[RU]

1. Анализатор микрофлюидного образца, содержащий корпус; кассету, выполненную с возможностью вставляться в корпус анализатора, при этом кассета содержит порт, по меньшей мере один канал, который может содержать образец текучей среды, и по меньшей мере один микрофлюидный канал, имеющий размер поперечного сечения менее чем 1 мм; отверстие в корпусе, выполненное с возможностью принимать кассету, причем корпус включает в себя компонент, выполненный с возможностью соединяться с сопрягающим компонентом на кассете для распознавания наличия кассеты в корпусе; систему управления давлением, находящуюся в корпусе, система управления давлением выполнена с возможностью создавать давление по меньшей мере в одном канале в кассете для перемещения образца по меньшей мере через один канал; оптическую систему, расположенную в корпусе, оптическая система включает в себя множество источников света и множество детекторов, отстоящих от множества источников света, в которой источники света выполнены с возможностью испускать свет, проходящий через кассету, когда кассета вставлена в анализатор образца, и в которой детекторы расположены напротив источников света для определения количества света, проходящего через кассету, при этом множество источников света оптической системы включает в себя, по меньшей мере, первый источник света и второй источник света, расположенный рядом с первым источником света, причем первый источник света выполнен с возможностью испускать свет, проходящий через первую зону измерения кассеты, и второй источник света выполнен с возможностью испускать свет, проходящий через вторую зону измерения кассеты, находящуюся рядом с первой зоной измерения; продувочный клапан с соленоидом, в котором соленоид выполнен с возможностью осуществления прижатия уплотнения вокруг порта кассеты; устройство считывания кодов, содержащих информацию, ассоциированную с кассетой, с кассеты; интерфейс пользователя для ввода информации пользователем в анализатор и систему управления, взаимодействующую с системой управления давлением, оптической системой, устройством считывания кодов и интерфейсом пользователя для выполнения анализа образца в кассете.

2. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, отличающийся тем, что устройство считывания кодов находится в корпусе.

3. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, отличающийся тем, что содержит систему регулирования температуры, расположенную в корпусе, которая включает в себя нагревательный элемент, выполненный с возможностью нагревать кассету.

4. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, отличающийся тем, что интерфейс пользователя расположен в корпусе.

5. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором детекторы выполнены с возможностью распознавать величину светопропускания через зоны измерения кассеты.

6. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором источники света выполнены с возможностью не активировать второй источник света, пока не выключен первый источник света.

7. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором первый источник света испускает свет на первой длине волны и второй источник света испускает свет на второй длине волны, в котором первая длина волны такая же, как и вторая длина волны.

8. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором первый источник света испускает свет на первой длине волны и второй источник света испускает свет на второй длине волны, в котором первая длина волны отличается от второй длины волны.

9. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором компонент на корпусе, выполненный с возможностью сопрягаться с кассетой, представляет собой подпружиненную защелку.

10. Анализатор микрофлюидного образца по п.2, в котором устройство считывания кодов является радиочастотным устройством считывания информации, выполненным с возможностью считывать информацию с радиочастотной метки, ассоциированной с кассетой.

11. Анализатор микрофлюидного образца по п.2, в котором устройство считывания кодов является считывателем штрих-кода, выполненным с возможностью считывать информацию, содержащуюся в штрих-коде, ассоциированного с кассетой.

12. Анализатор микрофлюидного образца по п.4, в котором интерфейс пользователя включает в себя сенсорный экран.

13. Анализатор микрофлюидного образца по п.4, в котором интерфейс пользователя включает в себя жидкокристаллический экран.

14. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, дополнительно содержащий систему связи, которая выполнена с возможностью взаимодействовать с системой управления для вывода информации об образце на вторичное устройство.

15. Анализатор микрофлюидного образца по п.3, в котором система регулирования температуры дополнительно включает в себя термопару, выполненную с возможностью контролировать температуру в корпусе, и схему контроллера, выполненную с возможностью управлять температурой в корпусе.

16. Анализатор микрофлюидного образца по п.3, в котором нагревательный элемент является резистивным нагревателем.

17. Анализатор микрофлюидного образца по п.3, в котором система регулирования температуры дополнительно включает в себя охлаждающий элемент, выполненный с возможностью охлаждать кассету.

18. Анализатор микрофлюидного образца по п.17, в котором охлаждающий элемент является вентилятором.

19. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором система управления давлением включает в себя источник вакуума, змеевик, соединяющий источник вакуума по меньшей мере с одним каналом в анализаторе образца.

20. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором система управления давлением содержит диафрагменный насос.

21. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором первый источник света является светодиодом.

22. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором первый детектор является фотодиодом.

23. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит кассету, вставленную в корпус анализатора, причем кассета имеет по меньшей мере один канал с образцом, содержащимся в нем.

24. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором величина диаметра по меньшей мере одного канала находится в диапазоне значений между приблизительно 50 и приблизительно 500 мкм.

25. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором по меньшей мере один канал в кассете включает в себя первый канал и второй канал, отделенные друг от друга.

26. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, дополнительно содержащий флюидный коннектор, съемно соединенный с кассетой, причем флюидный коннектор включает в себя канал, выполненный с возможностью флюидно соединять первый и второй каналы кассеты, когда флюидный коннектор съемно соединяется с кассетой.

27. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором кассета включает в себя криволинейную поверхность, сопрягающую с компонентом на корпусе, который выполнен с возможностью сопрягаться с кассетой.

28. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором множество источников света выполнено с возможностью активироваться последовательно, при этом только один источник света активирован в течение одного периода времени.

29. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором множество источников света выполнено с возможностью активироваться в течение по меньшей мере приблизительно 100 мкс.

30. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором устройство считывания кодов расположено на анализаторе.

31. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором оптическая система выполнена с возможностью измерения оптической плотности в первой зоне измерения как функции времени.

32. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором система управления выполнена с возможностью реализовать функцию управления с обратной связью для управления потоком текучей среды в системе и/или осуществления контроля качества кассеты или установления факта нештатного функционирования кассеты.

33. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором система управления выполнена с возможностью подачи сигнала в один или более компонентов для выключения всей системы или частей системы.

34. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором система управления выполнена с возможностью принимать входные сигналы от одного или более компонентов, сравнивать один или более сигналов или шаблоны сигналов с сигналами, запрограммированными в системе управления, и/или посылать сигналы в один или более компонентов для модулирования потока текучей среды, и/или управления функционированием микрофлюидной системы кассеты.

35. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором система управления давлением включает источник создания вакуума и в котором продувочный клапан выполнен с возможностью управления потоком воздуха в кассету через порт в кассете во время использования источника создания вакуума.

36. Способ выполнения анализа микрофлюидного образца при помощи устройства по п.1, в котором идентифицируют кассету с помощью устройства считывания кодов; обрабатывают информацию, введенную пользователем в интерфейс пользователя, расположенный в корпусе анализатора образца; создают давление по меньшей мере в одном канале в кассете с применением системы управления давлением, расположенной в корпусе, для перемещения образца по меньшей мере через один канал; активируют продувочный клапан с соленоидом для осуществления прижатия соленоидом уплотнения к кассете; активируют оптическую систему, которая обеспечивает испускание первым источником света, расположенным в корпусе, света, проходящего через первую зону измерения кассеты; распознают величину светопропускания через первую зону измерения кассеты первым детектором оптической системы, расположенным в корпусе напротив первого источника света; и выполняют анализ образца в кассете с использованием системы управления, находящейся в корпусе, которая взаимодействует с устройством считывания кодов, интерфейсом пользователя, системой управления давлением, оптической системой и системой регулирования температуры.

37. Способ по п.36, в котором дополнительно нагревают кассету с использованием системы регулирования температуры, расположенной в корпусе анализатора образца.

38. Способ по п.36, в котором используют кассету с двумя каналами, первым и вторым, которые объединяют флюидным коннектором.

39. Способ по п.38, в котором до первого использования кассеты, по меньшей мере, либо первый, либо второй канал содержит хранящийся реагент, причем кассета герметизирована, чтобы хранить реагент, по меньшей мере, в течение одного дня.

40. Способ по п.39, в котором хранящийся реагент является жидкостной средой.

41. Способ по п.38, в котором до первого использования кассеты, по меньшей мере, первый и второй каналы содержат, по меньшей мере, первый и второй реагент текучей среды, который отделен третьей текучей средой, по существу, несмешиваемой с обеими, первой и второй, текучими средами.

42. Способ по п.38, включающий до первого использования кассеты образец текучей среды, содержащийся во флюидном коннекторе.

43. Способ по п.36, в котором идентификационная информация содержит идентификацию по меньшей мере одного из следующего: номер партии, калибровочная информация и срок годности кассеты.

44. Способ по п.36, в котором первая зона измерения кассеты включает в себя меандрирующий канал, включающий в себя множество сегментов, и в котором первая оптическая система расположена рядом более чем с одним сегментом меандрирующего канала.

45. Способ по п.36, в котором распознавание содержит измерение величины одного сигнала, проходящего более чем через один сегмент меандрирующего участка.

46. Способ по п.36, в котором кассета включает в себя множество зон измерения, флюидно соединенных последовательно, каждая зона измерения совмещена с оптической системой и источником света, установленным в корпусе, при этом образец текучей среды направляют через каждую из множества зон измерения и измеряют величину светопропускания через каждую из множества зон измерения.

47. Способ по п.36, включающий в течение практически всего анализа поддерживание, по существу, постоянного перепада давления между входным отверстием первой зоны измерения кассеты и выходным отверстием, расположенным ниже по потоку первой зоны измерения.

48. Способ по п.36, в котором анализатор содержит множество источников света, которое включает в себя, по меньшей мере, первый источник света и второй источник света, расположенный рядом с первым источником света, в котором первый источник света выполнен с возможностью испускать свет, проходящий через первую зону измерения кассеты, и второй источник света выполнен с возможностью испускать свет, проходящий через вторую область кассеты, находящуюся рядом с первой зоной измерения, причем первый источник света активируют, когда второй источник света не активирован, и второй источник света не активируют до тех пор, пока первый источник света не будет выключен.

49. Способ по п.36, в котором последовательно активируют отдельные источники света из множества источников света, при этом одномоментно активирован только один источник света.

50. Способ по п.36, в котором накапливают оптически непрозрачный материал на части поверхности канала в пределах первой зоны измерения кассеты и измерение величины светопропускания через непрозрачный материал.

51. Способ по п.50, в котором непрозрачный материал содержит металл.

52. Способ по п.51, в котором металл содержит серебро.

53. Способ по п.50, в котором непрозрачный материал осаждают химически.

54. Способ по п.50, в котором непрозрачный материал осаждают в процессе течения раствора металла на частицы коллоидного раствора металла, ассоциированного с совокупностью антитело-антиген.

55. Способ по п.54, в котором коллоидный раствор металла содержит антитела, конъюгированные с частицами коллоидного золота.

56. Способ по п.50, в котором непрозрачный материал формируют в процессе течения раствора металла через канал.

57. Способ по п.50, в котором определяют непрозрачность непрозрачного материала.

58. Способ по п.36, в котором поглощают текучую среду в кассете абсорбирующим материалом, расположенным в зоне локализации жидкостной среды, которая флюидно взаимодействует с первой зоной измерения.

59. Способ по п.58, в котором поглощают адсорбирующим материалом только жидкостные среды, а газообразные выпускают через выходное отверстие кассеты.

60. Способ по п.58, в котором образец текучей среды содержит цельную кровь.

61. Способ по п.36, в котором измеряют оптическую плотность в первой зоне измерения как функцию времени.

62. Способ по п.36, в котором осуществляют измерение величины светопропускания в первой зоне измерений для получения информации об образцах в кассете и определения возникновения ненормальных отклонений в образцах, основанных по меньшей мере на части информации об образцах.

63. Способ по п.36, в котором осуществляют обратную связь от первой зоны измерений к системе управления для управления потоком текучей среды в системе и/или осуществления контроля или установления факта нештатного функционирования кассеты.

64. Способ по п.63, в котором система управления выполнена с возможностью принимать входные сигналы от одного или более компонентов, сравнивать один или более сигналов или шаблонов сигналов с сигналами, запрограммированными в системе управления, и/или посылать сигналы в один или более компонентов для модулирования потока текучей среды, и/или управления функционированием микрофлюидной системы кассеты.

65. Способ по п.36, в котором оптическая система включает второй источник света, выполненный с возможностью испускать свет, проходящий через вторую зону измерения кассеты, расположенную рядом с первой зоной измерения, при этом не активируют второй источник света, пока первый источник света не выключен.

66. Способ по п.36, в котором система управления давлением включает источник создания вакуума, при этом управляют потоком воздуха в кассету через порт в кассете во время использования источника создания вакуума посредством продувочного клапана.

(57) Реферат / Формула:

1. Анализатор микрофлюидного образца, содержащий корпус; кассету, выполненную с возможностью вставляться в корпус анализатора, при этом кассета содержит порт, по меньшей мере один канал, который может содержать образец текучей среды, и по меньшей мере один микрофлюидный канал, имеющий размер поперечного сечения менее чем 1 мм; отверстие в корпусе, выполненное с возможностью принимать кассету, причем корпус включает в себя компонент, выполненный с возможностью соединяться с сопрягающим компонентом на кассете для распознавания наличия кассеты в корпусе; систему управления давлением, находящуюся в корпусе, система управления давлением выполнена с возможностью создавать давление по меньшей мере в одном канале в кассете для перемещения образца по меньшей мере через один канал; оптическую систему, расположенную в корпусе, оптическая система включает в себя множество источников света и множество детекторов, отстоящих от множества источников света, в которой источники света выполнены с возможностью испускать свет, проходящий через кассету, когда кассета вставлена в анализатор образца, и в которой детекторы расположены напротив источников света для определения количества света, проходящего через кассету, при этом множество источников света оптической системы включает в себя, по меньшей мере, первый источник света и второй источник света, расположенный рядом с первым источником света, причем первый источник света выполнен с возможностью испускать свет, проходящий через первую зону измерения кассеты, и второй источник света выполнен с возможностью испускать свет, проходящий через вторую зону измерения кассеты, находящуюся рядом с первой зоной измерения; продувочный клапан с соленоидом, в котором соленоид выполнен с возможностью осуществления прижатия уплотнения вокруг порта кассеты; устройство считывания кодов, содержащих информацию, ассоциированную с кассетой, с кассеты; интерфейс пользователя для ввода информации пользователем в анализатор и систему управления, взаимодействующую с системой управления давлением, оптической системой, устройством считывания кодов и интерфейсом пользователя для выполнения анализа образца в кассете.

2. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, отличающийся тем, что устройство считывания кодов находится в корпусе.

3. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, отличающийся тем, что содержит систему регулирования температуры, расположенную в корпусе, которая включает в себя нагревательный элемент, выполненный с возможностью нагревать кассету.

4. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, отличающийся тем, что интерфейс пользователя расположен в корпусе.

5. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором детекторы выполнены с возможностью распознавать величину светопропускания через зоны измерения кассеты.

6. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором источники света выполнены с возможностью не активировать второй источник света, пока не выключен первый источник света.

7. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором первый источник света испускает свет на первой длине волны и второй источник света испускает свет на второй длине волны, в котором первая длина волны такая же, как и вторая длина волны.

8. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором первый источник света испускает свет на первой длине волны и второй источник света испускает свет на второй длине волны, в котором первая длина волны отличается от второй длины волны.

9. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором компонент на корпусе, выполненный с возможностью сопрягаться с кассетой, представляет собой подпружиненную защелку.

10. Анализатор микрофлюидного образца по п.2, в котором устройство считывания кодов является радиочастотным устройством считывания информации, выполненным с возможностью считывать информацию с радиочастотной метки, ассоциированной с кассетой.

11. Анализатор микрофлюидного образца по п.2, в котором устройство считывания кодов является считывателем штрих-кода, выполненным с возможностью считывать информацию, содержащуюся в штрих-коде, ассоциированного с кассетой.

12. Анализатор микрофлюидного образца по п.4, в котором интерфейс пользователя включает в себя сенсорный экран.

13. Анализатор микрофлюидного образца по п.4, в котором интерфейс пользователя включает в себя жидкокристаллический экран.

14. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, дополнительно содержащий систему связи, которая выполнена с возможностью взаимодействовать с системой управления для вывода информации об образце на вторичное устройство.

15. Анализатор микрофлюидного образца по п.3, в котором система регулирования температуры дополнительно включает в себя термопару, выполненную с возможностью контролировать температуру в корпусе, и схему контроллера, выполненную с возможностью управлять температурой в корпусе.

16. Анализатор микрофлюидного образца по п.3, в котором нагревательный элемент является резистивным нагревателем.

17. Анализатор микрофлюидного образца по п.3, в котором система регулирования температуры дополнительно включает в себя охлаждающий элемент, выполненный с возможностью охлаждать кассету.

18. Анализатор микрофлюидного образца по п.17, в котором охлаждающий элемент является вентилятором.

19. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором система управления давлением включает в себя источник вакуума, змеевик, соединяющий источник вакуума по меньшей мере с одним каналом в анализаторе образца.

20. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором система управления давлением содержит диафрагменный насос.

21. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором первый источник света является светодиодом.

22. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором первый детектор является фотодиодом.

23. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит кассету, вставленную в корпус анализатора, причем кассета имеет по меньшей мере один канал с образцом, содержащимся в нем.

24. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором величина диаметра по меньшей мере одного канала находится в диапазоне значений между приблизительно 50 и приблизительно 500 мкм.

25. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором по меньшей мере один канал в кассете включает в себя первый канал и второй канал, отделенные друг от друга.

26. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, дополнительно содержащий флюидный коннектор, съемно соединенный с кассетой, причем флюидный коннектор включает в себя канал, выполненный с возможностью флюидно соединять первый и второй каналы кассеты, когда флюидный коннектор съемно соединяется с кассетой.

27. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором кассета включает в себя криволинейную поверхность, сопрягающую с компонентом на корпусе, который выполнен с возможностью сопрягаться с кассетой.

28. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором множество источников света выполнено с возможностью активироваться последовательно, при этом только один источник света активирован в течение одного периода времени.

29. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором множество источников света выполнено с возможностью активироваться в течение по меньшей мере приблизительно 100 мкс.

30. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором устройство считывания кодов расположено на анализаторе.

31. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором оптическая система выполнена с возможностью измерения оптической плотности в первой зоне измерения как функции времени.

32. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором система управления выполнена с возможностью реализовать функцию управления с обратной связью для управления потоком текучей среды в системе и/или осуществления контроля качества кассеты или установления факта нештатного функционирования кассеты.

33. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором система управления выполнена с возможностью подачи сигнала в один или более компонентов для выключения всей системы или частей системы.

34. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором система управления выполнена с возможностью принимать входные сигналы от одного или более компонентов, сравнивать один или более сигналов или шаблоны сигналов с сигналами, запрограммированными в системе управления, и/или посылать сигналы в один или более компонентов для модулирования потока текучей среды, и/или управления функционированием микрофлюидной системы кассеты.

35. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором система управления давлением включает источник создания вакуума и в котором продувочный клапан выполнен с возможностью управления потоком воздуха в кассету через порт в кассете во время использования источника создания вакуума.

36. Способ выполнения анализа микрофлюидного образца при помощи устройства по п.1, в котором идентифицируют кассету с помощью устройства считывания кодов; обрабатывают информацию, введенную пользователем в интерфейс пользователя, расположенный в корпусе анализатора образца; создают давление по меньшей мере в одном канале в кассете с применением системы управления давлением, расположенной в корпусе, для перемещения образца по меньшей мере через один канал; активируют продувочный клапан с соленоидом для осуществления прижатия соленоидом уплотнения к кассете; активируют оптическую систему, которая обеспечивает испускание первым источником света, расположенным в корпусе, света, проходящего через первую зону измерения кассеты; распознают величину светопропускания через первую зону измерения кассеты первым детектором оптической системы, расположенным в корпусе напротив первого источника света; и выполняют анализ образца в кассете с использованием системы управления, находящейся в корпусе, которая взаимодействует с устройством считывания кодов, интерфейсом пользователя, системой управления давлением, оптической системой и системой регулирования температуры.

37. Способ по п.36, в котором дополнительно нагревают кассету с использованием системы регулирования температуры, расположенной в корпусе анализатора образца.

38. Способ по п.36, в котором используют кассету с двумя каналами, первым и вторым, которые объединяют флюидным коннектором.

39. Способ по п.38, в котором до первого использования кассеты, по меньшей мере, либо первый, либо второй канал содержит хранящийся реагент, причем кассета герметизирована, чтобы хранить реагент, по меньшей мере, в течение одного дня.

40. Способ по п.39, в котором хранящийся реагент является жидкостной средой.

41. Способ по п.38, в котором до первого использования кассеты, по меньшей мере, первый и второй каналы содержат, по меньшей мере, первый и второй реагент текучей среды, который отделен третьей текучей средой, по существу, несмешиваемой с обеими, первой и второй, текучими средами.

42. Способ по п.38, включающий до первого использования кассеты образец текучей среды, содержащийся во флюидном коннекторе.

43. Способ по п.36, в котором идентификационная информация содержит идентификацию по меньшей мере одного из следующего: номер партии, калибровочная информация и срок годности кассеты.

44. Способ по п.36, в котором первая зона измерения кассеты включает в себя меандрирующий канал, включающий в себя множество сегментов, и в котором первая оптическая система расположена рядом более чем с одним сегментом меандрирующего канала.

45. Способ по п.36, в котором распознавание содержит измерение величины одного сигнала, проходящего более чем через один сегмент меандрирующего участка.

46. Способ по п.36, в котором кассета включает в себя множество зон измерения, флюидно соединенных последовательно, каждая зона измерения совмещена с оптической системой и источником света, установленным в корпусе, при этом образец текучей среды направляют через каждую из множества зон измерения и измеряют величину светопропускания через каждую из множества зон измерения.

47. Способ по п.36, включающий в течение практически всего анализа поддерживание, по существу, постоянного перепада давления между входным отверстием первой зоны измерения кассеты и выходным отверстием, расположенным ниже по потоку первой зоны измерения.

48. Способ по п.36, в котором анализатор содержит множество источников света, которое включает в себя, по меньшей мере, первый источник света и второй источник света, расположенный рядом с первым источником света, в котором первый источник света выполнен с возможностью испускать свет, проходящий через первую зону измерения кассеты, и второй источник света выполнен с возможностью испускать свет, проходящий через вторую область кассеты, находящуюся рядом с первой зоной измерения, причем первый источник света активируют, когда второй источник света не активирован, и второй источник света не активируют до тех пор, пока первый источник света не будет выключен.

49. Способ по п.36, в котором последовательно активируют отдельные источники света из множества источников света, при этом одномоментно активирован только один источник света.

50. Способ по п.36, в котором накапливают оптически непрозрачный материал на части поверхности канала в пределах первой зоны измерения кассеты и измерение величины светопропускания через непрозрачный материал.

51. Способ по п.50, в котором непрозрачный материал содержит металл.

52. Способ по п.51, в котором металл содержит серебро.

53. Способ по п.50, в котором непрозрачный материал осаждают химически.

54. Способ по п.50, в котором непрозрачный материал осаждают в процессе течения раствора металла на частицы коллоидного раствора металла, ассоциированного с совокупностью антитело-антиген.

55. Способ по п.54, в котором коллоидный раствор металла содержит антитела, конъюгированные с частицами коллоидного золота.

56. Способ по п.50, в котором непрозрачный материал формируют в процессе течения раствора металла через канал.

57. Способ по п.50, в котором определяют непрозрачность непрозрачного материала.

58. Способ по п.36, в котором поглощают текучую среду в кассете абсорбирующим материалом, расположенным в зоне локализации жидкостной среды, которая флюидно взаимодействует с первой зоной измерения.

59. Способ по п.58, в котором поглощают адсорбирующим материалом только жидкостные среды, а газообразные выпускают через выходное отверстие кассеты.

60. Способ по п.58, в котором образец текучей среды содержит цельную кровь.

61. Способ по п.36, в котором измеряют оптическую плотность в первой зоне измерения как функцию времени.

62. Способ по п.36, в котором осуществляют измерение величины светопропускания в первой зоне измерений для получения информации об образцах в кассете и определения возникновения ненормальных отклонений в образцах, основанных по меньшей мере на части информации об образцах.

63. Способ по п.36, в котором осуществляют обратную связь от первой зоны измерений к системе управления для управления потоком текучей среды в системе и/или осуществления контроля или установления факта нештатного функционирования кассеты.

64. Способ по п.63, в котором система управления выполнена с возможностью принимать входные сигналы от одного или более компонентов, сравнивать один или более сигналов или шаблонов сигналов с сигналами, запрограммированными в системе управления, и/или посылать сигналы в один или более компонентов для модулирования потока текучей среды, и/или управления функционированием микрофлюидной системы кассеты.

65. Способ по п.36, в котором оптическая система включает второй источник света, выполненный с возможностью испускать свет, проходящий через вторую зону измерения кассеты, расположенную рядом с первой зоной измерения, при этом не активируют второй источник света, пока первый источник света не выключен.

66. Способ по п.36, в котором система управления давлением включает источник создания вакуума, при этом управляют потоком воздуха в кассету через порт в кассете во время использования источника создания вакуума посредством продувочного клапана.

