CN105074416B - 分析装置和分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种使用点分析器，其包括泵、阀、端口和存储通道。所述存储通道可保持主要由试剂等分组成的多个化验包，所述试剂等分由边界嵌条分离。所述存储通道可限定具有两个末端的细长内腔，所述末端中的每一端连接至所述阀。用于与所述分析器一起使用的采样装置啮合所述端口并且可包括具有分离介质的回流同轴管。一种将所述分析器与所述采样装置一起使用的方法包括以下步骤：泵送流体以将样品移入所述分离介质中并且通过相反的连接件移出。

Description

分析装置和分析方法

本申请要求于2013年3月15日提交的美国临时申请序号61/786，741的优先权，所述申请以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于使用点分析的便携式分析器中的流体处理。

背景技术

流体样品分析，如临床样品分析，包含可以用不同频率进行的几个操作。例如，分析器可根据需要运行测试分析。当材料耗尽或失效时，分析器可重新装载试剂。当一个试剂批次用尽或操作条件变化时，分析器可校准特定的化验。分析器可以按固定的时间间隔运行质量控制试样。

在使用点环境中的分析器可具有广泛变化的工作负荷。例如，在医师办公室中，分析器大部分时间可能是空闲的。然而，当医师需要确定病人状况时，医师可能需要或希望在病人仍然存在时(相对短的一段时间)知道大量分析物的值。因此需要一种可以在短时间内提供在单个样品上的多个测量值的分析系统。

最有用的是，无论何地和无论何时需要，使用点分析器都应可以应用。这可能要求分析器在携带时是可操作的，这又要求分析器即使在取向变化时仍可以操作。分析器应当可装载有任何必要的试剂以用于测定多个样品，来支持校准和质量控制并且排除用户携带单独的分析物特异性消耗装置的成本和需要。因此需要一种可以预先装载有试剂并且可以在取向变化时加以存储和操作的分析系统。

使用分析器要求采集并准备样品。传统实验室分析(如通过静脉穿刺术)采集大量样品并且通过离心作用处理所采集样品，这是一个使用大型设备的相对缓慢的过程。需要提供一种紧凑并且不要求大型设备或耗时操纵的采样装置。

发明概要

在一些实施方案中，本发明包括分析器，所述分析器包括流体连接的泵、阀、端口和存储通道。泵、端口和存储通道可以流体连接至阀。存储通道可保持主要由试剂等分组成的多个化验包，所述试剂等分由边界嵌条分离。分析器还包括控制器(如微处理器)，所述控制器操作阀和泵以形成化验包。存储通道可限定具有两个末端的细长内腔。

分析器可从与端口啮合的采样装置接收样品，以便泵和阀可以控制样品的分配。分析器通过将样品的一部分与化验包中的一个相结合来形成测试包。分析器可以形成多个这样的测试包，所述测试包各自包括样品的一部分和化验包，从而允许分析多种分析物。

分析器还可包括流体连接至阀的排气口。阀包括公共通道，所述公共通道连接至泵，以便泵可选择性地与端口和存储通道啮合，所述啮合通过定位阀来将公共通道与连接至端口的流体连接件或与存储通道的一个末端对准来实现。在一些实施方案中，阀可包括流体连接至排气口的第二公共通道。阀可被构造以使得当公共通道与存储通道的一个末端对准时，第二公共通道与存储通道的相反末端对准。

分析器可包括多个存储通道，所述存储通道各自连接至阀并且各自包含一组化验包或大量试剂。

阀可以是旋转剪切阀，其包括具有大致圆柱形空腔的定子和设置在空腔中的转子。定子和转子都可包括驱动元件。分析器可以通过选择性地启动驱动元件中的一个或多个来切换阀位。

转子可包括通过间隙与空腔的圆柱形壁分离的圆周表面，其中所述间隙被构造来限制隔离流体。

采样装置可包括管，所述管具有在其末端处的连接件和在管内腔内的分离介质。用户向管的装载末端添加全体血液试样。分析器向管的装载末端输送顶替液，从而将血液推入分离介质中并且将血浆的一部分移出相反末端。

在一些实施方案中，分析器通过相反末端输送一个等分的顶替液，从而将全体血液试样的一部分移出装载末端。分析器可稀释或细分样品并且使细分部分与化验包关联以形成测试包。

采样装置可被构造为回流管，以便两个连接件彼此相邻。连接件和回流管可以是同轴的。管内腔可被分成包含分离介质的分离用区域和与装载末端相邻的采集腔室。在采集腔室和分离用区域之间的流隔离器可将样品保持在分离介质外，以便分析器可以控制分离定时以用于一致操作。

采样装置可包含管内的试剂。

在一些实施方案中，流隔离器包括流动通道的直径比采集腔室大的一部分或流动通道的具有疏水性表面的一部分。

采样装置还可包括管的外部面上的固位器和识别标记。

使用采样装置的样品输送方法可包括使试样与采样装置中的分离介质接触，从第一末端引进顶替液，以及从分离介质并且通过第二末端转移试样的液体组分的至少一部分。在一些实施方案中，所述方法包括另外的步骤，如：通过第二末端引入顶替液；以及通过第一末端转移全体血液试样的至少一部分。所述方法可使用采样装置的所描述实施方案中的任一个，包括构造为回流同轴管的采样装置。

