CN106660058B - 用于执行自动化离心分离的设备、系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于样品的自动化离心处理的系统、方法和装置。在一些实施方式中，提供一种集成式流体处理盒，其中离心室通过其横向表面与微流体装置接口连接，并且其中所述集成式流体处理盒被配置成插入到离心机中以进行离心。可采用盒接口组件来与集成式流体处理盒接口连接，以执行各种流体处理步骤(诸如，控制流体在离心室中的流入和流出以及控制流体在微流体装置中的流入，和可选地进一步流体处理被提取到微流体装置的流体)。所述集成式流体处理盒可包括：上清液室，上清液被提取到所述上清液室；以及稀释液室，其用于稀释离心室中所收集的悬浮液。

Description

用于执行自动化离心分离的设备、系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2014年5月16日的标题为“用于执行自动化离心分离的设备、系统和方法(APPARATUS,SYSTEM AND METHOD FOR PERFORMING AUTOMATED CENTRIFUGALSEPARATION)”的第61/994,728号美国临时申请的优先权，所述美国临时申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本公开涉及流体的样品制备、离心分离和微流体处理。

背景技术

使用分子技术在全血样品中进行病原体检测需要产生目标核酸的悬浮液的样品处理过程，所述悬浮液充分地不含PCR抑制剂、干扰物和非目标核酸。样品处理过程与所利用的扩增和检测过程密切相关，且因而对目标微生物的敏感和特异检测至关重要。例如，血细胞(大约10¹⁰/mL)大大超过全血中的目标微生物细胞的数目(大约为10¹CFU/mL)。因此，血细胞是大量背景DNA、PCR抑制剂、核糖核酸酶和荧光猝灭剂的来源。此外，因先前治疗的感染，样品中还可能存在死微生物和来自此类微生物的核酸。这对基于核酸的病原体检测平台强加了严格的功能性需求。

对全血样品执行样品制备的现有方法通常由以下步骤组成：(i)相对于目标微生物选择性地或者非选择性地使血液样品经受溶解血细胞和微生物细胞的一些方法；(ii)移除或灭活抑制剂和干扰物以进行PCR和检测；以及(iii)移除非目标核酸或提高扩增和检测策略以增加相对于目标微生物和活微生物与死微生物的特异性。

这些步骤通常单独地或者组合地执行，并且根据下游过程的耐受特性具有不同的效力水平。大多数现有病原体检测平台依赖于在使用PCR或RT-PCR扩增和检测之前对目标核酸的提取和纯化，且在涉及低病原体浓度的应用中不适合于自动化。

发明内容

提供了用于样品的自动化离心处理的系统、方法和装置。在一些实施方式中，提供了一种集成式流体处理盒，其中离心室通过其横向表面与微流体装置以流体方式接口连接，以及其中所述集成式流体处理盒配置成插入到离心机中以进行离心。可采用盒接口组件来与集成式流体处理盒进行接口连接，以执行各种流体处理步骤(诸如，控制流体流入和流出离心室以及控制流体流入微流体装置中，以及可选地对提取到微流体装置的流体进行进一步流体处理)。集成式流体处理盒可包括：上清液室，上清液被提取到所述上清液室；以及稀释液室，其用于稀释离心室中所收集的悬浮液。

因此，在一个方面中，提供一种使用集成式流体处理盒来执行离心分离和微流体处理的方法；

集成式流体处理盒包括：

宏观流体离心室，其中所述宏观流体离心室的远侧区域配置成在离心力的施加下收集沉淀物；

微流体装置，其具有内表面和外表面，其中所述内表面附接至宏观流体离心室的横向表面，以及其中微流体装置包括配置成通过外表面致动的一个或多个流体部件；

其中沉淀物提取端口设置于宏观流体离心室内，以及其中所述沉淀物提取端口通过横向表面与微流体装置的沉淀物提取通道流体连通以将沉淀物提取到微流体装置；

所述方法包括：

将液体样品提供于宏观流体离心室内；

利用离心装置对集成式流体处理盒进行离心，使得沉淀物被收集在远侧区域内；

在微流体装置的沉淀物提取通道与宏观流体离心室之间施加压力差，使得包括至少一部分沉淀物的浓缩悬浮液流经沉淀物提取端口并流入微流体装置中，由此将浓缩悬浮液转移到微流体装置；以及

通过经由外表面致动流体部件中的一个或多个来流体处理微流体装置内的浓缩悬浮液。

在另一个方面中，提供了一种用于执行离心分离和微流体处理的系统，所述系统包括：

集成式流体处理盒，其包括：

宏观流体离心室，其中所述宏观流体离心室的远侧区域配置成在离心力的施加下收集沉淀物；

微流体装置，其具有内表面和外表面，其中所述内表面附接至所述宏观流体离心室的横向表面，以及其中所述微流体装置包括配置成通过所述外表面致动的一个或多个流体部件；

其中沉淀物提取端口设置于所述宏观流体离心室内，以及其中所述沉淀物提取端口通过所述横向表面与所述微流体装置的沉淀物提取通道流体连通以将沉淀物提取到所述微流体装置；以及

离心装置，其包括：

转子；以及

容器，枢转地连接到所述转子，其中所述容器配置成接收所述集成式流体处理盒使得当所述转子处于静止时所述外表面相对于所述转子的旋转轴被横向地和向外地定向；

盒接口组件，其配置成当所述转子处于静止时与所述集成式流体处理盒可移除地接口连接；以及

控制和处理单元，其与离心装置和盒接口组件可操作地接口连接，其中所述控制和处理单元配置成：

控制所述离心装置以对所述集成式流体处理盒进行离心；

控制所述盒接口组件以当所述离心装置处于静止时使所述盒接口组件与所述集成式流体处理盒接口连接；

控制所述盒接口组件以促使在所述宏观流体离心室与所述沉淀物提取通道之间施加压力差，以将包括至少一部分沉淀物的浓缩悬浮液提取到微流体装置上；以及流体处理微流体装置上的浓缩悬浮液。

控制所述盒接口组件以致动一个或多个流体部件，从而流体处理微流体装置上的浓缩悬浮液。

在另一个方面中，提供了一种用于执行宏观流体分离和微流体处理的集成式流体处理盒，所述集成式流体处理盒包括：

宏观流体离心室，其中所述宏观流体离心室的远侧区域配置成在离心力的施加下收集沉淀物；

微流体装置，其具有内表面和外表面，其中所述内表面附接至所述宏观流体离心室的横向表面，以及其中所述微流体装置包括配置成通过所述外表面致动的一个或多个流体部件；

其中沉淀物提取端口设置于所述宏观流体离心室的所述远侧区域内，以及其中所述沉淀物提取端口通过所述横向表面与所述微流体装置的沉淀物提取通道流体连通以将沉淀物提取到所述微流体装置。

在另一个方面中，提供了一种微流体隔膜阀，其包括：

基底层，其具有形成于其表面中的端口；

微流体层，其具有第一表面和相对的第二表面，其中所述微流体层设置于所述基底层上使得所述第二表面附接到所述基底层的所述表面，

所述微流体层包括与阀座孔口流体连通的横向微流体通道，其中所述阀座孔口定位于所述端口之上，以及其中所述阀座孔口延伸穿过所述微流体层；

粘附到所述微流体层的所述第二表面的膜，所述膜包围所述阀座孔口；以及

柱塞，定位成接触所述膜的外部表面，使得一旦将充分向内导引的力施加到所述柱塞后，所述柱塞便被接收于所述阀座孔口内且所述膜形成对所述端口的密封。

在另一个方面中，提供了一种使用集成式流体处理盒来执行离心分离的方法；

集成式流体处理盒包括：

宏观流体离心室，其中所述宏观流体离心室的远侧区域配置成在离心力的施加下收集沉淀物，以及其中上清液提取端口设置于所述宏观流体离心室的远侧区域内；

上清液室，其具有形成于其中的上清液递送端口；以及

微流体装置，其具有内表面和外表面，其中所述内表面附接至宏观流体离心室的横向表面；

其中上清液提取端口通过横向表面与微流体装置的上清液递送通道流体连通，以及其中上清液递送端口通过横向表面与微流体装置的上清液递送通道流体连通以将大部分的上清液从宏观流体离心室提取到上清液室中；以及

所述方法包括：

将液体样品提供于宏观流体离心室内；

利用离心装置对集成式流体处理盒进行离心，使得沉淀物被收集在远侧区域内；

在上清液室与宏观流体离心室之间施加压力差，使得上清液流经上清液递送通道，由此将上清液转移到上清液室。

对本公开的功能和有利的方面的进一步理解可以参考以下详细描述和附图来实现。

附图说明

现将参考附图仅通过举例说明来描述实施方式，在附图中：

图1示出了用于利用集成式流体处理盒执行自动化离心和清洗的示例系统的示意图。

图2A至图2C示出了用于离心和清洗的示例集成式流体处理盒的不同视图。

图2D示出了适合于在离心期间执行上清液提取的集成式流体盒的示例实施例。

图3提供了示出用于执行自动化离心和清洗的示例方法的流程图。

图4A和图4B提供了包括用于提取沉淀颗粒或其悬浮液的端口的示例集成式流体处理盒的实施方式的主视图。

图5是配置成用于从收集管直接提取样品并随口进行离心和清洗以获得微生物细胞的经浓缩和纯化的悬浮液的示例集成式流体处理盒的图示。

图6示出了装备有旨在用于保留细胞的过滤器的通道的示意性横截面图。

图7A是根据本公开的一个示例实施方式示出存在于溶解物质中的核酸的样品制备、电溶解和多路复用分子检测的方法的流程图。

图7B是根据本公开的一个示例实施方式的示出样品制备的方法的流程图。

图7C是根据本公开的一个示例实施方式的示出样品制备和电溶解的方法的流程图。

图7D是根据本公开的一个示例实施方式的示出样品制备、电溶解和蛋白提取(可选地随后进行MALDI-TOF分析)的方法的流程图。

图8是示例集成式流体处理盒的一部分的示意图，其中提供附加流体部件以处理经分离和浓缩的微生物细胞。

图9A至图9B示出了热处理室的各示例实施方式。

图9C是与热处理室一起使用的示例加热器元件的图示。

图9D至图9E示出了热处理室阵列的各示例实施方式。

图10A是示例集成式流体处理盒的图示，其从等距视图示出主横向表面和后横向表面。

图10B是示出示例集成式流体处理盒的分解图的图示。

图10C至图10K是示例多层集成式流体处理盒的图示，其示出主要层的细节。

图11A至图11I提供了阀和关联的柱塞的示例实施方式的图示。

图12A至图12B示出了端口和关联的空气置换机构的示例实施方式的图示，其示出(A)横截面图和(B)俯视图。

图13A示出了集成式流体处理盒插入到容器中。

图13B和图13C示出了根据示例实施方式的吊桶式离心机。

图14A和图14B示出了涉及盒接口组件与容纳在转子中的集成式流体处理盒的接合的示例实施方式。

图15A至图15E示出了用于致动阀柱塞的替代性示例实施方式。

图16示出了用于经由轨道式运动使集成式流体处理盒涡旋的机构的示例实施例。

图17A至图17C示出了示例阀闭锁机构。

图18A示出了支承于容器中的集成式流体处理盒的示例实施例。

图18B至图18C示出了盒接口组件的示例实施例，其中图18C示出了盒接口组件与支承集成式流体处理装置的容器的接合。

图19示出了可以与盒接口组件可选地集成的示例光学系统。

具体实施方式

将参考下文所论述的细节来描述本公开的各实施方式和方面。以下描述和附图为本公开的说明且将不被解释为限制本公开。描述了许多具体细节以提供对本公开的各实施方式的全面理解。然而，在某些例子中，并未描述众所周知的或常规的细节以提供对本公开的实施方式的简洁讨论。

如本文中所使用，术语“包括(comprises)”和“包括(comprising)”将解释为具包含性的且为开放式而非排他式。具体来说，当用于说明书和权利要求书时，术语“包括(comprises)”和“包括(comprising)”及其变型意指包括具体的特征、步骤或部件。这些术语将不解释为排除其他特征、步骤或部件的存在。

如本文中所使用，术语“示例性”意指“用作示例、例子或说明”，且不应解释为优先于或优胜于本文中所公开的其他配置。

如本文中所使用，术语“约”和“近似”意指涵盖可存在于所述值范围的上限和下限中的变化，诸如性质、参数和尺寸方面的变化。除非另有规定，否则术语“约”和“近似”意指±25％或更少。

将理解，除非另有说明，否则任何指定的范围或组都是所提及的单独的范围或组中的每个成员以及其中所涵盖的每个可能的子范围或子组和与其中的任意子范围或子组相类似的情况的简略形式。除非另有规定，本公开涉及且明确包含子范围或子组的各个和每个具体成员和组合。

如本文中所使用，术语“大约”在结合数量或参数使用时是指跨越所规定的数量或参数的近似十分之一到十倍的范围。

除非另有定义，否则本文中所使用的所有技术和科学术语旨在具有与本领域普通技术人员所通常理解的意义相同的意义。除非另有指定(诸如，通过上下文)，否则如本文中所使用以下术语旨在具有以下意义：

如本文中所使用，措辞“离心分离”是指对含微粒或固体材料的样品流体进行离心的过程，借以发生此类微粒或固体材料的沉淀，从而产生沉淀物。措辞“沉淀物”一般是指在施加离心力之后在离心装置的远侧区域内收集的一种或多种颗粒。沉淀物的一个非限制性示例是一种或多种微生物细胞。沉淀物无需被收集在离心室的底表面处，而是可替代地形成于离心室的底部附近或在上清液与缓冲液体之间的界面处，如下文详细描述。

如本文中所使用，措辞“清洗(wash)”和清洗(“washing)”是指涉及以下各项的过程：将稀释液(或清洗液体/缓冲液)添加到固体或悬浮液样品中；将稀释液与样品混合(可选地使沉淀物再悬浮)以获得悬浮液；以及对悬浮液进行离心。

如本文中所使用，术语“微流体通道”是指具有小于1mm的横截面尺寸的流体通道。

如本文中所使用，术语“微流体装置”是指具有至少一个微流体通道的流体装置。

如本文中所使用，术语“宏观流体室”是指流体室或室，其中所述流体室或室的所有尺寸超过1mm，并且其中所述室的体积超过500微升。

用于离心和清洗的集成式设备

现参考图1，提供了用于执行自动化离心分离或自动化离心分离与清洗的示例集成式系统100的图示。示例系统100包括离心机110，所述离心机接收用于进行离心分离的一个或多个集成式流体处理盒120。离心机110包括连接到机动化转子114且被配置成接收集成式流体处理盒120的一个或多个容器112。盒容器112例如可为实验室离心机中常见的固定角类型或摇摆桶式类型(例如，每个容器112可枢转地连接到机动化转子114)。

盒接口组件(单元)130被配置成当机动化转子114处于静止时与集成式流体处理盒120可移除地接合(或接口连接)，以控制集成式流体处理盒120内的流体的流动。例如，可经由盒接口组件与集成式流体盒120之间的直接接口或例如经由离心机110上(例如，机动化转子114或盒容器112上)的接口(例如，致动接口)来产生盒接口组件与集成式流体盒的接口连接。离心机110和盒接口组件130经由控制和处理单元140来控制。

如下文进一步详细描述，每个集成式流体处理盒120包括用于在机动化转子114旋转期间进行离心分离的离心室。在一些实施方式中，离心室可为微流体室。在下文所描述的各示例实施方式中，离心室是能够对超过500微升的流体体积执行离心分离的宏观流体离心室。

集成式流体处理盒120可包含在集成式流体处理盒120容纳在离心机110内时能够从宏观流体离心室移除上清液及可选地将所移除的上清液存储在盒上的端口、导管、阀和室。集成式流体处理盒120还可包括在集成式流体处理盒120容纳在离心机110内时能够进行自动化清洗的端口、导管、阀和室。

图2A至图2C中示出了集成式流体处理盒120的示例实施方式的图示，其中图2A、图2B和图2C分别示出了俯视图、主视图和后视图(图2C示出装置的外横向表面)。在该实施方式中，集成式流体处理盒120包括宏观流体离心室200、稀释液室210和上清液室220。在所示的示例实施方式中，宏观流体离心室200具有圆锥形或圆形底部形状和平滑的内表面以便最小化在离心期间对沉淀微粒物质的吸收或俘获。离心室200被定向于离心机转子110中，使得离心力在室的圆锥形或圆形底部的方向上起作用。稀释液室210包括稀释液体，其组合物被选择为符合最终介质(颗粒将被再悬浮到所述最终介质中)的要求，所述最终介质可由后续处理要求决定。稀释液室210可具有使得能够以最小残留来提取清洗液体的圆锥形或收窄的底部尖端。可包括一个或多个附加的稀释液室连同所需的导管和阀，以使得能够在清洗过程中使用不同组合物的一种或多种稀释液体。上清液室220可为空的，或可包括吸附剂材料(诸如，芯吸材料)。可采用上清液室来收集上清液，和/或上清液室可被用作废液室。

在宏观流体离心室200内通过以下步骤来执行悬浮液的自动化分离：对悬浮液中的微粒材料执行离心沉淀，随后使上清液从宏观流体离心室200流到上清液室220。可通过以下附加顺序步骤来执行一次或多次清洗：使稀释液体从稀释液室210流入宏观流体离心室200中；可选地将稀释液与残留上清液混合；执行离心；以及使上清液从宏观流体离心室200流到上清液室220。如在下文所提供的附加实施方式中所描述，集成式流体处理盒可包括附加特征和部件，诸如但不限于溶解室和/或对经清洗样品进行后续处理和/或测定的一个或多个测定室或井。

在本公开的一些示例实施方式中，集成式流体处理盒被配置成以封闭式配置支持自动化离心分离和可选地稀释/清洗。在本公开中，术语“封闭式配置”是指在流体处理期间防止从盒添加或移除液体的盒结构。然而，各种示例实施方式可采用通气孔以及将空气(或其他气体)注射到盒中或将空气(或其他气体)从盒排空，可将具有足够小的孔隙大小的透气膜或过滤器放置在此类空气路径中以防止或最小化有害颗粒或流体的外出和污染物或干扰物的进入。

