CN104136123A - 微流体反应器系统 - Google Patents

Abstract

一种用于将固相平面基底例如载玻片可操作地耦合至微流体回路并使结合到所述平面基底的表面的有机物进行一种或多种反应的紧凑装置。典型的反应包括结合、染色和/或标记反应。在使用中，形成密封的反应室，所述腔室封装有机物以及所述固相基底的至少一部分。在固相基底之间的密封腔室中的顶部空间通常是微流体尺寸的，并且隔膜泵部件用于喷射、交换和/或混合所述腔室中的流体。

Description

微流体反应器系统

技术领域

本发明涉及生物测定的通常领域，更特别地涉及一种用于在固相基底上进行细胞、酶、化学和分子生物学过程的微流体装置，所述固相基底通常为载玻片。

背景技术

在护理点(例如，在偏远地区，在医生的办公室内，以及在医院内的床边)检测生物标记物具有提供实时诊断信息，提高病人护理效果，减少样本数量，并从广泛范围的生物样本中提供分析信息的潜力，其中许多样本可相对非侵入地获得。

与在微流体装置测试形式内临床测定的显影相关的共同受让专利和专利申请包括PCT公开号WO200201184(“在微流体结构中的流体混合”)，美国专利号6743399(“无泵的微流体”)，美国专利号6488896(“微流体分析筒”)，美国专利申请公开号20050106066(“用于流体操作和分析的微流体装置”)，美国专利申请公开号20020160518(“微流体沉降”)，美国专利申请公开号20030124619(“微尺度扩散免疫测定”)、美国专利申请公开号20030175990(“微流体通道网络装置”)，美国专利申请公开号20050013732(“用于微流体操作，流体的放大和分析的方法和系统，例如，细菌测定和抗球蛋白测试”)，美国专利号6581899(“在微流体结构中使用的阀”)，以及PCT公开号WO2007/064635(“微流体细胞捕获和混合回路”)，所有这些的全部内容物在此通过参考并入本文。同样通过参考并入本文的是涉及微流体阀结构的美国专利号6729352。

毛细管作用已被证明用于设计小型一次性诊断装置，如在例如美国专利号5415994，美国专利号5658723和PCT公开号WO199633399中所讨论的。然而，为了提高灵敏度，在亲和捕获中的混合可能有帮助。然而，混合小容积并非没有独特的问题。例如，在美国专利号6468807，6916113，6872566和6729352(其描述了一种“狭缝混合机”)中以及同样在哈特等(“在微反应器和μTAS领域内应用的被动微混合器”，微观流体纳米流体，2005年第1卷108-118页)中不同地解决了在微容积内混合的问题。

进一步的现有技术包括由生微系统销售以及在PCT公开号WO2003015923，美国专利申请公开号20050019898以及美国专利号7223363中描述的混合器。这些公开的教导特别地涉及使用一对安装在直线微流体腔室两端的柔性气囊以及用于将该腔室密封到载玻片的垫圈组件。给出了优选的尺寸，并且权利要求通常涉及带有平行侧面的直线腔室。特别地，腔室的高度通常为10到500μm并且相对于长度和宽度，高度很小。腔室壁被选定为光滑的且与流体的轴线平行运行，以避免夹带气泡和降低混合效率。美国专利号5100626和6303389也教导了平行的通道壁。

在美国专利号6326211中用声波降解法以及在美国专利号6309875中用混合实现了混合。同样参见PCT公开号WO200201184和WO200170381，以及美国专利号6287850，6272939，6158712，5922591和5639428。然而，这些方法取决于相对大量的样品容积，大的杂交室以及不易适用于护理点的不便或复杂的设备。同样具有相关意义的，美国专利号5718567描述了一种带有止回阀和钛膜的微尺度隔膜泵，Pelrine的美国专利号7052594描述了一种在微流体泵中使用的电活性隔膜，以及Koh的美国专利号6843263描述了带有“变形腔室”的微流体卡，具有弹性薄膜盖部以及机械致动器，该膜用于密封主体以及该机械致动器用于使该膜变形并在该主体内移动流体塞，依靠膜的弹性并打开排气以产生流体塞的相互流动。包含有害样本的打开排气系统的增压是美国专利号5718567的教导的严重缺点。

然而，在考虑使用临床标本的一次性的基于微流体装置的测定中，完全关闭的“单独进入”系统的设计没有充分地解决。由于与使用潜在感染的人类样本有关的污染危害，用垫圈密封设备再密封地进入该装置通常是完全不可接受的。此外，测定格式必须坚固并且容易适于与广泛的生物标记一起在自动和手动测定中在护理点使用。为了实现这些目的，需要在微容积的混合领域进一步改进。

同样需要的是与固体平面的基底柔顺的装置，如载玻片，所述载玻片经常用于安装，着色并检验组织标本、细胞标本，并筛选DNA和蛋白质序列，然而不限于此，其中需要促进在可具有微流体尺寸的标本上的薄流体层内的混合。

因此，尽管本领域中存在进展，但本领域仍需要满足上述条件的微流体装置。本发明解决了这些需求并提供了进一步的相关优点。

发明内容

材料和小型化上的优点现在允许这些测定适应于用于基于微流体生物测定的新一代装置；这些可被格式化为手持盒(也称为“卡”)，或者为用于自动或半自动的、机器辅助测试的盒。基于微流体装置的测定允许小容积的采样，护理结果来自广泛种类的生物流体和实时样本，并且可选地，与盒单一使用反应物包一起使用的，或者完全独立地以及完全手工操作的测定盒。

在微流体装置格式中提供完整的酶联免疫吸附测定(ELISA)系统用于检测广泛范围生物标记分子。这种装置通常是一次性的和低成本的。适于坚固微流体装置格式的生物测定包括固相亲和-捕获测定，如基于抗体/抗原，抗原/抗体，抗体/蛋白质A，糖酸聚合物/凝集素，以及通常，信号分子/受体作为目标：亲和-捕获对。优选的用于ELISA的固相亲和-捕获测定系统包括抗体/抗原，抗原/抗体，抗体/蛋白质A，链霉抗生物素蛋白/抗生物素蛋白，以及组氨酸/NTA目标：亲和-捕获对。酶联抗体，抗原、链霉抗生物素蛋白和富含组氨酸蛋白通常可用或可合成技术闻名的艺术。探测系统免疫亲和捕获和标签或目标生物标记的放大信号包括，例如，酶联抗体，抗原，链霉抗生物素蛋白以及富含组胺酸蛋白通常可获得或可由本领域已知的技术合成。用于免疫亲和捕获以及目标生物标记信号的标记和扩增的检测系统包括，例如，酶联轭合物和显色基底(免疫显色和ELISA类型检测)，链霉抗生物素蛋白-酶轭合物(再次与ELISA类型或免疫显色检测一起)，抗体偶联珠粒，抗原偶联珠粒(免疫沉淀或凝集类型的检测)，蛋白质A偶联珠粒，链霉抗生物素蛋白偶联珠粒，以及酶-或者珠粒-轭合的蛋白质-组氨酸-镍螯合物。用于标记的珠粒可以是有色的，荧光的，发光的，标记有射频发射器，或被标记这样可很容易地检测到结合或凝集。滴定和结合中和测定还提供可检测的端点。本文所披露的基于微流体装置的免疫测定也预期了在亲和浓度步骤或混合中使用磁珠。

根据需要用固相亲和捕获剂以及用反应物来接触目标分析物的小容积混合是用隔膜泵完成的，在此称为“隔膜泵”，用于在亲和捕获位置上产生往复流动，其放置在一对这种泵之间。停滞的液体通过利用被定位在泵和中央腔室之间包含亲和捕获位置的“流体收缩”或“流体聚焦”孔破碎，消除了对叶轮的需要并减少了培养时间。平均流速通过聚焦孔增加，导致湍流或帮助混合的近湍流的出口卷流微涡流特性，到微米级的Penberthy喷射的创新性适应。在本文中该混合方法是指“微喷射混合”或“喷射混合”。通过在微流体装置的主体内配对隔膜泵，该系统可在操作过程中完全地封闭(不排气地)，一种对操作者接触该装置内容物有用的预防措施。

作为一种装置或设备，本文所披露的是第一波纹管的组合泵流体地连接的第一流压缩孔测定腔室和反对第二隔膜泵流体地连接第二流压缩孔测定腔室，其中隔膜泵配置气动致动器串联操作，流体通过测定腔室不排气地来回泵送，此外其中，该第一和第二流体收缩孔被配置用于微喷射混合，该测定腔室进一步包括用于异质结合测定的亲和捕获位置。

作为操作过程，本文所披露的是一种用于在微流体装置内异质结合测定的方法，包括以下的步骤：将包含目标分析物的流态化样本在亲和捕获位置不排气地来回泵送，所述泵送步骤进一步包括用串联式隔膜泵的微喷射混合；以及检测结合的目标分析物。

例如，在一个实施例中，披露了一种用于实施异质结合测定的微流体卡，包括：a)由第一流体收缩孔流体地连接到测定腔室的第一隔膜泵，以及b)由第二流体收缩孔流体地连接到实施测定腔室的第二隔膜泵，其中：i)所述第一和第二隔膜泵包括用于串联操作的气动致动器，其中流体不排气地来回泵送通过所述测定腔室；ii)所述第一和第二流体收缩孔被配置用于微喷射混合；以及iii)所述测定腔室进一步包括用于异质结合测定的亲和捕获位置。

在进一步的实施例中，所述卡进一步包括：a)带有外表面封闭的塑料卡体：i)所述第一隔膜泵，其中所述第一隔膜泵包括在冠状平面内由第一柔性隔膜平分的第一泵空腔，所述第一柔性隔膜将所述第一泵空腔分成上半腔室和下半腔室；ii)所述第二隔膜泵，其中所述第二隔膜泵包括在冠状平面内由第二柔性隔膜平分的第二泵空腔，所述第二柔性隔膜将所述第二泵空腔分成上半腔室和下半腔室；以及iii)所述测定腔室，其中所述测定腔室具有容积V2并进一步包括带有不动的亲和剂和透明盖部的测试场，其中，所述第一和第二隔膜泵的所述下半腔室都适于接收流体，以及其中所述第一和第二隔膜泵的所述下半腔室都具有容积V1和直径D1；以及b)气动地连接到所述第一隔膜泵的所述上半腔室的第一致动器通道和气动地连接到所述第二隔膜泵的所述上半腔室的第二致动器通道，其中所述第一和第二致动器通道适于连接到离卡的气压源，这样所述第一和第二柔性隔膜交替地气压致动，因此在所述第一和第二隔膜泵的下半腔室产生流体的往复流动并通过所述第一和第二流体收缩孔和所述测定腔室，其中：x)所述第一流体收缩孔具有最大宽度Y1，最大深度Z1和长度L1，并且将所述第一隔膜泵的所述下半腔室流体地连接到所述测定腔室；y)所述第二流体收缩孔也具有最大宽度Y1，最大深度Z1和长度L1，并且将所述第二隔膜泵的所述下半腔室流体地连接到所述测定腔室；以及z)比值Z1/D1和Y1/D1小于0.5。

在进一步的实施例中，所述第一和第二弹性隔膜都包括密封地贴附到所述塑料卡体以将在所述塑料卡体内的流体与所述外部表面隔离的弹性膜。

在进一步的实施例中，该微流体卡进一步包括从包括以下的组中选择的卫生设备：a)用于流体传输的卫生设备；b)用于排气的卫生设备；c)用于安装阀的卫生设备；d)用于捕获废弃物的卫生设备。

在进一步的实施例中，所述用于流体传输的卫生设备包括样本入口适于样本流体的单独进入而不污染所述外部表面。

所述用于排气的卫生设备包括被配置成阻止流体从微流体卡逃脱的透气不透水的过滤屏障。

在进一步的实施例中，所述用于安装阀的卫生设备包括：a)在所述塑料卡体内的微空腔，所述微空腔具有上壁，下边缘和底板；b)通过所述底板在第一通路进入所述微空腔的第一微流体通道；c)通过所述底板在第二通路进入所述微空腔的第二微流体通道，所述第一和第二通路由阀梁分隔；d)柔性膜在所述微空腔的全部圆周周围连接到所述下边缘，所述膜具有面对所述底板的第一表面，以及面对所述上壁的第二表面，所述柔性膜被配置成在第一位置和第二位置之间交替，其中所述膜的所述第一表面密封地紧靠所述第一和第二通路和所述阀梁，其中所述膜的第二表面接触所述上壁，以及e)通过所述上壁进入所述微空腔并被配置成供给正负压力到所述微空腔的微流体气动控制通道，从而通过在所述第一位置和所述第二位置之间之间移动所述柔性膜来致动所述用于安装阀的卫生设备，同时使在所述塑料卡体内的流体与所述外部表面隔离。

在进一步的实施例中，所述用于捕获废弃物的卫生设备包装括：a)具有废弃物流体通道端部和排气端的废弃物接收储存器；b)设置在所述废弃物接收储存器内并接触所述废弃物流体通道端的吸附剂棒；以及c)柔性膜，设置在所述废弃物接收储存器内并具有面对所述吸附剂棒的第一侧以及面对所述排气端的第二侧，其中，所述柔性膜被密封到所述塑性体，这样所述柔性膜分离所述排气端和所述废弃物流体通道端，其中所述排气端包括从所述塑性体的所述外表面退出的通风口。

在进一步的实施例中，所述通风口进一步包括透气不透水的过滤屏障。

在进一步的实施例中，所述容积V1，直径D1，以及孔尺寸Y1，Z1和L1被配置用于微喷射混合。

在第二实施例中，披露了一种包括机载废弃物流体隔离设备的微流体卡，所述机载废弃物流体隔离设备包括：a)塑料体，具有外表面并封闭具有废弃物流体通道端和排气端的废弃物接收储存器；b)设置在所述废弃物接收储存器内并接触所述废弃物流体通道端的吸附剂棒，以及c)柔性膜，可分离地设置在所述废弃物接收储存器内并具有面对所述吸附剂棒的第一侧以及面对所述排气端的第二侧，其中，所述柔性膜被密封到所述塑性体，这样所述柔性膜隔离地分离所述废弃物流体通道端和所述排气端，其中所述排气端进一步包括从所述塑性体的所述外表面退出的通风口。

