專利名稱：流體裝置及其控制方法
技術領域：
本發明涉及流體裝置及其控制方法。
背景技術：
可使用許多類型的測試裝置來偵測化合物的存在或分析生化反應。舉例
而言，可使用沿長度方向具有一個或多個測試線的橫向流薄膜(Lateral flow membrane)來執行橫向流檢定(Lateral Flow Assays)。具有溶解的試劑的流體 通過電滲透(Electro osmosis)自薄膜的一端行進至測試線。讀取者偵測測試線 處是否發生反應，其指示試劑中存在或并不存在某些粒子。作為另一實例， 可使用具有一組微毛細管的裝置來控制免疫檢定處理中的流體流動。試劑定 位于沿微毛細管的長度的多個位置處，使得當流體歸因于毛細管力在微毛細 管中流動時，流體與試劑相接觸。讀取者監控試劑位于的位點以判定是否已 發生反應。作為又一實例，通過控制流經多個溝道以及腔室的流體流動，可 使用微流體芯片來執行檢定。可與提供用以驅動流體的驅動力的外部電源及 /或泵一起使用微流體芯片。
發明內容
本發明提出一種用于執行檢定的流體裝置，包括諸如真空泵、氣體泵、 "斷開式打開閥(Broken open valves)"以及"自關閉閥(self-close valves)"的 控制組件，其用于控制流體裝置中的流體流動。
在本發明所提出的用于執行檢定的流體裝置，可使用真空泵來沿特定方 向牽引溝道中的流體，且可使用氣體泵來沿特定方向推動溝道中的流體。
在本發明所提出的用于執行檢定的流體裝置，可使用斷開式打開閥來連 接由用戶控制的兩個獨立區域，且可使用自關閉閥來在流體經過后自動密封 溝道。
在本發明所提出的用于執行檢定的流體裝置，真空泵、氣體泵、斷開式 打開閥以及自關閉閥可制造成體積甚小的元件，使得流體裝置可制造為體積
甚小且可攜帶的裝置。
本發明提供一種控制流體的方法，用以控制流體在溝道中流動。此方法 包括斷開第一容器以在溝道中產生壓力差，使得流體在所述溝道中移動，而 第一容器由脆性材料制成。此第一容器(a)界定第一容器內的空間，空間 具有不同于第一容器外部的氣體壓力的氣體壓力，或(b)包括第一材料，
此第一材料在第一容器斷開前與第二材料相分離，而第一材料以及第二材料 經選擇以使得在第 一材料與第二材料相互作用后立即產生氣體。
本發明提供一種流體裝置，包含溝道以及第一容器。在第一容器中，當 第一容器斷開時，第一容器在溝道中產生壓力差。而第一容器由脆性材料制
成。而此第一容器(a)界定第一容器內的空間，此空間具有不同于第一容 器外部的氣體壓力的氣體壓力，或(b)包括第一材料，此第一材料在第一 容器斷開前與第二材料相分離，此第一材料以及第二材料經選擇以使得第一 材料與第二材料相互作用后立即產生氣體。
本發明提供一種流體裝置，包含界定第 一區域的第一材料以及界定第二 區域的第二材料，此第二區域與第一區域相分離。而還包括連接器耦接于第 一區域與第二區域之間，此連接器包含脆性材料且具有開放端以及閉合端。 此開放端安置于第二區域中，而閉合端安置于第一區域中。第一區域通過連 接器的閉合端與第二區域隔斷。連接器經設定以使得當所述連接器的閉合端 斷開時，連接器界定自第一區域至第二區域的通路。
本發明提供一種流體裝置，包含膨脹部分的溝道，此膨脹部分具有大于 溝道的相鄰部分的直徑，而還包括安置于膨脹部分中的材料。此材料具有在 吸附流體前并不阻斷流體的通路的體積。其中此材料吸附流體的部分后體積 立即膨脹以使得膨脹后材料阻斷額外流體經過溝道的通路。而此材料包含超 級吸附劑聚合物。
本發明提供一種流體裝置，包含含有第一流體的第一儲集器、含有第二 流體的第二儲集器、主溝道、第一分支溝道、第二分支溝道、第一單次使用 泵以及第二單次使用泵。此第一分支溝道耦接到第一儲集器至主溝道。而第 二分支溝道耦接到第二儲集器至主溝道。此第一單次使用泵則當第一單次使 用泵中的容器斷開時，此第一單次使用泵產生壓力差以移動第一流體以及第 二流體中之一者或兩者。而當第二單次使用泵中的容器斷開時，第二單次使 用泵產生壓力差以移動第 一流體以及第二流體中之一者或兩者。
本發明提供一種控制流體的方法，包括提供多個吸管以使得能夠取樣預 定量的流體。而每一吸管包括溝道，以及容器，此容器斷開時在溝道中產生 壓力差，而此容器由脆性材料制成。此容器界定容器內的空間，此空間具有 小于容器外部的氣體壓力的氣體壓力，其中斷開容器會在溝道中產生預定量 的壓力差，以使得預定量的流體被吸取至溝道中。
本發明提供一種控制流體的方法，包含使得流體能夠自第一區域流動至 第二區域，其中，此第一區域通過具有開放端以及閉合端的連接器耦接至第 二區域，而此開放端安置于第二區域中，而此閉合端安置于第一區域中。此 第 一 區域通過連接器的閉合端與第二區域隔斷，其中使得流體能夠流動包含 斷開連接器的閉合端，以形成經過連接器自第一區域至第二區域的通路。通 過使用吸附流體后體積膨脹的材料，來吸附流經連接器的流體的部分，以及 使用經膨脹的材料來阻斷額外流體進一步流經連接器。
本發明提供一種控制流體的方法，包含使流體在溝道中流動，而此溝道 包括吸附流體的部分后體積立即膨脹的材料，使流體在溝道中流動包括使流 體的第一部分流經材料且使用所述材料來吸附流體的第二部分，從而使得材 料體積膨脹。而通過使用經膨脹的材料來阻斷額外流體經過溝道的通路。
本發明提供一種控制流體的方法，包含使流體經過溝道，此溝道包括第 一自關閉閥以及第二自關閉閥。此第 一 自關閉閥與第二自關閉閥彼此間隔 開，每一自關閉閥包含吸附流體的部分后體積立即膨脹的流體吸附材料。通 過使用第 一 自關閉閥以及第二自關閉閥中的流體吸附材料來吸附流體的部 分。膨脹流體吸附材料的體積以阻斷額外流體進一步經過溝道的通路，于溝 道的第一 自關閉閥與第二自關閉閥之間的部分中保持預定量的流體。
本發明提供一種控制流體的方法，包含阻斷由脆性材料制成的第 一容器 以在溝道中產生壓力差，使得第一流體自第一儲集器移動至溝道的第一區 段。此第一容器(a)界定第一容器內的空間，此空間具有不同于第一容器 外部的氣體壓力的氣體壓力，或(b)包括第一材料，此第一材料在第一容 器斷開前與第二材料相分離，此第一材料以及此第二材料經選擇以使得第一 材料與第二材料相互作用后立即產生氣體。阻斷由脆性材料制成的第二容 器，以在溝道中產生壓力差，使得第一流體的至少部分移動而經過溝道的第 二區段。
本發明提供一種控制流體的方法，包含同時操作第一單次使用泵以及第
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二單次使用泵，以吸取樣本流體的第一部分至第一溝道及吸取樣本流體的第 二部分至第二溝道。阻斷第一單次使用泵中的第一容器，以產生壓力差，使 得樣本流體的第一部分自儲集器移動至第一溝道，且阻斷第二單次使用泵中 的第二容器以產生壓力差，使得樣本流體的第二部分自儲集器移動至第二溝 道。同時操作第三單次使用泵以及第四單次使用泵以吸取第一緩沖溶液至第 一溝道及吸取第二緩沖溶液至第二溝道。
圖1A以及圖1B為真空泵的示意圖。 圖2A以及圖2B為氣體泵的示意圖。 圖3A以及圖3B為氣體泵的示意圖。 圖4A為氣體泵的示意圖。 圖4B為材料表。
圖5A以及圖5B為斷開式打開閥的示意圖。
圖6A、圖6B、圖7A、圖7B以及圖8A至圖8C為自關閉閥的示意圖。
圖9A至圖9C為開關開閥的示意圖。
圖IOA至圖IOC為關開關閥的示意圖。
圖IIA至圖11D為開關開關閥的示意圖。
圖12為計量吸管的示意圖。
圖13為計量吸管的示意圖。
圖14A至圖14C為計量吸管的示意圖。
圖15A以及圖15B為計量裝置的示意圖。
圖16A以及圖16B為計量裝置的示意圖。
圖17A至圖17C為用于兩步驟檢定的裝置的示意圖。
圖18A至圖18C為用于兩步驟檢定的裝置的示意圖。
圖19A至圖19C為用于三步驟檢定的裝置的示意圖。
圖20為用于多重分析物檢定的模塊的示意圖。
圖21A以及圖21B展示正用于自患者取樣血液的計量吸管。
圖22A以及圖22B為用于執行快速反應比色檢定的裝置的示意圖。
圖23A以及圖23B為用于取樣經過濾的流體的裝置的示意圖。
圖24A至圖24C為用于執行緩慢比色檢定的裝置的示意圖。
圖25A至圖25C為真空泵的示意圖。
圖26A以及圖26B為真空泵的示意圖。
圖27A至圖27C為自關閉閥的示意圖。
圖28A以及圖28B為斷開式打開閥的示意圖。
圖28C展示具有方形內周邊以及外周邊的玻璃毛細管的橫截面。
圖29A與29B說明本發明具體實施例的通過使用自關閉閥(SLV)與斷開
式打開閥(BOV)的組合來制造用于對血液樣本進行抗體(Antibody)纟企定的裝置。