在图2A至图2C中所示的示例实施方式中，室与微流体装置205接口连接，所述微流体装置具有提供室之间的流体连接的内部流体通道。在下文所描述的各种示例实施方式中，微流体装置205包括一个或多个微流体层，且具有内表面和外表面。在本示例实施方式中，内表面附接到宏观流体离心室、稀释液室210和上清液室220的横向表面，如图2A和图2B中所示。微流体装置205通过穿过室的壁形成的端口(孔、孔口或通孔)而与室流体连通。微流体装置205包括通道(其可为微流体通道)，所述通道用于室与端口之间的流体流动从而允许流体式移至室中或允许流体式移出室。微流体装置205还可包括用于控制流体流动的一个或多个阀。可由任何合适的流动机构产生流体流动。在一个示例实施例中，使用至气体(例如，空气)置换装置的接口来产生集成式流体处理盒内的不同位置之间的流体流动，所述气体置换装置在室之间产生压力差以用于由流体式移动引发的气体置换。

在一个示例实施例中，室200、210和220可使用制造工艺各自地或者组合地由塑料材料(诸如但不限于，聚碳酸酯、聚丙烯、PET、聚苯乙烯、环烯烃、丙烯酸、聚乙烯、聚氨酯、PTFE、PEEK、PVC)形成，上述制造工艺诸如注射成型、铸造、机械加工、3D打印或本领域技术人员已知的其他方法和材料。除成形过程之外，室200、210或220中的一些或全部可以可选地需要作进一步精加工或表面处理以确保平滑的低结合表面。此类精加工可通过各自地或者组合地使用各种过程(诸如，机械抛光，或用硅酮、非离子硅烷、导致表面呈疏水性的处理、导致表面呈亲水性的处理、BSA、PEG、SAM或其他类似化合物对内表面的化学涂覆)经由涂覆过程、喷涂或本领域技术人员已知的其他方法(根据使用的工艺的需要而具有或不具有后面的固化步骤)来实施。所述室可经形成为拥有后表面，每个室具有形成于其中的一个或多个端口，所述端口通过微流体装置205的内表面与微流体装置的流体通道接口连接。

在旨在用于检测全血(或例如，添加到培养介质的血)中的病原体微生物细胞的一个示例实施方式中，离心室、稀释液室和上清液室的体积可分别在0.1-60mL、0.5-120mL和0.6-120mL的范围中。稀释液室和上清液室的更优选的示例范围分别是0.5-10mL、1.5-20mL和1.5-20mL。根据各种示例实施例，取决于室的几何结构和大小，可将其关联的孔、端口和通气孔的直径选择为在0.1mm-3mm的范围中。根据各种示例实施例，导管的宽度可在0.1mm到3mm的范围中变化。根据各种示例实施例，导管的高度可在0.025mm到1mm范围中变化。

在一个示例实施例中，微流体装置205可为由多个层形成的层压结构，所述多个层包含流体通道(导管)、室和可外部致动的流体部件(诸如，可用于流体控制的阀和可透气接口)。

可经由多种制造过程来形成微流体装置。制造过程的非限制性示例包括注射成型、热压成形、微机械加工、冲压、模切、软刻蚀、激光切割、水射流切割、绘图切割机或本领域技术人员已知的其他方法。可由多种材料制成层，这些材料例如但不限于聚碳酸酯、PET、聚丙烯、PDMS、环烯烃、PMMA、光阻剂、硅片、玻璃、箔(诸如，铝)或本领域技术人员中已知的其他材料。

可通过多种方法对微流体装置205的构成层进行层压来形成微流体装置205，这些方法例如但不限于粘附剂结合、热结合、超声结合、或本领域技术人员已知的其他结合方法。另外，如本领域技术人员所已知的，所述层中的一些或全部层还可能可选地需要表面处理以提供附加性质，诸如低能量非结合、增强的亲水性质或增强的疏水性质，以防止样品内的化合物粘附到装置的壁、或允许流体在室或通道中容易通过、或充当被动式流体控制元件。这些性质可以通过用化合物对材料进行化学处理来确立这些性质，这些化合物例如但不限于硅酮、硅烷、PEG、BSA或本领域技术人员已知的其他材料。微流体装置205的内表面可结合到室的横向表面以形成集成式流体处理盒120。在一些实施方式中，室的后表面是共平面的，且微流体装置205的内表面是平面表面。

在替代性示例实施方式中，微流体装置205的流体部件中的一些或全部可与室整体形成，由此形成具有横向表面的中间装置，且微流体装置205的任何剩余层可结合到所述横向表面以形成集成式流体处理盒120。

在其他示例实施方式中，上清液室和稀释液室(或多个)中的一个或多个可相对于集成式流体处理盒设置于外部，且在外部与集成式流体处理盒接口连接。例如，设置于离心室的横向表面上的端口可包括流体连接器，所述流体连接器适合于与一个或多个外部稀释液室、上清液室或其他外部流体储存器(例如，外部溶解缓冲液、外部试剂和/或外部生长介质)形成流体连接(直接或间接地)。在一个示例实施例中，一个或多个外部室可设置于盒接口组件上(例如，容纳或接纳于盒接口组件内)，使得一个或多个外部室可与集成式流体处理盒可移除地流体式接口连接。在一个示例实施例中，如上所述，宏观流体离心室内的端口可与微流体装置流体式接口连接，且微流体装置可包括流体连接器，使得宏观流体离心室通过微流体装置与外部室流体连通。在此类示例实施方式中，微流体装置可包括一个或多个阀以可选地限制宏观流体离心室与外部室之间的流体流动。

再次参考图2A至图2C中所示的非限制性示例实施方式，稀释液室210和上清液室220各自通过微流体装置205分别经由稀释液递送通道230和上清液递送通道240连接到宏观流体离心室200。稀释液递送通道230流体式连接到形成于宏观流体离心室200的横向壁中的稀释液递送端口252和形成于稀释液室210中的稀释液提取端口251，以将稀释液从稀释液室210递送到宏观流体离心室200。类似地，上清液递送通道240流体式连接到上清液提取端口256和上清液递送端口257，以将上清液从宏观流体离心室210提取到上清液室220。

在图2A至图2C中所示的示例实施方式中，稀释液室210和上清液室220各自还分别包含(可选地，可刺穿的)通气孔270和275，所述通气孔容纳在微流体装置205中且通过集成式流体处理盒的表面通气到大气压力。在一个示例实施例中，可通过微流体装置205的外横向表面进入所述通气孔中的一个。在另一个示例实施例中，可通过相应室的横向表面进入所述通气孔中的一个或多个，其中通气孔位于横向表面的未附接到微流体装置的一部分中。在另一个示例实施例中，可通过相应室的上表面或下表面进入所述通气孔中的一个或多个，其中所述通气孔位于所述上或下表面中(与通过横向表面相反)。室210和220还分别包含端口251和257，且可以以其他方式闭合。宏观流体离心室200还与容纳在微流体装置205中且可通过集成式流体处理装置的表面进入的端口260流体连通。宏观流体离心室200还可包含端口256和252，且可以其他方式闭合。

在一个示例实施例中，可施加压力差连同阀的协调致动，以实现到集成式流体处理装置的室的液体转移以及从集成式流体处理装置的室的液体转移。可由稀释液控制阀250来控制稀释液递送通道230中的流动，所述稀释液控制阀可位于沿稀释液递送通道230的任何位置处，但可优先地位于稀释液提取端口251的近侧。可由上清液控制阀255来控制上清液递送通道240中的流动，所述上清液控制阀可位于沿上清液递送通道240的任何位置处，但可优先地位于上清液提取端口256的近侧。可通过微流体装置205的外表面来致动阀250和255，如图2C中所示。

在一个示例实施例中，可通过选择性地打开稀释液控制阀250和在端口260处相对于稀释液室210选择性地施加负差压来实现从稀释液室210到宏观流体离心室200的稀释液转移。类似地，可通过选择性地打开上清液控制阀255和在端口260处相对于上清液室220选择性地施加正差压来实现从宏观流体离心室200到上清液室220的液体转移。因此，可通过在宏观流体离心室内的端口260处施加正或负表压力结合选择性地致动宏观流体离心室与各个室之间的阀来控制集成式流体盒内的液体的移动。

在替代性实施方式中，通气孔270和275可配置为空气置换装置(例如，或气体置换装置)可在此处接合的端口，且端口260可配置为空气通气孔。在这种情况下，可通过在端口270处相对于室200施加正差压来执行从室210到室200的液体转移，且通过在端口275处相对于室200施加负差压来执行从室200到室220的液体转移。阀250和255在这些相应的液体转移操作期间打开且如果因其他原因或对于本文中所描述的操作模式是不需要的，则可以可选地从集成式流体处理盒省略掉。

流体式连接到端口260的空气置换装置(气体置换装置)(和/或可选地被配置成与端口270或275接口连接)例如可为注射泵、蠕动泵、波纹管泵或可以经由所连接的端口可控地递送空气或从盒移除空气的任何其他泵或空气置换装置。将理解，在下文提供的示例实施方式中所描述的空气置换装置可采用空气或任何其他气体，以便由于集成式流体处理盒120的不同部分之间压差的建立来诱发液体的流动。例如，在一些实施方式中，气体源可与加压装置(例如，泵)接口连接以控制液体的流动。

在一些实施方式中，当集成式流体处理盒120处于静止并处于盒接口组件130的控制下时，执行阀的打开和在端口260与通气孔270或275之间施加压力差，其中，当集成式流体处理盒120容纳在离心装置内时，所述盒接口组件可与微流体装置205的外表面选择性地接合，如下文将进一步详细描述。在这种情况下，阀250和255可被配置成当盒接口组件130脱离接合时且当离心机110执行离心时处于封闭配置(下文提供了此类阀的示例)。

附加的阀(未示出)可设置在端口260与宏观流体离心室200之间的流体路径上，以便在可选的混合操作期间防止流体进入空气路径。另外或替代地，防止流体通过的可透气膜可放置在宏观流体离心室200与端口260之间的路径中，以防止流体到达端口260。这个透气膜还可被配置成用作过滤器，以防止空气微生物从环境或空气置换装置的进入。替代地，端口260与宏观流体离心室200之间的路径可以设计成拥有高流体阻力，使得在占上风条件下将防止液体一路前进到端口260。同样，附加的阀、可透气膜或高流体阻力导管可放置在室210与通气孔270之间以及室220与通气孔260之间以防止液体经由这些端口从盒的外出和/或病原体和其他污染物经由这些端口的外出或进入。

在离心步骤期间，确保液体在室之间不流动通常将是重要的。应注意，如果端口252和257在离心期间分别保持高于室200和220中的液体的表面且阀255和250保持打开，那么来自室200和210的液体将把通道240和230填充到相应室中的自由液面但液体将不分别流入室220和200中。因此，在一些示例实施例中，除非针对上述流体转移模式或其他原因或操作模式是需要的，否则阀255和250可以可选地从盒中省略。

在一些示例实施例中，阀255和250可在离心期间闭合以防止液体分别进入通道240和230。在这种情况下，阀优选地被配置成与一个或多个闭锁机构协作，使得当盒接口组件130不与盒120接合时阀保持闭合。应注意，在离心之前闭合所述阀中的一个或多个可能是优选的，因为高流体压力可在通道240和230室以及200和210的远侧区域中发展。例如，由于高的离心速度，可出现在100psi、200psi或400psi或更大范围中的压力。因此，可以将室形成为使得可以承受住该压力。用于承受住该压力的室的适当材料和几何结构对本领域技术人员将是已知的。然而，用于建构微流体装置205的一些方法可能不能够承受这些压力，例如，利用压敏性粘附剂结合的层压物。因此，且根据所施加的离心力，可能有必要将阀定位在通向室的开口处以在离心期间防止流体退出室和进入导管。在此类情况下，在离心之前将液体从导管排空也可以为优选的。

当采用自锁阀(例如，具有集成式闭锁机构的阀，或被配置成由闭锁机构致动的阀)时，可采用盒接口组件130以在盒接口组件130与集成式流体处理盒接口连接时根据需要主动地和选择性地接合闭锁机构以打开阀，且然后在从盒脱开之前闭合和重新锁住阀以进行后续离心操作。一些阀和关联的闭锁机构可被配置成自锁式，使得其在盒接口组件一脱离接合后便闭锁到闭合位置中。

合适的闭锁机构的非限制性示例包括：棘轮装置，其将阀锁定为闭合且被盒接口组件释放以打开阀；或弹簧加载组件，其通过弹簧力保持阀闭合且由盒接口组件克服以打开阀。可由本领域技术人员针对本目的来调节此类机构和其他类型的已知闭合机构。闭锁机构可集成到盒120中或可集成到被包括作为图1中的离心机110的一部分的盒容器112中。

根据许多不同的实施方式和方法，可将样品(例如，原始样品或经预先处理的样品)引入到集成式流体处理盒120中。在一个示例实施方式中，集成式流体处理盒120可包括可移除盖或帽，该可移除盖或帽可打开以将样品引入到盒中，例如，直接引入到宏观流体离心室200中，其中所述可移除帽或盖可以气密方式密封(例如，用O形环或其他合适的机构)。替代地，盖或帽可包含可刺穿膜，可刺穿膜允许以针刺穿该膜并将样品沉积到宏观流体离心室中。该可刺穿膜应是可再密封的，且能够将密封维持到可以在微流体离心室中维持上述可选的液体转移实施方式所需的压力的程度。替代地，该可刺穿膜可设置在盒120或微流体装置205上的其他处，且装备有导管以允许流动到离心室并且可选地装备有切断阀以在后续操作期间防止流体或压力的损失。

在另一个示例实施方式中，最初可将样品提供于集成式流体处理盒120内的另一个室中，例如样品接收室中，并且在该室中根据本文中所描述的阀调和流致动方法可将样品可控地引入到宏观流体离心室中。用于将样品引入到集成式流体处理盒120中的另外的替代性示例实施方式示出于图5中且下文予以进一步详细描述。

在离心分离和可选地清洗操作后，可以类似方式通过打开可移除盖或帽并使用注射器、移液管或其他装置从宏观流体离心室抽出最终样品来移除所沉淀的样品。同样，可刺穿膜可设置于盖上以允许使用针和注射器或其他抽吸装置来移除最终样品。

在引入样品之前，可利用缓冲液、稀释液、清洁剂或其他专门调配的样品预处理溶液预填充宏观流体离心室200。样品预处理溶液可以是包含用于使样品的一种或多种杂质或其他组分改性的一种或多种组分或活性剂的溶液或缓冲液。例如，样品预处理溶液可对样品起作用以用于对可能驻留在样品内的杂质或其他组分的移除、失活、消化或其他改性。在另一个实施方式中，所需的组分以干燥形式包括在室中，且在将液体样品引入到宏观流体离心室后，这些组分立即溶解于液体样品中。

在其他示例实施方式中，最初可将该预处理液体提供于集成式流体处理盒120内的另一个室中，例如预处理存储室中，并且在预处理存储室中根据本文中所描述的阀调和流动致动方法可将预处理液体可控地引入到宏观流体离心室中。

在另外的实施方式中，在将样品引入到盒中之前，可将样品预处理溶液与样品预混合。如在2013年11月26日提交的标题为“用于微生物样品的预处理的设备和方法(APPARATUS AND METHOD FOR PRE-TREATMENT OF MICROBIAL SAMPLES)”的第PCT/CA2013/000992号PCT专利申请中所描述的，样品预处理液体的示例是血溶解液体，所述申请通过引用整体地并入本文中。

在又另一个示例实施方式中，可将预处理溶液从外部室引入到宏观流体离心室中，所述外部室经由流体连接器与集成式流体处理盒流体式接口连接，如本文中其他处所描述。

再次参考图1，其示出了控制和处理单元140的示例实施例。控制和处理单元140可包括：一个或多个处理器145(例如，CPU/微处理器)；总线142；存储器155，其可包括随机存取存储器(RAM)和/或只读存储器(ROM)；一个或多个内部存储装置150(例如，硬盘驱动器、紧凑光盘驱动器或内部快闪存储器)；电源供应器180；一个或多个通信接口160；外部存储器165；显示器170；以及各种输入/输出装置和/或接口175(例如，接收器、发射器、扬声器、显示器、输出端口、用户输入装置(诸如，键盘、小键盘、鼠标、位置跟踪触笔、位置跟踪探针、脚踏开关和/或用于捕获语音命令的麦克风))。

尽管图1中仅示出了每种部件中的一个，但任何数目的每种部件可以包括在控制和处理单元140中。例如，计算机通常包括多个不同的数据存储媒体。此外，尽管总线142被描绘为所有部件之间的单个连接，但应了解，总线142可表示链接两个或两个以上部件的一个或多个电路、装置或通信通道。例如，在个人计算机中，总线142通常包括母板。

在一个实施方式中，控制和处理单元140可以是或包括通用计算机或任何其他硬件等同物。控制和处理单元140还可实现为通过一个或多个通信通道或接口联接到处理器145的一个或多个物理装置。例如，可以使用专用集成电路(ASIC)来实现控制和处理单元140。替代地，可以将控制和处理单元140实现为硬件与软件的组合，其中软件从存储器或通过网络连接被加载到处理器中。

可用一组指令来程序化控制和处理单元140，当在处理器中执行时，所述一组指令导致系统执行本公开中所描述的一种或多种方法。控制和处理单元140可包括比示出的部件更多或更少的部件。

尽管已在全功能计算机和计算机系统的环境下描述了一些实施方式，但本领域技术人员将了解，各种实施方式能够以多种形式分布为程序产品且能够被应用，而不管实际上用于实现分布的机器或计算机可读介质的特定类型如何。

计算机可读介质可以用来存储软件和数据，当由数据处理系统执行时，所述软件和数据导致系统执行各种方法。可以将可执行软件和数据存储在各个位置中，包括例如ROM、易失性RAM、非易失性存储器和/或高速缓冲存储器。可以将该软件和/或数据的多个部分存储在这些存储装置中的任一者中。通常，机器可读介质包括以机器(例如，计算机、网络装置、个人数字助理、制造工具、具有一组一个或多个处理器的任何装置等)可访问的形式提供(即，存储和/或传输)信息的任何机构。

计算机可读介质的示例包括但不限于可记录和不可记录类型的介质，诸如易失性和非易失性存储器装置、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、快闪存储器装置、软盘和其他可移除式磁盘、磁盘存储介质、光学存储介质(例如，光盘(CD)、数字通用光盘(DVD)等)。可以将指令具体化在用于电、光学、声学或其他形式的传播信号(诸如，载波、红外信号、数字信号等)的数字和模拟通信链路中。

本公开的一些方面至少可以部分地具体化在软件中。也就是说，可以在计算机系统或其他数据处理系统中响应于其处理器(诸如，微处理器)正执行包含在存储器(诸如ROM、易失性RAM、非易失性存储器、高速缓冲存储器、磁盘和光盘或远程存储装置)中的指令序列来实施所述技术。此外，可以通过数据网络以编译和链接版本的形式将指令下载到计算装置中。替代地，执行如上文所论述的过程的逻辑可在附加的计算机和/或机器可读介质中实现，诸如作为大规模集成电路(LSI)的离散硬件部件、专用集成电路(ASIC)或固件(诸如，电可擦可编程只读存储器(EEPROM)和现场可编程门阵列(FPGA))。

