CN109475864A - 用于生物试样的多级一次性筒 - Google Patents

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Abstract

多级一次性筒可具有保持多个试剂的多个流体井或贮藏部和观察生物样品的样品观察区。可通过打开形成于流体井下面的弹性体柔性层中的特定阀，从而将试剂循序地应用于样品。流体通道可形成于第一刚性塑料层中，以将试剂传导到样品。用于将吸力或压力施加到阀的气动通道可形成于第二刚性塑料层中。

Description

用于生物试样的多级一次性筒
技术领域
本发明涉及用于分析生物试样的一次性物品。
背景技术
共轭到一个或多个抗体的荧光染料一般用于免疫荧光分析。在最近二十年间，已开发抗体、荧光染料、流式细胞仪、流式分选仪以及荧光显微镜的方面的大量的变型，以使靶细胞能够进行特定检测和分离。
以目标抗原为目标的荧光色素共轭用于对组织的细胞结构进行检测和成像。在这些技术中，与使用同时标记和检测的标准程序相比，荧光信号的循序消除和重新染色允许更高的复用(multiplexing)潜力。例如，US7741045B2、EP0810428Bl或DE10143757公开了通过共轭的荧光基团的光或化学破坏消除荧光信号。
在前面提到的技术中，生成的荧光信号作为图像收集。通过循序消除荧光信号且以不同的荧光色素共轭物重新染色，从而检测不同的抗原，导致同一试样的示出试样的不同部分(抗原)的多个图像。利用这些技术采集的信息的质量高度地取决于图像的分辨率、处置步骤的精度以及步骤之间所要求的时间(在此期间操纵样品)。由于处置步骤耗时费力，因而已知的技术允许通过一系列的染色得到的具体的生物样品的数量非常有限的图像。因此，出于分析的目的，需要用于生物试样的染色、成像以及染色消除的循环的自动化程序。
发明内容
在此描述允许在计算机控制之下在原位循序分析生物样品的系统。装置允许将许多荧光试剂循序应用于同一生物样品，且由成像机构或用眼睛通过透明支承件观测样品。该成像机构可为荧光成像系统，其可与收集数据的计算机组合形成以一系列的各种试剂染色的生物样品的视觉图像。
对系统极为重要的是多级一次性筒，其可为由多层构成的小型便宜塑料筒。在一层中，多个流体井或贮藏部可保持多个流体试剂。一次性筒还可配置成在透明支承件上(例如，玻璃滑动件上)接受生物样品。
筒可包括两个刚性塑料层和两个刚性层之间的弹性体柔性层。刚性层可具有形成于其中的小型通道。一个刚性层中的通道可配置成用于承载流体。另一个刚性层中的通道可配置成用于承载气动力(即，空气压力或吸力)。气动通道可将压力或吸力递送到弹性体层的下侧，从而使弹性体层偏转。该偏转可打开或关闭流体阀，允许流体流动于另一个刚性层的流体通道中。具体地，弹性体层中的阀可打开流体贮藏部与生物样品之间的流体通道，以将具体的试剂递送到样品。
由于这些结构全都容纳于小型一次性筒上，因而使流体体积最大程度地减小。小体积高效使用昂贵的试剂，使清洗步骤最少化，且缩短收集数据所需要的时间。由于筒为一次性的，并且，所有的流体途径都包封于其中，因而不存在灭菌程序，并且，多级一次性筒简单地丢弃。
因此，用于分析生物试样的一次性物品可包括：第一刚性层(20)，第一刚性层(20)具有形成于其中的分析区(24)、多个流体贮藏部(22)以及多个流体通道，其中，通道提供与流体贮藏部的流体连通；并且，该一次性物品还包括柔性层(30)，柔性层(30)具有与流体贮藏部(22)中的至少一个流体连通的多个流体控制点(33)。一次性物品可进一步包括带有在第二刚性层中形成的多个气动通道的第二刚性层(40)，其中，通道提供与至少一个流体控制点的气动连通，其中，每个流体控制点可气动地控制，以导致从多个流体贮藏部(22)中的仅一个进入或离开流体通道的流动。
如在以下的描述中详细地解释的，柔性层(30)可与第一刚性层(20)和第二刚性层(40)分开生产，并且，一次性筒由三个单独的层组装。在本发明的该实施例中，柔性层(30)与第一刚性层(20)和第二刚性层(40)分开生产，并且，一次性筒由各自是单独的物品的第一刚性层(20)、柔性层(30)和第二刚性层(40)组装。
