CN1922482A - 检测盒、模块、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测盒和相关的部件，以及利用将样本物质提供给传感器的该盒和相关部件进行检测的方法。在用于本发明的检测盒的部件中，是例如输入(或流体)模块，流体流动前沿控制特征，体积流动流率控制特征等。该模块包括一个或多个包含不同组成物的腔室，这些组成物用于混合和/或提供给该盒。

Description

检测盒、模块、系统和方法
相关申请
本申请要求2003年12月30日提交的美国临时专利申请序列号60/533,169号的优先权，其整个内容结合于此供参考。
政府权利
根据国防部授予的条款DAAD13-03-C-0047，美国政府对该发明具有一定权利。
技术领域
本发明涉及一种用于检测流体样本物质中的一种或多种目标分析物的检测盒和方法。
背景技术
与诸如菌管和显微镜载玻片凝固测试的古典临床化验不一样，本发明的检测盒采用组合型传感器。这里所用的“传感器”是指检测至少一种物理性质变化并根据该可检测的变化产生信号的装置。传感器检测变化的方式包括，例如，电化学变化，光学变化，电-光变化，声-机变化等。例如，电化学传感器利用测量电位和测量电流的测量，而光学传感器可以利用吸收率、荧光、发光以及损耗波等。
与许多传感器相关的一个技术问题是越过传感器检测表面的流动速率和/或流动前沿行进可以影响目标分析物的精确检测。但是，如果传感器的检测表面是平的，因为由于流过这种表面的液体中的表面张力，这种表面可能形成孔隙和气泡等，控制体积流动率和流体流动前沿行进很困难。虽然一些传感器通过包括不平的和/或无特征的检测表面可以适于解决这些问题，但是诸如例如声-机传感器的其他的传感器优选可以包括比较平的无特征的检测表面，以便有效地起作用。
许多生物分析物与液体载体一起进入传感器。该液体载体能够不希望地减少声-机检测系统的灵敏性。而且，这种传感器的选择性可能取决于不能快速地检测的性质，例如测试样本可能需要培育或培养一段时间。但是，选择性能够通过将目标生物分析物，例如，结合于检测器表面而获得。
然而，当所用的检测器依靠声-机能量检测该目标生物分析物时，由于许多或大多数生物分析物的尺寸和较低的机械稳定性(刚性)，已知的目标生物分析物与检测器表面的选择性结合能够引起一些问题。这个问题在剪切水平表面声波检测系统方面尤为严重。
剪切水平表面声波传感器构造成沿着传感器检测表面传播声-机能量。在一些系统中，可以在检测表面设置波导以定位在该表面的声-机波并增大该传感器的灵敏性(与无波导的传感器相比)。这种改进的剪切水平表面声波经常称之为乐甫波(Love-wave)剪切水平表面声波生物传感器(“LSH-SAW”)。
这种传感器已经用于化学物品和目标分析物的尺寸比较小的其他物质检测方面。结果，许多目标分析物主要位于该传感器的有效波场内(例如，对于在水中以103兆赫(MHz)运行的传感器为约60纳米(nm))。
不太令人满意的是该传感器的有效波场大大地限制了被检测的生物分析物的尺寸。例如，已经发现，例如单细胞微生物形式中的生物分析物通常具有约1微米(1000nm)的直径。然而，如上所述，该传感器的有效波场仅为约60nm。结果，许多目标分析物的相当大的部分可能位于该传感器的有效波长之外。
除了尺寸不同之外，目标生物分析物经常是用包括水的各种成分填充的膜。结果，在上述传感器有效波场内通过的关于生物分析物的总量的声-机能的效果明显受到限制。在许多情况下，附着在这种传感器表面的目标生物分析物不能从用于将反应物提供给检测器的液体介质中精确地识别。
虽然不希望受理论的约束，但是，理论上附着在检测表面的生物分析物比较缺少机械稳定性，即，它们的流体性质可以明显地限制许多与检测表面有效连接的生物分析物的数量。换句话说，虽然生物分析物可以附着在检测表面，但是许多生物分析物的相当大的部分不能声学地或机械地连接于由该传感器产生的声-机波。结果，声-机生物传感器(例如，LSH-SAW生物传感器)有效检测目标生物分析物存在或不存在的能力严重地受到限制。
发明内容
本发明提供检测盒和相关的部件分，以及利用将样本物质提供给传感器的该盒和相关部件进行检测方法。在用于本发明的检测盒的部件中，是例如，输入(或流体)模块，流体流动前沿控制特征，体积流动率控制特征等。
本发明的设备和方法的潜在的优点是样本物质(其可以包括例如，测试样品、反应物、载体流体、缓冲剂等)以增强检测和/或可再现性的控制的方式存在于传感器检测表面。
该受控的存在形式可以包括控制对检测表面的样本物质的提供。优选地该控制可以用基于模块的输入系统提供，其中诸如例如测试样品、反应物、缓冲剂、冲洗物质等的样本物质可以在选择的时间、以选择的速率、按照选择的次序等输入检测盒。
该受控的存在形式还可以包括控制越过检测表面的流体流动前沿行进。这里所用的术语“流动前沿”是指在检测室内流过该检测表面的流体团块的前面的边缘。控制流体流动前沿行进的潜在优点是，优选地，所有的检测表面可以被样本物质润湿，即，将会占有检测表面一部分的流体中的气泡和孔隙可以优选地减少或消除。
该受控的存在形式还可以包括通过检测室的体积流动控制，在本发明的一些实施例中，该控制可以通过利用，例如，毛细管力、多孔薄膜、吸收介质等将流体吸入通过该检测室实现。控制流过检测表面的样本物质的流动速率可以提供优点。例如，如果流动速率太大，由于选择的附着减少或被阻止，样本物质中的目标分析物不能被精确地检测。相反，如果流动速率太小，可能产生过多的非目标分析物或其他物质的非特定结合在检测表面，因而潜在地提供假的正信号。本发明还提供可选择地包含在例如检测盒中密封的模块，以便于检测在该盒内的不同的目标分析物。在使用之前，该模块可以优选地被密封以防止位于其内的物质逃逸和/或防止该模块的内部容积被污染。优选地，该模块可以包括两个或更多个隔离的腔室，其中在被相互输入和输入到检测盒之前可以储存不同的组成物。与它们被输入到检测盒(并且最终到传感器)一起，不同组成物的输入和混合可以用该模块和致动器控制。许多不同反应物的隔离存储可以大大地增加在目标分分析物检测中使用的物质的储藏寿命。得益于隔离干燥储存的一些反应物可以包括细胞溶解(1ysing)反应物、血纤维蛋白原、化验标签磁颗粒等。
该模块可以是选择的并且由制造商或这在一些情况下由最终使用者连接于该检测盒。提供给最终使用者的灵活性，特别是在使用地点定做的检测盒能够在经济和效率方面提供额外的优点。例如，包含不同反应物、缓冲剂等的不同的模块可以供给最终使用者，用于在检测盒中模块的选择组合，以进行用于特定目标分析物的特定的化验。
本发明的检测盒可以包括各种传感器，以检测一种或多种目标分析物。优选地，该传感器可以是生物传感器的形式，在这里“生物传感器”是适于检测样本物质中的一种或多种目标生物分分析物的传感器。
虽然这里描述的示范性的实施例可以包括单个的传感器，但是本发明的检测盒可以包括两个或更多个传感器，而该两个或更多个传感器是基本上相互类似的或不同的。而且，根据本发明的检测盒中的每个传感器可以包括两个或更多个通道(例如，检测通道和参考通道)。可选地，不同传感器可以用于提供在检测盒内的检测通道和参考通道。如果提供多个传感器，它们可以位于检测盒内的同一个检测室中，或不同的检测室中。
与本发明的检测盒一起使用的传感器可以依赖于各种不同的传感器技术。这种潜在使用的传感器技术的例子包括但不限于检测电化学变化、光学变化、电-光变化、声-机变化等的传感器技术。
优选地，该检测盒利用由设置在该盒内的传感器产生的声-机能量检测样本物质中的目标分析物的存在。优选地，该声-机能量可以用声-机传感器提供，例如，诸如剪切水平表面声波传感器(例如，LSH-SAW生物传感器)的表面声波传感器，尽管在一些情况下其他声-机传感器技术也可以与本发明的系统和方法一起使用。
优选地，本发明的检测盒和模块构造成检测具有生物性质的目标分析物，例如目标生物分析物。正如这里所用的，“目标生物分析物”包括，例如，微生物(例如，细菌、病毒、内生孢子、真菌、原生动物等)、蛋白、肽、氨基酸、脂肪酸、核酸、碳水化合物、荷尔蒙、类固醇、类脂肪、维生素等。
