CN1997882A - 探测血液凝固的器件与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了与读取器一起使用以测定生物流体样本凝固的器件。该器件包括具有容纳生物流体样本的至少一个腔(104、106)的结构。所述器件中提供有能与流体样本相互作用的凝固试剂。所述腔还包括可在磁场中运动的多个微粒或可在磁场中运动的一个微粒。

Description

探测血液凝固的器件与方法

技术领域

[1]本发明涉及测定生物流体样本凝固的方法及器件和系统。

[2]特别地，但并非专用地，本发明涉及血清、血浆或全血中的凝血酶原时间的测定。

发明内容

[3]根据本发明的第一方面，提供了通过与凝固试剂相互作用测定生物流体样本凝固状态的方法，该方法包括以下步骤，其中(a)-(c)可以任意顺序或同时进行：

(a)将生物流体样本置于器件中，该器件具有包括可在磁场中运动的微粒的腔；

(b)相继施加第一和第二磁场，使所述微粒在腔内往复运动；

(c)光学监控腔以测定所述微粒的往复运动发生的变化，以及；

(d)将微粒运动的变化与流体样本的凝固状态相关联。

[4]在一实施方式中，凝固试剂在步骤(a)之前放入器件中。

[5]根据本发明的第二实施方式，提供了与读取器一起使用以测定生物流体样本凝固的器件，该器件包括具有容纳生物流体样本的腔的结构，其中器件中提供有能与流体样本相互作用的凝固试剂，腔中容纳可在磁场中运动的大量微粒。

[6]各微粒优选为具有长度大于5um的主轴线或长轴线。更优选各微粒的主轴线长度在5um和12um之间。而且更优选各微粒的主轴线长度大致为10um。

[7]根据本发明的第三方面，提供了与读取器一起使用以测定生物流体样本凝固的器件，该器件包括具有容纳生物流体样本的至少一腔的结构，其中器件中提供有能与流体样本相互作用的凝固试剂，至少一腔中容纳可在磁场中运动的一个微粒。

[8]微粒优选为具有长度介于300um和700um之间的主轴线。更优选微粒的主轴线长度在400um和600um之间。更优选微粒的主轴线长度大致为500um。

[9]优选微粒厚度介于50um和100um之间。更优选微粒的厚度大致为70um。

[10]微粒形状优选为下组形状之一，包括：圆盘形、球形、环形、椭圆形以及扁球体形。

[11]本发明实施方式的目的之一是提供一种器件，其中，腔中的至少一个微粒处于适当磁场中时以往复运动形式运动。

[12]本发明的实施方式适合与读取器一起使用以测定生物流体样本的凝固状态，其中读取器不要求任何活动部件。在此读取器中，可使用光学传感器监控所述至少一个微粒的位置，当生物流体凝固时，该至少一微粒的运动幅度降低。

[13]本发明的实施方式的另一方面是微粒尺寸相对于腔尺寸的比例。优选腔尽可能小以减少所需样本流体的量。在本发明实施方式中，腔尺寸为长1.6mm，宽1mm，高125um。

[14]在本发明的实施方式中，微粒在腔内往复运动的轴线为沿微粒长度方向和沿腔长度方向。在此实施方式中，微粒长度与腔长度的比例优选介于0.1和0.5之间。更优选该比例介于0.2和0.4之间。在此实施方式中，微粒宽度与腔宽度的比例优选介于0.1和0.75之间。另外，在此实施方式中，微粒高度与腔高度的比例优选介于0.2和0.5之间。

[15]在本发明的实施方式中，微粒体积与腔容积的比例介于0.1和0.5之间。优选该比例为0.42。

[16]根据本发明的实施方式，提供了与读取器一起使用以测定生物流体样本凝固的器件，该器件包括具有容纳生物流体样本的腔的结构，其中，器件中提供有能与流体样本相互作用的凝固试剂，腔中容纳可在磁场中运动的微粒。

根据本发明的实施方式，提供了与根据第二方面的器件一起使用以测定生物流体样本凝固的读取器，该读取器包括：

布置用于相继施加第一和第二磁场使所述微粒在腔内往复移动的磁性装置；

与腔相联以测定所述微粒往复运动变化的光学监控装置。

[17]根据本发明的另一方面，提供了测定生物流体样本凝固的系统，包括磁驱动装置和限定腔的结构，腔中容纳能在磁场影响下运动的微粒，使用中磁驱动装置与微粒共同作用使微粒在腔内来回运动，器件还包括至少一光探测装置，其输入端可选由所述微粒遮蔽。

