TWI404929B - 流體裝置及其控制方法 - Google Patents

Description

流體裝置及其控制方法

本描述關於流體裝置及其控制方法。

可使用許多類型之測試裝置來偵測化合物之存在或分析生化反應。舉例而言，可使用沿長度方向具有一或多個測試線之橫向流薄膜(Lateral flow membrane)來執行橫向流檢定(Lateral Flow Assays)。具有溶解之試劑的流體藉由電滲透(Electro osmosis)自薄膜的一端行進至測試線。讀取者偵測測試線處是否發生反應，其指示試劑中存在或並不存在某些粒子。作為另一實例，可使用具有一組微毛細管的裝置來控制免疫檢定處理中的流體流動。試劑定位於沿微毛細管之長度的多個位置處，使得當流體歸因於毛細管力在微毛細管中流動時，流體與試劑相接觸。讀取者監控試劑位於之位點以判定是否已發生反應。作為又一實例，藉由控制流經多個通道以及腔室的流體流動，可使用微流體晶片來執行檢定。可與提供用以驅動流體之驅動力的外部電源及/或泵一起使用微流體晶片。

本發明提出一種用於執行檢定之流體裝置，包括諸如真空泵、氣體泵、”斷開式打開閥(Broken open valves)”以及“自關閉閥(self-close valves)”之控制組件，其用於控制流體裝置中的流體流動。

在本發明所提出之用於執行檢定之流體裝置，可使用真空泵來沿特定方向牽引通道中的流體，且可使用氣體泵來沿特定方向推動通道中的流體。

在本發明所提出之用於執行檢定之流體裝置，可使用斷開式打開閥來連接由使用者控制的兩個獨立區域，且可使用自關閉閥來在流體經過後自動密封通道。

在本發明所提出之用於執行檢定之流體裝置，真空泵、氣體泵、斷開式打開閥以及自關閉閥可製造成體積甚小之元件，使得流體裝置可製造為體積甚小且可攜帶的裝置。

本發明提供一種控制流體之方法，用以控制流體於通道中流動。此方法包括斷開第一容器以於通道中產生壓力差，使得流體於所述通道中移動，而第一容器由脆性材料製成。此第一容器(a)界定第一容器內之空間，空間具有不同於第一容器外部之氣體壓力的氣體壓力，或(b)包括一第一材料，此第一材料在第一容器斷開前與一第二材料相分離，而第一材料以及第二材料經選擇以使得在第一材料與第二材料相互作用後立即產生氣體。

本發明提供一種流體裝置，包含通道以及第一容器。在第一容器中，當第一容器斷開時，第一容器於通道中產生壓力差。而第一容器由脆性材料製成。而此第一容器(a)界定第一容器內之空間，此空間具有不同於第一容器外部之氣體壓力的氣體壓力，或(b)包括一第一材料，此第一材料在第一容器斷開前與一第二材料相分離，此第一材料以及第二材料經選擇以使得第一材料與第二材料相互作用後立即產生氣體。

本發明提供一種流體裝置，包含界定第一區域之第一材料以及界定第二區域之第二材料，此第二區域與第一區域相分離。而更包括連接器耦接於第一區域與第二區域之間，此連接器包含脆性材料且具有開放端以及閉合端。此開放端安置於第二區域中，而閉合端安置於第一區域中。第一區域藉由連接器之閉合端與第二區域隔斷。連接器經設定以使得當所述連接器之閉合端斷開時，連接器界定自第一區域至第二區域的通路。

本發明提供一種流體裝置，包含膨脹部分的通道，此膨脹部分具有大於通道之相鄰部分的直徑，而更包括安置於膨脹部分中的材料。此材料具有在吸附流體前並不阻斷流體之通路的體積。其中此材料吸附流體之部分後體積立即膨脹以使得膨脹後材料阻斷額外流體經過通道的通路。而此材料包含超級吸附劑聚合物。

本發明提供一種流體裝置，包含含有第一流體之第一儲集器、含有第二流體之第二儲集器、主通道、第一分枝通道、第二分枝通道、第一單次使用泵以及第二單次使用泵。此第一分枝通道耦接到第一儲集器至主通道。而第二分枝通道耦接到第二儲集器至主通道。此第一單次使用泵則當第一單次使用泵中之容器斷開時，此第一單次使用泵產生壓力差以移動第一流體以及第二流體中之一者或兩者。而當第二單次使用泵中之容器斷開時，第二單次使用泵產生壓力差以移動第一流體以及第二流體中之一者或兩者。

本發明提供一種控制流體之方法，包括提供多個吸管以使得能夠取樣預定量之流體。而每一吸管包括通道，以及容器，此容器斷開時於通道中產生壓力差，而此容器由脆性材料製成。此容器界定容器內之空間，此空間具有小於容器外部之氣體壓力的氣體壓力，其中斷開容器會於通道中產生預定量之壓力差，以使得預定量之流體被吸取至通道中。

本發明提供一種控制流體之方法，包含使得流體能夠自第一區域流動至第二區域，其中，此第一區域藉由具有開放端以及閉合端之連接器耦接至第二區域，而此開放端安置於第二區域中，而此閉合端安置於第一區域中。此第一區域藉由連接器之閉合端與第二區域隔斷，其中使得流體能夠流動包含斷開連接器之閉合端，以形成經過連接器自第一區域至第二區域的通路。藉由使用吸附流體後體積膨脹的材料，來吸附流經連接器之流體的部分，以及使用經膨脹之材料來阻斷額外流體進一步流經連接器。

本發明提供一種控制流體之方法，包含使流體於通道中流動，而此通道包括吸附流體之部分後體積立即膨脹的材料，使流體於通道中流動包括使流體之第一部分流經材料且使用所述材料來吸附流體之第二部分，從而使得材料體積膨脹。而藉由使用經膨脹之材料來阻斷額外流體經過通道的通路。