---

Евразийское ои 023941 (13) В1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента (51) Int. Cl. BOIL 3/00 (2006.01)
2016.07.29
(21) Номер заявки 201201420
(22) Дата подачи заявки 2011.04.15
(21)
(56) US-A1-2005243304 US-A1-2007166195 US-A1-2008107565
(54) АНАЛИЗАТОР МИКРОФЛЮИДНОГО ОБРАЗЦА И СПОСОБ ВЫПОЛНЕНИЯ АНАЛИЗА МИКРОФЛЮИДНОГО ОБРАЗЦА
(31) 61/325,023; 61/325,044; 61/363,002
(32) 2010.04.16; 2010.04.16; 2010.07.09
(33) US
(43) 2013.02.28
(86) PCT/US2011/032685
(87) WO 2011/130629 2011.10.20
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ОПКОУ ДАЙАГНОСТИКС, ЛЛК. (US)
(72) Изобретатель:
Линдер Венсан, Стейнмиллер Дейвид,
Тейлор Джейсон (US)
(74) Представитель:
Пинчук Ю.В. (RU)
(57) Изобретение относится к анализаторам микрофлюидного образца и способам анализа микрофлюидных образцов. В определенных вариантах осуществления анализаторы микрофлюидного образца выполнены с возможностью принимать кассету, имеющую образец для осуществления анализа образца. Анализаторы микрофлюидного образца могут быть использованы для управления потоком текучей среды, управления процессом смешивания и выполнения анализа с использованием разнообразных микрофлюидных систем, таких как диагностические платформы, использующие микрофлюидную систему, выполняющие анализы непосредственно на месте оказания медицинской помощи. Преимущественно анализаторы микрофлюидного образца могут быть в некоторых вариантах осуществления недорогостоящими, малогабаритными устройствами по сравнению со стационарными стендовыми системами и простыми в эксплуатации.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в основном к системам, устройствам и способам выполнения анализа и в определенных вариантах осуществления - к анализаторам микрофлюидного образца, выполненных с возможностью принимать кассету, имеющую образец, с находящимся в нем образцом исследуемого вещества. Кассеты для выполнения анализа образца также предоставляются.
Уровень техники
Управление текучими средами играет важную роль в таких областях, как химия, микробиология и биохимия. Данные текучие среды могут включать в себя жидкостные среды или газы и могут представлять собой реагенты, реактанты или растворы для промывки для выполнения химических или биологических процессов. В тоже время, различные микрофлюидные способы и кассеты, такие как микрофлюидные системы для выполнения анализов, могут быть использованы в качестве экономичных, чувствительных и точных платформ для проведения анализов, обеспечивающих управление текучей средой, например процессом введения образца и реагентов, при хранении реагентов, управления потоком текучей среды, для разделения текучих сред, для смешивания множества текучих сред, сбора отходов и выводом текучих сред для выполнения анализа с обращением к внекристальной памяти, и/или перемещением текучих сред из одного участка в другой, однако это может увеличить стоимость и усложнить эксплуатацию устройства. Во многих случаях, для выполнения анализа с использованием микрофлюидной кассеты необходима внешняя платформа, как, например, анализатор для осуществления некоторых таких и иных манипуляций текучей среды. Существуют различные типы анализаторов для обработки и выполнения анализа микрофлюидного образца, вместе с тем, стоимость выполнения некоторых таких анализов очень велика, при этом используется крупногабаритное сложное в обслуживании оборудование и/или при выполнении анализа необходим комплекс компонентов для манипулирования текучими средами. Соответственно решение задач, связанных со снижением стоимости, уменьшением габаритных размеров, упрощением эксплуатации, конструктивным упрощением компонентов, необходимых для манипулирования текучей средой, и/или оптимизацией процесса манипуляции текучей среды в микрофлюидных системах, предоставляет возможность получить значительные преимущества.
Раскрытие изобретения
Системы и способы выполнения анализов образцов описаны. Предмет настоящего изобретения включает в себя в некоторых случаях взаимосвязанные изделия, альтернативные решения конкретной задачи и/или множество способов использования одной или более систем и/или устройств.
В одном наборе вариантов осуществления обеспечивается серия способов. В одном варианте осуществления способ выполнения анализа микрофлюидного образца содержит этапы, предусматривающие наличие анализатора микрофлюидного образца, содержащего корпус, имеющего ячейку в корпусе, в котором кассета или компонент кассеты включают в себя по меньшей мере один канал с образцом текучей среды в нем. Способ включает в себя идентификацию информации о кассете с помощью установленного в корпусе устройства считывания кодов и обработку информации, введенной пользователем с использованием интерфейса пользователя, расположенного в корпусе анализатора образца. Способ также включает в себя создание давления по меньшей мере в одном канале в кассете с использованием системы управления давлением, находящейся в корпусе, для перемещения образца по меньшей мере через один канал. Способ включает в себя активирование оптической системы, обеспечивающей прохождение света, испускаемого первым источником света, расположенным в корпусе, через первую зону измерения кассеты, и распознавание величины светопропускания через первую зону измерения кассеты первым детектором оптической системы, установленным в корпусе напротив первого источника света. Способ включает в себя выполнение анализа образца в кассете с применением системы управления, расположенной в корпусе, которая взаимодействует с устройством считывания кодов, интерфейсом пользователя, системой управления давлением, оптической системой и системой регулировки температуры. Способ может, возможно, включать в себя нагревательный элемент кассеты с системой регулировки температуры, установленной в корпусе анализатора образца.
В другом наборе вариантов осуществления обеспечивается серия анализаторов микрофлюидного образца. В одном варианте осуществления анализатор микрофлюидного образца содержит корпус, ячейку в корпусе, выполненную с возможностью принимать кассету, имеющую по меньшей мере один канал с образцом текучей среды в нем, в котором корпус включает в себя компонент, выполненный с возможностью взаимодействовать с сопрягающим элементом на кассете для определения факта установки кассеты в корпус, и устройство считывания кодов, находящееся в корпусе и выполненное с возможностью считывать информацию, ассоциированную с кассетой. Анализатор микрофлюидного образца также включает в себя интерфейс пользователя, расположенный в корпусе и выполненный с возможностью обеспечивать ввод информации пользователем в анализатор образца, и систему управления давлением, расположенную в корпусе, которая выполнена с возможностью создавать давление по меньшей мере в одном канале в кассете для перемещения образца по меньшей мере через один канал. Анализатор микрофлюидного образца дополнительно включает в себя оптическую систему, установленную в корпусе, оптическая система включает в себя, по меньшей мере, первый источник света и первый детектор, установленный отдельно от первого источника света, в котором первый источник света выполнен с возмож
ностью испускать свет, который проходит через первую зону измерения кассеты, вставленной в анализатор образца, и в котором первый детектор находится напротив первого источника света для определения величины светопропускания через первую зону измерения кассеты. Анализатор микрофлюидного образца также включает в себя систему регулирования температуры, расположенную в корпусе, система регулирования температуры включает в себя нагревательный элемент, выполненный с возможностью нагревать кассету, и систему управления, установленную в корпусе и выполненную с возможностью взаимодействовать с устройством считывания кодов, интерфейсом пользователя, системой управления давлением и системой регулирования температуры, для выполнения анализа образца в кассете.
В другом варианте осуществления анализатор микрофлюидного образца содержит корпус и ячейку в корпусе, выполненную с возможностью принимать кассету, имеющую по меньшей мере один канал с образцом текучей среды в нем и по меньшей мере один микрофлюидный канал с размерами поперечного сечения менее чем 1 мм, в котором корпус включает в себя компонент, выполненный с возможностью совмещаться с сопрягательным компонентом на кассете для распознавания кассеты в корпусе. Анализатор микрофлюидного образца включает в себя систему управления давлением, расположенную в корпусе, система управления давлением выполнена с возможностью создавать давление по меньшей мере в одном канале в кассете для перемещения образца по меньшей мере через один канал, и оптическую систему, расположенную в корпусе, оптическая система включает в себя множество источников света и множество детекторов, установленных отдельно от множества источников света, в котором источники света выполнены с возможностью испускать свет для прохождения через кассету, когда кассета вставлена в анализатор образца, и в котором детекторы расположены напротив источников света для определения величины светопропускания через кассету. Множество источников света включает в себя, по меньшей мере, первый источник света и второй источник света, расположенный рядом с первым источником света, в котором первый источник света выполнен с возможностью испускать свет, проходящий через первую зону измерения кассеты, и второй источник света, выполнен с возможностью испускать свет, проходящий через вторую зону измерения кассеты, расположенную рядом с первой зоной измерения. В некоторых вариантах осуществления источники света выполнены с возможностью не активировать второй источника света, пока первый источник света не выключен.
В одном наборе вариантов осуществления предусмотрено наличие комплекта. Данный комплект включает в себя первый компонент, содержащий первый канал в первом материале, первый канал включает в себя входное отверстие, выходное отверстие и между входным и выходным отверстиями первого канала по меньшей мере одну часть, имеющую размер поперечного сечения более чем 200 мкм. Комплект также включает в себя второй компонент, содержащий второй канал во втором материале, второй канал включает в себя входное и выходное отверстие и между входным и выходным отверстиями второго канала по меньшей мере одну часть, имеющую размер поперечного сечения менее чем 200 мкм. В некоторых вариантах осуществления первый материал отличается от второго материала (хотя в других вариантах осуществления первый материал может быть аналогичен второму материалу.) В некоторых вариантах осуществления первый материал имеет значение паропроницаемости менее чем около 0.05 g-mm/mm2-d. В определенных вариантах осуществления второй материал имеет значение светопроницаемости более чем 90% в диапазоне длин волн света между 400 и 800 нм. Комплект также включает в себя флюидный коннектор для обеспечения флюидного соединения первого и второго каналов, флюидный коннектор содержит тракт потока текучей среды, включающий в себя вход тракта текучей среды и выход тракта текучей среды. Вход тракта текучей среды может быть флюидно соединен с выходным отверстием первого канала и выход тракта текучей среды может быть флюидно соединен с входным отверстием второго канала. Комплект собран таким образом, чтобы флюидный коннектор не соединял флю-идно первый и второй каналы.
В другом наборе вариантов осуществления обеспечивается наличие устройства. Устройство включает в себя первый компонент, включающий в себя первый канал, образованный в первом материале, и включающий в себя по меньшей мере одно входное и одно выходное отверстия, первый канал включает в себя по меньшей мере одну часть, имеющую размер поперечного сечения выше чем 200 мкм. Устройство также включает в себя второй компонент, содержащий второй канал, образованный во втором материале и включающий в себя по меньшей мере одно входное и одно выходное отверстия, второй канал включает в себя по меньшей мере одну часть, имеющую размер поперечного сечения менее чем 200 мкм. В некоторых вариантах осуществления первый материал отличается от второго материала (хотя в других вариантах осуществления первый материал может быть тем же, как и второй материал). В некоторых вариантах осуществления первый материал имеет значение паропроницаемости менее чем около 0.05 g-mm/mm2-d. В определенных вариантах осуществления второй материал имеет значение светопроницаемости более чем 90% в диапазоне длин волн света между 400 и 800 нм. Устройство также включает в себя флюидный коннектор, что может быть соединен с первым и вторым компонентами, флюидный коннектор содержит тракт потока текучей среды, включающий в себя вход тракта текучей среды и выход тракта текучей среды, в котором при соединении вход тракта текучей среды флюидно соединяет выходное отверстие первого канала, и выход тракта текучей среды флюидно соединяет входное отверстие вто
рого канала, обеспечивая флюидное взаимодействие между первым и вторым каналом. Первый и второй каналы не находятся во флюидном взаимодействии один с другим до первого использования, и при осуществлении первого использования обеспечивается флюидное взаимодействие первого и второго каналов один с другим.
Другие преимущества и признаки настоящего изобретения будут становиться очевидными из следующего подробного описания различных неограничивающих вариантов осуществления изобретения совместно с прилагаемыми чертежами.
Краткое описание чертежей
Прилагаемые чертежи не предусматривают масштабирование. Показанный на чертежах каждый идентичный или почти идентичный компонент, проиллюстрированный на различных чертежах, обычно имеет одинаковое название. В целях упрощения, не каждый компонент может быть обозначен на каждом чертеже.
Различные варианты осуществления будут описаны посредством примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, а именно:
фиг. 1А является блок-схемой, показывающей микрофлюидную систему и множество компонентов, которые могут быть частью анализатора образца согласно одному варианту осуществления;
фиг. 1В является видом в перспективе анализатора образца и кассеты согласно одному варианту осуществления;
фиг. 2 является видом в перспективе внутренних компонентов анализатора образца согласно одному варианту осуществления с демонтированным корпусом;
фиг. 3 является видом в перспективе кассеты и флюидного коннектора согласно одному варианту осуществления;
фиг. 4 является видом в перспективе, показывающим установку флюидного коннектора в кассету согласно одному варианту осуществления;
фиг. 5 представляет собой развернутый общий вид флюидного коннектора согласно одному варианту осуществления;
фиг. 6 является видом в перспективе кассеты согласно одному варианту осуществления; фиг. 7 представляет собой развернутый общий вид кассеты согласно одному варианту осуществления;
фиг. 8 является схематическим видом кассеты и флюидного коннектора согласно одному варианту осуществления;
фиг. 9А является схематическим видом кассеты согласно одному варианту осуществления;
фиг. 9B-9F являются схематическими видами кассет, образованными множественными компонентами, согласно одному варианту осуществления;
фиг. 10 представляет собой частичный общий вид анализатора образца согласно одному варианту осуществления;
фиг. 11 представляет собой вид сверху частичного общего вида анализатора образца согласно одному варианту осуществления;
фиг. 12 представляет собой другой вид сверху частичного общего вида анализатора образца согласно одному варианту осуществления;
фиг. 13 является схематическим видом части анализатора образца согласно одному варианту осуществления;
фиг. 14 является схематическим видом с боку части анализатора образца согласно одному варианту осуществления;
фиг. 15 является видом в перспективе вакуумной системы анализатора образца согласно одному варианту осуществления;
фиг. 16 является блок-схемой, показывающей систему управления анализатора образца, ассоциированной с множеством различных компонентов, согласно одному варианту осуществления;
фиг. 17-21 являются схематическими видами интерфейса пользователя анализатора образца согласно одному варианту осуществления;
фиг. 22 является блок-схемой, показывающей микрофлюидную систему кассеты, согласно одному варианту осуществления;
фиг. 23 является графиком, иллюстрирующим результаты измерения оптической плотности как функцию времени согласно одному варианту осуществления.
Осуществление изобретения
Системы и способы выполнения анализов образцов и в определенных вариантах осуществления анализаторы микрофлюидного образца выполнены с возможностью принимать кассету, содержащую в ней образец, для выполнения анализа образца.
Заявитель понимал необходимость в уникальном анализаторе микрофлюидного образца, который может быть выполнен с возможностью подвергать анализу образец для измерения величины одного или более исследуемых веществ (например, специфического антигена простаты (PSA)) в образце. Как изложено ниже, измерение величины PSA или величин других исследуемых веществ в пробе крови, может помочь принимать комплексные меры при лечении рака предстательной железы или других заболеваний и/или состояний.
Описанные здесь анализаторы микрофлюидного образца могут быть также выполнены с возможностью подвергать анализу образец для других целей, так как изобретение не ограничивается конкретной целью использования. Например, в одном варианте осуществления анализаторы микрофлюидного образца описанные здесь, могут быть выполнены с возможностью выполнять анализ различных видов белка и/или DNA и/или RNA анализы. В некоторых случаях системы и способы, описанные здесь, могут быть использованы для управления потоком текучей среды и процессом смешивания в различных микрофлюидных системах, таких как, например, микрофлюидные платформы для осуществления диагностики на месте оказания медицинской помощи, микрофлюдные системы для выполнения химических анализов в лабораторных условиях, флюидные системы управления в клеточных культурах или биореакторах, среди прочих. В одном варианте осуществления анализатор микрофлюидного образца выполнен с возможностью выполнять общий анализа крови и/или может быть использован в урологии. Анализатор образца может быть специально изготовлен для конкретного применения и/или может быть выполнен с возможностью выполнять анализ образца согласно различным способам применения, описанным выше и здесь.
Как подробно описано ниже, анализатор микрофлюидного образца может быть выполнен с возможностью принимать кассету, которая включает в себя по меньшей мере один канал с содержащимся в нем образцом. Кассета, содержащая образец, может быть выполнена с возможностью быть использованной только один раз, и после выполнения анализа образца кассета утилизируется.
Серия примерных систем и способов описана далее.
Фиг. 1А показывает блок-схему 10 микрофлюидной системы и различные компоненты, которые могут реализовать функцию управления с обратной связью согласно одному набору вариантов осуществления. Микрофлюидная система может включать в себя, например, кассету 20, оперативно ассоциированную с одним или более компонентами, такими как источник 40 потока текучей среды, как насос (например, для введения одной или более текучих сред в устройство и/или контроля скорости потока текучей среды), возможно, источник 40 потока текучей среды, такой как насос или вакуумный прибор, который может быть выполнен с возможностью применять либо принудительное давление, либо вакуум (например, для перемещения/удаления одной или более текущих сред в пределах/из кассеты и/или для управления скоростью потока текучей среды), систему 28 клапанного управления (например, для активирования одного или более клапанов), систему 34 распознавания (например, для распознавания одной или более текущих сред и/или процессов), и/или систему 41 регулирования температуры (например, для нагревания и/или охлаждения одной или более частей кассеты). Компоненты могут быть внешним или внутренним микрофлюидным устройством и могут, если требуется, включать в себя один или более процессор для управления работой компонента или системой компонентов. В определенных вариантах осуществления один или более таких компонентов и/или процессоров ассоциированы с анализатором 47 образца, выполненным с возможностью обрабатывать и/или анализировать образец, содержащийся в кассете.
Обычно, как здесь применяется, термин компонент "оперативно ассоциирован с" одним или более другими компонентами, указывает на то, что такие компоненты непосредственно соединяются друг с другом, находятся в прямом физическом контакте друг с другом, не будучи связанными или приложенными друг к другу, или непосредственно не связаны друг с другом или контактируют друг с другом, но механически, электрически (в том числе через транслируемые в пространстве электромагнитные сигналы) или взаимосвязаны посредством текучей среды (например, через каналы, такие так трубки) так, чтобы вызвать или задействовать компоненты для выполнения их функций.
Компоненты, показанные на фиг. 1А, в том числе и другие возможные компоненты, такие как описанные здесь, могут быть оперативно ассоциированы с системой 50 управления. В некоторых вариантах осуществления система управления может быть использована для управления текущими средами и/или проведения контроля качества с использованием обратной связи одного или более событий, происходящих в микрофлюидной системе. Например, система управления может быть выполнена с возможностью принимать входные сигналы от одного или более компонентов, рассчитывать и/или контролировать различные параметры, сравнивать один или более сигналы или шаблон сигналов с сигналами, запрограммированными в системе управления, и/или посылать сигналы в один или более компонентов для модулирования потока текущей среды, и/или управления функционированием микрофлюидной системы.
Система управления может быть, возможно, также ассоциирована с другими компонентами, такими как интерфейс 54 пользователя, системой 56 идентификации, блоком 58 внешней связи (например, USB),
и/или другими компонентами, как будет подробно описано ниже.
Кассета 20 (например, микрофлюидное устройство) может иметь любую соответствующую конфигурацию каналов и/или компонентов для выполнения требуемых анализов. В одном наборе вариантов осуществления кассета 20 содержит хранимые реагенты, которые могут быть использованы для осуществления химической и/или биологической реакции (например, иммуноанализа), например, как детально описано здесь. Кассета может включать в себя, например, необязательное входное отверстие 62 для реагента для флюидного взаимодействия с необязательным местом 64 хранения реагента. Место хранения может включать в себя, например, один или более каналов и/или резервуаров, которые могут в некоторых вариантах осуществления быть частично или полностью заполнены текущими средами (например, жидкостями и газами, в том числе несмешиваемыми реагентами, такими как растворы реагента и промывочный раствор, если требуется, отделенные несмешивающимися текучими средами, как ниже подробно описано). Кассета может также включать в себя необязательное место 66 загрузки образца или реагента, как, например, флюидный коннектор, который может быть использован для соединения места 64 хранения реагента с возможной зоной 68 измерения. Зона измерения, которая может включать в себя одну или более зон для распознавания компонента в образце (например, зоны измерения) может находиться во флюидном взаимодействии с необязательным местом 70 для хранения отходов, соединенное с выходным отверстием 72. В некоторых случаях, такие и другие признаки устройства могут быть образованы на или в различных компонентах или слоях кассеты, как подробно описано здесь. Таким образом, необходимо понимать, что кассета может включать в себя единственный компонент или множество компонентов, которые фиксируются друг с другом во время использования, как комбинация элемента с присоединенным флюидным коннектором, как описано здесь. В одном наборе вариантов осуществления текучая среда может течь в направлении, показанном на чертеже стрелкой. Дополнительное описание и примеры подобных и иных компонентов приведены ниже.
В некоторых вариантах осуществления секции 71 и 77 кассеты не находятся во флюидном взаимодействии друг с другом до введения образца в кассету. В некоторых случаях секции 71 и 77 не находятся во флюидном взаимодействии друг с другом до первого использования кассеты, в котором при первом использовании секции вступают во флюидное взаимодействие друг с другом. В других вариантах осуществления, однако, секции 71 и 77 находятся во флюидном взаимодействии друг с другом до момента первого использования и/или до введения образца в кассету. Другие конфигурации кассет также возможны.
Как показано в примерном варианте осуществления на фиг. 1А, один или более источников 40 потока текущей среды, такие как насос и/или вакуумный прибор или другая система управления давлением, клапанная система 28, система 34 распознавания, система 41 регулировки температуры и/или другие компоненты, могут быть оперативно ассоциированы с одним или более входным отверстием 62 для реагента, местом 64 хранения реагента, местом 66 загрузки образца или реагента, зоной 68 реакции, местом 70 хранения отходов, выходным отверстием 72, и/или другими участками кассеты 20. При осуществлении распознавания процессов или событий в одном или более участках кассеты может вырабатываться сигнал или шаблон сигналов, которые могут быть переданы в систему 50 управления. На основании сиг-нала(ов), принятого системой управления, данная обратная связь может быть использована для манипуляции текучими средами в пределах и/или между каждым из этих участков микрофлюидного устройства, как, например, для управления одним или более насосом, вакуумным прибором, клапанной системой, системой распознавания, системой регулировки температуры и/или другими компонентами.
На фиг. 1В-2 проиллюстрирован один вариант осуществления анализатора 100 микрофлюидного образца. Как показано на примерном варианте осуществления на фиг. 1В, анализатор 100 включает в себя корпус 101, который выполнен с возможностью обеспечивать крепление и укрытие компонентов анализатора 100, которые очень подробно описаны ниже. Ячейка 120 в корпусе 101 предназначена для приема кассеты 20. Как подробно сформулировано ниже, анализатор 100 может также включать в себя интерфейс 200 пользователя, установленный в корпусе 101, который выполнен с возможностью ввода информации пользователем в анализатор образца. В данном конкретном варианте осуществления интерфейс 200 пользователя включает в себя сенсорный экран, но как описано ниже, интерфейс пользователя может быть и иным устройством.
Фиг. 2 показывает анализатор 100 образца, проиллюстрированный на фиг. 1В, за исключением снятой части корпуса 101 и интерфейса 200 пользователя, для демонстрации некоторых других компонентов, которые могут быть размещены в корпусе 101. Данные компоненты будут подробно описаны ниже и включают в себя, но не лимитируются, источник 40 потока текучей среды (например, вакуумная система), выполненный с возможностью создавать давление в кассете 20, устройство 60 считывания кодов, выполненное с возможностью считывать информацию, ассоциированную с кассетой, и механическую суб-систему 79, которая включает в себя компонент, выполненный с возможностью сопрягаться с кассетой и распознавать наличие кассеты в корпусе. Как упомянуто выше, ячейка 120 в корпусе выполнена с возможностью принимать кассету 20. Как показано на фиг. 2, в одном варианте осуществления ячейка 120 выполнена в виде удлиненной щели. Ячейка 120 может быть выполнена с возможностью принимать, по существу, кассеты, имеющие профилированный корпус. Необходимо понимать, что в других вариантах осуществления ячейка 120 может иметь иную форму, так как изобретение не ограничивается этим.
Как упомянуто выше, анализатор 100 микрофлюидного образца может быть выполнен с возможностью принимать различные типы кассет 20 (например, микрофлюидные устройства). Фиг. 3-9 иллюстрируют различные примерные варианты осуществления кассеты 20 для использования в анализаторе 100. Как показано на фиг. 3, 4 и 6, кассета 20 может, по существу, иметь профилированный корпус (т.е. по аналогии с карточкой-ключом), имеющий, по существу, абсолютно жесткую пластиночную структуру.
Кассета 20 может быть выполнена с возможностью включать в себя флюидный коннектор 220, который, как показано на примерном варианте осуществления на фиг. 4, может защелкиваться в одной торцевой кромке кассеты 20. В определенных вариантах осуществления флюидный коннектор может быть использован для введения одной или более текучих сред (например, образца или реагента) в кассету.
В одном наборе вариантов осуществления флюидный коннектор используется для флюидного соединения двух (или более) каналов кассеты при первом использовании, где каналы до первого использования не были соединены. Например, кассета может включать в себя два канала, которые не сообщаются между собой до первого использования кассеты. В определенных случаях выгодно иметь несоединенные каналы, которые могут использоваться для хранения различных реагентов в каждом из каналов. Например, первый канал может быть использован для хранения реагента в сухом состоянии и второй канал может использоваться для хранения жидких реагентов. Физически разделенные друг от друга каналы дают возможность повысить долгосрочную стабильность реагентов, хранимых в каждом канале, например, имея реагент(ы), хранимые в сухом состоянии, и предотвращая попадания другого реагента(ов), хранимых в жидком состоянии. При первом использовании, каналы могут быть соединены посредством флюидного коннектора, что обеспечивает флюидное взаимодействие между каналами кассеты. Например, при флюидном соединении может осуществляться прокол герметизирующей прокладки, покрывающей входные и/или выходные отверстия кассеты, что обеспечивает вставку флюидного коннектора в кассету.
