CN110959118A - 用于基于gmr的生物标志物检测中的试样制备的系统和方法 - Google Patents

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T·M·克莱恩
宋可平
V·R·布伦克
李明干
C·B·雷亚特
王炜
G·R·门多萨
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Zeputo Life Technology Co Ltd
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Abstract

此说明提供了一种卡盒组件及其使用方法。该卡盒组件包括试样处理卡和附着在其上的衬底。该试样处理卡具有用于接收测试试样的注入口；至少一个计量腔；用于将混合材料引入计量腔的混合材料源；流体连通通道将注入口和混合材料源流体地连接到计量室。至少一个输出端口，用于将测试试样输送到传感器(例如，GMR传感器)。衬底具有与其相关联的传感器：用于感测测试试样中分析物的传感器；以及用于检测分析物的传感器；用于与读取器单元电连接的电接触部分；和一个内存芯片。该组件还包括气动接口，该气动接口具有端口和流体地连接到卡的相应的连通通道。该接口与外接气动系统相连，可向卡上施加正负压力流体，以将测试试样和一种或多种混合材料移至传感器。

Description

用于基于GMR的生物标志物检测中的试样制备的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求2018年6月27日提交的美国临时专利申请No.62/711,396的优先权，在此引入其全部内容作为参考。
技术领域
本公开涉及一种用于检测分析物的系统。具体而言，本发明涉及一种移动系统，其包括一个单元和一个卡盒组件，该单元和卡盒组件可用于检测各种分析物，例如金属，生物标志物等。
背景技术
通常情况下，一般使用卡来测试血液试样中的生物标记，金属等。通常，在执行读取之前，将血液试样添加到已知卡中仅简单地依赖血液试样到卡的横向流动。而且，当前医疗市场上的分析系统通常依赖于全血试样的毛细管分离，这通常将检测方法局限于光学分析或目测。
发明内容
本实施例涉及用于使用磁阻传感器技术检测试样中的分析物的装置。为了说明的目的，根据实施例描述的设备，系统和特征都关于使用巨磁阻(GMR)传感器平台来实现。
本公开的一个方面提供了一种卡盒组件，该卡盒组件用于使用传感器制备测试试样并感测其中的分析物。所述卡盒组件包括：试样处理卡，其具有：注射端口，用于在所述卡的主体内接收测试试样；至少一个计量室，用于接收测试试样；混合材料源，用于将一种或多种混合材料引入至少一个计量室；流体连通通道将注入口和混合材料源流体地连接到至少一个计量室；至少一个输出端口，其流体连接到至少一个计量室，用于将测试试样和一种或多种混合材料输送到传感器。卡盒组件还包括附接到试样处理卡的衬底，衬底具有与其相关联的：用于感测测试试样中的分析物的传感器，该传感器被配置为经由至少一个输出端口接收测试试样和一种或多种混合材料。电接触部分被配置为与读取器单元建立电连接；存储器芯片，其用于存储在试样处理卡内与试样处理有关的信息。卡盒组件还包括气动接口，该气动接口包括至少一个气动控制端口和流体连接至至少一个计量室的对应连通通道，该气动接口被配置用于连接至读取器单元的外部的气动系统，该气动接口被配置为能够将正负压力流体施加到试样处理卡，以在其中移动测试试样和一种或多种混合材料。存储器芯片可以存储气动系统协议，该协议包括用于选择性地向气动接口施加压力并由此将测试试样从试样处理卡输送到传感器的步骤和设置。
另一个方面提供了一种使用上述卡盒组件的方法，该方法包括将测试样品注入到注入口中；与读取器单元建立电连接；并使用外部的气动系统将压缩空气选择性地施加到气动接口，以使测试样品和一种或多种混合材料在连通通道内移动到传感器。
本公开的其他实施形态、特征和优点将由下面的详细说明、附图以及所附权利要求明了。
附图说明
下面将参照附图介绍本公开的多种实施例，在附图中：
图1为在根据本公开一实施例的系统中使用的示例性卡盒(cartridge)读取器单元的透视图。
图2A为用在根据本公开一实施例的系统中的示例性卡盒组件的透视图。
图2B为根据这里的一实施例的图2A中的卡盒组件的分解图。
图2C为根据这里的一实施例的图2A中的卡盒组件的原理图。
图2D示出了图2A的卡盒组件的截面图，其描绘了在试样处理卡与其传感和通信衬底之间的连接接口。
图2E示出了图2D的截面的透视图，其显示出根据这里的一实施例在GMR传感器的位置上的通道的更多的细节。
图2F示意性地示出了GMR传感器的基本结构和原理。
图3为根据本公开一实施例的系统的原理图。
图4示出了根据一实施例，当使用图3中所公开系统的特征时，用于执行试样中的分析物检测的方法的步骤。
图5是根据一实施例，被配置为用作卡盒组件的一部分的试样处理卡的俯视图。
图6是图5的试样处理卡和/或根据本公开所示的任何实施方案的任何试样处理卡的横截面的示意图，其示出了阀在第一状态下的定位。
图7是图5的试样处理卡和/或根据本公开所示的任何实施方案的任何试样处理卡的横截面的示意图，其示出了阀在第二状态下的定位。
图8是根据一实施例，在图5的试样处理卡和/或本公开的任何试样处理卡中提供的示例性阀阵列的详细视图。
图9是根据一实施例的阀阵列的详细视图，其示出了在第一状态的通道内的流动。
图10是根据一实施例的阀阵列的详细视图，其示出了在第二状态的通道内的流动。
图11示出了根据一实施例，在图5的试样处理卡和/或根据本公开所示的任何实施例的任何试样处理卡的剖视图。
图12示出了根据一实施例，在图5的试样处理卡中的阀阵列和/或根据在此示出的任何实施例的任何试样处理卡中的阀阵列的剖视图。
图13是根据本公开一实施例，在卡盒组件中与卡盒读取器单元一起使用图5的试样处理卡和/或任何试样处理卡的方法的流程图。
图14是根据本公开一实施例，用作卡盒组件的一部分的，示例性测定或试样处理卡的俯视图。
图15和图16分别示出了根据本公开一实施例，用作卡盒组件的一部分的，示例性测定或试样处理卡的顶部和底部。
图17A示出了根据本公开一实施例，卡盒组件中的试样处理卡的俯视图，该卡盒组件使用基于血液的样本进行PCR测试。
图17B示出了图17A所示试样处理卡的示例性第一层的俯视图。
图17C示出了图17A所示试样处理卡的示例性第二层的俯视图。
图17D示出了图17A所示试样处理卡的示例性第三层的俯视图。
图18A示出了根据本公开一实施方案例，卡盒组件中的试样处理卡的俯视图，该卡盒组件使用带有棉签的高盐溶液试样。
图18B示出了图18A所示试样处理卡的示例性顶层的俯视图。
图18C示出了图18A所示试样处理卡的示例性第二层的俯视图。
图18D示出了图18A所示试样处理卡的示例性第三层的俯视图。
图18E示出了图18A所示试样处理卡的示例性底层的俯视图。
图19和20分别示出了，根据本公开另一实施例，在卡盒组件中的另一种示例性测定试样处理卡的顶部和底部，该试样处理卡用来确定抗体的相对动力学。
图21和22分别示出了，根据本公开另一实施例，在卡盒组件中的另一种示例性测定试样处理卡的顶部和底部，该试样处理卡用来确定抗体的解离常数。
图23示出了根据另一实施例，在卡盒组件中的另一种示例性测定试样处理卡的俯视图，该试样处理卡用来确定抗体的解离常数。
图24A是从图23的底部看的其斜视图。
图24B和24C分别示出了图23和24A所示的卡的示例性顶层的斜视图和俯视图。
图24D和24E分别示出了图23和24A所示的卡的示例性第二层的斜视图和俯视图。
图24F和24G分别示出了图23和24A所示的卡的示例性第三层的斜视图和俯视图图。
图24H和图24I分别示出了图23和24A所示的卡的示例性底层的斜视图和俯视图。
图25和26分别示出了，根据本公开另一实施例，在卡盒组件中的另一种示例性测定试样处理卡的顶部和底部，该试样处理卡用来确定抗体的相对动力学。
图27A示出了根据公开另一实施例，被配置用于卡盒组件的试样处理卡的俯视图。
图27B示出了图27A所示试样处理卡的示例性第一层的俯视图。
图27C示出了图27A所示试样处理卡的示例性第二层的俯视图。
图27D示出了图27A所示试样处理卡的示例性层和部分的分解图。
图28原理性地示出了根据本公开一实施例中的卡盒读取器的功能模块。
图29为根据本公开一实施例的卡盒读取器的过程的流程图。
图30原理性地示出了根据本公开一实施例中的信号处理器的功能框图。
图31为根据本公开一实施例用于图30所示信号处理器的过程的流程图。
具体实施方式
由附图以及下面的说明可见，本公开涉及一种试样处理系统(或贯穿本公开所称的“系统”)，该系统可用于检测试样中例如金属、生物标志物等的分析物(或多于一种分析物)的存在。在一实施例中，这种系统——在图3中示为系统300——可包含：(1)试样处理系统或“卡盒组件”，其包含试样制备微流体通道和用于检测测试试样中的生物标志物/分析物的至少一个传感装置(或传感器)，以及(2)数据处理及显示装置或“卡盒读取器单元”，其包含用于对卡盒组件的传感装置的任何检测数据进行处理的处理器或控制器以及用于显示检测事件的显示器。这两个部件共同组成系统。在一实施例中，这些部件可包含多种部件，包括但不限于一个以上的试剂卡盒、废料卡盒以及流动控制系统，该系统可以是例如气动流动控制器。
一般而言，为通过该卡盒组件检测分析物、生物标志物等并经由卡盒读取器单元输出，用于在卡盒组件中制备试样的过程如下：患者的原始试样被载入卡，视情况可选地经由过滤膜过滤，然后，由卡外的气动装置生成的负压将试样过滤为分离的测试试样(例如血浆)。这种分离的测试试样通过通道几何形态(channel geometry)在卡上进行定量。通过在流过传感器/传感装置之前与来自混合材料源(例如泡罩包装、储存腔、卡盒、井等等)的混合材料(例如试剂(其可以是湿的或干的)、缓冲剂和/或清洗缓冲剂，珠和/或珠溶液等)的相互作用，试样在卡上被制备。试样制备通道可以被设计为使得任何数量的通道可以在卡上竖直地堆叠，以允许使用多个患者试样。检测微流体装置也是如此，其也可竖直堆叠。试样制备卡，其为卡盒组件的一部分，包含：一个以上可提供选自下列的功能的结构：过滤、加热、制冷、混合、稀释、添加试剂、色谱分离及其组合；以及，用于在试样制备卡上移动试样的一个装置。关于这些特征进一步的介绍稍后在下面提供。
图1示出了根据一实施例用在系统300(见图3)中的卡盒读取器单元100的实例。卡盒读取器单元100可被配置为足够紧凑和/或小，以便作为例如手持式便携设备。卡盒读取器单元100包含主体或外壳110，其具有显示器120和用于容纳卡盒组件的卡盒容纳器130。外壳110可具有人体工学设计，以便在读取器单元100被握在操作者手中的情况下更舒适。然而，外壳110的形状和设计并非旨在限制。
卡盒读取器单元100可包含接口140和显示器120，用于例如促进用户输入和/或将卡盒组件200与单元和/或试样连接。根据一实施例，结合所公开的卡盒组件200，作为过程的一部分，系统300可处理、检测、分析和生成结果的报告，并进一步显示生物标志物结果，例如，使用传感器(磁阻性)技术，关于测试试样中检测出来的多种生物标志物(例如五种心脏生物标志物)的结果。
例如，显示器120可被配置为向操作者或用户显示信息。显示器120可以以集成的显示屏或触摸屏的形式提供(例如具有触觉或触摸反馈)，例如设置在外壳110上的LCD屏或LED屏或任何其他平坦面板显示器，并且(视情况可选地)提供输入表面，其可被设计为终端用户接口(UI)140，操作者可用其向单元100输入命令和/或设置，例如经由用手指触碰显示器120自身。显示器120的尺寸可变。具体而言，在一实施例中，显示器120可以被配置为显示具有键、按钮、菜单和/或键盘功能的控制面板，用于作为终端用户接口的一部分，输入用于系统300的命令和/或设置。在一实施例中，控制面板包含功能键、开始与停止按钮、返回或输入按钮以及设置按钮。作为附加和/或作为替代地，尽管图1未示出，在一实施例中，卡盒读取器100可包含任何数量的实体输入装置，包括但不限于按钮和键盘。在另一实施例中，卡盒读取器100可被配置为经由另一装置接收输入，例如经由直接或有线连接(例如使用插头和线缆连接到计算机(PC或CPU)或处理器)或经由无线连接。在又一实施例中，显示器120可以是集成的屏幕，或者，可以是外在的显示系统，或者可以是它们二者。经由显示控制单元120，测试结果(例如来自参照图3介绍的卡盒读取器310)可以显示在集成的或外在的显示器上。在再一实施例中，用户接口140可以与显示器120分立地提供。例如，如果触摸屏UI不用于显示器120，其他的输入装置可用作用户接口140(如遥控器、键盘、鼠标、按钮、操纵杆等)，并可以与卡盒读取器100和/或系统300关联。相应地，应当明了，用于到卡盒读取器100的输入的装置和/或方法并非旨在限制。在一实施例中，卡盒读取器100和/或系统300的所有功能可以经由显示器120和/或输入装置受到管理，包括但不限于：开始处理方法(例如通过开始按钮)，选择和/或改变检定和/或卡盒组件200的设置，选择和/或改变与气动装置有关的设置，确认任何用于输入的提醒，查看处理测试试样的方法中的步骤，和/或查看(例如经由显示器120和/或用户接口140)测试结果以及GMR传感器和控制单元/卡盒读取器计算的结果。显示器120可以通过视觉显示与试样中的分析物检测有关的信息。显示器120可以被配置为显示来自控制单元/卡盒读取器的所生成的测试结果。在一实施例中，关于由卡盒读取器单元/控制器(通过接收来自传感装置的测量，该测量被确定为被检测分析物或生物标志物的结果)确定/处理的测试结果的实时反馈被显示在显示器120上。
视情况可选地，扬声器(未示出)也可被提供为卡盒读取器100的一部分，用于提供音频输出。任何数量的声音都可被输出，包括但不限于语音和/或警报。卡盒读取器单元100也可包括，或者视情况可选地包括任何数量的连接器，例如，LAN连接器和USB连接器，和/或与之相关联的其他的输入/输出装置。LAN连接器和/或USB连接器可用于将输入装置和/或输出装置连接到卡盒读取器单元100，包括可移除的存储器或驱动器或其它系统。
根据一实施例，卡盒容纳器130可以是外壳110内的开口(例如图1所示)，其中可插入卡盒组件(例如图2的卡盒组件200)。在另一实施例中，卡盒容纳器130可包含托盘，其被配置为可在其中容纳卡盒组件。这样的托盘可以相对于外壳100移动，例如移出和移入其中的开口，从而容纳卡盒组件200，并将卡盒组件移入(以及移出)外壳110。在一实施例中，托盘可以是弹簧承载的托盘，其被配置为相对于外壳110可释放地锁定。关于卡盒读取器100的另外的细节将在下面参照图3介绍。
如前所述，卡盒组件200可被设计为插入卡盒读取器单元100，使得试样(例如血、尿)可以被制备、处理和分析。图2A-2C示出了根据这里的实施例的卡盒组件200的示例性实施例。某些与所公开的卡盒组件200相关联的一般性的特征通过参照这些附图介绍。然而，如后面更为详细地介绍的，几种不同类型的卡盒卡以及卡盒组件可与卡盒读取器单元100一起使用，并因此设置为系统300的一部分。在某些实施例中，试样处理系统或卡盒组件200可采用用于进行个体测试的用后可弃组件的形式。也就是说，如通过这里的介绍进一步明了的，取决于试样和/或将要测试的分析物的类型，可使用不同的卡盒卡配置和/或卡盒组件。图2A示出了根据这里的一实施例的卡盒组件200的倾斜的顶视图。卡盒组件200包含试样处理卡210以及传感和通信衬底202(也参照图2B)。一般来说，试样处理卡210被配置为接收试样(例如经由试样端口，例如注入端口，其也在后面介绍)，并且，一旦插入卡盒读取器单元100，处理试样并引导试样流动，以生成制备的试样。卡210也可在内部的废料腔(图2A未示出，但在下面进一步介绍)中存储来自来自用于制备测试试样的流体和/或试样的废料。存储器芯片275可被读取和/或写入，并用于存储与例如卡盒应用、传感器校准、所需试样处理有关的信息。在一实施例中，存储器芯片275被配置为存储气动系统规约，其包含用于有选择地向卡盒组件200的卡210施加压力，并因此实现制备试样的方法的步骤和设置，该试样用于传送到磁阻性或磁阻传感器(例如GMR传感器芯片280)。传感器芯片可用于对插入单元100的各个卡盒组件200进行防误措施，因为其包括于各种化验测定的自动操作配方(automation recipe)。存储器芯片275也包含制造各个卡210和/或卡盒组件200的可追溯性。传感和通信衬底202可被配置为建立和维护与卡盒读取器单元100的通信，以及接收、处理和检测所制备试样的特征。衬底202建立与卡盒读取器单元100中的控制器的通信，使得分析物可在所制备的试样中被检测。试样处理卡210与传感和通信衬底202(见例如图2B)组装或组合在一起，以形成卡盒组件200。在一实施例中，粘合材料(见例如图2D)可以视情况可选地用于使卡210与衬底202彼此粘合。在一实施例中，衬底202可以为施加到试样处理卡210的层叠层。在一实施例中，衬底202可以设计为层叠到试样处理卡210的柔性电路。在另一实施例中，试样处理卡210可以用陶瓷材料制造，并在其上集成有电路、传感器(传感器芯片280)以及流体通道。作为替代的是，卡210和衬底202可以机械对准并连接在一起。在一实施例中，衬底202的一部分可以从卡的一个边缘或一端延伸，例如图2A所示。在另一实施例中，如图2B所示，衬底2-2可被对准和/或将尺寸设计为使其具有与卡210类似的边缘或较小的边缘。
