TWI432713B

TWI432713B - 傳送液體樣品至感應器陣列之方法及系統

Info

Publication number: TWI432713B
Application number: TW095139596A
Authority: TW
Inventors: Radislav A Potyrailo; Prashant V Shrikhande; Scott M Boyette; Caibin Xiao; Andrew M Leach
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2005-10-26
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2014-04-01
Also published as: MY152491A; KR20080069209A; EP1943499A2; BRPI0619273A2; JP2009513978A; JP4943445B2; EP1943499B1; CA2625547C; AU2006306384A1; KR101257975B1; AU2006306384B2; ES2338165T3; NZ567587A; CA2625547A1; DE602006012205D1; WO2007050539A2; ATE457452T1; WO2007050539A3

Description

傳送液體樣品至感應器陣列之方法及系統

本發明大體而言係關於一種化學感應器陣列，且更特定言之係關於一種用於傳送液體樣品至一化學感應器陣列且平行處理來自該感應器陣列之眾多感應器元件之化學及生物化學資訊之新穎且改良之系統、方法及裝置。本發明大體而言亦係關於微流體設備領域。更特定言之，本發明係關於用於微流體設備之材料及製造該等微流體設備之方法。

眾多化學及生物量測需要在裝備齊全之分析設施外面的位置執行。此需要攜帶型且小型化之系統以使其可運輸至處理或水質監測需要快速測試回應之位置，或使其可佈署在醫療環境中以提供某些所關注之生物或生物化學物質的快速測試結果。雖然該等化學及生物分析可使用單一測試個別地執行，測試後最優化以增強結果之品質或精度，但因為使用連續方法難以完全補償多維交互作用，所以該連續方法具有固有的缺陷。另外，該方法可耗時且可產生錯誤的結果。當測試在不同平臺上或在不同時間執行時，引入之操作員誤差或系統誤差使該系統進一步複雜化。克服該限制之最佳方法為所有所需量測在同一平臺上同時執行，但此項技術之現狀並未提供用於該等量測之完全整合之平臺。

當前電化學陣列技術允許操作員在單一時間執行一陣列測試，但此僅限於彼等回應電化學刺激之材料。此通常包括如陽極析出伏安測定法或循環伏安測定法之量測技術或此通常將化學回應性材料併入例如離子特異電極(ISE)之電化學偵測器中。雖然就某些系統而言該系統具有生產性，但其受電化學系統之眾多常見侷限性(例如，在影響電化學電位之低離子強度及高離子強度下的系統問題)限制。另外，一些該等系統可遭受嚴重的交叉反應或交叉干擾，例如常見氧陰離子或如鈉、鋰及鉀之小陽離子的交叉反應。

存在能提供基於光學或光譜量測之小規模陣列量測的其他測試平臺。其可為多流濕式化學分析之光學偵測，或其可為典型實驗室量測之攜帶型型式，例如，攜帶型原子吸收高分辨率分光計。該等系統經常受流體流動及維持所要求之力學限制，或來自如攜帶型原子吸收光譜系統之笨重裝備，雖然其理論上可運輸，但實際上已證明可移動性較差。亦提及小型化之其他實驗室系統，如感應耦合電漿－原子發射光譜儀或質譜儀，但該等方法難以經調適為攜帶型掌上型或可緊急移動之系統。

一建議之替代為使用一基於光學感應器薄膜之充分特徵化的化學回應的光學平臺。該系統使用藉由改變最佳波長處之吸光率值回應分析物濃度的固體化學回應薄膜。該平臺可經擴展以為對特殊測試基質而言所有已知之干擾物質或交叉反應物質併入感應器測試元件，以及考慮測試樣品條件之極端(例如高及低離子強度以及高及低緩衝液強度)情況下之測試限制。該系統具有提供小型測試平臺的附加益處，該小型測試平臺可形成於經特定設計以量測需要特定解迴旋分析之測試元件的陣列中。

光學化學感應器亦分為兩大類，可逆的與不可逆的。完全可逆的感應器快速地與測試液體中之目標分析物之濃度匹配，且當分析物濃度變化時其回應發生變化。可逆感應器之實例為聚合物薄膜pH感應器及離子選擇光極(ISO)。相反，不可逆感應器應將繼續回應測試液體中之分析物直至感應器中之回應試劑耗盡，亦即，分析物之總量而非樣品中分析物之濃度可用於該感應器。眾多非ISO型感應器屬於此類。

因為可逆感應器中之試劑與樣品中之分析物處於化學平衡，所以若樣品體積為限定的，則感應器薄膜於樣品中之暴露使分析物之濃度改變。此要求可逆感應器薄膜暴露於大大過量之樣品體積中或給定量之樣品體積中。在後者之情況下，可進行修正以減小因限定體積之效應導致之誤差。類似地，不可逆感應器要求控制樣品體積以使感應器回應反映受控體積之測試液體中之分析物之濃度。

因為上述提及之原因，所以對於定量分析而設計之感應器陣列僅藉由將陣列元件浸漬於液體樣品中可能並不產生令人滿意的結果。對於由可逆感應器與不可逆感應器組成之感應器陣列而言，必須控制各感應器區域所暴露之樣品體積。此外，體積調節亦有助於防止感應器－感應器之交叉污染。在本發明中，感應器薄膜組合物經設計以當其暴露於固定樣品體積中時，其處於最佳效能狀態。

包含不可逆感應器或不可逆感應器與可逆感應器之組合的光學感應器陣列必須具有某種傳送受控體積之測試液體至各感應器元件的液體控制形式。現在可獲得之大多數系統使用某種泵或機械多重添加系統之形式(例如機器人添加至多孔板)來傳送該等受控之體積。該等系統經常係笨重的且需要具有難得野外耐用性及對惡劣環境下之遠程測試的適用性的機械組件及電組件。已開發出分析儀器之專用取樣系統，其功能性及能力視其最終用途而不同。已知多種感應器之取樣方法，例如，如吾人之先前美國專利6,360,585所揭示之感應器區域依次暴露於所關注之化學品中；及如吾人之先前美國專利6,676,903所揭示之自遍及大面積之多個區域取樣。因此，該兩個專利之揭示內容以引用的方式併入本文中。

雖然大量公開案及專利已致力於開發感應器方法、試劑及裝備來代替傳統濕式化學方法，但仍存在對同時偵測多個分析物之經濟且方便之可緊急移動的感應器系統的需求。

亦需求一種在不使用任何泵、閥門或浸潤材料之情況下，在給定時間內傳送受控量之液體樣品至多個感應器區域之改良的方法及系統。在科學與技術之眾多領域內，經常需要傳送給定量之液體樣品至多個位置。在分析物濃度之測定中，液體樣品需要分散於多個可分析樣品中之多個分析物的偵測位點。在高產量之篩選及組合研究中，希望將液體反應物分佈於反應位點之陣列中。通常，液體至多個位置之傳送藉助於泵送、液體噴射分散及類似於簡單手動或機械吸取之方法(諸如液體分散機器人系統)來實現。

近年來，毛細管效應已用於液體設計中。一個與已知被動機構相關之缺陷在於其通常依賴於吸收材料或浸潤材料之使用。此使得製造傳送少量樣品至大量位置之設備變得因難。此外，先前技術中所揭示之設備不能夠傳送液體封包至多個感應器區域。實情為，吸收材料為感應或反應基質之組成部分。傳送至位點之液體僅使基質中之材料潤濕。結果，對於感應器陣列及眾多其他應用而言，更希望給予給定量之液體樣品至多個位置。

為滿足對液體傳送設備之需求，已知在二十世紀早期使用傳統半導體加工程序以玻璃及矽製造微流體設備。該等設備之耐用性及表面特性使其對大範圍之化學及生物化學應用係理想的，該等應用包括電泳分離、有機合成、聚合酶鏈反應及免疫檢定。然而，高製造成本已驅使微流體設備用較廉價之材料(諸如聚合物)製造。

微流體設備中通常所使用之聚合物可包括聚二甲基矽氧烷、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯及其類似物。該等聚合物材料經常具有包括高表面能、不良障壁特性及低耐化學性之較不合意的表面特性。已開發出消除某些該等表面特性問題且官能化塑膠設備之表面以附著諸如DNA、蛋白質及抗體之分析物分子的程序。然而，該等程序可為複雜的且可導致微流體通道之低效率及低空間解析度。

通常，為獲得合意的表面特性，將微流體通道以一或多種具有合意特性的材料填充。然而，該等填充程序複雜、耗時且經常導致通道阻塞。

亦存在對用於液體或微流體傳送設備之合適材料的需求，該材料較佳經組態以官能化以在微流體通道中獲得合意的特性。又，存在對提供一種快速且有效的製造微流體設備之方法的需求以降低製造該等設備之成本。

在一態樣中，本發明係關於一種用於同時量測化學或生物物質(諸如水系統)中之多個分析物之濃度的樣品體積受控之感應器系統，該感應器系統包含一組可逆及不可逆之回應分析物之感應器元件，其經選擇以改變至少一種光學特性來回應化學、生物或環境刺激，該感應器系統包括至少一個充當一內部光學及位置標準之參考區域及一用於直射光至一感應器元件陣列的光源。提供基於偵測器之成像設備，其可根據位置及光源之光譜概況調節其效能，且隨後將該成像回應轉化為數位記錄。本發明提供影像識別算法以藉由基於影像強度、顏色圖案、排列及其類似者之眾多組態之一個來識別該元件上之測試組成。本發明提供基於軟體之最優化算法，其併入來自感應器陣列之回應且產生在無全系統及變數補償之情況下不可獲得的最優化結果。

在另一態樣中，本發明係關於一種包含通道及儲集器之設備，其能夠在給定時間內傳送受控量之液體樣品至多個含有感應器元件陣列之儲集器。該設備內之液體運輸之驅動力主要為液體與通道/儲集器壁接觸面之表面能產生之毛細管力。該設備並不依賴於使用任何浸潤材料且可使用可容易地獲得之材料廉價地產生。認為在本發明之範疇內之引導液體至感應器陣列之其他方法包括：電滲流、電濕化作用、熱毛細管泵送、磁場、表面定向流、電化學控制、機械法(例如注射)、向心力及表面能梯度。一種本發明之應用為傳送受控體積之液體樣品至光碟上之感應器陣列。

本發明亦揭示一種用於監測水中及處理系統中之一組生物及化學物質的全分析方法。該系統提供可逆及不可逆光學感應器之樣品體積受控之陣列以同時測定多個分析物之總濃度。該方法包括使該感應器陣列暴露於含多個分析物之介質中，且以數位記錄之形式記錄感應器陣列回應。處理感應器回應以減小雜訊及干擾，且應用多變數分析以改良陣列回應。隨後，改良之陣列回應可用於量測、監測及控制化學或生物物質或水系統中之分析物之濃度。

本發明之其他實施例係關於一種具有一或多個微流體通道之微流體設備，一種使用該微流體設備之系統及一種製造該微流體設備之方法。

本發明之一例示性實施例為一種微流體通道。該微流體通道包括一具有至少一種微流體通道圖案之第一基板。另外，該微流體通道包括安置於該第一基板上且佔據該至少一種微流體通道圖案之多孔材料。

本發明之另一例示性實施例為一種使用微流體設備之系統。該設備包括複數個微流體通道。該等微流體通道包括安置於由複數個微流體通道之至少一個界定之孔穴內之多孔介質。該多孔介質經組態以使樣品溶液經由此處流動。

本發明之另一例示性實施例為一種製造微流體設備之方法。該方法包括提供一具有至少一種微流體通道圖案之第一基板，且安置多孔材料於該微流體通道圖案之至少一種中。該方法更進一步包括改質該多孔材料以界定微流體通道同時提供一可官能化之表面。

由下列結合隨附圖式而提供之本發明之較佳實施例的詳細描述應更容易理解該等及其他優點及特徵。

本發明描述一種測試陣列平臺，其併入雜訊降低、干擾降低、自多個化學回應之改良、多變數分析及一可撓性平臺，其允許測試陣列經定製設計以提供具有最小系統誤差或操作員誤差之最佳回應。該基於陣列之測試平臺基於化學回應光學感應器元件，該等光學感應器元件可併入包含簡單偵測陣列之結實可緊急移動之系統中，且該等系統可在非實驗室之場所容易地與可執行提供最佳量測所需之複變分析的電腦或電子單元接口。