分析器可啮合采样装置的连接件并且读取任何识别标记。啮合可包括使采样装置相对于分析器旋转和读取识别标记。分析器还可推进试样跨过流隔离器进入分离介质。

附图简述

图1展示便携式分析器的流体处理部分的实施方案的视图。

图2展示便携式分析器的实施方案的流体处理部分的一部分的图解视图。

图3展示图1的实施方案的视图，其中定子板和相关部件被移除并被反映以展示内部结构。

图4展示图1的实施方案的视图，其中阀转子和相关部件被移除。

图5b展示图1的实施方案的截面视图，其穿过包含在参考视图5a上标记为A-A的线的平面。

图6展示从图1的实施方案移除的阀转子的视图。

图7展示阀的实施方案的部分图解截面视图。

图8a至图8d展示采样装置的实施方案的多个视图。

图8e展示图8d的采样装置的截面视图，其穿过包含线A-A的平面。

图8f展示图8d的采样装置的实施方案的分解视图。

图9展示包含化验包的存储通道的实施方案的图解视图。

具体实施方式

分析系统可以包括基站、手持式分析装置(分析器)、试剂和采样装置的主要功能块。无线连接的外部操作者接口装置(如电话或平板计算机)可以形成另一功能块。

基站可以是桌面规模的装置，其被设计来准备分析器以便使用，如在Bell的US7431883中所描述，其公开内容以引用的方式并入。在典型操作中，用户按一定间隔(如每天一次)将分析器安装在基站中。基站与安装好的分析器配合来执行多种准备功能。这些功能包括将消耗材料或失效材料从分析器中排出；执行维护程序，如冲洗分析器中的流体通道；向分析器装载新鲜试剂；校准分析器和所装载化验物；执行质量控制材料的化验；传递信息；以及对分析器电池再充电。

分析器是由用户携带或保持以便无论何时要求均可用于化验的的装置。分析器包含执行多种化验中的任一个所必需的已装载试剂。因为分析器在使用期间可能是手持的，所以分析器的取向可能以不可预测的方式变化。即使在取向变化时，分析器仍必须维持它的试剂供给并且执行分析。

试剂是与样品反应或支持与样品的反应以对目标分析物进行检测或定量的材料，通常是液体或混悬剂。试剂还包括用来隔离、分离、冲洗、稀释或校准样品和反应的材料。这些试剂在临床分析中是众所周知的。

分析器

参考图1和图2，分析器的流体处理部分10包括泵12、排气口14、端口16、流动通道(在图1中不可见，但设置在歧管110中)、阀20和流体(未展示)。在分析期间，可将采样装置100在端口16处附接至分析器。分析器还包括壳体、电子元件和如电池的电源(未展示)。虽然没有示出，但控制器控制各种部件的操作，控制器可能是微型计算机或类似的电子装置。接下来的讨论涉及由分析器或由分析器的部件执行的操作。这些参考涉及通过控制器的控制，这种控制是由合适的驱动器电子元件和本领域已知的软件来调解的。

图2图解地示出流体系统。紧密间隔的平行线(如存储通道36)指示流动通道。各自接触多个通道的大矩形元件是阀20(如线性剪切阀或旋转剪切阀)的部件，其中它的切换表面"打开"以更清楚地示出多个连接件。矩形元件30和矩形元件32中的每一个对应于可与单个公共通道对准的连接件。阀20可仅包括单个公共通道，在这种情况下矩形元件30和矩形元件32对应于独立的阀。或者，单个阀可具有超过一个公共通道，在这种情况下两个所示出的矩形元件30和矩形元件32形成具有两个公共通道的单个阀的一部分。

泵

泵12可以是正位移泵，如注射泵或固定密封活塞泵。在一些实施方案中，分析器包括连接至分析通道34并且通过阀选择性地连接至泵12的第二泵22。第二泵22可交替地从泵12接收测试包并且通过分析通道34驱动所接收的测试包，这类似于在Kumar等人的US5399497中所描述的操作，其公开内容以引用的方式并入。测试包包括化验包(下文描述)和用化验包等分的样品以用于分析。

排气口

排气口14可以连接至环境空气或连接至集气室或连接至相对较大容量的储存容器(如废料室)。在一些实施方案中，排气口14包括过滤器以防止或限制气溶胶分散。

端口

端口16是用于向分析器添加或移除反应物的连接点。在不同的时间，端口16可连接至如基站的外部装置来补充试剂并排出废料，或连接至采样装置100来接收样品以用于分析。端口16包括一个或多个流体连接件24和流体连接件26。在一些实施方案中，连接件24和连接件26是同轴布置的以便易于同时连接至外部装置。

当端口16未连接至外部装置时，可以用端口密封件28覆盖端口16，所述端口密封件28封闭端口连接件24和端口连接件26以防止泄露。端口密封件28还可用来互连端口连接件24和端口连接件26以允许洗涤或冲洗端口16和相关联的通道以及交叉部410至428。在一些实施方案中，端口密封件28可包括具有开口(如狭缝)的弹性盖，所述开口允许外部装置的至少一部分进入，但当不存在外部装置时关闭。或者，端口密封件28可包括当外部装置被移除时分析器或用户所展开的滑动部件或可膨胀部件。

通道

分析器通过使流体移动通过通道来操作。通道是细长空腔，其横截面相对于长度来说较小。通道可包括挤压管或模制管(如碳氟化合物塑料管材)的内腔。或者，通道可形成大致固体材料块内的歧管的部分。歧管通道可通过以下方式形成：机械加工、压印、切割或在扁平的板或箔中模制细长沟槽或空隙，然后将板或箔粘结在一起；或通过在块状材料上钻孔。合适的板材料包括聚合物(如丙烯酸塑料)，其中板是通过商购的方法(如康涅狄格布里斯托尔的IDEX公司的东部塑料部门所提供的方法)进行扩散粘结。在一些实施方案中，板可包括具有疏水性表面的衬底，所述疏水性表面包括碳氟化合物塑料，如氟化乙烯丙烯共聚合物(FEP)或可溶性聚四氟乙烯(PFA)或表面处理后的丙烯酸。碳氟化合物塑料板可在粘结表面处被热粘结或通过金属化和受控的微波暴露(以选择性地加热板)被粘结。在一些实施方案中，并入通道和其他特征的歧管可以通过加法制造方法形成。

在一些实施方案中，通道可包括歧管通道和由挤压管材形成的通道。可以使用常规连接器(如华盛顿奥克港的IDEX公司的厄普丘奇科学部门所制造的连接器)将这样的通道彼此接合。或者，可通过压合、通过塑料焊接或通过类似的方法来接合歧管通道和挤压通道。