在进一步的实施例中，所述通风口进一步包括透气不透水的过滤屏障。

在第三实施例中，披露了一种用于在临床样本上实施异质结合测定的套件，包括上述实施例的微流体卡。

在第四实施例中，披露了一种用于在临床样本上实施异质结合测定的套件，包括上述实施例的微流体卡。

在第五实施例中，披露了一种在微流体装置中实施异质结合测定的方法，包括以下步骤：a)将包括目标分析物的流化样本跨越亲和捕获位置在串联式隔膜泵之间不排气地来回泵送，以及b)检测结合到所述亲和捕获位置上的目标分析物，其中所述泵送步骤进一步包括通过一个孔泵送所述流化样本并微喷射地混合所述流化样品。

在进一步的实施例中，所述检测结合到所述亲和捕获位置上的目标分析物的步骤包括检测结合的显色或荧光标记。

在又一实施例中，所述检测结合到所述亲和捕获位置上的目标分析物的步骤包括通过直接或间接ELISA的检测。

在第六实施例中，披露了一种用于实施凝集测定的微流体卡，包括蛇形通道、包括珠粒或细胞的亲和捕获剂，以及用于在从机载废弃物流体隔离设备上游检测凝集反应的光学窗口。

在进一步的实施例中，所述机载废弃物流体隔离装置包括：a)塑料体，具有外表面并封闭具有废弃物流体通道端和排气端的废弃物接收储存器；b)设置在所述废弃物接收储存器内并接触所述废弃物流体通道端的吸附剂棒，以及c)柔性膜，可分离地设置在所述废弃物接收储存器内并具有面对所述吸附剂棒的第一侧以及面对所述排气端的第二侧，其中，所述柔性膜被密封到所述塑性体，这样所述柔性膜隔离地分离所述废弃物流体通道端和所述排气端，其中所述排气端进一步包括从所述塑性体的所述外表面退出的通风口。在进一步的实施例中，所述通风口进一步包括透气不透水的过滤屏障。

还提出了替代实施例。在第一替代实施例中，披露了一种用于在反应室内密封地封闭基底部件的第一特定部分并使结合到其上的有机物反应的设备，所述设备包括：a)具有第一表面的基板部件，其中所述第一表面包括居中地设置在其上的平台，所述平台具有顶表面，该顶表面形成用于接触式地接收与其所述顶表面平行的该基底部件的第一特定部分的尺寸，以及在附近的外侧边缘和外侧侧壁表面，其中所述顶表面通过由具有范围从5微米到100微米高度的的内壁所限定的凹口，连接所述内壁的底部边缘的凹板以及连接所述内壁的顶部边缘和平台的外侧边缘的扁平边界凸部所中断，该扁平凸部用于在其上支撑基底部件的第一特定部分，其中当被密封到该扁平凸部时，带有顶部空间容积的反应室形成在该凹板和基底部件的第一特定部分之间；b)装配到所述平台的外侧边缘的垫圈部件，以及c)包括第一隔膜泵和第二隔膜泵的一对隔膜泵，所述第一隔膜泵具有到所述反应室的第一流体连接以及所述第二隔膜泵具有到所述反应室的第二流体连接，所述第一和所述第二隔膜泵的至少一个具有到一个或多个反应物储存器或设置在所述反应室外侧的通风口的一个或多个流体连接，其中所述对被设置以驱动流体流进入，跨越和通过所述反应室，因此在腔室内喷射，交换和混合流体。

基底部件的第一特定部分通常是板状固体的平面，如载玻片或硅片。在一个视图中，基底的平面可在反应室上形成盖子；在另一视图中，反应室可在该平面上形成盖子，反应室因此是一个封闭两个并列表面之间容积的浅托盘。反应室封闭被结合到与密封腔室接触的扁平基底表面的有机物，这样它由穿过其容积的液体反应物弄湿，该容积在长度和宽度上可变的，但在深度上具有通常微流体尺寸。

通常，第一隔膜泵将流体地连接到所述顶部空间容积的第一容积以及所述第二隔膜泵将流体地连接到所述顶部空间容积的第二容积。隔膜泵从而形成一对；可以使用多对隔膜泵。可气动地驱动隔膜泵。气动致动可包括正行程和负抽吸行程。在一个实施例中，通过交替地施加正压脉冲到每一个所述隔膜泵上而重复地致动所述第一和第二隔膜泵来驱动跨越基底部件表面的往复流动。在优选的实施例中，也可通过施加正压力脉冲到第一隔膜泵以及施加抽吸压力脉冲到第二隔膜泵，然后颠倒被施加到每一个隔膜泵的脉冲压力的极性来驱动往复流动。另外，当由电磁铁驱动时，隔膜泵可由磁驱动。

在一种选择中，该设备包括多对隔膜泵，所述对的每一个隔膜泵流体连接到该反应室，其中设置所述对隔膜泵以跨越和通过该反应室来回地驱动流体。

反应室可设置有在垫圈或基板或两者内形成的观察窗，因此允许例如落射荧光和/或透射显微镜。隔膜泵可靠近平台设置，如侧向地或相对于基板在平台顶部或以下。通常提升平台高于基板这样于带有垫圈的反应室的密封。

在一个实施例中，垫圈部件包括一个在边界凸部顶部覆盖地和密封地封闭基底部件或载玻片的第一特定部分或段的腹板部件以及一个用于密封地接合平台的外侧边缘和外侧侧壁表面的外周裙边部件。垫圈优选地由如硅树脂或乙烯基橡胶的弹性体成型并且观察窗通常在腹板内形成。

在选定的应用中，切口在垫圈的侧向的特定部分上形成用于在反应室内密封地封闭基底部件的第一特定部分以及在反应室外侧封闭基底部件的突出段，因此使突出段暴露在密封反应室外侧。切口适于接收一个具有被安装在载玻片的暴露第二段上的电极系结和线束的载玻片。

在另一替代实施例中，披露了一种用于在密封反应室内封闭基底部件的表面或特定部分并使使结合到其上的有机物反应的设备，其包括：a)载玻片小型盒，具有带有内托盘的的壳体，有垫圈的外周导轨，以及用于密封地接收匹配的基底部件的端部安装的夹持部件，并从而形成密封反应室，此外其中托盘设置有第一流体连接适配器和第二流体连接适配器，用于在所述密封反应室和基板模块内的流体回路之间形成流体通道的适配器具有所述载玻片小型盒可逆地插入的对接插口；b)该基板模块具有第一表面，其中对接插口居中地设置在其上，对接插口具有形成有用于接收该载玻片小型盒的尺寸的凹陷表面，其中对接插口设置有带有密封部件的第一流体连接通道以及带有密封部件的第二流体连接通道，当与该载玻片小型盒的第一和第二适配器密封地接合时，用于形成通过反应室的流体路径的第一和第二通道；c)第一隔膜泵和第二隔膜泵，所述第一隔膜泵具有到所述反应室的第一流体连接以及所述第二隔膜泵具有到所述反应室的第二流体连接，所述第一和所述第二隔膜泵的至少一个具有到一个或多个反应物储存器或设置在所述反应室外侧的通风口的一个或多个流体连接。有利地，载玻片小型盒可被配置成可交换地对接到多个相同的基板模块。同样地，反应物储存器或多个储存器是可交换的，具有用于在其中可移除地接合基板和流体回路的适配器。反应物储存器方便地可被封闭在套件中，每一个反应物储存器在其中具有密封的流体。用于可拆卸地连接反应物储存器的适配器是在基板内密封地接合插孔板的螺接插头，插孔板在基板内流体连接到流体回路。流体通过隔膜泵的泵送动作从流体储存器中退出。

基底部件的第一特定部分通常是板状固体的平面，如载玻片或硅片。在一个视图中，基底的平面可在壳体上形成盖子；在另一视图中，壳体可在基底的平面上形成盖子，反应室因此是一个封闭两个并列表面之间容积的浅托盘。所述盒封闭被结合到与密封腔室接触的扁平基底表面的有机物，这样它由穿过其容积的液体反应物弄湿，该容积在长度和宽度上可变的，但在深度上具有通常微流体尺寸。

通常，第一隔膜泵将流体地连接到所述顶部空间容积的第一容积以及所述第二隔膜泵将流体地连接到所述顶部空间容积的第二容积。隔膜泵从而形成一对；可以使用多对隔膜泵。可气动地驱动隔膜泵。气动致动可包括正行程和负抽吸行程。在一个实施例中，通过交替地施加正压脉冲到每一个所述隔膜泵上而重复地致动所述第一和第二隔膜泵来驱动跨越基底部件表面的往复流动。在优选的实施例中，也可通过施加正压力脉冲到第一隔膜泵以及施加抽吸压力脉冲到第二隔膜泵，然后颠倒被施加到每一个隔膜泵的脉冲压力的极性来驱动往复流动。另外，当由电磁铁驱动时，隔膜泵可由磁驱动。反应室可设置有在垫圈或基板或两者内形成的观察窗，因此允许例如落射荧光和/或透射显微镜。

在一种选择中，该设备包括多对隔膜泵，所述对的每一个隔膜泵流体连接到该反应室，其中设置所述对隔膜泵以跨越和通过该反应室来回地驱动流体。

基板模块和载玻片小型盒被配置成在垂直方向，水平方向或倒置方向上操作，并且可与自动化设备对接用于平行地实施多个基于基底部件的反应。

在参考以下的详细说明和附图后，本发明的这些和其他方面将变得显而易见。

附图说明

在图中，相同的附图标记表示相似的元件或动作。在图中元件的尺寸和相对位置并不一定按比例绘制。例如，各种元件和角度的形状不是按比例绘制的，并且这些元件中的一些被任意放大并定位以提高附图的易读性。此外，所绘制元件的特定形状并不旨在传递关于所述特定元件的实际形状的任何信息，并且仅被选择这样于在附图中易于识别。

图1示出了用于以人工，自动或半自动格式免疫测定的简单微流体卡的实施例。

图2示出了安装在简单的微流体卡内用于从单个样本对多个分析物免疫测定的的“测试条”。

图3是带有适于自动或半自动使用的阀的微流体免疫测定装置的示意图。

图4是微流体的气动关闭阀的平面图。

图5A和5B是微流体的气动关闭阀的剖视图，示出了开启和关闭位置。

图6是用于流体泵送和混合的微流体“隔膜泵”的平面图。

图7A和7B是用于流体泵送和混合的微流体“隔膜泵”的剖视图。

图8A和8B是带有弹性内卫生隔离层的微流体“废弃物包装”的剖视图。

图9是带有代表性尺寸和设计考虑的混合孔和隔膜泵的概念模型。

图10是用于凝集测定的微流体装置的实施例。

图11是本发明的测定腔室的显微照片，示出了示例2的测定结果。阳性测定由在测试区域内免疫球蛋白G(上条)标记的TMB沉淀的深色特征所表示。

图12是示出了示例7的凝集反应结果的显微照片。

图13A-B是用于染色载玻片的第一设备的平面和横剖视图，该设备具有串联式作用的双隔膜泵以产生通过在载玻片表面上形成的密封反应室的往复流动。图13C是示出边缘密封部件的布置的细节。

为了清晰起见而未示出的是本领域技术人员已知的或者可以通过引用所引证的文献而并入本文的阀和流体回路的传统特征。

图14是图13的设备的分解视图。

图15是示出在封闭腔室内双隔膜泵和流体流的示意图。

图16是示出隔膜泵隔膜的行程的交替极性的曲线。

图17A-C图解地示出了不同结构以及在前进通过密封反应室的流体上的效应。

图18A-B概略地表示了成对隔膜泵的不同结构和在密封反应室内的流动模式。

图19描述了用于实现配位络合物混合模式的成对隔膜泵的另一结构。

图20A是在密封反应室内的多流体的示意图。

图20B是可供给有用于连接到隔膜泵的细管的喷射器端口的另一形式。

图21A-21F描述了夹持设备，密封设备，以及用于从其连接到的基本平面基底释放密封反应室盖板的设备。

图22A和22B描述了用于密封地形成密封反应室的微模压的唇形密封设备。

图23A和23B示出了本发明的代表性实施例，具有可拆卸地插入的载玻片腔室盒以及带有机载废弃物存储容量的多个反应物储存器。

图24是图23的实施例的横剖视图。

图25示出了在传送带或其他自动化系统中使用的多个设备模块。有利地这些模块安装在垂直位置内以帮助清除气泡。

具体实施方式

本文提供以下定义以帮助解释权利要求和说明书。在本说明书中参考和/或在申请数据页中列出的所有美国专利，美国专利申请公开、美国专利申请，外国专利，外国专利申请和非专利公开在此通过参考全部并入本文。其中，通过参考并入的这些作品，以及包含在其中的定义部分或全部地与这里所提供的不一致，其中所使用的定义可补充但不会取代本文所提供的定义。

“微喷射混合”是指一种以微尺度混合的独特方法，即隔膜致动的泵送腔室的喷出物通过“聚焦”或“流体收缩”孔通入相邻通道或腔室，从而形成带走或“引出”周围大量液体的微尺度卷流。虽然不受理论束缚，平均流速以及因此剪切速率由聚焦孔增加，导致在接收腔室内湍流或帮助混合的近湍流的出口卷流微涡流特性。该混合方法这里是指“微喷射或喷射混合”。停滞的液体被破碎，消除了对叶轮和静态混合器的需要。通过配对隔膜泵，这里示出了，双泵/双孔喷射混合设备可在操作过程中完全地封闭(不排气地)，一种对操作者接触该装置内容物有用的预防措施，并且是双向的，提高了效率。

换句话说，“喷射混合”或“微喷射混合”是一种过程步骤，其中迫使液体通过微尺度孔并作为卷流退出到停滞或缓慢移动的大量液体内，并且所述大量液体被带走或引出到快速移动的卷流中，所述卷流进一步减少了与被引出液体混合的涡流。该过程步骤与“Penberthy罐内混合器”在功能上具有关系，但这里在结构上适于微尺度或微流体装置尺度和格式。