本發明之一態樣認為光學感應器薄膜可經發展以考慮影響化學及生物分析物量測之主要系統變數。該等化學及生物感應器系統含有數個功能組件。一個組件為回應環境之變化之感應材料。該等感應材料之實例為回應分析物之聚合物、生物膜、溶膠－凝膠及一些其他材料。在光學感應器之情況下，感應材料應維持適當的光學透明度或透明度損失以使用光學透射、反射、色散、螢光或此項技術已知之任何其他常見光學法監測化學回應性複合物。本文所述之另一組件為提供量測感應材料暴露於環境後所發生之變化之構件的電子系統。因此，使用諸如光學感應之適當轉導機理使環境與材料之交互作用轉化為分析上有用之信號。該陣列光學偵測平臺與一"智慧系統"接口，該"智慧系統"補償干擾、環境變化等且執行雜訊降低及測試最優化，且產生比可由一未完全整合之系統獲得之品質更高的最終結果。

以下部分以當各組件應用於一完整陣列測試平臺時其如何能提供增加之改良的實例，更詳細地描述該全分析系統之組件。該全分析系統為組合各該等改良之元件之每一者以產生具有增強之效能之單一系統的產品，該增強之效能由個別元件之同時組合產生。

感應器陣列

光學感應器陣列具有一組回應分析物之元件，其中該等感應器元件暴露於樣品之後藉由改變其顏色或其他光學特性來回應分析物濃度。可選擇感應器元件之總數及感應器元件之類型以滿足特定系統分析需求。作為非限定性實例，一種用於水分析之感應器陣列包含回應以下分析物之光學感應器元件：鹼度、pH、氯、硬度、亞硫酸鹽及磷酸鹽。

用於本發明之合適感應器類型描述於吾人與本申請案同一日期提交之標題為"Material Compositions for Sensors for Determination of Chemical Species at Trace Concentrations and Method of Using Sensors"及"Self－Contained Phosphate Sensors and Method for Using Same"之同在申請中之專利申請案中，因此其揭示內容以引用的方式併入本文。

光學感應器陣列包含沈積於一固體基板上之固體感應器元件陣列。該固體元件可含有單個或多個組件。該固體感應器元件中之一個或所有組件可為水可溶性的。可選擇感應器元件中之組件之不同溶解度特徵之組合以增強感應器陣列效能。舉例而言，感應器元件可由回應分析物濃度之含水凝膠聚合物之水可溶性試劑製造。

黏合劑可用於增強固體元件至基板之黏著力。例如界面活性劑之液體展布材料可添加至固體元件中以改良感應器區域之濕潤特性。該液體展布材料可置放於固體元件與基板之間或以其他組態置放，諸如置放於元件之頂部或圍繞元件置放。適合製造本發明所需之感應器陣列之常見實踐方法包括Wilson & Wilson's Comprehensive Analytical Chemistry (2002)中之由Zolotov等人在"Chemical Test Methods of Analysis"描述之製造試紙條及聚合物薄膜感應器的方法，因此其揭示內容以引用的方式併入本文。

光源－偵測器組合陣列

存在眾多適合量測光學陣列之感應器回應之光源/偵測器組合。舉例而言，吾人先前之2004年1月20日申請之美國專利申請案第10/760,438號描述具有用於化學分析多個分析物之拋棄式元件的掌上型設備，因此其揭示內容亦以引用的方式併入本文。

轉向本發明，本發明係關於用於同時偵測來自複數個感應器元件之平行薄膜回應之新穎系統及方法。下表展示用於與光學感應器陣列系統接合且適用於本發明之用於平行處理化學及生物化學資訊之應用的UV－可見－近IR範圍之光源。應瞭解，在不脫離本發明之範疇之情況下，亦可使用其他較不習知之發射所關注之光譜範圍之輻射的光源，諸如太陽、有機發光二極體、室內照明燈、生物發光反應之產物、諸如電腦監視器、PDA監視器、行動電話之顯示器、呼叫器之電子設備之發射、無線電發光源及任何其他此項技術中已知或新近開發之光源。

可能的偵測器包括真空或固態及單通道或多通道偵測器。真空偵測器為光電管及光電倍增管(PMT)。固態偵測器包括光電二極體、光電二極體陣列、電荷耦合裝置(CCD)、電荷注入裝置(CID)及崩光二極體。多通道偵測器包括諸如光電二極體陣列、PMT陣列之個別偵測器之陣列。又，可利用CCD、CID、CMOS及其他類型之多通道偵測器。各元件具有其固有的優點及缺點且可經組合以產生適合特定應用中之特殊需求之光源偵測器平臺。類似地，有可能組合一個以上之光源或偵測器以監測感應器薄膜上之不同類型的回應，且隨後以此項技術已知之方式將其組合於常見陣列平臺中。

舉例而言，主體之彩色影像可藉由用任何所引用或設想之光源照明來記錄且可藉由數位掃描機或照相機來捕獲。數位照相機中之CCD彩色感應器量測主體之三原色(紅、綠及藍)之強度。各像素之紅綠藍(RGB)顏色強度值記錄於一數位檔案中。色深或RGB值之範圍通常為0至255。顏色亦可藉由使用白色光源照明之數位掃描機中之CCD彩色感應器及某些簡單顏色光之偵測器形式來量測。然而，某些數位掃描機使用三種LED(紅、綠及藍)照射主體來量測顏色。不同於數位照相機，大多數數位掃描機提供48位元或更高的顏色解析度。在此顏色模型中，各像素之顏色藉由0至65025範圍內之RGB值量化。由數位照相機及掃描機量測之三原色之光譜範圍因模型不同而稍微變化。典型CCD彩色感應器之光譜回應分別為460±40 nm、540±40 nm及645＋/－55 nm。使用一數位成像設備進行定量比色分析。在此態樣中，該數位成像設備等效於多個三色LED/光電二極體對。

液體傳送系統

圖1說明根據本發明之例示性實施例之液體傳送設備10。傳送設備10以計量量運輸受控量之液體樣品至多個儲集器8以影響樣品液體與連接至儲集器8之感應器元件(未圖示)之間的化學反應。如圖1所示，液體傳送設備10包含一頂蓋層2、一中間通道層4、一底部取樣器－基板結合(亦即，密封墊)層6、一液體入口12及一相關之塑膠入口孔環11。複數個凹槽或通道5形成於通道層4上以自液體入口12引導樣品液體至儲集器8。當覆蓋層2結合於通道層4時，複數個通道形成。加上一系列排氣孔7以保證經由通道系統完成液體流動。

可選擇眾多市售親水薄膜作為頂蓋層來製造本發明揭示之設備。某些薄膜具有沈積於親水面之熱可密封之黏著劑。對彼等無黏著劑之薄膜而言，諸如超音波熔接及黏著劑轉移結合之標準結合方法可用於層壓覆蓋層至通道層。親水薄膜可具有熱可密封之黏著劑與壓敏黏著劑。

通道層4可使用諸如射出成型、熱壓印法及微加工之習知塑膠加工方法製造。眾多具有40度至85度範圍之水接觸角的塑膠材料可用於通道層。舉例而言，聚碳酸酯及丙烯酸系為本申請案之合適材料。

取樣器結合層6可為具有約40之Shore A硬度值的任何材料且藉由表面濕潤、保形接觸及/或黏著劑結合向一平面基板提供密封。本申請案之非限制性例示性材料為聚矽氧及合成橡膠及熱塑性彈性體。取樣器結合層6可為壓出聚矽氧薄片。亦可使用雙面黏著材料。雖然藉由選擇諸如聚碳酸酯或Ultem之高熱塑膠材料可將取樣器黏合材料嵌入成型或分半成型於通道層中，但取樣器結合層6可使用黏著劑層結合於通道層。

覆蓋層2提供液體通道之超親水表面，其主要對驅使液體流經通道之全部毛細管力有貢獻。覆蓋層亦容納複數個小孔7，各儲集器8之上之一個孔允許空氣穿過，該空氣由進入之液體自儲集器置換出。由於驅使液體經過通道5之毛細管力，不需要泵及閥門來以預定順序自樣品入口12傳送定量液體樣品或試劑至多個儲集器8。結果，設備10可藉由便宜之塑膠加工方法有效地製造。隨後，液體傳送設備10可整合為化學或生物感應器陣列系統之組件以將樣品液體以計量量運輸且給料至儲集器8中以完成與相關感應器元件之反應。

為有效地自通道5填充儲集器8，具有比儲集器本身更小的毛細管尺寸對通道5而言並非不重要。自通道至儲集器之過渡區很可能充當阻塞自通道末端至儲集器之液體通路的毛細管障壁。可能需要諸如重力之外力來克服該障壁。在其他情況下，使通道及儲集器參數精確平衡以縮短轉移時間且從而避免經由排氣孔7溢出。

本發明藉由實施以下設計特徵克服上述毛細管障壁過渡問題。首先，選擇一單面超親水薄膜作為覆蓋層，其使液體能夠有利地聚集於儲集器之整個頂壁之上以形成懸滴。當液滴生長時，重力使其能夠到達儲集器之底壁且隨後源自儲集器之四壁之毛細管力驅使液體填充整個儲集器。當儲集器完全充滿時，排氣孔充當毛細管障壁阻止液體經由其流到覆蓋層之頂面，該覆蓋層之頂面經設計為疏水性的。其次，藉由最優化通道及儲集器幾何參數、自入口之液體靜壓力及通道之毛細管壓力來調節液體流動阻力以達成合意之填充體積及填充順序。另外，作為儲集器8之側壁之部分的取樣器結合層6造成作為懸滴生長之毛細管障壁。因此，通道及儲集器參數(包括取樣器結合厚度)之精心設計對克服該障壁以確保完成各儲集器之填充而言係重要的。

再參考圖1，各通道5可饋給單個或多個儲集器8。若歸因於空間考慮需要一通道饋給多個儲集器，則可構造如圖1所示之簡單的分枝型結構以有助於防止氣泡捕集於通道5中。在分枝型組態中，儲集器之填充順序可基於其相對的總流動阻力容易地控制。若該結構中通道尺寸相同，則儲集器填充順序視連接儲集器及入口之通道之長度而定。

圖2說明另一例示性實施例，其中儲集器8以串聯或分枝串聯組態連接。該組態適用於在分枝型組態中在樣品流到達不同分枝儲集器之前希望以不同劑量添加試劑至該樣品流中的應用。舉例而言，若可溶於樣品流中之酸性試劑固定於儲集器A、B、C及D中，則儲集器E、F、G及H中之液體將含有不同量的酸。展示於圖2中之組態使研究不同pH條件下液體樣品與分枝儲集器F、G及H中之試劑之間的反應成為可能。此類液體操作通常很難用基於泵及閥門之習知方法達成。

圖3展示並串聯組態。在此組態中，可在儲集器A、B、C、D、E及F中固定不同的可溶試劑，且相同試劑存在於儲集器a至d中。因此，可製造在經由儲集器A、B、C、D及F傳送之試劑存在下液體樣品與儲集器a、b、c、d及f中之試劑之間的感應器反應陣列。

展示於圖3中之儲集器A至D可用於覆蓋感應器元件而儲集器a至d用於樣品體積控制。藉由改變儲集器a至d之體積，可控制傳送至儲集器A至D之有效樣品。

以類似於描述於圖2及圖3之方法的方式，儲集器A、B、C、D、E可含有自通道中之液體流移除物質或化學品之材料或膜，因此在液體到達隨後之儲集器之前改質液體或移除干擾。

圖4展示一組態，其允許：首先用第一液體樣品填充反應儲集器42歷時短時間，且隨後抽離該第一液體樣品至廢棄物儲集器48。在該第一液體抽離至該廢棄物儲集器之後，可將第二液體樣品添加至入口中，且驅使填充反應儲集器。為達成該等液體功能，由廢棄物儲集器48產生之毛細管壓力應大於由反應儲集器42及連接在反應儲集器42與入口12之間的通道5產生之毛細管壓力。延遲時間可藉由改變延遲線44之長度或/及流動阻力來控制。

本發明揭示之液體傳送設備10之另一重要但可任選之特徵在於其可自基板移除。該基板提供儲集器之底壁且取樣器結合層提供基板之液封。與眾多先前技術揭示之液體設備相比，當感應器或反應元件必須包括於儲集器中時，此尤其有利。使用該液體傳送設備，基板可獨立地製造。

因為在本發明揭示之設備使用後，其可與基板分離，所以其可為一可再使用設備，雖然其亦適合作為拋棄式組件處理。又，若回應分析物之感應器為可逆的或可再生的，則該基板可為可再使用的。

參考材料可用於歸一化感應器回應。其可為任何光譜特性不受該陣列所經受之環境或系統參數(例如，溫度、光及濕度)影響的穩定材料。或者，其可為其上沈積感應器元件之基板本身或該等參考材料可併入附著至陣列結構之薄膜中或為構造之陣列材料。該等材料可為任何黑色至白色的光譜標準，其具有任何適合特殊陣列系統設計之適用波長。參考材料亦可為具有與感應器元件之光譜帶不顯著重疊之光譜帶的染料、有機顏料或無機顏料。參考材料亦可包含諸如無機、有機及聚合光子晶體之光學回應材料。

