專利名稱：具有自密封流體端口的設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有自密封流體端口的設備、制造該設備的方法、使用所述設備分析流體的系統(tǒng)、所述設備在分析流體中的使用以及使用所述設備分析的方法。
背景技術：
尤其在分析實驗室中，以方便、安全和可靠的方法進行分析是極有興趣的。特別的問題是進行分析的試劑、樣品和設備受到環(huán)境的污染和環(huán)境受到試劑或樣品的污染。
因此，已經(jīng)提出了用于存儲、運送和處理樣品和/或試劑的設備。
在簡單形式中，這種設備為基于管子的單腔設備，其具有大致為圓錐形或/和圓柱形的形式，具有單一流體端口，在引入樣品和試劑后，用蓋子來封閉端口，該蓋子通過鉸鏈接附于管體上并且由與設備相同的材料制成。為了從設備中移走任何液體，或為了添加更多的試劑到設備中，需要卸下蓋子。在EP 907 083中披露了這種設備。在分析過程中，那些設備需要操縱蓋子，也就是使用蓋子操縱器，其設計來從存儲器獲取蓋子、將蓋子固定到設備上以及從設備移走蓋子。
在EP 724 483中披露了由蓋子封閉的管子，該蓋子可以用鋼針刺穿。然而，那些組件仍然需要在分析前操縱蓋子，即在添加樣品和試劑后，用蓋子封閉管子。
那些基于管子的設備都具有這個缺點它們只具有一個流體端口，液體的引入和移走不得不通過該端口來進行。
更復雜的分析需要更高級的設備。例如，US 6,537,501中披露了包括微流體的流動通道和更多分隔間的筒，象廢物存儲容器。此外，它披露了使用隔片來封閉一個或多個入口通道。隔片通常為用來封閉流體端口的塞子，由例如橡膠等彈性材料制成。作為質(zhì)量物來制造隔片，并在其完成生產(chǎn)后，插入管子的流體端口中。為了由鋼針通過隔片內(nèi)的裂口將液體引入至筒內(nèi)部，可以由鋼針或套管刺穿隔片。如果壓入至開口內(nèi)，傳統(tǒng)的隔片用來封閉開口。因此垂直于刺穿隔片的力的壓力連續(xù)地作用在開口上。
在US 2003/0138969中披露了通過引入至流體入口端口的吸管或注射針頭將流體樣品引入到小直徑管的方法。為了使吸管尖端或注射針頭緊密接觸入口端口，使用稱為適配器的、由橡膠或硅制成的塞子。適配器裝配于入口端口內(nèi)。
第一需要的是流體(主要包括液體，但也包括氣體)的安全、可靠的存儲和/或處理。第二需要的是包括接收和處理流體的設備的系統(tǒng)，其具有內(nèi)部，在使用前或/和使用中或/和使用后保持封閉。
這種情形例如用于營養(yǎng)的液體的存儲，用于藥物的液體的存儲，用于分析的液體的存儲，及用于分析的樣品的存儲。另一個用處是包括并使用該設備以進行分析的系統(tǒng)。
流體的安全存儲和/或可靠處理是基于這樣的要求流體即不能被環(huán)境所污染，流體也不能污染環(huán)境。在需要在使用前保持封閉的設備的情況下，這基于這樣的要求該設備不能在使用前受污染。
本發(fā)明的一個目的是提供具有容易且可靠的可操作的流體端口的設備，可以經(jīng)濟地制造該設備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一主題是一種設備，其具有包括腔的主體和由彈性體制成的、附著于主體上的流體端口。
本發(fā)明的第二主題是制造這種設備的方法，其中主體由第一剛性材料制成，而流體端口由第二彈性材料制成，該方法包括-第一模制步驟，其包括a)提供反映剛性主體外部形狀的第一模子，b)將液化形式的所述第一剛性材料注入至模子內(nèi)，c)等待，直至所述第一材料至少部分變?yōu)楣腆w，-將所述第一模制步驟的結(jié)果保持在反映所述流體端口形狀的第二模子中-第二模制步驟，其包括a)將液化形式的處于最終狀態(tài)的所述第二彈性材料注入至所述第二模子內(nèi)，b)等待，直至第二材料至少部分變?yōu)楣腆w，
以及-在所述材料凝固后，從所述模子中移走所述模制步驟的結(jié)果。
本發(fā)明的再一個主題是用于分析液體的系統(tǒng)，其包括儀器及根據(jù)本發(fā)明的設備，該儀器具有包含剛性流體致動器的流體致動模塊。
此外，本發(fā)明的主題是根據(jù)依據(jù)本發(fā)明的制造方法而制造的設備。
本發(fā)明的另一個主題是根據(jù)本發(fā)明的設備在分析液體的方法中的使用。
本發(fā)明的再一個主題是分析流體或其成分的方法，其包括-提供根據(jù)本發(fā)明的設備，-通過刺穿所述流體端口，并且經(jīng)由由所述刺穿所形成的裂口來分配所述流體，通過所述流體端口將流體引入至所述設備，以及-確定所述流體或其成分的任何特性或特性的改變。


在圖1a和1b中，顯示了兩個根據(jù)本發(fā)明的設備的實施例。
在圖2a和2b中，顯示了兩個替代設備，每個處于組裝前和組裝后的狀態(tài)。
具體實施例方式
在接收流體、或/和存儲流體、或/和化學或物理處理流體、或/和分析流體方面，本發(fā)明的設備是有用的。
所述流體可以是樣品、試劑、稀釋劑或工藝流體或其組合或從其得出的流體。其可以是液態(tài)的或氣態(tài)的。
根據(jù)本發(fā)明的設備的尺寸，主要取決于在設備中要保持或處理的流體量以及要進行的步驟的種類和數(shù)量。在第一實施例中，設備用來作為分離流體成分的裝置。需要分離的成分將保留在設備中，同時允許殘余液體退出設備。在該情形中，液體體積可能超出設備內(nèi)的腔的體積。這允許相當小的設備。對于本實施例，該設備所采用的總體積優(yōu)選地在100μl至10ml之間。
