流體輸送裝置、系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本文提供了輸送流體的裝置、系統(tǒng)和方法。在一些實例中，該裝置、系統(tǒng)和方法包括至少部分由剛性可塑性變形幅片限定的可變形儲存器。致動器可以壓靠所述剛性可塑性變形幅片，以使所述幅片塑性變形。在某些實例中，控制器適于接納包括可變形儲存器的筒盒，并控制所述致動器壓靠剛性可塑性變形幅片，以輸送來自可變形儲存器的流體。
【專利說明】
流體輸送裝置、系統(tǒng)和方法[0001]相關(guān)申請的交叉引用[0002]本申請要求2014年1月7日提交、系列號為61 /924，511的美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)。
技術(shù)領域
[0003]本文涉及輸送流體相關(guān)的裝置、系統(tǒng)和方法。例如，本文提供了構(gòu)造成精確計量小試劑體積的可變形儲存器和致動器，其可用在診斷一種或多種疾病狀態(tài)的微流體系統(tǒng)中?！颈尘凹夹g(shù)】
[0004]在世界各地，諸如HIV感染(以及該疾病的各個階段)、梅毒感染、瘧疾感染以及貧血癥的疾病是常見的，并使得人、特別是孕婦衰弱。例如，每年將近三百五十萬孕婦感染 HIV，并且將近700,000嬰兒從其母親染上111￥。這些嬰幼兒111￥感染可以通過識別并治療帶有HIV的母親來防止。此外，在發(fā)展中國家將近20%的孕婦感染了梅毒，導致每年500，000以上的嬰幼兒死產(chǎn)和死亡。每年將近10, 〇〇〇婦女和200,000嬰幼兒在懷孕過程中死于瘧疾，并且在發(fā)展中國家，將近45%的孕婦因例如寄生蟲感染、寄生物和/或營養(yǎng)缺乏而患有貧血癥。貧血癥會不利地影響孕婦產(chǎn)后大出血的生存幾率和阻礙嬰幼兒發(fā)育。在發(fā)展中國家，大約115，000母親死亡和500，000嬰幼兒死亡與貧血相關(guān)聯(lián)。然而，護理點醫(yī)療診斷器具會要求一種或多種試劑必須存放在穩(wěn)定環(huán)境中，直到其被使用，在該護理點，這些試劑必須以精確受控的體積和流量分配。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本文提供了用于產(chǎn)生精確的流體流量和精確計量小流體體積的裝置、系統(tǒng)和方法。本文所提供的裝置、系統(tǒng)和方法還能夠在穩(wěn)定無菌環(huán)境下存儲流體。對小樣本(例如，血液)量的化驗會要求對小試劑體積的精確計量。在某些實例中，本文所提供的裝置、系統(tǒng)和方法可以輸送確定人類是否具有某一疾病狀態(tài)所用的一種或多種試劑的精確流量。本文所提供的裝置、系統(tǒng)和方法可以提供精確體積的一種或多種試劑。本文所提供的裝置、系統(tǒng)和方法能夠在無菌穩(wěn)定環(huán)境下存儲流體。
[0006]在某些方面，本文所提供的用于微流體裝置中的受控流體輸送的系統(tǒng)可以包括對包含可變形儲存器、致動器和控制器的筒盒的使用。在某些實例中，致動器可以是單獨部件，可以是筒盒的部分，或者可以是控制器的部分。控制器可以適于接納筒盒。例如，控制器可以適于接納筒盒并運行一個或多個診斷檢查(例如，用以發(fā)現(xiàn)疾病狀態(tài))?？勺冃蝺Υ嫫骺梢园ㄖ辽僖粋€剛性可塑性變形幅片(web)?？勺冃蝺Υ嫫骺梢园黧w(例如，診斷分析中使用的試劑)。在某些實例中，筒盒可包括至少一個微流體通道。致動器可以具有按壓表面，該按壓表面適于壓靠剛性可塑性變形幅片以使剛性可塑性變形幅片塑性變形，以及對可變形儲存器加壓，以使易破斷密封打開并且流體被從可變形儲存器輸送出?？刂破骺梢钥刂浦聞悠鲏嚎靠勺冃蝺Υ嫫饕钥刂屏黧w從可變形儲存器輸送出(例如，輸送到微流體通道)。
[0007]可變形儲存器可以以任何合適方式使用任何合適材料或材料組合構(gòu)造。在某些實例中，剛性可塑性變形幅片和第二幅片沿周緣密封附連以在兩者之間限定腔室。易破斷密封段可以圍繞腔室的周緣設置，以使得當施加到剛性可塑性變形幅片的載荷超過第一預定力時，流體從可變形儲存器釋放。例如，第一預定力可以在2N和35N之間。然而，在致動器施加第一預定力時在腔室中產(chǎn)生的壓力作用下，周緣密封是穩(wěn)定的以使密封幅片不分層，這可改變通過易破斷密封離開可變形儲存器的流體的流動特性。剛性可塑性變形幅片和第二幅片適于當腔室內(nèi)的壓力超過第一預定壓力時不膨脹(例如，脹大)，這也可改變通過易破斷密封離開可變形儲存器的流體的流動特性。在某些實例中，剛性可塑性變形幅片和/或第二幅片包含鋁(例如，涂有熱封漆和/或防護外涂層的冷成型鋁)。在某些實例中，第二幅片可以定位和/或附連到剛性骨架，因此，在某些實例中，第二幅片可以比剛性可塑性變形幅片的剛性弱。