在本发明的另一实施例中，柔性层(30)与第一刚性层(20)或第二刚性层(40)一起生产。在该实施例中，例如通过以仍然达到柔性层(30)的功能性，但并非作为单独的层的方式将柔性材料附接、布置或挤压于其它刚性层上或其它刚性层处，从而生产柔性层(30)。在该实施例中，一次性筒由附接到第一刚性层(20)的柔性层(30)和第二刚性层(40)或由附接到第二刚性层(40)的柔性层(30)和第一刚性层(20)组装。在该实施例的变型中，柔性层(30)是如例如图1中所示出的连续层。在又一变型中，柔性材料仅附接、布置或挤压于刚性层的那些位置处，在这些位置需要柔性材料的功能性，如提供阀或泵功能或作为密封材料。
附图说明
参考以下的附图描述各种示范性的细节，其中：
图1是多级一次性筒的分解透视图；
图2是多级一次性筒的放大透视图；
图3是多级一次性筒的顶盖和第一刚性层的放大图；
图4是多级一次性筒的弹性体层的放大图；
图5是多级一次性筒的第二刚性层的放大图；
图6是用于保持生物试样的粘合箔背衬和透明玻璃滑动件的视图；
图7是多个流体阀之一的详细截面图；
图8是在泵送循环的第一部分中的多级一次性筒中的泵送机构的详细视图；
图9是在泵送循环的第二部分中的多级一次性筒中的泵送机构的详细视图；
图10是在泵送循环的第三部分中的多级一次性筒中的泵送机构的详细视图；
图11是多级一次性筒的阵列的示意图；
图12示出多级一次性筒的流体流动路径的示意图；(A)示出平面图，(B)示出截面，并且，(C)示出特征的详细尺寸；并且，
图13是带有功能化表面的多级一次性筒的示意图。
应当理解的是，附图不一定按比例绘制，并且，相似的编号可指相似的特征。
具体实施方式
描述了用于使用多级一次性筒按自动化方式利用多个试剂分析对安装于透明表面上的生物样品的系统和方法。多个试剂可各自存储于筒上的单独的流体井中。多级一次性筒中的弹性体层可配置为流体阀和泵，这允许试剂流体从井流动到样品分析室，生物样品放置于该样品分析室中。流体阀和泵可使用来自源的气动装置促动，且由计算机控制。因此，可按自动化方式利用多个试剂分析生物样品。由于流体通路非常小，且容纳于多级一次性筒内，因而死容积小，并且，相继的试剂可在短时间内应用。小容积高效使用昂贵的试剂，使清洗步骤最少化，且缩短收集数据所需要的时间。由于筒为一次性的，并且，所有的流体途径都包封于其中，因而不存在灭菌程序，并且，多级一次性筒简单地丢弃。
图1是多级一次性筒1的分解透视图。可在多级一次性筒1中包括许多构件，这些构件可组装，以形成多级一次性筒1。筒1可包括保护盖10或顶部和第一刚性层20。筒1还可包括弹性体层30和第二刚性层40。最后，筒1可包括箔盖50和试样支承件60。这些之中，主要构件是第一刚性层20、弹性体层30以及第二刚性层40。这三个构件的细节将在下文中关于图2至图8更详细地描述。
第一刚性层20和第二刚性层40可由聚合物塑料(诸如聚碳酸酯)组成。第一刚性层20和第二刚性层40可注射成型。弹性体层30可由橡胶弹性材料(诸如硅酮)制成，且可冲压或以其它方式形成于所示出的结构中。这些构件可胶合或按扣在一起，以形成多级一次性筒1。
多级一次性筒1的总体尺寸可为侧上的大约75 mm乘深度上的大约30 mm乘高度上的大约10 mm。应当理解到，这些尺寸仅为示范性的，其中多级一次性筒1，取决于应用，可制成任何便利的大小。
两个刚性层20和40可通过弹性体层30分离。第一刚性层20可支承流体运输，并且，第二刚性层40可支承气动结构(诸如通道和孔隙)，该气动结构可将吸力或真空递送到弹性体层30的可变形部分。如将在下文中进一步描述的，这些可变形部分可包括流体控制元件(诸如泵和阀)。剩余的构件(诸如保护盖或顶部10、箔层50以及透明试样支承件60)可为辅助的或任选的。在一些实施例中，箔层50可覆盖第二刚性层40中的气动通道，以便于将气体密封于其中。如将在下文中进一步描述的，试样支承件60可在其表面上承载生物试样，且可通过密封件(优选地通过柔性弹性体层30)抵靠第一刚性层20密封。