在優(yōu)選的第二實施例中，設備將只是稍大于流體和將要與流體起反應的任何試劑的體積。因為流體體積優(yōu)選地具有大于0.1μl的體積，優(yōu)選地在0.2μl至1L之間，設備的體積將超過200μl，優(yōu)選地在200μl至1.1L之間，最優(yōu)選地在500μl至110ml之間。設備可選擇地具有大致平的結(jié)構，即在其主要部分上，其具有小于50mm的厚度，優(yōu)選地在0.2至10mm之間，且具有小于300mm的長度和寬度，優(yōu)選地在2至150mm之間。如果設備的部分需要較大的厚度，該部分可以超出大致平的結(jié)構。
為了接收和維持流體，設備具有主體，其進一步包括一個或多個腔，腔臨時地或連續(xù)地接收或/和維持流體或從其得出的流體。
設備的主體由至少一個相對剛性的聚合體方便地形成。用于根據(jù)本發(fā)明的主體的聚合體優(yōu)選地選自熱塑性材料的組，例如聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯。主體進一步優(yōu)選地由這樣的材料制成，該材料能夠通過加熱到其熔化溫度以上來液化，并且在熔化狀態(tài)下，其能夠引入至模子內(nèi)，以反映主體或其部分所需要呈現(xiàn)的特殊形狀。
根據(jù)本發(fā)明的設備包括腔。腔的典型體積可以在1μl至1L的范圍內(nèi)，優(yōu)選地從100μl至100ml。該腔可具有不同的形式，以適應設備的各種預期用處。該腔可以分成多個帶有通道和室的部分。優(yōu)選的腔包括一個或多個通道或/和一個或多個室。
那些通道的用處可以是多樣的，例如-流體在設備內(nèi)兩個位置(如室)之間的運送，-運送流體進或出設備，-測量流體，-處理流體或處理溶解或懸浮在流體中的物質(zhì)。
那些室的用處可以是多樣的，例如-存儲、接收、運送流體，-處理流體，例如分析流體中的物質(zhì)，-適合于測量流體的物理或化學特性(例如進行光學吸收或熒光性測量)。
腔更優(yōu)選地包括兩個或多個通道，一個通向室，一個背離室。在優(yōu)選實施例中，腔具有小于1L的體積，優(yōu)選地在1μl至100ml之間。在設備內(nèi)部、尤其優(yōu)選地在設備主體內(nèi)部形成的通道，優(yōu)選地具有小于10mm2的截面，優(yōu)選地在0.01至2mm2之間。在主體內(nèi)部形成的腔優(yōu)選地具有適合于過程的預期用處的尺寸。用于運輸流體通過設備的通道將優(yōu)選地具有比室小的尺寸，以保持流體或/和進行優(yōu)選的為化學反應的過程。例如，用于從流體分離核酸的室將優(yōu)選地具有5至100μl的體積。用于進行聚合酶鏈式反應的室可具有0.1至500μl之間的體積。如果在室內(nèi)要進行組合的放大和檢測，室優(yōu)選地具有0.1至500μl之間的體積。優(yōu)選的大致平的室的深度在10μm至49mm之間，優(yōu)選地在10μm至20mm之間，而室的長度和寬度可以在10μm至295mm之間，優(yōu)選地在20μm至145mm之間。室非常優(yōu)選地為厚度小于2000μm，厚度優(yōu)選地在50μm至5mm之間的平的室。厚度最優(yōu)選地在50μm至1mm之間。形成于主體內(nèi)的第一通道優(yōu)選地從輸入位置通往室內(nèi)，第二通道優(yōu)選地從所述室通向設備上的出口位置。如果在主體內(nèi)提供了多于一個室，可以具有更多通道，例如連接主體內(nèi)的室。可選擇性地布置室和通道，使得通過入口通道引入至所述室內(nèi)的任何液體，在通過出口通道離開室之前，充滿所述室。腔的部分可包括插入的材料，所謂的“固相”，其可用于表面上的吸附、過濾和/或反應。腔更優(yōu)選地通過主體來封閉，主體帶有流體端口和接附于主體的密封壁。
因而最終的設備通常是幾個元件的復合物。這意味著其包括兩個或多個分別制造且隨后組裝的部分，設備的至少一個部分包括2-復合注模部分，其具有剛性主體和附著于所述主體上的彈性體流體端口。因為已經(jīng)證明以整體來制造包括適合于化學分析的腔的主體是困難的，設備由兩個或多個部分制成是優(yōu)選的，組合這些部分來形成一個或多個腔。
在非常優(yōu)選的實施例中，設備包括稱為“主體”、帶有流體端口的第一元件，及稱為“密封壁”的第二元件，主體具有凹槽或/和通道。剛性主體為設備提供了剛度，以在制造和使用設備的整個過程中維持腔的形狀。
對于波長在300至4000nm范圍內(nèi)的電磁波，薄箔或/和主體優(yōu)選地具有大于2％的傳輸。
主體和密封壁這兩個部分可以以已知方法來結(jié)合。在優(yōu)選實施例中，其中密封壁是薄層，而剛性主體由例如聚苯乙烯的聚合體制成，可以組合這兩個部分，然后通過焊接來密封，例如激光焊接、超聲焊接、熱密封或膠粘。兩個部分也可以只是被夾住或粘貼在一起。在部分被夾住或粘貼在一起的情況下，彈性體部分可用作主體和密封壁之間的密封部分。