该目标生物分析物可以从测试标本获得，该测试标本可以通过任何合适的方法并且主要根据被检测目标生物反应物获得。例如，测试样本可以通过收集生物组织和/或流体样本(例如，血、尿、排泄物、唾液、精液、晶状体液、关节液、脑脊髓液、脓、汗、渗出物、粘液、哺乳期奶汁、皮肤、毛发、指甲等)从受体(人、动物等)或的其他源获得。在其他情况下，测试标本也可以作为环境样本、产品样本、食品样本等获得。如此获得的测试标本可以是液体、气体、固体或其组合。
在提供给本发明的盒和/或模块之前，测试标本可以进行预处理，例如粘稠流体的稀释、浓缩、过滤、蒸馏、透析、添加反应物、化疗等。
本发明可以与如下面美国和国际申请公开的各种物质、方法、系统、设备等的一起使用，所有这些申请各自的整个内容结合于此供参考，它们包括如下美国专利申请序列号和国际专利申请号：2003年12月30日提交的60/533,162号；2003年12月30日提交的60/533,178号；2004年7月22日提交的10/896,392号；2003年11月14日提交的10/713,174号；2004年11月12日提交的10/987,552号；2003年11月14日提交的10/714,053号，2004年11月12日提交的10/987,075号；2003年12月30日提交的60/533,171号；2004年10月7日提交的10/960,491；2003年12月30日提交的60/533,177号；2003年12月30日提交的60/533,176号；2003年12月30日提交的60/533,169号；与本申请同一日期提交的＿＿＿＿，名称为“增强细胞的细胞壁成分信号检测的方法”(代理律师案卷号59467US002号)，与本申请同一日期提交的＿＿＿＿，名称为“作为胺捕获剂的可溶聚合物和方法”(代理律师案卷号59995US002号)，与本申请同一日期提交的＿＿＿＿，名称为“多功能胺捕获剂”(代理律师案卷号59996US002号)；与本申请同一日期提交的＿＿＿＿，名称为“估算通过表面声波传感器的行进速度”(代理律师案卷号589227WO003号)PCT申请号；与本申请同一日期提交的＿＿＿＿，名称为“表面声波传感器组件”(代理律师案卷号58928WO003号)PCT申请号；与本申请同一日期提交的＿＿＿＿，名称为“声-机检测系统和使用方法”(代理律师案卷号58468)；与本申请同一日期提交的PCT申请号＿＿＿＿，名称为“声传感器和方法”(代理律师案卷号60209WO003号)。
一方面，本发明提供一种检测盒，其包括具有内部容积的壳体；以可操作方式连接于该壳体的传感器，该传感器包括检测表面；位于在该壳体内部容积中的检测室，其中该检测室具有由该检测表面和与该检测表面间隔开并面对该检测表面的相对表面形成的容积，其中该相对的表面包括流动前沿控制特征；以及位于该壳体内部容积内内的废物室，该废物室与该检测室流体连通。
另一方面，本发明提供一种检测盒，其包括具有内部容积的壳体；以可操作方式连接于该壳体的传感器，该传感器包括表面声波声-机传感器；位于在该壳体内部容积内的检测室，其中该检测室具有由该检测表面和与该检测表面间隔开并面对该检测表面的相对表面形成的容积，其中该相对的表面包括一个或多个形成在其中的腔室；位于该壳体内部容积内的废物室，该废物室与该检测室流体连通；位于该废物室内的吸收材料；以及位于该检测室和废物室之间的毛细结构。
另一方面，本发明提供一种检测盒，其包括具有内部容积的壳体；以可操作方式连接于该盒壳体的传感器，该传感器包括检测表面；位于在该盒壳体内部容积内的检测室，其中该检测室具有由该检测表面和与该检测表面间隔开并面对该检测表面的相对表面形成的容积，其中该相对的表面包括流动前沿控制特征；位于该盒壳体内部容积内的废物室，该废物室与该检测室流体连通；一个或多个密封的模块，其中该一个或多个密封的模块的每个模块包括出口，该出口通过向该盒壳体的内部容积打开的一个或多个模块口连接于该盒壳体。每个模块还包括具有出口和密封的内部容积的模块壳体；位于该模块的出口上的出口密封件；以及位于该模块壳体内部容积内的柱塞。该柱塞从其远离该出口的加载位置到其接近该出口的卸载位置是可移动的，并且柱塞朝着出口的移动打开该出口密封件，使得物质从该模块壳体的内部容积通过出口排放到该盒壳体的内部容积中。
另一方面，本发明提供一种移动样本物质通过检测盒的方法，该方法包括向该盒壳体的内部容积输送样本物质，其中该样本物质流进检测室，并且其中通过该检测室并朝着废物室的该样本物质的流动前沿行进至少部分地被检测室内的相对表面上的流动前沿控制特征控制。
另一方面，本发明提提供一种密封的模块，其包括具有出口和密封的内部容积的壳体；位于该出口上的出口密封件；位于该壳体内部容积内的第一室，该第一室具有位于其内的液体；位于开壳体内部容积内的第二室，该第二室包含位于其内的反应物；在该壳体内将第二室与第一室隔离的室间密封件；以及柱塞，其中该第一室，室间密封件，第二室和出口密封件都位于该柱塞和出口之间，并且该柱塞从其远离该出口的加载位置到其接近该出口的卸载位置是可移动的。该柱塞朝着出口的移动打开该室间密封件使得第一室中的液体接触第二室中的反应物，并且其中该柱塞向卸载位置的进一步移动打开该出口密封件使得液体和反应物从该壳体的内部容积通过该出口排出。
另一方面，本发明提供一种利用本发明的密封的模块输送物质的方法。该方法包括朝着该密封的模块的出口移动该柱塞以打开该室间密封件并迫使来自第一室的液体与第二室的反应物接触；并且朝着出口移动该柱塞以打开出口密封件并该壳体的内部容积通过该出口排出液体和反应物从。
另一方面，发明提提供一种模块，其包括具有出口和密封的内部容积的壳体；位于该出口上的出口密封件；位于该壳体内部容积内的腔室，该腔室具有位于其内的一个和多反应物；从其远离该出口的加载位置到其接近该出口的卸载位置可移动的柱塞；以及与该腔室流体连通的输入口，其中当该柱塞位于加载位置时该输入口进入该柱塞和该出口之间的该腔室。该柱塞朝着该出口的移动打开该出口密封件，使得物质从该壳体的内部容积通过该出口排出。
另一方面，本发明提供一种利用本发明的模块输送物质的方法。该方法包括通过输入口向该模块的腔室输送样本物质，其中该样本物质接触位于该腔室内的反应物；以及朝着出口移动该柱塞以打开该出口密封件，使得液体从该腔室通过该出口排出。
下面结合本发明的各种说明性实施例，描述本发明的检测系统和方法的这些和其他特征和优点。
附图说明
图1是根据本发明的一个示范性检测盒的示意图。
图2A是根据本发明包括流动前沿控制特征的一个示范性的相对表面的平面图。
图2B是根据本发明包括流动前沿控制特征的另一个示范性的相对表面的透视图。
图2C是根据本发明包括流动前沿控制特征的另一个示范性的相对表面的剖面图。
图2D是根据本发明包括流动前沿控制特征的另一个示范性的相对表面的剖面图。
图2E是根据本发明包括流动前沿控制特征的另一个示范性的相对表面的剖面图。
图2F是根据本发明包括流动前沿控制特征的另一个示范性的相对表面的平面图。
图3是包括疏水和亲水区形式的流动控制特征的相对表面的平面图。
图4是根据本发明包括流动控制特征的另一个示范性的相对表面的平面图。
图5是根据本发明包括流动控制特征的另一个示范性的相对表面的平面图。
图6是根据本发明的一个示范性检测盒的示意图。
图6A是根据本发明进入检测盒中的废物室的可选示范性开口放大的剖视图。
图6B是图6A所示部件的分解图。
图7A示出根据本发明的检测盒中的检测室和废物是之间一种可选的连接。
图7B是沿着7B-7B线截取的图7A的流动通道的剖视图。
图8A是可以与本发明一起使用的一个示范性模块的示意剖视图。
图8B是使用时的图8A的模块的示意剖视图。
图8C是搁位于本发明模块内的卸载位置的可选柱塞和尖端的局部放大剖视图。
图8D是沿图8C的8D-8D线截取的剖面图。
具体实施方式
在下面的本分明示范性实施例的详细描述中，参考构成本发明一部分并且以说明方式示出实践本发明的具体实施例的附图。应当明白，也可以利用其他实施例，并且在不脱离本发明范围的情况下能够进行结构变化。
一方面，本发明提供一种检测盒，其包括整体型传感器和和有助于向该传感器选择性地提供样本分析物的流动控制特征。在图1中示意地示出的该示范性检测盒10包括分离室20、检测室30、废物室40、传感器50、体积流动控制特征部分70以及模块安80。一般而言，图1的检测盒10可以描述为具有包括分离室20、检测室30和废物室40的内部容积，该不同的室形成从分离室20通过检测室30并进入废物室40的顺流流动方向。结果，检测室30可以描述为是废物室40的上游，而分离室20可以描述为是检测室30的上游。不是根据本发明的每个检测盒必须包括图1的检测盒中包含的部件的组合。
