其响应外部波动磁场在所述底可填充室内易位。

在一个实施方案中，所述底可填充室包括至少一个不响应波动磁场的物件，且其中所述物件为珠粒、沸石、颗粒、过滤颗粒、玻璃珠、锆珠、树脂、珠粒树脂浆料中的至少一种。

在一个实施方案中，所述物件和所述可易位构件中的至少一个是被适合与流体的组分相互作用的螯合材料和配位材料中的至少一种涂覆。

在一个实施方案中，所述流体向心设备还包括溢流室，其被耦接到底可填充室的剩余出口，所述剩余出口允许一部分流体从底可填充室离开进入溢流室，其中所述剩余出口提供在底可填充室内侧附近，在底可填充室的纵向侧面上。

在一个实施方案中，所述流体向心设备还包括底可填充室的离开出口，所述离开出口允许流体从底可填充室离开，其中所述离开出口位于底可填充室的一个纵向侧面上，所述离开出口比所述剩余出口更靠近底可填充室的外侧，底可填充室的计量体积被限定在所述离开出口与剩余出口之间。

在一个实施方案中，所述流体向心设备还包括底可填充室的离开出口，所述离开出口允许流体从底可填充室离开，其中所述离开出口位于底可填充室的一个纵向侧面上。

在一个实施方案中，所述流体向心设备还包括在离开出口处的爆破阀，所述爆破阀在施加在设备上的预定向心力下打开，所述爆破阀防止流体在打开前离开底可填充室。

在一个实施方案中，所述流体向心设备还包括保留室，保留室被耦接到在保留室的内侧的所述离开出口，所述保留室比底可填充室更靠近流体组件层的外侧，其中所述保留室是通过计量通道耦接到离开出口，所述计量通道是用于将至少一部分流体从底可填充室循环到保留室。

在一个实施方案中，所述流体向心设备还包括容器，其整个提供在保留室中且含有液体稀释剂，所述容器适合将液体稀释剂保持在容器中并当向容器施加外力时将液体稀释剂释放到保留室中，其中所述外力为机械、电、电磁、热、冲击和声音力中的一种，从而恢复在保留室中的液体稀释剂与流体之间的流体连接。

一种用于测试流体中生物材料的组分的流体向心设备，所述流体向心装置具有适合被接收在可转动固定器内的形状，所述可转动固定器具有转动中心和外边缘，所述流体向心装置呈放射状在转动中心与外边缘之间延伸，所述流体向心装置的内侧位于朝向转动中心和所述流体向心装置的外侧位于朝向外边缘，所述设备包括：流体组件层，其具有在至少前面上的流体特征件，所述流体特征件包括用于循环流体的进入通道，所述进入通道被耦接到摄取接收器出口；保留室，所述保留室通过摄取接收器出口耦接到所述进入通道以将流体接收到保留室中；容器，其整个提供在所述保留室中且含有液体稀释剂，所述容器适合将液体稀释剂保持在容器中并当向容器施加外力时将液体稀释剂释放到保留室中，其中所述外力为机械、电、电磁、热、冲击和声音力中的一种，从而恢复液体稀释剂与在保留室中的流体之间的流体连接；和底组件层，其被粘合到流体组件层的后面，从而建立使流体在向心力下从中流过的流体网络。

在一个实施方案中，所述保留室具有用于接收流体的流动解耦接收器，其中所述流动接收器位于保留室的外侧，所述流动解耦接收器中断摄取接收器出口与保留室的分配出口之间的流体连接。

在一个实施方案中，所述流动解耦接收器包括干反应物。

在一个实施方案中，所述保留室具有保留室分配出口，所述分配出口位于保留室的外侧，所述分配出口被耦接到横向分配通道，在横向分配通道的内侧，在分配通道的第一横向末端，所述横向分配通道具有一系列至少一个比色皿，其被提供在所述横向分配通道的外侧。

在一个实施方案中，所述比色皿中的至少一个包括干反应物和相变材料中的至少一种。

在一个实施方案中，所述比色皿适合针对至少一个参数进行光学询问；所述参数为荧光度、吸光度和色度中的一个。

在一个实施方案中，所述横向分配通道包括在分配通道的第二横向末端处的废料室。

在一个实施方案中，所述废料室包括相变材料。

在一个实施方案中，所述分配通道、所述比色皿和所述废料室被提供在延伸超出可转动固定器的外边缘的部分流体组件层上。

在一个实施方案中，所述流体组件层适合分为至少两个不同温度可控区段，其中所述两个不同温度可控区段中的第一个至少包括所述保留室且所述两个不同温度可控区段中的第二个至少包括所述分配通道和所述比色皿。

一种用于测试流体中生物材料的组分的流体向心设备，所述流体向心装置具有适合被接收在可转动固定器内的形状，所述可转动固定器具有转动中心和外边缘，所述流体向心装置呈放射状在转动中心与外边缘之间延伸，所述流体向心装置的内侧朝向转动中心和所述流体向心装置的外侧朝向外边缘，所述设备包括：流体组件层，其具有在至少前面上的流体特征件，所述流体特征件包括用于接收流体的摄取接收器，所述摄取接收器在流体组件层的前面上从流体组件层向外延伸且位于内侧附近，所述摄取接收器终止于摄取接收器出口；用于循环流体的进入通道，所述进入通道以一个末端耦接摄取接收器出口和以另一个末端耦接室入口；底可填充室，其被耦接到在室入口处的所述进入通道以接收流体，所述室入口被提供在底可填充室的外侧；和保留室，所述保留室被耦接到底可填充室以将流体接收到保留室；保留室分配出口，所述分配出口位于保留室外侧；横向分配通道，其具有提供在横向分配通道外侧的一系列至少一个比色皿，所述分配出口被耦接到所述横向分配通道，在所述横向分配通道内侧，在分配通道的第一横向末端；在所述分配通道的第二横向末端的废料室；和底组件层，其被粘合到流体组件层的后面，从而建立使流体在向心力下从中流过的流体网络。

一种利用流体向心装置测试流体中生物材料的组分的测试设备，所述设备包括：所述流体向心装置中的至少一种；转子总成；固定器，其用于接收使用所述流体组件层的所述流体向心装置中的至少一种，所述固定器被耦接到所述转子；马达，其用于转动所述转子总成；马达速度控制器，其用于控制转子总成的转动的持续时间和速度中的至少一个；温度调节子系统，其用于控制微流体向心装置中至少一部分的温度；检测子系统，其用于检测流体的特性；用户界面，其用于接收用户命令和将命令发送给所述速度控制器、温度调节子系统、激发子系统和检测子系统中的至少一个。

在一个实施方案中，所述温度调节子系统控制流体向心装置的至少两个区的温度。

一种利用流体向心装置测试流体中生物材料的组分的测试方法，所述方法包括：提供所述流体向心装置中的至少一种；提供测试设备；提供具有生物材料的流体；将流体装载在所述流体向心装置的摄取接收器中；将所述流体向心装置放置在测试设备的固定器中；提供用户命令以开始测试序列；在第一速度下转动所述转子总成以将流体从摄取接收器转移到底可填充室。

定义

在本说明书中，术语“流体向心装置”意指通过转动行为致动流体的流体网络。

在本说明书中，表述“大型结构”和“大型几何形状”中的术语“大型”意指大于1mm的流体向心装置特征件。特定来说，“大型结构”尺寸为例如约1mm至约10mm。

在本说明书中，表述“微型结构”和“微型几何形状”中的术语“微型”意指小于1mm的流体向心装置特征件。特定来说，“微型结构”尺寸为约1μm至约1mm。

在本说明书中，术语“样品”意指待分析的任何流体、溶液或混合物悬浮液。特定来说，“样品”可以是“生物”样品或“未加工生物样品”而且意指来自血液、血液组分、鼻和/或咽和/或口体液的任何受关注生物物质、自鼻和/或口和/或咽拭子的再悬浮液体、自肛门/阴道拭子的再悬浮液体、唾液、伤口分泌液、排泄物和尿液。

在本说明书中，术语“稀释剂”意指可用于稀释样品的确定量流体。

在本说明书中，术语“接收器”意指被设计成接收特定量流体的流体向心装置特征件。

在本说明书中，术语“通道”意指允许流体在流体向心装置室、接收器和样品接收器之间流动的流体向心装置的微型结构或大型结构路径。

在本说明书中，术语“入口”意指允许流体进入的流体向心装置开口。

在本说明书中，术语“出口”意指允许流体离开的流体向心装置开口。

在本说明书中，术语“爆破阀”或“流体阀”可以交换使用而且意指在流体向心装置上的微型结构，其主要功能是帮助防止流体在低于施加给流体的某一压力下流动，所述压力一般是来自流体向心装置的转动所产生的向心力。当压力克服液体表面张力所产生的力时，流体流过“爆破阀”。