必須選擇結(jié)合方法、主體材料和密封壁材料，以裝配在一起。例如，如果結(jié)合方法是激光焊接，那么主體和密封壁的散裝材料是相同的材料(例如聚丙烯)，但兩個材料中的一個被染色，以吸收激光能量。如果結(jié)合方法是超聲焊接，兩個材料通常相同。如果結(jié)合方法是熱密封，密封壁為可熱密封的箔，適合于熱密封至主體上。這種可熱密封的箔通常是幾種材料的復合物，其中密封相對側(cè)的層能夠密封到主體上。適合于結(jié)合到聚丙烯主體上的典型的箔，具有鋁或聚酯和聚丙烯的復合層-這種密封箔是已知的，并且能買到。在密封壁為箔的情況下，該箔優(yōu)選地是薄的，厚度在20至1000μm之間，更優(yōu)選地在50至250μm之間。對于要求傳熱的應用，該箔具有良好的傳熱率，例如大于400W/m2/K，更優(yōu)選地大于200W/m2/K。
設備可包含更多的元件，其對于設備的預期目的是有用的。例如，傳熱壁或加熱元件可以整合到密封壁或主體中。傳熱壁可用來加熱或/和冷卻設備中包含的流體。
在另一個實施例中，電極可以合并入主體或密封壁。電極可用來確定設備中包含的流體的電化學狀態(tài)或在設備內(nèi)開始電化學反應。在此情形下，設備將具有到電路的合適的連接性。
在另一個實施例中，光學窗口(允許波長至少部分傳輸)可以合并到主體或密封壁上。
根據(jù)本發(fā)明的設備被設計來保持、運送或接收流體。為了將流體引入至主體的腔中或/和從主體的腔中移走流體，根據(jù)本發(fā)明的設備具有一個或多個流體端口。此外，設備可用來保持腔內(nèi)部，更優(yōu)選地在一個或多個腔中的流體。此外，例如通過迫使流體通過設備中的流體端口而退出腔，在設備中包含的流體也可以被運送到外部。該流體端口可以和用于引入流體至設備內(nèi)的流體端口相同或不同。設備優(yōu)選地具有兩個或多個流體端口，至少一個根據(jù)本發(fā)明來封閉。更優(yōu)選地設備中的兩個或多個流體端口，最優(yōu)選地設備中的全部流體端口，使用由彈性體制成的流體端口來封閉。迫使液體流出設備可能要求維持壓力來迫使液體通過流體端口，或可能要求對腔施加負壓力或甚至真空。這可以通過穿過設備中的流體端口來加入剛性流體移走致動器、并通過該致動器施加負壓力來完成。那些開口的一個或多個或甚至全部通過流體端口來封閉。
為了更容易地與流體致動器，例如空心針接口，由彈性體材料形成的流體端口的外側(cè)可具有凹進處。凹進處在其至少部分具有圓錐形狀，其中顯示于圖1中的角度(W)在5至150°的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在15至90°之間。
根據(jù)本發(fā)明，流體端口由彈性體制成，其在2-復合(2C)注模過程中成形。彈性體材料優(yōu)選地選自熱塑性彈性體(TPE)、熱塑性硫化彈性體(TPV)或硫化彈性體(VE)的類別，這些材料通常用于2C注模過程。選擇第一和第二材料，以彼此附著。
幾種熱塑性彈性體可用作最終的(在室溫下的)彈性體材料，例如彈性體的熱塑性聚烯烴(TPO)或彈性體的熱塑性聚氨酯(TPU)或彈性體的苯乙烯-嵌段-共聚物(SBS、SEBS)。也可以使用TPV、熱塑性硫化彈性體，這些是包含散布在熱塑性聚合體相中的交聯(lián)橡膠相的TPE的特殊類別。TPV提供了類似交聯(lián)橡膠的彈性體特征，但是如熱塑性聚合體一樣可處理。
對于TPE的詳情，參看英國塑料協(xié)會的出版物，例如在http//www.bpf.co.uk/bpfindustry/plastics_materials_thermplasrubber_TPR.cfm。
優(yōu)選的材料組合是作為剛性材料的聚丙烯和作為彈性體材料的TPO的組合。
通常選擇彈性體來配合制造(2復合注模過程)，并且選擇來對主體材料具有一定附著。在剛性主體和彈性體流體端口之間的典型附著力至少為0.1N，典型地為大于1N。
當加熱至其熔點以上的溫度而不分解時，熱塑性彈性體(TPE)具有液化的特性，而當冷卻至低于其熔點的溫度時，其將凝固，以反映保持其的模子的幾何形狀。與作為剛性材料的聚丙烯組合使用的優(yōu)選熱塑性彈性體是來自“Advanced Elastomer Systems”公司的TPESantopren 8281W-35W-237。熱塑性彈性體的優(yōu)選組具有180至220℃之間的處理溫度。在其最終形狀和使用溫度下，彈性體具有0A至100A的肖氏硬度，優(yōu)選地在20A至60A的范圍內(nèi)。
彈性體流體端口在腔和外界之間形成了可刺穿的屏障。彈性體流體端口保護設備內(nèi)的腔免受環(huán)境污染，并且反之亦然，在設備中存儲、處理或分析的流體不能夠污染環(huán)境。
構造流體端口，使其可靠地封閉設備內(nèi)的腔，但具有允許利用剛性流體致動器從設備外部刺穿流體端口的尺寸，流體致動器優(yōu)選地為吸管尖端或空心鋼針，使得在刺穿之后，流體能夠通過流體端口從致動器引入至設備的腔內(nèi)或引出到腔外。根據(jù)本發(fā)明的流體端口更優(yōu)選地覆蓋一個通道的端部，如果不覆蓋的話，將從所述主體表面可以自由接近流體。在此情形下，流體將通過致動器引入至設備內(nèi)存在的腔內(nèi)或引出至腔外，優(yōu)選地通過設備內(nèi)通向室的通道。關于入口和流體端口的幾何形狀，有幾種可能的幾何方案。
在顯示于圖1a中的第一優(yōu)選實施例中，其中設備大體是平的，一個流體端口(4)或兩個流體端口(4)位于設備(1)的平側(cè)上。在此情形下，在設備的主體側(cè)上提供了一個或多個流體端口，即穿過主體從平側(cè)通向腔(3)。這樣，可以從設備的平側(cè)刺穿流體端口。