“生物标记”是指与脊椎动物内的健康或病理的生理条件相关联的分子。生物标记不仅可包括脊椎动物宿主的蛋白质组、基因组和代谢组，而且包括脊椎动物体的正常菌群或致病性传染性病原体的蛋白质组、基因组和代谢组，包括细菌、原生动物以及病毒病原体。优选的生物标记包括抗原和抗体。

“测试样本”是指代表性的生物样本，包括但不限于血液、血清、血浆、血沉棕黄层，伤口流出物，脓，肺和其他呼吸吸出物，鼻吸出物，支气管灌洗液、唾液、痰，中耳和内耳吸出物，囊肿吸出物，脑脊髓液、粪便、尿液、眼泪，乳腺分泌物，卵巢内容物、腹水，粘液，胃液，胃肠内容物、尿道排泄物，滑液，腹膜液，阴道液或排泄物，羊水、精液等。也预期了来自表示粘膜和上皮细胞的分泌物的拭样或灌洗的测定，例如喉咙、扁桃体、牙龈、鼻腔、阴道、尿道、肛门和眼睛的粘膜拭样，这些都是各类组织标本的匀浆物、溶解物和消化物。除了生理体液，水、食品、空气滤液等等的样本也可以是测试标本。

“固相捕获”是指分析物的亲和结合和浓度：在固体粒子，珠粒，表面，或多孔吸收材料上的检测系统络合物。固相捕获可用固定抗原，抗体，抗生物素蛋白，镍-NTA、凝集素或其他配体/受体系统来完成。

“目标分析物或抗体”：分析物广泛地用于指示由该测定检测的生物标记，但应该理解的是，抗体可以是测定或同样分析物的反应物。根据定义，目标分析物不是反应物。例如，在血液、粘液分泌物以及组织测试样本中发现的抗体可诊断用于临床条件。用作检测标记的抗体是反应物。病原体的血清诊断可通过检测病原体的抗体而发生。同样，测定可被设计成直接地检测目标病原体。

“捕获分子或抗体”是指反应物。目标分析物通过捕获分子的亲和捕获在基于微流体装置的测定中是有用的浓缩和检测设备。目标包括分析物，配体或抗体。捕获分子及其各自目标分析物对包括抗体/抗原，抗原/抗体，抗体/蛋白质A，糖酸聚合物/凝集素、信号分子/受体以及和组氨酸：镍螯合物。这些被称为“目标：亲和-捕获对”。

“免疫吸附”在分析物-吸附剂络合物或抗体-吸附剂络合物的环境中被理解为在免疫测定中用作固相捕获表面。优选的吸附材料具有相对较高的表面区域并且在测定条件下可润湿。已经成功地“装饰”有捕获剂或抗体的吸附材料包括如交联葡聚糖等珠粒形式的琼脂糖，如葡聚糖、纤维素和硝化纤维等其他碳水化合物，如聚苯乙烯、聚碳酸酯，聚丙烯和聚酰胺等塑料，如玻璃、硅树脂和氧化铝等无机基底，以及高分子量交联蛋白质。塑料可选地被等离子体处理以改进结合并且可在等离子体处理中被掩模以在测试场内定位结合位置。可以粒子、珠粒、垫、海绵、过滤器、纤维、板等形式构成和使用免疫吸附材料。

“固定”：测定由在测试样本中再水化时可溶的或溶解的反应物、稀释剂所组成，或在另一反应物中，以及由用于在该装置的限定位置或表面捕获和浓缩分析物的反应物所组成。这里使用的术语“固定”或“固定的”表明了测试分析物和亲和捕获反应物结合在测定条件下实际上是不可逆的。

“凝集”是指一类分析物：由胶态絮体或宏观聚集体的形成所表征的亲和捕获分子结合交互。当抗体是捕获分子时，这种抗体被称为凝集素。沉淀素还与粒子产生凝集状反应。

这里使用“端点”作为来自定性或定量测定的结果的简写，并可指代两个稳定的端点，其中获得了恒定的活度或水平，以及指代速率反应，其中连续地监测作为时间函数的反应物或产品浓度的斜率。

“微流体装置”是带有至少一个内部通道、空隙的液压装置、盒或卡，或具有小于500微米的至少一个尺寸的其他结构，但在某些情况下为两倍，由于当样本包含粒子或使用珠粒反应物时。这里所描述的装置可以是微流体和微尺度流体结构的混合，但通常需要小于1毫升的小样本容量，更优选地小于200uL，最优选地小于50uL。采取微尺度以表示小于5毫米的内部尺寸，但在大多数情况下小于约2毫米。本领域已知的用于泵送、稀释、浓缩、溶解、扩散、混合、反应、沉淀、吸收、过滤、溶解，分离、计量、加热、冷却和冷凝的流体操作的机载处理设备可结合到该装置中。微流体装置可由各种材料使用如激光印刷、压花、冲压、喷射成型、掩模、蚀刻和三维软光刻的技术而制成。层压的微流体装置进一步用胶浆夹层或通过热无粘性结合技术制成，如通过定向聚丙烯的压力处理。喷射成型的微流体装置的制造可包括用于部件组装的声波焊接或紫外线固化胶。

“微流体通道”，也被称为“微通道”，是指具有可变长度的流体通道，但横截面积往往小于500μm，在某些情况下为两倍，由于当样本包含粒子或使用珠粒反应物时。如在泊肃叶流中，在微流体通道内的微流体流行为是高度地非理想和层流的，并且可能更依赖于壁湿性质和直径而不是压降。在这里包含混合的微尺度和微流体装置。如果需要的话，微流体通道表面可被钝化。

“微流体阀”包括至少一个尺寸小于约500μm的液压、机械、气动、磁性和静电的致动器设备，在某些情况下为两倍，由于当样本包含粒子或使用珠粒反应物时。在美国专利号6431212中描述了该属的代表形瓣阀。单向的“止回”阀也是本领域中已知的并且可用于引导用于基于微流体装置的测定的溶解反应物和样品的流动。在美国专利号5718567中所描述的球形夹紧阀也在本发明的装置中使用，这可能是美国专利号6729352的阀。

“微流体泵”包括“微尺度泵”，并包括例如球状物，波纹管，隔膜以及旨在迫使流体运动的气泡微致动器，其中泵的结构与微流体通道流体连接。这种结构包括在美国专利号6743399和美国专利申请公开号20050106066中描述的机械致动的再循环泵。这种泵在手工操作中可机械化地操作。也提供了电渗流泵。这种泵可代替外部驱动器使用以在基于微流体装置的测定中推进可溶性反应物和样本的流动。

在气动的实施例中，“隔膜泵”是一种形成为空腔、通常为圆柱形的装置，在冠状部分由弹性隔膜平分以形成不流体地连接的“上”(或第一)和“下”(或第二)半腔室。隔膜由通常被连接到上半腔室的气动脉冲发生器控制。在隔膜以上的正压力使其扩张，移动第二半腔室的内容物，负表压(抽吸)使其收缩，扩大第二半腔室并抽入流体。通过半腔室，应该理解上下半腔室大致对称或在隔膜之上和之下的容积相等。下半腔室连接到流体输入端和输出端。流体输入端和输出端可以是单独的端口或单个端口。如上所述，通常通过装有阀的微通道，气动脉冲发生器被气动地连接到上半腔室。在完整的设备中，气动致动是可编程的。因此，由脉冲发生器使用的可编程气动压力逻辑将在信号上致动隔膜，以及在信号上打开和关闭阀。当脉冲发生器脱离盒的连接管或入口时，提供气动总管和电磁阀以将卡与控制器连接。

在使用中，当施加负压到隔膜(或被动地，当由第二隔膜泵推入流体时)时，流体通过入口进入波纹管的下半腔室。然后，当施加正压力到隔膜时，在下行行程中，腔室内内的流体内容物通过出口离开。通过供给一系列正负压脉冲到隔膜，流体可移动进出隔膜泵腔室。通过应用同步阀逻辑，该流体运动变得定向。

隔膜泵对，即“双隔膜泵”，当配置有压力致动的第一隔膜和被动的第二隔膜时，可混合液体或悬浮以迫使在两个波纹管腔室之间往复流动。往复流动也可通过用交替的或颠倒的气动脉冲同步致动地两个隔膜来获得。类似地，多个隔膜泵可流体地串联以实施混合功能。需要注意的是，手动实施例通过在隔膜泵腔室上加入柔性膜到盖部来获得，这样柔性盖部可用拇指或手指简单地按压以使流体从波纹管腔室排出，以及如上所述手动操作的成对隔膜泵可用于用如上所述并在这里实施的喷射混合来回地泵送流体通过中央腔室或通道。

“自吸”意味着一种由材料制成或被处理的微流体通道，这样该通道可润湿并且毛细管流体开始通常不需要填装通道。

“通路”是指在微流体通道内通过一层的步骤，由薄片或卷筒组成的层压装置的最具特征，但也可在带有多层的成型装置中发现。

“隔离”或“隔离的”是指一种保护用户免于接触用某种传染剂，毒素或未知生物危害潜在污染的临床材料的密封和封闭系统。例如，单独进入设备可以可选地包括在撤回样本分配装置之后自动密封的柔性塞。隔离微流体装置可能还包括排气过滤器和密封地封状在该装置内的任何机载“反应物-”，“废弃物-”或“冲洗包装”。医学隔离通常进一步表征为本领域技术人员将会知晓的“反向隔离”或“正向隔离”。如果该装置的操作者由样品接触，可能发生暴露；如果样本由操作者，或由污染物，或由另一样本接触，可能发生样本的污染。

“单独进入”装置是一次性的，并用于单一使用。通常，每一个装置施加一个样本，然后密封闭置，实施测定。拭样捕获装置是用于卫生样本捕获的设备，其中待分析的拭样插入到该装置中并且手柄断开，这样拭样密封在该装置内。血液、血浆或其他体液，或灌洗液的封闭通过吸液，通过吸收或通过毛细管作用溶解在该装置中，以及然后密封的孔在这里也被认为是单独进入设备。

“废弃物包装”是空腔或储存器用作排放样本，冲洗液和废弃物反应物的接收器。通常，废弃物包装还包括吸收垫，例如包括带有或不带有亲水聚合物的纤维棒，并且包括吸收气泡；吸收海绵，超吸收性聚合物；或者吸收胶凝材料。吸收垫是一种常见的吸水材料并且也可用于通过毛细管润湿代替微流体泵或与微流体泵合作来推进流体流。其他材料包括纸张、海绵、尿布材料、Contec-Wipe^TM(美国南卡罗莱纳州Contec，Spartanburg)，例如。

在优选的实施例中，废弃物包装可用于包含生物危害性材料通过结合被密封地连接到该微流体装置主体的柔性或弹性膜或隔膜以及封闭该废弃物包装，其在该装置主体内测的废弃物腔室内包含吸收棒。随着吸水材料延伸，该隔膜拉伸。隔离层外侧的空腔与大气相通，但该隔膜确保包含和隔离了废弃物材料。吸水材料可预处理以包括作为额外预防措施的消毒剂。

“通风口”是指在内部空腔和大气之间互通的孔隙。隔离的通风口进一步是由包含被选定以防止流体传输但透气的膜组分的壳体制成，因此形成液体屏蔽物。一种示例是可从Porex Porous Products Group(美国乔治亚州Fairburn)获得的Mupor^TM多孔聚四氟乙烯组分。

“测试场”是指在基于微流体装置的测定中的位置或区域，在其中观察或测量该测定端点。例如，优选的测试场是在该装置的盖板内的光学窗口，可选地配备有放大透镜。

“用于隔离的设备”包括不透水的盒体、在废弃物腔室内透气疏水排气的吸收垫，在废弃物腔室内的消毒剂，从泡罩包装分离气动致动器的弹性隔膜，从通风口分离吸收垫的柔性隔膜，带有弹性隔膜由抽吸压力致动的阀、在所述样本输入端口的抽吸压力，机载反应物包，单独进入样本端口以及一次性装置等。

这里使用的“用于检测的设备”是指一种用于评估和显示端点的设备，即测定结果，并且可包括检测通道和测试垫。检测端点由观察者在测试场视觉地评估，或由配备有分光光度计、荧光计、照度计、光电倍增管、光电二极管、云量计、光子计数器，电压表，电流表，酸度计，电容传感器、射频发射器、磁电阻计或霍尔设备的机器。浸渍有颜色或具有更高衍射指数的粒子，珠粒和微球可用于促进对测定端点视觉或机器增强的检测。在盖板上的放大镜、光学过滤器、彩色流体以及标签可用于提高测定结果的检测和解释。用于检测粒子，珠粒和微球的设备可包括“标记”或“标签”，如，但不限于，如载色体和荧光团的染料；FRET探针(包括那些被称为“分子信标”的)、酶联抗体及其显色基底，射频标签、等离子体共振或磁矩，这些都是现有技术中已知的。也预期了根据其自缔合的带有独特显色符号的胶粒以提供可检测的端点。

QDots，如涂敷有硫化锌的硒化镉，装饰在磁珠上，或QDots和顺磁性四氧化三铁微粒子的融合，可选地在溶胶凝胶微颗粒基质或在反向乳液中制备的，是一种改进本发明的测定敏感性的方便方法，从而允许较小的测试垫和较大的序列。预期了荧光淬灭测定。与酶联免疫测定相关的各种基底和产品发色团在本领域中也是已知的并且提供了一种放大检测信号的设备以提高测得的灵敏度。检测系统可选地是定性、定量或半定量的。

“目标生物标记”：免疫学领域技术人员熟悉ELISA和凝集测定。用于微流体检测测定的目标包括在内科医学实践中有用的诊断生物标记目标。适于ELISA的一类生物标记在本领域是众所周知的并包括与病理学、激素、组织和凝固因子有关的蛋白质和肽，以及小分子等。这些将包括与膀胱、前列腺癌、乳腺癌或肺癌相关的癌症标记，例如，以及同样用于测试交叉比对的柔顺性的血型抗原和抗体。