本發明提供一種控制流體之方法，包含使流體經過通道，此通道包括第一自關閉閥以及第二自關閉閥。此第一自關閉閥與第二自關閉閥彼此間隔開，每一自關閉閥包含吸附流體之部分後體積立即膨脹的流體吸附材料。藉由使用第一自關閉閥以及第二自關閉閥中的流體吸附材料來吸附流體之部分。膨脹流體吸附材料之體積以阻斷額外流體進一步經過通道的通路，於通道之第一自關閉閥與第二自關閉閥之間的部分中保持預定量之流體。

本發明提供一種控制流體之方法，包含阻斷由脆性材料製成之第一容器以於通道中產生壓力差，使得第一流體自第一儲集器移動至通道之第一區段。此第一容器(a)界定第一容器內之空間，此空間具有不同於第一容器外部之氣體壓力的氣體壓力，或(b)包括第一材料，此第一材料在第一容器斷開前與第二材料相分離，此第一材料以及此第二材料經選擇以使得第一材料與第二材料相互作用後立即產生氣體。阻斷由脆性材料製成之第二容器，以於通道中產生壓力差，使得第一流體之至少部分移動而經過通道之第二區段。

本發明提供一種控制流體之方法，包含同時操作第一單次使用泵以及第二單次使用泵，以吸取樣本流體之第一部分至第一通道及吸取樣本流體之第二部分至第二通道。阻斷第一單次使用泵中之第一容器，以產生壓力差，使得樣本流體之第一部分自儲集器移動至第一通道，且阻斷第二單次使用泵中之第二容器以產生壓力差，使得樣本流體之第二部分自儲集器移動至第二通道。同時操作第三單次使用泵以及第四單次使用泵以吸取第一緩衝溶液至第一通道及吸取第二緩衝溶液至第二通道。

一種用於執行檢定之流體裝置可包括諸如真空泵、氣體泵、“斷開式打開閥(Broken open valves)”以及“自關閉閥(self-close valves)”之控制組件，其用於控制流體裝置中的流體流動。可使用真空泵來沿特定方向牽引通道中的流體，且可使用氣體泵來沿特定方向推動通道中的流體。可使用斷開式打開閥來連接由使用者控制的兩個獨立區域，且可使用自關閉閥來在流體經過後自動密封通道。真空泵、氣體泵、斷開式打開閥以及自關閉閥可製造為小的，使得流體裝置可製造為小的且為可攜帶的。

在以下描述中，可首先引入個別控制組件，且隨後為控制組件如何經組合以建構用於控制流體裝置中之流體的模組化單元的描述。隨後將描述如何使用流體裝置來執行生物性檢定。

參看圖1A，可藉由將容器100置放於由材料102界定之通道106(或腔室)中來建構真空泵90。容器100封閉區域104，區域104為真空或具有與通道106中之氣體壓力相比較低的氣體壓力。

參看圖1B，容器100可為(例如)玻璃毛細管，其在施加外力後立即斷開。當容器100斷開時，通道106中之氣體流入真空區域104中，從而降低通道106中之壓力。以此方式產生可沿方向108牽引流體以使其朝向通道106的吸引力。

圖25A至圖25C展示使用置放於橡膠管中之玻璃毛細管之真空泵的實例。圖25A展示氣體泵410的橫截面，氣體泵410具有置放於橡膠管418中的真空玻璃毛細管416，其中管418具有閉合端424以及開放端426。圖25B展示氣體泵412的橫截面，氣體泵412類似於氣體泵410，除了具有一帶有兩個開放端之橡膠管420之外。圖25C展示連接至兩個橡膠管428的氣體泵412，其中橡膠管420具有較大於橡膠管428的內徑(以容納玻璃毛細管416)。

圖26A以及圖26B展示使用置放於平面流體通道中之玻璃毛細管之真空泵的實例。圖26A展示真空泵430的橫截面，真空泵430具有置放於由平面基板434界定之流體通道438中的真空玻璃毛細管416。流體通道438具有閉合端440以及開放端442。平面基板434由剛性材料製成。彈性層436嵌入於基板434中鄰近毛細管416之位置處，使得允許使用者經由彈性層施加外力以斷開毛細管416。

圖26B展示真空泵432的橫截面，真空泵432類似於真空泵430，除了流體通道438連接至具有較小橫截面之兩個流體通道444之外。

可藉由加熱玻璃毛細管之一端以熔融玻璃而形成第一閉合端來製成真空玻璃毛細管。使用真空泵來經由開放端抽汲出玻璃毛細管中的空氣。在距第一閉合端一距離處加熱玻璃毛細管。熱量軟化玻璃，可捏縮或扭轉經軟化之玻璃以形成第二閉合端。

參看圖2A，可藉由將容器110置放於由材料102界定之通道106(或腔室)中來建構氣體泵92。容器110封閉區域112，區域112具有與容器110外部之通道106中之氣體壓力相比較高的氣體壓力。

參看圖2B，容器110可為(例如)玻璃毛細管，其在施加外力後立即斷開。當容器110斷開時，原先在容器110內部之氣體流出容器110，從而增大了通道106中之壓力。以此方式產生可沿方向114推動流體以使其遠離通道106的力。

在此描述中，將使用術語“真空泵”來泛指一種產生牽引力的裝置，其可用以朝向裝置牽引流體；且將使用術語“氣體泵”來泛指一種產生推動力的裝置，其可用以推動流體以使其遠離裝置。

存在用以建構氣體泵之替代方式。舉例而言，參看圖3A，可藉由將部分填充有第一材料126的玻璃毛細管120置放於含有第二材料128的通道124(或腔室)中來製造氣體泵94。選擇第一材料126以及第二材料128，使得當材料126與材料128彼此混合時兩者將相互作用且產生一或多種氣體。舉例而言，第一材料126可為碳酸鈉(Na₂ CO₃ )及/或碳酸氫鈉(NaHCO₃ )，且第二材料128可為乙酸(CH₂ COOH)。

