CN109967142A - 用于可运输的微流体设备的、特别是用于样品制备和分子分析的分析的单元 - Google Patents

Abstract

一种分析单元，由容置分析室的分析主体形成，并且该分析单元具有样品进口和被配置为将样品进口流体地连接至分析室的供应通道。经过干燥的测定试剂被布置在分析室中并且被包含在肺泡物料中。例如，肺泡物料是由赋形剂和测定专用试剂形成的冻干物料。

Description

用于可运输的微流体设备的、特别是用于样品制备和分子分 析的分析的单元

技术领域

本公开涉及一种用于可运输的微流体设备的、特别是用于样品 制备和分子分析的分析单元。特别地，本公开涉及所谓的片上实验 室(LOC)设备领域，其中单个一次性盒(也被称为一次性单元) 包括被设计为进行样品的处理的至少一些步骤以便提取和分析分子 的结构。

背景技术

通常，上述类型的一次性盒被放入(通常是在预处理之后)对 盒中所包含的物质进行分析的机器中。

这种系统对于健康而言非常重要，其重要性随着时间的增加以 及由患者独自按照简单的方式能够执行的或者在不是特定技术人员 的辅助下能够执行的分析的数目而提高。

特别地，上述系统使得能够对诸如核酸、蛋白质、脂类、多糖 等生物分子进行分析。这些系统包括从原材料(例如，血样)开始 的多种操作。这些操作可以包括各种程度的样品预处理、裂解、纯 化、扩增和终产物的分析。

例如，在基于DNA的血液测试中，通过过滤、离心分离或者电 泳频繁地对样品进行预处理以消除无核细胞。然后，使用化学方法、 热方法或者酶法对剩下的白血球进行裂解以释放需要被分析的 DNA。然后对该DNA进行纯化，以浓缩该DNA并且消除细胞中的 其它分子。

接着，通过扩增反应对DNA进行扩增，诸如PCR(聚合酶链反 应)、LCR(连接酶链反应)、SDA(链位移扩增)、TMA(转录介导 扩增)、RCA(滚环扩增)、LAMP(环介导等温扩增)等。

如果需要分析RNA，则这些程序是相似的，但更强调纯化以保 护不稳定的RNA分子。RNA通常被复制成DNA(cDNA)，然后如 针对DNA所描述的那样进行分析。

最后，对扩增的产物进行分析，通常是基于序列或者维度或者 这两者的组合。例如，在通过杂交进行的分析中，使扩增后的DNA 通过由个体的寡核苷酸探针形成的多个检测器，这些寡核苷酸探针 (例如)被锚固在电极上。如果扩增后的DNA链与探针互补，则会在它们之间形成稳定的键，并且可以通过使用很多种方法观察这种 杂交来理解这种杂交，这些方法包括光学方法或者电学方法。

按照相似的方式对其它生物分子进行分析，但典型地不在纯化 之后进行扩增，并且检测方法根据检测到的分子而变化。例如，常 见的诊断系统包括通过将特定蛋白质粘合到其抗体或者使用特定酶 反应来检测特定蛋白质。按照相似的方式来处理生物流体中所包含 的脂类、碳水化合物、药物和小分子。

此外，这些系统也可以被用于纯化非生物样品，诸如水样品， 并且可以用于分析非生物分子。

此处，通过将焦点放在核酸(DNA和RNA)的纯化和分析上来 简化该讨论，核酸是能够使用作为本公开的主题内容的盒被纯化和 分析的分子的示例。然而，通常，本发明的盒可以被用于具有下文 提到的必需品的任何化学或者生物测试。

关于纯化步骤，该处理基于以下段落：

液体试剂的移动和混合；以及

使用被适当功能化的磁珠来专门捕获需要被纯化的目标分 子。

关于分析步骤，该处理基于以下元素：

热控制(甚至应该是非常精确的)；以及

使用光学方法，诸如纯粹通过非限制性示例，荧光法或者 化学发光法，进行检测。

目前，用于分析核酸的LOC系统在人体诊断领域中具有两种主 要的应用：基于对病原体的核酸的定量，对引起传染病的微生物进 行定量检测；以及检测人类基因组内特定的短子段，这使得能够与 特定条件相关联，诸如对药物的个体反应或者对疾病的易感性。在 前一种情况下，这些系统被设计用于在稳定的或者紧急的条件下(例 如，在流行病传播的情况下)监测健康。后一种应用是关于(在各 种背景下)防止病理状态和分子医学，并且其价值随着时间不断增 加，这是因为正在进行中的研究发现在DNA/RNA序列及其功能之间的相关性不断增加。从整体上来说，针对这两种应用的市场有望 在未来几年中超过数百亿美元。

当前用于分析核酸的系统通常基于PCR程序。通常使用该步骤 是为了获得足够量的需要分析的目标核酸(即使是从小的生物材料 样品开始)。此外，由于有用的扩增后的材料大大超过了起始材料、 以及可能的对分析无用的材料(诸如无核细胞)，所以PCR使得能够简化和减少对需要检查的核酸的纯化操作。

PCR的执行通常采用特定在先制备生物样品，以便浓缩核酸， 提高敏感度，并且消除生物样品中可能会抑制PCR的物质。

利用被称为实时PCR的技术，在扩增期间实时地监测PCR，并 且这使得能够基于扩增曲线对目标核酸链进行定量。为此，例如在 存在以多种方式标记的寡核苷酸探针的情况下，对材料进行扩增。 如果扩增后的目标核酸链与寡核苷酸探针互补，则在特定温度条件下，在它们之间形成稳定的键(杂交)。可以按照各种方式来检测杂 交的材料，例如，按照光学或者电化学的方式。

片上实验室设备对于执行PCR或者实时PCR，特别是为了即使 在非医院环境中也能获得快速的、自动化的且廉价的测试，是非常 有前景的。然而，许多当前的系统向盒装载已经处理过的样品(例 如，具有已经从生物样品提取的DNA/RNA)。由于初步处理(其往 往需要由专业人员完成)，这使分析操作更加复杂。

注意，接下来的讨论是有关通过实时PCR扩增对核酸进行纯化 和检测，作为本系统的使用示例。然而，本公开也可以适用于其它 化学或者生物测试。

发明内容

根据本公开的至少一个实施例，用于便携式微流体设备的分析 单元包括分析主体、在该分析主体中的分析室、在该分析室中的经 过干燥的测定试剂、样品进口、以及被配置为将样品进口流体地连 接至分析室的供应通道；其中，经过干燥的试剂被包含在肺泡物料 中。

附图说明

为了更好地理解本公开，现在参照附图仅通过非限制性示例来 描述本公开的一些实施例，其中：

图1示出了用于制备进行分子分析的样品的系统的实施例的框 图；

图2示出了属于图1的系统的控制机器的简化结构图；

图3A是图2所示的机器的实施例的透视图，出于简洁起见移除 了一些部分；

图3B是与图3A相似的在插入了盒之后的透视图，示出了机器 的其它部分；

图4、图4A、图5和图6分别示出了可以被用在图1所示的用 于样品制备和分析的系统中的盒的第一实施例的分解图、透视图、 前视图和重影后视图；

图7至图10示出了在图4至图6所示的盒的连续操作步骤中的 流体循环；

图11示出了用于样品制备和分析的系统的另一实施例的框图；

图12示出了属于图11的系统的控制机器的简化结构图；

图13至图15分别示出了可以被用在图11所示的用于样品制备 和分析的系统中的盒的第二实施例的分解图、前视图和重影后视图；

图16、图17A、图18A和图19A示出了在连续操作步骤中在图 13至图15所示的盒的第一面上的流体循环；

图17B、图18B和图19B示出了在连续操作步骤中在图13至图 15所示的盒的第二面上的流体循环；

图20A和图20B分别是根据本公开的一个方面的在关闭条件下 和在打开条件下微流体阀的结构的示意性图示；

图21A和图21B分别是在关闭条件下和在打开条件下微流体阀 的不同实施例的示意性图示；

图22是在关闭条件下(虚线)和在打开条件下(实线)微流体 阀的另一实施例的示意性图示；

图23A和图23B分别是在关闭条件下和在打开条件下微流体阀 的又一实施例的示意性图示；

图24和图25是在图1和图11所示系统中的用于控制图20至 图23所示的微流体阀的两个变型的示意性图示；

图26是根据本公开的一个方面的连接器组的横截面；

图27示出了图26所示的连接器组的一部分的俯视平面图，部 分用重影图表示；

图28是图26至图27所示的连接器组的装配步骤的横截面；

图29示出了在使用条件下的图26所示的微流体连接器组；

图30示出了图26至图29所示的微流体连接器组，其被应用于 图13至图15所示的盒2′；

图31示出了根据本公开的一个方面的用于收集样品的容器的横 截面分解图；

图32A和图32B示出了将图31所示的容器固定在支架中的步 骤；

图33至图35示出了图31所示的容器的各种实施例；

图36示出了图31所示的容器，其被应用于图5至图7或者图 13至图15所示的盒2或者2′；

图37示出了图31所示的容器，其被应用于图5至图7或者图13至图15所示的盒2或者2′的变型；

图38A和图38B分别示出了在关闭条件下和在打开条件下，根 据本公开的第一方面的包括可以被控制地打开和关闭的磁阀的阀组 的横截面；

图39A和图39B分别是图38A所示的磁阀的一部分在未变形条 件下从上方和从下方看到的透视图；

图40是图38B所示的磁阀在变形条件下从下方看到的透视图；

图41至图43示出了图38至图40所示的磁阀的变型；

图44示出了图40至图42所示的磁阀，其被应用于图13至图 15所示的盒2′；

图45是用于将微流体设备中的流体混合的系统的示意性侧视 图；

图46A和图46B是在两个不同的操作步骤中图45所示的系统的 一部分的前视图；

图47示出了图45所示的混合系统，其被应用于图5至图7所 示的盒2；

图48A和图48B示意性地示出了在两个操作步骤期间微流体设 备的横截面；

图49示出了图48A至图48B所示的混合系统，其被应用于图 13至图15所示的盒2′；

图50A至图50D是在连续制造步骤中根据本公开的另一方面的 固体试剂容纳单元的横截面；

图50E是图50D所示的单元的透视图；

图51是在可能的后续制造步骤中图50A至图50D所示的固体试 剂容纳单元的横截面；

图52A至图52B是在两个连续制造步骤中固体试剂容纳单元的 变型实施例的横截面；

图53A至图53C是在图50B和图52A所示的步骤中被使用的不 同压印工具的透视图；

图54A至图54B是在连续制造步骤中固体试剂容纳单元的另一 实施例的横截面；

图55是被用于形成图54A和图54B所示的单元的压印工具的透 视图；

图56A至图56D是在连续制造步骤中固体试剂容纳单元的不同 实施例的横截面；

图57A至图57C是在微流体设备的操作步骤中图52A所示的固 体试剂容纳单元的横截面；

图58是不同固体试剂容纳单元的透视图，该不同固体试剂容纳 单元可以分别被应用于图4至图6以及图13至图15所示的盒2或 者2′；

图59示出了图58所示的容纳单元，其被应用于图13至图15 所示的盒2′的一部分；

图60是图58所示的容纳单元的不同实施例的俯视平面图，该 容纳单元可以分别被应用于图4至图6以及图13至图15所示的盒2 或者2′；

图61是被用于形成图60所示的容纳单元的压印工具的透视图；

图62是图60所示的容纳单元的透视图；

图63是图62所示的容纳单元的透视图，其被应用于图4至图6 以及图13至图15所示的盒2或者2′的变型；

图64是图63所示的盒的一部分的后视图；

图65A至图65D是连续填充步骤中根据本公开的又一方面的分 析单元的示意性图示；

图66A至图66D示意性地示出了在连续填充步骤中的不同分析 单元；

图67示出了图65和图66的分析单元的变型；

图68示意性地示出了在本系统中所使用的并且朝向外界的通信 模式；

图69是在控制机器与本系统的盒之间的通信的流程图；以及

图70是在盒与外部设备之间的通信的流程图。

具体实施方式

以下描述涉及一种小型化的(片上)盒，其中，从生物样品进 行分子(具体地，核酸)的自动提取以便分析。本系统实施为此目 的而设想的所有步骤，从装载生物样品到提取核酸并且将核酸收集 在收集器中以实现分析。收集器可以由分析室形成，在该分析室中， 可以对核酸进行扩增(在必要的情况下)和检测，例如使用实时PCR。 该结构使得通过利用重力和由外部泵生成的抽吸压力来获得液体 (样品、试剂、和提取产物)的移动。

图1示出了用于通过提取核酸来制备生物样品的系统1的实施 例的框图。

系统1包括一次性元件2(下文也被称为盒2)和控制机器3。

盒2包括外壳5，该外壳5具有大体上呈平行六面体的形状，容 置有提取室6、废料室7和收集器8。在所描述的实施例中，控制器 8包含测定试剂并且形成分析室，例如扩增室，下文中也用8表示。 室6、7和8具有相应的通风开口6A、7A、8A并且被彼此连接在一 起且通过流体回路9被连接至外界，从而允许将样品和制备试剂引 入到提取室6中、允许将处理后的样品从提取室6传输到分析室8、 以及允许将废料收集在废料室7中。另外，流体回路9使空气能够 从进口流到提取室6并且能够将控制机器3所生成的抽吸压力应用 于室6-8中以便传输处理后的样品、制备试剂、和盒2中的所提取到 的产物，如下文参照图7至图10所详细描述的。

为此，盒2具有：样品进口10，其被布置在盒2的顶面2C上(也 参见图4A)；流体进口11和流体出口12，都被布置在盒2的底面 2D上(也参见图4A)。流体进口11和流体出口12通过第一和第二 连接元件30A、30B被连接至控制机器3，该第一和第二连接元件 30A、30B被布置在控制机器3上并且与相应的流体进口11和流体 出口12一起形成连接器组(也参见图2、图3以及图26至图30)。 在图1(其中，用细实线表示气动类型的连接，用粗实线表示用于液 体的连接、并用点划线表示电气连接)中，样品进口10被直接连接 至提取室6，流体进口11(空气和液体都经过该处)通过进口通道 13被连接至提取室6，并且流体出口12通过通风通道14被连接至 废料室7的通风开口7A。

盒2的流体回路9还包括：第一气动通道16，该第一气动通道 16在提取室6的通风开口6A与废料室7之间延伸并且具有第一阀 20；试剂排出通道15，该试剂排出通道15在提取室6的底端与废料 室7的中间部分之间延伸并且具有第二阀21；产物传输通道19，该 产物传输通道19在提取室6的底端与分析室8之间延伸；以及第二 气动通道17，该第二气动通道17在分析室8的通风开口8A与流体 出口12之间延伸并且具有第三阀22。备选地，第二气动通道17也 可以被连接至通风通道14。

控制机器3包括：泵25，通过气动管道55被连接至盒2的流体 出口12并且被连接至通风出口26以用于在盒2内生成抽吸压力； 致动器组27，面向盒2，如下文所描述的；用于盒2的支撑结构28； 连接元件30A、30B，其可以分别被联接至盒2的流体进口11和流 体出口12；通风进口33A，通过通风路线33被连接至第一连接元件 30A并且具有通风阀34；控制单元35，被电连接至控制机器3的所 有构件；以及存储器36，被连接至控制单元35。此外，控制机器3 可以包括：光学检测单元37，用于检测盒2中的反应；以及加热控 制和温度监测单元38，用于控制在对处理过的样品进行分析期间的 温度(在必要的时候，例如，通过进行热循环)，如下面所详细描述 的。可以在通风路线33、通风出口26和气动管道55上设置空气过滤器(未被示出)。

泵25是例如蠕动式、压电式、注射器式或者隔膜式等，并且生 成在0.05atm至0.4atm范围内(例如，在蠕动泵的情况下，0.1atm； 而在隔膜泵的情况下，0.4atm)的抽吸压力。

致动器组27包括：一个或者多个磁阀致动器40，面向盒2，用 于控制阀20-22，如下文参照图2、图3A和图3B更详细描述的；锚 致动器41，面向分析室8，用于控制混合锚的移动，如下文参照图9 更详细描述的；冷却风扇42，也面向盒2，用于基于在对处理过的 样品进行分析期间的任何热循环来降低温度；以及堵塞致动器43， 用于在样品制备期间捕集磁粒子(例如磁珠)，如下文参照图9更详 细描述的。

此外，控制机器3承载有试剂支撑结构45，该试剂支撑结构45 容纳有多个容器46(也参见图2和图3A)并且被连接至第一连接元 件30A。

加热和温度控制元件48被联接至分析室8并且由加热控制单元 38通过电气连接元件47控制。例如，如下文(图4至图6)更详细 描述的，加热和温度控制元件48可以是容置有集成电阻器的硅芯片。

图2、图3A和图3B以简化的方式示出了控制机器3的结构。 详细地说，控制机器3包括基座50，该基座50在顶部被歧管结构 51封闭并且容置有印刷电路板52(图3A和图3B)，该印刷电路板 52承载有控制和处理单元35和加热控制单元38(图2)。此外，基 座50容纳有：泵25；试剂阀53，被连接至试剂容器46；流体管道 54，将试剂阀53连接至第一连接元件30A；以及气动管道55，将泵 25连接至第二连接元件30B。

连接元件30A和30B由歧管结构51承载并且各自包括针58， 该针58被设计为被插入盒2中并且穿过盒2中的相应垫圈120(图 4)，如下文参照图4至图6更详细描述的。

支撑结构28由歧管结构51承载并且包括两个U形的导向件61， 这两个U形的导向件61共同限定出面向彼此的细槽62，以便允许 插入盒2。支撑结构28还包括水平杆63，该水平杆63在导向件61 之间延伸，并且针58从水平杆63向上突出。当将盒插入细槽62中 并且向下推直到其抵接水平杆为止时，连接元件30A和30B的针58 因此自动刺入盒2的流体进口11和流体出口12中。

此外，歧管结构51承载磁阀致动器40、锚致动器41、光学检 测单元37、堵塞致动器43(当将盒2插入支撑结构28中时，堵塞 致动器43与支撑结构28相邻以便面向盒2)、以及冷却风扇42。