[0008]可變形儲存器可以具有任何形狀。在某些實例中，可變形儲存器可具有凸外表面。 例如，在某些實例中，可變形儲存器可以具有“圓頂”形狀。在可變形儲存器上的凸外表面可以便于剛性可塑性變形幅片的塑性變形。例如，半球形剛性可塑性變形幅片可以由致動器按壓，以使半球形剛性可塑性變形幅片的被壓部分向內(nèi)反拱，使得可變形儲存器的外表面包括凹部。當致動器從可變形儲存器釋放時，剛性可塑性變形幅片的該反拱能夠限制彈性回彈量。
[0009]致動器的按壓表面可以匹配可變形儲存器的外表面。具有在致動器和剛性可塑性變形幅片上的匹配表面可以確保來自可變形儲存器的流體的受控輸送。在某些實例中，匹配表面可以確保剛性可塑性變形幅片被按壓時沒有在自身上起皺。在某些實例中，剛性可塑性變形幅片的起皺可以發(fā)生。在某些實例中，匹配表面是一致的。在某些實例中，匹配表面是彎曲的。在某些實例中，兩個匹配表面都是凸形的。在某些實例中，匹配表面是半球形的。在某些實例中，匹配表面是“圓頂”狀的。在某些實例中，這些一致表面(例如，平坦表面) 可以彼此壓靠，以便包圍可變形儲存器的上表面的側(cè)面折疊。在某些實例中，這些匹配表面可以在按壓之前定位成使它們彼此遠離彎曲，但彼此壓靠使得可變形儲存器的上表面反拱以緊靠致動器的按壓表面形成光滑界面。在某些實例中，這些匹配表面是彼此的鏡像。在某些實例中，這些匹配表面的曲率半徑均在彼此的20%內(nèi)、在彼此的15%內(nèi)、在彼此的10% 內(nèi)、在彼此的5%內(nèi)、在彼此的3%內(nèi)、在彼此的1 %內(nèi)、或在彼此的0.5%內(nèi)。
[0010]在某些實例中，當所述筒盒接納在所述控制器中并且所述致動器壓靠所述可變形儲存器時，致動器按壓表面的中央突出部分壓靠可變形儲存器的上表面的中央突出部分， 以使所述可變形儲存器的所述中央突出部分反拱。在某些實例中，當所述筒盒接納在所述控制器中并且所述致動器壓靠所述可變形儲存器時，按壓表面的中心軸線可以與所述可變形儲存器的中心軸線對齊。[〇〇11]致動器可以壓靠可變形儲存器，以使其產(chǎn)生離開可變形儲存器的受控流體流。在某些實例中，致動器可以壓靠可變形儲存器，以使其產(chǎn)生離開可變形儲存器的恒定流體流。 在某些實例中，該控制器可以包括步進馬達和編碼器，所述步進馬達能夠使致動器以微米級步進移動，所述編碼器提供關(guān)于所述致動器的位置的反饋。在某些情況下，控制器適于以在 lyl/min 和 500iil/min 之間、在 2ul/min 和 250yl/min 之間、在 5ul/min 和 lOOul/min 之間、在 7111/111；[11和75111/111；[11之間、在1〇111/111；[11和5〇111/111；[11之間或在2〇111/111；[11和4〇111/111；[11之間的速率輸送所述流體。在某些實例中，控制器適于一旦獲得流量就限制流量的變化。在某些實例中，流量與平均流量的不一致在+/-20 %、+/-15 %、+/-10 %或+/-5 %。在某些實例中，控制器可以包括非線性軟件控制，該非線性軟件控制用來移動致動器，以補償可變形儲存器的形狀和致動器的形狀。例如，圓頂狀可變形儲存器和相應圓頂狀致動器會要求致動器的非線性前進，以獲得恒定流量。
[0012]可變形儲存器可以由任何合適的可塑性變形材料制成。在某些實例中，可變形儲存器可以包含聚合物、金屬或其組合?？勺冃蝺Υ嫫骺梢跃哂腥魏魏线m結(jié)構(gòu)?？勺冃蝺Υ嫫骺梢孕纬稍诶@可變形儲存器的周緣密封的兩個幅片之間。例如，可變形儲存器可包含以可冷成型鋁形成的頂層，其可以包含在底面上的熱封漆和在頂面上的防護聚合物涂層。具體材料的選擇會影響到使可變形儲存器變形所需的壓力大小。在某些實例中，可變形儲存器是圓頂狀的。
[0013]可變形儲存器可以包括在可變形儲存器和微流體通道之間的易破斷密封。在某些實例中，易破斷密封可以適于通過用致動器按壓可變形密封以對可變形存儲器的內(nèi)部加壓而打開。在某些實例中，可變形儲存器可以結(jié)合到骨架。骨架可以為本文所提供的可變形儲存器提供剛性支承。在某些實例中，本文所提供的骨架可以限定一個或多個微流體通道。骨架可以限定位于所述易破斷密封下方的減壓區(qū)，這可以有助于確保當可變形儲存器的內(nèi)部被加壓時易破斷密封打開。在某些實例中，筒盒可以包括在所述至少一個微流體通道中的至少一個阻抗測量電路。控制器可以使用至少一個阻抗測量電路來確定所述微流體通道中的所述流體的位置，其可以提供反饋以進一步控制離開可變形儲存器的流體流。在某些實例中，筒盒可以包括兩個或更多個可變形儲存器，并且控制器可以使用一個或多個致動器來按壓該兩個或更多個可變形儲存器，以控制來自該兩個或更多個可變形儲存器的流體流。
