CN110177619B - 用于细胞计数和附加分析的流体卡盒 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于分析样品中的颗粒的装置和方法。在各种实施例中，本公开提供用于细胞计数和附加分析的装置和方法。在各种实施例中，本公开提供一种卡盒装置和读取仪装置，其中该读取仪装置接收、操作和/或驱动卡盒装置。在各种实施例中，本公开提供一种使用如本文所公开的装置来分析样品中的颗粒的方法。

Description

用于细胞计数和附加分析的流体卡盒
优先权要求
本申请要求于2016年11月7日提交的标题为“用于细胞计数和附加分析的流体卡盒(Fluidic Cartridge for Cytometry and Additional Analysis)”的美国临时专利申请第62/497,075号的优先权，其全部内容通过引用并入本文并作为依据。
相关申请的交叉引用
本申请涉及于2016年6月8日提交的标题为“用于多分析物分析的流体单元和卡盒(Fluidic Units and Cartridge for Multi-Analyte Analysis)”的美国专利申请第15/176,729，其要求于2015年6月12日提交的美国临时专利申请第62/174,776号的优先权，其各自的全部内容通过引用并入本文并作为依据。
本申请涉及于2016年6月8日提交的标题为“用于多分析物分析的流体单元和卡盒(Fluidic Units and Cartridge for Multi-Analyte Analysis)”的国际申请PCT/US2016/036426，其要求于2015年6月12日提交的美国临时专利申请第62/174,776号的优先权，其各自的全部内容通过引用并入本文并作为依据。
本申请涉及于2016年7月13日提交的标题为“流体卡盒中的体积感测(VolumeSensing in Fluidic Cartridge)”的美国专利申请第15/209,226号，其要求于2015年7月14日提交的美国临时专利申请第62/192,488号的优先权，其各自的全部内容通过引用并入本文并作为依据。
本申请涉及于2016年6月13日提交的标题为“流体卡盒中的体积感测(VolumeSensing in Fluidic Cartridge)”的国际申请PCT/US2016/042089，其要求于2015年7月14日提交的美国临时专利申请第62/192,488号的优先权，其各自的全部内容通过引用并入本文并作为依据。
技术领域
本公开涉及药物和细胞计数。
背景技术
本文引用的所有出版物都通过引用全部并入本文，就如同每个单独的出版物或专利申请被具体和单独地指出通过引用并入本文一样。以下描述包括可用于理解本公开的信息。这并不承认本文所提供的任何信息是现有技术或与本公开相关或任何具体或隐含地引用的出版物是现有技术。
流式细胞计数(flow cytometry)是用于生物样品的细胞分析的常用工具。典型的细胞计数分析包括两部分。第一部分是样品制备。例如，一些细胞计数分析用特定荧光团标记目标细胞，使得这些细胞能够通过荧光信号的光学测量而被检测。在另一个例子中，一些细胞计数分析要求选择性地裂解样品中的细胞，仅留下完整的目标细胞用于细胞计数测量。第二部分是样品分析。通常样品流在流经流动室时聚焦成窄流，其中逐个测量目标细胞的光学或其他信号。该窄样品流通常通过鞘流的流体动力聚焦来获得。
由流式细胞计数测量的信号可用于评估单个目标细胞的特征，如细胞大小和细胞表面粗糙度。借助于荧光标记，另外的细胞特征也可以被评估，例如细胞核的存在、细胞内DNA的量、细胞膜上的抗原和许多其他特征。当逐个测量细胞时，所检测的目标细胞总数也可以通过对所测量的信号峰的数目进行计数来确定。另外，一些细胞计数分析还要求测量样品中的颗粒密度，即单位体积样品中的目标颗粒数目，这在细胞计数分析中也被称为绝对计数(absolute count)。对于该测量，不仅需要确定被检测颗粒的总数，而且还需要确定相应的样品的体积。这两样信息可以一起用来计算单位体积样品中的颗粒数目，例如绝对计数。
在常规的流式细胞计数分析中，样品制备步骤通常通过手动操作进行。例如，制备步骤通常在不同的容器，例如离心管或小瓶中进行，然后仅将最终制备的样品装入商业细胞计数器用于光学或其他测量。用于样品制备的这些手动步骤要求由受过训练的技术人员进行精确的流体处理，因此不适合于对使用者进行最少训练的情况下的应用。
此外，对于诸如医疗诊断中的即时检测的应用，细胞计数分析会在非实验室环境下，诸如在急诊室或医师办公室进行。因此，重要的是生物样品是自包含的并且不暴露于引起生物污染的环境。为此，样品制备步骤和测量步骤都以自包含的方式诸如在未暴露的容器内进行是有利的。
另外，绝对计数测量要求检测到的目标细胞的总数和相应的样品体积是已知的。在常规的细胞计数分析中，将固定量的已知体积的样品注射到系统中以确定绝对计数。然而，流体系统经常引入死体积，这意味着样品的某些部分不经过细胞计数器测量。这些死体积导致被测量的实际样品体积不同于被注入到系统中的已知体积，因此给绝对计数引入了不准确性。
考虑到上述因素，需要开发一种能够以自包含的、自动的方式进行包括样品制备和样品分析步骤的细胞分析的流体卡盒。这种流体卡盒还需要不仅能够进行细胞分析和细胞计数，而且还能够精确地测量绝对计数。
发明内容
结合旨在示例性和说明性而非限制范围的装置、系统和方法来描述和说明以下实施例及其方面，所述装置、系统和方法。
本公开提供了各种流体卡盒以及使用和制造这种流体卡盒的方法。这些流体卡盒可以进行样品制备和细胞计数分析。这些流体卡盒可用于各种类型的细胞计数分析。在各种实施例中，本文所公开的流体卡盒可用于确定绝对计数。在各种实施例中，本文所公开的流体卡盒可用于肿瘤诊断中细胞群的DNA分析。在各种实施例中，本文所公开的流体卡盒可用于AIDS诊断中CD4+/CD8+淋巴细胞亚型分析。在各种实施例中，本文所公开的流体卡盒可用于全血细胞计数(CBC)中的细胞分析。这些流体卡盒还可用于其他类型的分析，包括但不限于分析样品中的分析物、蛋白质、酶、核酸和其他生物标记。
本公开的各种实施例提供了一种用于分析样品中的目标颗粒的装置。在各种实施例中，该装置包含卡盒装置。在各种实施例中，该卡盒装置包含：入口，其配置用于将该样品接收到该卡盒装置中；流体结构，其流体地连接至该入口并且被配置用于将该样品的至少一部分与试剂的至少一部分混合以形成一种或多种样品混合物；流动室，其流体地连接到所述流体结构并且被配置用于由所述一种或多种样品混合物形成一个或多个样品流，其中所述样品流在所述流动室中形成而没有鞘流，并且所述流动室包含光学透明区域，所述光学透明区域被配置用于测量来自所述样品流的光学信号以检测所述样品中的目标颗粒；以及流量传感器，其流体地连接到所述流动室并且被配置成测量来自进入所述流量传感器的样品流的感测信号。在各种实施例中，本文所公开的卡盒装置还包含试剂。
在各种实施例中，如本文所公开的装置还包含读取仪装置，其中所述读取仪装置被配置用于接收、操作和/或驱动所述卡盒装置。在各种实施例中，读取仪装置既不从卡盒装置接收任何液体，也不转移任何液体到卡盒装置中。
本公开的各种实施例提供了一种用于分析样品中的目标颗粒的方法。该方法包含：将所述样品施加到如本文所公开的卡盒装置，所述卡盒装置被配置用于将预定的样品体积收集到所述卡盒装置中；将所述卡盒装置转移到如本文所公开的读取仪装置中；将所收集的样品的至少一部分与试剂的至少一部分混合以在所述卡盒装置内形成一种或多种样品混合物；由所述一种或多种样品混合物在所述卡盒装置内的流动室中形成一个或多个样品流，其中所述样品流在所述流动室中形成而没有鞘流；测量来自所述流动室处的所述样品流的光学信号以检测样品流中的目标颗粒；以及使用所述读取仪装置分析所测量的光学信号以量化样品中的目标颗粒。
本公开的各种实施例提供了一种用于分析样品中的颗粒的方法。该方法包含：将所述样品施加到如本文所公开的卡盒装置，所述卡盒装置被配置用于将预定的样品体积收集到所述卡盒装置中；将所述卡盒装置转移到如本文所公开的读取仪装置中；将所收集的样品的至少一部分与试剂的至少一部分混合以在所述卡盒装置内形成一种或多种样品混合物；由所述一种或多种样品混合物在所述卡盒装置内的流动室中形成一个或多个样品流，其中将至少两种分开的样品混合物转移到同一流动室中以形成至少两个单独的样品流而没有鞘流；测量来自所述流动室处的所述样品流的光学信号以检测样品流中的目标颗粒；以及使用所述读取仪装置分析所测量的光学信号以量化样品中的目标颗粒。
在各种实施例中，如本文所公开的方法还包含：使样品流流过流体地连接到流动室的流量传感器；测量来自所述流量传感器处的样品流的感测信号，以检测所述样品流进入流量传感器和/或所述样品流离开流量传感器；以及使用读取仪装置分析所测量的光学信号和感测信号以确定样品中的目标颗粒的浓度。
附图说明
示例性实施例在附图中示出。其目的是本文所公开的实施例和附图被认为是说明性的而不是限制性的。
图1示出了根据本公开的各种实施例的在本文所公开的卡盒装置中使用的基本流体单元的一个非限制性示例。
图2A-2D示出了根据本公开的各种实施例的被动阀的几个非限制性示例。
图3A-3C示出了根据本公开的各种实施例的主动阀的几个非限制性示例。
图4A-4C示出了根据本公开的各种实施例的在基本流体单元中实施被动阀的一个非限制性示例。
图5示出了根据本公开的各种实施例的表示如本文所述的基本流体单元的符号图。
图6A-6B示出了根据本公开的各种实施例的如在本文所描述的无鞘流动室的一个非限制性示例及其符号图。
图7A-7B示出了根据本公开的各种实施例的如在本文所描述的具有沿着流体通道长度的两个感测区的流量传感器的一个非限制性示例及其符号图。
图8A-8B示出了根据本公开的各种实施例的如本文所描述的仅具有沿着流体通道长度的一个感测区的流量传感器的另一个非限制性示例及其符号图。
图9A-9C示出了根据本公开的各种实施例的如本文所公开的卡盒装置的一个示例性配置，其中基本流体单元9001、无鞘流动室9007和具有两个感测区9011和9012的流量传感器9009通过流体导管9006和9008串联连接。
图10A-10B示出了根据本公开的各种实施例的如本文所公开的卡盒装置的另一示例性配置，其中流量传感器10007通过流体导管10006连接到基本流体单元10001的微流体通道10004。
图11A-11B示出了根据本公开的各种实施例的如本文所公开的卡盒装置的另一示例性配置，其中基本流体单元11001、无鞘流动室11007和具有一个感测区11012的流量传感器11009通过流体导管11006和11008串联连接。
图12A-12G示出了根据本公开的各种实施例的如本文所公开的卡盒装置的另一示例性配置，其中两个基本流体单元12101和12201与无鞘流动室12301和流量传感器12401串联使用。
图13A-13C示出了根据本公开的各种实施例的如本文所公开的卡盒装置的另一个示例性配置，其中三个基本流体单元13101、13201和13301与无鞘流动室13401和流量传感器13501串联使用。
图14A-14B示出了根据本公开的各种实施例的如本文所公开的卡盒装置的另一示例性配置，其中四个基本流体单元14101、14201、14301和14401与无鞘流动室14501和流量传感器14601串联使用。
图15A-15D示出了根据本公开的各种实施例的如本文所述的流动室的一些示例的顶视图(在x-y平面中)。
图16A-16B示出了根据本公开的各种实施例的多个颗粒流过用于检测的流动室的示例。
图17A-17D示出了根据本公开的各种实施例的用于确定颗粒的绝对计数的示例性设计，其中流动室17101的出口17103通过流体导管17001联接至流量传感器17201的入口17202。
图18A-18B示出了根据本公开的各种实施例的用于确定颗粒的绝对计数的另一个示例性设计，其中流动室18101的入口18102通过流体导管18001联接至流量传感器18201的出口18203。
图19示出了根据本公开的各种实施例的具有卡盒装置和读取仪装置的分析器的一个非限制性示例。具有流体结构19102的卡盒19101可以插入到读取仪19201上的对接槽19202中。
图20A-20B示出了根据本公开的各种实施例的用于构建如本文所述的无鞘流动室的示例性过程。
具体实施方式
本文引用的所有参考文献均全部通过引用并入本文，如同在本文中完全阐述的一样。除非另有定义，否则本文所使用的技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。Tabelling，《微流体力学导论(再版)》(Introduction toMicrofluidics)，牛津大学出版社(2010年)；Hguyen等人，《微流体的基本原理和应用(第2版)》(Fundamentals and Applications of Microfluidics 2nd ed.)，Artech HouseIncorporated(2006年)；Berg等人，《用于医疗应用的微流体》(Microfluidics forMedical Applications)，皇家化学学会(2014年)；Gomez等人，《微流体的生物学应用(第1版)》(Biological Applications of Microfluidics 1st ed.)，Wiley-Interscience(2008年)；和Colin等人，《微流体(第1版)》(Microfluidics 1st ed.)，Wiley-ISTE(2010年)为本领域技术人员提供了本申请中使用的许多术语的一般指导。