目标还包括传染和寄生反应物。在感染的早期和急性阶段，实验室诊断往往依赖于对入侵病原体的直接检测。这可能涉及测试标本的体外培养或显微镜检查。试管和微量滴定板-格式的血清学方法也是有用的。非特异测定如冷凝集素或全血的沉淀速度也用于支撑临床印象。明确的实验室测试广泛地依赖于活体培养。但由于诸多原因，这并不完全地令人满意。培养方法受到延误、样本污染、假阴性的困扰，并且在新出现疾病的情况下，由于缺乏用于可行生物体的培养的可靠增长基底和协议。一些众所周知但非常苛求的病原体也不能经常地培养。

特别地，培养的时间是不令人满意的。例如，血液培养通常不能读取14到20小时，以及由液体肉汤的浊度所表示的阳性培养必须在在固体媒介上的致病性有机物的隔离之前，由生化测试识别，随后抗生素敏感性测试。对肺结核的培养通常在接种后读取3到6周。依赖于细胞和组织培养的病毒培养，或卵绒毛膜尿囊膜的接种，需要1到14天并且充其量很难。原生动物寄生虫的检测通常依赖于通常在专业临床实验室外部不能获得的微观观测或血清诊断，测试。体外测试和样品处理本身也是不安全的，而且可导致医源性感染。

因此，对开发从已知的基因组，蛋白质组或代谢组以及出现的病原体开发的基于生物标记的实验室诊断测试存在大量兴趣，特别地使样品处理最小化以及实时地或在护理点访问实时地提供结果的测试。

需要测定的范围可从已知病原体的以下局部列表掌握，这必须从密切相关的微生物正常菌群和环境污染区别开来。

空气传播的呼吸道病原体包括，例如，肺炎链球菌，酿脓链球菌，肺炎支原体、肺炎杆菌、结核分枝杆菌，百日咳博代氏杆菌、嗜肺性军团菌，白喉棒状杆菌，流感嗜血杆菌、肺炎支原体、水痘病毒、麻疹病毒、腮腺炎病毒、呼吸道合胞病毒、冠状病毒、风疹病毒、流感病毒，包括集团H1-5的血球凝集素、腺病毒、卡氏肺孢菌等，除此之外，以及为此血清诊断是可行的。

食物和水源性肠病原体包括，例如，伤寒沙门氏菌，肠炎沙门氏菌，猪霍乱沙门氏菌、鼠伤寒沙门氏菌、志贺氏菌痢疾、空肠弯曲杆菌、霍乱弧菌、幽门螺旋杆菌，大肠杆菌(产生热稳定或热不稳定肠毒素的菌株，例如血清型O157：H7)，作为毒素来源的肉毒杆菌，产气荚膜梭菌、单核细胞增多性李斯特氏菌、脊髓灰质炎病毒和肝炎病毒A和B，痢疾阿米巴，曼氏裂体吸虫，华支睾吸虫，旋毛虫，例如。

血源性病原体包括，例如，伤寒沙门氏菌、副伤寒沙门氏菌、炭疽杆菌、流产布鲁氏菌、猪布鲁氏杆菌、马耳他布鲁氏菌、耶尔森(巴斯德)鼠疫杆菌、败血型巴斯德菌、土拉热弗兰西斯杆菌、鼠咬热螺旋体、鼻疽伯克氏菌、Leptospirum ictoerohaemorrhagiae、伯氏考克斯氏体、立克次氏体伤寒、汉坦病毒、登革热病毒、黄热病病毒(以及黄病毒官能团的其他病毒)、西尼罗河病毒、流行性乙型脑炎病毒、圣路易斯脑炎、西方马脑炎、人类免疫缺陷病毒1和2、人类T细胞白血病病毒1和2、狗的犬恶丝虫、间疟原虫、恶性疟原虫、疟疾、卵形和伯氏疟原虫等，这里仅列出一些。

性传播疾病包括，例如，梅毒(梅毒密螺旋体)、淋病奈瑟球菌、沙眼衣原体、人类免疫缺陷病毒、乳头瘤病毒、单纯疱疹以及同样白色念念珠菌、子囊菌。

伤口和咬病原体包括，例如，金黄色葡萄球菌，造成坏死性筋膜炎的酿脓链球菌血清型、绿脓假单胞菌、产气荚膜梭菌，破伤风杆菌、鼠疫耶尔森氏菌、炭疽杆菌以及脆弱拟杆菌。由蚊子、虱子、跳蚤和其他节肢动物叮咬所造成的感染通常归类为血源性感染。

中枢神经系统和CSF病原体包括，例如，奈瑟氏脑膜炎菌、肺炎链球菌、单核细胞增多性李斯特氏菌、梅毒、流感嗜血杆菌血清型B、不动杆菌属、大肠杆菌、肠杆菌属、绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌、病毒性脑炎流行性乙型脑炎、流行性腮腺炎病毒、脊髓灰质炎病毒、疱疹病毒(1型单纯疱疹病毒，2型单纯疱疹病毒)，水痘带状疱疹病毒以及狂犬病毒等。

代表性的尿病原体是由革兰氏阴性棒支配，包括，例如，变形杆菌、普通变形杆菌、大肠杆菌、肺炎克雷伯菌、肠杆菌属泄殖腔和偶尔的假单胞菌感染。

呼吸道的正常菌群包括，例如，必须从潜在病原体区分的链球菌物种，棒状杆菌科、奈瑟氏菌科。胃肠道的正常菌群包括，例如，史氏甲烷短杆菌、长双歧杆菌、粪链球菌、厚壁菌门，包括梭状芽胞杆菌和Faecalibacteria菌、乳杆菌科、Acinitobacteria菌、Proprionobacteriaceae菌、类杆菌和肠杆菌科，以及未识别的古细菌官能团和种类。

尽管当在某些测试标本中发现时，一些生物是最终致病性的，致病性不是绝对黑或白的。例如，大肠杆菌被广泛认为是非病原体，并且在人类的结肠内容物中是普遍。然而，某些菌株获得了可导致高度禁用痢疾的志贺氏杆菌状的肠毒素。因此，仅仅是分离株的种类可能容易误解，并且对任何分离株毒性的更完整评估需要容量清单是侵入性的，产生毒素的以及抵抗宿主防御。重要的是，大量的临床经验已经表明，某些生物通常与疾病有关，以及病原微生物通常产生免疫反应。这是接种疫苗的基础，以及同样血清诊断的基础。因此需要护理点免疫诊断。

用于基于微流体装置测定的免疫测定类型固相亲和捕获位置可选地位于以垫、区域或位置形式的测试场平面上的诊断卡内。被选定用于测定的捕获分子通过本领域已知的方法被吸收或交联到固相载体基质。载体基底包括过滤器垫、海绵、珠粒、隔膜、塑料和其他固体。在某些情况下，分析物可化学或非共价地耦合到固体以及在其他情况下也可结合到待涂敷在固体表面上的材料内。这种类型的固相基底以与类似领域的测量棒技术相同的方式使用。在手动使用的微流体卡中，光学窗口通常设置有测试位置的视图。

固相载体有时包括多孔材料，孔隙尺寸可获得的范围从0.1微米到250微米，并可包括深度过滤器，孔隙尺寸在材料内随深度改变。这种固相载体通常是亲水的，以确保润湿性或被处理成亲水的。即，吸水材料，即，通过毛细管作用的这些吸收水溶液，在本领域是已知的。这些材料包括天然高分子材料，如纤维材料(例如棉花、滤纸、色谱纸、硝基和醋酸纤维素)、琼脂糖和交联右旋糖苷；还包括无机粉末或纤维，如玻璃、硅树脂、衍生的二氧化硅、硅藻土、铝氧化物；合成聚合物，如聚醚砜、聚酯、聚(氯乙烯)、氯乙烯-丙烯共聚物、氯乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸脂、聚酰胺、尼龙，例如，用作供给或与其他材料复合的润湿的聚偏二氟乙烯(PVDF)；以及陶瓷材料或分解的金属。然而，固相载体不应干扰检测信号。多孔材料通常连接到刚性或半刚性垫板。

多孔材料可能是多官能团的或能够多官能化以使捕获分子共价结合，例如用醛或用四氧化锇。捕获分子可通过非共价键力来固定。干燥通常用作一种将生物分子“固定”到表面活性的固相载体上的方式。

固相基底也可从塑料表面选择。如聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚酰胺的塑料表面具有固有的表面活性并且将紧密地吸收生物分子，但可以可选地被激活以通过气体等离子处理增加捕获分子的密度和吸收紧密性，通常蚀刻气体如氮气、氧气或等离子形式的空气(电晕处理)。这些气体用于衍生固相载体的聚合物主链，分别导致活性和可离子化胺以及硝基官能团或羟基和羧基官能团。这种被激活表面可用异双功能连接剂衍生以帮助捕获分子的连接。也已经使用塑料表面的戊二醛预处理。通常，可以使用本领域已知的用于将捕获分子连接到导致可使用的固体关联捕获络合物的免疫吸附的的任何方法。

掩模通常用于限定边界，在该边界内捕获分子将被固定到塑料表面上。掩模以标记出测试位置帮助阳性测定的视觉识别以及同样帮助对自动化测试结果进行机器辅助的图像分析。塑料表面可在掩模的限定边界以外或在阴性屏蔽技术内被钝化，当没有掩模时，塑料表面将被激活，如通过低压气体等离子体处理。

以上列出的固相亲和捕获材料也可形成为微球，珠粒，血小板和其他粒子形状。本领域已知的免疫吸附珠粒包括乳胶珠粒，珠粒形式的琼脂糖(如琼脂糖4B-Pharmacia)；右旋糖酐珠粒，被制备为微球的交联蛋白、包含铁氧体磁芯的磁性微球，以及包含荧光团的硅酸盐微球，量子点，甚至射频标签，并且在表面上修改以允许交联。许多形式的乳胶通过乳化技术制备，并且可标记有染色地获得，有荧光的和颜色的量子点。抗原可耦合到双荧光的珠粒，如由Luminex公司通过两步骤的碳化二亚胺过程所提供的(美国德克萨斯州的奥斯汀)。已经描述了在基于微流体装置的测定中的珠粒沉降，并且尺寸通常针对应用进行了优化。因此珠粒不仅可以用作亲和捕获的固相载体，但也用作指示器或标记反应物。

作为现有技术的最近示例，一种适于ELISA的合成基质通过用包括黄病毒的非结构蛋白质1的抗原决定基位置的多肽共聚合塑料单体来形成，黄病毒在这种情况下为登革热病毒。这些分子印迹聚合物然后沉积在固体底层上(Dar-Fu Tai等，“在用于登革热病毒感染的早期诊断的血清学测试内的人工受体”，临床化学，10：1373(2006))。这种固相亲和捕获材料在检测由疾控中心提供的血清反应阳性的血清中表现地非常好。

阻断剂，特别是某些洗涤剂和蛋白质，削弱了导致在ELISA内高背景信号的非特异相互作用力。阻断剂包括：牛血清白蛋白，可选择地甲基化或琥珀酰的整体正常血清，如马血清或胎牛血清，以及其他商用蛋白质，如酪蛋白、明胶和脱脂奶粉。

也可以使用基于洗涤剂的阻断剂。适当的这种类型洗涤剂是从非离子、两性、阳离子或阴离子形式中选择的，并且这种选择基于被阻断的固体表面的性质。管理合适洗涤剂阻滞剂的选择的考虑在本领域是众所周知的。优选与基于蛋白质的阻断剂一起使用洗涤剂。可单独使用或与蛋白质阻断剂混合使用的合适洗涤剂包括聚氧乙烯山梨醇酐醇洗涤剂(即，Tween系列)、聚氧化乙烯醇，如诺乃洗涤剂P450，或聚氧乙烯醚，如Triton X-100。

现在参考附图，图1示出了用于ELISA免疫测定的微流体装置。在该第一实施例中，该装置通过层压过程由透明塑料层构成，如由粘合剂的插入层连接的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚苯乙烯，聚碳酸酯，聚丙烯酸酯或通常聚酯。微通道、空隙和孔首先由塑料层和粘合剂在组装之前加工，这样形成了微流体网络。另外，该装置可通过盖部和基础层的注塑成型而构成，可选地用复杂性不断增加的插入的塑料层，所述层用粘合剂保持在一起或在压力下用热或溶剂熔合。

图1中示出的是用于免疫测定显影的简单卡1。卡体是塑料的并具有盖板14和基板(未示出)。示出了该装置端口和下面的微流体通道，储存器及结构的的图解示意图。柔性层12和13覆盖隔膜泵4和8的流体腔室并且可弹性地变形以在储存器之间推动流体并以往复运动返回。该装置由刚性材料板(未示出)支撑，这样所有内空腔被密封。

在操作中，样本端口2，经由微通道3，用于将测试样本引入到左隔膜泵4的储存器。同样，“废弃物”端口，经由微通道10，用于引入和丢弃反应物溶液到右隔膜泵8的流体腔室或从右隔膜泵8的流体腔室出来。端口2和9延伸通过该装置盖部14并与隔膜泵4和8的流体腔室连续。微通道3和10可被修改以包括阀(未示出)。

在左右储存器之间流体的活性往复流动经由聚焦孔6和7被引导通过测定腔室5。需要注意的是，不需要通风口用于双泵装置的实际运行，因为在泵的下行行程中流体从一个腔室的位移通过流体到另一腔室的转移所平衡，柔性隔膜在上下方向上是柔顺的。测定腔室5完全地密封，并包含测试场11。测试场11涂敷有固定的亲和捕获分子。

在组装之前，反应物可以各种方式施加到微流体通道和测试场以内或以上。各种“印刷”技术适合于将液体反应物施加到该装置的层，例如、微-注射器，使用计量泵的笔，直接印刷、喷墨印刷、气刷以及接触(或细丝)方法，这些层或薄片然后组装到完整的装置中。对于完全组装卡的操作，样品可喷射通过自密封塞，或用移液管吸取或沉积到该装置并用卫生罩密封，如帽部、止动件、盖或带。在样品入口内的夹紧阀，球形阀或花生阀进一步密封该系统。所有这种微流体卡通常旨在在处理之前一次性使用。