Используемый здесь термин "до первого использования кассеты" означает время или срок до первого использования кассеты пользователем после ее приобретения. Первое использование может включать в себя любой этап(ы), необходимый для выполнения манипуляций пользователем для использования устройства. Например, первое использованием может включать в себя один или более этапов, таких как прокалывание герметизирующей прокладки входного отверстия для введения реагента в кассету, соединение двух или более каналов для осуществления флюидного взаимодействия между каналами, подготовку устройства (например, загрузка реагентов в устройство) до анализа образца, загрузку образца в устройство, подготовку образца на участке устройства, проведение реакции с образцом, распознавание образца и т.д. Первое использование, в данном контексте, не включает в себя изготовление или другие установочные действия или этапы контроля качества, выполняемые изготовителем кассеты. Специалистам в данной области техники хорошо известно значение термина первого использования в данном контексте и можно будет легко определить факт использования кассеты, согласно данному изобретению. В одном наборе вариантов осуществления кассету согласно изобретению можно использовать только один раз (например, для выполнения одного анализа), и это особенно очевидно, когда такие устройства уже использовались, потому что на практике, как правило, такие устройства повторно не используются совсем (например, для выполнения второго анализа), после первого использования.
Соединение кассеты и флюидного коннектора может осуществляться с использованием различных механизмов. Например, флюидный коннектор может включать в себя по меньшей мере один нефлюидный признак, дополнительно к признаку кассеты, таким образом образуя нефлюидное соединение между флюидным коннектором и кассетой при скреплении. Нефлюидный комплементарный признак может быть, например, таким признаком, как выдающаяся вперед форма флюидного коннектора и соответствующие комплементарные полости кассеты, которые могут помочь пользователю совместить флюидный коннектор с кассетой. В некоторых случаях признак создает существенное сопротивление перемещению флюидного коннектора относительно кассеты и/или установочного элемента при его взаимодействии с флюидным коннектором (например, при установке флюидного компонента в установочный элемент) и/или во время предполагаемого использования устройства. Флюидный коннектор и/или кассета могут, возможно, включать в себя один или более признаков, такие признаки, как защелкивание (например, вдавливание), наличие пазов, отверстий для установки зажимов, наличие застегивающихся механизмов, напорных фитингов, фрикционных фитингов, резьбовых соединителей, таких как винтовые фитинги, защелкивающиеся фитинги, адгезивные фитинги, магнитные соединители или другие подходящие соединительные механизмы. Соединение флюидного коннектора с кассетой может включать в себя образование водонепроницаемой прокладки и/или воздухонепроницаемого уплотнения между компонентами. Присоединение флюидного коннектора к кассете может быть реверсивным или нереверсивным.
Как показано, кассета 20 может быть выполнена с возможностью включать в себя флюидный коннектор 220. В частности, кассета 20 может включать в себя установочный элемент 202 флюидного коннектора, который выполнен с возможностью принимать и сопрягаться с коннектором 220. Например, установочный элемент может выступать от основания кассеты и содержать полость для приема и зацепления флюидного коннектора и таким образом фиксировать флюидный коннектор в предназначенном положении и обеспечивать конфигурацию относительно основания кассеты. Как показано на фиг. 4, кас
сета может включать в себя установочный элемент, который приблизительно перпендикулярен оси кассеты. В других вариантах осуществления установочный элемент может быть расположен параллельно кассете.
В некоторых вариантах осуществления конфигурация установочного элемента и флюидного коннектора может иметь возможность обеспечивать установку флюидного коннектора движением скольжения. Например, флюидный коннектор может скользить по одной или более поверхностям установочного элемента, когда флюидный коннектор вставляется в установочный элемент.
Как показано на примерном варианте осуществления на фиг. 5, флюидный коннектор 220 может включать в себя, по существу, U-образный канал 222, в котором может находиться текучая среда и/или реагент (например, образец текучей среды), до соединения с кассетой. Канал 222 может быть размещен между двумя оболочками компонентов, которые образуют коннектор 220. В некоторых вариантах осуществления флюидный коннектор может быть использован для отбора пробу пациентов до установки флюидного коннектора в кассету. Например, игла-скарификатор или другой подходящий инструмент могут быть использованы для отбора пробы крови проколом пальца, который может затем быть собран флюидным коннектором 220 и загружен в канал 222 капиллярным действием. В других вариантах осуществления флюидный коннектор 220 может быть выполнен с возможностью прокалывать палец пациента для забора пробы в канал 222. В других вариантах осуществления флюидный коннектор не содержит образец (или реагент) до момента соединения с кассетой, но просто обеспечивает флюидное взаимодействие между двумя или более каналами кассеты после соединения. В одном варианте осуществления U-образный канал образован капиллярной трубкой. Флюидный коннектор может также включать в себя другие конфигурации канала и в некоторых вариантах осуществления может включать в себя более чем один канал, которые могут быть флюидно соединены или не соединены друг с другом.
Фиг. 6-9 иллюстрируют различные примерные варианты осуществления кассеты 20 детально.
Фиг. 7 показывает развернутый общий вид кассеты 20, которая может включать в себя подложку 204 кассеты, которая включает в себя по меньшей мере один канал 206, выполненный с возможностью принимать образец или реагент, и через который образец или реагент может течь. Подложка 204 кассеты может также включать в себя защелки 208, расположенные на торцевой части, посредством которых соединяется установочный элемент 202 флюидного коннектора путем защелкивания.
Кассета 20 может также включать в себя верхнюю и нижнюю панели 210 и 212, которые могут, например, быть изготовлены из прозрачного материала. В некоторых вариантах осуществления панель может иметь биологически совместимое адгезивное покрытие и может быть изготовлена из полимера (например, полиэтилена (РЕ), ациклического олефинового сополимера (СОС), поливинилхлорида (PVC)) или, например, из неорганического материала. В некоторых случаях, одна или более панелей может представлять собой адгезионную пленку (например, липкую ленту). В некоторых случаях, материал и размеры панелей выбираются таким образом, что панель, по существу, изготавливается из водонепроницаемого материала и не пропускает водяные пары. В других вариантах осуществления крышка может быть изготовлена из не липкого материала, но крышки могут быть закреплены термическим способом к подложке посредством непосредственного применения тепловой энергии, энергии лазерного излучения или ультразвуковой энергии. Любое входное(ые) и/или выходное(ые) отверстие(я) канала кассеты могут герметизироваться (например, входное(ые) и/или выходное(ые) отверстие(я) герметизируются) с использованием одной или более панели. В некоторых случаях, панель, по существу, герметизирует один или более хранимые реагенты в кассете.
Как показано, подложка 204 кассеты может включать в себя один или более портов 214, соединяющиеся с каналом 206 в подложке 204 кассеты. Данные порты 214 могут быть выполнены с возможностью, по существу, совпадать с U-образным каналом 222 во флюидном коннекторе 220, когда флюидный коннектор 220 соединяется с кассетой 20, флюидно соединяя канал 206 в подложке 204 кассеты с каналом 222 во флюидном коннекторе 220. В определенных вариантах осуществления, по существу, U-образный канал 222 может также быть флюидно соединен с каналом 207, таким образом соединяя каналы 206 и 207. Как показано, панель 216 может покрывать порты 214 и панель 216 может быть снята или иным образом демонтирована (например, с помощью коннектора 220 или другим средством) обеспечивая флюидное взаимодействие двух каналов 206 и 222. Дополнительно, панель 218 может покрывать порт 219 (например, вакуумный порт) в подложке 204 кассеты. Как изложено более подробно ниже, порт 219 может быть выполнен с возможностью флюидно соединять источник 40 потока текучей среды с каналом 206 при перемещении образца по кассете. Панель 218, покрывающая порт 219, выполнена с возможностью быть удаленной или иным образом открытой для обеспечения флюидного взаимодействия канала 206 с источником 40 потока текучей среды.
Подложка 204 кассеты может, возможно, включать в себя зону локализации жидкостной среды, такую, как зона хранения отходов, включающая в себя абсорбирующий материал 217 (например, вкладыш). В некоторых вариантах осуществления зона локализации жидкостной среды включает в себя участки, на которых происходит связывание одной или более жидкостных сред, протекающих в кассете, в тоже время, позволяя газам или другим типам текучих сред проходить через данный участок в кассете. Это может быть достигнуто в некоторых вариантах осуществления посредством размещения одного или
более абсорбирующих материалов в зоне локализации жидкостной среды для абсорбции жидкостных сред. Данная конфигурация может быть использована для удаления пузырьков из пара жидкой среды и/или для сепарирования гидрофобных жидкостных сред. В определенных вариантах осуществления зона локализации жидкостной среды предотвращает протекание жидкостных сред через данный участок. В некоторых подобных случаях зона локализации жидкостной среды может представлять собой зону хранения отходов, где происходит впитывание, по существу, всех типов жидкостных сред в кассете, таким образом предотвращая протекания жидкостной среды из кассеты (например, в тоже время, позволяя газам выходить из выходного отверстия кассеты). Например, зона хранения отходов может быть использована для хранения образца и/или реагентов в кассете после того, как они были пропущены через канал 206 во время анализа образца. Подобное и иное использование может быть полезно в случае, когда кассета используется в качестве диагностического приспособления, так как зона локализации жидкостной среды может не допустить воздействия потенциально опасных типов текучих сред, находящиеся в кассете, на пользователя.
Фиг. 8 является схематическим видом кассеты 20, показывающий один вариант осуществления, где кассета 20 включает в себя первый канал 206 и второй канал 207, расположенный обособлено от первого канала. В одном варианте осуществления каналы 206 и 207 могут иметь наибольшее значение поперечного сечения в диапазоне от приблизительно 50 до приблизительно 500 мкм, хотя другие размеры канала и конфигурации могут быть использованы, как будет описано подробно ниже.
Первый канал 206 может включать в себя одну или более зон 209 измерения, используемые для выполнения анализа образца. Например, в одном проиллюстрированном варианте осуществления канал 206 включает в себя четыре зоны 209 измерения (например, соединенные последовательно или параллельно), которые используются во время анализов.
В определенных вариантах осуществления одна или более зон измерения имеют вид меандрирую-щих участков (например, участки извилистых каналов). Меандрирующий участок может, например, быть образован областью, по меньшей мере площадью размером 0.25 мм2, по меньшей мере, площадью размером 0.5 мм2, по меньшей мере, площадью размером 0.75 мм2, по меньшей мере, площадью размером 1.00 мм2, в которой площадь размером по меньшей мере 25, 50 или 75% от области меандрирующего участка содержит траекторию оптического распознавания. Детектор, осуществляющий измерение одиночного сигнала, проходящего через более чем один смежный сегмент меандрирующего участка, может быть размещен рядом с меандрирующим участком. В некоторых случаях канал 206 флюидно соединен по меньшей мере с двумя меандрирующими участками, соединенными последовательно.
Как здесь описано, первый канал 206 и/или второй канал 207 могут быть использованы для хранения одного или более реагентов, используемых при выполнении анализа образца, до первого использования кассеты. В некоторых вариантах осуществления реагенты в сухом состоянии хранятся в одном канале или в секции кассеты, и жидкие реагенты хранятся во втором канале или в секции кассеты. Альтернативно, две раздельные секции или каналы кассеты могут оба содержать реагенты в сухом и/или в жидком состоянии. Реагенты могут храниться и/или размещаться, например, в жидком виде, в газообразном состоянии, в виде геля, в гранулах или в виде мазка. Реагенты могут быть размещены в любой подходящей части кассеты, включающей в себя, но не ограничиваться этим, в канале, в резервуаре, на поверхности или в или на мембране, которая может, возможно, быть частью места хранения реагента. Реагент может быть ассоциирован с кассетой (или компонентом кассеты) любым подходящим способом. Например, реагенты могут быть сшитыми (например, ковалентно или ионносшитыми), абсорбированными или абсорбированными (физическая адсорбция) на поверхности в пределах кассеты. В одном конкретном варианте осуществления весь или часть канала (такая как тракт потока текучей среды флюидного коннектора или канал кассеты) покрываются антикоагулянтом (например, гепарином). В некоторых случаях жидкостная среда содержится в канале или резервуаре кассеты до первого использования и/или до момента введения образца в кассету.
В некоторых вариантах осуществления хранящиеся реагенты могут включать в себя пробки текучей среды, расположенные в линейном порядке так, чтобы во время использования текучие среды текли в направлении области реакции с заранее заданной последовательностью. Кассета, имеющая возможность выполнять анализ, например, может включать в себя хранимые в ней расположенные последовательно промывочную текучую среду, текучею среду меченого антитела, промывочную текучую среду и текучую среду для амплификации, все хранящиеся в ней. Текучие среды хранятся раздельно друг от друга, по существу, посредством наличия несмешивающихся текучих сред (например, газом, таким как воздух), таким образом реагенты будут храниться в общем канале и нормальным образом вступать в контакт друг с другом.
Реагенты хранятся в кассете в течение различных периодов времени. Например, реагент может храниться более 1, более 6, более 12 ч, более чем 1 день, более 1 недели, более 1, более 3, более 6 месяцев, более 1 года, более 2 лет. Если требуется, кассета может быть подвергнута обработке соответствующим образом для пролонгации периода хранения. Например, кассеты, имеющие содержащиеся в них хранимые реагенты, могут быть вакуумированы и запаяны, могут храниться в затемненных помещениях и/или храниться при низких температурах (например, ниже 0°С). Продолжительность периода хранения зави
сит от одного или более факторов, например от типа реагента, формы хранения реагента (например, в жидкая или сухая форма), от количества и материалов, используемых при изготовлении подложки и покровного слоя(ев), от способа фиксации подложки и нанесения покровного слоя(ев), от условий обращения с кассетой во время хранения. Процесс хранения реагента (например, в жидкой или сухой форме) в канале может включать в себя герметизацию входного и выходного отверстия(ий) канала до первого использования или во время упаковки устройства.
Как проиллюстрировано на примерном варианте осуществления на фиг. 8 и 9A-9F, каналы 206 и 207 могут флюидно не взаимодействовать друг с другом до тех пор, пока флюидный коннектор 220 не будет соединен с кассетой 20. Другими словами, два канала в некоторых вариантах осуществления не находятся во флюидном взаимодействии друг с другом до момента первого использования и/или до введения образца в кассету. В частности, как проиллюстрировано, по существу, U-образный канал 222 коннектора 220 может обеспечить флюидное взаимодействие первого и второго каналов 206 и 207 так, что реагенты, находящиеся во втором канале 207, могут пройти через U-образный канал 222 и селективно переместиться в зоны 209 измерения в первом канале 206. В других вариантах осуществления два канала 206 и 207 находятся во флюидном взаимодействии друг с другом до первого использования и/или до введения образца в кассету, но флюидный коннектор дополнительно соединяет два канала (например, формируя замкнутый контур) после первого использования.
В некоторых вариантах осуществления описанная здесь кассета может включать в себя один или более микрофлюидных каналов, хотя такие кассеты не ограничивают микрофлюидные системы и могут относиться к другим типам флюидных систем. "Микрофлюидная", как здесь употребляется, относится к кассете, устройству, приспособлению или системе, включающим в себя по меньшей мере один флюидный канал с максимальным поперечным сечением размером менее чем 1 мм и соотношение длины к наибольшей величине сечения по меньшей мере 3:1. "Микрофлюидный канал", как здесь употребляется, представляет собой канал, отвечающий этим критериям.
"Размер поперечного сечения" (например, диаметр) канала измеряется перпендикулярно к направлению потока текучей среды. Большинство флюидных каналов в компонентах кассеты, описанных здесь, имеют максимальный размер поперечного сечения менее чем 2 мм и в некоторых случаях менее чем 1 мм. В одном наборе вариантов осуществления все флюидные каналы кассеты являются микрофлюидными или имеют наибольший размер поперечного сечения не более чем 2 или 1 мм. В другом наборе вариантов осуществления максимальный размер поперечного сечения канала(ов) имеет значение менее 500, менее чем 200, менее чем 100, менее чем 50 или менее чем 25 мкм. В некоторых случаях размеры канала могут быть выбраны таким образом, чтобы текучая среда имела возможность свободно течь через устройство или по подложке. Размеры канала могут быть выбраны, например, с учетом того, чтобы обеспечить определенное значение объемной или линейной скорости течения потока текучей среды в канале. Конечно, количество каналов и форма каналов могут быть изменены с помощью применения соответствующего способа хорошо известного специалистам в данной области техники. В некоторых случаях, могут использоваться более чем один канал или более чем одна капиллярная трубка.
Канал может включать в себя признак на или в устройстве (например, кассете), который, по меньшей мере частично, направляет поток текучей среды. Канал может иметь любую подходящую форму поперечного сечения (кольцеобразную, овальную, треугольную, прямоугольную или квадратную, или т.п.) и может быть покрыт или не иметь покрытия. В вариантах осуществления, где весь канал имеет покрытие, по меньшей мере одна часть канала может иметь поперечное сечение закрытого типа или может быть полностью закрыт по всему каналу, за исключением его входного и выходного отверстия(ий). Канал может также иметь аспектовое отношение (длины к среднему размеру поперечного сечения) по меньшей мере 2:1, более типично по меньшей мере 3:1, 5:1 или 10:1 или более.
Описанные здесь кассеты, могут включать в себя каналы или сегменты каналов, расположенные на одной или двух сторонах кассеты. В некоторых случаях каналы образованы на поверхности кассеты. Сегменты канала могут быть соединены промежуточным каналом, проходящим через кассету. В некоторых вариантах осуществления сегменты канала используются для хранения реагентов в устройстве до первого использования конечным пользователем. Конкретная геометрия сегментов канала и позиции сегментов канала в кассете может обеспечить реагентам текучих сред условие хранения в течение увеличенных сроков хранения без смешивания, даже во время повседневного обслуживания кассет, как, например, во время транспортировки кассет и в случаях тряски или вибрации кассет.
В определенных вариантах осуществления кассета включает в себя оптические элементы, которые установлены на одной стороне кассеты, напротив последовательно соединенных флюидных каналов. Термин "оптический элемент" используется для ссылки на признак, образованный или размещенный на или в устройстве или кассете, который используется для изменения направления (например, посредством отражения или отражением), фокусировки, поляризации и/или другого свойства, характерного для электромагнитного излучения света, падающего на устройство или кассету в отсутствие элемента. Например, оптический элемент может содержать линзы (например, вогнутые или выпуклые), зеркала, решетки, отражающие элементы или другие признаки, образованные или размещенные на или в кассете. Кассета сама по себе не имеет уникального признака, однако, не имея оптического элемента, даже одно или бо
лее свойств падающего света может осуществить изменения при взаимодействии с кассетой. Оптические элементы могут направлять падающий свет, проходящий через кассету так, чтобы большая часть света рассеивалась от конкретных частей кассеты, таких как промежуточных сегментов между флюидными каналами. За счет уменьшения количества света, падающего на промежуточные сегменты, величина шума в сигнале распознавания может быть уменьшена при использовании определенных оптических систем распознавания. В некоторых вариантах осуществления оптические элементы содержат отражающие элементы треугольной формы, находящиеся в или на поверхности кассеты. Угол конусности отражающих элементов может быть выбран так, что направление падающего света по нормали к поверхности кассеты перенаправляется на угол в зависимости от показателя преломления внешней среды (например, воздуха) и материала, из которого изготовлена кассета. В некоторых вариантах осуществления один или более оптические элементы устанавливаются между смежными сегментами меандрирующего участка зоны измерения.
Кассета или ее части могут быть изготовлены из любого материала подходящего для формирования канала или других компонентов. Перечень не лимитирующих образцов материалов включает в себя полимеры (например, полиэтилен, полистирол, полиметилметакрилат, поликарбонат, поли (диметилсилок-сан), PVC, PTFE, PET и циклоолефиновый сополимер), стекло, кварц и силикон. Материалы, из которых изготавливается кассета и любые ассоциированные компоненты (например, панель) могут быть твердыми или гибкими. Специалисты в данной области техники могут без труда выбрать соответствующий ма-териал(ы) на основании, например, их ригидности, их инертности (например, отсутствие разрушения) к текучей среде, проходящей через компоненты, изготовленные из данных материалов, их прочности к воздействию температур, при которых конкретное устройство используется, их светопроницаемости/светонепроницаемости (например, в ультрафиолетовой и видимой областях) и/или способа использования признаков материала. Например, при изготовлении устройств и деталей способом литьевого формования или других подобных деталей могут использоваться такие материалы, как термопластики (например, полипропилен, поликарбонат, акрилонитрил-бутадиен-стирол, капрон), эластомеры (полиизопрен, изобутилен, нитрилы, неопрен, этилен пропилен, гипалон, силикон), теромореактопластики (например, эпоксидная смола, ненасыщенный полиэфир, фенольные смолы) или их комбинации. Как описано подробно ниже, кассеты, включающие в себя два или более компонентов или слоев, могут быть образованы в различных материалах по заказу для реализации основной функции(ий) каждого из компонентов, например на основании описанных выше и здесь факторов.
В некоторых вариантах осуществления материалы, из которых изготовляются кассета и ее размеры (например, толщина) и/или панели выбираются таким образом, чтобы, по существу, кассета была непроницаемой для водяных паров. Например, кассета выполнена с возможностью хранить в ней одну или более текучих сред до первого использования, и может включать в себя панель, изготовленную из известного материала, который обеспечивает высокую степень пароизоляции, как, например, из металлизированной фольги, определенных полимеров, определенных керамических материалов и их комбинаций. Примеры непроницаемых для водяных паров материалов, приводятся ниже. В других случаях материал выбирается на основании, по меньшей мере частично, формы и/или конфигурации кассеты. Например, определенные материалы могут быть использованы для изготовления планарных устройств, при этом, другие материалы более подходят для изготовления устройств нелинейной и неправильной формы.
В некоторых случаях, кассета изготавливается из комбинации двух или более указанных выше материалов. Например, каналы кассеты могут быть сформированы в полистироле или в других полимерах (например, при литьевом формовании) и биологически совместимая пленка может использоваться для герметизации каналов. Биологически совместимая пленка или гибкий материал может включать в себя материал для улучшения характеристик водонепроницаемости (например, металлизированная фольга, полимеры или другие материалы, известные своими высокими характеристиками водонепроницаемости) и может, возможно, обеспечивать доступ к входным и выходным отверстиям посредством прокалывания или удаления пленки. Могут быть использованы различные способы герметизации микрофлюидного канала или частей канала при объединении нескольких слоев устройства, включающие в себя, но неограничивающие, использование адгезивных материалов, применение адгезивных пленок, склеивание, при-паивание, ламинирование материалов или механические способы (например, при помощи крепежных, защелкивающихся приспособлений и т.п.).
В некоторых случаях кассета содержит комбинацию двух или более отдельных компонентов (например, слоев или кассет), собранных вместе. Комплекс независимых каналов (таких как секции 71 и 77 на фиг. 1А) может, возможно, включать в себя реагенты, хранимые в нем до первого использования, может быть размещен на или в раздельных компонентах кассет. Раздельные компоненты могут быть собраны вместе или иным образом ассоциированы один с другим посредством подходящего средства, способами, описанными здесь, например, образуя единую (композитную) кассету. В некоторых вариантах осуществления два или более комплекса каналов, размещенных в различных компонентах или слоях кассеты и не соединенные флюидно до первого использования, флюидно соединяются при первом использовании, например, используя флюидный коннектор. В других вариантах осуществления два или более комплексов каналов соединяются флюидно до первого использования.
Преимущественно каждый из различных компонентов или слоев, которые образуют композитную кассету, могут быть изготовлены по заказу в зависимости от функциональности компонента или слоя. Например, в одном наборе вариантов осуществления один компонент композитной кассеты может быть изготовлен по заказу для хранения жидких реагентов. В некоторых таких вариантах осуществления компонент может быть изготовлен из водонепроницаемого материала.
Дополнительно или альтернативно, например, в зависимости от количества хранящейся текучей среды, место(а) хранения кассеты может иметь большую величину поперечного сечения, чем каналы или участки других компонентов, не используемых для хранения жидкостных сред. Материал, из которого изготавливается кассета, может быть использован в технологических процессах производства кассеты, позволяющие формировать участки с более большими размерами поперечного сечения. Напротив, второй компонент, изготавливаемый по заказу для распознавания исследуемого вещества, может в некоторых вариантах осуществления включать в себя участки канала, имеющие меньшие размеры поперечного сечения. Участки канала, имеющие меньшие размеры поперечного сечения, могут быть полезны, например, в определенных вариантах осуществления для обеспечения более длительного периода времени контакта между текучими средами, протекающими в канале (например, раствора реагента или промывочной текучей среды), и исследуемым веществом, связанным на поверхности канала, для данного объема текучей среды. Дополнительно или альтернативно, участок канала второго компонента может иметь низкое значение коэффициента шероховатости поверхности (например, для увеличения соотношения сигнал/шум во время распознавания) по сравнению с участком канала другого компонента. При изготовлении участков канала второго компонента, имеющих малые размеры поперечного сечения или низкое значение коэффициента шероховатости поверхности, в определенных вариантах осуществления может возникнуть необходимость в применении определенных технологических процессов или оборудования, отличных от тех, которые применяются при изготовлении иных компонентов кассеты. Более того, в некоторых конкретных вариантах осуществления материал, используемый для изготовления второго компонента, может обеспечивать прикрепление белков и осуществление распознавания. Также изготовление различных участков каналов, используемых для различных целей в различных компонентах кассеты, которые могут затем быть соединены вместе до применения предполагаемым пользователем, может иметь преимущество. Другие преимущества, признаки компонентов и примеры приведены ниже.
Фиг. 9 В-9Е показывают устройство, которое может включать в себя множество компонентов 20В и 20С, которые объединяясь, образуют единую кассету. Как показано на данных проиллюстрированных вариантах осуществления компонент 20В может включать в себя одну боковую поверхность 21А и вторую боковую поверхность 21В. Компонент 20С может включать в себя первую боковую поверхность 22А и вторую боковую поверхность 22В. Компоненты устройства или его части, описанные здесь, такие как каналы или другие формы, могут быть образованы на или в на первой боковой поверхности компонента, второй боковой поверхности компонента и/или проходить через компонент в некоторых вариантах осуществления. Например, как проиллюстрировано на фиг. 9С, компонент 20С может включать в себя канал 206, имеющий входное и выходное отверстия, и может быть образован в первом материале. Канал 206 может иметь любую подходящую конфигурацию, как здесь описано, и может включать в себя, например, одно или более мест хранения реагента, зоны измерения, зоны локализации жидкостной среды, участки смешивания и т.п. В некоторых вариантах осуществления канал 206 не проходит полностью через всю толщину компонента 20В. Таким образом, канал может быть образован на или в одной боковой поверхности компонента. Канал 206 может быть, возможно, закрыт панелью, как здесь описано, например, пленкой (не показано), другим компонентом или слоем кассеты или иным соответствующим компонентом. В других вариантах осуществления канал 206 проходит через всю толщину компонента 20В и в таком случае, необходимо закрыть канал с обеих боковых сторон кассеты панелями.