圖30A、30B與30C說明圖29A的對血液樣本進行抗體檢定裝置操作示
圖31說明本發明另一具體實施例的通過使用自關閉閥(SLV)與斷開式打 (BOV)的組合來制造用于對血液樣本進行抗體檢定的裝置。
圖32A、 32B為具有延滯層的自關閉閥示意圖。 圖33A與33B所示，分別顯示局部涂布或全面的涂布
圖35A、 35B、 35C與35D繪示本發明所提出具有時間延滯閥的抗體檢 定方法。
圖36A與36B繪示本發明所提出具有時間延滯閥的血液離心裝置實施例。
附圖標記i兌明
90:真空泵92:氣體泵
94:氣體泵96:氣體泵
100谷喬102材料
104區域106溝道
108方向110谷喬
112區域114方向
120玻璃毛細管124溝道
126第 一材料128第二材料
130化合物132玻璃毛細管
140斷開式打開閥142玻璃毛細管
圖34A與34B《會示
144:開放端146:閉合端
148:第一溝道150:第二溝道
152:第二溝道160:自關閉閥
162:超級吸附劑聚合物(SAP)164:溝道
166:第一區域168:第二區域
170:自關閉閥172:擴大部分
180:導線182:凹座區i戈
190:開關開閥210:開關開關閥
212:超級吸附劑聚合物(SAP)214:超級吸附劑聚合物(SAP)
220:計量吸管222:計量吸管
224:吸管管體226:球體
228:管體230:吸管
232:氣體泵234:吸管球體
240:計量吸管242:球體
244:中間部分246:吸管管體
248:吸管管體260:計量裝置
262:玻璃毛細管264:區段
266a:分支266b:分支
268a:自關閉閥268b:自關閉閥
270a:斷開式打開閥270b:斷開式打開閥
274:流體280:計量裝置
282:樣本池284a:毛細管
284b:毛細管284c:毛細管
286a:自關閉閥286b:自關閉閥
286c:自關閉閥288a:真空閥
288b:真空閥288c:真空閥
290:裝置292a:第一真空泵
292b:第二真空泵292c:第三真空泵
294:斷開式打開閥296:自關閉閥
298:緩沖液300:樣本池
302:溝道304:溝道306:結合及/或感測區308:溝道
310:裝置314:氣體泵
320:裝置322:溝道
324:第二緩沖液326:斷開式打開閥
330:模塊332a腔室
332b:腔室332c腔室
334a:真空泵336a第二真空泵
338a第三真空泵340a:第四真空泵
342a溝道344a:自關閉閥
346a自關閉閥348a:斷開式打開閥
350a:第一緩沖液352a:自關閉閥
354a:斷開式打開閥356a:第二緩沖液
358a:自關閉閥360a:斷開式打開岡
362a:第三緩沖液370:血液
380:裝置382:樣本池
384:溝道386:測試區
390:裝置392:過濾薄膜
400:裝置402:樣本池
404:氣體泵406:樣本流體
408:密封帶410:氣體泵
412:氣體泵416:真空玻璃毛細管
418:管420:橡皮管
424:閉合端426:開放端
428:閉合端430:真空泵
432:真空泵434:平面基板
436:彈性層438:流體溝道
440:閉合端442:開放端
444:流體溝道450:導線
460:塑月交溝道462:塑膠溝道
464:反應劑466:UV光源
468:偵測器
500: 501; 503: 505: 507: 509: 513: 552: 556: 600: 612: 614: 616: 620: 630: 640: 622: 625: 660: 664: 668: 661: 663: 665:
用于對血液樣本進行抗體檢定的裝置 血液樣本池(Blood sample well) 沖洗緩沖液池(Washing buffer well)
計量區)或與標志^元體(Metering zone and labeled antibody)區J或 診斷法區i或(Diganostic Zone)(抗體陣列Antibody array)
斷開式打開間 511 自關閉閥(SLV) 550 溝道 554 超級吸附劑聚合物 558 抗體檢定裝置 610 步階區域
^t體P車歹'J區；或(Antibody Array Area)
斷開式打開閥(Broken Open Valve)
標記抗體沖曹(Labeled Antibody Well)
樣品槽(Sample Well)
沖洗液槽(Washing Buffer Well)
第一時間延滯閥
木亍記抗體
配置時間延滯閥的全血分離裝置 時間延滯閥
離心力方向(Centrifiigal Direction) 全血樣品(Whole Blood Sample) 血球區(Blood Cell Area) 血漿區(Blood Plasma Area)
廢棄物池(Waste well) 自關閉閥 擴大部分 延滯層
檢體流通溝道
632 635 662 666
第二時間延滯閥 血液樣本
全血分離道管 轉軸
具體實施例方式
一種用于執行檢定的流體裝置可包括諸如真空泵、氣體泵、"斷開式打 開閥(Broken open valves)"以及"自關閉閥(self-close valves)"的控制組件， 其用于控制流體裝置中的流體流動。可使用真空泵來沿特定方向牽引溝道中 的流體，且可使用氣體泵來沿特定方向推動溝道中的流體。可使用斷開式打 開閥來連接由用戶控制的兩個獨立區域，且可使用自關閉閥來在流體經過后
自動密封溝道。真空泵、氣體泵、斷開式打開閥以及自關閉閥可制造為小的， 使得流體裝置可制造為小的且為可攜帶的。
在以下描述中，可首先引入個別控制組件，且隨后為控制組件如何經組 合以建構用于控制流體裝置中的流體的模塊化單元的描述。隨后將描述如何 使用流體裝置來執行生物性檢定。
參看圖1A，可通過將容器100置放于由材料102界定的溝道106(或腔 室)中來建構真空泵90。容器IOO封閉區域104，區域104為真空或具有與 溝道106中的氣體壓力相比較低的氣體壓力。
參看圖1B,容器100可為(例如)玻璃毛細管，其在施加外力后立即 斷開。當容器100斷開時，溝道106中的氣體流入真空區域104中，從而降 低區域106中的壓力。以此方式產生可沿方向108牽引流體以使其朝向區域 106的吸引力。
圖25A至圖25C展示使用置放于橡皮管中的玻璃毛細管的真空泵的實 例。圖25A展示氣體泵410的橫截面，氣體泵410具有置放于橡皮管418 中的真空玻璃毛細管416，其中管418具有閉合端424以及開放端426。圖 25B展示氣體泵412的橫截面，氣體泵412類似于氣體泵410，除了具有一 帶有兩個開放端的橡皮管420之外。圖25C展示連接至兩個橡皮管428的氣 體泵412，其中橡皮管420具有較大于橡皮管428的內徑(以容納玻璃毛細 管416)。
圖26A以及圖26B展示使用置放于平面流體溝道中的玻璃毛細管的真 空泵的實例。圖26A展示真空泵430的橫截面，真空泵430具有置放于由平 面基板434界定的流體溝道438中的真空玻璃毛細管416。流體溝道438具 有閉合端440以及開放端442。平面基板434由剛性材料制成。彈性層436 嵌入于基板434中鄰近毛細管416的位置處，使得允許用戶經由彈性層施加 外力以斷開毛細管416。
圖26B展示真空泵432的橫截面，真空泵432類似于真空泵430,除了 流體溝道438連接至具有較小橫截面的兩個流體溝道444之外。
可通過加熱玻璃毛細管的 一端以熔融玻璃而形成第 一閉合端來制成真 空玻璃毛細管。使用真空泵來經由開放端抽汲出玻璃毛細管中的空氣。在距 第一閉合端一距離處加熱玻璃毛細管。熱量軟化玻璃，可捏縮或扭轉經軟化 的玻璃以形成第二閉合端。
參看圖2A，可通過將容器110置放于由材料102界定的溝道106(或腔 室)中來建構氣體泵92。容器IIO封閉區域112，區域112具有與容器110 外部的溝道106中的氣體壓力相比較高的氣體壓力。
參看圖2B，容器110可為(例如)玻璃毛細管，其在施加外力后立即 斷開。當容器110斷開時，原先在容器110內部的氣體流出容器110，從而 增大了區域106中的壓力。以此方式產生可沿方向114推動流體以使其遠離 區域106的力。
在此描述中，將使用術語"真空泵"來泛指一種產生牽引力的裝置，其 可用以朝向裝置牽引流體；且將使用術語"氣體泵"來泛指一種產生推動力 的裝置，其可用以推動流體以使其遠離裝置。
