200525148 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體上係關於光碟、光碟驅動器及光碟詢問方 法，且咩言之係關於用於血液分離之方法及裝置。但是更 具體言之，不侷限於下文中所描述之與最佳實行模式一致 之特定實施例，本發明係關於包括具有用於免疫血液學分 析的血液分離薄膜之橫向流動迴路之光碟。 【先前技術】 光學生物碟，亦稱為生物光碟（BCD)、生物光學碟、光學 分析碟或生物碟，在此項技術中已知可用於執行各種類型 之生物化學分析。詳言之，此光碟利用一光學儲存設備之 雷射源以偵測在碟本身的操作表面上或附近所發生之生物 化學反應。該等反應可發生於碟上的薄膜中、碟内部的小 縫道（常常具有一或多個小於300微米的尺寸）中或該等反應 可發生於碟的敞開表面之上。無論哪種系統，通常需要多 個反應位點同時偵測不同的反應或者為了债測誤差而重複 同一反應。 【發明内容】 本么明的目標之一係克服已知技術中之侷限性。 因此，一實施例係針對使用生物光碟之血液分離及免疫 血液學分析及針對相關的碟驅動系統及方法。 更具體言之，一實施例係針對一光學分析生物碟。該碟 可有利地包括具有一内部周邊及一外部周邊之基底、與基 氐相關恥且包括位於沿資訊光軌的經編碼的資訊之操作層 94843.doc 200525148 以及包括諸如生物材料之調查特徵之分析區域。分析區域 位於内部周邊及外部周邊之間且沿資訊光執被導向以便當 具有電磁能的入射光束沿它們杆推士 匕1(1仃進扦，在分析區域内之調
查特徵因此被壞向地詢問。分讲py A 1刀析£域可包括薄膜上之反應 區或目標區。 -實施例㈣針對如上文所定義之光學分析碟，其中當 具有電磁能的人射光束沿資訊光執行進時，在分析區域内 之調查特徵根據-螺旋路徑或通f根據—變化的角座標之 路從而被詢問。 基底較佳包括-系列能作為自基底内部周邊至外部周邊 延伸之半徑的函數而在圓周上有所增加之大體上圓形的資 訊光軌。分析區域係在經預先選擇數目的圓形資訊光軌之 間環向地延長且調查特徵大體上沿預先選擇之内部及外部 圓周之間的圓形資訊光軌而被詢問。 根據一較佳實施例，分析區域包括一薄膜。生物碟的旋 轉較佳將調查特徵以沿分析區域大體上一致的分佈及/或 沿分析區域大體上均勻的分佈加以分散。 一貫施例係進一步針對光學分析生物碟。在此實施例 中，生物碟包括具有内部周邊及外部周邊之基底及包括調 查特徵之分析區，其中該分析區位於基底的内部周邊及外 部周邊之間且根據變化的角座標（且較佳根據大體上環向 或螺旋的路徑）延伸。 分析區較佳根據變化的角及徑向座標延伸。在一替代實 施例中’分析區根據變化的角座標且以大體上固定的徑向 94843.doc 200525148 座標延伸。 碟較佳包含一與基底相關聯且包括大體上位於沿資訊光 執的經編碼資訊之操作層。 根據另一較佳實施例，基底包括一系列資訊光軌（較佳具 有大體上圓形輪廓且能作為自内部周邊至外部周邊延伸的 半徑的函數而在圓周上有所增加），且分析區大體上沿資訊 光執被導向以便當具有電磁能的入射光束沿資訊光軌循迹 而行時在分析區内之調查特徵從而被環向地詢問。分析區 更佳於經預先選擇數目之圓形資訊光執之間被環向地延 長，且δ周查特徵大體上沿預先選擇之内部及外部圓周之間 的圓形資訊光軌而被詢問。 在另一較佳實施例中，分析區包括根據變化的角座標配 置之複數個反應位點及/或複數個俘獲區或目標區。 光學分析生物碟亦可包括位於基底的内部周邊及外部周 邊之間之複數個分析區，其中至少一分析區根據變化的角 座標延伸。 分析區較佳根據大體上環向的路徑延伸且環繞生物碟内 部周邊被共中心地配置。 在一不同的實施例中，碟包括多層分析區，其中每一分 析區根據大體上環向的路徑延伸且每—層以相應的徑向: 標被配置在生物碟上。 碟可為反射類型或為透射類型之光學生物碟。如在先前 的實施例中那樣，生物碟的旋轉較佳將調查特徵以沿分^ 區域大體上-致及/或大體上均句的分佈加以分散。/0刀 94843.doc 200525148 根據另一較佳實施例，光學分析生物碟可包括具有内部 周邊及外部周邊的基底以及包括調查特徵且位於基底内部 周邊及外部周邊之間的分析區。分析區包括至少_薄膜或 生物薄膜。 本發明亦係針對用於與迄今為止所定義之光學分析生物 碟一起使用之光學分析生物碟系統，該系統包括調查特徵 之询問设備，其中該等詢問設備被調適成根據變化的角座 標詢問該等調查特徵。 該詢問設備可被組態以便當具有電磁能的入射光束沿碟 貧訊光軌循迹而行時，在分析區内的任何調查特徵因此被 環向地詢問。 詢問設備較佳被調適以根據變化的角座標以大體上固定 的k向座軚或替代地根據變化的角及徑向座標而詢問調查 特徵。 洵問5又備更佳根據螺旋或大體上環向路徑被使用以詢問 調查特徵。 根據一進一步較佳實施例，詢問設備被利用在根據變化 的角座標而被配置之複數個反應位點或俘獲或目標區以詢 問調查特徵。 本發明亦係針對一種用於詢問在迄今為止所定義之光學 分析生物碟内之調查特徵之方法。此方法提供根據變化的 角座^且較佳根據螺旋或大體上環向路徑而詢問調查特 徵。 詢問步驟亦可被執行以便當具有電磁能的入射光束沿碟 94843.doc 200525148 資訊光執行進時，分析區内之任何調查特徵因此被環向地 詢問。 