附图简述

为了大体上描述本发明的属性，将参考附图，其通过图示的方式示出本发明的实例实施方案，而且其中：

图1A是固定流体向心装置的转子总成的立体图；图1B描绘在转子底部中的流体向心装置的分解斜视图；图1C描绘流体向心装置的斜视图；图1D是流体向心装置的截面视图；

图2A图示连接到摄取接收器的流体排放口；图2B图示用于图2A所描述的摄取接收器的帽；

图3A图示底填充室的流体构造；图3B图示具有端口连接的底填充室的替代构造；

图4A图示包括可易位构件的底填充室的替代构造；图4B图示包括可易位构件和干试剂的底填充室的替代构造；

图5图示包括溢流室的底填充室的替代构造；

图6图示包括计量出口的底填充室的替代构造；

图7A图示包括可易位构件、干试剂、溢流室和计量出口的底填充室的替代构造；图7B图示包括可易位构件、干试剂、过滤器、溢流室和计量出口的底填充室的替代构造；图7C图示在可易位构件从过滤器解离后的图7B的替代构造；

图8A图示填充图7A所示的底填充室的填充；图8B图示液体向元件309溢流的易位；图8C图示体积限定步骤；图8D图示可易位元件的易位；图8E图示元件308和元件307在底填充室的底部造粒；图8F图示计量体积从底室易位到室313；

图9A图示入口和出口几何形状的截面视图，所述几何形状帮助防止可易位物件和/或位于固相材料中的珠粒从底填充室离开；图9B图示入口和出口几何形状的顶视图，所述几何形状帮助防止可易位物件和/或位于固相材料中的珠粒从底填充室离开；

图10A图示用以混合或稀释样品的流体结构；图10B图示含于保留室接收器中的流体；图10C图示在保留室接收器中的干试剂；图10D图示在保留室内的液体容器；

图11A图示在加热前，在保留室接收器中的液体容器；图11B图示在加热过程开始期间，含于保留室接收器中的液体；图11C图示液体从流体容器释放到保留室内；图11D图示溶胞产物与从液体容器释放的流体的混合；图11E图示经稀释的溶胞产物从保留室向室513易位；

图12图示液体容器的替代构造；

图13描绘一种流体构造，其包括具有溢流室的底填充室和与保留室流体连接的计量出口；

图14A描绘流体向心装置的检测比色皿的流体构造；图14B图示具有预储存干试剂的检测比色皿的替代构造；图14C图示具有预储存在比色皿中的干试剂和预储存在比色皿本身中的比色皿蜡的检测比色皿的替代构造；图14D图示具有预储存在比色皿中的干试剂和预储存在废料室中的比色皿蜡的检测比色皿的替代构造；

图15图示当比色皿被加热并被样品填充时描述于图14D中的流体构造；

图16描绘包括保留室和检测比色皿的流体构造；

图17描绘用于样品制备和检测的流体构造；

图18描绘仪器的立体视图，所述仪器可用于同时运行许多流体向心装置；

图19描绘图18所图示的仪器的内部架构的斜视图；

图20示出仪器的各个模块的图；

图21图示在流体向心装置上的多区温度控制区域；

图22图示在流体向心装置上的所述多区温度控制区域的替代实施方案；

图23是图18所图示的仪器的双区空气温度控制系统的横截面视图；

图24示出多波长激发模块的示意性截面视图；

图25图示经定制以激发FAM和Texas Red荧光染料的LED、激发滤光片和二向色分光镜的光谱分布图；

图26图示检测模块的示意性截面视图；

图27图示经定制以检测FAM和Texas Red荧光染料的双频段带通干涉滤光片光谱分布图；

图28图示经定制以检测常见荧光染料的五频段带通干涉滤光片的光谱分布图；

图29是涉及利用图21所图示的仪器处理PCR检验的步骤的流程图；

图30A、图30B、图30C图示在利用图18所图示的仪器处理PCR时随时间的转子的速度和流体向心装置的温度；

应注意在附图中，类似特征件是用类似参考数字识别。

具体实施方式

流体向心装置结构总成

图1A和图1B示出实例转子总成1003。这是转子2的底部被定形成接收至多八个流体离心装置1的实例。转子总成包括底部转子2和卡环7以保持流体向心装置1插置在两者之间。在图1B中，卡环顶转子总成主体部分被移除。

流体向心装置1主要由至少两个组件层组成。如图1C和图1D所示，流体层具有在流体向心装置1的底面和/或顶面上的特征件。流体层3主要由摄取接收器5、室6a、室6b、室6c、通道和流体阀组成。将明白流体层3可通过将几个层粘合在一起制成。将薄底层4粘合到流体层3。当匹配到薄底层4时，流体层3的底表面形成使流体在向心力下从中流过的流体网络，其具有封闭储液器、通道和阀门。

流体层3和薄底层4可由热塑性材料制成。所述热塑性材料可为以下材料中的至少一种：环烯烃共聚物（COC）、聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）、聚甲醛（POM）、全氟烷氧化合物（PFA）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、环烯烃共聚物（COC）、聚酰胺（PA）、聚砜（PSU）、聚亚乙烯（PVDE）以及为相关技术人员已知的其它材料。这些材料可以用于未改性表面或改性表面。可以对一个或两个面或在一个或两个面上的受关注特殊区域实施表面改性。

存在将流体向心装置流体层3与平坦底层4组装在一起的几种匹配技术，如热粘合、射频粘合、激光焊接、超声波粘合、粘着或压敏粘着和相关技术人员已知的其它技术。

在实例实施方案中，所述匹配技术允许在组装前将干或液体试剂合并到流体向心装置中。

在另一个实例实施方案中，所述匹配技术是在约4℃至约80℃下实施。

在一个实例实施方案中，通过将流体向心装置放置在围绕转动中心转动的专用转子2上促使流体向心装置转动。转子2具有转动中心和外边缘（在这个情况中，为圆周）。流体向心装置1呈放射状在转动中心与外边缘之间延伸。在所示的实例中，流体向心装置甚至延伸超出外边缘。流体向心装置1的内侧位于朝向转动中心和流体向心装置1的外侧位于朝向外边缘。

流体向心装置可以是具有约5mm的内径和约20mm至约50mm的外径的圆盘的一部分。所述圆盘部分可以是1/8个圆盘。不限制流体向心装置的形状和转子所能接收的流体向心装置的数量。

在替代实施方案中，流体向心装置具有圆盘形状而且转子适合接收单个流体向心装置。

在另一个替代实施方案中，流体向心装置的形状对应于25mm×75mm的标准显微镜载玻片。转子可适合接收2个至12个显微镜载玻片。

流体层

图1C图示流体层3的顶面结构，其包括用于接收样品的摄取接收器5和几个储液器6a、储液器6b、储液器6c。每个储液器的形状适合在流体向心装置1中所执行的要求和功能。

图1D图示具有薄底层4的流体层3的截面视图。在实例实施方案中，流体层3的设计适合用于模塑造型法。对于一些应用来说，适宜提供均一壁厚。例如，壁厚可以为约0.7至1.2mm。对于一些应用来说，适宜确保恒定拔模角。垂直面可具有约0.5°至5°的拔模角。

摄取接收器、排放通道和流体向心装置样品入口帽

图2A和图2B图示摄取接收器的实例实施方案。所述摄取接收器5流体连接到室901。排放出口816连接到出口通道和排放室905。

在一个实施方案中，排放室905利用在流体向心装置顶面上，靠近摄取接收器5内部的入口排放连接906连接到摄取接收器5。

在实例实施方案中，覆盖物907包括与摄取接收器5直接接触的基片908、柔性连接臂909和通过连接臂909链接到基片908的帽910。可将覆盖物907按照闭合配置放置，使帽910紧固在基片908上，或可按照如图2B所示的开放配置放置。在这个特定实施方案中，基片908被设计成允许排放室905与室901经由入口排放连接906连通，甚至当覆盖物907处于闭合配置时。

在替代实施方案中（未图示），排放室905从室901分离（不存在入口排放连接906）。通过提供在覆盖物907的基片908上的开孔实施空气排放，从而当覆盖物907处于闭合配置时，允许室901与排放室905之间经由形成在基片908与帽910之间的自由腔进行空气连通。

底可填充室

图3A和图3B图示流体网络的底可填充室。在这个实例中，摄取接收器5利用进入通道302流体连接到底可填充室315。摄取接收器与进入通道之间的连接可以任选经由端口连接303实现或可以将摄取接收器的出口直接连接到进入通道。