图2C原理性地示出了根据一实施例的卡盒组件200的特征。如图所示，某些特征可设置在试样处理卡210上，而其他特征可以与衬底202相关联。一般而言，为了(在卡的主体内)容纳测试试样(例如血、尿)，卡盒组件200包含试样注入端口215，其可设置在卡210的顶部。另外，视情况可选地，过滤器220(这里也称为过滤膜)、排气端口225、阀阵列230(或阀阵列带230)以及气动控制端口235可被设置为卡210的一部分。连通通道233设置在卡210内，以流体连接卡210的这些特征。气动控制端口235是卡盒组件200上的气动接口的一部分，用于有选择地将加压流体(空气)施加到卡的连通通道233(以便指引其中的流体(空气、液体、测试试样等等)流动)和/或阀阵列230。视情况可选地，卡210可包含连接到指定的连通通道233的不同的阀控制端口535，用于对阀阵列230中的阀进行控制。卡210也可具有经由连通通道233流体连接的一个以上的计量腔240、气体渗透膜245以及混合通道250。计量腔被设计为经由连通通道233在其中接收至少测试试样(直接地，或是经过过滤地)。这些特征在下面参照图14-27D更为详细地介绍，其中示出了可用作卡盒组件200的一部分的试样处理卡的不同的示例性实施例。一般而言，试样可经由端口215注入卡盒组件200，并借助使用过滤器(例如过滤器220)的过滤、计量腔240中的计量、混合通道250中的混合、加热和/或制冷(视情况可选的)以及经由连通通道233、气动控制端口235和阀阵列230被引导和改变流速来进行处理。例如，流体的流动可使用内部微流体通道(贯穿本公开，一般也称为连通通道233)和阀，经由气动系统(例如卡盒读取器单元100中的系统330，如图3所示)与气动接口(例如在具有气动控制端口235的卡210上)的连接或类似的连接部分而受到控制。根据一实施例，经由加热器259，可实现对卡210内的测试试样和/或混合材料/流体的视情况可选的加热，该加热器可以采用具有热敏电阻器的设置在PCB/衬底202上侧的布线轨迹的形式。根据一实施例，经由集成在卡盒组件200中(例如在衬底202上)的TEC模块，或在另一实施例中，经由集成在卡盒读取器单元100内部的模块，可实现对卡210内的测试试样和/或混合材料/流体的视情况可选的制冷。例如，如果制冷模块设置在单元100中，如果需要制冷的话，其可以被按压为紧贴卡盒组件200。处理也可视情况可选地包含经由卡210上的视情况可选的试剂部分260(和/或泡罩包装)，和/或经由卡盒读取器单元100的外壳110内的试剂卡盒来引入试剂。试剂可以按照对于该试样的处理以及被分析的卡盒组件200的需要释放或混合。另外，视情况可选的泡罩包装265可设置在卡210上，以便在处理中经由连通通道233向试样引入例如试剂、洗脱剂、清洗缓冲剂、磁纳米颗粒、珠溶液或其他缓冲剂的材料。一个以上的内部废料腔(这里也称为废料池或废料贮器)270也可视情况可选地设置在卡210上，以便贮存来自试样和试剂的废料。如下面讨论的那样，输出端口255——也称为传感器传送端口或到传感器的输入端口——被设置为将制备好的试样从卡210输出到GMR传感器芯片280，用于检测测试试样中的分析物。输出端口255可以流体连接至计量腔，以便将测试试样和一种以上的混合材料传送到传感器。因此，传感器可被配置为，经由所述至少一个输出端口255，接收测试试样以及所述一种以上的混合材料。在实施例中，输入端口257——也称为废料传送端口或来自传感器的输出端口——被设置为将来自GMR传感器芯片280的任何流体或试样输出到废料腔270。废料腔270可以经由连通通道233流体连接到卡210的其他功能部件(包括例如计量腔240、输入端口257或二者同时)。
卡盒组件200具有在存储器芯片275上存储、读取和/或写入数据的能力，存储器芯片275可与卡210或衬底202相关联。如前所述，存储器芯片275可用于存储与卡盒应用、传感器校准以及所需试样处理(在试样处理卡内)有关和/或相关联的信息，并基于所制备和处理的试样接收附加的信息。存储器芯片275可位于试样处理卡210上或衬底200上。
如前所述，根据这里的实施例，可以使用磁阻性传感器，以使用这里公开的系统确定测试试样内的分析物(例如生物标志物)。尽管说明书和附图提及使用特定类型的磁阻传感器，即巨磁阻(GMR)传感器，应当明了，本公开并不局限于GMR传感器平台。根据某些实施例，传感器可以是例如各向异性磁阻性(AMR)传感器和/或磁性隧道结(MTJ)传感器。在实施例中，可以使用其他类型的磁阻性传感器技术。但是，仅仅出于阐释目的，说明书和附图提到使用作为磁阻性传感器的GMR传感器。
卡盒组件200的衬底202可以是或者包含电子接口和/或电路接口，例如PCB(印刷电路板)，其可具有巨磁阻(GMR)传感器芯片280和与之相关联的电气接触垫290(或电气接触部分)。其他的部件也可设置在衬底202上。根据一实施例，GMR传感器芯片280至少附着到衬底202。GMR传感器芯片280可以被布置在衬底202上并使用例如粘合剂附着到衬底202。在一实施例中，可在GMR传感器280和PCB衬底202之间使用液体粘合剂或带粘合剂。这样的设计可能需要例如在底部与PCB结合以及在顶部与处理卡结合。作为替代，将GMR传感器芯片280附着到衬底202的其他方法包括但不限于：将GMR传感器摩擦装配(friction fitting)到PCB，以及将GMR传感器芯片280的顶部直接连接到试样处理卡210(例如，特别是在以层叠到试样处理卡210(的背部)的柔性电路的形式提供衬底202时)。GMR传感器芯片280可被设计为接收来自试样处理卡210的输出端口255的制备好的试样。因此，GMR传感器芯片280在衬底上的放置可以基于输出端口255在卡210上的位置而改变或更改(因此，图2B所作图示并非旨在限制)，反之亦可。在一实施例中，GMR传感器芯片280被放置在衬底202的第一侧(例如，朝向卡210的下侧的顶侧，如图2B所示)，以便从在卡210的下侧进行输出的输出端口接收所制备的试样，接触垫290被设置在衬底的相反的第二侧(例如在衬底202的底侧或下侧，使得当组装完成时，接触垫290在卡盒组件200的底侧露出，从而插入卡盒读取器单元100)。GMR传感器芯片280可包括其自己的相关联的接触垫(例如金属条或销)，其经由PCB/衬底202上的电子连接而电气地连接到设置在其下侧的电气接触垫290。因此，当卡盒组件200插入卡盒读取器100时，电气接触垫290被配置为作为电子接口并建立电气连接，因此与卡盒读取器单元100中的电子装置(例如卡盒读取器310)电气连接。因此，传感器芯片280中的所有传感器都通过电气接触垫290和GMR传感器芯片280的接触垫连接到卡盒读取器单元100中的电子装置。
图2D和2E示出了卡210和衬底202的配合或连接接口的示例性截面图。具体而言，图2D示出了根据一实施例在卡210上的输出端口255和衬底202的GMR传感器芯片280之间的接口。例如，图中示出了根据这里公开的任一实施例，位于卡210下方并且邻接卡210的PCB衬底202。衬底202可附着到卡210的底面(222)。卡210在其至少一个层中具有通道特征，这里标记为微流体通道433(它是卡210内的许多连通通道中的一个)，其被设计为将在卡210中处理的测试试样引导到指向GMR传感器280的输出端口255。视情况可选地，粘合材料可设置在卡210的层之间，例如，粘合剂434A可设置在卡中具有试剂端口434B的层和具有通道433的层之间。衬底202包含GMR传感器芯片280，该芯片被设置为邻近通道433以及卡210的输出端口255。图2E示出了与使用卡210的分析物检测有关的原理图，该卡具有所述一个以上的微流体通道433和与PCB衬底202的硅片相关联的GMR传感器芯片280。分析物检测通过微流体、表面化学、试样目标、纳米磁珠、磁场和巨磁阻(GMR)传感器芯片280成为可能。例如，卡210中的微流体通道433(即连通通道)可帮助从磁珠黏附体1415引导纳米磁珠以及分离的测试试样的流动，以便进行处理。磁珠黏附体1415可被配置为与生物分子1425(也称为目标)或关心分析物相互作用，例如，在抗体-分析物-磁珠黏附体的三明治复合结构中。试样目标是将被检测和测量的项目。纳米磁珠1415黏附到试样目标1425。视情况可选地，隔离材料1445、1455可被设置在传感器280上。例如，在图2E所示的实施例中，另外的隔离层1455在生物表面1445下面。隔离层1455可以与GMR传感器280直接接触，并可包含例如金属氧化物层。根据一实施例，生物表面层1445可以与隔离层1455直接接触。衬底202可用作它上面的各个部件——例如GMR传感器280、隔离层1455和/或生物表面层1445——的支架。在某些实施例中，衬底202可以用硅片或层叠的柔性层制成。
磁场(来自与下面参照图3所介绍的磁场发生器360不同的磁场发生器365)可用于激励位于传感器附近的纳米磁颗粒。图2F示出了例如反平行和平行磁化的原理示例。类似的原理可在这里用于GMR传感器芯片280。具体而言，如图2F所示，GMR传感器可以设计为包含金属多层结构，该结构具有夹在两个磁性层880A和880B之间的非磁性导电夹层890。在一实施例中，非磁性导电夹层890可为薄的铜膜。在一实施例中，GMR传感器芯片280使用金属结构构成，该结构具有夹在两个铁磁性层(图2F中的880A和880B)之间的几个纳米厚的非磁性导电薄膜(例如铜)，其依赖于铁磁性层的相对磁化方向而变化。金属多层结构的电阻依赖于磁性层880A和880B的相对磁化方向而变化。平行磁化(如图2F的右半部所示)将导致较低的电阻，而反平行磁化(如图2F的左半部所示)则导致较高的电阻。这一现象促进了来自纳米尺度磁性材料的杂散场检测。磁化方向可以由外部施加的磁场控制。结果，金属多层结构在其电阻中显示出根据外部磁场的变化。
GMR传感器具有超出各向异性磁阻(AMR)或霍尔传感器的灵敏度。这种特性使得检测来自纳米等级磁性材料的杂散场成为可能。例如，来自黏附在传感器表面上的磁纳米颗粒的杂散场将改变磁性层的磁化，并因此改变GMR传感器的电阻。因此，每单位面积黏附到GMR传感器的磁纳米颗粒的数量的变化可以反映在GMR传感器电阻值的变化当中。
出于这些原因，根据这里介绍的实施例，卡盒组件200中使用的传感器是GMR传感器芯片280。
现在参照图3，其原理性地示出了卡盒读取器单元100的其他的特征，以进一步介绍卡盒读取器单元100和卡盒组件200如何被配置在一起工作，提供用于检测试样中的分析物的系统300。如所介绍的，卡盒组件200可插入卡盒读取器单元100的外壳110。一般而言，卡盒读取器单元100的外壳110可进一步包括或包含：处理器或控制单元310，贯穿本公开，也称为“控制器”和/或“卡盒读取器”310；电源320；气动系统330；通信单元340；(视情况可选的)诊断单元350；磁场发生器360；存储器370(或数据存储器)；以及，其用户接口140和/或显示器120。视情况可选地，例如用于打开插入的卡盒组件上的试剂源或用于将试剂引入卡盒组件(例如，如果试剂并不是在特定试剂部分中被包含在组件内)的试剂开启器(图3未示出)也可被设置为卡盒读取器单元100的一部分。一旦卡盒组件200被插入卡盒读取器单元100的外壳110，且电气及气动系统被连接，卡盒存储器芯片275可从卡盒组件200被读取(例如由单元100中的卡盒读取器310/控制单元或PCB组件读取)，以确定气动系统规约，该规约包含用于有选择地将压力施加到卡盒组件200的卡210的步骤和设置，从而实现制备用于传送到传感器(例如GMR传感器芯片280)的试样的方法，因此，放在组件200中的试样可被制备、处理和分析。控制单元或卡盒读取器310可控制用于在试样中检测分析物的过程的自动化所需要的输入和输出。例如，卡盒读取器310可以是实时控制器，其被配置为，除其他的以外，控制与卡盒组件200相关联的巨磁阻(GMR)传感器芯片280和/或存储器芯片275以及外壳110内的气动系统330以及来自用户接口的控制，驱动磁场发生器360，向与卡盒组件200相关联的传感器芯片和/或存储器发送和/或从之接收信号。在一实施例中，卡盒读取器310以PCB(印刷电路板)的形式提供，其中可包含另外的芯片、存储器、装置。卡盒读取器310可被配置为与例如内部存储器单元、系统运行初始化器、信号准备单元、信号准备单元、信号处理单元和/或数据存储器(图中均未示出)进行通信和/或对之进行控制。卡盒读取器310也可被配置为关于通信单元340发送和接收信号，使得例如，网络连接和遥测(telemetry)(例如与云服务器)可被建立，非易失性的配方可被实现。一般而言，通信单元340允许卡盒读取器单元100使用无线或有线技术发送和接收数据。电力可经由电源320(其采用内部的电池的形式，或经由连接于其上(例如经由线缆和插头)的外部源接收电力的连接器的形式)供给卡盒读取器单元100。在被启动时和/或在卡盒组件200与单元100相配合时，电源320被配置为向卡盒读取器单元100的部件供给电力。例如，电源320可向卡盒读取器310的控制单元以及PCB组件560、磁场发生器360、显示器120和/或用户接口140以及气动系统330(包括例如与之相关联的任何电动机、阀和/或泵)供电。根据这里的一实施例，电源320可以是至少一个内部安装的电池组320。气动系统330用于，借助在试样处理卡210内部和沿着试样处理卡210移动和指引流体(例如经由气动连接235，通过其通道以及到直接弹性阀的连接)，处理和制备放入卡盒组件200的试样(例如，血、尿)。气动系统330可以是用于移动流体的系统和/或装置，其可使用例如与流体接触的柱塞和/或活塞。磁场发生器360可以是外部的磁性线圈或其他的场发生装置，其安装在单元100中，或以某种方式与设置在卡盒读取器单元100的电路板上或设置在卡盒组件200上的一个以上的芯片(例如传感器芯片280)集成在一起。磁场发生器360用于在读取信号的同时激励GMR传感器芯片280附近的磁纳米颗粒。根据实施例，第二磁场发生器365——其可以是线圈或其他的场发生装置——可以设置为卡盒读取器单元100的一部分并在外壳100内。例如，根据一实施例，第二磁场发生器365可以是与磁场发生器360分立且不同的。此第二磁场发生器365可被配置为生成非均匀的磁场，使得其能够在试样制备和处理过程中将这样的磁场施加到组件200的试样处理卡210的部分(例如上面、下面、侧面)，例如当在卡中移动来自混合材料源的混合材料(例如，缓冲剂和/或磁珠)以及测试试样的时候。在一实施例中，第二磁场发生器365设置在卡盒读取器单元的相反端或相反侧(例如，位于单元100的外壳110的顶部)，即远离用于GMR检测的磁场发生器360。在一实施例中，第二磁场发生器365设置在卡盒读取器单元相较于磁场发生器360的相反端(例如第二磁场发生器位于单元100的外壳110的顶部，磁场发生器360设置在单元100的底端(例如在卡盒容纳器130附近))。在一实施例中，用于检测生物标志物/分析物的总磁场包含来自磁场发生器360(在传感器芯片外或与传感器芯片集成在一起)的所施加磁场以及来自GMR传感器芯片280附近的磁纳米颗粒的任何扰动。试剂开启器视情况可选地用于在GMR传感器芯片280的读取和试样处理期间引入试剂(例如，如果试剂并非在卡内特定的装试剂的部位)。如前面所介绍的，用户接口/显示器120允许操作者输入信息、控制过程、提供系统反馈以及显示测试结果(经由输入显示屏，其可以是触摸屏)。
图4示出了使用这里公开的系统300进行试样中分析物检测的方法400的一般步骤。在步骤410中，系统被初始化。系统的初始化可包含：向系统300(包括卡盒读取器单元100)加电，确定系统的配置信息，读取计算，确定特征(例如磁场发生器和载波信号)在线且准备就绪，等等。在步骤415中，完整的测试试样被加入或载入卡盒组件200(例如，试样被注射到如图2C所示的注入端口215中)。步骤410和415的顺序可以改变，即，可以在系统初始化之前或之后将完整的测试试样加入组件200。在步骤420中，卡盒组件200被插入卡盒读取器单元100。视情况可选地，作为方法400的一部分，用户指令可经由用户接口/显示器120输入到卡盒读取器单元100和/或系统300。于是，在步骤425中，试样的处理经由控制单元310启动。例如，这种启动可包含通过用户接口/显示器120和/或连接到读取器单元100的系统从操作者或用户接收输入。在另一实施例中，可以通过将卡盒组件200插入卡盒读取器单元100以及检测到其中卡盒组件200的存在(例如，经由组件200上的电气接触垫290与控制单元310之间的电气连接，以及自动读取来自存储器芯片275的指令)，自动地启动处理。使用气动控制指令(例如从存储器芯片275获得)，试样在步骤425中受到处理，从而生成制备的试样。如上面一般性地介绍(以及下面进一步介绍)的，试样的处理可以取决于试样的类型和/或插入读取器单元100的卡盒组件200的类型。在某些情况下，处理可包含制备试样之前的若干步骤，包括混合、引入缓冲剂或试剂等等。一旦试样制备好，所制备的试样被发送(例如，通过卡210中的通道，经由气动系统330和控制单元310的气动控制，到输出端口255)到GMR传感器芯片280。在步骤440中，所制备试样中的分析物在GMR传感器芯片280中被检测。接着，在步骤445中，来自GMR传感器芯片280的信号被接收和处理，例如，经由卡盒读取器310(控制单元，其可包含例如一个以上的处理器)。一旦信号被处理完，测试结果可在450处经由例如显示器120/用户接口被显示。在455处，测试结果被保存。测试结果可保存在云服务器中和/或卡盒组件200上的板载存储器芯片275中。在实施例中，任何流体或试样可从GMR传感器芯片280通过输入端口257被引导到废料腔270。此后，一旦所有测试被传感装置/GMR传感器芯片280执行和读取，卡盒组件200可从卡盒读取器单元100退出。根据一实施例，这可以自动执行，例如，卡盒读取器单元的外壳110中的机械装置可将组件200推出外壳110，或者，这也可以由操作者手动执行(借助按钮或力)。
在一实施例中，这里介绍的系统300可使用如题目为“SYSTEM AND METHOD FORGMR-BASED DETECTION OF BIOMARKERS”且于同日提交的国际专利申请No.PCT/US2019/______(代理人案卷号No.026462-0504846)所公开的气动控制系统，该申请全文并入此处作为参考。
在一实施例中，这里介绍的系统300可如题目为“SYSTEM AND METHOD FORSENSING ANALYTES IN GMR-BASED DETECTION OF BIOMARKERS”且于同日提交的国际专利申请No.PCT/US2019/______(代理人案卷号No.026462-0504848)所公开的那样检测分析物，该申请全文并入此处作为参考。例如，在一实施例中，传感装置或GMR传感器芯片280可包含如-0504848申请所公开的一个以上的微流体通道和布置在所述一个以上微流体通道内的多个传感器垫。在一实施例中，这样的通道可以视情况可选地包含布置在通道内的多个GMR传感器。GMR传感器可以全都相同地配置，以检测一种分析物，这种冗余性使得增强的检测成为可能。GMR传感器也可全都不同地配置，以检测各种不同的分析物，或者配置为具有某种冗余性的、不同配置的传感器的组合。通道的配置不受限制。总之，通道中的GMR传感器可被设计为从GMR传感器芯片280提供输出(测试结果)。