詢問步驟較佳根據變化的角座標以大體上固定的徑向座 標或替代地根據變化的角及徑向座標實現詢問調查特徵。 根據一進一步較佳之實施例，詢問步驟在根據變化的角 座標而被配置之複數個相似的或不同的反應位點、俘獲區 或目標區提供詢問調查特徵。 實施例及/或其不同的態樣可被容易地實施成或調適成 在如下共同讓渡且同在申請中之專利申請案中所揭示之衆 多碟、被檢定物及系統：1999年8月23日申請之美國專利申 請案第 09/378,878 號"Methods and Apparatus for Analyzing Operational and Non-operational Data Acquired from Optical Discs”、2001年5月16曰申請之美國臨時申請案第 60/291，233 號"Variable Sampling Control For Rendering Pixelation of Analysis Results In Optical Bio-Disc Assembly And Apparatus Relating Thereto”、2001 年 11月 9 日申請之美 國專利申請案第 10/008,156 號"Disc Drive System and Methods for Use with Bio-discs”、2002年 1 月 10 日申請之美 國專利申請案第 10/043,688 號 ’’Optical Disc Analysis System Including Related Methods for Biological and Medical Imaging"、2003年1月21曰申請之美國專利申請案 第 10/348，196 號 ’’Processes for Manufacturing Optical Analysis Discs with Molded Microfluidic Structures and Discs Made According Thereto”、及 2002年8 月 21 日申請之美 94843.doc -10- 200525148 國臨時申請案第 60/404,921 號 ’’Methods For Differential Cell Counts Including Related Apparatus And Software For Performing Same”，所有這些申請案之全文以引用的方式倂 入本文中。以上引用之申請案如在此完全重複一般而提供 背景及相關揭示内容作為對本文的支持。 【實施方式】 本發明係針對碟驅動系統、光學生物碟、圖像處理技術、 分析方法及相關軟體。以下進一步詳細地討論本發明該等 態樣之每一態樣。 圖1係用於進行生物化學分析且詳言之係用於血球計數 及分類血球計數之光學生物碟110的透視圖。光學生物碟 110與光碟驅動器112及顯示監視器114一起被展示。與此類 型之碟驅動器及碟分析系統相關的進一步細節在共同讓渡 及同在申請中之2001年11月9曰申請之美國專利申請案第 10/008，156號’’Disc Drive System and Methods for Use with Bio_discsn及2002年1月10曰申請之美國專利申請案第 10/043,688 號 ’Optical Disc Analysis System Including Related Methods For Biological and Medical Imaging’’，兩者 均係以引用的方式倂入本文中。 圖2係光學生物碟110之一實施例的主要結構元件之分解 透視圖。圖2係可被用於本發明中之反射區光學生物碟110 (下文中π反射碟Ί的一實例。主要結構元件包括蓋子部分 116、黏合部件或縫道層118及基底120。蓋子部分116包括 一個或多個入口端122及一個或多個出口端124。蓋子部分 94843.doc -11- 200525148 116可自水奴酸_而形成且較佳在如自圖^的透視角度所觀 察之盍子部分的底部塗覆一反射表面146(如圖4所示）。在該 車乂仏實知例中，冑發標記或標記126被包括在反射層⑷的 表 （士圖4所示）。觸發標記126可包括在生物碟的所有三 層中之透明、不透明區域或反射或半反射區域，觸發 払圮用貝矾編碼其能發送資料至如圖1〇所示之處理器 166,然後處理器166與如圖6及圖⑺所示之詢問或入射光束 152之操作功能相互作用。 如圖2中所不之第二元件係具有形成於其中的流體迴路 128或U-縫道之黏合部件或縫道層ιΐ8。流體迴路128係藉由 衝壓或切割薄膜以移除塑膠薄膜且形成所指示之形狀而形 成。每一流體迴路128包括流動縫道或分析區13〇及返回縫 道132。某些如圖2中所顯示之流體迴路128包括混合室 兩種不同類型之混合室i34被顯示。第一種係對稱型 此口至136，其係相對於流動縫道對稱地形成的。第二種係 偏置型混合室138。偏置型混合室138係如所指示在流動縫 道130的一側形成的。 士圖2中所顯示之第二元件係包括目標或俘獲區工如之基 底120。基底120較佳由聚碳酸酯製成且具有沈積於其頂部 的上述如圖4所示之反射層142。