在一个实施方案中，可以将特殊固相色谱分析材料（如离子交换材料）放置在接收器5中。在离心以填充底可填充室期间，固相色谱分析材料将填充通道302，形成能够从粗样品吸附一些核酸扩增抑制剂的排阻管柱。

底可填充室315的底入口304位于底可填充室315的外侧。由于样品是从摄取接收器5向底可填充室的外侧流动，所以将底可填充室的外侧称为底可填充室的底。将排放通道305a连接到在底可填充室内侧的室出口306。

室的尺寸为几厘米宽、几厘米高和几毫米深。在实例实施方案中，室315的尺寸为1cm宽、2cm高和2mm深。在另一个实例实施方案中，所述尺寸为0.5cm宽、1.5cm高和1.3mm深。

试剂和可易位构件

现在参考图4A和图4B，底可填充室可以任选含有可易位构件物件307。所述可易位构件可以呈铁磁性而且可响应波动磁场在室中移动。在实例实施方案中，所述波动磁场是通过流体向心装置在被交替放置在对应底可填充室的内侧和外边缘的径向位置中的固定磁体上方转动而产生。在另一个实施方案中，所述波动磁场是通过磁体在固定流体向心装置上方转动而产生。

在实例实施方案中，固定磁体是由稀土磁性材料制成的永磁体。在另一个实施方案中，磁体是电磁体。

室还可以任选含有不响应磁场的固体材料308。所述固体材料可用于提供化学或生物化学反应而且可以包括盐、缓冲液或酶。所述固体材料可通过吸附酶促抑制剂用于纯化样品而且可以包括色谱分析基质、亲和性结合用的固体支撑物、固相萃取、螯合材料、阴离子和阳离子树脂和不同类型的沸石。所述固体材料可用于细胞破裂和可以包括硬基质。所述固体材料可用于过程控制和可包括细菌细胞或孢子。所述固体材料可通过使用吸湿基质吸收液体来浓缩溶胞产物。所述固体材料可利用配体（如特异性抗体）加以官能化和可用于将标靶捕捉在底可填充室内。所述固体材料可以是能够将标靶微生物停止或截留在底可填充室内的过滤片。所述固体材料可以用能够将标靶微生物吸附在其表面的离子交换部分加以官能化，从而将所述标靶微生物固定在底可填充室内。这些不同的固体材料可以单独或组合使用。

当固体材料是用于细胞壁和细胞膜破坏的硬基质时，所述材料可以由具有约50μm至约200μm直径的硅石或锆珠制成。所述珠粒可以任选用螯合剂涂覆以吸收酶促抑制剂。

在一个实例实施方案中，所述可易位物件是金属圆盘和所述固体材料主要由与阴离子和阳离子树脂混合的硬珠粒和孢子组成。

溢流

图5图示底可填充室的另一个流体互连，所述底可填充室包括通过溢流通道311流体连接到底可填充室的溢流出口310的溢流室309。所述溢流通道被放置在室的内部附近，在室的一个纵向侧面上。溢流室相对于溢流出口310位于朝向流体向心装置的外边缘而且溢流室通过排放通道305b排放。这种配置允许当同时使底可填充室和溢流室309排放时对底可填充室进行体积限定。溢流室的体积介于100μl与几毫升之间。在实例实施方案中，溢流室的体积介于150与200μl之间。

计量

图6图示底可填充室的任选离开出口312，其利用转移通道314将底可填充室流体连接到后续室313。所述离开出口位于底可填充室的一个纵向侧面上。所述离开出口可以是具有微米级尺寸的爆破阀。所述微米级阀门的尺寸可以为1至100μm深、10μm至1mm宽和几微米至几毫米长。在实例实施方案中，所述微米级阀门的尺寸为30至75μm深、70至120μm宽和0.5至1.5mm长。可以将所述离开出口放置在底可填充室的内侧与外边缘之间的任何位置处，只要将所述离开出口放置在相对于溢流出口的外侧位置。所述离开出口与溢流出口之间的距离限定了待计量并发送到下一个室的体积。

通过离开出口计量的流体体积可以介于10与50μl之间。在实例实施方案中，所限定的体积为20μl。

图7A图示具有上述一些任选配置的底可填充室。将摄取接收器5流体连接到进入通道302、底可填充室315和底入口304。溢流室309是通过溢流出口310和溢流通道311流体连接到底可填充室。离开出口312允许通过出口通道312将位于溢流出口与离开出口之间的液体转移到后续室313。所述室含有可易位构件307和固体材料308。

图7B图示具有标靶阻塞物316的底可填充室。放置所述阻塞物是为了迫使样品从中穿过。水和小分子将穿过但标靶将被保留。由于装载到摄取接收器5中的多数液体将经标靶阻塞物316流过溢流室309，所以标靶将被浓缩到占存在于底可填充室中的液体的小百分比。

图7C示出在通过可易位构件307的可易位移动使病原体阻塞物分离后被截留细菌的释放。标靶可以是细胞、细菌、真菌、病毒等中的至少一种。在一个实施方案中，标靶阻塞物316是尺寸排阻过滤器。在另一个实施方案中，标靶阻塞物316是离子交换树脂。在另一个实施方案中，病原体阻塞物316包括用特异性抗体官能化的珠粒。

图8图示在图7所描述的底可填充室中的流体进程。图8A至图8F描述在底可填充室中的依序流体移动。图8A描述室填充，图8B和图8C描述液体溢出到溢流室，图8D描述通过可易位移动启动样品均质化和细胞溶解，图8E描述通过使不溶性材料沉降进行澄清化，和图8F描述将测量液体转移到下一个室。

现在参考图9A和图9B，底入口304和任选溢流出口310和任选离开出口312的几何形状适合帮助防止可易位物件和/或珠粒离开底可填充室。在一个实施方案中，可易位物件和含于固体材料中的珠粒的最小尺寸应大于宽度317a或深度318a而且大于宽度317b或深度318b。

保留室

图10A至图10D图示用以保留和/或稀释样品的流体结构的一个实例实施方案。在这个实施方案中，流体进入通道401被流体连接到位于室403内侧的入口402。排放出口404位于室的内侧以允许在室中实施空气置换。储液器具有约1μl至约2ml的体积。储液器的出口405位于室的外侧而且基本上是爆破阀。

在图10A的实例实施方案中，保留室具有位于室外侧的任选接收器406。所述接收器基本上适合含有来自入口通道的液体407以帮助防止所述液体在如图10B所示开始进入保留室时与室出口405接触。

任选地，所述接收器可以含有如图10C所示的干试剂408。干试剂408可以是但不限制于酶、缓冲液和/或化学物品。

在图10D图示的实例实施方案中，保留室可以任选包括液体容器409，其被放置在保留室内而且含有稀释剂410。所述稀释剂可以是但不限制于水、缓冲液或缓冲液中无法干燥的一些部分。所述液体容器409基本上但不一定由耐热材料和/或热敏相变材料制成。所述耐热材料可以具有超过100℃的熔点而且可以是玻璃、热塑性聚合物和为相关技术人员已知的其它材料中的一种。所述相变材料可以在某一温度下熔化和凝固。所述固相可以在低于约45℃下和熔化相温度可以介于约45℃与85℃之间。所述相变材料可以是蜡、石蜡、微晶蜡、合成蜡、天然蜡、胶或为相关技术人员已知的其它密封材料。

可以将上述结构用作新颖类型阀门，我们称之为流动解耦阀。所述流动解耦阀含有两个元件——用以中断保留室的入口与出口之间的流体连接的流动解耦接收器，和封闭稀释剂并在施加外力时释放所述稀释剂的的液体容器。稀释剂的释放会恢复回路内的流体连接。

在实例实施方案中，当保留室被加热到高于某一温度时，容器410的相变材料末端411释放液体。所述液体容器可帮助防止被封闭液体在约1年至3年内被蒸发而且具有一毫升至两毫升的容量。

图11图示在保留室实施方案中的依序流体移动的流体进程。图11A示出来自入口的液体407位于接收器中，在图11B中，保留室被加热416而且相变材料末端正在熔化411a、411b，在图11C中，稀释剂410被释放，在图11D中，来自入口的液体407与稀释剂410混合，和在图11E中，经稀释的液体415经爆破阀出口405排出。