详细地说，磁阀致动器40包括第一转台64，该第一转台64承 载可沿第一转台64移动的第一磁性元件70(例如，永磁铁)。第一 转台64可以是蜗杆，通过基座50(图2)中的第一电动机71使该 蜗杆绕着垂直轴(与歧管结构51垂直)旋转，蜗杆与被形成在第一 磁铁的或者第一磁性元件70的支架上的反螺纹配合以便根据系统1 的操作步骤每次被带入面向阀20-22中的一个阀的位置。备选地，磁 阀致动器40可以包括多个电磁铁，针对盒2的每个阀20-22都有一 个电磁铁，这些电磁铁被固定在第一转台64上(在这种情况下，第 一转台64由简单的支撑垂直结构形成)，面向相应的阀20-22，并且 在需要的时候被选择性地操作(如下文参照图7至图10更详细阐释 的)。

锚致动器41包括第二转台65，该第二转台65承载可沿第二转 台65移动且可绕着水平轴旋转的第二磁性元件73(例如，永磁铁)。 特别地，第二磁性元件可沿着提取室6的高度移动并且控制锚97(图 4)在提取室6中的位移和旋转，以便搅动和混合提取室6中存在的液体，如下文参照图9以及图45至图47所阐释的。例如，第二转 台65还可以是蜗杆，该蜗杆垂直地延伸，由第二电动机72(也被布 置在基座50中，图2)可旋转地驱动，并且与被形成在第三电动机 75(图3A)的外壳上的反螺纹配合。第三电机75可水平地旋转并 且承载第二磁性元件73，该第二磁性元件73因此可以垂直地平移和 旋转。

堵塞致动器43包括承载永磁铁78的臂77。通过第四电动机79 使臂77靠近和远离盒2，该第四电动机79被固定至歧管结构51。 备选地，支架77可以被固定，并且可以用根据样品制备的操作步骤 而被启用/禁用的电磁铁来替代永磁铁78，如下文参照图9详细阐释的。

由基座50通过支架76承载的光学检测单元37(图3B)被布置 在支撑结构28旁，相对于转台64-65位于盒2的相对侧(在将盒2 插入导向件61之后)。光学检测单元37具有按照本身已知的方式检 测在分析室8中正在发生的(或者已经发生的)反应的功能，例如 对被杂交到对应标记的检测片段的核苷酸片段的光学检测。

图4至图6示出了可以与图1至图3所示的系统1一起使用的 盒2的结构的可能实施方式。详细地说(图4A)，盒2具有大体上 呈平行六面体的形状，其被配置为被安装在控制机器3上，使得其 主要尺寸(后面表示为高度H)被垂直布置。另外，盒2的三个尺 寸中的另一个尺寸(被称为厚度T)比其余两个尺寸小得多，并且第 三尺寸(被称为宽度L)具有中间值。例如，盒2可以具有H＝75mm、 L＝50mm和T＝10mm。

盒2由正面2A、背面2B、顶面2C、底面2D、第一侧面2E和 第二侧面2F界定(其中，“顶”和“底”是指控制机器3的位置)。 侧面2E、2F被设计为被插入导向件61中，使得正面2A面向光学 检测器37并且背面4B面向转台64和65。底面2D被设计为首先被 引入支撑结构28中并且被布置为抵着控制机器3的水平杆63(图2 和图3)。

此处，盒2由三个部分形成，所有这些部分都由透明材料制成： 主体80；第一封闭壁81；以及第二封闭壁82，例如薄膜。部分80 至82被接合在一起，例如被胶粘或者热焊在一起，并且可以具有垫 圈和密封部件(未被示出)以防止液体泄漏到外面，并且确保各种 通道彼此隔开并且与外部环境隔离。

主体80(例如由模制塑料制成)具有：第一主面80A和第二主 面80B，彼此相对；以及顶面80C和底面80D，彼此相对，部分地 形成盒2的顶面2C和底面2D。第一封闭壁81具有被固定至主体 80的第二主面80B的面81A；第二封闭壁82被接合至主体80的第 一面80A。

在图5和图6中详细示出了主体80的第一和第二主面80A、80B。 第一主面80A具有多个凹槽和开口，这些凹槽和开口与第一封闭壁81的面81A上的其它凹槽和开口一起形成图1的室6至8和通道14 至19。此外，主体80具有第一、第二和第三阀孔90至92，图1的 阀20至22被形成在这些阀孔中，如下文详细描述的。为了进一步 阐明该结构，在图5和图6中，另外用虚线表示出了被形成在封闭 壁81的第一面81A上的凹槽和腔。

详细地说，主体80的第一主面80A具有第一凹槽(下文称为提 取凹槽83，因为其与第二封闭壁82一起形成提取室6)和第二凹槽 (下文称为分析凹槽8，因为其形成分析室8，如下文阐释的)。此 外，主体80具有贯通开口85，因为其与封闭壁81、82一起形成废 料室7，如下文阐释的。

提取凹槽83通常是V形，其靠近底面80D的底部部分以及其顶 部部分比靠近顶面80C的底部部分要宽。因此，借由盒2的使用布 置，提取室6具有垂直主尺寸，该垂直主尺寸在底部更窄，而在顶 部更宽。特别地，提取凹槽83具有至少为5通常为近似10的纵横 比(垂直的更大尺寸与更小的水平尺寸的比率)。

此外，提取凹槽83容纳有锚97和包含捕获核酸的磁珠的片剂 98。按照本身已知的方式，可以通过烘干或者冻干包含磁珠的溶液 来生产片剂98。

分析凹槽84具有大体上呈平行六面体的形状(此处，像袋子一 样，具有底部圆角)，并且侧面被芯片封闭，该芯片形成加热和温度 控制元件48并且因此用48表示。芯片48被插入在贯通开口84A(图 4)中，该贯通开口84A具有平行六面体形状，被形成在第二封闭壁 82中并且以任何合适的方式被密封。例如，芯片48可以被胶粘到主 体80的第一主面80A。实际上，芯片48和分析凹槽84形成收集器 (分析室)8。芯片48在背面上(盒2的面2B上，图4A)具有电 气触点49，这些电气触点49被设计为与控制机器3(图1)上的电 气连接元件47电耦合。

注意，如果收集器8被局限于收集分离的核酸并且不包含测定 试剂，则盒2可以配备有另一流体出口(未被示出)，该另一流体出 口例如由可穿孔的垫圈封闭，从而允许例如使用注射针来回收处理 过的核酸。在这种情况下，芯片48可以省略。

引入开口117从主体80的顶面80C延伸至提取凹槽83以形成 图1所示的样品进口10。引入开口117可以由插塞元件89封闭，在 图4和图5中示意性地表示出了该插塞元件89。此外，引入开口117 可以具有螺纹部分(未被示出)，用于拧紧样品容器(也未被示出)， 和/或可以具有重新闭合部件，例如，如下文参照图26至图30详细 描述的。侧向开口118可以被布置在引入开口117旁以在将样品引 入到样品进口10中期间实现提取凹槽83的通风。

提取凹槽83的底部部分与盘绕的进口流体凹槽86流体连接， 该盘绕的进口流体凹槽86在提取室6的第一侧(在图5中是在左侧) 上从底部部分一直延伸到靠近主体80的顶面80C并且然后从该处一 直延伸到靠近底面80D，其中，第一通孔87将第一主面80A连接至主体80的第二主面80B。实际上，进口流体凹槽86形成图1的进 口通道13。输出流体凹槽88(也是盘绕的)在提取室6的第二侧(在 图5中是在右侧)上从底部部分一直延伸到靠近主体80的顶面80C 并且然后从该处一直延伸到第二阀孔91，相对于盒2处于中间高度。 第二阀孔91与第一阀孔90和第三阀孔92垂直对齐(位于盒2的使 用中位置)，该第一阀孔90和第三阀孔92分别被布置在第二阀孔91 (靠近主体80的顶面80C)上方和第二阀孔91下方。第一、第二 和第三阀孔90至92将第一主面80A连接至主体80的第二主面90B 并且通常由相应的挡板140至142(仅在图4中用重影图来表示)封 闭。例如，挡板140至142是在外部磁场的作用下会变形的弹性元 件，从而打开相应的阀孔90至92，如下文参照图38至图44更详细 描述的，并且与相应的阀孔90至92一起形成图1的阀20至22。

第一阀孔90通过形成在第一主面80A上的第一通风凹槽95被 流体地连接至提取凹槽83的通风开口6A，并且通过形成在第一封 闭壁81(图4)的面81A上的第一L形流体凹槽96被连接至废料开 口85的中间部分。实际上，第一流体凹槽96具有在第一和第二阀 孔90、91之间延伸的第一部分96A和在第二阀孔91与废料凹槽85 之间延伸的第二部分96B。实际上，第一通风凹槽95和第一流体凹 槽96形成图1所示的第一气动通道16。另外，第一流体凹槽96的 第二部分96B与输出流体凹槽88一起形成图1所示的试剂排出通道 15。

此外，输出流体凹槽88通过产物凹槽99(具有在主体80的第 一主面80A上延伸的第一部分99A和在第一封闭元件81的面81A 上延伸的第二部分，图4)和在主体80中延伸的第一对通孔100A 和100B被连接至分析凹槽84。第一部分99A从输出流体凹槽88朝 着主体80的顶面80C延伸并且然后朝着底面80D向下延伸，以防 止从样品提取的产物被传输至废料室7，如下文所阐释的。实际上， 输出流体凹槽88和产物凹槽99形成图1所示的产物传输通道19。

第三阀孔92通过第二通风凹槽101和第二对通孔102A、102B 被连接至分析凹槽84的通风开口8A。第二通风凹槽101具有在主 体80的第一主面80A上延伸的第一部分101A和在第一封闭元件81 (图4)的面81A上延伸的第二部分101B。

第一腔104(图4)在第一封闭壁81的面81A上从盒2的底面 2D一直延伸到面向第一通孔87(图5)的第一室状凹槽105。第二 腔106在第一封闭壁81的面81A上从盒2的底面2D一直延伸到第 二室状凹槽107，形成在主体80中的第二通孔108止于该第二室状 凹槽107。第一腔104、第一室状凹槽105和第一通孔87形成流体 进口11；第二腔106、第二室状凹槽107和第二通孔108形成图1 所示的流体出口12。垫圈12(例如由橡胶制成)被插入在腔105、107中并且在将盒2插入控制机器3之前紧密地密封流体进口11和 流体出口12；垫圈可以被针58(图2和图3)容易地穿过。

第二通孔108使第二室状凹槽107与第三通风凹槽110的第一 端流体连通，该第三通风凹槽110具有部分地沿着输出流体凹槽88 在第一主面80A上延伸的第一部分110A和在第一封闭壁81上延伸 的第二部分110B。被布置在第三通风凹槽110的第一部分110A的 中间区域中的第三通孔113通过第四通风凹槽114将第三通风凹槽 110连接至第三阀孔92，该第四通风凹槽114在第一封闭元件81(图 4)的面81A上延伸。第三通风凹槽110的第一部分110A、第三通 孔113、第四通风凹槽114、第二通风凹槽101、和第二对通孔102A、 102B形成图1所示的第二气动通道17。

第四通孔115将第一部分110A连接至第三通风凹槽110(图4) 的第二部分110B；第三通风凹槽110的第二部分110B止于第一封 闭壁81上的废料凹槽85A。第一封闭壁81上的废料凹槽85A匹配 并且面向主体80中的废料开口85，并且与主体80中的废料开口85 一起以及与第二封闭壁82的对应部分一起形成图1所示的废料室7， 如前面所提到的。第三通风凹槽110的第二部分110B止于废料凹槽 85A的区域因此形成废料室7的通风开口7A，该通风开口7A被布 置在废料室7的最高点处(当将盒2插入控制机器3中时)，以确保 液体不会流出废料室7。实际上，第三通风凹槽110的第二部分110B、 第四通孔115和第三通风凹槽110形成图1所示的通风通道14。

废料开口85和废料凹槽85A的大小设计为使得废料室7具有比 在排到其中的所有使用过的试剂更大的体积，如下文阐释的。

实际上，盒2中的凹槽、孔和开口83至117形成图1所示的流 体回路9，并且，如已经提到的，被布置成使得液体的位移和空气的 对应位移通过利用重力和被应用在流体出口12(凹槽106、106A、 107、107A)上的轻微抽吸压力而发生，如下文参照图7至图10详 细描述的。特别地，图7至图10示出了在连续操作步骤中在主体80 中的流体的移动。为了更加简洁起见，图7至图10示出了重影图的 主体80和第一封闭壁81的流体结构，不管凹槽、开口和室是被布 置在第一主面80A上、被布置在第二主面80B上还是被布置在第一 封闭壁81上。

详细地说，盒2被插入支撑结构28中以使第二封闭壁82面向 转台64至65并且使分析室8(包含测定试剂，例如扩增试剂)面向 光学检测器37。芯片48上的触点49因此被带到控制机器3上的电 气连接元件47(图1)处，因此将芯片48连接至控制单元35。在插 入盒2期间，针58穿透垫圈120，因此将流体进口11和流体出口 12连接至控制机器3。然后，将液体样品引入到提取室6中。例如 通过使用穿透(图7中的箭头150)插塞元件89的注射针(未被示出)，通过引入开口117引入液体样品。备选地，可以将容器(未被 示出)(如下文参照图31至图37更详细描述的)或者插塞(诸如， 用于试管的插塞)拧紧入所示出的引入开口117。在该步骤中，所有 阀20至22是关闭的，并且泵25(图1)是不活动的。液体样品因 重力累积在提取室6的底部上并且部分地填充提取室6(通常，少于 半满，例如，近似五分之一)。在引入液体样品之后，若必要，重新 封闭引入开口117。

接下来，图8中，将制备试剂引入到提取室6中，并且从提取 室6中的液体样品提取核酸。

为此，根据设想的程序，通过试剂阀53和第一流体管道54(图 2)将容器46(图1至图3)选择性地顺序连接至流体进口11。在该 步骤中，通过使第一挡板140(图4)变形，来打开第一阀20。以这 种方式，通过提取通风开口6A、第一通风凹槽95、第一阀孔90和 第一流体凹槽96将提取室6的顶部部分连接至废料室7，如箭头151 所指示的。此外，激活泵25以便通过流体出口12、第二室状凹槽 107、第二通孔108、第三通风凹槽110、第四通孔115、第三通风凹 槽110的第二部分110B、和通风开口6A来在废料室7中生成抽吸 压力，如箭头152所指示的。以这种方式，通过第一室状凹槽105 和进口流体凹槽86，朝着提取室6的底部部分，通过由泵25生成的 抽吸压力引导在流体进口11处的制备试剂，如箭头153所指示的， 并且提取室6中的空气可以朝着废料室7流动远离提取室6的顶部。

在引入第一制备试剂(即，裂解液体)之后，按照本身已知的 方式进行恰当的裂解。

在裂解期间，可以对锚致动器41进行操作以在提取室6中引起 锚97(图4)的重复的垂直移动和旋转，以便搅拌和混合裂解液体(以及搅拌和混合捕获核酸的磁珠，如下文参照图45至图47所描 述的)。

裂解结束后，将使用过的裂解试剂排到废料室7(图9)中。为 此，将流体进口11连接至外部环境(通过打开控制机器3的通风阀 34以及与机器的通风进口33A的连接，图1)，因此允许空气通过进 口流体凹槽86朝着提取室6的底端流入盒2中(箭头154)。另外， 磁阀致动器40通过引起第二挡板141的变形并且释放第二阀孔91 来打开第二阀21。因此通过输出流体凹槽88和第一流体凹槽96的 第二部分96B将提取室6的底端连接至废料室7(箭头115)。同样， 在该步骤中，泵25是不活动的并且通过流体出口12、第二室状凹槽 07、第二通孔108、第三通风凹槽110和第四通孔115在废料室7中 生成抽吸压力，如箭头156所指示的。在该步骤中，堵塞致动器43 被激活并且吸引被耦合至核酸的磁珠。磁珠通常已经在提取室6中 (在制造步骤中已经被引入)，并且此处被包含在片剂98(图4)中， 当按照本身已知的方式引入样品或者第一裂解液体时，该片剂溶解。 因此，通过由堵塞致动器43生成的磁吸力，将分离的核酸保持在提 取室6中，而通过由泵25生成的抽吸压力和重力的作用，将使用过 的裂解试剂抽到废料室7中。注意，在该步骤中，即使产物凹槽99 是空着的，使用过的裂解试剂也不会穿过该产物凹槽99，这是因为 产物凹槽99的第一伸展部处于比第一流体凹槽96的第二部分96B 更高的位置并且因为废料室7中存在抽吸压力。可以通过流体出口 12将被挤到废料室7中的空气向外排出。

接下来，按照已知的方式，通过根据图8的箭头153所指示的 路径顺序地引入容器46(图1)所供应的适当的冲洗液体，并且随 后沿着图9的箭头156所指示的路径排出这些冲洗液体，来冲洗核 酸，如之前针对裂解液体详细描述的。同样，在冲洗步骤中，可以 对锚致动器41进行操作以获得对液体和磁珠的搅拌和混合。另外， 可以通过打开通风阀34将流体进口11连接至控制机器3(图1)的 通风进口33A，从而允许空气通过进口流体凹槽86朝着提取室6的 底端流入盒2中。如参照图48至图49详细描述的，这能够使提取 室6中的空气鼓泡并且重新混合在提取室6中存在的液体和磁珠。

冲洗可以包括按照本身已知的方式采用不同液体的多次循环。

在该步骤结束时，在提取室6的底部上仅存在被附接至磁珠的 核酸。

接下来，经由明确提供的洗脱液体来洗脱到目前为止被纯化的 核酸。在该步骤中，使核酸与磁珠分开并且分散在洗脱液体中。在 该步骤中，可以在提取室6中再次使空气鼓泡以有利于分离，如下 文参照图48至图49更详细地描述的。此外，可以再次对锚致动器41进行操作(图2、图3A)。