參看圖3B，當施加外力以斷開玻璃毛細管120時，第一材料126與第二材料128相互作用且產生氣體。在此實例中，氣體為二氧化碳(CO₂ )。發生之化學反應為：

Na₂ CO₃ +2 CH₂ COOH→2 NaCOOCH₂ +H₂ O+CO₂

NaHCO₃ +CH₂ COOH→NaCOOCH₂ +H₂ O+CO₂

二氧化碳增大通道124中之壓力，從而產生可用以推動流體遠離斷開之毛細管120的力。

第一材料126可直接填充至毛細管120中。參看圖27A，第一材料126亦可附著至導線450，隨後導線450與塗佈材料126一起置放於毛細管120內部。圖27B展示將玻璃毛細管120置放於橡膠管418內之通道124中的實例。通道124含有第二材料128，當玻璃毛細管120斷開時第二材料128可與第一材料126相互作用。圖27C展示將玻璃毛細管120置放於平面裝置基板434內之流體通道438中的實例。彈性層436嵌入於基板434中鄰近毛細管120之位置處，使得允許使用者經由彈性層436施加外力以斷開毛細管120。

參看圖4A，可藉由以下步驟來製造氣體泵96：將化合物130置放於玻璃毛細管132中、密封毛細管132、加熱毛細管132、冷卻毛細管132且將毛細管132置放於通道106(或腔室)中。將化合物130選擇為在加熱後產生氣體的材料。當加熱及冷卻毛細管132時，由化合物130產生之氣體增大毛細管132內部的氣體壓力(與毛細管132外部的氣體壓力相比較)。

化合物130之實例包括碳酸氫鈉(NaHCO₃ )以及碳酸鈣(CaCO₃ )。此等化合物加熱時產生二氧化碳：

NaHCO₃ →NaOH+CO₂

CaCO₃ →CaO+CO₂

亦可使用自固態變化為氣態的昇華材料(例如，變為CO₂ 的乾冰)。圖4B之材料表中列出加熱時產生氣體的其他材料或如NaN3加熱產生氮氣(2NaN3--->2Na+3N2)。

參看圖5A，可藉由將玻璃毛細管142置放於第一通道148與第二通道150之間來製造斷開式打開閥140。玻璃毛細管142具有定位於第一通道148中的開放端144，以及定位於第二通道150中的閉合端146。當玻璃毛細管完整無損時，流體無法於第一通道148與第二通道150之間流動。此稱為斷開式打開閥之“關閉”狀態。

參看圖5B，當施加外力以斷開玻璃毛細管142時，連接通道148與通道150之通路152形成了。此稱為斷開式打開閥之“打開”狀態。斷開式打開閥140可用於允許兩種流體(或一種流體以及一種固體)初始相分離，隨後在由使用者控制之時刻相互作用。

圖28A以及圖28B展示使用斷開式打開閥來建構低成本裝置的實例，低成本裝置用於執行其中用紫外(UV)光輻射流體的檢定。玻璃毛細管142連接兩個塑膠通道460以及462。初始，反應劑464包含於第一塑膠通道462中。玻璃毛細管142斷開後，反應劑464立即流經玻璃毛細管142至第二塑膠通道460。如圖28B所示，當反應劑464流經玻璃毛細管142時，UV光源466輻射反應劑464。偵測器468偵測通過反應劑464的UV光。偵測器468所偵測到之UV光的光譜可用於判定反應劑464中的化合物。

圖28C展示具有方形內周邊以及外周邊之玻璃毛細管的橫截面。方形內周邊以及外周邊允許UV光沿垂直於玻璃毛細管之表面的方向通過玻璃毛細管。與毛細管具有圓形橫截面相比較，毛細管具有方形橫截面之此方式允許更多UV光達到玻璃毛細管中之流體，其中圓形橫截面可能引起入射UV光沿遠離流體之方向反射或重定向。

參看圖6A以及圖6B，可藉由將超級吸附劑聚合物(Superabsorbent polymer，底下簡稱“SAP”)162置放於通道164中來製造自關閉閥160。初始，SAP 162具有較小體積且允許流體於通道164中之第一區域166與第二區域168之間流動(圖6A)。此稱為自關閉閥之“打開”狀態。當流體流經SAP 162時，SAP吸附流體之部分且體積膨脹，從而阻斷通道164(圖6B)，藉此阻止流體於第一區域166與第二區域168之間進一步流動。此稱為自關閉閥之“關閉”狀態。

超級吸附劑聚合物可吸附且保持水或其他水溶液的大體積。在某些實例中，SAP可由經化學改質之澱粉以及纖維素以及其他聚合物製成，諸如，高親水性且對水具有高親和性的聚(乙烯醇)PVA、聚(氧化乙烯)PEO。在某些實例中，超級吸附劑聚合物可由部分中和且輕度交聯的聚(丙烯酸)製成，部分中和且輕度交聯的聚(丙烯酸)具有良好之效能相對成本的比率。聚合物可製造成具有低固體含量，隨後將聚合物乾燥且研磨為白色粒狀固體。在水中，白色固體膨脹為在某些情況下可包括重量百分比高達99%之水的橡膠凝膠。

參看圖7A，自關閉閥170可包括通道164，通道164具有擴大部分172以容納超級吸附劑聚合物162，使得超級吸附劑聚合物162在膨脹前並不限制流體的流動。為了製造自關閉閥170，可將黏附劑塗覆至擴大部分172的內壁，以粉末形態的SAP 162隨後被推動至通道164中，使得SAP 162粉末黏附至擴大部分172處之內壁。