优选地，检测盒10的检测室30在该传感器50的检测表面50和位于与该传感器的该检测表面相对的相对表面60之间形成内部容积。优选地，该检测室30提供侧壁和形成该检测室30的内部容积的其余部分(即，该检测室30不由该传感50的检测表面和该相对表面60形成的部分)的结构。
图1还示出连接器54，优选地，该连接器54以可操作方式连接于传感器50，以供给该传感器50，例如，动力。优选地，该连接器54可以向传感器50供给电能，尽管在一些实施例中该连接器可以用来供给光能和运行该传感器50需要的其他形式的能。该连接器54可以用来将传感器50连接于控制器或可以为该传感器50提供控制信号或可以接收来自传感器50的信号的其他系统。如果需要，该传感器50(或附加连接器)可以以可操作方式连接于其他部件，例如阀、流体监控器、温度控制元件(以提供加热和/或冷却)、温度传感器以及可以被包括为该检测盒10的一部分的其他装置。
除了检测室30之外，图1所示的盒10还包括任选的废物室40，离开检测室30后物质流入其中。该废物室40可以通过体积流动控制特征部分70与检测室30流体连通，该积流动控制特征部分70可以用来控制样本物质从检测室30流进该废物室40的流率。
优选地，该体积流动控制特征部分70可以吸入流体通过检测室30以便它能够流进废物室40。在这里描述的各种示范性实施例中，体积流动控制特征部分70可以包括一个或多个下述部件：一个或多个毛细沟槽，多孔薄膜，吸收材料，真空源等。在各实施例中，根据在盒10内如何使用和在何处使用这些部件，这些不同的部件可以限制或增加流率。例如，如果例如废物室40在没有毛细结构的情况下包括引起过高流率的吸收材料，则毛细结构可以设置在检测室30和废物室40之间以限制从检测室30流向废物室40的流率。
图1所示的另一个特征是排气口78，优选地，该排气口设置成，当该排气口78在打开状态时，使该盒10的内部容积与周围大气(即该检测盒10位于其中的大气)流连通。优选地，该排气口78可以具有封闭状态，在该封闭状态，基本上消除空气流过该排气口78。在一些实施例中，排气口78的封闭可以有效地暂停或停止流体流过该检测盒10的内部容积。虽然描述为引导进入废物时40，但是可以设置一个或多个排气口并且它们可以直接连接于该检测盒10内任何合适的部位，例如，分离室20、检测室30等。该排气口78可以采取任何合适的形式，例如，一个或多个孔隙、管、配合件等。
该排气口78可以包括密封件、罩、阀或其他结构形式的封闭元件79，以打开、关闭或调节排气口的打开。在一些实施例中，该封闭元件79可以用于打开或关闭排气口。在另一些实施例中，该封闭元件79可以是可调节的，使得该排气口的尺寸可以被调节到在完全关闭和完全打开之间的至少一个尺寸，以调节流通过该检测盒10的流体流率。例如，增大该排气口打开的尺寸(例如用关闭元件79)可以增大流体流率，而限制该排气口的打开的尺寸可以引起可控地减小通过该检测盒10的内部容积的流体流率，例如通过该分离室20、检测室30等。如果该排气口包括多个小孔，一个或多个该小孔可以用封闭元件等打开和关闭。
虽然流过该检测室30的体积流率可以通过该体积流动控制特征进行控制，但是优选地，对通过该检测室30的流动前沿行进提供控制。流动前沿行进控制能够有助于确保暴露在检测室30中传感器50的检测表面的所有部分被样本分析物的流体覆盖或润湿，使得不形成气泡或孔隙等。优选地，例如，流体前沿以垂直于通过该检测室30的流动方向的大致直线的形式行进通过该检测表面30。
在图1所示的示范性实施例中，优选地，该流动前沿控制特征可以设置在该相对表面60中或相对表面60上。如果该传感器50依赖于被检测表面的形状和/或成分影响的物理性质，尤其是如此，例如，如果检测表面是依赖于通过形成在检测表面或位于该检测表面之下的波导的声能传递的传感器的一部分。设置在检测表面上的物理结构的不连续或不同的材可以引起，例如，在检测表面上的声能以不传导的方式传播，以精确地检测该检测室30内的目标分析物。利用其本身不包括物理结构或不同材料的组合的检测表面以控制在检测室内的流体流动行进，例如光学等的其他传感器技术也可以较好地实现。
鉴于上述问题，优选地，在检测室30的相对表面60中或相对表面60上提供流动前沿控制特征以帮助在传感器50的检测表面上控制流体流动行进。流动前沿控制优选提供对检测表面上的样本物质的行进控制，同时减少或防止在检测表面上形成(或保留)气泡。
设置在相对表面60上的流动前沿控制特征优选是无源的，即在流体流过该检测室时它们不需要任何外部输入或能量来操作。优选地该流动前沿控制特征也可以对通过该检测室30很宽范围(例如，在10微升或以下的小样本体积到5毫升或以上的大样本体积的范围)的样本体积进行操作。
优选地，该相对表面60和该传感器50的检测表面相互间隔开使得该相对表面60(和位于其上的任何特征)不接触该传感器50的检测表面。关于声传感器，甚至接近附近可以不利地影响该传感器运行的性质。优选地，例如，该传感器50的检测表面和该相对表面60最下面的特征之间的间隔为20微米或以上，更优选，为50微米或以上。对于有效的前沿控制，优选，该相对表面60最下面的特征和该传感器50的检测表面之间的距离为10毫米，可选地，为1毫米或以下，在一些例子中为500微米或以下，在另一些例子中为250微米或以下。
在一种流动前沿控制特征中，该相对表面60可以包括用于控制流体通过检测表面30的流体流动的诸如沟槽、柱等物理结构。无论具体的物理结构如何，优选这些物理结构足够大，使得通过检测表面的流动前沿行进被符合理性地影响。图2A-2E示出用于控制流体的流动前沿行进的各种示范性的物理结构。
图2A是能够提供流动前沿控制的相对表面60a上的一种物理结构的平面图。该物理结构包括多个分散的结构62a，例如分散在该相对的表面60a上并从分开该分散结构62a的平坦区域(land area)64a凸起的柱、嵌入或附着的小珠等。该分散的结构62a可以设置成任何形状，例如圆筒、矩形棱柱、三角形棱柱、半球等。不同结构62a的高度、大小、间隔和/或设置可以根据流体粘滞性和/或该检测室内相对表面60a和检测表面之间的距离选择，以提供希望的流动前沿控制。优选地，该结构62a可以用和该结构62a之间的该相对表面60a的平坦区域64a相同的材料制造，或可选地，该结构62a可以用一种或多种不同于该结构62a之间的平坦区域64a的材料制造。
图2B示出为相对表面60b提供的物理结构的另一个示范性的实施例。该物理结构是形成在相对表面60b中的三角形沟槽的形式，每个沟槽62b包括在沟谷66b每侧的两个高峰64b。虽然所示的沟槽62b是相互的平行的并且以垂直于希望的流体流动(见图2B中的箭头61b)的直线延伸，应当明白，如果它们有助于获得越过检测表面的所希望的流动，可以使用这些特点中任何一个的变化。该沟槽62b可以是不规则的尺寸的、不规则的形状的、不规则的间隔的、与流动方向非90度取向的直线的、曲线的等。例如，相邻沟槽62b可以是相互紧邻的，如图2B所示。而且，虽然沟槽62b具有三角形截面形状，但是用于与本发明的沟槽可以具有任何截面形状，例如，圆弧形、矩形、梯形、半球形等以及它们的组合。
在其他实施例中，沟槽可以被高峰之间的平坦区域分隔开或包括具有平坦区域的沟谷(即，不到达底部并且然后立即向上返回的相邻的高峰)。该平坦区域可以是平的或任何所希望的形状。一种这样的变化示于图2C，其中在相对表面60c中的沟槽62c具有分开相对表面60c上的沟槽62c的平坦区域64c。
图2D示出可以用于相对表面60d上的流动前沿控制的物理结构的另一种变化。该物理结构设置成沟槽62d的形式，相对表面60d上的沟槽62d具有不同的形状，即，与图2B和2C的三角形沟槽不同，是包括侧壁63d和顶壁65d的更接近矩形或梯形的形状。
即使沟槽62d是更接近矩形的形状，优选，在每个沟槽62d的前边缘处的壁63d与表面64d形成小于270度的逐渐引向该沟槽62d的θ角。正如这里所用的，沟槽62d的“前边缘”是被在检测表面上沿着顺流方向流动的液体首先遇到的那个边缘。限制θ角可以促进流体流进该沟槽62d，因为在前边缘处的该壁63d和表面64d之间的较大的角度可以阻碍流体流动前沿行进。由于它们的三角形形状，在图2B和2C的相对表面上的沟槽固有地具有传导流体流动进入该沟槽的角度。