使用來自內參考之回應之歸一化適用於降低由感應器元件之光學路徑長度、尺寸及其他此項技術已知之變化源之變化所引起之誤差。更詳言之，在兩種情形下，感應器元件中包括一內參考係重要的。第一，若感應器元件暴露之前為透明無色的，則暴露於樣品之前光學量測可能不提供任何對感應器回應歸一化有用之資訊。第二，若感應器元件暴露於樣品之前不能對其進行量測，則暴露之後，λ_m _a _x (最大波長)處之內參考之讀數可用於修正感應器元件在λ_m _a _x 處之感應器回應。因為內參考為感應器元件之組成部分，所以在感應器元件暴露於樣品及環境中之後，其光學回應之循軌變化提供其物理狀態之資訊。舉例而言，歸因於膨脹或透明度損失之感應器元件之物理狀態的變化對總感應器回應有影響。暴露前後，內參考在λ_m _a _x 處之信號讀數的差異可用於分離因分析物感應器之交互作用所致之感應器回應與因感應器物理狀態變化所致之感應器回應。

多種參考材料亦可沈積於感應器陣列上，且自參考面積量測之RGB值可用於歸一化感應器回應且除去影像捕獲過程中可能因照明變化引起的任何變化。歸一化可降低製造、儲存或樣品施用過程中引入的陣列－陣列之變化。

次級效應可限制陣列偵測系統之效能。該等效應包括改變真實分析物回應之來自。傳感器陣列系統之雜訊、來自環境或系統參數之效應、製造或樣品施用過程中產生之缺陷以及資料集中未解釋之離群值(諸如干擾)。最小化次級效應可藉由使用個別降低工具或藉由組合一個以上工具(若合適)來實現。

雜訊降低可使用數類資料操作來改良陣列回應，在一種雜訊降低之設想形式中，數位影像檔案得以產生且儲存於電腦或微處理器中，且雜訊降低方法應用於分析原始資料。該等雜訊降低方法可包括(但不限於)傅立葉變換(Fourier transform)、小波變換(wavelet transform)、卡爾曼濾波(Kalman filtering)、Savitsky－Golay光滑法(Savitsky－Golay smoothing)、連續平均、中值法及多項式法。在顏色回應之情況下，亦可求經各感應器區域之RGB值之平均值。在另一情況下，當在集中於感應器元件內部之各像素之更小面積內計算標準偏差(稱為子集標準偏差)時，可應用選擇性資料消除。若一組像素之子集標準偏差大於預設值，則可將該組像素排除在該集合之外。

在次級效應降低之另一設想形式中，該系統可具有感應諸如溫度之環境變數之元件，其中溫度量測可用於說明因該環境量測或類似環境量測所致之預定變化。類似地，可包括其他量測元件以說明諸如樣品澄清度、系統傳導率、氧化還原電位或可影響陣列回應之類似變數之一般系統參數。具有該等其他變數之量測允許該系統補償使用更簡單分析工具未完全補償之效應。

在次級效應降低之另一設想形式中，可建立一系統以消除由缺陷固體感應器薄膜缺陷所引起之回應。某些缺陷係因缺乏用於製備使薄膜產生空間多相性之感應器薄膜之特定調配物所引起，或可引入諸如包含塵粒於薄膜中之薄膜製備步驟中。外來材料亦可在暴露於樣品基質過程中沈積於該薄膜上。數位影像在各感應器區域上之顏色強度分佈方面提供極高的空間解析度。該空間資訊可用於降低雜訊。多種資料分析工具可用於降低來自薄膜缺陷之誤差，且可應用一算法以辨別由該等缺陷所引起之雜訊。舉例而言，首先計算感應器元件整個區域上之RGB值之平均值及標準偏差。將其分別稱為集合平均值及標準偏差。隨後，各像素之RGB值可與該集合平均值相比較。若差值大於該集合偏差之預設倍數，則該像素可自該集合排除。類似計算可用於排除一組像素。感應器元件中之缺陷亦可展示單一色或/及諸如線及點之空間圖案。可應用圖案識別算法以識別該等缺陷區域。另外，感應器元件中之缺陷並非正常地分佈。缺陷區域之光學回應係高於或低於集合平均值。因此，正常性測試亦可用於排除源自缺陷之讀數。當總體感應器薄膜品質不良且該集合中存在大量白雜訊時，其尤其有用。

交互系統污染物亦可在陣列結果中引起誤差。若干擾物質之濃度可直接量測或若其可由不同感應器薄膜之平行回應推斷時，則可實現干擾補償。以溶液形式之化學物質之相互依賴性可由干擾產生，其中該等干擾可由干擾物質與感應試劑之競爭反應引起。傳統學識已集中於就個別分析物而言無干擾化學試劑之開發。為減少干擾，化學計量學資料分析算法已用於分析重疊之光譜回應且此已描述於文獻中。

三部資料產生及分析方法用於本發明中以解決干擾問題。首先，設計量測界定樣品之化學及物理狀態之參數的感應器。該等參數包括溫度、pH及鹼度。第二，設計獨立地回應一組干擾物質之感應器。第三，設計回應相同但具有不同干擾之分析物的感應器薄膜。自該等感應器之感應器回應有助於檢查干擾物質中之各分析物之真實濃度。亦可比較自量測之樣品至儲存之模型之感應器組的回應圖案。儲存之模型係由在分析物質之不同含量下，感應器薄膜對大量分析物質之回應及其與感應薄膜對所預期之干擾之其他回應之組合所建立。藉由捕獲分析物與干擾之多種組合之不同感應器回應，該模型捕獲所關注之分析物動態範圍內之回應圖案。用於定量分析其組合中之感應器薄膜之工具包括類神經網路、主成份迴歸、局部加權回歸、部分最小二乘方及此項技術已知之任何其他類似者。

多變數分析已廣泛用於分析化學、尤其光譜分析中。本發明之一態樣為用於同時測定於水或處理樣品中之多個分析物濃度之系統性方法。本發明揭示之一例示性方法提供一包含多個感應器元件之感應器陣列，該等感應器元件經選擇以解迴旋水或處理系統中之化學平衡之相互依賴性。所提供之感應器陣列可包括經特定設計以回應多變數分析所需要之水或處理參數的感應器元件，且另外水或處理參數應不需作為簡單但精確度較低之分析之部分。另外，陣列平臺允許使用具有多重回應之化學物質之系統，且其藉由解迴旋該雙重回應結果來解釋。

pH、鹼度、硬度及磷酸鹽之測定為水系統測試之複雜性質之非限定性實例，其中不同分析物產生相互依賴之回應。pH係由水樣之熱力學特性界定之氫離子活性之量測定義。同一水樣中，pH亦受碳酸鹽濃度影響，且碳酸鹽以數種水性形式存在，該等水性形式之比例係由如系統pH所界定之平衡的複數級數確定。碳酸鹽及相應磷酸鹽平衡提供緩衝環境。緩衝液為當添加少量強酸或強鹼時，可阻止pH變化之共軛酸鹼對之混合物。溶液之緩衝容量為使1公升緩衝溶液之pH改變1個pH單位所需的強酸或強鹼的莫耳數。硬度稱為鈣與鎂之總濃度，包括可存在於系統中鈣與鎂物質之諸多形式。某些該等鈣與鎂形式可包括磷酸鹽，且該等磷酸鹽與貢獻離子之可溶形式之處於平衡。離子濃度存在於平衡pH與碳酸鹽、磷酸鹽及硬度濃度的複雜平衡中。磷酸鹽在水中亦可以其他形式存在，且各別磷酸鹽形式又由pH、鹼度及一系列相關平衡中之平衡離子之平衡確定。可使用磷酸鹽光極量測磷酸鹽，但磷酸鹽光極僅可回應水中之磷酸鹽之一種離子形式，例如磷酸氫鹽離子(HPO₄ ² ^－ )物質。為獲得總磷酸鹽濃度，亦必須已知樣品pH、碳酸鹽及硬度濃度。水系統中之所有物質均處於化學平衡，且當測定單一分析物濃度時，必須說明所有貢獻之平衡。必須量測所有該等分析物濃度且說明如溫度之環境特性以實現單一分析物之精確量測。

該複雜化學及熱力學平衡之數學詳情係在此項技術中熟知且本揭示案中將不詳細描述，但基於鹼度及pH之更簡單之實例將例示性說明以使用顏色回應試劑之固體薄膜感應器進行之多平衡量測相關的困難。該非限定性實例之目的在於說明本發明所揭示之系統性方法之一種。

pH由以下等式定義：pH＝－log10a_H _＋，(其中a_H _＋為氫離子之活性)。

氫離子係經由下列平衡與系統中之其他化學物質相關：

HA(aq)代表水性布朗斯特酸(Bronsted acid)且A^－為HA(aq)之共軛鹼。布朗斯特酸及鹼之存在不僅使系統之酸度或鹼度上升而且使pH緩衝容量上升。pH緩衝容量通常以水處理工業中之鹼度量測，且此主要為總碳酸鹽濃度之函數。

當樣品施用於pH感應器區域時，諸如pH指示劑染料(此後稱為"Ind")之pH感應試劑經以下平衡於樣品中之氫離子交互作用：

使用指示劑濃度根據上述平衡之變化來測定樣品之pH值。指示劑分子(Ind及IndH^＋ )具有不同的光譜，且光譜吸光率之變化指示平衡之移動，此可反映系統pH之移動，且指示劑濃度之變化通常由感應器區域之光學特性之變化來量測。光學特性包括吸光率及螢光。

因為pH指示劑本身通常為布朗斯特酸或鹼，如上述平衡所指示，pH量測過程擾亂樣品中之酸鹼平衡，此產生pH之量測誤差。該誤差之數值為系統之緩衝容量之函數。因此，必須已知系統之鹼度以精確測定pH。

用於pH及鹼度分析之感應器陣列包含多個感應器元件。某些元件量測樣品鹼度，而其他元件量測樣品pH，且該等多個感應器元件之組合用於擴展陣列之偵測範圍。感應器元件對鹼度之回應可不依賴於樣品pH得到，且樣品之鹼度可僅自鹼度元件獲得。如以上所提及，pH感應器元件之回應為pH與鹼度之函數。可獲得pH與鹼度之二維校正表面。樣品之pH值可使用所量測之鹼度值且利用該二維校正表面解譯感應器回應來確定。

動態回應

經常，就定量而言，暴露於樣品之後，感應器回應應達到穩定狀態。實際上，某些感應器具有長回應時間且其耗費不可接受之長時間來達到穩定狀態，且在任何單一時刻量測感應器回應可能產生因時序變化所致之誤差。對於感應器陣列而言，應該應用不同的回應讀數法。對於非穩定狀態之感應器而言，需要時間依賴性量測。動態資訊可解譯為諸如初始斜率、特定時刻之斜率及回應曲線之選定部分之截距之系統動態特徵。

另外，暫態回應亦可提供分析物回應之敏感量測以及反映影響感應器回應動力學之污染物之存在或濃度。類似地，動態回應可用於量測可存在於系統中之催化劑之濃度，使暫態回應不依賴於感應器陣列平衡量測。眾多時間串聯統計模型可用於處理非穩定狀態之感應器回應。一般而言，最終讀數及最終讀數之前的回應可擬合成一模型以最小化儀器誤差及量測誤差。

全分析系統

如本文所述，本發明之全分析系統包括一光學陣列平臺，該光學陣列平臺包含各種化學上或物理上回應之感應器薄膜。該系統產生一與所需化學或物理參數成比例之光學回應，提供雜訊、缺陷及干擾效應之次級效應降低，補償多變數交互作用，說明測試陣列歷程且提供一參考系統以校正對光學偵測平臺之感應器陣列回應。該複雜測試陣列可與基於時間之資料擷取組合以提供可進一步增強全面陣列回應之暫態測試分析。本文所述之複雜陣列元件展示各元件如何增強陣列效能且該等元件之組合如何產生最佳環境及生物量測。另外，該增強之光學陣列平臺有利地適於非實驗室環境。

在本發明之其他態樣中，包括作為感應器陣列之組成部分之內參考材料。該等參考材料使感應器回應歸一化以消除由照明、感應器元件品質及環境參數變化所引起的變化。另外，本發明提供與此項技術已知之數位影像技術相關之特定問題的解決方案。

在本發明之其他態樣中，各感應器元件所暴露之樣品體積受基於毛細流動之液體設備控制，該液體設備將受控體積之樣品液體以計量量運輸且給料至感應器元件。以此方式，本發明之液體傳送設備使有效地構造具有可逆感應器元件與不可逆感應器元件之感應器陣列成為可能。