[0014]致動器可以是單獨部件、承載可變形儲存器的筒盒的部分，或者是控制器的部分。 在某些實例中，致動器由所述筒盒保持，并適于當所述筒盒和致動器接納在所述控制器中時由按壓器致動。例如，環(huán)可以圍繞可變形儲存器和致動器以使可變形儲存器和致動器對齊。在某些實例中，控制器可以包括致動器。在某些實例中，致動器可以是可在筒盒插入控制器中的同時插入的單獨部件。
[0015]本文所提供的輸送流體的方法可以包括:使本文所提供的可變形儲存器與致動器對齊，以及將致動器壓靠可變形儲存器的上表面以使可變形儲存器變形，并迫使流體流出可變形儲存器。在某些實例中，可變形儲存器是筒盒的部分，并且使可變形儲存器與致動器對齊的步驟包括將筒盒插入包括致動器的控制器中。致動器的按壓表面和可變形儲存器的上表面可以匹配。在某些實例中，上表面和按壓表面兩者都遠離彼此彎曲，以便按壓表面的中央突出部分壓靠可變形儲存器的中央突出部分，而使可變形儲存器的中央突出部分反拱。在某些實例中，上表面和按壓表面兩者都是平坦的，以便致動器壓靠上表面保持上表面不起皺，并且保持所述可變形儲存器的側(cè)表面折疊。
[0016]本文所提供的用于運行診斷分析的方法可以包括:將血液樣本輸送至筒盒，將筒盒插入控制器中，以及啟動控制器以運行診斷分析，其中診斷分析包括步驟:通過用致動器的匹配按壓表面按壓可變形儲存器的上表面，從筒盒上的可變形儲存器輸送試劑流體。將致動器壓靠可變形儲存器可以沿可變形儲存器的周緣打破易破斷密封，以允許試劑進入至少一個微流體通道中，并與血液樣本混合。
[0017]在某些實例中，本文所提供的輸送流體的方法包括輸送來自多個可變形儲存器的多種流體。在某些實例中，本文所提供的診斷裝置可要求精確計量一種或多種試劑。例如， 化驗可要求精確計量一種或多種著色試劑和/或洗滌試劑。在某些實例中，單一致動器可以用于按次序輸送來自不同可變形儲存器的流體。在某些實例中，可以使用多個致動器。在某些實例中，兩個或兩個以上可變形儲存器可以通過易破斷密封彼此連接，用于兩種液體的混合、液體和固體(諸如，低壓凍干粉末)的混合，或其它組分的混合。然后，第二易破斷密封可被破壞以提供組合材料流。
[0018]本文所提供的裝置、系統(tǒng)和方法可以提供精確輸送小流體量的可靠且廉價方法。 例如，在某些實例中，診斷化驗可要求以恒定且規(guī)定速率引入試劑。本文所提供的裝置、系統(tǒng)和方法還可以保持每個筒盒的試劑流體純凈且穩(wěn)定，這在試劑從用于多個筒盒的外部可變形儲存器獲取時可能是困難的。與依賴用于計量來自外部可變形儲存器的流體的栗送機構(gòu)的精度的計量方法相比，本文所提供的裝置、系統(tǒng)和方法可以更可靠。
[0019]在附圖和以下說明書中對一個或多個實施例的細節(jié)進行闡述。從說明書和附圖以及從權(quán)利要求書中可顯示出其它特征和優(yōu)點。【附圖說明】
[0020]圖1描繪了本文所提供的流體輸送系統(tǒng)的第一實施例的示例。[0021 ]圖2示出了沿本文所提供的可變形儲存器放置的密封布置。
[0022]圖3描述了本文所提供的壓靠可變形儲存器的致動器的示例。
[0023]圖4描繪了本文所提供的流體輸送系統(tǒng)產(chǎn)生的示例性流量。[〇〇24]圖5描繪了控制器和筒盒的示例。
[0025]在各圖中，同樣的附圖標記表示同樣的構(gòu)件。【具體實施方式】
[0026]本文提供了涉及計量精確流體量的方法和裝置。在某些實例中，本文所提供的裝置、系統(tǒng)和方法涉及診斷一種或多種疾病狀態(tài)(例如，HIV感染、梅毒感染、瘧疾感染、貧血癥、妊娠期糖尿病和/或先兆子癇)。例如，生物樣本(例如，血液)可以從哺乳動物(例如，孕婦)采集，并使用包括本文所提供的包含一個或多個可變形儲存器的筒盒的套件分析，每個可變形儲存器包含試劑，使得試劑可以使用接納筒盒的控制器與生物樣本混合，以確定該哺乳動物是否具有一組不同疾病狀態(tài)中的任一種。在診斷多種疾病狀態(tài)的裝置的情況下， 每種疾病狀態(tài)的分析可以例如使用來自不同可變形儲存器的不同試劑并行進行，以便基本上同時提供每種疾病狀態(tài)的結(jié)果。在某些實例中，本文所提供的裝置、系統(tǒng)和方法可以在臨床實驗室環(huán)境之外使用。例如，本文所提供的裝置、系統(tǒng)和方法可以用于在醫(yī)院或診所之外的鄉(xiāng)村環(huán)境中。任何適當哺乳動物可以使用本文所提供的方法和材料來檢查。例如，狗、貓、 馬、牛、豬、猴和人類可以使用本文所提供的診斷裝置或套件來檢查。