在第一可能的實施例(圖1a)中，至少一個流體端口(4)位于主體的一側(cè)，流體端口由熱塑性彈性體制成附著于所述主體。這兒流體端口在一側(cè)形成相對于周圍環(huán)境的壁(尤其是與流體致動器接口的壁)，而在相對側(cè)其形成腔的壁。在圖1a的例子中，顯示了兩個流體端口與設備中共同的腔接口。
在另一個實施例(圖1b)中，流體端口在一側(cè)形成相對于周圍環(huán)境的壁(尤其是與流體致動器接口的壁)，但是作為顯示于圖1a中的實施例的補充，其在相對側(cè)有腔(通向位于剛性材料中的進一步的腔)。在圖1b的例子中，熱塑性彈性體中有的腔是通道，通向與流體致動器接口方向垂直的方向。形成流體端口的材料仍是由熱塑性彈性體制成附著于主體上。
通常，在室或通道中的一個位于不同于所述第一室或通道要連接的另一個室或通道的平面的平面上的情況下，兩個腔可以通過通道來連接，該通道與那些腔不在同一平面，但從一個平面通向另一個平面。
在室或通道的平面與刺穿流體端口的流體致動器的方向不在同一平面的情形下，腔優(yōu)選地延伸入所述流體端口內(nèi)。在圖1b中舉例說明了這種實施例。
在另一種選擇中，制造流體端口的材料，即彈性體材料，包含通道，致動器或流體能夠通過通道進入腔。當刺穿端口時，所述通道優(yōu)選地位于與致動器的移動正交的方向。
在顯示于圖2a的另一個實施例中，主體具有蓋子的形狀，而腔(3)部分地或彎曲地包含在密封壁(5)內(nèi)。在圖2a的下半部，顯示的主體蓋子位于密封壁的部分上方(只是整個設備的局部視圖，顯示了設備的流體端口部分)。主體進一步包括咬接機構(6)，而密封壁包含咬接凹進處(7)。在圖2a的上半部，顯示了組裝好的設備，其中剛性載體穩(wěn)固地連接密封壁。在此情形下，連接由形狀配合來進行，尤其是咬接連接。如圖2b中進一步所顯示的，提供了密封壁(5)上的密封邊緣(8)，其壓縮流體端口，以在主體和密封壁之間提供不漏流體的連接。
在圖2b顯示的另一個實施例中，主體再次用作為蓋子，來封閉密封壁內(nèi)的開口。該實施例使用膠粘或通過焊接來保持在一起，而不是使用咬接連接。通過將剛性主體(2)放置在密封壁(5)上，來組裝設備。
通常，使用在2C注模過程中成形的彈性體作為流體端口具有這樣的優(yōu)勢可以選擇彼此附著的材料。在主體和流體端口之間的附著，通過剛性主體的材料和彈性體流體端口的材料的特性來實現(xiàn)。在熔化狀態(tài)下，彈性體可以實現(xiàn)緊密附著于主體并密封主體內(nèi)任何開口的形狀。該形狀可以具有突起和凹進處，其進入主體的突起內(nèi)或周圍的凹進處，尤其是在流體端口的附近。因此，壓配合優(yōu)選地通過具有角度的表面來進行，該角度由載體的外表面和用來連接流體端口的載體表面來形成。
壓配合具有流體端口緊密連接到主體上的效果，使得即使當使用例如鋼針的剛性流體運送致動器來刺穿流體端口時，以及在分配流體至腔內(nèi)之后，當從流體端口取出致動器時，流體端口和主體之間的連接仍然不滲透流體。
在一個實施例中，本發(fā)明的流體端口不打算并且并不構造為從設備中移走。在不嚴重損壞設備，即破壞設備的完整性的情況下，本發(fā)明的流體端口不能夠從主體移走。該連接的預期功能是充分隔開設備內(nèi)部(腔)和設備外部，主要為了避免不希望發(fā)生的或不受控制的或過度的從環(huán)境至設備內(nèi)部和從設備內(nèi)部至環(huán)境的物質(zhì)運輸。該物質(zhì)運輸可以是壓力驅(qū)動的、擴散驅(qū)動的或通過任何其他機理，例如重力驅(qū)動(灰塵)。
如前已經(jīng)指出的，優(yōu)選地在2C注模過程中成形的彈性體，允許刺穿流體端口。刺穿導致了引入剛性流體運送致動器，例如鋼套管，并穿過套管內(nèi)的開口進入腔內(nèi)。通過允許該通路，流體端口在該位置破裂，在該位置致動器進入并穿過流體端口。在另一個實施例中，流體端口可以是預先刺穿的，但刺穿路徑由彈性體的排斥力來封閉。
根據(jù)最終應用，設備是不滲漏的(指對于物質(zhì)運送進出設備充分封閉)a)只在存儲過程中，b)在存儲和使用過程中，c)在存儲、使用的過程中和使用后。
流體端口通常設計來避免不受控制的物質(zhì)運送進出腔。在流體致動器的進入點處，彈性體流體端口的厚度在0.1mm至40mm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在1至10mm的范圍內(nèi)。為了接收彈性體朝向刺穿路徑的充分排斥，為了在流體致動后封閉刺穿路徑，要求彈性體具有足夠的直徑。因此在刺穿路徑的至少一個點處，彈性體的直徑必須大于流體致動器直徑的3倍。
流體端口的優(yōu)選實施例是自密封端口，即端口允許自密封封閉流體致動器和流體端口之間的空間，使得流體不能夠逸出。此外，在移走致動器后，即使在1巴的壓力差下，流體端口仍然封閉主體的開口，且刺穿路徑不允許流體選出設備。
在優(yōu)選實施例中，設備是微流體的設備。根據(jù)這兒使用的理解，微流體的設備具有一個或多個通道，其截面大于0.1μm2，更優(yōu)選地在10μm2至10mm2之間。微流體的設備可額外或替代地包括一個或多個室，其具有比通道大的截面。微流體的設備的室可具有10nl至50ml的體積，更優(yōu)選地在1μl至25ml之間。