通道可以是任何横截面形状，但是圆形、半圆形或正方形会限制浸湿的通道表面的面积并且帮助减少连续通道内容物之间的残留。当在具有疏水性表面的聚合物(如FEP)中形成的通道由隔离液体(如碳氟液体)预先浸湿时，隔离液体可以优先填充通道的尖锐边缘或拐角，从而用弯曲的内腔表面产生弯月面，这进一步减少通道中的水性反应物的表面积。这样的隔离液体用于进一步减少连续水性通道内容物的残留。

通道可以具有与分析器的尺寸一致的任何直径。一些通道可包括不同直径的区域。一些通道(如保持废料流体的通道)可具有更大的直径，因为废料流体可以自由地彼此混合而不会影响分析器操作。保持其他流体的通道(如反应物存储通道和反应物分析通道)可具有相对小的直径，以便由气泡分离的各等分跨越通道直径。当分析器改变取向时，表面张力帮助防止等分彼此混合或彼此绕过。用于这样的通道的合适直径取决于通道壁材料的性质、隔离流体的性质和存在，以及反应物的性质。在FEP壁、碳氟化合物液体隔离流体和水性反应物的情况下，合适的通道直径在大约0.2mm至大约2mm的范围内。在一些实施方案中，大约1mm的通道直径是在取向改变时的存储稳定性和在手持式分析器中的可用空间之间的良好的折中方案。

通道包括分析通道、存储通道和操作通道。

分析器包括一个或多个分析通道。分析通道可包括光度分析通道，如Kumar等人所描述的分析通道。光度分析通道可包括基于吸光率的光学元件并且还可检测或可选地检测荧光灯或发光灯。分析通道可包括检测器、光源、局部增大的通道截面(其形成如Kumar等人所描述的"消失"特征以将相邻反应物等分相结合)、用来选择性地保留或释放磁敏感颗粒或液体的磁铁，或适合于特定分析的其他元件。分析通道可包括例如用于测量离子活动的离子选择电极，或具有库尔特孔以便对颗粒(如血细胞)进行测量和计数的阻抗传感器。

存储通道存储流体。

流体包括反应物，如化验试剂和样品；系统流体，如顶替液、洗涤液、稀释剂、缓冲剂、隔离流体和空气；以及消耗材料。存储通道36可以完整的形式存储或提供进入这些流体中的任一个的通路。分析器可包括多个存储通道。在一些实施方案中，分析器包括大约20个至60个或更多个存储通道。

存储通道36还可或可选地在预组装的包中存储试剂，以便单个存储通道36存储对特定分析物的多次测定所需的大部分或所有非样品组分。每个预组装的包(化验包)包含用于单个测定的预等分的试剂。化验包可包括一个或多个测量体积的试剂嵌条，所述试剂嵌条由边界嵌条分离。边界嵌条还可将等分的样品嵌条与测试包中的试剂分离。图9图解地示出设置在存储通道36中的一组测试包。试剂嵌条510在存储通道36的内腔内由更小的边界嵌条520分离。

边界嵌条包括与试剂大致不可混溶的流体。大致不可混溶流体包括可少量溶于试剂嵌条中的液体。在试剂是水性的情况下，大致不可混溶流体包括疏水性有机溶剂、烃和硅油、碳氟化合物液体和水溶解度有限的气体(如空气)。在一些实施方案中，边界嵌条中的流体可以与试剂嵌条大致不可混溶，但是当大量彼此暴露时所述流体和所述试剂可以混溶。试剂嵌条和边界嵌条之间相对小的接触区域可用于将显著的混合限制在接触点附近。这在试剂或边界流体(如含有高浓度甲基纤维素或甘油的边界流体)具有相对高的粘性时特别有效。

分析器可以包括专用于分析物特异性化验包的大约30个或更多个存储通道以适应大量的测试。含有化验包的每个存储通道可包括足够用于预计使用一整天的化验包。在一些实施方案中，每个存储通道容纳大约5个至30个化验包。对许多应用，大约10个化验包可以是一个合适的容量，因为这个数量适应存储通道的合理长度并且合理匹配于临床工作负荷。多个存储通道可包含用于高使用率分析物的相同类型的化验包。一些存储通道的容量可超过特定分析物所需。这样的存储通道的未使用的体积可通过边界嵌条与化验包分离并且由空气或顶替液填充。

在一些实施方案中，单个存储通道36可存储用于超过一个分析物的化验包。这样的混合存储适合于在相同样品上频繁化验的分析物。例如，单个存储通道可包含顺序排列的用于葡萄糖、尿素和肌酸酐的化验包，因为这三个化验一般作为基本新陈代谢系列的部分一起进行。

化验包存储的好处是，当系统在其他情况下空闲时，分析器或基站可建立分析反应的至少一部分。这有利地允许比在样品到达时形成化验包的情况下在更短的时间内启动化验。通过在更短的时间内启动化验，可以更频繁地读取进行中的化验，因为光度分析通道可以通过交替地启动化验并读取已启动的化验来操作。因此，更短的化验启动时间减少连续化验读取之间的时间。快速连续读取提供更高的数据速率，其更紧密地追踪快速发展中的光度信号。更高的数据速率允许使用更快的反应，因此更短的时间得出结果。短时间得出结果对使用点分析器特别有利，因为医疗保健医师可以在单次病人互动期间使用结果。这减少了诊断延迟和治疗延迟，从而改进成果并减少成本。

分析器可通过将阀12顺序地定位在使泵与包含化验包的第一所需成分的通道对准的位置处来建立化验包。然后，泵12抽吸所选量的成分。分析器将阀20重新定位至包含下一个成分的通道的位置，并且泵12再次抽吸所需的量。成分中的一种或多种可以是用来形成边界嵌条的流体(如空气)。这个过程继续，直到一整个化验包或一组多个化验包在泵侧阀公共通道230中、上传递通道274中和上传递通道在阀和泵之间的延伸(在图2中标记为项目500)中(总体来说是"泵侧通道")被顺序地组装。