包括下列實例以證明本發明之廣泛適用性。熟習此項技術者應瞭解根據本發明者發現之代表技術之實例中所揭示之技術，且因此可認為其構成其實踐之例示性模式。然而，根據本揭示案，熟習此項技術者應瞭解在不偏離本發明之範疇的情況下，可對特定實施例進行眾多變化，該等變化揭示且仍獲得一相似或類似的結果。

實例1

儲集器填充時間為通道及儲集器幾何參數之函數。通道及儲集器布局展示於圖20中。該設備包含類似於圖1所展示之三層。頂蓋層2為一熱可密封之親水薄膜。排氣孔7(直徑1.5 mm)貫穿該層切割。中間通道層4為一具有藉助於電腦數值控制(CNC)加工切割之明槽5及矩形開口(亦即，儲集器)8之厚0.78 mm的聚碳酸酯薄片。底部取樣器結合層6為40 Shore A聚矽氧密封墊以提供基板之密封。矩形開口係貫穿密封墊刀模切割。當該等層經層壓以形成液體傳送設備時，通道形成於頂部親水層2與中間通道層4之間。通道層與取樣器結合層之矩形開口界定一具有親水層作為其頂壁之開底式儲集器。當該總成附著至一基板時，封閉之儲集器形成且經由通道連接至中央樣品入口。

該實例中所測試之通道及儲集器參數列於下表1中。可見儲集器填充時間(t/秒)可由下列函數表達：Log(t)＝K－0.97251Log(W)－2.43118Log(D)＋1.34630log(L)＋1.70630^＊ Log(D_密 _封 _墊 )等式(1)其中L、W及D分別為通道長度、寬度及深度；D_密 _封 _墊為密封墊之厚度。對於單通道對單儲集器之組態而言，常數K等於－1.9944，且對於單通道對兩個儲集器之組態而言，常數K等於－1.7740。圖21展示由上述等式預測之填充時間與實驗資料之比較。

基於此等式，可設計一設備，雖然儲集器與中央入口之距離不同但該設備允許所有儲集器在窄時間範圍內填充。若需要，可根據上述等式選擇通道參數使儲集器相繼填充。

實例2

一54－儲集器之樣品傳送設備展示於圖1中。設備10由四個組件經類似於實例1所述之方法裝配而成。通道5之深度及寬度分別為0.33 mm及1.5 mm。儲集器8之長度及寬度分別為5.5 mm及4 mm。取樣器結合層6自一厚0.55 mm、黏著劑為底且透明的聚矽氧薄片切割。聚碳酸酯通道層4之厚度為0.78 mm。該等設計參數之選擇以實例1展示之等式為依據。將含100 ppm鹼性藍(Basic Blue)之2.7 ml樣品溶液傳送至樣品入口。使用一數位視訊照相機監測通道及儲集器中之實時流量。各儲集器之填充時間自所記錄之視訊薄膜擷取。獲自6個設備之所有54個儲集器之平均填充時間展示於圖22中。資料證明設備允許液體樣品在窄時間範圍內傳送至多個儲集器中。

實例3：水樣中氯濃度之測定

將6個氯敏感薄膜沈積於一薄半透明聚乙烯薄片上。將由5% NaOCl藉由用去離子水稀釋製備之20 μl氯標準溶液點樣於各薄膜上。點樣1分鐘之後，自該等薄膜移除水樣。因為於水樣中之氯與固定於該等薄膜之氯敏感試劑反應，因此顯示藍色。用Hewlett Packard掃描機ScanJet 6300C捕獲該等6個薄膜之影像且展示於圖5中。由該掃描機產生之數位檔案為JPEG格式(67KB)。色深為255。像素解析度為200 dpi。

用Adobe Photoshop6處理數位影像。使用由Photoshop套裝軟體提供之選定工具選擇薄膜區域。各選定之顏色區域之平均RGB值列於下表2中。稱為R_w 、G_w 及B_w 之影像之白紙區域之RGB值亦列於表2中。

如圖6所示，以下等式2所定義之量可用於量化氯濃度。

R_氯＝－log(R/R_w )－log(G/G_w )－log(B/B_w ) 等式(2)

實例4：用多個感應器區域測定鹼度

將6個鹼度敏感薄膜沈積於一玻璃載片上。用於該實例之合適的感應器類型描述於吾人與本申請案在同一日期申請之標題為"Material Compositions for Sensors for Determination of Chemical Species at Trace Concentrations and Method of Using Sensors"及"Self－Contained Phosphate Sensors and Method for Using Same"之同在申請中之專利申請案中，且在本文中將不再重複。不同於氯分析，使用多個薄膜測定單一水樣之鹼度。將20 μl之鹼度標準溶液點樣於6個薄膜之每一者上。點樣2分鐘之後，自該等薄膜移除水樣。量測10份鹼度溶液。

如圖7所示，總計60張已暴露薄膜之影像由Hewlett Packard掃描機ScanJet 6300C捕獲。由該掃描機產生之數位檔案為JPEG格式(48KB)。色深為255。各已暴露薄膜在650 nm下之吸光率係用Ocean Optics USB2000光譜光度計量測。

所選定之色彩區域之平均RGB值列於下表3中。白紙背景之RGB值分別為239.41、239.34及244.19。下列量R_鹼 _度用於量化鹼度：

a.由Na₂ CO₃ 製備之溶液b.由Na₂ CO₃ 、NaHCO₃ 及Na₂ HPO₄ 之混合物製備之溶液。Na₂ CO₃ 、NaHCO₃ 及Na₂ HPO₄ 之鹼度貢獻之百分率分別為10%、80%及10%。c.由NaHCO₃ 製備之溶液

6個薄膜之平均R_鹼 _度值作為溶液鹼度之函數繪製於圖8中。注意：鹼度分析之校正曲線並非必定為直線。校正曲線之彎曲並不歸因於當前的顏色分析方法。其係由如圖9所示之R_鹼 _度與以光譜光度計在650 nm下量測之吸光率之線性相關性證明。

實例5：使用一數位照相機測定鹼度－相對於內參考區域歸一化

總計60個薄膜之影像由Sony DSC S75數位照相機捕獲。將該照相機設定為自動調節白色平衡、聚焦及光圈的自動模式。將玻璃載片靠近一40瓦之臺燈置放。

所選定之顏色區域之平均RGB值列於下表4中。不同於由數位掃描機捕獲之影像，穿越主體之照明並不均勻。為對其進行修正，取靠近各薄膜之白紙背景之RGB值。代替在等式3中使用單組白色背景之RGB值，各彩色薄膜具有一組R_w G_w B_w 值，其列於下表4中。校正曲線展示於圖10中。

該實例中之影像在實例2中之影像獲取約36小時之後捕獲。為比較數位照相機之結果與掃描機獲得之結果，當獲取照相機影像時，同時使用Canon N650U掃描機準備另一影像。Canon掃描機之相對藍色強度與Sony數位照相機之相對藍色強度之相關性展示於圖11中。展示於圖11中之結果指示相對於內顏色參考之歸一化可有效地消除當照相機用於捕獲感應器影像時因照明不均勻引起之誤差。

實例6：藉助於多變數校正之pH測定

將pH敏感薄膜沈積於一聚碳酸酯薄片上。該薄膜含有pH指示劑染料溴百里酚藍(bromothymol Blue)及其他添加劑。用於該實例中之pH標準溶液係由碳酸鈉及硫酸溶液製備。相對於兩pH緩衝液(來自Fisher Scientific，pH值為7.00與10.00，可追溯至NIST標準)校正之玻璃電極用於量測該等標準溶液之pH值。無須對於對氫離子活性係數及液界電位有影響之離子強度進行修正。鹼度係由相對於0.2 N硫酸溶液之滴定量測。

將pH標準溶液之40 μl等分試樣點樣於該等薄膜上。2分鐘之後移除樣品，且用適度氣流乾燥點樣區域。使用Canon LiDE 80掃描機以48位元顏色模式在300 dpi空間解析度下捕獲暴露前及暴露後薄膜之數位影像。影像檔案以未壓縮之TIFF格式保存。使用Photoshop CS自該檔案擷取RGB值。列於下表5中之RGB值為對集中於點樣區域之1000像素正方形所求之平均值。下列量R_p _H 經選擇作為感應器回應以量化樣品之pH：R_p _H ＝(R/G－B/G)_已 _暴 _露－(R/G－B/G)_未 _暴 _露等式(4)

表5實例6之數位影像之顏色分析

該等感應器回應作為樣品pH及鹼度之函數來繪製於圖12中。由圖12易見，如上述部分所述，感應器回應為樣品pH與鹼度之函數。可見實驗pH值可擬合為下列0.09 pH單位(平均絕對偏差)內之兩變數校正等式。

pH＝a₀ ＋a₁ 鹼度＋(a₂ ＋a₃ 鹼度)R_p _H ＋(a₄ ＋a₅ 鹼度)(R_p _H )² 等式(5)

擬合參數a0至a5之值列於下表6中。將由上述等式計算之pH值與表6中之實驗值相比較。

實例7：雜訊降低

已產生數個具有由自聚合物溶液製備之感應器薄膜調配物之不溶試劑引起之缺陷的固體感應器薄膜。某些缺陷在薄膜製備步驟中引入，諸如包含塵粒於薄膜中。外來材料可在暴露於樣品基質過程中沈積於薄膜上。數位影像在經各感應器區域之顏色強度分佈方面提供極高的空間解析度。該空間資訊可用於雜訊降低。多種資料分析工具可用於降低由薄膜缺陷產生之誤差。該實例證明排除自缺陷區域之讀數的簡單統計方法。

取自實例6之pH感應點之放大的彩色影像展示於圖13中。由參考數字130指示之塵粒可見於該影像中。含該塵粒之40像素水平線之RGB值展示於圖14中。在實例6中，使用對整個感應器區域所求之RGB值計算感應器回應。為簡單起見，吾人使用該實例中之一維資料來證明雜訊降低方法。首先分別計算該數據集合之R、G及B之平均值及標準偏差。隨後，排除在點之集合平均值之偏差大於該集合之預設標準偏差之多倍的彼等點。最後，平均值及標準偏差自排除塵埃區域之像素計算。

類似計算可用於排除一組像素。首先計算整個感應器區域之標準偏差。隨後，計算沿各水平像素線集中於各像素之更小區域(為該實例選定6像素之圓)內之標準偏差。圖15展示該等計算之結果。顯然，集中於第40個像素之區域應排除。

圖16展示鈣感應器薄膜之校正曲線。該薄膜由含有鈣回應染料之聚合物溶液製備。薄膜用一薄膜施料器在一聚碳酸酯薄片上製備。當乾燥薄膜時，某些染料聚集形成貫穿整個薄膜隨機分佈之肉眼幾乎看不見的小暗區。用Canon LiPE 80掃描機以16位元顏色模式在300 pdi空間解析度下掃描已暴露薄膜之數位影像。使用供pH校正用之同一等式計算感應器回應。使用上述資料過濾方法(2×標準偏差)排除源於染料聚集體之資料點。通常，在2700像素區域中排除90至145個像素。校正之R－均方值為0.9930，其與使用Photoshop CS擷取之未過濾之RGB值獲得之0.9886相比顯著改良。

實例8：動態回應

製備含鉬酸鹽感應試劑之聚合物溶液。將該聚合物溶液使用一聚合物溶液施料器沈積於一聚碳酸酯薄片上。將聚碳酸酯基板切割為20×80 mm之條帶。將各條帶上之感應器薄膜主體切割且移除，僅在條帶上留下6×6 mm之感應點。使用之一玻璃載片及雙面膠帶建立深200 μm、寬6.5 mm之通道以覆蓋6×6點以形成液體總成。將該總成、一Canon LiPE 80掃描機及10 ppm之鉬酸鹽標準溶液置放於一溫度受控之室中。平衡約1小時後，將樣品溶液由毛細管作用經通道引至感應器薄膜。以展示於下表7之時間間隔獲得感應器薄膜之影像。25.3℃下獲得之影像展示於圖18中。

在該實例中，欲說明感應器回應之資料分析之重要性，其為本發明揭示之同時地測定多個分析物之系統性方法的重要部分。

可見，未暴露之薄膜之初始感應器回應為溫度之函數。為方便起見，藉由計算下述比率量化鉬酸鹽濃度來歸一化暴露後之感應器回應。

R_M _o ＝(R/G－B/G)_已 _暴 _露 /(R/G－B/G)_未 _暴 _露等式(6)

該量作為時間之函數繪製於圖17中。不同於眾多化學感應器之反應，如以上所定義之感應器回應並未達到平線區。而其隨時間繼續線性增加。各溫度之最後4點之線性擬合展示於圖19中。

獲取該不穩定薄膜回應之單一讀數可導致大的誤差。對此類感應器回應而言，意欲使用源於動態量測之量以量化分析物濃度。可見，展示於圖17之線性曲線之截距為溫度之線性函數。因此，其中數個暴露時刻，溫度及感應器回應為自變數之多變數校正等式適用於此類感應器。