图2E示出相对表面60e的另一个实施例，其包括具有圆弧形(例如半球形)轮廓的沟槽62e，该形状也具有小于270度的进入角，优选地促进流体流进该沟槽62e。该沟槽62e优选由平坦区域64e分开，如图2E所示。
除了上面关于图2A-2E描述的各种变化之外，另一种变化可以是两个或更多个不同形状的沟槽可以设置在单个的相对表面上，例如，三角形、矩形、半球形等的混合，沟槽可以设置在同一个的相对表面上。
图2F示出相对表面60f的另一种变化，其包括物理结构以控制检测室内的流体流动前沿。所示的表面60f包括由沿着和/或平行于轴线65f、66f和67f在该表面60f上形成的一系列三角形沟槽构成的分散的物理结构。优选地，至少一组沟槽沿着由箭头61f表示的基本上垂直于流体流动方向形成，例如，沿着和/或平行于轴线66f的沟槽。与沿着轴线66f和67f的成角度的沟槽一起，沿着/平行于轴线66f的垂直沟槽形成在每个金字塔结构上的各个面。虽然所示的金字塔结构具有三角形基底，但是如果希望的话，金字塔形的结构可以具有四面或更多面。
再参考图1，通过该检测室30的流动前沿控制不需要利用物理结构也可以完成。在一些实施例中，流动前沿控制可以通过利用设置在相对表面60上的亲水和/或疏水材料完成。图3是包括占据该相对表面160多个部分的疏水材料区162和亲水材料区164的相对表面160的平面图。优选地，该区域162和164设置成如箭头161所示的基本垂直于流过该检测室的方向取向的连续带，即从检测室的输入端到输出端(虽然可以利用其他的亲水/疏水图形)。在区域162和/或区域164中所用的该亲水和/或疏水材料可以涂覆或者设置在该相对表面160上。在一些情况下，用来构造该相对表面160的材料本身可以是认为是亲水的，而疏水材料可以设置在该相对表面160的选定部分上(或者反之亦然，即用于构造该相对表面的材料可以是疏水的，而被涂覆的或被处理的区域提供该相对表面的亲水区)。
一般而言，固体表面对于被液体润湿的敏感性的特征是，在附着在水平地设置的表面上并能够在其上稳定之后，液体与该固体表面的接触角度。这个角度有时被称作“静态平衡接触角”，有时在这里简称为“接触角”。如美国专利6,372,954B1号(Johnston等人)和国际公开号WO99/09923(Johnston等人)中所讨论的，接触角是在液珠表面与一个表面的接触点处，与在该表面上的液珠表面相切的直线和该表面的平面之间的夹角。其切线垂直于该表面的平面的液珠具有90度的接触角。通常，如果接触角为90度或更小，该固体表面被认为是被液体润湿。在表面上产生零度接触角的液体样本物质被认为完全润湿该表面。
经常，在摄氏20度的水滴在其上呈现90度或更小的接触角的水平表面被人为是亲水的，而在摄氏20度的水滴在其上呈现大于90度的接触角的水平表面被人为是疏水的。
为了本发明的目的，优选地，表面的亲水/疏水根据相对比例确定。例如，优选地，对于摄氏20的水滴，认为是亲水性/疏水性之间的接触角的差为大约10度或以上(或，在一些情况下，20度或以上)。换句话说，本发明的疏水表面可以具有比亲水表面大10度或以上(20度或以上)的接触角(对于摄氏20度在水平表面上的水)。
如这里所用的“亲水的”仅仅用于指材料的表面特性，即它被水溶液润湿的特性，而不表示该材料是否吸收水溶液。因此，无论该材料是不能透过或能够透过水或水溶液度可能被称作亲水的。
图4是可以用于本发明的相对表面260的另一个示范性的实施例的平面图。该相对表面260包括直沟槽形式的物理结构262，其优选取向成大致垂直于流过该检测室的方向。除了该横向室沟槽262，该相对表面260还包括在输入端265以扇形形状朝着该相对表面260的侧面向外分叉的流动导向器264。图4所示的相对表面260还包括在该相对表面260的输出端267朝着该相对表面260宽度的中心向内会聚的流动导向器266。
在使用时，优选地，当流体进入该检测室时，在输入端265的流动导向器264帮助扩大越过该相对表面260(并且因此在相对表面260位于其中的检测室)的宽度的流动前沿。当流体到达该第一横向室沟槽262时，优选地，该流动前沿停止沿着输出端267的方向移动，直到该流动前沿延伸横过该相对表面260的宽度。一旦当该流动前沿到达横过该相对表面2260之后，优选地，该流动前沿前进到下一个横向室沟槽262，在这里它再一次暂停，直到该流动前沿延伸横过该相对表面260的宽度。
该流动前沿在行进段以描述的方式行进直到到达靠近该相对表面260的输出端的该任选的流动导向器266。在这里，该流动被引向检测室的输出端267，在输出端它能够如上所述被引向废物室。
图5所示的流动控制特征包括相对表面360，该相对表面包括进入部分362，其中一系列沟槽364以不垂直于流体流动方向的一定角度取向(如箭头361所示)。优选地，该沟槽364从基本上平分该相对表面360的宽度的中心线363分叉(其中宽度基本上垂直于流动方向361测量)，并且以大致V形形状设置，而V形形状的宽度沿着流动方向增大。在该相对表面360的第二部分的沟槽366优选可以取向成大致垂直于该流动方向。这样的设置有利于确保流体流动到该表面338的侧面，并且还可以形成分路或将气泡引向检测室的边缘，在那里它们不影响检测表面的运行。
这里描述的各种流动前沿控制的方法可以以没有直接示出的组合方式使用。例如，优选地可以使用与物理结构(例如沟槽、分散的凸出结构等)组合的相对表面上的选择的疏水和/或亲水材料区，以提供对通过本发明检测室的流动前沿行进的控制。而且，虽然检测室30的内部容积可以优选具有大致直线的形状，但是应当明白，用于本发明的检测室可以采用任何形状，例如圆柱形，圆弧形等。
返回到图1，也可以包括在该检测盒10中的任选的分离室20可以在其引进检测室30之前用于分离、混合或保持样本物质。该分离室20可以采取任何合适的形式。在一些情况下，优选，在使用该盒10时，该分离室20的容积位于该检测室30之上(相对于重力而言)，使得在分离室20中的样本物质内能够形成静压头，这有助于它从该分离室20无源地提供给检测室30。
可选用的口22可以设置在该分离室20中(或在引向该盒10内部的另一个部位中)，使得物质能够例如，通过注射、吸取等被输入该盒10的内部容积中。如果提供，在物质被引入该盒10之前和/或之后，该口22可以用，例如隔膜、阀，和/或其他结构密封。在一些实施例中，优选，该口22可以包括，例如，构造成与测试样本供给装置匹配的外部结构，例如鲁尔(Luer)锁定配合、螺纹配合等。虽然仅仅示出一个口22，但是应当明白，可以设置两个或更多个口。
在一些实施例中，分离室20可以通过流动控制结构/机构24(例如阀)与检测室30的直接流体连通隔离。如果流动控制结构/机构24设置成将检测室30与分离室20隔离，那末在将物质释放到检测室30之前该分离室20可以潜在地更有效地用于储存它们。在没有流动控制结构/机构24的情况下，通过其他技术可以潜在地获得对物质流动到检测室的控制，例如将盒保持在重力、向心力等可以帮助的取向，以将物质保留在分离室20中直到希望将它们提供给检测室30为止。
图1示出的另一种可选用的特征是设置流体监控器27。优选地，该流体监控器27可以设置成有源的，实时监控流体的存在、流动速度、流率等。流体监控器可以采用任何合适的形式，例如暴露于流体中并用例如交流电监控的电极，以确定流动特征和/或流体在监控器上的存在。另一种可选的形式可以涉及不必与被监控的流体接触的基于电容的流体监控器。
虽然描述为监控检测室30，但是应当明白，流体监控可以位于该检测盒10的内部容积中任何合适的地方。例如，流体监控器可以位于分离室20、废物室40中等。此外，可以在该盒10中不同的位置设置多个监控器。
流体监控器27的潜在优点可以包括，例如，自动开始导入样本物质、反应物、冲洗缓冲剂等的能力，响应由反馈回路中所用的流体监控器27发送的条件，例如，以操作与模块80相关的致动器等。可选地，由流体监控器27发送的条件可以向人操作者提供用于评估和/或动作的信号或反馈。对于一些应用，例如诊断健康保健应用，流体监控器27可以用于确保检测盒适当地运行，即，在可接受的参数内接收流体。
