相關申請的相互參照

本申請要求2014年8月1日提交的名稱為“gravity-enhancedmicrofluidicdevicesandmethodsforhandlingandtransferringfluids”的第62/032,266號美國臨時申請，以及2015年1月9日提交的名稱為“devices,systems&methodsforgravity-enhancedmicrofluidiccollection,handlingandtransferringoffluids”第62/101,784號美國臨時申請的優(yōu)先權，依照35u.s.c.§119(e)，以引用的方式將它們的全文并入本文中。

公開的技術通常涉及體液的采集，具體地，涉及允許將體液采集進容器中的裝置、方法和設計原理，在某些實施例中，還涉及作用于使用重力來增強功能所采集到的液體的過程。這不僅對于活動性液體采集，還對于容器的下游處理，包括其在設備和處理上的呈現(xiàn)方式，具有影響。

背景技術：

采集體液的裝置、系統(tǒng)和方法是發(fā)展中的個性化藥物的必要裝置。作為繼續(xù)發(fā)展的醫(yī)療點裝置，從未經(jīng)訓練的用戶采集樣品是經(jīng)常被忽略的領域。當前，生物樣品最常見地是要么通過簡單易用的方法或裝置(如穿刺裝置)、或受過訓練的人員(如靜脈穿刺)獲得。為了將體液輸送到貯存器、容器或分析裝置，需要耗時的和/或繁瑣的多個步驟。為了規(guī)避這些問題，需要能夠以簡單方式采集樣品的裝置，該裝置還需要具有整合的到放置樣品的貯存器或容器的液體輸送。

因此，本領域需要改進的利用重力和毛細作用力進行液體處理和輸送的微流體裝置，以及相關的系統(tǒng)和方法。

技術實現(xiàn)要素：

本文討論了采集裝置的各種實施例，以及供其使用的相關的系統(tǒng)和方法。為簡潔起見，這些實施例可能以與“采集器”有關進行描述，然而，這并不意味著以任何方式限制本發(fā)明的范圍。此外，微流體通道的討論可能包括開放和封閉的通道，以及以同時具有開放和封閉部分為特征的通道。

在例子1中，用于從受驗者抽血的微流體采集系統(tǒng)包括：采集器，其包括殼體、至少一個采集點、微流體網(wǎng)絡以及至少一個流出通道，所述微流體網(wǎng)絡包括設置在所述殼體中的至少一個微流體通道，所述至少一個流出通道與所述微流體網(wǎng)絡流體連通；以及至少一個儲液器，所述至少一個儲液器經(jīng)由所述流出通道與所述至少一個采集點流體連通；其中，所述系統(tǒng)配置為放置在受驗者的皮膚上用以抽血，所述至少一個微流體網(wǎng)絡配置為促進液體從所述采集點流到所述至少一個流出通道。

在例子2中，例子1的系統(tǒng)還包括執(zhí)行器，其配置為促進皮膚的刺穿。

在例子3中，在例子1的系統(tǒng)的基礎上，所述至少一個微流體通道還包括微流體通道幾何結構和接觸角，并且所述至少一個微流體通道配置為通過毛細管作用和重力中的至少一個促進液體的流動。

在例子4中，在例子3的系統(tǒng)的基礎上，采集器和至少一個微流體通道配置為具有流動位置和停止位置。

在例子5中，在例子3的系統(tǒng)的基礎上，還包括至少一個開放的微流體通道。

在例子6中，在例子3的系統(tǒng)的基礎上，還包括至少一個開放的微流體通道和至少一個封閉的微流體通道。

在例子7中，在例子3的系統(tǒng)的基礎上，所述微流體網(wǎng)絡還包括至少一個斜道。

在例子8中，在例子3的系統(tǒng)的基礎上，所述微流體網(wǎng)絡還包括至少一個表面張力閥。

在例子9中，在例子8的系統(tǒng)的基礎上，所述表面張力閥配置為根據(jù)所述微流體網(wǎng)絡的方位調節(jié)液體經(jīng)所述微流體網(wǎng)絡的流動。