目標區14〇係藉由以所指示 之形狀或替代地以任何所要之形狀移除反射層142而形成 的或者，目標區140可藉由包括在施配反射層142之前將 目標區140加以遮蔽之步驟的遮蔽技術而形成。反射層142 可自諸如鋁或金之金屬而形成。 94843.doc -12- 200525148 圖3係如圖2中所顯示之光學生物碟no的頂部平面圖，其 中蓋子部分116上之反射層146被展示為透明的從而揭示位 於碟内之流體迴路128、目標區140及觸發標記126。 圖4係根據本發明中可被使用之一實施例之反射區類型 光學生物碟110的放大透視圖。該圖包括具有光學生物碟之 不同層的一部分、其被切除以顯示每一主要層、基底、塗 層或薄膜之局部截面圖。圖4展示被塗以反射層142之基底 120。活性層144被施配於反射層142之上。在該較佳實施例 中，活性層144可自聚苯乙烯而形成。或者，聚碳酸酯、金、 活化玻璃、改質玻璃或改質聚苯乙烯（舉例而言聚苯乙烯_ 馬來酸酐共聚物）可被使用。另外，水凝膠可被使用。或者， 女在α亥貫施例中所顯示的’塑膠黏合部件1 1 8被施配於活性 層144之上。塑膠黏合部件118的暴露部分顯示了產生流體 迴路128的經切除或衝壓之υ_狀形式。該生物碟反射區實施 例之最後的主要結構層係蓋子部分116。蓋子部分116包括 在其底部之反射表面146。反射表面146可自諸如鋁或金之 金屬而被製得。 現在參看圖5’其展示了透射類型的光學生物碟11〇之主 要結構元件分解透視圖。透射類型的光學生物碟u〇之主要 、、、。構元件同樣地包括蓋子部分丨丨6、黏合或縫道部件11 $及 土底120層。盍子部分116包括一個或多個入口端及一個 或夕個出口端124。蓋子部分可自聚碳酸酯層而形成。可選 的觸發標記126可被包括在薄半反射層143的表面上，如圖6 及圖9中所最好地顯示的那樣。觸發標記126可包括在生物 94843.doc -13- 200525148 碟的所有二層中之透明窗口、不透明區域或反射或半反射 區域觸發標记用資訊編碼其能發送資料至如圖丨0所示之 處理器166,然後處理器166能與如圖6及圖1〇所示之詢問光 束152之操作功能相互作用。 如圖5中所示之第二元件係該黏合部件或縫道層118，其 具有形成於其中的流體迴路128或仏縫道。流體迴路128係 藉由衝壓或切割薄膜以移除塑膠薄膜且形成所指示之形狀 而被予成形。每一流體迴路128包括該流動縫道13〇及返回 縫道132某些如圖5中所顯示之流體迴路128包括一混合室 134。兩種不同類型之混合室134被予顯示。第一種係一對 稱型混合室136，其係相對於流動縫道13〇被對稱地形成。 第二種係一偏置型混合室138。該偏置型混合室138係如所 指示地被成形在流動縫道13 〇的一側。 如圖5中所顯不之第三元件係可包括目標或俘獲區之 基底120。基底120較佳地係由聚碳酸酯製成且具有沈積於 其頂部上之該薄半反射層143，如圖6。與圖5及圖6中所示 之碟110之基底120相關聯之該半反射層143係顯著地更薄 於如圖2、圖3及圖4所示之該反射碟11〇之基底12〇上之該反 射層142。更薄半反射層143允許該詢問光束152之某些透射 穿過如圖6及圖12所示之透射碟之結構層。該薄半反射層 143可由諸如鋁或金之金屬而所構成。 圖6係圖5所示之光學生物碟11〇之透射實施例之基底12〇 及半反射層143的放大透視圖。該薄半反射層143可由諸如 鋁或金之金屬所構成。在該較佳之實施例中，如圖5及圖6 94843.doc •14- 200525148 中所示之透射碟之薄半反射層143之厚度大約係在100至 300A之範圍中且不超過400A。該更薄的半反射層143允許 該入射或詢問光束152的一部分穿透及經過半反射層143， 以便被圖10及圖12所示之頂部偵測器158所偵測，而同時一 些光線被反射或沿入射路徑返回。如以下將指出的，表1 顯示一金膜相對於該膜厚度所呈現之反射及透射特性。該 金膜層在厚度大於800人時係完全反射的。而光線透射穿過 金膜之臨限密度大約為400A。 除表1之外，圖7提供了該薄半反射層143基於該金膜厚度 所呈現之反射及透射性質的相反關係圖式。如圖7所示之圖 表中所使用之反射及透射值係絕對值。 表1 Au金膜反射率及透射率（絕對值） 厚度(埃 Angstroms) 厚度 (毫微米nm) (i) 反射 ⑻ 透射 0 0 0.0505 0.9495 50 5 0.1683 0.7709 100 10 0.3981 0.5169 150 15 0.5873 0.3264 200 20 0.7142 0.2057 250 25 0.7959 0.1314 300 30 0.8488 0.0851 350 35 0.8836 0.0557 400 40 0.9067 0.0368 450 45 0.9222 0.0244 500 50 0.9328 0.0163 550 55 0.9399 0.0109 600 60 0.9448 0.0073 650 65 0.9482 0.0049 700 70 0.9505 0.0033 750 75 0.9520 0.0022 800 80 0.9531 0.0015 94843.doc -15- 200525148 接著翏看·圖8，那裏展示了如圖5及圖6所示之透射類型光 子生物碟11〇之頂部平面圖，其中該碟具有揭示位於碟内之 μ體縫道、觸發標記126及目標區140之透明的蓋子部分 116。 