本领域技术人员将认识到类似于或等同于本文所述的那些的许多方法和材料可用于实践本公开。通过以下结合附图的详细描述，本公开的其他特征和优点将变得显而易见，附图以示例的方式示出了本公开的实施例的各种特征。实际上，本公开决不限于所描述的方法和材料。为了方便起见，本文在说明书、示例和所附权利要求书中使用的某些术语在此被收集。
除非另有说明或上下文暗示，以下术语和短语包括以下提供的含义。除非另有明确说明或从上下文中显而易见，否则以下术语和短语不排除该术语或短语在其所属领域中获得的含义。除非另外定义，否则本文所使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。应当理解，本公开不限于本文所述的具体方法、方案和试剂等，因此可以变化。本文所使用的定义和术语是为了帮助描述特定的实施例，而不是为了限制权利要求。
如本文所用，术语“包含(comprising)”或“包含(comprises)”用于指组合物、方法及其各自的组分，所述组合物、方法及其各自的组分可用于实施例，但包括未指定的要素，无论是否有用。本领域技术人员将理解，一般而言，本文所使用的术语通常旨在作为“开放性”术语(例如，术语“包括(including)”应解释为“包括但不限于”、术语“具有”应解释为“至少具有”、术语“包括(includes)”应解释为“包括但不限于”等)。
除非另外说明，否则在描述本申请的特定实施例的上下文中(特别是在权利要求的上下文中)使用的术语“一个(a)”和“一个(an)”和“该”以及类似的参考可以被解释为涵盖单数和复数。本文中数值范围的叙述仅旨在用作单独提及落入该的范围内的每个单独值的简写方法。除非本文另有说明，否则将每个单独的值并入本说明书中，如同其在本文中被单独引用一样。本文所述的所有方法可以以任何合适的顺序进行，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。本文中关于某些实施例提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地说明本申请，而不对所要求保护的本申请的范围构成限制。缩写“例如(e.g.)”衍生自拉丁语exempli gratia，并且在本文用于指示非限制性示例。因此，缩写“例如(e.g.)”与术语“例如(for example)”同义。说明书中的任何语言都不应被解释为指示实践本申请所必需的任何未要求保护的元件。
本公开的各种实施例提供了一种用于分析样品中的目标颗粒的装置。在各种实施例中，该装置包含卡盒装置。在各种实施例中，该卡盒装置包含：入口，其配置用于将样品接收到卡盒装置中；流体结构，其流体地连接至入口并且被配置用于将样品的至少一部分与试剂的至少一部分混合以形成一种或多种样品混合物；流动室，其流体地连接到流体结构并且被配置用于由一种或多种样品混合物形成一个或多个样品流，其中样品流在流动室中形成而没有鞘流，并且流动室包含被配置用于测量来自样品流的光学信号以检测样品中的目标颗粒的光学透明区域；以及流量传感器，其流体地连接到流动室并且被配置成测量来自进入流量传感器的样品流的感测信号。
在各种实施例中，卡盒装置具有范围约为0.1-1cm3、1-5cm3、5-25cm3、25-50cm3或50-200cm3的尺寸。
在各种实施例中，如本文所公开的装置还包含读取仪装置，其中读取仪装置被配置用于接收、操作和/或驱动卡盒装置。在各种实施例中，读取仪装置被配置用于测量流动室处的光学信号以量化样品中的目标颗粒。在各种实施例中，读取仪装置被配置用于测量流量传感器处的感测信号以量化样品流的体积。在各种实施例中，读取仪装置被配置用于测量流动室处的光学信号和流量传感器处的感测信号，以确定样品中目标颗粒的浓度。在各种实施例中，读取仪装置包含被配置用于测量流动室处的光学信号的控制单元。在各种实施例中，读取仪装置包含被配置用于测量流动室处的光学信号和流量传感器处的感测信号的控制单元。在各种实施例中，读取仪装置既不从卡盒装置接收任何液体，也不将任何液体转移到卡盒装置中。
在各种实施例中，如本文所公开的卡盒装置还包含试剂。在各种实施例中，试剂包含用荧光选择性标记样品中的目标颗粒的荧光标记剂，并且来自样品流的光学信号包含荧光。
在各种实施例中，如本文所公开的卡盒装置还包含：第一试剂，其与所接收的样品的一部分混合以形成第一样品混合物；以及第二试剂，第二试剂与所接收的样品的另一部分混合以形成第二样品混合物；并且将两种样品混合物分别转移到流动室中以形成两个单独的样品流。在各种实施例中，两种样品混合物在腔室中单独形成或在单独转移到流动室中之前单独转移到腔室中。在各种实施例中，所述腔室具有范围约为0.01-0.1ml、0.1-0.2ml、0.2-0.4ml、0.4-0.8ml、0.8-2ml或2-10ml的体积。
在各种实施例中，如本文所公开的卡盒装置还包含流体地连接到入口并且被配置用于接收或收集样品的流体导管。在各种实施例中，在样品被收集到流体导管中之后，流体导管被阀关闭和/或被外部结构密封。根据本公开的各种实施例，通过阀关闭和/或通过外部结构密封防止所收集的样品离开卡盒装置。在各种实施例中，流体导管被配置用于收集范围约为0.1-1μL、1-5μL、5-10μL、10-20μL或20-50μL的预定样品体积。在各种实施例中，试剂的至少一部分被转移到流体导管中以将所收集的样品的一部分冲洗到腔室中以形成样品混合物。
在各种实施例中，样品、试剂、样品混合物或样品流被封闭在卡盒装置内，以防止或限制它们暴露于卡盒外部的环境。在各种实施例中，流体结构位于卡盒装置内，以防止或限制样品、试剂或样品混合物暴露于卡盒外部的环境。在各种实施例中，流动室位于卡盒装置内，以防止或限制样品流暴露于卡盒外部的环境。在各种实施例中，流量传感器位于卡盒装置内，以防止或限制样品流暴露于卡盒外部的环境。
在各种实施例中，流体结构包含一个或多个流体导管。在各种实施例中，流体结构包含一个或多个腔室。在各种实施例中，每个腔室具有范围约为0.01-0.1ml、0.1-0.2ml、0.2-0.4ml、0.4-0.8ml、0.8-2ml或2-10ml的体积。在某些实施例中，流体结构包含一个或多个腔室；每个腔室具有范围约为0.01-0.1ml，0.1-0.2ml、0.2-0.4ml、0.4-0.8ml、0.8-2ml或2-10ml的体积；并且流体结构被配置用于将这些样品混合物从这些腔室之一转移到流动室以形成这些样品流。
在一些实施例中，如本文所公开的卡盒装置包含一个流动室。在一些实施例中，所公开的卡盒装置包含两个、三个、四个、五个或更多个流动室。在一些实施例中，所公开的卡盒装置包含多个流动室。
在各种实施例中，流动室被配置用于允许范围在0.001-0.01、0.01-0.1、0.1-1、1-50、50-200或200-1000μl/min的流率。在各种实施例中，流动室具有形状为矩形、梯形、椭圆形、圆形或半圆形或任何其他形状或其组合形状的横截面。在各种实施例中，流动室具有范围约为1-10μm，10-40μm，40-100μm或100-200μm的宽度。在各种实施例中，流动室具有范围约为1-10μm、10-40μm、40-100μm或100-200μm的深度。在各种实施例中，流动室具有范围约为1-10μm、10-100μm、100-1,000μm、1,000-10,000μm或10,000-50,000μm的长度。在各种实施例中，在流动室中形成的样品流具有与流动室相同尺寸的横截面。
在某些实施例中，流动室具有范围约为1-10μm、10-40μm、40-100μm或100-200μm的宽度以及范围约为1-10μm、10-40μm、40-100μm或100-200μm的深度；并且样品流具有与流动室相同尺寸的横截面。
在各种实施例中，流动室上的光学透明区域对于来自样品流的光学信号具有50-60％、60-70％、70-80％、80-90％、90-96％或96-99.9％的透光率。在各种实施例中，光学信号包含散射光、反射光、透射光、荧光、光吸收、光消散或白光图像或其组合。在某些实施例中，流动室上的光学透明区域对于来自样品流的光学信号具有50-60％、60-70％、70-80％、80-90％、90-96％或96-99.9％的透光率，并且光学信号包含散射光、反射光、透射光、荧光、光吸收、光消散或白光图像或者其组合。
在各种实施例中，流动室上的光学透明区域由塑性材料制成。在各种实施例中，塑性材料是环烯烃共聚物、环烯烃聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯或聚-氯-三氟-乙烯或其组合。
在各种实施例中，流量传感器包含流体通道和流体通道上的感测区；流体通道流体地连接到流动室以允许样品流通过；当样品流进入感测区时，测量感测信号。在各种实施例中，感测信号包含光学信号。在某些实施例中，光学信号包含通过样品流的光传输和/或从样品流的光反射。
在各种实施例中，流量传感器中的流体通道具有范围约为0.001-0.05mm、0.05-1mm或1-5mm的通道宽度，以及范围约为0.001-0.01mm、0.01-0.5mm、0.5-1mm或1-2mm的通道深度。在各种实施例中，流动室和流量传感器被配置成对于流过的样品流具有相同的流率。在各种实施例中，流动室和流量传感器之间的流体连接被配置用于使样品流具有流过流动室和流量传感器的相同流率。
在各种实施例中，感测区包含光学透明区域，其被配置用于测量在感测区中样品流的不存在和存在之间改变水平的光学信号。在各种实施例中，感测区上的光学透明区域对于来自样品流的光学信号具有50-60％、60-70％、70-80％、80-90％、90-96％或96-99.9％的透光率。在各种实施例中，光学信号包含散射光、反射光、透射光、荧光、光吸收、光消散或白光图像或者其组合。在各种实施例中，感测区上的光学透明区域由塑性材料制成。在各种实施例中，塑性材料是环烯烃共聚物、环烯烃聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯或聚-氯-三氟-乙烯或其组合。
在一些实施例中，流量传感器包含流体通道上的一个感测区。在一些实施例中，流量传感器包含流体通道上的两个、三个、四个、五个或更多个感测区。在一些实施例中，流量传感器包含流体通道上的多个感测区。
在各种实施例中，流体结构包含至少一个基本流体单元，该基本流体单元包含：被配置成容纳流体的腔室；连接到腔室的通气孔，其中通气孔连接到气动压力源、环境压力或大气压力；连接到腔室的微流体通道；以及在微流体通道上的阀。在各种实施例中，卡盒装置配置用于当外部致动机构应用于卡盒装置时将样品混合物从腔室转移到流动室中以形成样品流。
在各种实施例中，卡盒装置被配置用于当外部致动机构应用于卡盒装置时将样品混合物从腔室转移到流动室中以形成样品流。在各种实施例中，外部致动机构包含气动压力源。在各种实施例中，外部致动机构被配置用于形成具有范围为0.001-0.01、0.01-0.1、0.1-1、1-50、50-200或200-1000μl/min的流率的样品流。在某些实施例中，卡盒装置被配置用于当外部致动机构被施加到卡盒装置并且外部致动机构包含一个气动压力源时用于将这些样品混合物从腔室转移到流动室中以形成这些样品流。
在各种实施例中，基本流体单元的腔室具有范围约为0.01-0.1ml、0.1-0.2ml、0.2-0.4ml、0.4-0.8ml、0.8-2ml或2-10ml的体积。在各种实施例中，基本流体单元的微流体通道具有范围约为0.001-0.01mm2、0.01-0.1mm2、0.1-0.25mm2、0.25-0.5mm2、0.5-1mm2、1-2mm2或2-10mm2的横截面。在某些实施例中，基本流体单元的腔室具有范围约为0.01-0.1ml、0.1-0.2ml、0.2-0.4ml、0.4-0.8ml、0.8-2ml或2-10ml的体积。基本流体单元的微流体通道具有范围约为0.001-0.01mm2、0.01-0.1mm2、0.1-0.25mm2、0.25-0.5mm2、0.5-1mm2、1-2mm2或2-10mm2的横截面。
在各种实施例中，当使用卡盒装置时，基本流体单元的腔室定位成使得腔室内的至少一部分流体通过重力被拉向微流体通道和/或远离通气孔。在各种实施例中，当使用卡盒装置时，基本流体单元的腔室的体积大于容纳在其中的流体的体积，并且在通气孔和容纳在其中的流体之间存在气隙。
在各种实施例中，基本流体单元的阀是被配置用于当气动压力施加到流体流时，允许流体流穿过微流体通道；当没有气动压力施加到流体流时，停止流体流的被动阀。在各种实施例中，基本流体单元的阀是被动阀，其包含以下结构之一：(i)具有嵌有疏水表面的补片的亲水内表面的通道，(ii)具有嵌有亲水表面的补片的疏水内表面的通道，(iii)在具有亲水内表面的通道中沿流动方向的通道横截面的放大，以及(iv)在具有疏水内表面的通道中沿流动方向的通道横截面的收缩。在各种实施例中，基本流体单元的阀是由卡盒装置外部的致动机构操作的主动阀。
本公开的各种实施例提供了一种用于分析样品中的颗粒的方法。该方法包含：提供如本文所公开的卡盒装置和如本文所公开的读取仪装置；将样品施加到卡盒装置；将卡盒装置转移到读取仪装置中；操作读取仪装置以便驱动卡盒装置；分析样品中的目标颗粒。
本公开的各种实施例提供了一种用于分析样品中的目标颗粒的方法。该方法包含：将样品施加到如本文所公开的卡盒装置，卡盒装置被配置用于将预定的样品体积收集到卡盒装置中；将卡盒装置转移到如本文所公开的读取仪装置中；将所收集的样品的至少一部分与试剂的至少一部分混合以在卡盒装置内形成一种或多种样品混合物；由一种或多种样品混合物在卡盒装置内的流动室中形成一个或多个样品流，其中样品流在流动室中形成而没有鞘流；测量来自流动室处的样品流的光学信号以检测样品流中的目标颗粒；以及使用读取仪装置分析所测量的光学信号以量化样品中的目标颗粒。
