CN112703056B - 用于颗粒浓缩的微流体装置 - Google Patents

Abstract

一种用于浓缩流体样本中包含的颗粒的微流体装置包括具有表面的基板（11），在那里限定有至少一个微流体布置结构（M），所述微流体装置包括：‑装载腔室（14），其用于将所述流体样本装载到所述至少一个微流体布置结构（M）中；‑多个微通道（13），其具有连接到所述装载腔室（14）的相应的入口端部；以及‑覆盖元件（12），其基本上不能渗透所述流体样本，并且至少部分地在所述多个微通道（13）上方延伸。所述装载腔室（14）和所述微通道（13）基本上按照由所述基板（11）确定的平面延伸，并且所述微通道（13）特别是在其与相应的入口端部大致相对的积聚区域（CA）处由至少可渗透空气的过滤装置（17）部分地界定，所述过滤装置（17）被构造成用于在每个微通道（13）内保留可能存在于所述流体样本中的任何可能的颗粒。

Description

用于颗粒浓缩的微流体装置

技术领域

本发明总体上涉及用于检测或估计流体样本中存在的颗粒、特别是低浓度和小体积的颗粒的量的技术。

本发明的开发特别参考了设计成经受离心分离的微流体装置，以及参考了如下装置和方法，即：其用于对优选地包含有机或生物颗粒或者细菌或微生物的流体样本进行检查或分析，以例如用于抗菌谱检测的快速执行。

在任何情况下，本发明还可应用于检测流体样本中可能存在的其他类型的颗粒，其不一定是有机或生物流体或颗粒，并且不一定通过离心分离。

背景技术

已知各种技术用于计数存在于流体、例如生物流体的样本中的颗粒，例如细胞。最常用的系统具有光学类型的（具有或不具有荧光）、阻抗测量类型（impedancemetry type）或借助于图像识别的静态类型。这些已知的系统通常需要相对大的样本量，并且不能实现测量的高效并行化，例如同时执行多个测量，即，它们假定相当大量的起始样本能够并行和/或同时地执行许多测量。

基于图像识别技术的已知系统可用于分析小流体样本，但是不能实现多个样本的并行化，从而延长了测量时间，除非进行投资，但这经常证明是不经济的。

发明内容

概括地说，本发明具有指示如下装置和方法的目的，即：该装置和方法使得能够以简单、快速和廉价的方式执行对以低浓度和/或小体积存在于流体样本中的颗粒的定量和/或识别，从而使得能够以同样简单且廉价的方式实现多个样本之间的并行化，而在时间和成本方面以及在关于灵敏度和可重复性的效率方面具有优势。

本发明的另一目的在于指示如下方法，即：该方法使得能够（在测量微生物时）执行抗菌谱检测，即，在表示为几个小时的相对短的时间内获得至少一种微生物或微菌或细菌对抗生素的敏感性概况（susceptibility profile）；本发明的一个辅助目的在于指示使得能够同时执行多个抗菌谱检测的方法。

根据本发明，上述目的通过具有所附权利要求中规定的特征的用于颗粒浓缩的微流体装置以及相对应的支撑件和方法来实现。本发明同样涉及可与前述微流体装置结合使用的离心和/或检测装置，以及基于使用这样的装置的分析方法。

如在下文中将清楚地呈现的，本发明使得能够以简单和快速的方式执行对所关注的流体的相对适中体积的样本中的颗粒量的有效检测。

附图说明

参考附图，根据后续的详细描述，本发明的另外的目的、特性和优点将清晰地呈现出来，附图仅作为非限制性示例提供，并且在附图中：

- 图1和图2是根据本发明的可能实施例的离心和/或检测装置以及微流体装置的示意性透视图；

- 图3是根据本发明的可能实施例的微流体装置的示意性透视图；

- 图4是根据本发明的可能实施例的微流体装置的分解示意图；

- 图5是图4的较大比例的细节图；

- 图6是根据本发明的可能实施例的微流体装置的一部分的局部和示意性的透视图；

- 图7是根据本发明的可能实施例的微流体布置结构的端部部分的放大细节图；

- 图8是一示意性透视图，旨在例示根据本发明的可能实施例的将流体样本装载到微流体布置结构中的可能步骤；

- 图9是根据本发明的可能实施例的微流体布置结构的局部剖视的示意性透视图；

- 图10是图9的较大比例的细节图；

- 图11是根据本发明的可能实施例的微流体装置的分解示意图；

- 图12和图13是根据本发明的可能实施例的微流体布置结构的局部剖视的示意性透视图；

- 图14是图13的较大比例的细节图；

- 图15是根据本发明的可能实施例的微流体布置结构的端部区域的放大细节图；

- 图16是图1-2的装置的局部剖视的透视图，其中相对应的微流体装置处于操作状态；

- 图17是图16的较大比例的细节图；

- 图18是根据本发明的可能实施例的离心和/或检测装置以及一些微流体装置的示意性透视图；

- 图19是图18的较大比例的细节图；

- 图20是图18的离心装置的局部剖视的示意性透视图，其中相对应的微流体装置处于操作状态；

- 图21是根据本发明的可能实施例的微流体装置的示意性透视图；

- 图22和图23是根据本发明的可能实施例的微流体装置的分解示意图；

- 图24是一示意性透视图，其旨在例示将流体样本装载到图21中所示类型的微流体装置中的可能步骤；

- 图25和图26是根据本发明的可能实施例的微流体装置的局部剖视的示意性透视图；

- 图26a是根据本发明的可能的其他实施例的微流体装置的局部剖视的示意性透视图；以及

- 图27和图28是示意性透视图，其旨在例示根据本发明的可能实施例的微流体装置的可能的使用模式。

具体实施方式

在本说明书的框架中对“实施例”或“一个实施例”的引用意在指示关于所述实施例所描述的特定的构造、结构或特性被包含在至少一个实施例中。因此，可存在于本说明书的不同位置的例如“在实施例中”、“在一个实施例中”、“在各种实施例中”之类的用语不一定指的是一个和相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中，即使与所呈现的实施例不同，在本说明书的框架中限定的特定构造、结构或特性也可按照任何适当的方式组合。本文使用的附图标记和空间参考（例如“顶”、“底”、“上”、“下”等）仅为方便而提供，并且因此，不限定保护范围或实施例的范围。在附图中，相同的附图标记用于表示彼此相似或技术上等同的元件。

首先参考图1和图2，离心和/或检测装置整体上通过1表示，其具有限定处理和/或检测腔室3的结构2。

在各种实施例中，装置1包括优选地铰接到结构2的盖或门4，以用于封闭腔室3。装置1具有在图2中整体上通过5表示的驱动或移动系统，其包括腔室3内的旋转构件5a，该旋转构件5a设计成使一个或多个微流体装置、优选为可离心类型的装置旋转。

盖4可能可包括可离心微流体装置或者构造成用于支撑多个可离心微流体装置的支撑件的定位和/或引导系统的对应部分4a。在该示例中，部分4a包括用于阻挡和引导由5b表示的元件的座，该元件可利用前述可离心装置或设置在之间的前述支撑件来耦接到构件5a，以确保所提及的部分之间在旋转中相互固定。

致动系统5优选地包括电动机（在图16-17中部分可见，其中，其由5c表示），该电动机可能设有电动机减速器和/或电子控制电路。对于优选地包含在3 s和30 s之间、非常优选地在5 s和15 s之间的时间，离心速度可指示性地包含在200 rpm和1200 rpm之间，优选地在400 rpm和1000 rpm之间。

在各种实施例中，装置1包括用于控制处理腔室3内的温度和/或湿度的系统。在各种实施例中，该系统被构造成用于维持高于25℃、优选地在36℃和38℃之间的温度和/或优选地高于95%的湿度。在各种优选实施例中，装置1包括抽吸系统和/或用于调节压力的系统，该系统预先布置成用于将离心区域或腔室3保持在低于环境压力的压力下，和/或用于迫使从前述区域或腔室输出的气流进入到过滤系统中，该过滤系统构造成用于防止潜在污染的气溶胶扩散到环境中。