存在用以建構氣體泵的替代方式。舉例而言，參看圖3A，可通過將部 分填充有第一材料126的玻璃毛細管120置放于含有第二材料128的溝道 124 (或腔室)中來制造氣體泵94。選擇第一材料126以及第二材料128, 使得當材料126與材料128彼此混合時兩者將相互作用且產生一種或多種氣 體。舉例而言，第一材料126可為碳酸鈉(Na2C03)及/或碳酸氫鈉(NaHC03)， 且第二材料128可為乙酸(CH2COOH)。
參看圖3B,當施加外力以斷開玻璃毛細管120時，第一材料126與第 二材料128相互作用且產生氣體。在此實例中，氣體為二氧化碳(C02)。發 生的化學反應為
Na2C03 + 2CH2COOH^2NaCOOCH2 + H20 + C02
NaHC03 + CH2COOH~>NaCOOCH2 + H20 + C02
二氧化碳增大溝道124中的壓力，從而產生可用以推動流體遠離斷開的 毛細管120的力。
第一材料126可直接填充至毛細管120中。參看圖27A，第一材料126 亦可附著至導線450，隨后導線450與涂布材料126 —起置放于毛細管120 內部。圖27B展示將玻璃毛細管120置放于橡皮管418內的溝道124中的實 例。溝道124含有第二材料128，當玻璃毛細管120斷開時第二材料128可 與第一材料126相互作用。圖27C展示將玻璃毛細管120置放于平面裝置基 板434內的流體溝道438中的實例。彈性層436嵌入于基板434中鄰近毛細 管120的位置處，使得允許用戶經由彈性層436施加外力以斷開毛細管120。
參看圖4A,可通過以下步驟來制造氣體泵96:將化合物130置放于玻璃毛細管132中、密封毛細管132、加熱毛細管132、冷卻毛細管132且將 毛細管132置》丈于溝道106 (或腔室)中。將化合物130選擇為在加熱后產 生氣體的材料。當加熱及冷卻毛細管132時，由化合物130產生的氣體增大 毛細管132內部的氣體壓力(與毛細管132外部的氣體壓力相比較)。
化合物130的實例包括碳酸氫鈉(NaHC03)以及碳酸鈣(CaC03)。此等化 合物加熱時產生二氧化碳
NaIIC03^NaOH + C02
CaC03~>CaO + C02
亦可使用自固態變化為氣態的升華材料(例如，變為C02的干冰)。圖
4B的材料表中列出加熱時產生氣體的其他材料或如NaN3加熱產生氮氣 (2NaN3》2Na + 3N2)。
參看圖5A，可通過將玻璃毛細管142置放于第一溝道148與第二溝道 150之間來制造斷開式打開閥140。玻璃毛細管142具有定位于第一溝道148 中的開放端144,以及定位于第二溝道150中的閉合端146。當玻璃毛細管 完整無損時，流體無法于第一溝道148與第二溝道150之間流動。此稱為斷 開式打開閥的"關閉"狀態。
參看圖5B,當施加外力以斷開玻璃毛細管142時，連接溝道148與溝 道150的通路152形成了。此稱為斷開式打開閥的"打開"狀態。斷開式打 開閥140可用于允許兩種流體(或一種流體以及一種固體)初始相分離，隨 后在由用戶控制的時刻相互作用。
圖28A以及圖28B展示使用斷開式打開閥來建構低成本裝置的實例， 低成本裝置用于執行其中用紫外(UV)光輻射流體的檢定。玻璃毛細管142 連接兩個塑膠溝道460以及462。初始，反應劑464包含于第一塑膠溝道462 中。玻璃毛細管142斷開后，反應劑464立即流經玻璃毛細管142至第二塑 膠溝道460。如圖28B所示，當反應劑464流經玻璃毛細管142時，UV光 源466輻射反應劑464。偵測器468偵測通過反應劑464的UV光。偵測器 468所偵測到的UV光的光譜可用于判定反應劑464中的化合物。
圖28C展示具有方形內周邊以及外周邊的玻璃毛細管的橫截面。方形內 周邊以及外周邊允許UV光沿垂直于玻璃毛細管的表面的方向通過玻璃毛細 管。與毛細管具有圓形橫截面相比較，毛細管具有方形橫截面的此方式允許 更多UV光達到玻璃毛細管中的流體，其中圓形橫截面可能引起入射UV光
沿遠離流體的方向反射或重定向。
參看圖6A以及圖6B,可通過將超級吸附劑聚合物(Superabsorbent polymer，底下簡稱"SAP") 162置放于溝道164中來制造自關閉閥160。初 始，SAP 162具有較小體積且允許流體在溝道164中的第一區域166與第二 區域168之間流動(圖6A)。此稱為自關閉閥的"打開"狀態。當流體流經 SAP 162時，SAP吸附流體的部分且體積膨^:,從而阻斷溝道164 (圖6B )， 由此阻止流體在第一區域166與第二區域168之間進一步流動。此稱為自關 閉閥的"關閉"狀態。
超級吸附劑聚合物可吸附且保持水或其他水溶液的大體積。在某些實例
親水性且對水具有高親和性的聚(乙烯醇)PVA、聚(氧化乙烯)PEO。在 某些實例中，超級吸附劑聚合物可由部分中和且輕度交聯的聚(丙烯酸)制 成，部分中和且輕度交聯的聚(丙烯酸)具有良好的效能相對成本的比率。 聚合物可制造成具有低固體含量，隨后將聚合物干燥且研磨為白色粒狀固 體。在水中，白色固體膨脹為在某些情況下可包括重量百分比高達99%的水 的橡膠凝膠。
參看圖7A，自關閉閥170可包括溝道164，溝道164具有擴大部分172 以容納超級吸附劑聚合物162,使得超級吸附劑聚合物162在膨脹前并不限 制流體的流動。為了制造自關閉閥170，可將粘附劑涂覆至擴大部分172的 內壁，以粉末形態的SAP 162隨后被推動至溝道164中，使得SAP 162粉末 粘附至擴大部分172處的內壁。
參看圖7B,當流體流經超級吸附劑聚合物162時，超級吸附劑聚合物 162吸附流體的部分且體積膨脹，從而阻斷溝道164，由此阻止流體進一步 流經膨脹的聚合物162。
參看圖8A以及圖8B,超級吸附劑聚合物162可附著至導線180，隨后 置放于溝道164中。溝道164可具有凹座區域182,凹座區域182中涂覆有 粘附劑以將導線180緊固于預界定位置處。
參看圖8C,當流體流經超級吸附劑聚合物162時，聚合物162吸附流 體的部分且體積膨脹，從而阻斷溝道164，由此阻止流體進一步流經膨脹的 聚合物162。
可通過用SAP涂布導線、隨后將經涂布的導線置放于溝道或管中來制
造自關閉閥。可通過用SAP涂布平面基板、隨后將經涂布的基板置放于平 面流體裝置中的平面溝道中來制造用于平面流體裝置的自關閉閥。
參看圖9A至圖9C,可通過使用玻璃毛細管142以及定位于毛細管142 外部且鄰近毛細管142的SAP 162來制造開關開閥190。毛細管142與SAP 162皆定位于具有第一區域166以及第二區域168的溝道164中。使用玻璃 毛細管142以及SAP類似于使用斷開式打開閥與自關閉閥的組合。開關開 閥l卯使得用戶能夠通過允許、隨后阻斷、且隨后允許流體經過特定位置而 控制流體流經溝道中的特定位置的流動。
參看圖9A，初始，SAP 162具有較小體積且并不阻斷溝道，從而允許流 體在第 一 區域166與第二區域168之間流動。
參看圖9B,當流體經過時，流體的部分被SAP 162吸附，從而使得SAP 162體積增大，由此阻斷流體在第一區域166與第二區域168之間的進一步 流動。
參看圖9C，當施加外力以斷開玻璃毛細管142時，產生通i 各152以允 許流體在第一區域166與第二區域168之間流動。
參看圖IOA至圖10C,可通過使用玻璃毛細管142以及定位于毛細管 142內部的SAP 162來制造關開關閥200。毛細管142具有開放端144以及 閉合端146。開放端144定位于第一溝道148中，且閉合端146定位于第二 溝道150中。玻璃毛細管142以及SAP 162執行類似于斷開式打開閥與自關 閉閥的組合的功能。關開關閥200使得用戶能夠通過阻斷、隨后允許、且隨 后阻斷流體經過特定位置而控制流體流經溝道中的特定位置的流動。
參看圖IOA，當玻璃毛細管142完整無損時，第一溝道148與第二溝道 150并不相連才妄。
參看圖IOB，當施加外力以斷開玻璃毛細管142時，形成通路152,從 而允許流體于溝道148與150之間流動。SAP 162初始具有較小體積且并不 阻斷流體于通5各152中的流動。
參看圖IOC，當流體流經通路152時，流體的部分^皮SAP 162吸附，從 而使得SAP體積增大且阻斷通路152,由此阻止流體進一步流經通路152。
參看圖IIA至圖11D,可通過^f吏用4lt璃毛細管142、定位于毛細管142 內部的SAP 212，以及定位于毛細管142外部的SAP 214來制造開關開關閥 (on-off-on-off valve)。玻璃毛細管142 、 SAP 212,以及SAP 214置放于溝道
164中。玻璃毛細管142、 SAP212,以及SAP214執行類似于斷開式打開間 與兩個自關閉閥的組合的功能。開關開關閥210使得用戶能夠通過允許、隨 后阻斷、隨后允許、且隨后阻斷流體經過特定位置而控制流體流經溝道中的 特定位置的流動。