本公开的各种实施例提供了一种用于分析样品中的目标颗粒的方法。该方法包含：将样品施加到如本文所公开的卡盒装置，卡盒装置被配置用于将预定的样品体积收集到卡盒装置中；将卡盒装置转移到如本文所公开的读取仪装置中；将所收集的样品的至少一部分与试剂的至少一部分混合以在卡盒装置内形成一种或多种样品混合物；由一种或多种样品混合物在卡盒装置内的流动室中形成一个或多个样品流，其中将至少两种分开的样品混合物转移到同一流动室中以形成至少两个单独的样品流而没有鞘流；测量来自流动室处的样品流的光学信号以检测样品流中的目标颗粒；以及使用读取仪装置分析所测量的光学信号以量化样品中的目标颗粒。
在各种实施例中，将所收集的样品的一部分与第一试剂混合以形成第一样品混合物，并且将所收集的样品的另一部分与第二试剂混合以形成第二样品混合物；并且将两种样品混合物分别转移到流动室中以形成两个单独的样品流。在各种实施例中，两种样品混合物在腔室中单独形成或在单独转移到流动室中之前单独转移到腔室中。在各种实施例中，腔室具有范围约为0.01-0.1ml、0.1-0.2ml、0.2-0.4ml、0.4-0.8ml、0.8-2ml或2-10ml的体积。
在各种实施例中，将样品收集到流体导管中。在各种实施例中，在样品被收集到流体导管中之后，流体导管被阀关闭和/或被外部结构密封。根据本公开的多个不同实施例，通过阀关闭和/或通过外部结构密封防止所收集的样品离开卡盒装置。在各种实施例中，流体导管被配置用于收集范围约为0.1-1μL、1-5μL、5-10μL、10-20μL或20-50μL的预定样品体积。在各种实施例中，试剂的至少一部分被转移到流体导管中以将所收集的样品的一部分冲洗到腔室中以形成样品混合物。
在各种实施例中，如本文所公开的方法还包含：使样品流流过流体地连接到流动室的流量传感器；测量来自流量传感器处的样品流的感测信号，以检测样品流进入流量传感器和/或样品流离开流量传感器；以及使用读取仪装置分析测量的光学信号和感测信号以确定样品中的目标颗粒的浓度。
在各种实施例中，如本文所公开的方法还包含：使样品流流过流体地连接到流动室的流量传感器；测量来自流量传感器处的样品流的感测信号以检测进入和/或离开流量传感器的样品流；以及使用读取仪装置分析测量的光学信号和感测信号以确定样品中的目标颗粒的浓度。在各种实施例中，流动室和流量传感器中的样品流具有相同的流率。
在各种实施例中，如本文所公开的方法还包含：使样品流流过流体地连接到流动室的流量传感器；测量来自流量传感器处的样品流的感测信号以量化样品流的体积；以及使用读取仪装置分析测量的光学信号和感测信号以确定样品中的目标颗粒的浓度。在各种实施例中，流动室和流量传感器中的样品流具有相同的流率。
在各种实施例中，光学信号和感测信号通过读取仪装置被测量到。
在各种实施例中，所收集的样品、试剂、样品混合物或样品流被封闭在卡盒装置内，以防止或限制它们暴露于卡盒外部的环境。
在各种实施例中，混合步骤在流体结构中进行。在各种实施例中，流体结构包含一个或多个流体导管。在各种实施例中，流体结构包含一个或多个腔室。在各种实施例中，每个腔室具有范围约为0.01-0.1ml、0.1-0.2ml、0.2-0.4ml、0.4-0.8ml、0.8-2ml或2-10ml的体积。在某些实施例中，混合步骤在包含一个或多个腔室的流体结构中进行，并且每个腔室具有范围约为0.01-0.1ml、0.1-0.2ml、0.2-0.4ml、0.4-0.8ml、0.8-2ml或2-10ml的体积。
在各种实施例中，流体结构位于卡盒装置内，以防止或限制样品、试剂或样品混合物暴露于卡盒外部的环境。在各种实施例中，流动室位于卡盒装置内，以防止或限制样品流暴露于卡盒外部的环境。在各种实施例中，位于卡盒装置内的流量传感器用于防止或限制样品流暴露于卡盒外部的环境。
在各种实施例中，流动室具有范围约为1-10μm、10-40μm、40-100μm或100-200μm的宽度。在各种实施例中，流动室具有范围约为1-10μm、10-40μm、40-100μm或100-200μm的深度。在各种实施例中，流动室具有范围约为1-10μm、10-100μm、100-1,000μm、1,000-10,000μm或10,000-50,000μm的长度。在各种实施例中，在流动室中形成的样品流具有与流动室相同尺寸的横截面。
在某些实施例中，流动室具有范围约为1-10μm、10-40μm、40-100μm或100-200μm的宽度以及范围约为1-10μm、10-40μm、40-100μm或100-200μm的深度；并且样品流具有与流动室相同尺寸的横截面。
在各种实施例中，当从样品流测量光学信号时，流动室中的样品流具有范围为0.001-0.01、0.01-0.1、0.1-1、1-50、50-200或200-1000μl/min的流率。在各种实施例中，流动室处从样品流测量的光学信号包含散射光、反射光、透射光、荧光、光吸收、光消散或白光图像或其组合。
在各种实施例中，当从样品流测量感测信号时，流量传感器中的样品流具有范围为0.001-0.01、0.01-0.1、0.1-1、1-50、50-200或200-1000μl/min的流率。在各种实施例中，从流量传感器处的样品流测量的感测信号包含光学信号。在各种实施例中，光学信号包含通过样品流的光传输和/或来自样品流的光反射。
在各种实施例中，样品流在流动室和流量传感器中具有相同的流率。
在各种实施例中，试剂包含用荧光选择性标记样品中的目标颗粒的荧光标记剂，并且来自样品流的光学信号包含荧光。
在各种实施例中，每个样品流在流动室中分别形成和测量。在各种实施例中，将至少两种分开的样品混合物转移到同一流动室中以形成至少两个单独的样品流。在一些实施例中，连续地(即，一个紧接一个地)形成至少两个单独的样品流。在其他实施例中，至少两个单独的样品流非连续地形成(即，不是一个紧接一个地立即形成)。在各种实施例中，至少一个样品流包含白细胞作为在流动室中被检测的目标颗粒，并且至少另一个样品流包含红细胞和/或血小板细胞作为在流动室中被检测的目标颗粒。
在各种实施例中，流量传感器中的流体通道具有范围约为0.001-0.05mm、0.05-1mm或1-5mm的通道宽度，以及范围约为0.001-0.01mm、0.01-0.5mm、0.5-1mm或1-2mm的通道深度；并且流动室和流量传感器中的样品流具有相同的流率。
在某些实施例中，在至少一个基本流体单元中进行混合，基本流体单元包含：被配置成容纳流体的腔室；连接到腔室的通气孔，其中通气孔连接到气动压力源、环境压力或大气压力；连接到腔室的微流体通道；以及在微流体通道上的阀。在各种实施例中，基本流体单元的腔室具有范围约为0.01-0.1ml、0.1-0.2ml、0.2-0.4ml、0.4-0.8ml、0.8-2ml或2-10ml的体积。在各种实施例中，基本流体单元的微流体通道具有范围约为0.001-0.01mm2、0.01-0.1mm2、0.1-0.25mm2、0.25-0.5mm2、0.5-1mm2、1-2mm2或2-10mm2的横截面。
在某些实施例中，混合是在至少一个基本流体单元中进行的，基本流体单元包含：被配置成容纳流体的腔室，其中腔室具有范围约为0.01-0.1ml、0.1-0.2ml、0.2-0.4ml、0.4-0.8ml、0.8-2ml或2-10ml的体积；连接到腔室的通气孔，其中通气孔连接到气动压力源、环境压力或大气压力；连接到腔室的微流体通道，其中微流体通道具有范围约为0.001-0.01mm2、0.01-0.1mm2、0.1-0.25mm2、0.25-0.5mm2、0.5-1mm2、1-2mm2或2-10mm2的横截面；以及在微流体通道上的阀。
在各种实施例中，当外部致动机构应用于卡盒装置时，样品混合物从腔室转移到流动室中以形成样品流。在各种实施例中，外部致动机构包含气动压力源。在各种实施例中，外部致动机构被配置用于形成具有范围为0.001-0.01、0.01-0.1、0.1-1、1-50、50-200或200-1000μl/min的流率的这些样品流。在某些实施例中，当外部致动机构应用于卡盒装置且外部致动机构包含气动压力源时，样品混合物从腔室转移到流动室中以形成样品流。
在各种实施例中，目标颗粒具有范围为0.1-1μm、1-10μm、10-15μm、15-30μm、30-50μm或50-100μm的尺寸。在各种实施例中，这些目标颗粒具有在每μl样品蒸汽范围为1-100、100-1000、1000-5000、5000-20,000或20,000-50,000个目标颗粒的浓度。在某些实施例中，目标颗粒具有范围为0.1-1μm、1-10μm、10-15μm、15-30μm、30-50μm或50-100μm的尺寸；并且目标颗粒具有在每μl样品蒸汽范围为1-100、100-1000、1000-5000、5000-20,000或20,000-50,000个目标颗粒的浓度。
在各种实施例中，目标颗粒包含细胞、植物细胞、动物细胞、血细胞、白细胞、红细胞、血小板细胞、病毒、细菌、真菌、酵母、小珠、荧光珠或非荧光珠；或蛋白质、酶、核酸、多糖或多肽的其他颗粒；或与生物标记结合的其他颗粒；或它们的组合。
图1示出了在卡盒中使用的基本流体单元的一个非限制性示例。基本流体单元1001具有腔室1002、通气孔1003和至少一个微流体通道1004，微流体通道1004进入腔室并在微流体通道上具有阀1005。基本流体单元1001的操作取决于重力或用作重力替代物(例如离心力)以将流体保持在适当位置的任何其他力。另外，基本流体单元1001使用诸如气动压力的另一力来转移流体。关于流体单元1001的设计、操作和制造的更多信息可以在美国申请第15/176,729号和PCT申请PCT/US16/36426中找到，其全部内容通过引用并入本文，如同完全阐述的一样。在一些实施例中，阀1005可以是被动阀。在其他实施例中，阀1005可以是主动阀。在某些实施例中，阀1005可以是被动阀和主动阀的混合或组合。在其他实施例中，阀1005可以是本领域普通技术人员已知的任何设计。
图2A-2D示出了被动阀的几个非限制性示例。也可以使用本领域技术人员已知的其他被动阀设计。图2A是具有带亲水内表面的通道和疏水表面补片的被动阀设计。图2B是具有带疏水内表面的通道和亲水表面补片的被动阀设计。图2C是被动阀设计，其具有沿流动方向的通道横截面的放大，并且通道具有亲水表面。图2D是被动阀设计，其沿着流动方向具有窄的通道横截面，并且通道具有疏水表面。
图3A-3C示出了主动阀的几个非限制性示例。也可以使用本领域技术人员已知的其他主动阀设计。图3A示出了包括柔性膜3001和基底3002的阀设计。当柔性膜3001远离基底3002弯曲时，阀处于“打开”状态以允许流体流通过。当柔性膜3001朝向基板3002弯曲而没有留下间隙时，阀处于“关闭”状态并且流体流不能通过。图3B示出了具有可移动膜3003和基板3004的阀设计。当可移动膜3003远离基板3004时，在入口和出口之间存在流体路径3005，并且阀处于“打开”状态。当可移动膜靠近基板而没有留下间隙时，在入口3006和出口3007之间没有流体路径，并且阀处于“关闭”状态。图3C示出了在通道上具有塞子3008的阀设计。当塞子3008从通道拉开而离开基底3009时，通道处于“打开”状态，允许流体从入口3010流到出口3011。当塞子3008插入到通道中而接触基底3009时，通道处于“关闭”状态，并且在入口3010和出口3011之间没有流体路径。塞子3008可由固体材料、聚合物、弹性体、凝胶、蜡、硅油或其他材料制成。当使用主动阀时，可以使用附加的致动机构来操作阀。
图4A示出了在基本流体单元4001中实施被动阀的另一非限制性示例。在一个实施例中，从腔室4002到通道4004的过渡区域4005提供了流动通道的横截面缩小。当过渡区域4005内的通道内表面和腔室内表面都是疏水的时，如图4B所示，过渡区域4005等效于疏水通道的突然缩小，并且用作被动阀以阻止腔室4002中的流体进入通道4004。当过渡区域4005内的通道内表面和腔室内表面都是亲水的时，如图4C所示，过渡区域相当于疏水通道的突然扩大，并且用作被动阀以阻止通道4004中的流体进入腔室4002。本领域技术人员已知的被动阀的其他设计也可以被实施。
图5示出了表示如本文所述的基本流体单元的符号图，其中基本流体单元5001包括腔室5002、通气孔5003和至少一个进入腔室并在微流体通道上具有阀5005的微流体通道5004。阀5005可以是被动阀、主动阀或两者的混合或组合。在一些实施例中，基本流体单元5001可以具有一个或多个进入腔室5002的微流体通道(每个具有阀)(参见，例如，美国申请第15/176,729号和PCT申请PCT/US16/36426，其全部内容通过引用并入本文，如同完全阐述的一样)。
在各种实施例中，本公开提供具有至少一个如本文所述的基本流体单元的流体卡盒。在各种实施例中，流体卡盒可具有附加的流体结构。另外的流体结构的一个示例是用于细胞计数分析的一个或多个流动室。对于常规的流式细胞计数器，流动室通常具有几百微米的芯直径(core diameter)。为了获得较小芯直径(例如，几微米至几十微米)的样品流，流动室利用鞘流来聚焦样品流。在一些实施例中，如本文所述的流体卡盒包括具有鞘流的常规流动室。
在其他实施例中，本文所述的流体卡盒包括无鞘流的流动室，而不是具有鞘流的常规流动室。无鞘流动室具有流体通道，流体通道具有根据目标样品流直径选择的芯直径。例如，可以使用具有30μm直径的流体通道来实现具有30μm直径的目标样品流。另外，流动室的通道对于某些激发光和发射光波长可以是透明的，从而可以测量来自流动室中样品的光学信号(图6A)。图6B示出了表示如本文所述的无鞘流动室的符号图。因为流动室不利用鞘流，所以样品流具有与流动室相同尺寸的横截面。