在各种实施例中，装置1包括控制面板，例如仅在图1和图2中呈现的控制面板，其通过6表示，位于其上的是合适的控制元件6a以及可能的显示和/或警告元件，该控制元件6a用于启动和/或停止离心和/或调节和/或压力调节和/或检测的过程，并且可能用于设置前述过程的参数（例如，离心速度和/或时间，和/或腔室3中的温度和/或湿度和/或压力）。前述控制元件可具有任何合适的类型（按钮、旋钮、滑块、触摸显示器等）。

还参考图3，由10表示的是根据本发明的可能实施例的微流体装置。在诸如所例示的实施例的各种实施例中，装置10被构造成用于集成或收容至少一个布置结构，该至少一个布置结构设计成通过离心作用来浓缩流体物质的样本中包含的颗粒。为此目的，装置10包括或集成至少一个微流体布置结构，在图3中以M表示，优选为多个微流体布置结构。在下文中，为简单起见，将首先参考设置有多个微流体布置结构M的装置10的情况，但在下文中所述的其他实施例中，根据本发明的微流体装置10可仅包括一个微流体布置结构。

在各种实施例中，并且如图4中所例示的，微流体装置包括基板11和覆盖元件12，它们限定了微流体布置结构M或每个微流体布置结构M的相应部分。

在各种实施例中，装置10被构造成用于被设置成相对于旋转中心旋转，该旋转中心这里假定为由图1和图2的装置1的构件5a来标识。为此目的，在各种优选实施例中，装置10是盘形的，并且优选地包括装置11a，该装置11a用于耦接到对应的离心装置的致动系统，例如，用于耦接到图1和图2的装置1的构件5a。在所例示的情况下，前述耦接装置11a包括处于盘形基板11中的中央通口或孔。另一方面，如将看到的，基板11的盘形形状不构成必要的特性，这并不妨碍以下事实，即：在各种实施例中，该基板将被设置成相对于旋转中心旋转。

在各种实施例中，基板11具有相对小的厚度，例如包含在0.5 mm和4 mm之间。该基板例如可由玻璃或塑料（例如，聚碳酸酯，或聚乙烯，或环烯烃共聚物或COC）制成，并且具有指示性地包含在10 cm和30 cm之间的直径，因此可能类似于经典的光盘。所使用的材料优选地是电绝缘材料，非常优选为至少部分透明的材料。

在各种实施例中，覆盖元件12也具有相对小的厚度，例如包含在0.1 mm与0.5 mm之间。覆盖元件12例如可由聚碳酸酯或COC或聚乙烯或玻璃制成，并且具有与基板11的直径相似的直径，例如指示性地包含在10 cm与30 cm之间。

用于覆盖元件的一种或多种材料优选地是基本上不可渗透空气和液体的。而且，覆盖元件12可以是盘形的，优选地设有中央通口12a，该中央通口12a将占据相对于基板11的通口11a同心的位置（例如，参见图3）。覆盖元件12例如可由柔性片材制成，该柔性片材被胶合或结合在基板11上。

参考图4和图5，在各种实施例中，根据本发明的装置的该至少一个微流体布置结构包括相应的一组微通道13，该微通道13限定在基板11的其上施加覆盖元件12的表面11b上（其在这里通常也被限定为上表面）。

在各种优选实施例中，装置10具有多个微流体布置结构，它们不一定彼此相同。为此目的，在基板11上可设置多组微通道13，每组属于相应的微流体布置结构。不同组的微通道13优选地具有基本上相同的长度，但是这不构成必要的特性。

在各种实施例中，设置了多组各种长度的微通道13。例如，在图4和图5中，由13₁表示的是其微通道具有最大长度的组，由13₂表示的是其微通道具有最小长度的组，并且由13₃表示的是其微通道具有中间长度的组。具有不同长度的多组微通道例如对于优化基板11上可用空间的占用可能是有用的，特别是对于如下基板，即：该基板具有圆形形状和/或具有处于基本上径向位置的微流体布置结构或多组通道13，以便具有在基板11上可用的大量微流体布置结构，并且因此，能够以便利的方式执行多个样本的并行化。

在诸如所例示的实施例的各种实施例中，每组的微通道13相对于装置10的旋转中心，即相对于基板11的中央通口11a，沿相应的基本上径向的方向延伸。每组的微通道13优选地并排布置，优选地彼此平行，和/或优选地基本上是直线的。每组的微通道13优选地按照由基板11确定的平面延伸，并且为此目的，它们可通过合适的技术，例如通过微蚀刻或模制或借助于UV的树脂聚合，来限定在表面11b上。在任何情况下，通过在基板11上沉积材料来形成微通道均不从本发明的范围排除。

根据所呈现的优选实施例，每组的微通道13都包括相对于基板11的通口11a的中心设置在径向位置的至少一个中间微通道，而在任何情况下都接近径向布置的构造中，相同组的其他微通道平行于所述中间微通道，优选地沿径向微通道的两侧平行。

根据未呈现的另一实施例，每组的微通道13包括相对于基板11的中央通口11a的中心径向设置的所有微通道；即，每组的微通道13相对于彼此略微成角度，优选地在更远离中央通口11的端部处相互发散，即，在更靠近中央通口11a的端部处会聚。

每个微通道13都具有入口端部，并且被预先布置成用于接收流体样本。为此目的，优选地但非必须地，每个微流体布置结构M还包括至少一个装载腔室（其也可呈管道或通道的形式），与之流体连通地连接的是对应的组13的每个微通道的入口端部。

这样的装载腔室例如在图6和图7中呈现的细节图中清晰可见，其中它由14表示。从图7可清楚地注意到，微通道13如何具有其与相应的腔室14流体连通的入口端部，这些入口端部中的一些由13a表示，以及这些入口端部13a如何连接到腔室14本身，优选地具有端部13a的平行的或它们并排设置的连接或布置结构。因此，微通道13直接从腔室14延伸。

在各种实施例中，特别是在关于设置成用于离心的微流体装置的那些实施例中，给定组的微通道13的腔室14和入口端部13a将被设置在更靠近基片11的旋转中心的位置，相反，这些微通道的相对端被设计成占据更远离旋转中心的位置。

每组的微通道13优选地至少部分彼此相同和/或至少部分地彼此基本上平行或等距地延伸，例如沿基板11的基本上径向方向彼此平行或等距地延伸。在各种实施例中，同一组的微通道在形状和尺寸方面基本上彼此相同。替代的是，根据其他实施例（未呈现），可设置如下组，即：其微通道基本上具有同一样式，但是具有彼此不同的长度。

从图7可注意到，在各种优选实施例中，腔室14和微通道13是如何由在基板11中进行的腔或表面蚀刻获得的，微通道13特别是呈微槽的形式。一般而言，每个微通道13可具有在5 μm和200 μm之间、优选为在15 μm和50 μm之间的宽度，和/或在2 μm和100 μm之间、优选为在5 μm和40 μm之间的深度或高度。理解为其两端之间的距离的每个微通道13的长度可指示性地在5 mm和50 mm之间。为了分析的均一性，优选的是，使同一组的微通道13具有恒定的通口剖面。指示性地，将微通道13彼此分开的壁或凸出的部分可具有在5 μm和200 μm之间、优选为在15 μm和100 μm之间的宽度，这些壁或部分中的一些在图7中以11d表示。

