DE102007044889A1 - Diagnosetestsystem - Google Patents

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members

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Abstract

Ein Diagnosetestsystem weist auf eine erste Schicht und eine Basis. Die erste Schicht ist an der Basis angebracht, um eine oder mehrere Kammern auszubilden. Das Diagnosetestsystem umfasst eine oder mehrere Pumpen. Jede der einen oder mehreren Pumpen ist ausgestaltet, um die Bewegung eines Fluids im Inneren einer der einen oder mehreren Kammern durch Erzeugen einer Verformung zu steuern, die ein Volumen der einen oder mehreren Kammern verändert.

Description

  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Zahlreiche Arten biologischer Tests werden in vitro durchgeführt, um die Gegenwart oder Menge einer Substanz, die mit einer bestimmten Krankheit oder einem bestimmten Therapiezustand in Zusammenhang steht, zu prüfen. Zur vollständigen Durchführung von In-vitro-Diagnosetests mit biologischen Proben, wie etwa Blut, Urin oder Gewebe, müssen komplexe Bearbeitungs- und Handhabungsverfahren abgewickelt werden, die das Erzeugen passender Probenkonzentrationen, das Entfernen unerwünschter Materialien, das Verwenden passender Reagenzvolumen und das Aufrechterhalten passender Umgebungsbedingungen wie etwa der Temperatur umfassen.
  • Bei herkömmlichen Diagnosetestverfahren muss nach der Verschreibung eines Tests eine Probe genommen, gekennzeichnet und zu einem geeigneten zentralen Testlabor gesendet werden, das sich üblicherweise an einem entfernten Standort befindet. Im Labor wird dann die Probe auf der Grundlage der jeweilig erforderlichen Untersuchung eingeordnet und an eine geeigneten Abteilung weitergeleitet (z.B. Abteilung für klinische Chemie, Hämatologie, Mikrobiologie oder Immunologie). Dann führen die Labortechniker Tätigkeiten zur Probenvorbereitung aus, wie etwa Zentrifugieren, bevor sie die Proben in ein automatisiertes Probenbearbeitungssystem einbringen. Bevor die Proben eingebracht werden, müssen die Techniker die Proben von Probenröhrchen in Behälter, etwa in 96-Wannen-Aufnahmeplatten (96 Well Collection Plates) oder Testkassetten, umfüllen und je nach Bedarf Reagenzien zugeben.
  • Die automatisierten Probenbearbeitungssysteme sind im Lauf der Zeit immer größer und komplexer geworden, um für eine Vielzahl an Assayarten hohe Probendurchsätze zu ermöglichen. Infolgedessen sind die Kosten für den Erwerb dieser Systeme typischerweise unerschwinglich geworden, außer für die größten Labors. Die Probenvorbereitungserfordernisse für diese Systeme sind ebenfalls zunehmend komplex geworden, was zu einer höheren Fehlerwahrscheinlichkeit führt, wodurch die Probenqualität verschlechtert oder Proben kontaminiert werden können.
  • Für viele der In-vitro-Diagnosetests, die unter Verwendung der automatisierten Probenbearbeitungssysteme durchgeführt werden, ist hoch ausgebildetes technisches Personal vonnöten. Das liegt daran, dass Tests, wie etwa der Nucleinsäuretest (NAT), in den Vereinigten Staaten den als CLIA (Clinical Laboratory Improvement Amendments) bezeichneten Gesetzesvorschriften nach als hoch komplex (Kategorie: „High-Complexitiy Tests") eingestuft sind, und automatisierte Probenbearbeitungssysteme, die diese Tests durchführen, erfüllen nicht die Voraussetzungen, um von den CLIA-Vorschriften ausgenommen zu sein und in die Kategorie der „Waived Tests" zu fallen. Ein NAT ist das bevorzugte Testverfahren zum Testen (Screening) von Blut oder Plasma auf das Vorhandensein des humanen Immundefizienzvirus (HIV) und des Hepatitis-C-Virus (HCV) sowie auf genetische Erkrankungen, Krebs, Bakterien und andere Viren.
  • Ein weiteres Problem bei automatisierten Probenbearbeitungssystemen ist die Kreuzkontamination von Proben. Kreuzkontaminationsprobleme können bei jedem Versuchsprotokoll bedeutend sein, welches Amplifikationsverfahren (Vervielfältigungsverfahren) wie die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) verwendet. Ein NAT fällt in diese Kategorie. Um das Problem der Kreuzkontamination zu mindern, mussten klinische Labors getrennte Räume für die Reagenzvorbereitung, Probenvorbereitung, Amplifikation und Post-Amplifikationsanalyse verwenden.
  • Es ist wünschenswert, In-vitro-Diagnoseverfahren vor Ort an der Stelle der medizinischen Betreuung durchzuführen, da so die komplizierten Vorgänge im Zuge des Lagerns und Auslieferns von Proben zu einem zentralen Testlabor vermieden werden können. Die Ergebnisse von Tests, die an der medizinischen Betreuungsstelle durchgeführt werden, können rascher erhalten werden, was in bestimmten Situationen einen bedeutenden Vorteil darstellen kann. Selbst wenn automatisierte Probenbearbeitungssysteme an der medizinischen Betreuungsstelle zur Verfügung stehen, können gewisse In-vitro-Diagnosetests, die nicht in die CLIA-Kategorie der „Waived Tests" fallen, gegebenenfalls nicht durchgeführt werden, wenn keine ausgebildeten Techniker zur Verfügung stehen.
  • Aus diesen und anderen Gründen besteht ein Bedürfnis für die vorliegende Erfindung.
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Ein Aspekt der Erfindung stellt ein Diagnosetestsystem bereit. Das System umfasst eine erste Schicht und eine Basis. Die erste Schicht ist an der Basis angebracht, um eine oder mehrere Kammern auszubilden. Das Diagnosetestsystem umfasst eine oder mehrere Pumpen. Jede der einen oder mehreren Pumpen ist ausgestaltet, um eine Bewegung eines Fluids im Inneren einer der einen oder mehreren Kammern durch Erzeugen einer Verformung zu steuern, die ein Volumen von einer der einen oder mehreren Kammern verändert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Die zugehörigen Zeichnungen sind beigefügt, um ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen, sind in dieser Beschreibung aufgenommen und bilden einen Teil dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und dienen, gemeinsam mit der Beschreibung, der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile der vorliegenden Erfindung werden verständlich, wenn anhand der folgenden detaillierten Beschreibung ein besseres Verständnis dafür erlangt wird. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise in Bezug aufeinander maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen einander entsprechende ähnliche Teile.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems.
  • 2 ist eine perspektivische Detailansicht eines Abschnitts des in 1 dargestellten Diagnosetestsystems.
  • 3 ist eine perspektivische Detailansicht eines Abschnitts des in 1 dargestellten Diagnosetestsystems.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer elektrischen Schnittstelle für ein Diagnosetestsystem.
  • 5 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform eines Diagnosetestsystems veranschaulicht.
  • 6 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems.
  • 7 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des in 6 dargestellten Diagnosetestsystems.
  • 8 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des in 6 dargestellten Diagnosetestsystems.
  • 9 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems.
  • 10 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems.
  • 11 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems.
  • 12 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des in 11 dargestellten Diagnosetestsystems.
  • 13 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems.
  • 14 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems.
  • 15 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems.
  • 16 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des in 15 dargestellten Diagnosetestsystems.
  • 17 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems.
  • 18 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des in 17 dargestellten Diagnosetestsystems.
  • 19 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Diagnosetestsystems.
  • 20 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Diagnosetestsystems.
  • 21 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Diagnosetestsystems.
  • 22 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems.
  • 23 ist eine Draufsicht auf das in 22 dargestellte Diagnosetestsystem.
  • Detailliete Beschreibung
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser sind und in denen zum Zweck der Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen dargestellt sind, in denen die Erfindung praktisch umgesetzt werden kann. In diesem Kontext werden richtungsangebende Termini, wie etwa „oben", „unten", „vorne", „hinten", „Vorder-", „Rück-" usw. in Bezug auf die Ausrichtung der jeweils beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten der vorliegenden Erfindung in zahlreichen unterschiedlichen Ausrichtungen angeordnet sein können, werden die richtungsangebenden Termini zum Zweck der Veranschaulichung verwendet und sind in keiner Weise als einschränkend zu betrachten. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen verwendet und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne dadurch den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Es wird angemerkt, dass eine Basis und eine oder mehrere verschiedene Schichten in der folgenden detaillierten Beschreibung als benachbart zueinander beschrieben werden. Sofern nicht anders angegeben können die Basis und die eine oder mehreren Schichten direkt und physisch zueinander in Kontakt stehen, oder es können ein Material oder eine oder mehrere andere Schichten jeweils zwischen jeder, der Basis und der einen oder den mehreren Schichten, angeordnet sein. Die folgende detaillierte Beschreibung ist daher nicht als einschränkend zu betrachten, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Diagnosetestsystems 10. Das Diagnosetestsystem 10 umfasst eine Schicht 12 und eine Basis 14. Die Schicht 12 ist an der Basis 14 angebracht, um Kammern 16a–16j und Kanäle 18a–18k auszubilden. Jede der Kammern 16a–16j steht mit einer oder mehreren anderen Kammern 16a–16j in Fluidverbindung (Fluidkommunikation), wie in 1 veranschaulicht ist. Jede Kammer 16 ist mit einem oder mehreren Kanälen 18 verbunden und steht mit diesen in Fluidverbindung. In den ins Auge gefassten Ausführungsformen bezieht sich Fluid auf eine Probe oder ein Material, ob flüssig, in fester Phase, gasförmig oder in anderer Form, und Fluidverbindung bezieht sich auf ein Material, ob flüssig, in fester Phase, gasförmig oder in anderer Form, das imstande ist, zwischen einer beliebigen Kammer 16 und einer oder mehreren beliebigen Kammern 16, zwischen einem beliebigen Kanal 18 und einem oder mehreren beliebigen Kanälen 18 oder zwischen einer oder mehreren beliebigen Kammern 16 und einem oder mehreren beliebigen Kanälen 18 durchgeführt zu werden.
  • In der dargestellten Ausführungsform ist jede Kammer 16a bis 16j gekoppelt und in Fluidverbindung mit jeweils einem entsprechenden Kanal 18a bis 18j. Somit ist die Kammer 16a gekoppelt und in Fluidverbindung mit dem Kanal 18a, die Kammer 16b ist gekoppelt und in Fluidverbindung mit dem Kanal 18b usw.. Das Diagnosetestsystem 10, das in 1 dargestellt ist, ist eine Ausführungsform einer Anordnung zwischen Kammern 16 und Kanälen 18. In anderen Ausführungsformen kann eine beliebige geeignete Anzahl an Kammern 16 oder Kanälen 18 vorhanden sein, und die Kammern 16 oder Kanäle 18 können in jeder beliebigen geeigneten Konfiguration angeordnet und untereinander verbunden sein. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Anordnung der Kammern 16 und der Kanäle 18 dazu geeignet, Diagnoseassays oder In-vitro-Diagnosetests an einer oder mehreren Proben vollständig durchzuführen. In verschiedenen Ausführungsformen können die Abmessungen des Diagnosetestsystems 10, die Formen und Volumen einer jeden oder mehrerer der Kammern 16 und die Formen, Querschnittsgrößen und Längen eines jeden oder mehrerer der Kanäle 18 in Übereinstimmung mit dem Diagnosetestverfahren oder den Tests, deren Durchführung gewünscht ist, festgelegt sein.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform weist das Diagnosetestsystem 10 eine Probeneingabeöffnung 20 auf. Die Probeneingabeöffnung 20 ist gekoppelt und in Fluidverbindung mit dem Kanal 18k. Die Öffnung 20 ist ausgestaltet, um eine Probe oder Material, das es zu analysieren gilt, aufzunehmen und stellt einen Eingang für die Probe in das Diagnosetestsystem 10 bereit. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Probe ein beliebiges geeignetes Material in festem, flüssigem oder gasförmigen Zustand sein, dass einen Analyten enthält. In diesen Ausführungsformen können geeignete Proben Zellen, Gewebe, Viren, Medikamente und Drogen, Körperflüssigkeiten, wie etwa Blut oder Urin, oder Umgebungsluft, die Schmutzstoffe enthält, einschließen, die Proben sind jedoch nicht darauf beschränkt. Obwohl in 1 eine Öffnung 20 dargestellt ist, können in anderen Ausführungsformen zwei oder mehr Öffnungen verwendet werden. In anderen Ausführungsformen können eine oder mehrere Öffnungen 20 mit einer beliebigen Kammer 16 oder einem beliebigen Kanal 18 gekoppelt sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Öffnung 20 als eine Eingabeöffnung, als eine Ausgabeöffnung oder als eine bidirektionale Öffnung dienen. Werden zwei oder mehr Öffnungen verwendet, so können diese jeweils als Eingabeöffnungen, als Ausgabeöffnungen oder als bidirektionale Öffnungen dienen. In einer Ausführungsform ist die Öffnung 20 dazu geeignet, mit einer Nadel oder Spritze punktiert zu werden, um den Eintritt einer oder mehrerer Proben in das Diagnosetestsystem 10 zu ermöglichen. In anderen Ausführungsformen sind eine oder mehrere der Öffnungen 20 ausgestaltet, um eine oder mehrere Proben, Fluide oder Gase aufzunehmen oder auszustoßen.
  • In anderen Ausführungsformen können eine oder mehrere der Öffnungen 20 als Lüftung dienen, um Druck im Inneren einer Kammer 16 oder eines Kanals 18, der durch ein Fluid, ein Gas oder eine Probe erzeugt wird, abzulassen. In diesen Ausführungsformen sind eine oder mehrere der Öffnungen 20 ausgestaltet, um eine Öffnung zur Umgebung zum Ablassen eines Gases oder Fluids bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen kann die Öffnung 20 eine hydrophobe Membran umfassen, die ausgestaltet ist, um ein Gas nach außen außerhalb des Diagnosetestsystems 10 passieren zu lassen und gleichzeitig Fluide im Inneren einer Kammer 16 oder eines Kanals 18 einzusperren oder zurückzuhalten. In einigen Ausführungsformen kann die Öffnung 20 eine hydrophobe Membran umfassen, die ausgestaltet ist, um ein Fluid nach außen außerhalb des Diagnosetestsystems 10 passieren zu lassen und gleichzeitig ein Gas im Inneren einer Kammer 16 oder eines Kanals 18 einzusperren oder zurückzuhalten. Die hydrophoben Membranen für diese Ausführungsformen können aus einem beliebigen geeigneten Material, wie etwa einem Polymermaterial, hergestellt sein. In diesen Ausführungsformen kann die Öffnung 20 als eine Eingabeöffnung, als eine Ausgabeöffnung oder als eine bidirektionale Öffnung dienen.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst das Diagnosetestsystem 10 einen oder mehrere Aktuatoren, die auf ein oder mehrere elektrische Signale ansprechen. Die Aktuatoren steuern eine Bewegung von einem oder mehreren Fluiden von oder zu mindestens einer der Kammern 16, um einen Diagnosetest durchzuführen. In verschiedenen Ausführungsformen können die Aktuatoren eine oder mehrere Pumpen, die ein Fluid in eine Kammer 16 hinein oder aus dieser hinaus bewegen, oder ein oder mehrere Ventile sein, die den Eintritt eines Fluids in eine Kammer 16 oder den Austritt aus dieser steuern. In einer Ausführungsform steuern die Ventile die Bewegung des Fluids durch einen oder mehrere der Kanäle 18 durch Erzeugen einer Verformung, die eine Querschnittsfläche des einen oder der mehreren Kanäle 18 verändert. In verschiedenen Ausführungsformen können die Aktuatoren ein oder mehrere Fluide im Inneren einer Kammer 16 mischen, können ein oder mehrere Fluide im Inneren einer Kammer 16 aufwirbeln oder ein oder mehrere Fluide im Inneren einer Kammer 16 in Schwingung versetzen. Die Aktuatoren können jede beliebe Funktion ausüben, die die Bewegung der Fluide oder Proben im Inneren des Diagnosetestsystems 10 steuert. In den veranschaulichten Ausführungsformen sind die Aktuatoren in einer oder mehreren der Kammern 16 und einem oder mehreren der Kanäle 18 eingebaut. In verschiedenen Ausführungsformen können die Aktuatoren in bzw. an der Schicht 12, der Basis 14 oder sowohl der Schicht 12 als auch der Basis 14 eingebaut oder angebracht sein. Die Aktuatoren umfassen in verschiedenen Ausführungsformen jede beliebige Vorrichtung oder jedes beliebige System, die bzw. das die Bewegung eines Fluids im Inneren des Diagnosetestsystems 10 steuern kann.
  • In einigen Ausführungsformen können dien Aktuatoren elektrostatische Aktuatoren, elektromagnetische Aktuatoren, elektromechanische Aktuatoren oder thermische Aktuatoren sein. In diesen Ausführungsformen können die Aktuatoren ein geeignetes piezoelektrisches Material, wie etwa ein piezoelektrisches Keramikmaterial oder ein anderes piezoelektrisches Kristallmaterial, umfassen. Diese Aktuatoren erfahren eine mechanische Verschiebung oder Verformung, wie etwa eine Durchbiegung oder Krümmung, wenn geeignete Spannungen mit geeigneten Polaritäten angelegt werden.