分析生物试样可通过光学显微术和/或检测排放的任何方法(例如利用数码相机)实施。取决于光源和检测器件的位置，分析区24(如图3中所看到的)和/或试样支承件60可对具有 200与100 nm之间的波长的光透明。在图1中所示出的实施例中，分析区24可为第一刚性层20的整体的部分，并且，试样支承件60可为将附接到第二层40的单独的部分。应当注意到，在另一实施例中，分析区24可为将附接到第一刚性层20的单独的部分，并且，支承件60可为第二刚性层40的整体的部分。
因此，用于分析生物试样的一次性物品可包括具有分析区(24)的第一刚性层(20)、多个流体贮藏部(22)以及形成于其中的多个流体式通道，其中，通道提供与流体贮藏部的流体连通，并且，该一次性物品还包括柔性层(30)，柔性层(30)具有多个流体控制点(33)，流体控制点(33)与流体贮藏部(22)中的至少一个流体连通。一次性物品可进一步包括带有在其中形成的多个气动通道的第二刚性层(40)，其中，通道提供与至少一个流体控制点的气动连通，其中，每个流体控制点可气动地控制，以引起从多个流体贮藏部(22)中的仅一个进入并离开流体通道的流。
图2是分解的多级一次性筒1的展开图。以如图1中所示出的透视图示出相同的构件。这些构件包括保护盖10、第一刚性层20、弹性体层30、第二刚性层40、箔盖50以及支承件60。如可在图3中看到的，第一刚性层20可包括多个流体井或贮藏部22。来自这些井或贮藏部22的流体可通过弹性体层30中的多个阀泵送，且泵送到样品分析室500。在样品分析室500中，流体可应用于生物样品。样品分析室500可包括第一刚性层20、弹性体柔性层30以及第二刚性层40中的至少部分。试样支承件60可通过附接机构(诸如成组的夹子)抵靠该样品分析室500保持。这些附加特征将在下文中关于图3至图6描述。
图3更详细地示出第一刚性层20和保护盖10的一些特征。保护盖10可为成片的密封薄膜或塑料材料，其可成形为覆盖第一刚性层20的突出部分。这些突出部分可包括大量小型流体井或贮藏部22。多个流体井或贮藏部22可在第一刚性层20的一侧上组合在一起，使得它们可由顶部保护盖10覆盖。多个流体井或贮藏部22可各自用不同的组合物填充。
多个流体井或贮藏部22可用单独的不同的生物活性材料(诸如，诸如试剂、具有检测基团的抗原识别基团、诸如带有荧光染料、抗生素、生物营养素、毒素、染色剂、氧化剂的抗体)填充。在一个实施例中，流体井或贮藏部22可容纳共轭到荧光染料基团的抗体。多个流体井或贮藏部22可用作用于这些试剂中的每个的贮藏部，由此，如将在下文中更详细地描述的，这些流体井或贮藏部22可循序地应用于生物试样。流体井或贮藏部22中的每个可独立地由流体控制点的阵列接近，流体控制点的阵列可布置于流体井或贮藏部22的下方，且由弹性体层30形成。因此，第一刚性层可包括多个流体通道，流体可通过这些流体通道从多个流体井或贮藏部22流动到样品分析室500。这些流体通道可布置于第一刚性层20的下侧上，且因此未在图3中示出。
位于第一刚性层20的另一侧上的是分析区(诸如，可在样品分析容积500之上布置的凹陷部或分析区24)。凹陷部或分析区24可由第一刚性层20的同一聚碳酸酯材料制成。凹陷部或分析区24可为使用与第一刚性结构相同的材料形成于第一刚性层20中的透明观察窗或观察表面。例如，观察凹陷部或分析区24可包括透明聚碳酸酯塑料。观察凹陷部或分析区24可为刚性层20的可抵靠生物样品且抵靠试样支承件60按压的部分，生物样品可放置于试样支承件60上。这些特征将在下文中进一步描述。第一刚性层20可利用无泄漏的流体密封件抵靠弹性体层30密封。类似地，弹性体层30还可抵靠支承件60形成流体密封。因此，柔性弹性体层(30)可将第一刚性层(20)抵靠第二刚性层(40)密封，且/或将第二刚性层(40)抵靠试样支承件(60)密封。
弹性体层30的一些细节在图4中示出。弹性体层30可包括输入输出端口区域32和多个流体控制点33，输入输出端口区域32和流体控制点33全都形成在弹性体层30中。输入输出端口32可在压力或真空源与第二刚性层40中的气动通道之间提供以橡胶处理的无泄漏的密封件。这些气动装置可驱动多个流体控制点33的运作。压力和真空将提供用于打开和关闭多个流体控制点33的气动力，且可通过多个输入/输出端口32进入弹性体层30。流体控制点33可为例如流体阀或泵的部分。