[18]根据另一方面，本发明提供了试片(test-strip)器件制造的方法。

[19]根据另一方面，本发明提供了螺线管装置。

[20]根据另一方面，本发明提供了测量流体样本凝固时间的方法。

[21]本文所用术语凝固包括导致凝块形成的基于时间的测量值，如凝血酶原时间、活化的部分凝血活酶时间、C蛋白活化时间和凝血酶时间。体现本发明的器件与方法也可被用于测量纤维蛋白形成和血小板聚集引起的粘度上的变化。

[22]用于引起凝固的试剂的性质将取决于需要进行的试验。此试剂可从诸如那些从蛇毒中获得的酶，或凝血酶，或其他活性蛋白酶，诸如硅酸盐或酚衍生物等表面活性物质，活化的血小板或诸如凝血酶、胶原蛋白、肾上腺素或腺苷二磷酸等血小板活化物质中选择，或通过选择添加诸如缓冲物质、氯化钙和/或磷脂等支持凝固的物质选择。

[23]在一实施方式中，选择了非永磁性的微粒，即具有最小的顽磁和矫顽力使其可在各螺线管的两磁极片之间来回运动。

[24]在一实施方式中，器件包括由侧壁界定的外侧上下表面，其中提供了流体通道。试片的实施方式包括引入流体样本的样本输入端、可选一个或多个流体导管以及一个或多个流体腔。样本输入端、流体导管以及样本腔为流体连接，使得注入到或流入样本输入端的样本能沿流体导管流入流体腔。另一流体导管以及流体输出端下游阻止流体样本液流的装置，如毛细管中断，可连于流体输出端。器件还配有通气口，用来排放器件中可能容纳的气体，使器件充满样本流体。在一实施方式中，流体的体积使得流体通过毛细作用载入和/或流经器件。优选完全通过毛细管作用控制流体液流，因为流体液流不依赖于器件的方向或流体通道的方向，即，重力是可忽略的。但是可选择地，流体可在毛细管以外的诸如电动泵、引力或引力与毛细作用结合等力的影响下流经器件。单个流体导管可连接样本输入端，样本输入端之后可分成二叉以供应两个流体腔或分成三叉以供应三个流体腔，等等。可替换地，多于一个流体导管可连接样本输入端。

[25]试验要求使用凝固试剂以加速或延迟流体样本的凝固，在腔中放入凝固试剂。可选择地或另外，凝固试剂可放在器件内流体腔的上游的任何位置。可在同一器件中执行不同试验，例如，通过在一试验腔中提供适当凝固试剂并在第二试验腔中提供另一试剂。

[26]在一实施方式中，试片的流体装置具有外壳，该外壳还可用来限定流体区自身。试片的材料可为任何合适的材料如玻璃或塑料材料(如聚碳酸酯)。在一实施方式中，所选择的材料是可透光的材料。

[27]在多于一个的实施方式中，读取器具有：外壳及磁驱动装置，啮合或容纳器件的装置，精测定位器件内器件的定位装置，光源和光探测装置，处理光探测装置所接收的信号的处理装置，电源或接收电源的装置，为使用者提供指示、显示诸如错误信息等信息及显示由处理装置处理结果的显示装置，以及用于存储信息的存储器装置。读取器可具有机载加热装置，其能在测量期间加热流体样本并保持温度处于恒定值。读取器上显示的结果可用国际标准化比率或INR表示。一般器件是一次性的而读取器是可重复使用的。但是，可选择地，器件和读取器可均为一次性元件。

[28]凝固时间可限定为微粒停止运动所用时间或为读取器已经停止运动或已减慢至认为已停止的程度所测定的时间。读取器可测定微粒已停止运动的示例是通过微粒不再在腔内持续往复运动，而实际停留在一点，试图在特定方向移动，但是受到凝固样本的阻碍。作为测定凝固时间的备用方案，器件也可用于测定凝固过程期间微粒运动中的变化或速度变化。样本已凝固时测定的时间在某种程度上将由诸如磁场强度，螺线管之间的转换时间测定的微粒停留时间，以及测定微粒动量的微粒形状、尺寸和重量等测定。如果微粒动量太大，甚至血液已凝固至相当程度，微粒仍可继续运动。另一方面，如果微粒动量太小，几股纤维蛋白或小凝块就能停止微粒的运动。在这点上，磁场强度在测量期间不需保持不变，并可根据微粒速度和试验时间等变化。

[29]在多于一个的实施方式中，使用了单个可磁化的或易于受磁性影响的(magnetically susceptible)微粒，因为这可根据探测到微粒是否存在而在测定凝固开始上提供更绝对的截止点。根据其他实施方式，可使用多于一个微粒。但是据发现使用多个微粒可导致微粒轨迹出现，因为微粒在腔内的流体样本中来回运动。在这些情况下发现凝固时间的测定不是绝对的。另外，适当尺寸的单个微粒有利于体混合，而使用许多小微粒不行。另外，据观察使用微粒尺寸为2-12um的大量微粒容易因微粒在腔内来回运动将红血球移到旁边。