现参考图3，其提供了示出使用图2A至图2C中所示的集成式流体处理盒实施方式来执行样品的自动化离心分离和清洗的示例方法的流程图。应理解，本示例方法仅示出了一种非限制性示例方法，且根据本公开的教导可采用多种其他方法(例如，不需要如上所述的阀的方法，或在离心期间不需要闭锁阀的方法)。根据本示例实施方式，阀250和255被配置成当未由盒接口组件130的阀致动机构接合时被闭锁在闭合配置中。下文详细地描述了描述此类阀的操作的具体示例实施方式。

在300处，根据本公开中所描述的各种方法中的一种，最初将样品添加到宏观流体离心室200中，诸如通过宏观流体离心室200中的可移除盖或帽直接添加，或通过从与集成式流体处理盒120接口连接的样品室提取，如下文所提供的示例实施例中所描述。不需要盒上的流体转移的该操作和后续操作可选地利用处于闭合状态的阀250和255来执行，以防止样品进入导管230和240。阀的这种闭合状态可通过对盒接口组件130进行控制以使得阀被主动致动为闭合状态或如果阀处于锁闭的闭合类型则致动机构使阀处于锁闭的闭合状态来实现。在将样品添加到宏观流体离心室200之后，可以可选地将样品与可选地预处理液体进行混合(如305处所示)，其中预处理液体可存在于宏观流体离心室中或在此步骤期间被引入到宏观流体离心室中。可通过多种机制来提供此类混合，诸如离心机110的循环或随机旋转运动、可构建到离心机中或能够与离心机110和/或集成式流体处理盒120可移除地接合的振动机构。此运动可为轨道式，其具有例如在1mm到10mm的范围中的轨道直径和在60RPM到2000RPM的轨道速度。所述运动也可为非圆形的或线性的，并且可仅应用在盒或盒容器的一端处或一端附近，所述盒或盒容器在相对端处或附近以其他方式支承在铰链机构上。还可通过用于循环地倒转或部分地倒转集成式流体处理盒的倒转机构来执行混合。可将混合机构集成于与盒适当接合的盒接口组件130、机动化转子或包括在机动化转子中的盒容器中，以赋予集成式流体盒或包含盒的盒容器循环倒转或部分倒转。倒转可以为使得离心室被定向成其顶表面面向下且其轴垂直或被定位成与垂直轴成角度，所述角度在与垂直成0到90度的范围中。

在可选的混合后，执行离心沉淀310，从而由离心机110对集成式流体处理盒120进行离心，使得宏观流体离心室200中的微粒物质(例如，诸如微生物细胞的细胞)被沉淀。应理解，离心是在不接合盒接口组件130的情况下执行的，使得离心机110的机动化转子114可旋转，且使得阀250和255被闭锁在闭合配置。

适合于沉淀的机动化转子114的旋转速度将取决于与待离心的样品相关联的多个参数。例如，第PCT/CA2013/000992号PCT专利申请中提供了用于对在借助于样品处理溶液溶解了血细胞之后从血液样品获得的微生物细胞进行离心的适当参数。本领域技术人员可以使用目标微粒性质、悬浮液流体溶液性质和转子几何结构的知识来确定用于实现微粒的期望沉淀的适当速度和时间。替代地，可以凭经验确定沉淀速度和时间。在一些实施方式中，期望沉淀液体中的所有或大体上上所有目标微粒，且将沉淀参数选择为使得所有此类颗粒能够越过上清液提取端口256到达离心机室的区域或可选地在离心期间到达离心机中的最远径向范围。替代地，在怀疑样品包含具有不同沉淀系数(由于大小或密度上的差异)的微粒的情况下，可能期望保留具有在期望范围中的沉淀系数的一部分微粒，并且将沉淀参数选择为使得此部分微粒能够越过上清液提取端口256进入到离心室的区域中。

在离心沉淀后，提取了一部分所得到的上清液。在提取上清液之前，允许机动化转子114静止下来，且通过微流体装置205将盒接口组件130与集成式流体处理盒120接合并打开阀255，如315处所示。盒接口组件130还将空气置换装置与端口260接合并致动所述空气置换装置以在宏观流体离心室200与通气的上清液220之间产生正压力差，从而导致将上清液从宏观流体离心室200提取到上清液室220，如320处所示。因此，通过上清液提取端口256和上清液递送通道240发生由空气置换诱导的上清液流动。可至少近似地通过由空气置换装置将等同体积的空气置换到宏观流体离心室中来控制由此从宏观流体离心室200移除的上清液的体积。替代地，可执行将空气置换到宏观流体离心室中，直到上清液液面到达上清液提取端口256并且不再可以移除上清液为止。通常，在此操作中必须置换的空气体积可以根据离心室中的已知液体体积来预定。在后一种情况下，从微流体离心室移除的上清液的体积或替代地保留在宏观流体离心室中的上清液的体积由离心室中的上清液提取端口256的位置来确定。

在涉及清洗和使经清洗的沉淀物再悬浮的示例实施方式中，针对上清液提取端口256的位置的一些考虑因素可以是在每次清洗之后或在最终的微粒再悬浮步骤342之后所需的残留上清液的体积和下文更详细地论述的所需清洗稀释因数。针对上清液提取端口256的合适位置的另一个考虑因素是上清液的提取不干扰沉淀的颗粒，例如由于由离开上清液提取端口256的流造成的水动力，所述水动力可使所有或一部分沉淀微粒再悬浮。

在上清液提取后，可通过如342处所示的混合操作使沉淀的微粒物质再悬浮到残留流体中，并如345处所示进行收集而无需任何清洗步骤。对残留流体(本文中称为最终微粒悬浮液)中的再悬浮颗粒的收集可通过移液管或注射器经由离心室200上的可打开帽或可刺穿膜来完成。下文论述替代性实施方式，其中离心室中的附加打开允许以与上文所论述的上清液移除类似的方式来移除最终微粒悬浮液。

在一些实施方式中，需要一个清洗操作或一连串清洗操作，为此可如325处所示将一定数量的稀释液体从稀释液室210分配到宏观流体离心室200。将阀255闭合且将阀250打开，从而使宏观流体离心室200与稀释液室210流体连通。通过使空气置换机构连接器与端口260接合并将空气从宏观流体离心室200可控地排空来将稀释液体分配到宏观流体离心室200中，如330处所示。因此，由空气置换诱导的稀释液体的流动通过稀释液递送通道230发生。稀释液提取端口251的位置(稀释液递送通道230在该位置处进入宏观流体离心室200)优选地定位成高于在宏观流体离心室内所实现的液面的最高程度。

在分配稀释液体后，根据需要可选地接合盒接口组件130以进行混合操作(示于332处)，以使沉淀微粒物质再悬浮并在宏观流体离心室200中将残留上清液与稀释液体混合。

在可选的混合步骤后，如335处所示，盒接口组件脱离接合，且再次执行离心沉淀以使微粒材料再沉淀，如310处所示，且使盒接口组件与盒再接合，如315处所示。如在320处，在已移除上清液后，清洗循环被认为已执行完。如果需要单次清洗循环，那么可使沉淀的微粒物质再悬浮到残留液体中，如342处所示，并将其收集为浓缩悬浮液，如345处所示。替代地，可通过重复一次或多次325至335和310至320来执行一个或多个附加清洗循环。可由可与所需稀释因数有关的性能要求来确定所需的清洗循环次数。可由在图3的步骤320之后离心室中剩余的上清液的残留体积(VR)以及在步骤330中被分配到宏观流体离心室中的稀释液的体积(VD)根据DF＝(VD+VR)/VR来计算清洗循环稀释因数DF。

如上文所提及，集成式流体处理盒120的各室之间的流体路径或导管利用阀可控地打开和闭合。尽管在本文中提供的许多示例中示出了阀的具体示例，但应理解，阀可采用与装置上的流体路径或端口相容的任何适当机构，包括但不限于夹管阀、球阀、隔膜阀、圆盘阀和旋塞阀。下文提供具体阀的示例实施例。

在替代性实施方式中，可在离心期间致动集成式流体处理盒120的室之间的流体转移。例如，可采用离心诱发压力来执行此类实施方式，以通过上清液提取端口256和上清液递送通道240将上清液挤出到上清液室220。在足够量的时间(在此期间，发生离心同时阀255打开)之后，最初高于上清液提取端口256的上清液表面将到达上清液提取端口256的底部的液面且上清液转移将完成。然后，可将阀255闭合以进行后续处理步骤。

对于该实施方式，上清液递送通道240、上清液递送端口257和上清液室220中的液体的自由液面必须都具有等于或大于宏观流体离心室200中的上清液的自由液面的最终离心半径的离心半径位置。图2D中示出了该实施方式的示例实施例，其中上清液室定位在宏观流体离心室200下面，使得上清液递送端口257A在离心期间具有大于上清液提取端口256的离心半径。这个实施方式可以是有益的，因为沉淀的颗粒在上清液的提取期间将由离心力稳固地保持，且由退出的上清液流产生的水动力干扰沉淀物的风险较小。这可允许在机动化转子114处于静止时在宏观流体离心室200内将上清液提取端口256放置得比在如先前所描述的移除上清液时的情况下更低。上清液提取端口256的更低的位置将产生更低的残留上清液体积和高的清洗效率，并且也可实现高度浓缩悬浮液。

在该实施方式中，在离心期间可控地致动阀255。该可控致动可通过使用容纳在机动化转子114内的电磁铁致动器以电磁方式来实现，所述电磁铁致动器经由诸如滑环的旋转接口机构外部连接到控制器(例如，控制和处理单元140，或与控制和处理单元140接口连接的电控制器)。在其他实施方式中，可在离心期间经由驻留在离心机110上的气动致动机构来致动阀，其中所述气动致动机构经由流体旋转接头与外部气动压力源接口连接。

在另一个示例实施例中，使用准许在离心期间在室之间施加压力差的机构将集成式流体盒接纳于容器内，而无需使机动化转子静止下来。在通过避免与使机动化转子停止并使集成式流体盒与盒接口组件对准有关的时间来减少总处理时间方面以及对于避免需要使盒接口单元与集成式流体盒对齐来说，该实施方式可以是有益的。可将机动化转子控制为在将压力差施加于室之间期间(及在阀致动期间)减小其旋转速度，以减小通道内的离心力。应理解，其他非流体部件，诸如，光学检测系统，可附加或替代地与机动化转子集成。

例如，泵机构可与机动化转子或容器集成，并且其中泵与外部控制器电接口连接(例如，通过电滑环)，使得可以在机动化转子旋转期间致动和控制泵。泵应构建和定向成承受在高速旋转期间的离心力。替代地，可采用经由流体旋转接头与盒接口连接的外部空气置换泵机构(其中空气可选地包括一个或多个阀)。

图4A和图4B示出了示例实施方式，其中提供附加流体路径以用于将最终颗粒(细胞)悬浮液转移到微流体装置，以在离心分离和清洗后供进一步处理。在图4A中，提供使沉淀物提取端口281与微流体装置连接的沉淀物提取通道282并经由沉淀物提取控制阀280来控制沉淀物提取通道281，所述沉淀物提取端口驻留在宏观流体离心室200的远侧区域中(例如，在宏观流体离心室的底部，或在与远侧区域内的沉淀物的沉淀相关联的另一个位置处)。沉淀物提取通道282可例如通向微流体装置中的存储室以进行后续收集或处理，或通向被设计成用于通过外部构件来收集样品的退出端口。

替代地，在图4B中示出，沉淀物提取端口281在宏观流体离心室的底部之上而在上清液提取端口256之下偏移一定高度驻留在宏观流体离心室200内。该示例实施方式允许移除最终颗粒悬浮液的顶部部分。

在一个示例实施例中，沉淀物可包括一种以上类型的颗粒，且第一颗粒子集可具有大于第二颗粒子集的大小。在一些应用中，可能期望将(至少一部分的)第二组颗粒从第一组颗粒中分离出来。可以预定的速度对在再悬浮步骤342之后获得的悬浮液进行预定时间长度的离心，使得具有更高的沉淀率的第一组颗粒移动到沉淀物提取端口281下面的位置，从而使得可在沉淀物提取端口281处移除不含这些颗粒的颗粒悬浮液。

可在离心室的远侧区域与上清液提取端口256之间引入附加的开口、阀和流体导管，使得可以通过从最高到最低的这些开口来执行一连串提取，以从最终颗粒悬浮液的每个相应液面获得一系列颗粒悬浮液，从而可选地允许对分馏的悬浮液进行提取和可选的收集。可选地，在最终颗粒再悬浮步骤342后，可执行受控的离心步骤，从最高到最低开口的所述一连串提取将产生一系列颗粒悬浮液，所述颗粒悬浮液包含颗粒沉淀率不断增大的颗粒。

在另一个实施方式中，沉淀物提取端口281可定位成恰好高于缓冲液体的弯液面，所述缓冲液体被配置成保留分离的颗粒(诸如，微生物细胞)。下文参考图5来更详细地论述该实施方式。

尽管本文中所描述的许多示例实施方式采用包括上清液室和稀释液室的集成式流体处理盒，但应理解，其他示例实施方式、集成式流体处理盒可不具有这些室中的一个或多个。例如，集成式流体盒可包括宏观流体离心室而缺少上清液室和稀释液室，其中所述宏观流体离心室通过其横向表面与微流体装置接口连接。可采用这种装置来执行对样品的离心分离和将沉淀物提取到微流体装置中，可选地，用于在其中进行进一步流体处理。在另一个示例实施方式中，集成式流体处理盒可包括宏观流体离心室而缺少稀释液室，其中所述宏观流体离心室通过微流体装置与上清液室流体式接口连接，以在离心之后将上清液从沉淀物中分离出来。这种实施方式在上清液是进行进一步流体处理的感兴趣组分的应用中可以是有用的。在这种实施方式中，上清液室可通过设置于其中的端口与微流体装置流体式接口连接，以将上清液提取到微流体装置以及用于在其中进行可选的附加流体处理。

在一些实施方式中，集成式流体处理盒120可包括用于在操作期间检测液面、压力和/或液体流动的一个或多个集成式传感器。此类实施方式在内部过程进行控制时在验证系统性能方面是有用的。在一个示例实施例中，可将一个或多个电极放置在存在于集成式流体处理盒120内的各室中的任何一个或多个内。例如，可将多个电极放置在沿宏观流体离心室200的长轴的不同位置处，且可相对于参考电极或参考电压来询问这些电极以确定给定电极是否接触液体，由此使得能够检测室内的离散液面。一个或多个电极可位于多个位置处，诸如高于与通过上清液提取端口256提取上清液之后所保留的残留液体相关联的弯液面。电极还可邻近于端口260定位或位于端口260的紧下方，以提供关于端口260是否被液体污染的指示。电极可位于宏观流体离心室200中的指示存在足够量的样品和/或稀释液的期望液面处。可在宏观流体离心室中将参考电极放置得充分低，使得参考电极总是浸没在宏观流体离心室中的残留液体中且使得可通过各电极与参考电极之间的连续性或电阻测量值来检测以上液面。

当盒接口组件130与盒120或容器112接合时，可在流体转移期间监控所感测到的电信号。还可在离心期间根据多种转换方法和机制中的任一种来监控电信号，例如：随机动化转子114旋转并将光学信号发射到不旋转的固定转发器(和可选地从固定转发器可选地接收光学信号)的光学转发器、一对无线收发器(其中的一个随机动化转子114旋转)、或通过电滑环产生的与控制和处理单元140的电连接。可执行阻抗测量以测量或表征给定室内的液体的一个或多个方面，例如以验证宏观流体离心室200内的血细胞的溶血。另外或替代地，一个或多个压力传感器可设置于集成式流体处理盒120内，以在机动化离心机旋转期间动态地询问集成式流体处理盒120内的压力。

在其他示例实施例中，可使用在旋转期间获得集成式流体处理盒的图像(使用帧率充分快的相机)的外部成像相机来顺序液面感测，其中所述成像相机可选地同步成在集成式流体处理盒120处于给定的角位置中时周期性地获得帧(可选地每n次旋转获得一个图像，其中n>1)，由此使得能够动态追踪液面和液体输送。为了以充分的清晰度实现成像，暂时降低转子的旋转速度可以是有益的。在其他示例实施方式中，可通过将一个或多个光束(例如，聚焦或准直激光束)引导至盒上并监控反射信号以确定光束何时遇到集成式流体处理盒内的液体来获得液面。可以可选地扫描此类光束，以对集成式流体处理盒的各区域取样从而用于进行液面检测。

根据上述示例实施方式，上述液面感测示例实施方式对监控上清液或其他流体在离心期间的转移也可能是有用的，且可采用所感测到的液面来控制阀的闭合和/或室之间的压力差的施加。

参考图5中的示例示意性表示，示出了示例集成式流体处理盒500，其包括适合于自动化分离和清洗液体中的颗粒以获得浓缩悬浮液(例如，根据第PCT/CA2013/000992号专利申请所公开的方法)的元件。所述示例集成式流体处理盒包括样品转移容器501、宏观流体离心室502、稀释液室504和上清液室506。稀释液室504预填充有清洗缓冲流体505、经由装备有切断阀512的导管510流体连接至宏观流体离心室502、包含通向大气515的通气孔且以其他方式闭合。上清液室506经由装备有切断阀513的导管511流体连接到宏观流体离心室502、包含通向大气516的通气孔且以其他方式闭合。宏观流体离心室502具有圆锥形或圆形底部形状和平滑的内表面且在除了通向相应导管的开口522、523、524、525、526之外是闭合的，其中平滑的内表面最小化在离心期间对颗粒(例如，微生物细胞)的吸收或俘获。

在一些示例实施方式中，宏观流体离心室可用于处理含血样品(例如，全血、血培养样品或其他含血样品)。在此类实施方式中，宏观流体离心室可包括预处理流体503以及缓冲流体529，预处理流体503可包括用于溶解血细胞的试剂，缓冲流体529用于辅助微生物细胞恢复和最小化细胞的压实损伤，而压实损伤可能损害目标核酸的完整性和恢复。

缓冲流体具有比流体的剩余部分更高的密度且与水不混溶，使得其在重力和离心力作用下沉降到宏观流体离心室的底部。样品转移容器装备有安装在容器底部的针507。针连接到流体路径508，所述流体路径装备有通向宏观流体离心室502的切断阀509。可将具有可刺穿帽521的样品管或容器520(诸如，采血管或包含血液样品和生长介质的血液培养管)插入到样品转移容器中使得针507刺穿帽521，因此允许经由针和流体路径508将样品流体转移到盒中。可选地，针507覆盖有保护针免受污染的可刺穿罩508。