  • In einigen Ausführungsformen können die Aktuatoren geeignete elektroaktive Polymere umfassen, die eine elektrische Energie in eine mechanische Bewegung umwandeln, wenn eine Spannung angelegt wird. Die elektroaktiven Polymere schließen ionische Polymere ein, die durch die Diffusion und Beweglichkeit von Ionen aktiviert werden. Diese elektroaktiven Polymere können sich auf ein gewünschtes Volumen vergrößern, um eine Verschiebung oder Verformung zu erzeugen, und wieder auf ihr ursprüngliches Volumen zurückgehen, als Antwort auf das Anlegen geeigneter Spannungen mit geeigneten Polaritäten. Die für diese elektroaktiven Polymere verwendeten Materialien schließen Polymer-Metall-Verbundmaterialien, leitfähige Polymere, Gele und Kohlenstoffnanoröhren ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Die elektroaktiven Polymere können außerdem elektronische Polymere einschließen, die in Gegenwart eines elektrischen Felds Verschiebungen oder Verformungen erfahren. Die elektroaktiven Polymere können elektrostriktive, elektrostatische, piezoelektrische und ferroelektrische Polymere einschließen, sind aber nicht darauf beschränkt. In einigen Ausführungsformen umfassen die Aktuatoren ein dielektrisches, elastomeres Polymermaterial, das an beiden Seiten mit leitfähigen Elastomerfilmen beschichtet ist. Das Anlegen einer Spannung zwischen den beiden Filmen erzeugt eine elektrostatische Kraft, die das Polymermaterial zusammendrückt, um die Verschiebung oder die Verformung zu erzeugen.
  • In einigen Ausführungsformen bewegen die Aktuatoren ein Fluid durch die Verwendung einer temperaturinduzierten Hochdruckblase. In diesen Ausführungsformen wird ein elektrischer Strom an eine Heizvorrichtung angelegt und Wärme an ein geeignetes Betätigungsfluid übertragen, das im Inneren einer Kammer enthalten ist. Erreicht das Fluid in der Kammer eine Temperatur, die zur Verursachung der Bildung einer Dampfblase ausreichend ist, so erzeugt die Dampfblase örtlich einen Druck, der eine Membran ausdehnt, um eine Verschiebung oder Verformung im Inneren einer Kammer 16 zu erzeugen. Der durch die Verschiebung oder Verformung der Membran erzeugte Druck reicht aus, um ein Fluid im Inneren der Kammer 16 zu bewegen.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Aktuatoren mit einer elektrischen Schnittstelle verbunden. Die Aktuatoren sprechen auf ein oder mehrere elektrische Signale an, die an der elektrischen Schnittstelle bereitgestellt werden, und steuern die Bewegung von Fluiden von oder zu den Kammern 16 als Antwort auf die elektrischen Signale. Die elektrischen Signale können von einer beliebigen geeigneten Steuervorrichtung bereitgestellt werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuervorrichtung ein Computer oder mehrere Microcontroller sein, der bzw. die dem Diagnosetestsystem 10 über die elektrischen Signale geeignete Probenbearbeitungsprotokolle bereitstellen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Steuervorrichtung im Diagnosetestsystem 10 enthalten sein oder extern zum Diagnosetestsystem 10 vorliegen.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform können eine oder mehrere der Kammern 16 Temperaturregelungs- bzw. Temperatursteuerungsvorrichtungen, wie Heiz- und Kühlvorrichtungen, umfassen, die zum Anheben oder Senken der Temperatur eines Fluids im Inneren der Kammern 16 auf einen gewünschten Wert verwendet werden. In einigen Ausführungsformen sind die Temperatursteuerungsvorrichtungen mit der elektrischen Schnittstelle verbunden. In einigen Ausführungsformen können die Temperaturregelungsvorrichtungen in bzw. an der Schicht 12, der Basis 14 oder sowohl der Schicht 12 als auch der Basis 14 eingebaut oder angebracht sein. In einigen Ausführungsformen umfassen die Temperaturregelungsvorrichtungen eine oder mehrere Heizvorrichtungen, die ein Fluid im Inneren einer oder mehrerer der Kammern 16, eines oder mehrerer der Kanäle 18 oder im Inneren sowohl der Kammern 16 als auch der Kanäle 18 erwärmen. In verschiedenen Ausführungsformen können die Heizvorrichtungen auf die Kammern 16 ausgerichtet oder in großer Nähe zu diesen angeordnet sein, um ein Fluid im Inneren der Kammern 16 zu erwärmen, oder sie können auf die Kanäle 18 ausgerichtet oder in großer Nähe zu diesen angeordnet sein, um ein Fluid im Inneren der Kanäle 18 zu erwärmen. In einigen Ausführungsformen ist die Heizvorrichtung aus einem Widerstandsmaterial aufgebaut, dessen Temperatur ansteigt, wenn ein Strom angelegt wird. In diesen Ausführungsformen ist die Heizvorrichtung mit der elektrischen Schnittstelle verbunden, und der Strom wird über die elektrische Schnittstelle bereitgestellt. In einigen Ausführungsformen ist die Heizvorrichtung aus einer oder mehreren dünnen Metallschichten aufgebaut, die als Widerstand arbeiten. Der elektrische Strom für diese und andere Ausführungsformen kann durch eine Stromversorgung, einen Computer oder Mikrocontroller, der über die elektrische Schnittstelle mit der Heizvorrichtung verbunden ist, bereitgestellt sein. Die Temperatur der Heizvorrichtung kann durch Variieren der Menge an Strom geregelt bzw. gesteuert werden, die der Heizvorrichtung zugeführt wird. In einigen Ausführungsformen umfassen eine oder mehrere der Kammern 16 und/oder einer oder mehrere der Kanäle 18 Temperaturmessvorrichtungen, die eine Temperatur im Inneren der Kammern 16 oder Kanäle 18 messen. In diesen Ausführungsformen sind die Temperaturmessvorrichtungen über die elektrische Schnittstelle mit einer Steuervorrichtung, wie etwa einem Computer oder Mikrocontroller verbunden, und die Steuervorrichtung steuert, als Antwort auf die von den Temperaturmessvorrichtungen empfangenen Signale, die Menge an Strom, die den einzelnen Heizvorrichtungen zugeführt wird.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform können eine oder mehrere der Kammern 16 ein optisches System umfassen, das für den Nachweis eines Analyten sorgt. In einigen Ausführungsformen umfasst das optische System ein oder mehrere optische Fenster, die für den Durchlass elektromagnetischer Strahlung sorgen, die sichtbares Licht umfassen kann. In diesen Ausführungsformen sind die einzelnen optischen Fenster auf eine entsprechende Kammer 16 ausgerichtet und/oder in der Nähe dieser angeordnet, um den Nachweis des Analyten zu verbessern. In einigen Ausführungsformen kann eine Reaktion, die im Inneren der entsprechenden Kammer 16 stattfindet und die zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung führt, durch einen oder mehrere außerhalb der Kammer 16 und in der Nähe des optischen Fensters angeordnete Detektionssensoren detektiert werden. In einigen Ausführungsformen können die Detektionssensoren im Diagnosetestsystem 10 eingebaut sein. In diesen Ausführungsformen können die Sensoren in der Nähe der optischen Fenster angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen sind die Sensoren Photodioden, die elektromagnetische Strahlung mit geeigneten Wellenlängen in entsprechende elektrische Signale umwandeln. Die Photodioden sind mit der elektrischen Schnittstelle verbunden und übertragen die elektrischen Signale an die Schnittstelle.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfassen die optischen Systeme ein oder mehrere Filter und/oder einen oder mehrere Spiegel, die ausgestaltet sind, um den Nachweis eines Analyten zu verbessern. In diesen Ausführungsformen sind die Filter und Spiegel auf eine entsprechende Kammer 16 ausgerichtet oder in der Nähe dieser angeordnet, um den Nachweis des Analyten zu verbessern. Die Filter lassen in diesen Ausführungsformen einen geeigneten Wellenlängenbereich durch. In einigen Ausführungsformen umfassen die Photodioden die Filter, die ausgestaltet sind, um die geeigneten Wellenlängenbereiche durchzulassen.
  • In den hierin veranschaulichten Ausführungsformen und in anderen ins Auge gefassten Ausführungsformen kann das Diagnosetestsystem 10 für einen beliebigen geeigneten chemischen oder biochemischen Test oder ein beliebiges geeignetes chemisches oder biochemisches Verfahren verwendet werden. Beispielsweise können Nucleinsäure-Amplifikationstechniken, wie etwa die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) oder Ligase-Kettenreaktion (LCR), durchgeführt werden. Chemische Tests, wie etwa Immunassays, können ebenfalls durchgeführt werden. Die Immunassays können Fluoreszenzimmunoassays (FIA) einschließen, die einen Fluoreszenzmarker oder einen Enzymmarker verwenden, die wirken, um ein fluoreszierendes Produkt zu bilden. Die Tests können Chemolumineszenzimmunoassays (CLIA) einschließen, die einen Chemolumineszenzmarker verwenden, um lichterzeugende Reaktionen auszulösen. Die Tests können Immunonephelometrie-Tests einschließen, die dazu führen können, dass Antikörper und Antigene Immunkomplexe bilden, die einfallendes Licht streuen, was gemessen werden kann. Die Tests können enzymgekoppelte Immunadsorptionsassays (ELISA) einschließen, die ein Enzym verwenden, um eine farberzeugende Reaktion zu katalysieren. Andere Immunassays können Immunopräzipitationstests, Partikelimmunoassaytests, Radioimmunoassaytests (RIA) oder farbmetrische (kolorimetrische) Tests einschließen.
  • Bei Tests, wie etwa Immunassaytests, können optische Systeme, die Kombinationen aus optischen Fenstern, Filtern oder Spiegeln verwenden, eingesetzt werden, um gewünschte Analyten nachzuweisen, die sich aus diesen Tests ergeben. Eine oder mehrere der Kammern 16 im Diagnosetestsystem 10 können geeignete Reagenzmarker umfassen, die zum Nachweis der Analyten verwendet werden. Beispiele für diese Marker schließen Fluoreszenzmarker, Chemolumineszenzmarker, Enzymmarker und kolorimetrische Marker ein, sind aber nicht auf diese beschränkt. In diesen Ausführungsformen werden eine oder mehrere der Kammern 16 mit den Markern vorbestückt, bevor der diagnostische Assay durchgeführt wird. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Vorbestückung bei der Herstellung des Diagnosetestsystems 10. In diesen Ausführungsformen können die Kammern 16 mit einer beliebigen geeigneten Anzahl an unterschiedlichen Markern vorbestückt werden. Dadurch ist es möglich, dem Diagnosetestsystem 10 die Fähigkeit zu verleihen, verschiedene Arten von Diagnosetests durchzuführen. In anderen Ausführungsformen werden die Marker unter Verwendung von einem oder mehreren der Aktuatoren zu einer oder mehreren der Kammern 16 bewegt, oder sie werden unter Verwendung von einer oder mehreren der Öffnungen 20, die mit den Kammern 16 in Fluidverbindung stehen, zu einer oder mehreren der Kammern 16 transferiert.
  • Bezug nehmend auf 1 sind in einem Ausführungsbeispiel die Kammern 16a, 16b, 16c, 16d und 16e jeweils derart ausgestaltet, um ein Reagenz zu halten, die Kammern 16f und 16g sind ausgestaltet, um eine Lösung zu halten, die für ein Interimsverfahren geeignet ist, wie etwa ein Elutionsfluid oder ein Lösemittel, die Kammern 16i und 16j halten Auswaschlösungen und/oder stellen einen Ort für eine oder mehrere Interimsverfahren oder -reaktionen bereit, und die Kammer 16h ist eine Reaktionskammer. In anderen Ausführungsformen können eine oder mehrere der Kammern 16 Lagerkammern, die Fluide oder Materialien lagern, die für Diagnosetests verwendet werden, oder Abfallkammern sein, die unerwünschte Fluide oder Materialien lagern. Im Ausführungsbeispiel können die Reagenzien eine beliebige geeignete chemische Substanz sein, deren Reinheit zur Verwendung in Diagnoseassays ausreichend ist. Die Reagenzien können Fluoreszenzmarker, Chemolumineszenzmarker, Enzymmarker und kolorimetrische Marker umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. In verschiedenen Ausführungsformen können die Kammern 16f oder 16g ein Lysinreagenz beinhalten, wenn eine PCR-Amplifikation durchgeführt wird. In anderen Ausführungsformen erfolgt die Zelltrennung für die PCR-Amplifikation außerhalb des Diagnosetestsystems 10. In anderen Ausführungsformen können eine oder mehrere der Kammern 16 geeignete Feststoffe oder Filtermittel zum Einfangen eines gewünschten Analyten aus einer Probe oder einem Fluid umfassen.
  • In der in 1 veranschaulichten Ausführungsform ist die Schicht 12 aus einer ersten biegsamen Schicht oder einem ersten biegsamen Material hergestellt. Die Basis 14 weist eine Seite 22 und eine gegenüberliegende Seite auf, die an einer Seite 24 der Schicht 12 befestigt ist. Die Schicht 12 ist an der Basis 14 befestigt, um eine oder mehrere offene Bereiche in der Basis 14 abzudichten, um die Kammern 16 und die Kanäle 18 auszubilden. In anderen Ausführungsformen können die Kammern 16 und die Kanäle 18 zur Gänze in der Schicht 12, Basis 14, oder sowohl in der Schicht 12 als auch in der Basis 14 enthalten sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Basis 14 aus Materialien gebildet sein, die biegsamer, gleich biegsam oder weniger biegsam als die Schicht 12 sind. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Basis 14 aus einem im Wesentlichen steifen Material hergestellt.
  • In anderen Ausführungsformen kann eine zweite Schicht an der Seite 22 der Basis 14 angebracht sein. In diesen Ausführungsformen sind eine oder mehrere der Kammern 16 und einer oder mehrere der Kanäle 18 an der Seite 22 offen. Die zweite Schicht ist an der Seite 22 der Basis 14 angebracht, um die offenen Bereiche abzudichten. In diesen Ausführungsformen dichten die erste Schicht 12 und die zweite Schicht beide Seiten der Basis 14 ab, um die Kammern 16 und die Kanäle 18 auszubilden.
  • In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Schicht 12 aus einem biegsamen oder elastischen Material hergestellt, und die Basis 14 ist aus einem Material hergestellt, das im Wesentlichen steif ist. Die Basis 14 kann aus Materialien hergestellt sein, die Polyester, Polypropylen, Polyethylen, Polystyrol, Polyurethan, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid und Polycarbonat einschließen können, aber nicht auf diese beschränkt sind. In einigen Ausführungsformen ermöglicht die Verwendung von spritzgegossenen Kunststoffmaterialien die einfache Ausbildung vertiefter Bereiche, die einen Teil oder alle der Kammern 16 und Kanäle 18 definieren. In anderen Ausführungsformen kann ein beliebiges geeignetes Metall verwendet werden. Geeignete Metalle können Metalle einschleißen, die zur Herstellung von Leadframe Gehäusen für Halbleiteranwendungen verwendet werden. Diese Metalle schließen Kupfer (Cu), Eisen (Fe) und Zink (Zn) ein, sind aber nicht auf diese beschränkt. In einigen Ausführungsformen kann die Basis 14 aus einer gedruckten Leiterplatte gebildet sein oder eine solche umfassen. Geeignete gedruckte Leiterplatten können kupferbeschichtete Epoxidharz/Glas-Laminate einschließen, sind aber nicht auf diese beschränkt. In einigen Ausführungsformen umfassen die gedruckten Leiterplatten Signalleiter, die verwendet werden, um elektrische Signale zwischen externen Steuervorrichtungen oder Instrumenten und Schaltkreisen oder Vorrichtungen, wie etwa Aktuatoren, die im Diagnosetestsystem 10 enthalten sind, zu koppeln. In einigen Ausführungsformen ist die Basis 14 aus einem oder mehreren biegsamen Schaltkreisen gebildet oder umfasst einen oder mehrere biegsame Schaltkreise. In diesen Ausführungsformen können die biegsamen Schaltkreise unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Technik hergestellt sein, die das Ausbilden von elektronischen Vorrichtungen auf biegsamen Substraten umfasst. Die biegsamen Schaltkreise können unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Materials, etwa Kunststoff, hergestellt sein. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Basis 14 aus Materialien hergestellt, die Fluiden im Inneren des Diagnosetestsystems 10 gegenüber inert sind. In einigen Ausführungsformen sind eine oder mehrere der Kammern 16 und einer oder mehrere der Kanäle 18 mit Materialien oder Zusammensetzungen beschichtet, die den Fluiden gegenüber inert sind. Diese Materialien schließen Gold oder Silikonepoxidharz ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform kann die Schicht 12 aus Materialien hergestellt sein, die elastomere Eigenschaften aufweisen. Diese Materialien schließen Polyester, Polypropylen, Polyethylen, Polystyrol, Polyurethan, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid und Polycarbonat ein, sind aber nicht auf diese beschränkt. In anderen Ausführungsformen kann die Schicht 12 aus einer oder aus mehreren biegsamen Schaltkreisen gebildet sein oder solche umfassen. Die biegsamen Schaltkreise können unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Technik oder beliebiger geeigneter Materialien hergestellt sein. Die Schicht 12 kann aus einem beliebigen Material hergestellt sein, das Fluiden gegenüber inert ist. Auch kann die Schicht 12 mit Materialien oder Zusammensetzungen beschichtet sein, die Fluiden gegenüber inert sind. Die Materialien oder Zusammensetzungen, die zum Beschichten der Schicht 12 verwendet werden können, schließen Gold oder Silikonepoxidharz ein, sind aber nicht auf diese beschränkt.