[30]但是，使用单个微粒也有潜在缺点。微粒必须穿过流体样本的相当部分来表现在发生的情况。在制造中，在腔中一致放置微粒以及能够测量其存在与否是有利的。因此，在多于一个实施方式中，微粒被选择为其绝对值项及微粒尺寸相对腔容积比例项均相当大。微粒尺寸的范围可以绝对值项描述和/或以微粒数与腔容积比例、微粒尺寸与流体体积比例或微粒横截面面积与微粒运动通过的流体腔有效横截面面积比例描述。从微观流体角度来看，微粒横截面面积与流体比例小于等于约1/9时产生近似最优的流体液流。

[31]在微粒为不均匀形状处，微粒的横截面面积由最大横截面面积或微粒长度方向上任一点长宽比限定。

[32]在一示例性实施方式中，使用的微粒近似薄饼状，直径为400-600um，厚度为70um。本实施方式的流体腔尺寸为高175um×宽1000um和长2000um，对应的体积为350nL，且表示微粒横截面面积与微粒运动通过的横截面面积比例约为1∶5。图8示出了具有上述腔尺寸的器件。在此情况下，器件具有两个腔，并且另一容积为300nL的流体导管，因而要求1uL的总容积。

[33]在不同实施方式中，微粒尺寸、形状和密度不同，所选微粒的尺寸将取决于诸如腔的容积和横截面长宽比等各种因素以及如便于器件制造和质量控制目的以测定微粒是否真正存在等实际考虑。理想地，微粒的尺寸和/或形状可使流体输入或输出不会阻止或影响微粒在腔内的运动。也可设想其他形状，例如，其中微粒的外表面可弯曲使得微粒更有效地重新悬浮于流体样本中。使用多于一个微粒时，单个微粒的尺寸和/或形状可变，与仅使用一个微粒时微粒的尺寸可不同。

[34]微粒的形状和成分已显示对结果有影响。一些形状使微粒在流体中无规则运动。在上述示例性实施方式中，是通过挤压各个球形成薄饼形而引入为粒的。

[35]微粒可为通过冲压、切割、激光加工、化学蚀刻或部分化学蚀刻后切割由金属片制成的单个圆盘。铁微粒中存在据认为减少顽磁的硅也影响了微粒的运动性能。

[36]微粒可选为多孔或无孔。根据一实施方式，微粒可为多孔使得凝固试剂可在微粒自身内沉淀。可选择的地凝固试剂覆盖在微粒的表面上。这样作的好处在于可避免独立分配凝固试剂进入腔的需要。

[37]腔可为任何适宜形状，其容积一般从约100nL至10μL不等。器件要求的容量取决于腔的数量，对于具有两个腔的器件，容量要求一般从约250nL至25μL不等。

[38]限定一个或多个流体腔的试片(该腔或各个腔中)具有单个可磁化的或易受磁性影响的(magnetically susceptible)微粒。在使用中，微粒在磁场的影响下在腔内来回往复运动。磁场由磁驱动装置提供，如包括两个或两个以上螺线管的螺线管系统。但是，作为选择，磁驱动装置可包括螺线管和永磁体。

[39]在一实施方式中，试片具有下层、中层和上层的三层结构。中层用来限定流体腔以及其他流体连接的几何结构，上层和下层分别用来限定流体腔的上下表面。在一实施方式中，各流体腔与将流体样本引入流体腔的输入通道和确保腔适当填充的通气口(vent)成流体连接。

[40]在多于一个的实施方式中，试验器件中每个腔配有两组光学器件，其位置使其可光学询问各腔的不同位置，从而测定各位置磁性微粒是否存在。根据其他实施方式，提供了单组光学器件来光学询问腔中某区域，例如腔的中部区。

[41]腔的设计使输入端和输出端的位置沿直径方向相对。微粒的最初位置可朝向腔的输入侧或输出侧以避免产生气泡。

[42]限定试片的流体几何结构的中层可被完全或部分切开。通气通道使用部分切开的通道，通道远端为完全切开的较宽通道，从而提供了有效的毛细管中断，并阻止了流体从试片中流出。

[43]所述实施方式每个腔使用了两组光学器件，以探测腔各端的微粒，其方向设计为可捕获微粒的运动模式。据显示这可提供准确可靠的结果。仅使用一组光学器件，可能在凝固开始时，微粒可滑入和滑出光学探测的范围，造成运动仍在进行的假象。使用两组光学器件，例如位于腔的各端，可更可靠地测定微粒是否存在。