图28-31示出了卡盒读取器310(控制单元)和卡盒读取器单元100中的信号处理器的功能模块以及与它们相关联的过程，这些过程可由卡盒读取器单元100关于插入的卡盒组件200使用和实现。在一实施例中，这里介绍的系统300可如题目为“SYSTEM AND METHODFOR PROCESSING ANALYTE SIGNALS IN GMR-BASED DETECTION OF BIOMARKERS”且于同日提交的国际专利申请No.PCT/US2019/______(代理人案卷号No.026462-0504850)所公开的那样处理GMR传感器的信号，该申请全文并入此处作为参考。例如，如上所述，在步骤445中，经由卡盒读取器310，来自GMR传感器芯片280的信号被接收和处理。在一实施例中，卡盒读取器310被配置为使用试样制备控制部分和信号处理部分来执行对来自GMR传感器芯片280的结果进行处理的功能，试样准备控制部分具有存储器读取单元和试样准备控制单元(用于接收表示卡盒组件200已经插入卡盒读取器单元100的信号，读取存储在存储器芯片275中的信息，生成气动控制信号，并将它们发送到气动系统330)，信号处理部分适用于控制电气元件，准备和收集信号，处理、显示和/或将测试结果中继到外部系统，包括处理测量信号以获得分析物检测的测试结果，如-0504850申请中详细介绍的那样。与卡盒读取器310和单元100的信号处理器有关的附加特征稍后在本公开中更为详细地提供。
应当明了，关于图1和图2A-2F，所示的特征是作为这里公开的用于在试样中检测分析物的系统300的部分的卡盒读取器单元100和卡盒组件200的示例性原理图。因此，图示仅仅是阐释性的，并非旨在限制。
回到前面关于图2C讨论的试样处理卡210和卡盒组件200的部件，卡盒组件200中的试样处理卡210上提供的部件的布置、放置、是否包含在内以及数量可以基于所分析测试试样和/或所执行测试(例如生物标志物检测、金属检测等)而定。另外，在某些实施例中，卡210可以布置为使得卡上存在分区，和/或使得特征设置在不同的层中(然而，这些层不需要为具有其主体的不同的层)；相反，是在深度或高度上(Z方向上)相对于彼此分层。根据这里的实施例，试样处理卡210可以使用激光切割以形成入口、通道、阀区域等并且夹和连接/封装在一起的部分形成。在其他的实施例中，试样处理卡的一个以上的层可以激光切割、层叠、模塑等等或由多种工艺的组合形成。形成试样处理卡210的方法并非旨在限制。这里出于说明性目的，某些图包含层的图示，以显示试样处理卡210的部分相对于彼此的定位(例如相对于位于上和/或下面的其他特征在卡中的定位)。提供这些图示，以显示部件(通道、阀等)在试样处理卡210的主体内的示例性深度或放置，并非作为限制。
一般而言，各个卡210具有主体214，当从顶上或从上侧观看时，其沿着纵向中心线A—A(设置在Y轴方向上)纵向延伸。在一实施例中，各个卡210可具有这样定义的维度：以纵向方向延伸的长度(即相对于或沿着中心线A—A)、以长度方向的横向延伸的宽度(例如在X轴方向上)以及在Z轴方向或竖直方向上的高度(或者深度或厚度)。在一非限制性实施例中，卡210的主体214可以大致为矩形构造。在一实施例中，卡盒读取器单元100中的卡盒容纳器130(和/或任何相关的托盘)的尺寸设计为容纳试样处理卡210的维度，使得卡210可插入单元100的外壳。关于图2C所述的特征现在在这里进一步做介绍。
在下面的介绍中，可参照图5-13，以便帮助示出示例性试样处理卡210的部件。然而，应当明了，图5是根据这里的一实施例被配置为用作卡盒组件200中的试样处理卡的试样处理卡210A的实例，图6-13仅仅是示例性的，且这些实施例都并非旨在限制。
一般而言，试样处理卡210可包含试样注入区域、阀阵列带230、混合带、气动控制接口(这里也称为泵接口或气动接口)以及控制与传送带(到传感器芯片280)。这些区域和带中的任何一个可相对于彼此定位和/或彼此重叠(例如在卡的不同的层中)。试样注入区域是卡上的用于注入完整的测试试样的区域。阀阵列带230在其中包含若干个和/或一系列的阀，它们由卡盒读取器单元100中的气动系统330控制，用于在卡210内引导和/或混合流体。此带230中的阀可连接到试样处理卡210中的连通通道。混合带指的是用于混合所分离的测试试样与其他流体(例如试剂、清洗缓冲剂、磁珠)和/或移动其他流体(例如试剂、清洗缓冲剂、磁珠)的区域。阀阵列带230中的阀(例如，具有弹性偏转部分)可以有选择地在打开和关闭位置之间受到控制，以便允许通过连通通道的有选择的传送，例如，将测试试样传送到可设置在混合带中的流体计量腔240，以便与例如试剂、缓冲剂等混合。控制和传送带可以是卡210上的这样的区域：其与单元100的卡盒读取器310以及其气动系统330连通。在一实施例中，用于控制流体在卡210的通道内的移动的若干个端口235(至少一个气动控制端口235)被设置在气动控制接口中。在某些实施例中，控制与传送带也可以视情况可选地包含用于控制阀阵列带230中的阀的位置的端口。各个气动控制端口235具有流体连接于其上的对应的连通通道，用于与卡210内的其他特征(例如计量腔)连接。这些带及其介绍仅仅是示例性的，并非旨在限制。
如上面所述，根据一实施例，试样处理卡210可包含试样注入端口215，其可设置在卡210上，用于在卡的主体内接收测试试样。注入端口215被配置为接收完整的测试试样，例如根据这里的某些实施例的全血、尿等。在其他的实施例中，测试试样可以在注射到注入端口215之前预先分离(例如从血液分离血清)。注入端口215可包含小的开口，其具有设置在卡210的上表面218的接收孔，其以一定深度竖直延伸到卡210中，视情况可选地贯通到过滤膜，例如过滤器220。
根据某些实施例，过滤膜220可以以一定的深度夹在或设置在试样处理卡210的上表面218和下表面222之间。例如，在图5(以及其他附图)所示的实施例中，试样处理卡210A的过滤膜220被示为大致是圆形的；然而，膜220的面积或形状并非旨在限制。如本领域技术人员一般所明了，过滤膜220用这样的材料制成：其被配置为接收注入的完整的测试试样，并从该试样中分离出测试试样(以便做进一步的制备，例如用试剂、缓冲剂、磁珠)。在某些实施例中，过滤膜220可以为血液过滤膜，例如，从全血中分离出血浆试样。例如，过滤膜220可以用不对称过滤材料制成。例如，这样的材料可在下侧具有越来越小的孔尺寸。在全血测试试样的情况下，例如，膜220可用于将红细胞和其他的大生物材料从注射到注入端口215的患者测试试样中移除，并提供在试样处理卡210中进一步处理的血浆。在其他的实施例中，过滤器可以以玻璃纤维膜220A的形式提供。例如，根据一实施例，玻璃纤维膜220A可用于提取核酸(而过滤膜220用于从全血中过滤血浆)。尽管贯穿本说明书始终一般使用过滤器220，应当明了，在本公开中，提及过滤器或过滤膜220及其特征也可指并可适用于玻璃纤维膜220A。
如前面所提到的，过滤器220(或220A)可以视情况可选地位于卡210和卡盒组件200内。在一实施例中，例如，测试试样可以由卡盒组件200外的操作者或用户分离。例如，在使用全血作为测试试样的例子中，用户可首先从之分离血清或血浆，即，在组件200之外。因此，并不需要在组件200中使用过滤器。
在使用中，测试试样(例如全血)可被装载、引入或注射到(例如使用移液管或针头)注入端口215的小开口中。于是，试样可被配置为横向摊开并透过过滤膜220，以净化和/或分离试样的组分(例如，在注入全血试样的情况下，过滤器220将会过滤血液，得到血浆)。所分离的测试试样(例如血浆)可沉到试样处理卡210的底部或是接收区域224，这里也称为试样腔224。此接收区域224可设置在例如过滤膜220的附近或下面(在竖直方向上，即深度或高度的方向；在Z轴方向上)。在一实施例中，装载或注入的试样可以依靠毛细作用透过过滤膜220，如某些附图中的线所示，例如向上地和/或沿对角线地一直到与注入端口215相反的一侧，在那里可设置或提供排气端口225。
排气端口225是试样处理卡210中在过滤膜220的区域和试样处理卡210的上表面218之间在深度上竖直延伸的开口。在一实施例中，排气端口225的深度从接收区域224(例如区域224的顶面或底面，或试样腔)延伸到上表面218。排气端口225向大气敞开，并被配置为从卡排出空气。根据一实施例，排气端口225可在尺寸上与注入端口215的开口类似。在一实施例中，排气端口225向下延伸到与膜220相同的平面。此排气端口允许压力从试样处理卡的内部(例如从膜220和/或接收区域224，或其中的其他连接通道)排放或释放并且排到大气之中，例如，在血液测试试样被注入并依靠毛细作用进入膜220时，其分离血浆，且此区域中的任何空气通过排气端口225被排出。根据一实施例，排气端口225可以与注入端口215相反(例如180度)地布置。在图5的示例性地示出的实施例中，例如，排气端口26在膜220附近的左上侧示出。在另一实施例中，排气端口225和注入端口215可定位为彼此更为靠近，或在试样处理卡的相同侧。在一实施例中，例如，通道、导沟(guide)或其它部分可以设置在试样处理卡的这样的层中：例如，其为膜220周围的通道规定路线。在一实施例中，注入端口215和排气端口225的位置可以围绕或相对于过滤膜220交换或旋转到另一位置。例如，参照图5的实施例，注入端口215和排气端口225的位置可以互换。在另一实施例中，端口215、225可沿着跨越/穿过并且相对于膜220的另一条线(例如竖直线、水平线或成角度的线)定位。因此，端口215、225的所示出的位置并非旨在限制。
根据某些实施例，试样处理卡210可在其中包含一个以上的通气口(或空气端口)，其可用于排放空气和/或吹出空气。在某些情况下，排气端口225可用作通气口，而在其他的实施例中，排气口可以是分立的端口。在一实施例中，通气口和/或排气端口225可以被配置为允许气流使得所包含的纤维膜(例如玻璃纤维膜)变干。在一实施例中，通气口可以一般经由阀关闭，阀的位置(打开或关闭)可以由气动系统330控制(例如，经由到指定端口235的连接和连通通道)。
由此试样注入区域，在接收区域224/试样腔内的分离的测试试样被设计为被使用，以及视情况可选地与试剂、缓冲剂、磁珠等混合。具体而言，分离的测试试样被配置为在卡210中移动，以便准备测试试样，接着，将之指引到GMR传感器芯片280，用于检测并向用户/操作者输出结果。流体连通通道可以将注入端口215和接收区域224流体连接到混合材料源和/或计量腔，和/或卡210中的其他特征，如将在下面更为详细地介绍的那样。
例如，根据一实施例，在图5所示的试样处理卡210A中，卡210A可被配置为具有这样的特征：当从顶上观看(见图5)时，在纵向中心线A-A(设置在Y方向上)的各侧(左、右)类似，因此互为镜像。因此，图5的试样处理卡210A提供了以平行方式布置并分开的检定区域，允许同时的多重检定。在图5中，类似的参考标号用于代表设置在试样处理卡210的双侧(即左和右)的特征。如基于下面的介绍将会进一步明了的，图5的试样处理卡210A的这种结构布置与控制机制(来自单元100)的使用一起允许更好地混合测试试样(例如血浆)和试剂、缓冲剂、磁珠等，由此，带来更好的卡的功能以及更高的检定特异性。
根据一实施例，用于在试样处理卡210中控制流体移动以及所分离测试试样的混合的某些机制是设置在阀阵列带230中的一系列的阀以及气动控制接口中的气动控制端口235。例如，根据一实施例，经由使用可连接到试样处理卡210和卡盒组件200的气动系统300的泵和/或控制器来控制这样的阀和端口，使用接收区域224中的过滤膜220从血液试样中分离的血浆可以流过从接收区域224(在这种情况下，从其中心、底部)延伸的试样传送通道。
根据这里的实施例，试样处理卡210的任何实施例可被配置为卡盒组件200的一部分，使得气动控制接口的气动控制端口235设置在卡210的这样的一端：其首先被放置到卡盒容纳器单元100的卡盒容纳器130中。具体而言，尽管附图可能一般地显示出，当纵向观看时，端口235(或其接口)在卡210的底端或底部(例如，注入端口215接近卡的顶部，端口235接近底部)，在提到将卡盒组件200插入单元100时，卡210的具有气动控制端口235的这一底端可在这里实际上称为“前端”或“插入端”。
应当注意，尽管可能在附图中的某些实施例中示出一个试样传送通道，可以想到，两个以上的试样传送通道也可以设置在试样处理卡210中。例如，在一实施例中，两个以上的试样传送通道可以从接收区域225延伸到卡中的其他部位(例如计量腔240)。
根据一实施例，一系列的阀可设置在阀阵列带230中。在一实施例中，第一组阀设置在外壳中，并包括第一阀和第二阀，它们各自被配置为在打开位置和关闭位置之间移动。在一实施例中，第二组阀也设置在外壳中，各个阀被配置为在打开位置和关闭位置之间移动。在一实施例中，阀可以是分立的，并可以设置在卡的纵向中心线A-A的各侧。在另一实施例中，阀可以按行分，例如，第一阀的一行平行于第二阀的一行延伸。例如，第一阀的一行可以在纵向方向上定位在第二阀的一行上方。在一实施例中，阀与阀阵列带230可以设置为邻近卡210中(相对于并且沿着中心线)的过滤膜220或在纵向方向上相对于过滤膜220位于下方。根据一实施例，在竖直(Z轴)方向上，一系列的阀可以设置在过滤膜220的相对下方的阀阵列带230中。在另一实施例中，阀可设置在外壳的中心线A-A或纵向轴的同一侧。在又一实施例中，在竖直(Z轴)方向上，阀可以设置在过滤膜220的相对上方的阀阵列带230中。因此，应当明了，阀阵列230沿着卡(纵向)和/或在卡的层内相对于过滤器220的定位对于微流体连通通道并不重要，因为流体可经由其中的通道流经卡210上任何的位置(竖直和/或纵向方向上)。
在一实施例中，各个阀阵列带230可包含或由弹性材料212制成。如图5的示例性实施例所示，弹性材料212的位置用大致为圆角矩形的部分代表，其可以设置为低于上表面218，并且在试样处理卡210内的某深度上。在卡210的中间层中或在某深度上定位弹性材料212的实例在图6和图7中更为详细地示出。弹性材料212可放置在试样处理卡210的主体内，使得阀在卡的主体内或层中形成。弹性材料212可包含作为/用作阀的弹性偏转部分和/或囊(如图6-7所示)，它们与卡内的内部通道对准。偏转部分经由正压(例如来自气动系统330的加压空气或真空)的在打开和关闭位置之间的移动允许流体(血浆、试剂)在通道和外壳部分内的移动，如下面所介绍的那样。
例如，阀阵列带230中的阀(即弹性偏转部分)可被有选择地控制，以便允许有选择地将来自完整试样的所分离测试试样和/或用于与血浆混合的试剂、清洗缓冲剂、珠等传送到流体计量腔240。如将在下面详细介绍的，连接到卡盒组件200(以及因此连接到试样处理卡210)的气动系统300的控制器和/或泵可被致动为控制弹性材料212/带230中的阀的位置，和/或将正和/或负压(抽吸或真空)施加到试样处理卡210，使得取决于阀的位置，流体(血浆和/或试剂)在试样处理卡210中的通道内移动以及流过通道。
在一实施例中，为了移动并将所分离测试试样传送到计量腔240，试样传送通道(来自接收区域224)可连接到任何数量的分支部分，其可将该分支引到特定的计量腔240。在一实施例中，设置两个以上的分支部分。在一实施例中，例如图5所示，分支部分可以延伸到例如一个以上的阀阵列带230(在中心线A-A的各侧)。在图5中，经由传送通道，试剂部分260也连接到阀阵列带230。试剂部分260可被设计为在其中容纳试剂。在一实施例中，这些部分260以大致为圆形或圆形的井的形式设置在试样处理卡210的外壳中，井中容纳以及包含某一容量的试剂。试剂可以采用液体、流体或溶液的形式，其经由致动阀/控制器通过传送通道从各个部分260计量，使得其与来自血液试样的所分离血浆混合，如下面介绍的那样。一定容量的试剂可以注入(经由用户或卡盒读取器单元100)、预先载入或存储在试样处理卡210中的试剂部分260中。在一实施例中，试剂可以使用泡罩包装而存储在试样处理卡210的试剂部分260中，即，试剂被包含在卡中，在测试试样时打开封装。在另一实施例中，试剂可被注入部分260，并临时存储在井/试剂部分中，一直到阀/控制器被致动。类似地，视情况可选的泡罩包装265、井和/或存储腔285(如图15、17A和18A)可设置在卡210上，以便在处理过程中将例如试剂、清洗缓冲剂、磁纳米颗粒、珠溶液或其他缓冲剂的材料引入所分离测试试样。这样的泡罩包装265和/或存储腔285可被设计为存储和/或保持在制备试样中使用的任何数量的项目，包括例如酶、珠子等。存储腔285也可设计为或者作为替代地设计为存储或捕捉一部分试样，包括例如捕捉珠子。
除了有选择地移动测试试样外，阀阵列带230中的阀(连同连接到端口235和/或阀控制端口535的气动系统330)可进一步控制试剂、缓冲剂、珠子等在试样处理卡中的传送和移动，即到流体计量腔240中。
试剂或试剂溶液可以包含磁纳米颗粒，以便对目标蛋白质加标志。一般地，试剂或试剂溶液被配置为包含导致机械反应的抗体。在某些实施例中，试样与一个以上的合适的细胞溶解试剂接触。溶解试剂常常配置为溶解完整的细胞，和/或从污染物(例如蛋白质、碳水化合物或脂肪酸)中分离核酸。细胞溶解试剂的非限制性实例包括洗涤剂、低渗溶液、高盐溶液、碱性溶液、有机溶剂(例如苯酚、氯仿)、离液盐、酶等等或其组合。任何合适的溶解过程可用于这里介绍的方法。一种以上的清洗缓冲剂可用于在传感器表面上固定抗体和/或在传感器上固定截断离子、扩增剂(amplification)等。本领域技术人员知道这些类型的试剂和缓冲剂，因此这里不再详细列出。术语“核酸”指脱氧核糖核酸(DNA、例如互补DNA(cDNA)、基因组DNA(gDNA)等)和/或核糖核酸(RNA，例如mRNA，短抑制RNA(siRNA)、DNA或RNA类似物(例如包含碱基类似物、糖类似物和/或非特异性骨架等)、RNA/DNA杂合体和肽核酸(PNA)等等及其组合。核酸可以是单链或双链的。在某些实施例中，核酸是引物(primer)。