  • 2 ist eine perspektivische Detailansicht eines Abschnitts des in 1 veranschaulichten Diagnosetestsystems 10. Der in 2 dargestellte Abschnitt ist in 1 mit 2 gekennzeichnet. In dieser Ausführungsform treffen sich die Kanäle 18a und 18e an einem gemeinsamen Kanalabschnitt 26, und die Kanäle 18b, 18c und 18d treffen sich an einem gemeinsamen Kanalabschnitt 28. Der gemeinsame Kanalabschnitt 26 und der gemeinsame Kanalabschnitt 28 sind durch den Kanal 18l verbunden. In einer Ausführungsform kann jedwedes Fluid, das durch einen beliebigen der Kanäle 18a, 18b, 18c, 18d oder 18e tritt, ohne Einschränkung durch die gemeinsamen Kanalabschnitte 26 und 28 und den Kanal 18l treten. In anderen Ausführungsformen können ein oder mehrere beliebige der Kanäle 18a, 18b, 18c, 18d, 18e, 18l, der gemeinsame Kanalabschnitt 26 oder der gemeinsame Kanalabschnitt 28 Aktuatoren umfassen. In einer Ausführungsform sind die Aktuatoren Ventile, die ausgestaltet sind, um eine Bewegung eines Fluids zwischen einem oder mehreren der Kanäle 18a, 18e oder 18l und dem gemeinsamen Kanalabschnitt 26 zu steuern. In einer Ausführungsform sind die Ventile ausgestaltet, um eine Bewegung eines Fluids zwischen einem oder mehreren der Kanäle 18b, 18c, 18d oder 18l und dem gemeinsamen Kanalabschnitt 28 zu steuern.
  • 3 ist eine perspektivische Detailansicht eines Abschnitts des in 1 veranschaulichten Diagnosetestsystems 10. Der in 3 dargestellte Abschnitt ist in 1 mit 3 gekennzeichnet. In dieser Ausführungsform treffen sich die Kanäle 18f, 18g und 18m an einem gemeinsamen Kanalabschnitt 30, die Kanäle 18i, 18j und 18n treffen sich an einem gemeinsamen Kanalabschnitt 32, und die Kanäle 18h, 18k, 18m und 18n treffen sich an einem gemeinsamen Kanalabschnitt 34. Der gemeinsame Kanalabschnitt 30 und der gemeinsame Kanalabschnitt 34 sind durch den Kanal 18m verbunden, und der gemeinsame Kanalabschnitt 32 und der gemeinsame Kanalabschnitt 34 sind durch den Kanal 18n verbunden. In einer Ausführungsform kann jedwedes Fluid, das durch einen beliebigen der Kanäle 18f, 18g, 18h, 18i, 18j, 18k, 18m und 18n tritt, ohne Einschränkung durch die gemeinsamen Kanalabschnitte 30, 32 und 34 treten. In anderen Ausführungsformen können ein oder mehrere beliebige der Kanäle 18f, 18g, 18h, 18i, 18j, 18k, 18m, 18n oder die gemeinsamen Kanalabschnitte 30, 32 oder 34 Aktuatoren umfassen. In einer Ausführungsform sind die Aktuatoren Ventile, die ausgestaltet sind, um eine Bewegung eines Fluids zwischen einem oder mehreren der Kanäle 18f, 18g oder 18m und dem gemeinsamen Kanalabschnitt 30 zu steuern. In einer Ausführungsform sind die Ventile ausgestaltet, um eine Bewegung eines Fluids zwischen einem oder mehreren der Kanäle 18i, 18j oder 18n und dem gemeinsamen Kanalabschnitt 32 zu steuern. In einer Ausführungsform sind die Ventile ausgestaltet, um eine Bewegung eines Fluids zwischen einem oder mehreren der Kanäle 18h, 18k, 18m oder 18n und dem gemeinsamen Kanalabschnitt 34 zu steuern.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer elektrischen Schnittstelle für ein Diagnosetestsystem 10. Die elektrische Schnittstelle ist allgemein mit 36 gekennzeichnet. Die elektrische Schnittstelle, die hierin in Folge als Schicht 36 bezeichnet wird, stellt eine Ausführungsform der Schicht 12 dar, die elektrische Leiter umfasst, die zur Kopplung elektrischer Signale mit geeigneten Vorrichtungen, die im Diagnosetestsystem 10 enthalten sind, geeignet sind. Diese Vorrichtungen können Aktuatoren, wie etwa Pumpen oder Ventile, oder andere Vorrichtungen, wie etwa Sensoren oder Heizvorrichtungen, einschließen, sind aber nicht auf diese beschränkt.
  • In der in 4 dargestellten Ausführungsform umfasst die Schicht 36 ein Anschlussteil 38 mit leitfähigen Anschlussflächen (Pads) 40a–40j. Jedes leitfähige Pad 40a–40j ist mit einer entsprechenden leitfähigen Bahn 42a–42j elektrisch verbunden, und jede leitfähige Bahn 42a–42j ist jeweils zu einem entsprechenden Kammerabschnitt bei 44a–44j geführt. Die Pads 40 und die Bahnen 42 können unter Verwendung eines beliebigen geeigneten leitfähigen Materials, wie etwa Kupfer, hergestellt sein. In dieser Ausführungsform ist die Schicht 36 an der Basis 14 angebracht, um die Kammern 16a–16j und die Kanäle 18a–18m auszubilden, und jeder Kammerabschnitt 44a–44j bedeckt einen entsprechenden Hohlraum in der Basis 14, um vollständige entsprechende Kammern 16a–16j auszubilden. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Bahnen 42 als jeweils zu einem Umfangsbereich des entsprechenden Kammerabschnitts 44 geführt dargestellt. In unterschiedlichen Ausführungsformen können die Bahnen zu einem beliebigen geeigneten Bereich um die Kammerabschnitte 44, in diesen drin oder von diesen entfernt geführt sein, je nach Aufstellungsort der Vorrichtungen, zu denen die entsprechenden Bahnen 42 geführt werden. In einigen Ausführungsformen sind eine oder mehrere Bahnen 42 zu zentralen Abschnitten der Kammerabschnitte 44 geführt, um mit Aktuatoren, wie etwa Pumpen, verbunden zu sein, die im Inneren der Kammern 16 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen sind eine oder mehrere Bahnen 42 zu Stellen im Inneren der Kammerabschnitte 44 geführt, die in der Nähe von Bereichen liegen, an denen die Kammern 16 mit den Kanälen 18 gekoppelt sind und in Fluidverbindung stehen. In diesen Ausführungsformen sind die Bahnen 42 mit Aktuatoren verbunden, die Ventile sind und die in Kammern 16 und/oder in Kanälen 18 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen sind eine oder mehrere Bahnen 42 zu Stellen geführt, die in der Nähe von Kanälen 18 liegen. In diesen Ausführungsformen sind die Bahnen mit Aktuatoren, wie etwa Pumpen oder Ventilen, gekoppelt, die in den Kanälen 18 angeordnet sind. In unterschiedlichen Ausführungsformen können die Aktuatoren, einschließlich der Pumpen oder der Ventile, an der Schicht 36, der Basis 14 oder sowohl an der Schicht 36 als auch an der Basis 14 angebracht sein. Obwohl ein einziges Pad 40 und eine einzige Bahn 42 als mit jedem Kammerabschnitt 44 gekoppelt oder zu diesem geführt dargestellt sind, können zu den einzelnen Kammerabschnitten 44, Kammern 16, Kanälen 18 oder anderen geeigneten Bereichen im Inneren des Diagnosetestsystems 10 auch jeweils keine Bahnen oder aber eine beliebige geeignete Anzahl an Bahnen geführt sein.
  • In anderen Ausführungsformen kann die elektrische Schnittstelle, die die Pads 40a–40j und die Bahnen 42a–42j umfasst, andere geeignete Formen aufweisen. In diesen Ausführungsformen können die Pads 40 in einem beliebigen geeigneten Bereich der Schicht 36, wie etwa einem Innenbereich der Schicht 36, angeordnet sein. Obwohl die Pads 40 und die Bahnen 42 als auf einer einzigen oder ersten Schicht geführt dargestellt sind, können die Pads 40 und die Bahnen 42 in anderen Ausführungsformen auf mehreren Schichten der Schicht 36 geführt werden, etwa an einer beliebigen der Seiten der Schicht 36, in den Innenbereichen der Schicht 36 oder an einer oder beiden Seiten der Schicht 36 und in den Innenbereichen der Schicht 36. In einer Ausführungsform sind die Bahnen 42 an beiden Seiten der Schicht 36 und im Inneren einer oder mehrerer planarer Bereiche der Schicht 36 geführt, wodurch drei oder mehr Schichten an Bahnen 42 gebildet sind. In anderen Ausführungsformen können die Pads 40 und/oder Bahnen 42 an oder innerhalb der Basis 14 oder sowohl an oder in der Schicht 36 als auch an oder in der Basis 14 angeordnet sein. Jede dieser Ausführungsformen kann eine oder mehrere Durchgänge (vias) umfassen, die beliebige gewünschte Bahnen 42 untereinander zu verbinden, die auf mehreren Schichten der Schicht 36 geführt sind, auf mehreren Schichten der Basis 14 geführt sind, oder auf mehreren Schichten sowohl der Schicht 36 als auch der Basis 14 geführt sind.
  • In der in 4 dargestellten Ausführungsform sind die Bahnen 42 um die Kammern 16 und Kanäle 18 herum geführt, um Kontakt mit Fluiden in Innenabschnitten der Kammern 16 und Kanäle 18 zu vermeiden. In anderen Ausführungsformen sind die Bahnen 42 mit geeigneten Materialien, wie etwa Gold oder Silikonepoxidharz beschichtet, was die Bahnen 42 gegenüber jedwedem Fluid in den Kammern 16 oder Kanälen 18 inert macht. In einigen Ausführungsformen können die Bahnen 42 über Innenabschnitte der Kammern 16 und/oder Kanäle 18 geführt sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Schicht 36 unter Verwendung von Materialien hergestellt sein, die jene einschließen, die in den Ausführungsformen der Schicht 12 verwendet wurden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Schicht 36 unter Verwendung einer beliebigen geeigneten gedruckten Leiterplattentechnik oder flexiblen Technologie, einschließlich Oberflächenmontage- oder Durchgangslochtechnologien, hergestellt sein.
  • 5 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform eines Diagnosetestsystems zeigt. Das Blockdiagramm ist allgemein mit 46 gekennzeichnet und ist eine funktionelle Darstellung eines Diagnosetestsystems 10, das mit einer Steuervorrichtung verbunden ist. In der Darstellung aus 5 ist die Steuervorrichtung 48 über einen Weg 52 mit dem Diagnosetestsystem 50 gekoppelt. Die Bahn 52 koppelt elektrisch die Steuervorrichtung 48 mit einer elektrischen Schnittstelle des Diagnosetestsystems 50. In einer Ausführungsform ist die Bahn 52 eine Schaltverbindung von der Steuervorrichtung 48, die mit einem Anschlussteil 38 einer elektrischen Schnittstelle 36 gekoppelt ist. Die Bahn 52 ermöglicht die Übertragung von einem oder mehreren Signalen zwischen der Steuervorrichtung 48 und dem Diagnosetestsystem 50.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform wird in Block 54 über eine Bahn 56 eine Probe für das Diagnosetestsystem 50 bereitgestellt. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine beliebige geeignete Eingabe, wie etwa eine oder mehrere Öffnungen 20, verwendet werden, um dem Diagnosetestsystem 50 die Probe bereitzustellen. Die Probenvorbereitung kann in Block 58 durchgeführt werden, bevor die Probe über eine Bahn 60 zu einer oder zu mehreren Reaktionskammern in Block 62 bewegt wird. Die Probenvorbereitung wird in einer oder mehreren Kammern 16 durchgeführt. Eine beliebige geeignete Lösung, wie etwa ein Elutionsfluid oder ein Lösemittel, das zum Zweck der Probenvorbereitung erwünscht ist, kann in Block 64 über eine Bahn 66 aus einer oder mehreren Reagenzkammern zugeführt werden. Die Reagenzkammern umfassen eine oder mehrere Kammern 16. In verschiedenen Ausführungsformen können die Reagenzkammern in Block 64 mit den Lösungen für die Probenvorbereitung vorbestückt sein. In einem Ausführungsbeispiel wird eine PCR-Amplifikation durchgeführt, und ein Lysinreagenz wird aus einer Kammer 16 in Block 64 in eine andere Kammer 16 in Block 58 eingeführt. In anderen Ausführungsformen wird keine Probenvorbereitung durchgeführt und die Probe von der Probeneingabe in Block 54 zu einer oder mehreren der Kammern 16 in Block 62 bewegt.
  • Ein oder mehrere Reagenzien in Block 64 werden über dee Bahn 68 den Reaktionskammern in Block 62 bereitgestellt. In verschiedenen Ausführungsformen können eine oder mehrere Kammern 16 mit einem oder mehreren Reagenzien vorbestückt sein. Die Reagenzien und die Probe reagieren in Block 62 miteinander und erzeugen eine chemische Reaktion, die über den Block 70 detektiert werden kann. Obwohl die Detektion über Block 70 als im Inneren des Diagnosetestsystems 50 stattfindend dargestellt ist, ist Block 70 in anderen Ausführungsformen außerhalb des Diagnosetestsystems 50 bereitgestellt, und die Detektion erfolgt außerhalb des Diagnosetestsystems 50. In einigen Ausführungsformen findet die in Block 70 durchgeführte Detektion in der Steuervorrichtung 48 statt. In einigen Ausführungsformen kann die Analyse der detektierten Ergebnisse in Block 72 im Inneren des Diagnosetestsystems 50 unter Verwendung geeigneter Vorrichtungen, wie etwa Mikrocontroller oder Mikroprozessoren, durchgeführt werden. In anderen Ausführungsformen wird die Analysefunktion des Blocks 72 von der Steuervorrichtung 48 ausgeübt.
  • In der in 5 dargestellten Ausführungsform werden die Fluidsteuerfunktionen von Block 74 gesteuert. In verschiedenen Ausführungsformen steuert Block 74 Fluidbewegungen zu oder von einem oder mehreren der Blöcke 58, 62 und 64 oder durch einen oder mehrere beliebige der Wege 56, 60, 66 und 68. In verschiedenen Ausführungsformen schließt die Fluidsteuerung die Steuerung von Aktuatoren, wie etwa Pumpen oder Ventilen, die Regelung der Temperatur von Fluiden oder Proben über Vorrichtungen, wie etwa Heiz- oder Kühlvorrichtungen, und die Vorbereitung von Fluiden über geeignete Verfahren, die Mischen, Schütteln oder die Erzeugung eines Fluidwirbels einschließen, ein, ist aber nicht auf diese beschränkt. In verschiedenen Ausführungsformen werden die Fluidsteuerfunktionen durch die Bereitstellung eines oder mehrerer elektrischer Signale an einem oder mehreren Aktuatoren zur Steuerung einer Bewegung von einem oder mehreren Fluiden von mindestes einer der Kammern 16 erfüllt.
  • 6 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems. Das Diagnosetestsystem ist allgemein mit 76 gekennzeichnet. Das Diagnosetestsystem 76 stellt eine andere Ausführungsform des Diagnosetestsystems 10 dar und umfasst eine Basis 78, eine erste Schicht 80 und eine zweite Schicht 82. Die Basis 78 kann aus geeigneten Materialien in verschiedenen Ausführungsformen gebildet sein. Diese Materialien schließen die zur Herstellung der Basis 14 verwendeten Materialien ein. Die erste Schicht 80 und die zweite Schicht 82 können aus geeigneten Materialien in verschiedenen Ausführungsformen gebildet sein. Diese Materialien schließen die zur Herstellung der Schicht 12 verwendeten Materialien ein. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die erste Schicht 80 und die zweite Schicht 82 aus Elastomermaterialien gebildet, und die Basis 78 ist aus einem Material gebildet, das steifer ist als die erste Schicht 80 oder die zweite Schicht 82. In anderen Ausführungsformen können die erste Schicht 80 und die zweite Schicht 82 jeweils aus Materialien gebildet sein, die gleich steif sind wie die Basis 78 oder die steifer sind als die Basis 78.