另外的流体结构的另一个示例是用于检测样品流的一个或多个流量传感器。本文描述了这种流量传感器的设计和操作，其在通道上具有一个或多个感测区以检测通道中液体的存在和/或测量流体置换体积、流体塞的体积、流率或流速等。关于流量传感器的设计、操作和制造的更多信息可以在美国申请15/209,226和PCT申请PCT/US16/42089中找到，其全部内容通过引用并入本文，如同完全阐述的一样。图7A示出了流量传感器的一个非限制性示例，其沿着流体通道的长度具有两个感测区。传感器检测通道内是否存在与感测区重叠的流体。填充两个感测区之间的通道的流体的体积可以由通道的已知几何形状确定。图7B是表示这种设计的符号图。图8A示出了流量传感器的另一非限制性示例，其沿着流体通道的长度仅具有一个感测区。图8B是表示这种设计的符号图。
在本文所描述的是各种流体单元和附加的流体结构，它们可以在各种配置中一起使用以实现流式细胞计数分析的功能，该功能整合了样品制备并在自包含的卡盒中进行绝对计数。
图9A示出了一个示例性配置，其中基本流体单元9001、无鞘流动室9007和具有两个感测区9011和9012的流量传感器9009通过流体导管9006和9008串联连接。在一些实施例中，流动室9007的上游端连接到基本流体单元9001的微流体通道9004，并且流动室9007的下游端连接到流量传感器。在特定配置中，单元9001的腔室9002中的样品将首先通过流动室，然后通过用于细胞计数分析的流量传感器。
当使用这种配置进行细胞计数分析时，如图9B所示，可以首先将流体样品9101装载到腔室9002中。然后可以向基本流体单元9001的通气孔9003和流量传感器的出口9010施加气动压力。当通风口9003处的气动压力高于端口9010处的气动压力时，产生压力差，将样品9101从腔室9002泵送到用于细胞计数分析的流动室9007中，然后泵送到用于体积测量的流量传感器9009中。当阀9005是被动阀时，足够高的压差可以泵送流体样品以通过阀9005。当阀9005是主动阀时，在压力可以泵送流体样品9101通过阀9005之前，阀9005可以切换到打开状态。
在施加气动压力之后，连续记录在流动室9007中细胞计数分析的数据。记录的数据包括作为阵列(A,T)的沿着时间T测量的物理信号A(光发射、电阻抗等)。图9C示出记录数据的一个示例，其中信号A的幅度相对于时间T绘制。在细胞计数器中检测到的颗粒数目由信号A中的峰的数目确定。同时，随着样品继续通过流量传感器9009，记录样品到达第一感测区9011的时间点T1，也记录样品到达第二区9012的时间点T2。如图9C的示例所示，根据记录信号(A,T)可以确定在T1和T2之间检测到的颗粒数量N。用于填充感测区9011和感测区9012之间的通道的流体体积V0是来自流量传感器设计的已知参数(参见例如美国申请15/209,226和PCT申请PCT/US16/42089，其全部内容通过引用并入本文，如同完全阐述的一样)。因为无鞘流动室仅包含用于分析的流体样品(没有鞘流)，所以两个感测区之间的流体体积可用于确定流动室9007中分析的样品的体积。因此，然后可以将绝对计数计算为：
绝对计数＝N/V0 [1]
除了使用绝对计数进行细胞计数分析的功能之外，图9A-9C中的示例还具有以下特征：整个流体结构可以在自包含的卡盒装置中实施。该卡盒装置可以是具有附加密封层的塑料模制件。
图10A示出另一示例性配置，其中流量传感器10007通过流体导管10006连接到基本流体单元10001的微流体通道10004。同时，无鞘流动室10009通过流体导管10008连接在流量传感器10007的下游。在该示例中，计数的细胞数目N由时间点T1+ΔT和T2+ΔT之间的信号(A,T)确定，如图10B所示，其中ΔT可以是任何经验值，以补偿到达第一感测区10011的样品和到达流动室10009的样品之间的时间延迟。类似于以上讨论的图9A的操作，图10A的配置还可以用于使用绝对计数进行细胞计数分析：
绝对计数＝N/V0 [2]
图11A示出另一示例性配置，其中基本流体单元11001、无鞘流动室11007和具有一个感测区11012的流量传感器11009通过流体导管11006和11008串联连接。在一些实施例中，流动室的上游端连接到基本流体单元11001的微流体通道11004，并且流动室的下游端连接到流量传感器。在该示例性配置中，单元11001的腔室11002中的样品首先通过流动室，然后通过用于细胞计数分析的流量传感器。在该示例中，如图11B所示，时间点T1＝0(当流动室开始检测颗粒时)和T2(当样品到达感测区11012时)用于根据记录信号(A,T)确定总颗粒计数N。另外，用于获得颗粒计数N的流体体积V1包括流量传感器11007和流量传感器11009的感测区11012之间的总流体导管体积。流体体积V1是从流体设计已知的参数。类似于以上讨论的图9的操作，图10的配置还可以用于使用绝对计数进行细胞计数分析：
绝对计数＝N/V1 [3]
图12A示出了另一示例性配置，其中两个基本流体单元12101和12201与无鞘流动室12301和流量传感器12401串联使用。流体导管12001将基本流体单元12101的微流体通道12104(具有阀12105)与基本流体单元12201的微流体通道12204(具有阀12205)连接。单元12201具有第二微流体通道12206(具有阀12207)，其通过流体导管12002连接到流动室12301的上游端。流动室12301的下游端还通过流体导管12003连接到流量传感器12401。在该示例中，流量传感器12401具有两个感测区12402和12403。
对于细胞计数分析，气动压力施加到三个端口，包括单元12101(P1)的通气孔12103、单元12201的通气孔12203(P2)和流量传感器12401的下游端口12404(P3)。通过控制施加的气动压力(P1、P2和P3)、流体样品可以在腔室12102和腔室12202之间转移，并且进一步转移到流动室中用于使用绝对计数进行细胞计数分析。
图12B的图示中示出了控制气动压力(P1、P2和P3)和相应的流体转移的示例性方法。当流体样品处于第一腔室(腔室12102)中时，通过施加气动控制(P1>P0且P2＝P3＝P0)，流体样品可从第一腔室转移到第二腔室(腔室12202)中。类似地，通过施加气动控制(P1<P0且P2＝P3＝P0)，流体样品可以从第二腔室转移到第一腔室中。当流体样品在第二腔室中时，通过施加气动控制(P1＝P2＝P0且P3<P0)，流体样品可以从第二腔室转移到流动室和流量传感器中用于细胞计数分析。在该示例性气动控制方法中，在操作过程中，第二腔室P2的通气孔保持在恒定压力P2＝P0。遵循本公开和申请人先前公开的教导(参见例如美国申请US15/176,729和PCT申请PCT/US16/36426，其全部内容通过引用并入本文，如同完全阐述的一样)，也可以使用其他方法来控制配置中的流体转移。例如，通过应用气动控制(P1＝P2>P0且P3＝P0)，可以将第二腔室中的流体样品从第二腔室转移到流动室和流量传感器中用于细胞计数分析。在某些实施例中，P0是其中操作流体配置的大气压力。
利用气动控制方法，可以将样品以流体配置转移，用于使用绝对计数进行细胞计数分析。例如，流体样品可以首先被引入第一腔室(腔室12102)。然后将样品转移到第二腔室(腔室12202)中。然后可以驱动样品通过流动室和流量传感器，用于如上所述的绝对计数的细胞计数分析。在另一个示例中，流体样品可以首先被引入到第二腔室中，然后被驱动通过流动室和流量传感器，用于使用绝对计数进行细胞计数分析。在另一个示例中，流体样品A可以首先被引入第一腔室，而流体样品B可以首先被引入第二腔室，然后两个样品可以在输送到流动室用绝对计数的计数器分析之前在两个腔室之间转移进行多个混合循环。混合动作包括流体样品沿一个方向从第一腔室移动到第二腔室中，然后沿相反方向从第二腔室移动到第一腔室中，反之亦然。在一些实施例中，流体样品A具有预定体积。在某些实施例中，流体样品B具有预定体积。
在另一个实施例中，流体样品A可以首先被引入到第一腔室12102中并且流体样品C可以首先被装载到流体导管12001中。通过在两个腔室之间转移流体样品，流体A和流体C可以混合在一起，然后输送到流动室用绝对计数进行细胞计数分析。离开流量传感器出口的样品可以设置或收集在贮存器中。在使用贮存器收集流出样品的实施例中，该实施例的流体配置以自包含的方式实现样品制备、细胞计数分析和绝对计数功能，而不需要在流体结构和外部环境之间交换流体样品。这种实施例可用于不同生物样品的细胞计数分析。例如，流体样品C可以是生物样品，比如来自人体的全血。流体样品A可以是含有靶向特定细胞类型的荧光团缀合的抗体的试剂，例如，全血中的CD4+淋巴细胞。通过将这两种流体混合在一起，然后测量流动室中的混合物，实现了CD4+淋巴细胞的绝对计数。在另一个示例中，流体样品C可以是人全血，而流体样品A可以是选择性靶向红细胞(RBC)的裂解溶液。将两种流体混合在一起并温育混合物一段时间后，在流动室中测量混合物用于细胞计数分析，比如白细胞(WBC)的绝对计数。
图12C示出了示例性流体配置，其中附加的流体导管12004连接到流体导管12001以引入初始样品C。可以经由端口12006将样品引入流体导管12001中。然后可以关闭阀12005以密封导管12004，防止样品离开端口12006。在一些实施例中，流体导管12001可用于收集预定体积的初始样品。在一些实施例中，阀12005可以是血液凝结阀(参见，例如，美国专利第8,845,979号，其全部内容通过引用并入本文，如同本文完全阐述的一样)。本领域技术人员已知的其他方法也可用于引入初始样品。
在一些实施例中，贮存器腔室可以连接到流量传感器的出口以在细胞计数分析之后收集流体样品。如图12D的示例性流体配置所示，具有通气孔12502的贮存器12501可通过流体导管12503连接到流量传感器的出口12404。利用这个额外的贮存器，可以通过控制贮存器的通气孔12502处的气动压力P4来调节气动压力P3。该流体配置的示例性操作在图12E中示出。
在其他实施例中，附加的流体结构可以连接到一个或多个基本流体单元，实现附加的操作功能。图12F示出了这些实施例的一个示例。与图12A的示例相比，第二基本流体单元12201具有第三微流体通道12208(具有阀12209)，其通过流体导管12007连接到具有通气孔12602的贮存器结构12601。通气孔12602对应于气动压力P5。流体样品D首先储存在贮存器12601中。图12G示出了用于操作该配置的气动控制。通过应用气动控制(P5>P0且P2＝P0)，将首先储存在贮存器12601中的样品D转移到第二腔室12202中。用于细胞计数分析的其余气动操作可以与图12B中的示例相同。
在又一示例性配置中，如图13A所示，有三个基本流体单元13101、13201和13301。单元13101和13201分别具有微流体通道13104(具有阀13105)和13204(具有阀13205)。单元13301具有三个微流体通道13304(具有阀13305)、13306(具有阀13307)和13308(具有阀13309)。流体导管13001连接通道13104和13304，而另一流体导管13002连接通道13204和13306。流体单元13302还通过流体导管13003连接到无鞘流动室13401的上游端口，而流动室13401的下游端口通过流体导管13004连接到流量传感器13501。通过控制基本流体单元13103(P1)、13203(P2)和13303(P3)的通气孔处的气动压力，以及通过控制流量传感器(P4)的出口端口13504的气动压力来操作该流体配置。
图13B示出了控制气动压力(P1、P2、P3和P4)和相应的流体转移的示例性方法。通过施加气动控制(P1>P0且P2＝P3＝P4＝P0)，可以将第一腔室(13102)中的流体样品转移到第三腔室(13302)中，而通过施加气动控制(P1<P0且P2＝P3＝P4＝P0)，可以将第三腔室中的流体样品转移到第一腔室中。类似地，第二腔室(13202)中的流体样品可通过施加气动控制(P2>P0且P1＝P3＝P4＝P0)而转移到第三腔室中，而第三腔室中的流体样品可通过施加气动控制(P2<P0且P1＝P3＝P4＝P0)而转移到第二腔室中。同时，通过施加气动控制(P4<P0，P1＝P2＝P3＝P0)，可以将第三腔室中的流体样品转移到流动室和流量传感器中进行细胞计数分析。在该示例性气动控制方法中，第三腔室P3的通气孔在操作过程中保持在恒定压力P3＝P0。遵循本公开和申请人先前公开的教导(参见，例如，美国申请15/176,729和PCT申请PCT/US16/36426，其全部内容通过引用并入本文，如同本文完全阐述的一样)，也可以使用其他方法来控制该配置中的流体转移。
该流体配置和流体转移图可以用于进行更复杂的样品制备和细胞计数分析。例如，如图13C所示，流体样品A1首先被引入第一腔室，流体样品A2首先被引入第二腔室。同时，流体样品B1和B2分别被引入流体导管13001和13002。通过施加气动控制(P1>P0且P2＝P3＝P4＝P0)，流体样品A1和B1被转移到第三腔室中。通过施加气动控制(P4<P0且P1＝P2＝P3＝P0)，将A1和B1的样品混合物转移到无鞘流动室和用于细胞计数分析的绝对计数的流量传感器中。在细胞计数分析之后，如果样品混合物的任何残余物留在第三腔室中，则可通过施加气动控制(P1<P0且P2＝P3＝P4＝P0)将其转移回第一腔室中，并因此使第三腔室变空以准备用于分析其他样品。在细胞计数分析之前，如果样品混合物的混合均匀性是设计考虑因素，可以依次施加气动控制(P1<P0且P2＝P3＝P4＝P0)和(P1>P0且P2＝P3＝P4＝P0)以将混合物从第三腔室移动到第一腔室中，然后从第一腔室再次返回到第三腔室中。引入样品的混合作用。可以重复该步骤以获得期望的混合均匀性。在这些流体转移步骤中，流体样品A2和B2不移动。这是通过保持气动压力(P2＝P3)来实现的。接下来，可以通过施加气动控制(P2>P0且P1＝P3＝P4＝P0)将流体样品A2和B2转移到第三腔室中。然后通过施加气动控制(P4<P0且P1＝P2＝P3＝P0)将样品A2和B2的混合物转移到用于细胞计数器的流动室中。如果混合均匀性是理想的，则第二腔室和第三腔室之间的重复转移步骤也可以类似于第一和第三腔室之间的重复转移步骤进行。在某些实施例中，流体样品A1具有预定体积。在某些实施例中，流体样品A2具有预定体积。在某些实施例中，流体样品B1具有预定体积。在某些实施例中，流体样品B2具有预定体积。