在各种优选实施例中，腔室14具有的深度等于或接近微通道13的深度，例如，在2μm和100 μm之间、优选为在5 μm和40 μm之间的深度。

如已经提到的，每个微流体布置结构包括覆盖元件12，其至少部分地覆盖对应的一组微通道中的微通道13。覆盖元件12可至少部分地由透明材料制成，例如玻璃或塑料材料，以便使得能够观察下面的微通道13，例如用于光学检测或照明的目的。然而，这并不构成本发明的必要特征，例如当基板11由透明材料制成时，至少在其一部分中限定一组微通道13或者在其一部分中限定给定组的微通道13的端部区域。

在例如到目前为止所描述的实施例的各种实施例中，同一覆盖元件被构造成用于至少部分地覆盖多组微通道13。例如，参考图3和图4的情况，在基板11上设置三十六组微通道13，每组包括并排或彼此平行设置的多个微通道，这些微通道具有不同的长度并且沿相应的基本上径向的方向定向，它们全部至少部分地被同一覆盖元件12覆盖。

根据其他实施例，每个微流体布置结构可包括一个或多个单独的覆盖元件，而该元件或每个元件至少部分地覆盖单组微通道13。

覆盖元件12（或每个覆盖元件）被构造或尺寸设置成用于使每个微流体布置结构M的至少一部分、并且特别是腔室14的至少一部分暴露。为此目的，在各种实施例中，覆盖元件12具有至少一个装载开口或通口，在装置10的组装状态下，该装载开口或通口基本上处于对应的腔室14处。例如，在图8-10中，可充分地理解该特性，其中某些装载通口以15表示。在该示例中，每个装载通口15具有圆形轮廓，但是该形状显然不是必要的。同样，腔室14的大致弯曲的轮廓也不构成必要特性。

在各种实施例中，制成覆盖元件12的材料是亲水的，以有助于流体从腔室14到微通道自身的入口端部13a通过毛细管进入到一组中的每个微通道13中。在这种情况下，制成微通道13的材料或基板11的材料也可以是疏水的。

还可以使微通道13的在其整个长度上延伸的至少一个表面由亲水性材料制成：例如，在具有矩形或梯形剖面的微通道13中，限定微通道的剖面的四个壁中的至少一个壁将优选地由亲水性材料制成，例如由覆盖元件12限定的壁。

如已经提到的，基板11和覆盖元件12两者都可以是透明的。例如，基板11可至少部分地由透明材料制成，以使得能够观察微通道13，并且覆盖元件12可以是透明的，以使得能够实现对微通道本身的背光照明。

在各种实施例中，每个微通道13都在其整个范围内具有至少一个具有亲水特性的连续的内表面部分。沿微通道13的内壁的亲水部分的连续性在填充期间可能是有用的，这设想了例如在腔室14中沉积一滴样本液体（如图8中示意性地呈现的）。与亲水部分的接触通过毛细管作用引起微通道13的填充。为此目的，在各种实施例中，微通道13的底壁和侧壁以及对应的腔室14由单一的疏水性材料制成，而微通道的上壁的主要部分（例如，它们的由覆盖元件12形成的部分）由亲水性材料制成。另一方面，如将会看到的，每个微流体布置结构优选地在其与微通道13的入口端部13a相对的端部区域处构造成用于在没有应力的情况下抵抗液体的排出。因此，一旦每个微通道13被完全填充，它就不再经受其内部的液体流动，除非它受到外力，如下文中所解释的。

如先前提到的，装置10的基板11不一定必须是盘形的。从图8中可理解这样的情况，图8示出了微流体布置结构M，其具有：基板11，该基板11具有的形状剖切为基本上呈平行六面体的形式、优选为平面的形式；以及呈箔的形式的覆盖元件12，该箔也为平行六面体。

如将看到的，这种基板，即不是具有盘形形状的基板，可有利地预先布置用于例如在市售类型的离心装置中通过合适的支撑件或适配器元件来处理，或者在待耦接到图1的装置1的旋转构件5a的通用盘形支撑件上处理。在任何情况下都应注意，图8（如同后续的图9、图12和图13）在任何情况下也可被理解为表示较大的微流体装置的一部分，例如图3的装置10的由M表示的矩形部分。

根据本发明的装置的微流体布置结构在其大致与微通道的入口端部相对的端部区域中包括通路，该通路用于使得至少能够实现来自微通道本身的空气的出口。根据本发明，在该通路和微通道之间设置有至少对于空气而言可渗透的过滤元件，该过滤元件被构造成用于将流体样本中存在的所关注的颗粒保留在微通道自身内。

因此，在微流体装置的生产期间，可根据待分析的颗粒的大小来选择过滤元件的网眼或孔隙度。在各种实施例中，过滤元件也可渗透样本流体的液体部分，以例如使得在离心期间该液体部分能够从微通道排出。

在各种实施例中，该覆盖元件还可被构造成限定用于过滤元件的收容座的至少一部分；可替代地，可在基板11中获得用于过滤元件的收容座。

在各种实施例中，过滤元件的位置通常是顶端的位置，特别是基本上处于与流体进入微通道所通过的端部相对的端部处的位置。微通道可终止于过滤元件的一部分处，或者延伸至接连的区域，该区域进一步被不透液体和气体两者的覆盖元件封闭。

在第一种情况下，每个微通道都可通过毛细管作用完全填充，而在第二种情况下，通道的延伸超出过滤元件的区域最初将保持充满空气（除非在真空或负压的条件下执行填充，或者微通道最初至少部分地包含中性流体）。在离心期间，离心力压缩空气（或其他流体），从而导致其通过过滤元件部分或全部流出。在离心结束时，颗粒将集中在通道的端部处的未被过滤元件覆盖的区域中。当过滤元件不是透明的或者易于引入光学畸变时，这种构造是有利的，该光学畸变可能使团粒、即颗粒质量或浓缩的团粒的显示恶化。以这种方式，显示可通过透明和平坦的表面发生。

如已经说过的，构造成用于至少部分地覆盖至少一个微流体布置结构的微通道的覆盖元件可尺寸设置或构造成限定前述通路。例如参考图3、图4、图8、图9和图11，在各种实施例中，覆盖元件12限定了对应的微流体布置结构M的通路16，其中通路16例如通过元件12的贯通开口提供。在图3、图4和图11中例示的情况下，假定在基板11上设置有三十六组微通道13，覆盖元件12限定了对应数量的通路16。在其他实施例中，可在对应于多组微通道13的位置设置单一通路16。

再次参考上述附图的示例，假定各组的微通道13是基本上直线的，则同一微流体布置结构的通路16和装载通口15在对应的微通道13的延伸方向上基本上彼此对准。

在图3、图4、图8、图9和图11中，标示为17的是至少对于空气而言可渗透的一些前述过滤元件，这些过滤元件将位于各组的微通道13和对应的通路16之间。如特别是在图11和图12中可看到的，在各种实施例中，覆盖元件12可有利地限定座18，该座18构造成用于至少部分地收容对应的过滤元件17。如所例示的（例如，参见图11），这样的座18可被限定在对应的通路16处，特别是在覆盖元件12的待面向基板11的一侧中。

因此，在各种实施例中，微流体布置结构以如下方式构造，即：使得对应的过滤元件通过至少部分地覆盖对应的微通道的相同的覆盖元件来保持在操作位置。

过滤元件17或每个过滤元件优选地成形得像膜，其具有在0.02 μm和0.45 μm之间、优选为大约0.2 μm的孔隙度或网眼尺寸。在这种意义上有利的一类材料是陶瓷材料，例如氧化铝，其能够以受控的孔隙度获得。特别地，氧化铝具有极低以非特异性方式与通常用于标记细胞的染料或荧光染料结合的倾向。显然可以使用其他适于该目的的多孔材料，例如塑料材料，这些材料虽然通常在成本方面显示出优势，但是必须关于与前述标记染料或荧光染料结合的倾向以及基于聚合材料的荧光性本身来逐案评估。通常，在被分析的微生物或细胞预先用荧光染料标记的情况下，过滤元件17将优选地由如下材料制成，即：该材料不以非特异性方式与所使用的荧光染料结合，并且不会呈现将导致信噪比降低的自体荧光。