流体计量腔240可以位于卡210中的试样注入带10的下方(在Y轴方向上)。在一实施例中，流体计量腔240可分别连接到从接收区域224、阀阵列带230和/或任何数量的试剂、泡罩包装和存储腔260、265、285延伸的通道(例如分支通道)。例如，根据这里的实施例，各个流体计量腔240可以被配置为在纵向方向上在阀阵列带230和对应的气体渗透膜245之间延伸。各个腔240(图5中示出了4个)可以这样定位：在外壳内的某深度上，在上下表面218和222之间，并以使得它们在外壳的横向方向上彼此平行并相对于中心线A-A在纵向方向上延伸某一长度的方式。各个腔240的尺寸被设计为在其中容纳所计量的流体，例如一定容量的分离出的测试试样(血浆)以及一定容量的混合材料(例如，来自例如泡罩包装、存储腔等混合材料源的试剂、缓冲剂、珠子)，使得它们能被混合并用于经由GMR传感器芯片280的测试(例如生物标志物检测、分析物检测)。如下面更为详细地所述，某些阀的打开状态允许患者(血浆)试样和混合材料二者被分别抽入流体计量腔240，一直到流体到达气体渗透膜245。根据一实施例，试样处理卡210中的通道的结构设计和混合材料可与干粉末、液体混合物、凝胶或其他混合物混合。各个腔240也可进一步配置为，基于气动系统330的输出，通过连接的通道输出所接收的流体。
气体渗透膜245以某一深度设置在外壳内，例如图11的截面所示。根据一实施例，气体渗透膜245可以设置在计量腔240(例如下面的层中)附近并在其深度下方。气体渗透膜可流体连接到计量腔。各个气体渗透膜245可接收大气中的空气并传送到外壳中。气体渗透膜245可由膜或是这样的材料形成：其被配置为接收、抽吸或将大气中的空气传送到试样处理卡210的外壳中，同时，也被配置为防止流体进入连接到气动控制端口235的连通通道。在一实施例中，膜245用于通过并向腔240吸入空气一直到特定的压力。具体而言，泵(流体连接到卡盒组件200)可被配置为产生负压(真空)，以便通过卡210抽吸流体，例如从计量腔240向着以及到气体渗透膜245，其也可包括通过所述膜245抽吸空气(除了通过连接计量腔240和气体渗透膜245的连通通道抽吸以外)。在一实施例中，泵可被配置为，一旦测试试样/流体/溶液到达气体渗透膜245，就停止施加负压。在一实施例中，当流体到达气体渗透膜245时，其可以以任何的方式被判断出来，例如，可以使用检测器来检测、基于腔240的已知容量来判断、和/或基于向用于计量流体的流体腔240施加(例如通过连接的且对应的连通通道)负压(抽吸或真空)的预定量的时间来判断。例如，气体渗透膜245可以以一片粘附膜的形式提供，其夹在层之间以及设置在囊内。流体可被吸到上表面，一直到它湿润，然后立即停止吸入腔240的流体。
连接到泵接口即气动控制端口235的连通通道254从气体渗透膜245延伸。根据一实施例，连通通道254可以以GPM 245和计量腔240下方的某一深度设置在外壳内(见例如图11)。
如图3原理性地示出的，气动控制(泵)接口包含若干个气动控制端口235，其连接到气动系统330(与卡盒组件200脱机设置，且因此与卡210脱机设置，且在卡盒读取器单元100内)中的一个以上的泵或阀。一般地，每个气动控制端口235与压力开关相关联。到各个气动控制端口235的供给可被控制或切换，以便将正压或者负压(抽吸或真空)施加到端口235，或者根本不施加压力，因此，将这样的压力施加到卡中的流体计量腔240和连通通道(例如，像是通道433)。在实施例中，气动控制端口235和/或分立的阀控制端口535可被提供，以便控制阀阵列带230中的阀的位置。基于其中的阀以及泵的位置和切换，于是，流体可在试样处理卡210中到处移动，混合并传送到传感装置(GMR传感器芯片280)。这些细节将在下面阐释。
回到阀阵列带230，根据一实施例，各个阀阵列带230可包含阀的第一组80以及阀的第二组82。如图8更为详细地示出，第一阀组80可以设置在阀阵列带230的第一(例如上面的)行中，第二阀组82可以设置在第二(下面的)行中。两组80、82中的阀可使用阀致动接口530(或控制器接口)来控制。组80和82可以用弹性材料212制成，例如，经由激光切割或模塑，采用弹性偏转部分的形式(见例如图6和7以及后面对这样的偏转部分的实例的介绍)。尽管组80和82在图5的实施例中被示为包含各自作为阵列30的一部分位于纵向轴线或中心线A-A各侧的两个阀(例如每组四个阀，即总共八个阀)，应当注意，在其他的实施例中，阀阵列带230可包括一系列的阀，其中，组80、82布置在横跨卡210的行中(见例如图14、17A、18A等)。在一个实施例中，可提供每组一个阀(即总共四个阀)。另外，术语“组”的使用并非旨在限制同一类型的阀。在一实施例中，第一阀80和第二阀82可以称为“组”。
阀致动接口530包括端口和控制通道，用于有选择地打开和关闭阀阵列带230中的阀组。具体而言，图8示出了设置在图5中的试样处理卡210A右侧的阀阵列带230的一实施例的详细视图，阀致动接口530连接于其上。然而，应当明了，图5中试样处理卡210A左侧的阀阵列带230基本上是右侧的阀的镜像，如图中类似参考标号的使用所示。另外，阀致动接口530的放置不限于图中所示。在一实施例中，阀致动接口530可以设置在试样处理卡210A的相反(左)侧。在另一实施例中，阀致动接口530可以设置在试样处理卡210的双侧。在又一实施例中，如图18A所示，阀致动接口530可以设置在卡210的前端，在外壳的上表面18和/或下表面20上，并邻近气动控制端口235。当然，在再一实施例中，气动控制端口235可用作(连同连接通道)阀致动接口530。
根据一实施例，第一阀组80可包含一系列、一行或若干个阀84(例如两个或更多)，其可经由第一通道86流体连接在一起。此第一通道86也可连接到用于与之流体连通(即接收分离的血浆)的一个分支部分。在另一实施例中，分支部分可直接连接到与阀84相关联的囊。根据一实施例，第二阀组82可包含一系列、一行或若干个阀88(例如两个或更多)，其经由第二通道90流体连接在一起。另外，如图8可见，例如，连接通道32可在第一组80的阀之间(横向)延伸(例如在中心线A-A各侧)，以连通性地且流体地连接两侧的阀84。例如，连接通道32可将加压空气传送到试样处理卡210中的各个阀84。类似地，连接通道34可在第二组82的阀之间(横向)延伸，用于连通地且流体地连接第二组82中的阀88(例如在中心线A-A的各侧上)。当阀88处于打开状态时，连接通道34可也允许计量腔240和混合通道250之间的连通。经由过渡部分351，连接通道34可以与第二通道90以及计量腔240流体连通，如下面所述。另外，根据一实施例，混合通道250可横向设置在阀与流体计量通道240之间。如图5和14的示例性视图所示，例如，经由连接到计量通道240或者是其一部分的过渡部分51，计量通道240连接到阀阵列带230中的阀。当然，如图所示，过渡部分51可用在计量通道240的另一侧，或具有卡210中的任何其他特征(如下所述)。
由图8可见，根据一实施例，控制通道48A也连接到第一通道86。控制通道48A连接到阀致动接口530的控制端口535A。连接到阀致动接口530中的控制端口535B的控制通道48B可连接到第二通道90。阀致动接口530中的控制端口42A、42B连接到一个或多于一个的离线泵或控制器(气动系统330中，在图3中原理性地示出)，其被设计为在测试试样的处理过程中按照需要打开和关闭各个阀84和/或88。
根据一实施例，这些阀84、88中每一个的打开和关闭通过使用正负压力梯度来促成，正负压力梯度通过使用控制器以及到端口(阀致动接口530的端口235或端口535)的连接离线生成。在一实施例中，阀84和88中的每一个可以用柔性的弹性体或偏转部分形成，其基于施加于其上的压力或力的量，在其断开和关闭状态之间移动每个阀的状态，如图6和7所示。根据一实施例，每个阀84和88可以被配置为在静态时处于常开状态或常开位置。在施加一定量的压力(例如加压空气)时，该阀可被移动到关闭状态。
如图6和7所示，连接到阀84、88的各个通道位于试样处理卡210的外壳或主体内的一定深度。在一实施例中，在外壳被制造的同时，通道在外壳的层内形成。通道在不同深度的定位允许流体在其中流动，而不影响外壳的其他部分。例如，图6、7示出了阀阵列带230中所取的截面图，其示出了前面提到的通道(例如92、48A、48B)的连接和定位，以及阀84、88及其在外壳内的定位(某些线示出了可用于形成外壳的示例性层)。示出的通道和阀的深度仅仅是示例性的。基于阀的状态，通道可以被连接或阻断。也就是说，通过经由接口530施加压力来致动，经过通道的流动可以基于弹性偏转部分相对于通道的移动而受到控制。例如，如图6所示，在第一状态下，各个阀84可以打开，而阀88被关闭(例如，经由施加到控制通道48B的加压空气)。这些特征在这里用弧线示出，显示打开的阀84允许来自连通通道以及在连通通道中，通过阀84和通道92，经由过渡部分351，到流体计量腔50的流体连通。阻断通过阀88以及进入混合通道250的流体流动的传送。例如，图9原理性地示出了流体在图6的第一状态下的移动。在第二状态下，如图7所示，各个阀88可以打开，同时，阀84关闭(例如，经由施加到控制通道48A的加压空气)。再一次地，弧线的位置显示出，打开的阀88允许从计量腔240经由过渡部分51、通过阀88和通道90、进入混合通道250(例如具有阶梯构造且连接到输出端口255的通道)的流体连通。阻断通过阀84以及通过其他连通通道的流体流动的传送。例如，图10原理性地示出了图7的第二状态下的流体移动。因此，根据例如图5和8所示的实施例，当各个阀88关闭时，可向着流体计量腔240指引流体。当各个阀88打开时，可向着混合通道250指引流体。
或者，根据另一实施例，各个组80、82中的个体阀84、88可单独地控制，使得流体和/或材料的移动可被指引通过特定的区域以及一个以上的微流体连通通道，例如到特定的计量腔240。也就是说，流体/材料可仅仅流过卡中的特定通道和区域，不一定必须流经一组或阵列带中的所有阀。这些特征将由参照例如图17A和18A所示的实施例的介绍明了。
在一实施例中，施加到接口530以在它们的打开和关闭位置之间移动阀84、88的压力/加压空气的量可以在大概2.0psi到大概10.0psi的范围内。在一实施例中，大约5.0psi可以施加到接口42，以便在位置之间移动阀，即，从打开状态到关闭状态。一般而言，设置阀的状态所需要的压力较小。
现在参照卡210的其他气动特征，在一实施例中，例如经由连接的微流体连通通道，被配置为有选择地将加压流体从外壳吸走以及传送到外壳的气动控制端口235中的一个可连接到各个计量腔240。在另一实施例中，各个气动控制端口235可连接到(经由连接通道)多于一个的计量腔240。例如，气动控制端口235可以是泵接口的一部分，其设置在主体/外壳的下部(前端205)，如图5、14、17A所示。气动控制端口235可相对于上表面218、下表面222或其组合定位，并且经由其访问。在另一实施例中，端口235可定位在卡210的侧面。一般而言，在图14-27D所示的实施例中，气动控制端口235和气动控制接口被示为设置在相应的卡210的上表面218中，但这仅仅是出于阐释目的，并非旨在限制。
当卡210被插入其中时，卡盒读取器单元100的气动系统330被配置为连接到在此接口上的端口235。在一实施例中，气动系统330包含泵，其可以是连接在阀致动接口530上的类似的泵或不同的泵。气动控制端口235可用于经卡210的外壳中的通道移动和混合流体。取决于连接到气动控制端口235的泵和阀的状态(打开或关闭)，混合通道250可允许测试试样(血浆)和来自混合材料源混合材料中的二者或任一个被吸入流体计量腔240和/或从所述计量腔240推入混合通道250。例如，负(抽吸或真空)压可由泵施加到气动控制端口235和/或到阀控制端口535，可被配置为将流体(血浆、试剂)吸过阀阵列带230中的阀。例如，正压(例如，采用加压空气等加压流体的形式)可被施加到气动控制端口235，和/或到阀控制端口535，以便将流体从计量腔240传送到混合通道250。
根据一实施例，如上面所介绍的，在某些实施例中，流体计量腔240也可经由设置在例如其顶端的过渡部分351流体连接到第二通道90。根据一实施例，对应的过渡部分351也可设置在各个气体渗透膜245附近的各个流体计量腔240的底端。过渡部分351可以被形成为使其宽度从减小的宽度(在阀阵列带230附近)扩大到与腔240的顶端/入口的宽度类似的宽度，并将其宽度从腔240的底部/出口减小到在其有关的流体线路上的减小的宽度。过渡部分351的尺寸和形状以这样的方式形成，以便减小和/或防止气泡在腔240形成。它们进一步在流体流经腔240时帮助提供更为平缓的流体流动。
另外，如贯穿附图所示，过渡部分351可以与试样处理卡210中的其他部件相关联，包括例如泡罩包装265和/或存储腔285。再一次地，这些过渡部分351帮助将材料(干或湿)从第一特征引导到第二特征，由此在材料在卡210中的通道/区域内移动时帮助提供更为平滑的流动。
图5更为详细地示出了根据一实施例在上面提到的混合通道250。根据一实施例，这些混合通道250中的每一个可以用于混合，或者更具体的是进一步混合所计量的测试(血浆)试样和可被吸引到腔240中的混合材料，其将在下面进一步介绍。混合通道250可以被设计为混合或进一步混合测试试样和混合材料，得到基本上同质或者是同质的混合物，以便输出和用于经由GMR传感器芯片280的测试。根据一实施例，混合通道250可以被设置为在卡210的主体内纵向(沿着Y-Y)延伸。根据一实施例，各个混合通道259可在第一(输入)端连接到连接通道，并在第二(输出)端连接到卡210的另一部分，例如传感器传送输出端口255。例如，混合通道250可有选择地连接到计量腔，并被配置为将同质的混合物和/或测试试样以及其他混合材料经由输出端口255传送(借助连接的连通通道)到GMR传感器芯片280。
根据图5和14所示的实施例，两个混合通道250在低于计量腔240的深度(或层)被设置在卡210A和210B中。根据一实施例，各个混合通道250的定位可以使得它被设置在其中心线A-A附近或接近其中点。例如，如图5和14所示，根据一实施例，当提供两个混合通道250时，各个通道可以设置在纵向轴线或中心线A-A的相反侧。在一实施例中，混合通道250可以大致上在中心线A-A的各侧彼此平行。在另一实施例中，例如如图17A所示，混合通道250可以在中心线A-A的各侧彼此偏移开。在再一实施例中，例如如图18A所示，混合通道250可设置在试样处理卡210的中心线A-A的同一侧(例如，右侧)。在又一实施例中，试样处理卡210的所述一个以上的混合通道250可以对角线、横向或是关于中心线A-A成角度延伸。根据一实施例，一个混合通道250可以与多于一个的计量腔240关联，例如两个腔。
根据一实施例，各个混合通道250可在其两端之间具有阶梯构造，其包含在试样处理卡210的外壳内纵向(或竖直地，或在Y轴方向上)延伸的部分和横向(或水平地，或在X轴方向上)延伸的部分。此阶梯构造使得流体能够穿过平面移动，并经由其拐弯在流体中引起湍流，由此将流体彻底混合为基本同质或者是同质的混合物。在另一实施例中，混合通道250可具有锯齿形构造。
一个以上的输出端口——也称为传感器传送端口——被设置为将制备的试样(例如在计量腔240中与混合材料混合的测试试样)从卡210输出到GMR传感器芯片280，如下面讨论的那样。根据一实施例，各个端口255可以在一深度上布置在卡210中，并经由通道连接到卡的另一部件，例如，使得测试试样从计量腔240和/或混合通道250被引导到GMR传感器芯片280所位于的底面222。在一实施例中，端口255可设置在卡210的下部，例如在图5所示的前区(205)中。在另一实施例中端口255可设置在卡210的中部。端口255可以相对于上表面218、下表面222或其组合定位并经由其访问。在另一实施例中，端口255可定位在外壳的侧面。在一实施例中，传感器传送端口255可被配置为将流体混合物经过卡的下表面222输出，因此，端口255可以与设置在卡210下面的传感器关联或定位在其附近。端口255可以位于试样处理卡210的这样的位置上：与该装置上的传感器的入口配合并相接，使得传感器能由从外壳输出的基本同质的混合物检测并产生输出读取。端口255的位置并非旨在限制。一般而言，如前面介绍的，端口255的位置可取决于设置为卡盒组件200的一部分的GMR传感器芯片280的位置。例如，如果提供多个GMR传感器芯片280，多个端口255可定位在芯片280附近。经由端口255的输出传送使用阀84与88、气动控制端口235、视情况可选的阀控制端口535、控制器/卡盒读取器310和/或气动系统330的泵以及阀受到控制。
在另一实施例中，传感器传送端口255可被配置为通过卡的上表面218输出流体混合物，因此，端口255可以与设置在试样处理卡210上方的传感器相关联或位于它附近。例如，传感器可以设置在手持式装置或系统上。
一个以上的内部废料腔(这里也称为废料池或废料贮器)270也可视情况可选地设置在卡210上，以便存储来自测试试样的废料。例如，在测试试样与混合材料在计量腔中混合并引到GMR传感器芯片280之后(例如，流经芯片280和/或经过输出端口255流到芯片280)，其可以被引到卡210中设置的一个以上的废料腔270并沉积在其中(例如，通过引导测试试样通过输入端口257和/或连接到废料池270的通道)。各个废料腔270可位于外壳内在上下表面218和222之间的某深度上。在一实施例中，废料腔270可以以这样的方式定位：使得它们在外壳的横向方向上彼此平行，并在相对于中心线A-A的纵向方向上延伸一长度。在另一实施例中，废料腔270可以相对于中心线A-A以一角度定位。在一实施例中，废料腔270定位在试样处理卡210中低于计量腔240的某一深度或一层中。通道可以将计量腔240连接到到GMR传感器芯片280的输出端口255，并将来自GMR传感器芯片280的输入端口257连接到废料腔270。例如，通过借助气动控制端口235(通过连接(到气动系统330)的且对应的连通通道)施加负压，可将测试试样的流体移动到废料贮器270。
在某些实施例中，蛇形通道242可以设置在卡盒组件200的试样处理卡210中。蛇形通道242可用作卡210内的测试试样热循环和/或放大过程的一部分。