圖9係根據透射碟實施例之光學生物碟11〇的放大透視 圖。所顯示之碟110具有被切除以展示每一主要層、基底、 塗層或薄膜之局部截面圖的具有碟之不同層的一部分。圖9 卜頁示了具有透明盍子部分丨丨6、在基底丨2〇上之薄半反射層 143及觸發標記126之透射碟型式。在該實施例中，觸發標 圮包括被置放於蓋子頂端部分上之不透明材料。替代地， 觸發標記126可由經刻蝕於碟之薄半反射層143上之透明的 非反射的窗口或由任何能吸收或不反射來自如圖1〇所示之 觸發偵測器160的信號之標記所形成。圖9亦展示了藉由以 所指示的形狀或替代地以任何所要的形狀來標記指定區域 而形成之目彳示區140。指示目標區14〇之標記可於基底12〇 上之薄半反射層143之上或在基底120的底部上（在碟的下 面）被做出。替代地目標區140可藉由遮罩除目標區ι4〇之外 的整個薄半反射層143之遮罩技術而形成。在該實施例中， 目標區140可藉由向薄半反射層143上施配絲網墨水（silk screening ink)而產生。在如圖5、圖8及圖9所示之透射碟型 式中，目標區140可替代地藉由經編碼於碟上之位址資訊而 被界定。在該實施例中，目標區140不包括有形的可辨別邊 緣分界線。 繼續蒼看圖9 ’活性層14 4被顯不施配於薄半反射异14 3 94843.doc -16- 200525148 之上。在該較佳實施例中，活性層144係厚度為1〇至2〇〇微 米的2%的聚苯乙烯層。替代地，聚碳酸酯、金、活化玻璃、 改質玻璃或改質聚苯乙烯（舉例而言聚苯乙烯-馬來酸酐共 聚物）可被使用。另外，水凝膠可被使用。如在該實施例中 所顯示的’塑膠黏合部件118被施配於活性層144之上。塑 膠黏合部件118的暴露部分顯示了產生流體迴路128的經切 除或衝壓之U-狀形式。 該生物碟110之透射實施例中最後的主要結構層係包括 了入口端122及出口端124之透明的非反射的蓋子部分116。 現在參看圖10，那裏有顯示了光學組件148、產生入射或 詢問光束152之光源150、返回光束154及透射光束156之透 視及方塊圖顯示。在如圖4所示之反射生物碟的情況下，返 回光束154係自光學生物碟11〇的蓋子部分116之反射表面 146被反射的。在光學生物碟11〇之該反射實施例中，返回 光束154被底部偵測器157偵測及分析以測定信號元素的存 在。另一方面，在透射生物碟型式中，透射光束156被上述 之頂部偵測器15 8所偵測且同樣被分析以判定是否存在信 號元素。在透射實施例中，可使用光偵測器作為頂部偵測 器 158。 圖10亦展示了包括碟上之觸發標記126及上述觸發偵測 器160之硬體觸發機構。硬體觸發機構既被用於反射生物碟 (圖4)又被用於透射生物碟（圖9)。僅當詢問光束ι52係在相 應之目標區140上（例如在經預定之反應位點上）時觸發機構 才允許處理器166採集資料。此外，在透射生物碟系統中， 94843.doc •17- 200525148 軚體觸發亦可被使用。詢問光束丨52一觸及相應之目標區 140的邊緣’軟體觸發就使用底部偵測器來發信號給處理器 166以採集資料。圖1〇進一步顯示了驅動馬達162及用於控 制光學生物碟110旋轉之控制器164。圖1〇亦展示了被實施 用於處理與透射式光學生物碟相關聯之返回光束154及透 射光束156之處理器ι66及分析器168。 如圖11所示，那裏有光學生物碟u〇的反射碟實施例之局 部截面圖。圖11顯示了基底12〇及反射層142。如以上所指 示的，反射層142可自諸如鋁、金之材料或其它合適的反射 材料所製得。在該實施例中，基底丨2〇的頂部表面係平滑 的。圖11亦展示了施配於反射層142之上的活性層144。亦 如圖11所示’目標區14〇係藉由在一所要的位置移除反射層 142的一區域或一部分而形成的，或替代地，藉由在施配反 射層142之鈿遮罩所要的區域而形成。如圖11所進一步顯示 的’塑膠黏合部件118被施配於活性層144之上。圖11亦展 示了蓋子部分116及與其相關聯之反射表面146。從而，當 盍子部分116被施配於包括所要的經切除形狀之塑膠黏合 部件118時，流動縫道130因此而被形成。如由圖丨丨中之箭 頭所指示的，入射光束152的路徑最初自碟11〇下方被導向 朝向基底120。入射光束然後聚焦於最接近反射層ι42的一 點。因為該聚焦發生於其間沒有反射層142之一部分之目標 區140中’故入射沿穿過活性層144之路徑繼續前進且進入 流動縫道130。接著入射光束152繼續向上穿越通過流動縫 道而最後入射落到反射表面146之上。在該點，入射光束152 94843.doc -18- 200525148 沿入射路徑被返回或反射回來且因此形成返回光束1 5 4。 圖12係生物碟110之透射實施例的局部截面圖。圖12顯示 了具有透明的蓋子部分116及在基底120上之薄半反射層 143之透射碟型式。圖12亦展示了施配於薄半反射層1C之 上的活性層144。在一實施例中，透射碟具有自諸如鋁或金 之金屬所製得之厚度約100至300埃且不超過4〇〇埃之薄半 反射層143。