在图10中，通过由泵25生成的抽吸压力和重力的作用，将提 取到的核酸和洗脱液体发送至收集器或者分析室8。在该步骤中，通 过对应的挡板140、141(通过关闭第一和第二阀20、21)来关闭第 一和第二阀孔90、91，并且通过使第三挡板142变形(通过打开第 三阀22)来打开第三阀孔92。因此，由泵25生成的抽吸压力通过 输出流体凹槽88、产物凹槽99、和第一对通孔100A和100B(箭头 157)使液体被吸在提取室6的底部上并且吸引提取到的核酸(不再 接合至磁珠)。在该步骤中，通过堵塞致动器43(图1)，将磁珠保 留在提取室6中。注意，在该步骤中，关闭第二阀孔91防止所提取 的核酸被排到排出室7中。由于第三阀22是打开的，所以由泵25 生成的抽吸压力通过第二通风凹槽101、第二对通孔102A、102B、第二阀孔92、第四通风凹槽114、第三通孔113、第三通风凹槽110、 和第二室状凹槽107(箭头158)还会使分析收集器/室8中的空气被 吸引并且朝着盒2的流体出口12排出。

在该步骤中，流体进口11被连接至外部环境并且允许空气流入 提取室6中，如上面参照箭头154所描述的。因此，同样在图10中， 用箭头154指示空气从外面朝着提取室6的流动。从流体进口11引 入的空气然后朝着提取室6的顶部部分上升，从而促进存在于提取室6的底部上的液体朝着提取收集器/室8的位移。

核酸然后被传输到分析收集器/室8中，可以从分析收集器/室8 回收核酸或者可以按照本身已知的方式来进行核酸的扩增及其分 析。

根据不同的实施例，盒已经包含有在提取室6中所使用的制备 试剂。在这种情况下，如图11至图12所示那样修改图1至图3B中 的控制机器3，并且如图13至图15所示那样修改图4至图6中的盒 2。因此，在图11至图15中，用相同的参考数字表示与针对图1至 图6中的实施例所描述的元件相同的元件，并且用撇(′)(prime) 符号来区分经过修改的元件。

详细地，图11和图12示出了包括盒2′和控制机器3′的系统1′。

控制机器3′与图1至图3B中的控制机器3的不同之处在于还包 括面向盒2′的试剂致动器160。试剂致动器160由控制单元35′控制。

此外，控制机器3′与控制机器3的不同之处在于其不承载任何 试剂支撑结构(在图1中是45)并且因此不包括试剂阀和对应的流 体管道(在图1中是53和54)。因此，在控制机器3′中，第一连接 元件30A仅被连接至通风进口33A。至于其余的，控制机器3′可以 与图1至图3中的控制机器3相同。

如前面提到的，盒2′包含被用于提取核酸的制备试剂。为此， 盒2′包括多个试剂室165，这些试剂室165被布置在主体80′(图15) 的第二主面80A′上，通过穿过主体80′的相应试剂孔167被连接至流 体进口11，并且由单触发阀168(图13)关闭。单触发阀168由试 剂致动器160控制。例如，单触发阀168可以是由蜡或者任何其它 可热熔的材料制成的插塞，如下文参照图20至图25详细描述的。 在这种情况下，试剂致动器160可以包括多个熔化元件161(图12)， 例如多个LED，这些LED在被激活时使单触发阀168的材料熔化并 且打开对应的试剂孔167。在图12中，熔化元件161被布置在转台 166上并且被连接至控制熔化元件161的导通和断开的控制单元35。

作为上述方案的替代方案，在控制机器3′上的试剂致动器160 可以包括仅一个熔化元件161，可以通过使用与磁阀致动器40所用 的相似的电机-涡轮机构，来使该熔化元件161位移到面向每次都需 要操作的单触发阀168的位置。

图13至图15示出了容置有试剂室165的盒2′的结构的实施例。 如可以注意到的，试剂室165被布置在主体80′的第二主面80B′上， 近乎在提取室6后面，在背面由第一封闭壁81′封闭，被布置为彼此 邻接，呈L形，并且通过容器壁169与彼此隔开。试剂室165具有相应的端部，在这些端部处，试剂孔167打开。试剂孔167因此被 布置为与进口流体凹槽86垂直地对齐并且由单触发阀168封闭，以 便在关闭单触发阀168时使试剂室165与进口流体凹槽86隔开并且 在打开相应单触发阀168时使试剂室165被连接至进口流体凹槽86。

在图13至图15的实施例中，相对于参照图4至图6的盒2所 描述的，对盒2′的流体回路9′进行了轻微地修改。特别地，流体回 路9′由细槽、腔和孔形成，这些细槽、腔和孔都在主体80′中延伸， 并且根据它们是被布置在主体80的第一主面80A′上还是第二主面80B′上，在一侧上被第一封闭壁81′或者第二封闭壁81′、82′封闭。

此处(图14)，流体进口11由第一盲孔170(用虚线表示)形 成，该第一盲孔170从底表面80D′延伸出来并且通过进口孔171被 连接至进口流体凹槽86。流体出口12此处由第二盲孔172(也用虚 线表示)形成，该第二盲孔172从底表面80D′延伸出来并且通过第 一连通孔175被连接至第三通风凹槽110′。与盒2的第三通风凹槽 110相似，第三通风凹槽110′又在主体80的第一主面80A′上垂直延 伸，此处是在第二主面80F′的附近，并且在其中间部分中通过形成 在主体80′(图15)的第二主表面80B′上的第三通孔113′和第四通 风凹槽114′被连接至第三阀孔92′。另外，第三通风凹槽110′在其顶 端附近被连接至第二连通孔178，该第二连通孔178在废料室7′处将 第一主面80A′连接至主体80′的第二主面80B′。

废料室7′(图15)由废料凹槽85′形成，该废料凹槽85′沿着试 剂室165所在的区域在主体80′的第二主面80B′的很大部分上方延伸 并且与第一和第二阀孔90、91流体连通。第一分隔壁180将废料室7′与第四通风凹槽114′隔开(并因此与第三阀孔92隔开)，并且第二 分隔壁181将废料室7′与分析凹槽84′(其形成在第一主面80A′上， 图14)隔开。分析凹槽84′此处具有被连接至分析开口84B的平行 六面体形状，该分析开口84B延伸穿过主体80′。

此处，产物凹槽99′和第二通风凹槽101′完全形成在第一主面 80A′(图15)上并且分别通过第四连通孔100′和第五连通孔102′、 以及分析开口84B(图14和图15)与分析凹槽84′流体连接。

下面将参照图16至图19B描述系统1′的操作。

详细地说，将盒2′插入支撑结构28中以使第二覆盖壁82′面向 转台64至65并且使分析室8′(包含测定试剂)面向光学检测器37。 在芯片48上的触点49因此各自处于面向控制机器3′上的电连接元 件47(图11)的位置，因此将芯片48连接至控制单元35。

同样在这种情况下，在插入盒2′期间，针58刺穿盲孔170、172 中的垫圈(因为它们与图4中的垫圈120相似，所以未被示出)，因 此将流体进口11′和流体出口12′连接至控制机器3′。

接下来(图16)，通过使用注射针或者通过拧紧容器(未被示出) 将液体样品引入到提取室6(图16中的箭头200)中，如下文参照 图31至图37更详细地描述的。在该步骤中，所有阀20至22都是 关闭的，并且泵25(图11)是不活动的。

然后(图17A和图17B)，将制备试剂引入到提取室6中。为此， 通过相应的试剂致动器160(图11)按照给定的顺序打开单触发阀 168；例如，通过相应的LED 161使单触发阀168熔化，如参照图 20至图25详细阐释的。打开每个单触发阀(在图17A中，参见由 168A表示的单触发阀)并且因此释放相应的孔167，使得与单触发 阀168A相关联的容器165中的液体能够朝着进口流体凹槽86流动 并且从进入流体凹槽86朝着提取室6的底端(箭头201)流入提取 室6。因此有利于通过重力并且通过由泵25生成的抽吸压力的存在， 将裂解试剂引入到提取室6的底部。

在该步骤中，通过使第一挡板140变形来打开第一阀孔90，因 此将提取室6的顶部部分连接至废料室7′(箭头203)。此外，将泵 25激活以便通过流体出口12、第二盲孔172、第一连通孔175、第 三通风凹槽110′和第二连通孔178(箭头202)在废料室7′中生成抽 吸压力，也有利于将空气从提取室6的顶部部分排出(箭头203)。

在引入第一制备试剂(即，裂解液体)之后，按照本身已知的 方式进行恰当的裂解。

在裂解期间，可以对锚致动器41进行操作以在提取室6中引起 锚97(图4)的重复的垂直移动和旋转，以便搅拌和混合裂解液体 和捕获核酸的磁珠，如下文参照图45至图47所描述的。

裂解结束后，将使用过的裂解试剂排到废料室7′(图18A和图 18B)中。为此，将流体进口11连接至外部环境(通过打开控制机 器3′的通风阀34以及与通风进口33A的连接，图11)，从而允许 空气通过第一盲孔170、进口孔171和进口流体凹槽86朝着提取室 6的底端流入到盒2′中(箭头204)。此外，磁阀致动器40(图11) 通过使第二挡板141变形来打开第二阀21，因此释放第二阀孔91。 提取室6的底端因此通过输出流体凹槽88被连接至废料室7′(箭头 205)。同样，在该步骤中，泵25是不活动的并且通过流体出口12、 第二盲孔172、第一连通孔175、第三通风凹槽110′和第二连通孔178 在废料室7′中生成抽吸压力，如箭头206所指示的。在该步骤中， 堵塞致动器43被激活并且吸引被耦合至核酸的磁珠。同样，在这种 情况下，磁珠可能是已经被包含在提取室6中。因此，通过由堵塞 致动器43生成的磁吸力将磁珠保留在提取室6中，而通过由泵25 生成的抽吸压力和重力的作用，将使用过的裂解试剂抽到废料室7′ 中。可以通过流体出口12将被挤到废料室7′中的空气向外排出。

然后，按照已知的方式，通过根据图18A和图18B所描述的路 径顺序地引入试剂室165中所包含的恰当的冲洗液体，并且通过随 后沿着图18A和图18B的箭头205所指示的路径排出这些冲洗液体， 来冲洗核酸，如之前针对裂解液体详细描述的。在冲洗期间，可以对锚致动器41进行操作以用于搅拌和混合液体和磁珠。此外，可以 通过打开通风阀34将流体进口11连接至控制机器3′(图12)的通 风进口33A，因此允许空气通过进口流体凹槽86朝着提取室6的底 端流入盒2′，这能够使提取室6中的空气鼓泡并且重新混合在提取 室6中存在的液体和磁珠。

冲洗可以包括按照本身已知的方式采用不同液体的多次循环。

在该步骤结束时，在提取室6的底部上仅剩余被附接至磁珠的 核酸。

接下来，使用合适的洗脱液体来洗脱核酸。在该步骤中，使到 目前为止被纯化的核酸与磁珠分离并且分散在洗脱液体中。在该步 骤中，可以在提取室6中再次使空气鼓泡以有利于分离，如下文参 照图48至图49更详细地描述的。此外，可以再次对锚致动器41进行操作。

在图19A和图19B中，通过利用由泵25生成的抽吸压力和重力 的作用，将提取到的核酸和洗脱液体发送至分析室8′。在该步骤中， 通过对应的挡板140、141来关闭第一和第二阀孔90、91，并且通过 使第三挡板142变形来打开第三阀孔92。泵25是活动的，并且所生成的抽吸压力通过输出流体凹槽88、产物凹槽99、和第四连通孔100′ (箭头207)使液体被吸在提取室6的底部上并且吸引提取到的核酸 (不再接合至磁珠)。在该步骤中，通过堵塞致动器43(图12)，将 磁珠保留在提取室6中。注意，在该步骤中，关闭第二阀孔91防止 所提取的核酸被排到排出室7′中。由泵25生成的抽吸压力通过第五 连通孔102′、第二通风凹槽101、第三阀孔92、第四通风凹槽114′、 第三通孔113′、第三通风凹槽110′、和第二盲孔172(箭头208)还 会使分析收室8′中的空气被吸引并且朝着盒2′的流体出口12排出。

在该步骤中，流体进口11被连接至外部环境并且允许空气流入 到提取室6中，如上面参照箭头204所描述的。因此，在图19A和 图19B中，再次用箭头204指示空气从外面朝着提取室6的流动。 从流体进口11引入的空气因此朝着提取室6的顶部上升，从而促进 在提取室6的底部上的液体朝着分析室8′的位移。

在将核酸传输到分析室8′之后，可以按照本身已知的方式来进 行核酸的扩增及其分析。

作为所示出和描述的方案的替代方案，不是在腔105、107(图 4)中或者在盲孔170、172(图14)中具有垫圈120，与连接器30A、 30B的流体连接可以与将打印机墨盒连接到打印机相似。特别地， 在盒侧2、2′，由弹簧形成的自关闭式连接元件可以将插塞压在用作垫圈的橡胶件上。在仪器侧，可以仅存在较小的套管，该套管的尺 寸与在连接期间压住插塞因此压紧弹簧的橡胶件兼容。

在盒2和2′中，流体通道、孔和连通开口的形状和实际布置可 以变化。例如，在图4至图6的盒2中，它们可以仅形成在主体80 中，并且第一封闭壁81可以简单地是与图13至图15中的盒2′相似 的光滑板。

在主体80、80′的第一主面和/或第二主面80A、80B、80A′、80B′ 上的通道和凹槽的位置可以变化并且可以包括被形成在第一主面 80A、80A′上、或者形成在主体80、80′的第二主面80B、80B′上、 或者形成在这两个主面80A、80B、80A′、80B′上的多个伸展部。

在图11至图19B的盒2′中，试剂孔167起初是关闭的，并且仅 在将相应的容器165连接至提取室6时才打开，后续不需要再次被 关闭。这也适用于第三阀孔92(在这两个实施例中)，该第三阀孔 92是关闭的，直到将提取到的核酸传输到收集器8、8′中为止。

然后，可以按照廉价且简单的方式，使用单触发阀来打开上述 孔。特别地，根据本说明的一个方面，单触发阀由在室温下呈固体 而在被加热(例如，使用LED)时会溶解的材料制成。

下文描述的是可以被用在用于样品制备盒的流体回路中的单触 发阀的可能的实施方式。

为了用在LOC设备中，要求单触发阀是廉价但可靠的，并且能 够长时间地将管道的或者孔的两部分紧密地隔开。此外，单触发阀 必须由与样品和使用过的试剂兼容的材料制成并且不应该污染到液 体。

图20至图25示出了单触发阀209的各种实施例，该单触发阀 209可以有利地被用在LOC设备中，例如用在图1至图19的盒2和 2′中，并且具有上面提到的期望特性。例如，单触发阀209可以被用 作盒2(如图13所示)的单触发阀168和/或两种盒2和2′(图5和 图13)的第三阀22。

根据图20A，单触发阀209包括位于阀体211中的管道210和阻 塞块212。

特别地，阻塞块212由蜡或者在室温下(或者在各种情况下， 在操作温度下)呈固体但在低温下以受控的方式容易熔化的其它惰 性材料制成。例如，替代蜡，可以使用石蜡或者其它固体脂肪，诸 如可可油、或者凝胶(诸如水凝胶或者有机凝胶)。备选地，阻塞块212可以由一块铝形成。通常，阻塞块212可以由在高于60℃的温 度下会熔化并且相对于液体且相对于阀体211中的化学反应呈惰性 的材料制成。上面提到的材料(具体地，蜡)适合该目的，因为它 们相对于很多化学反应(诸如针对LOC应用所设想的化学反应)都 呈惰性，并且因此，在阻塞块212与阀体211中的液体之间的接触 不会引起任何污染。

阻塞块212(处于图20A所示的固体状态)具有与管道210的外 形对应的外形以及诸如能够在管道210的管段或者管腔210A(下文 也称为阻塞管段)处完全阻塞管道210的尺寸。阻塞块212(在固体 状态下)因此将管道210的上游部分210B与下游部分210C隔开并 且形成插塞。

注意，管道210的阻塞管段210A也可以是延伸穿过壁并且连通 管道的在该壁的相对侧上延伸的两个部分的孔，例如在图1至图19 中的盒2和2′的情况下。

在使用时，为了打开单触发阀209，对阻塞块212加热使其熔化 直到其变成液体。以这种方式，阻塞块212发生变形并且至少部分 地释放先前被阻塞的阻塞管段210A(参见图20B，其中，阻塞块被 熔化并且在下文中称为已熔化块212′)。为此，有利地是，在阀体211的内侧上或者外侧上设置辐射源213，例如LED或者激光器(特别 是集成类型的)。当阻塞块212由铝制成时，辐射源可以是能够形成 允许液体通过的孔的激光源。有利地，辐射源213被聚集在阻塞块 212上以提供期望的熔化能量。

以这种方式，在图20A中阻塞管道210从而堵住管道210的上 游部分210B中的液体(整体用214表示)的阻塞块212在熔融条件 (图20B)下至少部分地释放了管段210A。液体214因此可以根据 箭头215传递到下游部分210C中。为此，液体214会受到作用在箭 头215方向上的力。例如，可以将由抽吸泵(例如，图1、图2、图 11和图12中的泵25)生成的抽吸压力施加至管道的下游部分210C， 或者可以将作用在箭头215方向上的压力(未被示出)施加至上游 部分210B；备选地，可以使用另一力，例如重力或者毛细作用，在 使用时将管道211恰当地布置在阀体211中。

图21A和图21B示出了单触发阀209的实施方式，其中，为了 限制在已熔化块212′与液体214之间的接触，管道210具有收集凹 槽216，该收集凹槽216横向地延伸至阻塞管段210A中的管道210。 在这种情况下，阻塞块212(在图21A的非熔融状态下)具有(并 且被布置为)关闭收集凹槽216的进口区域的尺寸。特别地，阻塞 块212在管道210的纵向方向上具有长度并且在垂直于抽吸板的方 向上具有宽度，都大于收集凹槽216的对应尺寸。收集凹槽216可 以是盲孔，该盲孔被布置在比阻塞块212更低的高度处(在阀体211 的使用位置中)，或者通过外周腔，在管道210的阻塞管段210A的 外周的部分或者所有上方延伸，包括底部区域。

在使用中，当将熔化能量施加至单触发阀209并且阻塞块212 熔化且变成流体时，其可以通过重力或者通过毛细作用渗透到凹槽 210中，如图21B所示，从而完全地释放或者很大程度上释放阻塞 管段210A并且打开单触发阀209。