示例集成式流体处理盒500是封闭式盒(除了下文所描述的通气孔之外)，在插入样品后，其执行用于分离和清洗在盒的室和导管内的浓缩悬浮液所需的所有功能、使所有试剂和溶液存储在盒上的室中且将所有过量液体(包括废弃的上清液)保留在盒上的室中。可由具有一定孔隙大小的可透气膜来保护通气孔和端口中的一个或多个，所述孔隙大小足够小以防止微生物病原体进入装置的目标范围中。根据本示例实施方式，所有过量和废弃的液体被存储在盒上且并未暴露给用户。因此，封闭式盒提供这样一种装置，其保护用户以免直接接触样品且在分离和清洗过程期间样品不易受因外部因素引起的污染的影响。

如上文所提及的，大体上在图3中示出了自动化分离和清洗过程。如大体上在图1中所示，盒被插入到装备有必要装置和功能(包括盒接口组件)的仪器中。盒接口组件装备有执行必要动作所需的所有部件，所述动作包括盒阀509、512、513和517以及空气置换装置的致动，所述空气置换装置能够经由盒端口518将正表压力和负表压力两者施加到盒离心室。

将包含样品的样品管520插入到盒500的样品转移容器501中，因此刺穿管帽521以执行将样品转移到宏观流体离心室，如图3的300处所示。盒接口组件经由下文将详细描述的盒容器与盒接合，且被致动以使得阀509打开而阀512、513和517闭合，因此除了来自样品管的路径508之外，密封源自宏观流体离心室的所有流体路径。

空气置换装置通过连接器与端口518接合，所述连接器提供与所述端口的密封连接。可选地，刚性或柔性管将空气置换装置连接到连接器。可通过以下步骤来执行将样品转移到宏观流体离心室502：操作空气置换装置以从宏观流体离心室提取空气，从而导致样品经由流体路径508从样品管520流入宏观流体离心室502中。必须将端口518的入口523定位在液面之上且使液面与入口523之间具有足够的空气间隙使得没有流体流入至端口518的入口523中。由空气置换激活的流动以受控方式完成，使得预定体积的样品被转移到宏观流体离心室中。

在一个实施方式中，至流动路径508的入口522也在位于液面上面的空气间隙中，使得在转移期望体积的样品后可以将经由端口518的空气置换反向以提供至宏观流体离心室中的少量空气置换从而清理样品流体的流动路径508并将该残留样品移回样品管520中。然后，将阀509闭合且可选地从容器501移除样品管520。

如上文所提及的，样品预处理流体在样品转移过程之前可存在于室中，或替代地可以与样品类似的方式从预处理流体管来转移样品预处理流体。替代地，预处理流体存储室和设置于盒上，且可提供具有阀和空气通气孔的流体路径以允许以与清洗缓冲液移至宏观流体离心室类似的方式将预处理流体移至宏观流体离心室，如下文所描述。

在将样品添加到宏观流体离心室502之后，如在图3的305处，可将样品与预处理液体可选地混合。可提供混合机构，从而仪器执行盒的涡旋、抖动或循环倒转。这个操作是在源自宏观流体离心室502的所有流体路径上的阀均闭合的情况下完成的。阀可设置于至端口518的流体路径上，以在混合期间防止流体进入空气路径。另外或替代例，防止流体通过的可透气膜可放置在宏观流体离心室与端口518之间的空气路径中，以防止流体到达端口518。该膜还可被配置成用作空气过滤器，以防止微生物从环境或从空气置换装置的进入。替代地，端口518与至宏观流体离心室的进入开口523之间的路径可以设计成拥有高流体阻力，使得在盛行条件下将防止流体进入开口523或将防止流体一路前进到端口518。同样，稀释液室505和上清液室506中的通气孔515和516分别可装备有可透气膜和/或具有高流体阻力的路径以起到类似的目的。

在混合步骤305后，执行离心沉淀步骤310，从而使盒接口组件与机动化转子114脱离接合，且对盒120进行离心使得宏观流体离心室中的颗粒(例如，微生物细胞)沉淀在缓冲液体上，例如，按照第PCT/CA2013/000992号PCT专利申请的方法。离心机可为角离心机或吊桶式离心机，且可根据第PCT/CA2013/000992号PCT专利申请中所提供的条件来选择离心参数。

施加到宏观流体离心器皿内的流体的相对离心力可在例如1000-15,000g或例如2,000-12,000g或例如3000-10,000g或例3000-7,000g或例如5000-10,000g或例如4000-8,000g的范围内。在涉及将细菌和真菌细胞与生物样品分离的应用中，已发现合适的相对离心力(RCF)是在1000g-15000g的范围内，且更具体来说是在3000g-7000g的范围内。

在图3的离心沉淀步骤310后，停止离心机转子，并使盒接口组件与机动化转子如在315处那样再接合，且如在320处那样执行将上清液527从宏观流体离心室提取到上清液室506，从而包含目标沉淀物(例如，微生物细胞)的残留物528被保留在宏观流体离心室502的底部。通过以下步骤来执行这个动作：将阀513打开而阀509、512和517保持闭合，且将空气置换装置连接器与端口518接合并将空气可控地置换到宏观流体离心室中。因此，通过流体路径511发生由空气置换诱发的上清液流动，所述流体路径的入口524放置成低于上清液的最低限度。可选地，入口524放置在待从宏观流体离心室挤出的上清液的最低限度处，因此防止从宏观流体离心室提取残留物528。

在上清液提取步骤320后，执行清洗缓冲液分配步骤325和330，从而将清洗缓冲液分配到宏观流体离心室502中。通过以下步骤来执行这个动作：将阀512打开同时保持阀509、513和517闭合，且将空气置换装置连接器与端口518接合并将空气从宏观流体离心室502可控地排空。因此，通过流体路径510发生由空气置换诱发的清洗缓冲液流动。清洗缓冲液路径510的入口525优选地定位在宏观流体离心室中的液面的最高限度之上。

在清洗缓冲液分配步骤544后，执行混合步骤332以将清洗缓冲液与宏观流体离心室中的残留液体彻底混合。这可通过如先前所描述的盒的涡旋、抖动或循环倒转来执行。

在混合步骤332后，执行离心沉淀步骤310，以使所收集的沉淀物(例如，微生物细胞)再沉淀并如在步骤320中那样从离心室移除上清液。

一连串步骤325至335和310至320共同形成了清洗循环，从而在清洗缓冲液中稀释细胞悬浮液、使颗粒再沉淀和提取上清液。可根据需要使清洗循环重复多次以实现多个附加清洗循环，从而获得充分稀释的最终悬浮液(例如，污染物和干扰物充分稀释的微生物细胞悬浮液)。期望的稀释因数取决于样品组合物和下游检测程序。在旨在用于与从生物样品分离细菌和真菌细胞、电溶解微生物细胞和通过核糖体RNA的RT-PCR扩增来进行检测有关的应用的一个实施方式中，在100-100000范围内选择稀释因数。更优选的范围是1000-50000。在涉及从血液样品分离细菌和真菌细胞、溶解微生物细胞和通过DNA的PCR扩增来进行检测的另一个实施方式中，只要采用耐抑制剂聚合酶连同适当的扩增子检测方案，稀释因数可以小到1。现有技术(例如，L.A.Neely等人的《科学转化医学》5.182(2013):182ra54-182ra54)中报告了在全血中的DNA扩增和检测方法的示例性实施例。

在最终上清液提取步骤320后，执行混合步骤342以使沉淀颗粒(例如，微生物细胞)再悬浮于最终残留流体528中以产生最终悬浮液。

在再悬浮步骤342后，通过经由流体路径510的空气置换来提取最终悬浮液。最终悬浮液的体积取决于应用的性质。例如，当预期的应用是检测全血或培养的血液中的病原体微生物细胞时，可将最终细胞悬浮液的体积选择为在10μL-500μL的范围中。更优选地范围是20μL-120μL或50-100μL。在提取最终细胞悬浮液期间，阀517打开而阀509、512和513闭合且通过端口518将空气置换到宏观流体离心室中，以经由流体路径516将流体置换出开口526。开口526被定位在缓冲流体529的顶表面处以从宏观流体离心室挤出全部的最终悬浮液或大体上所有的悬浮液，而不挤出如图5中所示的任何缓冲流体529。替代地，开口526被定位成使得可通过流体路径516从宏观流体离心室挤出最终悬浮液和一部分或所有的缓冲流体。流体路径516通向下一个下游盒元件，在一些实施方式中所述盒元件可为室或被配置成允许从盒取回最终悬浮液以在盒外部进行进一步处理的室，且在一些其他实施方式中，这可为至悬浮液收集室或例如如下文所描述的电溶解室的流体路径。

基于离心的集成式流体处理盒与附加流体处理元件的集成

如下文所描述，在本公开的各示例实施方式中，集成式流体处理盒120的微流体装置可以辅以各种附加流体部件、室和特征，以支持对最终残留悬浮液(或如果期望的话，上清液)的进一步处理。

在细胞存在于最终残留悬浮液中的一个示例实施方式中，在已提取上清液之后，使细胞再悬浮。然后，如上所述，可通过沉淀物提取端口将所得细胞悬浮液的细胞内容物转移到微流体装置。然后，可根据范围广泛的细胞测定中的任一项来询问(interrogated)细胞悬浮液。在一个示例实施方式中，可将所得细胞悬浮液递送到至少部分地由透明光学窗形成的平面通道或室。可以光学地询问保留在所述平面通道或室中的细胞。

例如，可用装备有显微镜物镜的光学成像系统来枚举和/或检验所保留的细胞。物镜可安装在移动机构上以扫描所述室的体积。

在一个示例实施方式中，细胞位于在显微镜物镜的视场中的区域中。例如，可将细胞保留于涂覆有适合于粘附细胞的材料(诸如，细胞专用或细胞通用涂层)的平面衬底上。还可经由电场(诸如，经由介电泳)将细胞驱使到聚焦区。

为了使得能够询问到低细胞计数，可将细胞保留在容纳于微流体装置内的过滤器的表面上。这消除或减轻了对沿物镜的轴进行扫描的需求。图6中呈现出示例实施方式，其中细胞被保留在过滤器上以进行显微检验。具有比室的厚度小的厚度的过滤器61(例如，膜式过滤器)被固定在微流体装置的通道内(其中所述通道与沉淀物提取通道流体连通，以将浓缩悬浮液递送到沉淀物提取通道)，使得通道被分成两个部分62和63，从而当浓缩悬浮液在入口端口64与出口端口65之间流动时使得样品内的细胞能够由过滤器保留。在一个示例实施例中，过滤器可由诸如高密度聚乙烯或聚碳酸酯膜的材料制成。通道的上部分(图6中的66)由薄的透明膜制成以允许光通过到达物镜。

如上文所解释，微生物细胞的显微检查可用来执行药敏试验(AST)，特别是在对于样品中的微生物细胞计数较低的非富集(non-enriched)样品的情况下。根据一个示例实施例，首先，使用本公开中所描述的方法或任何其他适当的方法，针对病原体微生物细胞的存在和同一性来测试生物样品。这种确定将适当抗菌剂的选择范围缩小到一个或几个候选者(通常通过参考相关医疗保健环境的抗菌谱)。

通过培养样品的两个等分试样来开始AST，两个等分试样都辅以充分支持微生物细胞在由培养仪器提供的合适温度条件下生长的适当介质。将抗菌剂添加到其中一个等分试样，且将另一个等分试样视作控制样品。在经过预定的培养阶段之后，在微流体装置部分内处理两个等分试样。因此，为每个等分试样制备了相对干净的细胞悬浮液。然后，如上所述通过将细胞保留在过滤室中来显微检验细胞，以验证暴露于抗菌剂的细胞是否已被杀死(杀灭抗微生物剂的情况)或就生长来说是否已被禁止(抑制抗微生物剂的情况)。由此，确定AST结果。因此，本示例实施方式可使得能够将第2013/0217063号美国专利申请公开案中叙述的AST方法扩展到具有稀缺的微生物计数(例如，在1到100,000CFU/ml的范围中)的样品的情况。将理解，等分试样可以是在单独的集成式盒上处理的样品等分试样，或等分试样可以是在自动化离心之后获得的浓缩悬浮液的等分试样，因此准许在单个集成式流体盒的微流体装置部分内使等分试样溢出且随后处理等分试样。

在一些实施方式中，在将浓缩悬浮液递送到微流体装置之前，可将在流体处理期间实现的稀释的量选择为充分高以使得悬浮的细胞可以保留于过滤器上而不造成过滤器堵塞。可基于生物样品的成分、在稀释之前对样品的预处理的性质和过滤器面积来确定合适的稀释水平(或清洗水平)。

例如，这可通过参考目标微生物细胞是在全血中的具体示例来说明。例如，第2013/0171615号美国专利申请教导了使用等体积的1M碳酸钠(pH10.0)+1％TritonX-100来溶解血细胞。根据所呈现的数据，2.5mL处理过的血可以穿过直径为2.5cm且孔隙大小为0.45μm的膜过滤器而无显著堵塞。因此，仅2.5x(0.4/25)²mL＝0.6μL未清洗的溶解的血液样品可以穿过具有0.4mm的直径的过滤器，这近似对应于40x显微镜物镜的视场。然而，提供对血液细胞碎片进行100x稀释的清洗过程将使得能够过滤来自预处理步骤的60μL细胞悬浮液。在显微检验之前，悬浮液的细胞内容物可经历附加的流体处理。这些附加的处理步骤可包括例如暴露于药物或其他化学制剂预定的时间段、用荧光染料进行染色或用适当的FISH(荧光原位杂交)试剂进行培养和向其中添加细胞生长介质和可选的培养物。可以在过滤之前和在将细胞保留于过滤器上之后执行操作。

在替代性示例实施例中，可将浓缩的细胞悬浮液(如上所述被提取到微流体装置并且可选地在其中加以过滤)与基质辅助激光解吸/电离(MALDI)基质材料混合，并且随后流体递送到室，可从所述室提取MALDI样品以执行MALDI分析。在一个示例实施方式中，微流体装置可被配置成将混合物递送到形成在适合于MALDI的衬底(例如，金属衬底)上的一个或多个井，使得微流体装置提供一个或多个准备好进行MALDI的样品。然后，可从微流体装置移除MALDI衬底，并根据已知的MALDI方法来处理所述MALDI衬底。替代地，形成在MALDI衬底上的井可打开井，或可通过移除微流体装置的一个或多个可剥离或以其他方式可移除的层而被暴露。

下文所描述的非限制性示例实施方式与示例集成式流体处理盒有关，其中微流体装置包括用于溶解根据上述实施方式提取的微生物细胞的部件和用于对存在于溶解物中的核酸执行分子检测的测定室。

应理解，虽然本文中所提供的许多示例实施方式涉及对悬浮液中的细胞的纯化和浓缩，但本文中所描述的方法、系统和装置可适合于广泛的多种相关的实施方式。例如，在一些示例实施例中，可以提取上清液并将其转移到微流体装置以进行进一步流体处理，诸如执行一次或多次综合测定。此类实施方式将不涉及清洗步骤。在其他实施方式中，可获得上清液与残留样品两者，且可将一者或两者转移到微流体装置以进行进一步处理。在其他实施方式中，最初被转移到微流体装置以进行处理的诸如悬浮液的流体随后可被转移回到宏观流体离心室以进行进一步离心。

在所描述的实施方式中，将样品(诸如，全血样品)插入到盒中，并通过专用仪器在盒上执行一系列操作以执行图7A至图7D中概述的功能。

因此，如图7A中所示，包含感兴趣的目标细胞的样品经历自动化分离和清洗过程530、随后进行电溶解和处理531、然后是rRNA的反转录532、随后进行cDNA(和/或可选地gDNA)的PCR扩增533和目标扩增核酸的多路复用检测534。然后，仪器分析检测的信号并向用户537报告结果。如大体上在图3中所呈现的，通过对非微生物细胞(诸如，血细胞)的初始选择性溶解和后续离心分离及可选的清洗循环来执行对样品的预处理，以使细胞浓缩和移除血碎屑。随后使微生物细胞再悬浮，且本文中将所得微生物细胞悬浮液535称为“最终细胞悬浮液”。将最终细胞悬浮液转到电溶解室，在所述电溶解室中，溶解微生物细胞以使得释放和电处理目标核酸。然后，将所得微生物细胞溶解物536转到一个热处理室或多个热处理室，在所述热处理室中，根据需要执行反转录、PCR和PCR产物的检测以检测目标微生物。本文中所描述的一些实施方式中提供的盒集成了此过程的总和，其中将样品(诸如，全血样品)引入到盒，且盒中存在样品预处理、离心分离和清洗、微生物细胞溶解、反转录、PCR和目标PCR产物的检测所需的所有元件，所述盒与专用仪器相结合来执行以检测和可选地识别目标微生物告终的整个过程。

替代性示例实施方式可集成该过程的一部分。例如，包含预处理及离心分离和清洗过程530所需的所有元件的盒产生最终细胞悬浮液535，所述最终细胞悬浮液可以从盒取回并如图7B中所示在盒外部加以处理。

在另一个示例实施方式中，盒集成了样品预处理、分离和清洗过程530以及微生物细胞电溶解和处理531、产生溶解物溶液536，所述溶解物溶液可以从盒取回并如图7C中所示在外部加以处理。

如上文所提及的，集成式流体处理盒120可插入到由适合于离心的机动化转子支承的容器中，且集成式流体处理盒可包括一个或多个流体特征(例如，流体阀)，诸如用于打开和闭合端口和流体路径的阀、通气孔和允许连接到空气置换装置以用于由空气置换诱发的流体式移动的端口。阀可采用与装置上的流体路径或端口相容的任何合适机构，包括但不限于夹管阀、球阀、隔膜阀、圆盘阀和旋塞阀。可采用阀来控制和/或引导流体式移动、在电溶解和处理和/或PCR循环期间控制流体的蒸发以及允许在电溶解和处理室中发生过度加热，如第2014/0004501号美国专利申请公开案中所描述。

尽管前面的示例实施方式涉及对作为样品基质的全血的处理，但应理解，本文中所公开的方法和装置可适合于多种标本。合适的标本包括但不限于：尿液、痰液、脑脊液、擦拭的组织样品、阴道样品和生物学来源的其他样品类型以及可能包含微生物细胞的非生物样品。可通过处理固态或部分固态的样品以产生液体样品(例如，使用诸如均质化的过程)来提供样品。其他样品类型的示例包括可能包含微生物细胞的其他液体样品，诸如环境水样品、液体食物样品和均质化食物样品。在引入到集成式流体处理盒中之前，可将初始样品与试剂、缓冲液或其他介质组合。