根据一实施例，试样处理卡210和/或卡盒组件200可在其中进一步包含一个以上的对准装置295。在一实施例中，例如贯穿附图所示出的，对准装置以对准孔295的形式提供。在另一实施例中，对准装置295可以以从卡210和/或组件200延伸的突起或销的形式提供。对准装置295可用于在卡210的组装过程中(例如在其层的组装过程中)对准卡盒部件，和/或用于将卡盒组件200定位和对准到卡盒读取器单元100的卡盒容纳器130中(例如到容纳托盘中)。或者，其他的机构特征——例如切出部分或断片——可设置为卡盒组件200上的对准装置。在另一实施例中，结构化的对准装置——例如卡止动壁或凸起——可设置在卡盒读取器单元100内，以用作对准装置。
根据一实施例，所公开的试样处理卡210被配置为卡盒组件200的一部分，卡盒组件200被设置为用于卡盒读取器单元100，并被设计为能让技术人员在一个过程中方便且快速的检测分析物。例如，该装置可检测输入的血液试样中的分析物的水平。在一实施例中，系统或装置可以是手持式或便携的装置或系统，其被配置为与卡盒组件200连接或容纳卡盒组件200。例如，用夹紧到卡的顶部的O形圈，经由端面密封，卡210可以与手持式系统接口。根据一实施例，如参照图26和方法600A所介绍的那样，这种密封允许实现负压，其促进流体经过卡的移动。来自试样处理卡210的混合物可被输出(或输入)到卡盒组件200的GMR传感器芯片280，且多种生物标志物的存在可以通过从混合物捕捉蛋白质并基于磁场检测对它们的存在进行定量。在一实施例中，卡盒组件200可使用一个以上的这样的传感器：其被配置为，通过移除用磁纳米颗粒加标记的竞争分析物，并经由磁(场)传感器，例如巨磁阻(GMR)传感器芯片280或其他的磁传感器(例如AMR、TMR等)，对磁纳米颗粒产生的磁场变化进行检测，来检测混合物/试样中的分析物。例如，一个以上的传感器或磁传感器的阵列可在芯片上形成，使得多种抗原分析物具有特异性地在试样中被检测到。
在一实施例中，卡盒组件200的试样处理卡210(在这里公开的任何实施例中)可以这样制造：通过堆叠和层叠不同类型的激光切割聚合物材料层，制造图中所示的形状和所介绍的通道几何特征。除了这些层以外，阀阵列带230上的气体渗透膜245、过滤膜220和/或弹性体材料212也可以是激光切割的，并放置在试样处理卡210的指定区域，以提供所需要的功能。然而，如贯穿本公开所述，任何的制造方法和/或材料可用于制造试样处理卡210。
图13为例如用手持系统或卡盒读取器单元100或另一离线装置或系统(其被配置为连接到卡盒接口(例如包括泵接口和气动控制端口235，任何阀控制端口535，以及传感器输出接口)和衬底202)使用卡盒组件200的方法600的流程图。仅仅出于阐释性目的，这里提到一个控制器和泵(作为气动系统330的一部分)，但并非旨在限制。在一实施例中，在第一状态下，第一组80的阀、阀84处于打开位置，而第二组82的阀、阀88处于关闭位置。在第二状态下，第一组的阀(84)处于关闭位置，而第二组的阀(88)处于打开位置。
根据一实施例，使用这里公开的卡盒组件200来混合测试试样的方法600遵循方法200的步骤。阀84和88的阀状态在一开始如下设置，如610处所示：泵被附着到阀接口(530，如果提供的话，或气动接口)，并被控制和配置为将正压通过阀接口经由端口42B和48B施加到第二通道90，包括通过可连接到中心线A-A的相反侧的阀的任何连接通道，使得阀88(阀2)移动到关闭位置。在一实施例中，没有压力被施加到第一通道86和通道32，且因此，阀84(阀1)保持在静止/缺省状态，即打开位置。在另一实施例中，泵可受到控制，以便将阀84定位在打开状态。试样(其可以是完整试样)在620被输入或注入到例如卡盒组件200的试样处理卡210的注入端口215。根据一实施例，试剂、清洗缓冲剂、珠子等(即混合材料)可以视情况可选地存储在试样处理卡210中或提供给试样处理卡210，如630处所示，并准备与分离的测试试样混合。如上面更为详细地介绍的，在注入试样之前和/或在将卡盒组件200插入单元100之后，混合材料可以存储或添加到试样处理卡210。例如使用过滤膜220，测试试样(视情况可选地)在640处从输入的完整试样中分离。在泵接口上，泵/气动系统330也附着到端口335。负压(抽吸或真空)可由气动系统330施加到端口235，由此将所分离的测试试样和任何混合材料吸过连通通道和/或吸入流体计量腔240，如650处所示。例如，真空将分离的测试试样和混合材料从260、285处经过分支或通道抽入计量腔240。这种操作可允许两种流体以1：1的比率强制进入混合区域。或者，可以在不同的时间并以不同的比率推动或者抽吸流体，这取决于所执行的测试。例如，两种流体都被计量或抽吸，一直到它们到达气体渗透膜245。
在650A处的计量之后，阀阵列带230中的阀状态被切换，如660处所示。来自泵/气动系统330的压力被翻转并控制为将正压通过阀致动接口(530)(如果有的话，或者，作为替代地，气动接口)经由端口42A和控制通道48A施加到第一通道86，包括通过连通通道到例如在中心线A-A的相反侧上的其他的阀，使得阀84(阀1)移动到关闭位置。在一实施例中，没有压力被施加到第二通道90和连接通道，因此，阀88(阀2)保持在静止/缺省状态，即打开位置。在另一实施例中，泵可被控制，以便将阀88定位在打开状态。泵也可被控制为通过端口235、通道和气体渗透膜245在泵接口上施加正压，使其将计量的流体(例如血浆和试剂)移动到第二通道90或将之推过第二通道90，进入混合通道250。通过端口连续施加压力允许在流体流过混合通道250(例如其阶梯配置)时如在670处所示的混合，以形成例如测试试样和任何混合材料(试剂)的实质上同质或同质的混合物。如680处所示，混合流体退出试样处理卡210或从试样处理卡210输出，例如经由输出端口255，流到作为卡盒组件200的一部分的一个以上的GMR传感器芯片280。传感器芯片280使用混合的同质流体来传感或检测提供给它的试样中的指定项目，例如生物标志物。
在该方法结束时，尽管图13中没有示出，混合流体/试样可被引导到设置在试样处理卡210中的一个以上的废料池270。
在一实施例中，来自GMR传感器芯片280的多重生物标志物读取可被执行并向用户输出(例如经由显示器120)。
当然，尽管方法600的介绍可能提到阀84和88处于打开或关闭，这指的是一示例性的实施例。也就是说，如前面参照阀所介绍的，在某些实施例中，个体阀可在例如不同的阶段中被控制，以便在卡210中移动流体和/或材料。因此，方法600中提到阀1和阀2仅仅是示例性的，并非旨在将阀84、88的介绍限制为表示组80、82中的全部阀都必须同时移动或改变。
根据一实施例，方法200从注入到输出(输出到传感器)的总处理时间可能为大概10到20分钟，取决于泵设计和设置。然而，处理时间是可以改变的，并非旨在作为限制。
在一实施例中，大约500mL或更少的血液的测试试样被配置为注入到注入端口215中。在一实施例中，大约300mL血液的测试试样被配置为注入到注入端口215。在一实施例中，过滤膜220被配置为产生大约50mL到大约250mL的血浆。在一实施例中，过滤膜24被配置为cs大约100mL的血浆。
根据一实施例，大约50-100mL的试剂可在试剂注入部分中提供，和或在试样处理卡210中使用。
这里公开的试样处理卡210使用接口、阀和通道来实现自动计量及混合试剂(视情况可选地，存储在卡上或从单元100提供)和作为单个应用程序或过程的一部分输入其中的患者血液试样。使用所公开的微流体卡210的方法600允许用户作为单个过程的一部分来执行试样的混合，并在与装置(传感器芯片280)结合使用时进行分析，使得试样中的多种生物标志物特征可被检测。流体计量和后续混合操作完全由卡外的泵和控制器(分别为气动系统330和卡盒读取器310)控制，卡外的泵和控制器在卡210插入并连接到卡盒读取器单元100时连接到卡210，这使先前需要技术人员来检定处理的实现完全自动化。流体移动和几何结构的标准化还将会带来更为稳定的平台，因为更多的系统部件变得可控。
另外，使用这种视情况可选的用后即弃的即时检验卡盒组件200，在使用较少量患者血液试样的同时能够进行更多样的检测，而不牺牲结果生成的速度。例如，所公开的检定卡盒组件设计允许从一个试样中检测多种生物标志物，因此，促进一个患者试样中的目标生物标志物的多重分析。在特定的实施例中，所公开的卡盒组件200使用患者血液试样，目标是与心脏不适有关的多种(例如五种)生物标志物。
另外，所公开的卡盒组件200的结构特征可允许多重检定并行运行。这样的多重检定的实例如下面所介绍。
下面根据本公开的实施例描述了在卡盒组件中使用的试样处理卡的其他示例。.尽管后面的图14-27D描述可能没有明确引用图2A-2E和5-13中所示的描述、插图和特征，但应理解的是，每个卡盒组件和/或试样处理卡均参照图14-27D进行说明和描述，可以包含和/或结合参考前述附图描述的任何数量的相似功能和部件(反之亦然)。
为了清楚和简洁起见，贯穿附图，相似的元件和组件将用与图1-13相同的标号来标记。因此，尽管这里没有完全详细地讨论，但是本领域的技术人员应该明了，与图14-27D中的试样处理卡210和/或卡盒组件200相关联的各种部件类似于先前讨论的那些。另外，应该明了的是，在每个单独的附图中示出的部件并不意味着仅限于所示出的实施例。即，贯穿本公开内容描述的部件可以与除了参照它们示出和/或描述的那些实施例之外的其他实施例互换和/或使用。
图14示出了被配置为用作卡盒组件200的一部分的微流体腔室卡或试样处理卡210B的一个实施例。在一实施例中，这种类型的卡210B被配置为与血液试样一起使用。试样处理卡210B可包括如图5-12先前所述的部件，因此不必在此重复这些细节。可以在卡210B中的底表面222上提供一个以上切口部分，以接收衬底202上的GMR传感器芯片280和/或板载存储芯片275。并示出了芯片280和存储卡275相对于卡210B中的附加特征的位置。过滤膜220设置或夹在上表面218和下表面222之间。一个患者测试试样被配置为装载，引入或注射到注射端口215中。通过过滤膜220过滤试样，即，产生分离的测试试样。分离的测试试样可以沉降到试样处理卡210B中的试样腔或接收区域224的底部，例如，相邻于或低于(在垂直方向上，即在深度或高度的方向上，在Z轴方向上)。具体地，如图5中所示的过滤膜220中的示线表示结构，方向性的部件，例如通道，其用于引导注入的全血试样在膜220上扩散。排气口225的深度从接收区域224(的底部)延伸到上表面218。排气口225向大气开放并且配置为从壳体排气。
图14所示的试样处理卡210B提供了以平行方式分隔和布置的测定区域，允许同时进行多个测定。
根据该实施例，阀阵列区230中的一系列阀在竖直(Z轴)方向上相对于过滤膜220的下方。例如，阀阵列区230中的弹性体材料可以在卡210B的底部222和保持过滤膜220的层之间。例如，在接收区中使用过滤膜220从血液试样中分离血浆。根据一实施例，可通过使用连接至试样处理卡210B和盒组件200的一个和/或多于一个泵来控制这些阀和端口235、535，从而穿过试样接收通道，该试样接收通道从接收区域224向下延伸(在这种情况下，从其中心，底部)。试剂段260也经由输送通道连接到阀阵列区230，例如，在图14中的中心线AA的任一侧上。试剂可通过启动阀/控制器从各个段44通过输送通道来计量，使得其与从血液试样中分离出的血浆以本文所述的任何方式混合。
分离的测试试样(例如，血浆)可以被引导通过第一组阀80并到达计量室240。流体计量腔240可以被定位在低于(在Y轴方向上)并连接到阀阵列区230的通道。同样在图14的实施例中，计量腔240可位于过滤膜220下方的一层(垂直，沿Z轴方向或一定深度)。如图14，每个流体计量腔240在阀阵列区230和位于卡210B的前端附近的透气膜245之间纵向延伸。每个腔室240(这里示出了四个)可以定位在壳体内(沿Z轴方向)的一定深度处，在是上表面218和下表面222之间，并且以使得它们彼此平行的方式沿壳体的横向方向延伸，并且相对于中心线AA沿纵向延伸一定长度。每个腔室240的尺寸设计成可在其中容纳计量流体，即一定体积的分离的血浆(血液)试样和一定体积的试剂，从而将它们混合并用于分析物/生物标记物的感测。从透气膜245延伸的连通通道连接到包括控制端口235和/或535(例如，在卡的顶部218上提供的端口)的泵接口。根据一实施例，通道在壳体内的膜245和腔室240下方的一深度处。控制端口235和/或535可以连接到气动控制系统330(在卡盒组件200的离线位置提供，即卡210B)。气动控制系统330被配置为向端口235和/或535施加正压或负压(吸气或真空)，或者根本不施加任何压力，并向流体计量室240和卡210B中的通道施加这样的压力。因此，流体可在整个试样处理卡210B中移动并混合。根据一实施例，流体计量室240还可以包括过渡部分351，如前所述。一旦混合流体到达GPM 245，就可以调节(例如，停止，反向)进入端口235和/或535的压力，从而可以将测试试样推入混合通道250。这些混合通道250中的每一个可以用于混合或进一步混合被抽入腔室240中的定量的患者(血浆)试样和试剂。根据一实施例，在卡210B的外壳中的计量腔240的下方一定深度处提供具有阶梯状构造的两个混合通道250(例如，层)。根据一实施例，每个混合通道250的定位可以邻近或靠近其中间或中心线AA。测试试样从混合通道250引导至输出端口255，并引导至卡盒组件200中的GMR传感器芯片280。使用阀门84、88，端口235、535和气动控制系统330控制的通过端口255的输出贯穿本公开描述。在图14的卡210B所示实施例中还提供了废物储存器270。在试样流向和/或流过GMR传感器芯片280之后，试样可以经由输入端口257和连接的通道进一步流动。进入废物容器270。
图15和16分别示出了根据本文另一实施例的包括示例性化验卡210C的另一示例性盒组件200的顶部218和底部(或背面)。尽管未明确示出，但是应该理解，卡210C的底部(222)可以紧靠衬底202的顶部，并且可选地粘附至衬底202，如先前所述。根据一个实施例，衬底202可以包括PCB，GMR传感器芯片280，电接触点290，存储芯片275，可选的加热器和/或对准装置295。卡210C包括注入端口215和通风端口225，其可以与以上参考图5-13描述的端口相似并且具有与之相似的功能。还可以提供过滤膜220或过滤器，试剂部分和/或泡罩包装265A和265B，其可以与先前描述的相似。如果需要，在将(全)血液试样过滤成血浆的情况下(血浆是所准备的试样的一部分)，可以存在过滤器220。可以在该卡盒组件200的卡210C中的任意数量的区域中提供阀阵列区域中的阀(未示出)。在该化验卡盒中还提供计量通道240，该计量通道在过滤膜220和输出端口255之间纵向延伸到GMR传感器芯片280(设置在衬底202上)。每个腔室240(在此示出三个)可以定位在壳体中的一深度(在Z轴方向上)且互相平行于卡210C的上表面和下表面之间，并且相对于中心线AA在纵向方向上延伸一定长度。废料腔270也可以设置在卡210C中。气动控制端口235(在图15中显示为靠近卡210C的前端205的两行平行端口(例如，端口235)，连接到卡内的联通通道)(可以是气动/泵的一部分)和对准装置295(例如孔)可以被设置在上表面218上，如图15所示，而电接触垫290和/或对准装置295可以设置在卡盒组件200的下表面(例如衬底202的底部)，如图16所示。
还可以在卡210C中的下表面222上提供一个以上切开部分，以接收衬底202的GMR传感器芯片280和/或板载存储芯片275的一部分。
在使用中，在组装或制造卡盒组件200的时候，将特定应用的功能化(即捕获抗体，DNA片段等)打印在GMR传感器芯片280上。将试样(例如血液)注射到端口如图215所示，同时在对面的端口225处排出空气。将卡盒组件200插入生物传感器基站，使得对准装置295，气动控制端口235和电接触垫290连接到卡盒读取器单元100。来自卡盒组件上存储器275的卡盒读取器310，指示卡盒读取器单元100如何重复测定。例如，卡盒读取器310可以依次执行并完成以下步骤：可以通过端口215将血液试样注入卡中，以将血液分离成血浆。如果测定需要，然后可以经由计量通道240计量过滤后的试样体积。如果需要，可以将过滤后的试样与检测试剂+阻滞剂混合。来自先前步骤的混合物流过传感器芯片280并进入废料腔270(例如，经由输入端口和通道)。接下来，进行夹心测定：抗原+生物素化的检测抗体与印刷的捕获抗体I结合。然后，可以刺破泡罩包装265A以释放一定量的洗涤缓冲液，例如150uL洗涤缓冲液。来自265A的洗涤缓冲液流过传感器芯片280并进入废料腔270。可以刺破泡罩包装265B以释放出一定量的珠溶液，例如150uL的珠溶液。来自265B的磁珠流过传感器芯片280并进入废料腔270。当磁珠结合至传感器表面时，记录来自传感器芯片280的GMR传感器信号：例如，珠上的链霉抗生物素结合至检测抗体上的生物素。捕获的抗体打印图和标准曲线数据(均来自存储器275)可与记录的GMR传感器信号一起使用，以计算每种抗原的浓度。