Компонент 20В может включать в себя канал 207, имеющий входное и выходное отверстия, и может быть образован во втором материале, который может быть тем же или отличаться от первого материала. Канал 207 может также иметь любую подходящую конфигурацию, как здесь описано, и может или не может проходить через всю толщину компонента 20С. Канал 207 может быть покрыт одной или более панелями. В некоторых случаях, панель не является компонентом, который включает в себя один или более флюидных каналов, как, например, компонент 20С. Например, панель может представлять собой биосовместимую пленку или другую поверхность, размещенную между компонентами 20В и 20С. В других вариантах осуществления канал 207 может, по существу, покрываться компонентом 20С. Таким образом, поверхность 22А компонента 20С может формировать часть канала 207, так как компоненты 20В и 20С находятся непосредственно рядом друг с другом.
Как показано на фиг. 9D и 9E, компоненты 20В и 20С могут, по существу, иметь планарную форму, и находится один поверх другого. В общем, однако, два или более компонентов, образующих кассету, могут быть размещены в любой подходящей конфигурации по отношению друг к другу. В некоторых случаях, компоненты могут располагаться рядом друг с другом (например, бок о бок, покрывать один другого). Первые компоненты могут полностью перекрываться или только участки компонентов могут перекрывать друг друга. Например, как проиллюстрировано на фиг. 9D и 9Е, компонент 20С может выступать за компонент 20В, так что часть компонента 20С не перекрывается или покрывается компонен
том 20В. В некоторых случаях конфигурация может иметь преимущество, в котором компонент 20С является, по существу, прозрачным для обеспечения прохождения света через часть компонента (например, зона реакции, зона измерения или место распознавания) и где компонент 20В является непрозрачным или менее прозрачным, чем компонент 20С.
Более того, первые и вторые компоненты могут включать в себя любые подходящие формы и/или конфигурации. Например, в некоторых вариантах осуществления первый компонент включает в себя признак комплементарный к признаку второго компонента, таким образом формируя нефлюидное соединение между первым и вторым компонентами. Комплементарные признаки могут, например, оказывать содействие в совмещении первого и второго компонентов во время сборки. Примеры комплементарных признаков приведены ниже. В некоторых случаях, при соединении или сопряжении механизмов, как это здесь описано, может быть использовано соединение первого и второго компонентов.
Первый и второй компоненты могут быть интегрально соединены один с другим в некоторых вариантах осуществления. Как здесь применяется, термин "интегрально соединены", при ссылке на два или более объектов, означает, что объекты не становятся раздельными друг от друга во время, конечно, нормального использования, например, не могут быть отделены друг от друга вручную; разделение требует, по меньшей мере, применения инструментов и/или разрушения по меньшей мере одного из компонентов, например, посредством поломки, отслаиванием или отделением компонентов, сцепленных между собой, с использованием инструментов. Интегрально соединенные компоненты могут быть необратимо скреплены друг с другом во время, конечно, нормальной эксплуатации. Например, компоненты 20В и 20С могут быть интегрально соединены с использованием адгезивного или иного способа соединения. В других вариантах осуществления два или более компонентов кассеты могут быть реверсивно соединены друг с другом.
Как здесь описано, в некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, первый компонент и второй компонент, образующие композитную кассету, могут быть изготовлены из различных материалов. Система может быть выполнена так, чтобы первый компонент включал в себя первый материал, который способствует или улучшает функциональность первого компонента. Например, если первый компонент предназначен для хранения жидкого реагента (например, в канале компонента) до первого использования пользователем (например, в течение, по меньшей мере, суток, недели, месяца или года), то первый материал может быть выбран исходя из способности иметь относительно низкую паронепрони-цаемость с тем, чтобы снизить величину испарения хранящегося жидкого реагента в течение времени. Необходимо понимать, что, однако, могут быть использованы те же материалы для изготовления многих компонентов (например, слоев) кассеты в некоторых вариантах осуществления. Например, оба первый и второй компоненты кассеты могут быть изготовлены из материала, имеющего низкое значение пароне-проницаемости.
Материал, используемый для формирования всего или частей секции или компонента устройства, может иметь, например, значение паронепроницаемости менее чем около 5.0 g-mm/m2-d, менее чем около 4.0 g-mm/m2-d, менее чем около 3.0 g-mm/m2-d, менее чем около 2.0 g-mm/m2-d, менее чем около 1.0 g-mm/m2-d, менее чем около 0.5g-mm/m2-d, менее чем около 0.3 g-mm/m2-d, менее чем около 0.1 g-mm/m2-d, менее чем около 0.05 g-mm/m2-d. В некоторых случаях значение паронепроницаемости может находиться, например, между около 0.01 g-mm/m2-d и около 2.0 g-mm/m2-d, между около 0.01 g-mm/m2-d и около 1.0 g-mm/m2-d, между около 0.01 g-mm/m2-d и около 0.4 g-mm/m2-d, между около 0.01 g-mm/m2-d и около 0.04 g-mm/m2-d или между около 0.01 g-mm/m2-d и около 0.1 g-mm/m2-d. Значение паронепроницаемости может быть измерено, например, при температуре 40°С при относительной влажности (RH) 90%.
В некоторых вариантах осуществления второй компонент не используется для хранения жидкостной среды до использования пользователем и может быть сформирован вторым материалом, имеющим большее значение паронепроницаемости, чем первый компонент. Например, второй материал может иметь значение паронепроницаемости выше чем около 0.05 g-mm/m2-d, выше чем около 0.1 g-mm/m2-d, выше чем около 0.3 g-mm/m2-d, выше чем около 0.5 g-mm/m2-d, выше чем около 1.0 g-mm/m2-d, выше чем около 2.0 g-mm/m2-d, выше чем около 3.0 g-mm/m2-d, выше чем около 4.0 g-mm/m2-d, выше чем около 5.0 g-mm/m2-d.
В некоторых случаях, первый материал используется для формирования первого компонента кассеты, который имеет значение паронепроницаемости по меньшей мере в 1.5 раза, по меньшей мере в 2 раза, по меньшей мере в 3 раза, по меньшей мере в 5 раз, по меньшей мере в 10 раз, по меньшей мере в 20 раз, по меньшей мере в 50 раз или по меньшей мере в 100 раз ниже, чем второй материал, используемый для формирования второго компонента кассеты.
Паронепроницаемые материалы известны или могут быть определены специалистами в данной области техники. Материалы, такие как определенные циклоолефиновые сополимеры, например, обычно имеющие значение паронепроницаемости менее чем около 0.1 g-mm/m2-d (например, между 0.02-0.04 g-mm/m2 -d), в котором определенные полипропилены имеют значение паронепроницаемости около 0.5 g-mm/m2 -d или выше. Определенные PETs имеют значение паронепроницаемости около
1.0 g-mm/m2-d, определенные PVCs имеют значение паронепроницаемости около 1.2 g-mm/m2-d и определенные поликарбонаты имеют значение паронепроницаемости около 4.0 g-mm/m2-d.
В некоторых вариантах осуществления один или более компонентов или слоев устройства могут быть образованы в материале, что предоставляет возможность более удобной эксплуатации устройства в определенных условиях. Например, материал может быть выбран с учетом его температуры плавления, что позволяет использовать определенное технологическое оборудование и/или способы при изготовлении (например, для формирования канатов определенных размеров), такие как те, которые описаны здесь. В некоторых вариантах осуществления первый компонент формируется в материале, имеющем температуру плавления выше чем около 80°С, выше чем около 100°С, выше чем около 130°С, выше чем около 160°С, выше чем около 200°С. В определенных вариантах осуществления второй компонент, выполненный с возможностью объединяться с первым компонентом, может быть образован в материале, имеющем температуру плавления менее или равную около 200°С, выше, менее или равную около 160°С, менее или равную около 130°С, менее или равную около 100°С, менее или равную около 80°С. Возможны также и другие значения температуры плавления.
В одном конкретном наборе вариантов осуществления компонент 20В образуется материалом, имеющим более высокое значение температуры плавления, чем материал, используемый для формирования компонента 20С. В одном конкретном варианте осуществления компонент, используемый для хранения жидкого реагента, формируется материалом, имеющим более высокое значение температуры плавления, чем материал, используемый для формирования другого компонента кассеты.
В определенных вариантах осуществления кассета включает в себя первый и второй компоненты и имеет части канала с различными размерами поперечного сечения в каждом из иных компонентах. Как описано здесь, конкретные размеры поперечного сечения могут быть выбраны на основании части функ-ции(й) частей канала, где части канала расположены относительно других частей или компонентов устройства, и других факторов.
Часть канала кассеты может иметь любой подходящий размер поперечного сечения. Например, первый компонент может включать в себя первый канал, включающий в себя по меньшей мере одну часть, имеющую размер поперечного сечения, например, более чем около 50, более чем около 100, более чем около 200, более чем около 350, более чем около 500, более чем около 750 мкм или более чем около 1 мм. В некоторых случаях часть канала, имеющая относительно большую величину поперечного сечения, может быть использована для хранения жидкостной среды, содержащейся в ней, до первого использования пользователем.
В некоторых случаях, второй компонент кассеты может включать в себя второй канал, включающий в себя по меньшей мере одну часть, имеющую величину размера поперечного сечения, отличающуюся по меньшей мере в 1.5 раза, по меньшей мере в 2 раза, по меньшей мере в 3 раза, по меньшей мере в 5 раз, по меньшей мере в 7 раз или по меньшей мере в 10 раз от величины поперечного сечения части первого канала первого компонента кассеты. Подобные различия в размерах поперечного сечения вызваны необходимостью в выполнении различных функций части второго канала во втором компоненте по сравнению с первым компонентом. Второй канал второго компонента может включать в себя по меньшей мере одну часть, имеющую размер поперечного сечения, например, менее чем около 1 мм, менее чем около 750, менее чем около 500, менее чем около 350, менее чем около 200, менее чем около 100 или менее чем около 50 мкм. Например, в некоторых случаях канал, имеющий относительно небольшой размер поперечного сечения, чем размер поперечного сечения первого канала первого компонента, может быть использован в устройстве в качестве области распознавания, для управления скоростями потока текучих сред или для иных целей.
В некоторых вариантах осуществления части канала в различных компонентах кассеты имеют различные размеры поперечного сечения и образуются в материалах, имеющие различные значения температуры плавления. Например, в некоторых вариантах осуществления часть канала, имеющая относительно небольшой размер поперечного сечения (например, менее чем около 300, менее чем около 200 или менее чем около 100 мкм), может быть образована в материале, имеющем относительно низкое значение температуры плавления (например, менее чем около 100°С), в то время как часть канала, имеющая относительно большой размер поперечного сечения (например, более чем около 100, более чем около 200 или более чем около 300 мкм), может быть образована в материале, имеющем относительно высокое значение температуры плавления (например, выше чем около 100°С).
В определенных случаях, каналы из различных компонентов или слоев устройства, могут иметь различные значения коэффициента шероховатости поверхности. Например, канал, выполненный с возможностью быть частью области распознавания, может иметь меньшее значение коэффициента шероховатости поверхности, чем канал, который не используется в процессе распознавания или используется в процессе распознавания, где требуется меньшая величина чувствительности. Наличие значительной шероховатости на поверхности части канала может привести к нежелательному рассеиванию или перенаправлению света на нежелательный угол. Каналы из различных компонентов или слоев устройства, имеющие различные значения коэффициента шероховатости поверхности, могут иметь преимущества, по
тому, что канал, имеющий относительно низкое значение коэффициента шероховатости поверхности, может быть более сложным и/или более дорогостоящим при изготовлении, чем канал, имеющий более высокое значение коэффициента шероховатости поверхности. Например, определенное производственное оборудование, применяемое при литьевом формовании, изготовлено с применением микромеханической обработки или технологии литографии, что позволяет достичь меньшее значение коэффициента шероховатости поверхности (и, таким образом, образует части канала, имеющие меньшее значение коэффициента шероховатости поверхности) по сравнению с оборудованием, изготовленным механообработкой, но может быть более сложным и/или дорогостоящим при его производстве.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере часть первого канала первого компонента может иметь среднеквадратичное значение коэффициента шероховатости поверхности (RMS) менее чем около менее чем или равное около 10 мкм. В определенных вариантах осуществления RMS коэффициента шероховатости поверхности может быть, например, менее чем или равным около 5, менее чем или равным около 3, менее чем или равным около 1, менее чем или равным около 0.8, менее чем или равным около 0.5, менее чем или равным около 0.3, менее чем или равным около 0.1 мкм. RMS коэффициента шероховатости поверхности является термином, известным специалистам в данной области техники, и может быть выражен как
где А - исследуемая поверхность;
(z - zm) - отклонения местной высоты от значения.
По меньшей мере часть второго канала второго компонента может иметь, например, среднеквадратичное значение коэффициента шероховатости поверхности отличное от первого компонента. Часть второго канала может иметь RMS коэффициента шероховатости, например, более чем около 0.1, более чем около 0.3, более чем около 0.5, более чем около 1, более чем около 3, более чем около 5 или более чем около 10 мкм.
В определенных вариантах осуществления первый и второй компоненты кассеты имеют различные величины оптической прозрачности. Например, первый компонент может быть, по существу, непрозрачен, и второй компонент может быть, по существу, прозрачен. По существу прозрачный компонент может быть пригоден для оптического распознавания образца или исследуемого вещества, находящегося в компоненте.
В одном наборе вариантов осуществления материал, используемый для формирования компонента (например, первого или второго компонента) кассеты, имеет значение оптического пропускания выше чем 90% в диапазоне длин волн света между 400-800 нм (например, в видимом диапазоне). Значение све-топропускания может быть измерено при прохождении света через материал, имеющий толщину, например, около 2 мм (или в других вариантах осуществления около 1 или около 0.1 мм). В некоторых примерах значение светопропускания выше чем 80, выше чем 85, выше чем 88, выше чем 92, выше чем 94 или выше чем 96% в диапазоне длин волн света между 400 и 800 нм. Другой компонент устройства может быть образован материалом, имеющим значение светопропускания менее чем 96, менее чем 94, менее чем 92, менее чем 90, менее чем 85, менее чем 80, менее чем 50, менее чем 30, менее чем 10% в диапазоне длин волн света между 400 и 800 нм.
Как здесь описано, различные компоненты или слои устройства могут включать в себя каналы, изготовленные различным (или аналогичным) промышленным оборудованием и/или способами. Например, литьевое формование может быть использовано для изготовления одного компонента и другая технология (например, механообработка) может быть использована для формирования другого компонента. В другом примере, первая часть канала первого компонента может быть образована с применением технологии литьевого формования (например, инжекционным формованием) с использованием технологического оборудования, изготовленным вальцеванием или литографией. В некоторых случаях части канала, изготовленные с помощью технологического оборудования с применением вальцевания, имеют, по существу, округленную форму поперечного сечения, при этом части канала, изготовленные с помощью технологического оборудования с применением технологии литографии, могут иметь, по существу, трапециевидную форму поперечного сечения. Другие способы формирования частей канала, имеющие, по существу, округленную форму поперечного сечения, по существу трапециевидную форму поперечного сечения или иные формы поперечного сечения, также возможны. Вторая часть канала второго компонента может быть образована с использованием технологического оборудования, изготовленного аналогичным или иным способом, и/или может иметь аналогичную или иную форму поперечного сечения по сравнению с частью канала первого компонента.
Как здесь описано, в некоторых вариантах осуществления первый компонент кассеты не находится во флюидном взаимодействии с каналом второго компонента кассеты до первого использования пользователем. Например, даже если сопряжение двух компонентов, как показано на фиг. 9D, каналы 206 и 207 не находятся во флюидном взаимодействии друг с другом. Однако кассета может дополнительно вклю
чать в себя другие части или компоненты, такие как установочный элемент 202 флюидного коннектора (фиг. 9Е), который может прикрепляться к первому и/или второму компоненту 20В и 20С или к другим частям кассеты. Как описано здесь, установочный элемент флюидного коннектора может быть выполнен с возможностью принимать и сопрягаться с флюидным коннектором 220, который может обеспечить флюидное взаимодействие между каналами 206 и 207 первого и второго компонентов соответственно. Например, флюидный коннектор может включать в себя тракт потока текучей среды, включающий в себя вход тракта потока текучей среды и выход тракта потока текучей среды, в котором вход тракта потока текучей среды может быть флюидно соединен с выходным отверстием канала 206 и выход тракта потока текучей среды может быть флюидно соединен с входным отверстием канала 207 (или viceversa). Тракт потока текучей среды флюидного коннектора может иметь любую подходящую длину (например, по меньшей мере 1, по меньшей мере 2, по меньшей мере 3, по меньшей мере 5 см) для соединения каналов. Флюидный коннектор может являться частью комплекта, наряду с кассетой, и упакован так, чтобы флюидный коннектор флюидно не соединял каналы 206 и 207.
Флюидный коннектор может иметь любую подходящую конфигурацию по отношению к кассете или компонентам кассеты. Как показано на фиг. 9Е, при присоединении флюидного коннектора к кассете, флюидный коннектор может находиться на стороне компонента (например, компонента 20В) напротив другого компонента (например, 20С). В других вариантах осуществления флюидный коннектор может находиться между двумя компонентами кассеты. Например, флюидный коннектор может быть компонентом или слоем, находящимся между (например, тип "сэндвич") двумя компонентами кассеты. Другие конфигурации также возможны.
Дополнительно, флюидный коннектор может находиться, по существу, перпендикулярно относительно одного или более компонентов или слоев кассеты, например, как показано на фиг. 9Е. В других вариантах осуществления флюидный коннектор может быть расположен параллельно (например, поверх или вразрез) одному или более компонентам кассеты. Другие конфигурации также возможны.
В некоторых случаях установочный элемент и/или флюидный коннектор физически соединяются только в едином компоненте многокомпонентной кассеты, когда как в других случаях, установочный элемент и/или флюидный коннектор физически соединены со многими компонентами многокомпонентной кассеты. В определенных вариантах осуществления часть компонента кассеты, которая физически соединена с установочным элементом и/или флюидным коннектором, имеет определенную толщину, для обеспечения соответствующего соединения. Например, в случаях, когда флюидный коннектор выполнен с возможностью быть вставленным во входное и выходное отверстия каналов кассеты, кассета в области установки может иметь определенную (например, минимальную) толщину. Кассета или один или более компонентов кассеты, в области, предназначенной для соединения с флюидным коннектором, могут, например, иметь толщину по меньшей мере 1, по меньшей мере 1.5, по меньшей мере 2, по меньшей мере 2.5, по меньшей мере 3, по меньшей мере 4 или по меньшей мере 5 см. Другие части кассеты (или компоненты кассеты), не предназначенные для соединения с установочным элементом и/или флюидным коннектором, могут иметь толщину, например, менее чем 5, менее чем 4, менее чем 3, менее чем 2.5, менее чем 2, менее чем 1.5, менее чем 1, менее чем 0.5 или менее чем 0.1 см.
Хотя большая часть описания, приведенного здесь, относится к кассете, имеющей один или более компонентов или слоев, включающие в себя сеть каналов, в других вариантах осуществления кассета может включать в себя более чем 2, более чем 3 или более чем 4 таких компонента или слоев. Например, как проиллюстрировано на фиг. 9F, кассета может включать в себя компоненты 20В, 20С, 20D и 20Е, каждый из которых, включает в себя по меньшей мере один канал или сеть каналов. В некоторых примерах, канал(ы) одного или более компонентов (например, 2, 3 или всех компонентов) могут не находится во флюидном взаимодействии до первого использования, но могут флюидно взаимодействовать при первом использовании, например, с помощью применения флюидного коннектора. В других вариантах осуществления канал(ы) одного или более компонентов (например, 2, 3 или всех компонентов) соединены флюидно до первого использования.
Как здесь описано, каждый из компонентов или слоев кассеты может быть выполнен с возможностью выполнять специфическую функцию, отличающуюся от функции другого компонента кассеты. В других вариантах осуществления два или более компонента могут иметь аналогичную функцию. Например, как проиллюстрировано на фиг. 9F, каждый из компонентов 20С, 20D и 20Е имеют множество зон 209 измерения, соединенных последовательно. При соединении флюидного коннектора 222 с композитной кассетой, части образца (или множества образцов) могут быть введены в сеть канала каждого компонента 20С, 20D и 20Е для выполнения множества анализов.
В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, первый и второй компоненты кассеты могут быть частью устройства или комплекта для определения конкретного химического или биологического состояния. Устройство или комплект могут включать в себя, например, первый компонент, содержащий первый канал в первом материале, первый канал, включающий в себя входное и выходное отверстия, и между первым входом и выходом по меньшей мере одну часть, имеющую размер поперечного сечения более чем 200 мкм. Устройство или комплект также могут включать в себя второй компонент, содержащий второй канал во втором материале, второй канал, включающий в себя входное и выходное
отверстия и между вторым входом и выходом по меньшей мере одну часть, имеющую размер поперечного сечения менее чем 200 мкм. В некоторых случаях устройство или комплект упаковываются таким образом, чтобы первый и второй компоненты соединялись друг с другом. Например, первый и второй компоненты могут быть интегрально соединены друг с другом. В других вариантах осуществления первый и второй компоненты прикреплены друг другу реверсивно. Устройство или комплект могут дополнительно включать в себя флюидный коннектор для обеспечения флюидного взаимодействия первого и второго каналов, флюидный коннектор содержит тракт потока текучей среды, включающий в себя вход тракта потока текучей среды и выход тракта потока текучей среды, в котором вход тракта потока текучей среды может быть флюидно соединен с выходным отверстием первого канала и выход тракта потока текучей среды может быть флюидно соединен с входным отверстием второго канала. В некоторых вариантах осуществления устройство или комплект упаковываются таким образом, чтобы флюидный коннектор не соединял флюидно первый и второй каналы в упаковке. При первом использовании устройства пользователем, флюидный коннектор может быть использован для обеспечения флюидного взаимодействия первого и второго каналов друг с другом.
Как здесь описано, устройство или комплект могут включать в себя части канала на различных компонентах кассеты, которые могут отличаться один от другого. Таким образом, в определенных вариантах осуществления устройство содержит один или более следующих признаков: первый материал, используемый для формирования части первого канала первого компонента отличается от второго материала, используемого для формирования части второго канала второго компонента; часть первого канала имеет другую форму поперечного сечения, чем часть второго канала; и/или часть первого канала имеет другое значение RMS коэффициента шероховатости поверхности, чем часть второго канала. Части канала могут также иметь другие различия, как описано здесь.
Описанная здесь кассета может иметь любой соответствующий объем для выполнения анализа, такого, как химическая и/или биологическая реакция или другого процесса. Весь объем кассеты включает в себя, например, любые места хранения реагента, зоны измерения, зоны локализации жидкостной среды, зоны хранения отходов, а также любые флюидные коннекторы и флюидные каналы, ассоциированные с ними. В некоторых вариантах осуществления используются незначительные количества реагентов и образцов и весь объем флюидного устройства, например, может иметь, например, следующие значения, менее чем 10, 5, 1 мл, 500, 250, 100, 50, 25, 10, 5 или 1 мкл.
Описанная здесь кассета может иметь портативное исполнение и в некоторых вариантах осуществления может быть переносной. Длина и /или ширина кассеты может быть, например, меньше чем или равна 20, 15, 10, 8, 6 или 5 см. Толщина кассеты может быть, например, менее чем или равна 5, 3, 2, 1 см, 8, 5, 3, 2 или 1 мм. Преимущество использования кассеты в портативном исполнении заключается в возможности оказания медицинских услуг непосредственно на месте оказания медицинской помощи.
Необходимо понимать, что кассеты и их соответствующие компоненты, описанные здесь, являются примерными и могут быть использованы другие конфигурации и/или типы кассет и компонентов с описанными здесь системами и способами.
Способы и системы, описанные здесь, могут включать в себя множество различных типов анализов и могут быть использованы для определения множества различных образцов. В некоторых случаях анализ включает в себя химическую и/или биологическую реакцию. В некоторых вариантах осуществления химическая и/или биологическая реакция включает в себя связывание. Различные типы связывания могут происходить в описанных здесь кассетах. Связывание может включать в себя взаимодействие между соответствующими парами молекул, что проявляется во взаимном сродстве или связывающей способности, обычно при специфическом или неспецифическом связывании или взаимосвязи, включающие в себя биохимические, физиологические и/или фармацевтические взаимодействия. Биологическое связывание определяет тип взаимосвязи между парами молекул, включающие в себя белки, нуклеиновую кислоту, гликопротеин, карбогидраты, гормоны и т.п. Специфические образцы включают в себя антитело/антиген, антитело/гаптен, субстрат фермента, ингибитор фермента, кофактор фермента, субстрат связывающего белка, субстрат белка-носителя, карбогидрат-лектин, гормональный рецептор, рецептор с эффектором, комплементарные цепи нуклеиновой кислоты, белок/нуклеиновая кислота репрессор/индуктор, ли-ганд/рецептор клеточной поверхности, вирус/лиганд и т.п. Связывание может также возникнуть между белками или другими компонентами и клетками. Дополнительно, описанные здесь устройства, могут быть использованы для выполнения анализов других текучих сред (которые могут или не могут включать в себя связывание и/или реакции), таких как распознавание компонентов, определение величины концентрации и т.п.
В некоторых случаях, гетерогенная реакция (или анализ) может происходить в кассете; например, участник связывания может быть ассоциирован с поверхностью канала и участник комплементарного связывания может находиться в текучей фазе. Могут быть выполнены также другие твердофазные анализы, включающие в себя аффинную реакцию между белками или другими биомолекулами (например, DNA, RNA, карбогидраты) или не встречающимися в природе молекулами. Не лимитирующие примеры типовых реакций, которые могут быть осуществлены в кассете, включают в себя химические реакции, энзиматические реакции, на основе иммунореакции (например, антиген-антитело) и клеточных реакций.
Не лимитирующие примеры анализируемых веществ, которые могут быть установлены (например, распознаны) с использованием описанных здесь кассет включают в себя специфические белки, вирусы, гормоны, лекарственные вещества, нуклеиновую кислоту и полисахариды; особенно антитела, например, IgD, IgG, IgM или IgA, иммуноглобулины к HTLV-I, HIV, гепатиту А, В и гепатиту Е, коревой краснухе, кори, человеческому парвовирусу В19, к инфекционному паротиту, к малярии, к ветряной оспе, к лейкозу; человеческие гормоны и гормоны животных, например тиреостимулирующий гормон (TSH), тироксин (Т4), лютеинизирующий гормон (LH), фолликулостимулирующие гормоны (FSH), тестостерон, прогестерон, человеческий хорионический гонадотропин, эстрадиол; другие белки или пептиды, например тропонин I, С-реактивный белок, миоглобин, мозговой натрийуретический белок, специфический антиген простаты (PSA), свободный специфический антиген простаты (free-PSA), комплексный простатический специфический антиген (complex-PSA), pro-PSA, EPCA-2, PCADM-1, ABCA5, hK2, beta-MSP (PSP94), AZGP1, аннексии A3, PSCA, PSMA, JM27, PAP; лекарственные вещества, например парацетамол или аминофиллин; маркеры нуклеиновых кислот, например PCA3, TMPRS-ERG; полисахариды, такие как антигены клеточной поверхности для HLA типирования тканей и материала клеточной стенки бактерий. Химические вещества, которые могут быть распознаны, включают в себя взрывчатые вещества, такие как TNT, агенты нервнопаралитического действия и опасные в экологическом отношении соединения, такие как полихлордефинилы (PCBs), диоксины, гидрокарбон и МТВЕ. Типичный пример текучих сред включает в себя физиологические текучие среды, такие как человеческая цельная кровь или цельная кровь животных, сыворотка крови, плазма крови, семенная жидкость, слезы, моча, пот, слюна, спинномозговая жидкость, влагалищный секрет; текучие среды in-vitro используются при исследовании или природные текучие среды, такие как осадки, в которых подразумевается наличие загрязнения, вызванного исследуемым веществом.