設備也可以具有流體的或微流體的功能。那些功能通常是已知為在所述腔中物理處理流體的裝置。那些可以是靜態(tài)元件，象配件，包括壁和表面，例如用于流體混合、區(qū)分或組合。腔可以提供的其他功能是光學功能。為此，圍繞所述腔優(yōu)選地為室的主體是透明的，以允許光線進入或/和光線從腔逸出至設備外部。腔優(yōu)選地具有尺寸，其允許收集足夠可靠檢測流體中包含的成分的量的流體。腔的另一個功能可以是接收與流體起反應的材料。這樣的材料可選自可溶的或不可溶的試劑的組，或其組合，或兩者，甚至在腔分開的部分，或室中?？扇茉噭┛梢允沁@樣的試劑支持樣品溶解，放大樣品中包含的核酸或從其得出的液體，或當與待確定的樣品的成分起反應時，提供信號。不可溶試劑可以是固體，其設計來固定流體成分或從其得出的化合物。固定核酸的固體的例子是玻璃絨線或磁顆粒，其能夠從混亂溶液中結(jié)合核酸。對于核酸樣品預備領域中的普通技術人員來說，合適的材料是已知的。
為了提供保持、運送或接收流體的功能，流體端口位于設備中，以便剛性流體致動器可從設備外部進入?？梢酝ㄟ^構造設備，使得設備的元件都不會妨礙致動器在至流體端口和最終穿過流體端口的方向的運動，來實現(xiàn)這一點。事實上，流體端口將位于設備的平表面上。為了提高可達到性，設備可進一步包括引導致動器至流體端口的點的表面，致動器將要在該點上形成流體端口的裂口?？梢栽谥黧w上或在流體端口上提供這種表面。在附圖中顯示的引導表面用參考數(shù)字9表示。引導表面最優(yōu)選地具有錐形的形狀，朝向流體端口要被刺穿的位置變細。
可以在根據(jù)本發(fā)明的設備中接收、保持或運送的流體，可以是任何有興趣經(jīng)受特殊處理的流體。流體優(yōu)選地為液體。流體更優(yōu)選地為水溶液。在根據(jù)本發(fā)明的設備的優(yōu)選使用中，液體的成分意在被處理或分析。在診斷設備中，液體包含在分析中待確定的成分。這種液體可以選自環(huán)境流體，象來自河流的水或從土壤提取的流體，食物流體，象果汁或者植物或水果的提取物，或從動物或人類身體接收的流體，象血液、血清、血漿、尿、腦脊髓液或淋巴液，或由此得出的液體，象包含從前述液體中分離出來的成分的液體，象包含純抗體或核酸的液體的組。液體可以進一步包括對于分析液體成分有用的另外的成分、或用于在設備內(nèi)將進行的化學反應的試劑。那些試劑可包括標記的結(jié)合配偶體，例如標記的低聚核苷酸探針或染料。
本發(fā)明的進一步主題是制造設備的方法，該設備具有由第一剛性材料構成的、包括腔的剛性主體和由第二彈性材料構成的流體端口，該方法包括
-第一模制步驟，其包括a)提供反映剛性主體外部形狀的第一模子，b)將液化形式的第一材料注入至模子內(nèi)，c)等待，直至所述第一材料至少部分變?yōu)楣腆w，-將所述第一模制步驟的結(jié)果保持在反映所述流體端口形狀的第二模子中，-第二模制步驟，其包括a)將液化形式的第二材料注入至所述第二模子的第一部分內(nèi)，b)等待，直至第二材料至少部分變?yōu)楣腆w，以及-在所述材料凝固后，從所述模子中移走所述模制的結(jié)果。
設備優(yōu)選地為如上所述的設備。
該方法基本上結(jié)合了由至少兩個步驟模制過程進行整合的設備的生產(chǎn)。例如制造主體的第一剛性材料，優(yōu)選地為選自熱塑性塑料組的材料。尤其優(yōu)選地為聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯。那些材料是形成上述設備的主體的一個或多個部分的優(yōu)選材料。為了使第一剛性材料具有設備所需要的形狀，提供了模子，以反映主體的外部形狀。本領域中通常已知并使用用于注模過程的模子。其優(yōu)選地包括金屬或陶瓷模子，優(yōu)選地包括腔，該腔具有一個或多個流體端口，以利用液化的材料填充模子。模子優(yōu)選地由兩個或多個部分制成，在模制過程中連接這些部分，當材料在模子中凝固后可以分開這些部分。
因而，可以從模子中移走模制過程的結(jié)果。事實上，模制過程的結(jié)果的最終形狀決定于模子的形狀。例如，模制過程的結(jié)果的外表面內(nèi)的凹槽，是由模子腔內(nèi)的突起所生成的，凹槽對于在主體內(nèi)形成通道和室是有用的。穿過例如主體的模制過程的結(jié)果的通道，象那些從包含室的載體的一側(cè)通向具有開口的載體的另一側(cè)的通道，是由連接模子第一部分和模子第二部分的桿來生成的。
為了進行模制過程，通過加熱其到熔化溫度以上的溫度，來液化第一最終剛性的材料。隨后，優(yōu)選地通過施加壓力、并允許腔內(nèi)包含的空氣通過不同于注入材料的流體端口的流體端口逸出，將該材料注入模子的腔內(nèi)。
第一模制步驟的結(jié)果將經(jīng)受使用第二材料的第二模制步驟。這要求應當連接設備的第二部分即流體端口的表面的第一模制步驟的結(jié)果的表面可到達液化形式的第二材料。為了實現(xiàn)這一點，有幾個方式可以利用。在所有那些方法中，這是優(yōu)選的第一材料至少部分變?yōu)楣腆w。第一材料的溫度更優(yōu)選地下降或降低到低于熔點的溫度。這可以通過主動或被動冷卻來實現(xiàn)。在第一實施例中，為了允許液化的第二材料到達所述表面，移走覆蓋第一模制步驟所形成的形狀的表面的模子的部分。此外，第二模子連接第一模子的剩余部分，以反映流體端口的外部形狀。這將在最終組裝的模子內(nèi)形成腔，反映與設備主體連接的流體端口的外部形狀。