在各种实施例中，所使用的过滤元件的厚度包含在20 μm和1000 μm之间，优选为在100 μm和600 μm之间。该过滤元件优选地是光学透明的。多孔氧化铝趋于散射光，并且因此显得不透明，并且完全不适合作为光学品质的基材，但在特定情况下，当其纳米孔充满水（折射率为大约1.33）或具有与氧化铝的折射率（在550 nm下测得的折射率为大约1.63）更相似的折射率的其他流体时，散射的效果会大大降低，并且通过湿氧化铝膜可获得的图像的质量足以用于检测清晰场（clear field）或荧光中的颗粒或细胞。

在所例示的情况下，元件17具有四边形的形状，但是该形状不应被认为是必要的：过滤元件17的形状实际上可根据需要或所获得的微流体装置的类型而不同。

图8示意性地示出了根据本发明的可能实施例的将流体样本引入到装置的微流体布置结构M中的可能模式。在所例示的情况下，经由合适的工具T（例如，设计成分配受控量的流体的移液器，该流体指示性地为微升或几十微升的量级），待经受检查的流体的样本FS通过对应的装载通口15沉积在腔室14中，该装载通口15优选地至少部分地限定在覆盖元件12中。

如所例示的情况中一样，样本FS可以是简单的一滴流体，或者甚至可具有更大的体积。

腔室14和通口15有助于将流体样本引入到微流体布置结构M中。此外，假定布置结构M包括多个微通道13，则腔室14基本上当作收集器，以用于并行地将流体引入到多个微通道中。换句话说，设置与多个微通道13的相应端部13a并行连接的腔室14具有如下优点，即：避免了需要将样本的各个相应部分引入到单个微通道中。

应当注意的是，如先前提到的，腔室14可由管道或通道提供，流体样本经由该管道或通道输送到微通道的入口端部13a。

将多个微通道连接到同一入口的可能性使得能够增加检测的统计基础，即获得许多相同标称条件的重复，无论该入口是腔室、通口还是管道。

待在相同的标称条件下使用的微通道的数量将取决于装置的使用类型以及每个微通道的体积：例如，如果微通道13为2 cm长，具有50 μm的宽度和5 μm的深度，则总体积将为5∙10⁶ μm³。在浓度为10⁵细菌/mL时，每立方微米将有10^-7个细菌。这意味着在每个微通道中平均将有0.5个细菌。这也意味着，在含有至少一个细菌的微通道中，在增殖的情况下，信号可能会在非常短的时间（大约20-40分钟）后加倍，而在其中没有增殖的微通道中则保持恒定。

这种类型的用途可称为“数字抗菌谱”。由于微通道非常小，并且可能以相似的样式被限定在彼此非常靠近的位置，因此可以在非常有限的区域（例如，单个显微镜载片的区域）上具有多个通道，例如介于250和500个微通道之间。

在像刚刚提到的浓度那样的浓度下，将合宜的是，在相同的标称浓度下为每个n重复体（n-tuplicate）（即，在相同标称条件下使用的n个微通道的组）分配包含在100个和200个之间的多个微通道，以便具有足够的统计基础。因此，在单个可离心装置，例如盘形可离心装置上，将能够测试多种（数十种）不同条件，其中每个条件都被n次重复（n-tuplicated），其中n包含在100和200之间。相反，对于更高的浓度，将能够在较少数量的微通道中对名义上相同的条件分组。例如，在每毫升大约一百万个细菌的浓度的情况下，对于每个名义上相同的条件，将可以使用10-20个微通道的n元组。

在各种实施例中，每个微通道13在其与入口端部13a相对的纵向端部处被封闭，例如，如图15中所呈现的，图15图示了一组微通道13的端部区域CA，其中对应的过滤元件17被剖切。当设置在微通道13的至少末端延伸部的顶部上的是过滤元件17时，可使用这种实施例，如例如在图13-15中可看到的：因此，流体可从微通道13的入口端部（图10，13a）渗透，这是由于以下事实，即：微通道13中包含的空气可逐渐通过过滤元件17排出。应当注意的是，最初至少部分地填充微通道13的流体可不是空气（例如，中性液体或气体，即，其不会改变后续操作，该初始流体随后被包含可能的颗粒分析对象的液体代替）。

从图13-15可以很好地注意到，同一过滤元件17如何可优选地但不一定在对应于其端部区域CA的位置叠加到该多个微通道13，这些端部区域CA彼此平行并且在其与入口端部13a相对的端部处封闭。

如已经说过的，在各种实施例中，每个微通道13优选地通过毛细管作用或者通过利用界定微通道自身的壁或表面中的至少一个的亲水性来填充。另一方面，如将会看到的，在其他实施例（未呈现）中，流体样本可在压力下被促动到微通道中，例如，在入口处使用正压或过压，或者在出口处使用负压（始终相对于环境压力）。如已经说过的，在填充微通道13的过程中，最初包含在其中的空气可通过对应的过滤元件17和对应的通路16排出，该通路16这里限定在覆盖元件12中。

例如参考图3的装置10，在将对应的流体样本引入到至少一个布置结构M的腔室14中之后（例如，如图8中所示），微流体装置例如借助于与图1和图2中所呈现的装置相同类型的装置1而经受离心作用。图16图示了例如图3的装置的盘形类型的装置10在离心和/或检测装置1中的安装状态，其中后者的门4处于关闭状态。

在装置10旋转之后，并且由于离心力，存在于占据微通道13的液体体积中的颗粒将趋于积聚在其端部区域CA处，从而主要保留在通道自身内；特别地，在过滤元件17附近，颗粒将趋于积聚在对应的微通道的封闭端部处或其附近，和/或在端部区域CA中积聚在其底壁上和/或在其侧壁上。

在过滤元件17也可渗透液体的情况下，由于离心力，样本流体中的相同液体将能够从微通道13离开，穿过元件17和对应的通路16，但在任何情况下都将所关注的颗粒保留在微通道的端部区域CA中。

根据各种实施例，特别是在过滤元件17可渗透液体的情况下，存在于每个微通道13中包含的液体体积中的颗粒的至少一部分将趋于积聚在位于相应微通道13的端部区域CA中的过滤元件17的至少一部分上，或者积聚在微通道的壁的由过滤元件17的所述部分界定的部分上。

当然，微通道13的尺寸必须足以允许所关注的颗粒进入其中。一般而言，相对浅的微通道是优选的，即，具有大约为所关注的颗粒的大小或只是略微更大的高度或深度的微通道。其原因在于，给定相同数量和尺寸的颗粒，在浅微通道13的端部区域CA中，在彼此旁边积聚的颗粒量将在平面中形成图像，与较深的微通道相比，该图像具有更大的面积，其中，这些颗粒可位于彼此的顶部上，并且因此，在一定程度上歪曲了颗粒数量和/或其类型的检测。因此，优选地具有近似矩形剖面的浅微通道的使用有助于并改善了使用光学系统读取数量和/或类型的质量。

例如，如果必须使用装置10来分离不同类型的全血细胞，则优选的是，使微通道13具有在10 μm和40 μm之间、优选为在10 μm和20 μm之间的高度（深度）。替代的是，如果分析对象是细菌，则微通道可具有在3 μm和10 μm之间、优选为在4 μm和8 μm之间的高度（深度）。同样，在要测量酵母的情况下，微通道的高度（深度）将优选地在5 μm和20 μm之间，最优选地在8 μm和12 μm之间。

在任何情况下，由于所提及的布置结构，可能包含在渗透到微通道13中的流体体积中的颗粒趋于集中在对应的端部区域CA处，这既是由于颗粒直接受到的并且由装置10绕旋转中心5a的旋转引起的离心力，又可能是由于流体的流动和/或与其一起夹带悬浮颗粒的微通道的排空。