熟習此項技術者應認識到眾多統計及數學模型可用於解釋該實例中出現之動態資料。該等方法包括分析文獻中詳述之卡爾曼濾波、最小二乘法擬合及其他時間序列預測工具。

實例9：樣品體積受控之感應器陣列

篩選8種鎂敏感感應器薄膜印刷於一127.8×85.0 mm之聚碳酸酯薄片上。將一類似於實例2所述之樣品傳送設備置放於聚碳酸酯薄片之頂部以形成封閉通道及儲集器。感應器薄膜長4 mm、寬4 mm且厚約0.01 mm。儲集器長5.25 mm、寬5.25 mm且深1.6 mm。儲集器之體積為44.1 μl。當樣品引入中央入口時，毛細管力驅使樣品填充儲集器。該傳送設備向該感應器陣列提供一體積受控樣本之分佈構件。

使用一定製4×4 LED/光電二極體陣列偵測器監測感應器薄膜回應。在467 nm、530 nm及634 nm下LED具有發射最大值。將LED及光電二極體固定於兩個分開之印刷電路板中。將印刷電路板平行固持在一外殼內，感應器陣列總成可插入其中且與LED/光電二極體陣列對準。

首先，將含12 ppm至100 ppm鎂之3.0 ml水樣引入樣品入口。進樣3分鐘之後，在530 nm(G)、634 nm(R)下量測感應器吸光率。可見，G/R之比率相對於樣品中之鎂濃度成線性關係。校正曲線展示於圖23中。

亦揭示傳送受控體積之液體樣品至感應器陣列之取樣方法及系統。一種本發明之應用係提供傳送受控體積之液體樣品至光碟上之感應器陣列的構件。於光碟上製造感應器陣列之方法描述於數個吾人先前之專利申請案中，例如，美國專利申請案2005/0112358、美國專利申請案2005/0111000、美國專利申請案2005/0111001及美國專利申請案2005/0111328，因此其全部揭示內容均以引用的方式併入本文。

根據本發明之例示性實施例，提供取樣系統及方法，其中液體取樣系統由位於鄰近位於一基板上之化學上敏感之感應器區域之陣列的可移動之取樣結構組成。可移動之取樣結構允許各感應器區域與引入取樣系統中之樣品液體個別地交互作用。

圖24展示例示性取樣系統240，其中併入一可分開地黏著至一具有複數個感應器區域244之基板242上的軟材料取樣層241。感應器區域244可與基板242整體形成或可安置於層241之底面上。層241可(例如)藉由可逆黏著劑黏著至基板242。例示性取樣系統240及感應器區域244暴露於各儲集器中之受控體積之樣品液體。

圖25說明垂直浸漬基板242且附著儲集器262之文獻概念。如圖25所示，基板/儲集器結構浸漬於樣品液體260中以用樣品體積之液體填充各儲集器262。接著，當基板242自液體260移除(如向上之箭頭所指示)時，樣品體積之受控部分由儲集器之壁之表面張力維持在各儲集器中，即使當移除基板242時，儲集器262經大體上垂直於液體260之表面定位。在該例示性實施例中，儲集器262可與一如上所述黏著至基板242之形成附著儲集器之樣品層(未圖示)一起形成。

最佳如圖27所示，本發明亦涵蓋提供傳送受控體積之液體樣品至位於光碟281上之感應器陣列的構件。為證明液體傳送至DVD、CD、超音訊CD、雙層碟片、藍光碟片(blu－ray disk)及/或傳送至其他類型基板，製造出展示於圖27之取樣器設備。在此，說明其中基板為一包含複數個感應器區域244之DVD碟片281的概念。該設備說明各感應器區域244之頂部之個別開口或部分封閉之儲集器262之用途。因此，例示性取樣系統採取封閉於一具有感應器區域244及一位於碟片281之中間之液體入口12的碟片盒282中的DVD碟片281形式。

如圖27所示，諸如DVD、CD、超音訊CD、雙層碟片、藍光碟片及其類似物之感應器光碟收納於一寶石(亦即碟片)盒282中。光碟281與一根據圖1組態之可分開的樣品層一起裝配。另外，碟片盒282含有一用於在量測前自碟片移除殘留水之吸水層。該吸水層由經與基板接觸能夠吸收水之任何多孔材料組成。

圖26說明用於經複數個液體通道5引導自液體入口12引入液體樣品至多個感應器區域244之例示性樹型結構。熟習此項技術者應瞭解眾多不同方法可用於使液體經由樣品系統移動，該等方法包括電滲流、毛細管力、電濕化作用(其中電毛細管壓力由與一受壓絕緣液體共享一毛細管之傳導性液體產生)、熱毛細管抽送(涉及毛細管中之溫度梯度)、磁場、表面定向流(毛細管中之表面張力、化學上改質之表面)、電化學控制(用於閥門調節之氧化還原活性界面活性劑)、機械構件(注射器、壓力起始力)、向心力(包括紡絲溶液)及表面能梯度及/或其組合。

應瞭解本發明經調適以反射、透射、發射及/或散射之分析模式操作。亦應瞭解，本發明可用於不同類型之感應器陣列且可以逐步或連續模式操作。在逐步模式中，感應器陣列操作及讀數可在感應器元件已暴露於樣品液體之前及之後執行或僅在感應器元件已暴露於樣品液體中之後執行。在連續模式中，感應器陣列操作及讀數可在液體暴露期間執行。為調節不同操作模式，在進行量測之前，可將樣品層結構自基板移除，或在量測過程期間，可將該結構保持原樣。

在本發明之另一態樣中，全分析系統包括一光學陣列平臺，該光學陣列平臺包含各種以水可膨脹薄膜或/及水可溶解薄膜或/及水可浸出薄膜之形式之化學上或物理上回應之感應器材料。該系統產生一與所需化學或物理參數成比例之光學回應，提供雜訊、缺陷及干擾效應之降低的次級效應，補償多變數交互作用，說明測試陣列歷程且提供一參考系統以校正對光學偵測平臺之感應器陣列回應。該複雜測試陣列可與基於時間之資料擷取組合以提供可進一步增強整體陣列回應之暫態測試分析。本文所述之陣列元件展示各元件如何增強陣列效能及該等元件之組合如何可用於產生最佳環境及生物量測。另外，該增強之光學陣列平臺有利地適於非實驗室環境。

本發明之另一態樣為各感應器元件或薄膜暴露於受控樣品體積。本文揭示兩種不同之用於運輸且給料樣品液體至感應器元件的液體傳送系統，此為實現樣品液體與感應器元件之間的化學反應所需的。以下所述之該兩種傳送系統為一基於毛細流動之液體傳送設備及一以浸漬單元為主之液體傳送設備。本發明之該兩種液體傳送設備能夠與包含本文所述之感應器元件之測試陣列卡組合。

本發明之另一態樣為各感應器元件暴露於受控樣品體積，其中該感應器元件為水可膨脹薄膜或/及水可溶解薄膜或/及水可浸出薄膜之形式。因為受控樣品體積，所以在水與感應器元件交互作用後負責產生光學信號之薄膜中之化學試劑停留在樣品體積中，提供精確的信號量測。

測試陣列卡

圖28說明單使用或拋棄式測試陣列卡9(亦稱為碟片或基板)，其包含根據本發明之例示性實施例之各種化學上或物理上回應之感應器薄膜3。視感應器回應所需之保真度而定經由使用離群值消除或統計地處理個別薄膜回應，可將感應器薄膜3集合成具有一或多個薄膜之化學或物理相似之組。

液體傳送設備

圖29說明可使用定位孔1對準且裝配於測試陣列卡9之液體傳送設備10。傳送設備10經由自入口12輻射至儲集器8的通道5以計量量運輸注射於入口12之受控量之液體樣品至儲集器8之陣列以實現樣品液體與連接至該單元之感應器元件3之間的化學反應。另外，液體傳送設備以提供底板之測試陣列卡9提供儲集器之四個側壁及頂蓋。儲集器之頂蓋包含一具有圓形排氣孔7之薄膜，當該等排氣孔以樣品液體填充時，其將空氣排出儲集器。最優化排氣孔材料、直徑及深度以在儲集器8壁之受控尺寸內調節空氣之有效排放及樣品液體之容納度。圓柱形排氣孔7之疏水性壁為保持樣品液體包含於儲集器中的關鍵，即使(例如)當液體傳送設備處於一相對於水平面之側斜時，該傾斜係由通常在可稍偏離零度之絕對位準之工作臺頂部表面上執行量測所產生。

再參考圖1，根據本發明之例示性實施例組態之例示性液體傳送設備通常包含(但不限於)四個組件(亦即)：一O－環11，對其施用黏著劑或其他常見聚合物焊接方法以結合至傳送設備之組件且有效地製造一固著且包含所注入樣品液體之壁；一覆蓋密封薄膜2，其係由疏水性塑膠材料(例如，聚丙烯、定向聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯及其類似物)所製造，其具有藉助塗佈、化學處理、表面改質及其類似者改質之親水底面以形成儲集器8之頂蓋且移除該頂蓋中之材料以在通道5及孔或儲集器8之頂部形成空氣排氣孔7；一液體通道板4，其具有數個貫穿厚度之開口以製造孔或儲集器8之側壁，該等孔或儲集器8經切入液體通道板4之頂表面平面之淺凹槽或通道5連接至入口12；及一結合層6，其經調適以將液體通道板4之底面附著至感應器陣列板(未圖示)，該結合層構造為具有高可濕特性並沈積於液體通道板4之底部或沈積於測試陣列卡9之自由頂面上之一可絲網印刷黏著劑層，一雙面塗佈膠帶或一軟聚矽氧薄片。

本發明之另一態樣為液體傳送設備中之組件，例如，在一實施例中包含結合於液體傳送設備之其他組件之雙面塗佈膠帶或絲網印製黏著劑層之結合薄膜6及O－環11，應展示對感應器元件之回應具有可忽略之化學干擾。該等應用中之黏著劑通常屬於基於丙烯酸酯之黏著劑之家族。較佳精心篩選黏著劑系統來最小化化學干擾。

在液體傳送設備之另一實施例中，O－環為中心疏水且朝外徑親水之局部吸收性之材料。此允許任何過量水注入入口中，該過量水歸因於液體傳送設備之潑濺器或傾板而溢過頂部至水平面以被多孔材料所吸收。此最小化任何過量注入之樣品液體溢出至覆蓋密封薄膜2之頂部且導致樣品液體增加且非受控地自表面排氣孔7引至複數個儲集器中或導致經由來自一或多個儲集器之反應之樣品液體自表面路徑且沿排氣孔7向下轉移至其他儲集器的可能的交叉污染。

在測試陣列平臺之一實施例中，在量測期間液體傳送設備與測試陣列卡組合。在該實施例中，使液體樣品之主體駐留於樣品液體之儲集器，在量測期間其與感應器元件交互作用，亦即，當反應發生或朝平衡進行時，完成"濕式"量測。

在其中量測期間測試陣列卡與液體傳送設備組合之測試陣列平臺之上述實施例中，覆蓋密封薄膜可包含透明材料以致假如光入射至感應器元件且需要經由該組件之厚度透射，則所關注之波長範圍之光源之最小強度為該層所吸收。

現在參考圖30a－c，液體取樣設備可包含附著至測試陣列卡9之液體通道板4，其中覆蓋層2形成儲集器8之頂蓋部分及排氣孔7且形成與由O－環11密封之入口12連通之液體通道5(圖30a)。或者，最佳如圖30b－c所示，組合之液體通道測試陣列13可包含安置於儲集器8中之感應器元件3(圖30b)或感應器元件3可安置於覆蓋層2之底面上(圖30c)。

感應器元件3可整合於液體傳送系統中且該組合之液體通道測試陣列13經修改以包括形成儲集器之四個壁之複數個井8代替一獨立液體通道板4之貫穿厚度之開口。該等實施例亦消除對一結合層6的需要，因為不再存在一獨立的測試陣列卡9。該等實施例之優點在於其通常將裝備測試陣列平臺之組件之總數目減少至三個組件，亦即：一O－環11、一覆蓋密封薄膜2及一包括用於容納樣品液體之孔之經修改的液體通道板13。在該等實施例中，該等感應器元件可置於樣品液體之頂部(亦即，覆蓋層2之底面)而非如同本文所述之其他實施例之情況置於樣品液體之底部(亦即，儲集器8內)。

在測試陣列平臺之又一實施例中，一經設計在在頂部含有一O－環特徵之成型板代替覆蓋薄膜2。該O－環/覆蓋板組合保留所有排放特徵及薄膜之親水底面。該實施例允許待裝配之組件減少至兩個以增加製造效率。