  • In der in 6 veranschaulichten Ausführungsform umfasst die Basis 78 einen oder mehrere offene Bereiche, welche Abschnitte der Kammer 16 und des Kanals 18 umfassen. Die Schicht 80 ist an einer ersten Seite der Basis 78 an einer Oberfläche 84 befestigt, und die Schicht 82 ist an einer zweiten Seite der Basis 78 an einer Oberfläche 86 befestigt. Die erste Schicht 80 und die zweite Schicht 82 dichten in Zusammenarbeit die offenen Bereiche in der Basis 78 ab, um die Kammer 16 und den Kanal 18 zu bilden. Obwohl nur eine Kammer 16 und ein Kanal 18 dargestellt sind, kann in anderen Ausführungsformen eine beliebige geeignete Anzahl an Kammern 16 und Kanälen 18 vorhanden sein. In anderen Ausführungsformen können die Kammer 16 und der Kanal 18 eine beliebige geeignete Form oder Größe aufweisen.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst das Diagnosetestsystem 76 eine Pumpe 88, ein Ventil 90 und eine Heizvorrichtung 92. Das Diagnosetestsystem 76 umfasst zudem eine elektrische Schnittstelle (nicht dargestellt), die mit der Pumpe 88, dem Ventil 90 und der Heizvorrichtung 92 gekoppelt ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann die elektrische Schnittstelle in oder an der Basis 78, der ersten Schicht 80 oder der zweiten Schicht 82 angeordnet sein. Die Pumpe 88 ist mit der Kammer 16 ausgerichtet und kann aktiviert werden, um als Antwort auf ein oder mehrere Signale, die der Pumpe 88 über die elektrische Schnittstelle bereitgestellt werden, ein Fluid aus der Kammer 16 zu bewegen. Das Ventil 90 dichtet ein Fluid in der Kammer 16 ab, wenn es in einer geschlossen Stellung ist, wie in 6 dargestellt ist, und ermöglicht einem Fluid den Durchtritt, wenn die Pumpe 88 aktiviert ist. Die Heizvorrichtung 92 ist mit der elektrischen Schnittstelle gekoppelt und ausgestaltet, um als Antwort auf ein oder mehrere Signale, die der Heizvorrichtung 92 über die elektrische Schnittstelle bereitgestellt werden, eine Temperatur eines Fluids im Inneren der Kammer 16 anzuheben.
  • Die Pumpe 88 umfasst ein Aktuatorelement 94. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Aktuatorelement 94 an einer der Seiten oder im Inneren der ersten Schicht 80 bereitgestellt sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Aktuatorelement 94 aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt sein, das eine mechanische Verzerrung aufweist, wenn ein Signal angelegt wird. Die mechanische Verzerrung kann eine Durchbiegung oder Krümmung einschließen, und das Signal kann eine Spannung oder einen Strom einschließen. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Aktuatorelement 94 an der ersten Schicht 80 angebracht. Wird über die elektrische Schnittstelle eine Spannung angelegt, biegen sich das Aktuatorelement 94 und die erste Schicht 80 in die Richtung des Pfeils 96 und erzeugen einen Druck in der Kammer 16, der ausreicht, um ein Fluid in der Kammer 16 in die Richtung des Pfeils 98 zum Ventil 90 hin zu drücken. Wird die Spannung beseitigt, kehren das Aktuatorelement 94 und die erste Schicht 80 in ihre ursprüngliche Form oder Stellung zurück. Die Menge des in der Kammer 16 erzeugten Drucks kann durch Anlegen geeigneter Spannungen mit geeigneten Polaritäten an das Aktuatorelement 94 gesteuert werden.
  • Das Ventil 90 umfasst einen oberen Abschnitt 100 und einen unteren Abschnitt 102. In einer Ausführungsform steuert das Ventil 90 die Bewegung eines Fluids durch den Kanal 18 durch das Erzeugen einer Verformung, die eine Querschnittsfläche des Kanals 18 verändert. In der veranschaulichten Ausführungsform sind der obere Abschnitt 100 und der untere Abschnitt 102 aus einem geeigneten Elastomermaterial hergestellt. Ein Aktuatorelement 104 ist an einer Innenoberfläche des oberen Abschnitts 100 angebracht, und ein Aktuatorelement 106 ist an einer Innenoberfläche des unteren Abschnitts 102 angebracht. In anderen Ausführungsformen kann das Aktuatorelement 104 an anderen geeigneten Stellen innerhalb oder auf dem oberen Abschnitt 100 angeordnet sein, und das Aktuatorelement 106 kann an anderen geeigneten Stellen innerhalb oder auf dem unteren Abschnitt 102 angeordnet sein. In anderen Ausführungsformen umfasst der obere Abschnitt 100 kein Aktuatorelement 104 und/oder der untere Abschnitt 102 umfasst kein Aktuatorelement 106. Andere Ausführungsformen umfassen keinen oberen Abschnitt 100 und Aktuatorelement 104 oder keinen unteren Abschnitt 102 und Aktuatorelement 106. In verschiedenen Ausführungsformen können das Aktuatorelement 104 und das Aktuatorelement 106 aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt sein, welches eine mechanische Verzerrung aufweist, wenn ein Signal angelegt wird. Die mechanische Verzerrung kann eine Durchbiegung oder Krümmung einschließen, und das Signal kann eine Spannung oder einen Strom einschließen.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform sind der obere Abschnitt 100 und der untere Abschnitt 102 als in einer geschlossenen Stellung elastisch vorgespannt dargestellt, wodurch ein Fluid am Eintreten in oder Austreten aus der Kammer 16 gehindert wird. Das Aktuatorelement 104 und das Aktuatorelement 106 sind mit der elektrischen Schnittstelle verbunden. Wird über die elektrische Schnittstelle eine Spannung an die Aktuatorelemente 104 und 106 angelegt, so biegen sich die Aktuatorelemente 104 und 106 durch und trennen den oberen Abschnitt 100 von dem unteren Abschnitt 102 in eine offenen Stellung, die ausreicht, um einem Fluid den Durchtritt durch das Ventil 90 zu ermöglichen. Wird die Spannung beseitigt, so kehren die Aktuatorelemente 104 und 106 in ihre ursprüngliche Form oder Stellung zurück. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Ventil 90 zwischen einer geschlossenen und vollständig offenen Stellung arbeiten, um den Fluiddurchsatz zu maximieren, oder es kann zwischen einer geschlossenen und einer beliebigen geeigneten Anzahl an offenen Stellungen arbeiten, die von vollständig offen bis hin zu fast geschlossen reichen, um die Fluidmenge zu steuern, welcher der Durchtritt durch das Ventil 90 ermöglicht wird.
  • In einer Ausführungsform sind der obere Abschnitt 100 und der untere Abschnitt 102 aus einem Elastomermaterial hergestellt und sind in eine geschlossene Stellung elastisch vorgespannt, um den Austritt eines Fluids zu verhindern. Wird über die elektrische Schnittstelle eine Spannung an das Aktuatorelement 94 angelegt, so biegen sich das Aktuatorelement 94 und die erste Schicht 80 durch und erzeugen in der Kammer 16 einen geeigneten Druck, der ausreicht, um das Fluid in die Richtung des Pfeils 98 durch den oberen Abschnitt 100 und den unteren Abschnitt 102 zu zwingen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen können die Aktuatorelemente 94, 104 oder 106 aus einem beliebigen geeigneten piezoelektrischen Material, wie etwa einem piezoelektrischen Keramikmaterial oder einem anderen piezoelektrischen Kristallmaterial, hergestellt sein. In diesen Ausführungsformen biegen sich die Aktuatorelemente 94, 104 oder 106 beim Anlegen einer Spannung zur Herbeiführung der mechanischen Verschiebung oder Verformung durch. Das Variieren der Spannung kann das Ausmaß der Durchbiegung der Aktuatorelemente 94, 104 oder 106 variieren. Die Durchbiegung der einzelnen Aktuatorelemente 94, 104 oder 106 verursacht die Verformung der entsprechenden ersten Schicht 80, des oberen Abschnitts 100 oder unteren Abschnitts 102 und sorgt für das gewünschte Betätigungsergebnis. In einigen Ausführungsformen sind die Aktuatorelemente 94, 104 oder 106 aus zwei oder mehr piezoelektrischen Elementen hergestellt, und unterschiedliche Änderungen in der Länge der zwei oder mehr Elemente werden verstärkt, um relativ größere Ausmaße der Durchbiegung herbeizuführen. In einigen Ausführungsformen sind piezoelektrische Elemente in Serie geschaltet, und eine Verschiebung oder Verformung eines jeden einzelnen Elements trägt zur gewünschten Gesamtverschiebung oder -verformung bei.
  • In verschiedenen Ausführungsformen können die Aktuatorelemente 94, 104 oder 106 geeignete elektroaktive Polymermaterialien umfassen, die elektrische Energie in eine mechanische Bewegung umwandeln, wenn eine Spannung angelegt wird. In diesen Ausführungsformen kann das Ausmaß der Verschiebung oder Verformung der Aktuatorelemente 94, 104 oder 106 durch Anlegen geeigneter Spannungen mit geeigneten Polaritäten gesteuert werden.
  • In einigen Ausführungsformen wird die Verschiebung oder Verformung der Aktuatorelemente 94, 104 oder 106 durch das Anlegen geeigneter Spannungen mit geeigneten Polaritäten an die elektroaktiven Polymere verursacht, was eine elektrochemische Wirkung zur Folge hat. In diesen Ausführungsformen sind die elektroaktiven Polymere ionische Polymere, die über die Diffusion oder Beweglichkeit von Ionen aktiviert werden. Die für diese elektroaktiven Polymere verwendeten Materialien können Polymer-Metall-Verbundmaterialien, leitfähige Polymere, Gele und Kohlenstoffnanoröhren einschließen, sind aber nicht auf diese beschränkt. Diese elektroaktiven Polymere können sich als Antwort auf das Anlegen der Spannungen auf ein gewünschtes Volumen vergrößern und wieder auf ihr ursprüngliches Volumen zurückgehen.
  • In einigen Ausführungsformen wird die Verschiebung oder Verformung der Aktuatorelemente 94, 104 oder 106 durch das Anlegen geeigneter Spannungen mit geeigneten Polaritäten an die elektroaktiven Polymere verursacht, was in Gegenwart eines elektrischen Felds Verschiebungen oder Verformungen bewirkt. In diesen Ausführungsformen sind die elektroaktiven Polymere elektronische Polymere, die elektrostriktive, elektrostatische, piezoelektrische und ferroelektrische Polymere einschließen, aber nicht auf diese beschränkt sind. In einigen Ausführungsformen umfassen die Aktuatorelemente 94, 104 oder 106 ein dielektrisches, elastomeres Polymermaterial, das an beiden Seiten mit leitfähigen Elastomerfilmen beschichtet ist. Das Anlegen einer Spannung zwischen den beiden Filmen erzeugt eine elektrostatische Kraft, die das Polymermaterial zusammendrückt. Das Volumen des Polymermaterials ändert sich nicht, sodass das Zusammendrücken des Polymermaterials in eine Richtung das Polymermaterial dazu veranlasst, sich in eine oder mehrere andere Richtungen auszudehnen, um das Volumen konstant zu halten. Diese Ausdehnung erzeugt die Verschiebung oder Verformung.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform weisen die Aktuatorelemente 94, 104 oder 106 eine Zwei-Schichten-Bauweise auf und sind aus einer Schicht aus einem elektroaktiven Polymermaterial hergestellt, welches an einer Schicht aus einem Material angebracht ist, das sein Volumen beim Anlagen einer Spannung nicht verändert. Die Verschiebung oder Verformung des elektroaktiven Polymers verursacht die Durchbiegung der Aktuatorelemente 94, 104 oder 106. Das Ausmaß der Durchbiegung der Aktuatorelemente 94, 104 oder 106 kann durch Anlegen von geeigneten Spannungen mit geeigneten Polaritäten gesteuert werden. In verschiedenen Ausführungsformen können die elektroaktiven Polymere ionische Polymere, elektronische Polymere oder andere geeignete Arten von elektroaktiven Polymeren sein.
  • 7 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des Diagnosetestsystems 76, das in 6 dargestellt ist. Der Aufstellungsort des Aktuatorelements 94 ist durch eine gestrichelte Linie gezeigt. In dieser Ausführungsform sind ein Aktuatorelement 94 und eine Heizvorrichtung 92 mittig im Inneren der Kammer 16 oder auf diese ausgerichtet angeordnet. Der Aktuator 106 ist im unteren Abschnitt 102 enthalten und mittig im Inneren des Kanals 18 oder auf diesen ausgerichtet angeordnet. In anderen Ausführungsformen sind das Aktuatorelement 94 oder die Heizvorrichtung 92 nicht auf die Kammer 16 ausgerichtet. In anderen Ausführungsformen ist der Aktuator 106 nicht auf den Kanal 18 ausgerichtet. Die relativen Größen, Formen und Abmessungen der Kammer 16, des Kanals 18, der Aktuatoren 94 und 106, der Heizvorrichtung 92 und des unteren Abschnitts dienen dem Zweck der Veranschaulichung, und in anderen Ausführungsformen können andere geeignete Größen, Formen und Abmessungen vorliegen.
  • 8 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des in 6 veranschaulichten Diagnosetestsystems 76. In dieser Ausführungsform befinden sich die Pumpe 88 und das Ventil 90 in einem aktivierten Zustand. Die Aktuatoren 94, 104 und 106 sind mit der elektrischen Schnittstelle gekoppelt und ausgestaltet, um ein oder mehrere Signale von der elektrischen Schnittstelle zu empfangen. Diese Signale schließen Spannungen mit geeigneten Größen und Polaritäten ein, die zur Aktivierung der Pumpe 88 und des Ventils 90 ausreichen.
  • Die Pumpe 90 umfasst das Aktuatorelement 94, das an der ersten Schicht 80 angebracht ist. In dieser Ausführungsform wirkt die erste Schicht 80 als Membran. Die am Aktuatorelement 94 bereitgestellte Spannung verursacht die Durchbiegung des Aktuatorelements 94 und der ersten Schicht 80 in Richtung des Pfeils 96 und die Erzeugung eines Drucks in der Kammer 16, der ausreicht, um ein Fluid in der Kammer 16 in die Richtung des Pfeils 98 zum Ventil 90 hin zu drücken. In verschiedenen Ausführungsformen kehren das Aktuatorelement 94 und die erste Schicht 80 in ihre ursprüngliche Form oder Stellung zurück, wenn die Spannung geändert oder aufgehoben wird, wie in 6 dargestellt ist.
  • Ist das Ventil 90 nicht aktiviert, so befindet sich das Ventil 90 in einer geschlossenen Stellung und dichtet ein Fluid in der Kammer 16 ab und/oder hält ein Fluid außerhalb der Kammer 16. Das Ventil 90 ist in 8 in einer aktivierten oder offenen Stellung dargestellt, und ein Fluid kann in der Richtung des Pfeils 98 durchtreten. Das Aktuatorelement 104 und das Aktuatorelement 106 sind mit der elektrischen Schnittstelle gekoppelt, um ein oder mehrere Signale zu empfangen. In dieser Ausführungsform sind die Signale Spannungen, welche die Durchbiegung der Aktuatorelemente 104 und 106 verursachen, um den oberen Abschnitt 102 und den unteren Abschnitt 100 ausreichend zu trennen, um den Durchtritt des Fluids zu ermöglichen. In verschiedenen Ausführungsformen werden der obere Abschnitt 100 und der untere Abschnitt 102 elastisch in die geschlossene Stellung vorgespannt, wie in 6 dargestellt ist, wenn die Spannung geändert oder beseitigt wird, wodurch verhindert wird, dass ein verbleibendes Fluid (falls vorhanden) aus der Kammer 16 austritt oder Fluide in die Kammer 16 eintreten.
  • 9 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems. Das Diagnosetestsystem ist allgemein mit 108 gekennzeichnet. Diese Ausführungsform ist dem Diagnosetestsystem 76 ähnlich und umfasst eine zweite Pumpe, die mit 110 gekennzeichnet ist. Die Pumpe 110 ist mit der elektrischen Schnittstelle gekoppelt und auf die Kammer 16 ausgerichtet. Die Pumpe 110 wird gleichzeitig mit der Pumpe 88 aktiviert und arbeitet in Zusammenwirkung mit der Pumpe 88, um als Antwort auf ein oder mehrere Signale, die über die elektrische Schnittstelle bereitgestellt werden, ein Fluid aus der Kammer 16 zu pumpen. Die Pumpe 110 umfasst ein Aktuatorelement 112. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Aktuatorelement 112 an einer der Seiten oder im Inneren der zweiten Schicht 82 bereitgestellt sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Aktuatorelement 112 aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt sein, das eine mechanische Verzerrung aufweist, wenn ein Signal angelegt wird. Geeignete Signale schließen eine Spannung oder einen Strom ein. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Aktuatorelement 112 an der zweiten Schicht 82 angebracht. Werden über die elektrische Schnittstelle geeignete Spannungen an die Pumpe 88 und die Pumpe 110 angelegt, biegen sich das Aktuatorelement 94 und die erste Schicht 80 in die Richtung des Pfeils 96, und das Aktuatorelement 112 und die zweite Schicht 82 biegen sich in die Richtung des Pfeils 114. Dadurch wird ein Druck in der Kammer 16 erzeugt, der ausreicht, um ein Fluid in der Kammer 16 in die Richtung des Pfeils 98 zum Ventil 90 hin zu drücken. In dieser Ausführungsform ist die Heizvorrichtung 92 ausreichend biegsam, um die Durchbiegung der zweiten Schicht mit dem Aktuatorelement 112 zuzulassen. Werden die Spannungen geändert oder beseitigt, kehren das Aktuatorelement 94 und die erste Schicht 80 und das Aktuatorelement 112 und die zweite Schicht 82 in ihre ursprüngliche Form oder Stellung zurück. Die Menge des in der Kammer 16 erzeugten Drucks kann durch Anlegen geeigneter Spannungen an die Aktuatorelemente 94 und 112 gesteuert werden. Ausführungsformen des Aktuatorelements 112 schließen die für das Aktuatorelement 94 beschriebenen oder ins Auge gefassten Ausführungsformen ein. Das Ventil 90 dichtet ein Fluid in der Kammer 16 ab, wenn es in der geschlossenen Stellung ist, wie in 9 dargestellt ist, und ermöglicht einem Fluid den Durchtritt, wenn es in einer offenen Stellung ist, wie in 8 dargestellt ist.