[0027]本文所提供的裝置、系統(tǒng)和方法可以提供小體積血液和/或試劑的精確計量，以用于確定哺乳動物是否具有一種或多種疾病狀態(tài)的檢查。在某些實例中，本文所提供的裝置、 系統(tǒng)和方法可以重復輸送具有不大于10 % (例如，不大于5 %、不大于3 %、不大于2 %、不大于1%、不大于1%、或不大于0.5%)的偏差的預定且恒定的流體流量和/或體積。本文所提供的裝置或方法的偏差可以通過計量包含報道分子(例如，熒光添加劑或諸如氚的放射性標記)的流體的十個連續(xù)體積、使用來自報道分子的信號確定每次計量流體的平均體積(例如使用反應盤判讀器(plate-reader))，并且確定相對該平均體積的最大偏差并將該最大偏差除以平均體積以確定偏差來估算。在某些實例中，所計量流體的平均體積可以使用 Karl Fisher(卡爾費休)分析來確定。在某些實例中，本文所提供的裝置、系統(tǒng)和方法可以布置成計量500yL或以下(例如，250yL或以下、1 OOyL或以下、75yL或以下、50yL或以下、25yL 或以下、10yL或以下、或5yL或以下)的預定流體體積。在某些實例中，本文所提供的裝置、系統(tǒng)和方法可以布置成計量在lyL/min和500yL/min之間(例如，在2yL/min和250yL/min之間、 在5yL/min和lOOuL/min之間、在7yL/min和75yL/min之間、在lOyL/min和50yL/min之間、或在20yL/min和40yL/min之間)的預定流體流。流量可以使用精確流量計來測量。例如，由 Senser 1n (盛思銳)銷售的精確流量計可用于測量低流量(例如，10ul/min)和高流量(例如，1000ul/min)。流量傳感器可以附連到可變形儲存器的出口或連接在沿流體路徑的各個位置處，用以測量流量。例如，對于圖5所示的數(shù)據(jù)，流量傳感器附連到筒盒的試管的出口。
[0028]本文所提供的可變形儲存器也可以用于非診斷裝置。在某些實例中，本文所提供的可變形儲存器可用于輸送諸如藥物、著色劑、食用香料和/或其組合的流體。例如，本文所提供的可變形儲存器可以充填藥劑，并且控制器可以用于根據(jù)預定計劃將精確量的該藥劑注入到哺乳動物。在某些實例中，本文所提供的可變形儲存器可以包含食用香料和/或著色劑，并用用以利用控制器產(chǎn)生定制的飲料或食物。一種或多種流體的精確輸送的其它應用也被考慮到。在某些實例中，兩個或兩個以上可變形儲存器可以通過易破斷密封彼此連接， 用于兩種液體的混合、液體和固體(諸如，低壓凍干粉末)的混合，或其它組分的混合。然后， 第二易破斷密封可被破壞以提供組合材料流。
[0029]在某些實施例中，本文所提供的裝置、系統(tǒng)和方法可以使用具有剛性可塑性變形上幅片的可變形儲存器，并且剛性可塑性變形上幅片適于由致動器變形。在某些實例中，致動器適于使剛性可塑性變形上幅片的彎曲表面反拱。在某些實例中，致動器具有匹配表面， 該匹配表面適于使剛性可塑性變形上幅片的彎曲表面反拱，同時使幅片中的起皺最小化。 使可變形儲存器表面起皺會以不期望的模式出現(xiàn)，并且導致離開可變形儲存器的流體流不均勻。在某些情況下，可變形儲存器可以用于筒盒應用上的試劑存放，以用于使用點的醫(yī)療診斷。在某些實例中，可變形儲存器適于將數(shù)百毫升的試劑存放延長的時段(例如，至少10 天、至少30天、至少3個月、至少6個月、至少1年或至少2年)。
[0030]在某些實例中，在致動器和可變形儲存器上的匹配表面是一致的。在某些實例中， 匹配表面是彎曲的。在某些實例中，兩個匹配表面都是凸形的。在某些實例中，匹配表面是半球形的。在某些實例中，匹配表面是“圓頂”狀的。在某些實例中，匹配表面可以在按壓之前定位成使它們遠離彼此彎曲，但彼此壓靠以使可變形儲存器的上表面反拱而緊靠致動器的按壓表面形成光滑界面。在某些實例中，匹配表面是彼此的鏡像。在某些實例中，這些匹配表面均具有在彼此的20%內(nèi)、在彼此的15%內(nèi)、在彼此的10%內(nèi)、在彼此的5%內(nèi)、在彼此的3%內(nèi)、在彼此的1 %內(nèi)、或在彼此的0.5%內(nèi)的曲率半徑。
[0031]在某些實例中，當所述筒盒接納在所述控制器中并且所述致動器壓靠所述可變形儲存器時，致動器按壓表面的中央突出部分壓靠可變形儲存器的上表面的中央突出部分，以使所述可變形儲存器的所述中央突出部分反拱。在某些實例中，當筒盒接納在控制器中并且致動器壓靠可變形儲存器時，按壓表面的中心軸線可以與所述可變形儲存器的中心軸線對齊。