在全分析系統之另一實施例中，液體傳送設備10可自測試陣列卡9拆卸。在該實施例中，將測試陣列卡9乾燥至感應器元件3之表面無殘留樣品液體液滴的程度。因此，該測試由另一吸收步驟組成：其中填充儲集器之後且留有足夠的時間使感應器元件反應，將液體傳送設備自測試陣列卡分離，此亦導致樣品液體自儲集器沿剝落接觸面轉移去。在將測試陣列卡引入用於量測感應器元件回應之偵測設備之前，較佳用一吸收劑薄片吸收除去感應器元件表面上所殘留之水滴。該實施例之一特徵在於吸收劑材料應具有受控範圍之表面特徵，亦即，包括自感應器元件之表面有效移除樣品液體而不因快速移除液體而造成感應器元件表面之不期望之變形的吸收速率及液體容量的浸潤特徵。本文揭示之以浸漬單元為主之液體傳送系統亦可稱為可分開之液體傳送系統實施例。

親水塗佈之疏水性覆蓋薄膜/板

諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚乙烯、聚丙烯、耐綸、ABS及其類似物之大多數常見塑膠具有與水成約60°至約110°範圍之接觸角。在該例示性實施例中，本發明包含與液體通道及樣品儲集器接觸之親水表面之組合，其連接該兩者於一形成通道－儲集器結構之頂蓋之連續單一平面中。通道之兩個側壁、通道底面及儲集器之四個側壁通常為具有約65－90°之接觸角之典型塑膠的表面。該等壁之接觸角之組合不提供經由通道自液體引入區域驅動液體流動且流至儲集器中所需的毛細管力。覆蓋薄膜/板之親水表面之重要性在於其擴大通道及儲集器構造且有助於自儲料區域抽取液體樣品至通道中，經由通道推動液流流向儲集器，且隨後有助於沿頂蓋自通道轉移至儲集器中。液體經快速抽取以沿頂蓋聚集且藉助於重力及毛細管力沿儲集器壁之邊緣向下抽取至儲集器中。覆蓋薄膜/板之該表面之親水性藉由要求接觸角較佳低於約30度、且更佳低於約20度來限定。通常，工程化塑膠材料並不具有30度或更低之接觸角。因此，為克服該特徵，親水覆蓋薄膜/板之底面較佳經由表面物理改質、表面化學處理、表面塗佈或增強表面極性之方法改質為親水表面。

展示於圖1中之親水塗佈覆蓋薄膜2較佳以ARFlow90128獲自Adhesives Research Inc.。該薄膜藉由在塗覆於襯底薄膜之一側之親水塗料摻合物中併入黏著劑成份有利地提供液體通道板4之裝配簡易性。襯底薄膜可為由薄膜擠出、薄膜吹製或薄膜澆鑄形成之多種薄膜。然而，具有諸如包含約90－110度範圍內之接觸角之聚丙烯之具有高接觸角之薄膜為有利的。一般而言，接觸角越大，阻止儲集器中之水因排氣孔尺寸之製造變化或聚合物薄膜之表面特性之空間變化或量測期間保持液體溢出或過量給料至儲集器下測試陣列系統之傾角而滲出排氣孔之液體傳送設備的能力越高。

再參考展示於圖1中之實施例，覆蓋薄膜塗料為以ARFlow90128薄膜獲自Adhesives Research之類型的親水與黏著活性成份的摻合物。在該實施例中，不需要其他黏合材料來與液體通道板一起裝配覆蓋薄膜/板。儘管方便使用組合親水與黏著特性於製造液體設備之組件中的親水物/黏著劑塗佈之覆蓋薄膜；但在一些實施例中可能需要藉由使用其他步驟製造親水表面，尤其在上述覆蓋板實施例中用一O－環特徵板代替覆蓋薄膜。在此方面，應瞭解在文獻中聚乙烯吡咯啶酮已廣泛用於使聚合物表面、膜及過濾器的表面水性化。

如前述實例，包括下列實例以說明本發明之廣泛適用性。熟習此項技術者應瞭解下列揭示於該等實例中之技術代表本發明者揭露之技術，且因此可認為其構成其實踐之例示性模式。然而，根據本揭示案，熟習此項技術者應瞭解在不偏離本發明之範疇的情況下，可在特定實施例中進行眾多變化，該等變化揭示且仍獲得一相似或類似的結果。

實例10：

在40℃下，將一側用一聚矽氧離型膜塗佈之聚乙烯薄膜浸泡於聚乙烯吡咯啶酮(PVP)之1%溶液中隔夜。熱促進PVP結合於聚合物薄膜且使表面親水。該塗佈之薄膜用於代替圖1中之覆蓋薄膜2。將液體通道板4用3M－噴霧黏著劑噴霧且將PVP塗佈薄膜層壓於該板且使用圖1之其他元件製造一併入該液體覆蓋層之測試陣列系統。對於親水流在使用PVP塗佈之聚合物薄膜之測試陣列系統中之44個單元的填充概況展示於圖33中，其在630 nm波長下使用酸性藍80染料使用相同數量之LED－PD對量測。

展示於圖33中之曲線由自注入樣品之前之某一時刻(該等單元中無樣品)至單元完全填充(展示約0.2之吸光率)之時刻每隔6秒時間收集之吸光率量測構成。展示吸光率增加之該等曲線未由通道連接或處於未用PVP溶液有效塗佈之PVP塗佈之薄膜區域中。

因為覆蓋薄膜/板直接在本文所述之數個實施例之感應器系統之光徑中，塑膠經選擇以適合用於透明薄膜/板。然而，在可分開之液體設備之一替代實施例中，亦可考慮形成半透明或不透明之薄膜/板的聚合物。

實例11：

圖31a－d所示，展示在經裝配之取樣器以水樣填充之不同階段下經裝配之取樣器之操作動力學之動態吸收成像。在此，執行動態吸收成像以評估所裝配之取樣器之操作動力學。在該等量測中，參考一乾燥經裝配之取樣器之圖31a的影像，且在填充取樣器之不同階段分別獲取展示於圖31b－d中之影像。在此評估中，同時評估個別感應器元件之效能。

實例12：

圖32a－c所示，執行動態吸收成像以評估具有感應器元件之經裝配之取樣器的操作動力學，該等感應器元件提供試劑至受控樣品體積之受控浸出。在此，展示在經裝配之取樣器以水樣填充之不同階段下經裝配之取樣器之操作動力學之動態吸收成像。各圖32a、圖32b、圖32c之左上及左下象限不含感應器元件，且因此展示極均勻的水填充動力學。各圖32a、圖32b、圖32c之右上及右下象限亦含有重複之感應器元件，且因此展示極均勻的水填充動力學及試劑釋放動力學。因為受控樣品體積，所以在水與感應器元件交互作用後負責產生光學信號之薄膜中之化學試劑停留在樣品體積中，提供精確的信號量測。在該等量測中，參考如圖32a所示之一乾燥經裝配之取樣器之影像。在該評估中，同時評估個別感應器元件之效能。

浸漬樣品傳送

圖34a、圖34b說明本發明之又一實施例。如圖34a、圖34b所示，具有充當樣品儲集器之孔之由合適疏水物質(例如聚矽氧、氯丁橡膠及其類似物)製成的遮罩位於含有感應器薄膜之基板350之頂部。於遮罩354中之儲集器352可由包括成型、打孔、切割、鑽孔及其類似者之方法製造。與遮罩之厚度組合之儲集器之直徑(其標號為1－12)界定儲集器352之樣品體積容量。遮罩354可經由大量包括(但不限於)黏著劑或保形接觸之方法附著至基板。

最佳如圖36a－c所示，當設備360插入液體樣品370中時，樣品進入遮罩354中之儲集器中。移除取樣容器之後，儲集器壁之表面張力導致遮罩儲集器中之樣品之小心保持之體積372分離。影響樣品傳送之均一性之因素包括儲集器之直徑、儲集器之深度、遮罩表面能及遮罩抽離速率。

實例13：

圖37說明根據圖34a－b組態之一樣品傳送設備之效能。在此實例13中，基板350由聚碳酸酯製成而儲集器遮罩354由厚1.5 mm之聚二甲基矽氧烷(PDMS)薄片製造。儲集器352打孔於PDMS遮罩中以致形成5 mm直徑之孔。具有附著之遮罩354之基板350垂直浸漬於含有去離子水之容器中且隨後快速抽離(約2.5 cm/s)。在個別儲集器中分離之水用一分析天平量化。在所述組態中，所傳送之樣品質量為29.4＋/－1.7 μg，產生5.7%之儲集器至儲集器之再現性。

在其他例示性實施例中，應瞭解儲集器遮罩354可經改質以併入疏水性官能基與親水性官能基。在實例13之實施例中，降低樣品質量再現性之潛在原因之一確定為起初位於儲集器之間的疏水性遮罩上之分離之樣品液滴添加至位於儲集器中之樣品質量中。

為最小化該現象，儲集器遮罩之部分可經改質以賦予親水特徵。如圖35a、圖35b所示，該改質可藉由添加一薄親水薄膜380至儲集器遮罩或藉由經處理塗層(UV或電漿)表面改質儲集器遮罩本身來產生。樣品體積之分離藉由維持緊緊圍繞個別儲集器之疏水區域來進行。起初位於個別儲集器之間的液滴聚結於遮罩之親水區域且由重力移除。

實例14：

圖38說明根據圖35a－b組態之一樣品傳送設備之效能。在該實例14中，基板350由聚碳酸酯製成而儲集器遮罩354由厚1.5 mm之PDMS薄片製造。儲集器352打孔於PDMS遮罩中以致形成5 mm直徑之孔。儲集器暫時用9 mm直徑之膠帶碎片覆蓋以進行表面改質。PDMS經空氣電漿改質以於暴露區域中製造一親水表面。隨後移除膠帶以產生一多功能表面。將具有附著之遮罩之基板垂直浸漬於含有去離子水之容器中且隨後快速抽離(約2.5 cm/s)。在個別儲集器中分離之水用一分析天平量化。在所述組態中，所傳送之樣品質量為27.0＋/－1.2 μg，產生4.6%之儲集器至儲集器之再現性。

亦揭示用於快速製造微流體設備之材料及方法。該微流體設備包括一或多個微流體通道，其經組態用於諸如化學分離、化學提取(諸如基於親合力或抗體之方法)、電滲泵送及電泳之應用。微流體通道可彼此連接以形成一互連通道網路。另外，就基於溶液之化學而言，通道網路可連接至一系列含有化學試劑、產物及/或廢棄物之儲集器以形成一微流體設備，諸如一晶片實驗室(lab－on－chip)。如本文所使用，術語"晶片實驗室"係指經組態以在一用於諸如生物、醫藥等之應用之單一小型化設備上執行組合分析的設備。在一晶片實驗室型微流體設備中，在操作期間，使用諸如電動力學或流體動力學泵送之製程可使不同試劑以一特定順序彙集、混合且在通道網路之受控區域內反應預定的時間。舉例而言，電動力學可包括電滲或電泳。

圖39A說明形成圖39B中所說明之微流體設備120的三層112、114及116之堆疊排列110的橫截面圖。堆疊排列110包括一具有界定複數個微流體通道之一或多個的孔穴或微流體通道圖案118之第一基板112。視所使用之材料而定，微流體通道圖案118可藉由使用諸如壓印法、射出成型、光微影術、化學蝕刻、雷射微成型或其組合之圖案化技術形成於基板112中。在一例示性實施例中，其中基板112由玻璃製成，光微影術可用於形成微流體通道圖案118。或者，基板112可包括基於聚合物之材料、半導體、陶瓷、玻璃、聚矽氧、熔融矽石、石英、矽或其組合。基於聚合物之材料之非限定性實例可包括SU－8、環狀烯烴共聚物(COC)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚二甲基矽氧烷或其組合。

堆疊排列110進一步包括一多孔材料114及一第二基板116。視設備中微流體通道之所要形狀而定，該第二基板116可包括或可不包括微流體通道圖案。多孔材料經組態以允許樣品溶液流經此處。在一實施例中，多孔材料114可由諸如(但不限於)發泡、電紡絲、自裝配、脫臘、溶膠－凝膠、反應性凝膠化、反應性蒸氣燒結、熔化、擠出或其組合之方法來產生。由該等方法產生之多孔材料可為無機物、有機物、聚合物、雜化物或其組合。多孔材料之其他實例可包括多孔玻璃纖維複合薄片、多孔聚合物薄片、聚合纖維、多孔膜、聚矽氧發泡體薄片、橡膠發泡體薄片或其組合。另外，多孔材料114可由單一層形成或可包括兩個或兩個以上多孔材料層。在該實施例中，該兩個或兩個以上層可包括不同多孔材料。