В некоторых вариантах осуществления один или более реагент, который может быть использован для определения исследуемого вещества образца (например, установление участника связывания исследуемого вещества), хранится в канале или полости кассеты до первого использования, чтобы выполнить конкретный тест или анализ. В случае, где антиген анализируется, соответствующее антитело или апта-мер могут быть участниками связывания, ассоциированными с поверхностью микрофлюидного канала. Если антитело представляет собой исследуемое вещество, тогда соответствующий антиген или аптамер могут быть участником связывания, ассоциированным с поверхностью. Когда определяется болезненное состояние, предпочтительно поместить антиген на поверхности и выполнить тест на антитело. Такие антитела могут включать в себя, например, антитела к HIV.
В некоторых вариантах осуществления кассета выполнена с возможностью выполнять анализ с использованием кумуляции непрозрачного материала на участке микрофлюидного канала, освещая данный участок и определяя величину пропускания света через непрозрачный материал. Непрозрачный материал может включать в себя вещество, которое препятствует пропусканию света одной или более длин волн. Непрозрачный материал попросту преломляет свет, но снижает значение пропускания света через материал, например, посредством поглощения или отражения света. Различные непрозрачные материала или различное количество непрозрачного материала могут иметь различные значения пропускания света не менее чем, например, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, 10 или 1% от величины освещения непрозрачного материала. Примеры непрозрачных материалов включают в себя молекулярные слои металла (например, элементарный металл), керамические слои, полимерные слои и слои непрозрачного вещества (например, краска). Непрозрачный материал может в некоторых случаях представлять собой металл, который может быть нанесен электролитическим методом. Такие металлы могут включать в себя, например, серебро, медь, никель, кобальт, палладий и платину.
Непрозрачный материал, образовавшийся в канале, может включать в себя последовательность неоднородных независимых частиц, которые вместе образуют непрозрачный слой, но в одном варианте осуществления является монотонным материалом, имеющим в основном планарную форму. Непрозрачный материал может иметь размеры (например, ширину длины), например, более чем или равные 1, более чем или равные 5, более чем или равные 10, более чем или равные 25 или более чем или равные 50 мкм. В некоторых случаях, непрозрачный материал занимает всю ширину канала (например, зону измерения). Непрозрачный слой может иметь толщину, например, менее чем или равную 10, менее чем или равную 5, менее чем или равную 1 мкм, менее чем или равную 100 или менее чем или равную 10 нм. Даже при данных малых величинах толщины, может быть получено обнаруживаемое изменение в пропускании света. Непрозрачный слой может обеспечить увеличение чувствительности анализа по сравнению с технологиями, не использующие непрозрачный слой.
В одном наборе вариантов осуществления описанная здесь кассета используется для выполнения иммунологического анализа (например, для человеческого IgG или PSA) и, возможно, применяется технология, использующая серебро для усиления сигнала. В подобных иммунологических анализах, после доставки образца, содержащего человеческий IgG, в область реакции или область анализа, происходит связывание человеческого IgG и отличного от человеческого IgG. Один или более реагентов, которые могут, возможно, храниться в канале устройства до его использования, могут затем протекать для смешивания. Один из хранимых реагентов может включать в себя коллоидный раствор металла (например,
антитела, конъюгированные с частицами коллоидного золота), который специфически связывается с антигеном для распознавания (например, человеческого IgG). Коллоидный раствор металла может обеспечивать каталитическую поверхность для депонирования непрозрачного материала, такого как слой металла (например, серебра) на поверхности области анализа. Данный слой металла может быть образован применением двухкомпонентной системы, состоящей из исходного реагента металла (например, раствор солей серебра) и восстановительного вещества (например, гидрохинон, хлорогидрохинона, пирогаллол, метол, 4-аминофенол и фенидон), которые возможно могут храниться в различных каналах до использования.
Так как в системе применяется перепад отрицательного и положительного давления, растворы солей серебра и восстановительного вещества могут соединиться в месте пересечения в канале, где они смешаются (например, вследствие диффузии) и затем потекут в область анализа. Таким образом, связывание антитела и антигена произошло в области анализа, поток раствора исходного реагента металла через данную область может привести к образованию непрозрачного слоя, такого как слоя серебра, вследствие присутствия каталитического коллоидного раствора металла, ассоциированного с совокупностью антитело-антиген. Непрозрачный слой может включать в себя вещество, которое препятствует пропусканию света одной или более длин волн. Непрозрачный слой, который образован в канале, может быть обнаружен оптически, например, путем измерения величины уменьшения пропускания света через участок области анализа (например, в извилистой области канала) после сравнения с величиной пропускания света через область, в которой отсутствует антитело или антиген.
Альтернативно, сигнал может быть получен измерением вариации величины светопропускания как функции времени, при образовании пленки в области анализа. Непрозрачный слой может обеспечить увеличение чувствительности анализа по сравнению с технологиями, которые не применяют непрозрачный слой. Дополнительно, могут быть использованы различные составляющие для амплификации, которые возбуждают оптические сигналы (например, абсорбция, флуоресценция, разрядная или хемилюми-несценция вспышки, электрохемилюминесценция), электрические сигналы (например, сопротивление или проводимость металлических структур, образованных процессом электролиза) или магнитные сигналы (например, магнитные микроносители) для распознавания сигнала детектором.
Различные типы текучих сред могут быть использованы в описанной здесь кассете. Как здесь описано, текучие среды могут быть введены в кассету при первом использовании и/или могут храниться в кассете до ее первого использования. Текучие среды включают в себя жидкостные среды, такие как растворители, растворы и суспензии. Текучие среды также включают в себя газы и газообразные смеси. При нахождении множества текучих сред в кассете, текучие среды могут быть отделены другой текучей средой, которая предпочтительно, по существу, не смешивается с первой из двух текучей средой. Например, если в канале находится два различных водных раствора, то разделяющая пробка третьей текучей среды может быть, по существу, несмешиваемой с обоими водными растворами. Для обеспечения раздельного нахождения водных растворов, по существу, несмешивающаяся текучая среда может быть использована в качестве сепаратора, как, например, газы (воздух, азот) или гидрофобные текучие среды, которые, по существу, не смешиваются с водными текучими средами. Текучие среды также могут быть выбраны на основании, по меньшей мере частично, характеристики химической активности текучей среды к смежной текучей среде. Например, инертный газ, такой как азот, может быть использован в некоторых вариантах осуществления и способен консервировать и/или стабилизировать любую соседнюю текучую среду. Примером, по существу, несмешиваемой жидкостной среды для разделения водных растворов является перфлюородекалин. Выбор разделяющей текучей среды может быть сделан на основании также и других факторов, включающие в себя любой эффект, который может оказать разделяющая текучая среда на поверхностное натяжение смежных пробок текучей среды. Предпочтительно максимизировать поверхностное натяжение в пределах пробки текучей среды для поддержания фиксации пробки текучей среды, как обособленной непрерывно действующей, в условиях изменяющейся окружающей обстановки, как вибрации, удары и перепады температуры. Разделяющие текучие среды могут также быть инертны в области реакции (например, в зоне измерения), к которой текучие среды будут доставляться. Например, если область реакции включает в себя участника биологического связывания, разделяющая текучая среда, такая как воздух или азот может оказывать или оказывать незначительное влияние на участника связывания. Использование газа (например, воздуха) в качестве разделяющей текучей среды может также обеспечивать наличие пространства для расширения в пределах канала флюидного устройства и, находящиеся жидкостные текучие среды, могут расширяться или сжиматься под воздействием перепада температур (в том числе, при замораживании) или давления.
Как далее подробно описано, анализатор 100 микрофлюидного образца может включать в себя источник 40 потока текучей среды (например, система регулировки давления), который может быть флю-идно соединен с каналами 206, 207, 222, создавая избыточное давление в каналах для перемещения образца и/или других реагентов через каналы. В частности, источник 40 потока текучей среды может быть выполнен с возможностью перемещать образец и/или реагент в начальной стадии, по существу, из U-образного канала 222 в первый канал 206. Источник 40 потока текучей среды также используется для перемещения реагентов во второй канал 207, по существу, через U-образный канал 222 и в первый канал
206. Затем образец и реагенты проходят через зоны 209 измерения и анализируются, источник 40 потока текучей среды может быть выполнен с возможностью перемещать текучие среды на абсорбирующий материал 217 кассеты 20. В одном варианте осуществления источник потока текучей среды представляет собой вакуумную систему. Следует понимать, что, тем не менее, могут быть применены другие источники потока текучей среды, такие как клапаны, насосы и/или другие компоненты.
Вид сверху кассеты 20 на фиг. 9А, иллюстрирует множество компонентов, описанных ранее, за исключением случая, описанного в данном варианте осуществления, каналы 206, 207 в корпусе кассеты выполнены отлично от того, который показан на схематическом виде на фиг. 8. В одном варианте осуществления корпус кассеты включает в себя по меньшей мере одну поверхность, выполненную с возможностью взаимодействовать с анализатором микрофлюидного образца так, что кассета может быть вставлена в анализатор и фиксироваться в нем. В одном варианте осуществления, как показано на фиг. 9А, корпус включает в себя криволинейную поверхность вдоль боковой части кассеты 20. В данном конкретном варианте осуществления криволинейную поверхность включает в себя паз 230, образованную на одной торцевой части кассеты 20. Другая концевая часть кассеты 20 включает в себя часть 232 с закругленной поверхностью. Как описано подробно далее, данная криволинейной поверхности кассеты может быть выполнена с возможностью взаимодействовать с анализатором 100 образца так, что анализатор 100 может распознавать наличие кассеты 20 в пределах корпуса 101 и/или позицию кассеты 20 в анализаторе 100. В частности, часть с закругленной поверхностью может быть выполнена с возможностью контактировать с частью анализатора так, что защелка и паз обеспечивают фиксацию кассеты в анализаторе.
На фиг. 10-12 показаны внутренние компоненты анализатора 100 образца, которые далее будут описаны. На фиг. 10-12 показан частичный общий вид кассеты 20, вставленной в ячейку 120 в корпусе. В одном варианте осуществления корпус 101 включает в себя компонент, выполненный с возможностью сопрягаться и зацепляться с сопрягающим элементом на кассете. В данном конкретном проиллюстрированном варианте осуществления корпус 101 включает в себя защелку 121, расположенную в корпусе, таким образом, чтобы входить в зацепление с криволинейной поверхностью кассеты, описанной ранее. В первой позиции защелка 121 находится, по меньшей мере частично, в ячейке 120 в корпусе так, что кассета 20 вставляется в ячейку 120 и защелка отодвигается из ячейки 120 во вторую позицию, позволяя кассете 20 войти в ячейку 120.
Защелка 121 может быть выполнена с возможностью вступать в контакт с боковой поверхностью кассеты, как только кассета вставляется в ячейку 120. Как показано на фиг. 9А, торцевая часть кассеты 20 может включать в себя часть 232 с закругленной поверхностью, которая может обеспечить плавный переход защелки 121 для осуществления контакта с боковой поверхностью кассеты. В одном варианте осуществления защелка 121 связана с пружиной 122, действуя как подпружиненный рычаг, и таким образом поддавливает на боковую поверхность кассеты при нахождении кассеты в корпусе анализатора 100. В частности, подпружиненный рычаг побуждает защелку в определенных вариантах осуществления, естественно, вернуться в первую позицию. В одном варианте осуществления концевая часть защелки 121 включает в себя ролик 124, который зацепляет боковую поверхность кассеты 20. Ролик 124 может быть выполнен с возможностью минимизировать трение между двумя компонентами при нахождении кассеты во вставленном положении.
Как показано на фиг. 11 и 12, как только защелка 121 зацепляет паз 230, защелка 121 отталкивается обратно и занимает свою первую позицию, благодаря действию пружины 122. Защелка 121 зацепляется за внутреннюю криволинейную поверхность, таким образом кассета 20 находится и удерживается в корпусе 10 анализатора 100 и действие пружины 122 предотвращает выскальзывание кассеты 20 из анализатора.
Следует понимать, что подпружиненная защелка 121 в анализаторе 100 и паз 230 в кассете 20 могут быть выполнены с возможностью распознавать нахождение и фиксировать положение кассеты 20 в анализаторе. Как будет описано ниже, следует также понимать, что данная конфигурация может помочь пользователю установить факт правильной установки кассеты 20 в анализатор и готовности к выполнению анализа. После завершения анализа, пользователь может удалить кассету 20 из анализатора 100, вытянув ее из ячейки 120. Пользователь либо может приложить усилие для преодоления воздействия пружины 122, и/либо анализатор 100 может иметь расценочный механизм (не показан) для перемещения защелки 121 в ее вторую позицию, таким образом исключая контакт с пазом 230 на кассете 20.
В одном варианте осуществления электронный позиционный переключатель показывает, когда ролик 124 на защелке 121 отталкивается в ее вторую позицию (например, когда кассета 20 вставляется в анализатор). Электронный позиционный переключатель может также указывать, когда ролик возвращается обратно в первую позицию (например, или когда кассета отсутствует в анализаторе, или когда кассета полностью вставлена в анализатор и ролик защеплен за вырез 230).Позиционный переключатель может указывать, что кассета полностью вставлена и точно расположена в анализаторе 100. Таким образом, данный переключатель может быть использован для индикации пользователю о правильной установке кассеты 20 в анализатор.
На фиг. 16 схематично показаны различные сенсоры 410 кассеты, которые подробно будут описаны ниже.
Могут быть использованы многие механические и электронно-механические технологии для обеспечения надежности загрузки и извлечения кассеты. Например, лоток, такой как используется в CD плейере, который может удерживать кассету и вдвигать и выдвигать кассету в и из анализатора. Данное скользящее перемещение может быть осуществлено вручную или и применением механизмом привода (например, непосредственным приводом лотка или с применением шкивов). Другой пример процесса загрузки и извлечения кассеты включает в себя использование механического привода, который находится в физическом контакте с кассетой. Например, механический привод может сопрягаться с кассетой посредством трения одной или более сторон и/или верхней и/или нижней частей кассеты. В некоторых случаях, механизм может сопрягать кассету с зубчатой поверхностью на боковой стороне кассеты.
Фиг. 10 также иллюстрирует часть источника 40 потока текучей среды, который может быть выполнен с возможностью создавать давление в канале 206 (и канале 207, если он флюидно соединен с каналом 206) в кассете 20 для перемещения образца через канал. Фиг. 15 также показывает источник 40 потока текучей среды. В одном проиллюстрированном варианте осуществления источник 40 потока текучей среды является вакуумной системой и включает в себя источник создания вакуума или насос 42, два вакуумных резервуара 44, 45, которые могут быть разделены вакуумным регулятором 46 и змеевиком 48 для обеспечения флюидного взаимодействия между вакуумными резервуарами 44 и кассетой 20. Змеевик 48 может также включать в себя один или более соединений текучей среды к одному или более портам кассеты. Например, змеевик может обеспечивать флюидное соединение между портом 213 и клапаном (таким как соленоидный клапан). Открывание и закрывание такого клапана может осуществлять управление подачей воздуха в кассету, таким образом выполняя функцию продувочного клапана в определенных вариантах осуществления.
Как ранее упоминалось, в одном варианте осуществления источник 42 создания вакуума является насос, такой, как диафрагменный насос с солидным управлением. В других вариантах осуществления поток текучей среды может управляться с использованием других типов насосов или источников текучей среды. Например, в одном варианте осуществления для создания вакуума может быть использован шприцевой насос посредством вытягивания поршня шприца в наружную сторону. В других вариантах осуществления избыточное давление подается на одно или более входных отверстий кассеты для обеспечения наличия источника потока текучей среды.
В некоторых вариантах осуществления поток текучей среды создается, по существу, наличием ненулевой константы перепада давления (т.е. АР) между входным и выходным отверстиями кассеты. В одном наборе вариантов осуществления весь анализ осуществляется во время наличия, по существу, ненулевой константы перепада давления (т.е. АР) между входным и выходным отверстиями кассеты. По существу, ненулевая константа перепада давления (т.е. АР) может быть достигнута посредством, например, наличия избыточного давления на входе или пониженного давления (например, вакуума) на выходе. В некоторых случаях, по существу, ненулевая константа перепада давления (т.е. АР) достигается в то время, как поток текучей среды не вызывается преимущественно капиллярными силами и/или без использования активирования клапанов (например, без изменения области поперечного сечения канала тракта потока текучей среды кассеты). В некоторых вариантах осуществления во время, по существу, выполнения всего анализа в кассете практически может быть достигнута ненулевая константа перепада давления, например, между входным отверстием зоны измерения (которая может быть соединена с флюидным коннектором) и выходным отверстием по направлению потока зоны измерения (например, выходом по направлению потока суженного участка канала, ограничивающий поток жидкостной среды) соответственно.
В одном варианте осуществления источник создания вакуума выполнен с возможностью создавать давление приблизительно -60 кПа (приблизительно 2/3 атм). В другом варианте, источник создания вакуума выполнен с возможностью создавать давление приблизительно -30 кПа. В определенных вариантах осуществления источник создания вакуума выполнен с возможностью создавать давление, например, между -100 и -70, между -70 и -50, между -50 и -20 и между -20 и -1 кПа.
Как было отмечено выше, в одном варианте осуществления могут быть использованы два вакуумных резервуара 44, 45. Насос может быть включен таким образом, чтобы первый резервуар 44 мог находиться под давлением - 60 кПа. Регулятор 46, расположенный между резервуарами 44 и 45 может обеспечить наличие другого давления во втором резервуаре 45, например, приблизительно равно -30 кПа. Данный регулятор может поддерживать давление резервуара 45 на уровне -30 кПа (или на ином приемлемом уровне давления) в течение времени, когда другой резервуар 44 находится под давлением, величина которого находится в определенном диапазоне, например, между -60 и - 30 кПа. Датчики давления могут контролировать величину давления внутри каждого резервуара 44, 45. Если давление в первом резервуаре 44 достигает контрольного значения (например, приблизительно -40 кПа), насос может быть активирован для снижения давления в первом резервуаре 44. Второй резервуар 45 может быть выполнен с возможностью устанавливать наличие утечек во всей вакуумной системе 40. Как показано на фиг. 15, вакуумная система 40 может включать в себя фильтр 58, соединенный с резервуарами 44, 45. Соленоидный клапан 59 может служить в качестве продувочного клапана, соединенного через змеевик с портом
При размещении кассеты 20 в анализаторе 100, источник 40 потока текучей среды может быть соединен с кассетой 20 для обеспечения герметичного соединения. Как ранее было упомянуто, кассета 20 может включать в себя порт 219, выполненный с возможностью соединять канал 206 и канал 207, если флюидно соединен с каналом 206, с источником 40 текучей среды. Как показано на фиг. 14, в одном варианте осуществления герметизирующие прокладки или кольцевые уплотнения 52 расположены вокруг порта 219, и линейный соленоид 50 могут быть установлены на кольцевые уплотнения 52, зажимая герметизирующую прокладку и кольцевое уплотнение о корпус 200 кассеты. Как показано на фиг. 14, адаптер 54 змеевика может располагаться между линейным соленоидом 50 и змеевиком 48 и возвратные пружины 56 могут находиться вокруг змеевика, отталкивая змеевик 48 от корпуса 200 кассеты, когда соленоид не заряжен. В одном варианте осуществления множество портов кассеты 20 могут сопрягаться со змеевиком 48. Например, как показано в примерном варианте осуществления на фиг. 9А, дополнительно к порту 219, кассета может также включать в себя один или более вентиляционных портов 215 и/или смесительный порт 213. Сопряжение между каждым портом и змеевиком может быть независимым (например, флюидное соединение внутри змеевика может отсутствовать).
В одном варианте осуществления, когда активирован источник 40 потока текучей среды, каналы 206, 207 в кассете 20 могут находиться под давлением (например, приблизительно -30 кПа), то данный источник может перемещать текучие среды в пределах канала (например, образец текучей среды и реагенты) по направлению к выходному отверстию. В варианте осуществления, который включает в себя вентиляционный порт 215 и смесительный порт 213, продувочный клапан 59, соединенный с вентиляционным портом 213 через змеевик 48, может изначально находиться в открытом состоянии, при этом все реагенты перемещаются далее по потоку от смесительного порта 213 по направлению к выходному отверстию, что не вызовет перемещение реагентов в обратном направлении относительно смесительного порта 213. Если продувочный клапан находится в закрытом состоянии, реагенты могут перемещаться по направлению смесительного порта 213 и затем к выходному отверстию. Например, текучие среды могут храниться сериями в канале до смесительного порта и после закрытия продувочного клапана, расположенного вдоль канала, текучие среды могут течь последовательно по направлению к выходному отверстию канала. В некоторых случаях текучие среды могут храниться отдельно, в пересекающихся каналах, и после закрытия продувочного клапана текучие среду будут течь вместе по направлению к точке пересечения. Данный набор вариантов осуществления может быть использован, например, при необходимости иметь дополнительный контроль над процессом смешивания текучих сред при их совместном течении. Время доставки и объем доставленной текучей среды могут управляться, например, посредством времени активирования продувочного клапана.
Преимущественно продувочные клапана могут работать без наличия суженных участков микрофлюидного канала, на котором он работает, подобная возможность может возникнуть при использовании определенных клапанов в предшествующем уровне техники. Такой режим работы может быть эффективен для предупреждения протечек клапана. Более того, в связи с тем, что продувочные клапана могут быть использованы, в некоторых системах и способах, описанных здесь, не требуется использование определенных внутренних клапанов, которые могут создать дополнительные сложности из-за, например, их высокой стоимости, сложности производства, недолговечности, ограниченной совместимости с системами смешивания газообразных и жидкостных сред и/или их ненадежности при работе в микрофлюидных системах.
Необходимо понимать, что здесь описаны продувочные клапана и могут быть использованы другие типы клапанных механизмов в описанных здесь системах и способах. Неограничивающие примеры клапанных механизмов, которые могут оперативно взаимодействовать с клапаном, включают в себя диа-фрагменный клапан, шаровой клапан, запорный клапан, дисковой поворотный клапан, запорный клапан, игольчатый вентиль, клапан с зажимом, дисковый клапан или запорная задвижка. Клапанный механизм может быть активирован любым подходящим средством, а именно соленоидом, двигателем, вручную, электрическим способом или гидравлическим/пневматическим давлением.
Как ранее отмечалось, все текучие среды в кассете 20 (образцы и реагенты) могут перемещаться в зону локализации жидкостной среды, в которой может размещаться абсорбирующий материал 217. В одном варианте осуществления абсорбирующий материал впитывает только жидкостные среды, таким образом, только газообразные среды могут вытекать из кассеты через выходное отверстие.
Могут применяться различные технологии распознавания (например, измерение, квантификация, детектирование и классификация), например проведение анализа компонента образца или других компонентов или условий, ассоциированных с микрофлюидной системой или кассетой, описанные здесь. Технологии распознавания могут включать в себя технологии, основанные на оптических свойствах, таких как пропускание света, поглощение света, рассеивание света, отражение света и визуальные технологии. Технологии распознавание могут также включать в себя люминесцентные технологии, такие как фотолюминесценцию (например, флюоресценция), хемилюминесценция, биолюминесценция и/или электро-хемилюминесценция. В других вариантах осуществления при использовании технологии распознавания возможно измерить величину электропроводимости или сопротивления. Таким образом, анализатор мо
жет быть выполнен с возможностью включать в себя и другие подходящие системы распознавания.
Различные технологии оптического распознавания предоставляют возможность применять различные способы для определения результатов реакции (например, анализа). В некоторых вариантах осуществления измерение коэффициента пропускания или поглощения заключается в том, что сила света может быть определена на той же длине волны, на которой излучает источник света. Источник света может представлять собой узкополосный источник, излучающий на одной длине волны, и может быть также широко спектральным источником, излучающий в диапазоне длин волн, непрозрачный материал может эффективно блокировать широкий диапазон длин волн. В некоторых вариантах осуществления система может функционировать с минимальным количеством оптических устройств (например, с упрощенным оптическим детектором). Например, устройство распознавания может не иметь фотоумножитель, селектора длины волны, такого как дифракционная решетка, призма или фильтр, устройства направления или коллимирования света с помощью коллиматора или увеличительной оптики (например, линз). Исключение или уменьшение количества данных признаков может привести к снижению стоимости и повышению надежности работы устройства.
Как показано на фиг. 10-14, иллюстрирующие примерную оптическую систему 80, которая может быть установлена на корпусе 101 анализатора 100. На проиллюстрированных вариантах осуществления оптическая система 80 включает в себя, по меньшей мере, первый источник 82 света и детектор 84, отделенный от источника света. Первый источник 82 света может быть выполнен с возможностью испускать поток света, проходящий через первую зону измерения кассеты 20, когда кассета вставлена в анализатор 100. Первый детектор 84 может быть размещен напротив первого источника 82 света для определения количества света, проходящего через первую зону измерения кассеты 20. Как показано на фиг. 11 и 12, в одном варианте осуществления оптическая система включает в себя десять источников света и десять детекторов. Следует отметить, что в других вариантах осуществления количество источников света и детекторов может быть иным и данное изобретение не ограничивается данным количеством. Как здесь описано, кассета 20 может включать в себя множество зон 209 измерения и кассета 20 может быть установлена в анализатор так, что каждая зона 209 измерения совмещается с источником света и соответствующим детектором. В некоторых вариантах осуществления источник света включает в себя оптическую апертуру 83 (фиг. 11), которая способствует направлению света из источника света в конкретный участок в пределах зоны измерения кассеты.
В одном варианте осуществления источники света представляют собой светодиоды (LEDs) или лазерные диоды. Например, может быть использован InGaAIP излучающий в красной области света на 654-нм длине волны полупроводниковый лазерный диод. Могут также использоваться другие источники света. Источник света, например, как показано на фиг. 14, может быть установлен в ячейке или на корпусе 90. Ячейка или корпус 90 могут включать в себя узкую апертуру или тонкую трубку 92, которая способствует коллимации света. Как показано, источники света могут быть размещены выше места установки кассеты 20 в анализатор так, чтобы источник света испускал свет по направлению вниз на верхнюю поверхность кассеты 20. Возможны также другие подходящие конфигурации источника света относительно кассеты.