[0032]致動器可以壓靠可變形儲存器，以便其產(chǎn)生離開可變形儲存器的受控流體流。在某些實例中，致動器可以壓靠可變形儲存器，以便其產(chǎn)生離開可變形儲存器的恒定流體流。 在某些實例中，控制器可以包括步進馬達和編碼器，所述步進馬達能夠使致動器以微米級步進移動，所述編碼器提供關(guān)于所述致動器的位置的反饋。在某些情況下，控制器適于以在 lyl/min 和 500iil/min 之間、在 2ul/min 和 250yl/min 之間、在 5ul/min 和 lOOul/min 之間、在 7y 1/min和75yl/min之間、在lOyl/min和50yl/min之間或在20yl/min和40iil/min之間的速率輸送所述流體。在某些實例中，控制器可以包括非線性軟件控制，該非線性軟件控制用來移動致動器以補償可變形儲存器的形狀和致動器的形狀。例如，圓頂狀可變形儲存器和相應圓頂狀致動器會需要致動器的非線性前進以獲得恒定流量。[〇〇33] 剛性可塑性變形幅片可以以小于20 %的回彈、小于15 %的回彈、小于10 %的回彈、 小于5%的回彈、小于2%的回彈、小于1 %的回彈、或小于0.5%的回彈塑性變形。在某些實例中，剛性可塑性變形幅片可以包括鋁。包含鋁的幅片可以使用任何合適結(jié)合劑結(jié)合在一起。在某些實例中，本文所提供的可變形儲存器中使用的剛性可塑性變形幅片可以包括一個或多個金屬層和一個或多個聚合物層。例如，在鋁層上的聚合物涂層可以用于幫助將相鄰幅片密封在一起。
[0034]圖1描繪了本文所提供的流體輸送系統(tǒng)的示例性實施例。如圖所示，筒盒110包括骨架160和可變形儲存器120,可變形儲存器120限定在上幅片122和下幅片124之間?？勺冃蝺Υ嫫?20可以包含流體126。上幅片122具有圓頂形狀，并且利用周緣密封132、填充口密封 134和易破斷密封136結(jié)合到下幅片124。圖2更詳細描繪了這些密封的位置。上幅片122可以被冷成型成為圓頂形狀或任何其它合適形狀。周緣密封132可以在可變形儲存器120充填流體126之前制成。周緣密封中的填充間隙可以提供儲存器120充填流體126的路徑。在儲存器 120充填流體126之后，可制成填充密封134以密封填充間隙。周緣密封132和填充密封134可以形成上幅片122和下幅片124之間的彈性密封。在某些實例中，周緣密封132和填充密封 134熔融結(jié)合。
[0035]易破斷密封136可以布置成隔離下幅片124中的開口 125。易破斷密封136適于當施加到剛性可塑性變形幅片122的載荷超過一定閾值時破斷，但是在可變形儲存器120的其它部分或可變形儲存器120的其它密封的破斷之前破斷。在某些實例中，骨架160可以包括在易破斷密封136下方的切口 164,用以支持密封破斷。在某些實例中，施加到剛性可塑性變形幅片122以打破易破斷密封136的閾值載荷在2N和50N之間、在15N和30N之間或在10N和20N 之間。周緣密封132和填充密封134可以是比易破斷密封136更有彈性的密封。制作各密封時使用的處理條件可以確定各密封的強度。[〇〇36] 骨架160可以支撐可變形儲存器120。骨架180可以通過任何合適方法結(jié)合到可變形儲存器120。例如，如圖1所示，骨架160可以通過結(jié)合層180附連到可變形儲存器120。骨架 160可以包括適于從可變形儲存器120接收流體126的微流體通道162和/或其它通道。例如， 骨架160可以包括適于將生物樣本(例如，血液)與用于檢測一種或多種疾病特征的一種或多種試劑混合的腔室。
[0037]致動器140可以具有任何合適形狀或大小。在某些實例中，致動器140具有匹配上幅片122的外形的按壓表面。致動器140的運動可以通過馬達146控制。致動器140可以壓靠儲存器120,使得其產(chǎn)生經(jīng)過易破斷密封136的受控流體流。在某些實例中，馬達146可以包括能夠使按壓裝置(應為致動器)140以微米級步進移動的步進馬達。在某些實例中，馬達 146可以包括提供關(guān)于致動器140的位置的反饋的編碼器。在某些實例中，控制器用于移動致動器140。例如，圖5描繪了適于接納包括一個或多個本文所提供的可變形儲存器的筒盒 510的示例性控制器500。在某些情況下，控制器適于以在lyl/min和500yl/min之間、在2yl/ min和250yl/min之間、在5yl/min和lOOul/min之間、在7yl/min和75yl/min之間、在 10yl/ min和50yl/min之間或在20yl/min和40yl/min之間的速率輸送所述流體?？刂破?00可以包括非線性軟件控制，該非線性軟件控制用來移動致動器以補償可變形儲存器的形狀和致動器的形狀。例如，圓頂狀可變形儲存器120,如圖1所示，以及相應圓頂狀致動器140,如圖1所示，會要求致動器的非線性前進，以獲得恒定流量。