可通过以光学方式量化由于离心作用而在每个端部积聚区域CA中形成的颗粒团块的大小来执行检测或读数。在颗粒先前已经用荧光染料标记的情况下，还可通过测量荧光的强度来执行这样的数量和/或类型的检测。

在各种实施例中，装置1自身可集成光学检测布置结构。该光学布置结构可包括单个传感器或传感器阵列（例如，如光学扫描仪中一样），或者如例如CCD或CMOS传感器的传感器的矩形阵列，通过其可捕捉微通道的端部区域CA的图像，并以各种方式来分析它，例如利用用于计数颗粒的自动处理程序。然后，通常，同一装置1可集成离心功能和检测或读取功能，特别是通过将支撑件10的旋转用于前述离心作用，以及用于使用光学检测布置结构的前述读取。

例如，图16和图17例示了具有检测布置结构的离心装置1，该检测布置结构包括至少一个光学传感器20，该光学传感器20优选地自身由光学传感器阵列构成。在该示例中，传感器20固定地安装，特别是安装在处理腔室3的底壁3a处。传感器20与装置10的旋转中心5a相距一定距离，使得在传感器自身之前，可通过存在于盘形装置10上的所有微流体布置结构的端部区域CA（图6和图15）。在所例示的情况下，传感器20面向基板11的与覆盖元件12相对的一侧，并且基板11至少在各种微流体布置结构M的前述端部区域CA处由透明材料制成：以这种方式，传感器20在任何情况下都能够执行必要的光学检测。光学传感器可设置有设计成聚焦和放大所关注的区域的适当的光学器件。

可能地，在与光学传感器20大致相对的部分处，可设置光源，以便于光学检测，或者可设置另一光学检测传感器。在所例示的情况下，光源21与装置1的门3的内侧相关联，处于如下位置，即：使得在如图16-17中所呈现的门关闭的状况下，每次暴露于传感器20，源21至少照亮端部区域CA。同样为此目的，过滤元件17可由透明材料制成，或者由当其与液体接触时是透明的材料制成。如已经提到的，用于提供过滤元件17的优选材料是多孔氧化铝。

装置1的控制系统可被预先布置成用于根据每次要执行的光学检测来控制微流体装置10的角位置。该控制系统还可被预先布置成在离心步骤结束之后通过每次将支撑件10驱动和停止在不同的角度读取位置来执行光学检测，或者使得光学检测随着支撑体10优选地以低速移动而执行，例如，在检测或读取期间低于离心速度的速度，或者通过使旋转与读取同步。

在其他实施例中，例如，对于设置有微流体布置结构的微流体装置，该微流体布置结构以不同于先前参考图1-3例示的情况的方式来定向，光学传感器20例如可通过其自己的致动器可移动地安装在对应的引导件上，使得其可例如相对于装置10沿径向方向移位，以用于对多个微流体布置结构执行必要的光学检测。对于这样的情况，装置1的控制系统将被预先布置成用于根据每次要执行的光学检测来控制传感器21的位置。

在本发明的各种实施例中，所提到的类型的离心和/或检测装置的光学传感器装置20被构造成用于获取微流体装置的多个积聚区域的累积光信号或累积图像，即关于对应的微流体布置结构M的微通道13的所有积聚区域CA的信号或图像。然后，例如通过合适的软件，离心和/或检测装置被预先布置成用于基于前述光信号或图像来处理信息，该信息表示已在同一微流体布置结构的各个微通道的单独的积聚区域CA中的每一个中积聚的颗粒的量，特别是利用以下处理，即：该处理使得能够估算每个单独的微通道13的颗粒数量。

在其他实施例中，例如，当光学传感器20包括诸如在光学扫描仪中的传感器阵列时，传感器本身可被构造成用于获取对应的微流体布置结构M的每个单独的微通道13的积聚区域CA的单独的光信号或单独的图像。同样在这种情况下，离心和/或检测装置被预先布置成用于基于前述光信号或图像来处理信息，该信息表示已在微流体布置结构的各微通道的各个积聚区域CA中的每一个中积聚的颗粒量。

当然，还可设置装置1，以便能够采用所提到的光学检测的两种技术（即，集体和个体）。

图18-20图示了离心和/或检测装置1和微流体装置10的可能的变型实施例。

在所例示的情况下，装置10具有大致四边形的轮廓，并且优选地各自包括单个微流体布置结构。然而，这种形状的装置还可包括大致彼此平行的多个微流体布置结构。

如特别是在图18中可以看到的，在各种实施例中，装置1可配备有离心支撑件30，该离心支撑件30限定了一个或多个座31，该座31优选地相对于旋转中心5a沿基本上径向方向定向，该一个或多个座31各自用于接收至少一个微流体装置10。在各种实施例中，支撑件30在每个座31处具有通口32（例如，开口或窗口或光学透明区域），当对应的装置10被安装在支撑件自身上时，该通口32位于与微通道的端部检测区域CA所采取的位置相对应的位置，如图19中所例示的。支撑件上的通口32的前述位置在径向方向上同样对应于装置1的传感器20的位置，使得该传感器能够执行必要的光学检测。通口32使得可以由非透明材料制成离心支撑件30，但是可能存在至少部分地由透明材料制成的离心支撑件30。

在所呈现的非限制性示例中，设置了四个座31，每个装置10一个，每个座31设有对应的通口，以使得能够通过光学传感器20来检测。

在各种实施例中，为了确保微流体装置10定位在离心支撑件30上，后者可设有上部元件，在图18中由40表示，该上部元件从上方封闭座31，从而确保微流体装置10保持位置。此外，上部元件40可在基本上对应于装置10的微流体布置结构的端部区域的位置设有通口41，例如开口或窗口或光学透明区域，以便使得能够通过光源21来实现其照明。

图20示意性地图示了支撑件30的安装状态，该支撑件30具有对应的上部元件40，并且具有设置在之间的微流体装置10，其中只有一个在上部元件40的剖开部分处可见。就其离心和/或检测功能而言，图18-20的装置1的操作类似于参考图1-2和图16-17所述的装置1的操作。

图21图示了具有四边形轮廓的微流体装置10，其例如适于在图18-20中所示类型的离心和/或检测装置1上使用，即设计成用于安装在对应的离心支撑件30上。在这种情况下，该装置包括单个微流体布置结构M，如从图22或图23可理解的，该微流体布置结构M又包括限定在基板11上的一组微通道13，以及腔室14、覆盖元件12和过滤元件17。

在图22中例示的情况下，具有基本上矩形的轮廓的过滤元件17尺寸设置成完全或实际上完全覆盖微通道13，而使腔室14的至少一部分暴露。根据需要，基于先前已解释的内容，构成过滤元件17的材料可有利地是亲水性材料或疏水性材料。过滤元件17例如可通过胶合或结合来在基板11上固定就位。然后，这里也具有基本上矩形的轮廓的覆盖元件12被固定在过滤元件17上，并且可能部分地固定在基板11上。

在图23中例示的情况下，具有基本上矩形的轮廓的过滤元件17尺寸设置成仅覆盖微通道13的与腔室14相对的端部区域。同样在这种情况下，过滤元件17例如可通过胶合或结合来在基板11上固定就位。然后，在过滤元件17的至少一部分上并且可能部分地在基板11上，固定覆盖元件12，该覆盖元件12在这里也具有基本上矩形的轮廓，并且在这种情况下，至少在微通道13的上部中直接界定了微通道13，这至少针对该微通道13的在过滤元件17和腔室14之间延伸的主要延伸部。

在图22的情况下以及在图23的情况下，元件12尺寸设置成在任何情况下都使腔室14的至少一部分以及过滤元件17的至少一个端部部分以如下方式暴露，即：使得根据先前已经解释的，在任何情况下都将限定通路16，以用于空气以及可能的流体样本的液体流出。