这些机构(阀和泵)两者都是流体控制点，且在下文中详细地描述。泵和阀的细微特征难以按图2中所使用的尺度描绘。因此，这些细节在图3-6中明确地示出。
最后，弹性体密封件34可包括以橡胶处理的密封件，其提供第一刚性层20、第二刚性层40以及试样支承件60之间的流体密封。
图5是第二刚性层40的详细视图。在图5中示出输入/输出端口孔42和多个凸起压力点43。还示出孔44和夹持结构45的视图。输入输出孔42允许将压力或真空的气动源联接到多级一次性筒1。这些源可在多级一次性筒1的外侧发现。
多个凸起压力点43将从吸力或压力源获得的吸力或压力施加到弹性体层30的多个阀33。因此，为了允许流体流入和流出样品分析容积(500)，流体控制点由从第二刚性层的气动通道对着柔性弹性体层30的背面施加的吸力气动地控制，由此，柔性弹性体层(30)可从第一止动部对着第二止动部撤回。为了防止流体流入和流出样品分析容积(500)，流体控制点可由从第二刚性层40的气动通道对着柔性弹性体层30的背面去除的吸力气动地控制，由此，柔性弹性体层30抵靠第一止动部放置。在下文中关于图7-10描述阀响应于压力或吸力的运作。
观察孔44允许可形成于第一刚性层20中的凹陷部或分析区24穿过弹性体层密封件34且穿过第二刚性层44突出到抵靠放置于透明试样支承件60上的生物试样。试样支承件60可由夹持件45抵靠第二刚性层40保持。因此，第二刚性层进一步包括用于保持试样支承件(60)的如夹持件那样的附接机构(45)，其中，试样支承件(60)、刚性层(20、40)以及柔性膜(30)限定样品分析容积(500)。
图6示出多级一次性筒的剩余的两个结构。这些最终结构可为箔盖50和如透明玻璃滑动件那样的试样支承件60。箔盖50可为例如薄金属片材(诸如铝箔)，且可具有粘合背衬。该箔盖50可应用于第二刚性层40的背面。第二刚性层40的背面可具有形成于其中的气动通道。因此，箔50可使第二刚性层40中的气动通道的暴露部分密封。
试样支承件60可为光学透明的标准玻璃滑动件，生物样品可放置于该玻璃滑动件上。生物样品可为例如细胞(诸如T细胞、干细胞或淋巴细胞)或组织。
图7更详细地解释个别的阀100的运作。一次性筒1的三个层(第一刚性层20、弹性体层30以及第二刚性层40)中的每个可参与单个个别的流体控制点33的运作。在优选的实施例中，流体控制点(33)可为柔性层(30)的减薄部分(133)。减薄部分(133)可具有柔性层(30)的厚度的1/5至1/20的厚度。如7-10中所示出的，流体控制点33可包括一个或多个阀(100、300)，以及可选地，泵送机构(200)。
图7具有阀100的附近的第一刚性层20、弹性体层30以及第二刚性层40中的每个的剖视图。第一刚性层20可具有参与阀运作的以下的特征：孔110和凸起结构120。如图7中所示出的，个别的阀100可位于每个个别的流体井或贮藏部22的底下。孔110可提供从流体井或贮藏部22经过凸起特征120且到达流动通道125中的流动路径。因此，流体控制点配置为柔性弹性体层(30)中的减薄部分(133)，其中柔性弹性体层的减薄部分(133)偏转到抵靠第一止动部(120)和第二止动部(43)。在凸起特征120的附近，通常，柔性弹性体层30的存在可防止从流体贮藏部22流动到出口通道125中。如图7A中所示出的，阀一般关闭。
在图7B中，吸力施加到弹性体层30的下侧，将弹性体膜30向下拉动且远离凸起特征120。吸力从而开启流体贮藏部22与出口通道125之间的流动路径。弹性体层30拉动到抵靠第二刚性层40中的压力点43，压力点43用作用于弹性体层30的第二止动部43。因此，流体控制点包括：第一刚性层(20)的流体通道中的凸起特征120，其作为用于柔性层(30)的减薄部分(133)的第一止动部凸起特征(120)；和第二刚性层(40)的气动通道中的开口，其作为用于柔性层(30)的减薄部分(133)的第二止动部(43)，其中，减薄部分(133)打开和关闭第一刚性层的流体通道。