图12图示稀释保留室中的液体的另一个实例实施方案。稀释剂室412可以位于保留室403内侧的上方或上。所述液体通过致动放置在稀释剂出口414处的相变材料阀413而被释放到保留室中。在这个实例实施方案中，所述相变材料阀是蜡阀，其通过加热到高于约50℃致动。在另一个实施方案中，热是通过电磁波（如红外辐射、激光、微波和相关技术人员已知的任何其它材料）产生。在替代实施方案（未图示）中，来自液体容器的液体可以依靠机械方式释放。例如，可以通过活塞致动一刺穿机构。在另一个替代实施方案（未图示）中，可以通过电磁致动器释放来自稀释剂容器的液体。

图13示出连接到保留室的流体计量系统的实例实施方案。在这个实例中，样品出口303是通过底入口304流体连接到底可填充室315。溢流室309利用溢流出口310和溢流通道311连接到底可填充室315。计量出口312允许含于溢流出口310与室315的计量出口312之间的液体经计量通道314和保留室入口402转移到保留室接收器406。

在加热时，含于稀释容器409中的稀释剂410被释放到保留室403中。所释放的液体410与含于保留室接收器406中的测定体积混合。一旦将稀释剂与测定体积混合在一起，总体积大得足以使稀释液接触用作爆破阀的出口405。因此，液体从容器409释放使液体在正确时间处于正确位置而且还重新启动流体回路系统。实际上，在加热液体容器前，来自室315的液体被保留在接收器406中。在这个特定实施方案中，保留室接收器使得计量出口爆破阀312具有高RPM爆破速率而且通过控制流体位置以帮助防止接触保留室出口阀405的方式帮助防止液体离开保留室。这种新颖流动解耦阀的机制使被动式计量出口爆破阀312从被动式出口阀405分离，从而在不需要复杂主动阀控下实现稳健流体控制。

在另一个实例实施方案中，液体容器409的相变材料411具有高于被保留在接收器406中的测定液体407和稀释剂410的密度。当被加热时，含于液体容器409中的液体410被释放到室403中。相变材料411将移动到稀释剂410与流体407的混合物下方并且置换所述混合物，从而使其与用作爆破阀的出口405接触。在这个特定实施方案中，一旦释放较高密度液体，便可排空保留室。

在一些实施方案中，可以将干试剂408储存在保留室403中。

比色皿、检测室和分配室

图14图示流体检测比色皿的布局的实施方案。在图14A的实例实施方案中，样品储液器601经由进入通道603、分配通道604和比色皿入口流体连接到一个或多个检测比色皿602a、比色皿602b和比色皿602c。在所示实例中，比色皿数量为三个。分配通道604的末端被流体连接到废料室605而且排放出口606位于分配通道604的末端附近。

在图14B的实例实施方案中，已将干试剂607a、干试剂607b和干试剂607c储存在各个比色皿602a、比色皿602b、比色皿602c中。干试剂可以是引物组、酶混合物、荧光探针和盐以实施酶促扩增方法和/或检测。被转移到比色皿中的流体将再悬浮干试剂。

在图14C所示的另一个实施方案中，可以将热敏相变材料608直接放置在每个比色皿内，例如，放置在干试剂607的顶部上。所述热敏相变材料608可具有比引入流体比重低的比重。例如，材料608的熔点高于50℃而且具有低于一的比重。在实例实施方案中，相变材料是蜡。在这个实施方案中，比色皿的体积减去相变材料的体积等于扩增反应的体积，其基本上介于5与100μl之间。在加热时，相变材料将熔化而且在向心力下将向上移动到比色皿入口610。在这个实施方案中，当被相变材料填满时，经过精心设计的比色皿入口将帮助防止蒸发和每个比色皿之间的交叉污染。

在图14D所图示的另一个实施方案中，废料室可以含有比重比样品比重小的热敏相变材料612。例如，材料的熔点高于50℃且具有低于1的比重。在实例实施方案中，相变材料是蜡。如图15所图示，当废料室605、分配通道604和比色皿602被加热611时，和当剩余液体609进入废料室605时，熔化的蜡612b在分配通道604内移动到比色皿入口的顶部上。

在另一个实施方案中，将相变材料612放置在废料中。将来自保留室的液体被引导到具有低于存在于废料中的相变材料的熔点的温度的分配道。

在实施方案中，将相变材料放置到比色皿和废料室中。在这个特定实施方案中，被放置到废料室中的相变材料612的熔点等于或低于被放置到比色皿中的相变材料608的熔点。

图16示出另一个实例实施方案，其中上述保留室403被流体连接到分配通道604。在实施方案中，分配通道的排放出口606和保留室的排放出口404可以任选在保留室403的排放出口404附近汇合成单个排放通道704。

图17示出另一个实例实施方案，其中样品端口303被流体连接到底可填充室315，其中所述室包括可易位构件307和硬珠粒308。所述底可填充室被连接到溢流室309和爆破阀计量出口312被流体连接到保留室入口402。保留室403含有如上所述的接收器406和液体容器409以允许进行流体稀释。被稀释的流体到达出口405并经由保留室403的爆破阀出口405被转移到比色皿602而且废料605含有蜡612。在这个实例实施方案中，干试剂607和蜡（未图示）被储存在比色皿中。比色皿、保留室和底可填充室的排放出口606、排放出口404和排放出口815被汇合到一起以允许整个流体回路系统经由单个排放端口816进行排放。

仪器的示例性配置

图18图示用以处理上述流体向心装置的实例仪器1000。在这个实例实施方案中，设备1000呈30cm宽×30cm深×20cm高。其包括基座1001、铰链盖1002和放置在离心机壳1004内的转子总成1003。放置在离心机壳1004内的转子总成1003在平行于仪器基座的平面内旋转。

图19更详细地示出仪器1000，尤其是位于基座1001内的组件。转子总成1003的转动是通过位于离心机壳1004下方的马达1005产生。控制器1008提供微处理器、存储器、电子部件和软件以控制仪器1000。在这个实例中，控制器提供硬线通信协议接口，如以太网、串行接口、数码I/O接口和模拟I/O接口。在这个实例实施方案中，触摸屏LCD1006提供用于操作嵌入控制器1008上的仪器软件的图形用户界面（GUI）。LCD利用串行通信协议与控制器通信。控制器利用串行链路与马达控制器1010和光信号采集板1011通信。将温度调节板1012连接到模拟输入和将激发源控制板1013连接到控制器1008的数字输出。

这个实例仪器1000提供多温度区控制以控制流体向心装置的受关注预定区域的温度。在这个实例实施方案中，将离心机壳1004、转子总成1003和盖1001设计成保证双区空气温度控制。

激发模块1007提供至少一个激发波长。激发光束路径上行以从底面激发在流体向心装置的比色皿内的荧光物质。

检测模块1009位于离心机壳的背部。检测模块1009容置收集由流体向心装置中的荧光物质所发射的在至少一个波长下的光的光学元件。在这个实例实施方案中，检测器是PMT。

仪器功能综述

所述仪器包括整合模块：马达1005、离心机壳1004、多区温度控制器2000、光学器件1014、控制器1008和人机界面1006。将明白图20所示的各个组件或模块的布局是示例性而非限制性。

离心机壳

将转子总成1003放置在离心机壳1004内，旋转以控制流体移动到流体向心装置1中。转子总成的转动是由马达1005产生。可以将转子总成永久地固定在离心机壳内或者可以从离心机壳移出以允许在将转子放置在离心机壳前将流体向心装置放置到转子上。转子总成可以在平行于仪器基座的平面中或在垂直于仪器基座的平面中旋转。转子总成的转速可以在0与10000RPM顺时针和/或逆时针之间变化，其中加速度介于0与20000RPM/s之间。例如，可以通过控制器1008自动实施转动序列。

可以将永磁体（未示出）放置在离心机壳内以磁性致动位于一些流体向心装置实施方案的底填充室中的可易位构件307。离心流体圆盘的磁学行为的实例已被Kido等人描述在“A novel,compact disk-likecentrifugal microfluidics system for cell lysis and samplehomogenization”，Colloids Surfaces B:Biointerfaces,58(2007)44-51中。

多区温度控制

仪器1000还允许多区温度控制器2000调控流体向心装置的预定受关注区域（ROI）1300、1302的温度。可以利用电阻技术（镍铬铁合金线、陶瓷加热器），使用或不使用风扇、热电（珀尔帖效应）技术、卤灯泡加热以及为相关技术人员已知的其它加热/冷却系统实现加热/冷却。

现在参考图21，流体向心装置的简化顶视图示意性图示两个ROI区域1300、1302。在这个实例实施方案中，所述两个ROI区域不重叠而且呈环形。可在特定时间点独立地实现不同ROI的加热/冷却。