參看圖7B，當流體流經超級吸附劑聚合物162時，超級吸附劑聚合物162吸附流體之部分且體積膨脹，從而阻斷通道164，藉此阻止流體進一步流經膨脹之聚合物162。

參看圖8A以及圖8B，超級吸附劑聚合物162可附著至導線180，隨後置放於通道164中。通道164可具有凹座區域182，凹座區域182中塗覆有黏附劑以將導線180緊固於預界定位置處。

參看圖8C，當流體流經超級吸附劑聚合物162時，聚合物162吸附流體之部分且體積膨脹，從而阻斷通道164，藉此阻止流體進一步流經膨脹之聚合物162。

可藉由用SAP塗佈導線、隨後將經塗佈之導線置放於通道或管中來製造自關閉閥。可藉由用SAP塗佈平面基板、隨後將經塗佈之基板置放於平面流體裝置中之平面通道中來製造用於平面流體裝置的自關閉閥。

參看圖9A至圖9C，可藉由使用玻璃毛細管142以及定位於毛細管142外部且鄰近毛細管142之SAP 162來製造開關開閥190。毛細管142與SAP 162皆定位於具有第一區域166以及第二區域168的通道164中。使用玻璃毛細管142以及SAP類似於使用斷開式打開閥與自關閉閥之組合。開關開閥190使得使用者能夠藉由允許、隨後阻斷、且隨後允許流體經過特定位置而控制流體流經通道中之特定位置的流動。

參看圖9A，初始，SAP 162具有較小體積且並不阻斷通道，從而允許流體於第一區域166與第二區域168之間流動。

參看圖9B，當流體經過時，流體之部分被SAP 162吸附，從而使得SAP 162體積增大，藉此阻斷流體於第一區域166與第二區域168之間的進一步流動。

參看圖9C，當施加外力以斷開玻璃毛細管142時，產生通路152以允許流體於第一區域166與第二區域168之間流動。

參看圖10A至圖10C，可藉由使用玻璃毛細管142以及定位於毛細管142內部之SAP 162來製造關開關閥200。毛細管142具有開放端144以及閉合端146。開放端144定位於第一通道148中，且閉合端146定位於第二通道150中。玻璃毛細管142以及SAP 162執行類似於斷開式打開閥與自關閉閥之組合的功能。關開關閥200使得使用者能夠藉由阻斷、隨後允許、且隨後阻斷流體經過特定位置而控制流體流經通道中之特定位置的流動。

參看圖10A，當玻璃毛細管142完整無損時，第一通道148與第二通道150並不相連接。

參看圖10B，當施加外力以斷開玻璃毛細管142時，形成通路152，從而允許流體於通道148與150之間流動。SAP 162初始具有較小體積且並不阻斷流體於通路152中的流動。

參看圖10C，當流體流經通路152時，流體之部分被SAP 162吸附，從而使得SAP體積增大且阻斷通路152，藉此阻止流體進一步流經通路152。

參看圖11A至圖11D，可藉由使用玻璃毛細管142、定位於毛細管142內部之SAP 212，以及定位於毛細管142外部之SAP 214來製造開關開關閥(on-off-on-off valve)。玻璃毛細管142、SAP 212，以及SAP 214置放於通道164中。玻璃毛細管142、SAP 212，以及SAP 214執行類似於斷開式打開閥與兩個自關閉閥之組合的功能。開關開關閥210使得使用者能夠藉由允許、隨後阻斷、隨後允許、且隨後阻斷流體經過特定位置而控制流體流經通道中之特定位置的流動。

參看圖11A，初始，SAP 214具有較小體積且允許流體於通道164之第一區域166與第二區域168之間流動。

參看圖11B，當流體經過時，流體之部分被SAP 214吸附，從而使得SAP 214體積增大，藉此阻斷流體於第一區域166與第二區域168之間的進一步流動。

參看圖11C，當施加外力以斷開玻璃毛細管142時，形成通路152以允許流體於第一區域166與第二區域168之間流動。

參看圖11D，當流體流經SAP 212時，流體之部分被SAP 212吸附，從而使得SAP 212體積增大且阻斷通路152，藉此阻止流體進一步流經通路152。

參看圖12，可藉由使用耦接至吸管管體224的真空泵222來建構用於吸取預定量之流體的計量吸管(Metering Pipette)220。真空泵222包括置放於吸管球體226中的真空玻璃毛細管100。為了使用計量吸管220，斷開玻璃毛細管109以產生將流體吸取至吸管管體224中的吸引力。

當製造一批計量吸管220時，球體226以及玻璃毛細管100之尺寸可製成相同的。球體226以及玻璃毛細管100經設計以當使用者按壓球體226以斷開玻璃毛細管100時，引起玻璃毛細管100斷開所需要之施予球體226的變形量對於所有計量吸管220而言為大體相同的。以此方式，使用者可使用計量吸管220來在無需監控莖狀物224中之流體含量的情況下快速吸取預定量之流體。

舉例而言，參看圖21A以及圖21B，可使用計量吸管220來快速自患者取樣預定量之血液370。

參看圖13，計量吸管230之另一實例包括真空泵222以及氣體泵232。真空泵222類似於圖12所示之真空泵。氣體泵232包括玻璃毛細管120，玻璃毛細管120填充有Na₂ CO₃ 且置放於含有CH₂ COOH之吸管球體234中。當玻璃毛細管120斷開時，Na₂ CO₃ 與CH₂ COOH相互作用以產生CO₂ ，從而增大球體234中之氣體壓力。真空泵222允許使用者快速吸取預定量之流體至吸管230中。氣體泵232允許使用者將流體施配至吸管230之外。

使用氣體泵232之優勢在於：當Na₂ CO₃ 與CH₂ COOH之間的反應產生CO₂ 氣體時，可在受控之一段時間期間施配管體228中之流體。以此方式，使用者無需小心監控施配流體時流體的流出。