然后，同样在图22和图23中所示类型的实施例中，覆盖元件12至少部分地在微通道13上方延伸，但是具有至少部分地设置在微通道13和覆盖元件12之间的过滤元件17。由于元件12基本上不可渗透流体，因此使得能够以这种方式将流体自身限制在微通道13内，至少在其入口端部13a（即，腔室14）与其积聚部分CA之间，在该积聚部分CA处过滤元件17不被覆盖元件12覆盖。然而，应当注意，参考图23中所示类型的实施例，覆盖元件12不一定必须至少部分地覆盖在过滤元件17上，这两个元件可在相邻的位置固定在基板上。

图24-25例示了使用合适的工具T将流体样本FS引入到根据图21-22的微流体装置中的可能模式，如已经参考图8所描述的。从图24中可特别地理解微通道13的入口端部13a，该入口端部13a可在顶部处被过滤元件17覆盖，如所例示的情况中一样。相反，从下一图26中，可看到微通道13的相对的端部部分，而其纵向端部封闭，以便限定离心之后颗粒积聚的端部区域CA。

如可理解的，在这种情况下，通过例如使用图18-20中所示类型的装置1使装置10相对于旋转中心旋转，来获得所关注的颗粒在微通道13的端部区域CA处的集中。

如已经提到的，在各种实施例中，微通道13可在任何情况下都被覆盖元件12封闭的区域中延伸超出过滤元件17。图26a中例示了一个这样的情况，其中突出了微通道13的端部区域CA，该端部区域CA延伸超出过滤元件17，但是无论如何都被设有通路16的覆盖元件12覆盖。因此，在这种情况下，过滤元件17和通路16处于微通道的中间区域中，即相对应的封闭端部区域CA的上游。区域CA最初充满空气（或其他气体或中性液体），其在离心期间被压缩，并且能够部分或完全地从过滤元件17和通路16离开。在离心结束时，颗粒集中在微通道13的底端处，即集中在未被过滤元件17覆盖的区域CA中。因此，在这种类型的实施例中，过滤元件可以是不透明的，而基板11和覆盖元件12中的至少一个将是透明的，以允许所需的检测。

如所提及的，在其他实施例中，例如，相对于环境压力，使用入口处的过压或出口处的负压，并且因此，甚至在没有离心的情况下，流体样本可在压力下被促动通过根据本发明的微流体装置的微通道。相对于如图21所示的装置10，图27和图28中图示了这种示例。

在图27的情况下，为此目的设置了压力发生器系统，该系统仅部分可见并由60表示，并且被预先布置成用于产生待处理液体的加压流或者空气或其他气体A的加压流，并将其引导到腔室14处，在那里已预先设置了流体的样本。以这种方式，腔室14中的流体样本首先被促动以渗透到微通道13中，并且随后通过它们直至其封闭端部，并且随后，可能从通路16通过过滤元件17的对应部分离开，在这种情况下，该过滤元件17将也可渗透液体。以这种方式，根据先前所描述的，加压的气体或流体将引起样本的液体部分从微通道13排出，在微通道13的端部区域处将替代地积聚待分析的可能的颗粒。

替代地，图28例示了用于产生负压或真空的系统的情况，该系统仅部分可见并且由70表示，该系统例如为吸引用注射器或泵，其被预先布置成用于在由过滤元件17的末端延伸部限定的通路16处产生真空或抽吸压力V，在这种情况下，该过滤元件17也将可渗透液体。

以这种方式，先前设置在腔室14中的流体样本由于产生的负压或真空而被吸引，并且首先渗透到微通道13中，并且随后通过它们直至其封闭端部，并且最后，也在这种情况下从通路16通过过滤元件17的对应部分离开。以这种方式，在微通道的端部区域处将替代地积聚待分析的可能的颗粒，而液体部分将从装置10排出。

将会理解的是，在图3中所示类型的微流体装置10的情况下，也可使用压力发生器系统60和/或抽吸系统70。

在各种实施例中，微流体布置结构M的微通道仅用于检测流体样本中包含的所关注的颗粒，而在其他实施例中，特别是在待检测的颗粒是能够繁殖的微生物的情况下，这些微通道也可被用作培养孔（culture well）。可替代地，一些微通道可被“装载”生物材料（例如，细菌），该生物材料已被诱导在装置外增殖或已被抗生素抑制。

在各种实施例中，至少一个微通道或每个微通道可关联至少两个电极，特别是至少在相应的端部区域CA处。这些电极可以是用于检测的电极，或者是用于操纵颗粒的电极。

例如，在各种实施例中，处于端部区域CA处的至少一对电极可用于经由电阻抗的检测来执行颗粒量的读取。通过将另外的电极对定位在微通道的包含在对应端部之间的部分中，也可执行差异读数（differential reading），以便使得可以区分颗粒代表的对电阻抗的贡献和样本的流体代表的贡献。在流体样本是培养基或生理溶液的情况下，由于溶解在流体中的离子，电导率相对高。

以如下方式定位的电极对，即：电极对中的一个电极处于与微通道的更靠近对应入口端部13a的部分相对应的位置，而电极对中的另一个电极处于端部区域附近，还使得能够验证微通道是否适当地填充有包含待计数的颗粒的流体（考虑到流体具有的电导率通常比作为绝缘体的空气的电导率要高得多，此验证相对容易）。优选地，在设想时，这些电极也至少部分地由导电的透明材料制成。

假定根据本发明的装置10可用于使细胞积聚在精确的位置（即，在端部积聚区域CA处），则所提及类型的电极也可用于执行对细胞本身的操纵，例如电穿孔，或者借助于介电电泳将它们保持就位。

如已经提到的，根据本发明的微流体装置10可用于对流体样本中包含的颗粒的简单计数和/或类型检测的目的，或者也用于更复杂的分析功能，例如用于执行抗菌谱检测（在这种情况下，微通道也可被预处理，例如通过在其中引入抗生素）。

根据本发明的微流体装置以及离心和/或检测装置可有利地用于评估细菌和微菌的增殖能力的目的，以及从属地，用于在短时间内和以少量的样本流体确定其对抗生素的敏感性概况（抗菌谱）的目的。

为此目的已知的方法是基于对微菌或细菌在适合于其生长的培养基中形成菌落的能力的评估，或是基于对微菌增殖后培养液的浊度的评估。经典地通过计数对应菌落或对应培养液的浊度水平来评估抗生素抑制微菌或细菌增殖的能力，它们是根据微菌或细菌对抗生素的敏感性而变化的特性。

这种敏感性与抗生素抑制细菌菌株的有效增殖的能力有关，并且很明显，与这种类型的分析有关的时间取决于微菌或细菌增殖的速度。根据现有技术所采用的方法本质上基于以下事实：细菌或微菌（菌落）的“二维”层可生长，直到其变得肉眼可见，或者基于以下事实：细菌或微菌在液体中的增殖能够使得以统计学上显著的方式改变液体本身的浊度，该浊度可借助于光度测定在浊度范围内测量（通常在500 nm和600 nm之间的波长下进行读数）。

替代的是，本文提出的利用先前描述的微流体装置的技术是基于某些参数，这些参数不考虑细菌或微菌层的二维生长或者在液体中的生长，该在液体中的生长被读取为浊度的增加。

更具体而言，本文提出的方法设想了：

i）在添加或不添加生长因子（例如，细菌培养液，例如BH）的情况下，获得生物材料（例如，直接通过患者收集的尿液）的短期生长；

ii）将在先前步骤中获得的培养物引入到微通道13中，该微通道13以相同浓度的生物材料和/或培养基播种（为此目的，在微通道13中设置微孔可能是特别有利的）；

iii）测量微通道13中的细菌的增殖；

iv）识别一个或多个“阴性”微通道13，即其中将仅添加培养基的微通道（例如，在PBS缓冲液或生理溶液的情况下为50%）；

v）识别一个或多个“阳性”微通道13，即能够验证存在于微通道13的系统中的细菌或微菌菌株的增殖能力的微通道；

vi）以如下方式识别一系列包含抗生素的微通道13，即：验证存在于播种的生物材料中的细菌或微菌菌株对抗生素的抗性或敏感性。

对抗生素的敏感性的测量可使用不同的策略进行，从细菌或微菌在微通道13的积聚区域CA中增殖后的沉降开始，这可通过装置10的离心或者通过如关于图26-27所解释的过压和/或负压来获得。该方法有利地使得可以在以下各项之间进行必要的比较：