再参考图20，加热器2001a和加热器2001b可以加热空气而且热空气将加热流体向心装置的选定ROI和因此加热流体。离心机壳1004可以包括绝缘结构以将热空气局限在离心机壳的各个隔间，从而确保流体向心装置ROI的温度控制。在每个隔间中的热空气的温度可以通过温度传感器测定。温度传感器可以是热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器（RTD）和为相关技术人员已知的其它温度传感器。可以在控制器1008上执行温度反馈回路控制以准确控制空气的温度。

在一些实施方案中，可使用风扇使热空气围绕ROI循环。或者或另外，风扇可以先将新鲜空气推给加热器加热，然后使其接触受关注ROI。

在一些实施方案中，至少一个排放口（未示出）允许热空气离开离心机壳的隔间。所述排放口可以短暂或永久打开。

在一些实施方案中，风扇2002可用于冷却流体向心装置的特定ROI。风扇可用于推送冷空气（室温）进入离心机壳的特定隔间以冷却流体向心装置的特定ROI。

在一些实施方案中，可以将流体向心装置的至少一个ROI保持低于35℃，同时加热另一个ROI使其介于25℃与99℃之间。

优选地，可以在控制器1008上执行温度反馈回路算法以实现流体向心装置的至少一个ROI的等温培养。或者或另外，可以执行温度反馈回路算法以在流体向心装置的至少一个ROI中实施热循环。

在一个实施方案中，可利用一个ROI的等温培养来控制核酸扩增抑制，更具体来说，控制PCR扩增的抑制。或者或另外，可以利用等温培养来加热相变材料。在更具体实施方案中，流体向心装置的受关注ROI包括至少上述流体向心装置实施方案的保留室。

在一个实施方案中，可以利用流体向心装置的至少一个ROI的等温培养实施等温核酸扩增。在更具体实施方案中，ROI包括上述流体向心装置实施方案的比色皿。

在另一个实施方案中，可以利用流体向心装置的至少一个ROI的热循环实施PCR扩增。在更具体实施方案中，ROI包括上述流体向心装置实施方案的比色皿。

现在参考图22，可以控制流体向心装置的更特定ROI2201、ROI2202a、ROI2202b、ROI2202c的流体温度。宜避免加热流体向心装置的非必要区域以将热质量减至最小和提高加热/冷却速率。每个特定ROI的温度可以通过使加热/冷却元件和温度传感器与流体向心装置转子的底面和/或顶面接触来加以控制。可以通过放置在马达与转子总成之间的滑环（未示出）将电力传输给加热元件。还可以通过滑环总成和/或无线方式传输温度传感器数据。

在另一个替代实施方案中，可将子控制器整合到转动转子总成中以将一个或多个加热元件的温度控制反馈回路直接安装到转子上。可以通过放置在转动电子板上的蓄电池、不转动零件与放置在转子上的电子板之间的电力传递或利用马达与转子之间的滑环接口将电力供给转动电子板。在这个子控制器与控制器1008之间的通信接口可以通过经滑环的串行通信、RF通信或任何无线传输模式执行。在一些实施方案中，可以测定流体向心装置的不同ROI的温度。可以在转动控制器上直接执行感测元件的调节和从模拟向数字的转换，从而避免模拟传感器信号传输通过滑环和消除噪音。这个实施方案适以校正酶促扩增反应，如PCR扩增。在替代实施方案中，可以利用转动控制器测定涂覆在流体向心装置的一个层上的电极的电信号。可以利用电极检测在流体向心装置的各个ROI中的液体存在。

图23图示双区空气温度控制。在这个实例中，有两个隔间：用以加热保留室403的隔间#11301和用以加热和冷却流体向心装置1的比色皿602区域的隔间#21303。通过由离心机壳1004、离心机壳分离壁1304、转子2底部、转子绝缘壁1305、卡环7、盖绝缘1307和盖绝缘壁1308界定的一组隔间将空气局限在每个区域中。可使用绝缘材料控制邻近和/或匹配组件之间的热传递和避免在离心机壳1004外发生不受控热通量。为了在每个隔间内产生热，将热元件1309a放置在流体向心装置下方的隔间#21303中，和将加热元件1309b放置在流体向心装置上方的隔间#11301中。将热电偶1310a和热电偶1310b放置在每个隔间内以测定各个隔间温度。在仪器1000中，在两个隔间中的加热元件是电阻加热线圈。为了控制隔间#21303的冷却速率，鼓风机3111推送室温空气进入隔间#21303。当鼓风机3111向内鼓吹空气时，出口闸3112被打开以将热空气逐出隔间#21303。在电子控制器1008上执行温度反馈回路算法以准确控制每个隔间的温度。这种配置使得两个隔间的空气加热速率为，例如，介于1至20℃/s之间。隔间#21303的空气冷却速率为，例如，介于0.1至20℃/s之间。可以执行控制反馈回路算法以实施流体向心装置的每个受关注区域的等温培养和热循环程序，如隔间#21303的PCR扩增。

光学器件

再参考图20，实例仪器1000的光学器件1014包括两个模块：激发模块1007和检测模块1009。这两个模块被配置成光学询问流体向心装置1中的液体1608。适宜测定在流体向心装置1的比色皿中的荧光物质。在一些实施方案中，可以将荧光光学器件用于实施实时PCR或实时等温检测。

在另一个实施方案中，光学器件1014只包括检测模块以询问在流体向心装置中的液体。

激发模块1007包括光源和机械及光学元件以按光谱和空间方式成形激发光束。可以将几个光源容置在激发模块中和可以将其输出耦合到单光束路径。或者，致动器可以允许在光源之间切换以在不同波长下激发荧光物质。在一个实施方案中，通过仪器的控制器1008自动实施波长选择和输出功率调节。

在一个实施方案中，光源是发光二极管（LED）。在另一个实施方案中，可以使用激光、卤灯或汞灯。

在一些实施方案中，激发模块1007含有1个至6个LED以在1个至6个不同波长下激发荧光物质。在耦合到单个光束路径前，可以通过单带通干涉滤光片按照光谱过滤每个LED。或者，可以在耦合到单个光束路径后使用多带通干涉滤光片过滤LED。

检测模块1009包括光学元件以收集由流体向心装置内的受关注物质所发射的光。光学元件可以是用以按照空间方式将所收集的光定形到光检测器的透镜、用以选择对应于荧光物质的发射光谱的波长带的干涉滤光片。在一个实施方案中，所述检测器是PMT。在另一个实施方案中，检测器可以是光二极管。

在一些实施方案中，所述检测模块可以在单个检测器上检测1个至6个不同波长。可以通过单带通干涉滤光片过滤每个波长和致动器可以允许在滤光片之间切换以按顺序检测荧光物质。或者，可以使用多带通干涉滤光片以避免需要致动器来切换波长。在这种情况中，所有波长将由检测器同时检测。需要利用激发模块按顺序激发荧光物质以区分每种物质。例如，通过控制器1008自动实施这个任务。

图24图示图示示意性截面视图，其图示根据本发明实施方案的激发模块1007。在这个实施方案中，光束组合器1607主要由两个LED1601a和LED1601b、两个源透镜1602a和源透镜1602b、两个激发滤光片1603a和激发滤光片1603b、二向色镜1604、小孔1605和投射透镜1606a和投射透镜1606b组成。在经透镜1602a聚焦后，来自LED1601a的光被滤光片1603a按光谱过滤。随后，光经过二向色分光器1604且透镜1602a的焦点是在小孔1605处。由LED1601b发射的光是利用透镜1602b和滤光片1603b成形和过滤并且还通过分光器1604的反射被聚焦到小孔1605上。小孔1605按照空间方式过滤从两个LED1601a和LED1601b发射的光。随后经由一对透镜1606a和透镜1606b将光投射到流体向心装置1的样品1608以激发荧光物质。

图25图示实例LED1601a和LED1601b、滤光片1602a和滤光片1602b和分光器1604的光谱特性。分光器的光谱特性允许组合具有分别在471nm和590nm下的峰功率的蓝色LED和琥珀色LED。这种光谱布局十分适合激发常用于实时PCR扩增中的羧基荧光素（5-FAM）和/或Texas。

现在参考图26，示意性侧截面视图图示实例检测模块，其用以收集由位于流体向心装置1中的样品1608的受关注荧光物质在两个波长下所发射的光。所发射的荧光被收集并由物镜1801准直化。随后，在通过具有对应于荧光物质的发射光谱的两个透射带的干涉滤光片1802按光谱过滤后，两个圆柱形透镜1803和透镜1804将荧光光束路径1807分别成形在两个平面中。随后通过矩形小孔场阑1805和PMT1806的矩形光电阴极按空间方式过滤光束。

图27图示双带滤光片的光谱特性。这种光谱配置允许透射集中在524nm和628nm处。这种配置十分适合检测常用于实时PCR扩增中的5-羧基荧光素（5-FAM）和Texas