以类似的方式，一旦可以获得样品，分析器就可按需要建立测试包。分析器将阀20定位在使泵12与包含所需化验包的存储通道对准的位置处。然后，泵12将化验包从存储通道抽吸到泵侧通道中，并且将阀重新定位来与包含边界流体(如空气)的通道对准。然后，泵12将所需量的边界流体作为边界嵌条抽吸到与所抽吸化验包相邻的泵侧通道中。然后，分析器将阀20定位在使泵与包含样品的通道对准的位置处。然后，泵12将所需数量的样品抽吸到在与边界嵌条相邻的位置处的泵侧通道中。如果需要，可向泵侧通道添加另外的边界嵌条。然后，分析器使阀与分析通道对准并且向分析通道34分发完全形成的测试包。

在以上描述中，当阀20被适当地定位时，泵12通过泵侧通道连接至存储通道36的一个末端。存储通道36的相反末端通过下公共通道234、下传递通道273和下传递通道的延伸(总体来说是"排气口侧通道")连接至排气口14。泵12抽吸存储通道36的内容物的一部分并将所述部分转移至泵侧通道。排气口侧通道的内容物的一部分通过存储通道36的相反末端移动到存储通道36中。

在一些实施方案中，排气口侧通道的内容物是通过排气口14输送的空气。在其他实施方案中，排气口侧通道可以由顶替液(如水或碳氟化合物液体)预先填充，使得用相对不可混溶的顶替液代替存储通道36的移除体积。这有利地减少存储通道内容物发生位移的可能性并且改进随后的分发精度。为了预先填充排气口侧通道，阀20与含有合适的顶替液的存储通道对准。泵12通过泵侧通道分发预定的体积，以便对应的体积退出所选存储通道的相反末端并且进入以预先填充排气口侧通道。这个预先填充步骤通常将在化验包移出存储通道36之前进行。

可以用来预先填充排气口侧通道的第二种方法使用泵通道500，其可装载有顶替液。泵通道500可以继续超过泵12以在它的远端处连接至阀20的排气口侧上的一个可寻址位置处。阀20的对应的泵侧是无连接的(如在图2中由残端连接指示)。当阀20被定位以便阀20的排气口侧通道与泵通道500的远端对准时，泵侧通道不连接至通道。在阀20因此对准的情况下，通过泵12的抽吸将泵通道500的内容物转移至泵12；通过泵12的分发将泵12的内容物转移至通道500。在抽吸时，泵通道500的远端接收排气口侧通道的内容物的一部分。在分发时，泵通道500的远端将其内容物的一部分转移至排气口侧通道。

以上描述的实施方案通过用泵12抽吸来转移化验包。在其他实施方案中，泵12可通过分发(与针对第一预先填充操作所描述的分发类似)来转移存储通道内容物。技术人员可以理解必要的管道改变以实现这个实施方案。泵通道500中的顶替液的可用性允许泵12定位在所需行程位置处，以便泵12可将顶替液分发至存储通道。

操作通道是描述在其他位置之间(如在泵和阀之间，在排气口和阀之间，在阀和端口之间，以及在阀位之间)进行连接的通道的容器种类。这些在下文中更详细地描述。

阀

阀选择性地将通道连接至泵并连接至排气口。阀可包括交叉点阵列或三通开关阀网，但是剪切阀有利地用干净的流体切换和最小的泵送作用来解决流体连接。在一些实施方案中，阀可以是在定子内形成为转子盘的旋转剪切阀，所述定子形成为圆柱形空腔。转子包括一个或多个公共通道，其可通过在转子轴处或靠近转子轴的旋转密封件连接至定子。40mm直径的转子具有大约125mm的周长。由于通道大约一毫米宽，因此在这样的转子阀中的每个公共通道可以解决大约四十八个围绕它的圆周排列的通道。或者，转子可以解决设置在定子空腔的平面上的通道。

参考图3至图6可以理解旋转剪切阀的实施方案的构造，其中相同的部件带有相同的项目编号。图3展示定子空腔的视图，其中定子板向下反映以显示内部细节。图4展示类似的视图，其中阀转子和转子板两者被移除。图5展示分析器的流体系统部分的截面视图，其穿过阀轴。相对的方向(如上、下、上方、下方、垂直和水平)在这个描述中涉及以转子板的外表面作为底部的取向。

公共通道可通过轴向设置在转子面和定子面之间的常规旋转密封件(如O形环或方形环)从定子连接至转子。或者，公共通道可通过几段挠性管材连接至定子通道，其中转子的移动程度由软件控制加以限制以避免扭转。

旋转剪切阀包括定子202、转子204、轴承226和轴承228以及旋转密封件232和旋转密封件236。

定子202包括两个部件，其通过紧固件、粘合剂、焊接或互锁几何结构(未展示)加以接合以允许组装。歧管110形成定子202的上部并且定子板260形成定子202的下部。定子202在歧管110和定子板260之间限定大致圆柱形空腔220。

定子202包括嵌入通道，所述嵌入通道包括传递通道和切换通道。上传递通道274和下传递通道276在相反的转子面处的与转子轴对准。传递通道经由旋转密封件向转子公共通道传递流体。切换通道在定子202的圆柱形表面处终止。切换通道包括在转子上公共通道230的平面中对准的多个上切换通道(例如238)和在转子下公共通道234的平面中对准的多个下切换通道(例如240)。

转子204包括具有相反的平面212和平面214的圆柱体272(在图6中最可见)和在圆周方向上设置的切换表面270。体272包括公共通道并且可包括驱动元件。上公共通道230将上转子面212的中心连接至切换表面270。下公共通道234将下转子面214的中心连接至切换表面270。图3至图6将公共通道230和公共通道234示出为径向对准的，但是公共通道可相对于彼此以某一角度偏移。

转子204设置在空腔220内。空腔220包括在转子204上方的上空腔和在转子204下方的下空腔。

包括上滚珠226和下滚珠228的轴承支撑转子204，所述转子204被展示为设置在空腔220内的固定高度处。上滚珠226和下滚珠228可骑跨在转子204中在圆周方向上设置的V形槽278中。轴承可包括围绕转子轴成角度设置的另外的滚珠，或可能可选地包括滑动接触表面或常规环形轴承。在一些实施方案中，轴承包括三个上滚珠和三个下滚珠。轴承还可包括柔性构件，如弹簧，所述弹簧使上滚珠226和下滚珠228中的任一个相对于转子204偏置。

