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Allgemeiner Stand der Technik
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Aus
diesen und anderen Gründen
besteht ein Bedürfnis
für die
vorliegende Erfindung.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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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.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems.
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2 ist
eine perspektivische Detailansicht eines Abschnitts des in 1 dargestellten
Diagnosetestsystems.
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3 ist
eine perspektivische Detailansicht eines Abschnitts des in 1 dargestellten
Diagnosetestsystems.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer elektrischen
Schnittstelle für ein
Diagnosetestsystem.
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5 ist
ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform
eines Diagnosetestsystems veranschaulicht.
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6 ist
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems.
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7 ist
eine Draufsicht auf eine Ausführungsform
des in 6 dargestellten Diagnosetestsystems.
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8 ist
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des in 6 dargestellten
Diagnosetestsystems.
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9 ist
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems.
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10 ist
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems.
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11 ist
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems.
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12 ist
eine Draufsicht auf eine Ausführungsform
des in 11 dargestellten Diagnosetestsystems.
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13 ist
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems.
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14 ist
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems.
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15 ist
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems.
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16 ist
eine Draufsicht auf eine Ausführungsform
des in 15 dargestellten Diagnosetestsystems.
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17 ist
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems.
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18 ist
eine Draufsicht auf eine Ausführungsform
des in 17 dargestellten Diagnosetestsystems.
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19 ist
eine Draufsicht auf eine Ausführungsform
eines Diagnosetestsystems.
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20 ist
eine Draufsicht auf eine Ausführungsform
eines Diagnosetestsystems.
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21 ist
eine Draufsicht auf eine Ausführungsform
eines Diagnosetestsystems.
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22 ist
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Diagnosetestsystems.
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23 ist
eine Draufsicht auf das in 22 dargestellte
Diagnosetestsystem.
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Detailliete Beschreibung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.