图1还描述了可选用的模块80，除了口22之外、或代替该口22，该模块优选用于向盒10输入或输送物质。虽然在一些情况下，它们能够潜在地将物质直接提供给检测室30，但是优选地，正如所描述的，该模块80将物质提供给分离室20。虽然优选提供的物质包括至少一种液体组分以帮助该物质从模块80流进入盒10，但是模块80可以用于提供各种物质。在用模块80输入的这些物质中是，例如，样本物质、反应物、缓冲剂、冲洗物质等。对从模块80向盒10的物质输入的控制可以用各种方式获得，例如该模块80可以用密封件、阀等与盒10隔离，该密封件、阀能够被打开以允许该模块中的物质进入盒10。
优选地，模块80是相互独立的，以便包含在每个模块80的物质能够在选择的时间、以选择的流率、按照选择的次序等输入检测盒中。在一些情况下，致动器90与每个模块80相连，以移动模块80内的物质进入盒10中。该致动器90可以根据模块的结构选择。该致动器90可以是人工操作或它们可以是自动的，例如，利用液力装置、气动装置、电磁装置、步进电机等。
利用模块80提供诸如反应物、缓冲剂等物质的潜在优点是有机会定做盒10，用于与各种样本物质、测试物等一起使用。
已经描述了图1示意地示出的检测盒的各个方面，包括分离室420、检测室430和废物室440的检测盒410的一个示范性实施例示于图6。该检测盒410包括壳体412和具有暴露于该检测室430中具有检测表面452的传感器450。
优选地，该传感器450是声-机传感器，例如乐甫波剪切水平表面声波传感器。正如所描述的，该传感器450优选可以被连接，使得除了其周边有可能之外，传感450的背面454(即面向离开检测室430的表面)都不接触该盒10内的任何其他结构。可以连接于用于本分明的盒内的声-机传感器的一些潜在的合适的方法公开在例如2003年12月30提交的美国专利申请60/533,176号及同一日期提交的PCT申请号＿＿＿＿、名称为“表面声波传感器组件”(代理律师案卷号58928WO003)中。
但是应当明白，声波传感器仅仅代表用于本发明的一类传感器。许多其他传感器技术可以用于本发明的盒，例如表面细胞质团共振、机电检测、传导性传感器、荧光微型阵列、化学发光等。
无论在传感器450中所用的具体检测技术如何，优选地，暴露在检测室430中的检测表面452的部分设置成接触流过该检测室430的样本物质。优选地，例如，该检测表面452位于检测室430的底部(相对于重力而言)，使得流过检测室430的物质沿着检测表面452的方向至少受重力(如果不通过其他力)推动。
优选地，检测室430包括与该检测表面452间隔开并面向该检测表面452的相对表面460。优选一个或多个不同的流动前沿控制特征设置在该相对表面460上，以帮助控制通过该检测室430的流动前沿的行进。潜在合适的流动前沿控制特征的各种例子是这里讨论过的。
优选地，该相对表面460和检测表面452相互间隔开，使得该相对表面460(和其上的任何特征)不接触该检测表面。关于声传感器，如果相对表面460破坏检测表面的声能传播，甚至非常接近也可能不利地影响传感器运行的性能。优选地，例如，检测表面452和面向该检测表面452的作用部分的相对表面460最下面的特征之间的间隔为20微米或以上，更优选为50微米或以上。对于有效的流动前沿控制，优选地，相对表面460最下面的特征和检测表面452之间的距离为10毫米，可选地为1毫米或以下，在一些情况下为500微米或以下，在另一些情况下为250微米或以下。
图6的盒410还包括与检测室430流体连通的废物室440，并且样本物质在离开检测室430之后流进该废物室440中。优选该盒410包括设置在该检测室430和废物室440之间的流体路径中的体积流动控制特征。优选地，该体积流动控制特征起控制样本物质从检测室430流进该废物室440的流率的作用。
虽然体积流动控制特征可以采取许多不同的形式，但是在图6所示的实施例中，它设置成开口472的形式，多孔薄膜474形式的毛细结构设置在其之上。除了多孔薄膜474，许多吸收材料476也设置在废物室440内。
优选地，该多孔薄膜474从面向检测室430的一侧到面向废物室440的一侧提供压力降。优选，该多孔薄膜474有助于控制从检测室430到废物室440的流率。优选地，该压力降由该多孔薄膜474内的通道的毛作用构提供。穿过该多孔薄膜474的压力降通常是该口的尺寸和薄膜厚度的函数。优选地，该多孔薄膜的口的尺寸例如在0.2微米到50微米的范围内。可以用作多孔薄膜材料的一些合适的例子包括，例如，丙烯酸系共聚物、硝化纤维、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚砜、聚醚砜、尼龙、聚碳酸酯、聚酯等。
参考图6A和6B，描述用于控制进入废物室的流体流率的多孔薄膜1474的另一种结构。开口1472包括形成通过该壳体材料的一系列小孔1471。该开口1472优选可以包括斜面1743，该斜面1743优选帮助流体流过该开口1472(可选地，也可以用半圆的、圆的和平滑边缘等)。
该多孔薄膜1474由盖板1745保持在位，在优选实施例中，该盖板用超声焊接在小孔1471之上，而多孔薄膜位于它们之间。优选，该盖板1475可以包括小孔1479，液体可以通过它进入废物室。盖板的超声焊接通过利用围绕该开口1472的能量引导器1477帮助，并且该能量引导器1477的高度可以足以留有用于该多孔薄膜1474的间隙。在这种系统中，盖板1475和能量引导器1477可以促进形成液密连接而不破坏该多孔薄膜1474。也可以使用其他技术将多孔薄膜1474保持在开口1472上，例如粘接、热焊接、溶剂焊接、机械夹紧等。具有或不具有盖板1475都可以使用这些技术，即该多孔薄膜1474自身可以直接连接于围绕该开口1472的结构上。
再参考图6的实施例，虽然薄膜474可以将流体从检测室430吸入流体，但是流体中的表面张力可以防止流体流出该薄膜474，并流进该废物室440。结果，优选地，利用，例如，废物室440的负流体压力将流体从该薄膜474吸入该废物室440。废物室440内的负流体压力可以各种技术提供。用于提供废物室440内的负流体压力的一种技术可以包括，例如，位于该废物室440内的吸收材料476，如图6所示。提供废物室440内的负流体压力的一种替代技术是该废物室440内的真空。也可以用其他的替代技术。
优选地，废物室440内的负流体压力可以无源地提供，例如，通过使用吸收材料或不需要输入能量的其他技术(如，例如保持废物室内的真空)。可以设置废物室440内的一些潜在合适的吸收材料的例子包括但不限于泡沫材料(例如，聚氨酯)、颗粒材料(例如，铝硅酸盐、丙烯酸等)、粒状材料(例如，纤维素、木纸浆等)。
如果废物室440如图6所示具有位于其内的吸收材料474，优选地，该吸收材料与面向该废物是440的里面的薄膜474的侧面(或盖板14756中的任何小孔1479，如图6A和6B所见)接触。由于，例如，包含在薄膜474中的流体内的表面张力，吸收材料476和薄膜474之间的间隙可以限制或防止流体离开该薄膜474并进入该废物是440。
如果吸收材料476设置在废物室440内，提供吸收材料制成的各种层是有利的，以控制进入该废物室440的体积流动率。例如，第一层吸收材料可以设置在靠近该薄膜474处，该第一层材料具有特征吸收(wicking)率和给定的流体容量。在第一层吸收材料已经加载到其饱和容量之后，进入该废物室440的流体可以被吸进具有不同吸收率的第二层吸收材料，因而在废物室440内潜在地提供不同的负压。
利用例如吸收材料的不同层改变废物室440内的负压，可以用于补偿该废物室440内的其他变化，例如当样本物质通过该盒10被吸进时流体压力头压力的变化。其他的技术也可以用来补偿流体压力头压力的变化，例如改变保持在废物室440内的真空度，打开一个或多个在该盒内的排气口等。
图6的实施例包括在废物室440中的排气口478，该排气口478可以使废物室440的内部容积与周围环境大气流体连通。打开和/或关闭该排气口478可以用来控制流体流动进入该废物室440，并且因此通过该盒410。而且，该排气口478可以用来减少废物室440内的压力，例如，通过排气口478抽真空等。
虽然描述为与废物室44直接流体连通，但是可以设置一个或多个排气口，并且它们可以直接连接于引导到该检测盒410的内部容积的任何合适的部位，例如，分离室420、检测室430等，该排气口478可以采取任何合适的形式，例如一个或多个孔隙、管、配合件(fitting)等。