另外，测试样本可首先与检测抗体混合，然后混合物在固相基底或测试区域上经过捕获抗体。在冲洗掉自由检测抗体后，显色示出了结合的分析物-检测抗体络合物的存在。美国专利申请公开号20060127886没有教导直接地添加测试样本到检测抗体上。本领域普通技术人员熟悉可在测定协议下改变步骤顺序的方式。

“间接”ELISA用于增加灵敏度。首先在美国专利号4235960中引入的，该间接ELISA采用了桥连配体，该桥连配体在固相捕获基质上被应用到结合目标分析物并识别该目标分析物。桥连配体，如固定化抗原的抗体，在分析物结合位置累积了免疫沉淀晶格。在另一次洗涤之后，然后施加检测反应物。在通常的“间接”ELISA测试格式中，检测抗体针对桥连抗体的免疫球蛋白尾部，而不是分析物。可以实现检测抗体数量5倍或更多的增加。最后的洗涤系列后，即使在存在相对低浓度的分析物的情况下，添加颜色反应物导致强烈信号。

“间接”ELISA格式具有另一优点。任意数量的目标分析物，每一个都与桥连抗体在物理分离的测试区域上形成络合物，可用共同的或普遍的检测抗体来检测。

在图2中，我们示出了亲和捕获固相基质可细分成更小的区域，并使用单独的亲和捕获分子预处理用于多个分析物的捕获和分析。例如，包括一排五个测试场区域的测试条，如每一个都实施独特反应物的带、条或点，提供了用于同时分析五个分析物的多个亲和捕获基质。用于施加亲和捕获分子的手段包括带，条或点的印刷，例如用点阵打印机或其他分配器(BioDot)。可能可选地提供测试场用于该测定的控制和验证。这些区域可以独特形状铺设，例如“加号”标志，“减号”符号或“勾号”来表示其意义，并且通常在盖部上标记有被施加到该装置盖板的指令或可通过如光学扫描仪等仪器读取。

图2中示出的是带有盖板21和基板(图中未示出)的微流体装置20以及该装置端口，腔室和连接微流体通道、储存器和结构的图解示意图。柔性层22和23覆盖隔膜泵24和25的储存器，并且可能弹性地变形以在储存器之间推动流体并以往复运动返回。

在操作中，样本端口26，经由微通道27，用于将测试样本引入到左隔膜泵24的储存器。同样，“废弃物”端口28，经由微通道29，用于引入和丢弃反应物溶液到右隔膜泵25的流体腔室或从右隔膜泵25的流体腔室出来。端口26和28延伸通过该装置盖部21并与隔膜泵24和25的流体腔室流体地连续。微通道27和29可被修改以包括阀(未示出)，这可用于卫生应用中。当所有外部通风口关闭时，这里示出的混合实施例仍然可操作。

在左右流体泵腔室之间流体的活性往复流动经由聚焦孔31和32被引导通过测定腔室30。测定腔室30完全地密封，并包含测试条33。如在该实施例中所描述的，测试条33在分别标记有34，35和36的区域内涂敷有三种固定的亲和捕获分子。测定腔室容积V2通常等于，大于或小于泵波纹管腔室容积V1。在这些装置中，光学窗口通常叠加在测定腔室上。

在该结构中，测试条33和区域34、35和36由PET塑料制备并用粘合保护层阴性地掩模。暴露的塑料然后在二氧化碳(或氩)气体中受到等离子体蚀刻以衍生聚合物主链，其增加润湿和塑料的表面吸收特性。在涂料缓冲剂内施加捕获分子和干燥后，然后移除掩模并且可选地在真空或惰性气体下，塑料被加热到50-60℃几分钟以将分子固定到塑料上。然后用阻塞溶液阻塞测试条以消除分析物或反应物的非特异性吸收并且在组装到图2的微流体装置的测试空腔内之前被干燥。

装置也可包含例如位于图2的废弃物储存器37内的吸收垫或棒38。吸收垫或棒用于保留被丢弃的样本和反应物，并且这是本领域中众所周知的，该吸收也可帮助促进定向的毛细管作用。可以使用的物质示例包括纤维素、硝酸纤维素、醋酸纤维素、玻璃纤维、尼龙、聚电解质离子交换膜、丙烯酸共聚物/尼龙、Whatman 3M、聚醚砜，来自Schleicher和Schuell(美国新罕布什尔州的Keen)的470和740-E，或来自Whatman(美国新泽西州费尔菲尔德)的D28，可从其高流体吸收和芯吸速度中选择。废弃物容器37还包括通风口39。所述通风口可由包含隔离过滤器或隔膜的壳体形成，该过滤器或隔膜阻止水流体的传输但是透气，是一种有用的卫生措施。

图3表示了适于ELISA测定或其他异质结合免疫测定以微流体格式自动或半自动的装置40的示意图。类似于图1和2，左右隔膜泵41、42用于驱动在测定腔室43上的往复流动，这里示出为包含两个测试场(阳性44和阴性45，也参见图10)，其中适当的捕获分子已被固定。也示出了在样品和反应物增加、混合、冲洗以及在样本加载过程中排气中使用的控制微流体通道48、49、52和53的左右阀46、47。聚焦孔50、51如下所示彼此相对，但可以偏离中心轴的角度进入测定腔室43。流体端口54是样本进入端口；端口55是与样品入口流体地连接的通风口并用于在样本加载过程中净化系统中的空气，但不是必需的并且可被关闭用于微喷射混合过程。端口55可由废弃物收集储存器代替。因此流体回路包括端口54和55，通道48、49、50、51、52、，53，隔膜泵41、42的流体腔室以及测定腔室43。离卡的气动通道和空气压力端口(未示出)用于驱动隔膜泵42的隔膜57和隔膜泵41的隔膜58。通风口56、59平衡在隔膜泵41、42的隔膜以上的压力。未示出的是废弃物储存器。在以下附图中更详细地描述了气动阀46、47，泵41、42，气动致动器以及所表示的微流体装置1、20和40的废弃物结构。

图4示意性地示出了气动“花生”阀70以及其动作以卡通形式在图5A和5B中示出(上面板阀打开；下面板阀关闭)。在图4和5A和5B中，从右侧和左上侧进入的微流体通道71、72在由被激光焊接到阀的塑料体77的柔性聚氨酯或PET隔膜层76所覆盖的两个通路74、75进入微空腔73(直径100-500微米)。弹性体优选地用于隔膜。但是与柔性层并列的第三空腔78流体路径以上的阀体层内，用作气动致动器。经由控制气动致动器通道79的负压(参见图5A和5B)向上和远离流体路径内的所述步骤通路74、75拉动，如图所示，打开路径用于流体从左到右微通道71、72流动。同样，当正气压施加到气动致动器或控制回路时，阀关闭，阻断流体流动。气动致动器回路也是微流体结构，并且构成到该卡中。阀70可与离卡的正负气压源独立地成组或操作。通常这由计算机处理，但也可以使用手动激活。该阀结构用于停止在微流微流体测定仪器中的流动(美国Redmond Wash的Micronics)。需要注意的是，流体路径被隔离，这样在样品进入阀体之前，用户不可能接触测试液体，并且带有弹性隔膜的阀的默认位置被“封闭”。

图6是微流体隔膜泵90的平面图。该泵类似于可从图7A和7B中看到的隔膜泵工作。作为参考，该泵空腔分为两个近似相等的容积腔室，“下”半腔室97和“上”半腔室98，下半腔室97用于包含流体，上半腔室98用于气动致动。当然，“上”和“下”腔室可颠倒或没有限制地站立。在静止时，波纹管柔性隔膜93在冠状平面内平分泵空腔。柔性隔膜93可选地为弹性体。当柔性隔膜93由真空拉动时，液体通过在塑性体92内的微流体入口通道91进入泵空腔的下半腔室97(或被动地，当在压力下填装有流体时)以及当柔性隔膜93在上半腔室98内由气动压力向下推时，退出。在这里，与上半腔室98接触的气动致动器通道94，阀95以及气动压力源96用于控制该泵。同样，在手动实施例中，当封闭的柔性层(卡的顶部、底部或顶部和底部)压下(通过手动或机器)时，流体从波纹管储存器移动并逃脱通过流体地连接的微通道。当双隔膜泵如图1-3所示串联式放置时，在泵之间交替的拇指压力将导致往复流动。止回阀可在隔膜泵的两侧上被定位在微通道内以迫使定向流动。另外，止回阀可在喷射混合过程中用于完全地密封双泵组件。在喷射混合中，在上半腔室98的致动器通道94内的气压受脉冲作用，驱动柔性隔膜93，其反过来驱动下半腔室97内的流体。在图9中以简化的示意图更详细地描述了该操作的数学式。

可改变隔膜泵材料以选择所需的刚度和弹性。当压下泵表面时，弹性层产生正压力，以及当表面释放时，产生负压力。我们已经发现，分别远离或朝隔膜泵的正负压力诱导的流体可在基于微流体装置测定的操作中有利地使用。需要再次注意的是，用户脱离与和样品及反应物液体的接触。

在一个实施例中，微流体装置以套件的形式包装，并包含满足单个临床测试标本的分析的机载反应物。最优选地，这些套件包装的卡单独进入(即，进行单独进入以引入样本)并且该卡被密封并且独立。

图8A和8B示出了通过旨在防止受污染样品和反应物从微流体测定卡溢出的废弃物接收储存器或装置100的截面。通过废弃物流体通道104进入的废弃物被吸入到在卡102的塑性体内被定位在废弃物接收储存器内的吸水材料(吸收垫或棒101)内。垫101随着液体被吸收而膨胀，如图8B所述。废弃物接收储存器具有废弃物流体通道的特定部分(这里为上)以及排气的特定部分(这里为下)。柔性或弹性薄膜层103将废弃物流体通道的特定部分与废弃物接收储存器的排气的特定部分分离。通风口105设置在废弃物储存器内，这样随着内膜膨胀，气压在储存器内平衡。需要注意的是，通风口可被供给有液体屏障过滤器或隔膜106作为额外的安全措施，以防止流体外出。覆盖废弃物接收储存器的柔性层允许储存器用作隔膜泵。

类似地，对于在封闭系统中的反应物管理，反应物在进入在卡上的密封空腔内的气泡袋之前预先测定。在一个用于当需要时释放反应物的实施例中，当手指或机械压力施加到相对膜时，被定位在气泡袋以下的锋利物与该袋接触，使该袋破裂并释放内容物。该腔室与微流体通道流体地连接，这样反应物同时释放并在所需的方向内通过压力迫使通过该装置。

显色反应物，例如或抗体反应物，可安全地存储在机载气泡袋中用于在测定中使用或通过反应物端口添加。通过使用机载气泡袋，用户脱离在测定中使用的生物制剂或化学物质的接触。

图9示出了用于喷射混合的“第一切口”设计计算。图9用于与图7和图1、2和3一起阅读。图9示出了下隔膜泵空腔140，为了解释泵的“下半腔室”或流体侧。图7示出了带有隔膜93和上下半腔室97、98的隔膜泵的完整剖视图。图1-3示出了这种隔膜泵4、8、24、25、41、42是如何成对使用的。

现在转向图9，隔膜泵空腔的下半腔室140建模为带有柔性盖部隔膜141以及带有底座和壁部的圆柱体。卡体20的基板和盖板21在此未示出，这样更清楚地表示了内部流体孔隙。为了清晰起见，隔膜泵空腔的上半部(参见图7A，7B中的元件98)和气动致动器回路94也未示出。如图7所述，柔性盖部隔膜141必须是柔顺的，并且优选地为弹性的和耐用的。圆柱体具有高度H1、直径D1和名义容积V1142。波纹管隔膜的工作直径是基于盖膜和气动压力的柔顺性的“有效直径”，因此由于不完整的柔顺性和死容积，柔性隔膜从其静止位置到其完全压缩和延伸的位置的实际位移或“行程”容积Vs(向下凸变形)通常小于半腔室V1142的名义容积。因为气动压力代替机械驱动使用，由于死容积的减少而提高行程容积。气动致动的隔膜泵的部分有效的流体行程容积(Vs/V1)大于0.5，优选地大于0.8。我们也要注意有效的下行程容积Vx，其实际上可能大于位移容积Vs，因为行程通常开始于由于在配套或串联式隔膜泵的做功行程上填装有流体而扩大的(向上凹变形)柔性盖部，需要记住的是，这些泵总是成对使用，如图1-3所示。在一个隔膜的有效做功行程上，在其他腔室内的串联式隔膜在其被动填补半循环中将扩大，并且可在其做功下行程半循环上传递更大的有效行程容积Vx。有利地，Vx可以是Vs的两倍。该使用方法涉及压下一个泵的柔性隔膜，然后交替地另一个，以导致往复流动来回通过分离双泵腔室的中央腔室。交换的总容积可以是这两个泵腔室的有效容积。在使用中，在每一个半循环中，一个泵通常是主动的以及另一个被动，交替地串联，从而进一步从一对串联的泵腔室区分该机构。气动致动器可能因此被引导到两个隔膜之一，以及另一隔膜可被配置成被动地跟随，其上半腔室通到大气中。有利地，可在混合操作中完全地封闭该流体系统(即在流体侧上不排气地)，对操作者意外接触该装置的内容物以及对气溶胶形成的有用预防措施。

“流体收缩”或“流体聚焦”孔143具有宽度Y1，深度Z1和长度L1。如图所示，Y1小于Z1，但这不是必需的。流体收缩的目的是在孔的横截面积内加速流体，装置的该尺寸的泊肃叶或抛物线流态特性中断且微涡流，湍流和液体喷射形式，模仿Penberthy喷射器在微尺度下的作用。提出了10-500毫米/秒的平均速度用于如这里所述的免疫测定法显影，孔尺寸，有效的下行行程容积，以及在柔性层上的压力脉冲P1被配置成产生在10到500毫米/秒范围内的名义平均速度，优选地20到200毫米/秒，最优选地25-100毫米/秒，并且在卷流边缘增加了明显的雷诺数。