。此外，这个模块可根据预期应用的需要具有几种配置。

图28示出具有5个透射带的更复杂光谱特性：[420至460nm]、[510至531nm]、[589至623nm]、[677至711nm]和[769至849nm]。这种多带通滤光片十分适合依序检测以下五种染料：AlexaFluor350、5-羧基荧光素（5-FAM）、Texas、Cy5和Alexa750。

用于热循环扩增的测试方法

图29图示使用仪器1000和图17的实例流体向心装置实施生物材料的样品制备、控制潜在抑制剂和进行实时PCR检测的实例工作流程。这个流程图列出实例温度、持续时间、速度和步骤。

第一步骤1201是将生物样品装载到摄取接收器5中。随后，将流体向心装置放置到仪器中并按下开始按钮1202。从这时开始，仪器将接管整个过程。转动将在速度#11203开始以将液体从摄取接收器5转移到细胞溶解室315和将一部分样品排到溢流室309中。转动速度将变为速度#21204以使易位构件307在底可填充细胞溶解室中移动。当流体向心装置在永磁体上转动时，放置在转子2下方的永磁体建立波动磁场。在一段预定时间后，将转动再变为速度#31205以澄清溶胞产物和使计量出口312爆破。

将计量体积转移到保留室接收器406中。在步骤1206，将转动再变为速度#4。加热隔间#1以使流体向心装置的ROI#1达到95℃并维持，例如，3分钟以控制存在于生物样品中的潜在抑制剂。这个加热还会熔化液体容器蜡帽411以将稀释剂410释放到保留室403内。应注意如果需要，则通过例如启动鼓风机将仪器的隔间#2和流体向心装置的ROI#2保持在低于35℃的温度下。

在步骤1206结束时，将溶胞产物基本上充分地与稀释剂混合并准备转移到分配通道和比色皿602中。在步骤1207，通过加热隔间#2，使ROI#2达到高于50℃的温度，例如以熔化在废料室605中的蜡608并通过将转动变为速度#3来实现所述转移。稀释液储液器出口405爆破而且液体被转移到比色皿602中以再悬浮预储存的PCR干试剂607。在步骤1208，将转动速度变为速度#4和通过加热隔间#2，使得流体向心装置的ROI#2达到94℃，然后视所使用的特定试剂维持例如3至10分钟，从而活化含于试剂607中的热启动酶。

在这段时间内，加热区#1自然冷却到约45℃的温度。保持转动速度#4，启动实时PCR循环协议1209。使隔间#2的温度循环，以使ROI#2的温度在约95℃、56℃和72℃之间循环，并分别维持1至15秒、0至15秒和1至20秒。在每个72℃循环结束时，同时或依序在1个至6个不同激发/检测波长下实施荧光度测定。完成35次至45次循环。随后分析实时-PCR荧光度曲线，和通过计算机算法解释。将结果记录在数据库中和任选地传输给测试操作人员或医师。

图30A图示在图29所描述的有关实例实施方案中ROI#1和ROI#2的转动速度谱、热温度谱。图30B图示在实时PCR前的时期和图30C图示3个实时PCR检测循环。

在另一个实施方案中，所述仪器可以交替地进行样品制备和实时等温检测。所使用的等温扩增可以是但不限制于RMA（核糖核酸酶介导扩增）、HDA（解旋酶依赖扩增）、RPA（重组酶聚合酶扩增）和SPIA（单引物等温扩增）、LAMP（环介导等温扩增）、SDA（链置换扩增）、NASBA（核酸序列型扩增）、wGA（全基因组扩增）、pWGA（引发酶型全基因组扩增）、ICAN（等温和嵌合引物诱发核酸扩增）、EXPAR（指数式扩增反应）、NEAR（切口酶扩增反应）、RCA（滚环扩增）、TMA（转录介导扩增）。

相关技术人员将明白可以设想制造出具有特定应用的多个流体向心装置，从而允许样品体积限定、样品均质化、样品细胞溶解、样品测量、样品稀释、样品混合和样品检测。

用于等温扩增的测试方法

在图29所图示的流程图的替代实施方案中，修改步骤1207、步骤1208、步骤1209和步骤1210以实施生物材料的样品制备、控制潜在抑制剂和检测实时等温扩增。在更特定实施方案中，等温实时扩增是实时重组酶聚合酶扩增（实时RPA）。

步骤如下：将生物样品装载到摄取接收器5中。随后，将流体向心装置放置到仪器中并按下开始按钮。从这时开始，仪器将接管整个过程。转动将从速度#1开始以将液体从摄取接收器5转移到细胞溶解室315和将一部分样品排泄到溢流室309。转动速度将变为速度#2以使易位构件307在底可填充细胞溶解室内移动。当流体向心装置在永磁体上转动时，放置在转子2下方的永磁体建立波动磁场。在一段预定时间后，将转动变为速度#3以澄清溶胞产物和使计量出口312爆破。

将计量体积转移到保留室接收器406中。将转动再变为速度#4。加热隔间#1以使流体向心装置的ROI#1温度处于95℃，并维持例如3分钟，以控制存在于生物样品中的潜在抑制剂。这种加热还将熔化液体容器蜡帽411以将稀释剂410释放到保留室403内。应注意例如如果需要则通过启动鼓风机将隔间#2保持在较低温度下以使ROI#2保持在低于35℃的温度下。

将溶胞产物基本上充分与稀释剂混合并在等于或低于42℃的温度下冷却和准备转移到分配通道和比色皿602中。在这个实施方案中，稀释剂是水和镁。通过将隔间#2保持在使得ROI#2保持在37至42℃的温度下，和通过将转动变为速度#3来完成转移。稀释液储液器出口405爆破而且液体被转移到比色皿602中以再悬浮预储存的PCR干试剂607。在这个实施方案中，干试剂607包括RPA荧光探针、引物、重组酶、聚合酶、核酸外切酶、拥挤剂、GP32、uvsY和uvsX。将转动速度变为速度#4和加热隔间#2以使ROI#2达到37至42℃。

在这段时间内，加热区#1自然冷却到低于45℃的温度。每隔几分钟同时或依序在1个至6个不同激发/检测波长下实施荧光度测定。在20分钟后终止扩增步骤。随后分析实时-RPA荧光信号，和通过计算机算法解释。将结果记录在数据库中和任选传输给测试操作人员或医师。

在另一个实施方案中，所述仪器可以交替地进行样品制备和实时等温检测。所使用的等温扩增可以是但不限制于RMA（核糖核酸酶介导扩增）、HDA（解旋酶依赖扩增）、RPA（重组酶聚合酶扩增）和SPIA（单引物等温扩增）、LAMP（环介导等温扩增）、SDA（链置换扩增）、NASBA（核酸序列型扩增）、wGA（全基因组扩增）、pWGA（引发酶型全基因组扩增）、ICAN（等温和嵌合引物诱发核酸扩增）、EXPAR（指数式扩增反应）、NEAR（切口酶扩增反应）、RCA（滚环扩增）、TMA（转录介导扩增）。

相关技术人员将明白可以设想制造出具有特定应用的多个流体向心装置，从而允许样品体积限定、样品均质化、样品细胞溶解、样品计量、样品稀释、样品混合和样品检测。

实例1

以下实例是用于说明而且不希望加以限制。

这个实例关于检测来自孕妇阴道-肛门拭子的B组链霉菌属的存在。

针对这个实例的目的所使用的流体向心装置具有图1C中所描述的外部形状而且主要由图17中所示出和描述的流体元件组成。

表1.流体向心装置结构的细节的概述

利用以下协议制作液体容器：用热胶封闭塑性细管的一个末端；装载140μl PCR处理水；用熔化石蜡密封容器。

利用以下协议组装流体向心装置：将顺磁性圆盘放置在细胞溶解室中；装载60μl玻璃珠浆料；将2μl引物装载到每个比色皿中；装载0.5μl水解探针；在真空下将所述浆料和引物干燥过夜；将液体容器放置到保留室中；将低熔点石蜡分散在废料室中。

在氩气氛围下的手套箱中完成以下步骤：将一颗OminiMix HS珠放置在每个检测比色皿中；利用压敏粘性材料将薄底层粘合到流体层；将经组装的流体向心装置放置在具有干燥剂的铝袋中并密封所述袋。