此外，尽管前面的示例实施方式涉及对核酸的扩增和检测，但应理解，本文中所公开的方法和装置可适合于其他应用和测定。例如，可使用溶解物来检测细胞蛋白，或可针对此类目的从盒取回溶解物。

另外，可执行对溶解物的处理以制备用于其他应用(诸如，用于微生物表型鉴定的MALDI TOF质谱法)的溶解物。此类应用可需要集成蛋白增溶步骤与其所需的盒元件，如图7D中所示。在此类蛋白增溶步骤的示例中，将溶解物转入包含有机溶剂(诸如乙腈)的室中以溶解尽可能多的蛋白。然后，可选地对盒进行离心以沉淀细胞壁碎片，并将上清液转到允许用户从盒取回蛋白溶液的室。

参考图8和图5中的示意性表示，盒的一些实施方式包含为电溶解和处理操作提供的元件，包括经由流体路径516和开口519连接到宏观流体离心室502的细胞悬浮液室560、电溶解室561和溶解物室562。室560与561之间和561与562之间的流体路径分别包含切断阀565和566。为了通过经由端口518的空气置换实现穿过该路径的流体流动，阀509、512和513闭合而阀517、565和566打开。此外，必须将空气路径和通气孔设置在溶解物室562的最远下游范围以允许溶解物流入所述室中。可将所有悬浮液室、电溶解室和溶解物室的宽度和高度分别选择为在1mm-30mm和0.025mm-1mm的范围中。

通过先前所描述的提取步骤345将最终细胞悬浮液转到细胞悬浮液室560，在开始电溶解和处理过程之前，所述最终细胞悬浮液被保持于所述细胞悬浮液室中。替代地，盒不包含细胞悬浮液室，且可以下文所描述的方式将细胞悬浮液直接转到电溶解室561。在这个提取步骤期间，下游阀565、566、567和572打开以允许流体流经通道516并流入保持室560中。一完成提取步骤345后，盒接口组件120便执行对电溶解操作必要的操作。附接到端口518的空气置换装置用于将最终细胞悬浮液的一部分移置到电溶解室561中以填充所述室。然后，阀565和566闭合且以提交于2013年1月25日的标题为“用于电样品制备的方法和装置(METHODS AND DEVICES FOR ELECTRICAL SAMPLE PREPARATION)”的第US20140004501号美国专利申请公开案中所描述的方式跨越电溶解室的电极施加电脉冲串，以在电溶解室中实现对细胞悬浮液的微生物细胞溶解和处理，从而产生微生物细胞溶解物536，该美国专利申请公开案通过引用整体地并入本文中。

在旨在用于检测血液样品中的病原体微生物的一个示例实施方式中，清洗流体选择为具有在0.1-1mM的范围中的离子强度，所述离子强度适于在所需溶解效率内进行令人满意的电溶解操作。电压脉冲串包括10kHz频率下的等幅的近似300个双极矩形脉冲，使得室中的电场为约10kV/cm。将细胞悬浮液简单地过度加热到近似120℃以上的温度以有效地溶解真菌细胞。为避免对电气室过度加压，在脉冲串期间监控电气室温度以避免对室过度加压。这通过根据第US20140004501号美国专利申请公开案的方法来监控取决于穿过室的电流的温度来完成。在一个实施方式中，这通过测量对脉冲串的约5个第一循环进行平均的峰值电流并将最大可允许峰值电流设定为约3倍的该初始电流来实现。当峰值电流达到最大可允许值时，控制系统将脉冲幅度降低到其初始值的约1/3。

一完成电脉冲串后，便将阀565和566打开并以相同方式将另外体积的经预处理的细胞悬浮液移置到电溶解室中，因此经由流体路径568将等体积的微生物细胞溶解物移置到溶解物室562中。如此移置的体积可等于整个电气室体积或可选地等于电气室体积的一部分，前一种情况移置全部体积的微生物细胞溶解物而后一种情况将一部分微生物细胞溶解物移置到流体路径568和室562中。再次闭合阀565和566并将电脉冲串施加到电气室。另外体积的经预处理的细胞悬浮液被类似地移置到电溶解室中并经受电溶解，且随后被移置到室562中。在对全部体积的细胞悬浮液或替代地对一部分体积的细胞悬浮液电溶解后，即刻通过如先前所描述的空气置换将剩余的微生物细胞溶解物转入溶解物室562中。出自溶解物室562的流体路径569可终止在用于取回溶解物样品(如图7C中)的端口处，或可通向进行进一步处理所需的另外的导管、阀和室。

将理解，本文中所描述的电溶解方法仅是溶解方法的示例，且在替代实施例中可使用其他溶解方法，诸如珠磨、超声溶解(可选地与珠磨和化学溶解一起)。

反转录、PCR和多路复用检测

参考图8中的示意性表示，盒的一些实施方式包含设置为用于将rRNA反转录为cDNA和对扩增的cDNA和/或gDNA产物进行PCR扩增和检测的元件。仅旨在用于gDNA检测的一些实施方式不包含反转录所需的元件。这些元件包括从溶解物室562到热处理室或热处理室阵列563的流体路径569、从热处理室或热处理室阵列到空气通气孔571的路径570、可选地在流体路径569中的阀567和可选地在路径570中的阀572。优选地，热处理室或热处理室阵列包含呈干燥形式的所需的反转录试剂、PCR试剂和引物，其分别包含反转录和PCR过程所必要的所有成分。在一个实施方式中，将包含反转录和DNA聚合酶及适当防腐剂的主要混合(master mix)溶液以干燥形式分配在热处理室的壁上。将包含反转录和DNA聚合酶及适当防腐剂的主要混合溶液以干燥形式分配在热处理室的壁上。

反向引物和正向引物也以干燥形式设置在热处理室的壁上，所述引物一般专用于被指定用于每个热处理室的目标微生物细胞。在另一实施方式中，溶解物室可包含呈干燥形式的这些试剂中的一些。在一个示例实施方式中，可将主要混合溶液以干燥形式设置在溶解物室562的壁上。在一个实施方式中，可以通过在室表面上进行冷冻干燥来实现主要混合溶液的干燥。替代地，主要混合物可被干燥成冻干的珠子的形式并存储在室中。在另一实施方式中，在对表面进行空气或真空干燥之前，主要混合物辅以适当的稳定剂。美国专利8900856中已提供了这种干燥方法的例示性实现。

一经暴露于溶解物溶液，便调配所述试剂以易于溶解，在一些实施方式中这通过以下方法协助完成：使流体流过干试剂、搅拌接触干试剂的溶解物流体、加热包含干试剂的流体室或这些机制的一些组合。在另一实施方式中，液体试剂可在盒中储存于相邻的室中，并提供流体路径和流动控制元件以将此类液体试剂转移到溶解物室、热处理室中或转移到流体路径中以与溶解物组合。

示例热处理室

在一些实施方式中，如图9A至图9E中所示来建构热处理室。可将这些室的高度和直径分别选择为在0.025mm-3mm和0.1-5mm的范围中。图9A示出热处理室580的实施方式的横截面图，其中583是顶部覆盖层或膜，584是形成室的侧部的层，以及585是底层。如图9C中所示，平面图中的室可呈圆形，或可替代地呈方形、矩形或多边形。室580的顶层583由适合于一些波长的光学透射的透明材料构造而成，所述波长对来自扩增的PCR产物的荧光信号进行荧光激励和测量是必要的。替代地，出于这个目的，底层可由此类材料构造而成。以这种方式，可以在热循环过程中实时监控或以适当的时间间隔来检测PCR扩增产物。，路径581和582根据需要设置为用于使流体流入或流出室。这些可为侧壁层584的全高度，或如图9A中所示，这些中的一个或两个可为层584的高度的一部分。

在另一实施方式中，如图9B中所示，外流路径587形成于与底层586邻近的层中，且底层586是在盒的工作压力下抵制流体通过的可透气膜。这种构造可用于在流体填充期间从室中排除空气或最小化气泡的出现。当设置一个以上热处理室时(诸如，对于室563的阵列的情况)，各个室入口可经由路径、分叉点和互连点的网络以流体方式连接到流体路径569。

替代地，流体路径569可通向热处理室阵列596之上的室595，如图9D中的横截面图和图9E中的平面图中所示。还可将底部腔598设置为多个网络化路径的替代物，以连接到路径570。在这种情况下，热处理室的底部可为防止流体移入腔598和路径570中的可透气层或膜。

图9C中示出的加热元件590设置于室的顶表面、底表面或侧表面或其一些组合处。加热元件590可为电阻加热元件，诸如在供应电流时通过焦耳加热产生热量的线、带或条。非限制性示例材料是镍铬合金、铬铝钴耐热钢、碳、铜或铂。替代地，加热器可由蚀刻的金属箔、薄膜或印刷膜形成。这种加热元件可形成室的底层、顶层或侧层，或可放置在这些层中的一个或多个上或邻近于这些层中的一个或多个。

在一些实施方式中，具有高的或适度高的热阻抗系数的材料或配置用于形成加热元件590，使得可以监控加热器温度，从而允许一些实施方式采用加热器温度的主动反馈控制。

在其他实施方式中，加热元件可位于集成式流体处理盒120的外部。外部加热器的示例包括电阻加热器、辐射加热器、对流加热器、感应加热器或珀尔帖(Peltier)加热器。

为了使能热循环，可引入主动式或被动式冷却机构。冷却方法包括但不限于通过散热的外部被动式冷却或使用热电(珀尔帖)冷却器的主动式冷却、空气或其他流体对流。一些实施方式拥有集成式被动冷却，在集成式被动冷却中，壁、顶层和/或底层或邻近于室表面中的一个或多个的层的材料拥有当去除加热且室温度大于散热材料的温度时允许热量迅速传导离开室并由相邻的材料吸收的热性质。这可通过提供具有高热容的外部散热件或主动冷却的外部散热件来协助完成。

为将溶解物移入热处理室或热处理室阵列563中，连接至图5的端口518的空气置换装置可用于在阀509、512和513闭合且阀517、565、566、567和572打开的情况下将空气移置到宏观流体离心室中，因此将溶解物从溶解物室移置到热处理室中。在替代实施方式中，空气通气孔571还可被配置为允许连接空气置换装置(诸如，注射泵、蠕动泵、波纹管泵或任何其他空气置换装置或可以可控地递送或移除空气的压力源)的端口。空气置换装置通过盒接口组件130上的连接器与端口571接合，所述连接器提供与所述端口的密封连接。可选地，刚性或柔性管将空气置换装置连接至所述连接器，以允许空气置换装置远离盒接口组件。该实施方式允许通过经由端口571将空气排空来使图8的室和导管中的液体在端口571的方向上移动。来自宏观流体离心室502的路径中的阀517、565、566、567和572必须打开且宏观流体离心室必须经由可用路径中的一个通气到大气。替代地，由切断阀控制的一个空气通气孔或多个空气通气孔可被供应于沿流体路径的各位置处，以允许从端口571排空空气从而转移流体。可将这种流体移动方法可选地应用于以下流体转移动作中的一个或多个：从宏观流体离心室提取经预处理的细胞悬浮液、将细胞悬浮液转移到电溶解室中、将溶解物转移到溶解物室中以及将溶解物转移到热处理室中。

在热处理室中执行RT-PCR

在上述实施方式中，将包括反转录试剂和所需引物的主要混合物以干燥形式提供于溶解物室中，且可在所述室中执行反转录步骤。由此，在将干试剂溶解于溶解物溶液中后，根据反转录协议以某种方式且使用与上文针对热处理室所描述的实施方式类似的实施方式来加热溶解物室。在反转录后，将包含反转录产物(cDNA)的溶液连同主要混合物的PCR组分一起转移到热处理室。将以干燥形式储存在每个热处理室中的正向引物释放到液体介质中，并根据温度和停留时间的预定序列来执行热循环。

替代地，将干试剂溶解于溶解物室内的溶解物溶液中，并将其直接引入到热处理室中。由此将局部干燥的反向引物和正向引物释放到溶解物溶液中，并执行反转录和PCR扩增。

可选地，端口571用于将真空施加到热处理室以从热处理室排空空气并在液体被吸入到室中时最小化室中的气泡的俘获。在PCR开始之前，可将阀567和572闭合以在热循环期间防止流体移动和/或存在于热处理室中的残留空气膨胀。可选地，在热循环之前，可通过将阀567闭合并向端口571施加正压力来使热处理室处于压力下。在热循环过程期间可继续向端口571施加正压力，或替代地在包含阀572的实施方式中，可在已将正压力施加于端口571处之后且在热循环之前将所述阀闭合。施加正压力将增加热处理室中的蒸汽压力并在热循环的升高温度部分期间禁止气泡的生成和成长。在替代实施方式中，可通过经由宏观流体离心室的端口518的空气置换来施加压力。

可由光学系统来监控热处理室中的目标DNA分子的扩增。在一个示例实施例中，可采用诸如LED的光源，所述光源在对应于PCR主要混合物中所使用的染料的激励带的波长范围中发射而在延伸到染料的荧光发射谱中的波长中不具有或具有极少发射。在穿过波长选择镜之后，来自LED的光照明热处理室中的扩增产物。包括在热处理室中的荧光染料以取决于室温度的强度在特性谱中发射。在从波长选择镜反射之后，发射光在检测器阵列上成像。波长选择镜显著地衰减发射光束中的经散射的激励光的作用。在PCR反应的温度循环步骤中的预选周期期间，执行热处理室阵列的成像。可选地，在热循环结束时，以适当速度扫描热处理室阵列的温度，且以选定的时间间隔记录来自室的荧光信号。该过程旨在用于对扩增产物执行熔解分析(melting analysis)。

图19中呈现了光学系统的示例实施例。该系统包括LED 410，LED的光由透镜组合411来收集并大体上准直且通过穿过低通滤光片412而被过滤以衰减与荧光染料的发射谱重叠的那部分谱。在从二向色镜413反射并穿过显微镜物镜414之后，准直光束照明热处理室阵列745。可根据热处理室阵列745的大小来选择物镜放大率。例如，如果热处理室覆盖15mm×15mm的空间尺寸，那么可选择放大率在1x-1.5x的范围中的标准显微镜物镜。出自热处理室的荧光发射由所述物镜收集并在经历二向色镜413的过滤之后由发射滤光片415进一步过滤。这种过滤动作进一步衰减源自激励源的信号并使来自热处理室的大部分荧光信号通过。透射穿过激励滤光片的光由透镜组合416将成像到光检测器417的阵列上，所述光检测器可为CCD或CMOS传感器的形式。

尽管本文中所提供的许多示例涉及对经由在微流体装置中执行溶解所获得的溶解物执行RT-PCR，但将理解，可执行其他测定，诸如存在于溶解物中的DNA的PCR，诸如，巢式PCR。此外，将理解，可采用除光学检测之外的其他检测模式，诸如电化学感测和经由本领域中已知的核磁共振测定进行的感测。

具有集成式分子测定微流体装置的示例集成式流体处理盒

图10A示出用于在全血样品中进行微生物识别的示例集成式盒700，所述微生物识别包含有从Vacutainer型血液样品管撤回样品、样品预处理、离心分离和清洗、电溶解和处理、反转录、PCR和目标PCR扩增产物的检测。

示例集成式盒700示为具有三个部件，第一部件698包括样品转移容器702、宏观流体离心室703、稀释液室704和上清液室705。第一部件698可以是由与装置的形式与功能相容的材料制造而成的单一塑料模制零件。替代地，第一部件698可以是子部件的组件，所述子部件是塑料零件且通过与装置的材料、形式与功能一致的构件来模制或形成。在这方面，应将材料选择为具有足够高的强度以承受盒将经受的高离心力，且材料应与所使用的流体相容且在分子应用的情况下不应将污染物引入到经预处理的细胞悬浮液中，否则将干扰下游过程。可以制造第一部件698的材料的非限制性示例是聚丙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、PET、聚苯乙烯、环烯烃共聚物或这些材料的一些变体。

第二部件699是安装在部件698的横向面上的微流体装置，其包括用于连接部件698中的室的流体路径和阀以及用于电溶解、反转录和PCR的部件。第二部件699是包括许多个层的层压件，所述层中形成有孔、通道和室以及用于电溶解和加热操作的电部件。

所述层可经机械加工、冲压、压印或模制以形成必要的特征。每个层可包括单个或者多个子层，每一者基于通过粘附剂结合、热结合、超声结合或本领域技术人员已知的其他方法层压的所述子层的功能而具有先前所列出的不同材料或者相同材料。对所呈现的层和子层进行分组仅是出于容易理解所论述的实施方式的目的。在涉及分子处理的该示例实施例中，材料应与流体相容，且在将执行分子扩增的情况下材料不应将抑制性的物质或干扰对目标微生物的检测的物质引入到此类扩增(例如，RT-PCR)，且不应被非目标分析物(例如，非目标微生物细胞)或核酸污染。材料还不应吸收目标分子、反应物和试剂组分达到将干扰处理的程度。示例塑料材料和塑料膜材料包括但不限于聚碳酸酯、聚丙烯、PET和环烯烃。

在将清洗缓冲液和预处理流体分别分配到稀释液室和宏观流体离心室中后，可用膜密封件、箔密封件或帽697来密封室开口710。可使用与热密封、粘附剂结合、超声结合相容的方法和材料来结合所述密封件或帽。替代地，可在分配将这些液体之前密封所述室，并且可出于分配这些液体的目的提供替代性端口且可在分配操作后密封这些端口。帽697可经模制、压印、机械加工或快速成型，且可由聚碳酸酯、聚苯乙烯、PET、聚酯或适合于其形式与功能的其他材料建构而成。

图10B提供集成式盒700的分解图，其示出了在图10C至图10K中被分解的层的叠加，图10C至图10K示出了每个部件的主要元件。第一部件698中的每个室拥有从相应的室通向第一部件698的顶平面731的孔，以连接到全部在上部层压层699内的流体路径、通气孔、阀和注射端口。上部层压层699还包含用于如先前所描述的电溶解、反转录、PCR和PCR产物的检测的所有元件。

稀释液室704经由层731中的一对孔707和层732中的流体导管709流体连接到宏观流体离心室703，且穿过该路径的流动由阀720来控制，所述阀的膜位于732的顶面上。上清液室705经由层731中的一对孔708和层732中的流体导管710流体连接到宏观流体离心室703，且由阀721来控制穿过这个导管的流体流动，所述阀的膜位于732的顶面上。