參看圖11A,初始，SAP214具有較小體積且允許流體于溝道164的第 —區域166與第二區域168之間流動。
參看圖IIB，當流體經過時，流體的部分被SAP214吸附，從而使得SAP 214體積增大，由此阻斷流體在第一區域166與第二區域168之間的進一步流動。
參看圖11C,當施加外力以斷開玻璃毛細管142時，形成通^各152以允 許流體在第一區域166與第二區域168之間流動。
參看圖11D,當流體流經SAP212時，流體的部分被SAP212吸附，從 而使得SAP 212體積增大且阻斷通路152,由此阻止流體進一步流經通路 152。
參看圖12,可通過使用耦接至吸管管體224的真空泵222來建構用于吸 取預定量的流體的計量吸管(MeteringPipette)220。真空泵222包括置放于吸 管球體226中的真空玻璃毛細管100。為了使用計量吸管220,斷開玻璃毛 細管100以產生將流體吸取至吸管管體224中的吸引力。
當制造一批計量吸管220時，球體226以及玻璃毛細管100的尺寸可制 成相同的。球體226以及玻璃毛細管100經設計以當用戶按壓球體226以斷 開玻璃毛細管100時，引起玻璃毛細管100斷開所需要的施予球體226的變 形量對于所有計量吸管220而言為大體相同的。以此方式，用戶可使用計量 吸管220來在無需監控莖狀物224中的流體含量的情況下快速吸取預定量的 流體。
舉例而言，參看圖21A以及圖21B，可使用計量吸管220來快速自患者 取樣預定量的血液370。
參看圖13，計量吸管230的另一實例包括真空泵222以及氣體泵232。 真空泵222類似于圖12所示的真空泵。氣體泵232包括玻璃毛細管120,玻 璃毛細管120填充有Na2C03且置放于含有CH2COOH的吸管球體234中。 當玻璃毛細管120斷開時，Na2C03與CH2COOH相互作用以產生C02,從 而增大球體234中的氣體壓力。真空泵222允許用戶快速吸取預定量的流體
至吸管230中。氣體泵232允許用戶將流體施配至吸管230之外。
使用氣體泵232的優勢在于當Na2C03與CH2COOH之間的反應產生 C02氣體時，可在受控的一段時間期間施配管體228中的流體。以此方式， 用戶無需小心監控施配流體時流體的流出。
參看圖14A，計量吸管240的另一實例包括球體242、中間部分244以 及吸管管體246。中間部分244由可變形材料建構。開關開閥248定位于中 間部分244中。開關開閥248包括玻璃毛細管142以及定位于毛細管142外 部的SAP 162，此類似于圖9A至圖9C所示的裝置。
參看圖14A，為了使用吸管240，用戶擠壓且釋放球體242以吸取流體 至管體246以及中間部分244中。
參看圖14B，當流體達到中間部分244且開始與SAP248相接觸時，流 體的部分被SAP 248吸附，從而使得SAP 248體積膨脹且阻斷SAP 248的另 一側的流體通路。以此方式，預定量的流體^皮吸取至吸管240中。
參看圖14C，為了自吸管240施配流體，用戶"t安壓中間部分244 (由可 變形材料制成)以斷開玻璃毛細管142，從而形成經過斷開的毛細管142的 通路。用戶隨后擠壓球體242以迫使流體流出吸管240。
當制造一批吸管240時，管體246以及中間部分244的尺寸為相同的， 且中間部分244內的開關開閥248的位置為相同的，使得用戶可使用吸管2恥 來在無需精密監控吸管240中的液體含量的情況下快速吸取大體相同量的流 體。
參看圖15A，用于收集預定量的流體的計量裝置260包括玻璃毛細管 262，玻璃毛細管262具有兩個分支266a以及266b、兩個自關閉閥268a以 及268b，以及兩個斷開式打開閥270a以及270b。自關閉閥268a以及268b 中的每一者具有吸附流體后立即膨脹的SAP。初始，自關閉閥268a以及268b 處于打開狀態，且斷開式打開閥270a以及270b處于關閉狀態。自關閉閥268a 以及268b可類似于圖6A至圖8C所示的自關閉閥。斷開式打開閥270a以 及270b可類似于圖5A以及圖5B所示的斷開式打開閥。
在操作中，歸因于毛細管力，流體274被吸取至毛細管262中，且流經 自關閉閥268a以及268b。參看圖15B，當流體274流經自關閉閥268a以及 268b時，流體274的部分被自關閉闊268a以及268b中的SAP吸附，從而 使自關閉閥268a以及268b變化為關閉狀態，由此阻斷流體274的進一 步流
動。以此方式導致流體274占據毛細管的自關閉閥268a與268b之間的區段 264。
通過將斷開式打開閥270a以及270b自關閉狀態改變為打開狀態且施加 吸引力或推動力來移動流體274,流體274可經過分支266a或266b自區段 264移動至其他位置。
計量裝置260的優勢在于:計量裝置260可在無需用戶小心監控的情況下 快速取樣預定體積的流體。因為毛細管具有小直徑，所以計量裝置260可用 于精確取樣少量流體。
參看圖16A，可自樣本池282獲取三種不同量的流體的計量裝置280包 括三個毛細管284a、 284b以及284c。每一毛細管在一端具有自關閉閥(例 如，286a、 286b或286c)且另一端具有真空閥(例如，288a、 288b或288c )。 每一真空泵具有真空玻璃毛細管。初始，自關閉閥處于打開狀態。
參看圖16B,當用戶斷開真空泵288a中的真空玻璃毛細管時，產生吸 31力來吸取預定量的液體至毛細管284a中。當流體經過自關閉閥286a時， 自關閉閥286a中的SAP膨脹，從而使自關閉閥286a進入關閉狀態，由此阻 止流體進一步移動而經過自關閉閥286a。類似，通過阻斷真空泵288b以及 288c中的真空毛細管，預定量的流體可被吸取至毛細管284b以及284c中。 被吸取至毛細管2S4a至284c中的流體量由真空泵288a至288c中的毛細管 的體積來判定，被吸取至毛細管284a至284c中的流體量可為相同或不同的。
參看圖17A,可通過使用真空泵、斷開式打開閥、自關閉閥的組合來制 造用于兩步驟檢定的裝置290，兩步驟檢定要求在快速結合試劑后用緩沖液 進行清洗。溝道302的一端經過自關閉閥296耦接至樣本池300，且溝道302 的另一端耦接至第一真空泵292a。溝道302連接至溝道308，溝道308經過 斷開式打開閥294耦4妄至緩沖液298。溝道302亦連接至溝道304,溝道304 耦接至第二真空泵292b以及第三真空泵292c。溝道304包括結合及/或感測 區306，結合及/或感測區306包括用于結合或感測樣本300中化合物的試劑。
以一方式操作裝置290以4吏得朝向結合以及感測區306吸耳又樣本300以 使反應發生，隨后朝向結合以及感測區306吸取緩沖液298以清洗結合以及 感測區。
參看圖17B,啟動真空泵292a以產生朝向真空泵292a吸取樣本300且將 樣本300吸取至真空泵292a與自關閉閥296之間的溝道302的部分的吸引
力。當樣本300流經自關閉閥296時，樣本的部分被自關閉閥296中的SAP 吸附，從而使自關閉閥296進入關閉狀態。
參看圖17C,啟動斷開式打開閥294以4吏閥294改變為打開狀態。啟動 真空泵292b以產生朝向真空泵292b吸取樣本300與緩沖液298的吸引力。 真空泵292a以及292b經設計以使得在啟動泵后，樣本300將停止于結合以 及感測區306處。在一段時間后，啟動真空泵292c以移動樣本300至區306 之外，且使緩沖液298流經區306及清洗區306。
以及感測區306之前樣本300中的化合物與區306中的試劑進行反應。若區 306處的反應為快且培養時間為不必要的，則真空泵292b可制得較大且可省 略真空泵292c。當啟動真空泵292b時，樣本迅速流經結合以及感測區306, 隨后由緩沖液298清洗結合以及感測區306。
參看圖18A,可通過使用真空泵、斷開式打開閥、自關閉閥以及氣體泵 的組合來制造用于兩步驟檢定的裝置310,兩步驟檢定要求在緩慢結合試劑 后用緩沖液進行清洗。類似于裝置290的裝置310具有溝道302，溝道302 連接至兩個溝道304以及308。溝道302經過自關閉閥296耦接至樣本300。 溝道308經過斷開式打開閥294耦接至緩沖液298。溝道304包括結合以及 感測區306。溝道304的一端耦接至斷開式打開閥312。氣體泵314耦接至 緩沖液298。
裝置310與裝置2卯之間的差別在于:裝置310并非使用真空泵292b來 朝向結合以及感測區306吸取樣本300以及緩沖液298,而是使用氣體泵314 來朝向區306推動樣本300以及緩沖液298。