[0038]圖2示出了用于將上幅片122密封到下幅片124的密封模式。如圖所示，周緣密封 132繞圓頂狀腔室126延伸，限定流出口 133并且保留填充間隙以允許流體通過填充口 135輸送。流出口 137包括在下幅片124中的開口 125。易破斷密封136將流出口 137和開口 125與腔室的其余部分隔離。在流體通過填充口 135提供給腔室之后，制成填充密封134以包封可變形儲存器。[〇〇39]圖3示出了被致動器140按壓的示例可變形儲存器120。如圖所示，上幅片122塑性變形，這將可變形儲存器加壓至使得易破斷密封破斷的壓力，以允許流體126流過易破斷密封 136〇
[0040]可變形儲存器可以包括在可變形儲存器和微流體通道之間的易破斷密封。在某些實例中，易破斷密封可以適于通過用致動器按壓可變形密封對可變形儲液的內(nèi)部加壓而打開。在某些實例中，可變形儲存器可以結(jié)合到骨架。骨架可以限定一個或多個微流體通道。 骨架可以限定位于所述易破斷密封下方的減壓區(qū)，這可有助于確保當可變形儲存器的內(nèi)部被加壓時易破斷密封打開。在某些實例中，筒盒可以包括在所述至少一個微流體通道中的至少一個阻抗測量電路?？刂破骺梢允褂迷撝辽僖粋€阻抗測量電路來確定所述微流體通道中的所述流體的位置，其可以提供反饋以進一步控制離開可變形儲存器的流體流。在某些實例中，筒盒可以包括兩個或更多個可變形儲存器，并且控制器可以使用一個或多個致動器按壓該兩個或更多個可變形儲存器，以控制來自該兩個或更多個可變形儲存器的流體流。
[0041]致動器可以是單獨部件，是承載可變形儲存器的筒盒的部分，或者是控制器的部分。在某些實例中，致動器由所述筒盒保持，并適于當所述筒盒和致動器接納在所述控制器中時由按壓件致動。例如，環(huán)可以圍繞可變形儲存器和致動器，以使可變形儲存器和致動器對齊。在某些實例中，控制器可以包括致動器。在某些實例中，致動器可以是能夠在筒盒插入控制器中的同時插入的單獨部件。
[0042]本文所提供的輸送流體的方法可以包括使可變形儲存器和致動器對齊，以及將致動器壓靠可變形儲存器的上表面以使可變形儲存器變形并迫使流體離開可變形儲存器。在某些實例中，可變形儲存器是筒盒的部分，并且使可變形儲存器與致動器對齊的步驟包括將筒盒插入包括致動器的控制器。致動器的按壓表面和可變形儲存器的上表面可以匹配。在某些實例中，上表面和按壓表面兩者都遠離彼此彎曲以便按壓表面的中央突出部分壓靠可變形儲存器的中央突出部分，以使可變形儲存器的中央突出部分反拱。在某些實例中，上表面和按壓表面兩者都是平坦的，以便致動器壓靠上表面保持上表面不起皺并且所述可變形儲存器的側(cè)表面折疊。
[0043]本文所提供的運行診斷分析的方法可以包括將血液樣本輸送至筒盒，將筒盒插入控制器，以及啟動控制器以運行診斷分析，其中診斷分析包括步驟:用致動器的匹配按壓表面按壓可變形儲存器的上表面，輸送來自筒盒上的可變形儲存器的試劑流體。致動器壓靠可變形儲存器可以沿可變形儲存器的周緣打破易破斷密封，以允許試劑進入至少一個微流體通道中并與血液樣本混合。
[0044]圖4示出了使用本文所提供的可變形儲存器獲得的流量。如圖所示，當易破斷密封破斷時，對可變形儲存器的初始加壓產(chǎn)生初始流。使剛性可塑性變形上幅片進一步塑性變形的致動器的后續(xù)運動可以被控制，以產(chǎn)生來自可變形儲存器的穩(wěn)定流體流。[〇〇45]已經(jīng)描述了本發(fā)明的若干實施方式。然而，應理解，可進行各種改進而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，其它實施例包括在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于微流體裝置中的受控流體輸送的系統(tǒng)，包括:(a)筒盒，所述筒盒包括至少一個可變形儲存器，所述可變形儲存器容納流體，所述可 變形儲存器至少部分由剛性可塑性變形幅片限定；(b)致動器，所述致動器具有按壓表面，所述按壓表面適于壓靠所述剛性可塑性變形幅 片，以使所述幅片塑性變形；以及(c)控制器，所述控制器適于接納所述筒盒，并且控制所述按壓表面壓靠所述剛性可塑 性變形幅片，以輸送來自所述可變形儲存器的流體。2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述剛性可塑性變形幅片的外表面和所述按壓表面 是彎曲的。