在这种情况下，例如通过在恰当的瞬间施加力215，可以将液体 214的移动控制为仅在已熔化块212′已经完全被集中到收集凹槽216 中并且已经重新凝固之后才发生，因此将与液体214的接触减少到 最低程度。

如果阻塞块212包含磁敏材料，例如铁磁材料，诸如铁屑，则 通过从外部施加磁场，可以有利于将已熔化块212′收集到收集凹槽 216内。在这种情况下，可以通过磁致动器从外部控制已熔化块212′ 移动远离阻塞管段210A。

例如，图22示出了管道210具有排出支管217的变型，该排出 支管217从管道210分支，位于阻塞管段210A下游或者上游，并且 此处向上延伸(在阀体211的使用位置中)。备选地，在使用中，可 以将排出支管217布置在比管道210的下游管段210C更低的高度 处。可以将排出支管217关闭，作为图21A、图21B中的收集凹槽 216。

可以与将辐射能量施加至阻塞块212同时地或者在这之后立即 激活磁致动器220，该磁致动器220在单触发阀209外部，在图22 中示意性地示出。阻塞块212一旦熔化并形成已熔化块212′，不再 阻塞到阻塞管段210A，就可以沿着排出支管217转移吸引已熔化块 212′中的铁磁珠的磁致动器220(箭头218)，从而使已熔化块212′ 在排出支管217内部并且沿着排出支管217一直转移到储槽(未被 示出)。相反，由于抽吸压力，液体214被沿着管道210抽出(箭头 215)。以这种方式，还由于重力，确保将管道210中的液体与已熔 化块212′分离开。

图23A和图23B示出了实施例，其中，阀体211是透明的，并 且测量设备219被沿着通道210布置在阻塞段210A中，位于与辐射 源213相对的一侧上。

例如，测量设备219可以是光电探测器元件(诸如光电探测器 晶体管或者二极管)以及按照本身已知的方式测量在光电探测器元 件中流动的电流量的关联回路。

在这种情况下，当阻塞块212(其不是透明的)被布置在阻塞管 段210A中时(图23A)，测量设备219仅检测环境亮度(在该步骤 中，辐射源213也是关闭的)。在激活辐射源213之后，测量设备219 在任何情况下都只测量到低光量，这是因为辐射源213发出的光的大部分都被阻塞块212(不透明)拦截了。仅在阻塞块212已经熔化 并且阻塞管段210A被释放之后，测量设备219才能检测到由辐射源 213发出的光，测量设备219检测到与开阀条件对应的最大亮度条 件。

以这种方式，可以监测阀209在关闭状态(阻塞块在阻塞管段 210A中)和打开状态(已熔化块212′不占用阻塞管段210A)这两 种状态下的正确操作。

在图23A和图23B的实施例中，阻塞块212可以包含提高光吸 收并加速熔化的暗色着色剂。以这种方式，在阀209的打开条件和 关闭条件之间的更大亮度差和更快的致动都能被获得。

如已经提到的，可以将图20至图25的阀209应用于在图1至 图19中描述的类型的盒2、2′。如上面提到的，在这种情况下，参 照图20至图25所示出和描述的阀209形成单触发阀168和/或第三 阀22；阀体211由盒2、2′的主体80、80′形成；辐射源213由熔化 元件161(图12)形成；阻塞管段210A形成试剂孔167或者第三阀 孔92；上游管段210B由试剂室165或者由第四通风凹槽114、114′ (分别参见图6和图15)形成；以及下游管段210C由进口流体凹槽86或者由第二通风凹槽101、101′(分别参见图5和图14)形成。 在图24和图25中示出了该方案，这两个图针对多个熔化元件161 (图24)或者单个熔化元件161′(其可垂直移动以便每次面向需要 被致动的单触发阀168(图25))分别示出了熔化元件161、161′在 转台160和160′上的布置。

下文中描述了可以被用在样品分析盒中的微流体连接器的可能 的实施方式。

样品制备和分析盒是一次性的单元并且，根据它们的用途，被 连接至通常包含制备和分析系统的可重复使用部分(包括致动器和 控制设备)的机器。通过目的是使流体相对于外部环境紧密地通过 的连接器，来获得在盒与对应机器之间的连接，这种连接实现了液 体和气动流体的交换。

对于微流体应用，因此期望具有微流体连接器，该微流体连接 器可用于连接盒和控制机器，该控制机器使用简单、安全、不漏流 体并且可以使用大型且低成本的工业过程来制造。普遍地，期望连 接器能够确保这两部分中的至少一部分是不漏流体的，甚至在分离 之后也是不漏流体的。

图26至图30示出了连接器组221的实施例，该连接器组221 可以有利地被用在LOC设备中，例如用在图1至图19的盒2和2′ 中，并且具有上面提到的期望特性。

详细地说，根据图26，连接器组221包括公连接器222和母连 接器223。公连接器222和母连接器223可以都是一次性的或者非一 次性的类型，即使通常母连接器223是一次性类型的。

在所考虑的示例中，公连接器222包括例如由塑料或者钢制成 的支架225和通常由钢制成的针226。

根据应用，支架225可以具有任何形状。典型地，支架225由 中空的杯状主体形成，其具有用于将支架225附接至固定的支撑结 构227的第一安装部件225A(例如，外部螺纹部件)和被接合(例 如，焊接)至流体线路228的第二安装部件225B。例如，在图1和 图11的机器3或者3′的情况下，支架225可以是杯状塑料主体，被 拧紧在机器3、3′(图2)的板51上并且被胶粘或者焊接至管状管道 部分，该管状管道部分形成或者被连接至通风线路33、连接至第一 流体管道54、和/或连接至气动管道55(其形成流体线路228)。

具有大体上呈圆柱形的形状的针226与皮下注射针相似并且因 此具有光滑的侧表面，其粗糙度非常有限，以使其不可能捕集到有 害物剂。此外，针226具有被接合(例如，焊接或者胶粘)至支架 225的支撑端226A和针尖端226B，该针尖端226B很锋利，且是尖 的。针226是中空的并且具有从支撑端226A一直纵向延伸到侧向开 口230A的注射通道230。注射通道230因此相对于针226朝着支架225的内部纵向敞开并且通过支架225与流体线路228流体连接。注 射通道230的侧向开口230A被布置在针226旁，靠近尖端226A。 因此，将针226的针尖226A关闭并且不穿孔。

流体线路228通常被连接至可以被手动或者自动操作的流体致 动器(未被示出)，诸如在支架225中可移动的活塞或者在支架225 内生成正压力或者负压力的外部泵、或者一些其它致动器。

母连接器223包括形成容置垫圈240的连接器室236的容纳体 235。母连接器223可以由塑料制成，例如，如下面参照图28讨论 的。

在所示出的实施例中，容纳体235具有大体上呈平行六面体的 外形，其具有两个相对的侧面，这两个侧面在图26中用235A和235B 表示，这两个侧面分别具有针入口孔241和流体开口242，针入口孔 241和流体开口242通常不彼此对齐。然而，根据应用，容纳体235的外形以及针入口孔241和流体开口242的位置可以变化；例如， 容纳体235可以形成更复杂结构的部分，例如图4至图6以及图13 至图15中的盒2或者2′的部分，如下文所讨论的。

针入口孔241在容纳体235的侧面235A与连接器室236之间延 伸并且其形状被设计为方便引入针226。相反，流体开口242被连接 至连接器室236，在管道开口244A处具有向连接器室236敞开的管 道244(此处是L形的)。特别地，管道开口244A被形成在连接器 室236的与开设有针入口孔241的面(针面236B)相邻的面(管道 面236A)上。因此，出于下文阐释的原因，管道面236A不与针面 236B相对。

垫圈240呈杯状，其具有矩形基座和圆形边缘(图27)，并且包 括界定出垫圈腔245的侧壁243A和底壁243B。垫圈腔245面向连 接器室236的管道面236A并且因此朝着管道开口244A敞开，而其 底壁243B抵接连接器室236的与管道面236A相对的面(底面 236C)。在一些应用中，底壁243B可以省略。

根据实施例，垫圈240的面向连接器室236的管道面236A的表 面具有突出轮廓或者台阶246。突出轮廓246围绕垫圈腔245并且支 承在连接器室236的管道面236A上。垫圈240的面向连接器室236 的管道面236A的表面的剩余部分因此形成围绕突出轮廓246的外周 降低的部分247。以这种方式，垫圈240的整个顶表面不会抵接连接 器室236的管道面236A，从而增加了由垫圈240施加在管道面236A 上的压力(针对相同的力)并且因此，即使在容纳体235的或者突 出轮廓246的平坦表面不那么完美的情况下(例如，具有某个粗糙度)，也具有极好的紧密度。

垫圈240的材料通常是橡胶，例如硅橡胶，从而垫圈240具有 高弹性，可以容易地被针226穿过，具有硬度以便能经受多次插针 和拔针循环，在引入针的孔周围具有良好的密封性，并且相对于被 注射或者抽出的物质具有化学惰性。典型地，垫圈240的材料具有被包括在15邵氏(Shore)A硬度与45邵氏A硬度之间的值(邵氏 A级别)，例如20邵氏A硬度。适合于垫圈240的其它材料是例如 氟硅橡胶(具有在30与80之间的邵氏A硬度)和氯丁橡胶(具有 在20与90之间的邵氏A硬度)。

可以通过实现塑料(用于形成容纳体235)和橡胶(用于形成垫 圈240)的成型的共注射成型、使用各种通道用于注射到相同的模具 中、或者多相注射工艺、或者通过现有技术中已知的任何其它成型 方法，来制造母连接器223，以便在容纳体235中直接形成垫圈240。

备选地，容纳体235可以由两个不同的部分制成，这两个部分 在插入垫圈240之后被接合在一起，如图28所示。此处，容纳体235 由外壳部250和盖251形成。外壳部250例如由模制塑料材料制成 并且容置连接器室236、管道部244和针入口孔241。盖251例如由 平板形成，该平板也由塑料材料制成。使用任何合适的技术，例如 热轧或者热和/或压力工艺，将外壳部250和盖251接合在一起。

利用图28的实施例，在组装母连接器223之前，橡胶垫圈240 的突出轮廓246可以具有比连接器室236稍高的高度。特别地，如 图28所示，连接器室236可以具有比垫圈240在突出轮廓246处的 最大高度dr1略低的深度dh。在这种情况下，垫圈240在降低部247 处的高度dr2可以比连接器室236的深度dh略低。

例如，对于具有120μl至130μl的容积的连接器室236和具有 10μl至20μl的容积的垫圈腔245，dh可以为2.95mm，dr1可以为 3mm，并且dr2可以为2.9mm。

对于图28的实施例，通过将垫圈240引入到连接器室236中来 组装母连接器223，使得垫圈240(其由突出轮廓246和降低部247 形成)的顶表面抵接连接器室236的管道面236A，并且因此使得垫 圈腔245面向管道面236A。另外，垫圈240的侧壁243A的部分布 置为与连接器室236的针面236B相邻和邻接，以关闭针入口孔241。 然后，将盖251接合至容纳体235。在该步骤中，略微地压紧垫圈 240的突出轮廓246，因此确保将垫圈240完美地贴附到连接器室236 的管道面236A并且确保过盈密封。降低部247的存在实现了突出轮 廓246的可能的变形及其侧向的加宽(若需要)。

在使用时(图29)，公连接器222的针226被引入到针入口孔 241(其用作插入导向件)中，并且刺穿垫圈240的侧壁243A直到 其进入垫圈腔245中。然后，可以通过针226朝着管道部244注射 流体(液体或者气体)(如箭头248所指示的)或者，反之，通过管 道部244、垫圈腔245和针226，从流体开口242将流体一直抽到支 架225。

连接器组221的形状因此被设计为在流体的抽吸/注射步骤期间 确保完美的密封。事实上，材料(针对连接器室236的管道面236A 上的容纳体235使用更硬的材料，针对垫圈240使用更软的材料， 并且针对连接器室236的底部上的容纳体235使用更硬的材料)的叠置以持久的方式确保了垫圈240的紧密密封。特别地，突出轮廓 246在要求紧密密封但在垫圈240的整个表面上方不要求完美贴附 (在材料存在固有缺陷(诸如表面粗糙度)的情况下，在连接器室 236的整个表面的每个点处以完美的方式保证完美贴附更难)的区域 中(在管道244的管道开口244A周围)产生机械压紧应力。

此外，将针入口孔241布置在针面236B上与连接器室236的管 道面236A相邻但不相对(在管道开口244A处)有利于在注射和抽 吸期间连接器组221的紧密度。此外，在分两片生产的情况下，由 于通过将盖251接合至容纳体235(图28)即可关闭垫圈腔245，所 以这还促进了母连接器223的制造。

在针226的引入期间，由于针226的针尖226B的闭合形状以及 针226的侧向开口230A的横向布置，所以针226不会引起垫圈240 的任何部分的分离(因此防止了钻芯的风险)并且因此不会产生可 能会进入针226或者可能会刺入被连接至连接器组221的流体回路 并且堵塞流体流动的粉屑。

利用图24至图27中示出的方案，由于垫圈240的橡胶是自密 封式的并且因此，即使是在母连接器223与公连接器222分开时(当 拔出针226时)，也能确保紧密度，所以母连接器223本质上是密封 的。当需要确保在拔出针226之后在公连接器222上的紧密度时， 可以在针226上游布置任何类型的微流体阀，该微流体阀在图29中 用虚线表示并且由254指定。

如上面提到的，根据图1至图19，连接器组221可以被用在系 统1和1′中。特别地，连接器组221可以与对应的垫圈120一起形 成图1和图11中的系统1或1′的连接元件30A和流体进口11或者 连接元件30B和流体出口12。

例如，图30示出了在图11的系统中使用的并且在图13至图15 中详细示出的盒2′。在这种情况下，容纳体235由盒2′形成，连接 器室236由盲孔170、172中的一个形成，垫圈240形成图13的垫 圈120，管道244形成进口流体凹槽86或者第三通风凹槽110′，并 且管道244的管道开口244A形成进口孔171或者第一连通孔175。 此外，支架225可以由板51(图2)形成，并且针226可以形成连 接元件30A或者30B的针58中的一个。此外，外壳部250(图28)可以由盒2′的主体80′形成，并且盖251可以由第一封闭壁81(图 13)形成。

同样地，对于图4至图6中的盒2，连接器室236形成室状凹槽 105、107，针入口孔241形成腔104、106，并且管道244的管道开 口244A形成通孔87、108。

在下文中，描述用于聚集样品的容器(也被定义为试管)的可 能的实施例。

能够进行样品分析的LOC类型的微流体设备具有用于引入需要 处理和分析的样品的进口。在这些设备中，需要的是，装载是安全 的并且避免任何交叉污染的可能性，即执行该装载的操作者对样品 的任何类型的污染以及样品的材料对操作者的任何类型的污染。还 需要的是，装载是简单的并且不要求操作者具有特定技能或者特别 注意以实现对各种各样的分析的执行，不需要技术人员。

为此，有利的是使用容易附接到微流体设备、能够容易地引入 样品、是便携式的、防止任何污染、能够引入少量需要分析的液体、 对患者造成的侵袭性最低、并且具有低成本的容器。

图31至图37示出了容器260的各种实施例，该容器260可以 有利地被用在LOC设备中，例如用在图1至图19的盒2、2′中，并 且具有上面提到的期望特性。例如，容器260可以与图4或者图9 的样品进口10配合，如下文详细阐释的。

根据图31，容器260包括管状体262和盖263并且被设计为附 接至容器支架261。

管状体262通常由塑料(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成， 并且大体上呈小瓶的形状，其具有管状壁262A、具有锥形形状的底 端262B、和敞开的顶端262C。此处，术语“底”和“顶”是指容器 260的使用位置。

底端262B由可穿孔壁262D封闭，该可穿孔壁262D可以与管 状壁262A是一体式的并且被配置成容易被穿孔。在这种情况下，可 穿孔壁262D由与管状壁262A相同的材料制成，但更薄。例如，管 状壁262A和可穿孔壁262D的典型厚度分别是1mm和从0.1mm到 0.3mm。备选地，可穿孔壁262D可以由比管状壁262A更软的材料 制成，例如橡胶。

管状体262具有堵塞结构，此处，该堵塞结构由第一密封环264 形成，第一密封环264被在管状壁262A上滑动。第一密封环264由 弹性体材料(例如，Viton)制成，并且可以与容器支架261上的对 应挡块265配合，如下面阐释的。在这种情况下，堵塞结构264还 用作密封结构并且，在对可穿孔壁262D穿孔期间或者之后发生泄漏 的情况下，防止部分被分析的样品有可能地漏到外部环境中。

备选地，堵塞结构可以被按照任何其它方式制造，例如，被制 造成外周突起，该外周突起钩到容器支架261上的对应附接部上或 者扣到容器支架261上的腔中或者突起后面。

此外，管状体262具有导向结构266，用于将容器260恰当地插 入到容器支架261中。此处，容器260的导向结构266由外周肋条 (为了简单起见，再次用266表示)形成，该外周肋条266在底端 262B附近从管状壁262A突出并且因此比第一密封环264更低(在 使用位置中)。外周肋条266可以仅有一个并且可以在管状壁262A 的圆周的所有或者主要部分上方延伸，或者可以由彼此相隔一定距 离地径向布置的多个部分(至少两个)形成。

外周肋条266具有一定的弹性，能够发生变形并且能够克服在 容器支架261(如下面阐释的)上的挡块265。肋条可以具有三角形 或者梯形的横截面，具有：底表面266A(更靠近底端262B)，该底 表面266A具有倾斜的定向以便促进将其引入到容器支架261中；以 及顶表面266B(面向管状壁262的顶端262C)，该顶表面266B与 管状壁262基本上垂直以便在插入之后将管状体262垂直地堵塞在 容器支架261中，如下文更详细阐释的。备选地，外周肋条266可 以是相对坚硬的，并且挡块265可以是更具弹性的。根据另一可能 性，外周肋条266和挡块265两者都可以是弹性的。

管状体262还具有盖附接部件263，此处，盖附接部件263由螺 纹269形成，螺纹269在管状壁262A外部并且被布置在顶端262C 附近。管状体262的顶端262C也具有盖导向结构270，此处，该盖 导向结构270由导向齿形成，该导向齿在管状壁262A中延伸。导向 齿270可以仅有一个并且可以具有周向延伸部，或者可以由多个部 分形成，如本领域中的技术人员已知的。