  • 10 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems. Das Diagnosetestsystem ist allgemein mit 116 gekennzeichnet. Das Diagnosetestsystem 116 umfasst ein Ventil 90 und eine Pumpe 118. Die Pumpe 118 umfasst eine Fluidkammer 120, eine Heizvorrichtung 122 und eine Elastomermembran 124. Die Heizvorrichtung 122 kann unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Ansatzes hergestellt sein und schließt die für die Heizvorrichtung 92 offenbarten Ausführungsformen ein. In einer Ausführungsform umfasst die Heizvorrichtung 122 ein oder mehrere Widerstandselemente. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Heizvorrichtung 122 mit der elektrischen Schnittstelle (nicht dargestellt) gekoppelt. Wird über die elektrische Schnittstelle ein elektrischer Strom an die Heizvorrichtung 122 angelegt, wird Wärme an ein geeignetes Betätigungsfluid übertragen, das im Inneren der Kammer 120 enthalten ist. Erreicht das Fluid in der Kammer 120 eine Temperatur, die zur Verursachung der Bildung einer Dampfblase ausreichend ist, so erzeugt die Dampfblase örtlich einen Druck im Inneren der Kammer 120, der die Membran 124 ausdehnt und eine Verschiebung oder Verformung in die Richtung des Pfeils 126 erzeugt. Der durch die Verschiebung oder Verformung der Membran 124 erzeugte Druck reicht aus, um ein Fluid im Inneren der Kammer 16 in die Richtung des Pfeils 128 zum Ventil 90 hin zu bewegen. Das Ventil 90 dichtet ein Fluid in der Kammer 16 ab, wenn es in der geschlossenen Stellung ist, wie in 10 dargestellt ist, und ermöglicht einem Fluid den Durchtritt, wenn es in einer offenen Stellung ist, wie in 8 dargestellt ist. Wird der Strom reduziert oder von der Heizvorrichtung 122 abgetrennt, kühlt die Kammer 120 ausreichend ab, um das Zusammenfallen der Dampfblase und die Rückkehr des Fluids in der Kammer 120 in einen flüssigen Zustand zu ermöglichen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann die Kammer 120 mit einem oder mehreren Kanälen 18 oder Kammern 16 gekoppelt sein und in Fluidverbindung stehen. Die Kammer 120 kann mit einer externen Öffnung gekoppelt sein, die verwendet wird, um das Betätigungsfluid für die Kammer 120 bereitzustellen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der der Heizvorrichtung 122 zugeführte elektrische Strom variiert werden, um das Ausmaß der Verschiebung oder Verformung der Membran 124 zu steuern und dadurch die Stärke des Drucks zu steuern, der im Inneren der Kammer 16 erzeugt wird. Die relativen Größen, Formen und Abmessungen der Fluidkammer 120, der Heizvorrichtung 122, der Membran 124, der Kammer 16, des Kanals 18 oder des Ventils 90 dienen dem Zweck der Veranschaulichung, und in anderen Ausführungsformen können andere geeignete Größen, Formen und Abmessungen vorliegen. Obwohl die Pumpe 118 als in der Basis 78 enthalten dargestellt ist, kann die Pumpe 118 in anderen Ausführungsformen in der ersten Schicht 80, der zweiten Schicht 82 oder in einer beliebigen Kombination aus Basis 78, erster Schicht 80 und zweiter Schicht 82 eingebaut sein. Obwohl in der Kammer 16 eine Pumpe 118 dargestellt ist, können in anderen Ausführungsformen zwei oder mehr Pumpen 118 in der Kammer 16 enthalten sein.
  • 11 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems. Das Diagnosetestsystem ist allgemein mit 130 gekennzeichnet. Das Diagnosetestsystem 130 stellt eine andere Ausführungsform des Diagnosetestsystems 10 dar und umfasst eine Schicht 12 und eine Basis 14. Die Schicht 12 und die Basis 14 sind so angebracht, dass sie eine Kammer 16 und einen Kanal 18 ausbilden.
  • Die Materialien und Ausführungsformen der Schicht 12 und der Basis 14 schließen die anhand der 1–4 offenbarten Materialien ein. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Basis aus Materialien gebildet sein, die biegsamer, gleich biegsam oder weniger biegsam als die Schicht 12 sind. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Basis 14 aus einem im Wesentlichen steifen Material gebildet, und die Schicht 12 ist aus einem biegsamen Material gebildet. In anderen Ausführungsformen kann das Diagnosetestsystem 130 aus einer Basis 78, einer ersten Schicht 80 und einer zweiten Schicht 82 ausgebildet sein.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst das Diagnosetestsystem 130 eine Pumpe 88, eine Heizvorrichtung 92, ein Ventil 132 und ein optisches Fenster 134. Das Diagnosetestsystem 130 umfasst zudem eine elektrische Schnittstelle (nicht dargestellt), die mit der Pumpe 88, der Heizvorrichtung 92 und dem Ventil 132 gekoppelt ist. Die Pumpe 88 ist mit der Kammer 16 ausgerichtet und kann aktiviert werden, um als Antwort auf ein oder mehrere Signale, die über die Schnittstelle bereitgestellt werden, ein Fluid aus der Kammer 16 zu bewegen. Das Ventil 132 dichtet ein Fluid in der Kammer 16 ab, wenn es sich in einer geschlossenen Stellung befindet, wie in 11 dargestellt ist, und ermöglicht einem Fluid den Durchtritt, wenn die Pumpe 88 aktiviert ist. Die Pumpe 88 ist in 8 in einem aktivierten Zustand dargestellt. In einer Ausführungsform steuert das Ventil 132 die Bewegung eines Fluids durch den Kanal 18 durch Erzeugen einer Verformung, die eine Querschnittsfläche des Kanals 18 verändert. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Heizvorrichtung 92 mit der elektrischen Schnittstelle gekoppelt und ausgestaltet, um als Antwort auf ein oder mehrere Signale, die an der elektrischen Schnittstelle bereitgestellt werden, eine Temperatur eines Fluids im Inneren der Kammer 16 anzuheben. Die Ausführungsformen der Pumpe 88, der Heizvorrichtung 92 und der elektrischen Schnittstelle schließen die anhand der 1-10 offenbarten Ausführungsformen ein.
  • Das Ventil 132 umfasst einen oberen Abschnitt 100 und einen unteren Abschnitt 140. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der obere Abschnitt 100 aus einem geeigneten Elastomermaterial hergestellt und der untere Abschnitt 140 ist im Inneren der Basis 14 ausgebildet. Wenn sich das Ventil 132 in einer geschlossenen Stellung befindet, wie in 11 veranschaulicht ist, ist der obere Abschnitt 100 gegen den unteren Abschnitt 140 elastisch vorgespannt, wodurch ein Fluid am Eintritt in oder am Austritt aus der Kammer 16 gehindert wird. Das Aktuatorelement 104 ist mit der elektrischen Schnittstelle gekoppelt. Das Ventil 132 ist in einer offenen Stellung, wie in 14 dargestellt ist, wenn über die elektrische Schnittstelle eine geeignete Spannung mit einer geeigneten Polarität an das Aktuatorelement 104 angelegt wird. Die Spannung verursacht die Durchbiegung des Aktuatorelements 104 und die ausreichende Trennung des oberen Abschnitts 100 von dem unteren Abschnitt 140, um den Durchtritt des Fluids durch das Ventil 132 zu ermöglichen. Wird die Spannung geändert oder beseitigt, kehrt das Aktuatorelement 104 in seine ursprüngliche Form oder Stellung zurück. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Ventil 132 zwischen einer geschlossenen und einer vollständig offenen Stellung arbeiten, um den Fluiddurchsatz zu maximieren, oder es kann zwischen einer geschlossenen und einer beliebigen geeigneten Anzahl an offenen Stellungen arbeiten, die von vollständig offen bis hin zu fast geschlossen reichen, um die Fluidmenge, der der Durchtritt durch das Ventil 132 ermöglicht wird, zu steuern, wenn die Pumpe 88 aktiviert ist.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform erleichtert das optische Fenster 134 den Nachweis eines Analyten. In verschiedenen Ausführungsformen sorgt das optische Fenster 134 für den Durchlass elektromagnetischer Strahlung, die sichtbares Licht umfassen kann. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das optische Fenster 134 unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Materials hergestellt, das optisch transparent ist. Diese Materialien schließen Polypropylen- und Polycarbonatmaterialien oder Glas ein, sind aber nicht auf diese beschränkt.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform ist das optische Fenster 134 auf die Kammer 16 ausgerichtet. In verschiedenen Ausführungsformen kann das optische Fenster 134 zur Überwachung des Fortschritts einer Reaktion im Inneren der Kammer 16 oder zur Überwachung einer Reaktion im Inneren der Kammer 16, die für ein Ergebnis, etwa für den Nachweis eines gewünschten Analyten, sorgt, verwendet werden. Eine im Inneren der Kammer 16 stattfindende Reaktion, die zur Bildung elektromagnetischer Strahlung mit geeigneten Wellenlängen führt, kann außerhalb der Kammer 16 detektiert werden. Werden beispielsweise in verschiedenen Ausführungsformen geeignete Marker verwendet, so kann das optische Fenster 134 dazu benutzt werden, gewünschte Analyten zu betrachten, die aus den Reaktionen im Inneren der Kammer 16 entstehen. Diagnosetests, die vom Diagnosetestsystem 130 durchgeführt werden können, schließen FIA-Tests, die einen Fluoreszenzmarker oder einen Enzymmarker verwenden, um ein fluoreszierendes Produkt zu bilden, CLIA-Tests, die einen Chemolumineszenzmarker verwenden, um lichterzeugende Reaktionen auszulösen, oder ELISA-Tests, die ein Enzym verwenden, um eine farberzeugende Reaktion zu katalysieren, ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt.
  • In anderen Ausführungsformen umfasst das Diagnosetestsystem 130 ein oder mehrere Filter und/oder einen oder mehrere Spiegel. In diesen Ausführungsformen sind die Filter und Spiegel auf die Kammer 16 ausgerichtet und/oder in deren Nähe angeordnet, um den Nachweis von Analyten zu verbessern. Die Filter lassen in verschiedenen Ausführungsformen geeignete Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche durch, die außerhalb der Kammer 16 detektiert werden können. Die Filter können optische Filter und andere Filter, wie etwa Bandpassfilter oder Interferenzfilter, einschließen. In einigen Ausführungsformen wird der Nachweis des Analyten von externen Instrumenten durch einen Austausch elektromagnetischer Strahlung durchgeführt. In einigen Ausführungsformen umfassen das Diagnosetestsystem 130 und/oder eine Steuervorrichtung oder ein externes Instrument eine oder mehrere Licht emittierende Dioden und Detektoren, wie etwa Photodioden, um die Gegenwart von elektromagnetischer Strahlung oder Veränderungen dieser nachzuweisen. In einigen Ausführungsformen können die Filter zur Messung von Lumineszenz oder Fluoreszenz bei geeigneten Wellenlängen verwendet werden. Geeignete elektromagnetische Frequenzen, die vom Diagnosetestsystem 130 oder einem externen Instrument bereitgestellt werden, können auch in verschiedenen Ausführungsformen zur Einleitung oder Auslösung chemischer Reaktionen im Inneren der Kammer 16 oder zur Verstärkung oder Anregung von Reaktionsprodukten im Inneren der Kammer 16 für deren Nachweis verwendet werden.
  • 12 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des Diagnosetestsystems 130, das in 11 dargestellt ist. Der Aufstellungsort des Aktuatorelements 94 ist durch eine gestrichelte Linie gezeigt. In dieser Ausführungsform sind ein Aktuatorelement 94 und eine Heizvorrichtung 92 mittig im Inneren der Kammer 16 oder auf diese ausgerichtet angeordnet. Das Aktuatorelement 104 ist im oberen Abschnitt 100 enthalten und mittig im Inneren des Kanals 18 oder auf diesen ausgerichtet angeordnet. In anderen Ausführungsformen sind das Aktuatorelement 94 oder die Heizvorrichtung 92 nicht auf die Kammer 16 ausgerichtet. In anderen Ausführungsformen ist das Aktuatorelement 104 nicht auf den Kanal 18 ausgerichtet. Das optische Fenster 134 ist mittig im Inneren der Kammer 16 oder auf diese ausgerichtet angeordnet, um den Nachweis eines gewünschten Analyten zu verbessern. In anderen Ausführungsformen ist das optische Fenster 134 nicht mittig in der Kammer 16 angeordnet und ist innerhalb eines beliebigen geeigneten Bereichs der Kammer 16, etwa an einer Seite der Basis 14 oder in der Schicht 12, angeordnet. Die relativen Größen, Formen und Abmessungen der Kammer 16, des Kanals 18, der Aktuatoren 94 und 104, der Heizvorrichtung 92, des oberen Abschnitts 100 und des optischen Fensters 134 dienen dem Zweck der Veranschaulichung, und in anderen Ausführungsformen können sie andere geeignete Größen, Formen und Abmessungen aufweisen.
  • 13 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems. Das Diagnosetestsystem ist allgemein mit 144 gekennzeichnet und umfasst ein optisches Fenster 146 und einen Sensor 148. In dieser Ausführungsform erleichtert das optische Fenster 146 den Nachweis eines Analyten. Das optische Fenster 146 sorgt für den Durchlass elektromagnetischer Strahlung, die sichtbares Licht umfassen kann. Das optische Fenster 146 kann unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Materials hergestellt sein, das optisch transparent ist. Diese Materialien schließen Polypropylen- und Polycarbonatmaterialien oder Glas ein, sind aber nicht auf diese beschränkt. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das optische Fenster 146 auf die Kammer 16 ausgerichtet und kann zur Überwachung des Fortschritts einer Reaktion im Inneren der Kammer 16 oder zur Überwachung einer Reaktion im Inneren der Kammer 16, die für ein geeignetes Ergebnis, etwa für den Nachweis eines gewünschten Analyten, sorgt, verwendet werden.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Sensor 148 in der Nähe des optischen Fensters 146 angeordnet. In der veranschaulichten Ausführungsform kann der Sensor 148 eine beliebige geeignete Art von Sensor sein, der die Gegenwart elektromagnetischer Strahlung oder eine Veränderung dieser detektieren kann, die aus einer Reaktion entsteht, die im Inneren der Kammer 16 stattfindet. In der veranschaulichten Ausführungsform wandelt der Sensor 148 die elektromagnetische Strahlung in entsprechende elektrische Signale um. Der Sensor 148 ist mit einer elektrischen Schnittstelle (nicht dargestellt) verbunden und ist dazu geeignet, die elektrischen Signale an die Schnittstelle weiterzuleiten. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Sensor 148 eine Photodiode, ein ladungsgekoppeltes Element (CCD) oder eine andere Art eines geeigneten Sensors sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Sensor 148 zur Messung der Eigenschaften eines Fluids oder einer Reaktion im Inneren der Kammer 16 verwendet werden, die Lumineszenz, Fluoreszenz, Farbe, Temperatur oder elektrische Eigenschaften wie etwa den Leitwert (conductance) einschließen, aber nicht auf diese beschränkt sind. In anderen Ausführungsformen kann der Sensor 148 an einem beliebigen geeigneten Bereich der Basis 14 oder der Schicht 12 oder irgendwo im Inneren der Kammer 16 angeordnet sein.