- 起始材料中存在的细菌或微菌的量；

- 培育结束时存在的细菌或微菌的量；以及

- 用抗生素处理的微通道13中存在的细菌或微菌的量；使用适当的荧光染料可使得能够选择性地识别活细菌和死细菌。

对于这种分析，特别有利的可以是设有多个微流体布置结构的支撑件10，例如图3的支撑件。与其他技术（例如，浊度）相比，这些微流体技术具有更高的灵敏度，这是考虑到外部应力（离心、过压、负压）使得微生物“集中”在小空间中，因此使得它们以透射和反射两者在具有可见光的清晰场中可见，或者以荧光在标记的细胞上可见。利用所提出的集中技术和适当的图像分析，借助于传感器的线性阵列或者借助于传感器的矩形阵列（例如，CCD或CMOS相机或用于图像采集的任何其他技术），以可靠和精确的方式测量细胞数量的+/-20%的改变。即使在短的生长时间（例如，包含在20分钟和40分钟之间）之后，也可确定这种程度的变化，该变化可使用所提出的方法检测，而无法使用经典的浊度技术检测。如已经提到的，可至少在所关注的各个微通道13的积聚区域CA中通过光学检测来进行量化或估计。

附加地或作为替代，可使用设置在积聚区域CA中的电极来执行对细菌体的计数，以便检测包含“增殖”的细菌或微菌种群的电场的阻抗变化：该变化可被用作在检查的细菌菌株的敏感性（或抗性）的信号。同样在这种情况下，检测时间可能极短。

可在从临床观点看极其不同的状况下有利地使用上述方法。

例如，可以测量相对常见的生物材料（例如，用于尿液培养的尿液）的样本中的细菌或微菌的“绝对”数量。例如，如果计数高于100000细菌/mL表示尿路感染，则仅细菌电荷（charge）的“数字”记录以高精度表明了病理状况。

此外，在没有微菌或细菌识别（如果需要，其在任何情况下都可用标准技术执行）的情况下，可容易地评估对抗生素组的敏感性/抗性的概况，从而为患者提供接受“非经验”治疗的机会，但这是基于对实际抗生素敏感性的研究。在这种情况下，重要的是要记住，大多数阳性尿液培养以单个分离的微菌为特征，而在住院患者中，或者由于分析前原因，在由于与采样技术有关的原因而复杂的患者中，多细菌感染症更为频繁。

在更复杂的状况下（例如，在住院患者中），细菌的识别不仅导致善患者的治疗策略的改善，而且还导致可能与之相关的医院感染的治疗策略的改善。另一方面，如已经说过的，对于如尿液之类的不那么“高贵”的材料，病原体的识别可遵循不同的途径，而未在极短时间内进行的对抗生素的敏感性的概况分析可能会导致在建立挽救生命的抗生素治疗方面的延误。由于这个原因，装置10（特别是具有微孔，如已经提到的）可装载单个菌落（例如，从血液培养分离），该菌落尚未被识别，但是为此立即的治疗方法变得必要。在此后一种情况下，可播种从复合材料（complex material）分离的细菌，并且可在数十分钟内获得抗菌谱。

从前述描述，本发明的特征以及其优点同样显而易见。

所提出的装置和方法使得能够以相对小的起始样本体积来操作，例如，包含在0.05 mL和1 mL之间的起始样本体积。例如，在儿科中，在对小动物进行的研究中，以及在减少（生物和试剂）材料的量是有用的任何情况下，也由于经济原因，能够使用相对小的体积是有利的。当计数多个颗粒而使可重复性问题几乎不存在时，终止对微粒组分（corpusculated component）的测量：通常，对16000个颗粒计数以获得对亚种群的精确估算，这些亚种群占全体的1%至5%。因此，如果例如假定从每毫升十万个颗粒的浓度开始，则根据本发明，包含在0.2 mL和0.4 mL之间的起始样本的量就将足够，而对于更高的浓度，例如每毫升一百万个颗粒，起始样本的量可降低，例如降低至0.02 mL和0.06 mL之间。

根据本发明的装置对于执行抗菌谱检测特别有利。

一般而言，为此目的，细菌培养物可被接种到装置10的至少一个布置结构M的微通道13中。然后，如提到的，装置10经受离心、过压或负压，并且随后，量化或估计已积聚在微通道13的区域CA中的细菌数量。在这种应用中，微流体装置10可专门用于量化微生物，例如细菌，只要可使用普通的实验室设备和装置预先获得待比较的不同条件下的增殖。

在其他应用中，可从固体支撑件上的细菌的二维培养物开始执行抗菌谱检测。在这种情况下，该方法可设想以下步骤：

i）从固体培养皿中取出细菌菌落；

ii）将菌落或其一部分接种到例如培养液的液体培养基中，以优选地形成均匀分散体；以及

iii）将含有细菌的液体培养基装载到装置10的至少一个布置结构M的微通道13中，其中至少一些前述的微通道先前已设置有抗生素，优选为不同类型和/或不同浓度的冻干抗生素，以及其他微通道未设置抗生素；

iv）培育范围从10分钟至6小时、优选为介于1小时和2小时之间的时间段；

v）通过离心或过压或负压来处理装置10；

vi）特别是通过在用抗生素预处理的微通道13和未预处理的微通道13之间执行相对定量，来量化已积聚在微通道13的区域CA中的细菌，以获得所讨论的细菌对所使用的一种或多种抗生素的敏感性的概况。

但在其他应用中，根据本发明的装置可有利地用于从原始样本、即直接从受试者或宿主生物（人类或动物）获取的样本开始执行抗菌谱检测。在这种情况下，该方法可设想以下步骤：

i）从例如尿液的原始样本获得细菌的浓缩物或团块（或团粒）；为此目的，例如，可使用普通的实验室设备和装置使原始样本经受离心，以便使前述细菌团块与表面活性物质分离；离心优选地以两个步骤进行：第一步骤以低速去除细胞；以及第二步骤以高速浓缩细菌；可替代地，第一离心步骤可替换为过滤，以去除细胞；

ii）将获得的细菌团块或其一部分接种到例如培养液的液体培养基中，以优选地形成均匀分散体；

iii）将含有细菌的液体培养基装载到支撑件10的至少一个布置结构M的微通道13中，其中至少一些前述的微通道先前已设置有抗生素，优选为不同类型和/或不同浓度的冻干抗生素，以及其他微通道未设置抗生素；

iv）培育范围从10分钟至6小时、优选为介于1小时和2小时之间的时间段；

v）通过离心或过压或负压来处理装置10；以及

vi）特别是通过在用抗生素预处理的微通道13和未预处理的微通道13之间执行相对定量，来量化已积聚在微通道13的端部区域CA中的细菌，以获得所讨论的细菌对所使用的一种或多种抗生素的敏感性的概况。

清楚的是，本领域技术人员可对本文作为示例所述的支撑件和基板、装置和方法进行多种变型，而不由此脱离本发明的范围。对于本领域技术人员将同样显而易见的是，即使与先前的示例不同，关于一个实施例描述的各个特征也可用在本文所述的其他实施例中。

本发明的应用不限于医学或兽医领域，而是可以将所描述的支撑件和装置用于浓缩和/或量化存在于任何类型的流体中的颗粒，例如也存在于工业或农业领域中的颗粒。

Claims (19)