參看圖18B，為了執行兩步驟檢定，啟動真空泵292a以吸取樣本300 至溝道中。在樣本流經自關閉閥296后閥296進入關閉狀態。
參看圖18C,啟動斷開式打開閥294以及312以4吏閥改變為打開狀態。啟 動氣體泵314以在一段時間期間產生氣體，從而推動樣本300以及緩沖液298 經過結合以及感測區306。因為氣體泵314在一段時間期間產生氣體(產生 氣體的化合物之間的反應耗費一定量的時間來完成)，樣本300可緩慢經過 結合以及感測區306,從而緩慢發生結合反應。
參看圖19A，可通過添加第二緩沖液324以及溝道322至圖17A所示的 結構來制造用于三步驟檢定的裝置320，三步驟檢定要求在快速結合試劑后
用兩種緩沖液進行清洗。為了執行多步驟檢定，啟動真空泵292a以使樣本 3 00流動至溝道302 。當樣本300流經自關閉閥296時，閥296改變為關閉狀態。
參看圖19B,啟動斷開式打開閥294以-使其改變為打開狀態，且啟動真 空泵292b以使朝向結合以及感測區306吸取樣本300以及第一緩沖液298。
參看圖19C，啟動斷開式打開閥326以^使其改變為打開狀態，且啟動真 空泵292c以使朝向結合以及感測區306吸取樣本300、第一緩沖液298以及 第二緩沖液324。以此方式，可用兩種不同緩沖液清洗區306處的反應。
可通過耦接額外緩沖液或樣本且添加對應數目個真空泵至溝道304的末 端來建構用于要求三步驟以上的步驟的檢定中的裝置。
參看圖20,可建構模塊330來執行多重分析物檢定。模塊包括用于固持 樣本300的樣本池282以及三個腔室332a、 332b以及332c，每一腔室含有 用于結合且感測樣本300中的化合物的分析物。以下描述用以執行與腔室 332a中的第一分析物相關的檢定的組件。
腔室332a經過溝道342a以及自關閉閥344a耦4妻至樣本池282。溝道 342a經過自關閉閥346a以及斷開式打開閥348a耦4妄至第一緩沖液350a。溝 道342a經過自關閉閥352a以及斷開式打開閥354a耦4妻至第二緩沖液356a。 溝道342a經過自關閉閥358a以及斷開式打開閥360a耦接至第三緩沖液 362a。腔室332a亦連接至真空泵334a、 336a、 338a以及340a。
為了執行纟企定，啟動真空泵334a以朝向腔室332a吸取樣本300，以使 得允許樣本300中的化合物與分析物332a進行反應。在一定量的樣本流經 自關閉閥344a之后，閥344a改變為關閉狀態。通過啟動斷開式打開閥348a (將閥改變為打開狀態)以及第二真空泵336a,第一緩沖液350a沖洗過腔 室332a。在一定量的第一緩沖液350a流經自關閉閥346a之后，閥346a改 變為關閉狀態。
通過啟動斷開式打開閥354a (將閥改變為打開狀態)以及第三真空泵 338a,第二緩沖液356a沖洗過腔室332a。在一定量的第二緩沖液356a流經 自關閉閥352a之后，閥352a改變為關閉狀態。
以此類似方式，通過啟動斷開式打開閥360a (將閥改變為打開狀態)以 及第四真空泵340a,第三緩沖液362a沖洗過腔室332a。在一定量的第三緩 沖液362a流經自關閉閥358a之后，閥358a改變為關閉狀態。
可以類似于執行與腔室332a中的第一分析物相關的檢定的方式執行與 腔室332b以及332c中的第二以及第三分析物相關的檢定。可同時執行與腔 室332a、 332b以及332c中的第一、第二以及第三分析物相關的檢定。
以下為執行生物性檢定的真空泵以及氣體泵的應用。
圖22A以及圖22B展示用于執行快速反應比色檢定的裝置380。裝置 380包括溝道384，溝道384的一端耦接至樣本池382且另 一端耦接至真空 泵90。樣本池382可固持諸如血液或尿的流體。溝道384包括測試區386， 測試區386具有偵測到某一化合物后立即改變顏色的測試線。真空泵90啟 動時可快速吸取樣本池382中的流體經過測試區386。通過讀耳又測試線的顏 色，用戶可快速判定流體中存在或并不存在某一化合物。
圖23A以及圖23B展示用于取樣經過濾的流體的裝置390。裝置390包 括溝道384,溝道384的一端耦接至樣本池382且另 一端耦接至真空泵90。 過濾薄膜392置放于樣本池382中。真空泵90啟動時可快速吸取樣本池382 中的流體(例如，血液)經過過濾薄膜392，從而產生被吸取至溝道384中 的經過濾的流體(血漿)。
圖24A至圖24C展示用于緩慢的比色檢定的裝置400。裝置400包括樣 本池402,樣本池402耦接于氣體泵404與溝道384之間。溝道384具有測 試區386,測試區386具有偵測到某一化合物后立即改變顏色的測試線。為 了使用裝置400，將樣本流體406置放于樣本池402中。密封帶408密封樣 本池的開口 。啟動氣體泵404以產生推動樣本流體406經過測試區386的氣 體。因為氣體泵404在一段時間期間產生氣體，所以樣本流體406在一段時 間期間行進經過測試區，從而允許執行緩慢的比色檢定。
本發明的一具體實施例，則請參照圖29A與29B，可通過使用自關閉閥
(Antibody)檢定的裝置500。此裝置500包括血液樣本池(Blood sample wel1)501、沖洗緩沖液池(Washing buffer wel1)503、計量區域與標志抗體 (Metering zone and labeled antibody)區i或505 、 i貪斷；去區i或(Diganostic Zone)(抗體陣列Antibody array)507、斷開式打開閥(BOV)509、廢棄物池(Waste wdl)5U與自關閉閥(SLV)513。此計量區域與標志抗體區域505具有一溝道 連通血液樣本池501與沖洗緩沖液池503,而自關閉閥(SLV)513則是位于此 溝道之間。而診斷法區域507則是具有另一溝道， 一端連接到計量區域與標志抗體區域505的中心位置，而另一端則通過斷開式打開閥(BOV)509連接 到廢棄物池(Waste wel1)511 。
此裝置500對血液樣本進行抗體(Antibody)檢定的方法，請參照圖30A、 30B與30C所示。首先，將血液樣本502載入血液樣本池501內，而后，使 用本發明前述實施例中所提出的自關閉閥(SLV)513,利用毛細管力(Capillary force)將血液吸入此計量區域與標志抗體區域505的溝道內，如圖30A所示 的502a。而后，載入沖洗緩沖液到沖洗緩沖液池503內，而此時沖洗緩沖液 也會流入計量區域與標志抗體區域505的溝道內，如圖30B的504a，而此 時血液會被擠入診斷法區域507內，如圖的502b。
而后，請參考圖30C，將斷開式打開閥(BOV)509斷開后，則將血液進 一步吸入而經過i貪斷法區域507,如圖所示的502c，此時在此"i貪斷法區域50"7 內的抗體陣列(Antibody array)將會與血液內的抗原(Antigent)結合，而沖洗緩 沖液則將沒有作用的血液沖到廢棄物池511。
本發明的又一具體實施例，而參看圖31所示。可通過^f吏用自關閉閥(SLV) 與斷開式打開閥(BOV)的組合來制造用于對血液樣本進行抗體(Antibody)才企 定的裝置。而此裝置包括血液樣本池、沖洗緩沖液池、診斷法區域(內含抗 體陣列)、斷開式打開閥(BOV)、廢棄物池與自關閉閥。而此血液樣本池則包 含具有移除血細胞(Blood cell removal)的薄膜，可利用血液樣本在吸入時即 可過濾掉血細月包。
此診斷法區域具有一溝道連通血液樣本池與沖洗緩沖液池，而另 一端則 通過斷開式打開閥(BOV)連接到廢棄物池。自關閉閥(SLV)則是位于血液樣本 池進入此溝道之前，可控制流入診斷法區域的血液量，并且防止血液倒流至 血液樣本池。
當斷開式打開閥(BOV)斷開后，將血液先經過可移除血細胞的薄膜過濾 后，進一步吸入診斷法區域內，此時在診斷法區域內的抗體陣列(Antibody array)將會與血液內的抗原(Antigent)結合，而沖洗緩沖液則將沒有作用的血 液沖到廢棄物池中。
上述的超級吸附劑聚合物(Superabsorbent polymer, "SAP")可吸附且 保持水或其他水溶液的大體積。在某些實例中，SAP可由經化學改質的淀粉 以及纖維素以及其他聚合物制成，諸如，高親水性且對水具有高親和性的聚 (乙烯醇)PVA、聚(氧化乙烯)PEO。在某些實例中，超級吸附劑聚合物
可由部分中和且輕度交聯的聚(丙烯酸)制成，部分中和且輕度交聯的聚(丙 烯酸)具有良好的效能相對成本的比率。