图17A示出了根据本文一实施例的被配置为用作卡盒组件200中的试样处理卡的试样处理卡210D的俯视图，该卡盒组件200被配置为用于卡盒读取器单元100。尽管未明确示出，但是应当明了，卡210D的底部(222)紧靠衬底202的顶部，并且可选地粘附至衬底202，如先前所述。根据一实施例，衬底202可以包括PCB，GMR传感器芯片280，电接触点290，存储芯片275，可选的加热器和/或对准装置295。可以在例如卡210D的下表面上提供一个以上切口部分，以接收衬底202的GMR传感器芯片280和/或板载存储芯片275的一部分。相对于卡210D中的附加部件，芯片280和存储卡275的相对位置在图17A中示出。根据一实施例，卡210D被配置为与血液的试样一起用于PCR测试，例如，ctDNA。如在所描述的实施例中通篇所指出的，卡210D可以由多层形成和/或在其中包含不同深度的部分。气动控制端口235(在图17A中显示为靠近卡210D的前端205的两行平行端口(例如，端口235)，连接到卡内的联通通道)(可以是气动/泵的一部分)可以在上表面218上设置对准装置295(例如孔)。图17B，17C和17D更详细地示出了一些层的示例，并且因此示出了不同零件和部件在卡210D中的深度(或在不同层中)的位置。下述部件在卡210D中提供并形成为使得它们可以在整个卡上以不同的深度或层传递和移动流体/血液/试样/空气。根据一实施例，可以在竖直(Z轴)方向上相对于过滤膜220下方设置阀阵列区230中的阀。在另一实施例中，阀阵列区230可相对设置在过滤膜220上方。图17B示出了卡片210D的示例性第一层(或顶层)的俯视图，示出了泡罩包装265A，265B，265C，265D，265A和265E以及泡罩包装285A，285B，285C(在一实施例中，可以是腔室)。泡罩包装285A-C通过通信通道连接到GMR传感器芯片280(通常在图17A中表示)的输出端口255。图17C示出了卡210的示例性第二层的俯视图，其示出了蛇形通道242，珠子捕获腔室285B，过滤膜220和洗涤缓冲液计量腔室240B，240C，240D和240E在其中的深度。如图17A和17C所示，每个流体计量腔240B-E可以在过滤膜片220和气动控制口235之间纵向延伸。每个流体计量腔240A-E(这里示出了四个)可以定位在壳体内的一定深度(在Z轴方向)且位于上表面218和下表面222之间，并在外壳的横向方向上彼此平行，并在纵向方向上相对于中心线A-A延伸一定长度。连通通道(在图17A中示出)将每个泡罩包装265A-D分别连接到计量腔240B-E之一。图17D示出了卡210D的示例性第三层的俯视图，其示出了废料腔270。此外，连通通道将计量腔240-1(图17A所示)连接至废料腔270。在一实施例中，废料腔270可以是单个的大腔。即，如图17D所示的(四个)腔室270可以是单个废料腔270的不同的部分，并通过它们之间的通道连接。通常，来自计量腔240-1的液体废物可以被抽到废料腔270。还提供了两个均具有阶梯状构造的混合通道250A和250B。当然，这是根据一个实施例的说明性示例。通道以及其中的部件和层的深度和位置可以改变。
在使用中，在通气口225打开的同时，将试样(例如，患者的全血(例如，1mL))注射到注射口215中。气动系统330通过气动控制口235施加负压，将血液试样通过过滤膜220横向扩散并穿过过滤膜220，这样血浆将与全血试样分离。如图17A所示，多个气动控制口可以在卡210D上，例如在其上表面218的底部附近提供235。另外，在一实施例中，可以提供多个单独的阀控制端口535作为卡210D的一部分。如图17A所示，例如，阀控制端口535可邻近于气动控制端口235，例如在卡210D的前端。泡罩包装265A中的磁珠和裂解缓冲液是打开的，并且通过向相应的泵口235施加负压(通过(连接的和相应的)连通通道)将磁珠和裂解缓冲液抽到磁珠和裂解缓冲液计量腔240B。计量腔240B中的磁珠/裂解缓冲液被推到腔室240-1(通过连接通道)，然后被推到连接的废料腔270。磁珠的表面被修改以捕获核酸。磁珠的大小没有限制；它的范围可以从200nm到1um。在腔室240-1中将500uL分离的血浆与磁珠和裂解缓冲液混合。可以通过使用磁场例如通过控制单元100中的第二磁场发生器来混合珠/裂解缓冲液和血浆。磁场可以在腔室的两侧，顶部或底部。还将腔室加热到56℃。将混合物混合并加热15分钟(如前所述，例如通过设置在PCB/衬底202顶侧上的加热元件)。15分钟后，通过施加磁场将磁珠固定在腔室表面上。通过相应的端口235施加负压，将液体移至相连的废料腔270。泡罩包装265B中的洗涤缓冲液1打开，并通过对相应的泵施加负压将其抽至洗涤缓冲液计量腔240C的端口235(通过(连接的和)相应的联通通道)。通过通过端口235施加负压(通过(连接的和相应的连通通道))施加负压，将计量腔240C中的洗涤缓冲液1推入腔室240-1(通过连接通道)，同时通过施加电磁力将珠子固定在腔室表面上。然后通过改变电磁场的方向2分钟，将磁珠与腔室240-1中的洗涤缓冲液混合。通过施加磁场将磁珠固定在腔室表面上。通过端口235(通过(连接的和)相应的连通通道)施加负压，将液体移至废料腔270。泡罩包装265C中的洗涤缓冲液2是打开的，并且通过对相应的泵端口235施加负压(通过(连接的和)相应的连通通道)将其抽至洗涤缓冲液1的计量腔240D中。通过施加电磁场将珠粒固定在腔室表面上，并同时通过端口235(通过(连接的和相应的连通通道))施加负压，将计量腔240D中的洗涤缓冲液1(通过连接通道)推入腔室240-1。然后通过改变电磁场的方向2分钟，将磁珠与腔室240-1中的洗涤缓冲液混合。通过施加磁场将磁珠固定在腔室表面上。通过端口235(通过(连接的和)相应的连通通道)施加负压，将液体移至废料腔270。泡罩包装265D中的洗涤缓冲液3是打开的，并且通过对相应的泵口235施加负压(通过(连接的和)相应的连通通道)将其抽到洗涤缓冲液计量腔240E中。通过经由端口235施加负压，将计量腔240E中的洗涤缓冲液1(通过连接通道)推入室240-1，同时通过施加磁场将珠子固定在腔室表面上。然后通过改变电磁场的方向2分钟，将磁珠与腔室240-1中的洗涤缓冲液混合。通过施加磁场将磁珠固定在腔室表面上。通过端口235(通过(连接的和)相应的连通通道)施加负压，将液体移至废料腔270。通过向连接的泵端口235(通过(连接的和)相应的连通通道)施加负压，将泡罩包装265E中的PCR试剂抽到PCR试剂计量室240A。计量腔240A中的PCR试剂和腔240-1中捕获核酸的磁珠通过相应的泵端口235(通过(连接的和)相应的连通通道)施加正压而被推至混合通道250A。然后通过将正压力施加到相应的泵端口235(通过(连接的和)相应的通信通道)，将PCR混合物推入蛇形通道242，以进行热循环扩增过程。蛇形通道242可以通过两个或三个加热器(例如，经由设置在PCB/衬底202的顶侧上的加热元件，如前所述)以不同的温度加热，以用于放大目的。蛇形通道242可以更长或更短，这取决于特定的扩增方案。具有磁珠的PCR产物穿过泡罩包装285B，在其中通过施加电磁场捕获磁珠。泡罩包装285A中的DNA单链酶打开，并将珠子捕获室/泡罩包装285B中的PCR产物溶液和泡罩包装285A中的DNA单链酶推入混合通道250B，然后(通过连接通道)推向GMR传感器芯片280(例如，通过输出，如输出255，未显示)，最后到达连接的废料腔270。泡罩包装285B中的洗涤缓冲液4打开并(通过输出端口255)推入衬底202(未示出)上的GMR传感器芯片280(通过连接通道)，然后(通过输入端口257返回)到连接的废料腔270。通过施加正压，在泡罩包装285C中包含缓冲剂的磁珠被打开并推动到泵端口235，及GMR传感器芯片280(通过连接通道)，然后到连接的废料腔270。阀阵列区域230包含弹性体材料212，通过端口535施加压力来打开或关闭阀(通过连接的或相应的联通通道)。通过形成过渡部分351以减少在腔室中形成的气泡。
卡210D可以在其中包括任何类型或数量的洗涤缓冲器。例如，根据一实施例，洗涤缓冲液1可以是稀释的裂解缓冲液，洗涤缓冲液2可以是PCR抑制剂去除缓冲液，洗涤缓冲液3可以是离子去除缓冲液，洗涤缓冲液4可以是50mM盐缓冲液，例如Na 3PO 4。因此，其中使用的洗涤缓冲液的类型和数量并非旨在限制。
图18A示出了根据本文一实施例的微流体腔室卡210E的俯视图，该微流体腔室卡210E被配置为用作卡盒组件200中的试样处理卡，该组件被配置为用于卡盒读取器单元100。尽管未明确示出，但是应当明了，卡210E的底部(222)可以抵着衬底202的顶部，并且可选地粘附至衬底202，如先前所述。根据一实施例，衬底202可以包括PCB，GMR传感器芯片280，电接触点290，存储芯片275，可选的加热器和/或对准装置295。可以在卡210E中的下表面上和/或通过下表面设置一个以上切口部分(例如，可以通过一层或多层提供切口部分)，以接收衬底202的GMR传感器芯片280和/或板载存储芯片275的一部分。相对于卡210E中的附加部件，芯片280和存储卡275的示例性位置在图18A中示出。根据一实施例，卡210E被配置为接收具有(颊状)拭子试样(PCR)的高盐溶液。如在所描述的实施例中所指出的，卡210E可以由不同深度的多层和/或包含的部件形成。如图18A所示，可以在卡210E上表面218上的前端附近提供多个气动控制端口235A-235F。另外，在一实施例中，可以提供多个单独的阀控制端口535作为卡210E的一部分。图18B-18E更详细地示出了一些层的示例，并因此示出了卡210E的深度(或在不同层中)中的不同部分和部件的位置。下述特征在卡210E中提供并使它们可以在整个卡中以不同的深度或层传递和移动流体/血液/试样/空气。图18B示出了卡片210E的示例性顶层的俯视图，其示出了试样腔224，注入口215，通风口225，玻璃纤维膜220A，泡罩包装/腔室265-1、265-2、265-3，265-4和265-5以及废料腔/槽270-1和270-2以一定深度设置。气动控制端口235(在图18A和18B中显示为在卡210E的前端205附近的两排平行的端口(例如，端口235)，连接到卡内的通信通道)(可以是气动的一部分)可以在上表面218和/或在其下面的层上提供对准装置295(例如，泵接口)和对准装置295(例如，孔)。图18C示出了卡210E的示例性第二层的俯视图，其示出了PCR加热和冷却(例如，如前所述，经由设置在PCB/衬底202的顶侧上的加热元件)的蛇形部件或蛇形通道242，以及附加的流体/空气通道以及部分的腔240-1至240-5在其一深度处。如图18A和18C所示，每个流体计量腔240-1至240-5可以在阀阵列230和气动控制端口235之间纵向延伸。每个腔室240(此处显示五个)可以定位在外壳内的某个深度处(在卡210E的上表面和下表面之间，并且以这样的方式，使得它们在壳体的横向方向上彼此平行，并且在纵向方向上相对于中心线A延伸一定长度。图18D示出了卡210E的示例性第三层的俯视图，其示出了PCR混合通道250-1和250-2(均具有阶梯状构造)以及用于与其连接并连接卡210E中的其他部件的附加通道。图18E示出了卡盒式阀阵列区230的示例性底层的俯视图，计量腔240-1至240-5的一部分，透气膜245(GPM 245)，用于存储芯片275或卡(设置在衬底202上)的开口或接口，以及端口235的一部分在其中一定的深度处。根据一实施例，可以在卡的纵向(Y)方向上相对于计量腔240-1至240-5与蛇形通道242之间相对地设置阀阵列区230中的阀。当然，这是根据一实施例的说明性示例。通道以及其中的部件和层的深度和位置可以改变。
在使用中，将拭子样品浸入高盐溶液中5分钟，然后将包含来自患者拭子的核酸和蛋白质的溶液通过注入口215注入试样腔224，而排气口225则放置在与注入口215相反的位置。然后通过对泵端口235D施加负压将高盐溶液通过玻璃纤维膜220A抽出，将其拉至相应的废料腔270-1。高盐溶液中的不溶性核酸与玻璃纤维膜220A结合。玻璃纤维膜220A被来自腔385的乙醇洗涤。通过向泵端口235D施加负压，腔385中的乙醇而被拉至玻璃纤维膜220A，然后被引导至相应的废料腔270-1。通过使空气通过2到5分钟来干燥玻璃纤维膜220A。端口306可以是通向大气的通气口，从而可以通过相应的通道对阀门驱动接口的控制端口535A施加负压(真空)，从而将空气拉过玻璃纤维膜220A。通过使用连接的泵/气动系统330通过(连接的和相应的)一个以上连通通道554来向阀的控制端口535A施加负压，将腔265-1中的低离子溶液(例如水或Tris-EDTA缓冲液)拉过玻璃纤维膜220A，直到溶液到达透气膜245为止。通过经由(连接的和相应的)连通通道554向泵端口235B施加负压，将腔265-2中的PCR试剂被拉至PCR试剂计量腔240-2，直到溶液到达腔中。通过相应的联通通道554对泵端口235A和235B施加正压，将计量腔240-2中的PCR试剂和洗脱液腔240-1中的洗脱液通过混合通道250-2推入PCR混合物孵育通道314(它起着混合室的作用，因为在试样处理过程中可能会出于培养目的而停止流体/液体)。端口235F在该过程中排气。将孵育通道314中的PCR混合物加热10分钟，以使RNA转录为DNA。在此过程中，端口235F是关闭的。然后将孵育通道314中的PCR混合物推入蛇形通道242，以通过(连接的和相应的)连通通道554向泵端口235B施加正压以进行热循环扩增过程。蛇形通道242可通过两个或三个加热器(提供在附接的衬底202上)来加热，以用于扩增目的。例如，在一实施例中，可以在蛇形通道242的第一部分(如图18C)附近或沿着其设置第一温度区域244，而沿着蛇形通道242的第二部分(见图18C)附近可以提供第二不同温度区域246。温度区域244和246可以分开一定距离，该距离允许流体倾斜(加热/冷却)。在图18C的示例性图示中，第一温度区域244大约是第二温度区域246的距离的一半，但是这仅是示例性的，并且不意图是限制性的。施加在每个温度区域的时间可以取决于流速和通道尺寸。加热的总时间可以取决于与蛇形通道242相关的匝数或循环数。蛇形通道242可以更长或更短，具体取决于特定的扩增方案。通过对应的通道554向泵端口235C施加负压，来将腔室285-1中的DNA单链酶拉至DNA单链酶计量腔240-3，直到溶液到达透气膜245为止。扩增蛇形通道242中的PCR产物溶液和计量腔240-3中的DNA单链酶被推到混合通道250-2，然后(通过输出端口255)推到GMR传感器芯片280(设置在衬底202上(未示出))，最后(通过输入端口257返回)到达卡210E对应的废料腔270-2。通过对应的通道554向泵端口235A施加负压，将腔室265-4中的洗涤缓冲液拉到洗涤缓冲液计量腔腔240-4中，直到溶液到达透气膜245。根据一实施方案，洗涤缓冲液可以是50mM盐缓冲液，例如Na 3PO 4。洗涤缓冲液计量腔240-4中的洗涤缓冲液被推至GMR传感器芯片280，然后被推至相应的废料腔270-1。通过相应的通道554向泵端口235B施加负压，将腔265-5中包含磁珠的缓冲液被拉至洗涤缓冲液计量腔240-5，直到溶液到达气透膜245。通过相应的连通向泵端口235B施加正压，将计量室240-5中的含有磁珠的缓冲液推入至GMR传感器芯片280，然后至相应的废料腔270-2。阀阵列区230包含弹性体材料212。通过形成过渡部分351以减少气泡在腔室中形成。
图19和20分别示出了另一示例性卡盒组件200的顶部和底部，包括示例性测定试样处理卡210F，该示例性分析试样处理卡210F被配置为用作卡盒组件200中的试样处理卡，该卡盒组件200被配置为用于卡盒读取器单元100。尽管未明确示出，但是应该明了，卡210F的底部(222)可以抵着衬底202的顶部，并且可选地粘附至衬底202，如先前所述。可以在卡210F的下表面上和/或穿过下表面设置一个以上切口部分，以接收GMR传感器芯片280A-280D和/或板载存储芯片275的一部分。根据本文又一实施例，卡210F可以被配置为用来确定抗体的相对动力学。在一实施例中，该卡210F还可以被配置为与具有高盐溶液的(颊状)拭子样本一起使用。将被测试的溶液加载到腔A2-A12中，该腔室配置为可在其中容纳一定量的流体或液体，例如，每个腔室只容纳一种溶液。腔A1通常用于阳性或阴性对照。将涂覆有配体的磁珠装载到/设置在试样腔285中。在卡210F中提供泡罩包装265，以容纳洗涤及封闭缓冲液。可以在该卡盒组件200的卡210F中的任意数量的区域中提供阀阵列区域中的阀(未示出)。气动控制端口235(在图19中显示为两行平行的端口(例如，端口235))在卡210F的前端205附近(连接到卡内的通道)(可能是气动/泵接口的一部分)以及对准装置295(例如孔)可以设置在上表面218上，并且电气接触垫290和/或对准装置295可以在下表面上提供(例如，衬底202的下侧)，如图20所示。腔A1-A12中的试样被抽过(连接的和)相应的通道，到达一个以上GMR传感器芯片280A，280B，280C和/或280D，并到达废料腔270。泡罩包装265被刺穿并释放出清洗缓冲液，通过每个通道到达芯片280A-280D，然后到达废料腔270。磁珠从试样腔285C穿过通道流到芯片280并到废料腔270。每个传感器280A-280D的电阻变化被配置为实时测量，以表示蛋白质+配体的结合速度。传感器280A-280D通过电接触垫290连接。同时，记录来自GMR传感器芯片280A-280D的GMR信号(例如，在存储卡275或云服务器上)并实时显示结果(例如，通过卡盒读取器单元100上的显示器120)。
图21和22分别示出了示例性卡盒组件200的顶部和底部，该示例性卡盒组件200包括示例性分析试样处理卡210G，该示例性分析试样处理卡210G被配置为用于卡盒读取器单元100的卡盒组件200中的试样处理卡，根据本文的实施例。尽管未明确示出，但是应该明了，卡210G的底部(222)可以抵着衬底202的顶部，并且可选地粘附至衬底202，如先前所述。可以在卡210G的下表面上和/或穿过下表面设置一个以上切口部分，以接收GMR传感器芯片280A-280D和/或板载存储芯片275的一部分。根据本文又一实施例，卡210G可以被配置为用来确定抗体的解离常数。为了简洁起见，先前描述的部件(例如腔室，GMR传感器芯片280的出口255，废料腔室270等)在图21-22具有相同或相似的附图标记，因此在此不必重复。气动控制端口235(在图21中显示为靠近卡210G的前端205的两行平行端口(例如，端口235)，并连接到卡内的通道)(可以是气动/泵的一部分)和对准装置295(例如，孔)，可以在上表面218上提供，而电接触垫290和/或对准装置295(例如，孔)可以在下表面(例如，衬底202的下侧)上提供，如图22中所示。在使用中，将被测试的溶液加载到腔285A2中。例如，可以制备阳性对照溶液(例如，通过将粉末溶解在固定缓冲液中)，并加载到腔285A2中。蛋白质涂层溶液被加载到腔285B2中。配体溶液被装入腔A1-A12中，每个腔室容纳一种溶液。这样的解决方案既可以预加载到卡210上，也可以在过程中加载。在卡210G中提供了泡罩包装265A2，以容纳洗涤及阻塞缓冲液。吸塑包装265B2设置在卡210G中，以也容纳洗涤和阻塞缓冲液。在卡210G中提供泡罩包装265C2，以容纳磁珠(例如，链霉亲和素包被的磁珠)。可以在该卡盒组件200的卡210G中的任意数量的区域中提供阀阵列区域中的阀(未示出)。在使用中，腔285A中的试样通过通道1被拉至GMR传感器芯片280A，然后到达废料腔270。同时，腔285B2中的试样通过通道2-12被拉至GMR传感器芯片280B，280C和280D，然后到达废料腔270。刺破泡罩包装265A2，并使洗涤及阻塞缓冲液通过每个通道1-12拉至芯片280A-280D，然后再进入废料腔270。将腔室A1-A12中的试样拉过通道1-12，并送到GMR传感器芯片280A-280D，然后送到废料腔270。刺破泡罩包装265B2，将其清洗缓冲液通过芯片280A-280D中的每个通道拉到废料腔270。来自泡罩包装265C2的磁珠流经通道到达芯片280A-280D，然后到废料腔270。每个传感器280A-280D上的电阻变化被配置为实时测量以指示蛋白质+配体的结合速度。传感器280A-280D通过电接触垫290连接。同时，记录来自GMR传感器芯片280A-280D的GMR信号(例如，在存储卡275或云服务器上)并实时显示结果(例如，通过卡盒读取器单元100的显示器120)。