在例子10中，在例子3的系統(tǒng)的基礎上，還包括連接部分。

在例子11中，在例子10的系統(tǒng)的基礎上，所述儲液器是可拆卸的，并且所述連接部分還配置為接收可拆卸的儲液器。

在例子12中，提供了一種重力增強采集系統(tǒng)，包括：采集器，其包括殼體；微流體網(wǎng)絡，其包括設置在所述殼體中的至少一個微流體通道；設置在所述殼體中的至少一個采集點；至少一個流出通道；以及至少一個儲液器；其中，所述至少一個采集點經(jīng)由所述微流體網(wǎng)絡與所述流出通道微流體連通，從而促進液體經(jīng)由進入所述儲液器中的所述流出通道流至所述儲液器。

在例子13中，在例子12的系統(tǒng)的基礎上，所述裝置配置為使用重力來增強液體采集。

在例子14中，在例子13的系統(tǒng)的基礎上，所述儲液器是可拆卸的儲液器。

在例子15中，在例子13的系統(tǒng)的基礎上，所述流出通道配置為防止回流。

在例子16中，在例子13的系統(tǒng)的基礎上，所述至少一個微流體通道還包括彼此流體連通的開放微流體通道和封閉微流體通道。

在例子17中，在例子16的系統(tǒng)的基礎上，所述開放微流體通道和所述封閉微流體通道彼此流體連通。

在例子18中，在例子16的系統(tǒng)的基礎上，還包括斜道。在一些例子中，這個斜道可能包括帶有定義了濕周長度的至少一個濕表面的開放微流體通道，其中，所述濕表面以接觸角接觸流過所述通道的液體，至少一個自由表面包括定義了自由周長度的開放氣液界面，所述自由周長度與所述濕周長度的比值小于所述接觸角的余弦，從而啟用自發(fā)的毛細流動。

在例子19中，在例子15的系統(tǒng)的基礎上，所述至少一個微流體通道能夠實現(xiàn)定時的液體輸送。

在例子20中，提供了一種從受驗者抽血的方法，包括：提供血液采集裝置，包括：殼體、微流體網(wǎng)絡、至少一個流出通道和至少一個儲液器，所述為液體網(wǎng)絡包括設置在所述殼體中的至少一個微流體通道，以及至少一個采集點，所述至少一個流出通道與所述微流體網(wǎng)絡流體連通，所述至少一個儲液器經(jīng)由所述網(wǎng)絡和流出通道與所述至少一個采集點流體連通；將流體連接裝置放置在所述受驗者的皮膚上；刺穿所述受驗者的皮膚從而淤積液體；從所述皮膚采集淤積的液體；以及通過所述微流體網(wǎng)絡將采集的液體輸送至所述儲液器。

雖然公開了多個實施例，但是根據(jù)以下詳細說明(其展示和描述了公開的裝置、系統(tǒng)和方法的示例性實施例)，仍然有本發(fā)明的其他實施例對于本領域技術人員是顯而易見的。如將會實現(xiàn)的，公開的裝置、系統(tǒng)和方法能夠在各個明顯的方面做出改變，所有這些都不脫離本發(fā)明的精神和范圍。相應地，附圖和詳細說明本質上被視作是說明性的，而非限制性的。