稀释液室704和上清液室705还各自拥有层731中的孔706，所述孔分别经由中间层中的互补孔而通向上层737上的通气孔740。宏观流体离心室703拥有层731中的孔711，所述孔通向上层737上的空气注入端口741。731中的一对孔712和732中的流体导管714提供样品转移容器702中的针与部件698中的宏观流体离心室703之间的流体连接，且由阀719来控制流体导管714内的流动，所述阀的膜位于732的顶面上。

上述样品离心和清洗过程可通过经由端口741的空气置换以及各种阀的选择性开闭而在集成式盒700上实现。可经由层732中的路径714从插入于样品转移容器702中的样品管520来导引样品流体。随后，在离心之后，可经由层732中的导管710将上清液从宏观流体离心室703导引到上清液室705，且可经由层732中的路径709将稀释液体从稀释液室704导引到宏观流体离心室703。在完成上述离心分离和清洗过程之后，将阀722(其膜位于层732的顶表面上)打开，且经由层731中的孔713将宏观流体离心室703中的最终细胞悬浮液置换到层732中的收集室/导管715中。

在所示的示例实施方式中，通过借助于连接到端口741的空气置换泵将空气置换到端口741中和将空气置换出端口741，发生将剩余细胞悬浮液置换到宏观流体离心室和从宏观流体离心室来置换剩余细胞悬浮液。在将剩余细胞悬浮液置换到收集室715后，通过借助于连接到端口743的空气置换泵经由层737中的端口743的空气置换，发生流体的后续置换。在替代实施方式中，继续通过经由端口741的空气置换来激活流体置换，而端口743形成通气孔。

悬浮液室715经由穿过介入层733和734的孔连接到层736中的流体路径723，且随后穿过位于736的顶表面上的阀724穿过735上的介入孔连接至电溶解室716。溶解室的面由如以下两者中所描述的表面增强氧化电极建构而成：2012年4月16日提交的标题为“细胞浓缩、捕获和溶解装置及其使用方法(CELL CONCENTRATION,CAPTURE AND LYSIS DEVICESAND METHOD S OF USE THEREOF)”的第US20120190040号美国申请，其通过引用整体地并入本文中；以及第US20140004501号美国专利申请公开案，且这些电极通过介入层电连接到层737中的暴露于盒的上面上的端子747。电极与相应端子(触点)之间的电连接可通过导线结合、将导电元件结合于层之间或将导电元件夹于层之间来产生。

层734中的溶解室716通过层736中的阀725流体连接到流体路径和溶解物室717。将干燥形式的试剂可选地放置在室717的顶面或者底面上。溶解物室717连接到层735中的流体导管726，所述流体导管通向层736中的阀727和层736中的流体路径与热处理室728的网络。

室728的底表面可以可选地为可透气膜层718，其允许空气或其他气体但不允许液体通过膜流至层733中通向端口743的路径742。示例材料是多孔PTFE膜或其他材料。736的顶表面是膜，其对例如PCR试剂中的荧光染料的激励和发射谱光学透明，且充分薄以充当阀724和725的膜材料。用于此目的的示例材料包括但不限于聚碳酸酯、环烯烃、PET或其他膜式膜。在涉及荧光检测的应用中，应选择用于室的侧层和底层的材料以最小化自体荧光发射，否则自体荧光发射将可能干扰PCR信号检测。在通常为白色的PTFE膜的情况下，层735可为不透明的，且构成室728的底部的特征729防止下面的白色膜在室的中心中成像，然而允许每个室728的外部周界周围的空气通过。

将干试剂可选地放置在热处理室728的顶表面或者底表面上。

层736中的热处理室728的顶表面接触层737的底表面737b，所述底表面拥有呈与层736中的热处理室阵列匹配的图案的电阻加热器744阵列。替代地，可将电阻加热器直接应用或印刷在热处理室的顶表面上。电阻加热器配置成加热每个室同时允许光信号通过。例如，各个室加热器可呈位于室的外部周界附近的圆形迹线的形式，从而产生用于光学透射的清晰的内部区域，如由745所示。

同样，737b上的电阻加热器748可与溶解物室717的顶表面接触或可应用到溶解物室717的顶表面，以可选地允许加热所述室。由仪器(例如，控制和处理单元140)至暴露的端子746的连接来对电阻加热器供电并监控电阻加热器。

层734、735、736、737和/或738可具有在PCR热循环的冷却阶段期间允许从热处理室耗散热量的热性质。替代地，可将具有诸多性质的层(诸如，铝箔层)放置成极为接近热处理室(例如，层738)以使热量耗散从而达到冷却目的。这个层必须具有孔和切口以防止与所描述的流体路径和空气路径干涉。

因此，通过打开至端口743的路径中的所有阀并借助于空气置换泵通过该端口将空气从流体路径排空，悬浮液室715中的细胞悬浮液被吸入到溶解室716中。为实现该动作，至宏观流体离心室的阀722也被打开，且经由例如端口741提供从宏观流体离心室至大气的路径。替代地，从宏观流体离心室至大气的路径可经由至清洗通气孔或废液通气孔740的流体路径(其中阀打开)中的一个。

在涉及电溶解的本示例实施例中，如先前所描述的，细胞悬浮液通过以下步骤来电溶解和处理：使一部分细胞悬浮液间歇地流入室716中；将阀724和725闭合；以及施加双极电脉冲串。根据本示例实施例，连续地执行电溶解以避免需要一次处理全部悬浮液，这减小了所需的电流。然后，阀724和725打开并且另外体积的细胞悬浮液转入室716中，因此将先前溶解的细胞悬浮液移置到室717。可在每个后续电溶解步骤处将与室716或可选地整个室体积的一部分的体积相等的体积转入室中，以确保在一连串溶解步骤期间溶解所有细胞悬浮液。

在已将全部体积的细胞悬浮液转入室716中且已将所得溶解物转入室717中之后，溶解完成。室717中的溶解物将溶解可选地放置在室的底表面或上表面上的试剂。可选地，可通过将流体的温度升高至由加热器748所施加的近似40℃来辅助溶解过程。可选地，通过经由端口743交替地注入和排空空气，可使溶解物流体来回地穿过包括溶解物室717、电溶解室716和细胞悬浮液室715的流体路径以及这些室之间的流体路径、流体路径中的孔和阀。该动作可促进干试剂的溶解，并且还促进经由泰勒分散对流体的横向和纵向混合，以提高溶液相对于试剂组分和目标核酸的均质性。

然后，通过经由端口743来吸取空气而使溶解物试剂溶液转到热处理室中。在从路径742中的可透气膜718退出时产生的负压力将促进从室排空空气和气泡。然后，将阀727关闭并可选地将正压力施加到端口743。存在于室的一个或多个表面上的干试剂将溶解以提供引物和可选地提供RT-PCR所必要的其他组分。然后，使用加热器744和先前所描述的冷却方法来启动RT-PCR热协议。

可选地，将阀放置在至通气孔743的路径中，且在启动RT-PCR加热和热循环之前将该阀与阀727一起闭合。

在替代性实施方式中，来自溶解室716的路径通向形成于盒部件698中的溶解物室。放置在这个室中的冻干珠包括用于RT和/或PCR的一些或所有所需试剂。这个室的体积具有足够的尺寸以包含冻干珠，且具有足够的体积以包含所需体积的溶解物。然后，溶解冻干的试剂，且可选地混入溶液以促进混合物的溶解和均质性。可选地，可在该溶解物室中设置附加体积，使得可以经由盒的涡旋来将溶液有效地混合。

当集成式流体处理盒120容纳在离心机110内时，可在所有处理步骤中执行阀的致动和空气置换压力的施加。然而，在其他实施方式中，系统可包括用于接纳一个或多个集成式流体处理盒120的单独壳体，其中所述单独壳体未配置为用于离心的转子，而是包括用于致动阀和控制集成式流体处理盒内的流体流动的适当的盒接口机构。该单独壳体可用于在测定步骤或在离心后和清洗后执行的其他步骤期间控制对集成式流体处理盒120的微流体装置内的流体的致动，由此释放离心机110，以使其能够在第一集成式流体处理盒的后续处理期间处理附加的集成式流体处理盒。

在阀722、721、720和724在容器和盒接口组件130内形成接合之前将被闭合的实施方式中，包括捕获式柱塞(captive plunger)739并通过层738将捕获式柱塞保持于盒内。下文描述阀操作的进一步细节。这个实施方式的示例可为：在盒700的装运期间，防止保持于室703、704或705内的流体移动以防止经由流体路径710、709、714或715流入部件699中及流入彼此之间。

阀的示例

作为示例，图10中所示的集成式流体处理盒采用如图11A至图11C中所详述的隔膜阀。

图11A示出了通过将外部柱塞605应用于隔膜601上而闭合的隔膜阀，所述外部柱塞因此周向于端口(孔)603将压力施加到膜601并密封端口603以防止流体路径600中的流动。图11B示出了处于打开状态的阀，其中未在柱塞605上向下施加外力。图11C示出了隔膜阀的平面图，其示出密封压力区606。在所示的实施方式中，可将柱塞605设置为作用于盒上的致动器的部件。替代地，柱塞可为集成式流体处理盒的部件，其中由覆盖阀套的膜将柱塞保持捕获在阀套中。在这种情况下，通过外部致动器使捕获式柱塞作用，所述外部致动器递送使阀闭合所必要的力且由盒容器(其为图1的机动化转子的一部分)或者由图1的盒接口组件130来提供。

微流体层602(具有形成于其中的横向微流体通道)结合到阀基底层615以一同形成流体路径600，其中微流体层包括与横向微流体通道流体连通的阀座孔口618，其中所述阀座孔口定位在端口603之上并延伸穿过微流体层602。可选地，微流体层602可以包括多个层(阀座孔口(阀腔体)618除外)，这些层可包括流体路径的顶壁和底壁，其中顶表面是隔膜。隔膜601结合到层602，并提供至阀座孔口内的流体路径600的顶表面。可选地，阀隔膜601还可夹于层602与外层604之间。可选地，隔膜还可制造成使得层602、601和604中的一些或全部是单个零件而不需要结合，例如，通过模制、微机械加工、压印或本领域技术人员已知的其他方法。柱塞605的缩回或利用柱塞605施加到阀的力的充分放松允许流体沿流体路径600流动，如图11B中所示。本领域技术人员可选择阀几何结构与膜材料，使得在闭合力下膜不破裂。另外，在所示的实施方式中，阀柱塞应足够大以提供用于在端口603周围形成密封的足够面积。这最小可为端口603直径的近似2倍。

在图11A的实施方式中，在未将力施加到柱塞605的情况下，膜将不密封端口603且流体可沿流体路径600流动，如图11B中所示。当在致动之前或在与盒接口组件接合之前流体路径无需闭合时，这个实施方式是可接受的。在许多情况下，在缺少致动器机构时，有必要将集成式流体处理盒中的一些或所有阀闭合。例如，可能期望的是在盒的处理、输送和储存期间使图10D中的阀720、721、722和719闭合以在启动盒样品制备操作之前防止预加载到宏观流体离心室703和稀释液室704中的流体转到其他室或流体路径。

图11D示出隔膜阀的另一实施方式，所述隔膜阀具有在不应用外部致动器的情况下闭合的附加特征。在这种情况下，提供放置在外膜611与隔膜601之间的捕获式内部柱塞613。捕获式内部柱塞可结合到外膜611和/或膜601。膜611可结合到膜层601，或601与611之间可存在附加层。可选地，膜611可夹有覆盖层604。捕获式柱塞613的尺寸设置为当阀膜601处于闭合位置中时使得其在层602的顶层面之上延伸，且应用所述膜使得在阀座孔口618内，其处于足够用于将反作用压缩压力供应给捕获式柱塞613的张应力下，这使得足以用隔膜601来密封端口603。该实施方式允许对盒进行输送、存储和处理，而在盒的室之间或室与盒的微流体背板之间没有流体转移。例如，当预处理流体存在于离心室中时或当清洗稀释溶液存在于稀释液室中时，这是特别有用的。

在一种例示性方法中，膜处于张力下(单轴或者双轴)并被放置在捕获式柱塞之上，且当维持张力时被结合或夹于适当位置。

为打开阀以允许在流动路径600中流动，在盒的外部设置阀柱塞致动器，其可切开膜并因此释放膜中的张力，使得足以减轻捕获式柱塞613与阀基底层615之间的压力。可将该装置设置为盒接口组件130或盒容器(被设置为离心机110的一部分)的部件，由此当将集成式流体处理盒120加载于离心机110内时实现机器人致动。

在一个示例实施方式中，阀柱塞致动器612拥有位于柱塞致动器612的周界上的切割器616，在与柱塞613和阀座孔口618之间的间隙中的膜接合并施加适当的力后，所述切割器便立即切割膜，如图11F中所示。切割器616可以围绕捕获式柱塞613的整个圆周延伸，以充分切割膜，或切割器616可部分地围绕圆周延伸以切割膜611的一部分，如在图11E中由切割线614所示。在后一种实施方式中，可部分地释放膜张力，使得柱塞613保持捕获但柱塞613与阀基底615之间的压力被减轻到足以允许流体沿流体路径600流动的程度。

在替代性实施方式中，膜611上的张力是单轴的，且仅在处于张力下的那部分膜上和在横向于单轴膜应力的方向上切割膜611。因此，减轻了阀柱塞压力，但柱塞保持捕获。在以上文的各种实施方式中所描述的方式减轻阀柱塞压力后，可通过将阀柱塞致动器表面617应用到捕获禁式阀柱塞613来再次激活阀闭合。向阀柱塞施加足够的力将使捕获式柱塞613与隔膜和阀基底再次接合并再次密封端口603，如图11F中所示。柱塞的回缩减轻了阀压力并允许在路径600中发生流动，如图11G中所示。

图11H和图11I示出了隔膜阀的两个替代性实施例。在图11H中，横向微流体通道不在微流体层的整个高度范围上延伸。在图11I中，第二膜结合到顶层607而非联结到第一膜。

在图10中所示的实施方式中，示例阀膜601的厚度是在0.025-0.25mm之间、优选地为0.075到0.125mm，且示例流体路径600的高度是0.025-0.5mm、优选地为0.1-0.25mm，且示例宽度是0.1-4mm。示例阀座孔口618的直径是2-8mm、优选地为3-6mm，且示例端口603的直径是0.1-3mm、优选地为1-2mm。示例膜611是厚度在0.025-0.2mm之间的铝箔。

端口的示例

图10B中所示的示例集成式流体处理盒拥有空气置换端口741和743，空气置换端口允许连接至空气置换装置以使集成式流体处理盒700内的流体移动，如先前所论述。根据图10B中所示的示例实施方式，端口与可移除式空气喷嘴头630接合和脱离接合，空气喷嘴头通过管或其他空气路径连接到空气置换装置。空气喷嘴可集成到盒接口组件130中，使得当盒接口组件与盒接合时，可接合盒端口741和743以及使盒端口741和743脱离接合。

图12和图12B示出了该端口631和空气喷嘴头630的实施方式，空气喷嘴头可与端口间歇地接合和脱离接合。喷嘴头具有：空气路径633，其直接或经由刚性或柔性管连接至空气置换装置；以及喷嘴632。可选地，喷嘴632具有斜面边缘，且空气喷嘴头具有面密封件634。面密封件634可为橡胶或可获得与端口631的面642的密封的其他软材料。

端口631包括形成于层压层639中的孔636，其中孔636连接到层641中的空气路径638。可选地，位于层之间的层640拥有可透气膜637。此外，可选地，可由膜635来密封端口孔636，膜635结合到层639或夹于层与可选的顶层643之间。

通过以下步骤使空气喷嘴头630与端口接合：利用空气喷嘴632(或利用另一合适的冲压装置)对密封件635进行冲压，以及使空气喷嘴头的面密封件634接触端口的面642并施加必要的压力来密封密封件634的面与端口的面642之间的接口。在这个动作期间，空气喷嘴632与孔636对准并进入孔636。可选地，可省略膜635，使得不需要上述冲压动作。在这种情况下，可选地可省略来自空气喷嘴头主体的空气喷嘴延伸部632，且在空气喷嘴头与端口接合期间使空气路径633与孔635对齐。

在另一实施方式中，可省略面密封件634，并且如果施加足够的力且所使用的材料允许在这些条件下产生密封，那么可在空气喷嘴头主体的面与端口的面642之间建立密封。膜635可为金属箔(例如，铝箔)或塑料膜(例如，聚碳酸酯、聚酰亚胺、PET、聚丙烯、环烯烃或其他材料)。可选的膜635用于在与连接器喷嘴第一次接合之前向端口提供密封，从而防止液体或污染物进入到端口中。可选的可透气膜637用于防止流体从路径638转入空气喷嘴头中，且可选地对通过空气置换操作所注射或排空的空气进行过滤。因此，保护集成式流体处理盒120免受气载污染物或干扰物(其可能经由端口以其他方式进入盒)的影响，且防止微生物细胞通过端口进入或退出盒。出于这个目的，可将具有近似0.4微米或更小的孔隙大小的膜或其他过滤器用于元件637。

空气通气孔的示例

在盒中的各位置处提供空气通气孔以辅助流体流入和流出以其他方式密封的通道和室。例如，在图5的实施方式中，通过提供通向大气的通气孔518，可以在上清液室506中获得大气压力，使得可以通过利用空气置换装置经由端口518在离心机室502中施加正压力来沿导管511获得促进流体流动的正压力差。空气通气孔的一个示例实施方式的结构类似于图12的端口。当包括可选的可刺穿膜635时，通过利用装备有扎刺针的针头将膜刺穿来激活通气孔以允许空气通过。

仪器/系统

如上所述，系统100(其可被设置为台式仪器)包含具有机动化转子的离心机。机动化转子能够达到多种速度，这些速度对于提供给定应用或用途(诸如，沉淀流体介质中的大范围的目标微生物)所必要的离心沉淀力来说是必要的。

沉淀发生在集成式流体处理盒120的宏观流体离心室200中，且本领域技术人员可以用已知的沉淀系数来确定转子速度、转子半径、盒几何结构和沉淀颗粒(例如，微生物细胞或其他细胞)所必要的离心时间之间的关系。通过使用通常可用的台式离心机和用于测量恢复度的已知方法对感兴趣的流体中的目标微生物进行离心，可以凭经验确定沉淀系数。