该流体配置和流体转移图可以用于实施各种生物样品的细胞计数分析。例如，流体样品A1可以是用于RBC分析的稀释缓冲液，而样品B1可以是全血，而样品A2可以是用于WBC分析的溶解缓冲液，而样品B2可以是全血。A1和B1可以被转移到第三腔室中以形成混合物，然后进入到流动室中以计数和分析血液中的RBC和血小板。然后将A2和B2转移到第三腔室中以形成混合物，然后转移到流动室中以计数和分析血液中的WBC。可以使用血液学分析仪领域的技术人员已知的不同稀释缓冲液和裂解缓冲液。这样，流体配置可用于实现广泛用于临床试验的全血计数(CBC)分析。
图12A-12G和图13A-13C分别示出了具有两个和三个基本流体单元的示例。在其他实施例中，在该配置中可以使用更基本的流体单元以实现额外的复杂性。在图12A-12G和图13A-13C的示例中，用于连接基本流体单元的流体导管(例如，流体导管12001、流体导管13001和流体导管13002)是流体通道。在其他实施例中，具有额外复杂性的流体结构可用作流体导管。
图14A示出了具有四个基本流体单元14101、14201、14301和14401的示例。四个单元14010、14201和14401中的每一个具有带阀的微流体通道。单元14301具有四个微流体通道，包括通道14304(具有阀14305)、通道14306(具有阀14307)、通道14308(具有阀14309)和通道14310(具有阀14311)。基本流体单元14101通过流体导管14001连接到基本流体单元14301。基本流体单元14201通过流体导管14002连接到基本流体单元14301。基本流体单元14401通过流体导管14003连接到基本流体单元14301。无鞘流动室14501的上游通过流体导管14004连接到基本流体单元14301，而流动室14501的下游通过流体导管14005连接到具有两个感测区14602和14603的流量传感器14601。流量传感器14601然后连接到具有通气孔14702的贮存器腔室14701。同时，样品A1可以首先储存在基本流体单元14101的腔室14102中，样品A2可以首先储存在基本流体单元14201的腔室14202中，样品A3可以首先储存在基本流体单元14401的腔室14402中。另外，样品B1可以由入口14801通过具有阀14803的流体导管14801引入流体导管14001。阀14803可以在引入样品之后关闭。在一些实施例中，流体导管14001可用于收集预定体积的样品。类似地，样品B2可以由入口14901通过具有阀14903的流体导管14902引入流体导管14002。阀14903可以在引入样品之后关闭。在一些实施例中，流体导管14002可用于收集预定体积的样品。
下面描述控制气动压力(P1、P2、P3、P4和P5)的示例性方法，并且在图14B的图示中示出相应的流体转移。当在这两个端口之间存在气动路径时(例如，当在贮存器14701中存在空气路径以平衡通气孔14702和端口14604时)，贮存器14701的通气孔14702处的气动压力P5与流量传感器14601的下游端口14604处的压力P5’平衡。通过施加气动控制(P1>P0且P2＝P3＝P4＝P5＝P0)，可以将第一腔室(14102)中的流体样品转移到第三腔室(14302)中，而通过施加气动控制(P1>P0且P2＝P3＝P4＝P5＝P0)，可以将第三腔室中的流体样品转移到第一腔室中，其中P0是大气压力。可以通过施加气动控制(P2>P0且P1＝P3＝P4＝P5＝P0)将第二腔室(14202)中的流体样品转移到第三腔室中，而可以通过施加气动控制(P2<P0且P1＝P3＝P4＝P5＝P0)将第三腔室中的流体样品转移到第二腔室中。类似地，通过施加气动控制(P4>P0且P1＝P2＝P3＝P5＝P0)，可以将第四腔室(14402)中的流体样品转移到第三腔室中，而通过施加气动控制(P4<P0且P1＝P2＝P3＝P5＝P0)，可以将第三腔室中的流体样品转移到第四腔室中。同时，通过施加气动控制(P5<P0，P1＝P2＝P3＝P4＝P0)，可以将第三腔室中的流体样品转移到流动室和流量传感器中进行细胞计数分析。在该示例性气动控制方法中，第三腔室P3的通气孔在操作过程中保持在恒定压力P3＝P0。遵循本公开和申请人先前公开的教导(参见，例如，美国申请15/176,729和PCT申请PCT/US16/36426，其全部内容通过引用并入本文，如同完全阐述的一样)，也可以使用其他方法来控制该配置中的流体转移。
在各种实施例中，无鞘流动室是通过不同的信号如荧光、光散射、光吸收和光消散、白光成像等检测和测量流体样品流中的目标颗粒的地方。来自光源的激发光(EL)束可以被成形并用于照流体动室的指定感测区，并触发来自目标颗粒的上述信号。
无鞘流动室可以是具有各种几何形状的流体通道。图15A-15D示出了流动室的几个示例的顶视图(在x-y平面中)。顶视图(x-y平面)被定义为垂直于激发光方向(z轴)的平面。长度被定义为沿样品流(x轴)的通道尺寸、宽度被定义为沿y轴的尺寸、深度被定义为沿z轴的通道尺寸。图15B示出了宽度逐渐减小的流动室的示例，其中最大宽度为W1，且最小宽度为W2。在其他实施例中，流动室可以具有逐渐增加的宽度。图15C示出了具有非逐渐变化的宽度的流动室的示例，其中最大宽度是W1，且最小宽度是W2。图15D示出了在沿着通道长度的不同位置处具有固定宽度(W1＝W2＝W0)的流动室的示例。在一些实施例中，最大宽度W1和最小宽度W2的差值在指定的差值内。宽度差范围的非限制性示例是(W1-W2)/W2≤20％。通道宽度和深度的范围被选择为足够大，使得目标颗粒(例如，生物样品中的细胞)可以通过流动室而不阻塞流动室。同时，它们被选择得足够小以最小化流式细胞计数分析中的重合误差。最小宽度W1可以在1-10μm、10-40μm、40至100μm或100至200μm的范围内。通道的深度可以在1μm至10μm、10μm至40μm、40μm至100μm或100μm至200μm的范围内。通道的横截面(在y-z平面中)可以具有矩形、梯形、圆形、半圆形的形状或任何其他形状。流动室的长度应该足够长以光学检测样品流中颗粒，并且同时足够短以减小流过的样品流的流动阻力。在各种实施例中，流动室的长度可以在约为1-10μm、10-100μm、100-1,000μm、1,000-10,000μm或10,000-50,000μm的范围内。
由于无鞘流动室用于光学测量，通道的至少一个表面对于测量中涉及的光波长是透明的。用于形成通道表面的材料可以是任何透明材料，例如玻璃、石英和塑料，包括但不限于环烯烃共聚物(COC)、环烯烃聚合物(COP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)和聚-氯-三氟乙烯(PCTFE)材料，比如阿克拉(Aclar)等。
用于在流动室中分析的流体样品可以是多个颗粒的流体悬浮液。例如，流体样品可以是含有不同细胞，比如白细胞、红细胞和血小板的血液样品。在另一个示例中，流体样品可以是血液样品，其中某些类型的细胞，比如白细胞保持完整，而其他类型的细胞，比如红细胞已经被溶解。在另一个示例中，流体样品可以是其中某些类型的细胞已经用荧光团标记的血液样品。在另一个示例中，流体样品可以是细胞和其他颗粒的混合物，比如非荧光珠和/或荧光珠。在其他示例中，流体样品也可以是其他生物样品，比如脑脊液、尿液、唾液、精液等。
当颗粒流过无鞘流动室时，可以测量各种光学信号来检测和表征颗粒。可测量信号包括但不限于荧光、光散射、光吸收、光区分等。图16A示出了多个颗粒流过流动室用于检测的示例。样品中的所有颗粒以逐一的方式流过。在激发光(EL)的照射下，每个单元可以被表征用于包括但不限于荧光(FL)和光散射(LS)的光学信号。图16B示出了另一个示例，其中多个颗粒流过流动室用于检测。一些颗粒在彼此重叠的同时流过。然而，如果仅考虑目标颗粒，则它们仍然以逐一的方式流过而不与其他目标颗粒重叠。在这种情况下，来自目标颗粒光散射可以被与它们重叠的其他颗粒阻挡。然而，如果这些颗粒预先用特定荧光团处理以与其他颗粒区分，则仍然可以测量包括但不限于荧光学信号的其他信号以检测这些目标颗粒。在一些实施例中，其他颗粒可以是非荧光的或者用不同于目标颗粒的荧光团处理。
在一个实施例中，流体样品可以是其中白细胞用荧光团标记并且红细胞不用荧光团标记的血液样品。当标记的白细胞逐一通过流动室时，可以测量相应的荧光学信号以检测和表征白细胞，即使当存在与它们重叠的红细胞时。在另一个实施例中，流体样品可以是白细胞被用荧光团标记且红细胞被裂解的血液样品。当标记的白细胞逐一通过流动室时，可以从这些细胞同时测量相应的荧光学信号和光散射信号用于检测和表征。在另一个实施例中，流体样品可以是其中存在荧光团标记的白细胞和荧光珠的血液样品。当这些白细胞和小珠逐个通过流动室时，它们可以通过相应的荧光学信号检测。没有荧光或具有不同荧光波长的其他细胞不妨碍测量。在另一个实施例中，流体样品可以是血液样品，其中存在红细胞和小珠以及其他细胞。当细胞逐一通过时，可以测量光散射信号以检测和表征红细胞和小珠。在另一个实施例中，小珠可以用荧光团标记，因此它们可以通过光散射信号或通过荧光学信号或通过这两种信号与红细胞区分。
无鞘流动室和流量传感器的组合利用颗粒的绝对计数实现了细胞计数分析的所需功能。图17A示出了一个示例性设计，其中流动室17101的出口17103通过流体导管17001联结到流量传感器17201的入口17202。在某些实施例中，流动室17101的出口可以直接联接至流量传感器17201的入口17202，而无需额外的流体导管。流量传感器17201具有两个感测区17204和17205。流体样品流入流动室17101的入口17102，然后流出流量传感器17201的出口17203。记录在流动室17101中测量的信号，如图17B所示。时间T0是当在流动室17101中开始检测到样品时、T1是当流体样品经过感测区17204时、T2是当流体样品经过感测区17205时。从时间T1到T2，在流动室17101中检测到的目标颗粒的总数是N。两个感测区17204、17205之间的流体体积V0是来自流量传感器设计的已知参数。因为流动室17101具有无鞘设计，所以流过流动室17101的流体的体积仅仅是流体样品。因此，在T1和T2之间的流动室17101中测量的样品体积等于V0。在该设计中，绝对计数确定为：
绝对计数1＝N/V0 [4]
图17C示出了另一示例性设计，其中流量传感器17201仅具有一个感测区17205。图17D是从该设计测量的信号，其中时间T0是当在流动室中开始检测样品时、T2是当流体样品通过感测区17205时。从时间T0到T2，在流动室中检测到的目标颗粒的总数是N’。体积V0’是填充从流动室17101到感测区17205的流体导管的总流体体积。在该设计中，绝对计数确定为：
绝对计数2＝N’/V0’ [5]
图18A示出另一示例性设计，其中流动室18101的入口18102通过流体导管18001连接到流量传感器18201的出口18203。流量传感器18201具有两个感测区18204和18205。流体样品流入流量传感器18201的入口18102，然后流出流量传感器18201的出口18203。记录在流动室18101中测量的信号，如图18B所示。T1是当流体样品经过感测区18204时、T2是当流体样品经过感测区18205时。在该示例中，计数的单元数量N”由时间点T1+ΔT和T2+ΔT之间的信号(A,T)确定，如图18B所示，其中ΔT可以是任何经验值，以补偿到达第一感测区18204的样品和到达流动室18101的样品之间的时间延迟。从时间T1+ΔT到T2+ΔT，在流动室中检测到的目标颗粒的总数是N”。两个感测区18204，18205之间的流体体积V0是来自流量传感器18201的设计的已知参数。在该设计中，绝对计数确定为：
绝对计数3＝N”/V0 [6]
流动室18101和流量传感器18201的这种组合可以用于测量颗粒或细胞。目标颗粒的大小取决于流动室18101的大小，其可以在0.1-1μm、1-10μm、10-15μm、15-30μm、30-50μm或50-100μm的范围内。为了最小化堵塞无鞘通道的风险，被测量的颗粒的尺寸应该小于流动室18101的尺寸，并且尺寸差异可以在1-5μm、5-10μm、10-20μm或20-50μm的范围内。为了最小化细胞计数分析的重合误差，流体样品中的目标颗粒的浓度可以在每μl样品1-100、100-1000、1000-5000、5000-20,000或20,000-50,000个颗粒或细胞的范围内。