优选地，该排气口478包括密封件、阀或其他结构形式的封闭元件479，以打开、关闭或调节该排气口的大小。如果设置为密封件，则该密封件可以附着地连接，或者其他连接在排气口478上，或位于该排气口478内。在一些实施例中，该封闭元件479可以是可调节的，使得排气口打开的尺寸可以调节到完全关闭和完全打开之间的至少一个尺寸，以调节通过该检测盒410的流体流率。例如，增大排气口打开的尺寸可以增大流体流率，而限制排气口打开的尺寸则可控地减小通过该检测盒410的内部容积的流体流率，例如通过分离室420、检测室430等。如果排气口478包括多个小孔。该小孔的一个或多个可以被打开或关闭，以控制流体流动等。
图7A和7B示出另一个盒510，其包括检测室530的一部分和废物室540。该废物使540和检测室530在该实施例中被流动通道570形式的毛细结构分开。该流动通道包括一组毛细沟槽572，其优选通过毛细管力从检测室530吸入流体。该毛细沟槽572的具体形状可以不同于图7B的剖视图所示的形状。而且设置在流动通道中的毛细沟槽572的数目可以从少至一个毛细沟槽到选定的任何多个毛细沟槽的数目变化。
在图7A和7B的实施例中，该流动通道570优选可以替代图6实施例中所用的多孔薄膜。优选该毛细通道570的提供希望的负流体压力水平，以从检测室530吸进流体。
在一些情况下，优选地，提供多孔薄膜和一个或多个毛细沟槽以在本发明的检测盒中的检测室和废物室之间提供毛细结构。诸如管子的等的其他毛细结构可以替代这里所述的示范性实施例。
虽然毛细沟槽572可以从检测室530吸进流体，但是流体的表面张力可以防止流体流出该流体通道570并进入废物是540。结果，优选地，利用，例如，废物室540内的负流体压力从该流体通道570吸进流体进入废物室540。可以用各种技术提供该废物室540内的负流体压力。用于提供废物室540内的负流体压力的一种技术可以包括，例如，如图7A所示的位于该废物室540内的吸收材料576。用于提供废物室540内的负流体压力的一种替代技术是该废物室540内的真空。也可以用其他替代技术。
优选地，废物室440内的负流体压力可以无源地提供，例如，通过使用吸收材料或不需要输入能量的其他技术(如，例如保持废物室内的真空)。废物室内所用的吸收材料已经在上面结合图6所示的实施例进行了描述。
如果吸收材料用于废物室540内，优选地，该吸收材料与任何毛细沟槽572的端部接触以克服否则防止流体离开该毛细沟槽的表面张力。
再参考图6所示的盒，该分离室420可以设置在检测室430的上游。该分离室420可以提供各种成分在进入检测室430之前输入其内的容积。虽然没有描述，但是应当明白，该分离室420可以包括各种特征，例如，一个或多个位于其内的反应物(例如，干燥或保持用于在适当的时候选择地释放)；涂覆(例如，亲水的、疏水的等)；结构/形状(其能够，例如，减少/防止气泡形成，改进/引起混合，等)。
而且，该分离室420和检测室430之间的流体路径可以如图6所示是打开的。可选地，该分离室420和检测室430之间的流体路径可以包括能够完成一种或多种功能的各种特征，例如过滤(用，例如多孔薄膜、尺寸不相容的结构、纱网(beads)等)；流动控制(例如，用一个或多个阀、多孔薄膜、毛细管或沟槽、流动限制器等)，涂覆(例如，亲水的、疏水的等)；结构/形状(其能够，例如，减少/防止气泡形成和/或转移，改进混合等)。
图6所示的另一个可选用的特征是包括在分离室420和检测室430之间的流体通道中的流体监控器427。优选地，该流体监控器427提供有源的，实时监控流体的存在、流动速度、流动速率等。流体监控器427可以采用任何合适的形式，例如暴露于流体中并用例如交流电监控的电极，以确定流动特征和/或流体在监控器电极上的存在。另一种替代的形式是可以涉及不必与被监控的流体接触的基于电容的流体监控器。
流体监控器27的潜在优点可以包括，例如，自动起动样本物质、反应物、冲洗缓冲剂等的输入的能力，响应由流体监控器27发送的条件。可选地，由流体监控器27发送的条件可以向人操作者提供用于评估和/或动作的信号或反馈。对于一些应用，例如诊断健康保健应用，流体监控器427可以用于确保检测盒适当地运行，即，在可接受的参数内接收流体。
图6所示的该示范性的检测盒410包括两个模块480，其设置成将物质提供给该盒410的分离室20(应当明白，该模块相对于该分离室420的取向或方向可以与所示的取向不同)。该模块480通过向该分离室420打开的模块的出口428将它们的物质提供给分离室420。模块480优选用粘结剂424或能够在该模块480和该模块的出口428之间提供合适的液密密封的其他材料连接于该模块的出口。用于将模块480连接于模块的出口的任何合适的技术都可以代替粘结剂424。在一些情况下，该模块480可以焊接(化学、热、超声焊接等)或连接在模块的出口428上。在其他情况下，该模块480可以用诸如螺纹配合、鲁尔(Luer)锁定等互补的结构连接在模块的出口。
虽然能够用来将物质输入盒410的模块的其他示范性实施例在别处已经描述，但是图6所示的每个模块480包括在开口482上的密封件489，该开口482对齐在引向分离室420的模块的出口上。每个模块480还包括柱塞481，该柱塞481形成位于该密封件489和该柱塞481之间的腔室486。提供给分离室420的物质在使用该柱塞481将该模块480内的东西提供给该分离之前通常位于该腔室486内。
在所示的实施例中，优选地，该柱塞481构造成刺穿、撕裂或者打开密封件489，以使该模块480内的物质能够进入分离室420。所示柱塞481包括用于该目的的刺穿尖端。应当明白，该模块480应当用阀或其他用于控制物质在腔室之间移动的合适流体的结构与分离室420隔离。
图6所示的一种变化是上模块480包括打开进入该模块480的腔室中的接口490。该接口490可以用来将物质供给该腔室486中，随后利用该模块将物质提供给分离室420。例如该接口490可以用来将收集的试样等输入该模块480中。在这里它然后能够在选定的时间和/或以选定的速率输入分离室420中。此外，接收样本物质的该模块480的腔室486可以包括当样本物质输入该模块480时能够接触样本物质的一个或多个反应物或其他物质。虽然没有描述，但是应当明白，优选地，在样本物质被输入该模块480中之前和/或之后，该接口490用阀或其他结构/材料密封。在物质引入模块480中之前和/或之后，该接口490可以用，例如，隔膜、阀、感应焊接的密封件、罩，和/或其他结构密封。
根据本发明可以用来提供反应物和/或其他物质的模块680的一个示范性实施例示于图8A和8B的剖视图中。所示的示范性的模块680包括多个腔室，每个腔室可以包含相同的或不同物质，并且优选每个腔室相互是气密地密封的。优选地，该模块680构造成当物质相互输入时使得物质在该不同的腔室内混合。
通过在分开的腔室内储存不同的物质，优选能够在模块680内提供直到需要之前没有混合的物质。例如，优选地，一些物质能够在干燥状态下储存，例如，以延长其存放寿命、使用寿命等，但是同样的物质可能需要在包括水的液体状态下混合，以提供可用的产品。通过提供混合和/或分配这些物质的能力，本发明的模块能够提供用于许多不同物质的方便的储藏和输入装置。
所示的模块680包括在壳体695内的腔室684、686和688。优选地这些腔室用密封件685(位于腔室684和686之间)和密封件687(位于腔室686和688之间)分开。所示的模块680还包括具有尖端683的柱塞681，在所示的实施例中，该尖端构造成当该柱塞681从图8A所示的加载位置(即，在该模块680的左端上)移动到图8B所示的卸载位置(即朝着如图8A的箭头所示的出口682)时，刺穿密封件685和687。该柱塞681优选包括O形环(示出的)或其他密封结构，以防止腔室内的物质沿着相反的方向，即远离该开口682的方向，移动通过该柱塞681。
图8B示出分配操作，其中该柱塞681从图8A的加载位置向卸载位置移动。在图8B中，尖端683已经刺穿密封件685，使得腔室684和686内的物质能够相互接触并混合。优选地，腔室684包含液体690，例如水、盐水等，而腔室686包含干燥的反应物692(例如，溶解反应物、血纤维蛋白原等)，该液体690使反应物692溶解、悬浮、与液体混合等。虽然反应物692被描述为在腔室686内是干燥的，但是它也可以以例如粉末、凝胶体、溶液、悬浮物或任何其他形式位于腔室686内。无论在腔室684和686内的物质的形式如何，刺穿或打开密封件685使两种物质能够相互接触并且优选在模块680内流动，使得至少一部分能够提供到该模块680的外面。