离心机可为固定角类型或摇摆桶式类型，且相应地调整离心机参数。

在图13B中以平面图以及在图13C中以侧视图示出了离心机的示例实施方式。图13B和图13C中的实施方式示出了摇摆桶式离心机，其具有转子801、在铰链销803上摇摆的两个盒容器802以及驱动电机和轴组件804。将先前所描述的盒放置在容器中，并在图3中所描述的离心分离和清洗过程中的适当步骤处使盒经受离心。在全速离心旋转下，由于作用在容器802上的离心力，盒容器将摇摆以占据水平位置805且在旋转停止时返回到垂直定向807。

图13A中示出了盒容器的示例实施方式，所述盒容器接受集成式流体处理盒(诸如，图10中所示出的盒实施方式700)，并为盒700提供必要的接口元件。在这个示例实施方式中，如所示出的从顶部插入盒，并将盒固定在容器中使得其与容器上的接口元件接合，所述接口元件可包括电触点、流体端口、阀致动器和光学模块部件。当盒接口组件与盒容器接合时，这些接口元件转而与盒接口组件120上的配对元件接合，使得盒接口组件可以根据需要可控地致动或激活各元件。替代地，对于一些或所有接口元件来说，可提供进入孔(access hole)和区域以允许存在于盒接口组件上的那些接口元件与盒直接接口连接。在一些实施方式中，仅在盒接口组件与盒容器接合之后，才将盒容器上的接口元件与盒接合。因此，盒接口组件130对盒起作用以执行关于本文中所描述和预期的各种实施方式来描述的各种功能性操作，所述盒接口组件由中央控制和处理单元140直接地控制或者通过盒容器上的中间接口元件来间接地控制。

如图14A和图14B中示意性地示出，可以将盒接口组件(此处示意性地示出为810)带入位置814中并与盒容器810的面接合。图14A提供了机动化转子801和盒接口组件810的平面图且示出了位置811，盒接口组件810在离心期间离开转子和摇摆筒的路径缩回到所述位置811。当离心停止时，离心机转子被带到旋转位置812，使得可以将盒接口组件810带入适当位置中以与盒及盒容器接合。可由离心机驱动电机直接地结合位置传感器或者通过提供制动机构来执行这个转子定位动作，所述制动机构使旋转的转子在预定位置处停止。替代地，在离心已停止并驱动转子到达所需位置之后，机动化定位轮可与转子或转子轴接合。可提供位置传感器以辅助转子定位。

盒接口组件810必须移入适当位置中，并接合盒容器且可选地直接接合盒以进行各种动作。盒接口组件130可固定到平移台和/或旋转台，所述台给予盒接口组件130必要的平移和/或旋转运动以移入横向于盒的面的适当位置中并接合盒容器。盒接口组件130可通过锁住容器并刚性地或半刚性地保持容器来接合容器，或其可接触容器并使用固定挡块或支架与容器接合，所述固定挡块或支架将防止摇摆动作并将盒容器锁定在适当位置。盒接口组件包含各种接口元件，所述接口元件对于执行本文中关于集成式流体处理盒的各种实施方式所描述的过程所必要的各种动作来说是必要的。这可包括电连接器或触点、致动器、流体连接器、泵、空气置换装置、光学装置和使得能够执行所需的电、机械、流体和光学操作的其他装置。下文描述供应于盒容器上的这些装置和部件以及接口元件的一些示例。这些旨在表示执行本文中关于下文提供的各种实施方式所描述的功能所需的典型装置和元件，但其非为详尽的也非为完整的。可由本领域技术人员来确定附加的和替代的装置、部件和元件。

可采用多触点电连接器或多个电连接器将电力提供到各个盒端子并从一些端子发射和/或接收电信号，以向用于反转录和PCR的加热元件供电、通过先前所描述的构件来检测温度以及将电力提供到电溶解元件。当将盒接口组件130与盒接合时，可经由容器中的开口直接在盒接口组件130上的多触点连接器与盒端子之间产生电连接。替代地，可以在盒端子与容器中的多触点连接器之间产生电连接，且在将盒接口组件130与容器接合后，盒接口组件130上的连接器便与盒容器上的相应触点或连接器电接触。此类电连接可为例如弹簧顶针、弹簧夹连接器、接触式探针、卡连接器、PAD连接器、叶片弹簧触点/连接器、压缩连接器、圆柱弹簧触点、弹簧指触点(spring finger contact)或本领域技术人员已知的其他此类电触点。

盒接口组件130可包括一个或多个空气喷嘴头630，如关于图12中的实施方式所描述，所述空气喷嘴头直接与盒上的盒端口631接合，或可根据需要与盒端口631接合以用于其他等效的实施方式。盒接口组件130包含空气置换装置，或者通过柔性管连接到安装在仪器中的另一固定位置中的空气置换装置。空气置换装置可为注射泵、蠕动泵。替代地，容器可包含空气喷嘴头，且盒接口组件130与这个喷嘴头接合以使其与盒接合并实现所需的空气置换。在一些实施方式中，可存在多个空气喷嘴头以使得能够在附加的盒端口中进行空气置换。孔针(vent needle)可以类似地存在于盒接口组件130上并直接与盒接合，或替代地可安装在盒容器中并且一旦由盒接口组件130致动后便与盒接合。

阀致动器

如图11A中所示出，先前所描述的示例阀致动机构需要致动器柱塞以将压力直接施加到隔膜601或将压力施加到盒组件中的中间捕获式柱塞(例如，613)。在一些实施方式中，该致动器柱塞以下述方式安装在盒容器中，所述方式允许由盒接口组件130接合和致动所述致动器柱塞以实现所需的盒阀动作以及可能需要此类动作来允许将盒插入到盒容器中。图15A以盒和盒容器壁的示意性剖切视图来提供盒致动机构的示例实施方式。

在图15A至图15E中，根据安装在盒容器822中的致动器销的示例实施方式示出了盒820中的阀的示意性横截面图。所述阀处于打开状态。图15A至图15B示出了阀处于打开状态，而图15C至图15E示出了阀处于闭合状态。

在图15A中，在盒容器的壁822中提供与阀对准的孔，所述孔提供用于使安装于盒接口组件130(未示出)上的致动器上的销819将力施加到盒上所捕获柱塞825的途径，由此将阀闭合，如先前关于图11所描述。替代地，在一些实施方式中，省略捕获柱塞且销819可直接接触阀隔膜821，由此将阀闭合。致动器柱塞的缩回减轻了来自隔膜的压力，且可在通过连接到如上所述的盒端口的空气置换装置沿流动路径施加适当的压力差的情况下使流体流动。

图15B示出销818的示例，所述销捕获在容器的壁822中且可选地装备有用于使销缩回的弹簧。因此，可容易将盒无干扰地插入到容器中，且当致动器销819不作用于阀上时，阀将处于打开位置中。当致动器销819或一些其他类似元件将压缩力轴向施加到销818使得其接触并施加压力到捕获式柱塞825或可选地直接接触并施加压力到阀隔膜821时，阀被闭合。

图15C示出了销835，所述销捕获在盒容器的壁中且可选地装备有预压缩弹簧836，所述预压缩弹簧作用在销835上以通过将压缩力施加到捕获式柱塞825或替代地直接施加到阀隔膜821来闭合阀。弹簧预压缩应足以在需要保持阀闭合的所有条件(可选地，包括在集成式流体处理盒和容器的离心期间)下保持阀闭合。因此，在无外部致动的情况下，阀将被锁闭。由盒接口组件130上的致动器来提供外部致动，以使销835缩回并释放隔膜阀上的压缩力从而打开阀并允许流体流动。可选地该致动还可使销835缩回以允许用于将盒插入到容器中的间隙。该致动必须克服由弹簧836提供的弹簧力才能使销835缩回，且可以多种方式实现。盒接口组件130可包括夹持机构以抓紧销835的头部并轴向地和在远离盒的方向上拔出销。替代地，杠杆机构837可倚靠在盒容器的表面和销头部的底侧上，所述杠杆机构在被致动时可将销的头部抬高并由此使销缩回以用于以上目的。该实施方式允许将阀锁闭使得当将盒接口组件与盒容器脱离接合时维持闭合。因此，在离心期间，将防止流体流经该被致动的阀。应注意，弹簧力必须足以防止在大量流体压力(在高速离心期间大量流体压力可能出现在阀中)下通过阀产生泄漏。

在图15D中，容器壁包含螺纹孔或包含螺钉823的螺纹插入件，所述螺钉的端面可直接接触阀隔膜821或如所示处的接触盒上的捕获式柱塞825。一旦施加足够量的压力后，隔膜阀便闭合。可使螺钉823缩回以打开阀并提供用于插入盒的间隙。可选地，触销可设置为单独的部件并在容器壁中安装于阀和螺钉的中间，且可选地以一种方式用键固定以便在由螺钉823接合并致动销时防止销旋转。该实施方式还允许将阀锁闭，使得当将盒接口组件130与盒容器脱离接合时维持闭合。因此，在离心期间，将防止流体流经该被致动的阀。应注意，阀致动力必须足以防止在大量流体压力(在高速离心期间大量流体压力可能出现在阀中)下通过阀产生泄漏。

图15E提供另一示例实施方式，其中具有铰链销828的杠杆826安装在容器壁中或容器壁上。可选地，杠杆826装备有预压缩弹簧827，预压缩弹簧将足够的力施加到杠杆使得其保持接触捕获式柱塞821并将阀闭合。应注意，在一些替代性实施方式中，柱塞可以可选地装备有缩回弹簧，所述缩回弹簧起作用以释放来自阀力的压力。

盒接口组件上的致动器832可作用于阀上，以导致杠杆826逆时针旋转。这样做时，致动器克服了弹簧力并释放施加到柱塞825的力。因此释放了来自阀的压力以允许流体流动。当由致动器释放杠杆时，杠杆假设由弹簧827辅助的阀闭合位置。这个力在静止时和可选地在离心机的操作期间必须足以维持阀的无泄漏闭合。在另一实施方式中，优先定位杠杆826的质心830，使得在离心旋转(对于所述离心旋转来说，离心力是在方向831上)下由杠杆经历的离心力在柱塞825上产生压缩式反作用力，所述压缩式反作用力起作用以进一步增大施加到阀的力。以此方式产生的附加阀闭合力即使在高流体压力(在高离心速度下可经历所述高流体压力)下仍可提供能密封住阀所需的辅助。对于该实施方式来说，弹簧827闭合力仅需足以用于阀的无泄漏闭合一直到离心力超过弹簧力的离心速度。

在图15中所示出的所有实施方式中，压在盒上的捕获式柱塞上的表面可以可选地装备有如图11中所示出的切割器616。执行所述致动的致动器可采取许多不同形式中的一种或多种，这些不同形式包括螺线管、液压致动活塞、伺服系统、DC电机和步进电机。线性致动器可直接包含致动器销819和832，或其可经由包括致动器销819和832或杠杆837的中间机构来起作用，或其可通过关于致动器螺钉823将线性运动转换为旋转运动的中间机构来起作用。旋转致动器(诸如，伺服系统、DC电机和步进电机)可直接作用于致动器螺钉823上，从而包含允许致动器螺钉823接合、根据需要旋转和脱离接合的接合机构。此类旋转致动器还可用于经由中间机构(诸如，凸轮、杠杆或将旋转运动转换到线性运动的其他机构)对致动器销819及杠杆826和837进行线性致动。

混合

提供了用于混合集成式流体处理盒中的室中的流体的示例实施方式。循环式盒倒转是一种有效的混合方法，以此方式在一个倒转混合循环中盒从直立位置旋转到完全倒转位置或部分倒转位置、且然后返回到初始直立位置。摇摆桶式容器允许通过将摇摆路径延伸到倒转位置(诸如，由图15A和图15B中的位置815所示)来实现这个动作。例如，盒接口组件130可用于通过以下步骤来致动该运动：采用盒容器侧部的位置813，并接合容器同时保持摇摆路径自由。在一个实施方式中，可以使用臂来致动循环式摇摆动作，所述臂与盒容器接合并通过DC电机、步进电机、螺线管或伺服系统使容器运动穿过其运动范围。替代地，可在盒接口组件130上的旋转驱动装置与容器之间提供齿轮接口。

现描述允许通过盒的涡旋实现盒中的流体混合(例如，流体搅拌)的实施方式。例如，涡旋动作可以是盒(图14B中的816)的基底在基底平面中的轨道式位移。例如，轨道可为5mm，且轨道速度可为1000rpm。可以通过将盒容器的底部与盒接口组件上的电机驱动旋转元件接合来执行这个动作。所述旋转元件可为接触盒容器的底部上的特征的凸轮，或具有与盒底部接合的偏置销的圆盘。例如，图16示出具有旋转元件850的盒容器802的仰视图。旋转元件850与容器816之间的偏心接合点852偏离旋转元件850的旋转中心851，使得当旋转元件850旋转时，盒容器底部816遵循圆形轨道853。因此，对于5mm的直径半径来说，接合点偏离旋转元件的旋转中心2.5mm。可经由轴套、轴承或以其他方式自由旋转的接头产生旋转元件与盒容器之间的接合。替代地，偏心驱动旋转元件可以接触盒容器的底部，且通过摩擦或另一种接合构件使得盒底部可旋转穿过期望的轨道。当盒底部以这种方式作轨道运动时，盒容器的顶部必须拥有足够的自由度以允许发生此运动。容器802绕铰链803的摇摆运动(如图14B中的806所示)在转子半径的方向上提供用于轨道式运动的部件的自由度。轨道式运动的互补部件在转子圆周方向上，且可通过提供允许此类运动的铰链(图13A中的803)来调节。例如，摇摆式容器铰链803可接合在容器的相应侧壁上的垂直槽中，从而允许盒进行所需的摇晃运动，所述摇晃运动符合盒基底处的轨道式位移的圆周部件。替代地，赋予盒容器底部的涡旋运动在径向方向上可为线性的，从而造成交替的摇摆动作806，所述摇摆动作符合由盒容器铰链提供的摇摆运动。可由旋转元件850产生该动作，其中通过在与盒容器接合的机构中的或在旋转元件自身内的滑动机构来释放运动的横向分量。替代地，这可通过一些其他旋转-线性运动机构(诸如，凸轮或杠杆)或通过使用线性致动器进行致动而产生。

盒容器及盒接口组件的示例

图18A中提供盒容器900的示例实施方式。图18B提供盒接口组件950的示例实施方式，如图18C中所示出，所述盒接口组件能够通过机器人控制的平移台(未示出)平移到适当位置中并在机动化转子951停在旋转位置中时与盒容器接合，所述旋转位置符合盒接口组件的接合的对准要求，且盒容器假设垂直位置。当平移到接合盒容器的位置中时，盒接口组件可压靠盒容器以使盒容器与相对侧(未示出)上的挡块接合，使得当盒接口组件与盒容器接合时，抑制盒容器远离盒接口组件摇摆并牢固地保持盒容器。替代地，盒接口组件可包括能够固定盒容器并将其保持在适当位置以进行接合的机构。

示例盒容器900是具有铰链容器901的摇摆式容器，所述铰链容器与转子销接合。样品盒904被示为插入到盒容器中。容器还包括致动器销902，所述致动器销保持捕获在容器壁(在图17A中的横截面中被示为935)，且装备有预压缩弹簧930及从盒容器的表面突出的头部931。该致动器销实施方式是图15C的锁闭式实施方式，当盒接口组件未接合时且当致动器杠杆未致动时，其借助于弹簧力来保持所有阀闭合。突出的头部931允许与杠杆932接合，所述杠杆被铰接于933处且安装在盒接口组件950的正面937中。

图17A示出处于与盒容器900的接合位置中的盒接口组件950，并且其中杠杆已与从盒容器突出的致动器销头931接合。在图17A的杠杆位置中，致动器销保持处于未致动位置中，并且仅预压缩弹簧930作用在致动器销902上且致动器销902抵靠阀936，并且阀隔膜处于闭合位置中。杠杆具有凹口特征，当盒接口组件非常接近盒容器时，所述凹口特征允许杠杆与突出的头部931接合。例如，当盒接口组件接近盒容器时，杠杆可顺时针旋转至图17A的位置中，使得凹口特征942与突出的头部931的变窄区域940接合，如图17C中所示。图17B示出处于致动位置中的杠杆，所述致动位置通过使杠杆932绕铰链933顺时针旋转来打开阀936，使得杠杆凹口942接触致动器销头931的变宽的顶部部分941，从而使得致动器销902上升因此释放阀936上的压力。

盒容器还包括用于将空气喷嘴头959直接接合到盒端口741和743(图10)的进入孔904。空气喷嘴销可选地弹簧式安装在盒接口组件上，以允许空气喷嘴959的密封面接触盒端口并在所述面与所述端口之间施加压缩力。可规定弹簧刚度和可选的弹簧预先加力，这将确保施加足够的力，使得可以反复形成将承受在流体转移期间施加到端口的压力的密封。提供进入孔905以使电溶解接触销952与盒电溶解端子747电接触。此类电接触销可为弹簧加载型弹簧顶针，以确保可靠接触。电触点906的阵列设置在盒容器表面上以连接到盒接口组件上的端子或销953的配对阵列。触点906电连接到盒容器内的端子，所述端子经弹簧加载或以其他方式配置，使得一旦将盒插入到盒容器后，其便与样品盒上的触点746电接触。这种电连接提供向盒加热器供电并监控盒加热器的方法。盒还具有进入孔910，一旦盒接口组件接合后，所述进入孔便允许盒接口组件950上的可选的通气孔刺穿销到达并刺穿盒通气孔上的可选的通气孔膜密封件。盒容器900还具有进入孔908以允许由成像器954或安装在盒接口组件950上的其他光学模块来光学进入PCR室阵列909的光学窗。

盒接口组件950被示为具有凸轮轴955，所述凸轮轴装备有多个个体凸轮956，每个凸轮与阀杠杆932中的一个对准。由皮带和滑轮957及步进电机958驱动所示的凸轮轴，所述步进电机可以将凸轮轴可控地定位在多个旋转位置处，对于所述旋转位置来说，凸轮凸角接触相应的杠杆臂932并致动杠杆以便如上所述来打开阀。每个凸轮可具有一个或多个凸角以使得能够分别在一个或多个旋转位置中激活其相应的杠杆。以这种方式，可以单独地或者分组地致动阀。例如，参考图5的实施方式，在从离心机室提取上清液期间，当将正的表压力施加到离心机室端口518时，阀509、512和517必须保持闭合而上清液阀513打开。在这个操作期间，微流体背板中的剩余阀可以可选地保持闭合。因此，当将空气压力递送到离心机室端口时，与盒上的上清液阀相关联的凸轮轴955上的单个凸轮可致动盒接口组件上的相应杠杆以打开所述阀，同时所有其他阀保持未致动和闭合。在另一个操作中，例如参考图8，阀517、565、566、567和572必须打开以通过从端口571排空空气而将流体从溶解物室562吸取到PCR阵列563。因此，对应于所有这些阀(如果存在于盒实施方式上)的凸轮凸角必须接触相应的阀杠杆以在相同旋转位置处打开所有这些阀，从而实现同时打开所述阀。因此，各个凸轮可具有一个或多个凸角以允许根据盒过程的需要单独致动相应的阀或致动相应的阀连同其他阀。在一些情况下，可能有必要具有一个以上的凸轮轴以适应复杂的阀过程。