[44]由于流体腔的尺寸极其小，很难在离腔很近的地方提供两个光学探测器和两个发光二级管(LED)。因此，在一些实施方式中使用了光学纤维。换句话说，LED或其他光源以及如光电二极管的光学探测器可远离腔设置并可光学地连接于光学纤维。比光源或探测器小的纤维可设置在离腔很近的地方。在其他实施方式中，使用光导管而不是光学纤维，如流体导管自身。在另外一些实施方式中，使用的光学器件尺寸足够小。在一些实施方式中，光源和光探测器设置在腔的同侧。在这些实施方式中，使用时，来自光源的光进入腔，并被反射回光源探测器。在可替换实施方式中，光源和探测器位于腔的对面或另一侧。在另外一些实施方式中，使用了允许光源从塑料光学纤维传输至空气通道的部件。在另外一些实施方式中，可使用定制光学组件中的装有芯片的元件(die-mounted component)。

[45]也可通过测定腔中的流体特征改变使用光学器件来测定流体样本是否存在于腔中。光学器件也可用来测定流体进入腔的时间或腔被充满的时间。这种信息可用于指示测量过程开始。

[46]在一实施方式中，使用两个腔来提供控制的凝固反应。一个腔具有凝固试剂并用于探测凝固时间。另一腔具有与血液样本无关、凝固时间固定的试剂，因而用作控制。可选择地，控制试剂可用来延迟凝固反应或确保其不发生。

[47]在一个实施方式中，使用了四个螺线管，每个腔两个——但是这证实既昂贵又重。

[48]本发明的另一方面，涉及与光学读取器一起使用以测定生物流体样本凝固的器件，其具有容纳所述样本的腔和允许所述生物流体流入所述腔的通道，其中通道和腔具有的容积小于3μL。

[49]在一实施方式中，器件的容积小于1μL。

[50]在一实施方式中，器件的容积小于250nL。

[51]在一实施方式中，器件的容积大致为100nL。

一实施方式具有刺破皮肤的整体装置，所述装置限定形成至少部分所述通道的导管。

[52]本发明的其他方面提供了与读取器一起使用的器件，器件具有至少一可运动微粒，具有容纳样本的腔和允许生物流体进入所述腔的通道，其中通道和腔总容积小于3μL。读取器可为光学的。

附图说明

[53]现将参照以下附图说明本发明的示例性实施方式，其中：

[54]图1示出了体现本发明器件的示意概图；

图2示出了图1中试片的一层的示意俯视图；

图3示出了沿图2的线III-III’所截的局部横截面；

图4示出了沿图2的线IV-IV’所截的带有下层的横截面；

图5示出了用于本发明的示例性磁性微粒的示意图；

图6示出了沿图2的线III-III’所截的横截面；

图7示出了用于本发明的示例性螺线管的透视图；

图8示出了组装有两个螺线管的试片的透视图；

图9示出了螺线管工作的时序图；

图10示出了发光和探测的计时图；以及

图11示出了说明凝块事例的探测。

具体实施方式

[55]图1示出了测定生物流体样本凝固的系统(100)的示例性实施方式，由试片(102)和螺线管装置(108、110)组成。如图所示，试片具有两个基本为矩形、用于容纳诸如血液或血液衍生物等生物流体的腔(104、106)，在所述腔中测量凝固。在此实施方式中，各腔中有单个可磁化的微粒(未示出)。在其他实施方式中，各腔中使用少量可磁化的或易于受磁性影响的微粒，如2个微粒或到10个微粒。两个螺线管(108，110)横向位于试片(102)的两侧，并具有从它们的磁芯(未示出)向靠近腔(104、106)的远端延伸的臂(108a、108b；110a、110b)。使用中，当一个或另一螺线管供有直流电时，悬浮于生物流体(未示出)中的该可磁化或可磁驱动的(magnetically susceptible)微粒或各个可磁化的微粒横穿腔移向该螺线管。之后给另一螺线管供电使该微粒或各个微粒经过流体移回，该过程重复直至凝固发生。

[56]该腔或各个腔可为任何适宜形状，其容积一般从约100nL至10μL不等。器件要求的血液或其他流体容量取决于腔的数量，对于具有两个腔的器件，容量要求一般从约250nL至25μL不等。

[57]探测腔各自连有四个没有护套的直径0.5mm的塑料光学纤维，其允许通过各光发射器(118a-d)施加光并允许通过各光学探测器(116a-d)在探测腔各端的有限区域内光学询问腔而探测。在所述实施方式中，各探测器(116)各为光电二极管，各发射器为LED(118)。在另一实施方式中，发射器可为激光器二极管。