現參考圖39B，微流體設備120藉由使用具有層112、114及116之堆疊排列110(參見圖39A)製造。在預定溫度下，藉由施加壓力壓縮堆疊排列110。製造步驟包括在約70℃至約160℃之範圍的溫度下壓縮堆疊排列110，同時維持壓力在約50 psi至約1000 psi的範圍內。在一實施例中，多孔材料114與第一基板112及第二基板116之一者或兩者可永久地結合。壓縮之後，安置於第一基板112與第二基板116之間且與微流體通道圖案118重疊之多孔材料114之部分填充微流體通道圖案118之區域122以形成微流體通道124。

如圖39B所說明，微流體通道圖案118之區域122中之多孔材料幾乎不承受或不承受力。區域122中之多孔材料114經組態以允許液體或樣品溶液流流經由此處。然而，安置於第一基板112與第二基板116之間且與第一基板112及第二基板116接觸之區域126中之多孔材料114藉由施加壓力壓縮且變得比區域122中之多孔材料相對更稠密。區域126中之多孔材料114可能不允許樣品溶液流經此處，從而界定微流體通道124且阻止液體滲出微流體通道124。在一實施例中，未壓縮區域(亦即，區域122)中之多孔材料114之孔隙率可在約30%至約90%之範圍內。然而，區域126中之多孔材料之孔隙率可在約70%至約100%之範圍內。

另外，多孔材料114可包括不均一的孔隙率。舉例而言，多孔材料114可包括沿微流體通道之長度方向不均一的孔隙率。在一實施例中，多孔材料114可具有沿液體流之方向具有梯度的梯度孔隙率。如將在下文所詳細描述，該不均一的密度可有助於諸如提取或分離之應用之微流體通道之功能。

另外，一或多個複合薄片可位於多孔材料之任何一側。該等薄片經壓縮之後使多孔材料之表面相對無孔，從而阻止液體滲出微流體通道。

在一實施例中，在微流體通道圖案118中用於填充之多孔材料之薄片經受薄片物理改質步驟。該步驟增加材料之表面之一者貫穿材料之預定厚度的材料密度。在另一實施例中，多孔材料114經受薄片化學改質步驟。該步驟改質材料之表面之一者貫穿材料之預定厚度的材料化學特性。該等改質步驟提供流經微流體通道124之樣品溶液中之物質的經改質之運輸特性。

在一實施例中，多孔材料114可經官能化以執行多種應用，此將在下文中詳細描述。在一實施例中，多孔材料可用適當有機固定相官能化以提供層析應用中之增強的分溶。舉例而言，在一實施例中，多孔材料114可包括於聚合黏結劑基質中之玻璃纖維。在該實施例中，玻璃纖維與聚合黏合劑之組合提供一在液體通道內部可獲得之玻璃表面，其有助於藉助於玻璃表面改質方法使液體通道官能化。

另外，多孔材料114係藉由使用以下各物之一或多種官能化：電解質、離子溶液、基於抗體之溶液、化學試劑、試劑發射材料或其組合。多孔材料114可在形成微流體設備120之前或形成微流體設備120之後官能化。舉例而言，當使用電解質時，貫穿微流體通道124施加電壓可引起形成基於諸如玻璃纖維之多孔材料之ζ電位之樣品液體的電滲流。該電滲流可用於驅使溶液經由且鄰接微流體通道124之網路。

微流體通道124可藉由使用化學試劑官能化。在一實施例中，該等化學試劑可在製造微流體設備之前或之後分散於多孔材料中。該等試劑可包括一或多種可能為特殊應用所需的材料。另外，該等試劑可位於微流體通道124中之經選定之位置。舉例而言，在一感應應用中，試劑可包括位於微流體通道124之特殊位置之化學物質，其中該等化學物質經組態以用於偵測供感應微流體通道124之下游發生之反應用的微流體通道124中的pH緩衝液。當樣品液體流經該通道時，固定於多孔材料中試劑溶解於該液體中。

在一實施例中，多孔材料可注入至少一種試劑，其在操作微流體設備期間釋放。該釋放劑可具有物理上、化學上或生物學上改質穿過微流體通道之液體流之官能基。舉例而言，化學試劑發射材料可包括密封於密封劑中之化學試劑。化學試劑發射材料可經組態以在與在微流體通道中流動之分析物溶液交互作用之後釋放化學試劑。

在諸如偵測及感應之應用中，液體之物理、化學或生物特性可藉由使液體與具有多種試劑之經官能化之多孔材料交互作用來改變。隨後，液體可基於經改變之特性來識別。在一實施例中，樣品液體之溫度或pH可藉由與併入多孔材料114中之試劑的化學反應來改變。在另一實施例中，液體樣品之生物或化學改質可藉由改變液體之生物或化學狀態來完成。此之一個實例為由於與併入多孔材料114之試劑之化學反應的蛋白質或核酸之展開或折疊。對於化學改質微流體通道中之液體而言，可使用多種試劑。用於化學改質液體之試劑的非限定性實例可包括比色試劑及螢光試劑。基於液體與試劑之間的化學，該等試劑在與特殊液體交互作用之後可經受光學特性之變化。光學特性之變化隨後可經由微流體通道124之表面之一者來偵測。

應瞭解由於低雷諾數(Reynolds number)的條件，微流體通道中流動之液體展示層流特性。該特徵可為諸如顆粒分離及感應之應用所利用。顆粒分離可基於粒子之擴散係數之差異。舉例而言，在一實施例中，兩種獨立的液體可經由諸如通道124之微流體通道之一端之進口泵送，該等液體可在微流體通道124內相遇。歸因於層流特性，該兩種液體可並排流動，且除相互擴散外通常不可能混合。應瞭解因為更小之粒子與更大之粒子相比擴散更快，因此更小之粒子可擴散至並行流中。因此，當液體在微流體通道124之出口處分離時，更小之粒子通常應已擴散至另一液體中。該分離技術可用於自血漿中分離血細胞。對於免疫檢定應用而言，該技術可用於自樣品分離大干擾分子，從而允許相對更精確地分析分析物。另外，其亦適用於使含抗原之液體與彼等含有具有固定抗體之大粒子之液體互相混合以使固定之抗體與抗原反應且隨後經由相繼之微流體洗滌或萃取步驟自抗原分離珠粒。

在另一實施例中，用多孔材料114填充之微流體通道124可用對特定靶分子展示親和力(基於離子、核酸或抗體)之分子官能化。因此，隨具有包括靶分子之分子混合物的液體穿過該等通道124，該靶自液體流中選擇性地移除，且集中於諸如玻璃纖維之官能化之多孔材料114中。該等通道可用作移除不當分子或干擾物的過濾器。相反地，該等通道可用作一所要靶分子之預集中器。

在一實施例中，微流體通道124中之多孔材料114增強液體因毛細管作用自微流體設備120一個位置至另一位置的運輸。在一些實施例中，該等特徵可有助於在微流體通道124中之不同位置之間轉移液體，其中該等不同位置具有不同尺寸及形狀以致造成該等位置之間的毛細管作用的差異。另外，該等位置之間的毛細管壓力差異可由多孔材料之孔隙率及/或親水性來控制。舉例而言，多孔材料可經改質以由疏水性材料轉化為具有小於10度之水接觸角之超親水性材料，從而改變微流體通道之毛細管作用。

在圖40A及圖40B所說明之實施例中，說明微流體設備之一替代實施例。設備136包括一基板130。基板130包括孔穴或微流體通道圖案132，其界定微流體設備136中之微流體通道138。如圖40A之堆疊排列128中所說明，設備136進一步包括多孔材料134。多孔材料134位於基板130上。在一實施例中，多孔材料134可經受化學及/或物理表面改質步驟，隨後製造微流體設備。

設備136藉由相對基板130壓縮多孔材料134來形成。壓縮之後，多孔材料134之一部分填充區域140中之微流體通道圖案132以形成微流體通道138。區域140中之多孔材料134可經受極低的壓縮或不經受壓縮，從而在操作設備136期間，使液體之通路流經微流體通道138。在區域142中，多孔材料134經壓縮以形成一稠密層，其有效消除該區域之微孔中的空氣。

加工製造步驟包括在約70℃至約160℃之範圍內變化之溫度下壓縮堆疊排列128，同時維持壓力在約50 psi至約1000 psi之範圍內。應用加工步驟之後，使多孔層平坦以形成一具有可變密度且填充於微流體通道中之層。歸因於化學及/或物理表面改質步驟，其使多孔材料134之暴露表面144為無孔的，微流體設備136僅需要兩層，基板130及多孔材料134，且不需要一諸如基板116(參見圖39A及圖39B)之第二基板。另外，諸如化學處理、多孔材料之官能化之其他改質亦可用於微流體設備136。

在圖41A、圖41B、圖41C、圖41D及圖41E所說明之實施例中，說明微流體設備135之一替代實施例。圖41A說明圖41C之微流體設備135之三層123、125及127之堆疊排列121的分解橫截面圖。圖41B說明自圖41A之堆疊排列121之一側沿線41B－41B獲取之另一橫截面圖。如所說明，該第一基板123與該第二基板127分別包括呈梯級結構131與133形式之微流體通道圖案。該兩個基板123與127可具有通常如131與133所說明之相似、互補或不同的梯級結構。另外，堆疊排列121包括位於基板123與基板127之間的多孔材料125。

壓縮堆疊排列121形成設備135。圖41C說明設備135之前視圖且圖41D及圖41E說明分別沿圖41C之線41D－41D及41E－41E獲取之設備135之橫截面圖。當形成設備135時，基板123及127可彼此相對而置以致梯級結構131與133一起可形成微流體通道137。舉例而言，在具有微流體通道137之區域139中，如所示之梯級結構131與133可彼此相對偏移而安置以致具有微流體通道137之區域139經受極低的壓縮或不經受壓縮，且因此與其中多孔材料125因壓縮力而更稠密之區域141相比，具有相對次稠密的多孔材料125。在該等稠密度相對較低之區域139中之多孔材料125可經受極低的稠密化或不經受稠密化。歸因於基板123與127之梯級結構131與133，該實施例中形成之微流體通道137可在不同水平面之上延伸。在所說明之實施例中，區域139中之微流體通道137可跟隨第一基板123與第二基板127之梯級131與133以形成在第一基板123與第二基板127之不同水平面之上沿梯級131與133延伸之三維連續微流體通道。區域141中之多孔材料125可沿著梯級結構131與133與微流體通道137並排以界定微流體通道137之區域且固持液體樣品於微流體通道137中，此歸因於區域141中之多孔材料125之低孔隙率。另外，應瞭解梯級結構131與133可以不偏移之關係彼此相對安置，從而使區域139具有更稠密的材料。

圖42代表圖41C及圖41D之微流體通道137之替代實施例。在所說明之實施例中，微流體設備143包括由第一基板123與第二基板127之梯級131與133界定之形成於不同水平面的個別微流體通道145。不同水平面中之微流體通道145可彼此不相通。換言之，微流體通道145自一水平面至另一水平面可為不連續的。當具有基板123、127及多孔材料125之堆疊排列經壓縮以形成設備143時，微流體通道145係藉由使基板123與127相對彼此對準來形成以致區域147中之多孔材料125受極低的壓縮力或不受壓縮力。因此，區域147中之多孔材料125可不經受稠密化。然而，歸因於壓縮力，位於微流體通道145外部之區域149之多孔材料125可經受稠密化。

圖43說明微流體通道146，其具有安置於其中之多孔材料152且具有孔隙154。微流體通道146係安置於一第一基板148與一第二基板150之間。該第一基板148與該第二基板150包括區域156中之微流體通道圖案以界定微流體通道146。製造期間，安置於區域156內部之多孔材料152部分經受更低的壓縮力，且因此與區域158中之多孔材料部分相比具有更高的孔隙率。因此，安置於區域156中之多孔材料152部分中之微孔154比其他區域(諸如158)中之微孔更大，從而使液體流經由微流體通道146。

圖44說明使用微流體設備162之系統160。在一例示性實施例中，系統160可用於醫藥工業，其依賴於化學實體之合成及篩選。系統160提供縮短之優化週期時間，且由於需要更低量之試劑而具有經濟效益。另外，系統160提供直接經由設備常駐致動器改變對化學、環境控制的能力。

在習知之分批技術中，反應之驗證及優化通常傾向於為限速步驟。然而，在系統160中，可為生物檢定或化學檢定進行自動優化。另外，由系統160產生之材料之量可藉由提供一組並行微流體通道來增加。