參看圖14A，計量吸管240之另一實例包括球體242、中間部分244以及吸管管體246。中間部分244由可變形材料建構。開關開閥248定位於中間部分244中。開關開閥248包括玻璃毛細管142以及定位於毛細管142外部之SAP 162，此類似於圖9A至圖9C所示之裝置。

參看圖14A，為了使用吸管240，使用者擠壓且釋放球體242以吸取流體至管體246以及中間部分244中。

參看圖14B，當流體達到中間部分244且開始與SAP 248相接觸時，流體之部分被SAP 248吸附，從而使得SAP 248體積膨脹且阻斷SAP 248之另一側的流體通路。以此方式，預定量之流體被吸取至吸管240中。

參看圖14C，為了自吸管240施配流體，使用者按壓中間部分244(由可變形材料製成)以斷開玻璃毛細管142，從而形成經過斷開之毛細管142的通路。使用者隨後擠壓球體242以迫使流體流出吸管240。

當製造一批吸管240時，管體246以及中間部分244之尺寸為相同的，且中間部分244內之開關開閥248的位置為相同的，使得使用者可使用吸管240來在無需精密監控吸管240中之液體含量的情況下快速吸取大體相同量之流體。

參看圖15A，用於收集預定量之流體的計量裝置260包括玻璃毛細管262，玻璃毛細管262具有兩個分枝266a以及266b、兩個自關閉閥268a以及268b，以及兩個斷開式打開閥270a以及270b。自關閉閥268a以及268b中之每一者具有吸附流體後立即膨脹的SAP。初始，自關閉閥268a以及268b處於打開狀態，且斷開式打開閥270a以及270b處於關閉狀態。自關閉閥268a以及268b可類似於圖6A至圖8C所示之自關閉閥。斷開式打開閥270a以及270b可類似於圖5A以及圖5B所示之斷開式打開閥。

在操作中，歸因於毛細管力，流體274被吸取至毛細管262中，且流經自關閉閥268a以及268b。參看圖15B，當流體274流經自關閉閥268a以及268b時，流體274之部分被自關閉閥268a以及268b中之SAP吸附，從而使自關閉閥268a以及268b變化為關閉狀態，藉此阻斷流體274的進一步流動。以此方式導致流體274佔據毛細管之自關閉閥268a與268b之間的區段264。

藉由將斷開式打開閥270a以及270b自關閉狀態改變為打開狀態且施加吸引力或推動力來移動流體274，流體274可經過分枝266a或266b自區段264移動至其他位置。

計量裝置260之優勢在於：計量裝置260可在無需使用者小心監控的情況下快速取樣預定體積之流體。因為毛細管具有小直徑，所以計量裝置260可用於精確取樣少量流體。

參看圖16A，可自樣本池282獲取三種不同量之流體的計量裝置280包括三個毛細管284a、284b以及284c。每一毛細管在一端具有自關閉閥(例如，286a、286b或286c)且另一端具有真空閥(例如，288a、288b或288c)。每一真空泵具有真空玻璃毛細管。初始，自關閉閥處於打開狀態。

參看圖16B，當使用者斷開真空泵288a中之真空玻璃毛細管時，產生吸引力來吸取預定量之液體至毛細管284a中。當流體經過自關閉閥286a時，自關閉閥286a中之SAP膨脹，從而使自關閉閥286a進入關閉狀態，藉此阻止流體進一步移動而經過自關閉閥286a。類似，藉由阻斷真空泵288b以及288c中之真空毛細管，預定量之流體可被吸取至毛細管284b以及284c中。被吸取至毛細管284a至284c中之流體量由真空泵288a至288c中之毛細管的體積來判定，被吸取至毛細管284a至284c中之流體量可為相同或不同的。

參看圖17A，可藉由使用真空泵、斷開式打開閥、自關閉閥之組合來製造用於兩步驟檢定的裝置290，兩步驟檢定要求在快速結合試劑後用緩衝液進行清洗。通道302之一端經過自關閉閥296耦接至樣本池300，且通道302之另一端耦接至第一真空泵292a。通道302連接至通道308，通道308經過斷開式打開閥294耦接至緩衝液298。通道302亦連接至通道304，通道304耦接至第二真空泵292b以及第三真空泵292c。通道304包括結合及/或感測區306，結合及/或感測區306包括用於結合或感測樣本300中之化合物的試劑。

以一方式操作裝置290以使得朝向結合以及感測區306吸取樣本300以使反應發生，隨後朝向結合以及感測區306吸取緩衝液298以清洗結合以及感測區。

參看圖17B,啟動真空泵292a以產生朝向真空泵292a吸取樣本300且將樣本300吸取至真空泵292a與自關閉閥296之間的通道302之部分的吸引力。當樣本300流經自關閉閥296時，樣本之部分被自關閉閥296中之SAP吸附，從而使自關閉閥296進入關閉狀態。

參看圖17C，啟動斷開式打開閥294以使閥294改變為打開狀態。啟動真空泵292b以產生朝向真空泵292b吸取樣本300與緩衝液298的吸引力。真空泵292a以及292b經設計以使得在啟動泵後，樣本300將停止於結合以及感測區306處。在一段時間後，啟動真空泵292c以移動樣本300至區306之外，且使緩衝液298流經區306及清洗區306。

上述實例提供培養時間(incubation time)以允許在緩衝液290清洗結合以及感測區306之前樣本300中之化合物與區306中之試劑進行反應。若區306處之反應為快且培養時間為不必要的，則真空泵292b可製得較大且可省略真空泵292c。當啟動真空泵292b時，樣本迅速流經結合以及感測區306，隨後由緩衝液298清洗結合以及感測區306。

參看圖18A，可藉由使用真空泵、斷開式打開閥、自關閉閥以及氣體泵之組合來製造用於兩步驟檢定的裝置310，兩步驟檢定要求在緩慢結合試劑後用緩衝液進行清洗。類似於裝置290之裝置310具有通道302，通道302連接至兩個通道304以及308。通道302經過自關閉閥296耦接至樣本300。通道308經過斷開式打開閥294耦接至緩衝液298。通道304包括結合以及感測區306。通道304之一端耦接至斷開式打開閥312。氣體泵314耦接至緩衝液298。