已通过举例说明示出了上述具体实施方式，且应理解，这些实施方式可易受各种修改和替代形式的影响。还应理解，权利要求书并非旨在受限于所公开的特定形式，而是涵盖落入本公开的精神和范围内的所有修改、等效物和替代。

Claims (26)

1.一种使用集成式流体处理盒来执行离心分离和微流体处理的方法；

所述集成式流体处理盒包括：

宏观流体离心室，其中所述宏观流体离心室的远侧区域配置成在施加离心力的情况下收集沉淀物；

微流体装置，具有内表面和外表面，其中所述内表面附接至所述宏观流体离心室的横向表面，以及其中所述微流体装置包括配置成通过所述外表面致动的一个或多个流体部件；

其中沉淀物提取端口设置于所述宏观流体离心室内，以及其中所述沉淀物提取端口通过所述横向表面与所述微流体装置的沉淀物提取通道流体连通，以将所述沉淀物提取到所述微流体装置；

所述方法包括：

将液体样品设置于所述宏观流体离心室内；

利用离心装置对所述集成式流体处理盒进行离心，使得所述沉淀物被收集在所述远侧区域内；

在所述微流体装置的所述沉淀物提取通道与所述宏观流体离心室之间施加压力差，使得包括至少一部分所述沉淀物的浓缩悬浮液流经所述沉淀物提取端口，并流入所述微流体装置中，从而将所述浓缩悬浮液转移到所述微流体装置；以及

通过经由所述外表面致动所述流体部件中的一个或多个来流体处理所述微流体装置内的所述浓缩悬浮液。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述离心装置包括枢转地连接到转子的容器，所述方法还包括：

提供盒接口组件，所述盒接口组件配置成：在所述宏观流体离心室与所述沉淀物提取通道之间施加所述压力差；以及通过所述外表面来致动所述一个或多个流体部件；

在对所述集成式流体处理盒进行离心之前，将所述集成式流体处理盒插入到所述容器中，使得当所述转子处于静止时，所述外表面相对于所述转子的旋转轴横向地和向外地定向；

在离心之后，使所述盒接口组件与所述集成式流体处理盒进行接口连接；

其中由所述盒接口组件施加所述宏观流体离心室与所述微流体装置之间的所述压力差；以及

其中通过利用所述盒接口组件致动所述流体部件中的一个或多个来流体处理所述微流体装置内的所述浓缩悬浮液。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述宏观流体离心室包括在其近侧区域中的透气通气孔，以及其中使所述盒接口组件与所述集成式流体处理盒进行接口连接包括使所述透气通气孔与气体置换机构进行接口连接，以及其中通过致动所述气体置换机构来施加所述宏观流体离心室与所述微流体装置之间的所述压力差。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述微流体装置包括阀，所述阀配置成控制穿过所述沉淀物提取端口的流体流，其中所述阀配置成通过所述外表面致动，其中所述阀配置成当所述盒接口组件不与所述集成式流体处理盒进行接口连接时被闩锁在闭合状态中，所述方法还包括：

当将所述压力差施加于所述宏观流体离心室与所述微流体装置之间时，利用所述盒接口组件致动所述阀，以使所述浓缩悬浮液流入所述微流体装置中。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述集成式流体处理盒和所述容器中的一个还包括用于在离心期间将所述阀锁在闭合位置中的阀闭锁件，以及其中致动所述阀的所述步骤至少部分地通过致动所述阀闭锁件来执行。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中所述宏观流体离心室包括缓冲液体，其中所述缓冲液体配置成在所述宏观流体离心室的所述远侧区域内形成液体界面，以在施加离心力的情况下收集所述沉淀物；

其中所述集成式流体处理盒还包括具有上清液输送端口的上清液室；

其中上清液提取端口设置于所述宏观流体离心室的所述远侧区域内，以及其中所述上清液提取端口通过所述横向表面与所述微流体装置的上清液输送通道流体连通，以及其中所述上清液输送端口通过所述横向表面与所述微流体装置的所述上清液输送通道流体连通，以将大部分的上清液从所述宏观流体离心室提取到所述上清液室中，其中当所述宏观流体离心室装置相对于重力被定向成竖直定向时，所述上清液提取端口位于所述液体界面之上，使得残留体积的所述上清液保留在所述宏观流体离心室中；以及

其中所述沉淀物提取端口通过所述横向表面与所述微流体装置的沉淀物提取通道流体连通，以在使所述残留体积中的所述沉淀物再悬浮之后提取所述残留体积的至少一部分，以及其中当所述宏观流体离心室被定向成所述竖直定向时，所述沉淀物提取端口定位在所述上清液提取端口与所述液体界面之间；

所述方法还包括：在将所述压力差施加于所述宏观流体离心室与所述微流体装置的所述沉淀物提取通道之间以提取所述浓缩悬浮液之前：

将压力差施加于所述上清液室与所述宏观流体离心室之间，

使得所述上清液流经所述上清液提取端口、流经所述上清液输送通道以及流经所述上清液输送端口，从而将所述上清液转移到所述上清液室；以及

搅拌所述集成式流体处理盒，以使所述残留体积中的所述沉淀物再悬浮。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述集成式流体处理盒还包括具有稀释液输送提取端口的稀释液室；

其中稀释液输送端口设置于所述宏观流体离心室内，以及其中所述稀释液输送端口通过所述横向表面与所述微流体装置的稀释液输送通道流体连通，以及其中所述稀释液提取端口通过所述横向表面与所述微流体装置的所述稀释液输送通道流体连通，以将稀释液从所述稀释液室输送到所述宏观流体离心室内；

所述方法还包括：在将所述压力差施加于所述宏观流体离心室与所述微流体装置的所述上清液室之间以提取所述上清液之后：

将压力差施加于所述宏观流体离心室与所述稀释液室之间，

使得稀释液流经所述稀释液提取端口、流经所述稀释液输送通道以及流经所述稀释液输送端口，从而将稀释液转移到所述宏观流体离心室；以及

搅拌所述集成式流体处理盒，以使所述沉淀物再悬浮于所述稀释液中；

利用所述离心装置对所述集成式流体处理盒进行离心，使得所述沉淀物被收集在所述远侧区域内；

将压力差施加于所述上清液室与所述宏观流体离心室之间，使得所述上清液流经所述上清液提取端口、流经所述上清液输送通道以及流经所述上清液输送端口，从而将所述上清液转移到所述上清液室；以及

搅拌所述集成式流体处理盒，以使所述残留体积中的所述沉淀物再悬浮。

8.一种用于执行离心分离和微流体处理的系统，所述系统包括：

集成式流体处理，所述集成式流体处理包括：

宏观流体离心室，其中所述宏观流体离心室的远侧区域配置成在离心力的施加下收集沉淀物；

微流体装置，其具有内表面和外表面，其中所述内表面附接至所述宏观流体离心室的横向表面，以及其中所述微流体装置包括配置成通过所述外表面致动的一个或多个流体部件；

其中沉淀物提取端口设置于所述宏观流体离心室内，以及其中所述沉淀物提取端口通过所述横向表面与所述微流体装置的沉淀物提取通道流体连通，以将所述沉淀物提取到所述微流体装置；以及

离心装置，所述离心装置包括：

转子；以及

容器，枢转地连接至所述转子，其中所述容器配置成接收所述集成式流体处理盒，使得当所述转子处于静止时，所述外表面相对于所述转子的旋转轴被横向地和向外地定向；

盒接口组件，配置成当所述转子处于静止时，与所述集成式流体处理盒可移除地接口连接；以及

控制和处理单元，与所述离心装置和所述盒接口组件可操作地接口连接，其中所述控制和处理单元被配置成：

控制所述离心装置，以对所述集成式流体处理盒进行离心；

控制所述盒接口组件，以当所述离心装置处于静止时，使所述盒接口组件与所述集成式流体处理盒进行接口连接；

控制所述盒接口组件，以促使在所述宏观流体离心室与所述沉淀物提取通道之间施加压力差，以将包括至少一部分所述沉淀物的浓缩悬浮液提取到所述微流体装置上；以及流体处理所述微流体装置上的所述浓缩悬浮液；

控制所述盒接口组件，以致动所述一个或多个流体部件，从而流体处理所述微流体装置上的所述浓缩悬浮液。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述宏观流体离心室包括在其近侧区域中的透气通气孔，以及其中所述盒接口组件配置成使所述透气通气孔与气体置换机构进行接口连接，以控制液体流入和流出所述宏观流体离心室。

10.根据权利要求8所述的系统，其中所述微流体装置包括阀，所述阀配置成控制穿过所述沉淀物提取端口的流体流，其中所述阀配置成通过所述外表面致动，其中所述阀配置成当所述盒接口组件不与所述集成式流体处理盒进行接口连接时被锁在闭合状态中。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述集成式流体处理盒还包括用于在离心期间将所述阀锁在闭合位置中的阀闭锁件，以及其中所述盒接口组件配置成当所述盒接口组件与所述集成式流体处理盒进行接口连接时，控制所述阀闭锁件的操作。

12.根据权利要求10所述的系统，其中所述容器还包括用于在离心期间将所述阀锁在闭合位置中的阀闭锁件，以及其中所述盒接口组件配置成当所述盒接口组件与所述集成式流体处理盒进行接口连接时控制所述阀闭锁件的操作。

13.根据权利要求10所述的系统，其中所述盒接口组件配置成当所述集成式流体处理盒被接纳于所述容器内时使阀闭锁组件与所述集成式流体处理盒可移除地接合，其中所述阀闭锁组件包括用于在离心期间将所述阀锁在闭合位置中的阀闭锁件，以及其中所述盒接口组件配置成当所述盒接口组件与所述集成式流体处理盒进行接口连接时控制所述阀闭锁件的操作。

14.根据权利要求8至13中的任一项所述的系统，其中所述宏观流体离心室包括缓冲液体，其中所述缓冲液体配置成在所述宏观流体离心室的所述远侧区域内形成液体界面，以在施加离心力的情况下收集所述沉淀物；

其中所述集成式流体处理盒还包括具有上清液输送端口的上清液室；

其中上清液提取端口设置于所述宏观流体离心室的所述远侧区域内，以及其中所述上清液提取端口通过所述横向表面与所述微流体装置的上清液输送通道流体连通，以及其中所述上清液输送端口通过所述横向表面与所述微流体装置的所述上清液输送通道流体连通，以将大部分的上清液从所述宏观流体离心室提取到所述上清液室中，其中当所述宏观流体离心室装置相对于重力定向成竖直定向时，所述上清液提取端口位于所述液体界面之上，使得残留体积的所述上清液被保留在所述宏观流体离心室中；以及

其中所述沉淀物提取端口通过所述横向表面与所述微流体装置的沉淀物提取通道流体连通，以在使所述残留体积中的所述沉淀物再悬浮之后，提取所述残留体积的至少一部分，以及其中当所述宏观流体离心室被定向成所述竖直定向时，所述沉淀物提取端口定位在所述上清液提取端口与所述液体界面之间。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述集成式流体处理盒还包括具有稀释液提取端口的稀释液室；

其中稀释液输送端口设置于所述宏观流体离心室内，以及其中所述稀释液输送端口通过所述横向表面与所述微流体装置的稀释液输送通道流体连通，以及其中所述稀释液提取端口通过所述横向表面与所述微流体装置的所述稀释液输送通道流体连通，以将稀释液从所述稀释液室输送到所述宏观流体离心室中。

16.一种用于执行宏观流体分离和微流体处理的集成式流体处理盒，所述集成式流体处理盒包括：

宏观流体离心室，其中所述宏观流体离心室的远侧区域配置成在施加离心力的情况下收集沉淀物；

微流体装置，具有内表面和外表面，其中所述内表面附接到所述宏观流体离心室的横向表面，以及其中所述微流体装置包括配置成通过所述外表面致动的一个或多个流体部件；

其中沉淀物提取端口设置于所述宏观流体离心室的所述远侧区域内，以及其中所述沉淀物提取端口通过所述横向表面与所述微流体装置的沉淀物提取通道流体连通，以将沉淀物提取到所述微流体装置。

17.根据权利要求16所述的集成式流体处理盒，其中所述宏观流体离心室包括缓冲液体，其中所述缓冲液体被配置成在所述宏观流体离心室的所述远侧区域内形成液体界面，以在施加离心力的情况下收集所述沉淀物，

所述集成式流体处理盒还包括具有上清液输送端口的上清液室；

其中上清液提取端口设置于所述宏观流体离心室的所述远侧区域内，以及其中所述上清液提取端口通过所述横向表面与所述微流体装置的上清液输送通道流体连通，以及其中所述上清液输送端口通过所述横向表面与所述微流体装置的所述上清液输送通道流体连通，以将大部分的上清液从所述宏观流体离心室提取到所述上清液室中，其中当所述宏观流体离心室装置相对于重力定向成竖直定向时，所述上清液提取端口位于所述液体界面之上，使得残留体积的所述上清液被保留在所述宏观流体离心室中；以及

其中所述沉淀物提取端口设置于所述宏观流体离心室内，以及其中所述沉淀物提取端口通过所述横向表面与所述微流体装置的沉淀物提取通道流体连通，以在使所述残留体积中的所述沉淀物再悬浮之后，提取所述残留体积的至少一部分，以及其中当所述宏观流体离心室被定向成所述竖直定向时，所述沉淀物提取端口定位在所述上清液提取端口与所述液体界面之间。

18.根据权利要求17所述的集成式流体处理盒，其中所述集成式流体处理盒还包括具有稀释液提取端口的稀释液室；

其中稀释液输送端口设置于所述宏观流体离心室内，以及其中所述稀释液输送端口通过所述横向表面与所述微流体装置的稀释液输送通道流体连通，以及其中所述稀释液提取端口通过所述横向表面与所述微流体装置的所述稀释液输送通道流体连通，以将稀释液从所述稀释液室输送到所述宏观流体离心室中。

19.根据权利要求16所述的集成式流体处理盒，其中所述微流体装置包括阀，所述阀配置成控制穿过所述沉淀物提取端口的流体流，其中所述阀被配置成通过所述外表面致动。

20.根据权利要求19所述的集成式流体处理盒，其中所述集成式流体处理盒还包括用于在离心期间将所述阀锁在闭合位置中的阀闭锁件。

21.根据权利要求16至20中的任一项所述的集成式流体处理盒，其中所述宏观流体离心室还包括一个或多个液面感测电极，以在流体处理期间监测所述宏观流体离心室内的液面。

22.一种使用集成式流体处理盒来执行离心分离的方法；

所述集成式流体处理盒包括：

宏观流体离心室，其中所述宏观流体离心室的远侧区域配置成在施加离心力的情况下收集沉淀物，以及其中上清液提取端口设置于所述宏观流体离心室的所述远侧区域内；

上清液室，具有形成于其中的上清液输送端口；以及

微流体装置，具有内表面和外表面，其中所述内表面附接至所述宏观流体离心室的横向表面；

其中所述上清液提取端口通过所述横向表面与所述微流体装置的上清液输送通道流体连通，以及其中所述上清液输送端口通过所述横向表面与所述微流体装置的所述上清液输送通道流体连通，以将大部分的上清液从所述宏观流体离心室提取到所述上清液室中；以及

所述方法包括：

将液体样品设置于所述宏观流体离心室内；

利用离心装置对所述集成式流体处理盒进行离心，使得所述沉淀物被收集在所述远侧区域内；

在所述上清液室与所述宏观流体离心室之间施加压力差，使得所述上清液流经所述上清液输送通道，从而将所述上清液转移到所述上清液室。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述离心装置包括枢转地连接至转子的容器，所述方法还包括：

提供盒接口组件，所述盒接口组件配置成与所述集成式流体处理盒进行接口连接；

在对所述集成式流体处理盒进行离心之前，将所述集成式流体处理盒插入到所述容器中；

在离心之后，平移所述盒接口组件，使得所述盒接口组件与所述集成式流体处理盒进行接口连接；

致动所述盒接口组件，以在所述宏观流体离心室与所述上清液室之间施加所述压力差，从而使所述上清液流入所述微流体装置中。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述微流体装置包括上清液控制阀，所述上清液控制阀配置成控制穿过所述上清液输送通道的所述上清液的流体流，其中所述上清液控制阀配置成通过所述外表面致动，其中所述上清液控制阀配置成当所述盒接口组件不与所述集成式流体处理盒进行接口连接时被锁在闭合状态中，所述方法还包括：

利用所述盒接口组件打开所述上清液控制阀，同时在所述宏观流体离心室与所述上清液室之间施加所述压力差，以使所述上清液流入所述微流体装置中。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述集成式流体处理盒和所述容器中的一个还包括用于在离心期间将所述上清液控制阀锁在闭合位置中的上清液阀闭锁件，以及其中至少部分地通过致动所述上清液阀闭锁件来执行打开所述上清液控制阀的步骤。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述集成式流体处理盒还包括具有稀释液输送提取端口的稀释液室；

其中稀释液输送端口设置于所述宏观流体离心室内，以及其中所述稀释液输送端口通过所述横向表面与所述微流体装置的稀释液输送通道流体连通，以及其中所述稀释液提取端口通过所述横向表面与所述微流体装置的所述稀释液输送通道流体连通，以将稀释液从所述稀释液室输送到所述宏观流体离心室中；

所述方法还包括：在将所述压力差施加于所述宏观流体离心室与所述微流体装置的所述上清液室之间以提取所述上清液之后：

将压力差施加于所述宏观流体离心室与所述稀释液室之间，使得稀释液流经所述稀释液提取端口、流经所述稀释液输送通道以及流经所述稀释液输送端口，从而将稀释液转移到所述宏观流体离心室；以及

搅拌所述集成式流体处理盒，以使所述沉淀物再悬浮于所述稀释液中；

利用所述离心装置对所述集成式流体处理盒进行离心，使得所述沉淀物被收集在所述远侧区域内；

将压力差施加于所述上清液室与所述宏观流体离心室之间，使得所述上清液流经所述上清液提取端口、流经所述上清液输送通道以及流经所述上清液输送端口，从而将所述上清液转移到所述上清液室。