这些孔尺寸和混合器条件被配置成对应于在5秒^-1到500秒^-1范围内的剪切速率(在尺寸或直径上的流线速度)。可以采用高达3000秒^-1的剪切速率。需要注意的是，剪切速率可相对于作为临界尺寸的Y或作为临界尺寸的Z计算，其中临界尺寸通常是流体通道的最窄点并且流速由泵腔室容积，隔膜直径D1和行程速率确定。孔可能通常截面为矩形，通常横截面为直降Y的圆形或任何方便的形状。Y可选地等于Z；Z可选择地等于泵腔室H1的高度。孔尺寸L1通常被选定以聚焦流体并且在几微米到几毫米的范围内。比率Z1/D1和Y1/D1通常小于0.5，更优选地小于0.25，并且优选地小于0.1。设计优化涉及降低Y和Z，同时增加行程容积。从而通过优化孔和隔膜结构得到改进的混合特征。也可实施更复杂的设计计算，同样造型粘度、密度和局部紊流，或者该设计可经验地优化。需要注意的是，当壁剪切导致测定目标或反应物损坏时，孔尺寸的临界下限被超越，这再次经验地最佳确定。通常在测定显影过程中优化的二次设计考虑包括循环时间和循环的持续时间，培养温度、压力脉冲间隔和波形以及压力振幅P1。在致动器通道(通道94，上半腔室98，图7B)内10psig的压力脉冲在本文所提供的示例中使用，串联式隔膜在每半行程上被动地操作，但其他压力也导致工作的实施例，例如被施加到一个隔膜的正压的结合而负压施加到另一个。在约0.1Atm到约5Atm或更高范围内的脉冲压力是有用的。

转到图10，示出了在凝集测定中使用的微流体卡150。从样本储存器151，三个匹配的微流体通道以可控速度将样品流分配到三个检测通道152、153、154。从在卡155、156、157顶部的反应物储存器，等于三个反应物可引入到单独的分析通道。可以使用更多或更少的通道。蜿蜒的微通道158、159、160手动或机械地用靠近卡底部示出的隔膜泵灌注，其也可以是密封的废液储存器161，如图8所述。通风口163平衡在废弃物储存器内的压力。通风口163可能包含不透水而透气的过滤屏障。排气出口也可能包含一个阀(未示出)以帮助用在盖板内配备有弹性盖层的隔膜泵161填装。凝集结果在窗口被读取用于测试场162(参见图12的结果)。带有珠粒或涂敷有亲和捕获剂的细胞的反应物可用于帮助检测凝集。需要注意的是，在相同卡上测定的另一结构中，单个反应物可引入到“样本”储存器并且多个样本可在卡顶部引入到“反应物”储存器。很容易考虑该设备的各种排列以及样品和反应物添加的顺序。这些凝集测定可用于诊断传染病或进行交叉匹配或检测药物。

图11和12是用于如在以下讨论的示例中所述进行的测定的端点数据。

由分层薄板结构构成的微流体通道通常具有正方形横截面。对于在凝集反应中采用珠粒的反应物，调整通道直径以允许个别珠粒和珠粒团的通过。珠粒直径通常在1-100微米范围内，更优选地2-15微米(平均尺寸)已经该通道直径必须具有相应的尺寸。

由层构成的通过挤压成型形成的微通道可具有更多圆形的通道外形以及在每一个“通路”上的半径。喷射成型部件的内通道表面也有点更平滑。由于微流态的深刻表面效应，通道的流体特性很重要。表面张力和粘度复合表面粗糙度起作用。通道表面可根据需要而钝化。通道的最狭窄尺寸对流体具有最深刻的影响。由此推断，基于方形或圆形横截面外形的通道由直径或对角线宽度控制，并且通常改变设计以利用这种行为。对于小于200微米的直径，在流体方向锥度的减少导致毛细管效应。相反，打开通道以形成球形物使流体停止了，除非施加了压力。在通道内的通路可用于促进定向流，一种固态止回阀。

凝集是一种检测抗原的已知方法：抗体反应。可通过视觉检查检测到的凝集是优选的。在这些视觉手段中，有色的微粒，特别是本领域所谓的“珠粒”是更优选的。

着色的珠粒或粒子以及着色的乳胶珠粒也是本领域已知的并且可用作免疫测定手段(例如，参见美国专利号4373932和4837168，这二者都通过参考并入本文)整合。有色的反应物溶液也可用于提高凝集的视觉特征并帮助解释。为了观察非常小粒子的凝集，放大透镜窗口可形成于该装置的盖板或面板内。

可选地，珠粒可被“标记”有标签以提高检测的灵敏度。可以使用本身采用的或带有淬灭分子的荧光分子，如罗丹明，荧光素或伞形酮系列，(例如，参见美国专利号3996345和4366241，这二者都通过参考并入本文)。化学发光分子，如鲁米诺、荧光素、光泽精或乙二酰氯，可用作信号设备(例如，参见美国专利号4104029，通过参考并入本文)。与无色基底反应以给出沉淀的反应有色产品的酶系统，如与氨基乙基咔唑共轭的辣根过氧化物酶以及过氧化氢，由于基底也用作信号手段。单个的和双标签可在单个珠粒物种上使用，或可选地多个珠粒物种，包含发色团或荧光团组合的单独可识别的签名的每一个都可被使用。

通常，需要以某种方式修改粒子的表面，这样它们更容易能够结合到分析物。在这种情况下，粒子可用某些特定的亲和结合分子系修改以形成共轭粒子。免疫反应性的亲和结合分子包括抗原、半抗原，适合体，抗体(一级或二级)及其复合物，包括那些由重组DNA方法形成的，以杂交瘤细胞，或通过多肽合成。基于亲和捕获的其他常见凝集检测系统包括但不限于，生物素和抗生物素蛋白(或其衍生物)，生物素和链霉抗生物素蛋白，碳水化合物和凝集素，通常效应器和受体分子，以及镍：组氨酸系统。

亲和捕获分子，例如抗原或凝集素抗体，通常可使用任何各种已知技术连接到珠粒。例如，具体结合部件到检测探针(如，粒子)的共价连接可使用羧基、氨基、醛、溴乙酰，碘乙酰，硫醇，环氧树脂和其他活性或链接官能团，以及剩余的自由基和自由基阳离子来完成，通过其可完成蛋白偶联反应。

用于将酶耦合到该第一部件的程序是在本领域是已知的并且例如在J.H.肯尼迪等，Clin.Chim Acta 70：1(1976)中描述。用于该过程的反应物包括戊二醛、对甲苯二异氰酸酯、各种碳化二亚胺反应物，p-苯醌-m-高碘酸盐，氮，N-o-己烯二顺丁烯二酰亚胺，异源双功能交联剂，等等。

也构思了以上混合技术的替代实施例。图13A-B是用于染色载玻片的第一设备的平面和横剖视图，该设备具有串联式作用的双隔膜泵以产生通过在载玻片表面上形成的密封反应室的往复流动。图13C是示出边缘密封部件的布置的细节。

由于载玻片表示为一般用于显微镜的任何通常平面的基底部件，包括组织病理学，肿瘤学和细胞学，用于阵列杂交，用于蛋白质组学，用于大规模筛选等等，没有限制。

在该说明性示例中，本发明的设备200形成在基板201上，其可由层构成以封闭流体回路或可在一件或多件中喷射成型。通常基板由塑料制成，尽管可由不锈钢加工而成，例如，如果需要。安装有标本的载玻片202使用如图13B和13C中更详细示出的边缘垫圈203附接到基板。在该说明中的标本204在玻璃表面的背面上。在垫圈边缘的顶部腹板上的孔限定了带有通过载玻片上表面的观察区域206的观察窗205，这对于摄影或显微镜可能有用。在载玻片以下的凹口形成密封反应室207。观察窗口也可在基板部件内形成用于传输光通过反应室。

第一隔膜泵212和第二隔膜泵214用于来回地推进流体通过流体密封反应室，这将在以下更详细地描述。

转向图13B，玻璃侧面202被示出叠加在密封反应室207上，在载玻片以下形成为凹口。玻璃侧面并列停靠到由连接到基板201的外侧壁209所限定的提升平台208。

该凹口由内侧壁210和形成凹口底部的板211所限定。该板可以可选地倾斜或有轮廓的，并且可设置有用于排出来自密封反应室207的流体的排液管。密封反应室是跨越其上安装有标本的载玻片的区域延伸的浅托盘，其中该托盘的深度通常在5微米到100微米的范围内。

通过隔膜212a的下行行程，反应物流体从隔膜泵212被迫使通过流体连接到该反应室。一旦空气从内液压系统中清除，填充隔膜泵214的流体通过隔膜214a的下行行程可返回到隔膜泵212。为了清晰，未示出阀安装。隔膜212a和214a的连续致动的该过程可重复以在串联式隔膜泵(212、214)之间产生通过反应室的往复流动，从而确保标本与反应物流体充分地接触。

因为反应室的尺寸在深度上是微流体的，在z方向内的混合主要通过扩散，并且在5至100微米的深度相对地快速。泵送作用确保了腔室内的流体不局部地耗尽反应物，新鲜流体根据需要周期性地洗涤通过腔室以完成反应物与标本的反应。腔室内的“x”和“y”尺寸可被配置成根据需要支撑大规模筛选或较小规模的实验。如果需要，设备200的多个副本可串联地操作，或手工或使用自动化工作站。

例如，在标本204是微阵列的地方，探针可被引入到腔室以有选择地与该阵列结合，然后在阵列中照亮目标分子。在其他使用中，在标本204是组织部分的地方，着色剂或抗体可被引入到腔室以有选择地结合到某些细胞，然后这些细胞可见。在其他情况下，使用了荧光探针，如在FISH(荧光原位杂交)中，允许研究人员原位跟踪生物活性。同样，如聚合酶克隆测序的测序反应可在这种类型的腔室内进行。观察窗的厚度可根据需要选择以与光学包装对接，并且很容易使用观察区域的照片完成图像分析。

在该说明中，形成边缘垫圈203以封闭在提升的平台206上形成的唇部215。这在图13C中更详细地示出。载玻片202使用垫圈203被密封地夹持到唇部215。所示出的是提升平台的外侧壁209以及形成密封反应室207的内部凹口的内侧壁210。在外侧壁209和内侧壁210之间形成的流体通道216在隔膜泵和图13B中所描述的流体反应物储存器以及密封反应室207之间流体地连通。进入反应室217的流体(图14)不能逃脱，除非设置有出口或通风口。

边缘垫圈部件是由通常柔软顺从但韧性的材料成形的制品，如硅橡胶或乙烯基橡胶或其他弹性体。在该垫圈内，在该垫圈的完整内部边缘上延伸的“U型”槽在载玻片和唇部215上滑动以进行密封。这简化了液压系统并减轻了已经用其他夹持系统观察到的载玻片的弯曲，但需要面对向下进入反应室的标本。

如果需要的话，可附连刚性夹持件以加强这里所描述的边缘垫圈203。刚性夹持件通常会遵循边缘垫圈的形状但被收紧在其上，如果需要的话是软夹持，以防止反应室在压力下的泄漏。如果需要的话，可以使用其他的夹持系统。

方便地，加热装置或珀尔帖芯片可放置在提升平台内并且在反应室内温度受控。加热装置的作用是控制液体的温度，并且方便地载玻片不是热传递到腔室的管道，从而减小了通过过热或冷冻对标本损害的风险。

在该结构的一种变型中，通过在垫圈的一端(或两端)将载玻片插入通过狭缝或切口,密封反应室可在载玻片的一段周围形成。例如，当在待保护的载玻片的一端的标签上标记时或当需要电接头用于安装线束到载玻片的一端时，这是有用的。由此产生的电接头可用于为在反应室的电极阵列供电或用于操作热敏电阻，但是不限于此。

在反应室内的表面张力通常由钝化作用或表面活性剂所控制以促进润湿并防止气泡闭塞。由于泵送作用坚固，也可有利地使用垂直方向以在填装过程中移除气泡。同样提出CO2冲洗以在润湿过程中减少气泡截留。

图14是图13的设备的分解视图。基板201支撑用于泵送流体通过反应室207的一对隔膜泵212、214，这里示出暴露，这样形成反应室底部的凹陷托盘很容易地观察到。流体端口217代表连接到嵌入在基板内的流体回路。凹陷托盘可倾斜或有坡度以在清洗循环中促进反应物流体的排出。如果需，凹陷托盘也可包含加热或冷却元件。

在组装过程中，载玻片202被支撑在凹陷托盘周围的提升的扁平凸部218上，并且边缘壁通常在尺寸上符合良好的装配。如果需要可以使用引导唇部，这样载玻片很容易重合在平台顶部表面上。边缘垫圈203装配在载玻片边缘的周围以及在外侧唇部215以下，以将载玻片密封在凹陷托盘中，从而形成密封反应室207。

通过形成用于载玻片部件202的坚硬支撑218，保证了反应室的空间完整性。现有技术的柔软密封垫圈通常被放置在盖部壳体以下并被压缩在合适的位置，一种不利的实践，因为不能精确地控制在反应室以及顶部空间容积内的“z”尺寸，因此在垫圈被过渡压缩或顶部空间太大的地方导致了问题，其导致反应物废弃物并且也通过不必要地增加所需的扩散路径长度而减缓了反应速率的扩散成分。

反应室通过颠倒这些步骤拆卸，例如当需要移除载玻片用于后续检查或归档时。另外，整个组件可归档为单个单元。隔膜泵的圆柱形壳体可被制成装配到在底板底部内的配合凹口内，允许设备堆被搁置。

载玻片通常由终端用户提供并且可能或不可能作为反应器设备的一部分提供。

图15是示出在封闭腔室内双隔膜泵和流体流的示意图。箭头表示往复式的双向流。波纹管流泵212的隔膜的下行行程导致朝隔膜泵214的流动。当导致了隔膜泵的隔膜的下行行程214时，流体在隔膜泵212的方向返回。

一个隔膜泵的下行行程可能伴随有相对隔膜泵的上行行程、使泵送作用的能量加倍。或者，可每次致动单个泵，以及另外一个泵从属于有源泵的作用。

在常规程序中，由于通常在微处理器辅助设备的控制下实施，在每一个隔膜泵内的泵行程从正极到负极交替。图16是示出隔膜泵隔膜的行程的交替极性的曲线。第二隔膜泵通过施加同步反向的信号串联式操作。