3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中當所述筒盒接納在所述控制器中并且所述致動器壓 靠所述可變形儲存器時，所述按壓表面的中央突出部分壓靠所述可變形儲存器的中央突出 部分，以使所述剛性可塑性變形幅片的中央突出部分反拱。4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述外表面和所述按壓表面具有匹配的曲率。5.如前述權(quán)利要求中的一項所述的系統(tǒng)，其中當所述筒盒接納在所述控制器中并且所 述致動器壓靠所述可變形儲存器時，所述按壓表面的中心軸線與所述可變形儲存器的中心 軸線對齊。6.如前述權(quán)利要求中的一項所述的系統(tǒng)，其中當所述致動器使所述剛性可塑性變形幅 片塑性變形時，所述剛性可塑性變形幅片不起皺。7.如前述權(quán)利要求中的一項所述的系統(tǒng)，其中所述控制器適于移動所述致動器，使得 所述系統(tǒng)產(chǎn)生進入至少一個微流體通道中的恒定流。8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述控制器適于以在7yl/min和75yl/min之間的流量 輸送所述流體。9.如前述權(quán)利要求中的一項所述的系統(tǒng)，其中所述控制器包括步進馬達和編碼器，所 述步進馬達能夠使所述致動器以微米級步進移動，所述編碼器用以提供關(guān)于所述致動器的 位置的反饋。10.如前述權(quán)利要求中的一項所述的系統(tǒng)，其中所述可變形儲存器形成在所述剛性可 塑性變形幅片和第二幅片之間，所述剛性可塑性變形幅片和所述第二幅片利用周緣密封密 封在一起以形成腔室，但在所述可變形儲存器和微流體通道之間保留至少一個易破斷密 封，其中，由致動器使所述剛性可塑性變形幅片產(chǎn)生的塑性變形在所述腔室內(nèi)產(chǎn)生的所述 壓力足以打破所述易破斷密封。11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述可變形儲存器結(jié)合到骨架，所述骨架限定位于 所述易破斷密封下方的減壓區(qū)。12.如權(quán)利要求10或權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中易破斷密封適于當所述腔室上的載 荷超過在2N和35N之間的載荷時打開，其中所述周緣密封能承受至少35N的載荷。13.如前述權(quán)利要求中的一項所述的系統(tǒng)，其中所述剛性可塑性變形幅片包括金屬。14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述金屬包括鋁。15.如前述權(quán)利要求中的一項所述的系統(tǒng)，其中所述剛性可塑性變形幅片包括聚合物。16.如前述權(quán)利要求中的一項所述的系統(tǒng)，其中所述致動器是所述控制器的部分。17.如權(quán)利要求1-15中的一項所述的系統(tǒng)，其中所述致動器由所述筒盒保持，并且所述致動器適于當所述筒盒和致動器被接納在所述控制器中時由按壓件致動。18.如前述權(quán)利要求中的一項所述的系統(tǒng)，其中所述筒盒包括在至少一個微流體通道 中的至少一個阻抗測量電路，所述控制器適于使用所述至少一個阻抗測量電路來確定所述 流體在所述微流體通道中的位置。19.如前述權(quán)利要求中的一項所述的系統(tǒng)，其中所述筒盒進一步包括一個或多個微流 體通道。20.如前述權(quán)利要求中的一項所述的系統(tǒng)，其中當所述致動器在通過所述致動器變形 之后釋放時，所述剛性可塑性變形幅片具有小于5%的最大回彈。21.—種用于適于接納微流體筒盒的微流體裝置的控制器，所述控制器包括致動器，所 述致動器具有適于壓靠剛性可塑性變形幅片的按壓表面，所述剛性可塑性變形幅片至少部 分限定微流體筒盒上的可變形儲存器，所述按壓表面的形狀與所述剛性可塑性變形幅片的 外形匹配。22.如權(quán)利要求21所述的控制器，其中所述按壓表面是凸形的。23.如權(quán)利要求21或權(quán)利要求22所述的控制器，其中當所述微流體筒盒接納在所述控 制器中時，所述致動器的中心軸線與所述可變形儲存器的中心軸線對齊。24.如權(quán)利要求21-23中的一項所述的控制器，其中所述控制器適于移動所述致動器， 使得所述系統(tǒng)產(chǎn)生進入至少一個微流體通道中的恒定流。25.如權(quán)利要求24所述的控制器，其中所述控制器適于以在7iU/min和75iU/min之間的 流量輸送所述流體。26.