附圖說明

圖1a是根據(jù)示例性實施例的采集器的透視圖；

圖1b是圖1a所示的實施例應用于受驗者的皮膚的透視圖；

圖1c是圖1a所示的實施例的另一透視圖，其中，儲液器被移除；

圖1d是采集器的一個實施例的部件分解透視圖，其展示了基座、執(zhí)行器和腔；

圖1e是采集器的示例性實施例的微流體通道的透視圖，其包括毛細管主導區(qū)域和重力主導區(qū)域這兩個區(qū)域；

圖1f描繪了圖1d的實施例，其中，液體處于重力主導區(qū)域；

圖1g是在具體特性的通道中的液體流動的距離；

圖1h是在各種通道設計中的液體流動的距離；

圖2a描繪了根據(jù)一個實施例的采集器的自頂向下的截面圖；

圖2b描繪了根據(jù)替代實施例的采集器的自頂向下的截面圖；

圖2c描繪了根據(jù)示例性實施例的采集器的側視圖；

圖2d是圖2c所示的采集器從另一個角度看去的側視圖；

圖2e是根據(jù)示例性實施例的具有多個儲液器的采集器的側視圖；

圖2f是圖2e所示的采集器從另一個角度看去的側視圖；

圖3a是根據(jù)一個實施例的采集器的自頂向下的截面圖；

圖3b是圖3a所示的采集器的側視圖；

圖3c是圖3a所示的采集器從另一個角度看去的側視圖；

圖3d是根據(jù)示例性實施例的儲液器和描繪了液體橋的流出通道的側視圖；

圖4a描繪了根據(jù)一個實施例的采集器的自頂向下的截面圖；

圖4b描繪了根據(jù)替代實施例的采集器的自頂向下的截面圖；

圖4c描繪了根據(jù)替代實施例的采集器的自頂向下的截面圖；

圖4d描繪了根據(jù)替代實施例的采集器的自頂向下的截面圖；

圖5a是根據(jù)示例性實施例的采集器的透視圖；

圖5b描繪了圖5a所示的采集器的自頂向下的截面圖，其展示了裝配和儲液器連接；

圖5c描繪了圖5a所示的采集器的自頂向下的截面圖，其展示了裝配和儲液器連接，其中儲液器被移除；

圖5d是根據(jù)示例性實施例的采集器的剖面透視圖；

圖5e是根據(jù)示例性實施例的流出通道和儲液器的截面?zhèn)纫晥D；

圖6a是根據(jù)示例性實施例的流出通道和儲液器的詳細截面透視圖；

圖6b是在一些實施例中滿足scf關系并且可以作為斜道的開放的微流體通道的透視圖；

圖6c是包括液體的圖6所示的通道的透視圖；

圖7a是根據(jù)示例性實施例的處于閉合位置的表面張力閥的截面圖；

圖7b是處于開啟位置的圖7a所示的閥的截面圖；

圖7c是在采集器中的閥和通道配置的替代實施例的截面圖；

圖7d是在采集器中的閥和通道配置的另一替代實施例的截面圖；

圖8是在采集器中的表面張力閥和通道配置的另一替代實施例的另一截面圖；

圖9a是在儲液器中的流出通道的示例性實施例的界面?zhèn)纫晥D；

圖9b描繪了在水平位置中的9a所示的通道和儲液器；

圖9c是在儲液器中的流出通道的替代示例性實施例的界面?zhèn)纫晥D；

圖9d描繪了在水平位置中的圖9c所示的通道和儲液器；

圖10描繪了根據(jù)示例性實施例的采集井的截面透視圖；

圖11描繪了根據(jù)示例性實施例的液體流過具有缺陷的通道的截面圖；

圖12a描繪了包括表面張力引導的微通道的一個實施例的頂視圖，其中，重力幫助流動的方向引導；

圖12b描繪了圖12a所示的實施例的頂視圖，其中，液體已經(jīng)通過微通道；

圖12c描繪了包括表面張力引導的微通道的替代實施例的另一頂視圖，其中，重力幫助流動的方向引導；

圖12d描繪了圖12所示的實施例的頂視圖，其中，液體已經(jīng)通過微通道；

圖12e描繪了包括至少一個圓形脊的微通道的實施例的側視圖；

圖12f描繪了包括至少一個方形脊的微通道的實施例的側視圖；

圖12g描繪了包括由溝紋部分提供的表面張力引導的微通道的實施例的側視圖；