信号可以是气动的或电动的。以上已经描述了气动控制系统的操作。磁控制或静电控制的隔膜的电致动在本领域中也是已知的并且发现了在本发明的隔膜致动系统中的使用。

如图15所示，隔膜泵也可流体地连接到外部流体回路，如用于从流体储存器泵送反应物到反应室。端口219可连接到外部回路或到反应物储存器。

图17A-C是示出了不同结构以及在前进通过密封反应室的流体上的效应的示意图。在微流体流体系统中的一个问题是在润湿过程中的弯月面控制。在这些系统中流体的平衡通常通过如在共同受让的美国专利公开号US2010/0112723中分析的毛细管组件和拖动组件来描述。表面活性剂、表面改性、几何形状以及表面特征对于控制润湿是有用的。该设备的垂直方向这样反应室从下面填装也在避免不均匀润湿和残余夹带气泡中是很有用的。有利地，不同于一些现有技术装置的本发明的装置、系统和设备可在水平、垂直或反向位置内操作。

图18A-B概略地表示了成对隔膜泵的不同结构和在密封反应室内的流动模式。因此独立可控的成对双隔膜泵的使用提供了用于混合具有微流体特征尺寸的薄流体层的坚固和柔性的平台。

在图18A中，流体地连接到样本204设置在玻璃基底上的密封反应室207的带有八个独立可控隔膜泵单元221的系统220被示出安装在集成的基底部件201上。

图19描述了用于实现配位络合物混合模式的配置有十对隔膜泵的另一系统230，以用该过程的流体反应物充分接触标本204。

图20A是在密封反应室内的多流体的示意图。流体被引导以产生被合并到在密封反应室207内从左到右的整体流内的层流重叠场。

图20B是可供给有用于连接到隔膜泵的细管的喷射器端口240的另一形式。进入腔室207的流体脉冲导致图20A的流体流。也示出了另一种用于在该腔室上在密封载玻片202内使用的倒钩夹持系统。在这种情况下，载玻片在该腔室内是直立的，这样标本浸浴在液体填充腔室207内。

图21A-21F描述了夹持设备，密封设备，以及用于从其连接到的基本平面基底释放密封反应室盖板的设备。

图21A示出了在载玻片202和用于形成密封反应室207的盖板之间插入的O形环251。本领域已知的各种柔顺垫圈材料可用于内部密封。

图21B描述了用于在密封反应室207和载玻片202周围形成密封的粘合密封条252a。如下所示，腔室填充有来自外部端口的流体207a。

图21C描述了第二粘合带，其中由接触载玻片202的坚硬唇部确保了密封反应室207的空间几何形状。

图21D描述了由柔顺的垫圈材料形成的端部密封253。

图21E示出了带有释放装置255的夹持结构254。

图21F示出了用于接收载玻片202的完全封闭腔室。隔离片256a和256b限定了接触载玻片的顶部和底部的顶部空间容积258。

图22A和22B描述了通过微模压热塑性塑料所形成的唇形密封。塑料唇部压力下在压力下产生以形成与载玻片202的接触密封，从而密封地封闭反应室207。

通常已知的并通过参考并入本文的本领域说明性的技术包括布朗的美国专利号6037168，麦克格雷的6569674，索恩的6773677、麦克尼利的7223363、阿迪的7235400、吕弗勒的7318913以及李的7906317，例如。

现在转到图23A和23B，示出的是本发明的代表性实施例300，具有可拆卸地插入的载玻片腔室盒以及带有机载废弃物存储容量的多个反应物储存器。

在第一透视图中，可以看出该设备包括基板301模块(也被称为微流体卡)和可逆地可接合的载玻片室盒302。载玻片303被示出部分地安装在盒组件302内。

在剖面图(图23B)中，载玻片303被示出倾斜地定位用于插入到盒壳体317的闭锁倒钩机构312内。当载玻片卡锁在合适位置时，柔顺的内部垫圈311在密封反应室310周围形成密封。反应物流体被允许通过如下所述的连接管316a和316b。也可以使用其他用于密封和夹持的方法，例如如图21和22中所述的。

基板模块301包括双隔膜泵(322、324)，反应物储存器或端口307a-c以及带有通风口308的废弃物流体储存器304。载玻片小型盒可以在基板上可交换地插入到对接插口305并且如果需要从一个基底移动到另一个上，例如如果实施复杂反应协议。基底加载有通过反应物端口307a到307c的反应物，反应物端口307a到307c经由隔膜泵和在该载玻片小型盒上的的连接管316a和316b与载玻片小型盒流体地互连，当插入盒时，其密封地接合对接插口的端口306a和306b。

如早前所述的隔膜泵用于提供加载反应物和使流体循环通过密封反应室310的的流体动力。隔膜泵隔膜322和324可被气动致动，或使用螺线管或使用本领域已知的静电技术来电子致动。

虽然为了便于解释，在基板内示出的微流体回路相对简单地制造，但可通过层压层过程或通过使成型片与复杂的微结构形成在一起以及通过从本领域已知的溶剂焊接、超声波焊接或激光焊接中选择的融合过程形成更复杂的回路。

例如，对于涉及染色步骤、冲洗步骤以及复染色步骤的三步骤染色协议来说，反应物储存器的数量是足够的。可以用额外的反应物储存器或用离卡的反应物来实施复杂协议。反应物储存器也可以可选地移除，并且可设置有用于在基板内插入到连接流体通道的螺纹乳头，这样它们可随意交换。在一个实施例中，基板模块和预装的反应物储存器分开地或在套件内出售。

图24是图23的实施例的横剖视图。载玻片小型盒组件302在局部开启视图中示出。载玻片303通过卡锁夹持结构312密封在壳体317上。提供柔软垫圈311以确保内部反应室310完全地密封。该单元是一次性的或一旦处理后，可被存储用于归档。通常通过与通过端口316a和316b引入的流体反应物接触，安装在载玻片的内表面上的标本材料在反应室310内受到反应。

载玻片小型盒302被配置成可移除地插入到基板模块301的对接插口305内，其中端口316a和316b与流体通道306b和306b密封地配合。每一个流体通道与隔膜泵组件322连通，其包括隔膜部件和用于从反应物储存器307抽取流体并进入反应室310的致动设备。通常，通过同步地接收反向致动信号，隔膜泵322和324串联地操作，这样当另一隔膜泵在上行行程上时，一个隔膜泵在下行行程上，或者两个泵交替地操作。这两个泵也可操作，其中一个泵是主以及另一个泵是从。该结构对于弹性隔膜特别有用，因为从泵以隔膜拉伸的形式存储行程能量并在反行程上释放。使用通常在微处理器控制下的这些配位致动，所述微处理器实施被存储在该设备或模块是其一部分的仪器系统中的内存介质中的可编程指令组，往复流动态可被形成通过密封反应室。该腔室通常具有微流体“z”尺寸，其中扩散运输是主要的，但隔膜泵已被示出在更新未被搅动层以上的边界层浓度是有效的，并且因此驱动扩散限制反应到快速完成。这些系统也很容易自动化。

图25示出了在传送带或其他自动化系统中使用的多个设备模块300。有利地这些模块安装在垂直位置内以帮助清除气泡。这证实了在平行处理多个标本的自动化系统的操作中使用模块的适用性。

示例

示例1

微流体测定设备的制备和组装

一种用于ELISA免疫测定的微流体装置制备如下：

1、人免疫球蛋白G(在pH值9的碳酸氢结合缓冲剂中为0.5ug)被放置到PET薄板的等离子体处理的测试场上。人类免疫球蛋白M作为阴性控制施加到第二测试场。蛋白质然后通过在60℃干燥5分钟被固定到塑料。

2、在固定后，测试场用酪蛋白缓冲剂(没有生物素)阻断30分钟并用PBST(带有0.1％TWEEN 20的磷酸缓冲盐)洗涤两次。

3、在干燥后，在图3的微流体装置中，被处理的PET薄板然后组装在粘合层之间，集成的气动回路用于加压隔膜泵并开启和关闭卫生阀。

示例2

在微流体装置中ELISA免疫测定的性能

一种在方法显影中用做基准的ELISA的标准测定涉及在固相基底上检测固定的人免疫球蛋白G，随后通过阻端和用标记有生物素的抗人抗体检测免疫球蛋白G。反过来用标记有酶的链霉抗生物素蛋白检测生物素。

过程：

1、参考如示例1所述制备的微流体装置，抗人免疫球蛋白G生物素(皮尔斯，180uL，在酪蛋白缓冲剂中为1：10000)通过样本端口添加，并且该设备用慢速混合培养1分钟。测试场然后用PBST冲洗，在移除冲洗剂之前缓慢混合1分钟。微流微流体测定仪器(美国Redmond Wash，Micronics)用于实施混合和洗涤。

2、检测反应物(Poly SA-HRP)被添加，慢速混合培养1分钟。Poly SA-HRP是标记有辣根过氧化物酶的链霉抗生物素蛋白。再次洗涤测试场。

3、添加了TMB(Scytek TMB高灵敏度显影溶液，180uL，在酪蛋白缓冲剂中为1：500)。随后2分钟培养以显影颜色，并且用PBST1分钟洗涤，记录结果。

4、用于免疫球蛋白G测试场的阳性反应由二亚胺的深蓝色沉淀表示。

在该示例中，在柠檬酸/醋酸缓冲剂中的TMB(3、3′，5、5′-四甲基联苯胺)用作色原。结果在示出图11的特写照片嵌入物中示出。在图3和图9中描述了腔室。需要注意的是，在测试区域内TMB沉淀的蓝色特征标记有免疫球蛋白G(上)。免疫球蛋白M(下)用作阴性控制。

示例3

用于对抗体酿脓链球菌的荚膜多糖进行抗体的免疫测定的微流体装置的组装

测试卡的组装：

1、从A组酿脓链球菌提纯的荚膜单糖抗原通过用丙烯酰胺单体共聚合而被固定在N 2等离子体激活的聚酯薄板上。薄板之前被掩模以限定测试场区域。

2、等离子体处理的测试场及周围区域然后用酪蛋白缓冲剂(没有生物素)阻断30分钟并用PBST(带有0.1％TWEEN 20的磷酸缓冲盐)洗涤两次。

3、在干燥后，包括抗原处理的聚酯薄板的层压层堆被组装在通常具有如图9所述尺寸的微流体装置中并用由图1模式的流体回路组装。

示例4

在微流体装置格式内免疫诊断测定的性能

过程：

1、参考如在示例3中所述制备的微流体装置，在酪蛋白缓冲剂中的200μl的辣根过氧化物酶共轭组A-S生脓原抗荚膜抗体通过样本端口添加，并且溶液与测试层接触，微喷射混合约1分钟。测试层然后用PBST冲洗3次。

2、用200μlABTS和过氧化氢在pH值3.3的柠檬酸缓冲区显影。混合和培养2分钟，之后一分钟用PBST洗涤。

3、阳性反应由在固相亲和捕获基质上收集的二亚胺的深蓝色沉淀表示。

在该示例中，2，2′-连氮基-二-(3-乙基苯并噻唑啉磺酸)和0.03％H₂O₂在pH值4.2的0.1M柠檬酸缓冲剂中用作显影溶液。通过在冲洗液和显影溶液中使用0.1％TWEEN-80(参见美国专利号4810630)提高测定的灵敏度，以延缓HRP和邻联茴香胺的退化以增强显色。

示例5

用于检测呼吸道病原体面板的抗体的测试条

三个测试区域对应于微流体装置内的窗口而在聚苯乙烯薄板上被阴性地掩模并且塑料被等离子体激活。被稀释到2-5ug/毫升的以下抗原然后固定在每一个测试垫上：

1、肺炎链球菌、混合O-血清型荚膜多糖抗原

2、酿脓链球菌、A组荚膜抗原

3、A型流感病毒，混合的红血球凝聚素H1-H5

测试条然后被阻断并在图2的密封微流体测定装置内组装。在该装置的制备后，病人血清(1：10稀释在180uL PAABS缓冲剂包括PBS，1％的BSA，pH值7.4的0.02％叠氮化钠)通过样品端口被吸移到完整的微流体装置。血清被允许润湿测试垫并且该装置用慢速混合培养5分钟。然后测试条用PAABS冲洗1次。羊抗人免疫球蛋白G和羊抗人免疫球蛋白M(2：1)在PAABS内的适当稀释(200uL)的溶液通过样本端口添加并被允许在RT在测试条上培养20分钟。在培养后，测试条冲洗1次并排出。检测抗体，与葡萄糖氧化酶共轭的抗羊免疫球蛋白G的溶液，然后施加并在RT培养10分钟。培养后，测试条再次冲洗和排出。用在pH值9.5的三羟甲基氨基甲烷缓冲剂内的氮蓝四唑染色(NBT)的溶液来实施显影。阳性血清抗体测试在测试条上在一个抗原垫位置由蓝色到紫色的显影表示，并且诊断新的或最近的感染。

示例6

在鼻腔灌洗中的流感病毒抗原

流感经历快速的临床过程。在早期，呼吸道上皮灌洗包含传染性病原体，非传染性病毒粒子和包被碎片，乙基流感抗原：IgA复合物。这里采用的诊断方法包括检测特定于流感病毒的IgA。这里描述了抗体的检测。