当柱塞681朝着出口682前进时，尖端683优选刺穿密封件687，使得腔室688内的物质694优选能够接触来自腔室684和686的物质690和692。
当朝着出口682充分地移动时，该尖端683优选刺穿设置在出口682上的出口密封件689，因而从液体模块680将物质690、692和694释放到，例如，分离室或其他空间。优选地，柱塞681和尖端683的形状与最终腔室688和出口682的形状相配合，使得当该柱塞681移动完全通过该液体模块680(即一路到图8A和8B的右面)时，在各个腔室内的基本上所有的物质被挤出该液体模块680。
图8C是在模块的开口1682中的示范性的可选用的尖端1683的放大的视图。该尖端1683优选从柱塞1681延伸。正如这里所讨论过的，优选地，尖端1683和柱塞1681的形状可以与该模块壳体1695上的开口1682相配合。例如，尖端1683的该部分具有与该开口1682的截头圆锥形状一致的圆锥形形状。此外，优选地，该柱塞1681和面向该柱塞1681的模块的内表面1696也相互一致。该柱塞1681和尖端1683的结构与该模块的特征相匹配能够增强物质从该模块向本发明的盒的完全提供。
而且，优选地，该尖端1683设置成具有这样的形状或特征，使得便于传输物质通过被该尖端1683刺穿的密封件。该特征可以与形成在另外情况下圆锥形的尖端1683中的沟槽1697一样简单，如图8C和图8D所示。可选地，该尖端1683自身可以具有许多其他形状，以减少该尖端与被它刺穿的密封件一起将形成流体流动障碍的可能性。这样的选择方案可以包括，例如，星形形状的刺穿尖端、脊部等。
在模块680中的柱塞681可以由任何合适的致动器或技术移动。例如，该柱塞681可以由通过驱动器开口698被插入模块680中的机械装置(例如，活塞)或通过驱动器开口698输入模块安680中的流压力驱动，以沿着所希望的方向移动该柱塞681。优选地，利用，例如，步进电机或其他可控的机械结构驱动该柱塞681，以能够增强对柱塞681(以及任何相关的结构，例如尖端683)移动的控制。对于本领域的技术人员来说，移动柱塞681的其他装置是已知的，例如螺线管组件、液压组件、气动组件等。
模块680、柱塞681、和尖端683可以用任何合适的材料构造，例如提供所希望的质量或机械性质并且与存储在该液体模块内的物质相容的聚合物、金属、玻璃、硅、陶瓷等。同样，密封件685、697和689可以用任何合适的材料制造，例如聚合物、金属、玻璃等。例如，密封件优选可以用聚合物薄膜/金属箔复合物制造，以提供所希望屏障性质并与存储在该模块680内的各种物质相容。
优选地，用于密封件和模块壳体的材料与连接技术或用于以防止不同腔室之间渗漏的方式连接密封件的技术是相容的。可以用于与模块相连的一些连接技术的例子包括，例如，热密封、粘结、化学焊接、热焊接、超声焊接及其组合等。还应当明白，模块可以构造成使得密封件用摩擦、加压等保持在位。而且，应当明白，在一些实施例中，不用尖端或刺穿密封件的其他结构也能够打开密封件。例如，仅仅通过流体压力可以打开密封件(即密封件可以构造成利用形成在其上的薄弱线，当柱塞从加载位置向卸载位置移动时在压力下破裂)。
传感器的考虑
本发明的系统和方法，优选通过使用被测量或被检测的声-机能量以确定波衰减、相变化、频率变化和/或共振频率变化，检测在测试样本中的目标分析物的存在。
声-机能量可以用基于压电的被表面声波(SAW)装置产生。正如美国专利5,814,525号(Renschler等人)所公开的，基于压电的声机装置的分类根据它们的检测模式可以细分为表面声波(SAW)、声板模(APM)、或石英晶体微平衡(QCM)装置。
在一些实施例中，本发明的系统和方法可以用来检测附着在检测表面的目标生物分析物。在另一些实施例中，该装置可以用来检测液体(例如，水溶液)中的物理变化，例如，指示目标生物分析物存在的粘滞性的变化。表面波的传播速度是一个敏感的探测器，能够检测在诸如与声-机传感器的检测表面接触的介质中的质量、弹性、粘滞弹性、传导性以及介电常数的变化。因此，一个或多个这些(或潜在其他的)物理性质的变化能够引起表面声波的衰减。
除了所用的声波能够与接触液体的装置一起使用，APM装置在与SAW装置同样的原理下运行。同样，施加于QCM(通常AT切割石英)装置上的两个相反电极的交流电压包括其共振频率与涂覆材料的质量变化成比例变化的厚度剪切波模态。
声波传播的方向(例如，在平行于波导或垂直于波导平面的平面中)可以通过构造生物传感器的压电材料的晶体切割确定。由于来自与该表面接触的液体的声阻尼，大多数声波在该平面传进传出(例如，瑞利(Rayleigh)波、兰姆(Lamb)波)的SAW生物传感器通常不用于液体敏感应用中。
对于液体样本媒质，优选可以使用剪切水平表面声波生物传感器(SH-SAW)。SH-SAW传感器通常用具有切的割晶体并取向成使波传播能够旋转成剪切水平模，即，平行于由波导形成的平面的压电材料构造，结果，对接触该检测表面的液体，得到减小的声阻尼损失。剪切水平声波可以包括，例如，厚度剪切模(TSM)、声板模(APM)、表面掠过体积波(SSBW)、乐甫波、漏声波(LSAW)以及Bleastein-Gulyaev(BG)波。
具体说，乐甫波传感器可以包括支撑诸如ST石英的SSBW或36°YXLiTaO3的漏波的SH波模态的基质。优选这些波模态通过应用薄声波引导层或波导可以转换成乐甫波模态。这些波是频率相关的并且如果波导层的剪切波速度小于压电基质的波速度能够产生。
优选，波导材料可以是具有下述一种或多种性质的材料：低声损失、低电传导性、坚固以及在水和水溶液中的稳定性、比较低的声速、疏水性、较高的分子量、非常横向的连接的等。在一个实例中，SiO2作为声波导已经用在石英基质上的声波导。其他热塑性的和交连的聚合物波导材料的例子包括，例如，环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(例如，NOVALAC)、酚醛树脂、聚酰胺、聚苯乙烯等。
与用于本发明的检测盒的声-机传感器一起使用的其他潜在的合适材料和结构公开在例如，在同一目期提交的PCT申请号，名称为“声传感器和方法”(代理律师案卷号60209WO003)。
可选地，QCM装置也能够用于液体样本介质。采用声-机装置和部件的生物传感器公开在，例如，如下美国专利中：5,076,094(Frye等人)；5,117,146(Martin等人)；5,235,235(Martin等人)；5,151,110(Bein等人)；5,763,283(Cermosek等人)；5,814,525(Renschler等人)；5,836,203(Martin等人)；6,232,139(Casalnuovo等人)。剪切水平SAW装置可以从许多制造商得到，例如，新墨西哥州，Albuquerque市的Sandia Corporation。一些可以用于本发明的SH-SAW生物传感器也公开在Branch等人的文章中：“Low level detection of Bacillus anthracissimulant using Love-wave biosensors on 36°YXLiTaO3”，《Biosesorsand Bioelectrons》期刊(2003年8月22日收录)。
在权利要求中所用的单数形式的词“一”、“一个”和“该”包括复数含义，除非上下文中另外明确指出。因此，例如，“一部件”或“该部件”可以包括一个和多个部件和本领域技术人员已知的其等同物。
这里所引用的参考文献和公开的文献其整个内容特意通过参考结合在本申请内容中。已经讨论了本发明的示范性实施例并且参考了在本发明范围内的一些可能的变化。本发明的这些和其他变化和修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的，不脱离本发明的范围，并且应当理解，本发明不限于这里提出的示范性实施例。因此，本发明仅由权利要求和其等同物限定。

Claims (40)

1.一种检测盒，包括：
包含内部容积的壳体；
以可操作方式连接于该盒壳体的传感器，该传感器包括检测表面；