如權(quán)利要求21-25中的一項所述的控制器，其中所述控制器包括步進馬達和編碼 器，所述步進馬達能夠使所述致動器以微米級步進移動，所述編碼器提供關(guān)于所述致動器 的位置的反饋。27.如權(quán)利要求21-26中的一項所述的控制器，其中所述控制器適于從所述筒盒中的至 少一個阻抗測量電路檢測所述筒盒中的流體位置。28.—種微流體筒盒，所述微流體筒盒包括至少一個可變形儲存器和至少一個微流體 通道，所述可變形儲存器包括利用周緣密封和易破斷密封連接在一起的剛性可塑性變形幅 片和第二幅片，所述可變形儲存器限定腔室，所述可變形儲存器容納流體，所述易破斷密封 在施加到所述剛性可塑性變形幅片的載荷超過在2N和35N之間的力時打開，所述周緣密封 對于小于75N的載荷保持完整，所述剛性可塑性變形幅片構(gòu)造成當被至少2克的力按壓時塑 性變形。29.如權(quán)利要求28所述的微流體筒盒，其中所述至少一個剛性可塑性變形幅片的外表 面是凸形的。30.如權(quán)利要求28或權(quán)利要求29所述的微流體筒盒，其中所述剛性可塑性變形幅片構(gòu) 造成在變形后具有5 %的最大回彈。31.如權(quán)利要求28-30中的一項所述的微流體筒盒，其中還包括骨架，所述可變形儲存 器結(jié)合到所述骨架，并且所述骨架限定位于所述易破斷密封下方的減壓區(qū)。32.如權(quán)利要求28-31中一項所述的微流體筒盒，其中所述剛性可塑性變形幅片包括金屬。33.如權(quán)利要求28-32中一項所述的微流體筒盒，其中所述筒盒包括在所述至少一個微流體通道中的至少一個阻抗測量電路。34.—種輸送流體的方法，包括:(a)使可變形儲存器和致動器對齊，以便所述致動器的按壓表面布置成與所述可變形 儲存器的上表面相對，所述按壓表面匹配所述上表面；以及(b)將所述致動器壓靠所述上表面，以使所述可變形儲存器變形，并迫使流體離開所述 可變形儲存器。35.如權(quán)利要求34所述的方法，其中所述可變形儲存器是包括至少一個微流體通道的 微流體筒盒的部分，其中將所述致動器壓靠所述上表面輸送流體到所述微流體通道。36.如權(quán)利要求35所述的方法，其中所述致動器是適于接納所述筒盒的控制器的部分， 其中通過將所述筒盒插入所述控制器中使所述可變形儲存器和致動器對齊。37.如權(quán)利要求34-36中的一項所述的方法，其中所述上表面和所述按壓表面是彎曲 的，其中將所述致動器壓靠所述上表面包括將所述按壓表面的中央突出部分壓靠所述可變 形儲存器的中央突出部分，以使所述可變形儲存器的所述中央突出部分反拱。38.如權(quán)利要求34-37中的一項所述的方法，其中所述上表面和所述按壓表面是平坦 的，其中將所述致動器壓靠所述上表面將所述上表面保持為無起皺以及將所述可變形儲存 器的側(cè)表面保持為折疊。39.如權(quán)利要求34-38中的一項所述的方法，其中使所述可變形儲存器和所述致動器對 齊包括使所述按壓表面的中心軸線與所述可變形儲存器的中心軸線對齊。40.如權(quán)利要求34-39中的一項所述的方法，其中所述致動器移動，其移動速率產(chǎn)生進 入所述至少一個微流體通道中的恒定流，其中，所述恒定流的流量在7yl/min和75yl/min之 間。41.如權(quán)利要求34-40中的一項所述的方法，其中使用步進馬達按壓所述致動器，并且 所述步進馬達能夠?qū)崿F(xiàn)微米級步進。42.如權(quán)利要求34-41中的一項所述的方法，其中所述可變形儲存器形成在圍繞所述可 變形儲存器的周緣密封的兩個幅片之間，所述可變形儲存器包括在所述可變形儲存器和微 流體通道之間的易破斷密封，其中按壓所述致動器使得所述易破斷密封打開。43.—種運行診斷分析的方法，包括:(a)輸送血液樣本至筒盒，所述筒盒包括至少一個可變形儲存器和至少一個微流體通 道，所述可變形儲存器容納試劑流體，所述可變形儲存器具有上表面；(b)將所述筒盒插入控制器中；以及(c)啟動所述控制器以對所述筒盒中的所述血液樣本進行診斷分析，所述診斷分析包 括步驟:所述控制器將致動器的按壓表面壓靠所述可變形儲存器的所述上表面，以將所述 試劑流體輸送到所述微流體通道中，所述試劑流體與所述血液樣本混合。44.如權(quán)利要求43所述的方法，其中所述按壓表面匹配所述上表面。
【文檔編號】B01L3/00GK105980058SQ201580007677
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年1月6日
【發(fā)明人】阿倫·奧本海默, 魯茲·韋伯爾, 馬蒂亞斯·克龍斯拜因, 扎卡里·杰羅德·特雷納, 菲利普·查爾斯·瓦爾克, 安德魯·博伊斯, 亞當·凱西
【申請人】達克雷診斷器材有限公司