1.一种用于浓缩流体样本（FS）中包含的颗粒的微流体装置，包括具有表面（11b）的基板（11），至少一个微流体布置结构（M）被限定在所述表面（11b）处，所述微流体装置包括：

- 装载腔室（14），其用于将所述流体样本（FS）装载到所述至少一个微流体布置结构（M）中；

- 多个微通道（13），其具有从所述装载腔室（14）延伸的相应的入口端部（13a），所述入口端部（13a）与所述装载腔室（14）具有并行的流体连接；

- 覆盖元件（12），其不能渗透所述流体样本（FS），并且至少部分地在所述多个微通道（13）上方延伸，

其中，所述装载腔室（14）和所述多个微通道（13）呈所述基板（11）的腔或表面蚀刻的形式，并且按照由所述基板（11）确定的平面延伸，

其特征在于：

- 所述多个微通道（13）中的每个微通道在其与相对应的入口端部（13a）相对的纵向端部处被封闭，

- 所述多个微通道（13）中的微通道（13）至少在其与所述相应的入口端部（13a）相对的积聚区域（CA）处由至少能渗透空气的一个过滤元件（17）部分地界定，所述一个过滤元件（17）至少部分地在所述多个微通道（13）上方延伸，并且被构造成用于以如下方式在所述多个微通道（13）中的每个微通道（13）内保留存在于所述流体样本（FS）中的颗粒，

即：使得由于施加于所述微流体装置（10）和装载到所述装载腔室（14）中的所述流体样本（FS）中的至少一者的力，所述力选自由所述基板（11）绕旋转中心的旋转引起的离心力，或者在所述装载腔室（14）处施加在所述流体样本（FS）上的正压，或者在所述微通道（13）的所述积聚区域（CA）处施加在所述流体样本（FS）上的负压，渗透到每个微通道（13）中的所述流体样本（FS）的流体体积中包含的颗粒趋于集中在相应的积聚区域（CA）中。

2.根据权利要求1所述的微流体装置，其中，所述覆盖元件（12）尺寸或形状设置成限定以下至少一项：

- 通口（15），其用于将所述流体样本（FS）引入到所述装载腔室（14）中；

- 通路（16），其用于将空气通过所述过滤元件（17）从所述多个微通道（13）排出；

- 通路（16），其用于供液体从所述多个微通道（13）离开，所述过滤元件（17）能够渗透所述液体。

3.根据权利要求1所述的微流体装置，其中：

- 所述基板（11）和所述覆盖元件（12）中的至少一者被构造成限定用于所述过滤元件（17）的座（18）的至少一部分；和/或

- 所述覆盖元件（12）被构造成用于将所述过滤元件（17）保持在对应的操作位置。

4.根据权利要求1所述的微流体装置，其中，所述过滤元件（17）仅设置在所述多个微通道（13）中的微通道（13）的末端延伸部上方。

5.根据权利要求1所述的微流体装置，其中，所述多个微通道（13）中的每个微通道（13）：

- 具有介于5 μm和200 μm之间的宽度；和/或

- 具有介于2 μm和100 μm之间的深度或高度；和/或

- 具有介于5 mm和50 mm之间的长度；和/或

- 具有基本上恒定的通口剖面。

6.根据权利要求1所述的微流体装置，其中：

- 所述多个微通道（13）中的每个微通道（13）具有由亲水性材料和疏水性材料中的至少一者限定的至少一个表面部分；和/或

- 所述装置（10）至少部分地由透明材料制成，所述透明材料属于所述基板（11）、所述覆盖元件（12）和所述过滤元件（17）中的至少一者。

7.根据权利要求5所述的微流体装置，其中，所述多个微通道（13）中的每个微通道（13）：

- 具有介于15 μm和50 μm之间的宽度；和/或

- 具有介于5 μm和40 μm之间的深度或高度。

8.根据权利要求6所述的微流体装置，其中，所述亲水性材料和所述疏水性材料中的所述至少一者属于所述基板（11）、所述覆盖元件（12）和所述过滤元件（17）中的至少一者。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的微流体装置，其中，所述基板（11）：

- 构造成用于安装在离心和/或检测装置（1）的旋转构件（5a）上；和/或

- 是盘形的。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的微流体装置，其中，多个所述微流体布置结构（M）被限定在所述基板（11）的所述表面（11b）中。

11.根据权利要求1-6中任一项所述的微流体装置，其中，所述多个微通道（13）中的微通道（13）并排设置，至少部分地彼此相同，和/或至少部分地彼此平行或等距地延伸，和/或包括：第一微通道，其相对于旋转中心径向设置；以及第二微通道，其相对于所述第一微通道平行或等距设置。

12.根据权利要求1-6中任一项所述的微流体装置，其中，所述过滤元件（17）包括具有介于0.02 μm和0.45 μm之间的孔隙度或网眼尺寸的膜。

13.一种离心装置，包括旋转构件（5a）和根据权利要求1-12中任一项所述的微流体装置（10），所述旋转构件（5a）构造成用于使所述微流体装置（10）旋转。

14.一种检测装置，包括：旋转构件（5a）和根据权利要求1-12中任一项所述的微流体装置（10），所述旋转构件（5a）构造成用于使所述微流体装置（10）经受角运动；以及光学传感器装置（20），其构造成用于在所述微流体装置（10）上执行光学检测，和/或检测已积聚在所述微流体装置（10）的积聚区域（CA）中的颗粒，

其中，所述光学传感器装置（20）被构造成用于获取所述微流体装置（10）的一个或多个积聚区域（CA）的光信号或图像。

15.一种用于检测存在于流体样本（FS）中的颗粒的方法，包括以下步骤：

a）提供根据权利要求1-12中任一项所述的微流体装置（10）；

b）将一体积的所述流体样本（FS）引入到所述微流体装置（10）的至少一个微流体布置结构（M）的装载腔室（14）中；

c）使所述微流体装置（10）经受离心作用，或使对应的流体样本（FS）相应地在所述装载腔室（14）处或在所述微通道（13）的积聚区域（CA）处经受正压或负压；以及

d）以光学和/或电的方式来检测积聚在每个微通道（13）的积聚区域（CA）中的颗粒。

16.一种用于执行抗菌谱检测的方法，包括：

- 提供根据权利要求1-12中任一项所述的微流体装置（10）；

- 提供含有微生物或微菌的液体培养基；

- 将一体积的所述液体培养基引入到所述微流体装置（10）的至少一个第一微流体布置结构（M）的多个第一微通道中；

- 使所述微流体装置（10）经受离心作用，或使对应的流体样本（FS）相应地在所述装载腔室（14）处或在所述微通道（13）的积聚区域（CA）处经受正压或负压；以及

- 量化已积聚在每个微通道（13）的积聚区域（CA）中的微生物或微菌的数量。

17.根据权利要求16所述的方法，包括：

i）用至少一种第一抗生素，来预处理所述第一微通道；

ii）获得所述微生物或微菌的团块；

iii）将所述团块的至少一部分接种到所述液体培养基中；

iv）将一体积的所述液体培养基引入到所述第一微通道中；

等待包含在10分钟和6小时之间的时间段；

v）使所述微流体装置（10）经受离心作用，或使对应的流体样本（FS）相应地在所述装载腔室（14）处或在所述微通道（13）的积聚区域（CA）处经受正压或负压；

vi）量化已积聚在所述第一微通道的积聚区域（CA）中的微生物或微菌的数量。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，步骤vi）通过以下方式获得，即：在所述第一微通道和所述微流体装置（10）的未用所述至少一种第一抗生素预处理的第二微通道之间执行相对定量，以便获得所述微生物或微菌对所述至少一种第一抗生素的敏感性概况。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，步骤ii）的所述团块取自培养皿，或者获得自从宿主生物取得的样本。

Images