  • 14 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems. Das Diagnosetestsystem ist allgemein mit 150 gekennzeichnet. Das Diagnosetestsystem 150 umfasst ein Ventil 132 und eine Pumpe 152. Die Pumpe 152 umfasst eine Fluidkammer 154, eine Heizvorrichtung 156 und eine Elastomermembran 158. Die Heizvorrichtung 156 kann unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Ansatzes aufgebaut sein und schließt die für die Heizvorrichtung 92 oder die Heizvorrichtung 122 offenbarten Ausführungsformen ein. In einer Ausführungsform umfasst die Heizvorrichtung 156 ein oder mehrere Widerstandselemente. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Heizvorrichtung 156 mit der elektrischen Schnittstelle (nicht dargestellt) verbunden. Wird über die elektrische Schnittstelle ein elektrischer Strom an die Heizvorrichtung 156 angelegt, wird Wärme an ein geeignetes Betätigungsfluid übertragen, das im Inneren der Kammer 154 enthalten ist. Erreicht das Fluid in der Kammer 154 eine Temperatur, die zur Verursachung der Bildung einer Dampfblase ausreichend ist, so erzeugt die Dampfblase örtlich einen Druck, der die Membran 158 in die Richtung des Pfeils 157 ausdehnt. Der durch die Verschiebung oder Verformung der Membran 158 in der Kammer 16 erzeugte Druck reicht aus, um ein Fluid im Inneren der Kammer 16 in die Richtung des Pfeils 159 zum Ventil 132 hin zu drücken. Das Ventil 132 dichtet das Fluid in der Kammer 16 ab, wenn es sich in der geschlossenen Stellung befindet, wie in 11 dargestellt ist, und ermöglicht einem Fluid den Durchtritt, wenn es sich in einer offenen Stellung befindet, wie in 14 dargestellt ist. Wird der elektrische Strom von der Heizvorrichtung 156 beseitigt, kühlt die Kammer 154 ausreichend ab, um das Zusammenfallen der Dampfblase und die Rückkehr des Fluids in der Kammer 154 in einen flüssigen Zustand zu ermöglichen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann die Kammer 154 mit einem oder mehreren Kanälen 18 oder Kammern 16 gekoppelt sein und in Fluidverbindung stehen. Die Kammer 154 kann mit einer externen Öffnung verbunden sein, die verwendet wird, um das Betätigungsfluid für die Kammer 154 bereitzustellen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der der Heizvorrichtung 156 zugeführte elektrische Strom variiert werden, um das Ausmaß der Verschiebung oder Verformung der Membran 158 zu steuern und dadurch die Stärke des Drucks, der im Inneren der Kammer 16 erzeugt wird, zu steuern. Die relativen Größen, Formen und Abmessungen der Fluidkammer 154, der Heizvorrichtung 156, der Membran 158, der Kammer 16, des Kanals 18 oder des Ventils 132 dienen dem Zweck der Veranschaulichung, und in anderen Ausführungsformen können andere geeignete Größen, Formen und Abmessungen vorliegen. Obwohl die Pumpe 152 als in der Basis 14 enthalten dargestellt ist, kann die Pumpe 152 in anderen Ausführungsformen in der Schicht 12, in anderen Bereichen der Basis 14, wie etwa an einer Seite der Basis 14, oder irgendwo in der Kammer 16 eingebaut sein. Obwohl in der Kammer 16 eine Pumpe 152 dargestellt ist, können in anderen Ausführungsformen zwei oder mehr Pumpen 152 in der Kammer 16 enthalten sein.
  • 15 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems. Das Diagnosetestsystem ist allgemein mit 160 gekennzeichnet. Das Diagnosetestsystem 160 stellt eine andere Ausführungsform des Diagnosetestsystems 130 dar, die zwei Ventile 132 umfasst, die als Ventil 132a und Ventil 132b dargestellt sind. Das Diagnosetestsystem 160 umfasst zudem eine Pumpe 88, eine Heizvorrichtung 92 und ein optisches Fenster 134. Das Diagnosetestsystem 160 umfasst ferner eine elektrische Schnittstelle (nicht dargestellt), die mit der Pumpe 88, der Heizvorrichtung 92 und den Ventilen 132a und 132b gekoppelt ist. Die Pumpe 88 ist mit der Kammer 16 ausgerichtet und kann aktiviert werden, um als Antwort auf ein oder mehrere Signale, die über die elektrische Schnittstelle bereitgestellt werden, ein Fluid aus der Kammer 16 zu bewegen. Die Ventile 132a und 132a dichten ein Fluid in der Kammer 16 ab, wenn sie sich in einer geschlossenen Stellung befinden, wie in 15 dargestellt ist, und jedes einzelne oder beide können einem Fluid den Durchtritt ermöglichen, wenn die Pumpe 88 aktiviert ist.
  • Das Ventil 132a ist im Kanal 18a angeordnet und umfasst einen oberen Abschnitt 100a, ein Aktuatorelement 104a und einen unteren Abschnitt 140a. Das Ventil 132b ist im Kanal 18b angeordnet und umfasst einen oberen Abschnitt 100b, ein Aktuatorelement 104b und einen unteren Abschnitt 140b. Die Aktuatorelemente 104a und 104b sind jeweils mit der elektrischen Schnittstelle verbunden. In verschiedenen Ausführungsformen können geeignete Spannungen mit geeigneten Polaritäten an die Aktuatorelemente 104a und 104a gleichzeitig oder zu unterschiedlichen Zeiten angelegt werden, um die Strömung eines Fluids in die oder aus der Kammer 16 zu steuern. Die Ventile 132a und 132b können jeweils zwischen einer geschlossenen und vollständig offenen Stellung arbeiten, um den Fluiddurchsatz zu maximieren, oder sie können jeweils zwischen einer geschlossenen und einer beliebigen geeigneten Anzahl an offenen Stellungen arbeiten, die von vollständig offen bis hin zu fast geschlossen reichen, um die Fluidmenge zu steuern, welcher der Durchtritt ermöglicht wird. In anderen Ausführungsformen können drei oder mehr Kanäle 18 mit der Kammer 16 verbunden sein, und jeder dieser drei oder mehr Kanäle 18 kann ein Ventil 132 umfassen.
  • 16 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des Diagnosetestsystems 160, das in 15 dargestellt ist. Der Aufstellungsort des Aktuatorelements 94 ist durch eine gestrichelte Linie gezeigt. In dieser Ausführungsform sind ein Aktuatorelement 94 und eine Heizvorrichtung 92 mittig im Inneren der Kammer 16 oder auf diese ausgerichtet angeordnet. Das Aktuatorelement 104a im oberen Abschnitt 100a und das Aktuatorelement 104b im oberen Abschnitt 100b sind auf die Kanäle 18a bzw. 18b ausgerichtet. In anderen Ausführungsformen sind das Aktuatorelement 94 und die Heizvorrichtung 92 nicht auf die Kammer 16 ausgerichtet. In anderen Ausführungsformen sind das Aktuatorelement 104a und das Aktuatorelement 104b nicht auf die Kanäle 18a bzw. 18b ausgerichtet. Das optische Fenster 134 ist mittig im Inneren der Kammer 16 angeordnet, um den Nachweis eines gewünschten Analyten zu verbessern. In anderen Ausführungsformen ist das optische Fenster 134 nicht mittig in der Kammer 16 angeordnet und ist innerhalb anderer geeigneter Bereiche der Kammer 16, etwa an einer Seite der Basis 14 oder in der Schicht 12, angeordnet. Die relativen Größen, Formen und Abmessungen der Kammer 16, des Kanals 18, der Aktuatorelemente 94, 104a und 104b, der Heizvorrichtung 92, der oberen Abschnitte 100a und 100b, der unteren Abschnitte 140a und 140b und des optischen Fensters 134 dienen dem Zweck der Veranschaulichung, und in anderen Ausführungsformen können sie andere geeignete Größen, Formen und Abmessungen aufweisen.
  • 17 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems. Das Diagnosetestsystem ist allgemein mit 166 gekennzeichnet. Das Diagnosetestsystem 166 umfasst eine Basis 78, eine erste Schicht 80 und eine zweite Schicht 82. Die Basis 78, die erste Schicht 80 und die zweite Schicht 82 können aus geeigneten Materialien in verschiedenen Ausführungsformen gebildet sein, welche die zur Herstellung des Diagnosetestsystems 76 offenbarten Materialien einschließen. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die erste Schicht 80 und die zweite Schicht 82 aus Elastomermaterialien gebildet, und die Basis 78 ist aus einem Material gebildet, das steifer ist als die erste Schicht 80 oder die zweite Schicht 82. In anderen Ausführungsformen können die erste Schicht 80 und/oder die zweite Schicht 82 aus Materialien gebildet sein, die gleich steif wie die Basis 78 oder steifer als die Basis 78 sind. In anderen Ausführungsformen kann das Diagnosetestsystem 166 eine Schicht 12 und eine Basis 14 umfassen.
  • In der in 17 veranschaulichten Ausführungsform umfasst die Basis 78 einen oder mehrere offene Bereiche, die Abschnitte der Kammer 16 und des Kanals 18 umfassen. Die Schicht 80 ist an einer ersten Seite der Basis 78 an einer Oberfläche 84 angebracht, und die Schicht 82 ist an einer zweiten Seite der Basis 78 an einer Oberfläche 86 angebracht. Die erste Schicht 80 und die zweite Schicht 82 dichten in Zusammenwirkung die offenen Bereiche in der Basis 78 ab, um die Kammer 16 und den Kanal 18 zu bilden. Obwohl nur eine Kammer 16 und ein Kanal 18 dargestellt sind, kann in anderen Ausführungsformen eine beliebige geeignete Anzahl an Kammern 16 und Kanälen 18 vorhanden sein. In anderen Ausführungsformen können die Kammer 16 und der Kanal 18 eine beliebige geeignete Form oder Größe aufweisen.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst das Diagnosetestsystem 166 eine Pumpe 168, ein Ventil 170 und eine Heizvorrichtung 92. Das Diagnosetestsystem 166 umfasst zudem eine elektrische Schnittstelle (nicht dargestellt), die mit der Pumpe 168, dem Ventil 170 und der Heizvorrichtung 92 gekoppelt ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann die elektrische Schnittstelle an einer der Seiten oder innerhalb einer oder mehrerer Seiten der Basis 78, der ersten Schicht 80 oder der zweiten Schicht 82 angeordnet sein. Die Pumpe 168 umfasst ein Aktuatorelement 172, das mit der Kammer 16 und in einem Innenbereich dieser ausgerichtet ist. Die Pumpe 168 kann aktiviert werden, um als Antwort auf ein oder mehrere Signale, die der Pumpe über die elektrische Schnittstelle 168 bereitgestellt werden, ein Fluid aus der Kammer 16 zu bewegen. Das Ventil 170 umfasst ein oberes Aktuatorelement 178 und ein unteres Aktuatorelement 182. Das obere Aktuatorelement 178 und das untere Aktuatorelement 182 sind in einem Innenbereich des Kanals 18 angeordnet. Das Ventil 170 dichtet ein Fluid in der Kammer 16 ab, wenn es sich in einer geschlossenen Stellung befindet, und ermöglicht einem Fluid den Durchtritt, wenn es sich in einer offenen Stellung befindet. In einer Ausführungsform steuert das Ventil 170 die Bewegung eines Fluids durch den Kanal 18 durch Erzeugen einer Verformung, die eine Querschnittsfläche des Kanals 18 verändert. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Heizvorrichtung 92 mit der elektrischen Schnittstelle verbunden und ausgestaltet, um als Antwort auf ein oder mehrere Signale, die an der elektrischen Schnittstelle bereitgestellt werden, eine Temperatur eines Fluids im Inneren der Kammer 16 anzuheben.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Aktuatorelemente 172, 178 und 182 aus einem beliebigen geeigneten elektroaktiven Polymermaterial hergestellt, das elektrische Energie in eine mechanische Bewegung umwandelt, wenn eine Spannung angelegt wird. In diesen Ausführungsformen kann das Ausmaß der Bewegung oder Verformung der Aktuatorelemente 172, 178 und 182 durch Anlegen geeigneter Spannungen mit geeigneten Polaritäten gesteuert werden. In der in 17 dargestellten Ausführungsform sind die Aktuatorelemente 172, 178 und 182 aus elektroaktiven Polymermaterialien oder ionischen Polymermaterialien gebildet, die über die Diffusion oder Beweglichkeit von Ionen eine elektrochemische Wirkung und Volumenveränderung erfahren, wenn eine geeignete Spannung angelegt wird. Die für diese elektroaktiven Polymere verwendeten Materialien können Polymer-Metall-Verbundmaterialien, leitfähige Polymere, Gele und Kohlenstoffnanoröhren einschließen, sind aber nicht auf diese beschränkt. In den veranschaulichten Ausführungsformen können sich die Aktuatorelemente 172, 178 und 182 als Antwort auf das Anlegen oder Ändern von Spannungen mit geeigneten Polaritäten auf ein beliebiges gewünschtes Volumen vergrößern und wieder auf ihr ursprüngliches Volumen zurückgehen. In anderen Ausführungsformen können die Aktuatorelemente 172, 178 und 182 aus anderen geeigneten elektroaktiven Polymermaterialien hergestellt sein, die elektrostriktive, elektrostatische, piezoelektrische und ferroelektrische Polymermaterialien einschließen, jedoch nicht auf diese beschränkt sind.
  • In den veranschaulichten Ausführungsformen sind die Aktuatorelemente 172, 178 und 182 in einem nicht aktivierten Zustand dargestellt, was dem Anlegen keiner Spannungen entspricht. Die gestrichelten Umrisse, die für das Aktuatorelement 172 mit 174, für das Aktuatorelement 178 mit 180 und für das Aktuatorelement 182 mit 184 gekennzeichnet sind, stellen die Vergrößerung des Volumens der Aktuatorelemente 172, 178 und 182 dar, wenn sie sich nach dem Anlegen der geeigneten Spannungen im aktivierten Zustand befinden. Werden die Spannungen geändert oder beseitigt, kehren die Aktuatorelemente 172, 178 und 182 in ihre ursprüngliche Form oder Stellung zurück. In verschiedenen Ausführungsformen können die Aktuatorelemente 172, 178 und 182 ein beliebiges Volumen oder eine beliebige Form aufweisen, wenn sie sich im nicht aktivierten oder im aktivierten Zustand befinden. Obwohl der Aktuator 172 als an der ersten Schicht 80 angebracht dargestellt ist, kann das Aktuatorelement 172 in anderen Ausführungsformen an der zweiten Schicht 82, der Basis 78 oder irgendwo im Inneren der Kammer 16 angeordnet sein. Auch kann in anderen Ausführungsformen mehr als ein Aktuator 172 im Inneren der Kammer 16 vorhanden sein.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform vergrößert sich dann, wenn nach dem Anlegen einer geeigneten Spannung über die elektrische Schnittstelle die Pumpe 168 aktiviert ist, das Volumen des Aktuatorelements 172 auf den mit 174 gekennzeichneten Umriss und erzeugt im Inneren der Kammer 16 einen Druck, der ausreicht, um ein Fluid in der Kammer 16 in die Richtung des Pfeils 176 zum Ventil 170 zu drücken. Wird die Spannung geändert oder beseitigt, kehrt das Aktuatorelement 172 zu seiner ursprünglichen Form oder Volumen zurück, wie durch den mit 172 gekennzeichneten Umriss dargestellt ist. Das Ausmaß der Volumenvergrößerung des Aktuatorelements 172 und somit die Stärke des Drucks, der im Inneren der Kammer 16 erzeugt wird, können durch Anlegen geeigneter Spannungen an das Aktuatorelement 172 gesteuert werden.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform vergrößert sich das Volumen des Aktuatorelements 178 auf den mit 180 gekennzeichneten Umriss, wenn es sich nach dem Anlegen einer geeigneten Spannung über die elektrische Schnittstelle im aktivierten Zustand befindet, und das Volumen des Aktuatorelements 182 vergrößert sich auf den mit 184 gekennzeichneten Umriss, wenn es sich nach dem Anlegen einer geeigneten Spannung über die elektrische Schnittstelle im aktivierten Zustand befindet. Im aktivierten Zustand sind die Aktuatorelemente 178 und 182 in einer geschlossenen Stellung elastisch vorgespannt, wodurch ein Fluid am Eintritt in oder am Austritt aus der Kammer 16 gehindert wird. Werden die an die Aktuatorelemente 178 und 182 angelegten Spannungen geändert oder beseitigt, verringert sich das Volumen der Aktuatorelemente 178 und 182 zu einer offenen Stellung, die ausreichend ist, um den Durchtritt eines Fluids durch das Ventil 170 zu ermöglichen. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Ventil 170 zwischen einer geschlossenen und vollständig offenen Stellung arbeiten, um den Fluiddurchsatz zu maximieren, oder es kann zwischen einer geschlossenen und einer beliebigen geeigneten Anzahl an offenen Stellungen arbeiten, die von vollständig offen bis hin zu fast geschlossen reichen, um die Fluidmenge zu steuern, welcher der Durchtritt ermöglicht wird. In anderen Ausführungsformen können die Aktuatorelemente 178 und 182 an anderen geeigneten Stellen, wie etwa an gegenüberliegenden Seiten der Basis 78 im Inneren der Kammer 16 angeordnet sein. In anderen Ausführungsform gibt es ein Aktuatorelement (wie etwa das Aktuatorelement 178), das zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung arbeiten kann, um die Strömung eines Fluids durch den Kanal 18 zu steuern. In anderen Ausführungsformen liegen mehr als zwei Aktuatorelemente vor.