而在自關閉閥中使用超級吸附劑聚合物，因為聚合物的凝膠時間
(Gelling Time)約數秒，較適用于真空泵搭配應用。在毛細力(Capillary Force) 與離心力(CentrifUgal Force)驅動的應用時，流體流速小于SAP的;疑月交時間， 因此僅有阻止流體流動，無法允許流體在溝道中的流動。因此，本發明所提 出自關閉閥的應用，可通過加入時間延滯層的設計，延緩SAP自關閉閥的
即可達到適用慢流速的應用領域，在此稱為時間延滯閥(Time Lag Valve)。
在此實施例中，利用可溶性材料配置在自關閉閥溝道中，介于超級吸附 劑聚合物SAP與流體之間，在檢測溶液流經此溝道時，SAP吸附且保持水 或其他水溶液的大體積的速度會受到可溶性材料的延滯而膨脹凝膠的速度 趨緩，此即可達到慢流速的要求。
參看圖32A，自關閉閥550可包括溝道552，溝道552具有擴大部分554 以容納超級吸附劑聚合物556,使得超級吸附劑聚合物556在膨脹前并不限 制流體的流動。為了制造自關閉閥550,可將粘附劑涂覆至擴大部分554的 內壁，以粉末形態的SAP556隨后被推動至溝道552中，使得SAP556粉末 粘附至擴大部分554處的內壁。而利用可溶性材料所制成的延滯層558則可 置于溝道552在擴大部分554的流體流通的溝道內。參看圖32B,當流體在 流通時，必須等到延滯層558溶解后，超級吸附劑聚合物556才開始吸附流 體的部分而體積膨脹，從而阻斷溝道552,由此阻止流體進一步流經膨脹的 聚合物556。
此延滯層材料的選擇，以可溶性材料為主，在一實施例中，可以選擇水 溶性材料為主，例如蔗糖塊(sugar cube)或蔗糖片(sugar sheet),厚度介于 0.01 2mm間，墊覆于流道與超級吸附劑聚合物(SAP)材料間。當水溶液體流 經流道時，先與蔗糖接觸進行溶解作用，阻止SAP的吸收水分，當蔗糖一 邊溶解所騰出的空間容許SAP—邊吸水膨脹。當糖溶解完畢后，SAP方能 完全阻絕流道，完成"關閉，，的作動。此延滯時間隨著蔗糖的厚度增加而延 長，此可根據需求而設計。另外，不同延滯層材料的選擇也會具有不同的延 滯時間效果。
在另外實施例中，自關閉閥550的溝道552可以不需要擴大部分554,
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而取而代之的是可以將超級吸附劑聚合物556粉末黏附至溝道552處的內 壁，而此超級吸附劑聚合物556粉末可以將SAP材料固定后，進行熔融糖 漿的浸泡式涂布(dip-coating)、滾筒式涂布(Roll Coating)或旋轉式涂布(Spin Coating)等工藝，將延滯層材料混合在超級吸附劑聚合物556粉末內，例如 圖33A與33B所示，分別顯示局部涂布或全面的涂布。而此時SAP材料吸 附且保持水或其他水溶液的大體積的速度將會有所延滯，此亦達到此目的。
上述的時間延滯閥設計，可運用在多個例子中，例如圖34A與34B所 繪式抗體(Antibody)檢定的裝置。在此抗體檢定裝置600中，包括檢體流通 溝道610以及相連接的標記抗體槽(Labeled Antibody Wel1)620、樣品槽 (Sample Well)630、沖洗液槽(Washing Buffer Well)640。而此檢體流通溝道610 與標記抗體槽620及樣品槽630之間分別具有兩個上述的時間延滯閥622與 632。檢體流通溝道610上包括步階區域612、抗體陣列區域(Antibody Array Area)614與斷開式打開閥(Broken Open Valve)616。
此步階區域612主要是配合時間延滯閥622與632的設計。檢體流通溝 道610的流道管徑如圖34B沿著剖面圖AA，所示的步階設計，由較大流道管 徑611轉而改變為其次的流道管徑613，而后轉為較小流道管徑615。此種 漸縮流道管徑的設計可以有效的增加下游毛細力的大小。以步階(step)設計， 配合時間延滯閥622與632的使用，當液槽流入特定管道區間時，亦可達到 液體定體積的功能。
使用如圖34A的抗體檢定裝置600的抗體檢定方法，在一實施例中，對 例如血液樣本進行抗體檢定，其步驟如圖35A、 35B、 35C與35D所示。此 抗體4企定裝置600包括4企體流通溝道610、標記抗體槽620、樣品槽630、沖 洗液槽640、第一時間延滯閥622與第二時間延滯閥632。而^r體流通溝道 610包括步階區域612、抗體陣列區域614與斷開式打開閥616。此步階區域 612包括不同流道管徑的區域611、 613與615。而上述區域611具有4交大的 流道管徑，而區域613則具有較小的流道管徑，例如小于上述區域611的流 道管徑。
首先，如圖35A所示，將血液樣本635載入樣品槽630內，而后，血液 樣本635會經由第二時間延滯閥632慢速地流到區域613,隨后此第二時間 延滯閥632將關閉而不再讓血液樣本635流入檢體流通溝道610內。而由于 檢體流通溝道610的區域613內流道管徑固定，因此可以得到定體積的血液
樣本635。
而后，如圖35B所示，將標記抗體625載入標記抗體槽620內，而后， 標記抗體625會經由第一時間延滯閥622慢速地流到區域611，隨后此第一 時間延滯閥622將關閉而不再讓標記抗體625流入4企體流通溝道610內。而 由于檢體流通溝道610的區域611內流道管徑固定，因此可以得到定體積的 標記抗體625。
而后，如圖35C所示，將沖洗液645加入沖洗液槽640中，隨后，如圖 351)所示，將斷開式打開閥616打斷后，產生吸附力，將;f企體流通溝道610 內的沖洗液645、位于區域611內的標記抗體625與位于區域613內的血液 樣本635吸附并經過抗體陣列區域614,即可達到抗體4企定的效果。
上述的抗體檢定方法中，檢體流通溝道內的流道管徑漸縮而增加下游毛 細力，并以步階(step)設計，配合時間延滯閥，當液槽流入特定管道區間，達 到液體定體積功能。在依序注入樣品于樣品槽中，標記抗體于標記抗體槽以 及沖洗液于沖洗液槽后，打開斷開式打開閥，液體因毛細力的驅動，依序流 經抗體陣列區，進行結合(binding)、標記與沖洗等程序。
上述的時間延滯閥"i殳計，也可運用在例如圖36A與36B所繪示通過離 心力進行血液細胞分離的裝置中。在圖36A與36B配置時間延滯閥的全血 分離裝置660中，包括全血分離道管662。在全血分離道管662內部側壁上 配置時間延滯閥664。而此全血分離道管662則是根據轉軸666旋轉，在離 心力方向(Centrifugal Direction)668產生離心力(Centrifugal Force)。在全血分 離道管662內則注入全血樣品(Whole Blood Sample)661 ，當高速離心時，全 血樣品661的血球會往離心的區域集中，產生血球區(Blood Cell Area)663與 血漿區(BloodPlasmaArea)665。在高速離心過程中，時間延滯閥664外層水 溶性延滯層會進行溶解，分離后待超吸收樹脂(SAP)吸收部分水后會膨脹， 并可阻止血J求區663與血漿區665之間的擴散混合。
盡管上文已論述某些實例，但其他實施以及應用亦屬于以下權利要求的 范疇。舉例而言，在圖1A以及圖1B的真空泵90中，容器100可含有低壓 力區域而并非含有真空區域。只要容器100內部的氣體壓力較低于容器100 外部的氣體壓力，當容器100斷開時，容器100外部的區域106中的壓力將 下降，從而產生沿一方向朝向容器100吸取流體的吸引力。上文描述的毛細 管可由用其他脆性材料制成的毛細管來替代，諸如脆性塑膠、石英以及陶瓷。
權利要求
1.一種方法，包含控制流體在溝道中的流動，包括斷開第一容器以在所述溝道中產生壓力差，使得所述流體在所述溝道中移動，所述第一容器由脆性材料制成，其中所述第一容器(a)界定所述第一容器內的空間，所述空間具有不同于所述第一容器外部的氣體壓力的氣體壓力，或(b)包括第一材料，所述第一材料在所述第一容器斷開前與第二材料相分離，所述第一材料以及所述第二材料經選擇以使得在所述第一材料與所述第二材料相互作用后立即產生氣體。
2. 如權利要求1所述的方法，其中所述第一容器中的所述空間具有高于 所述第一容器外部的所述氣體壓力的氣體壓力。
3. 如權利要求2所述的方法，其中控制所述流體的所述流動包含在所述 溝道中推動所述流體使其遠離所述被斷開的第 一容器。
4. 如權利要求1所述的方法，其中所述第一容器中的所述空間具有低于 所述第 一容器外部的所述氣體壓力的氣體壓力。