如可在图7中看到的，弹性体层30可包括较薄弹性体材料的区段，即减薄部分133，该区段容易地挠曲，允许这些运动以适度的量的压力或真空发生。与弹性体层的其余部分(其可具有至少250 μm至高达大约5 mm的厚度)相比，这些减薄部分133可在厚度上为例如50 - 200 μm。第一刚性层20中的凸起特征120可为第一止动部，并且，第二刚性层40中的压力点可为用于柔性层的减薄部分133的第二止动部43。如图7的截面中所示出的，柔性弹性体层30可围绕这些特征布置。因此，第二刚性层可包括可突出到柔性层的腔中的压力点(43)，其作为用于柔性层(30)的减薄部分(133)的第二止动部(43)。当吸力从第二刚性层的气动通道对着柔性膜层30的背面施加时，柔性膜层30可从第一止动部凸起特征120撤回，且拉动到抵靠第二止动部43，允许流体从贮藏部流动到第一刚性层20的流体通道中。柔性弹性体层30的减薄部分133可偏转到抵靠第一止动部凸起特征120和第二止动部43。
在图7C中，吸力可去除，允许弹性体膜30恢复其抵靠凸起特征120的位置。弹性体膜30从而可阻止流体从流体贮藏部22进入出口通道125中。因此，在图7C中，第一阀100可关闭。图7C中所示出的第一刚性层20的配置可用于将流体从贮藏部22引导到流过通道125的另一流体中。该变型可使两股流体能够混合，而不是如图7A和图7B中所示出的开/关阀。气动压力可通过形成于压力点第二止动部43中的多个小型通道46递送到柔性膜30的减薄部分133且从其递送。
图7A、图7B以及图7C的严格检查可揭示柔性膜30的另一重要特征。这可为柔性弹性体层30的较薄部分133上的小型突出部或“按钮”48。按钮48可为柔性层30的较厚且/或较硬部分，其硬到足以跨越压力点43中的气动开口。该按钮48可有助于抵靠上部和下部止动部、凸起特征120以及压力点第二止动部43形成液密密封。抵靠上部止动部120，按钮48可形成作为克服流动的屏障的小段的弹性体屏障。抵靠下部止动部压力点43，按钮48可形成可足够跨越第二止动部压力点43的硬化区域。应当意识到，柔性膜30中的腔中的压力点43的位置还可有助于使压力点43在柔性膜30的减薄部分133的正下方的适当的空间中定位或对齐。因此，在该多级一次性筒中，压力点43可突出到腔中，从而使柔性膜30相对于刚性层40且在与形成于柔性层30的减薄部分133上的按钮相邻的位置处对齐。
多级一次性筒1可进一步包括泵送流体通过多级一次性筒1的流体泵。该流体泵可为柔性层(30)的部分，其中，柔性层(30)进一步包括由气动力促动的泵送机构(200)。泵送机构(200)可包括柔性层(30)中的可移动部件(210)，可移动部件(210)配置成变更流体通道的容积，且其中，所述可移动部件(210)在第一阀(100)与第二阀(300)之间流体连通。图8至图10图示流体泵的运作，该流体泵使用如在图7中对于阀100示出的许多类似结构。图8示出第一阀100、泵送机构200以及第二阀300。这三个结构可一起运作，以泵送流体通过流体路径125。如图8A中所示出的，首先，流体阀100和流体阀300两者都关闭。压力通过第二刚性层40施加，导致弹性体膜30向上偏转到抵靠第一刚性层20的凸起特征120和第二凸起特征320。因此，第一阀100和第二阀300两者都关闭，且无流体流动。
在图8B中，可通过将吸力压力施加到第二刚性层40的凸起压力点43，从而打开第一阀100。该吸力将弹性体膜30向下拉动到相反于和远离凸起特征120，打开通过第一阀100的流体通道。
然而，泵送元件200可仍然位于抵靠第二止动部压力点43的关闭位置中。第二阀300也可位于关闭位置中。因此，没有流体可流过结构。在图9A中，泵送元件200可启动。换句话说，吸力压力可施加到泵送元件200的端口，将弹性体膜30向下拖动到泵送元件200中。这开启流动通过第一阀100且流动到泵送元件200中的流体的流体路径。然而，第二阀300仍然关闭。因此，流体不流过第二阀300。在图9B中，第一阀同样地关闭，使得流体在泵送元件200的空间中约束于第一阀100与第二阀300之间。