該薄半反射層143允許來自如圖1〇之光源15〇 之入射或詢問光束152的一部分向上穿透及通過碟以被頂 部偵測器158所偵測，而同時某些光線沿與入射光束相同的 路徑但是以相反的方向被反射回來。在該配置中，返回咬 反射光束154自半反射層143被反射。因此，在該方式下， 返回光束154不進入流動縫道130。如結合圖13及圖14所詳 細描述的，反射光線或返回光束154可被用於跟蹤在形成於 半反射層143之内或之上之預記錄之資訊光執上之入射光 束15 2。在如圖12中所顯示之碟實施例中，經有形界定之目 標區140可存在或可不存在。目標區14〇可藉由在基底12〇 上之薄半反射層143上所做出之直接標記而產生。該等標古己 可使用絲網和任何等效方法而形成。在沒有有形標記被使 用以界定目標區之替代實施例中（例如，舉例而言，當經編 碼軟體定址被利用），可使用有效的流動縫道丨3〇作為封閉 的目標區域，在其中進行對調查特徵的檢查。根據某些實 施例，可被檢查的調查特徵包括生物學的、化學的或有機 的標本、測試樣品、調查對象（舉例而言有機材料）及類似的 測試對象或目標樣品。該等調查特徵可在一輸出監視器上 94843.doc •19· 200525148 成像。調查特徵可包括生物學材料且亦可包括特異化學反 應及作為自該等反應之結果的產物及副產物，例如各=不 同比色被檢定物中之任一種。調查特徵可被用於醫學檢 定，但亦可用於其它用途，舉例而言，用於偵測化學藥品。 圖13係橫穿生物碟11〇之反射碟實施例之光執所取得之 橫截面圖。該圖係沿碟之半徑及流動縫道縱向地取得。圖 U包括基底120及反射層142。在該實施例中，基底12〇包括 一系列凹槽170。凹槽17〇係以螺旋的形式自接近碟的中心 向外緣延伸。凹槽17〇被實施以便詢問光束152可沿碟上之 螺旋凹槽170循迹而行。此類型之凹槽17〇被稱作，，蛇行式凹 槽"。具有波浪形的或波狀的側壁之底端部分形成凹槽 170，而凸起的或提高的部分分隔螺旋中鄰近的凹槽17〇。 如所顯不的，在該實施例中施配於凹槽17〇上之反射層 實際上係共形的。圖13亦展示了施配於反射層142之上的活 性層144。如圖π中所示，目標區14〇係藉由在所要的位置 移除反射層142的一區域或一部分，或藉由在施配反射層 142之而遮罩所要的區域而形成的。如圖丨^進一步顯示的， 塑膠黏合部件118被施配於活性層144之上。圖13亦展示了 蓋子部分116及與其相關聯之反射表面146。因此當蓋子部 分Π 6被施配於包括所要的經切除形狀之塑膠黏合部件丨i 8 時，流動縫道130因此被形成。 圖14係橫穿（舉例而言）如圖12中所描述之生物碟11〇的透 射碟實施例之光執而取得之橫截面圖。該圖係沿碟之半徑 及流動縫道縱向地取得的。圖14顯示了基底12〇及薄半反射 94843.doc -20- 200525148 層143 &薄·半反射層143允許來自錢15G之人射或詢問光 束152牙透及經過碟而被頂部偵測器158所偵 測到，而一部 分光線以返回光束154的形式被反射回來。薄半反射層143 之厚度藉由碟讀取器維持其循迹能力所需反射光線之最小 數量而被測定。該實施例中之基底12G，如在圖13中被討論 的基底一樣，包括該系列凹槽17〇。在該實施例中之凹槽 亦較佳以螺旋的形式自接近碟的中心向外緣延伸。凹槽1 被實施以便詢問光束152可沿螺旋循迹而行。圖14亦展示了 施配於薄半反射層143之上的活性層144。如圖14進一步顯 示的’塑膠黏合部件或縫道層1丨8被施配於活性層144之 上。圖14亦展示了沒有反射表面146之蓋子部分116。從而， 當盍子被施配於包括所要的經切除的形狀之塑膠黏合部件 U8時，流動縫道130因此被形成且入射光束152之一部分被 允許大體上不反射地從那裏經過。 圖15係類似於圖11的垂直於反射式光學生物碟之半徑而 得到的且展示了整個反射碟的厚度及其初始折射性質之橫 截面圖。圖16係類似於圖12的垂直於透射式光學生物碟之 半徑而得到的且展示了整個透射碟的厚度及其初始折射性 質之橫截面圖。凹槽170在圖15及圖16中不可見因為截面係 沿凹槽170而被切割的。圖15及圖16展示了在該等實施例中 位於垂直於凹槽170之位置之狹窄流動縫道13〇的存在。圖 13、圖14、圖15及圖16分別展示了反射及透射碟的整個厚 度。在該等圖中，顯示了入射光束152最初與具有折射性質 之基底120相互作用時所出現之情形，其中該等折射性質能 94843.doc -21 - 200525148 改變如顯示之入射光束之路徑以提供光束152在反射層142 或薄半反射層143上之聚焦。 計數方法及相關軟體 許多利用光碟資料而計數白血球血球的方法及相關的運 算法則在此被進一步詳細地加以討論。該等方法及相關地 運算法則不限於計數白血球，而是可容易地應用於進行計 數任一類型之顆粒物質，其包括（但不限於）紅血球、白血 球、小珠及任何其它能產生類似的可被光學讀取器所偵測 之光學標誌的生物學的及非生物學的對象。 出於圖解的目的，參照圖17所描述的對與本發明之實施 例相關之方法及運算法則的以下描述係針對血球計數的。 類似方法及運算法則可被應用於計數尺寸上與血球相似的 其它類型之對象。