位于在该盒壳体内部容积中的检测室，其中该检测室包括由该检测表面和与该检测表面间隔开并面对该检测表面的相对表面形成的容积，其中该相对的表面包括流动前沿控制特征；以及
位于该壳体的内部容积中的废物室，该废物室与该检测室流体连通。
2.如权利要求1所述的盒，其中该检测表面包括声机波导。
3.如权利要求1所述的盒，其中该传感器包括表面声波声-机传感器。
4.如权利要求1所述的盒，其中该流动前沿控制特征包括从该检测室的相对表面上的平坦区域凸起并被该平坦区域分开的分散的结构。
5.如权利要求1所述的盒，其中，该流动前沿控制特征包括在该检测室的相对表面中的一个或多个沟槽。
6.如权利要求5所述的盒，其中该一个或多个沟槽中的至少一个取向成基本垂直于形成在该检测室内的纵轴线，该检测室位于输入端和该废物室的输出端之间。
7.如权利要求1所述的盒，其中，该流动前沿控制特征包括占据该相对表面一部分的一个或多个疏水材料区和占据该相对表面一部分的一个或多个亲水材料区。
8.如权利要求7所述的盒，还包括疏水材料和亲水材料构成的至少一对连续带，其中每对连续带都延伸越过该检测室的宽度。
9.如权利要求1所述的盒，其中该流动前沿控制特征包括从该检测室的相对表面中的平坦区域凸起并被该平坦区域分开的分散的结构，占据该相对表面一部分的一个或多个疏水材料区，和占据该相对表面一部分的一个或多个亲水材料区。
10.如权利要求1所述的盒，其中该流动前沿控制特征包括在该检测室的相对表面上的一个或多个沟槽，占据该相对表面一部分的一个或多个疏水材料区，和占据该相对表面一部分的一个或多个亲水材料区。
11.如权利要求1所述的盒，还包括位于该废物室内的吸收材料。
12.如权利要求1所述的盒，其中该盒还包括位于该检测室和该废物室之间的毛细结构。
13.如权利要求1所述的盒，还包括排气口，当打开时，使该壳体的内部容积与该盒周围的环境大气流体连通。
14.如权利要求13所述的盒，其中该排气口位于该废物室内。
15.如权利要求13所述的盒，其中该排气口包括封闭元件。
16.如权利要求1所述的盒，还包括以可操作方式连接于该壳体的流体监控器，其中位于该壳体的内部容积内的液体能够被该流体监控器检测。
17.一种检测盒，其包括：
包含内部容积的壳体；
以可操作方式连接于该壳体的传感器，该传感器包括表面声波声-机传感器；
位于在该壳体内部容积内的检测室，其中该检测室包括由该检测表面和与该检测表面间隔开并面对该检测表面的相对表面形成的容积，其中该相对的表面包括一个或多个形成在其中的沟槽；
位于该壳体内部容积内的废物室，该废物室与该检测室流体连通；
位于该废物室内的吸收材料；以及
位于该检测室和废物室之间的毛细结构。
18.一种检测盒，其包括：
包含内部容积的盒壳体；
以可操作方式连接于该盒壳体的传感器，该传感器包括检测表面；
位于在该盒壳体内部容积内的检测室，其中该检测室包括由该检测表面和与该检测表面间隔开并面对该检测表面的相对表面形成的容积，其中该相对的表面包括流动前沿控制特征；
位于该盒壳体内部容积内的废物室，该废物室与该检测室流体连通；
一个或多个密封的模块，其中该一个或多个密封的模块中的每个都包括出口，该出口通过向该盒的内部容积开口的一个或多个模块口连接于该盒壳体，每个模块还包括：
具有出口和密封的内部容积的模块壳体；
位于该模块的出口上的出口密封件；以及
位于该模块壳体内部容积中的柱塞，其中该柱塞能够从该柱塞远离该出口的加载位置移动到该柱塞接近该出口的卸载位置；
其中该柱塞朝着该出口的移动打开该出口密封件，使得物质从该模块壳体的内部容积通过该出口排到该盒壳体的内部容积中。
19.如权利要求18所述的盒，其中还包括在该盒壳体的内部容积中的分离室，其中该分离室位于该检测室的上游，并且该模块口向该分离室打开。
20.如权利要求18所述的盒，其中该一个或多个密封的模块的至少一个模块的内部容积包括：
包含位于其内的液体的第一室；
位于开壳体内部容积内的第二室，该第二室包含位于其内的反应物；以及
在该模块壳体内将该第二室与该第一室隔离的室间密封件；
其中该第一室、室间密封件、和第二室都位于该柱塞和出口密封件之间，
其中该柱塞朝着出口的移动打开该室间密封件使得第一室中的液体接触第二室中的反应物。
21.一种移动样本物质通过如权利要求1所述的检测盒的方法，该方法包括：
提供根据权利要求1的检测盒；
向该盒壳体的内部容积输送样本物质，其中该样本物质流进检测室，并且其中该样本物质通过该检测室并朝着该废物室的流动前沿行进过程至少部分地被该检测室内的相对表面上的流动前沿特征所控制。
22.如权利要求21所述的方法，其中向该检测室输送样本物质包括向位于该壳体内部容积内的分离室输送样本物质，其中该样本物质从该分离室流进该检测室。
23.如权利要求21所述的方法，其中该检测盒还包括在该废物室内的吸收材料，并且其中该吸收材料将样本物质吸入该废物室中。
24.如权利要求21所述的方法，还包括位于该检测室和该废物室之间的毛细结构，其中该毛细结构从该检测室吸入样本物质。
25.如权利要求21所述的方法，还包括排气口，当打开时，使该壳体的内部容积与该盒周围的环境大气流体连通，并且其中该方法包括打开该排气口以控制通过该检测室的样本物质流动。
26.如权利要求25所述的方法，其中打开该排气口包括调节该排气口的尺寸，以调节通过该检测室的样本物质流动的速率。
27.一种密封的模块，其包括：
包括出口和密封的内部容积的壳体；
位于该出口上的出口密封件；
位于该壳体内部容积内的第一室，该第一室包含位于其内的液体；
位于开壳体内部容积内的第二室，该第二室包含位于其内的反应物；
在该壳体内将第二室与第一室隔离的室间密封件；以及
柱塞，其中该第一室、室间密封件、第二室和出口密封件都位于该柱塞和出口之间，并且其中该柱塞能够从该柱塞远离该出口的加载位置移动到该柱塞接近该出口的卸载位置；
其中该柱塞朝着该出口的移动打开该室间密封件，使得第一室中的液体与第二室中的反应物接触，并且其中该柱塞的进一步移动到卸载位置打开该出口密封件，使得液体和反应物从该壳体的内部容积排出该出口。
28.如权利要求27所述的模块，其中该柱塞包括尖端，其中该尖端面向该室间密封件，并且其中该尖端刺穿该室间密封件以打开该室间密封件。
29.如权利要求27所述的模块，其中该第一室和第二室包括气密地密封的隔仓。
30.如权利要求27所述的模块，其中当该柱塞位于加载位置时该柱塞限定出该第一室容积的一部分。
31.如权利要求27所述的模块，其中当该柱塞位于卸载位置时该柱塞与该出口相匹配。
32.如权利要求27所述的模块，其中在该第一室内的液体包括水，在该第二室内的反应物包括可水解的物质。
33.一种利用权利要求27的的密封的模块输送物质的方法，该方法包括：
提供根据权利要求27的密封的模块；
朝着密封的模块的出口移动该柱塞以打开该室间密封件，迫使来自第一室的液体与第二室中的反应物接触，并且
朝着该出口移动该柱塞以打开该出口密封件，并将液体和反应物从该壳体的内部容积通过出口排出。
34.如权利要求33所述的方法，其中该柱塞包括刺穿该室间密封件的尖端。
35.一种模块，其包括：
包括出口和密封的内部容积的壳体；
位于该出口上的出口密封件；
位于该壳体内部容积内的腔室，该腔室包括一个和多个位于其内的反应物；
柱塞，该柱塞能够从远离出口的加载位置移动到接近出口的卸载位置；以及
与该腔室流体连通的输入口，其中当该柱塞位于加载位置时，该输入口进入该柱塞和该出口之间的腔室；
其中该柱塞朝着该出口的移动打开该出口密封件，使得物质从该壳体的内部容积通过该出口排出。
36.如权利要求35所述的模块，其中该柱塞包括刺穿该室间密封件的尖端。
37.如权利要求35所述的模块，其中该柱塞包括尖端，其中该尖端面向该出口密封件，并且其中该尖端刺穿该出口密封件以打开该出口密封件。
38.如权利要求35所述的模块，其中当该柱塞位于加载位置时该柱塞限定出该腔室的容积的一部分。
39.如权利要求35所述的模块，其中当该柱塞位于卸载位置时该柱塞与该出口匹配。
40.一种利用根据权利要求35的模块输送物质的方法，该方法包括：
提供根据权利要求35的模块；
通过该输入口向该腔室提供包括液体的样本物质，其中该样本物质接触在该腔室内的反应物；以及
朝着该出口移动该柱塞以打开该出口密封件，使得液体从该腔室通过该出口排出。
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