通常由塑料材料(例如与管状体262相同的塑料材料(聚对苯 二甲酸乙二醇酯))制成的盖263包括基座部263A、拧紧部263B和 插塞部263C。详细地说，基座部263A具有平坦的圆柱形形状并且 典型地被设计为封闭管状体262的顶端262C，拧紧部263B具有从 基座部263A向外周突出的圆柱形壁的形状，并且插塞部263C在与 拧紧部263B相同的侧上从基座部263A向中心延伸。拧紧部263B 在内部具有用于固定至管状体的结构，此处是反螺纹271，该反螺纹 271被设计成在使用时被拧紧到管状体262的螺纹269上。因此，拧 紧部263具有略微大于管状壁262A的外径的内径，并且在容器260 被封闭的情况下，延伸到管状壁262A外。插塞部263C具有圆柱形 形状，此处是满的，具有略小于管状壁262A的内径的直径，使得当 将盖263拧紧到管状体262上时，可以将插塞部263C适配在管状体 262的顶端263C中。

另外，出于下面阐释的原因，插塞部263C具有大于拧紧部263B 的高度(在管状体262的纵向方向上)。此外，插塞部263承载被在 插塞部263上滑动的第二密封环272，该第二密封环272具有基本上 等于或者略微大于管状壁262A的内径的外径，以便紧密地密封管状体262的内部。

容器支架261被设计为容纳管状体262的底端263B并且将容器 260的内部流体地连接至流体回路，如图32A和图32B所示。

容器支架260此处由圆柱形壁275形成，该圆柱形壁275具有 圆形基座，圆形基座从连接部277延伸出来，连接部277在样品进 口10处被固定至(例如，与其一体成型)LOC设备(诸如图4至图 6以及图13至图15中的盒2或者2′)，并且圆柱形壁275具有容器 引入端275A。容器支架261可以与连接部277是一体式的或者可以 被单独地制造并且被接合，例如通过任何类型的稳定的密封连接进 行胶粘或者流体连接。在连接部277附近，容器支架261具有自己 的导向结构276，该导向结构276意在与容器260的导向结构联接。 在所考虑的示例中，容器支架261的导向结构276由内螺纹(为了 简单起见，再次用276表示)形成，该内螺纹276意在与容器260 的外周肋条266啮合。此外，在其容器引入端275A处，容器支架 260的圆柱形壁275具有上面提到的挡块265，该挡块265被设计为 与第一密封环264配合，用于在使用中堵塞容器260(图32A和图 32B)。例如，挡块265可以包括内部外周突起，该内部外周突起被 形成在圆柱形壁275的容器引入端275A附近。挡块265有利地具有： 倾斜的顶表面265A，用于在引入容器260期间促进管状体262的外 周肋条266的通过和第一密封环264的通过；以及底表面265B，与 圆柱形壁275垂直，用于在第一密封环264已经克服挡块265之后， 防止第一密封环264离开。在该步骤中，如上面提到的，管状体262 的外周肋条266和第一密封环264发生弹性变形，以克服挡块265。

作为所示出的方案的替代方案，可以将容器支架261的导向结 构276布置在容器引入端275A附近，并且可以将挡块265布置在容 器支架261的导向结构276与连接部277之间。

连接部277在容器支架261的中心处具有朝着容器支架261的 圆柱形壁275的内部突出的穿孔结构278。穿孔结构278是中空的， 具有尖的形状，并且与被形成在连接部277中的流体连通线路279 流体连接。

在使用时，在将容器260接合至容器支架261之前，利用需要 分析的样品填充管状体262。可以按照不同的方式进行填充：例如， 使用外部移液器或者如下面参照图33至图35所描述的。当使用移 液器(未被示出)填充管状体262时，在填充之后，将盖263拧紧 到管状体262上。在这种情况下，由于在拧紧期间插塞部263C适配 并且延伸到管状壁262A中，所以其在容器260内引起过压，这会促 进随后的液体传输。在该步骤中，第二密封环272将来自外部环境 的样品密封在容器260(图32A)中。

然后，将容器260插入并且拧紧到容器支架261中，此处是通 过管状体262的外周肋条266与容器支架261的内螺纹276的啮合 来实现的。拧紧确保了容器260的(具体地，可穿孔壁262D的)正 确导向和准确定位，并且特别地，可穿孔壁262D在拧紧期间因此容 易地被穿孔结构278(图23B)刺穿。在容器260的插入结束时，第 一密封环264在容器支架261内部的位置中堵塞住容器260，从而防 止了容器260的拔出，并且确保样品不会洒出，如上面阐释的。

因此，由于插塞部263C所生成的过压(如上面阐释的)以及可 能受到重力的辅助，容器260中的液体可以流入流体连通线路279 中，如箭头280所指示的。

图33示出了实现一种不同的装载样品的方法的容器260，该方 法有利地可以被用于从患者采血。此处，将盖263连接至导管283、 或者其它套管或者管件。特别地，导管283具有：第一端283A，例 如，该第一端283A有可能通过阀针285(例如，通常用于采血的类 型的阀针)被连接至采样针284；以及第二端283B，该第二端283B 延伸通过盖263的基座部263A和插塞部263C并且与容器260的内 部流体连接。

以这种方式，一旦采样针284已经被定位在患者的血管中并且 阀针285已经被打开，则在容器260的内部与血管之间的压差就会 抽吸血液。接下来，在关闭阀针285之后，将容器260适配到容器 支架261中，从而刺穿可穿孔壁262D并且使血液能够在流体连通路 线279中流动，如上面已经参照图32A和图32B描述的。备选地， 可以在采样之前将容器260插入到容器支架261中。

利用图33的方案，有利的是，容器260不需要打开盖263来装 载样品，对系统的无菌有利。

图34示出了另一种用于装载容器2260的方法。此处，盖263 不是整体式的，但插塞部263具有由可穿孔且可重新关闭材料(诸 如橡胶，具体地硅橡胶)制成的芯部287。芯部287延伸遍及插塞部 263B的高度并且延伸通过基座部263A。

芯部287因此可以被填充针288容易地刺穿，该填充针288用 于将样品注射到容器260中。然后，拔出填充针288。然而，芯部 287的弹性材料确保了注射孔的重新关闭，从而保持容器260的内部 与外部环境的密封。

图35的容器260使得能够采集和传输也是固体类型的样品。此 处，盖263的插塞部263C承载有杆体290，该杆体290尾端具有通 常被用于对固体材料进行采样的类型的拭子291。此外，在容器260 内存在洗脱液体293。

在这种情况下，在用拭子291对固体材料进行采样之后，将盖 263拧紧到管状体262上，使所采得的固体样品浸入洗脱液体293 中。可以在刺穿可穿孔壁262D之后通过洗脱液体293将固体材料(因 此溶解在洗脱液体293中)输送到流体连通路线279(图32)。

图36示出了图31的容器260，该容器260被应用于图5至图7 或者图13至图15的盒2或者2′。此处，容器支架261的圆柱形壁 275从主体80、80′的顶面80C、80C′突出，作为穿孔结构278。另外， 圆柱形壁275和穿孔结构278与主体80、80′是一体式的。此处，通 过引入开口117将穿孔结构278的内部直接连接至提取凹槽83，该 引入开口117由插塞元件89封闭。按照未被示出的方式，容器支架 261的圆柱形壁275可以配备有容器支架261的导向结构276，与图 31的容器260一样。

在图37的实施例中，容器支架261具有内含式的支架插塞295， 该支架插塞295在关闭位置中用实线示出并且在打开位置中用虚线 示出。支架插塞295(其可以是被用在试管中的类型)此处与容器支 架261的圆柱形壁275是一体式的。备选地，可以将支架插塞295在容器支架261的圆柱形壁275上滑动或者联接至容器支架261的 圆柱形壁275。支架插塞295包括从圆柱形壁275延伸出来的插杆 296和帽297。插杆296是柔性的并且形成通过简单地翻转帽297即 可实现打开和关闭内含式插塞的铰链，如图37中用实线(在关闭位 置中)和虚线(在打开位置中)所示的。帽297具有：关闭部297A， 在内含式插塞295的关闭位置中时，关闭部297A横向于容器支架 261的圆柱形壁275延伸，从而关闭圆柱形壁275的容器引入端 275A；以及啮合部297B，该啮合部297B从关闭部297A突出并且 具有圆柱形形状，被设计用于插入容器支架261的圆柱形壁275中 并且，通过利用材料的弹性，例如在圆柱形部[User1]275的挡块265 或者内螺纹276处，与容器支架261的圆柱形壁275过盈配合地啮合。为此，帽297的啮合部297B具有等于或者略微大于圆柱形壁 275在挡块265处的内径或者略微大于内螺纹276的外螺纹，以便在 支架插塞295的关闭位置中，被圆柱形壁275和内螺纹276中的一 个堵塞。

内含式插塞295因此可以在插入容器260的同时被容易地手动 打开。

在应用于盒2或者2′的情况下，由于容器260不具有空气进口 以补偿液体的流出，所以泵25(图1和图11)的大小被设计为实现 容器260的清空。备选地，泵25可以进行一系列抽吸和吹入步骤以 促进将所有液体从容器260传输到室6的内部(提取凹槽83内部)。

根据另一实施例，空气补偿利用盒2的侧向开口118(图5至图 7)。该过程也适用于盒2′(图13至图15)。

有利地，容器260容易地可使用，具有减少的成本，是稳健的， 并且确保期望的无菌水平。容器支架261可以被容易地设置在连接 部277上，诸如微流体盒。

下文描述磁控阀的可能的实施方式。

微流体设备包括流体路径，这些流体路径被集成在设备中并且 由通道、开口、孔等形成，根据处理步骤来打开和关闭这些通道、 开口、孔等。为此，通常可以使用从外部可控制的微型阀。

因此，需要这些阀是简单的、廉价的且可靠的，确保能被容易 地集成在微流体设备中并且能够与处理的液体兼容。

图38至图42示出了磁阀300的各种实施例，该磁阀300可以 有利地被用在LOC设备中，例如用在图1至图19的盒2和2′中， 并且具有前面提到的期望特性。例如，磁阀300可以形成图1至图 19所示的阀22至22。

详细地说(图38A)，磁阀300包括阀体301和挡板302并且与 致动器303配合。磁阀300和致动器303形成阀组304。

阀体301形成流体路径305，此处包括第一路径部306和第二路 径部307。路径部306、307此处被相对于彼此横向地布置，例如垂 直地布置。特别地，此处，第二路径部307在开口307A处止于第一 路径部306，以形成T型联轴器309。此处，第一路径部306是管道， 具有矩形或者方形管段并且限定出面向第二路径部307的壁306A。 第二路径部307可以是管道或者通往另一管道的孔，并且具有任何 形状(例如，圆形、矩形或者方形)的管段。

阀体301的壁在开口307A周围形成朝着第一路径部306的内部 延伸的外周突起308。

挡板302由在联轴器309处被布置在第一路径部306内部的可 磁变形隔膜形成。挡板302因此被布置在第二路径部307的开口307A 的前面并且被配置为当挡板302处于未变形情况下时关闭开口307A 并且当挡板处于变形情况下时释放开口307A的至少一部分。

详细地说，挡板302此处被形成为一块可弹性变形的铁磁材料， 通常由包含铁氧体颗粒或者粉末的软双组分橡胶、铁屑、以及通常 易受磁场影响的材料粉末制成。例如，在铁氧体的情况下，其可以 占总重量的66％。

在图38A、图39A和图39B的实施例中，在未变形条件下，挡 板302大体上与主基座302A和次基座302B构成截头圆锥形；此外， 小高度的圆柱形部形成主基座302A。此外，挡板302被布置成使主 基座302A抵接外周突起308且与之相接触并且使次基座302B抵接 第一路径部306的壁306A且与之相接触。如果开口307A具有圆形 形状，则挡板302的主基座302A具有比开口307A更大的直径。在 任何情况下，挡板302的主基座302A具有比开口307A更大的面积， 并且具有能够覆盖并完全封闭开口307A的形状和位置。

此外，挡板302的高度H1(截头圆锥部的高度)等于或者略微 大于第一路径部306的高度H2(或者，在垂直于第一路径部306的 壁306A的方向上，第一路径部306在所考虑的段中的尺寸)。以这 种方式，由于挡板302的弹性，在未变形条件下，挡板302被轻微 地压在流体路径305内并且可靠地封闭开口307A。在第一和第二路 径部306、307之间的流体连接因此被中断，并且在第一或者第二路 径部306、307中(在图38A中，在第一路径部306中)的流体310 (例如液体)因此无法流入其它路径部307、306中。

有利地，在图38至图39的实施例(第一路径部306位于上游 且第二路径部307位于流体路径305的下游)中，流体310推动挡 板302的圆锥形壁，并且流体310的压力有利于挡板302与开口307A 的粘附。当向流体路径305中的流体310施加外力以朝着第二路径 部307推动流体310或者将流体310抽入第二路径部307时，增加 了这种粘附效果。

致动器303是磁性类型的并且，当被激活时，生成磁场B。例如， 致动器303可以由线圈电磁铁形成，当有电流流过该线圈电磁铁时， 该线圈电磁铁被激活。备选地，致动器303可以由永磁铁形成，该 永磁铁被移近和移离阀体301来用于分别控制阀300的打开和关闭。 致动器303在壁306A附近面向阀体301以便比挡板302的主基座 302A更靠近次基座302B，或者在任何情况下，当被激活时，都被 带入该位置中。

当致动器303被激活时(被导通或者移动到阀300的联轴器 309)，由此生成的磁场B吸引铁氧体颗粒或者粉末并且引起挡板302 的变形，如图38B和图40所示。实际上，挡板302的圆锥形部形成 圆形“翼”(在侧面上，图38B中)，该圆形“翼”被致动器303吸 引并且朝着挡板302的次基座302B翻转，从而与外周突起308分开 并且释放开口307A。在第一管道部306中的流体310因此可以在图 38中的箭头所指示的方向上朝着第二管道部307流动。

当致动器303被去激活时(被断开或者移离)，由于挡板302的 材料的弹性，挡板302回到其未变形配置，从而再次封闭开口307A。

利用图39和图40的实施例，因此获得极好的阀关闭和容易的 致动。特别地，由于挡板302的对称性，挡板302在关闭条件下在 其整个接触表面(外周肋条308)上发挥了均匀的密封作用，从而提 供了最大的效力和密封可靠性。此外，在通过致动器303使挡板变 形时，挡板会以对称的方式发生变形，从而防止由于几何原因产生 的硬度差异导致的内部应力。

备选地，挡板302可以具有截头角锥形状、截头棱柱形状、或 者更复杂的形状。

图41至图43示出了挡板302的形状变型，分别用315、318和 319表示，这些形状变型在特定条件下(例如在大宽度的第一路径部 306的情况下)可能是有用的。挡板315、318和319由两个部分形 成：杆部316和挡板部317，它们被接合在一起。杆部316和挡板部 317可以由不同的材料制成。例如，杆部316可以是非铁磁的和/或 非弹性的材料，诸如塑料、金属或者聚合物，并且因此可以是可变 形的或者不可变形的。相反，挡板部317由铁磁弹性材料制成，如 上面针对挡板302所描述的。

在图41至图43中的所有图中，挡板315、318和319的基座部 316抵接(例如，被接合至)第一路径部306的壁306A，并且挡板 部317抵接外周肋条308，挡板部317具有封闭开口307A的主基座 317A。

详细地说，图41的挡板315具有截头圆锥形状的挡板部317， 如图39A和图39B所示，挡板部317的主基座317A与开口307A接 触并且挡板部317的次基座317B具有大于基座部316的面积。备选 地，挡板315的打开/关闭部317可以是截头角锥-正棱柱形状的。

图42的挡板318具有平行六面体、立方体或者圆柱形状的挡板 部317，具有大于基座部316的面积。

图43的挡板319具有圆锥、角锥、或者棱柱环形状的挡板部317， 具有中心孔，基座部316从该中心孔插入。

在图39至图43中的所有方案中，阀体301可以是一体式的并 且挡板302、315、38和319可以被压入阀体301中。备选地，阀体 301可以由两个部分制成：容置第一和第二路径部306、307的第一 部分301A(其中，第一路径部306在用于形成第一路径部306的壁 部306A的一侧处是敞开的)；以及封闭第一路径部306从而形成壁 部306A的第二部分301B。例如，第二部分可以是芯片或者薄膜。 以这种方式，促进了挡板的插入，并且当阀体的这两个部分被接合 在一起时，挡板302、315、318和319被轻微地压紧。

如上面提到的，连接器组221可以被用在根据图1至图19的系 统1和1′中。具体地，挡板302、315、318和319可以形成磁体140 至142。

例如，图44示出了在图11的系统中所使用的并且在图13至图 15中被详细示出的盒2′。在这种情况下，阀体301可以形成主体80′、 以及第二封闭壁82′；挡板302/315/318/319形成磁体140至142，如 上面提到的；第一路径部306形成第一通风凹槽95、输出流体凹槽 88和第二通风凹槽101′；并且第二路径部307形成第一、第二和第 三阀孔90至92。这也适用于在图1的系统中所使用的并且在图4 至图6中详细示出的盒2，区别在于第一路径部306形成第一通风凹 槽95、输出流体凹槽88和第二通风凹槽101。因此，按照未被示出 的方式，盒2和2′的阀孔90至92可以具有相应的外周突起308(未 被示出)。

对于盒2和2′，被施加在阀孔90至92下游的抽吸压力有利于 第二路径部307(阀孔90至92)的关闭，如针对盒2在图7至图10 中以及针对盒2′在图16至图19中详细描述的。

当被包含在盒2或2′中，挡板302(挡板部317)在主基座302A 处的直径为4mm至7mm，典型为约6mm，在次基座302B处直径 为1.5mm至4mm，典型为约2.3mm，并且总体高度为1mm至mm， 典型为约1.3mm，并且圆柱形部(形成主基座)的高度为0.1mm至 0.3mm，典型为约0.2mm。