Следует понимать, что длина волны излучения источников света может варьироваться, так как изобретение этим не ограничивается. Например, в одном варианте осуществления длина волны источника света равна приблизительно 670 нм и в другом варианте осуществления длина волны источника света равна приблизительно 650 нм. Необходимо понимать, что в одном варианте осуществления длина волны каждого источника света может быть иной для каждой зоны 209 измерения кассеты. В одном конкретном варианте осуществления измерение гематокрита или гемоглобина, диапазон волн изобестических точек которого находится между приблизительно 590 и приблизительно 805 нм, может быть осуществлено по меньшей мере в одной из зон измерения.
Как ранее было пояснено, детектор 84 может быть размещен отдельно и установлен ниже источника 82 света для определения количества света, проходящего через кассету. В одном варианте осуществления один или более детекторов представляют собой фотодетекторы (например, фотодиоды). В определенных вариантах осуществления фотодетектор может быть любым соответствующим устройством, способным распознавать факт передачи света, излученного источником света. Одним типом фотодетектора является интегрально-оптическая схема (IC), включающая в себя фотодиод, имеющий предельную чувствительность при длине волны 700 нм, усилитель и регулятор напряжения. Детектор, например, как показано на фиг. 14, может быть расположен в ячейке или на корпусе 94, который может включать в себя узкую апертуру или тонкую трубку 96, что обеспечивает измерение детектором 84 только света из центра зоны 209 измерения. Как далее подробно описывается, если источник света является импульсно-модулированным, фотодетектор может включать в себя фильтр для устранения эффекта света, излученного на не выбранной частоте. При детектировании множественных и смежных сигналов одновременно источник света, используемый для каждой зоны измерения (например, области распознавания), может быть модулирован частотой, достаточно отличающейся от частоты смежного источника света. В данной конфигурации каждый детектор может быть выполнен с возможностью (например, с использованием программного обеспечения) выбирать источник света, предназначенный для работы только с ним, и та- 22
ким образом не допускается наличие помех от светового излучения смежных оптических пар.
Как здесь описано, кассета может включать в себя зону измерения, которая включает в себя меанд-рирующий канал, выполненный с возможностью совмещаться с детектором таким образом, что при совмещении детектор может измерить один сигнал через более чем один смежный сегмент меандрирующе-го канала. В некоторых вариантах осуществления детектор способен распознавать сигнал в пределах по меньшей мере части области меандрирующего канала так, что первая часть сигнала, измеренного при прохождении первого сегмента меандрирующего канала, аналогична второй части сигнала, измеренного при прохождении второго сегмента меандрирующего канала. В таких вариантах осуществления, в связи с наличием сигнала как части более чем одного сегмента меандрирующего канала, нет необходимости в точном совмещении детектора и зоны измерения.
Отсутствие необходимости в установке детектора в точно назначенном месте зоны измерения (например, на меандрирующем участке) является преимуществом, так как дополнительное оборудование (и возможно очень дорогостоящее), такое как микроскопы, линзы и выравнивающие столики не требуются (хотя они могут быть использованы в определенных вариантах осуществления). В качестве альтернативы совмещение может быть осуществлено недорогостоящими способами и нет необходимости пользователю выполнять дополнительные операции по данному направлению. Например, в одном варианте осуществления кассета содержит меандрирующий участок, который может находиться в пазу анализатора, описанного здесь (например, в полости, имеющей туже или похожую форму, как и кассета), и зона измерения может автоматически находиться в пучке света детектора. Возможные причины смещений могут быть вызваны, например, вариациями от кассеты к кассете, неточным расположением кассеты в пазу и при обычном использовании кассеты этим можно пренебречь по сравнению с размерами зоны измерения. В результате, участок измерения может находиться в пределах пучка света и процесс распознавания и процесс не будет нарушен в связи с наличием этих вариаций.
Детектор может распознавать сигнал в пределах всей, или части, зоны измерения (например, включающий в себя меандрирующий участок). Другими словами, различие в величинах меандрирующего участка может быть использовано как способ распознавания оптическими методами. Например, детектор может распознавать сигнал в пределах по меньшей мере 15% зоны измерения, по меньшей мере 20% зоны измерения, по меньшей мере 25% зоны измерения, по меньшей мере 50% зоны измерения, по меньшей мере 75% зоны измерения (но менее чем 100% зоны измерения). Область, в которой используется зона измерения как способ распознавания оптическими методами, может зависеть, например, от величины непрозрачности материала, из которого изготовлен канал (например, весь или часть канала являются прозрачными), количества непрозрачного материала, которым может быть покрыт участок канала (например, посредством использования защитного покрытия), и/или размера детектора и зоны измерения.
В одном варианте осуществления сигнал, возбужденный реакцией, происходящей в кассете, является гомогенетическим по всей зоне измерения (например, по всему меандрирующему участку канала). Итак, зона измерения (например, меандрирующий участок канала) может обеспечивать возбуждение и/или распознавание сигнала, гомогенетического сигнала в упомянутом участке при выполнении химической и/или биологической реакции (например, при распознавании детектором). До осуществления реакции в меандрирующем участке канала меандрирующий канала может включать в себя, например, однотипные частицы (и концентрация частиц), которые будут распознаны/определены. Данные частицы могут быть абсорбированы на поверхности меандрирующего канала. В другом варианте осуществления сигнал может быть гомогенетическим только на частях меандрирующего участка и один или более детекторов могут распознавать различные сигналы в пределах каждой части. В определенных примерах более чем одна зона измерения может быть соединена последовательно и каждая зона измерения может быть использована для распознавания/определения различных частиц. Необходимо понимать, что в описанных здесь меандрирующих участках, могут также использоваться те зоны измерения, которые не включают в себя меандрирующие участки.
Заявитель понимал, что величина света, пропущенного через зону измерения кассеты, может быть использована для определения информации не только об образце, но также и о специфических процессах, происходящих во флюидной системе кассеты (например, при смешивании реагентов, измерении скорости потока и т.п.). В некоторых случаях измерение величины света, проходящего через участок, может быть использовано в системе для управления потоком текучей среды с обратной связью. В определенных вариантах осуществления может быть осуществлен контроль качества кассеты или установление факта нештатного функционирования кассеты. Например, система управления с обратной связью из зоны измерения может быть использована для установления нештатного функционирования микрофлюидной системы и система управления может посылать сигнал в один или более компонентов для выключения всей системы или частей системы. Соответственно осуществляется процесс контроля качества в микрофлюидной системе, который может управляться системами и способами, описанными здесь.
Необходимо понимать, что чистая жидкостная среда (такая как вода) может позволить пропустить значительное количества света из источника 82 света, через зону 209 измерения к детектору 84. Воздух, находящийся в пределах зоны 209 измерения, может уменьшить количества пропускаемого через зону 209 измерения света, в виду того, что больше света может рассеиваться в канале по сравнению со случа
ем наличия чистой жидкостной среды. Когда проба крови находится в зоне 209 измерения, значительно меньшее количество света может пройти через зону к детектору 84, из-за большой величины рассеивания света клеточными элементами крови и также благодаря абсорбции. В одном варианте осуществления серебро, ассоциированное с компонентом образца, связанного на поверхности в пределах зоны 209 измерения и, так как серебро образовывает слой в пределах зоны измерения, то все меньше и меньше света проходит через зону 209 измерения.
Следует понимать, что измерение величины света, которое определяется каждым детектором 84, дает возможность пользователю распознать, какие реагенты находятся в конкретной зоне 209 измерения в конкретный момент времени. Также понятно, что измерение величины света каждым детектором 84 предоставляет возможность измерить количество серебра, осаждаемого в каждой зоне 209 измерения. Это количество может соответствовать величине исследуемого вещества, захваченного во время осуществления реакции, которое может таким образом обеспечить измерение концентрации исследуемого вещества в образце.
Как отмечено выше, заявитель понимал, что оптическая система 80 может быть использована для осуществления контроля качества по ряду причин. Во-первых, время, необходимое для доставки образца в зону измерения, где оптическая система определяет свет, проходящий через зону измерения, может быть использовано для установления наличия протечек или засорения в системе. Также, когда предполагается, что в образце находится определенный объем, например приблизительно 10 мкл, который за расчетный промежуток времени протечет через каналы и зоны измерения. Если время потока текучей среды образца не соответствуют расчетному, то это может указывать на недостаточное количество текучей среды для выполнения анализа и/или на ошибку и диапазон значений результатов анализа может быть определен на основании типа образца (например, сыворотка, кровь, моча и т.п.), и, если результаты анализа образца находятся вне расчетного диапазона значений, то это может указывать на ошибку.
В одном варианте осуществления оптическая система 80 включает в себя множество источников 82, 86 света и множество соответствующих детекторов 84, 88. Как показано на фиг. 11-13, в одном варианте осуществления первый источник 82 света является смежным со вторым источником 86 света, где первый источник 82 света выполнен с возможностью испускать свет, проходящий через первую зону измерения кассеты 20, и второй источник света выполнен с возможностью испускать свет, проходящий через вторую зону измерения кассеты 20. В одном варианте осуществления источники света выполнены так, чтобы второй источник 86 света не активировался, пока первый источник 82 света испускает свет. Заявитель понимал, что некоторое количество света из одного источника света может распространяться к смежному детектору, который может распознавать данный свет. В одном наборе вариантов осуществления, если смежный источник света активирован в тоже время, как и первый источник света, то оба детектора 84, 88 также измеряют количество света, который проходит через первую и вторую зоны измерения кассеты одновременно, что может вызвать неточные измерения.
Таким образом, в одном наборе вариантов осуществления множество источников света выполнены с возможностью активировать последовательно, только один источник света в один момент времени. Соответствующий детектор распознает только количество света активированного источника света, который прошел через соответствующую зону 209 измерения. В одном конкретном варианте осуществления источники света выполнены с возможностью активировать каждый из них в течение короткого промежутка времени (например, по меньшей мере приблизительно 500, 250, 100 или 50 мкс или в некоторых вариантах осуществления менее чем или равным приблизительно 500, 250, 100 или 50 мкс), и затем смежный источник света выполнен с возможностью активироваться в течение аналогичного временного фрейма. Активирование на 100 мкс соответствует показателю 10 кГц. В одном варианте осуществления мультиплексный аналого-цифровой преобразователь используется для импульсного освещения и измерения количества света распознанного каждым соответствующим детектором каждые 500, 250, 100 или 50 мкс. Импульсное освещение, осуществляемое подобным образом, может помочь не допустить проникновению рассеянного светового излучения в зону измерения, изменять количество света, распознанного как прошедшего через смежную зону измерения.
Хотя существуют некоторые выгоды от использования источников импульсного освещения, как это было ранее описано, необходимо понимать, что изобретение не ограничивается этим, и возможны иные конфигурации, такие как в случае использования множественных источников света, которые могут быть активированы одновременно. Например, в одном варианте осуществления источники света, которые не является непосредственно смежными друг с другом, могут быть активированы, по существу, одновременно.
Со ссылкой на фиг. 17 в одном варианте осуществления анализатор 100 включает в себя систему регулировки температуры, установленную в корпусе 101, которая может быть выполнена с возможностью регулировать температуру в анализаторе. Для выполнения определенных анализов образца, образец необходимо хранить в пределах определенного диапазона температур. Например, в одном варианте осуществления необходимо поддерживать в анализаторе 100 температуру приблизительно 37°С. Соответственно в одном варианте осуществления система регулировки температуры включает в себя нагревательный элемент 140, выполненный с возможностью нагревать кассету 20. В одном варианте осуществления
нагревательный элемент 140 представляет собой резистивный нагреватель, который может быть установлен в нижней части посадочного места кассеты 20 в анализатор 100. В одном варианте осуществления система регулировки температуры также включает в себя термистор 142 для измерения температуры кассеты 20 и схемы контроллера для обеспечения управления температурой.
В одном варианте осуществления пассивный поток воздуха в анализаторе может выполнять функцию охлаждающего воздуха в анализаторе, при необходимости. Вентилятор (не показан) может, возможно, быть предусмотрен в анализаторе 100 для снижения температуры в анализаторе 100. В некоторых вариантах осуществления в анализаторе система регулирования температуры может включать в себя термоэлектрические нагреватели и/или охладители на основе эффекта Пельтье.
В некоторых вариантах осуществления система идентификации, включающая в себя один или более идентификаторов, используется и ассоциирована с одним или более компонентами или материалами, ассоциированными с кассетой и/или анализатором. "Идентификаторы", как далее будет подробно описано, могут сами быть "кодированы" информацией (т.е. нести или содержать информацию, используемую при записи информации, хранении, генерировании или перевозке устройства, такие как метка радиочастотной идентификации (RFID) или штрих-код) о компоненте, включающей в себя идентификатор, или могут сами не быть кодированы информацией о компоненте, но скорее могут быть только ассоциированы с информацией, которая может содержаться, например, в базе данных компьютера или на машиночитаемом носителе (например, информация пользователя и/или анализируемого образца). В последнем случае, такой идентификатор может запустить процесс извлечения информации и использование ассоциированной информации из базы данных.
Нет необходимости кодировать идентификаторы "кодированной" информацией о компоненте всем набором информации о компоненте. Например, в определенном варианте осуществления идентификатор может быть кодирован информацией только достаточной для осуществления однозначной идентификации кассеты (например, относительно серийного №, номера партии и т.д.), а также дополнительной информации о кассете (например, тип, использование (например, тип анализа), данные производителя, местонахождение, позиция, инцидентность, контент и т.п.) может храниться дистанционно и быть только ассоциированной с идентификатором.
"Информация о" или "информация, ассоциированная с" кассетой, материалом или компонентом и т.п. является информацией относящейся к идентичности, позиционированию или местоположению кассеты, материала или компонента и может дополнительно включать в себя информацию относительно происхождения, состояния или композиции кассеты, материала, компонента или контента.
"Информация о" или "информация, ассоциированная с" кассетой, материалом или компонентом или их контента может включать в себя информацию идентифицирующую кассету, материал или компонент или их контент и отличительную информацию о кассете, материале или компоненте или их контента, которая отличает их от других. Например, "информация о" или "информация, ассоциированная с" кассетой, материалом или компонентом или их контентом может иметь отношение к информации, указывающей на тип кассеты, материал или компонент или их контент, на местоположение, размещение, назначение кассеты, способ соединения их контента с другими компонентами системы, а также номер партии, данные о стране происхождения, может содержать калибровочную информацию, срок годности, данные грузополучателя, данные о производителе или информацию о владельце кассеты, о материале или компоненте или их контента, а также информацию о назначении кассета для проведения какого типа анализа, информацию о том, была ли ранее использована данная кассета, о материале, компоненте или их контенте и т.п.
В одном наборе вариантов осуществления идентификатор ассоциирован с кассетой и/или анализатором, описанным здесь. В общем, как здесь применяется, термин "идентификатор" относится к устройству, способному предоставить информацию о кассете и/или анализаторе (например, информацию, включающую в себя один или более пунктов, а именно идентификацию, местоположение или позицию/позиционирование кассеты и/или анализатора или их компонента), с которыми идентификатор ассоциирован или в них вставлен, или способен идентифицироваться или распознаваться и идентифицировать или распознавать события, связанные с информацией о кассете и/или анализаторе, с которой идентификатор ассоциирован. Не ограничивающие примеры идентификаторов, которые могут быть использованы в контексте изобретения, включают в себя метки радиочастотной идентификации (RFID) или штрих-кодирование, серийные номера, разноцветные этикетки, флуоресцентные или оптические метки (например, использование квантовых точек), химические соединения, радио маркеры, магнитные метки среди прочих.
В одном варианте осуществления, как показано на фиг. 16, анализатор 100 включает в себя устройство 60 считывания кодов, установленное в корпусе 101, и выполнено с возможностью считывать информацию о кассете 20. Любое подходящее устройство считывания кодов может быть использовано для считывания информации. Не ограничивающие примеры устройств считывания кодов, включают в себя считыватели RFID, сканеры штрих-кодов, химические детекторы, камеры, радиационные детекторы, детекторы напряженности магнитного и электрического поля среди прочих. Способ распознавания/считывания и соответствующий тип идентификационного детектора зависит от конкретного исполь
зуемого идентификатора и может включать в себя, например, формирование оптического изображения, созданного флуоресценцией, и использование масс-спектрометрии, ядерно-магнитного резонанса, определение последовательности, гибридизации, электрофореза, спектроскопии, микроскопии и т.п. В некоторых вариантах осуществления устройства считывания кодов могут быть встроены или предварительно расположены в определенных местах (например, в кассете и/или анализаторе).
В одном варианте осуществления устройство 60 считывания кодов является считывателем RFID, выполненным с возможностью считывать RFID идентификатор, ассоциированный с кассетой 20. Например, как показано на фиг. 2, в одном варианте осуществления анализатор 100 включает в себя RFID модуль и антенну, которые выполнены с возможностью считывать информацию с кассеты 20, вставленную в анализатор 100. В другом варианте осуществления устройство 60 считывания кодов представляет собой считыватель штрих-кода, выполненный с возможностью считывать штрих-код, ассоциированный с кассетой 20. Если кассета 20 вставлена в анализатор 100, устройство 60 считывания кодов может считывать информацию с кассеты 20. Идентификатор на кассете может включать в себя один или более типов информации, таких как тип кассеты, тип выполняемого анализа, номер партии, информацию о факте предыдущего использования кассеты и другую информацию, описанную здесь. Считывающее устройство 60 может также быть выполнено с возможностью считывать имеющуюся информацию о группе кассете, упакованных в коробку, как, например, но не ограничиваясь этим, калибровочную информацию, срок годности и любую дополнительную специфическую информацию, относящуюся к конкретной партии кассет. Идентифицированная информация может быть, возможно, отображена для просмотра пользователем, например, для подтверждения корректности использования соответствующей кассеты и/или типа анализа.
В некоторых случаях устройство считывания кодов может быть интегрировано с системой управления через каналы связи. Взаимодействие между устройствами считывания кодов и системой управления может осуществляться по проводам или по каналам беспроводной связи. В одном варианте осуществления система управления может быть запрограммирована для распознавания конкретного идентификатора (например, кассеты, ассоциированной с информацией о типе кассеты, производителе, анализе и т.п.), как указано на кассете, соответственно подключенной или вставленной в конкретный тип анализатора.
В одном варианте осуществления идентификатор кассеты ассоциируется с заранее заданной или запрограммированной информацией, находящейся в базе данных, относительно использования системы или кассеты для конкретной цели, с пользователем или продуктом или с конкретными условиями реакции, типами образцов, реагентов, пользователями и т.п. При установлении неверного сравнения или в случае выключения идентификатора, выполнение процесса может быть остановлено, или система может не функционировать, пока пользователь не был проинформирован или до получения подтверждения от пользователя.
Информация из или ассоциированная с идентификатором может в некоторых случаях храниться, например, в памяти компьютера или на машиночитаемом носителе с целью дальнейшего использования в качестве источника опорного сигнала и регистрации. Например, определенные системы управления могут использовать информацию из или ассоциированную с идентификаторами для идентификации компонентов (например, кассет) или типов кассет, которые применялись для осуществления конкретных анализов, информацию о дате использования, времени и продолжительности использования, а также условий применения и т.п. Такая информация может быть использована, например, для определения необходимости осуществить очистку или замену одного или более компонентов анализатора. Возможно, система управления или другая соответствующая система на основании полученных данных, может создавать отчет, включающий в себя информацию, кодированную идентификаторами или ассоциированную с ними, что может быть использовано как доказательство соответствия нормативным стандартам или правильности осуществления контроля качества.
Кодированная информация идентификатора или ассоциированная с идентификатором также может использоваться, например, для определения аутентичности компонента, ассоциированного с идентификатором (например, кассеты). В некоторых вариантах осуществления установление факта контрафактного компонента приводит к выключению системы. В одном варианте осуществления идентификатор может содержать уникальный идентифицирующий код. В данном примере программное обеспечение управления технологическим процессом или анализатором не даст команду на начало работы (например, система может быть отключена), если был установлен факт наличия незнакомого или несоответствующего идентификационного кода (или при отсутствии идентификационного кода).
В определенных вариантах осуществления полученная информация из идентификатора или ассоциированная с ним может быть использована для подтверждения идентификации клиента, которому кассета и/или анализатор были проданы или для которого выполняется биологический, химический или фармацевтический процесс. В некоторых случаях, полученная информация из идентификатора или ассоциированная с ним, может быть использована как часть процесса сбора данных для системы диагностики. Идентификатор также может содержать информацию или быть ассоциированным с информацией, о статистических данных партий кассет и/или анализаторов, информацию о процессе сборки и диаграммы
контрольно-измерительной аппаратуры (Р и IDs), содержать статистические данные о выявленных неисправностях и их исправлении среди прочих. Диагностика системы может быть осуществлена в некоторых случаях через удаленный доступ или включает в себя использование диагностического программного обеспечения.
В одном варианте осуществления анализатор 100 включает в себя интерфейс 200 пользователя, который может быть размещен в корпусе 101 и предоставляет возможность пользователю вводить информацию в анализатор 100 образца. В одном варианте осуществления интерфейс 200 пользователя включает в себя сенсорный экран, как показано на фиг. 1 и фиг. 16-21.
Как проиллюстрировано на фиг. 16-21, сенсорный экран может использоваться пользователем для управления функционированием анализатора 100, предоставляя текстовую и/или графическую информацию и команды для управления анализатором 100. На фиг. 17 показан один пример отображения графической информации на сенсорном экране интерфейса 200 пользователя в начале процесса выполнения анализа образца. Фиг. 18 иллюстрирует один пример отображения графической информации на сенсорном экране интерфейса 200 пользователя, согласно которой пользователю необходимо вставить кассету 20 в анализатор 100. На фиг. 19 показан пример отображения графической информации на сенсорном экране интерфейса 200 пользователя, согласно которой пользователю необходимо ввести имя пациента или иную информацию, например идентификационный номер/источник пациента в анализатор 100. Необходимо понимать, что любая соответствующая информация о клиенте, как, например, имя, дата рождения и/или ID номер, может быть введена посредством использования интерфейса пользователя, а именно с использованием сенсорного экрана, для идентификации пациента. Фиг. 20 иллюстрирует один пример отображения графической информации на сенсорном экране интерфейса 200 пользователя во время выполнения анализа. Как показано, сенсорный экран может отображать информацию относительно времени, оставшегося до завершения выполнения анализа. В конечном итоге, на фиг. 21 показан один пример отображения графической информации на сенсорном экране интерфейса 200 пользователя, на котором отображаются результаты анализа образца, а также имя пациента или другая идентификационная информация.
В другом варианте осуществления интерфейс пользователя может быть выполнен иначе, например, с использованием LCD дисплея и одной кнопкой для скроллинга меню. В другом варианте осуществления интерфейс пользователя может просто включать в себя кнопку пуска для активирования анализатора. В других вариантах осуществления интерфейс пользователя может иметь конструктивно иное устройство (такое как смартфон или мобильный компьютер), которое может быть использовано для спряжения с анализатором.
Вышеописанный анализатор 100 может быть использован различными способами для осуществления процесса и анализа образца, помещенного в анализатор. В одном конкретном варианте осуществления механический компонент 121 выполнен с возможностью соединять кассету 20 и указывать на точную загрузку кассеты 20 в анализатор 100, устройство 60 считывания кодов считывает и распознает информацию, ассоциированную с кассетой 20. Анализатор 100 может быть выполнен с возможностью сравнивать информацию с хранящимися данными в системе управления и подтверждать факт наличия калибровочной информации для данного конкретного образца. В случае, если в анализатор не загружена надлежащая калибровочная информация, то анализатор может запросить пользователя загрузить конкретную необходимую информацию. Данная информация может быть загружена, например, с использованием того же устройства считывания кодов, которое считывает информацию кассеты. Существует также возможность загрузки данных с использованием отдельного устройства считывания кодов или иным способом. Анализатор может быть также выполнен с возможностью контролировать время достоверности информации, ассоциированной с кассетой и отменять выполнение анализа, в случае истечения данного срока.
В одном варианте осуществления в случае, если анализатор 100 установил факт того, что кассета 20 может быть подвергнута анализу, источник потока текучей среды, такой как вакуумный змеевик 48, может быть выполнен с возможностью контактировать с кассетой 20 для обеспечения герметичного замка вокруг вакуумного порта 219 и вентиляционного отверстия 215. В одном варианте осуществления оптическая система 80 может осуществлять первоначальные измерения для получения опорной информации считывания. Такая опорная информация считывания может быть использована для активирования и выключения обоих источников 82, 86 света.
Для обеспечения первоначального перемещения образца вакуумная система 40 может быть активирована, что позволит с высокой скоростью изменить величину давления в каналах 206, 207 (например, снизить приблизительно до -30 кПа). Данное снижение давление в канале может переместить образец в канал 206 и пройти через каждую зону 209A-209D измерения (см. фиг. 8). После того как образец достигнет последнюю зону 209D измерения, образец может продолжить движение в зону 217 локализации жидкостной среды.
В одном конкретном варианте осуществления анализатор 100 микрофлюидного образца используется для измерения уровня специфического антигена простаты (PSA) в пробе крови. В данном варианте осуществления четыре зоны 209A-209D измерения могут быть использованы для выполнения анализа