血球計數方法及運算法則的資料評估態 樣在此被一般地描述且可被應用於本發明實施例之方法及 裝置。用於俘獲及處理來自光學生物碟的調查資料之方法 及運算法則具有一般的廣泛的適用性。該等方法及運算法 則已在共同讓渡之以引用的方式倂入本文的2001年5月16 曰申請之美國臨時申請案第60/291，233號’’Variable Sampling Control For Rendering Pixelation of Analysis Results In Optical Bio-Disc Assembly And Apparatus Relating Thereto"及以引用的方式倂入本文之20 02年8月21 曰申請之美國臨時申請案第60/404,921號"Methods For Differential Cell Counts Including Related Apparatus And Software For Performing Same”中被進一步詳細地加以揭 94843.doc -22- 200525148 示。 在以下的討論中，方法及運算法則的基本方案被以簡短 的解釋呈現。如圖10中所顯示的，關於生物學測試樣品屬 性之資訊被擷取自該呈一電磁輻射光束型式之光學生物碟 110，該電磁輻射光束已藉由與測試樣品相互作用而被修正 或調變。在結合圖2、3、4、11、13及15所討論之反射式光 學生物碟的情況下，返回光束154載運著關於該生物樣品的 資訊。如以上所討論的，根據一實施例，實際上僅當入射 光束在流動縫道130或目標區140之内且與樣品有接觸時， 該等關於生物樣品的資訊才被包含在返回光束中。在生物 碟Π0的反射實施例中，返回光束154亦可載運經編碼於反 射層142之内或之上或另外的經編碼於如圖13及圖14所顯 示之蛇行式凹槽170内之資訊。對於熟習此技術者係很顯然 的，僅當相應的入射光束與反射層142有接觸時，預先記錄 之資訊才會被包含在有目標區之反射碟的返回光束154 中。當入射光束152係位於其中該資訊承載反射層142已被 移除或不存在之區域中時，該返回光束154中並不包含該等 資訊。在結合圖5、6、8、9、12、14及_討論之透射式 光學生物碟的情況下’該透射光束156載運關於該生物樣品 的資訊。 繼績参看圖1()，無論其係自該反射碟之返回光束154或該 =碟之透射光束156而得到，有關該生物測試樣品的資訊 广:皮導向至處理器166以進行信號處理。該處理涉及將該由 底。Η貞測器157(反射碟）或頂部偵測器158(透射碟㈣測 94843.doc -23 - 200525148 到之類比信號轉化成離散的數位型式。 接下來參看圖17，可以看到，該信號轉化涉及以固定的 時間間隔212取樣類比信號21〇，及將相應信號的瞬時類比 振幅214編碼為離散的二進位整數216。取樣係從某一開始 時間218開始且在某一結束時間22〇停止。與任何類比至數 位轉化過程相關聯之兩個公值係取樣頻率及位元深度。取 樣頻率，亦被稱作取樣速率，係在每個單位時間中所取樣 品的數量。較高的取樣頻率在連貫取樣間產生較小之時間 間隔212，此導致一與原始類比信號21〇相比具有較高之數 位信號222保真度。位元深度係指位元之數目，其被用在每 一取樣點中以便編碼該類比信號21〇之已被取樣的振幅 214。位元深度越A，二進位趋216越接近於原始類比振 幅214。被在一較佳實施例中，«速率為8 MHz，且具有 一每個樣品12位元之位元深度，藉而允許有-從0至4095 (0 至（2η— 1))(其中n為位元深度）之整數樣品範圍。此一組合 可改變以適應在其它實施例中必要的特定精4度。舉例而 言但不限制於此的’在涉及可供計數通常較小於血球之小 珠之方法的實施例中增大取樣頻率將會是令人滿意的。經 取樣之資料然後被發送至處理器166以便進行類比至數位 之轉化。 在類比至數位轉化的過程中，沿雷射路徑之每-取樣點 =4被作，料列226而連續地儲存於碟上或記憶體中。 母-連績的光執貢獻出—個獨立的—維陣列，從而產生一 與圖像相類似之二維陣列228。 94843.doc -24- 200525148 在生物碟中使用薄膜進行血液分離 如圖18至22所顯示之實施例展示了具有用於自整個血液 中分離人類血漿之橫向流動迴路的生物碟之各種組件。在 此生物碟亦係指生物光碟、生物光學碟、光學生物碟或光 學分析碟。如圖18至22所顯示之橫向流動迴路被設計在諸 如生物碟110之旋轉基底上之橫向流動檢定中使用。 .參看圖18，本發明之一實施例之橫向流動迴路308可包括 (但不限於）一用於分離調查材料之分離薄膜3〇〇，其在該實 施例中可被稱作血液分離薄膜或媒體（”BSm”）300。橫向流 動迴路308亦可包括一共軛釋放襯墊（”CRP”）3〇2、一分析薄 膜304及一吸收襯墊3〇6。當被配置於如圖18及圖19所描述 之特定貫施例中時，血漿可被自紅血球血球有效地分離且 被轉移至共軛釋放襯墊。使用能捕獲或俘獲紅血球同時允 許血聚經過且朝碟的中心遷移至共軛釋放襯墊之BSM 300 達成分離。然後血漿自那裏被虹吸至分析薄膜3〇4之上用於 分析。分析薄膜304可由例如硝化纖維所構成。 特別參看圖18，那裏展示了根據一實施例具有橫向流動 迴路308之光學生物碟11〇的頂部平面圖。