裝置310與裝置290之間的差別在於：裝置310並非使用真空泵292b來朝向結合以及感測區306吸取樣本300以及緩衝液298，而是使用氣體泵314來朝向區306推動樣本300以及緩衝液298。

參看圖18B，為了執行兩步驟檢定，啟動真空泵292a以吸取樣本300至通道中。在樣本流徑自關閉閥296後閥296進入關閉狀態。

參看圖18C,啟動斷開式打開閥294以及312以使閥改變為打開狀態。啟動氣體泵314以在一段時間期間產生氣體，從而推動樣本300以及緩衝液298經過結合以及感測區306。因為氣體泵314在一段時間期間產生氣體(產生氣體之化合物之間的反應耗費一定量之時間來完成)，樣本300可緩慢經過結合以及感測區306，從而緩慢發生結合反應。

參看圖19A，可藉由添加第二緩衝液324以及通道322至圖17A所示之結構來製造用於三步驟檢定的裝置320，三步驟檢定要求在快速結合試劑後用兩種緩衝液進行清洗。為了執行多步驟檢定，啟動真空泵292a以使樣本300流動至通道302。當樣本300流經自關閉閥296時，閥296改變為關閉狀態。

參看圖19B，啟動斷開式打開閥294以使其改變為打開狀態，且啟動真空泵292b以使朝向結合以及感測區306吸取樣本300以及第一緩衝液298。

參看圖19C，啟動斷開式打開閥326以使其改變為打開狀態，且啟動真空泵292c以使朝向結合以及感測區306吸取樣本300、第一緩衝液298以及第二緩衝液324。以此方式，可用兩種不同緩衝液清洗區306處之反應。

可藉由耦接額外緩衝液或樣本且添加對應數目個真空泵至通道304之末端來建構用於要求三步驟以上之步驟之檢定中的裝置。

參看圖20，可建構模組330來執行多重分析物檢定。模組包括用於固持樣本300的樣本池282以及三個腔室332a、332b以及332c，每一腔室含有用於結合且感測樣本300中之化合物的分析物。以下描述用以執行與腔室332a中之第一分析物相關之檢定的組件。

腔室332a經過通道342a以及自關閉閥344a耦接至樣本池282。通道342a經過自關閉閥346a以及斷開式打開閥348a耦接至第一緩衝液350a。通道342a經過自關閉閥352a以及斷開式打開閥354a耦接至第二緩衝液356a。通道342a經過自關閉閥358a以及斷開式打開閥360a耦接至第三緩衝液362a。腔室332a亦連接至真空泵334a、336a、338a以及340a。

為了執行檢定，啟動真空泵334a以朝向腔室332a吸取樣本300，以使得允許樣本300中之化合物與分析物332a進行反應。在一定量之樣本流經自關閉閥344a之後，閥344a改變為關閉狀態。藉由啟動斷開式打開閥348a(將閥改變為打開狀態)以及第二真空泵336a，第一緩衝液350a沖洗過腔室332a。在一定量之第一緩衝液350a流經自關閉閥346a之後，閥346a改變為關閉狀態。

藉由啟動斷開式打開閥354a(將閥改變為打開狀態)以及第三真空泵338a，第二緩衝液356a沖洗過腔室332a。在一定量之第二緩衝液356a流徑自關閉閥352a之後，閥352a改變為關閉狀態。

以此類似方式，藉由啟動斷開式打開閥360a(將閥改變為打開狀態)以及第四真空泵340a，第三緩衝液362a沖洗過腔室332a。在一定量之第三緩衝液362a流經自關閉閥358a之後，閥358a改變為關閉狀態。

可以類似於執行與腔室332a中之第一分析物相關之檢定的方式執行與腔室332b以及332c中之第二以及第三分析物相關之檢定。可同時執行與腔室332a、332b以及332c中之第一、第二以及第三分析物相關之檢定。

以下為執行生物性檢定之真空泵以及氣體泵之應用。

圖22A以及圖22B展示用於執行快速反應比色檢定的裝置380。裝置380包括通道384，通道384之一端耦接至樣本池382且另一端耦接至真空泵90。樣本池382可固持諸如血液或尿之流體。通道384包括測試區386，測試區386具有偵測到某一化合物後立即改變顏色的測試線。真空泵90啟動時可快速吸取樣本池382中之流體經過測試區386。藉由讀取測試線之顏色，使用者可快速判定流體中存在或並不存在某一化合物。

圖23A以及圖23B展示用於取樣經過濾之流體的裝置390。裝置390包括通道384，通道384之一端耦接至樣本池382且另一端耦接至真空泵90。過濾薄膜392置放於樣本池382中。真空泵90啟動時可快速吸取樣本池382中之流體(例如，血液)經過過濾薄膜392，從而產生被吸取至通道384中的經過濾之流體(血漿)。

圖24A至圖24C展示用於緩慢之比色檢定的裝置400。裝置400包括樣本池402，樣本池402耦接於氣體泵404與通道384之間。通道384具有測試區386，測試區386具有偵測到某一化合物後立即改變顏色的測試線。為了使用裝置400，將樣本流體406置放於樣本池402中。密封帶408密封樣本池之開口。啟動氣體泵404以產生推動樣本流體406經過測試區386的氣體。因為氣體泵404在一段時間期間產生氣體，所以樣本流體406在一段時間期間行進經過測試區，從而允許執行緩慢之比色檢定。