образца. Например, в первой зоне измерения стенки канала могут быть заблокированы блокирующим белком (таким как альбумин бычьей сыворотки) так, что незначительное количество белка, присутствующее (или его отсутствие) в пробе крови, фиксируется на стенках зоны 209 измерения (кроме, возможно, некоторого не специфического связывания, которое может быть промыто). Данная зона измерения может действовать как негативный контроль.
Во второй зоне 209 измерения, стенки канала 206 могут быть покрыты заранее заданным значительным количеством специфического антигена простаты (PSA) и действовать как положительный контроль. Как проба крови проходит через вторую зону 209 измерения, незначительное количество PSA (или отсутствие PSA) в крови может связаться на стенках канала. Антитела, конъюгированные с частицами коллоидного золота, в образце могут растворяться внутри флюидного коннектора 222 или могут течь из любого другого соответствующего места. Данные антитела могут быть еще не связаны с PSA в образце и, таким образом, они могут быть связаны с PSA на стенках канала и осуществлять положительный контроль.
В третьей зоне 209 измерения стенки канала 206 могут быть покрыты заранее заданным небольшим количеством PSA для осуществления отрицательного контроля. Как только образец крови протечет через зону 209 измерения, PSA в образце отсутствуют. Антитела, конъюгированные с частицами коллоидного золота, в образце могут быть растворены внутри трубки флюидного коннектора 222 (все еще не связаны с PSA в образце) или могут течь из другого соответствующего места, и может связаться с PSA на стенках канала и действовать как отрицательный контроль.
В четвертой зоне 209 измерения стенки канала 206 могут быть покрыты антителом, anti-PSA антителом, которое связывается с различным эпитопом PSA, нежели чем с антителом, конъюгированным с частицами коллоидного золота. Как только образец крови протечет через четвертую зону измерения, PSA белок в образце крови может связаться с anti-PSA антителом пропорционально концентрации белков в крови. Таким образом, в одном варианте осуществления первые три зоны 209 измерения могут действовать в качестве контроля, и четвертая зона 209 измерения может фактически тестировать образец. В других вариантах осуществления могут предусматриваться другие количества зон измерения, и анализы могут, возможно, выполняться в более чем одной зоне измерения.
В некоторых примерах результаты измерений, осуществляемых на участках, где выполняется анализ образца (например, четвертая зона измерения, как было описано выше), могут быть использованы не только для определения концентрации исследуемого вещества в образце, но также и для контроля. Например, пороговое значение измерения может быть установлено на начальной фазе амплификации.
Величины измерений, которые находятся выше данного значения (или ниже данного значения) могут указывать на то, что концентрация исследуемого вещества находятся вне установленного диапазона значений для данного анализа. Данная технология может быть использована для распознавания во время выполнения анализа, например, наличие сверхдозового "хук"-эффекта, т.е. когда очень высокая концентрация исследуемого вещества дает неестественно низкое показание.
В других вариантах осуществления могут быть использованы различное количество зон измерения и анализ, возможно, включает в себя более чем одну зону измерения, где фактически тестируется образец. Дополнительные зоны измерения могут быть использованы для выполнения анализа дополнительных исследуемых веществ, таким образом система может выполнить многоканальный тест одновременно с единственным образцом.
В одном конкретном варианте осуществления это занимает приблизительно 8 мин при использовании 10 мкл крови (проба крови), которые текут через четыре зоны 209 измерения. Время начала анализа может быть рассчитано, когда давление в канале 206 достигнет значения приблизительно -30 кПа. В течение данного времени оптическая система 80 производит измерение коэффициента светопропускания для каждой зоны измерения и в одном варианте осуществления эти данные могут быть переданы в систему управления приблизительно с периодичностью 0.1 с. Используя опорные значения, эти результаты измерений могут быть преобразованы с использованием следующих формул:
Коэффициент пропускания = (I - Id) / (lr - Id) (1)
где I = интенсивность пропущенного через зону измерения света в данный момент времени;
ld = интенсивность пропущенного через зону измерения света с выключенным источником света;
lr = опорное значение интенсивности (т.е. интенсивности пропущенного света на зоне измерения с включенным источником света или до начала выполнения анализа, когда в канале был заполнен только воздухом;
Оптическая плотность = - log (Коэффициент пропускания) (2)
Таким образом, используя данные формулы, можно рассчитать величину оптической плотности в зоне 209 измерения.
Как здесь описано, различные способы могут быть использованы для управления потоком текучей среды в кассете, в том числе, насосами, вакуумными приборами и другими компонентами, ассоциированными с анализатором. В некоторых случаях управление потоком текучей среды может быть также
осуществлено, по меньшей мере частично, одним или более компонентами в кассете с использованием клапана, установленного в кассете, или с использованием специфических текучих сред и конфигураций канала в кассете. В одном наборе вариантов осуществления управление потоком текучей среды может быть реализовано на основании, по меньшей мере частично, использования геометрии канала и вязкости одной или более текучих сред (которые могут храниться) в кассете.
Один способ включает в себя наличие перемещающейся пробки текучей среды низкой вязкости и пробки текучей среды высокой вязкости в канале, имеющем суженный участок канала, ограничивающий поток текучей среды и не суженный участок канала. В одном варианте осуществления текучая среда низкой вязкости течет в канале с первой скоростью потока и данная скорость потока, по существу, не зависит от текучей среды, текущей через суженный участок канала. Когда текучая среда высокой вязкости течет из не суженного участка в суженный участок, значения скорости потока текучих сред уменьшаются значительно, так как значения скорости потока в некоторых системах зависят от наибольшего значения вязкости текучей среды, текущей в область системы, имеющей наименьшее поперечное сечение (например, суженный участок канала, ограничивающий поток текучей среды). Это побуждает текучую среду низкой вязкости течь со второй скоростью потока, меньшей, чем первоначальное значение скорости потока, например, при той же скорости потока, при которой текучая среда высокой вязкости течет в суженный участок канала, ограничивающий поток текучей среды.
Например, один способ управления потоком текучей среды может содержать течение первой текучей среды из первого участка канала во второй участок канала в микрофлюидной системе, в которой тракт текучей среды ограничен первым участком канала, который имеет область с наибольшим значением поперечного сечения, по сравнению с областью, имеющей значение поперечного сечения тракта текучей среды, определенного вторым участком канала, и течение второй текучей среды в третий участок канала в микрофлюидной системе для флюидного взаимодействия с первым и вторым участками канала, в котором вязкость первой текучей среды отличается от вязкости второй текучей среды и в котором первая и вторая текучие среды, по существу, не сжимаются. Без прекращения течения первой или второй текучих сред объемная скорость потока первой и второй текучих сред может быть уменьшена на коэффициент по меньшей мере 3, по меньшей мере 10, по меньшей мере 20, по меньшей мере 30, по меньшей мере 40 или по меньшей мере 50 в микрофлюидной системе как результат течения первой текучей среды из первого участка канала во второй участок канала по сравнению с отсутствием течения первой текучей среды из первого участка канала во второй участок канала. Химическое и/или биологическое взаимодействие, содержащее компонент первой или второй текучих сред, может иметь место в первой зоне измерения при флюидном взаимодействии с участками канала, в тоже время, первая и вторая текучие среды текут с уменьшенной скоростью потока.
Соответственно конструктивно микрофлюидные системы имеют суженные участки канала, ограничивающие поток текучей среды, которые расположены на конкретных местах и учитываются значения вязкости текучих сред, и таким образом скорость потока текучей среды может увеличиваться или уменьшаться при прохождении различных участков в системе без применения клапанов и/или без внешнего управления. Дополнительно, протяженность участков канала может быть выбрана таким образом, чтобы обеспечить нахождение текучей среды в конкретной области системы в определенный момент времени. Такие системы особенно полезны при осуществлении химических и/или биологических анализов, а также и для иных целей, где временной фактор очень важен.
Фиг. 16 является блок-схемой 300, которая иллюстрирует работу системы 305 управления (см. фиг. 13), которая оперативно ассоциирована с множеством различных компонентов согласно одному варианту осуществления. Системы управления, описанные здесь, могут быть реализованы различными способами, например, с помощью специализированной аппаратуры или программно-аппаратными средствами, использующими процессор, программируемый с применением микрокодов или программного обеспечения, для выполнения функций, изложенных выше, или любыми приемлемыми сочетаниями вышеизложенных. Система управления может управлять одной или более операциями выполнения одного анализа (например, биологической, биохимической или химической реакцией) или многочисленных (отдельных или взаимосвязанных) анализов. Как показано на фиг. 13, система 305 управления может быть установлена в корпусе 101 анализатора и может быть выполнена с возможностью взаимодействовать с устройством 60 считывания кодов, интерфейсом 200 пользователя, источником 40 потока текучей среды, оптической системой 80 и/или системой регулирования температуры для выполнения анализа образца в кассете.
В одном варианте осуществления система управления включает в себя по меньшей мере два процессора, включающие в себя процессор обработки данных в реальном масштабе времени, который управляет и контролирует работу всех суб-систем, которые непосредственно сопряжены с кассетой. В одном варианте осуществления в конкретном интервале времени (например, каждую 0.1 с) данный процессор взаимодействует со вторым высокоуровневым процессором, который взаимодействует с пользователем посредством интерфейса пользователя и/или взаимодействует с суб-системами (описанными ниже) и управляет работой анализатора (например, определяет момент начала анализа образца и интерпретацию результатов). В одном варианте осуществления взаимодействие между данными двумя процессорами осуществляется через коммуникационную шину. Необходимо понимать, что в другом вариан
те осуществления анализатор может только включать в себя один процессор или более чем два процессора, так как изобретение этим не ограничивается.
В одном варианте осуществления анализатор способен сопрягаться с внешними устройствами и может, например, включать в себя порты для соединения с одним или более внешним коммуникационным устройством. Коммуникация с внешними устройствами может быть реализована, например, через USB соединение. Например, как показано на фиг. 16, анализатор может выводить результаты анализа образца на принтер 400 или компьютер 402 через USB соединение. Дополнительно, информационный поток, произведенный процессором обработки данных в реальном масштабе времени, может быть выведен на компьютер или флэш-карту 404 через USB соединение. В некоторых вариантах осуществления компьютер может также иметь способность непосредственно управлять работой анализатора через USB соединение. Дополнительно, существуют и другие типы способов коммуникаций, так как данное изобретение не ограничивается в данном отношении. Например, могут быть использованы такие каналы связи с анализатором, как интернет, технологии "Bluetooth" и/или Wi-Fi связи 406.
Способы расчета, этапы, имитационное моделирование, алгоритмы, системы и элементы системы, описанные здесь, могут быть реализованы с использованием компьютера, с помощью которого функционирует система управления, такая как описанная ниже в вариантах осуществления систем, реализованных компьютером. Способы, этапы, системы и элементы системы, описанные здесь, не ограничены в их использовании любыми специфическими компьютерными системами, описанными здесь, так как могут использоваться разнообразные иные устройства.
Компьютерная система управления может быть частью анализатора образца или находиться в операционном взаимодействии с анализатором образца и в некоторых вариантах осуществления выполнена с возможностью и/или запрограммирована для осуществления контроля и регулировки эксплуатационных параметров анализатора образца, а также для анализа и расчета значений, как было описано выше. В некоторых вариантах осуществления компьютерная система управления может посылать или принимать опорные сигналы для установки и/или управления эксплуатационных параметров анализатора образца и, возможно, других системных приспособлений. В других вариантах осуществления компьютерная система управления может быть отделена от и/или быть удаленно расположенной по отношению к анализатору образца и может быть выполнена с возможностью принимать данные из одного или более анализаторов образца с помощью дополнительного и/или портативного средства, как, например, через портативные устройства памяти компьютерных данных, магнитный диск, или через взаимодействие с информационно-вычислительной сетью, такой как Интернет или местная интрасеть.
Компьютерная система управления может включать в себя несколько известных компонентов и схем, включающих в себя устройство обработки данных (т.е. процессор), систему памяти, устройства ввода и вывода информации и интерфейсы (например, устройство сопряжения), а также и другие компоненты, такие как схемы передачи сигнала (например, одну или более шин), видео и аудио входную/выходную (I/O) суб-систему, оборудование специального назначения, а также другие компоненты и схемы, как подробно описано ниже. Дополнительно, компьютерная система может представлять собой многопроцессорную компьютерную систему или может включать в себя множество компьютеров, объединенных в компьютерную сеть.
Компьютерная система управления может включать в себя процессор, например, существующий в продаже, такие как процессоры серии х86, Celeron и Pentium, поставляемые Intel, подобные устройства, производимые AMD и Cyrix, 680X0 серии процессоров, поставляемых Motorola и PowerPC микропроцессор, производства IBM. Существуют другие процессоры, и компьютерная система не ограничивается конкретным процессором.
Процессор обычно выполняет программу, именуемую как операционная система, такая как Win-dowsNT, Windows 95 или 98, UNIX, Linux, DOS, VMS, MacOS и OS8 являются примерами таких систем, которые управляют работой других компьютерных программ и обеспечивают планирование, отыскание и устранение неисправностей, входной/выходной контроль, ведение учета, преобразование программы, распределение памяти, управление данными и управление памятью, управление передачей данных и сопутствующими сервисами. Процессор и операционная система вместе формируют компьютерную платформу для применения программ, написанных высокоуровневыми языками программирования. Компьютерная система управления не ограничивается конкретной компьютерной платформой.
Компьютерная система управления может включать в себя систему памяти, которая обычно включает в себя машиночитаемый и доступный для записи энергонезависимый носитель информации, например магнитный диск, оптический диск, флэш-память и ленточный носитель. Такие носители информации могут быть переносными, например накопитель на гибких дисках, перезаписываемый компакт-диск или флэш-карта или могут быть исполнены в статическом виде, например накопитель на жестких дисках.
Такие носители информации хранят сигналы обычно в бинарной форме (т.е. в форме, представляющей собой последовательность нулей и единиц). Диск (например, магнитный или оптический) имеет треки, на которых такие сигналы могут храниться, обычно в бинарной форме, т.е. в форме, представляющей собой последовательность нулей и единиц. Такие сигналы могут определять характеристики программного обеспечения, например прикладной программы, которая выполняется микропроцессором
или для обработки информации прикладной программой.
Система памяти компьютерной системы управления может также включать в себя интегрированную схему запоминающего элемента, который обычно представляет собой изменяемое запоминающее устройство с произвольной выборкой, такое как динамическое запоминающее устройство с произвольной выборкой (DRAM) или статическое запоминающее устройство с произвольной выборкой (SRAM). Обычно, в процессе эксплуатации, процессор вызывает программы и данные для считывания из энергонезависимого носителя информации в интегрированную схему запоминающего элемента, при этом обычно предусматривается быстрый доступ к программным командам управления и данным процессором, нежели энергонезависимым носителем информации.
Процессор, обычно, обрабатывает данные, находящиеся в интегрированной схеме запоминающего элемента в соответствии с программными командами управления и затем по завершении процесса обработки копирует обработанные данные на энергонезависимый носитель информации. Известны многие механизмы для управления перемещением данных между энергонезависимым носителем информации и интегрированной схемой запоминающего элемента и компьютерная система управления применяет способы, этапы, системы и элементы системы, описанные выше, проиллюстрированные на фиг. 16, и не ограничивается этим. Компьютерная система управления не ограничивается конкретной системой памяти.
По меньшей мере часть такой системы памяти, описанной выше, может быть использована для хранения одной или более структур данных (например, справочные таблицы) или данных, полученных в описанных выше уравнениях. Например, по меньшей мере часть энергонезависимого носителя информации может хранить, по меньшей мере, базу данных, которая включает в себя одну или более такую структуру. Такая база данных может быть любой из множества типов баз данных, например системой файлов, включающей в себя одну или более структуру данных неструктурированных файлов, где данные организованы в блоки данных, разделенные разделителями, реляционной базой данных, где данные организованы в блоки данных, хранящиеся в таблицах, объектно-ориентированной базой данных, где данные организованы в блоки данных как объекты, любыми другими типами баз данных или любым сочетанием таковых.
Компьютерная система управления может включать в себя видео и аудио I/O суб-систему. Звуковая часть данной суб-системы может включать в себя (A/D) аналого-цифровой преобразователь, который принимает аналоговый аудиосигнал и преобразовывает его в цифровой вид. Цифровая информация может быть сжата с помощью известных систем сжатия для хранения на жестком диске, для использования в другое время. Обычно видеочасть I/O суб-системы может включать в себя устройство сжатия (деком-прессионное устройство) видеосигнала, которое хорошо известно специалистам в данной области техники. Такие устройства сжатия (декомпрессионное устройство) видеосигнала преобразовывают информацию из аналоговой формы в сжатую цифровую форму и vice-versa. Информация в сжатой цифровой форме может храниться на жестком диске.
Компьютерная система управления может включать в себя один или более устройств вывода информации. Пример устройств вывода информации включает в себя экран, оснащенный электроннолучевой трубкой (CRT), жидкокристаллические дисплеи (LCD) и иные устройства вывода изображения, принтеры, коммуникационные устройства, такие как модем или сетевой интерфейс, устройства хранения информации, такое как диск или лента и устройства вывода аудиосигнала, такое как громкоговоритель.
Компьютерная система управления может также включать в себя один или более устройства ввода информации. Пример устройств ввода информации включает в себя клавиатуру, кнопочную панель, шаровой манипулятор, мышь, стилус и планшетник, коммуникационные устройства, такие как описаны выше, и устройства ввода данных, такие как устройства, использующие технологию захвата видеосигнала и оцифровку аналогового аудиосигнала и сенсоры. Компьютерная система управления не ограничивается конкретными типами устройств ввода информации и устройствами вывода информации, описанными здесь.
Необходимо понимать, что один или более типов компьютерных систем управления могут быть использованы для реализации различных вариантов осуществления, описанных здесь. Аспекты изобретения могут быть реализованы в программном обеспечении, аппаратном оборудовании или в программно-аппаратном средстве, или в любом сочетании таковых. Компьютерная система управления может включать в себя специально запрограммированное специализированное аппаратное оборудование, например специализированную интегральную микросхему (ASIC). Такое специализированное оборудование может быть выполнено с возможностью выполнять один или более способов, этапов, имитационное моделирование, алгоритмы, системы и элементы систем, описанные выше, как часть компьютерной системы управления, описанной выше, или в качестве самостоятельного компонента.
Компьютерная система управления и ее компоненты могут быть запрограммированы с использованием одного или более из множества языков программирования. Такие языки программирования могут включать в себя программирование на процедурном языке, например С, Pascal, Fortran и BASIC, объектно-ориентированные языки, например C++, Java и Eiffel и другие языки, такие как скриптовый язык или даже входной язык ассемблера.
Способы, этапы, имитационное моделирование, алгоритмы, системы и элементы систем могут быть
реализованы с использованием любого из множества соответствующих языков программирования, включающих в себя программирование на процедурном языке, объектно-ориентированные языки и другие языки и сочетание таковых, которые могут быть осуществлены такой компьютерной системой. Такие способы, этапы, имитационное моделирование, алгоритмы, системы и элементы систем могут быть реализованы как отдельные модули компьютерной программы или могут быть выполнены отдельно как отдельная компьютерная программа. Такие модули и программы могут быть реализованы на раздельных компьютерах.
Такие способы, этапы, имитационное моделирование, алгоритмы, системы и элементы систем могут быть реализованы как раздельно, так и в сочетании, как компьютерная программа, реально воплощенная как машиночитаемые сигналы, находящиеся на машиночитаемом носителе, например энергонезависимом носителе информации, интегрированной схеме запоминающего элемента или их комбинации. Каждый способ, этап, имитационное моделирование, алгоритм, система и элемент системы, как, например, компьютерная программа, может содержать машиночитаемые сигналы, находящиеся на машиночитаемом носителе, которые определяют команды, например, как часть одной или более программ, выполняемых компьютером, формирует команды управления компьютером для осуществления способа, этапа, имитационного моделирования, алгоритма, системы и элемента системы.
Необходимо понимать, что различные варианты осуществления могут иметь один или более вышеописанных признаков. Вышеупомянутые аспекты и признаки могут быть использованы в любой приемлемой комбинации, так как настоящее изобретение не ограничивается в данном отношении. Необходимо также понимать, что чертежи иллюстрируют различные компоненты и признаки, которые могут быть включены в различные варианты осуществления. В целях упрощения, на некоторых из чертежей может быть показан более чем один возможный признак или компонент. Однако изобретение не ограничивается конкретным вариантом осуществления, раскрытым на чертеже. Необходимо понимать, что изобретение заключает в себе варианты осуществления, которые могут включать в себя только часть компонентов, проиллюстрированных на любом из чертежей, и/или могут также заключать в себе варианты осуществления, объединяющие компоненты, проиллюстрированные на нескольких различных чертежах.
Примеры
Следующий пример предназначен для иллюстрации определенных признаков настоящего изобретения, но не является примером всего объема изобретения. Пример.
Данный пример описывает использование кассеты и анализатора для выполнения анализа для определения PSA в образце с использованием депонирования серебра на золотых частицах, ассоциированные с образцом. На фиг. 22 схематично показана микрофлюидная система 500 кассеты, используемой в данном примере. Данная кассета имела форму, аналогичную форме кассеты 20, показанную на фиг. 3. Микрофлюидная система, используемая в данном примере, в общих чертах описана в публикации международного патента № WO2005/066613 (Международная заявка на патент № PCT/US2004/043585), от 20 декабря 2004 г. под названием "Устройство для выполнения анализа и способ".
Микрофлюидная система включает в себя зоны 510A-510D измерения, зону 512 локализации отходов и выходное отверстие 514. Зоны измерения включают в себя микрофлюидный канал 50 мкм глубиной и 120 мкм шириной с общей длинной 175 мм. Микрофлюидная система также включает в себя микрофлюидный канал 516 и ветви 518 и 520 канала (с входными отверстиями 519 и 521 соответственно). Ветви 518 и 520 канала имели значение глубины 350 мкм и 500 мкм шириной. Канал 516 был образован суб-каналами 515, которые имели глубину 350 мкм и 500 мкм шириной, расположенные на антисимметрических сторонах кассеты, соединенные через отверстия 517, имеющие диаметр приблизительно 500 мкм. Хотя фиг. 22 иллюстрирует ситуацию, где реагенты хранятся на одной стороне кассеты, в других вариантах осуществления реагенты хранились на обеих сторонах кассеты. Канал 516 имел длину 390 мм и ветви 518 и 520 каждая длинной 360 мм. До герметизации каналов, антитела anti-PSA были зафиксированы на поверхности микрофлюидной системы в сегменте зоны 510 измерения.
До первого использования микрофлюидная система была загружена жидкостными реагентами, которые хранились в кассете. Последовательность из семи промывочных пробок 523-529 (или буферный водный раствор приблизительно 2 мкл каждая) была загружена с использованием пипетки в суб-каналы 515 канала 516 через сквозные отверстия. Каждая из промывочных пробок была отделена воздушными пробками. Текучая среда 528, содержащая раствор солей серебра, была загружена в ветвь канала через порт 519 с использованием пипетки. Текучая среда 530, содержащая восстановительный раствор, была загружена в ветвь канала 520 через порт 521. Каждая из жидкостных сред, показанных на фиг. 22, была отделена друг от друга воздушными пробками. Порты 514, 519, 521, 536, 539 и 540 были герметизированы клеящей лентой, которая может быть легко удалена. Как таковые, жидкостные текучие среды хранились в микрофлюидной системе до первого использования.
При первом использовании порты 514, 519, 521, 536, 539 и 540 были разгерметизированы пользователем удалением ленты, закрывающей отверстия портов. Трубка 544, вмещающая лиофилизированную сыворотку, содержащую anti-PSA антитела, помеченные коллоидным золотом, и к которой добавляется 10 мкл образца крови (522), присоединяется к портам 539 и 540. Трубка была частью флюидного коннек
тора, имеющего форму и конфигурацию, показанную на фиг. 3. Это создает флюидное соединение между зоной 510 измерения и каналом 516, которые были разъединены и не находились во флюидном взаимодействии один с другим до первого использования.
Кассета, включающая в себя микрофлюидную систему 500, была вставлена в отверстие анализатора (например, как показано на фиг. 10, 12 и 17). Корпус анализатора имеет защелку, расположенную в корпусе и выполненную с возможностью зацеплять криволинейную поверхность кассеты. Защелка установлена, по меньшей мере частично, в ячейке корпуса таким образом, чтобы при установке кассеты в ячейку, защелка была отодвинута от ячейки во вторую позицию, позволяя кассете войти в ячейку. Защелка зацепляется за внутреннюю криволинейную поверхность кассеты и поджимает ее, предотвращая от выскальзывания кассеты из анализатора. Анализатор распознает установку кассеты с помощью датчика положения.
Устройство считывания кодов (считыватель RFID) расположенный в корпусе анализатора был использован для считывания RFID метки на кассете, в которой содержится идентификационная информация о партии кассет. Анализатор применял данный идентификатор для сопоставления идентификационной информации о партии кассет (например, калибровочная информация, срок годности кассеты, информация, подтверждающая факт того, что кассета является новой и информацию о типе анализа, выполняемым в данной кассете), хранимой в анализаторе. Пользователь осуществил ввод данных о пациенте (у кого образец был отобран) в анализатор с использованием сенсорного экрана. После проверки информации о кассете пользователем система управления инициирует начало выполнения анализа.
Система управления использует запрограммированные команды управления для выполнения анализа. После инициирования анализа, сигнал был послан в электронное управляющее устройство вакуумной системы, которая была частью анализатора и использовалась для обеспечения потока текучей среды. Змеевик с кольцевыми уплотнениями был прижать поверхностью кассеты соленоидом. Один порт змеевика герметично соединен (с помощью кольцевого уплотнителя) с портом 536 микрофлюидной системы. Данный порт на змеевике был соединен трубкой к простому соленоидному клапану (SMCV124A-6G-M5, не показан), который был открыт в атмосферу. Другой вакуумный порт на змеевике был герметично соединен (с помощью кольцевого уплотнителя) с портом 514 микрофлюидной системы кассеты. Вакуум, давлением приблизительно -30 кПа, был применен к порту 514. На всем протяжении выполнения анализа, канал, включающий в себя зону 510 измерения, расположенную между портами 540 и 514, имел, по существу, ненулевую константу перепада давления приблизительно равную -30 кПа. Текучая среда образца 522 текла в направлении, указанном стрелкой 538, в каждую из зон 510A-510D измерения. При прохождении текучей среды через зоны измерения, белки PSA образца 522 были захвачены anti-PSA антителами, зафиксированные на стенках каналов зоны измерения, как подробно описано ниже. Текучая среда образца течет через зону измерения в течение 7-8 мин, после чего захватывается в зоне 512 локализации отходов.