在第二實施例中，從第二模子中移走第一模制步驟的結(jié)果，并將其引入至第二模子中，第二模子反映圍繞將生成的流體端口的部分和反映將模制于第一模制步驟的結(jié)果上的流體端口的外部形狀的第二部分的主體的形狀。
隨后通過注入利用液化的第二材料填充第二模子的腔。
如果需要添加額外的構件到主體或設備上，可以通過如上描述的額外的模制步驟、或在從模子移走模制過程的結(jié)果并且材料凝固之后，來實現(xiàn)這一點。
雖然以上描述了過程，其中第一材料是更剛性的材料，而第二材料是流體端口的材料，其優(yōu)選地為在2C注模過程中成形的彈性體，但該過程可以以替代方式來進行，通常改變模制步驟的次序。在替代過程中，提供了反映流體端口外部形狀的模子，類似于上面對于剛性材料描述的，注入液化形式的第二材料，在第二材料部分或全部凝固后，在第二模子中使用液化形式的第一剛性材料，進行第二模制步驟。
因此，本發(fā)明的另一個主題是制造設備的方法，該設備具有由第一剛性材料構成的、包括腔的主體和由第二彈性材料構成的流體端口，該方法包括-第一模制步驟，其包括a)提供反映流體端口外部形狀的第一模子，b)將液化形式的第二材料注入至所述第一模子內(nèi)，c)等待，直至所述第二材料至少部分變?yōu)楣腆w，-將所述第一模制步驟的結(jié)果提供到第二模子內(nèi)，第二模子的第一部分反映所述第一模子的至少部分，而第二部分反映所述主體的外部形狀，-第二模制步驟，其包括a)將液化形式的第一材料注入至所述第二模子的第二部分內(nèi)，b)等待，直至第一材料至少部分變?yōu)楣腆w，以及-在所述材料凝固后，從所述模子中移走所述模制的結(jié)果。
在以上制造方法中，可以添加進一步的組裝步驟。例如，優(yōu)選地通過應用密封壁于模制步驟的結(jié)果上，在額外步驟中可以密封任何腔，該密封壁限制了主體內(nèi)的腔的壁，例如完成一個或多個通道或/和室的形狀?？梢酝ㄟ^緊密連接密封壁表面和模制步驟的結(jié)果并且將材料膠粘或焊接在一起，來實現(xiàn)這一點。連接載體和密封壁的優(yōu)選方式為激光焊接、超聲焊接、熱密封或膠粘。
本發(fā)明的另一個主題是分析液體的系統(tǒng)，其包括-具有包含剛性流體致動器的流體運送模塊的儀器，及-根據(jù)本發(fā)明的設備。
分析流體的儀器通常是已知的。那些包括通常分析需要的模塊。用于這種儀器的優(yōu)選模塊是用來確定液體的光學特性或光學特性的變化的光學器件，用來從第一位置移動液體至一個或多個其他位置的機械機構，及用于從管子、器皿或試劑容器分配或/和吸出流體的液體操作模塊。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)需要剛性流體致動器，其用于將流體分配至根據(jù)本發(fā)明的設備內(nèi)或/和從設備中移走液體。根據(jù)本發(fā)明，分配或運送流體至設備以及從設備移走或接收流體的功能，都被認為主動和被動操作。例如，通過施加壓力下的流體到設備上，從而將流體壓至設備內(nèi)，或通過施加負壓力到腔上，以便將流體吸至設備內(nèi)，可以實現(xiàn)從第一剛性致動器接收流體，而通過施加壓力到腔上，例如通過抽吸如液體或氣體的流體穿過第一流體端口，或通過施加負壓力到腔上，以便吸取流體穿過流體端口，可以實現(xiàn)從設備移走或運送流體到外部。
在本發(fā)明中有用的剛性流體致動器是具有三個特征的設備。其必須能夠刺穿設備的流體端口。這通過一定的剛度來實現(xiàn)。通過使用例如金屬來制造致動器，來提供所需要的剛度。該設備優(yōu)選地設計為尖端，以穿破密封件。此外，該設備需要足夠長度，以穿過流體端口到達設備內(nèi)部。因此，該設備優(yōu)選地具有伸長的細的形狀。第三，設備必須提供通道來傳送液體進出設備。因此，套管或套管形或空心的針形設備是優(yōu)選的。流體致動器的外直徑可以在0.1至3mm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在0.2至1.5mm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在0.3至0.8mm的范圍內(nèi)。
設備優(yōu)選地用于儀器內(nèi)。儀器包含與流體致動器裝置的流體連通，以施加正或負壓力來運送或接收流體。適當?shù)难b置包括注射泵?？梢酝ㄟ^自動系統(tǒng)來控制流體致動器相對于設備的位置。
在非常優(yōu)選的使用中，儀器進一步包含補充裝置來進行分析，例如加熱元件。定位加熱元件，使其能夠在適當位置接觸設備，其中，優(yōu)選地當流體包含在設備內(nèi)的腔內(nèi)時，熱可用于加熱設備內(nèi)的流體。包括加熱元件的儀器的例子是熱循環(huán)器。通常已知的熱循環(huán)器用來以重復方式給流體施加不同溫度的曲線。在EP 236 069中描述了示范性的熱循環(huán)器。優(yōu)選的加熱元件是Peltier元件或阻抗加熱元件。
在設備內(nèi)進行的過程期間，為了進行液體的特性或特性改變的檢測，儀器可進一步包括檢測模塊。適當?shù)臋z測模塊通常是已知的，并且取決于液體存在于設備內(nèi)的期間所進行的特性或特性改變的類別。例如，如果特性是光學信號的改變，例如熒光性信號，檢測模塊將包括定位于儀器內(nèi)的光源，使得設備，優(yōu)選地在該設備內(nèi)的室能夠被照射，并包括照射接收單元，優(yōu)選地為光敏電池，以接收來自包含在設備內(nèi)的液體的照射，并將電信號傳遞到評價單元。