当目标颗粒是生物细胞时，无鞘流动室中过快的流速可能引入剪切力并可能裂解细胞。因为无鞘流动室具有类似于目标颗粒的尺寸，这对样品的流率施加了限制。流率可以在每分钟(μl/min)0.001-1、1-50、50-200或200-1000的范围内。在某些实施例中，这些范围可以是1-50或50-200μl/min。对于在独立卡盒中实施时的尺寸考虑，流体样品体积的范围可以由卡盒尺寸限制。流量传感器的体积和样品的总体积可以在0.1-1μl、1-200μl、200-1000μl、1-5ml或5-30ml的范围内。在某些实施例中，该范围可以是1-200μl、200-1000μl或1-5ml。在某些实施例中，通过考虑样品体积和流率，测量在少于10分钟内完成。
如图9A-14B所示的实施例所示，通过进一步将无鞘流动室和流量传感器的组合与基本流体单元结合，样品制备步骤可以进一步与包括绝对计数的细胞计数分析结合。上述功能的整合使得流体结构能够作为用于细胞计数分析的独立结构来操作，而在流体样品已经装载到卡盒中之后不与外部环境进行流体交换。
在流体配置的各种实施例中，气动压力被施加到基本流体单元的通气孔和其他流体结构比如贮存器的附加通气孔(参见例如图12D和图14A)。两个通气孔之间的压差越高，在微流体通道中转移流体的流率越高。当流体样品是含有细胞的生物样品时，受限通道中的高流率可诱导大剪切力以裂解细胞。考虑到这种限制，任何两个施加的压力之间的压差可以在0-1、1-5、5-15或15-30psi的范围内。在某些实施例中，该范围可以是0-1、1-5或5-15psi。在某些实施例中，至少一个通气孔可以连接到环境的大气压力。当至少一个通气孔连接到大气压力时，高于所施加的大气压力的另一压力引入与大气压力相比的正压力差。该正压差可以在0-1、1-5、5-15或15-30psi的范围内。在某些实施例中，该范围可以是0-1、1-5或5-15psi。当至少一个通气孔连接到大气压力时，低于所施加的大气压力的另一压力引入负压差。该负压差可以在0-1、1-5、5-15或15-30psi的范围内。在某些实施例中，该范围可以是0-1、1-5或5-15psi。用于经由任何两个基本流体单元之间的通道转移样品所实现的流率可以在0-1、1-50、50-200或200-1000μl/min或1-10ml/min的范围内。在某些实施例中，该范围可以是1微升至1-50、50-200或200-1000μl/min。
多个基本流体单元和多个无鞘流动室和流量传感器的组合的各种流体配置可以在各种制造结构中实施以形成流体卡盒。在一些实施例中，该卡盒可以插入到用于操作的读取仪中，如图19的示例所示。具有流体结构19102的卡盒19101可以插入到读取仪19201上的对接槽19202中。在一些实施例中，读取仪的控制单元记录来自细胞计数分析的信号。信号的一些示例包括但不限于光学信号，例如荧光、光散射、光吸收等。在一些实施例中，读取仪具有对准机构和特征，以将无鞘流动室与仪器中的光学器件对准，用于光学信号测量。在一些实施例中，读取仪的控制单元还检测来自流量传感器的信号以确定绝对计数。在一些实施例中，读取仪的控制单元还将气动压力源施加到卡盒以驱动流体转移。在一些实施例中，读取仪的控制单元还支持额外的驱动，例如打开或关闭卡盒流体学中的阀结构。在一些实施例中，卡盒是自包含的，并且在卡盒和读取仪之间没有液体样品的交换。在一些实施例中，卡盒不是自包含的，并且读取仪具有机载液体贮存器，并且在读取仪和卡盒之间存在液体交换，比如从读取仪到卡盒中的液体注入。
在一些实施例中，卡盒在插入读取仪之后保持静止，而用于外部连接的接口(例如气动压力源)移动以与卡盒接触。在其他实施例中，该卡盒可以在被插入到读取仪中之后是可移动的，并且被移动以与用于外部连接(比如气动压力源)的接口相接触。
可以用各种制造工艺构建流体结构中的无鞘流动室。在一些实施例中，用于流动室的开放式流体通道可以通过注塑、压花、蚀刻、CNC、激光切割或模切等构建。然后可将盖添加到图案上以形成作为流动室的封闭流体通道。可以通过各种制造工艺，比如热熔接合、热层压、粘合剂接合、溶剂辅助接合、激光焊接和超声波焊接等来添加盖。在此描述了构建无鞘流动室的非限制性示例。在一些实施例中，从在无鞘流动室内部流动的颗粒检测光学信号。流动室的光滑表面对于获得可接受的光学信号是有益的。图20A示出了具有两个工件的无鞘流动室20101的一个示例。横截面图(y-z平面)垂直于样品流动方向(x轴)。底部件20102形成没有盖的通道的三个侧面。顶部件20103将覆盖侧添加到通道，其然后形成封闭通道。底表面20104和顶表面20105可以分别在两片20102和20103中实现用于光学测量的光滑度。图20B示出了构建具有三个部件的无鞘流动室20201的另一个示例。中间件20202形成通道的两侧，没有顶侧和底侧。然后，分别添加底部件20203和顶部件20204。这三个工件一起形成作为流动室的封闭通道。表面20205和20206可以分别在两个工件20203和20204中实现用于光学测量的平滑度。
用于细胞计数分析的卡盒装置可以是任何尺寸。在某些实施例中，卡盒装置容纳在用于测量和分析的读取仪装置中，并且具有范围约为0.1-1cm3、1-5cm3、5-25cm3、25-50cm3或50-200cm3的尺寸。
在本公开的实施例中已经公开了许多变型和替代元件。另外的变型和替代元件对于本领域技术人员来说是显而易见的。在这些变型中，但不限于选择用于本公开的装置和方法的流体单元、部件和结构，以及可用其分析的样品。本公开的各种实施例可以具体地包括或排除任何这些变化或元件。
在一些实施例中，用于描述和要求保护本公开的某些实施例的表示成分的量、性质，比如浓度、反应条件等的数字应理解为在一些情况下由术语“约”修饰。作为一个非限制性示例，本领域普通技术人员通常将不超过10％的值差(增加或减少)视为术语“约”的含义。因此，在一些实施例中，在书面说明书和所附权利要求书中阐述的数值参数是近似值，其可根据寻求由特定实施例获得的所需性质而变化。在一些实施例中，应根据所报告的有效数字的数目并通过应用常规舍入技术来解释数字参数。尽管阐述本公开的一些实施例的宽范围的数值范围和参数是近似值，但是在具体实施例中阐述的数值是尽可能精确地报告的。在本公开的一些实施例中呈现的数值可以包含由在它们各自的测试测量中发现的标准偏差必然导致的某些误差。
本文所公开的本公开的替代元件或实施例的分组不应被解释为限制。每个组元件可以单独地或与该组的其他元件或本文中发现的其他元件任意组合地被引用和要求保护。出于方便和/或专利性的原因，一个组的一个或多个元件可包括在该组中或从该组中删除。当发生任何这样的包括或删除时，本说明书在此被认为包含所修改的组，从而满足在所附权利要求中使用的所有马库什组的书面描述。
通过各种示例来解释本公开，这些示例旨在纯粹是本公开的示例，而不应被认为是以任何方式限制本公开。提供各种示例以更好地说明所要求保护的公开内容，且不应将其解释为限制本公开的范围。就提及的具体材料而言，其仅用于说明的目的，而不旨在限制本公开。本领域技术人员可以开发等同的手段或反应物，而不践行发明能力并且不背离本公开的范围。
上述各种方法和技术提供了多种实现该应用的方式。当然，应当理解，不一定可以根据本文所描述的任何特定实施例来实现所描述的所有目的或优点。因此，例如，本领域技术人员将认识到，这些方法可以以实现或优化本文所教导的一个优点或一组优点的方式来执行，而不必实现本文所教导或建议的其他目的或优点。在本文提及了多种替代方案。应当理解，一些优选实施例具体包括一个、另一个或几个特征，而其他实施例具体排除一个、另一个或几个特征，而其他实施例通过包括一个、另一个或几个有利特征来减少特定特征。
此外，所属领域的技术人员将认识到来自各种实施例的各种特征的适用性。类似地，上面讨论的各种元件、特征和步骤，以及每个这样的元件、特征或步骤的其他已知等效物，可以由本领域普通技术人员以各种组合使用，以执行根据在本文所描述的原理的方法。在各项元件、特征，以及步骤之中，一些将是具体包括的和其他在不同的实施例中特别地排除的。
尽管已经在某些实施例和示例的上下文中公开了本申请，但是本领域技术人员应当理解，本申请的实施例延伸超出具体公开的实施例到其他替代实施例和/或其使用和修改以及等效物。
本文描述了本申请的优选实施例，包括发明人已知的用于实施本申请的最佳模式。通过阅读前面的描述，那些优选实施例的变化对于本领域普通技术人员将变得显而易见。可以设想，本领域技术人员可以适当地采用这样的变化，并且本申请可以以不同于本文具体描述的方式实施。因此，本申请的许多实施例包括适用法律所允许的所附权利要求书中列举的主题的所有修改和等效物。此外，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则本申请涵盖上述要素在其所有可能变化形式中的任何组合。
本文引用的所有专利、专利申请、专利申请的出版物和其他材料，比如文章、书籍、说明书、出版物、文件、事物和/或类似物，除了与其相关的任何起诉文件历史，与本文件不一致或冲突的任何起诉文件历史之外，出于所有目的通过引用整体并入本文。或者可以对现在或以后与本文件相关联的权利要求的最宽范围具有限制性影响的任何权利要求。例如，如果说明书、定义和/或与任何引入的材料相关的术语和与本文件相关的术语的使用之间存在任何不一致或冲突，则以本文件中术语的描述、定义和/或使用为准。
应当理解，本文所公开的本申请的实施例说明了本申请实施例的原理。可以采用的其他修改可以在本申请的范围内。因此，作为示例而非限制，根据本文的教导，可以利用本申请的实施例的替换配置。因此，本申请的实施例不限于精确地示出和描述的实施例。
以上在详细描述中描述了本公开的各种实施例。虽然这些描述直接描述了上述实施例，但是应当理解，本领域技术人员可以想到对本文所示和所述的特定实施例的修改和/或变化。落入本说明书的范围内的许多这样的修改或变化也包括在其中。除非特别指出，否则本发明人的意图是本说明书和权利要求书中的词语和短语被赋予本领域普通技术人员普通和习惯的含义。
已经呈现了申请人在提交本申请时已知的本公开的各种实施例的以上描述，并且旨在用于说明和描述的目的。本说明书并不旨在穷举或将本公开限于所公开的精确形式，并且根据上述教导可以进行许多修改和变化。所描述的实施例用于解释本公开的原理及其实际应用，且使得所属领域的技术人员能够以各种实施例并以适合于所预期的特定用途的各种修改来利用本公开。因此，希望本公开不限于所公开的用于实施本公开的特定实施例。
虽然已经示出和描述了本公开的特定实施例，但是对于本领域技术人员显而易见的是，基于本文的教导，可以在不脱离本公开及其更宽的方面的情况下进行改变和修改，并且因此，所附权利要求将所有这些改变和修改包含在其范围内，如同在本公开的真实精神和范围内。
本公开的其他方面
本文所述的主题的各方面可单独使用或与本文所述的其他方面中的任一个或多个组合使用。在不限制在前描述的情况下，在本公开的第一方面中，一种用于分析样品中的目标颗粒的装置包含卡盒装置，其中卡盒装置包含：入口，其被配置用于将样品接收到卡盒装置中；流体结构，其流体地连接到入口并且被配置用于将样品的至少一部分与试剂的至少一部分混合以形成一种或多种样品混合物；流动室，其流体地连接到流体结构并且被配置用于由一种或多种样品混合物形成一个或多个样品流，其中样品流在流动室中形成而没有鞘流，并且流动室包含光学透明区域，光学透明区域被配置用于测量来自样品流的光学信号以检测样品中的目标颗粒；以及流量传感器，其流体地连接到流动室并且被配置用于测量来自进入流量传感器的样品流的感测信号。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第二方面，流体结构包含一个或多个腔室，其中每个腔室具有范围约为0.01-0.1ml、0.1-0.2ml、0.2-0.4ml、0.4-0.8ml、0.8-2ml或2-10ml的体积；并且流体结构被配置用于将样品混合物从其中一个腔室转移到流动室以形成样品流。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第三方面，流动室具有范围约为1-10μm、10-40μm、40-100μm或100-200μm的宽度以及范围约为1-10μm、10-40μm、40-100μm或100-200μm的深度；并且样品流具有与流动室相同尺寸的横截面。
根据可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的本公开的第四方面，流动室具有范围约为1-10μm、10-100μm、100-1,000μm、1,000-10,000μm或10,000-50,000μm的长度。
根据本公开的可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第五方面，流动室上的光学透明区域对于来自样品流的光学信号具有50-60％、60-70％、70-80％、80-90％、90-96％或96-99.9％的透光率，并且光学信号包含散射光、反射光、透射光、荧光、光吸收、光消散或白光图像或者其组合。
根据本公开的可以与本文所列的任何其他方面或方面的组合结合使用的第六方面，流动室上的光学透明区域由塑性材料制成。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第七方面，卡盒装置还包含试剂。