微流體設備162包括微流體通道164、166、168、170及172。微流體通道164、166、168、170及172可包括相同或不同的多孔材料(未說明)。將試劑(亦即由區段174表示之試劑A且由區段176表示之試劑B)經由進口178饋入微流體設備162之微流體通道164中。一旦在微流體通道164中，則在反應段177期間使試劑A 174與試劑B 176反應(如參考數字180所指示)，在產物形成段185形成產物182、184及186。另外，雖然未說明，但在產物形成段185期間亦可形成副產物。隨後，產物182、184及186可在產物分離段187處藉由使用諸如層析法或電泳之分離技術來分離。在一實例中，液相層析、空間排阻層析或離子層析可用於分離產物182、184及186。在另一實例中，毛細管電泳或凝膠電泳可用於分離產物182、184及186。

隨後，所分離之產物182、184及186可懸浮於經由微流體通道166引入設備162中之相容性介質188中。相容性介質188有助於該三種產物分離及分佈在預定位置。舉例而言，相容性介質188有助於產物182、184及186進入微流體通道172以便作為參考數字190所描述之區段處之檢定收集，且如區段192所描述不當副產物之剩餘物經由微流體通道170收集於微流體設備162之外部。雖然，未說明，系統160進一步可包括一偵測器、一反饋電路或兩者。偵測器或反饋電路可以與微流體設備162操作有關。在一實施例中，反饋電路可經組態以調節進入微流體設備162中之試劑之量。

本發明之微流體設備之其他應用可包括以極小的體積執行諸如聚合酶鏈反應(PCR)之生物分析檢定以增加該等檢定之速度且減少所需求之物質及試劑之量。舉例而言，微流體設備可用於DNA篩分、RNA篩分、毒素之分離、諸如病毒或細菌之生物細胞之分離、無機離子、醫藥、麻醉藥或殺蟲劑之分子之分離、或合成之聚合物之分離、或化學戰劑與化學戰劑之水解產物之分離。在一實施例中，毛細管及毛細管陣列電泳微設備上之DNA片段篩分與排序整合電化學偵測及胺基酸對掌性分析。

或者，本發明之微流體設備之實施例可用於合成。舉例而言，微流體設備可用於進行多種合成方法，諸如流動注射分析、連續流動反應、脈衝流動反應或部分流動反應。另外，微流體設備可用於執行合成之分析物間的反應，諸如小分子或無機離子、醫藥、麻醉藥、殺蟲劑、合成之聚合物、諸如DNA或RNA之生物聚合物、半導體奈米粒子、貴金屬奈米粒子或量子點。

另外，微流體設備亦可用於預濃縮或萃取已知液體樣品中之分析物。舉例而言，可藉由使用上述微流體設備自溶液中萃取蛋白質、肽、諸如DNA或RNA之核酸、毒素、生物細胞、無機離子、醫藥分子、麻醉藥分子或殺蟲劑分子。另外，由該等微流體設備實現之分析可為時間解析的或基於時間的或可為穩定狀態。

另外，以上所討論之實施例之微流體設備可用於偵測應用。在該等應用中，微流體設備可用於電子光譜學、振動光譜學、微波光譜學；紫外－可見光譜學、螢光光譜學、拉曼光譜學、表面增強拉曼光譜學、金屬增強螢光光譜學、近紅外光譜學、紅外光譜學或其組合。在該等應用中，微流體設備可耦連至該等光譜計之一或多個。

實例

獲自GE Plastics之玻璃纖維複合物，AZDEL Superlite(Mount Vernon,IN 47620－9364)係夾在四個玻璃顯微鏡用載玻片(Corning Glass Works,Model 2947)之間以致兩個載玻片位於AZDEL複合物之各側上。在AZDEL之各側上，玻璃載玻片經置放以造成1.5 mm之間隙以形成液體通道。AZDEL Superlite複合薄片及玻璃載玻片之厚度為1 mm。隨後，用約200 psi之適度壓力及120℃之高溫將夾層結構壓縮於兩個金屬板之間。施加壓力之區域經受厚度之減小。另外，經壓縮之區域結合玻璃載玻片AZDEL至一單元中。未施加壓力之區域(位於玻璃載玻片中之間隙下面的區域)未壓縮且因此形成如圖43所說明之微流體通道。如此形成之微流體通道之尺寸為1.0 mm×1.5 mm之通道，在該通道中，具有玻璃纖維及聚合物黏合劑之複合材料固持其體積以使液體經由該微流體通道運輸。然而，在所壓縮之區域中，各AZDEL Superlite複合物經壓縮至0.150 mm之厚度，從而有效地密封微流體通道以阻止任何液體運輸至通道外部。相似的結果已藉由壓縮含有經微加工之通道之聚碳酸酯薄片之間的AZDEL複合物達成。

雖然本發明已參考僅有限數量之實施例詳細地描述，但應容易地理解本發明不侷限於該等所揭示之實施例。相反，本發明可經修改以併入任何數量之變化、替代、替換或等效排列，迄今未描述該等變化、替代、替換或等效排列，但其符合本發明之精神及範疇。舉例而言，雖然微流體設備結合分離、偵測、醫藥應用一起描述，但應瞭解可見該微流體設備適用於其中使用微流體通道之任何應用。另外，雖然已描述本發明之多種實施例，但應理解本發明之態樣可包括某些所描述之實施例。因此，雖然不應認為本發明受上述描述限制，而本發明僅受隨附申請專利範圍之範疇的限制。

1．．．定位孔

2．．．頂蓋層/覆蓋層/覆蓋密封薄膜

3．．．感應器薄膜

4．．．通道層/流體通道板

5．．．凹槽/通道/明槽

6．．．底部取樣器－基板結合層/密封墊

7．．．排氣孔/小孔

8．．．儲集器/井

9．．．測試陣列卡

10．．．流體傳送設備/傳送設備

11．．．入口壁環/O－環

12．．．流體入口/入口

13．．．經組合之流體通道測試陣列

41B－41B、41D－41D、41E－41E．．．線

42．．．反應儲集器

44．．．延遲線

48．．．廢棄物儲集器

110．．．堆疊排列

112．．．層/第一基板

114．．．層/多孔材料

116．．．層/第二基板

118．．．微流體通道圖案

120．．．微流體設備

121．．．堆疊排列

122．．．區域

123．．．層/基板/第一基板

124．．．微流體通道/通道

125．．．層/多孔材料

126．．．區域

127．．．層/基板/第二基板

128．．．堆疊排列

130．．．塵粒/基板

131．．．梯級結構/梯級

132．．．微流體通道圖案

133．．．梯級結構/梯級

134．．．多孔材料

135．．．微流體設備

136．．．微流體設備

137．．．微流體通道

138．．．微流體通道

139．．．區域

140．．．區域

141．．．區域

142．．．區域

143．．．微流體設備

144．．．暴露表面

145．．．微流體通道

146．．．微流體通道

147．．．區域

148．．．第一基板

149．．．區域

150．．．第二基板

152．．．多孔材料

154．．．微孔

156．．．區域

158．．．區域

160．．．系統

162．．．微流體設備

164．．．微流體通道

166．．．微流體通道

168．．．微流體通道

170．．．微流體通道

172．．．微流體通道

174．．．區段/試劑A

176．．．區段/試劑B

177．．．反應段

178．．．進口

180．．．反應

182．．．產物

184．．．產物

185．．．產物形成段

186．．．產物

187．．．產物分離段

188．．．相容性介質

190．．．區段

192．．．區段

240．．．取樣系統

241．．．取樣層

242．．．基板

244．．．感應器區域

260．．．樣品液體/液體

262．．．儲集器

281．．．光碟/DVD碟片

282．．．碟片盒

350．．．基板

352．．．儲集器

354．．．遮罩/儲集器遮罩

360．．．設備

370．．．液體樣品

380．．．親水薄膜

A、B、C、D、E、F、G、H、a、b、c、d、f．．．儲集器

圖1為根據本發明之一例示性實施例之毛細流動液體傳送取樣設備之總成堆疊的透視圖；圖2說明根據本發明之另一例示性實施例之分枝串聯通道－儲集器組態；圖3說明根據本發明之另一例示性實施例之並串聯通道－儲集器組態；圖4說明根據本發明之另一例示性實施例之具有一廢棄物儲集器及一延遲通道之液體傳送組態；圖5為氯敏感薄膜之影像，自右至左氯濃度為1、2、4、5、10及50 ppm；圖6說明氯測定之校正曲線；圖7為鹼度敏感薄膜之影像；圖8為說明繪製溶液鹼度函數之由掃描機捕獲之數位影像計算之[(R_w －R)² ＋(G_w －G)² ＋B² ]¹ ^/ ² /B_w 之曲線圖；圖9為說明[(R_w －R)² ＋(G_w －G)² ＋B² ]¹ ^/ ² /B_w 與以光學反射探針在650 nm下量測之吸光率的關係的圖；圖10為說明繪製溶液鹼度函數之由彩色數位照相機捕獲之數位影像計算之[(R_w －R)² ＋(G_w －G)² ＋B² ]¹ ^/ ² /B_w 的曲線圖；圖11為說明照相機對掃描機之效能的曲線圖；圖12為說明pH測定之多變數校正之曲線圖；圖13展示具有缺陷之pH感應器薄膜；圖14為說明RGB值存在缺陷之膜之效應之曲線圖；圖15為說明以標準偏差標準排除一組像素之曲線圖；圖16為說明Ca感應器薄膜之校正曲線之曲線圖；圖17為說明不同溫度下鉬酸鹽感應器薄膜之動態回應之曲線圖；圖18包含展示25.3℃下鉬酸鹽感應器薄膜暴露於水樣期間顏色改變的數位影像；圖19為說明溫度對鉬酸鹽感應器回應之影響之曲線圖；圖20展示實例1之通道與儲集器之布局；圖21展示實例1之預測填充時間與實驗填充時間資料之比較；圖22為展示具有獲自實例2之6個測試之誤差槓的54個23 μl儲集器之平均填充時間之曲線圖；圖23為實例9中詳述之樣品體積受控之取樣設備獲得之鎂敏感薄膜之校正曲線；圖24為描述在根據本發明之例示性實施例之感應器元件暴露於各儲集器中之液體之受控樣品體積中之後黏著至具有該等元件之基板上的軟材料取樣層之相片；圖25說明當基板自樣品體積移除時，液體填充儲集器陣列之文獻實例；圖26說明用於自單一基板之入口點傳送樣品至多個感應器區域的通道式儲集器組態；圖27為例示性液體取樣器之透視圖，該取樣器呈碟片中間具有一用於引入液體之入口的DVD及碟片盒形式；圖28為製造總成時根據本發明之一例示性實施例之液體傳送設備的透視圖；圖29為已裝配之圖28之液體傳送設備之透視圖；圖30a－30c為本發明之例示性實施例之橫截面圖；圖31a－31d說明水樣填充取樣器之不同階段經裝配之取樣器之操作動力學的動態吸收成像；圖32a－32c說明評估具有提供試劑至受控樣品體積之受控浸出之感應器元件的經裝配取樣器之操作動力學的動態吸收成像；圖33為說明自注入樣品之前之某一時刻至單元完全填充之點每隔6秒時間收集之吸光率量測之曲線圖；圖34a說明本發明之一例示性實施例；圖34b為圖34a之例示性實施例之部分橫截面圖；圖35a為本發明之一例示性實施例；圖35b為圖35a之例示性實施例之部分橫截面圖；圖36a－36c說明正插入液體樣品中或正自液體樣品中移除之本發明之一例示性實施例；圖37為說明根據圖34a－34b構造之一例示性傳送設備之效能之曲線圖；圖38為說明根據圖35a－35b構造之一例示性傳送設備之效能之曲線圖；圖39A為微流體設備之3層堆疊排列之分解橫截面圖，其中根據本發明之例示性實施例，該堆疊排列包括一第一基板、一多孔層及一第二基板；圖39B為根據圖39A之堆疊排列形成之微流體設備之橫截面圖；圖40A為根據本發明之例示性實施例之具有一經官能化之多孔層及一基板之微流體設備所具有的堆疊排列的分解橫截面圖；圖40B為根據圖40A之堆疊排列形成之微流體設備之橫截面圖；圖41A為微流體設備之3層堆疊排列之分解橫截面圖，其中根據本發明之例示性實施例，該堆疊排列包括一第一基板、一多孔層及一第二基板；圖41B為圖41A之堆疊排列沿線41B－41B獲取之橫截面圖；圖41C為根據圖41A及圖41B之堆疊排列形成之微流體設備之橫截面圖；圖41D及圖41E分別為圖41C之微流體設備之沿線41D－41D及41E－41E獲取之橫截面圖；圖42為根據本發明之例示性實施例之在第一基板與第二基板之不同水平面處使用個別微流體通道的微流體設備的橫截面圖；圖43為根據本發明之例示性實施例之藉由壓縮多孔層所形成之微流體通道的圖示；及圖44為根據本發明之例示性實施例之使用微流體設備之生物檢定系統的圖示說明。

2．．．頂蓋層/覆蓋層

4．．．通道層