实验

在临床研究期间，利用以600μl Tris EDTA10mM（TE）填充的临床包装速动阀技术从孕妇收集阴道/肛门拭子。

用600μl TE再悬浮拭子后，将170μl量的拭子稀释液直接放置到上述流体向心装置的摄取接收器中。

将流体向心装置放置到仪器中并在双区温度控制仪器中执行关于样品制备的以下协议。

用于这个实例中的计量参数、细胞溶解和PCR抑制剂的控制如下：

表2.底可填充室装载

表3.细胞溶解步骤

表4.澄清步骤和转移到保留室接收器

表5.PCR抑制剂控制

步骤	参数	条件
			7	加速	速度-600RPM，加速度50RPM
8	加热区#1	温度110℃，180s
			9	等待	20s

表6.PCR比色皿填充

随后将流体向心装置转移到被专门设计成在RotorGene上工作以利用以下条件处理实时PCR的合适转子上。

表7.处理条件

循环		循环点
			保持	在94℃，3分钟
循环（45）		步骤1在95℃，保持20s
					步骤2在56℃，保持60s
		步骤3在72℃，保持30s

结果：

发现拭子对GBS存在在28.30的CT下的检测呈阳性。

实例2

以下实例是用于说明而且不希望加以限制。

这个实例关于一种流体向心装置的实例实施方案的用途，其用于检测孕妇阴道-肛门拭子中B组链霉菌属的存在。

针对这个实例的目的所使用的流体向心装置具有图1C中所描述的形状而且主要由图17所示出和描述的流体元件组成。

表8.流体向心装置结构的细节的概述

利用以下协议制作液体容器：装载120μl PCR稀释剂液体；用热胶箭头BAP5-4密封异质同晶聚合物管。

利用以下协议组装流体向心装置：将顺磁性圆盘放置在细胞溶解室中；装载60μl玻璃珠浆料；将4.6μl PCR试剂装载到每个比色皿中；在热和真空下干燥浆料和PCR试剂；将液体容器放置在保留室中；将低熔点石蜡分散在废料室中。

将预组装层9795R/467MP/聚碳酸酯粘合到流体层并利用具有90in.lbs的扭矩的压力机施加压力。将经组装的流体向心装置放置在具有干燥剂的铝带中并密封所述袋。

实验

在临床研究期间，利用以600μl Tris EDTA10mM（TE）的医疗包装速动阀技术从孕妇收集阴道/肛门拭子。

用600μl TE再悬浮拭子后，将170μl拭子稀释液直接放置在上述流体向心装置的样品摄取接收器中。

将流体向心装置放置到仪器中和在双区温度控制仪器中执行关于样品制备的以下协议。

用于这个实例中的测量参数、细胞溶解和PCR抑制剂的控制如下：

表9.底可填充室装载

表10.细胞溶解步骤

表11.澄清步骤和转移到保留室接收器

表12.通过加热和流体稀释控制PCR抑制剂

表13.PCR比色皿填充

随后将流体向心装置转移到被专门设计成在RotorGene上工作以利用以下条件处理实时PCR的合适转子上。

表14.热循环条件

循环		循环点
			保持	在94℃，3分钟
循环（45）		步骤1在97℃，保持20s
					步骤2在58℃，保持20s
		步骤3在72℃，保持20s

结果：

发现拭子对GBS存在在CT介于27与32之间的检测下呈阳性。

实例3

以下实例是用于说明而且不希望加以限制。

这个实例是关于一种流体向心装置的实例实施方案的用途，其用于检测人类面颊拭子样品中的人β-球蛋白基因、人尿液样品中的大肠杆菌（Escherichia coli）和人类鼻拭子样品中的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（Staphyloccus aureus）（MRSA）的存在。

表15.针对不同检验选择的扩增引物和检测探针的列表

Taqman-LNA探针中的小字^a表示锁定核酸（LNA^TM）。

表16.流体向心装置结构的细节的概述

针对这个实例的目的所使用的流体向心装置具有图1C所描述的外部形状而且主要由图17所示出和描述的流体元件组成。

针对这个实例的目的所使用的流体向心装置含有表16中所列出的组件。

利用以下协议制作液体容器：装载120μl PCR稀释剂液体；用热胶箭头BAP5-4密封异质同晶聚合物管。

利用以下协议组装流体向心装置：将顺磁性圆盘放置在细胞溶解室中；装载60μl玻璃珠浆料；将4.6μl PCR试剂装载到每个比色皿中；在热和真空下干燥浆料和PCR试剂；将液体容器放置在保留室中；将低熔点石蜡分散在废料室中。

将预组装层9795R/467MP/聚碳酸酯粘合到流体层并利用具有90in.lbs的扭矩的压力机施加压力。

实验

利用以600μl Tris EDTA10mM（TE）填充的具有速动阀技术的医疗包装拭子从自愿者收集面颊擦拭拭子。使拭子与面颊内壁接触并打旋30秒。将拭子放回到其套管中并破坏速动阀以释放600μl TE。等待5分钟后，将拭子旋动1分钟。将这个悬浮稀释样品用于测试。

将从病患收集的尿液样品以1/56稀释在TE中。将这个稀释样品用于测试。

在临床研究期间，从自愿者收集鼻拭子并再悬浮在600μl TE中。将这个悬浮稀释样品用于测试。

将140μl体积的稀释样品直接放置到上述流体向心装置的样品摄取接收器中。

将流体向心装置放置到仪器中并执行根据表9、表10、表11、表12和表13的协议。

在一些测试中，在步骤8暂停和恢复协议以检查流体在保留室接收器中的位置。

视检验在表17或表18所列出的条件下实施热循环。

表17.用于β-球蛋白检验的热循环条件

循环		循环点
			保持	在94℃，3分钟
循环（45）		步骤1在95℃，保持5s
					步骤2在55℃，保持15s
		步骤3在72℃，保持20s

表18.用于UTI和MRSA检验的热循环条件

循环		循环点
			保持	在99℃，3分钟
循环（45）		步骤1在95℃，保持20s
					步骤2在61℃，保持40s
		步骤3在72℃，保持40s

结果：

内部对照不存在或只具有极低样品抑制。通过另一个测试方法已知含有标靶DNA的所有样品实际上经流体向心装置检测为呈阳性，而且类似地，已知对标靶DNA呈阴性的样品经流体向心装置检测为阴性。

这个实例说明用于检测来自各种不同生物样品和细胞的核酸的本发明流体向心技术具有多种功能。还成功测试被稀释的排泄物样品以检测导致痢疾的细菌病原体。

实例4

以下实例是用于说明而且不希望加以限制。

这个实例是关于流体向心装置的实例实施方案和更具体来说本发明的底可填充室和其它元件的用途，其用以浓缩细胞和微生物。

表19.流体向心装置结构的细节的概述

针对这个实例的目的所使用的流体向心装置具有图1C所描述的外部形状而且主要由图17所示出和描述的流体元件组成。

针对这个实例的目的所使用的流体向心装置含有表19所列出的组件。

利用以下协议组装流体向心装置：将顺磁性圆盘放置在细胞溶解室中；装载60μl玻璃珠浆料；在真空下将浆料干燥过夜；将预组装层9795R/467MP/聚碳酸酯粘合到流体层并利用具有90in.lbs的扭矩的压力机施加压力。

实验

将10μl（10⁵菌落形成单元；CFU）粪肠球菌（Enterococcusfaecalis）的稀释培养物与190μl TE混合。

将200μl混合物直接放置到上述流体向心装置的样品摄取接收器中。

将流体向心装置放置到仪器中和根据表9和表10执行以下协议。

通过移除压敏层拆卸流体向心装置，从而可以采集在底可填充室和在溢流室中的液体并稀释以对存在于每个室中的细菌细胞实施平皿计数。

结果：

平皿计数显示在底可填充室中的细菌细胞的数量比存在于溢流室中的细菌细胞的数量多1.5至3倍。

上述实施方案希望只为示例性的。因此，本发明的范围只受随附权利要求限制。

Claims (25)

1.一种用于测试流体中生物材料的组分的流体向心装置，所述流体向心装置具有适合被接收在可转动固定器内的形状，所述可转动固定器具有转动中心和外边缘，所述流体向心装置呈放射状在所述转动中心与所述外边缘之间延伸，所述流体向心装置的内侧位于朝向所述转动中心并且所述流体向心装置的外侧位于朝向所述外边缘，所述设备包括：

流体组件层，其具有在至少前面上的流体特征件，所述流体特征件包括

用于循环所述流体的进入通道，所述进入通道被耦接到室入口；

底可填充室，其被耦接到在所述室入口处用于接收所述流体的所述进入通道，所述室入口被提供在所述底可填充室的外侧；和

底组件层，其被粘合到所述流体组件层的后面，从而建立使所述流体在向心力下从中流过的流体网络。

2.根据权利要求1所述的设备，其还包括用于接收所述流体的摄取接收器，所述摄取接收器从所述流体组件层在所述流体组件层的前面向外延伸并位于所述内侧附近，所述摄取接收器终止于摄取接收器出口，所述进入通道被耦接到在与所述室入口相反的末端处的所述摄取接收器出口。