如果在設備內(nèi)進行的過程需要設備構件的連接性，例如設備內(nèi)的電極或加熱箔連接儀器的電路，優(yōu)選地在位于儀器上的位置上提供這種連接器，其位于使得當設備插入到儀器內(nèi)時，儀器上的連接器連接其設備上的對應物。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)優(yōu)選地另外包括流體容器(例如用于水收集)或/和一個或多個試劑容器。
本發(fā)明的進一步主題是根據(jù)本發(fā)明的設備在分析樣品的方法中，例如體外診斷測試中的使用。因此，本發(fā)明的另一個主題是使用一個或多個試劑來分析樣品或其成分的方法，其包括-提供根據(jù)本發(fā)明的設備，-通過所述流體端口將流體引入至所述設備內(nèi)，其中所述流體選自所述樣品和所述試劑，以及-確定流體的至少一個特性，其涉及存在于樣品中的物質(zhì)的存在或含量。
在一個實施例中，設備已包含對于分析有用的試劑，并且通過流體端口引入樣品。在另一個實施例中，設備包含傳感器，其對于使用或不使用試劑來確定樣品或由樣品得出的液體的特性是有用的。
優(yōu)選地為待分析的樣品或/和試劑的流體，優(yōu)選地通過例如鋼套管的剛性流體致動器引入至設備內(nèi)，其穿過第一流體端口進入通向室的通道。室在其第一通道入口點的相對端部進一步包括用于第二通道的出口點，所述第二通道通向第二開口，該第二開口由另一個上述的流體端口封閉。當施加壓力于套管內(nèi)的液體上以進入通道時，存在第二套管，其刺穿第二流體端口，使得壓力能夠通過第二套管逸出。在這個非常簡單的實施例中，液體包含待分析的流體以及分析待檢測流體成分所需要的全部試劑，例如用于流體中待確定成分的標記的結(jié)合配偶體。通過由第一套管施加壓力或施加負壓力到第二套管上，液體進入腔內(nèi)。在已經(jīng)進行所要求的反應時，可以在室內(nèi)開始檢測?？梢酝ㄟ^用一定波長的光照射腔內(nèi)的液體，來進行這一點，流體成分或試劑中的一個對于該波長具有可測量的吸收。確定離開腔的光，例如通過熒光性，可用于確定液體吸收率或液體吸收率隨時間的任何改變，或與標準液體進行比較。
在該分析方法的非常優(yōu)選實施例中，待分析液體的成分是流體中包含的待檢定的核酸，例如肝炎C病毒基因組的部分。那么分析試劑將包含放大所述核酸特定片段的引物和結(jié)合已放大片段的探針。EP 543942中披露了這種反應的非常優(yōu)選的實施例。為了應用熱循環(huán)到室中包含的液體上，使用的儀器包含組合的加熱/冷卻塊，以便使室內(nèi)內(nèi)容物具有放大核酸所需要的曲線的溫度。
根據(jù)本發(fā)明的設備的優(yōu)勢是設備和設備的封閉物之間的界面非常緊密。這允許應用高壓到設備的內(nèi)部，例如，當設備內(nèi)的腔具有非常小的尺寸的通道或/和使用在微流體的設備內(nèi)傳輸或反應期間趨向于凝結(jié)的液體。制造設備的優(yōu)勢是通過使用該方法，提供緊密密封的設備是可能的。根據(jù)本發(fā)明的設備可以非常有利地使用于分析液體的系統(tǒng)，因為由于密封的緊密，儀器得到更好的保護，免受逸出設備的流體的污染，而另一方面設備的內(nèi)部得到保護，免受周圍環(huán)境的污染。此外使用根據(jù)本發(fā)明的設備導致增強了分析的便利，因為使用通過剛性流體致動器的自動操作的流體運送，分析可以自動操作。此外，尤其對于小的設備，制造變得更簡單和可靠。
參考數(shù)字1 設備2 主體3 腔4 流體端口5 密封壁6 咬接突起7 咬接凹進處8 密封邊緣9 流體致動器的引導器
權利要求
1.一種設備，其具有包括腔的主體和由熱塑性彈性體制成的、附著于主體上的流體端口。
2.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的設備，其中，所述設備是保持、運送或接收流體的容器。
3.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的設備，其中，所述腔包括通道、室或通道和室的系統(tǒng)。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的設備，其中，流體端口具有對主體的壓配合。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的設備，其中，設備是微流體的設備。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的設備，其中，所述腔具有如靜態(tài)混合的流體的或微流體的功能，或如用于檢測光的透明性的光學功能，或用于化學或物理處理流體的部分。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于，所述流體端口位于所述設備內(nèi)，以對于剛性流體致動器可從設備外部進入。
8.根據(jù)權利要求7所述的設備，其中，所述流體端口包括通道，其與所述流體致動器進入方向正交。