圖12h描繪了用于比較的包括典型的開放通道的微通道的實施例的側視圖；

圖13描繪了根據(jù)一個實施例的定向流動分支通道的截面圖；

圖14a描繪了具有流出通道和兩個儲液器的采集器的實施例的截面圖；

圖14b描繪了在水平位置的圖14a所示的通道和儲液器系統(tǒng)，通過重力將液體引導進入第二通道和儲液器中；

圖15a描繪了根據(jù)示例性實施例的儲液器和流出通道的側視圖；

圖15b描繪了圖15a所示的實施例，其中，液體已經(jīng)輸送至儲液器的遠端；

圖16a描繪了儲液器和流出通道的示例性實施例的透明透視圖，其中，通道配置為當采集器處于水平位置時與儲液器的底部內側表面直接流體連通；

圖16b描繪了儲液器和流出通道的示例性實施例的透明透視圖，其中，通道配置為當采集器處于水平位置時與儲液器的頂部內側表面直接流體連通；

圖16c描繪了儲液器和流出通道的示例性實施例的透明透視圖，其中，通道處于球根結構；

圖16d描繪了儲液器和流出通道的示例性實施例的透明透視圖，其中，通道處于八字形結構；

圖16e描繪了儲液器和流出通道的示例性實施例的透明透視圖，其中，通道處于直通道結構

圖17a為根據(jù)替代實施例的特定容積儲液器的截面透視圖；

圖17b為圖17a所示的實施例的端視圖；

圖18a為根據(jù)示例性實施例的盒儲液器的透視圖；

圖18b為盒的替代實施例的透視圖；

圖18c為盒的另一實施例的反面透視圖。

具體實施方式

本文公開或設想的各實施例涉及一種同時實現(xiàn)采集體液和無縫地容納體液的可以由未經(jīng)培訓的或最低程度培訓的人使用的裝置，以及相關的系統(tǒng)和方法。

本發(fā)明描述了微流體方法的使用，其以補充毛細驅動的流的方式利用在開放的微流體通道中的重力，并且使得先前難以實現(xiàn)的新應用成為可能，包括當不限于增加可拆卸的管子、合并單向流體閥、包括更適合于制造方法的幾何結構、以及使用工程設計的連接方法。

可以理解的是本文公開的裝置和相關的方法和系統(tǒng)的各實施例可以并入任何其他已知的醫(yī)療設備、系統(tǒng)和方法，或者與任何其他已知的醫(yī)療設備、系統(tǒng)和方法一起使用。例如，本文公開的各實施例可能并入共同待定的2013年7月23日提交的名稱為“methods,systems,anddevicesrelatingtoopenmicrofluidicchannels”的第13/949,108號美國申請，以及2013年1月25日提交的名稱為“handhelddevicefordrawing,collecting,andanalyzingbodilyfluid”第13/750,526號美國申請中公開的醫(yī)療設備和系統(tǒng)中的任意一種中，或者與這些醫(yī)療設備和系統(tǒng)中的任意一種一起使用，以引用的方式將上述兩件專利申請的全文并入本文中。

本文公開了集成采集和容納的裝置的各實施例，其從受驗者的組織采集體液并且將采集到的體液傳輸?shù)娇扇菀撞鹦兜墓芑騼σ浩髦?。先前的技術研究了以線性方式輸送體液：一個裝置使得體液能夠離開組織，另一個裝置用于采集體液。相較而言，本文公開的實現(xiàn)方式通過將體液的采集與體液的容納直接集成在相同的裝置中，簡化了體液采集的過程。

一些實施例利用重力作為被動能源來克服在特定的和限定的區(qū)域中的表面張力，從而促進液體的輸送。將會顯而易見的是，本文描述的示例性實施例包括用于采集液體樣品(例如，體液)，并且使得那些樣品能夠容納在容器(其易于連接至采集裝置，并且易于從采集裝置移除)中的各種裝置、系統(tǒng)和方法。示例性實施例是在醫(yī)療設備、家庭診斷設備和實驗室分析平臺和儀器中使用的。