3.根据权利要求1和权利要求2中任一项所述的设备，其中所述底可填充室包括至少一个可易位构件，其响应外部波动磁场在所述底可填充室内易位。

4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的设备，其中所述底可填充室包括至少一个不响应波动磁场的物件并且其中所述物件是珠粒、沸石、颗粒、过滤颗粒、玻璃珠、锆珠、树脂、珠粒与树脂浆料中的至少一种。

5.根据权利要求3至权利要求4中任一项所述的设备，其中所述物件和所述可易位构件中的至少一个被适合与所述流体的组分相互作用的螯合材料和配体材料中的至少一种涂覆。

6.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的设备，其还包括被耦接到所述底可填充室的剩余出口的溢流室，所述剩余出口允许一部分所述流体从所述底可填充室离开流入所述溢流室，其中所述剩余出口被提供在在所述底可填充室的纵向侧面上所述底可填充室的所述内侧附近。

7.根据权利要求6所述的设备，其还包括所述底可填充室的离开出口，所述离开出口允许所述流体从所述底可填充室离开，其中所述离开出口位于所述底可填充室的所述一个纵向侧面上，所述离开出口比所述剩余出口更靠近所述底可填充室的所述外侧，所述底可填充室的计量体积被限定在所述离开出口与所述剩余出口之间。

8.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的设备，其还包括所述底可填充室的离开出口，所述离开出口允许所述流体从所述底可填充室离开，其中所述离开出口位于所述底可填充室的一个纵向侧面上。

9.根据权利要求7和权利要求8中任一项所述的设备，其还包括在所述离开出口处的爆破阀，所述爆破阀在施加在所述设备上的预定向心力下打开，所述爆破阀防止所述流体在所述打开前离开所述底可填充室。

10.根据权利要求7至权利要求9中任一项所述的设备，其还包括保留室，所述保留室被耦接到在所述保留室内侧处的所述离开出口，所述保留室位于比所述底可填充室更靠近所述流体组件层的所述外侧，其中所述保留室是通过计量通道耦接到所述离开出口，所述计量通道是用于将至少一部分所述流体从所述底可填充室循环到所述保留室。

11.根据权利要求10所述的设备，其还包括容器，其被整个提供在所述保留室中而且含有液体稀释剂，所述容器适合将所述液体稀释剂保持在所述容器中并在向所述容器施加外力时将所述液体稀释剂释放到所述保留室中，其中所述外力是机械、电、电磁、热、冲击和声音力中的一种，从而恢复在所述保留室中的所述液体稀释剂与所述流体之间的流体连接。

12.一种用于测试流体中生物材料的组分的流体向心设备，所述流体向心装置具有适合被接收在可转动固定器内的形状，所述可转动固定器具有转动中心和外边缘，所述流体向心装置呈放射状在所述转动中心和所述外边缘之间延伸，所述流体向心装置的内侧位于朝向所述转动中心和所述流体向心装置的外侧位于朝向所述外边缘，所述设备包括：

流体组件层，其具有在至少前面上的流体特征件，所述流体特征件包括

用于循环所述流体的进入通道，所述进入通道被耦接到摄取接收器出口；

保留室，所述保留室经所述摄取接收器出口耦接到所述进入通道以将所述流体接收到所述保留室；

容器，其被整个提供在所述保留室中且含有液体稀释剂，所述容器适合将所述液体稀释剂保持在所述容器中并在向所述容器施加外力时将所述液体稀释剂释放到所述保留室中，其中所述外力是机械、电、电磁、热、冲击和声音力中的一种，从而恢复在所述保留室中的所述液体稀释剂与所述流体之间的流体连接；和

底组件层，其被粘合到所述流体组件层的后面，从而建立使所述流体在向心力下从中流过的流体网络。

13.根据权利要求11所述的设备，其中所述保留室具有用于接收所述流体的流动解耦接收器，其中所述流动解耦接收器位于所述保留室的所述外侧，所述流动解耦接收器中断所述摄取接收器出口与所述保留室的分配出口之间的流体连接。

14.根据权利要求11和权利要求12中任一项所述的设备，其中所述流动解耦接收器包括干反应物。

15.根据权利要求10至权利要求12中任一项所述的设备，其中所述保留室具有用于所述保留室的分配出口，所述分配出口位于所述保留室的外侧，所述分配出口被耦接到横向分配通道，在所述横向分配通道的内侧，在所述分配通道的第一横向末端，所述横向分配通道具有被提供在所述横向分配通道的外侧的一系列至少一个比色皿。

16.根据权利要求13所述的设备，其中所述比色皿中的至少一个包括干试剂和相变材料中的至少一种。

17.根据权利要求13至权利要求14中任一项所述的设备，其中所述比色皿适合针对至少一个参数进行光学询问，所述参数是荧光度、吸光度和色度中的一个。

18.根据权利要求13至权利要求16中任一项所述的设备，其中所述横向分配通道包括在所述分配通道的第二横向末端处的废料室。

19.根据权利要求17所述的设备，其中所述废料室包括相变材料。

20.根据权利要求20所述的设备，其中所述分配通道、所述比色皿和所述废料室被提供在延伸超出所述可转动固定器的所述外边缘的部分所述流体组件层上。

21.根据权利要求20至权利要求21中任一项所述的设备，其中所述流体组件层适合分为至少两个不同温度可控区段，其中所述两个不同温度可控区段中的第一个至少包括所述保留室和所述两个不同温度可控区段中的第二个至少包括所述分配通道和所述比色皿。

22.一种用于测试流体中生物材料的组分的流体向心设备，所述流体向心装置具有适合被接收在可转动固定器内的形状，所述可转动固定器具有转动中心和外边缘，所述流体向心装置呈放射状在所述转动中心与所述外边缘之间延伸，所述流体向心装置的内侧位于朝向所述转动中心和所述流体向心装置的外侧位于朝向所述边缘，所述设备包括：

流体组件层，其具有在至少前面上的流体特征件，所述流体特征件包括

用于接收所述流体的摄取接收器，所述摄取接收器从所述流体组件层，在所述流体组件层的前面向外延伸且位于所述内侧附近，所述摄取接收器终止于摄取接收器出口；

用于循环所述流体的进入通道，所述进入通道在一个末端处耦接到所述摄取接收器出口且在另一个末端处耦接到室入口；

底可填充室，其被耦接到在所述室入口处用于接收所述流体的所述进入通道，所述室入口被提供在所述底可填充室的外侧；和

保留室，所述保留室被耦接到所述底可填充室以将所述流体接收到所述保留室中；

所述保留室的分配出口，所述分配出口位于所述保留室的外侧；

横向分配通道，其具有被提供在所述横向分配通道的外侧处的一系列至少一个比色皿，所述分配出口被耦接到所述横向分配通道，在所述横向分配通道的内侧，在所述分配通道的第一横向末端，

废料室，其在所述分配通道的第二横向末端；和

底组件层，其被粘合到所述流体组件层的后面，从而建立使所述流体在向心力下从中流过的流体网络。

23.一种使用流体向心装置测试流体中生物材料的组分的测试设备，所述设备包括：

根据权利要求1至权利要求22中任一项所述的所述流体向心装置中的至少一种，

转子总成；

固定器，其用于接收使用所述流体组件层的所述流体向心装置中的所述至少一种，所述固定器被耦接到所述转子；

马达，其用于转动所述转子总成；

所述马达的速度控制器，其用于控制所述转子总成的转动持续时间和速度中的至少一个；

温度调节子系统，其用于控制至少一部分所述微流体向心装置的温度；

检测子系统，其用于检测所述流体的特性；

用户界面，其用于接收用户命令和将命令发送给所述速度控制器、所述温度调节子系统、所述激发子系统和所述检测子系统中的至少一个。

24.根据权利要求23所述的测试设备，其中所述温度调节子系统控制所述流体向心装置的至少两个区的温度。

25.一种使用流体向心装置以测试流体中生物材料的组分的测试方法，所述方法包括：

提供根据权利要求1至权利要求22中任一项所述的所述流体向心装置中的至少一种；

提供根据权利要求23至权利要求24中任一项所述的测试设备；

提供具有生物材料的流体；

将所述流体装载在所述流体向心装置的所述摄取接收器中；

将所述流体向心装置放置在所述测试设备的所述固定器中；

提供用户命令以开始测试序列；

在第一速度下转动所述转子总成以将所述流体从所述摄取接收器转移到所述底可填充室。

Images