[58]当该磁性微粒或各个磁性微粒横穿腔(104、106)时，探测器/发射器对通过从腔(104、106)下表面反射的光测定微粒何时或是否在探测器-发射器(116、118)覆盖的腔(104、106)区域出现。

[59]通过切换螺线管，可以使用上述探测器/发射器装置测定微粒何时停止横穿腔，从而指示生物流体的凝固。可选择地可以探测微粒的通过时间。

[60]参照图2，试片(102)的实施方式由厚125μm两侧涂有25g/m²压敏粘合剂的PET涂覆的层(103)组成，并夹在上下两层(下文将做说明)之间。层(103)切去部分，构成上述两个腔(104、106)的部分。层(103)还有样本注入槽(2)，使生物流体经过公用输入通道(3)输入二分叉点(4)。在二分叉点(4)处，公用输入通道(3)分为两个样本输入通道(5、6)分别服务腔(104、106)。在此实施方式中，各腔的尺寸为2mm×1mm。各腔也分别有通气通道(9、10)，连至出气口(11、12)。通气通道(9、10)为部分切开的通道，在其远端处完全切开成更宽的通道。这提供了有效毛细管中断，以停止流体从试片(102)中流出。

[61]在所示实施方式中，一般通道和槽的容积如下：

输入槽2＝0.66μl加上如果有血液覆盖层1中的敞开部分，得到该区域总值约为2.25μl

公用输入通道3＝0.71μl

样本输入通道5＝0.12μl

样本输入通道6＝0.42μl

通气通道9＝0.05μl

通气通道10＝0.05μl

腔104、106的容积各为350nl。

总内容积约为2.05μl

[62]在此特定实施方式中，输入槽口(2)的容积约为2.25μl而器件剩余部分的内容积为2.05μl。输入槽口(2)被设计为充满样本流体并将流体供应给腔，用作注入储液器。槽(2)使使用者可从源(例如从刺破的指尖)采集样本，之后移走源，无需保持至充满腔。

[63]相反，如果不使用这种类型的槽口或分配流体的类似装置，就可能需要使用者保持接触相对难以处理的器件，因为中断接触将中断液流，可能会产生气窝(air lock)。这对于上年纪的使用者或有震颤或类似运动失调症的人特别有利。

[64]通过提供容积大于器件剩余内容积的样本注入储液器，分入储液器的液体可注满器件。只要液体储液器附近液体导管的毛细作用大于储液器的毛细作用，就可使液体自动被拉入器件，使储液器变空。

[65]限定试片的上述部件或结构部件由125μm厚的PET切割而成。使用以70％功率以及125mm/s的速度的10W CO₂激光通过2遍激光切割这些部件结构以减少切割区域周围材料的热损伤。但是：

●通气通道(9和10)仅被切割一遍，并被有效切割达到其深度。这减少了器件中血液的容量，且当样本到达排气口产生有效的毛细管中断时引起深度改变。

●公用输入通道(3)接受5遍激光以确保其横截面面积至少等于样本输入通道(5和6)的面积总和。这种激光切割也有利于确保公用通道分叉处接口对称。

●第二样本输入通道(6)接受3遍激光使得其具有大于第一样本输入通道(5)的横截面面积。因为流体将进一步流动，该几何结构减少了流体阻力，从而使反应腔(104)的充满时间与反应腔(106)的充满时间大致相同。

[66]本发明的一方面提供了使用激光制造微观流体部件的方法。总体来说，可使用激光将图案切割入基底，之后将基底的特定部分移除以制造微观流体部件，如腔。可选择地，诸如流体导管等微观流体部件可由激光自身切线制造。在上述示例中，使用了CO₂激光。功率相对较低的CO₂激光可溶化基底从而制造部件。另一优选选择是使用受激准分子激光等高功率激光汽化基底。因此可获得更精细的部件。使用该方法可获得的微观流体结构包括流体通道、腔、分级流体元件。通过局部有间隔向下切入基底溶化其间材料，形成突出结构，从而可获得规则或不规则间隔开的支柱。激光光束可相对基底成角度以制成成角度的壁，流体通道可为直的或弯曲的。

[67]图3示出了层(103)的横截面(III-III’)。释放衬管(301和305)覆盖层自身(303)上的粘性层(302和304)。

[68]从丙酮干脑粉(ADP)制备凝血活酶凝固试剂。用100ml含有0.85g NaCI和0.05g脱氧胆酸盐的溶液在37℃与2.5g的ADP和2.5g的硅藻土(Celite)混合30分钟。温育后在温度20℃下以1000g离心分离溶液15分钟。滗出上清残余物，制成(make up to)0.03％(v/v)的酚。得到的溶液经过滤纸过滤后制成3％(w/v)的蔗糖和1％(v/v)的聚蔗糖(ficol)70。