图23和24A-24I示出了根据本文一实施例的示例性化验试样处理卡210H，其被配置用作卡盒组件200中的试样处理卡，该卡盒组件200被配置用于卡盒读取器单元100。尽管未明确示出，但是应当明了，卡210H的底部(222)可以抵着衬底202的顶部，并且可选地粘附至衬底202，如先前所述。根据一实施例，衬底202可以包括PCB，GMR传感器芯片280，电接触点290，存储芯片275，可选的加热器和/或对准装置295。可以在卡210H中的下表面222上和/或通过下表面222(见图24A)提供一个以上的切口部分，以接收GMR传感器芯片280和/或在板载衬底202的存储芯片275。存储卡210H可被配置为用来确定抗体的解离常数。更具体地，如实施例中所指出的，试样处理卡210H可以由多层形成和/或在其中包含不同深度的部分。可以在每个层中提供对准装置295。图24A-24I更详细地示出了卡210H的不同部分和部件在卡的深度(或在不同的层)中的位置的示例。下述部件在卡210H中提供并形成为使得它们可以在整个卡中以不同的深度或层传递和移动流体/血液/样本/空气。图24A示出了从卡210H的底侧或底部222观察时的卡210H的层中的特征。图24B和24C分别示出了试样处理卡210H的示例性顶层的斜视图和俯视图，其示出了泡罩包装265A和265B，以及设置在其中的端口235、535和废料腔270。图24D和24E分别示出了试样处理卡210H的示例性第二层的斜视图和俯视图，其示出了血液过滤膜220以及注射和排气口215、225以及废料腔270和端口235，535的一部分在其中一深度处形成。图24F和24G分别示出了试样处理卡210H的示例性第三层的斜视图和俯视图，示出了具有弹性材料212，GPM 245以及在其一深度处的计量腔240A，240B，240C，以及之前提到的部件。注意的是，本文中对第一，第二，第三等的引用并非旨在建议卡210H的特定顺序和/或分层设置。而是可以在卡中提供不同的层。根据一实施例，可以在竖直(Z轴)方向上相对于过滤膜220下方设置阀阵列区230中的阀。在另一个实施例中，阀阵列区230可以设置在过滤膜220的上方。如图23所示，每个流体计量腔240A至240C可以在阀阵列区230和废料腔270之间纵向延伸。每一个腔240(此处显示三个)可以定位在外壳内的某个深度处(沿Z轴方向)，位于卡210H的顶面218和底面222之间，并且以使其彼此平行的方式沿壳体的横向方向延伸，并且相对于中心线AA沿纵向延伸一定长度。气动控制端口235(在图23中显示为靠近卡210H的前端205的两行平行端口(例如，端口235)，连接到卡内的通道)(可以是气动/泵的一部分)和对准装置295(例如，孔)可以在上表面218上提供。图24H和24I分别示出了试样处理卡210H的示例性底层的斜视图和俯视图，其示出了GMR输出端口255(至GMR传感器芯片280)和输入端口257，以及空气/流体连通通道。例如，这些通道将上述部件中的至少一些彼此流体连通。当然，这是根据一实施例的说明性示例。通道以及其中的部件和层的深度和位置可以改变。
对于这种检测方案，卡210H可以是两步，无湿稀释卡(或2SND)。将卡210H用作插入到读卡器单元100中的卡盒组件200的一部分的方法步骤如下：
1)将患者样本(血液，尿液，唾液，眼液)加载到样本注入端口215(或单个端口215，与所示端口相反的端口为排气端口225)。
2)刺破泡罩包装265A和265B。
3)通过连接到端口235来激活气动系统330，以将血通过膜220，通过输送通道405，通过阀阵列区域230的弹性体阀区域212，并进入流体计量腔240A-C(其中可能包含干试剂，例如粉末，与血液中的血浆混合)直到液体达到GPM 245。
4)一旦所有三个GPM 245都被润湿，气动控制端口235上的气动反方向将流体从计量腔240A-C抽出，穿过弹性体阀区域212，并通过输出口255进入GMR传感器芯片280。
5)继续抽液体，直至储存到废料腔270。
6)经由阀端口535启动气动系统改变以打开通向泡罩包装265A的通道。
7)从泡罩包装265A穿过弹性体阀区域212抽取流体，并通过输出端口255进入GMR传感器芯片280。
8)继续抽液体，直至储存到废料腔270。
9)重复第6到8步，唯一的变化是从泡罩包装265B中抽取液体。
10)当来自泡罩包装265B的流体(包含MNP)流过传感器时，测量GMR信号。
图25和图26分别示出了另一示例性卡盒组件200的顶部和底部，该另一示例性卡盒组件200包括示例性测定试样处理卡210I，该示例性分析试样处理卡210I被配置为用作被配置为用于卡盒读取器单元100的卡盒组件200中的试样处理卡，根据本文的实施例。尽管未明确示出，但是应该明了，卡210I的底部(222)可以抵着衬底202的顶部，并且可选地粘附至衬底202，如先前所述。根据本文又一实施例，卡210I可以被配置为用来确定流感毒株。在一个实施例中，该卡210I还可以被配置为与含有病毒RNA的高盐溶液缓冲液一起使用，该溶液具有(颊或颊)拭子试样。再次，为简洁起见，先前描述的部件-例如GMR传感器芯片280的出口255和输入端口257，废料腔270A，泡罩包装265等-在图25-26具有相同或相似的附图标记，因此在此不必重复。气动控制端口235(在图25中显示为靠近卡210I的前端205的两行平行端口(例如，端口235)，连接到卡内的通道)(可以是气动/泵的一部分)和对准装置295(例如，孔)可以在上表面218上提供，并且可以在下表面(例如，衬底202的下侧)上提供电接触垫290和/或对准装置295。在使用中，可以将颊拭子试样注射到注射口215中，并通过过滤器220过滤到接收区域224或试样腔中。可以在泡罩包装265A中提供洗涤缓冲液1，可以在泡罩包装265B中提供PCR试剂，可以在泡罩包装265C中提供酶，可以在泡罩包装265D中提供洗涤缓冲液2，以及磁珠溶液(例如链霉亲和素包被的)泡罩包装265E中可提供)，可以在泡罩包装265F中提供洗脱剂。气动控制端口235设置在卡210I上，用于气动控制其中的流体。存储器275可以提供用于控制卡210I以及存储阵列参数的部件。还提供了废料腔270A和270B。
卡210I上还包括玻璃纤维膜(D)(可以类似于先前描述的玻璃纤维膜220A)，通风口(G)(可以类似于通风口225)。PCR加热区(J)和两个加热器(1&2)可以设置在衬底202上。在一个实施例中，加热器1&2被配置为在不同的温度下操作。
进一步地，在一个实施例中，为了利用卡210H进行流感测试，可以在卡210I和卡盒组件200期间将流感病毒株特异的单链DNA(ssDNA)片段印在传感器280上。
将卡210I用作插入到卡盒读取器单元100中的卡盒组件200的一部分的方法步骤如下：
1)通过注射口215将300uL含来自口腔拭子样品的病毒RNA的高盐溶液缓冲液注入接收区224，同时在相对的排气口225处排气；
2)插入卡盒组件，以让对准装置295，气动控制端口235和电接触垫290连接到卡盒阅读器单元100中的卡盒阅读器310；
3)从卡盒存储器275中读取参数以指示卡盒读取器单元100如何重复测定(即，按照该顺序完成以下步骤)；
4)玻璃纤维膜(D)从接收区域224中的试样中捕获病毒RNA，并通过端口235施加压力将其导入废料腔270A；
5)刺破泡罩包装265A以释放400uL洗涤缓冲液1；
6)来自泡罩包装265A的洗涤缓冲液1穿过玻璃纤维膜(D)进入废料腔270A；
7)打开通风孔(G)以干燥玻璃纤维膜(D)；
8)刺破泡罩包装265F释放20uL洗脱液；
9)265F的洗脱液洗脱玻璃纤维膜上的结合RNA(D)；
10)刺破泡罩包装265B释放15uL PCR试剂；
11)RNA洗脱液与泡罩包装265B中的PCR试剂混合并进入PCR加热区(J)；
12)在开始PCR循环之前，先通过在(45-55℃)加热将RNA转录为DNA；
13)PCR循环：在#1加热器(94-96℃)下进行双链DNA(dsDNA)变性(将dsDNA分离为两个ssDNA)，并在#2加热器(50-75℃)进行引物退火和延伸(从ssDNA生成dsDNA))。扩增的dsDNA的一链被生物素化。重复这些步骤以扩增dsDNA；
14)刺破泡罩包装265C释放75uL核酸外切酶
15)来自泡罩包装265C的酶与PCR产物混合，并且该混合物流过传感器280并进入废料腔270B；
16)酶将dsDNA降解为ssDNA。非生物素化的ssDNA降解。然后将生物素化的ssDNA与传感器280上打印的DNA片段杂交；
17)刺破泡罩包装265D以释放100uL的洗涤缓冲液2；
18)来自泡罩包装265D的洗涤缓冲液2流过传感器280并进入废料腔270B；
19)刺破泡罩包装265E以释放100uL的磁珠溶液；
20)来自泡罩包装265E的磁珠流过传感器280并进入废料腔270B；
21)当磁珠结合到传感器表面时，在传感器280处记录GMR传感器信号：磁珠上的链霉亲和素与单链DNA上的生物素结合；
22)阳性GMR传感器信号指示流感的存在。来自每个传感器的信号是特定于应变的。
传感器280上的电阻变化被配置为实时测量以指示分析物的浓度。传感器280通过电接触垫290连接。同时，来自GMR传感器芯片280的GMR信号可以被记录(例如，在存储卡275或云服务器上)，并且结果可以实时显示(例如，通过卡盒读取器单元100上的显示器120)。
图27A示出了根据本文一实施例的样本处理卡210J的俯视图，该样本处理卡210J被配置为用作卡盒组件200中的样本处理卡，该组件被配置为用于卡盒读取器单元100。如在所描述的实施例中所指出的，卡210J可以由多层形成和/或在其中包含不同深度的部分。图27B，27C和27D更详细地示出了卡210J的深度中的一些层和特部件的示例，因此示出了不同部分和部件的位置。下述部件在卡210J中提供并形成为使得它们可以在整个卡上以不同的深度或层传递和移动流体/血液/样本/空气。尽管未明确示出，但是应当明了，卡210J的底部(222)可以抵着衬底202的顶部，并且可选地粘附至衬底202，如先前所述。根据一实施例，衬底202可以包括PCB，GMR传感器芯片280，电接触点290，存储芯片275，可选的加热器和/或对准装置295。气动控制端口235(在图27A中显示为卡210J的前端205附近的端口235的组件，连接到卡内的通道)(可以是气动/泵接口的一部分)和对准装置295(例如，孔)可以设置在上表面218上。图27B示出了卡210J的示例性第一层的顶视图，其示出了诸如试剂井260，尖锐部件20，阀阵列230的阀4A-4D，以及端口235A-235E。根据一实施例，阀阵列区230中的阀4A-4D可沿竖直(Z轴)方向设置在过滤膜220的相对下方。在另一实施例中，阀阵列区230可相对设置在过滤膜220上方。图27C示出了卡210J的示例性第二层的俯视图，其示出了蛇形通道242，过滤膜220，计量腔240，废料腔270以及来自第一层的深度处的一些其他部分。该实施例的单个计量腔240可以在阀阵列区域230和GPM 245之间纵向延伸。腔240可以定位在壳体内的一深度(沿Z轴方向)，在卡210J的上表面218和下表面222之间，并且可以设置在相对于中心线AA的一侧。图27D示出了卡210J的另外的部件和层，其与图27B-C的层一起使用。当然，这是根据一个实施例的说明性示例。通道以及其中的部件和层的深度和位置可以改变。
在使用中，将患者试样通过移液管装载到注射端口215中，以使试样流过滤膜220表面并流向排放端口225。磁珠溶液被装载到试剂孔260中。可以将包含磁性珠溶液的泡罩包装放置在尖锐部件20(例如，销)上方，该尖锐部件将刺破泡罩包装并允许流体行进通道34并沉积到试剂井260中。当插入卡盒读卡器单元100中时，卡片外气动系统330通过歧管连接到气动控制端口235，如图27A所示，该气动控制端口可设置在卡片的前端。该测定的第一步使用非卡片气动系统向卡片通道提供真空和压力，以引起弹性体阀膜212材料的机械变化，该材料位于阀阵列区域230中的特定阀4A-4D上。该测定开始于阀4A的打开和阀4B-D的关闭，以及施加于235D的负压以使试样穿过滤膜220材料并进入下方的接收区域224的收集通道。过滤后的试样继续通过通道并穿过阀4A进入计量腔240。在计量腔240内部可以是一些干燥的试剂，该分析需要通过扩散将其与患者试样混合。流体继续流入该通道，直到它润湿了透气膜245A，该膜向外部系统(卡盒读取器310)发出信号，表明该步骤已完成。测定过程的第二步骤涉及打开阀4C，该阀通过位于卡的后部/另一端的通气孔7(或端口)将计量腔240管线排放到大气中。另一个阀4B也被打开，而阀4A被关闭。流体从计量腔240穿过打开的阀门4B排出，并通过蛇形混合部件242朝向GMR传感器280的输出端口255排放(位于未连接的衬底202上，但通常表示其位置，在图27C中)。流体进入输出口225，并通过传感器280吸入，然后通过入口/输入端口257返回卡中，以沉积到废料腔270中。该流体运动是通过在气动端口235E处施加负压来实现的，透气膜245B阻止任何流体从废料腔270进入卡片外的气动基础设施。测定的第三步关闭先前打开的阀门4B-C并打开阀门4D。磁性纳米颗粒通过出口225吸入GMR传感器280中，并通过入口或输入端口257从GMR传感器进入废料腔270。当磁性纳米颗粒开始流过GMR传感器并进行检测时，就会发生检测，完成是指废料腔270中溶液的体积足以浸湿透气膜245B时，告知系统测试已完成。
除了上述部件之外，卡210J还可以包括在GMR传感器界面附近切入卡底部的部件13A/B，其目的是避免沿传感器上的引线键合接触任何环氧树脂。另一个部件12是在卡的底部上的切口，以防止卡盒与放置卡盒的PCB衬底上存在的硬件接触。对准装置295用于在卡210J的组装期间(例如，在各层的组装期间)对准卡盒组件，并且用于将卡盒组件200安置在卡盒读取器的卡盒接收器130中(例如，进入接收托盘)。用于刺破泡罩包装的锋利部件20可以位于卡片的顶部218附近，例如在其顶层中。在卡210的底部222上，可以存在多个(例如五个)支座18A-E，该支座18A-E在将卡210附接至PCB衬底202时将其支撑在PCB衬底202上。蛇形混合通道242被设计为促进干燥试剂和加载试样的局部混合。
下表描述了配置为施加到卡盒的端口235A-235E的压力。“+”表示正压，“-”表示负压，而“x”表示未施加压力。235A，235B和235C的压力状态可以被配置为控制卡210J上的弹性体阀212，其中负压打开阀，而正压关闭阀。
P1(气) P2(气) P3(气) P4(液) P5(液)
分析步骤1 - + + - x
分析步骤2 + + - x -
分析步骤3 + - + x -
根据又一实施例，为了准备用于使用样本处理卡210进行处理的样本，该样本处理卡210是插入到单元100中的卡盒组件200的一部分，将诸如全血之类的患者样本通过注射口加载到卡上。通过气动端口连接到设备的气动歧管将液体吸入卡中，而阀端口控制用于阀的弹性体材料的打开/关闭配置。负压将患者试样拉过过滤膜，产生血浆。将该血浆吸入定量计量腔，直到流体到达透气膜为止。一旦所有三个GPM都被润湿，卡片式传感器就会检测到压力变化，这时会向流体中引入正压，从而迫使来自计量腔的体积进入GMR传感器。当流体被推动时，它将重新进入卡中并沉积到废料腔中。气动系统通过气动端口改变阀的配置，使泡罩包装中的洗涤缓冲液进入卡，流过GMR传感器，并沉积在废料腔中。对于包含磁性纳米颗粒的泡罩包装，使用相同的步骤。一旦所有三种液体均通过卡进入GMR传感器并进入废料腔，则测定完成。
在另一个实施例中，使用试样处理卡210的试样制备技术，该试样处理卡210是插入到单元100中的卡盒组件200的一部分，可以将任何流体的患者试样加载到滤膜上，并由外部气动装置提供负压抽吸，以产生清洁或纯化的试样。可以将热量施加到卡上，以引起存储在其中的生物分子的化学变化，或作为某些测定过程(例如PCR)的中间步骤。可以对卡进行冷却，以影响所处理流体的生化特性，或者作为检测之前检测过程的一部分。卡中的流体混合是通过有选择地对流体施加正压力和负压力来创建的，以形成跨过几何形状通道的流路，几何形状通道由急转弯和垂直运动组成，以加快两种不同流体的混合。通过将患者试样或过滤后的衍生物与存储在卡上的试剂或缓冲液混合，可实现卡上稀释。通过使用正压或负压梯度将两种流体在一起并吸引它们通过上述几何形状，来进行混合。以这种方式，相对于混合溶液的总体积，患者试样中存在的选定生物分子的天然浓度变得不太集中。通过从阀外气动系统产生的正压或负压引起阀弹性体材料的变化来添加试剂，从而向试剂溶液开放系统。然后可以将该溶液吸入卡中并引入测定中。卡设计可以允许指定化学反应区域，该区域可以将两种或多种溶液合并并进行化学变化以用于测定。根据需要，也可以对该区域进行加热和冷却操作。
本文公开的卡盒可以通过堆叠和层压激光切割的聚合物材料的不同类型和层来制造，以产生图中所示的所述通道几何形状和形状。除这些层外，还可对气体渗透膜，过滤膜和/或弹性体材料区域和阀门进行激光切割，并将其放置在卡盒的指定区域中，以提供所需的功能。然而，可以使用任何数量的制造方法和/或材料来制造卡盒。
本文公开的卡盒使用接口，阀和通道以允许自动计量和(存储的)试剂与患者血液试样的混合，所述患者血液试样作为单个应用或过程的一部分输入其中。流体的计量和随后的混合操作完全由连接到卡盒的非卡盒泵和控制器控制，这可以实现以前需要技术人员完成的测定过程的完全自动化。几何形状和流体运动的标准化还可以提供更稳定的平台，因为更多的因数变得更可控。