设置在上转子面212和定子202之间的O形环232用作在上公共通道230和上传递通道274之间的旋转密封件。下公共通道234经由设置在下转子面214和定子202之间的O形环236连接至下传递通道276。公共通道230和公共通道234从相应的转子面向形成体272的圆柱体的中心平面垂直延伸。然后，公共通道230和公共通道234作为水平段继续穿过转子204到达切换表面270。当如图5中那样定位时，转子204通过相应的公共通道230和公共通道234将切换通道238和切换通道240连接至相应的传递通道274和传递通道276。

传递通道连接至泵12并且连接至排气口14，如图2中可见。上传递通道274可作为泵侧通道500继续。

转子204的旋转在限定的可寻址位置处选择性地使公共通道与所需切换通道对准，从而将所选切换通道连接至传递通道。

分析器可以多种方式驱动转子。例如，转子可以直接或通过齿轮齿或滑轮元件轴向地连接至电机轴杆，所述齿轮齿或滑轮元件与转子轴成一体或与转子轴同轴安装。

在其他实施方案中，通过并入磁铁、线圈或磁极片，剪切阀转子可以形成电机电枢的一部分。转子可包含磁铁和磁极片两者以提供磁通量回路或减少齿槽效应。嵌入的磁铁或磁极片可被设定尺寸并且分散在转子内以避开公共通道。为了易于构造，磁铁、线圈或磁极片可以是圆形的。替代的线圈和磁极片形状，如径向设置的梯形棱柱体，可以增加扭矩并且减少齿槽效应。向与转子相邻(如在转子上方或下方)的绕组选择性地施加电流来产生扭矩，所述扭矩将转子驱动至新的位置。上方和下方的绕组可以角度上对准以增加扭矩或彼此偏移以增加驱动分辨率。在绕组当中顺序地施加电流使转子步进至任何可寻址的角位置。这个过程使公共通道与所选定子通道对准，其方式与驱动步进电机的电枢的方式类似。

在一些实施方案中，转子可包括四个盘形磁铁268并且定子可包括三个在转子上方的绕组和三个在转子下方的绕组。每个转子盘形磁铁可保留在转子204的相符空腔中。

轴承可维持转子面和定子面之间的间隔。轴承可包括凹进定子面中并且任选地在上转子面或下转子面中的凹槽内滚动的滚珠。柔性元件(如弹簧)可通过轴承向转子的一侧施加落座力。

在所示出的实施方案中，歧管110和定子板260两者都包括包含驱动元件的小腔262，所述驱动元件包括围绕圆柱形磁极片266的线圈264。在歧管110和定子板260中的驱动元件关于转子轴彼此角度上偏移以增加驱动分辨率。

阀切换过程受到由控制器实施的软件控制，所述控制器选择性地向线圈264施加电流。编码器(未展示)可感测转子位置。

在一些实施方案中，转子的外径可极其接近定子中的圆柱形空腔的内径。在这些部件之间提供狭窄的间隙减少摩擦力，从而使转子运动更容易并且放松制造公差要求。所述间隙可包括隔离流体来作为润滑剂或作为将阀密封以阻隔不需要的流的辅助。当隔离流体浸湿转子材料和/或定子材料时，可通过表面张力将隔离流体至少部分地限制于所述间隙。图7展示剪切阀300的实施方案的一部分的部分图解截面视图，所述剪切阀300包括定子302、转子304，以及在转子和定子之间的间隙306。转子304包括两个平行的公共通道330和公共通道334。间隙306的径向宽度被放大以展示细节。间隙306内的隔离流体350以上弯月面308和下弯月面310为界。所述弯月面形成相邻的上转子表面312和下转子表面314，其中转子和定子之间的空隙的尺寸显著增加。由明尼苏达州圣保罗的3M公司制造的FC770型Fluorinert品牌碳氟化合物液体充分地浸湿FEP聚合物，以便1mm直径的开放FEP管支持至少2mm高的立柱。当间隙小于0.5mm时，无论取向如何，这种程度的浸湿都远足以填充转子和定子之间的间隙。FEP和类似材料的机械加工适度地支持0.1mm或更小的公差；因此在间隙宽度在合理的部件公差之内的情况下，FC770作为隔离流体是合适的。

通过包括与间隙相邻的无法被隔离流体浸湿的材料，可以提高或增强基于表面张力将隔离流体限制于转子定子间隙。例如，在转子和定子是碳氟化合物聚合物(如FEP)且隔离流体是碳氟化合物液体的情况下，在间隙附近的转子的相反面可包括亲水性材料(如聚酯)来作为覆盖膜或镶嵌物。或者，可以通过如下操作来处理这些面：涂漆、涂覆或选择性的等离子刻蚀和化学处理。在其他实施方案中，弹性材料密封件(如O形环)可以将隔离流体限制于间隙。在图7中，第一聚酯膜316覆盖上转子面312的圆周部分。第二聚酯膜318覆盖下转子面314的类似部分。

采样装置

采样装置向分析器提供样品。采样装置不是分析器的一部分，而是通过端口可移除地连接至分析器。在一些实施方案中，采样装置包括单次使用的消耗品，其既准备样品又向分析器输送所准备的样品。分析系统可包括多个类型的采样装置，其支持不同的样品准备方法。例如，当样品是血液时，采样装置可包括几种抗凝剂中的一种。一些类型可将细胞与液体样品分离，而其他类型可提供所采集的样品。

在一些实施方案中，采样装置包括流体不可渗透结构，这个结构限定入口、出口和在入口和出口之间延伸的通道。采样装置还可包括流体连接件、机械连接件、抓握附件、罩壳和机器或人类可读标记。

通道可以作为直的内腔从采样装置的一个末端延伸至另一个末端，其中入口和出口设置在相反的末端处。然而，这种线性构造要求用户将连接件定位在装置的不同末端处而不触摸任何一个末端。其他可能的几何结构包括管，其本身可以对折，以便通道的入口和出口两者定位在采样装置的相同末端处。这允许用户从一个末端握住装置，而将连接件定位在另一个末端处。