根据本公开的可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第八方面，试剂包含用荧光选择性地标记样品中的目标颗粒的荧光标记剂，并且来自样品流的光学信号包含荧光。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第九方面，流量传感器包含流体通道以及流体通道上的感测区，流体通道被流体地连接到流动室以允许样品流流过；并且当样品流进入感测区时感测信号被测量。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第十方面，流量传感器中的所述流体通道具有范围约为0.001-0.05mm、0.05-1mm或1-5mm的通道宽度，以及范围约为0.001-0.01mm、0.01-0.5mm、0.5-1mm或1-2mm的通道深度。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第十一方面，感测区包含光学透明区域，该光学透明区域被配置用于测量在感测区中的样品流在不存在与存在之间改变水平的光学信号。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第十二方面，流动室与流量传感器之间的流体连接被配置用于使样品流流经流动室和流量传感器时具有相同的流率。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第十三方面，流体结构包含至少一个基本流体单元，该基本流体单元包含：腔室，其被配置成容纳流体；通气孔，其连接到腔室，通气孔连接到气动压力源、环境压力或大气压力；微流体通道，其连接到腔室；以及阀，其位于微流体通道上。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第十四方面，腔室具有范围约为0.01-0.1ml、0.1-0.2ml、0.2-0.4ml、0.4-0.8ml、0.8-2ml或2-10ml体积，并且微流体通道具有尺寸范围约为0.001-0.01mm2、0.01-0.1mm2、0.1-0.25mm2、0.25-0.5mm2、0.5-1mm2、1-2mm2或2-10mm2的横截面。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第十五方面，卡盒装置被配置用于当外部致动机构施加于卡盒装置时将样品混合物从腔室转移到流动室中以形成样品流，并且外部致动机构包含气动压力源。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第十六方面，当卡盒装置在使用中时，腔室被定位成使得腔室内的流体的至少一部分被重力拉向微流体通道和/或远离通气孔。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第十七方面，当卡盒装置在使用中时，腔室的体积大于容纳在其中的流体的体积，并且在通气孔与容纳在其中的流体之间存在气隙。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第十八方面，阀是被动阀，被动阀配置用于当气动压力施加到流体流时，允许流体流通过微流体通道；而当没有气动压力施加到流体流时，使流体流停止。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第十九方面，包含以下结构之一的阀是被动阀：(i)具有嵌有疏水表面的补片的亲水内表面的通道，(ii)具有嵌有亲水表面的补片的疏水内表面的通道，(iii)在具有亲水内表面的通道中通道横截面沿着流动方向扩大，以及(iv)在具有疏水内表面的通道中通道横截面沿着流动方向缩小。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第二十方面，还包含读取仪装置，其中该读取仪装置被配置用于接收、操作和/或驱动卡盒装置。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第二十一方面，读取仪装置被配置用于测量流动室处的光学信号以量化样品中的目标颗粒。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第二十二方面，读取仪装置被配置用于测量流动室处的光学信号和流量传感器处的感测信号，以确定样品中目标颗粒的浓度。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第二十三方面，一种用于分析样品中的目标颗粒的方法，包含：将样品施加到卡盒装置，卡盒装置被配置用于将预定的样品体积收集到卡盒装置中；将卡盒装置转移到读取仪装置中；将所收集的样品的至少一部分与试剂的至少一部分混合以在卡盒装置内形成一种或多种样品混合物；由一种或多种样品混合物在卡盒装置内的流动室中形成一个或多个样品流，其中样品流在流动室中形成而没有鞘流；测量来自流动室处的样品流的光学信号以检测样品流中的目标颗粒；以及使用读取仪装置分析所测量的光学信号以量化样品中的目标颗粒。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第二十四方面，该方法还包含：使样品流流过流体地连接到流动室的流量传感器；测量来自流量传感器处的样品流的感测信号，以检测样品流进入流量传感器和/或从流量传感器离开；以及使用读取仪装置分析所测量的光学信号和感测信号以确定样品中目标颗粒的浓度。
根据本公开的可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合组合使用的第二十五方面，目标颗粒具有范围约为0.1-1μm、1-10μm、10-15μm、15-30μm、30-50μm或50-100μm的尺寸；并且目标颗粒具有在每μl样品流中具有范围约为1-100，100-1000，1000-5000，5000-20,000或20,000-50,000的目标颗粒浓度。
根据本公开的可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第二十六方面，试剂包含用荧光选择性地标记样品中的目标颗粒的荧光标记剂，并且来自样品流的光学信号包括荧光。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第二十七方面，混合的步骤在包含一个或多个腔室的流体结构中进行，其中每个腔室具有范围约为0.01-0.1ml、0.1-0.2ml、0.2-0.4ml、0.4-0.8ml、0.8-2ml或2-10ml的体积。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第二十八方面，流动室具有范围约为1-10μm、10-40μm、40-100μm或100-200μm的宽度以及范围约为1-10μm、10-40μm、40-100μm或100-200μm的深度；并且样品流具有与流动室相同尺寸的横截面。
根据本公开的可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第二十九方面，当测量来自所述样品流的光学信号时，流动室中的样品流具有范围约为0.001-0.01、0.01-0.1、0.1-1、1-50、50-200或200-1000μl/min的流率。
根据本公开的可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第三十方面，流动室处从样品流测量的光学信号包括散射光、反射光、透射光、荧光、光吸收、光消散或白光图像或者其组合。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第三十一方面，流量传感器包含流体通道以及所述流体通道上的感测区，其中所述流体通道被流体地连接到所述流动室上以允许样品流流过；并且当样品流进入感测区时测量感测信号。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第三十二方面，流量传感器中的流体通道具有范围约为0.001mm至0.05mm、0.05mm至1mm或1mm至5mm的通道宽度，以及范围约为0.001-0.01mm、0.01-0.5mm、0.5-1mm或1-2mm的通道深度；并且流动室和流量传感器中的样品流具有相同的流率。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第三十三方面，感测区包含光学透明区域，该光学透明区域被配置用于测量在感测区中样品流的不存在与存在之间改变水平的光学信号。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第三十四方面，在至少一个基本流体单元中进行混合，该基本流体单元包含：腔室，其被配置成容纳流体，其中，腔室具有范围约为0.01-0.1ml、0.1-0.2ml、0.2-0.4ml、0.4-0.8ml、0.8-2ml或2-10ml的体积；通气孔，其连接到腔室，其中，通气孔连接到气动压力源、环境压力或大气压力；微流体通道，其连接到腔室，其中，微流体通道具有尺寸范围约为0.001-0.01mm2、0.01-0.1mm2、0.1-0.25mm2、0.25-0.5mm2、0.5-1mm2、1-2mm2或2-10mm2的横截面；以及阀，其位于微流体通道上。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第三十五方面，当外部致动机构被施加到所述卡盒装置时，样品混合物从所述腔室转移到所述流动室中以形成样品流，并且所述外部致动机构包括气动压力源。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第三十六方面，当所述卡盒装置在使用中时，所述腔室被定位成使得所述腔室内部的流体的至少一部分通过重力被拉向所述微流体通道和/或从远离所述通气孔。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第三十七方面，当所述卡盒装置在使用中时，所述腔室的体积大于容纳在其中的流体的体积，并且在所述通气孔与容纳在其中的流体之间存在气隙。
根据本公开的可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第三十八方面，将至少两种分开的样品混合物转移到同一流动室中以形成至少两个单独的样品流。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第三十九方面，一种用于分析样品中的颗粒的方法，包含：将所述样品施加到卡盒装置，该卡盒装置被配置用于将预定样品体积收集到所述卡盒装置中；将所述卡盒装置转移到读取仪装置中；将所收集的样品的至少一部分与试剂的至少一部分混合以形成一种或多种样品混合物；用所述一种或多种样品混合物在所述卡盒装置内的流动室中形成一个或多个样品流，其中将至少两种分开的样品混合物转移到同一流动室中以形成至少两个单独的样品流而没有鞘流；测量来自流动室处的样品流的光学信号以检测样品流中的目标颗粒；以及使用读取仪装置分析所测量的光学信号以量化样品中的目标颗粒。
根据本公开的可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第四十方面，将所收集的样品的一部分与第一试剂混合以形成第一样品混合物，并且将收集的样品的另一部分与第二试剂混合以形成第二样品混合物；并且将两种样品混合物分别转移到流动室中以形成两个单独的样品流。
根据本公开的可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第四十一个方面，两种样品混合物在腔室中单独形成或在分别转移到流动室中之前单独转移到腔室中。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第四十二方面，所述腔室具有范围约为0.01-0.1ml、0.1-0.2ml、0.2-0.4ml、0.4-0.8ml、0.8-2ml或2-10ml的体积。
根据本公开的可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第四十三方面，其中，样品被收集到流体导管中。
根据本公开的可以与本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第四十四个方面，其中，在样品被收集到流体导管中之后，流体导管被阀关闭和/或被外部结构密封。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第四十五方面，所述流体导管被配置用于收集在范围约为0.1-1μL、1-5μL、5-10μL、10-20μL或20-50μL内的预定样品体积。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第四十六方面，其中所述试剂的至少一部分被转移到所述流体导管中以将所收集的样品的一部分冲洗到腔室中以形成样品混合物。
根据本公开的可以与在本文列出的任何其他方面或方面的组合结合使用的第四十七方面，其中，至少一个样品流包含作为在所述流动室中检测到的目标颗粒的白细胞，并且至少另一个样品流包含作为在所述流动室中检测到的目标颗粒的红细胞和/或血小板细胞。

Claims (47)

1.一种用于分析样品中的目标颗粒的装置，包含：
卡盒装置，其中所述卡盒装置包含：
入口，其被配置用于将所述样品接收到所述卡盒装置中；
流体结构，其流体地连接到所述入口并且被配置用于将所述样品的至少一部分与试剂的至少一部分混合以形成一种或多种样品混合物；
流动室，其流体地连接到所述流体结构并且被配置用于由所述一种或多种样品混合物形成一个或多个样品流，其中所述样品流在所述流动室中形成而没有鞘流，并且所述流动室包含光学透明区域，所述光学透明区域被配置用于测量来自所述样品流的光学信号以检测所述样品中的所述目标颗粒；以及