[69]之后将凝血活酶(thromboplastin)溶液放入喷枪储液器，并喷在100μm厚的透明PET膜(403)上，使用针状位置设定2.5面积以形成样本腔(104、106)的下表面。

[70]使用EFD流体处理系统喷涂凝血活酶溶液，其中PET膜放在以30毫米/秒速度运动的XY转盘(platen)上。使用红外线灯加热至45℃ 10分钟干燥喷过的膜。这两层平行使得所喷凝血活酶区域位于反应腔下。喷过的膜与125μm PET膜平行，从125μm PET膜移除释放衬垫(301、305)后这两层被压在一起。

[71]图4示出了沿线IV-IV’截取的附于膜(403)的层(103)的横截面。该图示出了在粘结上层(未示出)覆盖器件之前激光切割的腔(104)。腔(104)具有腔(104)内的凝血活酶(404)。本发明的一方面提供了方便提供流体通道内试剂的方法，其中试剂被注入基底，之后在基底上叠合或折叠另一基底或该基底的另一部分，以限定流体部件和试剂相对该部件的位置。与将试剂放入腔本身相比，凝血活酶在基底上的沉积提供了一定优势，因为减少了精确配量和定位试剂分配装置的需要。通过在组装另一叠层件之前一开始在下基底上提供试剂以限定试剂容腔，可提供穿过更大下基底的条纹带。包括多个微观流体部件用来限定多个独立试片的上叠层件可叠合在包含试剂的基底上。试剂可位于下基底上使得在定位上叠层件后，试剂可进入腔。这样的试验器件构造免除了精测定位试剂的需要，因为位于腔外的试剂将被有效夹在两叠层之间，不形成微观流体通道的部分。在这样组装单个叠层元件后，可切出单个试片，这可使用激光方便地完成。

[72]将包含0.5-5％硅的10mg和磷化表面的铁球(直径250-280μm)放在两块高速(硬化)钢板之间并施加1000psi的压力30秒来准备磁性微粒。分类挑选结果产生的圆盘，直径在400-600μm之间具有规则圆形的圆盘用于以后步骤。

[73]图5示出了结果产生的圆盘(500)的示意图。圆盘直径(501)为400-600μm，厚度(502)为70一80μm。

[74]移除释放衬垫(301)，且在此实施方式中，在各反应腔(104、106)中接近腔输入端口处放置一圆盘(500)。

[75]如图6所示，100μm PET膜(603)部分放置的位置使得本性亲水表面面向反应腔(104、106)的内侧。之后试片受压以确保所有的三个塑料层(103、403、603)互相粘合。

[76]螺线管系统成形为允许紧凑试验器件设计、较短试片、较宽试片、较小血液容量以及在螺线管臂和流体腔之间提供良好的接近距离。螺线管也可设计成最小化给定磁场的功率消耗并减少功率耗散，如热耗散。在所述实施方式中，螺线管耗能小于50mW。低热耗散较理想，这样不会干扰试验样本的温度。

[77]各螺线管(700)具有单个多匝线圈(701)、单个磁芯(未示出)和两个臂(702、703)。这使臂可接近各腔，且仅有两个螺线管(见图8)。在此实施方式中，臂(702、703)长度不同。这使得可用较短试片。这也允许使用较短的流体输入通道以及较少的血液容量。在其他实施方式中，臂可为相同长度。

[78]图8的流体腔的实施方式具有的尺寸为高175um×宽1000um和长2000um，相当于容积为350nL，微粒横截面面积与微粒运动通过的区域的横截面面积比约为1∶5。在此情况下，有两个腔和另一容积为300nL的流体导管，因而要求1uL的总容量。

[79]在所述实施方式中，各螺线管臂(702、703)在其远端分为两叉使试片可置于两叉内。这允许使用较宽的试片，为试片提供强度和弹性，但又允许螺线管的臂紧靠腔。因为分为两叉，还可以提供腔位于五层叠合结构的试片下侧的实施方式，可仅使用两个螺线管同时监控四个腔。在一实施方式中，分叉用作定位装置，用于正测定位试验器件中的试片。在多于一个的实施方式中，螺线管臂从螺线管主体向外伸展，使得螺线管的总长或宽大于螺线管主体自身的总长或宽。螺线管臂也可具有多于两个的分叉。