在所示出的实施例中，磁阀300形成常闭阀，通过挡板或者挡 板部302、317的变形来打开该常闭阀。因此，使得能够按照可靠的、 简单的且廉价的方式来关闭管道/孔/通道/凹槽并且能够使用简单的 磁致动器对其进行控制。利用所示出的布置，其中主基座302B面向 下游管道部(第二路径部307)，作用在流体上的流体压力和可能的 力有利于紧密度。由于形成挡板302(或者挡板部317)的弹性材料 的压紧在小面积(在挡板302或者挡板部317与外周突起308之间 的接触面积)内生成集中的力，所以外周突起308的存在又有利于 气密密封。

尽管图38至图44示出了被布置在两个路径部306、307之间的 T型联轴器309处的磁阀300，联接部具有合适的几何形状，但磁阀 300也能够可靠地关闭以除了90°之外的角度布置的或者甚至对齐的 甚至两个流体路径部。

下文描述用于搅拌和混合液体的系统的可能的实施方式，并且 这些实施方式可以被用在便携式微流体设备中，诸如用于生物样品 的分析的盒，在不失通用性的情况下，下文对这种盒进行了参考。

在用于生物样品的分析的盒中，由于这种盒尺寸小，在专业实 验室外面使用并且由不具有特定专业知识和技能的人使用，所以存 在的问题是按照可靠的方式在短时间内以确定的结果实现室中的既 定反应来执行生物样品的分析。

为此，有用的是提出虽然室的尺寸小但仍能实现对反应室中的 液体的有效混合的方案。

图45至图47示出了具有上面提到的期望特性并且在液体样品 的处理期间有利地可用在微流体设备中的搅拌和混合组320的实施 例。例如，搅拌和混合组320可以被用在图1至图19的盒2和2′ 中，如下文讨论的。

根据图45，搅拌和混合组320包括磁性生成器325和微流体设 备(盒)323，该微流体设备323具有容纳铁磁锚321的反应室322。 铁磁锚321由铁磁材料制成；例如，其可以完全由不锈钢或者涂塑 铁制成，或者可以由任何其它不可氧化铁磁材料或者涂有不可氧化材料的任何其它可氧化铁磁材料制成，并且可以对反应室322中发 生的反应呈惰性。

铁磁锚321的形状被设计成圆柱杆的形状，该圆柱杆具有长度 使得能够在反应室322内部移动。

铁磁锚321会受到被布置在微流体设备323外面的磁性生成器 325生成的磁场影响。典型地，磁性生成器325包括被配置为生成旋 转的磁场的磁性元件326。此处，磁性元件326由被安装在直流电机 328上的永磁铁324形成，该直流电机328可以水平地转动以驱动永 磁铁324旋转。此外，可以使图45的磁性元件326沿着反应室322 平移。在所示出的示例中，反应室322在垂直方向上具有更大的延 伸。在这种情况下，磁性元件326可垂直移动，如箭头329所指示 的。例如，磁性元件326可以由支架327(例如蜗杆)承载，该支架 327被联接至驱动蜗杆旋转并且使磁性元件326沿着支架327平移的 电动机(未被示出)。

以这种方式，永磁铁324可以旋转并且垂直地位移。

使用时，当期望获得在反应室322内部的混合时，对磁性生成 器325进行操作以生成旋转的且平移的磁场并且使铁磁锚321在反 应室322内部旋转和平移，如图46A和图46B所示。

如上面提到的，搅拌和混合组320可以被有利地用在根据图1 至图19的系统1和1′中。具体地，微流体设备323可以是盒2或者 2′，反应室322可以是提取室6，铁磁锚321可以是锚97，磁性生成 器325可以是锚致动器41，永磁铁324可以是第二磁性元件73，直 流电机328可以是第三电机75，并且支架327可以形成第二转台65。 此外，如参照图1和图2所阐释的，第二转台65可以是垂直延伸的 蜗杆，该蜗杆由被布置在基座50中的第二电动机72驱动旋转并且 与第三电动机75的外壳上形成的反螺纹配合。第二电动机72由控 制单元35控制。

在这种情况下，对于具有75mm x 50mm x 10mm尺寸的盒2或 者2′，其中提取室6具有大约1.2ml的容积和0.8mm的最小宽度， 铁磁锚321可以具有圆柱形形状，长度为约7mm，直径为约1.5mm， 并且重量小于0.1g。磁性元件326可以按照高达140r.p.m.(每分钟 转数)的最大额定旋转速度旋转，虽然该速度通常不是恒定的并且 取决于与反应室中的液体和可能的磁珠的摩擦力(如上面针对在提 取室中分开的分子的处理所描述的，参照图9以及图18A、图18B)。

图48至图49提出了另一种可靠的、快速的且有效的获得对微 流体设备中的液体的搅拌和混合的方案。除了和/或替代参照图45 至图47描述的方案之外，该方案还可以被有利地用在图1至图19 的盒2和2′中。

具体地，根据图48A和图48B，将空气(优选地，经过过滤的 空气)鼓泡到微流体设备30的反应室331中。

详细地说，在图48A和图48B的微流体设备330中，反应室331 被连接至进口通道333、出口通道334和通风通道335。在所示出的 示例中，进口通道333和出口通道334被布置成靠近反应室331的 底端，位于其相对侧上，并且分别被配备有第一阀336A和第二阀336B。通风通道335被连接至反应室331的顶端。第一空气过滤器 337可以被布置在进口通道333上游(典型地，被布置在图1和图 12的控制机器3、3′的通风线路33上)。第二空气过滤器337可以被 布置在通风通道335上，位于盒2、2′内。第一和第二过滤器337、 338可以是HEPA(高效颗粒空气过滤器)类型的过滤器。特别地， 第一过滤器337具有过滤掉在提取室6(图1至图19)和反应室331 的上游的可能的污染物或者致污物的功能。第二过滤器338具有防 止潜在危险的材料(诸如部分病毒)被释放到外部环境的功能。

可以在通风通道335上设置另一阀(未被示出)。

使用时，最初，打开第一阀336A并且关闭第二阀336B。接下 来，通过进口通道333(图48A)将液体(整体用339表示)引入反 应室331中。然后(图48)，通过保持第一阀打开并且向通风通道 335施加例如为510^-2 atm的抽吸压力，来通过进口通道333使空气340回到反应室331中。以这种方式，空气340倾向于向上打旋，从 而形成气泡341。气泡341向上移动，引起液体339的再次混合。

在使整个体积的液体339在反应室331中流过之后，空气340 通过通风通道335离开反应室331。此处，空气340被第二过滤器 338过滤过并且因此可以被排出到外面，不存在任何污染风险。

在反应室331中的处理结束之后，打开第二阀336B，而保持第 一阀336A打开，以允许空气流出并且清空反应室331。

上述混合方案在被应用于图1至图19的盒2或者2′时特别有效。 例如，图49示出了在盒2′中的应用。特别地，微流体设备330可以 形成盒2或者2′，反应室331可以形成提取室6，进口通道33可以 由进口流体凹槽86形成，出口通道可以由输出流体凹槽88形成， 并且通风通道335可以由第一通风凹槽95形成。此处，混合空气340 通过流体进口11被供应(如箭头343所指示的)，并且如箭头344 所指示的，通过第一流体阀20朝着废料室7、7′(不可见)流入第 一通风凹槽95中。

以这种方式，以非常低的成本获得了非常有效的系统(由于其 仅需要图1至图19的系统1和1′中已经存在的泵送系统和流体连 接)。

例如，经由图48A、图48B和图49的连续空气鼓泡来进行的混 合在用醇溶液冲洗期间特别有利。在这种情况下，本申请人所进行 的试验已经证明，通过在60μl/s至70μl/s的流速下以连续的方式吹 送空气(例如)持续两分钟，会产生高度有效的冲洗。此外，空气 鼓泡已经证实，在将所提取到的核酸与磁珠分离期间，如果以不连 续的方式进行空气鼓泡，则特别有效，如上面参照图9以及图18A 和图18B所描述的。特别地，在分离期间，可以30μl/s的流速供应 空气持续10秒，接着是中断10秒。

下文描述固体试剂容纳单元的可能的实施方式，这些实施方式 可以被用在微流体设备中，诸如包含需要分析的分子(例如核酸) 的样品分析盒。

在执行对从生物样品获得的核酸的分析的便携式微流体设备 中，存在区域，该区域也被称为分析室，用核酸(或者从需要分析 的样品提取到的普通分子)和用于分析的试剂(下文称为测定试剂) 两者来装载该分析室。

方便的是将测定试剂预装载到微流体设备中，以便能容易地使 用微流体设备。术语“预装载”是指在设备组装期间(即，使用设 备前)将试剂引入设备中。利用该策略，终端的操作者在使用期间 仅需要将需要分析的样品引入设备中，只需要一个简单的操作，不必制备需要被引入微流体设备中的复杂反应混合物。

然而，如果用于生化分析的很多试剂(例如，用于实时PCR的 反应混合物，其包括易腐坏的试剂，诸如酶和荧光团)处于典型的 液体形式下，则这些试剂都必须在低温(介于-20℃与+4℃之间) 下被存储。因为设备然后应该在低温下被运输和存储，会产生成本和物流难度，所以预装载这些试剂很不实际。此外，液体试剂难以 约束，因此可能会在运输/存储期间位移，从而在分析中引起问题。 当设备具有多个分析室而这些分析室在开始分析之前具有公共连接 时，这些位移问题可能会进一步增加。在后一种情况下，在微流体设备的运输/存储期间，在每个分析室之间的液体位移可能会发生， 导致不同试剂的混合，这可能会影响结果。

相反，出于两个原因，预装载固体形式(即，经过了脱水)的 测定试剂是方便的。首先，因为水的几乎完全不存在确定了反应动 力(包括试剂的降解过程的反应动力)会极大地减速，所以易腐坏 的试剂因此变得在室温下也是稳定的。因此，以这种方式，不再需 要在设备的整个运输和存储期间为设备维持冷链。此外，从“机械” 角度来说，固体试剂本质上也更稳定；试剂从它们自己的位置的任 何位移变得不太可能，特别是如果分析室或者多个室被设计有合适 的形状或者多种形状(如下文将描述的)。

可以将已经处于固体形式或者处于液体形式然后立即经过原位 脱水(例如，经由冻干)的试剂引入设备中。接下来，在干燥、可 控的气氛下组装设备以防止空气潮气对固体试剂的任何不期望的再 水化，这种再水化可能会危害试剂的化学稳定性和机械稳定性。

通常，一旦结束设备的组装(装载上了固体试剂)，在可控的气 氛下将设备密封在包装内，这种可控的气氛不允许透入来自外部空 气的潮气。此外，虽然使用了防潮包装，但在许多情况下，期望容 纳结构能够耐潮以进一步降低固体试剂发生不期望的再水化的可能 性。这种再水化可能会意外地发生在运输/存储期间，但也可能会发 生在将样品引入到便携式微流体设备中进行使用时。在该步骤中， 实际上，打开保护性包装，不期望的再水化甚至可能会以非常迅速 的方式发生。此外，如果在分析之前在微流体设备中处理样品(例如，如果获得DNA/RNA的预防性纯化)，则在打开包装与开始分析 之间的时间增加，并且因此不期望的再水化的可能性增加。

最后，期望固体试剂在包装期间或者在存储和运输期间、或者 在使用微流体设备时对微流体设备进行处理期间不能在容纳结构内 位移。

图50A至图50D示出了用于包含固体的特殊经干燥过的试剂的 单元的实施例的制造步骤，该单元在下文被称为试剂单元350，该试 剂单元350满足上述要求。

根据图50A，从被接合至(例如，胶粘至)框架主体352的支架 351开始，制造试剂单元350。在图50A至图50D所示出的实施例 中，框架主体352包括框架353A，该框架353A具有矩形的基座和 多个界定壁或者膜片353B，这些界定壁或者膜片353B彼此界定出 多个分析隔间354(图50A中可以看见其中两个)。备选地，框架主 体352可以包括仅该框架353A，如下文参照图58讨论的。支架351 可以由任何材料形成，例如硅，并且可以形成集成电路芯片，并且 框架主体352也可以由任何材料形成，例如模制的聚碳酸酯。分析 隔间354因此在一侧上是敞开的并且具有任何形状的基座，例如方 形或者矩形。

根据图50A，在液体状态下将保持材料355(例如蜡，更具体地 石蜡)引入隔间354中。借助于保持材料355的低熔点，可以通过 使用自动移液器或者通过手动移液，来引入保持材料355。例如，可 以使用西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich)生产的石蜡“Paraffinwax”(产品代码76228，具有44℃至46℃的熔点)和西格玛奥德 里奇公司(Sigma-Aldrich)生产的“Paraffin wax”(产品代码327204， 具有53℃至57℃的熔点)。可以使用其它材料替代石蜡，假设它们 针对所考虑的应用具有相似的行为并且因此：

相对于在试剂单元350中被处理的试剂呈惰性；

不会干扰在试剂单元中发生的反应；

具有不会干扰既定分析过程的熔点(如下文参照图57A至图 57C讨论的)；

在运输/存储期间不会熔化；以及

在所关注的温度范围内具有低挥发性。

优选地，此外，保持材料355具有以下特性：

其不如处理的试剂的溶液那么致密；以及

在所关注的波长下是透明的(如果提供了光学类型的处理 步骤(例如，检测))。

例如，除了石蜡之外，可以使用其它蜡(诸如蜜蜡)、或者聚合 物(诸如聚已酸内酯)、或者固体脂肪(诸如可可油)、或者凝胶(诸 如水凝胶或者有机凝胶)。

通常，保持材料355是可以在比它自己的熔点更低的温度下被 压印的粘附材料。例如，可以在比它自己的熔点低5℃至10℃的温 度下对其进行压印。此外，保持材料355具有低于62℃(优选地低 于60℃，甚至更优选地低于58℃)的熔点。

然后，对保持材料355进行冷却直到其凝固。接下来(图50B)， 使用第一模具357进行热压步骤，以便在每个分析隔间354中提供 试剂腔359。

具体地，对于对被两两并排布置成三行的六个分析隔间354，可 以使用图53A中所示出的第一模具357。此处，第一模具357包括 六个具有突出的截头圆锥形状的第一压印元件358，每个分析隔间 354都有一个第一压印元件358。例如，每个第一压印元件358可以 具有基座，该基座的直径为2.5mm至3mm，具体地2.8mm，并且 圆锥形状的母点相对于垂直线可以具有接近10°的角度。

压印温度取决于所使用的保持材料；具体地，其被布置为比该 材料的熔点低接近5℃至10℃。例如，在石蜡(如前面提到的，具 有44℃至46℃的熔点)的情况下，在35℃至40℃范围内选择压 印温度，例如38℃，以便不引起保持材料熔化，而仅是使其软化。

作为压印操作的结果，每个分析隔间354中的试剂腔359此处 具有截头圆锥形状(该截头圆锥形状由位移的保持材料所形成的固 持壁356界定)，并且延伸遍及固持壁356的厚度(其是贯通腔)。

在图50C中，将液体试剂360(根据试剂单元350的应用，包括 一种或者多种试剂物质)添加在试剂腔359中并且然后(图50D) 按照已知的方式将其脱水，例如冻干，以在试剂腔359内形成经过 干燥的试剂361。

然后可以将由此制备好的试剂单元350(也参见图50E)放入密 封包装中以供存储和运输，该密封包装还用作针对潮气的止挡层。

在试剂单元350的运输和存储期间以及在打开其包装使用时， 固持壁356可以对经过干燥的试剂361施加粘附作用，并且将其保 持在隔间中的位置中并且防止其离开分析隔间354。

根据不同的实施例，在脱水之后，将试剂单元350加热至接近 或者等于固持壁356的保持材料的熔点的温度。在这种情形下，如 图51所示，固持壁356部分地熔化以在经过干燥的试剂361顶部形 成一种硬壳或者插塞壁362。经过干燥的试剂361因此被结构(由支 架351、固持壁356和插塞壁362形成)包围，该结构从所有侧面封 住经过干燥的试剂361，保护其，并且使其与外部环境隔离。由于固 持壁356的材料并且因此插塞壁362的材料是惰性的，所以该材料 在加热、存储和分析期间不会与经过干燥的试剂361反应。

为了改进经过干燥的试剂361的粘附(一些脱水的试剂对蜡的 粘附性较低)，可以沿着固持壁356创建机械固持结构，如图52A和 图52B所示。

详细地说，根据本实施例，在形成根据图50A和图50B的固持 壁356(并因此使用第一模具357)之后，对这些壁356进行处理以 便形成一种朝着每个试剂腔359突出的台阶或者卡位365。为此(图 52A)，使用第二模具363(例如，图53B或者图53C中示出的类型) 对试剂单元350进行第二压印步骤。详细地说，第二模具363包括 多个第二压印元件364，每个分析隔间354都有一个第二压印元件 364，与第一模具357类似。第二模具363的第二压印元件364由两 个模具部分形成：具有次基座的第一模具部分364A(例如，具有截 头圆锥形状)，该次基座具有第一面积；以及第二模具部分364B， 从第一模具部分364A突出并且限定出用于抵接试剂单元350的支架 351的尖端或者邻接表面。例如，第二模具部分364B具有圆柱形形 状和基座，该基座具有小于第一面积的第二面积。第一模具部分364A 具有形成卡位365的功能，而第二模具部分364B仅具有在压印期间 的停止功能。因此，第一模具部分364A的第一面积也大于图50B 和图53A中的第一压印元件358的横截面面积，该第一压印元件358被布置成与第一压印元件358的邻接表面相隔相同的距离。第二模 具部分364B的基座面积小于图50B和图53A中的第一压印元件358 的邻接表面面积。例如，第一模具部分364A可以具有3mm至3.4mm (特别地3.2mm)的主基座和2.3mm至2.7mm(特别地2.5mm) 的次基座，并且第二模具部分364B可以具有0.8mm至1.2mm(特 别地1mm)的基座面积。第一模具部分364A的圆锥形形状的母点 相对于垂直线可以具有接近10°的角度。

在图53B中，第二模具(用363′表示)的第一模具部分364A具 有圆锥形形状。在图53C中，第二模具(用363″表示)的第一模具 部分364A具有截头角锥形形状。第二模具363′和363″的第二模具 部分364B都是圆柱形的。然而，所示出的形状仅仅是示例性的，并 且其它形状也是可能的，只要它们具有第一更宽的模具部分和第二 更窄的模具部分以形成凹槽，并且第二模具363的第一部分364A在 离模具357、363的尖端邻接表面相同的距离处具有至少一个大于第 一模具357的尺寸。