橫向流動迴路3〇8 的特寫圖被展示於圖19中。參看圖18及圖19，橫向流動迴 路308可包括一具有第一末端或樣品接收末端31〇及第二末 端3 16之血液分離薄膜或媒體30〇。BSM 300之第二末端316 可被連接至共輛釋放襯墊（”CRPn)302之第一末端303。CRP 之第二末端305可被連接至分析薄膜304之第一末端317。分 析薄膜304之第二末端319可被連接至吸收襯墊306。分析薄 94843.doc -25- 200525148 膜304可包括一個或多個俘獲區314。樣品可被應用於BSM 300之樣品接收末端310。BSM 300可自（但不限於）諸如具有 分級孔結構之BTS-SP不對稱薄膜（Pall Corporation)、CytoSep Media (Ahlstrom Filtration/Pall Corporation)、Presense 薄膜（Pall Corporation)、BTS-S (Pall Corporation)、Hemasep Medium (Pall Corporation)、尼龍、親水的聚醚礙、聚醚礙、丙烯酸共聚 物、聚磺内酯、硝化纖維、纖維素及任何生物可相容薄膜 材料之天然及合成纖維複合物而形成。根據一實施例，BSM 300薄膜係BTS-SP薄膜。CRP 302、分析薄膜304及吸收襯 墊306亦可由天然及合成纖維複合物所構成。 當被用於生物-CD上時，如圖18所示之橫向流動迴路之一 實施例可係有利的。由於生物碟系統的性質，當位於驅動 器之内時碟110將旋轉（離心）。在某些實施例中，沒有紅血 球（’’RBCs")與分析薄膜304相接觸係有利的，或甚至對於某 些檢定係絕對必要的。傳統的直線型橫向流動檢定可受 RBC由於離心力而遷移進入分析薄膜之影響。在某些實施 例中，在分析薄膜中有RBCs係不期望的，因為它們可能妨 礙檢定。如圖18及圖19所示之實施例之橫向流動迴路的平 行配置組態可防止RBC向分析薄膜304上的遷移從而防止 RBC妨礙檢定。 在圖1 8及圖19中，橫向流動迴路與被組態為在生物碟之 徑向方向延伸之大體上平行的分離薄膜300及分析薄膜304 一起被展示。CRP 3 02在每一薄膜中靠近生物碟之内部周邊 的部分與分離薄膜300及分析薄膜304相連接以便 94843.doc -26- 200525148 CRP 302、分離薄膜300及分析薄膜300彼此之間處於流體連 通。其它實施例亦有可包括分離薄膜300及分析薄膜304不 平行或每一薄膜在生物碟之不同徑向方向上延伸之結構以 便薄膜大體上形成一角。 接下來參看圖20A及20B，那裏顯示了根據一實施例之橫 向流動迴路308之該等組件之側面圖。如圖20A中所示，BSM 300與同BSM 300之第二末端316頂部相連接或處於流體連 通之CRP 302—起被加以展示。如圖20B所顯示，CRP 302 亦可被與分析薄膜304之第一末端3 17之頂部相連接或處於 流體連通而吸收襯墊306可被與分析薄膜304之第二末端 3 19之頂部相連接或處於流體連通以完成橫向流動迴路 3 08。BSM 300、CRP 302、分析薄膜304及吸收襯墊306之 其它組態（其中之連接點或流體連通點與如圖18至20所顯 示的相比有所不同）係可能的。舉例而言，在某些實施例中 BSM 300及分析薄膜304被組態以便形成一角度且其中CRP 302仍然係與BSM 300及分析薄膜304在（舉例而言）靠近生 物碟之内部周邊而相連或處於流體連通。該等組態對其中 最好諸如RBC之某些物質不遷移至分析薄膜304之分析可 為有利的。 根據某些實施例，生物碟能可選擇地包括覆蓋碟。具有 覆蓋碟之光學生物碟110之實施例在圖21及圖22中被描 述，其中根據一實施例具有覆蓋碟116之用於血液分離之反 射碟的頂部平面圖被展示於圖21中。覆蓋碟116可包括入口 端或樣品注射端122。亦在圖21中被展示的係檢視或分析窗 94843.doc -27- 200525148 口 312 ’其t在其下方分析薄膜304可被置放以藉由來自光 碟讀取器112(圖1)之讀取光束而加以詢問。 接下來參看圖22,那裏顯示了具有於其中形成之入口端 122的復蓋碟116之用於血液分離及血清分析檢定之透射碟 實施例的頂部平面圖。在使用中，整個血液樣品可被送入 要麼反射碟或要麼透射碟之入口端122。血清於是可藉由 BSM 300而自整個血液中被分離。接著，血清繼續移動經 過BSM 300且進入CRP 302。試劑可在生物碟no之組合過 程中被預先載入CRP 302之上。試劑可包括用於偵測血清中 分析物所必需之信號元素。信號元素可包括（舉例而言）有信 號劑（signal agent)附於其上之奈米粒子。信號劑可包括結 合蛋白質、寡核苷酸、抗原、抗體、DNA、RNA及其類似 物。在CRP中之試劑可溶解於血清且與血清中之分析物反 應或結合。可被稱作為（舉例而言）試劑-調查特徵混合物或 試劑-樣品混合物的所得混合物可流入分析薄膜。 在某些實施例中，分析薄膜可包含具有與其相結合之俘 獲劑的分析或俘獲區3 14，如圖19所示。俘獲劑可包括結合 蛋白質、抗原、抗體、DNA、RNA及其類似物。當試劑-樣 品混合物流經分析薄膜304且流入吸收襯墊306時，分析物 同與其相結合之信號元素一起可被分析區中之俘獲元素或 俘獲劑所俘獲。