5. 如權利要求4所述的方法，其中控制所述流體的所述流動包含吸引所 述溝道中的所述流體使其朝向所述^^皮斷開的第 一容器。
6. 如權利要求5所述的方法，其中所述流體包含血液，且控制所述血液 的所述流動包含使所述血液經過過濾器以阻斷血液細胞且允許血漿經過所 述過濾器并進入所述溝道。
7. 如權利要求5所述的方法，還包含當所述流體在所述溝道中流動時執 行比色纟全定。
8. 如權利要求5所述的方法，還包含第二容器，所述第二容器(a)界定 所述第二容器內的空間，所述空間具有高于所述第二容器外部的氣體壓力的 氣體壓力，或(b)包括第三材料，所述第三材料在所述第二容器斷開前與 第四材料相分離，所述第三材料以及所述第四材料經選擇以使得所述第三材 料與所述第四材料相互作用后立即產生氣體。
9. 如權利要求S所述的方法，其中控制所述流體的所述流動包含推動所 述溝道中的所述流體使其遠離所述第二容器。
10. 如權利要求5所述的方法，其中控制所述流體的所述流動包含通過使 用吸附所述流體的部分后體積立即膨脹的流體吸附材料來阻止額外流體沿某一方向移動而經過所述溝道。
11. 一種流體裝置，包含 溝道；以及第 一容器，當所述第 一容器斷開時所述第 一容器在所述溝道中產生壓力 差，所述第一容器由脆性材料制成，其中所述第一容器(a)界定所述第一 容器內的空間，所述空間具有不同于所述第一容器外部的氣體壓力的氣體壓 力，或(b)包括第一材料，所述第一材料在所述第一容器斷開前與第二材 料相分離，所述第一材料以及所述第二材料經選擇以使得所述第一材料與所 述第二材料相互作用后立即產生氣體。
12. 如權利要求11所述的流體裝置，還包含第二容器，所述第二容器(a) 界定所述第二容器內的空間，所述空間具有不同于所述第二容器外部的氣體 壓力的氣體壓力，或(b)包括第三材料，所述第三材料在所述第二容器斷 開前與第四材料相分離，所述第三材料以及所述第四材料經選擇以使得所述第三材料與所述第四材料相互作用后立即產生氣體。
13. 如權利要求12所述的流體裝置，其中所述第一容器中的所述空間具 有高于所述第一容器外部的所述壓力的壓力，且所述第二容器中的所述空間 具有低于所述第二容器外部的所述壓力的壓力。
14. 如權利要求12所述的流體裝置，其中所述第一容器中的所述空間具 有低于所述第一閉合容器外部的所述壓力的壓力，且所述第二容器包括第一 材料，所述第一材料在所述第二容器斷開前與第二材料相分離，所述第一材 料以及所述第二材料經選擇以使得所述第一材料與所述第二材料相互作用 后立即產生氣體。
15. 如權利要求14所述的流體裝置，還包含過濾器薄膜以阻斷血液細胞 且允許血漿經過。
16. 如權利要求11所述的流體裝置，其中所述脆性材料包含以下材料中 的至少一種石英、玻璃、陶瓷、塑膠，以及石英、玻璃、陶瓷以及塑膠中 的兩者或兩者以上的復合物。
17. 如權利要求11所述的流體裝置，其中所述溝道是由用可撓性材料制 成的壁界定的。
18. 如權利要求11所述的流體裝置，其中所述第一容器包括加熱時產生 氣體的材料。
19. 如權利要求11所述的流體裝置，其中所述第一容器包括加熱時自固 態升華至氣態的材料。
20. —種流體裝置，包含 界定第一區域的第一材料；界定第二區域的第二材料，所述第二區域與所述第一區域相分離；連接 器，耦接于所述第一區域與所述第二區域之間，所述連接器包含脆性材料且 具有開放端以及閉合端，所述開放端安置于所述第二區域中，所述閉合端安 置于所述第一區域中，所述第一區域通過所述連接器的所述閉合端與所述第 二區域隔斷，所述連接器經組態以使得當所述連接器的所述閉合端斷開時， 所述連接器界定自所述第一區域至所述第二區域的通路。
21. —種流體裝置，包含包含膨脹部分的溝道，所述膨脹部分具有大于所述溝道的相鄰部分的直 徑；以及安置于所述膨脹部分中的材料，所述材料具有在吸附流體前并不阻斷所 述流體的通路的體積，其中所述材料吸附所述流體的部分后體積立即膨脹以 使得膨脹后所述材料阻斷額外流體經過所述溝道的通路。
22. 如權利要求21所述的流體裝置，其中所述材料包含超級吸附劑聚合物。
23. —種流體裝置，包含 含有第 一流體的第 一儲集器； 含有第二流體的第二儲集器；主溝道；第一分支溝道，所述第一分支溝道耦接所述第一儲集器至所述主溝道； 第二分支溝道，所述第二分支溝道耦接所述第二儲集器至所述主溝道； 第一單次使用泵，當所述第一單次使用泵中的容器斷開時所述第一單次使用泵產生壓力差以移動所述第一流體以及所述第二流體中之一者或兩者；以及第二單次使用泵，當所述第二單次使用泵中的容器斷開時所述第二單次 使用泵產生壓力差以移動所述第 一流體以及所述第二流體中之一者或兩者。
24. 如權利要求23所述的流體裝置，其中所述第一容器(a)界定所述第 一容器內的空間，所述空間具有不同于所述第一容器外部的氣體壓力的氣體壓力，或(b)包括第一材料，所述第一材料在所述第一容器斷開前與第二 材料相分離，所述第一材料以及所述第二材料經選擇以使得所述第一材料與 所述第二材料相互作用后立即產生氣體。
25. 如權利要求23所述的流體裝置，還包含自關閉閥，所述自關閉閥包 括初始具有小體積以使得所述第一流體能夠經過所述閥的材料，所述材料在吸附所述第一流體的部分后增大體積以阻止所述流體進一步經過所述閥的通路。
26. 如權利要求23所述的流體裝置，還包含閥，所述閥具有用脆性材料 制成的連接器，其中當所述連接器完整無損時，所述閥阻止所述第一流體進 入所述主溝道，且當所述連接器斷開時，產生通路以允許所述第一流體進入 所述主溝道。
27. 如權利要求23所述的流體裝置，還包含第三儲集器，所述第三儲 集器含有第三流體；以及第三分支溝道，所述第三分支溝道耦接所述第三儲 集器至所述主溝道。
28. 如權利要求23所述的流體裝置，還包含感測區，所述感測區耦接至 所述主溝道，所述感測區包括可判定特定材料是否存在于所述第一流體中的 感測劑。
29. —種方法，包含提供多個吸管以使得能夠取樣預定量的流體，每一吸管包括 溝道，以及容器，所述容器斷開時在所述溝道中產生壓力差，所述容器由脆性材料 制成，所述容器界定所述容器內的空間，所述空間具有小于所述容器外部的 氣體壓力的氣體壓力，其中斷開所述容器會在所述溝道中產生預定量的壓力 差以使得預定量的流體被吸取至所述溝道中。
30. —種方法，包含使得流體能夠自第一區域流動至第二區域，所述第一區域通過具有開放 端以及閉合端的連接器耦接至所述第二區域，所述開放端安置于所述第二區 域中，所述閉合端安置于所述第一區域中，所述第一區域通過所述連接器的 所述閉合端與所述第二區域隔斷，其中使得所述流體能夠流動包含斷開所述 連接器的所述閉合端以形成經過所述連接器自所述第 一區域至所述第二區 i或的通3各； 通過使用吸附所述流體后體積膨脹的材料來吸附流經所述連接器的所述流體的部分；以及使用所述經膨脹的材料來阻斷額外流體進一步流經所述連接器。
31. —種方法，包含使流體在溝道中流動，所述溝道包括吸附所述流體的部分后體積立即膨 脹的材料，使所述流體在所述溝道中流動包括使所述流體的第一部分流經所 述材料且使用所述材料來吸附所述流體的第二部分，從而使得所述材料體積 膨脹；以及通過使用所述經膨脹的材料來阻斷額外流體經過所述溝道的通路。
32. 如權利要求31所述的方法，還包含斷開連接器的閉合端，以通過使 所述流體繞過所述經膨脹的材料流經所述連接器來使得額外流體能夠在所 述溝道中流動，其中在斷開所述閉合端之前，所述連接器具有安置于所述溝 道的第 一部分中的開放端以及安置于所述溝道的第二部分中的閉合端，所述 第一部分以及所述第二部分通過所述經膨脹的材料相分離。
33. 如權利要求32所述的方法，還包含通過使用吸附所述流體后體積膨 脹的材料來吸附流經所述連接器的所述流體的部分，且使用所述經膨脹的材 料來阻斷額外流體進一 步流經所述連接器。
34. 如權利要求31所述的方法，其中所述材料包含超級吸附劑聚合物。
35. —種方法，包含使流體經過溝道，所述溝道包括第一自關閉閥以及第二自關閉閥，所述 第一 自關閉閥與所述第二自關閉閥彼此間隔開，每一 自關閉閥包含吸附所述 流體的部分后體積立即膨脹的流體吸附材料；通過使用所述第一 自關閉閥以及所述第二自關閉閥中的所述流體吸附 材料來吸附所述流體的部分；以及膨脹所述流體吸附材料的所述體積以阻斷額外流體進一步經過所述溝 道的通路，于所述溝道的所述第一 自關閉閥與所述第二自關閉閥之間的部分 中保持預定量的流體。
36. 如權利要求35所述的方法，還包含使用毛細管力來吸取所述流體使 其經過所述溝道。