由于在相同高度处第一模具部分364A在第一模具357的次基座 处的基座面积更大，因此，在第二压印步骤期间，固持壁356被部 分地挤压，并且部分材料形成从外周朝着试剂腔359(图52A)的内 部延伸的卡位365。

然后(图52B)，将液体试剂360引入试剂腔359中，并且进行 参照图50D描述的步骤，从而冻干液体试剂360。

由此形成的卡位365有助于从机械上堵塞经过干燥的试剂361 并且有助于可靠地防止经过干燥的试剂361离开试剂腔359。显然， 同样在图52B的分析隔间354的情况下，可以提供插塞壁362，如 为了获得与外界的密封已经参照图51描述过的。

图54A和图54B示出了用于形成试剂腔359的过程的变型。在这 种情况下，在压印期间，使用可变形模具368(图55)，可变形模具 368具有压印元件369，压印元件369具有柔性尖端以便能够在压印 步骤期间引起变形和加宽。为了简洁起见，图54A和图54B仅示出了一个分析隔间354，但试剂单元350可以包含任何数量的分析隔间 354，例如六个，如之前描述的。

详细地说(图54A)，在引入液体形式的保持材料355并且对其 进行硬化之后，使用图55的可变形模具368对分析隔间354进行压 印。压印元件369此处具有大体上呈截头圆锥的形状，压印元件369 具有：第一部分369A，限定出主基座，由更硬的第一材料(例如塑 料或者金属)制成；以及第二部分369B，从第一部分369A伸出并 且形成压印元件369的尖端或者次基座，由可弹性变形材料(例如 硅橡胶)制成。

在图54A中，利用不会引起可变形模具368的第二部分369B变 形的压力，将压印元件359引入分析隔间354中。然后，进行保持 材料355的第一次压印，并且试剂腔359起初具有截头圆锥形状。

然后(图54B)，进一步将压印元件369压紧到支架351，从而 引起压印元件369的第二部分369B横向于压印方向的变形和侧向加 宽。第二部分369B的加宽引起保持材料355远离支架351的挤压和 位移，以使试剂腔359出现沙漏形状并且形成具有最小面积的中间 颈部370。

颈部370此处形成固持结构，该固持结构在引入液体试剂并且 脱水之后作用在固体试剂361上，与图52B的卡位365一样。

明显，对于图54B的分析隔间354，也可以提供保护性插塞362， 来与外界密封。

根据图56A至图56D的实施例，首先应用胶带366，该胶带366 在包装试剂单元350之前可以被移除。详细地说，图56A示出了在 脱水之后的试剂单元350，并且试剂单元350因此包含经过干燥的试 剂361。

接下来(图56B)，在顶侧(与胶带366相对的一侧)将支架351 附接至(例如胶粘至)框架主体352，从而在顶部封闭分析隔间354。 支架351可以是硅芯片，例如集成了加热器和/或在分析期间有用的 电气或者电子组件。

在图56C中，剥去胶带366。经过干燥的试剂361不会掉落，这 是因为它们很紧密且分析隔间354的开口被收窄。在图56D中，将 试剂单元350翻转。在该步骤中，经过干燥的试剂361可以朝着支 架351滑动，但是，由于在现在面向外部环境的一侧上，由于存在 固持壁356以及(有可能地)存在卡位365(图52B)或者存在颈部 370(图54B)，分析隔间354的开口被收窄，所以无法离开分析隔 间354。然后，可以对试剂单元350进行包装。备选地，可以不移除 胶带366，并且胶带366形成对经过干燥的试剂的位移和外部潮气的 另一物理止挡层。在这种情况下，如果必要，胶带由终端操作者在 使用期间移除。

在所有先前的实施例中，将试剂单元350引入微流体设备(例 如，便携式盒)中以执行分析。可以在包装(即，在组装步骤)之 前进行插入，并且例如通过胶粘或者机械固定，将试剂单元350接 合至微流体设备。备选地，由执行分析的最终用户在打开包装之后 将试剂单元350引入微流体设备中，并且通过简单的适配将其原位 堵塞。

图57A至图57C示出了对经过干燥的试剂361进行再水化以准 备执行生化分析的步骤。

详细地说(图57A)，当需要执行对分子(例如核酸)的分析时， 向分析隔间354供应需要分析的样品(处于液体形式，用371表示)。 在几秒钟之后，需要分析的样品371使经过干燥的试剂361(图57B) 再水化以形成试剂-样品混合物372；然后可以根据所提供的过程进 行分析。在分析期间，如果试剂单元350被如此提供(针对实时PCR)， 则可以对试剂单元350进行加热。这种加热有时是在高于固持壁356 的材料(例如，蜡，如上面讨论的)的熔点的温度下得到的。在这 种情况下，固持壁356(图57B)可能会熔化并且，由于相较于试剂 与样品混合物372，它们的材料的密度更低，所以固持壁356上升到 混合物372的表面处，以形成防止试剂与样品混合物372蒸发的封 闭表面373。此处，混合物372被包含在支架351、界定膜片353和 封闭表面373之间。

在任何情况下，由于已经根据先前详细描述的标准选取了固持 壁356的材料以及因此封闭表面373的材料(例如，蜡)，所以不会 干扰到分析。

图58示出了可以被用在图1至图19的盒2或者2′中的试剂单 元350。图58的试剂单元350是具有单个分析隔间354的类型。此 处，支架351由集成有加热和温度控制元件的芯片48形成，该加热 和温度控制元件在图59中由电阻器374示意性地表示。此处，将仅 包括框架353A的框架主体352结合至芯片48。框架353A从内部界 定出单个分析隔间354，该单个分析隔间354容纳有界定出袋状试剂 腔359的固持壁356，其与分析开口84B(图59)相同并且具有相 同的大小。可以通过使用具有与图50B的元件358相似的单个压印 元件的模具，如参照图50A至图50D描述的，来得到试剂腔359， 但呈袋状。

图59示出了将试剂单元350插入在图14至图15的盒2′的分析 凹槽84′中，即，使试剂腔359面向分析开口84B。实际上，试剂腔 359和分析开口84B形成分析室8′。

以这种方式，当将所提取到的分子和洗脱液体送入分析室8′中 时(如参照图19A和图19B描述的)，它们可以与分析隔间354中 包含的经过干燥的试剂(此处未被示出)混合，以执行分析。

图60至图64示出了试剂单元350的变型，该变型包含多个分 析隔间354并且可以被应用于图1至图19的盒2或者2′。

详细地说，在图60的试剂单元350中，框架主体352仅包括框 架353A并且界定出六个分析隔间354，这六个分析隔间354被完全 限定在蜡或者其它相似保持材料中。实际上，本文布置有固持结构 375，并且该固持结构375具有大体上呈平行六面体的形状，与图50至图52、图54、图56的固持壁356和界定膜片353两者对应。试 剂腔359被形成在固持结构375中。此外，流体通道376被形成在 固持结构375中，将试剂腔359连接起来，并且在固持结构375(图 62)的第一面375A上延伸。

通孔377将固持结构375的流体通道376连接至固持结构375 (图62)的第二面375B。

可以使用图61所示的模具378来获得固持结构375。详细地说， 模具378具有：六个压印元件379，呈截头圆柱形形状，以形成试剂 腔359；用于形成通孔377的突起380；以及用于形成流体通道376 的突出结构381。

按照未被示出的方式，可以对固持结构375中的试剂腔359进 行第二次压印以形成与图52A至图52B的卡位365相似的齿。备选 地，如在图55中，可以对模具378进行修改以具有呈图54B所示形 状的试剂腔359。

在试剂插入和脱水之后，按照图62所示的方式将图60的试剂 单元350接合至芯片48(包括可能的电阻器374)，因此具有其第一 面375A。然后，芯片48在其主基座处关闭试剂腔359。为此，例如， 可以使用参照图56A至图56D描述的过程。

可以将由此固定至芯片48的试剂单元350安装在盒2″中，如图 63和图64所示。盒2″具有与盒2和2′相似的基座结构，并且因此 用相同的参考数字来指示相似的部分并且用撇(′)符号来表示不同 的部分。盒2″与图4至图5以及图13至图15的盒2和2′的不同之 处基本上在于分析凹槽(此处用84″表示，位于主体80″的第一面 80A″上)不具有贯穿开口84B，但由具有多个第一通孔385和一个 第二通孔386的分析壁384关闭。详细地说，图63、图64的凹槽 84B具有与试剂单元350的形状和尺寸对应的形状和尺寸，从而后 者可以被插入有指向分析凹槽84″的壁384的固持结构375的第二面 375B。分析凹槽84″的壁384中的第一孔385在数量上等于试剂腔 359(此处是六个)并且被布置为在将试剂单元350插入分析凹槽84″ 之后面向试剂腔359并且与其流体连接。分析凹槽84″的壁384中的 第二通孔386被布置为面向固持结构375中的通孔377并且与其流 体连接。

此外，分析凹槽84″的壁384在盒2″的主体80″的第二面80B″ 上具有将第一通孔385连接至与图5至图6以及图14至图15的孔 102B和102′相似的第一连通孔102″的第一连接通道387。盒2″的主 体80″的第二面80B″还具有将分析凹槽84″的壁384中的第二通孔386连接至与图5至图6以及图14至图15的孔100B和100′相似的 第二连通孔100″的第二连接通道388。

实际上，第二连接通道388实现了试剂腔359与提取室6的连 接，因此实现了在参照图10以及图19A、图19B所描述的步骤中用 所提取到的分子和洗脱液体来装填试剂腔359。此外，第一连接通道 387实现了在相同步骤中用所提取到的分子和洗脱液体来装填试剂 腔359使对试剂腔359的通风。

注意，在本实施例中，直接面向试剂腔359的硅芯片已经处理 了对试剂腔359外侧具有疏水性的区域，以便能够保留试剂/样品混 合物371(图57B)。事实上，按照已知的方式和未示出的方式，通 过具有固有亲水性的氧化硅层覆盖芯片48。因此，当在参照图57C 描述的热循环和/或加热之后将试剂腔359分开的壁(由固持结构375 形成)熔化，消除了在试剂腔359之间的物理阻碍时，被疏水区域 包围的亲水区域使得能够将试剂/样品混合物371保持在位置中。

例如，可以通过经由层压来沉积合适的干薄膜(例如，Shin Etsu 公司制造的)并且然后进行光刻定义以从试剂腔359下方的 区域中去除干薄膜，来获得疏水处理。备选地，可以使用非干的材 料，通过使用压电打印头进行丝网印刷或者直接打印将该材料直接 布置在期望区域中。

注意，在图63至图64中，当需要分析的样品被引入时，第一 连接通道387允许空气离开。可以按照上面提到的方式使第一连接 通道387成为疏水的，以防止试剂/样品混合物371离开。在备选实 施例中，如果通风通道将(多个)反应室连接至外部环境，则可以 在通风口上布置过滤器(例如，EPA过滤器)来防止任何意外的离 开或者对周围环境的污染。

下文描述分析单元的可能的实施方式，该分析单元能够自动装 载预设量的包含需要分析的分子的样品，用在微流体设备(诸如用 于分析核酸的盒)中。

众所周知，在执行分子(例如从生物样品获得的核酸)的分析 的便携式微流体设备中，常常需要能够自动将精确量的试剂与同等 精确量的需要分析的样品混合。

例如，在上面参照图50至图64描述的容纳单元350(能够将处 于脱水后的形式的试剂预装载到容纳单元中)中，需要按照自动的 方式并且以相对于预装载的试剂的预设化学计量比例将需要分析的 样品供应至分析隔间354。以这种方式，可以充分利用所描述的容纳 单元350提供的优点，具体地，其极大的使用简单性、可获得的在 处理时间和误差最小化方面的显著减少。

通常，需要具有一种将预设量的液体(例如，原始生物样品或 者预处理过的生物样品)与以可控的量被预装载在分析隔间中的固 体(通常，经过脱水的试剂)混合的方法。

图65A至图65D是分析单元390和用于装载样品的方法的简化 实施例。具体地，这些图是将包含所提取到的核酸和洗脱液体的处 理过的样品装载到包含专用于期望分析反应(例如，用于分析DNA) 的试剂(下文称为“测定专用试剂”)的分析隔间中，本公开不局限于该应用。图65A至图65D示出了处于使用位置中的分析单元390； 因此诸如“上”、“下”、“顶”和“底”等指示是指所示出的使用位 置。

详细地说，如图65A所示，分析单元390包括容纳有第一室391 和第二室392的分析主体394；第一和第二室391、392通过也在分 析主体394中延伸的供应通道393被连接在一起。

第一和第二室391、392具有被布置在相应顶端附近的相应进口 391A、392A，并且第一室391具有被布置在其底端附近的出口391B。 供应通道393此处在第一室391的出口391B与供应通道393的出口 端397之间延伸。此外，供应通道393具有被连接至第二室392的进口392A的支路393A。支路393A此处垂直延伸。第一室391的 进口391A被连接至分析单元390的进口398。

可以在供应通道393上布置阀405。

注意，按照未被示出的方式，可以布置通风通道，该通风通道 被连接至第二室392以在引入需要分析的样品时使空气流出。可以 使通风通道成为是疏水性的，以便也防止液体流出。如果通风通道 被连接至外部环境以防止任何意外的离开或者对周围环境的污染，则可以进一步在通风通道上布置过滤器，例如EPA过滤器。

第二室392包含经过干燥的试剂395，例如用于执行实时PCR 的试剂的混合物，该经过干燥的试剂395之前已被预装载，具体地 是在参照图50C至图50D描述的步骤期间并且基于下面描述的方法 被预装载。第一室391包含处于液体形式的需要分析的样品396，例如生物样品或者其衍生物，具体地提取到的核酸和洗脱液体，如参 照图1至图19描述的。相对于需要与经过干燥的试剂395混合的量， 需要分析的样品396通常是有余的；有可能不会精确地知道样品的 量。第二室392因此形成分析室，在该分析室中进行对需要分析的 样品396的分析。

在图65B中，施加了第一力F1。可以通过被连接至分析单元390 的进口398的外部泵(未示出)来施加第一力F1作为推力，和/或第 一力F1可以是从出口391B作用的被动力(例如，利用毛细作用) 和/或可以源自被施加在供应通道393的出口端397上并且通过供应通道393被传送至第一室391的负压力(抽吸压力)。

第一力F1使需要分析的样品396通过第一室391的出口391B 离开第一室391并且填充供应通道393。通过毛细作用，需要分析的 样品396也进入第二室392。

当需要分析的样品396渗入第二室392中时，其与经过干燥的 试剂395相接触，由于亲水性(图65C)，经过干燥的试剂395开始 吸收需要分析的样品396以形成样品/试剂混合物399。进入第二室 392的需要分析的样品396的量取决于可以被经过干燥的试剂395 吸收的液体的量并且是在设计阶段被预先确定的，如下文详细讨论 的。

如果如此设计(图65)，则可以通过向供应通道393的出口端 397上施加第二力F2来清空第一室391和供应通道393。备选地， 可以将第二力F2施加在分析单元390的进口398处。第二力F2可 以是主动力，例如由外部泵生成的正压力或者负压力。不清空第二 室392。

图65A至图65D的分析单元390可以有利地与参照图1至图19 描述的盒2、2′以及与参照图50至图59描述的容纳单元350一起使 用。具体地，第一室391可以由提取室6(图1至图19)形成，第 二室392可以由收集器8、8′或者由图58至图59的试剂单元350中 的分析隔间354形成，并且分析单元390的进口398对应进口流体 凹槽86。在这种情况下，分析主体394由若干部分形成，即，由主 体80至82或者80′至82′(容置第一室391(图4和图13))以及由 容纳第二室392的试剂单元350形成。供应通道393可以由输出流 体凹槽88、由产物凹槽99、99′、以及由通孔100A、100′形成。

图66A示出了分析单元390的不同实施例。详细地说，图66A 的分析单元390与图65A的分析单元390的不同之处在于其包括多 个第二室或者壁392¹、392²、393³、…、392ⁿ，它们通过相应支路393¹、 393²、393³、…、393ⁿ被连接至供应通道393。

可以将不同的经过干燥的试剂395¹、395²、395³、…、395ⁿ预装 载在第二室392¹、392²、393³、…、392ⁿ中。以这种方式，分析单元 390可以从相同的需要分析的样品396开始进行不同的反应。

在图66B中，用第一室391中包含的需要分析的样品396来装 载第二室392¹、392²、393³、…、392ⁿ；通过施加第一力F1，基于第 二室沿着供应通道393的布置，即根据第二室离第一室391的距离， 顺序地装载第二室。

在装载了需要分析的样品396(图66C)之后，可以通过施加主 动类型的第二力F2，来清空供应通道393。不同的样品/试剂混合物 399¹、399²、399³、…、399ⁿ因此被包含在存在的每个第二室392¹、 392²、393³、…、392ⁿ中。

然后(图66D)，可以按照未被示出的方式，使用不可与样品/ 试剂混合物399混合的惰性液体(用400表示)，例如通过装载矿物 油或者液体石蜡、或者通过熔化一些材料(诸如低熔点的固体石蜡) 从而形成第二室392¹、392²、393³、…、392ⁿ的壁，来使第二室392¹、392²、393³、…、392ⁿ彼此隔离。

可以使用参照图50至图57C描述的容纳单元360将图66A至图 66D的分析单元390应用于图60至图64的盒2″。在这种情况下， 第一室391可以由提取室6(提取凹槽83)形成，第二室392¹、392²、 393³、…、392ⁿ对应分析隔间354或者对应试剂腔359，并且供应通 道393对应图60的流体通道376、对应通孔377、以及对应图63至 图64的凹槽和孔88、388和100″。另外，在这种情况下，例如，可 以通过熔化固持结构375来获得在第二室392¹、392²、393³、…、392ⁿ之间的隔离。