本發明之一具體實施例，則請參照圖29A與29B，可藉由使用自關閉閥(SLV)與斷開式打開閥(BOV)之組合來製造用於對血液樣本進行抗體(Antibody)檢定的裝置500。此裝置500包括血液樣本池(Blood sample well)501、沖洗緩衝液池(Washing buffer well)503、計量區域與標誌抗體(Metering zone and labeled antibody)區域505、診斷法區域(Diganostic Zone)(抗體陣列Antibody array)507、斷開式打開閥(BOV)509、廢棄物池(Waste well)511與自關閉閥(SLV)513。此計量區域與標誌抗體區域505具有一通道連通血液樣本池501與沖洗緩衝液池503，而自關閉閥(SLV)513則是位於此通道之間。而診斷法區域507則是具有另一通道，一端連接到計量區域與標誌抗體區域505之中心位置，而另一端則通過斷開式打開閥(BOV)509連接到廢棄物池(Waste well)511。

此裝置500對血液樣本進行抗體(Antibody)檢定的方法，請參照圖30A、30B與30C所示。首先，將血液樣本502載入血液樣本池501內，而後，使用本發明前述實施例中所提出之自關閉閥(SLV)513，利用毛細管力(Capillary force)將血液吸入此計量區域與標誌抗體區域505的通道內，如圖30A所示之502a。而後，載入沖洗緩衝液到沖洗緩衝液池503內，而此時沖洗緩衝液也會流入計量區域與標誌抗體區域505的通道內，如圖30B之504a，而此時血液會被擠入診斷法區域507內，如圖之502b。

而後，請參考圖30C，將斷開式打開閥(BOV)509斷開後，則將血液進一步吸入而經過診斷法區域507，如圖所示之502c，此時在此診斷法區域507內的抗體陣列(Antibody array)將會與血液內的抗原(Antigent)結合，而沖洗緩衝液則將沒有作用的血液沖到廢棄物池511。

本發明之又一具體實施例，而參看圖31所示。可藉由使用自關閉閥(SLV)與斷開式打開閥(BOV)之組合來製造用於對血液樣本進行抗體(Antibody)檢定的裝置。而此裝置包括血液樣本池、沖洗緩衝液池、診斷法區域(內涵抗體陣列)、斷開式打開閥(BOV)、廢棄物池與自關閉閥。而此血液樣本池則包含具有移除血細胞(Blood cell removal)之薄膜，可利用血液樣本在吸入時即可過濾掉血細胞。

此診斷法區域具有一通道連通血液樣本池與沖洗緩衝液池，而另一端則通過斷開式打開閥(BOV)連接到廢棄物池。自關閉閥(SLV)則是位於血液樣本池進入此通道之前，可控制流入診斷法區域之血液量，並且防止血液倒流至血液樣本池。

當斷開式打開閥(BOV)斷開後，將血液先經過可移除血細胞之薄膜過濾後，進一步吸入診斷法區域內，此時在診斷法區域內的抗體陣列(Antibody array)將會與血液內的抗原(Antigent)結合，而沖洗緩衝液則將沒有作用的血液沖到廢棄物池中。

儘管上文已論述某些實例，但其他實施以及應用亦屬於以下申請專利範圍之範疇。舉例而言，在圖1A以及圖1B之真空泵90中，容器100可含有低壓力區域而並非含有真空區域。只要容器100內部之氣體壓力較低於容器100外部之氣體壓力，當容器100斷開時，容器100外部之通道106中之壓力將下降，從而產生沿一方向朝向容器100吸取流體的吸引力。上文描述之毛細管可由用其他脆性材料製成之毛細管來替代，諸如脆性塑膠、石英以及陶瓷。

90．．．真空泵

92．．．氣體泵

94．．．氣體泵

96．．．氣體泵

100．．．容器

102．．．材料

104．．．區域

106．．．通道

108．．．方向

110．．．容器

112．．．區域

114．．．方向

120．．．玻璃毛細管

124．．．通道

126．．．第一材料

128．．．第二材料

130．．．化合物

132．．．玻璃毛細管

140．．．斷開式打開閥

142．．．玻璃毛細管

144．．．開放端

146．．．閉合端

148．．．第一通道

150．．．第二通道

152．．．第二通道

160．．．自關閉閥

162．．．超級吸附劑聚合物(SAP)

164．．．通道

166．．．第一區域

168．．．第二區域

170．．．自關閉閥

172．．．擴大部分

180．．．導線

182．．．凹座區域

190．．．開關開閥

210．．．開關開關閥

212．．．超級吸附劑聚合物(SAP)

214．．．超級吸附劑聚合物(SAP)