在图10A中，通过将吸力压力施加到第二刚性层40的对应的压力点第二止动部43，从而打开第二阀300。这将弹性体层30 向下拖动且远离凸起特征120。这开启从泵送元件200到外侧世界中的流体路径。在图10B中，通过将压力施加到泵送元件200，从而使泵送元件偏转。这使弹性体膜向上偏转到抵靠第一刚性层20的第一止动部120。弹性体膜30的移动导致流体从泵送机构200通过第二阀300流动到远处的空间中。
一并考虑的这些图，图8A、8B、9A、9B、10A以及10B图示通过第一阀100、泵送元件200以及第二阀300的循序启动而进行的泵送动作。使用该结构组合，如图2中所示出的，流体可从任何任意的流体井或贮藏部22泵送到样品分析容积500(凹陷部或分析区24、以橡胶处理的密封件34和孔44)中。因此，多级一次性筒1可包括如下的泵送机构：当泵送机构200联接到气动力源时，将柔性弹性体膜层30用作泵送源，泵送流体通过一次性筒。
图11是多级一次性筒1的阵列架构的示意图。如可在图11中看到的，该架构可具有行/列结构，其中，通过将吸力或压力施加到行和列两者，从而可接近每个个别的流体器皿。对于从任何任意的贮藏部22流动的流体，如图11中所示出的，例如，吸力或压力可施加到气动通道的第三列21’。这可启动该列中的所有的流体贮藏部(包括贮藏部22)上的阀以及流体贮藏部22上方和下方的所有的那些阀。因此，对于从适当的流体贮藏部22流动的流体，行阀23也将通过气动通道23’打开。如图11中所示出的，行阀23的打开导致流体仅从适当的流体容器22通过阀23和21跨过样品分析室流动。图11中所示出的其它结构(诸如较大的贮藏部25)可用于保持较大的体积的流体，例如保持缓冲溶液。因此，这些较大的贮藏部可用于存储较大量的流体。泵送机构可使该流体再循环到样品分析容积500且从样品分析容积500再循环。
使用该阵列架构，每个流体井可用最小数量的气动线路处理。因此，在该系统中，第二刚性层40可包括为成行的流体控制点33提供吸力的第一气动通道，和为成列的流体控制点33提供吸力的第二气动通道，使得两个气动通道共同导致流体一次从流体贮藏部中的仅一个分发。
图12示意性地图示流体如何流动于多级一次性筒1中。在图12中，流体贮藏部22示出为布置于样品分析容积500的上方。如上所述，布置于第一刚性层20中的每个贮藏部具有其下面的流体控制阀，该流体控制阀由来自第二刚性层40的气动装置所促动的弹性体层30组成。这些结构20、30以及40一起运作，以形成如上所述的弹性体阀。
在任何情况下，流体都通过输入沟槽220流动到样品分析容积500中。在另一实施例中，该流体在进入样品分析容积500之前遍及至少一侧分配，以达到与该侧平行的流，且遍及样品分配，以便防止可能排除样品的部分的层流。为此，第一刚性层20可进一步包括与样品分析容积(500)的至少一侧相邻的至少一个腔或沟槽(220, 222)，该腔或沟槽(220,222)接受从至少一个贮藏部22流动的流体且将其分配遍及分析容积(500)的整侧。沟槽在图12B和图12C中详细地示出。沟槽的形状优选地选择，以使在某些方向上对流体流最大程度地减小阻力。如在下文中进一步解释的，这允许流体均匀地覆盖样品。优选地，输入沟槽(220)具有不对称的截面。
例如，如图12(A)中所示出的，流体可从左向右流动。因此，流体从流体井或贮藏部22通过流体控制点33流动到布置于样品分析容积500的一侧上(即，第一刚性层20中的凹陷部或分析区24的一侧上)的输入沟槽220中。流体可用遍及整侧(而不是仅在通道的入口处)的受控制的流填充该沟槽220且进入样品分析容积500。沟槽可具有h2的深度/高度(大约300 μm)和在图12(B)和(C)中详细地示出的不对称的截面形状。第一刚性层可提供有至少一个输出沟槽(在图12B中为222)，该输出沟槽位于收集输入沟槽220所提供的所有的流体的样品分析区的相对侧处。输出沟槽222 可(但不需要)具有与输入沟槽220相同的截面轮廓。为了进一步控制样品分析容积500中的流体的流动，第一刚性层20可提供有沿流动方向定位的一个或两个侧腔。对于输入沟槽公开的所有的尺寸都可(但不需要)应用于这些其它腔。