[80]提供如上所述具有臂的螺线管使得可用一个螺线管代替两个螺线管，从而节省成本并减少读取器的总尺寸和重量。

[81]如图8所示在试片(102)周围配置两个螺线管(801、802)。

[82]磁场施加于腔(104、106)中微粒的牵拉力与磁场强度和磁场梯度乘积成比例。螺线管臂的几何结构设计使其提供的磁场形状可牵拉微粒穿过测量腔。该几何结构是两个螺线管、测量腔中的微粒以及其间相关间隔的组合。各螺线管以一定时间间隔打开，通电的螺线管产生的磁通量在螺线管的臂尖端之间传递。通过微粒的相对高磁导率通道和未通电线圈的臂与磁芯吸引了部分通量。这使得磁场的形状允许拉动微粒穿过腔。

[83]螺线管驱动电路按照图9所示定时间隔驱动螺线管。

[84]此循环的安排使得两个螺线管(801、802)的切换以500ms定时循环运行进行。当第一螺线管(801)启动时，循环在0ms(903)处开始。线圈由经过螺线管以频率5kHz和允许改变电池电压的调制脉冲宽度切换的电池电压驱动。如果持续向线圈施加电压，切换的电流通过线圈的电阻和电感自平滑，从而可提供等于1.5V电源可提供的直流电。在100ms(904)后第一螺线管关闭。在250ms进入循环(905)时，使用与螺线管1上所用相同驱动条件启动第二螺线管(802)。在350ms后进入循环(906)时，第二螺线管关闭。在500ms处，循环重复(907)。

[85]驱动电路使LED(118)发光，探测器电路根据图10所示定时间隔探测来自探测器(116)的信号。安排此循环使得四个LED(118)的切换以与螺线管驱动波形同步的500ms定时循环运行。循环在0ms(915)处开始时，腔(106)的第一LED(118a)已打开。在此LED关闭100ms进入循环(916)前，测量来自光学纤维的相应探测器(116a)的信号。在100ms时腔(106)的第二LED(118b)打开。在150ms进入循环(917)、恰在该LED关闭前，测量来自光学纤维的相应探测器(116b)的信号。在150ms腔(104)的LED(118c)打开且恰在该LED于200ms(918)处关闭前，测量来自光学纤维的相应探测器(116c)的输出。在200ms(918)处，腔(104)的另一LED(118d)打开。在250ms(919)处，测量来自光学纤维的相应探测器(116d)的输出。该LED发光直至350ms时进入循环(920)，且恰在该LED关闭前，第二次测量来自该探测器的输出。在350ms进入循环(920)时，腔(104)的另一LED(118c)发光。恰在该LED在400ms关闭进入循环(921)之前，测量来自光学纤维的相应探测器(116d)的输出。在400ms(921)处，腔(106)的第二LED(118b)打开。恰在450ms该LED关闭进入循环(922)之前、测量来自光学纤维的探测器(116a)的输出。在450ms进入循环，腔(106)的另一第一LED(118a)发光且在500ms(923)处循环结束时，测量来自光学纤维的探测器的输出。之后重复该切换循环。探测器被互相电连接使其输出在单个信道内生成输出。磁波形和光学询问装置以偏移方式的同步使得可使用单个信号处理装置处理所有测量值或结果。因此，这减少了电子部件的数量，进而减少读取器的成本和减小总尺寸。

[86]各探测腔周围具有两对光学纤维是有利的。从一端进入腔的血液可从一对纤维光学器件探测，充满腔的血液可通过腔内的第二对光学纤维探测。这样可测定血液进入和血液充满的定时或时序。

[87]根据上述描述，可以理解，来自探测窗口的两组测量值是在一个循环中取得的，微粒不在(或应该不在)探测窗口出现时为一组，微粒在(或应该在)探测窗口出现时为一组。使用此数据，可以测定腔中微粒的位置。单个腔中使用两对纤维光学器件使得也可探测停止或暂时阻滞在一个视场边缘的任何微粒。这样，可以根据微粒的运动测定光学信号的相对改变。

[88]可以使用位于螺线管之间带有用于询问腔的光学组件的试片来探测全血中的凝块。刺手指的血液样本被施于器件的一端。四个LED中每个LED发光时信号输出如图11所示。可以看见血液进入(1001)并充满(1002)第一腔之后进入(1003)并充满(1004)第二腔。两个腔中的血液凝块也可见(1005、1006)。

[89]器件的实施方式的腔加上充满通道的总容积有利地小于或等于3μl。可修改图1实施方式得到容积为2μl的器件。通过组合图1和图8实施方式的尺寸，可得到1.5μl、1μl、350nl的容积。需要非常小的容量时，如小至250n1或甚至100nl，也可能需要专门测量。此小容量的示例性器件具有用于刺破皮肤与试片一体以减少传输损失的针。这种情况下，针或小刀可结合微观流体通道以允许血液自动传输至腔。