  • 18 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des Diagnosetestsystems 166, das in 17 dargestellt ist. In dieser Ausführungsform sind das Aktuatorelement 172 und die Heizvorrichtung 92 mittig im Inneren der Kammer 16 oder auf diese ausgerichtet angeordnet. Das Aktuatorelement 182 und das Aktuatorelement 180 (nicht dargestellt) sind mittig im Inneren des Kanals 18 oder auf diesen ausgerichtet angeordnet. In anderen Ausführungsformen sind das Aktuatorelement 172 oder die Heizvorrichtung 92 nicht auf die Kammer 16 ausgerichtet. In anderen Ausführungsformen sind die Aktuatorelemente 178 oder 182 nicht auf den Kanal 18 ausgerichtet. Die relativen Größen, Formen und Abmessungen der Kammer 16, des Kanals 18, der Aktuatorelemente 172, 178 und 182 und der Heizvorrichtung 92 dienen dem Zweck der Veranschaulichung, und in anderen Ausführungsformen können sie andere geeignete Größen, Formen und Abmessungen aufweisen.
  • 19 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Diagnosetestsystems. Das Diagnosetestsystem ist allgemein mit 188 gekennzeichnet. Das Diagnosetestsystem 188 umfasst eine Pumpe 168 und Ventile 170, die als Ventile 170a, 170b, 170c und 170d dargestellt sind. Die Ausführungsformen der Pumpe 168 und der Ventile 170 schließen die für das Diagnosetestsystem 166 offenbarten ein.
  • Das Ventil 170a ist im Kanal 18a angeordnet und umfasst ein Aktuatorelement 182a, dessen Volumen sich auf den mit 184a gekennzeichneten Umriss vergrößert, wenn über die elektrische Schnittstelle (nicht dargestellt) eine geeignete Spannung angelegt wird. Das Ventil 170b ist im Kanal 18b angeordnet und umfasst ein Aktuatorelement 182b, dessen Volumen sich auf den mit 184b gekennzeichneten Umriss vergrößert, wenn über die elektrische Schnittstelle (nicht dargestellt) eine geeignete Spannung angelegt wird. Das Ventil 170c ist im Kanal 18c angeordnet und umfasst ein Aktuatorelement 182c, dessen Volumen sich auf den mit 184c gekennzeichneten Umriss vergrößert, wenn über die elektrische Schnittstelle (nicht dargestellt) eine geeignete Spannung angelegt wird. Das Ventil 170d ist im Kanal 18d angeordnet und umfasst ein Aktuatorelement 182d, dessen Volumen sich auf den mit 184d gekennzeichneten Umriss vergrößert, wenn über die elektrische Schnittstelle (nicht dargestellt) eine geeignete Spannung angelegt wird.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst die Pumpe 168 ein Aktuatorelement 172. Wird über die elektrische Schnittstelle eine geeignete Spannung an das Aktuatorelement 172 angelegt, vergrößert sich das Volumen des Aktuatorelements auf den mit 174 gekennzeichneten Umriss und erzeugt im Inneren der Kammer 16 einen Druck, der ausreicht, um ein Fluid in der Kammer in die Richtung der Ventile 170a, 170b, 170c und 170d zu drücken. Das Öffnen eines beliebigen oder mehrerer der Ventile 170a, 170b, 170c oder 170d ermöglicht dem Fluid den Durchtritt zu den entsprechenden Kanälen 18a, 18b, 18c oder 18d. Jedes einzelne der Ventile der 170a, 170b, 170c und 170d kann die Strömung eines Fluids in die oder aus der Kammer 16 steuern. Wird eine weitere Pumpe 168 (nicht dargestellt) aktiviert und drückt diese ein Fluid zu einem der Kanäle 18a, 18b, 18c oder 18d, so ermöglicht das Öffnen des entsprechenden Ventils 170a, 170b, 170c oder 170d den Durchtritt des Fluids in die Kammer 16. In verschiedenen Ausführungsformen können die Ventile 170 in der Kammer 16, in den Kanälen 18 oder sowohl in der Kammer 16 als auch in den Kanälen 18 angeordnet sein. Die relativen Größen, Formen und Abmessungen, die für die Kammer 16, die Kanäle 18, die Pumpe 168, die Ventile 170 und die Heizvorrichtung 92 dargestellt sind, dienen dem Zweck der Veranschaulichung, und in anderen Ausführungsformen können andere geeignete Größen, Formen und Abmessungen vorliegen.
  • 20 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Diagnosetestsystems. Das Diagnosetestsystem ist allgemein mit 190 gekennzeichnet. Das Diagnosetestsystem 190 umfasst ein Ventil 170 und sechs Pumpen 168, die als 168a, 168b, 168c, 168c, 168d, 168e und 168f dargestellt sind. Die Ausführungsformen der Pumpen 168 und des Ventils 170 schließen die für das Diagnosetestsystem 166 oder das Diagnosetestsystem 188 offenbarten ein. Das Ventil 170 ist im Kanal 18 angeordnet und umfasst ein Aktuatorelement 182. Das Volumen des Aktuatorelements 182 vergrößert sich auf den mit 184 gekennzeichneten Umriss, wenn über die elektrische Schnittstelle (nicht dargestellt) eine geeignete Spannung angelegt wird. Die Pumpen 168a, 168b, 168c, 168c, 168d, 168e und 168f umfassen jeweils ein Aktuatorelement 172a, 172b, 172c, 172d, 172e bzw. 172f. Werden über die elektrische Schnittstelle geeignete Spannungen an eines oder an mehrere der Aktuatorelemente 172a, 172b, 172c, 172d, 172e oder 172f angelegt, vergrößert sich das Volumen jener Aktuatorelemente 172a, 172b, 172c, 172d, 172e oder 172f, die die Spannung erhalten, auf die mit 174a, 174b, 174c, 174d, 174e bzw. 174f gekennzeichneten Umrisse.
  • In einigen Ausführungsformen erzeugen die Spannungen, die an eines oder mehrere der Aktuatorelemente 172 angelegt werden, im Inneren der Kammer 16 einen Druck, der ausreicht, um ein Fluid in der Kammer 16 zum Ventil 170 hin zu bewegen. In einer Ausführungsform werden Spannungen gleichzeitig an alle Aktuatorelemente 172 angelegt, um das Fluid in der Kammer 16 zum Ventil 170 hin zu bewegen.
  • In einigen Ausführungsformen werden zu unterschiedlichen Zeiten Spannungen an die Aktuatorelemente 172 angelegt, um das Fluid zum Ventil 170 hin zu bewegen. Beispielsweise könnten die Spannungen zuerst an das Aktuatorelement 172d, danach an die Aktuatorelemente 172c und 172e, dann an das Aktuatorelement 172a und schließlich an die Aktuatorelemente 172b und 172f angelegt werden. Die nacheinander erfolgende Aktivierung der Aktuatorelemente 172 drückt das Fluid zum Ventil 170.
  • In einigen Ausführungsformen werden die Spannungen an die Aktuatorelemente 172 in einer geeigneten Abfolge angelegt, um ein Mischen oder Schütteln eines Fluids im Inneren der Kammer 16 zu bewirken. In diesen Ausführungsformen werden die Aktuatorelemente 172 in Übereinstimmung mit der Abfolge aktiviert und deaktiviert. In einer Ausführungsform werden die Aktuatorelemente 172 in der Ablaufreihenfolge 172a, 172f, 172d, 172b, 172e und 172c aktiviert und deaktiviert. Diese Abfolge kann eine beliebige geeignete Anzahl an Malen wiederholt werden. In anderen Ausführungsformen können andere geeignete Abfolgen oder eine zufällige Abfolge verwendet werden.
  • In einigen Ausführungsformen werden die Spannungen an die Aktuatorelemente 172 in einer Abfolge angelegt, um ein Fluid im Inneren der Kammer 16 zu verwirbeln. In diesen Ausführungsformen können die Aktuatorelemente 172 in einer geeigneten Abfolge aktiviert und deaktiviert werden, um das Fluid im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn zu bewegen. In einer Ausführungsform wird das Aktuatorelement 172a aktiviert, und andere Aktuatorelemente 172 werden in der Ablaufreihenfolge 172b, 172c, 172d, 172e und 172f aktiviert und deaktiviert. Diese Abfolge kann eine beliebige geeignete Anzahl an Malen wiederholt werden. In einer Ausführungsform wird das Aktuatorelement 172a aktiviert und die Aktuatorelemente 172 werden in der Ablaufreihenfolge 172f, 172e, 172d, 172c und 172b aktiviert und deaktiviert. Diese Abfolge kann eine beliebige geeignete Anzahl an Malen wiederholt werden. In anderen Ausführungsformen ist das Aktuatorelement 172a nicht vorhanden, und nur fünf Aktuatorelemente 172 werden in der Ablaufreihenfolge 172b, 172c, 172d, 172e und 172f aktiviert oder deaktiviert. Diese Abfolge kann eine beliebige geeignete Anzahl an Malen wiederholt werden. In anderen Ausführungsformen kann eine beliebige geeignete Anzahl an Aktuatorelementen 172 vorhanden sein, und die Aktuatorelemente 172 können in einer beliebigen geeigneten Abfolge aktiviert und deaktiviert werden.
  • 21 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Diagnosetestsystems. Das Diagnosetestsystem ist allgemein mit 192 gekennzeichnet. Das Diagnosetestsystem 192 umfasst ein Ventil 170 und zwei Pumpen 168, die als 168a und 168b gekennzeichnet sind. Die Ausführungsformen der Pumpe 168 und des Ventils 170 schließen die für die Diagnosetestsysteme 166, 188, 190 und 192 offenbarten ein. Das Ventil 170 ist im Kanal 18c angeordnet und umfasst ein Aktuatorelement 182, dessen Volumen sich auf den mit 184 gekennzeichneten Umriss vergrößert, wenn über die elektrische Schnittstelle (nicht dargestellt) eine geeignete Spannung angelegt wird. Die Pumpen 168a und 168b umfassen jeweils ein Aktuatorelement 172a bzw. 172b. Werden über die elektrische Schnittstelle geeignete Spannungen an die Aktuatorelemente 172a oder 172b angelegt, vergrößert sich das Volumen der Aktuatorelemente 172a oder 172b auf den mit 174a bzw. 174b gekennzeichneten Umriss.
  • In einer Ausführungsform werden die Spannungen nacheinander an die Aktuatorelemente 172a und 172b angelegt, um das Mischen des Fluids zu bewirken. Anfänglich ist das Ventil 170 geschlossen. Wird die Pumpe 168b deaktiviert und die Pumpe 168a aktiviert, so dehnt sich das Aktuatorelement 172a auf den mit 174a gekennzeichneten Umriss aus und erzeugt im Inneren der Kammer 16a einen Druck, der ausreicht, um ein Fluid in der Kammer 16a über die Kanäle 18a und 18b zur Kammer 16b zu drücken. Alternativ dazu dehnt sich das Aktuatorelement 172b auf den mit 174b gekennzeichneten Umriss aus und erzeugt im Inneren der Kammer 16b einen Druck, der ausreicht, um ein Fluid in der Kammer 16b über die Kanäle 18b und 18a zur Kammer 16a zu drücken, wenn die Pumpe 168a deaktiviert und die Pumpe 168b aktiviert wird. In einer Ausführungsform wird die Abfolge des Deaktivierens der Pumpe 168b und des Aktivierens der Pumpe 168a einmal ausgeführt. In anderen Ausführungsformen wird die Abfolge des Deaktivierens der Pumpe 168b und des Aktivierens der Pumpe 168a, und danach des Deaktivierens der Pumpe 168a und des Aktivierens der Pumpe 168b, einmal oder mehrere Male durchgeführt, um ein geeignetes Mischen des Fluids zu erreichen.
  • 22 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems. Das Diagnosetestsystem ist allgemein mit 194 gekennzeichnet. Das Diagnosetestsystem 194 stellt eine weitere Ausführungsform des Diagnosetestsystems 10 dar und umfasst eine Schicht 12 und eine Basis 14. Die Schicht 12 und die Basis 14 sind so angebracht, dass sie eine Kammer 16 und einen Kanal 18 ausbilden. Die Materialien und Ausführungsformen der Schicht 12 und der Basis 14 schließen die anhand der 1–4 offenbarten Materialien und Ausführungsformen ein. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Basis 14 aus Materialien gebildet sein, die biegsamer, gleich biegsam oder weniger biegsam als die Schicht 12 sind. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Basis 14 aus einem im Wesentlichen steifen Material gebildet, und die Schicht 12 ist aus einem biegsamen Material gebildet. In anderen Ausführungsformen kann das Diagnosetestsystem 194 aus einer Basis 78, einer ersten Schicht 80 und einer zweiten Schicht 82 gebildet sein.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst das Diagnosetestsystem 194 eine Pumpe 196, eine Heizvorrichtung 92, ein Ventil 198 und ein optisches Fenster 134. Das Diagnosetestsystem 194 umfasst zudem eine elektrische Schnittstelle (nicht dargestellt), die mit der Pumpe 196, der Heizvorrichtung 92 und dem Ventil 198 verbunden ist. Die Pumpe 196 kann aktiviert werden, um als Antwort auf ein oder mehrere Signale, die über die elektrische Schnittstelle bereitgestellt werden, ein Fluid in die Richtung des Pfeils 208 zu bewegen. Das Ventil 198 dichtet ein Fluid in der Kammer 16 ab, wenn es sich in einer geschlossenen Stellung befindet, und ermöglicht einem Fluid den Durchtritt, wenn es sich in einer offenen Stellung befindet. In einer Ausführungsform steuert das Ventil 198 die Bewegung eines Fluids durch den Kanal 18 durch Erzeugen einer Verformung, die eine Querschnittsfläche des Kanals 18 verändert. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Heizvorrichtung 92 mit der elektrischen Schnittstelle verbunden und ausgestaltet, um als Antwort auf ein oder mehrere Signale, die der Heizvorrichtung 92 über die elektrische Schnittstelle bereitgestellt werden, eine Temperatur eines Fluids im Inneren der Kammer 16 anzuheben.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst die Pumpe 196 ein Aktuatorelement 200, und das Ventil 198 umfasst ein Aktuatorelement 210. Das Aktuatorelement 200 ist in einem Innenbereich der Kammer 16 und der Aktuator 210 in einem Innenbereich des Kanals 18 angeordnet. Die Aktuatorelemente 200 und 210 weisen eine Zwei-Schichten-Bauweise auf und sind gebildet, indem eine Schicht, bei der es sich um ein elektroaktives Polymer handelt, an einer Schicht angebracht ist, bei der es sich um ein beliebiges geeignetes Material handelt, dessen Volumen beim Anlegen einer Spannung nicht verändert wird. Die Verschiebung oder Verformung des elektroaktiven Polymers beim Anlegen einer geeigneten Spannung verursacht die Durchbiegung oder Krümmung der Aktuatorelemente 200 und 210. In verschiedenen Ausführungsformen kann das elektroaktive Polymer ein ionisches Polymer, ein elektronisches Polymer oder eine andere geeignete Art von elektroaktivem Polymer sein.
  • In einer Ausführungsform sind das Aktuatorelement 200 und das Aktuatorelement 210 aus ionischen Polymermaterialien gebildet. Das Anlegen einer geeigneten Spannung verursacht die Ausdehnung des Volumens der ionischen Polymermaterialien aufgrund einer elektrochemischen Wirkung, die sich aus der Diffusion oder Beweglichkeit der Ionen ergibt. Diese Ausdehnung verursacht die Durchbiegung der Aktuatorelemente 200 und 210. Durch das Anlegen geeigneter Spannungen mit geeigneten Polaritäten kann das Ausmaß der Krümmung oder Verformung der Aktuatorelemente 200 und 210 gesteuert werden. Das anhand der Umrisse 218 und 220 gezeigte Ausmaß der Durchbiegung oder Krümmung dient als Beispiel, und in anderen Ausführungsformen kann das Ausmaß der Durchbiegung oder Krümmung ein beliebiges geeignetes Ausmaß sein. Sobald die an die Aktuatorelemente 200 und 210 angelegten Spannungen geändert oder beseitigt werden, kehren die Aktuatorelemente 200 und 210 in ihre ursprünglichen Stellungen zurück, wie anhand 200 und 210 dargestellt ist. In verschiedenen Ausführungsformen können die ionischen Polymermaterialien Polymer-Metall-Verbundmaterialien, leitfähige Polymere, Gele und Kohlenstoffnanoröhren einschließen, sind aber nicht auf diese beschränkt.