为了控制通过样品分析容积500的流动的阻抗，第一刚性层20可进一步包括与分析容积(500)的至少一侧相邻的屏障(240)，屏障(240)突出到样品分析容积(500)中，使得流体在屏障240与试样支承件60之间流动到样品分析容积(500)中。屏障240在图12B和图13中更详细地示出。屏障240可具有大约200微米的高度h3。屏障240可保证在样品分析容积500的溢流的期间，输入沟槽220完全地填充。这可允许样品与流体的均匀接触。
第二刚性层40可将试样支承件60保持于样品分析容积(500)相对于第一层20的凹陷部或分析区24具有高度h1的高度处。为了确保均匀流动和样品与流体的良好接触，生物样品可相对于试样支承件60位于为h4的高度处。因此，当筒组装时，样品分析室(500)可具有高度h1，沟槽(220、222)可具有深度h2，缘部或屏障(240)可具有深度h3，并且，生物试样可具有高度h4，其中，h1、h2、h3以及 h4 具有(0.05至0.5) x h3 = h4和/或(0.1至0.5)xh2 = h1和/或(0.1至 0.5)x h1 = h4的比。尺寸在图12C中示意性地示出。
图13是多级一次性筒1的另外的实施例的示意图示。在该实施例中，试样支承件60的表面涂覆有可与生物试样相互作用的某些生物活性组合物。这些组合物可在某些区中的玻璃滑动件的表面上固定化，促使表面“功能化”。每个功能化的分段的区可已粘附有生物活性结构，该结构随后如抗原/抗体相互作用中那样与样品相互作用。这样的结构可包括例如具有检测基团的抗原识别基团、带有荧光染料、抗生素、生物营养素、毒素、染色剂以及氧化剂的抗体。试剂可如上所述地应用。
多级一次性筒1可如下地构造：多级一次性筒1的塑料构件包括第一刚性层20和第二刚性层40。这些构件可由例如聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯以及COC注射成型。弹性体层30可为聚硅氧烷，且可切割或冲压。这些构件可随后通过胶、通过层的等离子体活化或高频焊接联结。细微细节(诸如流体/气动通道)可通过化学蚀刻或激光去除或作为模具的部分形成。
在操作中，多个流体井或贮藏部22可各自通过机器人或手持型吸管以一定量的试剂填充。生物样品可随后与维持样品湿润的一定量的缓冲流体一起铺放于试样支承件60上且铺放于样品分析容积500中。支承件60可随后由夹持结构45在多级一次性筒1上按扣到位。多级一次性筒1可随后联接到第二刚性层40上的输入/输出端口42处的压力和真空源。多个流体贮藏部可容纳多个试剂，其中的至少一个是共轭到荧光分子的抗体。控制器或计算机(未示出)可随后指导压力或真空源通过输入/输出端口42且使用图11中所示出的阵列架构应用于具体的阀。样品分析室500可由定位于样品分析容积500的上方的物镜通过显微镜成像，或简单地在显微镜的帮助下通过眼睛成像。
虽然已与上文中所概述的示范性的实现联合描述各种细节，但各种备选、修改、变型、改进以及/或实质的等效例，无论是已知的还是现存的还是可能目前未预见到的，都可一经回顾前文的公开，就变得显而易见。因此，上文中所阐明的示范性的实现旨在为图示性的，而非限制性的。

Claims (18)

1.一种用于分析生物试样的一次性物品，包括：
第一刚性层(20)，其具有形成于其中的分析区(24)、多个流体贮藏部(22)以及多个流体通道，其中，所述通道提供与所述流体贮藏部的流体连通；
柔性层(30)，其具有与所述流体贮藏部(22)中的至少一个流体连通的多个流体控制点(33)；
第二刚性层(40)，其带有形成于其中的多个气动通道，其中，所述通道提供与至少一个所述流体控制点的气动连通；
其中，每个流体控制点能够气动地控制，以导致从所述多个流体贮藏部(22)中的仅一个进入或离开所述流体通道的流动。
2.根据权利要求1所述的一次性物品，其特征在于，所述第二刚性层(40)进一步包括用于保持支承件(60)的附接机构(45)，其中，所述支承件(60)、所述刚性层(46, 20)以及所述柔性膜(30)限定所述样品分析容积(500)。