同样，使用这种一次性的卡盒，在使用较少量的患者血液试样的同时，可以进行更宽范围的检测，其不影响速度。
此外，公开的卡盒结构特征允许同时进行多项测定。
在本公开的附图中示出的所示的结构特征非旨在限制。例如，装置，阀，计量室，膜，混合通道和/或端口的数量不旨在局限于所示出的那些。在一些实施例中，可以提供更多的通道。在一些实施例中，可以提供更少的通道。阀的数量也不是限制性的。而且，尽管在所有附图中都没有必要描绘，但是应当明了，图5-27D中所描述的试样处理卡210和/或卡盒组件200中的每一个都可以在其中包括先前描述的接收区域224。此外，存储芯片275在衬底202上的位置不旨在限制。如本文所述，在一些实施例中，试样处理卡210可提供切口部分以容纳存储芯片275(例如，在其中存储芯片275设置在衬底202的顶侧上并从其突出的情况下)。放置在卡210的底部222上以形成卡盒组件200)。在其他实施例中，存储芯片275的面可以紧靠底部222放置。以类似的方式，如图5-27D所示，GMR传感器芯片280的数量和位置，以及与之关联的任何输出端口255和输入端口257，也不是限制性的。而且，在一些实施例中，试样处理卡210可以提供切口的部分以容纳衬底202的GMR传感器芯片280(例如，在将传感器设置在衬底的顶侧的情况下)。卡盒202伸出并从中突出，并在形成卡盒组件200时抵靠卡210的底部222放置。在其他实施例中，可以将GMR传感器芯片280的面抵靠底部222放置(诸如图2D和2E所示)。
在又一实施例中，卡盒组件200可以利用化验盒作为其试样处理卡210，如于2018年3月16日提交的题为“CARDIAC BIOMARKER ASSAY CARTRIDGE OR CARD”的第15/923,223号美国专利，其全部内容通过引用合并于此。
尽管在全文中将卡盒描述为与试剂和患者或医学血液试样一起使用，但是应当注意，本文公开的卡盒不限于与血液一起使用或仅在医学实践中使用。在本文公开的卡盒中可以采用与试剂或反应性材料分离并混合的另一种或多种流体以进行分析。
根据一实施例，所描述的阀门和流体计量策略也可以被复制并用于其他卡的设计中。即，通道和/或弹性体特征(偏转部分)，连同使用泵和/或控制器用于通过压缩空气进行气动运动和控制，可以应用于其他卡的设计。因此，附图中所示的通道的数量和类型并不局限于所示出的设计；实际上，图5-27A描述了试样处理卡设计的其他实施例。
如贯穿本文所述，任何对卡210和/或卡盒组件200的“使用中”，“使用期间”等的引用是指卡盒组件200被插入卡盒读取器单元100中，它们之间建立有电气和气动连接(例如，通过电接触部分290和气动接口)。
应该了解的是，参照图5-27D所描述的在处理期间对磁场的使用，是指利用设置在卡盒读取器单元100内的前述磁场发生器360和/或第二磁场发生器。
在本公开的附图中示出的结构特征不是旨在限制。例如，装置，阀，计量室，膜，混合通道和/或端口的数量不局限于所示出的那些。在一些实施例中，可以提供更多的通道。在一些实施例中，可以提供更少的通道。阀的数量也不是限制性的。
尽管卡盒组件200和试样处理卡210在本文中可以描述为与试剂和患者或医学血液试样一起使用，但是应当注意，本文公开的卡盒组件200不限于与血液试样一起使用或仅在医疗实践中使用。在本文公开的卡盒中可以采用与试剂或反应性材料分离并与之混合的其他流体进行测定。其他试样可能来自唾液，尿液，粪便试样，上皮拭子，眼液，活检试样(固体和液体)(例如来自口腔)，水试样(例如来自市政饮用水，自来水，污水，海水，湖水之类的。
图28原理性地示出了根据一实施例的卡盒读取器310的功能框图。如图28所示，卡盒读取器310可以大致分为试样制备控制部分和信号处理部分。存储器读取单元1310和试样制备控制单元1320构成试样制备控制部分。存储器读取单元1310可以适用于，在接收到表示卡盒组件200已经插入卡盒读取器310的信号时，读取存储在卡盒组件200上的存储器芯片275中的信息。试样制备控制单元1320可被配置为，基于从存储器芯片275读取的信息，生成气动控制信号并将它们发送到气动系统330。在某些实施例中，在识别出卡盒组件200插入卡盒读取器310时，指示信号可由卡盒组件200生成并被发送到存储器读取单元1310，以便通知插入事件。作为替代的是，在其他实施例中，这样的指示信号可由卡盒读取器310上的其他部件产生并被发送到存储器读取单元1310。
卡盒读取器310的信号处理功能主要由信号处理器1330完成。信号处理器1330可以适用于控制电气元件，准备和收集信号，处理、显示、存储以及将检测结果中继到外部系统。例如，信号处理器1330运行为生成用于控制磁场发生器360的控制信号，使得磁场激励被施加到卡盒组件200中的GMR传感器。在接收到来自卡盒组件200中的GMR传感器以及来自布置在卡盒组件200和/或信号处理器1330上的至少一个基准电阻器的测量信号后，信号处理器1330对测量信号进行处理，以获得分析物检测的测试结果。经由显示控制单元120，测试结果可被显示在集成的或外部的显示器上。另外，信号处理器1330可被耦合到用户接口140，用于从用户接收指令。此外，在某些实施例中，信号处理器1330可被耦合到通信单元340和/或与诊断单元350耦合，使得仅仅由测试结果或是结合其他外部可用数据进行诊断和评估成为可能。
图29为根据本公开一实施例的卡盒读取器310的过程的流程图。如图29所示，通过基于系统配置文件和/或由用户经由用户接口140输入的指令来初始化一运行模式，卡盒读取器310在步骤1410中开始其操作。接着，该过程在步骤1420中等待指示卡盒组件200已插入卡盒读取器310的信号。此信号可由卡盒组件200或由卡盒读取器310在识别出插入时生成。响应于接收到这种信号，在步骤1430中，卡盒读取器310读取卡盒组件200上的存储器芯片275。接着，在步骤1440中，卡盒读取器310基于所读取的信息生成控制信号并将之发送到用于制备被测试试样的气动控制的气动系统330。在步骤1450中，卡盒读取器310准备在GMR传感器上以及在所述至少一个基准电阻器上的测量信号，并接收这样的信号。于是，在步骤1460中，卡盒读取器310对所接收的测量信号进行处理，以生成测试结果。最后，在步骤1470中，卡盒读取器310将所生成的测试结果发送到显示控制单元120，以便向用户显示。
图30原理性地示出了根据一实施例的信号处理器1330的功能框图。如图30所示，信号处理器1330可包含系统运行初始化器1510、配置文件1520、信号处理控制单元1530、信号准备单元1540、信号处理单元1550以及视情况可选的数据存储器1560。系统运行初始化器1510可被配置为，基于从配置文件1520读取的系统配置信息和/或经由用户接口140接收的指令，设置系统运行环境并初始化信号处理器1330的功能，特别是信号处理控制单元530的功能。例如，信号处理控制单元1530运行为生成用于控制信号准备单元1540和信号处理单元1550的控制信号。其还可运行为控制经由显示控制单元120在显示器上的检测结果显示，以及控制信号处理控制单元1550和通信单元340和/或诊断单元350之间的数据通信。根据实施例，信号准备单元1540可被配置为，在信号处理控制单元1530的控制下，准备测量电路，激励施加到GMR传感器的AC磁场，生成施加到测量电路的载波信号，从测量电路收集测量信号，并在放大和模数转换后将测量信号馈送到信号处理单元1550。信号处理单元1550可被配置为通过解析性地解算检测结果对所接收的测量信号进行处理，并将检测结果发送到信号处理控制单元1530。另外，在某些实施例中，结果数据可以存储在视情况可选的数据存储器1560中。
图31为根据一实施例的信号处理器1330的过程的流程图。如图31所示，通过从配置文件读取系统配置信息和/或经由用户接口140接收用户指令，从而初始化系统运行环境，过程在步骤1610处开始。于是，在步骤1620处，由信号处理控制单元1530生成一系列的控制信号，用于管理信号准备单元1540和信号处理单元1550的运行。在步骤1630中，测量电路由信号准备单元1540基于来自信号处理控制单元1530的控制信号搭建，以便准备来自GMR传感器以及来自至少一个基准电阻器的测量信号。接着，在步骤1640中，所准备的测量信号由信号处理单元1550进行处理，以解算分析物检测的测试结果。最后，在步骤1650中，所生成的测试结果从信号处理单元1550发送到显示控制单元120，用于向用户显示。
根据一实施例，提供了一种卡盒组件，用于制备测试试样并使用传感器感测其中的分析物。所述卡盒组件包括：试样处理卡，其具有：注射端口，用于在所述卡的主体内接收测试试样。至少一个计量室，用于容纳测试试样；混合材料源，用于将一种或多种混合材料引入至少一个计量室；流体连通通道将注入口和混合材料源流体地连接到至少一个计量室；至少一个输出端口，其流体连接到至少一个计量室，用于将测试试样和一种或多种混合材料输送到传感器。卡盒组件还包括附接到试样处理卡的衬底，衬底具有与其相关联的：用于感测测试试样中的分析物的传感器，该传感器被配置为经由至少一个输出端口接收测试试样和一种或多种混合材料。电接触部分被配置为与读取器单元建立电连接；存储器芯片，其用于存储在试样处理卡内与试样处理有关的信息。卡盒组件还包括气动接口，该气动接口包括至少一个气动控制端口和流体连接至至少一个计量室的对应连通通道，该气动接口被配置用于连接至读取器单元外部的气动系统，该气动接口被配置为能够将正负压力流体施加到试样处理卡，以在其中移动测试试样和一种或多种混合材料。存储器芯片可以存储气动系统协议，该协议包括用于选择性地向气动接口施加压力并由此将测试试样从试样处理卡输送到传感器的步骤和设置。
在一些实施例中，试样处理卡还包括一个以上的废料腔，其通过一个以上的连通流体地连接到至少一个计量室，传感器的输入端口，或两者。
在一些实施例中，试样处理卡还包括流体连通到至少一个计量室的透气膜，其中该透气膜被配置为接收大气并将空气输送到试样处理卡中。
在一些实施例中，试样处理卡还包括至少一个混合通道，用于将测试试样和一种或多种混合材料混合成基本同质的混合物，该混合通道选择性地连接至少一个计量室，并且配置为通过至少一个输出端口将基本同质的混合物输送到传感器。
在一些实施例中，至少一个混合通道包括相对于试样处理卡的纵轴的阶梯状构造。
在一些实施例中，可以在试样处理卡中提供排气口，其向大气开放并且被配置为从试样处理卡排气。
在一些实施例中，试样处理卡还包括用于过滤注入到注射口中的测试试样的过滤膜。
在一些实施例中，混合材料源是以下中的一种或多种：泡罩包装，储藏室，卡盒和井。
在一些实施方式中，一种或多种的混合材料包括以下中的一种或多种：试剂，缓冲剂和珠溶液。
在一些实施例中，试样处理卡进一步包括多个阀，其连接到试样处理卡内的连通通道，并且每个阀被配置为在打开位置和关闭位置之间移动，从而分别打开与连接的连通通道的流体连通和关闭与连接的连通通道的流体连通。在一些实施例中，每个阀包括配置为在打开位置和关闭位置之间移动的弹性体偏转部分。在一些实施例中，气动接口还包括一个以上的阀控制端口，该阀控制端口配置为将加压的空气输送到多个阀中的一个以上，以在打开和关闭位置之间移动一个以上的阀。
在一些实施例中，传感器包括巨磁阻(GMR)传感器。
在某些实施例中，衬底包含被配置为当与读取器单元建立起电气连接时，在传感器、电气接触垫和存储器芯片之间建立通信的印刷电路板。
在某些实施例中，衬底包含施加到试样处理卡的层叠的层。
在某些实施例中，气动接口设置在试样处理卡上。在某些实施例中，所述至少一个气动控制端口被设置在试样处理卡的上表面上。
在一些实施例中，该方法还包括使用对准装置将卡盒组件与卡盒读取器单元对准。
在一些实施例中，在卡盒组件的试样处理卡中提供蛇形通道，该蛇形通道连接到混合通道。
在一些实施方式中，试样处理卡包括多个层，并且其中至少一个计量腔和混合材料源设置在同一层上。
在一些实施例中，试样处理卡包括多个层，相对于混合材料源，至少一个计量腔被设置在不同的层上。
在一些实施例中，试样处理卡包括多个层，相对于一个以上的废料腔，至少一个计量室被设置在不同的层上。
在一些实施例中，试样处理卡包括多个层，并且其中至少一个计量腔和过滤膜设置在同一层上。
在一些实施例中，试样处理卡包括多个层，并且其中至少一个计量腔和多个阀设置在同一层上。
在一些实施例中，试样处理卡包括多个层，并且其中一个以上的废料腔和多个阀设置在同一层上。
在一些实施例中，具有设置在衬底上的加热器。
在一些实施例中，使用盒组件的方法包括：将测试试样注射到注射端口中；与阅读器单元建立电连接；并使用外接气动系统将压缩空气选择性地施加到气动接口，以使测试试样和一种或多种混合材料在连通通道内移动到传感器。
尽管在上面给出的示例性实施例中已经示出本公开的原理，本领域技术人员将会明了，可对实现本公开使用的结构、布置、比例、原件、材料和部件可以做出多种修改。
因此可以看出，本公开的特征已经充分且有效地实现了。然而，将会认识到，上面优选的具体实施例出于说明本公开的功能性和结构性原理的目的给出，在不脱离这些原理的情况下可做出修改。因此，本公开包括落入所附权利要求精神和范围内的所有修改。

Claims (27)

1.一种用于制备测试试样并使用传感器感测其中分析物的卡盒组件，该盒组件包括：
试样处理卡，其包括：
在卡体内接收测试试样的注入口；
至少一个用于接收测试试样的计量腔；
混合材料源，其将一种或多种混合材料引入至少一个计量腔；
流体连通通道，其与注入口，至少一个计量室和卡盒组件的气动接口流体连通；以及
至少一个输出端口，其与至少一个计量室流体连接，并被用于将测试试样输送至传感器；以及
附接到试样处理卡的衬底，该衬底具有与其相关联的：
用于感测该测试试样中的分析物的传感器，该传感器被配置为经由至少一个输出端口接收测试试样；
电气接触部分，其被配置为与卡盒读取器单元建立电气连接；以及
存储芯片，用于在试样处理卡中存储与试样处理有关的信息；
其中所述卡盒组件进一步包括气动接口，其包括至少一个气动控制端口和流体连接到试样处理卡中至少一个计量室的对应的连通通道，该气动接口被配置为能够将气动控制系统提供的正压和负压的力流体施加试样处理卡，并用于将测试试样在联接通道内移动并移到传感器，其中存储芯片存储了气动系统协议，该协议包括有选择地向气动接口施加压力的步骤和设置，从而将测试试样从试样处理卡输送到传感器。
2.根据权利要求1所述的卡盒组件，其中的试样处理卡还包括一个以上的废料腔，其通过一个以上的连通流体地连接到至少一个计量室，传感器的输入端口，或两者。
3.根据权利要求1和2所述的卡盒组件，其中的试样处理卡还包括流体连通到至少一个计量室的透气膜，其中该透气膜被配置为接收大气并将空气输送到试样处理卡中。
4.根据权利要求1-3所述的卡盒组件，其中的试样处理卡还包括至少一个混合通道，用于将测试试样和一种或多种混合材料混合成基本同质的混合物，该混合通道选择性地连接至少一个计量室，并且配置为通过至少一个输出端口将基本同质的混合物输送到传感器。
5.根据权利要求4所述的卡盒组件，其中的至少一个混合通道包括相对于试样处理卡的纵轴的阶梯状构造。
6.根据以上任何权利要求所述的卡盒组件，其包括可以在试样处理卡中提供排气口，其向大气开放并且被配置为从试样处理卡排气。
7.根据以上任何权利要求所述的卡盒组件，其中的试样处理卡还包括用于过滤注入到注射口中的测试试样的过滤膜。
8.根据以上任何权利要求所述的卡盒组件，其中的混合材料源是以下中的一种或多种：泡罩包装，储藏室，卡盒和井。
9.根据以上任何权利要求所述的卡盒组件，其中的一种或多种的混合材料包括以下中的一种或多种：试剂，缓冲剂和珠溶液。
10.根据以上任何权利要求所述的卡盒组件，其中的试样处理卡进一步包括多个阀，其连接到试样处理卡内的连通通道，并且每个阀被配置为在打开位置和关闭位置之间移动，从而分别打开与连接的连通通道的流体连通和关闭与连接的连通通道的流体连通。
11.根据权利要求10所述的卡盒组件，其中的每个阀包括配置为在打开位置和关闭位置之间移动的弹性体偏转部分。
12.根据权利要求10所述的卡盒组件，其中的气动接口还包括一个以上的阀控制端口，该阀控制端口配置为将加压的空气输送到多个阀中的一个以上，以在打开位置和关闭位置之间移动一个以上的阀。
13.根据以上任何权利要求所述的卡盒组件，其中的传感器包括巨磁阻(GMR)传感器。
14.根据以上任何权利要求所述的卡盒组件，其中的衬底包含被配置为当与读取器单元建立起电气连接时，在传感器、电气接触垫和存储器芯片之间建立通信的印刷电路板。
15.根据以上任何权利要求所述的卡盒组件，其中的衬底包含施加到试样处理卡的层叠的层。
16.根据以上任何权利要求所述的卡盒组件，其中的气动接口设置在试样处理卡上。
17.根据权利要求15所述的卡盒组件，所述至少一个气动控制端口被设置在试样处理卡的上表面上。
18.根据以上任何权利要求所述的卡盒组件，还包括使用对准装置将卡盒组件与卡盒读取器单元对准。
19.根据权利要求4所述的卡盒组件，其进一步包括蛇形通道，该蛇形通道连接到混合通道。
20.根据以上任何权利要求所述的卡盒组件，其中的试样处理卡包括多个层，并且其中至少一个计量腔和混合材料源设置在同一层上。
21.根据以上任何权利要求所述的卡盒组件，其中的试样处理卡包括多个层，相对于混合材料源，至少一个计量腔被设置在不同的层上。
22.根据权利要求2-18所述的卡盒组件，其中的试样处理卡包括多个层，相对于一个以上的废料腔，至少一个计量腔被设置在不同的层上。
23.根据权利要求7-18所述的卡盒组件，其中的试样处理卡包括多个层，并且其中至少一个计量腔和过滤膜设置在同一层上。
24.根据权利要求10，13-18所述的卡盒组件，其中的试样处理卡包括多个层，并且其中至少一个计量腔和多个阀设置在同一层上。
25.根据权利要求2-23所述的卡盒组件，其中的试样处理卡包括多个层，并且其中一个以上的废料腔和多个阀设置在同一层上。
26.根据以上任何权利要求所述的卡盒组件，其具有设置在衬底上的加热器。
27.一种使用根据权利要求1所述的卡盒组件的方法；该方法包括：
将测试试样注射到注射端口中；
与阅读器单元建立电连接；并
使用外接气动系统将加压的空气选择性地施加到气动接口，以使测试试样和一种或多种混合材料在连通通道内移动到传感器。
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