流量传感器，其流体地连接到所述流动室并且被配置用于测量来自进入所述流量传感器的所述样品流的感测信号，所述流动室和所述流量传感器中的所述样品流具有相同的流率。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述流体结构包含一个或多个腔室，其中每个腔室具有范围为0.01-0.1 ml、0.1-0.2 ml、0.2-0.4 ml、0.4-0.8 ml、0.8-2 ml或2-10 ml的体积；并且所述流体结构被配置用于将所述样品混合物从其中一个腔室转移到所述流动室以形成所述样品流。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述流动室具有范围为1-10 µm、10-40 µm、40-100 µm或100-200 µm的宽度以及范围为1-10 µm、10-40 µm、40-100 µm或100-200 µm的深度；并且所述样品流具有与所述流动室相同尺寸的横截面。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述流动室具有范围为1-10 µm、10-100 µm、100-1,000 µm、1,000-10,000 µm或10,000-50,000 µm的长度。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述流动室上的所述光学透明区域对于来自所述样品流的光学信号具有50-60%、60-70%、70-80%、80-90%、90-96%或96-99.9%的透光率，并且所述光学信号包含散射光、反射光、透射光、荧光、光吸收、光消散或白光图像或者其组合。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述流动室上的所述光学透明区域由塑性材料制成。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述卡盒装置还包含试剂。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述试剂包含用荧光选择性地标记所述样品中的所述目标颗粒的荧光标记剂，并且来自所述样品流的光学信号包含荧光。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述流量传感器包含流体通道以及所述流体通道上的感测区，所述流体通道被流体地连接到所述流动室以允许所述样品流流过；并且当所述样品流进入所述感测区时测量所述感测信号。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述流量传感器中的所述流体通道具有范围为0.001-0.05 mm、0.05-1 mm或1-5 mm的通道宽度，以及范围为0.001-0.01 mm、0.01-0.5mm、0.5-1 mm或1-2 mm的通道深度。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述感测区包含光学透明区域，所述光学透明区域被配置用于测量在所述感测区中的所述样品流的不存在与存在之间改变水平的光学信号。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，在所述流动室与所述流量传感器之间的所述流体连接被配置用于使所述样品流流经所述流动室和所述流量传感器时具有相同的流率。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述流体结构包含至少一个基本流体单元，所述基本流体单元包含：
腔室，其被配置成容纳流体；
通气孔，其连接到所述腔室，所述通气孔连接到气动压力源、环境压力或大气压力；
微流体通道，其连接到所述腔室；以及
阀，其位于所述微流体通道上。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述腔室具有范围为0.01-0.1 ml、0.1-0.2ml、0.2-0.4 ml、0.4-0.8 ml、0.8-2 ml或2-10 ml的体积，并且所述微流体通道具有尺寸范围为0.001-0.01 mm2、0.01-0.1 mm2、0.1-0.25 mm2、0.25-0.5 mm2、0.5-1 mm2、1-2 mm2或2-10 mm2的横截面。
15.根据权利要求13所述的装置，其中，所述卡盒装置被配置用于当外部致动机构被施加到所述卡盒装置时，将所述样品混合物从所述腔室转移到所述流动室中以形成所述样品流，并且所述外部致动机构包含气动压力源。
16.根据权利要求13所述的装置，其中，当所述卡盒装置在使用中时，所述腔室被定位成使得所述腔室内的所述流体的所述至少一部分被重力拉向所述微流体通道和/或远离所述通气孔。
17.根据权利要求13所述的装置，其中，当所述卡盒装置在使用中时，所述腔室的体积大于容纳在其中的流体的体积，并且在所述通气孔与容纳在其中的流体之间存在气隙。
18.根据权利要求13所述的装置，其中，所述阀是被动阀，所述被动阀被配置用于当气动压力施加到流体流时，允许所述流体流通过所述微流体通道，而当没有气动压力施加到所述流体流时，使所述流体流停止。
19.根据权利要求13所述的装置，其中，包含以下结构之一的所述阀是被动阀：（i）具有嵌有疏水表面的补片的亲水内表面的通道，（ii）具有嵌有亲水表面的补片的疏水内表面的通道，（iii）在具有亲水内表面的通道中通道横截面沿着流动方向扩大，以及（iv）在具有疏水内表面的通道中通道横截面沿着流动方向缩小。
20.根据权利要求1所述的装置，还包含读取仪装置，所述读取仪装置被配置用于接收、操作和/或驱动所述卡盒装置。
21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述读取仪装置被配置用于测量所述流动室处的光学信号以量化所述样品中的所述目标颗粒。
22.根据权利要求20所述的装置，其中，所述读取仪装置被配置用于测量所述流动室处的光学信号和所述流量传感器处的感测信号，以确定所述样品中所述目标颗粒的浓度。
23.一种用于分析样品中的目标颗粒的方法，包含：
将所述样品施加到卡盒装置，所述卡盒装置被配置用于将预定的样品体积收集到所述卡盒装置中；
将所述卡盒装置转移到读取仪装置中；
将所收集的样品的至少一部分与试剂的至少一部分混合以在所述卡盒装置内形成一种或多种样品混合物；
由所述一种或多种样品混合物在所述卡盒装置内的流动室中形成一个或多个样品流，其中所述样品流在所述流动室中形成而没有鞘流；
测量所述流动室处来自所述样品流的光学信号以检测所述样品流中的所述目标颗粒；并且
使用所述读取仪装置分析所测量的光学信号以量化所述样品中的所述目标颗粒，使所述样品流流过被流体地连接到所述流动室的流量传感器；测量来自所述流量传感器处的所述样品流的感测信号，以检测所述样品流进入所述流量传感器和/或所述样品流离开所述流量传感器；所述流动室和所述流量传感器中的所述样品流具有相同的流率。
24.根据权利要求23所述的方法，还包含：
使用所述读取仪装置分析所测量的光学信号和感测信号以确定所述样品中所述目标颗粒的浓度。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述目标颗粒具有范围为0.1-1 µm、1-10 µm、10-15 µm、15-30 µm、30-50 µm或50-100 µm的尺寸；并且所述目标颗粒具有在每µl样品流中范围为1-100，100-1000，1000-5000，5000-20,000或20,000-50,000个目标颗粒的浓度。
26.根据权利要求23所述的方法，其中，所述试剂包含用荧光选择性地标记所述样品中的所述目标颗粒的荧光标记剂，并且来自所述样品流的光学信号包括荧光。
27.根据权利要求23所述的方法，其中，混合的步骤在包含一个或多个腔室的流体结构中进行，其中每个腔室具有范围为0.01-0.1 ml、0.1-0.2 ml、0.2-0.4 ml、0.4-0.8 ml、0.8-2 ml或2-10 ml的体积。
28.根据权利要求23所述的方法，其中，所述流动室具有范围为1-10 µm、10-40 µm、40-100 µm或100-200 µm的宽度以及范围为1-10 µm、10-40 µm、40-100 µm或100-200 µm的深度；并且所述样品流具有与所述流动室相同尺寸的横截面。
29.根据权利要求23所述的方法，其中，当从所述样品流测量所述光学信号时，所述流动室中的所述样品流具有范围为0.001-0.01、0.01-0.1、0.1-1、1-50、50-200或200-1000 µl/min的流率。
30.根据权利要求23所述的方法，其中，所述流动室处从所述样品流测量的所述光学信号包括散射光、反射光、透射光、荧光、光吸收、光消散或白光图像或者其组合。
31.根据权利要求23所述的方法，其中，所述流量传感器包含流体通道以及所述流体通道上的感测区，其中所述流体通道被流体地连接到所述流动室以允许所述样品流流过；并且当所述样品流进入所述感测区时测量所述感测信号。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，所述流量传感器中的所述流体通道具有范围为0.001-0.05 mm、0.05-1 mm或1-5 mm的通道宽度，以及范围为0.001-0.01 mm、0.01-0.5mm、0.5-1 mm或1-2 mm的通道深度；并且所述流动室和所述流量传感器中的所述样品流具有相同的流率。
33.根据权利要求31所述的方法，其中，所述感测区包含光学透明区域，所述光学透明区域被配置用于测量在所述感测区中的所述样品流的不存在与存在之间改变水平的光学信号。
34.根据权利要求23所述的方法，其中，在至少一个基本流体单元中进行混合，所述基本流体单元包含：
腔室，其被配置成容纳流体，其中，所述腔室具有范围为0.01-0.1 ml、0.1-0.2 ml、0.2-0.4 ml、0.4-0.8 ml、0.8-2 ml或2-10 ml的体积；
通气孔，其连接到所述腔室，其中，所述通气孔连接到气动压力源、环境压力或大气压力；
微流体通道，其连接到所述腔室，其中，所述微流体通道具有尺寸范围为0.001-0.01mm2、0.01-0.1 mm2、0.1-0.25 mm2、0.25-0.5 mm2、0.5-1 mm2、1-2 mm2或2-10 mm2的横截面；以及
阀，其位于所述微流体通道上。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，当外部致动机构被施加到所述卡盒装置时，所述样品混合物从所述腔室转移到所述流动室中以形成所述样品流，并且所述外部致动机构包含气动压力源。
36.根据权利要求34所述的方法，其中，当所述卡盒装置在使用中时，所述腔室被定位成使得所述腔室内的所述流体的至少一部分通过重力被拉向所述微流体通道和/或远离所述通气孔。
37.根据权利要求34所述的方法，其中，当所述卡盒装置在使用中时，所述腔室的体积大于容纳在其中的所述流体的体积，并且在所述通气孔与容纳在其中的所述流体之间存在气隙。
38.根据权利要求23所述的方法，其中，将至少两种分开的样品混合物转移到同一流动室中以形成至少两个单独的样品流。
39.一种用于分析样品中的颗粒的方法，包含：
将所述样品施加到卡盒装置，所述卡盒装置被配置用于将预定的样品体积收集到所述卡盒装置中；
将所述卡盒装置转移到读取仪装置中；
将所收集的样品的至少一部分与试剂的至少一部分混合以在所述卡盒装置内形成一种或多种样品混合物；
由所述一种或多种样品混合物在所述卡盒装置内的流动室中形成一个或多个样品流，其中将至少两种分开的样品混合物转移到同一流动室中以形成至少两个单独的样品流而没有鞘流；
测量来自所述流动室处的所述样品流的光学信号以检测所述样品流中的目标颗粒；以及
使用所述读取仪装置分析所测量的光学信号以量化所述样品中的所述目标颗粒，使所述样品流流过被流体地连接到所述流动室的流量传感器；测量来自所述流量传感器处的所述样品流的感测信号，以检测所述样品流进入所述流量传感器和/或所述样品流离开所述流量传感器；所述流动室和所述流量传感器中的所述样品流具有相同的流率。
40.根据权利要求39所述的方法，其中，将所收集的样品的一部分与第一试剂混合以形成第一样品混合物，并且将所收集的样品的另一部分与第二试剂混合以形成第二样品混合物；并且将这两种样品混合物分别转移到所述流动室中以形成两个单独的样品流。
41.根据权利要求40所述的方法，其中，所述两种样品混合物在腔室中分别形成或在分别转移到所述流动室中之前分别转移到腔室中。
42.根据权利要求41所述的方法，其中，所述腔室具有范围为0.01-0.1 ml、0.1-0.2ml、0.2-0.4 ml、0.4-0.8 ml、0.8-2 ml或2-10 ml的体积。
43.根据权利要求39所述的方法，其中所述样品被收集到流体导管中。
44.根据权利要求43所述的方法，其中，在所述样品被收集到所述流体导管中之后，所述流体导管被阀关闭和/或被外部结构密封。
45.根据权利要求43所述的方法，其中，所述流体导管被配置用于收集在范围为0.1-1μL、1-5 μL、5-10 μL、10-20 μL或20-50 μL内的预定样品体积。
46.根据权利要求43所述的方法，其中所述试剂的至少一部分被转移到所述流体导管中以将所收集的样品的一部分冲洗到腔室中以形成样品混合物。
47.根据权利要求39所述的方法，其中，至少一个样品流包含白细胞作为在所述流动室中被检测的所述目标颗粒，并且至少另一个样品流包含红细胞和/或血小板作为在所述流动室中被检测的所述目标颗粒。
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