3.根据权利要求1所述的一次性物品，其特征在于，所述流体控制点由吸力气动地控制，所述吸力从所述第二刚性层的气动通道对着所述柔性层的背面施加，其中，所述柔性层从第一止动部对着第二止动部撤回，允许流体流入和流出所述样品分析容积(500)。
4.根据权利要求2所述的一次性物品，其特征在于，所述流体控制点由吸力气动地控制，所述吸力从所述第二刚性层的气动通道对着所述柔性层的背面施加，其中，所述柔性层抵靠第一止动部放置，防止流体流入和流出所述样品分析容积(500)。
5.根据权利要求1所述的一次性物品，其特征在于，所述流体控制点(33)包括所述柔性层(30)的减薄部分(133)。
6.根据权利要求1所述的一次性物品，其特征在于，所述流体控制点包括所述柔性层(30)的减薄部分(133)，所述柔性层(30)的减薄部分(133)偏转到抵靠第一止动部(120)和第二止动部(43)。
7.根据权利要求6所述的一次性物品，其特征在于，所述流体控制点包括所述第一刚性层(20)中的凸起特征(120)，所述凸起特征(120)突出到所述流体通道中，且所述流体控制点限定用于所述柔性层(30)的所述减薄部分(133)的第一止动部(120)和作为用于所述柔性层(30)的所述减薄部分(133)的第二止动部(43)的所述第二刚性层(40)的气动通道中的开口，其中，所述减薄部分(133)打开和关闭所述第一刚性层(20)中的所述流体通道。
8.根据权利要求6所述的一次性物品，其特征在于，所述第二刚性层(40)包括压力点(43)，所述压力点(43)作为用于所述柔性层(30)的所述减薄部分(133)的第二止动部突出到所述柔性层(30)的腔中。
9.根据权利要求8所述的一次性物品，其特征在于，所述压力点(43)突出到所述腔中，从而使所述柔性膜(30)在与形成于所述柔性层(30)的所述减薄部分(133)上的按钮相邻的位置处相对于所述刚性层(40)对齐。
10.根据权利要求1所述的一次性物品，其特征在于，所述柔性层(30)进一步包括由气动力促动的泵送机构(200)。
11.根据权利要求10所述的一次性物品，其特征在于，所述泵送机构(200)包括所述柔性层(30)中的可移动部件(210)，所述可移动部件(210)配置成变更流体通道的容积，且其中，所述可移动部件(210)在第一(100)与第二流体控制点(300)之间流体连通。
12.根据权利要求2所述的一次性物品，其特征在于，所述第二刚性层包括：为成行的流体控制点提供吸力的第一气动通道；和为成列的流体控制点提供吸力的第二气动通道，使得所述两个气动通道共同导致流体一次从所述流体贮藏部中的仅一个分发。
13.根据权利要求1所述的一次性物品，其特征在于，所述第一刚性层进一步包括与所述分析容积(500)的至少一侧相邻的沟槽(220)，所述沟槽(220)接受从至少一个贮藏部流动的流体且将所述流体分配遍及所述分析容积(500)的整侧。
14.根据权利要求13所述的一次性物品，其特征在于，所述沟槽(220)具有不对称的截面。
15.根据权利要求1所述的一次性物品，其特征在于，所述第一刚性层(20)进一步包括与所述分析容积(500)的至少一侧相邻的屏障(240)，所述屏障(240)突出到所述样品分析容积(500)中，使得所述流体在进入所述样品分析容积(500)之前在所述屏障(240)与所述支承件(60)之间流动。
16.根据权利要求12所述的一次性物品，其特征在于，所述样品分析室(500)具有高度h1，所述腔(240)具有深度h2，所述屏障(240)具有深度h3，并且，所述生物试样具有高度h4，且其中，h1、h2、h3以及 h4具有以下的比：
(0.05到0.5) x h3 = h4和/或
(0.1到0.5)x h2 = hl和/或
(0.1到0.5)x hl = h4。
17.根据权利要求1所述的一次性物品，其特征在于，所述柔性层(30)使所述第一刚性层(20)抵靠所述第二刚性层(40)密封，且/或使所述第二刚性层(40)抵靠所述支承件(60)密封。
18.根据权利要求1所述的一次性物品，其特征在于，所述多个流体贮藏部(22)容纳多个试剂，所述多个试剂中的至少一个是共轭到荧光分子的抗体。
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