9.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的設備，其中，所述腔由主體和覆蓋腔的密封壁所限制。
10.根據(jù)權利要求9所述的設備，其中，所述密封壁是薄箔。
11.根據(jù)權利要求10所述的設備，其中，薄箔具有大于200W/m2/K的傳熱率。
12.根據(jù)權利要求10至11中任一項所述的設備，其中，對于波長在300至4000nm范圍內(nèi)的電磁波，所述薄箔和/或主體具有大于2％的傳輸。
13.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的設備，其中，流體端口具有用于引導流體致動器的圓錐形凹進處。
14.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的設備，進一步包含用于固相吸附的材料。
15.一種制造設備的方法，該設備具有由第一剛性材料構成的、包括腔的剛性主體，腔具有由第二彈性材料構成的流體端口所封閉的開口，該方法包括-第一模制步驟，其包括a)提供反映剛性主體形狀的第一模子，b)將液化形式的第一材料注入第一模子內(nèi)，c)等待，直至所述第一材料至少部分變?yōu)楣腆w，-將所述第一模制步驟的結(jié)果提供到第二模子內(nèi)，第二模子的第一部分反映所述流體端口的外部形狀，而第二部分反映第一模子的至少部分，-第二模制步驟，其包括a)將液化形式的第二材料注入所述第二模子的第一部分內(nèi)，b)等待，直至第二材料至少部分變?yōu)楣腆w，以及-在所述材料凝固后，從所述模子中移走所述模制步驟的結(jié)果。
16.根據(jù)權利要求13所述的方法，其特征在于，所述流體端口位于所述設備內(nèi)，以對于剛性流體運送致動器可從設備外部進入。
17.根據(jù)權利要求13所述的方法，其特征在于，所述流體端口是接附于第一剛性材料上的隔片。
18.一種制造設備的方法，該設備具有由第一剛性材料構成的、包括腔的主體，腔具有由第二彈性材料構成的流體端口所封閉的開口，該方法包括-第一模制步驟，其包括a)提供反映流體端口外部形狀的第一模子，b)將液化形式的第二材料注入所述第一模子內(nèi)，c)等待，直至所述第二材料至少部分變?yōu)楣腆w，-將所述第一模制步驟的結(jié)果提供到第二模子內(nèi)，第二模子的第一部分反映所述第一模子的至少部分，而第二部分反映所述主體的外部形狀，-第二模制步驟，其包括a)將液化形式的第一材料注入所述第二模子的第二部分內(nèi)，b)等待，直至第一材料至少部分變?yōu)楣腆w，以及-在所述材料凝固后，從所述模子中移走所述模制的結(jié)果。
19.根據(jù)權利要求13至16中任一項所述的方法，其中，所述第二材料是在2C注模過程中成形的彈性體。
20.根據(jù)權利要求17所述的方法，其中，所述第一材料選自熱塑性塑料的組，例如聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯。
21.根據(jù)權利要求15至20中任一項所述的方法，進一步包括使用密封壁密封所述主體的所述腔的步驟。
22.根據(jù)權利要求21所述的方法，其中，所述密封通過激光焊接、超聲焊接、熱密封或膠粘來完成。
23.一種操作流體的系統(tǒng)，其包括-儀器，其具有包含剛性流體致動器的流體致動模塊，以及-根據(jù)權利要求1至22中任一項所述的設備。
24.根據(jù)權利要求23所述的系統(tǒng)，進一步包括至少一個試劑。
25.根據(jù)權利要求23至24中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述剛性流體致動器是空心針，通過刺穿通過流體端口，所述空心針可相對于設備從所述流體致動器不與腔流體連接的至少一個位置移動到流體致動器與腔流體連接的第二位置。
26.根據(jù)權利要求23至25中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述儀器進一步包含進行分析的裝置。
27.根據(jù)權利要求23至26中任一項所述的系統(tǒng)，進一步包括加熱元件，優(yōu)選地為熱循環(huán)器。
28.根據(jù)權利要求23至27中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述儀器進一步包括檢測模塊。
29.根據(jù)權利要求1至14中任一項所述的設備在分析流體的方法中的使用。
30.一種使用一個或多個試劑來分析樣品或其成分的方法，其包括-提供根據(jù)權利要求1至12中任一項所述的設備或根據(jù)權利要求23至28中任一項所述的系統(tǒng)，-將流體通過所述流體端口引入所述設備內(nèi)，其中所述流體是被分析的樣品或/和試劑，以及-確定流體的至少一個特性，其涉及存在于樣品中的物質(zhì)的存在或含量。
全文摘要
披露了設備的制造，設備具有包括腔的主體及由彈性體材料制成的、附著于主體上的流體端口。設備能夠有利地用于自動過程的可靠分析中。
文檔編號B01L3/00GK1846856SQ20061006832
公開日2006年10月18日 申請日期2006年3月29日 優(yōu)先權日2005年3月30日
發(fā)明者O·埃爾森漢斯, E·薩羅芬, G·薩瓦蒂克 申請人:霍夫曼-拉羅奇有限公司