[90]现已说明了本发明的实施方式。本发明自身不受所描述的部件的限制，而是延伸至所附权利要求的全部范围。

Claims (28)

1.与读取器一起使用以测定生物流体样本凝固的器件，该器件包括具有容纳生物流体样本的腔的结构，且其中所述器件中提供有能与流体样本相互作用的凝固试剂，所述腔容纳可在磁场中运动的若干微粒。

2.如权利要求1所述的器件，其中各微粒具有的主轴线长度大于5um，更具体地主轴线长度在5um和12um之间，更具体地主轴线长度大致为10um。

3.与读取器一起使用以测定生物流体样本凝固的器件，该器件的包括具有容纳生物流体样本的至少一个腔的结构，且其中所述器件中提供有能与流体样本相互作用的凝固试剂，所述至少一个腔中容纳可在磁场中运动的一个微粒。

4.如权利要求3所述的器件，其中所述微粒的主轴线长度介于300um和700um之间，更具体地主轴线长度在400um和600um之间，更具体地主轴线长度大致为500um，更具体地厚度介于50um和100um之间，更具体地厚度大致为70um。

5.如权利要求3或4所述的器件，其中微粒形状如下组形状中之一：圆盘形、球形、环形、椭圆形以及扁球体形。

6.如权利要求1或2所述的器件，其中所述腔包括二至十个微粒。

7.如前述任一权利要求所述的器件，其中该微粒或各个微粒初始朝向输入或输出端口之一的位置设置。

8.如前述任一权利要求所述的器件，其中该微粒或各个微粒为圆盘形。

9.如前述任一权利要求所述的器件，其中所述结构由多层形成。

10.如权利要求9所述的器件，其中所述层之一限定所述腔的几何形状。

11.如前述任一权利要求所述的器件具有将所述流体引入所述腔的通道。

12.如前述任一权利要求所述的器件具有两个腔。

13.与根据前述任一权利要求所述的器件一起使用以测定生物流体样本凝固的读取器，所述读取器包括：

相继施加第一和第二磁场使所述微粒在腔内往复移动的磁性装置；

与所述腔相联、测定所述微粒往复运动的变化的光学监控装置。

14.如权利要求13所述的读取器，其中所述光学监控装置包括一个或多个发射器/探测器对。

15.如权利要求13或14所述的读取器，其中各光学监控装置分别被设置以监控所述腔的各端的位置。

16.如权利要求13或14所述的读取器，其中各所述发射器和探测器通过光学波导光学地与所述腔耦合。

17.如权利要求13至16中任一权利要求所述的读取器，其中所述磁性装置包括至少一个螺线管，所述螺线管优选具有线圈、芯和从所述芯伸出的两个臂，以限定部分磁路。

18.如权利要求17所述的读取器，其中所述两个臂长度不同。

19.测定生物流体样本凝固的系统，包括：磁驱动装置和限定腔的结构，所述腔容纳能在磁场影响下运动的微粒；使用中磁驱动装置被布置以与微粒共同作用使所述微粒在所述腔内来回运动，器件还包括至少一个光探测装置，其具有的输入端设置为选择性地由所述微粒遮蔽。

20.通过与凝固试剂相互作用测定生物流体样本凝固状态的方法，该方法包括以下步骤，其中步骤(a)-(c)可为任意顺序或同时进行：

(a)将生物流体样本置于器件中，该器件具有容纳可在磁场中运动微粒的腔；

(b)相继施加第一和第二磁场，使所述微粒在所述腔内往复运动；

(c)光学监控所述腔以测定所述微粒往复运动发生的变化，以及；

(d)将微粒运动的变化与流体样本的凝固状态相关联。

21.如权利要求21所述的方法，其中所述凝固试剂在步骤(a)之前放入所述器件中。

22.根据权利要求1至19中任一权利要求所述的为器件制造圆盘形微粒的方法，包括压扁铁球。

23.如权利要求22所述的方法，其中所述铁球包含硅。

24.与光学读取器一起使用以测定生物流体样本凝固的器件，其具有容纳所述样本的腔和允许所述生物流体流入所述腔的通道，其中所述通道和腔的总容积小于3μL。

25.如权利要求24所述的器件，其中所述容积小于1μL。

26.如权利要求24所述的器件，其中所述容积小于250nL。

27.如权利要求24所述的器件，其中所述容积大致为100nL。

28.如权利要求26或27所述的器件，其具有刺破皮肤的一体形成的装置，所述装置限定形成至少部分所述通道的导管。

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