为了制备标记有辣根过氧化物酶的流感病毒(HPLIV)，随后是尼尔森引用的方法(Nielsen S L et al.1986，通过抗体捕获酶联免疫吸附测定的细胞巨化病毒抗原的免疫球蛋白G抗体的检测，J ClinMicrobiol，1986年12月，第998-1003页)，但是流感病毒粒子从菲茨杰拉德工业(美国马萨诸塞州Concord)购买。微流体装置通过在测试条表面上的第一固定单克隆鼠抗人免疫球蛋白A制备并用酪蛋白-tween阻断溶液阻断。测试条在最后组装之前安装在该装置的空腔内。在组装过程中，样本储存器(即，在隔膜泵腔室内)用10ug的HMLIV反应物在50uL TBS 1％牛血清白蛋白0.1％TWEEN 80(TBSBT)中润湿并在真空下在合适的位置干燥。2毫升粗滤的盐水鼻腔灌洗液用0.2毫升TRIS缓冲到pH值7.4，并且整个容积转移到微流体装置的样品储存器。材料在合适位置培养2分钟以完全溶解抗原-轭合物。样本溶液然后来回穿过测试场捕获位置，使用双波纹管系统以产生慢速往复流动2分钟。在这个过程中，标记有HRP的病毒粒子通过样本中的任何免疫球蛋白A抗体涂敷，以及样品中的任何免疫球蛋白A通过固定在测试条上的过量抗免疫球蛋白A来捕获。在培养后，该装置用TBSBT缓冲剂清洗3次并且冲洗液排出到废弃物储存器内。流体地连接到测试腔室的相邻气泡袋(CDRP)包含颜色显影反应物。在重叠在CDRP上的隔膜上按压使袋破裂并释放颜色显影反应物到测试空腔。在测试条上蓝色沉淀的显影表示免疫反应，并证实了带有HRP复合的流感抗原的固定免疫球蛋白A复合物的存在。所有混合和洗涤步骤使用喷射混合。

示例7

凝集免疫测定的显影

在该测定中使用的微流体装置如图7所示。相对于常见的液体珠粒反应物，该卡可用于测试两个或三个反应物。作为阳性测试，抗人免疫球蛋白G Fc片段-特异性生物素共轭抗体(皮尔斯)以24ug/毫升的浓度溶解在PBS内。PBS用作阴性控制。涂敷有蓝链霉抗生物素蛋白的珠粒(Seradyne，1％固体)悬浮液通过添加3uL的再次悬浮的珠粒到50uL PBS内而被稀释。珠粒溶液将放置在与每一个测试通道连通的孔内。抗体溶液和PBS放置在该卡顶部的测试孔内。PBS放置在左右通道以上；抗体溶液放置在中心通道以上。使用由隔膜泵产生的抽吸压力，测试溶液和反应物珠粒被带到该卡内的下行蛇形通道并允许随着流体继续发生反应。在包含涂敷有链霉抗生物素蛋白的珠粒和抗体生物素轭合物的通道内存在立即强大的凝集反应。PBS通道是阴性的用于凝集。在测定窗口内结果的特写照片如图12所示。

示例8

用于尿液中膀胱肿瘤抗原(BTA)的凝集测试

收集干净尿样用于在护理点测试。比重大于1.020的标本可接受用于测试。图10的微流体卡很容易适用于测试。尿液放置在上中心孔以上。阳性和阴性测试流体放置在侧孔内的合适位置。与乳胶珠粒共轭的抗人BTA免疫球蛋白G放置在下反应物孔内。隔膜泵用于启动样品和反应物流的流动和混合。由于每一个流体在蛇形通道内混合和培养，在中心通道上通过光学窗口观察的乳胶珠粒的凝集表明了肿瘤抗原存在的阳性免疫诊断。珠粒反应物流体可选地涂颜色以在跟随测定的进展中帮助用户。

示例9

肠道病原体的凝集测试

20毫升腹泻液体，主要是带有一些粘液的电解液，用无菌技术收集并转移到50毫升聚丙烯离心管内。添加了包含0.01％硫柳汞的pH值7.0的20毫升TRIS缓冲剂0.1M。在台式离心机内以5000rpm轻离心10分钟以移除显著可见的碎屑和粘液链后，上清液移入到干净的样品容器内进行测试。该溶液可能包括传染性病原体并用适当措施处理。在本发明的诊断卡内分析了该预处理样本。如下制备该卡。在PET薄层上的切口通过激光光刻技术制备。带有特定传染性病原体的抗体的乳胶珠粒(蓝色Seradyne)获得并重新悬浮在pH值7的柠檬酸1％BSA 0.1％Triton-X 100冻干缓冲剂中。珠粒悬浮液被点样或以足够用于测定的浓度施加在该卡的蛇形通道，然后冻干在合适位置。测试表明，该协议导致很容易通过样本流体可溶的干燥珠粒层。

在该示例中，使用与抗体共轭用于随后肠道病原体的干珠粒：

1、痢疾杆菌

2、大肠杆菌血清型0157：H7

3、沙门氏菌属、多价的抗荚膜和鞭毛抗体

300uL的处理样本引入到该卡的样本储存器。卡倾斜并分接到初始流体，然后平放或站立在表面上。流体从样品孔通过一个或多个微流体通道退出，并行进到包含珠粒冻干物的更大直径。在适当抗原存在情况下的凝集：随着珠粒在流体流中溶解，抗体对几乎立即开始。流体继续通过每一个下行蛇形通道到在该卡的窗口以下的测试场，其中可以读取和解释结果。到达废弃物储存器的流体与用户通过弹性内隔离层隔离，并且储存器用通风口内的液体屏障隔膜进一步隔离作为进一步的安全特征。在废弃物储存器内的吸收垫通过毛细管作用填充，保持废弃物。通过使用适当设计的样本端口，以及密封废弃物容器与液体屏障通风口的结合，在检测过程中没有释放潜在生物危害的材料。该卡是单独进入的封闭系统并且适用于涉及病原微生物和寄生虫检测的应用。该卡适于即时使用。

除非上下文另有要求，在整个本说明书和随后的权利要求中，词“包括(comprise)”及其变型，如“包含(comprises)”和“包含有(包括)”以开放的，包括的意义解释，即“包括但不限于”。

在本说明书中引用“一种(one)实施例”或“一个(an)实施例”意味着结合该实施例所描述的特定特征，结构或特征被包含在本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书的不同地方内短语“在一种实施例中”或“在一个实施例中”的出现不一定都涉及相同的实施例。此外，所述特定特征、结构或特征可能以任何合适方式结合在一个或更多的实施例中。

虽然以上描述包含特殊性，这些特殊性不应解释为对本发明范围的限制，而是作为本发明实施例的例证。也就是所述，本发明的上述描述示例性地用于说明和解释的目的。不背离本发明的精神和范围，本领域技术人员可对本发明进行各种变化和修改以使其没有创造性地适于各种用途和条件。这样，这些变化和修改是适当的，合理的，并且应该在以下权利要求的等价物的全部范围内。因此，本发明的范围应该由所附权利要求及其法律等效物所确定，而不是由给定的示例。引用并入

在本说明书和相关文件中涉及的所有美国专利、美国专利申请公开文献、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利公开文献在此通过引用而整体并入本文。

Claims (33)

1.一种用于在反应室内密封地封装基底部件的第一特定部分的设备，所述设备包括：

a)具有第一表面的基板部件，其中所述第一表面包括居中地设置在其上的平台，所述平台具有：顶表面，所述顶表面形成用于接触式地接收与所述平台的所述顶表面并置的基底部件的第一特定部分的尺寸，以及周围的外侧边缘和外侧侧壁表面，其中所述顶表面通过凹口、凹板和边界凸部而中断，所述凹口由具有从5微米到100微米的高度范围的内壁限定，所述凹板连接内壁的底部边缘，所述边界凸部连接内壁的顶部边缘和平台的外侧边缘，所述凸部用于在其上支撑基底部件的第一特定部分，由此在被密封至扁平的所述凸部时，在凹板和基底部件的第一特定部分之间形成具有顶部空间容积的反应室；

b)装配到所述平台的外侧边缘的垫圈部件，以及

c)第一隔膜泵和第二隔膜泵，所述第一隔膜泵具有连接至所述反应室的第一流体连接且所述第二隔膜泵具有连接至所述反应室的第二流体连接，所述第一隔膜泵和第二隔膜泵中的至少一方具有连接至设置在反应室外侧的一个或多个反应物储存器或通风口的一个或多个流体连接。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述隔膜泵被气动地驱动并具有正行程和负抽吸行程。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，通过向每一个所述隔膜泵交替地施加正压脉冲重复地致动所述第一隔膜泵和第二隔膜泵来驱动连接至所述反应室的所述第一流体连接和所述第二流体连接之间的往复流动。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，通过向所述第一隔膜泵施加正压脉冲以及向所述第二隔膜泵施加抽吸压脉冲致动所述第一隔膜泵和第二隔膜泵，随后将施加至每一个隔膜泵的压力脉冲颠倒来驱动连接至所述反应室的所述第一流体连接和所述第二流体连接之间的往复流动。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述隔膜泵被电磁驱动并具有正泵送行程和负泵送行程，另外其中通过交替地颠倒所述第一隔膜泵的第一泵送行程的极性和所述第二隔膜泵的第二泵送行程的极性来实现在连接至所述反应室的所述第一流体连接和第二流体连接之间的往复流动。

6.根据权利要求1所述的设备，包括多对隔膜泵，所述对中的每一个隔膜泵具有连接至所述反应室的流体连接，其中所述对被设置用于驱动流体流动跨越和经过所述反应室。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备包括用于访问基底部件上的观察区域的观察窗。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，用于访问基底部件上的观察区域的观察窗在所述垫圈中形成。

9.根据权利要求7所述的设备，其中，所述观察窗是成比例的，以用于实现将条形码标签施加至观察区域外侧的基底部件。

10.根据权利要求1所述的设备，其中，用于访问基底部件上的观察区域的观察窗在所述基板内形成并延伸经过所述提升的平台。

11.根据权利要求1所述的设备，进一步包括与所述隔膜泵中的至少一个流体连通的废弃物出口。

12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述基底部件是具有在其上结合有机物的第一表面的载玻片。

13.根据权利要求1所述的设备，其中，第一隔膜泵和第二隔膜泵靠近所述平台设置。

14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述平台被提升。

15.根据权利要求1所述的设备，其中，所述垫圈部件由弹性体、乙烯橡胶或硅树脂形成。

16.根据权利要求1所述的设备，其中，所述垫圈部件包括用于在边界凸部的顶部覆盖地和密封地封装所述基底部件的可拉伸腹板部件，以及用于密封地接合周围的所述外侧边缘和外侧侧壁表面的外周裙边部件。

17.根据权利要求1所述的设备，其中，切口形成在所述垫圈部件的侧向的特定部分上，所述切口用于密封地封装反应室内的基底部件的第一特定部分以及反应室外侧的基底部件的突出段。

18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述切口适于接收具有电接头的基底部件或载玻片，所述电接头安装在基底部件或载玻片的突出段上，所述电接头连接至所述反应室内的回路。

19.一种用于在密封的反应室内封装基底部件的设备，所述设备包括：

a)载玻片小型盒，其具有：装有内托盘的壳体、装有垫圈的外周导轨、以及用于密封地接收匹配的基底部件并由此形成密封的反应室的、端部安装的夹持部件，另外其中所述托盘设置有第一流体连接适配器和第二流体连接适配器，用于在所述密封的反应室和基板模块中的流体回路之间建立流体通道的所述适配器具有所述载玻片小型盒能够可逆地插入的对接插口；

b)具有第一表面的所述基板模块，其中所述第一表面包括居中地设置在其上的所述对接插口，所述对接插口具有形成用于接收载玻片小型盒的尺寸的凹陷表面，其中所述对接插口设置有装有密封部件的第一流体连接通道和装有密封部件的第二流体连接通道，所述第一流体连接通道和第二流体连接通道用于在与所述载玻片小型盒的所述第一和第二适配器密封地接合时形成经过所述密封的反应室的流体路径；以及

c)第一隔膜泵和第二隔膜泵，所述第一隔膜泵具有连接至所述反应室的第一流体连接且所述第二隔膜泵具有连接至所述反应室的第二流体连接，所述第一隔膜泵和所述第二隔膜泵中的至少一方具有连接至设置在反应室外侧的一个或多个反应物储存器或通风口的一个或多个流体连接。

20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述载玻片小型盒构造成可交换地对接至多个相同的基板模块。

21.根据权利要求19所述的设备，其中，所述反应物储存器或多个储存器是可互换的，具有用于可移除地接合基板和其中的流体回路的适配器。

22.根据权利要求21所述的设备，其中，所述反应物储存器被包装为套件，每一个反应物储存器具有密封在其中的流体。

23.根据权利要求21所述的设备，其中，所述适配器是用于接合基板中的插孔板的螺接插头，所述插孔板用于形成连接至所述流体回路的可密封的流体连接。

24.根据权利要求19所述的设备，其中，所述隔膜泵被气动地驱动并具有正行程和抽吸行程。

25.根据权利要求24所述的设备，其中，通过向每一个所述隔膜泵施加一个正压脉冲致动所述第一隔膜泵和第二隔膜泵来驱动连接至所述反应室的所述第一流体连接和所述第二流体连接之间的往复流动。

26.根据权利要求24所述的设备，其中，通过向所述第一隔膜泵施加正压脉冲以及向所述第二隔膜泵施加抽吸压脉冲致动所述第一隔膜泵和第二隔膜泵，随后颠倒脉冲的极性来驱动连接至所述反应室的所述第一流体连接和所述第二流体连接之间的往复流动。

27.根据权利要求19所述的设备，其中所述隔膜泵被电磁驱动并具有正泵送行程和负泵送行程，另外其中通过将所述第一隔膜泵的第一泵送行程的极性和所述第二隔膜泵的第二泵送行程的极性交替地颠倒来实现在连接至所述反应室的所述第一流体连接和所述第二流体连接之间的往复流动。

28.根据权利要求19所述的设备，包括多对隔膜泵，所述对中的每一个隔膜泵具有连接至所述反应室的流体连接，其中所述对被设置用于驱动流体流动跨越和经过所述反应室。

29.根据权利要求19所述的设备，其中，所述基板模块和载玻片小型盒构造成以竖直取向、水平取向或倒置取向操作。

30.根据权利要求19所述的设备，其中，所述基板模块和载玻片小型盒构造成与用于并行地执行基于基底部件的多个反应的自动化设备对接。

31.根据权利要求19所述的设备，其中，所述基底部件是具有在其上结合有机物的第一表面的载玻片。

32.根据权利要求19所述的设备，其中，第一隔膜泵和第二隔膜泵靠近对接插口设置。

33.根据权利要求19所述的设备，进一步包括流体连接至所述隔膜泵中的至少一个的废弃物出口。