При инициировании анализа система управления посылает сигнал в оптические детекторы, которые были установлены рядом с каждой из зон 510 измерения для инициирования распознавания. Каждый из детекторов, ассоциированный с зонами измерения, фиксировал: величину светопропускания через каналы зон измерения, как показано на графике 600, проиллюстрированного на фиг. 23. Как только текучая среда образца прошла через каждую зону измерения, были вызваны кратковременные выбросы 610A-610D. Данные кратковременные выбросы (и спады), измеренные детекторами, являются сигналами (или преобразованные в сигналы), которые посылаются в систему управления, которая сравнивает величины измеренных сигналов со значениями опорных сигналов или запрограммированных значений в системе управления. Система управления включает в себя набор запрограммированных команд управления для обеспечения обратной связи в микрофлюидной системе на основании по меньшей мере части результатов сравнения сигналов/значений.
В первой зоне 510А измерения устройства 500, показанного на фиг. 22, стенки канала данной зоны измерения были блокированы блокирующим белком (альбумином бычьей сыворотки) до первого использования (например, до герметизации устройства). Незначительное количество или отсутствие белка в образце крови зафиксировано на стенках канала зоны 510А измерения (кроме, возможно, некоторого неспецифического связывания, которое может быть промыто). Данная первая зона измерения действует как отрицательный контроль.
Во второй зоне 510В измерения стенки канала данной зоны измерения были покрыты заранее заданным значительным количеством простатическим специфическим антигеном (PSA) до первого использования (например, до герметизации устройства) и действует как высокий или положительный контроль. Как только кровь образца протечет через вторую зону 510В измерения, незначительное количество или отсутствие PSA белка в крови связано на стенках канала. Антитела, конъюгированные с частицами коллоидного золота в образце, могут быть еще не связаны с PSA в образце и, таким образом, могут быть связаны с PSA на стенках канала и действовать как высокий или положительный контроль.
В третьей зоне 510С измерения стенки канала данной зоны измерения покрыты заранее заданным незначительным количеством PSA до первого использования (например, до герметизации устройства) и действуют как низкий контроль. Как только кровь образца протечет через данную зону измерения, не
значительное количество или отсутствие PSA белка в образце завязывается на стенке канала. Антитела, конъюгированные с частицами коллоидного золота в образце, могут связываться с PSA на стенках канала и действовать как низкий контроль.
В четвертой зоне 510D измерения стенки канала данной зоны измерения покрыты захваченным антителом, anti-PSA антителом, которое связывается с другим эпитопом PSA белка, затем с антителом, конъюгированным с частицами коллоидного золота. Стенки были покрыты до первого использования (например, до герметизации устройства). Как только кровь образца прошла через четвертую зону измерения, PSA белки в крови образца связываются с антителом anti-PSA пропорционально концентрации данных белков в крови. В образце находится PSA, а также образец нагруженный антителами anti-PSA, отмаркированные золотом, захваченный PSA на стенках канала зоны измерения, образует иммунный комплекс типа "сэндвич".
Промывочные текучие среды 523-529 следуют за текучей средой образца через зоны 510 измерения в направлении зоны 512 локализации отходов, указанной стрелкой 538. При прохождении промывочных текучих сред через зоны измерения они вымывают оставшиеся несвязанные компоненты образца. Каждая промывочная пробка прочистила каналы зон измерения, обеспечивая полную очистку. Последняя промывочная текучая среда 529 (вода) вымывает соли, которые могут вступать в реакцию с солями серебра (например, хлористое соли, соль фосфатной кислоты, азиды).
Как показано на графике, проиллюстрированном на фиг. 23, промывочные текучие среды протекали через зоны измерения и каждый из детекторов, ассоциированный с зонами измерения, измерял шаблон 620 кратковременных выбросов и спадов. Спады соответствуют промывочным пробкам (которые промывают жидкостные текучие среды и, таким образом, обеспечивают максимальное значение пропускания света). Кратковременные выбросы между каждой пробкой соответствуют воздуху между каждой пробкой чистящей жидкостной среды. Так как при выполнении данного анализа использовалась последовательность из семи промывочных пробок, то на графике 600 представлены 7 кратковременных выбросов и 7 спадов. Первый спад 622 обычно не имеет максимальной величины по сравнению с другими спадами 624, в связи с тем, что первая промывочная пробка часто не вымывает полностью клетки крови в канале и таким образом не полностью очищает канал.
Последний кратковременный выброс 628, соответствующий воздуху, имеет наибольшую длительность по сравнению с предыдущими кратковременными выбросами, в связи с отсутствием следования промывочных пробок. Как только детектор распознает длительность данного кратковременного выброса, соответствующего воздуху, один или более сигналов посылаются в систему управления, которая сравнивает длительность данного кратковременного выброса с заранее заданным опорным сигналом или входным значением, имеющим конкретную величину длительности сигнала. Если длительность измеренного кратковременного выброса не достаточна по сравнению с опорным сигналом, то система управления посылает сигнал в электронный блок управления продувочного клапана 536, активируя клапан и инициируя смешивание текучих сред 528 и 530. (Необходимо заметить, что сигнал кратковременного выброса 628, соответствующий воздуху, может быть объединен с сигналом, который указывает на или 1) значение интенсивности кратковременного выброса; 2) где данный кратковременный выброс находится как функция времени и/или 3) один или более сигналов, указывающих на последовательность кратковременных выбросов 620 конкретной интенсивности, которые уже прошли. Таким образом, система управления распознает кратковременные выбросы 628, соответствующие воздуху от других кратковременных выбросов, имеющие большую длительность, такие как кратковременный выброс 610, соответствующий образцу, например, с использованием шаблона сигналов.)
При инициировании смешивания, соленоид соединен посредством змеевика к вентиляционному порту 536, который закрыт. В связи с тем что сохраняется вакуум и воздух не может поступить через продувочный клапан 536, воздух поступает в устройство через порты 519 и 521 (которые открыты). Это заставляет двум текучим средам 528 и 530, хранящимся в двух каналах до продувочного клапана 536, перемещаться, по существу, одновременно по направлению к выходному отверстию 514. Данные реагенты смешиваются в точке перемещения каналов, образуя реагент для амплификации (реактивный раствор серебра), имеющий значение вязкости около 1х10-3 Па-с. Объемное соотношение текучих сред 528 и 530 было около 1:1. Реагент для амплификации, находящийся ниже по направлению потока канала, в котором хранились текучие среды, через трубку 544 проходят через зоны 510 измерения и затем попадают в зону 512 локализации отходов. После установленного временного интервала (12 с) анализатор вновь открыл продувочный клапан 536 так, что воздух поступает через продувочный клапан 536 (вместо вентиляционных портов). Это приводит к тому, что некоторое количество реагента остается позади в верховьях каналов 518 и 520, где хранились текучие среды в устройстве. Это также приводит к образованию одной пробки смешанного реагента для амплификации. После 12 с продувочный клапан закрывается, что позволяет сформировать пробку для амплификации приблизительно в 50 мкл. (Вместо использования временной установки другим способом открытия продувочного клапана является способ направления реагента для амплификации, поскольку он впервые поступает в зоны измерения.)
В связи с тем что смешанный реагент для амплификации стабилен только в течение нескольких минут (обычно менее чем 10 мин), смешивание было осуществлено менее чем за 1 мин до использования в
зоне 510 измерения. Реагент для амплификации представляется собой чистую жидкостную среду, так что, когда она поступает в зоны измерения, величина оптической плотности находится на наименьшем уровне. Реагент для амплификации проходит через зоны измерения, и серебро депонируется на захваченных золотых частицах, увеличивая размер коллоидных частиц, что усиливает сигнал. (Как замечено выше, золотые частицы присутствовали при постановке низкого и высокого позитивного контроля зон измерения при наличии PSA в образце в зоне измерения анализа.) Серебро может затем депонироваться поверх уже депонированного серебра, повышая количество депонированного серебра в зонах измерения. В конце концов, депонированное серебро снижает величину светопропускания через зоны измерения. Величина снижения светопропускания пропорциональна количеству депонированного серебра и может относиться к количеству частиц коллоидного золота, захваченного на станках каналов. В зоне измерения, где отсутствует депонирование серебра (отрицательный контроль, например, или область анализа, где образец не содержит ни один из белков-мишеней, таких как PSA), не будет наблюдаться увеличение (или минимально) оптической плотности. В зоне измерения со значительным количеством депонированного серебра уровень градиента и предельный уровень образца увеличение оптической плотности будет значительным. Анализатор проверяет шаблон оптической плотности во время амплификации в зоне анализа для определения концентрации исследуемого вещества. В одной версии теста шаблон проверяется в течение первых 3 мин амплификации. Значения оптической плотности в каждой из зон измерения как функция времени была зарегистрирована и отображена в виде кривых 640, 644, 642 и 646 на фиг. 23. Данные кривые соответствуют сигналам, которые были возбуждены в зонах 510-А, 510-В, 510-С и 510-D измерения соответственно.
После 3 мин амплификации анализатор прекращает тест. Не осуществляется регистрация результатов оптических измерений, и змеевик отсоединяется от устройства. Результат теста отображается на экране анализатора и выводится на принтер, компьютер или иное устройство по выбору пользователя. Пользователь может удалить устройство из анализатора и его выбросить. Образец и все реагенты, используемые при выполнении анализа, остаются в устройстве. Анализатор готов к выполнению другого теста.
Необходимо отметить, что возможность управления скоростью потока текучих сред в канале 516 в зоне 510 измерения имела большое значение при прохождении текучих сред через систему. Благодаря наличию относительно небольшого размера поперечного сечения зон измерения, что являлось ограничивающим элементом, осуществлялось управление скоростью течения потока по всей системе. При нахождении в зоне измерения жидкостных сред линейные скорости потока текучих сред в канале 516 составляли около 0.5 мм-с-1. Текучие среды текли из ветвей каналов 518 и 520 в основной канал 516 и могли не смешиваться с воспроизводимой скоростью, так как одна текучая среда могла течь быстрее, чем другая, что приводило к смешиванию неравных количеств текучих сред 528 и 530. С другой стороны, при нахождении в зоне измерения воздуха линейные скорости потока текучих сред в канале 516 ветвях каналов 518 и 520 были равны около 15 мм-с-1. На данной высокой скорости потока скорости потока в ветвях каналов 518 и 520 были равны и были репродуктируемыми (при закрытом положении продувочного клапана 536), осуществляя репродуктируемое смешение. По данной причине клапан, присоединенный к порту 536, не был закрыт до тех пор, пока текучая среда 542 не прошла через зону измерения в зону локализации отходов. Как ранее отмечалось, момент выхода текучей среды 542 из зоны 510 измерения устанавливается оптическим детектором, так как осуществляется измерение величины светопропускания через часть зоны 510 измерения совместно с системой обратной связи.
Микрофлюидная система, показанная на фиг. 22, выполнена таким образом, что объем канала между продувочным клапаном 536 и зоной 510 измерения имел большее значение, чем предполагаемый объем смешанного активированного раствора серебра (т.е. соединенные количества текучих сред 528 и 530, которые перемещались по каналу 516 при закрытом продувочном клапане 536). Это гарантирует то, что, по существу, весь процесс смешивания был завершен при относительно высокой линейной скорости потока (при отсутствии жидкостных сред и при наличии только воздуха в зоне 510 измерения в данный момент времени) и до момента достижения активированного раствора зоны измерения. Подобная конфигурация обеспечивает возможность осуществления равномерного процесса смешивания. Для анализа, описанного в данном примере, было очень важно поддерживать поток активированной смеси серебра в пределах зоны измерения в течение нескольких минут (например, от 2 до 10 мин).
Данный пример демонстрирует выполнение анализа образца в микрофлюидной системе кассеты с использованием анализатора, который управляет потоком текучей среды в кассете с использованием одного или более сигналов обратной связи, модулируя поток текучей среды.
Несколько вариантов осуществления настоящего изобретения были описаны и проиллюстрированы здесь, специалисты в данной области техники легко могут предложить множество других средств и/или структур для реализации данных функций и/или для получения результатов и/или реализации одного или более преимуществ, описанных здесь, и каждое из таких изменений и/или модификаций находится в пределах объема настоящего изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Анализатор микрофлюидного образца, содержащий
корпус;
кассету, выполненную с возможностью вставляться в корпус анализатора, при этом кассета содержит порт, по меньшей мере один канал, который может содержать образец текучей среды, и по меньшей мере один микрофлюидный канал, имеющий размер поперечного сечения менее чем 1 мм;
отверстие в корпусе, выполненное с возможностью принимать кассету, причем корпус включает в себя компонент, выполненный с возможностью соединяться с сопрягающим компонентом на кассете для распознавания наличия кассеты в корпусе;
систему управления давлением, находящуюся в корпусе, система управления давлением выполнена с возможностью создавать давление по меньшей мере в одном канале в кассете для перемещения образца по меньшей мере через один канал;
оптическую систему, расположенную в корпусе, оптическая система включает в себя множество источников света и множество детекторов, отстоящих от множества источников света, в которой источники света выполнены с возможностью испускать свет, проходящий через кассету, когда кассета вставлена в анализатор образца, и в которой детекторы расположены напротив источников света для определения количества света, проходящего через кассету,
при этом множество источников света оптической системы включает в себя, по меньшей мере, первый источник света и второй источник света, расположенный рядом с первым источником света, причем первый источник света выполнен с возможностью испускать свет, проходящий через первую зону измерения кассеты, и второй источник света выполнен с возможностью испускать свет, проходящий через вторую зону измерения кассеты, находящуюся рядом с первой зоной измерения;
продувочный клапан с соленоидом, в котором соленоид выполнен с возможностью осуществления прижатия уплотнения вокруг порта кассеты;
устройство считывания кодов, содержащих информацию, ассоциированную с кассетой, с кассеты;
интерфейс пользователя для ввода информации пользователем в анализатор и
систему управления, взаимодействующую с системой управления давлением, оптической системой, устройством считывания кодов и интерфейсом пользователя для выполнения анализа образца в кассете.
2. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, отличающийся тем, что устройство считывания кодов находится в корпусе.
3. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, отличающийся тем, что содержит систему регулирования температуры, расположенную в корпусе, которая включает в себя нагревательный элемент, выполненный с возможностью нагревать кассету.
4. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, отличающийся тем, что интерфейс пользователя расположен в корпусе.
5. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором детекторы выполнены с возможностью распознавать величину светопропускания через зоны измерения кассеты.
6. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором источники света выполнены с возможностью не активировать второй источник света, пока не выключен первый источник света.
7. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором первый источник света испускает свет на первой длине волны и второй источник света испускает свет на второй длине волны, в котором первая длина волны такая же, как и вторая длина волны.
8. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором первый источник света испускает свет на первой длине волны и второй источник света испускает свет на второй длине волны, в котором первая длина волны отличается от второй длины волны.
9. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором компонент на корпусе, выполненный с возможностью сопрягаться с кассетой, представляет собой подпружиненную защелку.
10. Анализатор микрофлюидного образца по п.2, в котором устройство считывания кодов является радиочастотным устройством считывания информации, выполненным с возможностью считывать информацию с радиочастотной метки, ассоциированной с кассетой.
11. Анализатор микрофлюидного образца по п.2, в котором устройство считывания кодов является считывателем штрих-кода, выполненным с возможностью считывать информацию, содержащуюся в штрих-коде, ассоциированного с кассетой.
12. Анализатор микрофлюидного образца по п.4, в котором интерфейс пользователя включает в себя сенсорный экран.
10.
13. Анализатор микрофлюидного образца по п.4, в котором интерфейс пользователя включает в себя жидкокристаллический экран.
14. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, дополнительно содержащий систему связи, которая выполнена с возможностью взаимодействовать с системой управления для вывода информации об образце на вторичное устройство.
15. Анализатор микрофлюидного образца по п.3, в котором система регулирования температуры дополнительно включает в себя термопару, выполненную с возможностью контролировать температуру в корпусе, и схему контроллера, выполненную с возможностью управлять температурой в корпусе.
16. Анализатор микрофлюидного образца по п.3, в котором нагревательный элемент является рези-стивным нагревателем.
17. Анализатор микрофлюидного образца по п.3, в котором система регулирования температуры дополнительно включает в себя охлаждающий элемент, выполненный с возможностью охлаждать кассету.
18. Анализатор микрофлюидного образца по п.17, в котором охлаждающий элемент является вентилятором.
19. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором система управления давлением включает в себя источник вакуума, змеевик, соединяющий источник вакуума по меньшей мере с одним каналом в анализаторе образца.
20. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором система управления давлением содержит диафрагменный насос.
21. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором первый источник света является свето-диодом.
22. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором первый детектор является фотодиодом.
23. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит кассету, вставленную в корпус анализатора, причем кассета имеет по меньшей мере один канал с образцом, содержащимся в нем.
24. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором величина диаметра по меньшей мере одного канала находится в диапазоне значений между приблизительно 50 и приблизительно 500 мкм.
25. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором по меньшей мере один канал в кассете включает в себя первый канал и второй канал, отделенные друг от друга.
26. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, дополнительно содержащий флюидный коннектор, съемно соединенный с кассетой, причем флюидный коннектор включает в себя канал, выполненный с возможностью флюидно соединять первый и второй каналы кассеты, когда флюидный коннектор съемно соединяется с кассетой.
27. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором кассета включает в себя криволинейную поверхность, сопрягающую с компонентом на корпусе, который выполнен с возможностью сопрягаться с кассетой.
28. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором множество источников света выполнено с возможностью активироваться последовательно, при этом только один источник света активирован в течение одного периода времени.
29. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором множество источников света выполнено с возможностью активироваться в течение по меньшей мере приблизительно 100 мкс.
30. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором устройство считывания кодов расположено на анализаторе.
31. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором оптическая система выполнена с возможностью измерения оптической плотности в первой зоне измерения как функции времени.
32. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором система управления выполнена с возможностью реализовать функцию управления с обратной связью для управления потоком текучей среды в системе и/или осуществления контроля качества кассеты или установления факта нештатного функционирования кассеты.
33. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором система управления выполнена с возможностью подачи сигнала в один или более компонентов для выключения всей системы или частей системы.
34. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором система управления выполнена с возможностью принимать входные сигналы от одного или более компонентов, сравнивать один или более сигналов или шаблоны сигналов с сигналами, запрограммированными в системе управления, и/или посылать сигналы в один или более компонентов для модулирования потока текучей среды, и/или управления функционированием микрофлюидной системы кассеты.
35. Анализатор микрофлюидного образца по п.1, в котором система управления давлением включает источник создания вакуума и в котором продувочный клапан выполнен с возможностью управления потоком воздуха в кассету через порт в кассете во время использования источника создания вакуума.
36. Способ выполнения анализа микрофлюидного образца при помощи устройства по п.1, в кото-
ром
идентифицируют кассету с помощью устройства считывания кодов;
обрабатывают информацию, введенную пользователем в интерфейс пользователя, расположенный в корпусе анализатора образца;
создают давление по меньшей мере в одном канале в кассете с применением системы управления давлением, расположенной в корпусе, для перемещения образца по меньшей мере через один канал;
активируют продувочный клапан с соленоидом для осуществления прижатия соленоидом уплотнения к кассете;
активируют оптическую систему, которая обеспечивает испускание первым источником света, расположенным в корпусе, света, проходящего через первую зону измерения кассеты;
распознают величину светопропускания через первую зону измерения кассеты первым детектором оптической системы, расположенным в корпусе напротив первого источника света; и
выполняют анализ образца в кассете с использованием системы управления, находящейся в корпусе, которая взаимодействует с устройством считывания кодов, интерфейсом пользователя, системой управления давлением, оптической системой и системой регулирования температуры.
37. Способ по п.36, в котором дополнительно нагревают кассету с использованием системы регулирования температуры, расположенной в корпусе анализатора образца.
38. Способ по п.36, в котором используют кассету с двумя каналами, первым и вторым, которые объединяют флюидным коннектором.
39. Способ по п.38, в котором до первого использования кассеты, по меньшей мере, либо первый, либо второй канал содержит хранящийся реагент, причем кассета герметизирована, чтобы хранить реагент, по меньшей мере, в течение одного дня.
40. Способ по п.39, в котором хранящийся реагент является жидкостной средой.
41. Способ по п.38, в котором до первого использования кассеты, по меньшей мере, первый и второй каналы содержат, по меньшей мере, первый и второй реагент текучей среды, который отделен третьей текучей средой, по существу, несмешиваемой с обеими, первой и второй, текучими средами.
42. Способ по п.38, включающий до первого использования кассеты образец текучей среды, содержащийся во флюидном коннекторе.
43. Способ по п.36, в котором идентификационная информация содержит идентификацию по меньшей мере одного из следующего: номер партии, калибровочная информация и срок годности кассеты.
44. Способ по п.36, в котором первая зона измерения кассеты включает в себя меандрирующий канал, включающий в себя множество сегментов, и в котором первая оптическая система расположена рядом более чем с одним сегментом меандрирующего канала.
45. Способ по п.36, в котором распознавание содержит измерение величины одного сигнала, проходящего более чем через один сегмент меандрирующего участка.
46. Способ по п.36, в котором кассета включает в себя множество зон измерения, флюидно соединенных последовательно, каждая зона измерения совмещена с оптической системой и источником света, установленным в корпусе, при этом образец текучей среды направляют через каждую из множества зон измерения и измеряют величину светопропускания через каждую из множества зон измерения.
47. Способ по п.36, включающий в течение практически всего анализа поддерживание, по существу, постоянного перепада давления между входным отверстием первой зоны измерения кассеты и выходным отверстием, расположенным ниже по потоку первой зоны измерения.
48. Способ по п.36, в котором анализатор содержит множество источников света, которое включает в себя, по меньшей мере, первый источник света и второй источник света, расположенный рядом с первым источником света, в котором первый источник света выполнен с возможностью испускать свет, проходящий через первую зону измерения кассеты, и второй источник света выполнен с возможностью испускать свет, проходящий через вторую область кассеты, находящуюся рядом с первой зоной измерения, причем первый источник света активируют, когда второй источник света не активирован, и второй источник света не активируют до тех пор, пока первый источник света не будет выключен.
49. Способ по п.36, в котором последовательно активируют отдельные источники света из множества источников света, при этом одномоментно активирован только один источник света.
50. Способ по п.36, в котором накапливают оптически непрозрачный материал на части поверхности канала в пределах первой зоны измерения кассеты и измерение величины светопропускания через непрозрачный материал.
51. Способ по п.50, в котором непрозрачный материал содержит металл.
52. Способ по п.51, в котором металл содержит серебро.
53. Способ по п.50, в котором непрозрачный материал осаждают химически.
54. Способ по п.50, в котором непрозрачный материал осаждают в процессе течения раствора металла на частицы коллоидного раствора металла, ассоциированного с совокупностью антитело-антиген.
55. Способ по п.54, в котором коллоидный раствор металла содержит антитела, конъюгированные с частицами коллоидного золота.
37.
56. Способ по п.50, в котором непрозрачный материал формируют в процессе течения раствора металла через канал.
57. Способ по п.50, в котором определяют непрозрачность непрозрачного материала.
58. Способ по п.36, в котором поглощают текучую среду в кассете абсорбирующим материалом, расположенным в зоне локализации жидкостной среды, которая флюидно взаимодействует с первой зоной измерения.
59. Способ по п.58, в котором поглощают адсорбирующим материалом только жидкостные среды, а газообразные выпускают через выходное отверстие кассеты.
60. Способ по п.58, в котором образец текучей среды содержит цельную кровь.
61. Способ по п.36, в котором измеряют оптическую плотность в первой зоне измерения как функцию времени.
62. Способ по п.36, в котором осуществляют измерение величины светопропускания в первой зоне измерений для получения информации об образцах в кассете и определения возникновения ненормальных отклонений в образцах, основанных по меньшей мере на части информации об образцах.
63. Способ по п.36, в котором осуществляют обратную связь от первой зоны измерений к системе управления для управления потоком текучей среды в системе и/или осуществления контроля или установления факта нештатного функционирования кассеты.
64. Способ по п.63, в котором система управления выполнена с возможностью принимать входные сигналы от одного или более компонентов, сравнивать один или более сигналов или шаблонов сигналов с сигналами, запрограммированными в системе управления, и/или посылать сигналы в один или более компонентов для модулирования потока текучей среды, и/или управления функционированием микрофлюидной системы кассеты.
65. Способ по п.36, в котором оптическая система включает второй источник света, выполненный с возможностью испускать свет, проходящий через вторую зону измерения кассеты, расположенную рядом с первой зоной измерения, при этом не активируют второй источник света, пока первый источник света не выключен.
66. Способ по п.36, в котором система управления давлением включает источник создания вакуума, при этом управляют потоком воздуха в кассету через порт в кассете во время использования источника создания вакуума посредством продувочного клапана.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
023941
023941
- 1 -
- 1 -
023941
023941
- 1 -
- 1 -
023941
023941
- 1 -
- 1 -
023941
023941
- 1 -
- 1 -
023941
023941
- 4 -
- 3 -
213.
023941
213.
023941
- 21 -
- 21 -
023941
023941
023941
023941
- 23 -
- 23 -
220
023941
023941
- 41 -
- 40 -
023941
023941
- 43 -
- 43 -
500
023941
500
023941
- 47 -
- 47 -