於是可藉由使用來自光碟讀取器之讀取光 束152及反射信號154(圖1〇、u、13及15)或透射信號156(圖 10、12、14及16)(視所用碟11〇之類型而定）於是詢問分析區 3 14，且其可被分析以測定在分析區3 14中信號劑的存在及 94843.doc -28- 200525148 數量。關於使用光學生物碟以偵測及量化分析物之進一步 的細節以及用於將信號及俘獲劑附著於固體表面上之相關 方法在共同讓渡且同在申請中之2003年1月21日申請之美 國專利申請案第 10/348,049 號”Multi-Purpose 0ptical Analysis Disc for Conducting Assays and Related Methods for Attaching Capture Agents”（該案全文以引用的方式倂入 本文中）被揭不。 在該專利說明書中所提及之所有專利案、臨時申請案、 專利申請案及其它公開案之全文已經以引用的方式倂入本 文中。 雖然本發明已參考某些較佳實施例而被詳細地加以描 述，但是應瞭解本發明並不限於該等明確之實施例。更確 切地說’鑒於描述了用於實踐本發明之當前最佳模式的本 揭示内容’彼等熟習此項技術者顯而易見地瞭解許多修改 及變化而不背離本發明之範圍及精神。 更進一步，鑒於本揭示内容，彼等熟習此項技術者僅僅 使用常規實驗就能發現或有能力確定許多與在此所描述之 本發明之特定實施例等效的例子。 【圖式簡單說明】 本發明進一步的目標與對此起作用之額外特徵及自此產 生之優點一起將自以下對本發明之較佳實施例之描述而變 得顯而易見’該描述在附圖中被展示，其中始終用相同的 參考數字指示相同的組件，其中： 圖1係生物碟系統的圖形表示； 94843.doc -29· 200525148 其中該碟具有展示 圖2係反暫式生物碟的分解透視圖； 圖3係如圖2所示之碟的頂部平面圖； 圖4係如圖2中所顯示之碟之透視圖， 碟之不同層的經切除部分； 圖5係透射式生物碟的分解透視圖； 圖6係顯示如圖5中所示之碟的透視圖，其中該碟具有圖 解碟的半反射層之功能態樣的經切除部分；
圖7係展示薄金膜的厚度與透射率之間關係的圖解表示； 圖8係如圖5中所示之碟的頂部平面圖； 圖9係如圖5中所示之碟的透視圖，其中該碟具有展示包 括如圖6中所示之半反射層類型之碟+同層❸經切除部分； 圖1〇係更詳細地顯示圖1之系統的透視及組態方塊圖顯 不； 圖11係垂直於如圖2、圖3及圖4中所示之反射式光學生物 碟之半徑所取得的展#纟中所％成的流動縫道之局部截面 圖； 圖12係垂直於如圖5、圖8及圖9中所示之透射式光學生物 碟之半徑所取得的展示其中所形成的流動縫道以及頂部偵 測器之局部載面圖； 圖13係如圖2、圖3及圖4中所示之反射式光學生物碟的圖 解其中所形成的蛇行式凹槽之局部縱向截面圖； 圖14係如圖5、圖8及圖9中所示之透射式光學生物碟的圖 解其中所形成的蛇行式凹槽以及頂部偵測器之局部縱向截 面圖； 94843.doc -30- 200525148 圖15係垂直於反射式光學生物碟之半徑所取得的展示反 射碟整個厚度及其初始折射性質之局部截面圖； 圖16係垂直於透射式光學生物碟之半徑所取得的展示透 射碟整個厚度及其初始折射性質之局部截面圖； 圖17係經取樣類比信號向作為一維陣列而被儲存的相應 數位信號的轉化之圖形圖解顯示； " 圖18係具有四組橫向流動迴路之光學生物碟的頂部平
圖19描述橫向流動迴路的細節圖； 圖20A係橫向流動迴路某些組件之側面圖 圖20B係橫向流動迴路某些組件之側面圖 圖21係具有覆蓋碟的用 部平面圖； 於血液分離及分析的反射碟之頂 圖22係具有覆蓋碟的用於灰 部平面圖。 液分離及分析的 透射磲之頂 【主要元件符號說明】 110 光學生物碟 112 光碟驅動器/光碟讀取器 114 顯示監視器 116 盍子部分/覆蓋碟 118 塑膠黏合部件或縫道層 120 基底 122 入口端/樣品注射端 124 出口端 94843.doc
-31 - 200525148 126 觸發標記或標記 128 流體迴路 130 流動縫道或分析區 132 返回縫道 134 混合室 136 對稱型混合室 138 偏置型混合室 140 目標或俘獲區 142 反射層 143 半反射層 144 活性層 146 反射表面 148 光學組件 150 光源 152 詢問或入射光束 154 返回光束 156 透射光束 157 底部偵測器 158 頂部偵測器 160 觸發偵測器 162 驅動馬達 164 控制器 166 處理器 168 分析器 94843.doc -32- 200525148 170 凹槽 210 類比信號 212 時間間隔 214 類比振幅 216 離散的二進位整數 218 開始時間 220 結束時間 222 數位信號 224 取樣點 226 一維陣列 228 二維陣列 300 分離薄膜 302 共軛釋放襯墊 303 第一末端 304 分析薄膜 305 第二末端 306 吸收襯塾 308 橫向流動迴路 310 第一末端或樣品接收末端 312 檢視或分析窗口 314 俘獲區 316 第—末端 317 第一末端 319 第二末端 94843.doc -33-