220．．．計量吸管

222．．．計量吸管

224．．．吸管管體

226．．．球體

228．．．管體

230．．．吸管

232．．．氣體泵

234．．．吸管球體

240．．．計量吸管

242．．．球體

244．．．中間部分

246．．．吸管管體

248．．．吸管管體

260．．．計量裝置

262．．．玻璃毛細管

264．．．區段

266a．．．分枝

266b．．．分枝

268a．．．自關閉閥

268b．．．自關閉閥

270a．．．斷開式打開閥

270b．．．斷開式打開閥

274．．．流體

280．．．計量裝置

282．．．樣本池

284a．．．毛細管

284b．．．毛細管

284c．．．毛細管

286a．．．自關閉閥

286b．．．自關閉閥

286c．．．自關閉閥

288a．．．真空閥

288b．．．真空閥

288c．．．真空閥

290．．．裝置

292a．．．第一真空泵

292b．．．第二真空泵

292c．．．第三真空泵

294．．．斷開式打開閥

296．．．自關閉閥

298．．．緩衝液

300．．．樣本池

302．．．通道

304．．．通道

306．．．結合及/或感測區

308．．．通道

310．．．裝置

314．．．氣體泵

320．．．裝置

322．．．通道

324．．．第二緩衝液

326．．．斷開式打開閥

330．．．模組

332a．．．腔室

332b．．．腔室

332c．．．腔室

334a．．．真空泵

336a．．．第二真空泵

338a．．．第三真空泵

340a．．．第四真空泵

342a．．．通道

344a．．．自關閉閥

346a．．．自關閉閥

348a．．．斷開式打開閥

350a．．．第一緩衝液

352a．．．自關閉閥

354a．．．斷開式打開閥

356a．．．第二緩衝液

358a．．．自關閉閥

360a．．．斷開式打開閥

362a．．．第三緩衝液

370．．．血液

380．．．裝置

382．．．樣本池

384．．．通道

386．．．測試區

390．．．裝置

392．．．過濾薄膜

400．．．裝置

402．．．樣本池

404．．．氣體泵

406．．．樣本流體

408．．．密封帶

410．．．氣體泵

412．．．氣體泵

416．．．真空玻璃毛細管

418．．．管

420．．．橡膠管

424．．．閉合端

426．．．開放端

428．．．閉合端

430．．．真空泵

432．．．真空泵

434．．．平面基板

436．．．彈性層

438．．．流體通道

440．．．閉合端

442．．．開放端

444．．．流體通道

450．．．導線

460．．．塑膠通道

462．．．塑膠通道

464．．．反應劑

466．．．UV光源

468．．．偵測器

500．．．用於對血液樣本進行抗體檢定的裝置

501．．．血液樣本池(Blood sample well)

503．．．沖洗緩衝液池(Washing buffer well)

505．．．計量區域與標誌抗體(Metering zone and labeled antibody)區域

507．．．診斷法區域(Diganostic Zone)(抗體陣列Antibody array)

509．．．斷開式打開閥

511．．．廢棄物池(Waste well)

513．．．自關閉閥(SLV)

圖1A以及圖1B為真空泵的示意圖。

圖2A以及圖2B為氣體泵的示意圖。

圖3A以及圖3B為氣體泵的示意圖。

圖4A為氣體泵的示意圖。

圖4B為材料之表。

圖5A以及圖5B為斷開式打開閥的示意圖。

圖6A、圖6B、圖7A、圖7B以及圖8A至圖8C為自關閉閥的示意圖。

圖9A至圖9C為開關開閥的示意圖。

圖10A至圖10C為關開關閥的示意圖。

圖11A至圖11D為開關開關閥的示意圖。

圖12為計量吸管的示意圖。

圖13為計量吸管的示意圖。

圖14A至圖14C為計量吸管的示意圖。

圖15A以及圖15B為計量裝置的示意圖。

圖16A以及圖16B為計量裝置的示意圖。

圖17A至圖17C為用於兩步驟檢定之裝置的示意圖。

圖18A至圖18C為用於兩步驟檢定之裝置的示意圖。

圖19A至圖19C為用於三步驟檢定之裝置的示意圖。

圖20為用於多重分析物檢定之模組的示意圖。

圖21A以及圖21B展示正用於自患者取樣血液的計量吸管。

圖22A以及圖22B為用於執行快速反應比色檢定之裝置的示意圖。

圖23A以及圖23B為用於取樣經過濾之流體之裝置的示意圖。

圖24A至圖24C為用於執行緩慢比色檢定之裝置的示意圖。

圖25A至圖25C為真空泵的示意圖。

圖26A以及圖26B為真空泵的示意圖。

圖27A至圖27C為自關閉閥的示意圖。

圖28A以及圖28B為斷開式打開閥的示意圖。

圖28C展示具有方形內周邊以及外周邊之玻璃毛細管的橫截面。

圖29A與29B說明本發明具體實施例之藉由使用自關閉閥(SLV)與斷開式打開閥(BOV)之組合來製造用於對血液樣本進行抗體(Antibody)檢定的裝置。

圖30A、30B與30C說明圖29A之對血液樣本進行抗體檢定裝置操作示意圖。

圖31說明本發明另一具體實施例之藉由使用自關閉閥(SLV)與斷開式打開閥(BOV)之組合來製造用於對血液樣本進行抗體檢定的裝置。

282．．．樣本池

300．．．樣本池

330．．．模組

332a．．．腔室

332b．．．腔室

332c．．．腔室

334a．．．真空泵

336a．．．真空泵

338a．．．真空泵

340a．．．真空泵

342a．．．通道

344a．．．自關閉閥

346a．．．自關閉閥

348a．．．斷開式打開閥

350a．．．第一緩衝液

352a．．．自關閉閥

354a．．．斷開式打開閥

356a．．．第二緩衝液

358a．．．自關閉閥

360a．．．斷開式打開閥

362a．．．第三緩衝液

Claims (3)

1. 一種流體裝置，包含：界定第一區域之第一材料；界定第二區域之第二材料，所述第二區域與所述第一區域相分離；連接器，耦接於所述第一區域與所述第二區域之間，所述連接器包含脆性材料且具有開放端以及閉合端，所述開放端安置於所述第二區域中，所述閉合端安置於所述第一區域中，所述第一區域藉由所述連接器之所述閉合端與所述第二區域隔斷，所述連接器經組態以使得當所述連接器之所述閉合端斷開時，所述連接器界定自所述第一區域至所述第二區域的通路。
2. 一種流體控制方法，包含：使得流體能夠自第一區域流動至第二區域，所述第一區域藉由具有開放端以及閉合端之連接器耦接至所述第二區域，所述開放端安置於所述第二區域中，所述閉合端安置於所述第一區域中，所述第一區域藉由所述連接器之所述閉合端與所述第二區域隔斷，其中使得所述流體能夠流動包含斷開所述連接器之所述閉合端以形成經過所述連接器自所述第一區域至所述第二區域的通路；藉由使用吸附所述流體後體積膨脹的材料來吸附流經所述連接器之所述流體的部分；以及使用所述經膨脹之材料來阻斷額外流體進一步流經所述連接器。
3. 如申請專利範圍第2項所述之流體控制方法，其中所述材料包含超級吸附劑聚合物。