图67是具有不同的第二室392的布置的分析单元390的示意性 图示。此处，另外，第一室391被布置在单独的单元410中。图67 的分析单元390具有六个第二室392¹、392²、393³、…、392⁶，虽然 该数量可以变化，并且第二室被布置成两个垂直的行。供应通道393 因此具有两个支路，这两个支路串联连接，垂直延伸，其中一个支 路限定出分析单元390的进口403，而另一个支路限定出分析单元 390的出口404。

此处，第二室392¹、392²、393³、…、392⁶通过具有水平延伸的 支路393¹、393²、393³、…、393⁶被连接至供应通道393。

对于剩余部分，分析单元390与图65和图66的分析单元390 相似，并且对需要分析的样品396(此处，未被图示)的装载与上面 参照这些图描述的相同。

例如，分析单元390可以由图60至图64的试剂单元350形成， 并且单独的单元410可以由图63和图64中所示的盒2″形成。

在图65至图66中的所有图中，第二室392、392¹至392ⁿ可以 具有例如5μl至30μl的容积。

显然，根据需要，第二室392¹至392ⁿ的布置和数量、它们的容 积、它们与供应通道393的连接、以及它们在供应通道393上的顺 序都可以视情况变化。

为了吸收需要分析的液体样品，利用支路或者多个支路393A、 393¹、…、393ⁿ的毛细作用，如上面提到的。根据下面参考的标准， 来恰当地计算这些支路的尺寸(半径和长度)、以及(有可能地)供 应通道393的尺寸(半径和长度)(如果需要仅使用毛细作用作为力F1)。

为了估计数量级，使用犹林定律(Jurin’s law)，该定律描述了液 体的弯液面在毛细管中的高度，毛细管的顶部开口被暴露于一些已 知的压力，以及其中，重力抵消了弯液面的上升(最糟糕的情况)。 虽然应用条件不同，但利用一些近似法，在支路393A、393¹、…、 393ⁿ以及(有可能的)供应通道393的设计期间也可以获得粗略的 大小估计。

在该估计中，忽略推进或者抽吸的压力(图65B、图66A的力 F1)，并且假设毛细管中的压力是恒定的。

在这些条件下，通过如下公式给出液体的高度：

其中，γ是表面张力(单位为J/m²或者N/m)，θ是在液体的表面 与供应通道393/393¹、…、393ⁿ的壁之间的接触角度，ρ是液体的密 度，g是重力加速度，并且r是供应通道393/393¹、…、393ⁿ的半径。

如果液体是水，则公式(1)变为：

根据该模型，通过供应通道393/393¹、…、393ⁿ的半径r＝1mm， 弯月面的高度以及因此供应通道393/393¹、…、393ⁿ的用于利用毛细 作用的有用长度接近1.5cm。该值在任何情况下都表示粗略估计， 并且通过包括进经验表征来进行分析单元390的设计。

具体地，在分析单元390的情况下，供应通道393/393¹、...、393ⁿ具有矩形横截面，通常具有1mm的基座和0.5mm至1mm的高度。 供应通道393/393¹、…、393ⁿ的最大长度因此在几厘米范围内，与分 析单元390的尺寸兼容，这允许在此处考虑的这种类型中仅利用毛 细力(如果需要)。

根据本公开的一方面，在所示出的所有分析单元390中，第二 室392中的反应试剂395被包含在肺泡反应物料中。

肺泡反应物料具有近似海绵的结构并且具有如下目的：

在分析单元390的运输和存储期间帮助经过干燥的试剂留在位 置中；

实现对预定量的需要分析的样品的装载(所谓的“自标本抽 样”)；以及

防止或者至少减少在用需要分析的样品使经过干燥的试剂再水 化之后在不同室和壁中的不同的经过干燥的试剂之间的交叉污染， 这有可能是借助在每个室或者壁之间的连接来实现的。

例如，当分析单元390由盒2、2′或者2″形成或者被包含在盒2、 2′或者2″中时，肺泡物料粘附至支架351并且即使在固持结构356、 375已经熔化之后也留在位置中，如参照图57C以及图60至图65 所描述的。

由于存在肺泡反应物料，所以，在设计阶段中，通过不仅将会 被吸收的需要分析的样品的量，还将肺泡物料的可能的膨胀，都纳 入了考虑，来计算第二室或者多个第二室392的容积。

肺泡反应物料使得能够吸收预设量的需要分析的样品，为经过 干燥的试剂提供了更高的稳定性，从而将它们保持在第二室或者多 个第二室中，并且有利于吸引处于液体形式的需要分析的样品。

当分析单元390、390′形成图63、图64所示的试剂单元350时， 这会更加有用，其中，固持结构375在热循环期间熔化。以这种方 式，事实上，精确地限定了每个反应位置，确保了反应的可重复性、 对温度的恰当控制以及正确的分析(检测步骤)。

通常通过冻干法来获得肺泡反应物料，冻干法包括将测定专用 试剂冷冻、初步干燥和二次干燥的步骤。

肺泡物料由具有形成接收需要脱水的试剂的基质的目的一种或 者多种赋形剂形成。例如，赋形剂选自包括以下的组：琼脂糖、藻 酸钙、聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素、聚乙二醇和沸石。通常，讨论 中的赋形剂或者多种赋形剂满足以下：

在再水化期间以及(有可能地)在温度变化时是稳定的结构；

再膨胀率有限；以及

具有亲水性，并且更精确地说，能够吸收测定试剂和样品两者。

进入第二室392并且被肺泡物料吸收的液体(需要分析的样品) 的量取决于：

在冻干的初始溶液中形成肺泡物料的赋形剂的浓度；赋形剂的 量越大，可以与需要分析的样品进行水合作用的赋形剂的脱水分子 的量就越大；另外，随着赋形剂的量增加，肺泡物料的阻力也会增 加，肺泡物料因此可以吸收更大量的需要分析的样品，而不会溶解；

交联程度(如果赋形剂是能够交联的聚合物)；交联的聚合物通 常更硬，并且这一事实在本应用中可能是有用的；交联程度以及因 此肺泡物料的硬度的增加使肺泡物料能够吸收需要分析的样品，而 不会溶解，再膨胀率更低；

分析室的容积与经过干燥的赋形剂的体积之间的比率：如果肺 泡物料在再水化期间膨胀，则该比率变得很重要；事实上，当肺泡 物料在再水化期间占据了反应室的整个容积时，对液体(需要分析 的样品)的吸收被中断。

因此，一旦固定了上述三个参数(它们是可以被控制的)，可以 被肺泡物料吸收的需要分析的样品的量变成以精确且可重复的方式 “化学计量”。

可以通过使用具有高帧速率和高分辨率的摄像机执行实验，以 便拍摄经过干燥的肺泡物料的逐步(例如，通过每步添加1μl)再 水化，来从经验上计算上述量。当肺泡物料停止吸收液体样品时， 部分液体开始形成包围肺泡物料的“壳体”，并且有可能地，这开始失去其自己的形状(根据物料的特点)。本申请人的实验已经表明这 些现象是可以清楚看见的并且能够确定被肺泡物料吸收的需要分析 的样品的实际量。

例如，通过以每体积溶液溶质质量(w/V)计浓度为4％的20μl 琼脂糖水溶液的冻干而得到的肺泡物料在具有21.5μl的容积的反应 室中吸收15μl的水。

可以使用多级冻干工艺来生产肺泡物料。

例如，并且按照非限制性的方式，用于生产肺泡物料的工艺可 以包括两个步骤：

1.首先，冻干包含赋形剂或者多种赋形剂和可能的冻干支持剂(即，结合赋形剂防止或者基本上减少在随后的步骤2a中被引入的 试剂在它们的冻干和随后的存储期间的化学和物理不稳定性的分 子)的溶液；例如，可以将糖、氨基酸、甲胺等用作冻干支持剂； 在该步骤中，形成中间肺泡物料；以及

2a.引入测定专用试剂溶液，例如实时PCR专用试剂加上可能 的冻干支持剂的混合物，并且通过测定专用试剂(加上可能的冻干 支持剂)对在步骤1中冻干/获得的赋形剂或者多种赋形剂(可能的 冻干支持剂)进行再水化；以及

2b.第二次冻干。

例如第一次冻干可以包括4个子步骤：

a)制备单体的或者已经处于聚合形式的期望赋形剂(包括可能 的冻干支持剂)的前体的液体溶液；例如，可以制备琼脂糖水溶液， 每体积溶液溶质质量(w/V)计的浓度为2％至10％；

b)在-40℃至-80℃的温度下冷冻2个小时；

c)在非常低的压力下(例如0.1mbar)初次干燥(生化)6至 24个小时；以及

d)二次干燥(解吸)，这可能会持续前一个步骤c)的持续时间 的一半。例如，可以在0.1mbar的压力下，通过在30℃下加热冻干 机的板，来进行二次干燥。

可以按照与针对第一次冻干描述的方式相似的方式来进行第二 次冻干(2b)。

在第二次冻干结束时，得到肺泡物料，其包含测定专用试剂。

可以将因此得到的肺泡物料引入第二室中393、393¹至393ⁿ；肺 泡物料能够吸收精确体积的再水化液体(需要分析的样品)，如上面 阐释的。

分两个单独的步骤进行冻干是特别有利的，因为这使得能够最 自由地选取赋形剂(加上可能的冻干支持剂)和用于分析的试剂， 通过使用在盒制造商与测定制造商之间未共享的协议，可以独立地 开发、生产和购买赋形剂和试剂。此外，这使得能够获得较高的最 终浓度(测定专用试剂的最终浓度、以及赋形剂加上可能的冷冻支 持剂的最终浓度)，具有单个冷冻步骤无法实现的值。

作为上述方案的替代方案，在一些应用中并且针对一些测定试 剂，可以进行仅仅一次冻干，在这种情况下，同时对用于形成肺泡 物料的赋形剂和测定专用试剂进行脱水。

当反应单元390形成图4至图6以及图13至图15的盒2或者 2′时，可以在将主体80、80′联接(例如接合或者压配)在第二封闭 壁82、82′中之前，在分析室8、8′内直接生产中间肺泡物料或者肺 泡物料。为此，首先，使用自动移液器或者通过手动移液将赋形剂 (从上述步骤a)得到)或者测定专用试剂的液体溶液装载在分析室 8、8′中，并且然后进行冷冻。

对于由图50至图64的容纳单元350形成的反应单元390，可以 在容纳单元350中直接执行(多次)冷冻。

利用图64至图66的方案，可以按照简单的方式廉价地且精确 地将需要分析的样品装载在包含经过干燥的试剂的分析室中。经过 干燥的试剂以肺泡形式的存在使得能够以精确的量实现装载。用于 使用两个冻干步骤获得肺泡形式的经过干燥的试剂的可能处理使得 能够增加经过干燥的试剂(赋形剂或者多种赋形剂、可能的冻干支 持剂、和用于分析的试剂)的浓度，并且因此实现了肺泡物料的高 化学和物理稳定性和更高的分析效率。此外，所描述的方案使盒2、 2′、2″的制造商和测定制造商不必共享他们自己的知识，这些知识有 时是未公开的。

根据本公开的又一方面，当图1至图19的盒2、2′集成有分析 室8、8′(在该处，如上所述那样对处理的样品进行分析，如图63 至图64的盒2″的情况一样)时，控制机器3、3′能够识别并且自动 处理既定类型的分析，如下文描述的。注意，即使下文中出于简洁 起见参考了盒2和控制机器3，以下阐释也适用于图13至图19的盒 2′和图63和图64的盒2″、以及图11至图12的机器3′。

具体地，为了实现对分析的自动处理，将有关盒2被设计用来 进行的分析的数据存储在盒2中，同时也考虑到了用于分析室8中 包含的样品的特定试剂。

为此(图68)，机器3包括被联接至控制单元35的射频天线410， 并且盒2具有RFID(射频标识)标签411。RFID标签411通常是无 源类型并且被布置在外壳5上或者与外壳5共模成型，并且包括天 线和写入衬底(是已知的(未被示出))。

具体地，RFID标签411包含有关盒2的类型的信息，包括：

在盒2中或者在图50至图67的容纳单元350/分析单元390中 包含的分析室或者壁8、354、359的数量；

在盒2中要执行的分析的类型；

盒2的到期日期；以及

有关例如盒2的生产和功能化的可追溯性数据。

控制机器3可以使用自己的射频天线410或者使用移动设备412 (例如手机)通过公共的NFC(近场通信)接口来读取RFID标签 411。

通常，RFID标签411在执行分析之前和之后与控制机器3互动； 其在执行分析之后与移动设备412互动，如图69和图70中的流程 图所表示的。

具体地，当需要进行分析时(图69)，将盒2插入控制机器3中 (步骤415)，控制机器3读取RFID标签411中存储的信息，如上 面提到的(步骤416)，并且，基于读取的信息，控制机器3能够开 始用于正确分析类型的既定操作，这些操作包括样品制备(例如， 按照期望的顺序联接容器46，启用致动器40至43、泵25、加热器 48等，如参照图7至图10所描述的，或者参照图16至图19描述的 相似操作)。然后，机器3可以执行合适的分析操作，并且按照本身 已知的方式读取结果。

在分析(图70)之后，控制机器3通过自己的天线将分析结果 发送至盒2(步骤420)。盒2通过自己的RFID标签411接收并且写 入这些结果(步骤421)。然后可以在任何时刻例如经由具有NFC(近 场通信)协议的手机412读取这些数据(步骤422)。

以这种方式，可以存储分析的结果并且在很长一段时间之后读 取，从而促进了对存储的数据的处理。事实上，如果这些数据例如 被存储在云中，则访问起来可能很不实际。例如，由于执行的分析 数量很大，被提供给用户的标识符可能会很长并且因此很不实用。

可以通过加密算法来保护数据，以保证患者的隐私。

最后，要清楚，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对本文 描述和图示的实施例进行修改和改变。例如，可以将各种描述的实 施例相组合以形成另外的方案。

鉴于上面详细的说明，可以对实施例进行这些和其它改变。通 常，在以下权利要求书中，所使用的术语不应该被理解为是将权利 要求书局限于在本说明书和权利要求书中公开的具体实施例，而是 应该被理解为包括所有可能的实施例连同这些权利要求所享有的等 同物的全部范围。因此，权利要求书不受本公开的限制。

Claims (20)

1.一种分析单元，包括：

分析主体；

在所述分析主体中的分析室；

在所述分析室中的经过干燥的测定试剂；

样品进口；以及

供应通道，被配置为将所述样品进口流体地连接至所述分析室；

其中所述经过干燥的试剂是肺泡物料的部分。

2.根据权利要求1所述的分析单元，其中所述肺泡物料是冻干的物料。

3.根据权利要求1所述的分析单元，其中经过干燥的所述肺泡物料由赋形剂和测定专用试剂形成。

4.根据权利要求3所述的分析单元，其中所述赋形剂选自由以下组成的组：琼脂糖、藻酸钙、聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素、聚乙二醇和沸石。

5.根据权利要求1所述的分析单元，其中所述供应通道被配置为通过毛细作用实现液体样品的移动。

6.根据权利要求1所述的分析单元，其中所述分析室是第一反应室，并且所述分析单元包括通过所述供应通道彼此流体连接的多个另外的反应室，各个另外的反应室容纳有包括相应的经过干燥的试剂的相应的另外的肺泡物料。

7.根据权利要求1所述的分析单元，其中所述分析主体容置与所述供应通道流体连接的样品室。

8.一种便携式微流体设备，包括：

外壳，具有样品进口开口，并且容置：

提取室，与所述样品进口开口流体连接；

收集器，沿着所述提取室和所述废料室延伸，所述收集器包括分析室；以及

流体回路，将所述提取室与所述收集器和所述废料室连接起来；以及

在所述分析室中的经过干燥的测定试剂；

其中所述经过干燥的试剂是肺泡物料的部分。

9.根据权利要求8所述的便携式微流体设备，其中所述分析室是第一反应室，并且所述收集器包括通过所述供应通道彼此流体连接的多个另外的反应室，各个另外的反应室容纳有包括相应的经过干燥的试剂的相应的另外的肺泡物料。

10.一种方法，包括：

生产经过干燥的测定试剂，所述生产包括：

制备包含测定专用试剂的反应溶液；以及

将所述反应溶液脱水以获得经过干燥的肺泡物料。

11.根据权利要求10所述的生产方法，其中脱水包括将所述反应溶液冻干。

12.根据权利要求10所述的生产方法，其中所述反应溶液包含赋形剂。

13.根据权利要求12所述的生产方法，其中所述赋形剂选自由以下组成的组：琼脂糖、藻酸钙、聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素、聚乙二醇和沸石。

14.根据权利要求12所述的生产方法，其中制备和脱水包括：

制备赋形剂溶液；

将所述赋形剂溶液脱水以获得经过干燥的中间物料；

向所述经过干燥的中间物料添加所述测定专用试剂的溶液，以获得试剂和赋形剂的混合物；以及

将所述试剂和赋形剂的混合物脱水，以获得所述经过干燥的肺泡物料。

15.根据权利要求14所述的生产方法，其中制备所述赋形剂溶液、将所述赋形剂溶液脱水、添加所述测定专用试剂的溶液、以及将所述试剂和赋形剂的混合物脱水被在分析单元的分析室中进行，所述分析单元包括分析主体、在所述分析主体中的所述分析室、样品进口、和被配置为将所述样品进口流体地连接至所述分析室的供应通道。

16.一种用于样品分析的方法，包括：

利用要被分析的样品来填充便携式微流体设备的供应通道，所述便携式微流体设备包括：

外壳，具有样品进口开口，并且容置：

提取室，与所述样品进口流体连接；以及

收集器，沿着所述提取室延伸，所述收集器包括分析室，其中所述供应通道将所述提取室和所述收集器连接起来；以及

在所述分析室中的经过干燥的测定试剂，其中所述经过干燥的试剂是肺泡物料的部分；以及

使所述肺泡物料吸收在所述分析室中的预定量的要被分析的样品。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述要被分析的样品通过毛细作用填充所述供应通道。

18.根据权利要求16所述的方法，包括：在使所述肺泡物料吸收之后，向所述供应通道施加清空力。

19.根据权利要求18所述的方法，包括：在施加所述清空力之后，引入密封矿物油或者液体石蜡。

20.根据权利要求18所述的方法，包括：在施加所述清空力之后，加热并且熔化所述分析室的壁以提供密封。