通道可包括前腔(通道的与入口相邻的一部分)，样品材料首先沉积在其中。前腔可包括被构造来由水性样品填充的表面性质和几何结构。前腔还可包括样品处理材料，如抗凝剂试剂。抗凝剂可以湿式或干式存储。干材料具有保存期和处理的优势。抗凝剂是众所周知的并且将不再进一步描述。其他试剂，如稀释剂、溶解剂或其他也可以存在或可选地存在的预处理试剂。

通道的更靠近出口的那部分可以包括分离介质。分离介质的目的是将血液细胞与血液的液体部分分离。许多这样的分离介质是可商购的，其包括GE医疗保健的VF2级玻璃纤维片、阿尔斯特伦公司的Cytosep 1662品牌血浆分离材料，以及其他。其他分离材料可包括对血细胞具有亲和性的表面结合材料。这样的材料通常可作为薄片获得，这些薄片可被切割、成形或撕碎并且装入壳体中。一些样品，如用于细胞分析的全体血液或尿液，不需要分离要分析的细胞。一些采样装置的实施方案因此可不包括分离材料。

分离介质还可包含如抗凝剂或凝块促进剂的试剂。

采样装置的一些实施方案包括在通道的一部分中的隔离器，所述部分在前腔和分离介质(如果存在)之间。隔离器的目的是帮助确保采样处理的均匀性。隔离器阻止样品进入采样装置的超过前腔的那部分。例如当阻止全体血液试样进入血液分离介质直到分析器对其进行作用时，这可以是有用的。这确保所有被分离的样品在分离介质中度过的时间量是类似的。这可以减少细胞溶解的可能性或样品成分因长时间暴露于长时间暴露于分离材料而发生不希望的损失的可能性。

在一些实施方案中，隔离器通过表面性质和几何结构阻止样品的移动。在亲水性表面材料将积极地对水性样品进行毛细作用的情况下，疏水性材料在更低程度上支持毛细作用并且可能排斥水性材料。因此，隔离器可包括在通道内将材料从更小的疏水性转变至更大的疏水性。或者，或另外，通道的直径可在隔离器区域中增加以防止在没有驱动力或压力时样品的进一步行进。

流体连接件将采样装置连接至分析器，但必须也使样品的装载适应于采样装置。锥形连接件(大体上类似于通常在注射器、针、注入设备和类似装置中使用的鲁尔式连接器和配件)允许两个部件形成可移除的流体紧密连接并且可用作采样装置上的一种或两种连接件。在这样的连接器中包含多头螺纹使得可能用简单的扭转进行连接。替代z性连接件可包括面密封件。一些实施方案可包括这两种类型的连接件。

采样装置的一个实施方案出现在图8a至图8f中。这个实施方案100包括核心部分120和护套部分140，两者都由流体不可透过的塑料形成。核心部分120是管状部件，其具有限定内腔122的核心壁121。核心部分120的上端123包括用来连接至分析器的锥形连接件124，其具有大约6％的线性锥度。下端125包括槽形孔126。内腔122在上端123处的边界包括小的半径以使用户更容易将样品装载到内腔122中。内腔122可以包括内部分割部(未展示)以帮助样品通过毛细作用进入内腔122并且将样品从上端123处的尖端抽走，以便可以添加更多样品。沿内腔122向下的部分是隔离器127。隔离器127包括内腔122的一段，其内径有所增加。如上所述，隔离器127可用于阻止样品在不受控制的时间进入分离介质。隔离器127还可包括一段疏水性更高的材料，如设置成与下端125相邻的一段FEP管材(未示出)。

护套部分140大体是杯形并且包括底座141、圆柱形护套壁142和外连接件143，所述外连接件143设置在护套部分的与底座141相反的末端处。护套部分140的外面包括抓握元件144、标签凹部145和螺纹标记146。

底座141包括被设计来附接至核心部分120的下端125的特征，以便核心部分120可被插入护套部分140中以形成单个组件。各部件可通过干涉配合、通过粘合剂或溶剂粘结或通过类似的方法来接合。下端125中的孔126从下端向上延伸，使得当核心部分120定位在护套部分140中时，流动路径保持通过孔126的无阻碍部分将内腔122连接到在核心部分120的核心壁121的外表面和护套部分140的护套壁142的内表面之间的空间中。这个流动路径继续至外连接件143。

外连接件143包括设置在护套部分140的最末端表面上的面密封件147。间隙保持在护套壁142和锥形连接件124的悬伸部分之间。当采样装置在端口16处连接至分析器时，流动路径继续通过这个间隙。当以这种方式组装之后，核心部分120和护套部分140形成回流管，其中所述管的两个末端设置在组件的同一末端上。通过从一个末端握住组件并推进组件进入分析器，这允许两个流体连接件连接至分析器。如本文所使用，回流意味着折返以便反转方向。如本文所述的同轴管是回流管。具有并排设置的末端的“U形”管也是回流管。

分析器端口16包括匹配的插孔连接件24和插孔连接件26，其与采样装置锥形连接件124和外连接件143互补。尺寸被设计以便在留有用于制造公差的余量的情况下，在面密封件147接触匹配的面插孔26的面之后，锥形连接件124将与匹配的锥形插孔24密封。当锥形连接件124定位在匹配的锥形插孔24中时，这抵靠匹配的面插孔26压缩面密封件147，并且保证两个连接件都是流体紧密的。

分析器端口16还包括围绕锥形插孔24的多头螺纹，所述多头螺纹与在护套壁142之外的上部面上的螺纹标记146互补。因此，可通过以下操作将采样装置100与分析器端口16啮合：将锥形连接件124插入匹配的锥形插孔24中，将螺纹标记146与端口16的互补螺纹啮合，并且用单个运动扭转采样装置来形成密封关系。螺纹标记146还可用于在使用之前将帽(未示出)固定至采样装置100以保护装置并且在使用之后将帽固定至采样装置100以包含样品废料。

抓握元件144通过允许用户牢牢抓住并扭转采样装置100进入端口16而在这个过程中起帮助作用。这些抓握元件可以是多个平行于采样装置100的轴的凸起部，但是多种形状和设计是可能的。