37. —種方法，包含阻斷由脆性材料制成的第一容器以在溝道中產生壓力差，使得第一流體 自第一儲集器移動至所述溝道的第一區段，所述第一容器(a)界定所述第 一容器內的空間，所述空間具有不同于所述第 一容器外部的氣體壓力的氣體 壓力，或(b)包括第一材料，所述第一材料在所述第一容器斷開前與第二 材料相分離，所述第 一材料以及所述第二材料經選擇以使得所述第 一材料與 所述第二材料相互作用后立即產生氣體；以及阻斷由脆性材料制成的第二容器以在溝道中產生壓力差，使得所述第一 流體的至少部分移動而經過所述溝道的第二區段。
38. 如權利要求37所述的方法，還包含阻斷由脆性材料制成的第一閥以 產生第一通路，所述第一通路連接第二儲集器至所述溝道，所述第二儲集器 含有第二流體。
39. 如權利要求38所述的方法，其中通過阻斷所述第二容器而產生的所 述壓力差使得所述第二流體自所述第二儲集器移動至所述溝道的所述第二區段。
40. 如權利要求38所述的方法，還包含阻斷由脆性材料制成的第二容器 以產生壓力差，使得所述第二流體自所述第二儲集器移動至所述溝道的所述 第二區段。
41. 如權利要求40所述的方法，還包含阻斷由脆性材料制成的第二閥以 產生第二通路，所述第二通路連接第三儲集器至所述溝道，所述第三儲集器 含有第三流體。
42. 如權利要求41所述的方法，還包含阻斷由脆性材料制成的第三容器 以產生壓力差，使得所述第三流體自所述第三儲集器移動至所述溝道的所述 第二區段。
43. 如權利要求37所述的方法，其中所述溝道的所述第二區段包含用以 判定特定判定材料是否存在于所述第一流體中的感測劑。
44. 如權利要求37所述的方法，其中所述第一容器界定所述第一容器內 的空間，所述空間具有低于所述第一容器外部的氣體壓力的氣體壓力。
45. 如權利要求44所述的方法，其中所述第二容器界定所述第二容器內 的空間，所述空間具有低于所述第二容器外部的氣體壓力的氣體壓力。
46. 如權利要求44所述的方法，其中所述第二容器界定所述第二容器內 的空間，所述空間具有氣體壓力，所述氣體壓力(a)高于所述第二容器外 部的氣體壓力的氣體壓力，或(b)包括第一材料，所述第一材料在所述第二容器斷開前與第二材料相分離，所述第一材料以及所述第二材料經選擇以 使得所述第 一材料與所述第二材料相互作用后立即產生氣體。
47. —種方法，包含同時操作第一單次使用泵以及第二單次使用泵以吸取樣本流體的第一 部分至第一溝道及吸取所述樣本流體的第二部分至第二溝道，包括阻斷所述 第 一單次使用泵中的第 一容器以產生壓力差，使得所述樣本流體的所述第一 部分自儲集器移動至所述第一溝道，且阻斷所述第二單次使用泵中的第二容 器以產生壓力差，使得所述樣本流體的所述第二部分自所述儲集器移動至所 述第二溝道；以及同時操作第三單次使用泵以及第四單次使用泵以吸取第一緩沖溶液至 所述第 一溝道及吸取第二緩沖溶液至所述第二溝道。
48. 如權利要求47所述的方法，還包含同時操作第五單次使用泵以及第 六單次使用泵以吸取第三緩沖溶液至所述第一溝道及吸取第四緩沖溶液至 所述第二溝道。
49. 如權利要求47所述的方法，還包含與所述第一單次使用泵同時操作 第五單次使用泵以吸取所述樣本流體的第三部分至第三溝道，且與所述第三 單次使用泵同時操作第六單次使用泵以吸取第三緩沖溶液至所述第三溝道。
50. —種流體裝置，包含包含膨脹部分的溝道，所述膨脹部分具有大于所述溝道的相鄰部分的直徑；安置于所述膨脹部分中的材料；以及延滯材料，置于所述膨脹部分中的材料與所述流體的通路之間， 其中在所述延滯材料溶解后，置于所述膨脹部分中的材料具有在吸附流 體前并不阻斷所述流體的通路的體積，其中所述材料吸附所述流體的部分后 體積立即膨脹以使得膨脹后所述材料阻斷額外流體經過所述溝道的通路。
51 .如權利要求50所述的流體裝置，其中所述材料包含超級吸附劑聚合物。
52. 如權利要求50所述的流體裝置，其中所述延滯材料為水溶性材料。
53. 如權利要求50所述的流體裝置，其中所述延滯材料為蔗糖塊或蔗糖片。
54. —種流體控制方法，包含使所述流體在溝道中流動，所述溝道包括吸附所述流體的部分后體積立 即膨脹的材料與置于所述材料與所述流體通路之間的延滯材料，所述延滯材料溶解后，置于所述膨脹部分中的材料具有在吸附流體前并 不阻斷所述流體的通路的體積，其中所述材料吸附所述流體的部分后體積立 即膨脹以使得膨脹后所述材料阻斷額外流體經過所述溝道的通路。
55. 如權利要求54所述的流體控制方法，其中所述材料包含超級吸附劑 聚合物。
56. 如權利要求54所述的流體控制方法，其中所述延滯材料為水溶性材料。
57. 如權利要求54所述的流體控制方法，其中所述延滯材料為蔗糖塊或蔗糖片。
58. 如權利要求54所述的流體控制方法，其中置于所述材料與所述流體 通路之間的延滯材料是使用浸泡式涂布方式形成。
59. 如權利要求54所述的流體控制方法，其中置于所述材料與所述流體 通路之間的延滯材料是使用滾筒式涂布方式形成。
60. 如權利要求54所述的流體控制方法，其中置于所述材料與所述流體 通路之間的延滯材料是使用旋轉式涂布方式形成。
61. 如權利要求54所述的流體控制方法，其中置于所述材料與所述流體 通路之間的延滯材料局部涂布或全面涂布其中。
62. —種抗體檢定裝置，包括 ^r體流通溝道；標記抗體槽，經第一時間延滯閥連接到所述沖企體流通溝道； 樣品槽，經第二時間延滯閥連接到所述檢體流通溝道；以及 沖洗液槽，連接到所述檢體流通溝道，其中所述檢體流通溝道內包括步 階區域、抗體陣列區域與斷開式打開閥，其中所述步階區域的流道管徑為漸 縮流道管徑的設計，其中所述第一與第二時間延滯閥包括吸水膨脹材料與水 溶性延滯層，而所述時間延滯閥內的水溶性延滯層經由溶解后，所述時間延檢體流通溝道之間的擴散混合。
63. —種抗體檢定方法，適用于抗體檢定裝置，所述抗體檢定裝置包括檢 體流通溝道，其中所述檢體流通溝道內包括流道管徑為漸縮流道管徑設計的 一步階區域，所述方法包括將樣本經由第二時間延滯閥流到所述漸縮流道管徑內的次流道管徑區域，隨后所述第二時間延滯閥關閉；將標記抗體經由第 一時間延滯閥流到所述漸縮流道管徑內的較大流道 管徑區域，其中較大流道管徑區域的流道管徑大于該次流道管徑區域的流道 管徑，隨后所述第一時間延滯閥關閉，其中所述第一與第二時間延滯閥包括 吸水膨脹材料與水溶性延滯層，而所述時間延滯閥內的水溶性延滯層經由溶樣本擴散到所述檢體流通溝道內；將沖洗液連接到所述檢體流通溝道內；以及利用吸附力，將所述沖洗液吸附到所述4企體流通溝道內，并經由所述次 流道管徑區域與較大流道管徑區域，將所述次流道管徑區域內的血液樣本、 以及所述較大流道管徑區域內的標記抗體流經抗體陣列區域，以完成所述抗體檢定。
64. 如權利要求63所述的抗體檢定方法，其中所述水溶性延滯層材料為 水溶性材料。
65. 如權利要求63所述的抗體檢定方法，其中所述水溶性延滯層材料為 蔗糖塊或蔗糖片。
66. —種全血分離裝置，包括；全血分離道管，而在所述全血分離道管內部側壁上配置時間延滯閥，其 中所述時間延滯閥包括吸水膨脹材料與水溶性延滯層；以及轉軸，所述全血分離道管根據所述轉軸旋轉，在離心力方向產生離心力， 將在所述全血分離道管內的全血樣品在經由高速離心后，會產生血球區與血 漿區，而所述時間延滯閥內的水溶性延滯層經由溶解后，所述時間延滯閥內 的吸水膨脹材料會吸水膨脹而阻止所述血球區與所述血漿區之間的擴散混 合。
67. 如權利要求66所述的全血分離裝置，其中所述水溶性延滯層材料為 水溶性材料。
68. 如權利要求66所述的全血分離裝置，其中所述水溶性延滯層材料為 蔗糖塊或蔗糖片。
全文摘要
本發明公開了一種用于執行檢定的流體裝置及其控制方法。該流體裝置可包括諸如真空泵、氣體泵、“斷開式打開閥(Broken open valves)”以及“自關閉閥(self-close valves)”的控制組件，其用于控制流體裝置中的流體流動。可使用真空泵來沿特定方向牽引溝道中的流體，且可使用氣體泵來沿特定方向推動溝道中的流體。可使用斷開式打開閥來連接由用戶控制的兩個獨立區域，且可使用自關閉閥來在流體經過后自動密封溝道。真空泵、氣體泵、斷開式打開閥以及自關閉閥可制造為小體積，使得流體裝置可制造體積小且可攜帶的裝置。
文檔編號G01N31/00GK101109759SQ200710136828
公開日2008年1月23日 申請日期2007年7月17日 優先權日2006年7月17日
發明者周念仁, 翁國曜, 蔡忠憲 申請人:財團法人工業技術研究院
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