  • In einer Ausführungsform sind das Aktuatorelement 200 und das Aktuatorelement 210 aus elektronischen Polymermaterialien gebildet, die in Gegenwart eines elektrischen Felds eine Verschiebung oder Verformung erfahren. In dieser Ausführungsform können die elektroaktiven Polymere elektrostriktive, elektrostatische, piezoelektrische und ferroelektrische Polymere einschließen, sind aber nicht auf diese beschränkt. In einigen Ausführungsformen umfassen die Aktuatorelemente 200 und 210 ein dielektrisches, elastomeres Polymermaterial, das an beiden Seiten mit leitfähigen Elastomerfilmen beschichtet ist. Das Anlegen einer Spannung zwischen den beiden Filmen erzeugt eine elektrostatische Kraft, die das Polymermaterial zusammendrückt. Das Volumen des Polymermaterials ändert sich nicht, sodass das Zusammendrücken des Polymermaterials in eine Richtung das Polymermaterial dazu veranlasst, sich in eine oder mehrere andere Richtungen auszudehnen, um das Volumen konstant zu halten. Diese Ausdehnung erzeugt die Verschiebung oder Verformung. Diese Ausdehnung bewirkt die Durchbiegung oder Krümmung der Aktuatorelemente 200 und 210. Durch das Anlegen geeigneter Spannungen mit geeigneten Polaritäten kann das Ausmaß der Durchbiegung oder Krümmung der Aktuatorelemente 200 und 210 gesteuert werden. Das anhand der Umrisse 218 und 220 gezeigte Ausmaß der Durchbiegung oder Krümmung dient als Beispiel, und in anderen Ausführungsformen kann das Ausmaß der Durchbiegung oder Krümmung ein beliebiges geeignetes Ausmaß sein. Sobald die Spannungen geändert oder beseitigt werden, kehren die Aktuatorelemente 200 und 210 in ihre ursprünglichen Stellungen zurück, wie dies anhand von 200 und 210 dargestellt ist.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst das Aktuatorelement 200 eine Schicht 204, bei der es sich um ein elektroaktives Polymer handelt, und eine Schicht 206, bei der es sich um ein geeignetes Material handelt, dessen Volumen sich beim Anlegen einer Spannung nicht verändert. Wird eine Spannung an das Aktuatorelement 200 angelegt, dehnt sich die Schicht 204 aus und verursacht die Durchbiegung oder Krümmung des Aktuatorelements 200 zu dem mit 218 gekennzeichneten Umriss. Diese Durchbiegung oder Krümmung erzeugt im Inneren der Kammer 16 einen Druck, der ein Fluid im Inneren der Kammer 16 in die Richtung des Pfeils 208 drückt. In dieser Ausführungsform sind die Schicht 12 und Basis 14 so ausgebildet, dass sie die Krümmung des Aktuators 200 aufnehmen können. In einer Ausführungsform ist die Schicht 12 aus einem geeigneten Elastomermaterial hergestellt und biegt sich nach oben, um die Krümmung des Aktuators 200 aufzunehmen. In anderen Ausführungsformen kann das Aktuatorelement 200 an einer beliebigen geeigneten Stelle im Inneren der Kammer 16 angebracht sein. In anderen Ausführungsformen kann das Aktuatorelement 200 an einem Ende an der Schicht 12 oder der Basis 14 angebracht sein. In anderen Ausführungsformen weist die Schicht 12 oder die Basis 14 Öffnungen oder vertiefte Bereiche auf, welche die Bewegung des Aktuators 200 aufnehmen. In anderen Ausführungsformen kann mehr als ein Aktuatorelement 200 vorhanden sein. In der veranschaulichten Ausführungsform kehrt das Aktuatorelement 200 in seine ursprüngliche, anhand von 200 dargestellte Stellung zurück, wenn die Spannung geändert oder beseitigt wird. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Pumpe 196 zwischen einer beliebigen geeigneten Anzahl an Stellungen über einen beliebigen geeigneten Zeitraum hinweg arbeiten, um einen im Inneren der Kammer 16 erzeugten Druck zu optimieren.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst das Aktuatorelement 210 eine Schicht 212, bei der es sich um ein elektroaktives Polymer handelt, und eine Schicht 214, bei der es sich um ein geeignetes Material handelt, dessen Volumen sich beim Anlegen einer Spannung nicht verändert. Wird eine Spannung an das Aktuatorelement 210 angelegt, dehnt sich die Schicht 212 aus und verursacht die Krümmung des Aktuatorelements 210 zu dem mit 220 gekennzeichneten Umriss. Diese Krümmung stellt eine Öffnung durch das Ventil 198 hindurch bereit, die einem Fluid im Inneren der Kammer 16 den Durchtritt durch das Ventil 198 in die Richtung des Pfeils 216 ermöglicht. In der veranschaulichten Ausführungsform kehrt das Aktuatorelement 210 in seine ursprüngliche Stellung zurück, wie anhand 210 dargestellt ist, wenn die Spannung geändert oder beseitigt wird. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Ventil 198 zwischen einer beliebigen geeigneten Anzahl an Stellungen über einen beliebigen geeigneten Zeitraum hinweg arbeiten, um einen Fluiddurchsatz durch den Kanal 18 zu optimieren. Das Ventil 198 kann auch zwischen einer geschlossenen und einer vollständig offenen Stellung arbeiten, um den Fluiddurchsatz zu maximieren, oder es kann zwischen einer geschlossenen und einer beliebigen geeigneten Anzahl an offenen Stellungen arbeiten, die von vollständig offen bis hin zu fast geschlossen reichen, um die Fluidmenge, welcher der Durchtritt durch den Kanal 18 ermöglicht wird, wenn das Ventil 198 aktiviert ist, zu steuern. In anderen Ausführungsformen kann mehr als ein Aktuatorelement 210 vorhanden sein. In anderen Ausführungsformen kann das Aktuatorelement 210 an einer beliebigen geeigneten Stelle im Inneren des Kanals 18, wie etwa an der Basis 14, angebracht sein. In anderen Ausführungsformen kann das Aktuatorelement 210 als Pumpe arbeiten. In diesen Ausführungsformen kann das Aktuatorelement 210 im Inneren der Kammer 16 angeordnet sein und aktiviert werden, um ein Fluid im Inneren der Kammer 16 zu bewegen, oder das Aktuatorelement 210 kann im Kanal 18 angeordnet sein, um ein Fluid im Kanal 18 zu bewegen.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform erleichtert das optische Fenster 134 den Nachweis eines Analyten, indem es für den Durchlass elektromagnetischer Strahlung, die sichtbares Licht umfassen kann, sorgt. Ausführungsformen des optischen Fensters 134 schließen die für die Diagnosetestsysteme 130, 144 und 160 offenbarten Ausführungsformen ein.
  • 23 ist eine Draufsicht auf das Diagnosetestsystem 194, das in 22 dargestellt ist. In dieser Ausführungsform ist die Heizvorrichtung 92 mittig im Inneren der Kammer 16 oder auf diese ausgerichtet angeordnet. In anderen Ausführungsformen ist die Heizvorrichtung 92 nicht auf die Kammer 16 ausgerichtet und kann an einer beliebigen geeigneten Stelle im Inneren der Kammer 16 angebracht sein. Der Aktuator 200 ist am Ende 222 an der Schicht 12 angebracht. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Aktuator 200 an der Schicht 12 oder der Basis 14 an einer beliebigen geeigneten Stelle im Inneren der Kammer 16 angebracht sein. Der Aktuator 210 ist am Ende 224 an der Schicht 12 angebracht. In anderen Ausführungsformen kann der Aktuator 210 an der Schicht 12 oder der Basis 14 an einer beliebigen geeigneten Stelle im Inneren des Kanals 18 angebracht sein. Das optische Fenster 134 ist auf die Kammer 16 ausgerichtet oder mittig angeordnet, um den Nachweis eines gewünschten Analyten zu verbessern. In anderen Ausführungsformen ist das optische Fenster 134 nicht mittig in der Kammer 16 angeordnet und ist innerhalb eines beliebigen geeigneten Bereichs der Kammer 16, wie etwa an einer Seite der Basis 14 oder in der Schicht 12, angeordnet. Die relativen Größen, Formen und Abmessungen der Kammer 16, des Kanals 18, der Aktuatorelemente 200 und 210, der Heizvorrichtung 92 und des optischen Fensters 134 dienen dem Zweck der Veranschaulichung, und in anderen Ausführungsformen können andere geeignete Größen, Formen und Abmessungen vorliegen.
  • Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben wurden, versteht es sich für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der Erfindung, dass eine Vielzahl an alternativen und/oder gleichwertigen Umsetzungen die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen ersetzen können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung zielt darauf ab, alle Anpassungen oder Variationen der hierin erörterten spezifischen Ausführungsformen abzudecken. Die Erfindung ist daher als ausschließlich durch die Ansprüche und durch deren Äquivalente beschränkt zu betrachten.

Claims (24)

  1. Diagnosetestsystem, aufweisend: eine erste Schicht; eine Basis, wobei die erste Schicht an der Basis angebracht ist, um eine oder mehrere Kammern auszubilden; und eine oder mehrere Pumpen, wobei jede der einen oder mehreren Pumpen ausgestaltet ist, um eine Bewegung eines Fluids im Inneren einer der einen oder mehreren Kammern durch Erzeugen einer Verformung zu steuern, die ein Volumen von einer der einen oder mehreren Kammern verändert.
  2. Diagnosetestsystem nach Anspruch 1, wobei jede der einen oder mehreren Pumpen ein Aktuatorelement umfasst, das an der ersten Schicht angebracht ist, wobei das Aktuatorelement ausgestaltet ist, um sich als Antwort auf ein oder mehrere elektrische Signale zu biegen und die Verformung in der ersten Schicht zu erzeugen, um das Volumen der einen der einen oder mehreren Kammern zu verändern.
  3. Diagnosetestsystem nach Anspruch 2, wobei das Aktuatorelement ein piezoelektrisches Material aufweist.
  4. Diagnosetestsystem nach Anspruch 2, wobei das Aktuatorelement ein elektroaktives Polymermaterial aufweist.
  5. Diagnosetestsystem nach Anspruch 1, wobei jede der einen oder mehreren Pumpen ein Aktuatorelement aufweist, das an einem Innenbereich der einen der einen oder mehreren Kammern angebracht ist, wobei das Aktuatorelement die Verformung als Antwort auf ein oder mehrere elektrische Signale erfährt und das Volumen der einen der einen oder mehreren Kammern verändert.
  6. Diagnosetestsystem nach Anspruch 5, wobei das Aktuatorelement ein elektroaktives Polymer aufweist, das die Verformung als Antwort auf das eine oder die mehreren Signale durch Verändern seines Volumens erfährt.
  7. Diagnosetestsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei das Aktuatorelement eine elektroaktive Polymerschicht aufweist, die an einer Schicht mit einem konstanten Volumen angebracht ist, wobei eine Verschiebung der elektroaktiven Polymerschicht als Antwort auf das eine oder die mehreren elektrischen Signale das Aktuatorelement dazu veranlasst, die Verformung durch Biegen in eine Richtung zu erfahren, die das Volumen der einen der einen oder mehreren Kammern verändert.
  8. Diagnosetestsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jede der einen oder mehreren Pumpen Folgendes aufweist: eine Fluidkammer, die ein Betätigungsfluid aufweist; eine Heizvorrichtung, die im Inneren der Fluidkammer enthalten ist; und eine Membran, welche die Fluidkammer von der einen der einen oder mehreren Kammern trennt, wobei die Membran ausgestaltet ist, um die Verformung als Antwort auf einen örtlichen, wärmeinduzierten Druck im Inneren der Fluidkammer durch Ausdehnen zu erfahren, um das Volumen der einen der einen oder mehreren Kammern zu verändern.
  9. Diagnosetestsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, aufweisend: einen oder mehrere Kanäle, die mit der einen oder den mehreren Kammern gekoppelt sind; und ein oder mehrere Ventile, wobei jedes der einen oder mehreren Ventile ausgestaltet ist, um die Bewegung des Fluids durch einen der einen oder mehreren Kanäle durch Erzeugen einer Verformung zu steuern, die eine Querschnittsfläche des einen der einen oder mehreren Kanäle verändert.
  10. Diagnosetestsystem nach Anspruch 9, wobei jedes der einen oder mehreren Ventile ein Aktuatorelement aufweist, das ein piezoelektrisches Material aufweist, das sich in einem Innenbereich des einen der einen oder mehreren Kanäle befindet, wobei das Aktuatorelement die Verformung als Antwort auf ein oder mehrere elektrische Signale erfährt, um die Strömung eines Fluids durch die eine der einen oder mehreren Kammern zu steuern.
  11. Diagnosetestsystem nach Anspruch 9, wobei jedes der einen oder mehreren Ventile ein Aktuatorelement umfasst, das ein elektroaktives Polymermaterial aufweist, das sich in einem Innenbereich des einen der einen oder mehreren Kanäle befindet, wobei das Aktuatorelement die Verformung als Antwort auf ein oder mehrere elektrische Signale erfährt, um die Strömung eines Fluids durch die eine der einen oder mehreren Kammern zu steuern.
  12. Diagnosetestsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, aufweisend eine zweite Schicht, die an der Basis angebracht ist, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht an gegenüberliegenden Seiten der Basis angebracht sind, um die eine oder mehreren Kammern und einen oder mehrere Kanäle auszubilden.
  13. Diagnosetestsystem, aufweisend: eine im Wesentlichen steife Basis; eine erste biegsame Schicht; eine zweite biegsame Schicht, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht an gegenüberliegenden Seiten der Basis angebracht sind, um eine oder mehrere Kammern und einen oder mehrere Kanäle auszubilden; eine elektrische Schnittstelle; eine oder mehrere Pumpen, die mit der elektrischen Schnittstelle gekoppelt sind, wobei jede der einen oder mehreren Pumpen ausgestaltet ist, um eine Bewegung eines Fluids im Inneren einer der einen oder mehreren Kammern durch Erzeugen einer Verformung zu steuern, die ein Volumen der einen der einen oder mehreren Kammern verändert; und ein oder mehrere Ventile, die mit der elektrischen Schnittstelle gekoppelt sind, wobei jedes der einen oder mehreren Ventile ausgestaltet ist, um die Bewegung des Fluids durch einen der einen oder mehreren Kanäle durch Erzeugen einer Verformung zu steuern, die eine Querschnittsfläche des einen der einen oder mehreren Kanäle verändert.
  14. Diagnosetestsystem nach Anspruch 13, wobei jede der einen oder mehreren Pumpen oder jedes der einen oder mehreren Ventile ein piezoelektrisches Material aufweist, das ausgestaltet ist, um die Verformung als Antwort auf das eine oder die mehreren elektrischen Signale durch Biegen zu erzeugen.
  15. Diagnosetestsystem nach Anspruch 13, wobei jede der einen oder mehreren Pumpen oder jedes der einen oder mehreren Ventile ein elektroaktives Polymermaterial aufweist, das ausgestaltet ist, um die Verformung als Antwort auf das eine oder die mehreren elektrischen Signale zu erzeugen.
  16. Diagnosetestsystem nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Basis ein Material aufweist, das aus einer aus Metall, Polyester, Polypropylen, Polyethylen, Polystyrol oder Polyurethan, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid und Polycarbonat bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  17. Diagnosetestsystem nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei mindestens eine der einen oder mehreren Kammern eine Heizvorrichtung aufweist, die ausgestaltet ist, um eine Temperatur im Inneren der mindestens einen der einen oder mehreren Kammern anzuheben.
  18. Diagnosetestsystem nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei mindestens eine der einen oder mehreren Kammern ausgestaltet ist, um mit einem Reagenz vorbestückt zu werden, das aus der aus einem Fluoreszenzmarker, einem Chemolumineszenzmarker, einem kolorimetrischen Marker, einem Enzymmarker und einem radioaktiven Marker bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  19. Diagnosetestsystem nach einem der Ansprüche 13 bis 18, aufweisend mindestens ein optisches Fenster, das mit einer entsprechenden, mindestens einer der einen oder mehreren Kammern ausgerichtet ist, wobei das mindestens eine optische Fenster ausgestaltet ist, um elektromagnetische Strahlung durchzulassen, die sich aus einer Reaktion ergibt, die im Inneren der mindestens einen der einen oder mehreren Kammern stattfindet.
  20. Verfahren zum Durchführen eines Diagnosetests, aufweisend: Bereitstellen eines Diagnosetestsystems, das eine oder mehrere Kammern und eine oder mehrere Pumpen umfasst; und Anlegen eines elektrischen Signals an mindestens eine der einen oder mehreren Pumpen, um eine Bewegung eines Fluids im Inneren einer der einen oder mehreren Kammern durch Erzeugen einer Verformung zu steuern, die ein Volumen der einen der einen oder mehreren Kammern verändert.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Erzeugen der Verformung das Anlegen des elektrischen Signals an ein Aktuatorelement, das ein piezoelektrisches Material aufweist, zum Biegen des Aktuatorelements und der ersten Schicht umfasst, um das Volumen der einen der einen oder mehreren Kammern zu ändern.
  22. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Erzeugen der Verformung das Anlegen des elektrischen Signals an ein Aktuatorelement, das ein elektroaktives Polymermaterial aufweist, zum Biegen des Aktuatorelements und der ersten Schicht umfasst, um das Volumen der einen der einen oder mehreren Kammern zu verändern.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei das Erzeugen der Verformung das Anlegen des elektrischen Signals an ein Aktuatorelement, das ein elektroaktives Polymermaterial aufweist, das sich in einem Innenbereich der einen der einen oder mehreren Kammern befindet, zum Verändern des Volumens des Aktuatorelements umfasst, um das Volumen der einen der einen oder mehreren Kammern zu verändern.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei das Erzeugen der Verformung das Anlegen des elektrischen Signals an ein Aktuatorelement, das ein elektroaktives Polymermaterial aufweist, das sich in einem Innenbereich der einen der einen oder mehreren Kammern befindet, zum Biegen des Aktuatorelements umfasst, um das Volumen der einen der einen oder mehreren Kammern zu verändern.
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