护套壁142的外表面的在抓握元件144上方且在螺纹标记146下方的一部分包括凹进的标签凹部145，其用来容纳标签(未展示)。放在标签凹部145中的标签可以由用户读取以识别关于采样装置100的信息，如采样装置的类型、批号、截止日期和抗凝剂。也可通过护套部分140的颜色和核心部分120的颜色的组合对这样的信息进行颜色编码。标签凹部145内的标签还可包含机器可读信息，如条型码或区域码。当采样装置100在插入期间相对于端口16旋转时，这样的代码可以在插入过程期间被读取。

采样装置100还可以包括设置在在核心壁121的外部面和护套壁142的内部面之间的空间中的分离器150。在一些实施方案中，分离器150可包括被浸软并且插入到采样装置100中的纤维。在其他实施方案中，分离器150可包括螺旋形缠绕的薄片原料。在核心部分120组装至护套部分140之前，可以将薄片分离介质切割成条并且缠绕在核心壁121上。可以将0.3mm厚的商业分离材料围绕核心壁121并且围绕分离介质的已缠绕层缠绕大约四次。为了易于组装，所缠绕的分离介质可以由柔性管材部分或由薄壁热收缩管材部分所覆盖。

商业分离介质包括深度过滤器、膜过滤器或混合过滤器。膜过滤器高效地阻止所有血液细胞通过但迅速阻塞。，深度过滤器在最终诱捕血液细胞之前允许血液细胞向介质中穿透某一距离。深度过滤器可允许一些细胞逃脱。混合过滤器包括两种类型的一些方面。可能有利的是，在分离器150中包括如同对膜过滤器或混合过滤器的一部分所论述那样螺旋形地缠绕的深度过滤器，其最接近外连接件143，以阻止任何剩余的细胞。

图8e展示这个实施方案的采样装置的截面，其显示分离器150在核心壁121和护套壁142之间的位置。所述结构在图8f的分解视图中也是可见的。

采样过程

通过参考图2，可最好地理解采样过程。泵12通过阀20的第一阀侧32在由第二阀侧30右方的项目编号指示的所选可寻址阀位处连接至所选通道。当在标签位置(如位置430)中对准时，阀20将泵12连接至依照标记位置附接至阀侧32的通道(这里是通道410)。阀20还将排气口14连接至依照标记位置附接至阀侧32的通道(通道414)。

与采样过程有关的管道包括采样装置100、连接至采样装置外连接件143的端口连接件24和连接至采样装置锥形连接件124的端口连接件26。三个通道从端口连接件24和端口连接件26中的每一个分支出来。短通道(未标记)从端口连接件24延伸至第一分支点426。超过第一分支点426，通道420达到第二分支点428，然后继续连接至在位置440处的阀排气口侧。超越第二分支点428，通道422延伸至在位置460处的阀排气口侧。通道424作为另一个分支继续经过第一分支点426，并且连接至在位置460处的阀泵侧。

短通道(未标记)从端口连接件26延伸至第三分支点416。超过第三分支点416，通道410延伸经过第四分支点418并且连接至在位置430处的阀泵侧。通道414作为另一个分支继续经过第三支分支点416，直到到达在位置430处的阀排气口侧。超过第四分支点418，通道412延伸至在位置440处的阀泵侧。

因此，有三个通道来自采样装置100的每个连接件。来自采样装置100的装载侧(锥形连接件124)的两个通道延伸至阀的泵侧；剩余的通道延伸至阀的排气口侧。来自采样装置100的相反侧(外连接件143)的通道具有反向分布：两个延伸至阀的排气口侧而第三个延伸至泵侧。

在操作中，用户通过锥形连接件124中的开口将样品(如指尖毛细血管血液样品)装载到内腔122中。样品可以直接从快速的手指针刺涓滴或通过收集毛细管或类似装置被装载。用户还可以或可选地将大块样品，如从静脉管或尿杯，转移到内腔122中。然后，用户通过扭转和推进部件来通过端口密封件28将采样装置100装载到分析器端口16中。

当采样装置100定位在端口16中时，分析器可读取与处理相关的信息。分析器还可基于读取信息来改变采样过程。例如，如果读取信息指示采样装置是不包括分离器的类型，那么分析器可选择空气作为分离流体以减小样品稀释的可能性。

采样过程的第一实施方案将分离的样品(如血浆)装载到分析器中。一旦采样装置100被定位，分析器将阀20定位在位置440处并且泵送顶替液通过通道412并且进入锥形连接124件。顶替液可以是空气、盐水或粘稠的水溶液，如甘油-盐水。顶替液压力迫使血液超过隔离器127并且进入分离器150。在毛细作用(且任选地利用替代流量或压力)下，血液通过毛细作用进入分离器。在分离器用来诱捕血液细胞的合适时间(30秒至2分钟，取决于几何结构和体积)之后，分析器进一步向采样装置100中泵送顶替液，从而推动在顶替液前端之前的血浆并且通过外连接件143推出，通过端口连接件24，并且进入通道420。后续的泵送使血浆前端移动超过第一分支点426并从那里沿着通道420移动至第二分支点428。血浆前端进入通道420，因为通道420经由阀排气口侧30连接至排气口14。其他所连接通道都不可以容纳显著的流量，因为当阀定位在位置440时，没有一个是通风的。

一旦血浆前端超过第一分支点426预定的距离(或者，在血浆前端经过第二分支点428之后)，分析器就将阀20定位在位置460并且通过通道424将分离的样品抽吸到连接至泵12的通道中以用于存储或处理。然后，泵12可以冲洗被流体浸湿的任何通道以便为进一步操作做准备。

采样过程的第二实施方案结合全体血液的一部分的转移(以用于细胞分析或用于需要细胞的其他分析物，如糖化血红素)。分析器将阀20定位在位置440处并且抽吸全体血液经过第三分支点416。然后，分析器将阀20定位在位置430并且从通道410的超过第三分支点416那一段将全体血液抽吸到连接至泵12的通道中以用于存储或处理。然后，泵12可以冲洗被流体浸湿的任何通道以便为进一步操作做准备。

在移除全体血液的等分之后，分析器可随后通过执行第一所述过程来采集血浆。因此，利用单个采样器，分析器可以采集全体血液样品和液体样品(血浆或浆液)并且执行各种各样的分析。

提供具有多个分支点和连接至通道的多个阀位的通道几何结构允许对结合上述实施方案的特征或概念的样品处理顺序的多种选择。技术人员可以理解基于这种几何结构的产生类似结果的替代性过程，包括用分发动作替代如前文参考存储通道所述的抽吸动作。

本文中描述的实施方案在说明书中被称为"一个实施方案"、"实施方案"、"示例性实施方案"等。这些参考指示所描述的实施方案可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施方案不一定包括每个所描述的特征、结构或特性。此外，当结合实施方案来描述特定的特征、结构或特性时，这样的特征、结构或特性也可以结合其他实施方案来使用，不管是否加以明确描述。

本公开提及以引用的方式并入的某些其他文件。在这类文件与本文件的明确公开内容相冲突的情况下，以本文件为准。

Claims (21)

1.一种用于分析来自采样装置的样品的分析器，所述分析器包括：

泵；

阀，其流体连接至所述泵；

端口，其流体连接至所述阀并且被构造来与所述采样装置啮合；

第一存储通道，其流体连接至所述阀；

多个第一化验包，其存储在所述第一存储通道中；以及

控制器，其可操作地连接至所述泵并且连接至所述阀,

其中所述多个第一化验包中的每一个包括试剂和边界嵌条。

2.如权利要求1所述的分析器，其中所述控制器被构造来操作所述阀和所述泵以形成所述多个第一化验包。

3.如权利要求2所述的分析器，其中所述控制器被构造来：当所述采样装置与所述端口啮合时，从所述采样装置装载样品。

4.如权利要求3所述的分析器，其中所述控制器还被构造来：通过将所述样品的一部分与所述多个第一化验包中的一个相结合来形成第一测试包。

5.如权利要求1所述的分析器，其还包括流体连接至所述阀的排气口，其中所述阀包括第一公共通道和第二公共通道，所述第一公共通道流体连接至所述泵，并且所述第二公共通道流体连接至所述排气口，其中所述第一存储通道具有第一末端和第二末端，并且其中所述阀可定位以将所述第一公共通道连接至所述第一末端并且将所述第二公共通道连接至所述第二末端。

6.如权利要求1所述的分析器，其中所述阀包括定子和转子，所述定子限定大致圆柱形空腔并且所述转子设置在所述空腔中，所述转子并入第一驱动元件。

7.如权利要求6所述的分析器，其中所述阀还包括设置在所述转子和所述定子之间的轴承，其中所述定子包括第二驱动元件，其中所述第一驱动元件和所述第二驱动元件包括磁铁、线圈或磁极片中的一个或多个，并且其中所述控制器通过选择性地启动所述第一驱动元件和/或所述第二驱动元件来操作所述阀。

8.如权利要求6所述的分析器，其中所述转子包括通过间隙与所述空腔的圆柱形壁分离的圆周表面，所述间隙被构造来限制隔离流体。

9.如权利要求8所述的分析器，其中所述圆周表面和所述圆柱形壁均包括含氟聚合物材料，并且其中所述隔离流体包括能够浸湿所述含氟聚合物材料的碳氟化合物液体。

10.如权利要求1所述的分析器，进一步包括流体连接至所述阀的第二存储通道以及存储在所述第二存储通道中的多个第二化验包。

11.如权利要求1所述的分析器，其中所述第一存储通道限定具有第一末端和第二末端的细长内腔，所述第一末端和所述第二末端中的每一个连接至所述阀。

12.如权利要求1所述的分析器，其中所述采样装置包括：

管，其限定具有第一通道末端和第二通道末端的流动通道；

分离介质，其设置在所述流动通道中；

采集腔室，其设置在所述第一通道末端和所述分离介质的中间；

第一连接件，其设置在所述第一通道末端上；以及

第二连接件，其设置在所述第二通道末端上，

其中所述第一连接件设置成与所述第二连接件同轴。

13.如权利要求12所述的分析器，其中所述采样装置进一步包括设置在所述管内的试剂。

14.如权利要求13所述的分析器，其中所述采样装置进一步包括设置在所述采集腔室和所述分离介质之间的流隔离器。

15.如权利要求14所述的分析器，其中所述流隔离器包括所述流动通道的直径比所述采集腔室大的一部分或所述流动通道的具有疏水性表面的一部分。

16.一种分析器，包括：

泵；

排气口；

阀，其包括转子和定子，所述转子具有第一公共通道以及第二公共通道，所述第一公共通道流体连接至所述泵，并且所述第二公共通道流体连接至所述排气口；以及

第一存储通道，其包括细长的第一内腔、第一末端、以及第二末端，其中所述第一末端和所述第二末端连接至所述阀，以及

其中所述阀可定位成在所述第一公共通道连接至所述第一末端时将所述第二公共通道连接至所述第二末端。

17.一种分析器，包括：

泵；

阀，其流体连接至所述泵并且包括第一公共通道和第二公共通道；

第一存储通道，其包括细长的第一内腔、第一末端、以及第二末端，其中所述第一末端和所述第二末端连接至所述阀；以及

第二存储通道，其包括细长的第二内腔、流体连接至所述阀，

其中所述阀可定位成在所述第一公共通道连接至所述第一末端时将所述第二公共通道连接至所述第二末端。

18.如权利要求17所述的分析器，进一步包括存储在所述第一内腔中的多个第一化验包。

19.如权利要求18所述的分析器，进一步包括存储在所述第二内腔中的多个第二化验包。

20.如权利要求18所述的分析器，其中所述阀包括限定大致圆柱形空腔的定子、以及设置在所述空腔中的转子。

21.如权利要求20所述的分析器，进一步包括端口，其流体连接至所述阀并且被构造来与采样装置啮合；控制器，其可操作地连接至所述泵并且连接至所述阀，其中所述转子包括磁铁、线圈或磁极片中的一个或多个。