特別地和故意地使用重力來克服或增強毛細作用力的能力對于微流體通道的工藝性是很有用的。當在液體流動的方向上利用重力時，重力充當額外的或附加的力在由于各種各樣的原因有著不利的毛細拉伸力的地方促進液體的流動。例如，具有高表面能(因此大的接觸角)的材料通常難以牽引液體。如果通道取向使得輸入在輸出上方，液體將由于重力自然地被迫通過通道，克服塑料的不利的表面特性，因而使得更大范圍的塑料可以用在重力輔助毛細管裝置中。在一些實施例中，這種好處可以擴展到克服各種制造缺陷，使得這些液體系統(tǒng)能夠特別健壯并且易于制造，因為可能對精度要求更低。制造缺陷可以包括：可以產(chǎn)生將截止液體流動的阻塞脊的較小的表面或維度缺陷；將減少自發(fā)毛管流動的不恰當制造深度；圓形通道轉角；在組裝過程中可能落在通道中的臟物或灰塵顆粒；以及可能存在于通道中并且在完全毛細驅動的裝置中阻礙液體行進的其他缺陷。

通過注射成型的狹小通道的創(chuàng)造或產(chǎn)生在早先的微流體裝置的制造中顯示出困難。高-寬的長寬比是成功地注射成型微通道的重要參數(shù)。微流體工程師為了液體功能通常更喜歡高且薄的通道，而制造工程師為了易于制造通常更喜歡短且寬的通道。當在朝著液體流動的方向利用重力時，微流體工程師可以設計更短和更寬的通道來實現(xiàn)系統(tǒng)所需的液體功能，在這種情況下為體液的輸送。因此，重力的利用使得在易于制造的微通道中能夠實現(xiàn)復雜的微流體流動。

本文描述的各實施例還包括進一步擴展了被利用的開放微流體平臺的功能的閥和通道。這些閥允許被動微通道內的更復雜的液體處理。例如，使用公開的實施例這些閥可以包括定時的液體釋放或特定容積釋放。利用使通道在重力的方向導向的這些相同重力增強，通道可以被設計來產(chǎn)生液滴，并且在液滴增長到特定尺寸后，將液滴連接至其他通道。這種液滴形成還可以允許將通道連接至任何可拆卸的，包括但不限于，離心管和其他連接的儲液器。產(chǎn)生液滴的步驟還允許輸送特定的劑量的液體，因為到通道的距離或塑料的表面特性改變了允許重力強于表面張力并且允許液體流動所需的液滴尺寸。因為液體正產(chǎn)生液滴并且落入下一個室中，該室接著可以易于從通道移除，以備將來之用。將毛細力和重力結合起來使用以產(chǎn)生有效的通道的能力可以導致更簡單、更便宜、更易于制造，以及由于具有更高的工作容差而在運行中更健壯的裝置，因而在通道中無需過高精度。這可以導致單元成本下降。由于這些通道相比毛細驅動的裝置可以克服表面能中更大的差距，因此可以更易于與各種較少專用的裝置連接，如塑料離心管或橡膠隔片儲液器。與這些部件的連接可以易于切斷，以允許這些部件從裝置移除并且用最小次級過程密封，使得體液儲液器沒有回流地與裝置連接，或者完全地與裝置斷開連接，或者那些步驟的一些組合。

最后，通過利用重力可以提高在毛細網(wǎng)絡中的流動。在毛細網(wǎng)絡中的流動可以受到兩個因素的限制：網(wǎng)絡的長度；網(wǎng)絡的區(qū)域之間的高度的垂直變化。關于網(wǎng)絡長度，由于通道的濕的部分造成的對流的阻力，長度的增大導致毛細流速的相應減小。流速的減小對于可能導致網(wǎng)絡不穩(wěn)定的各種液體或非牛頓的液體是特別難的。通過在三維空間中設計采用重力流動的網(wǎng)絡，可以抵消對流動的阻力，以便加快或以恒定速度維持液體在網(wǎng)絡中的流動。

在沿著裝置的長度具有垂直高度差異的毛細網(wǎng)絡的情況下，液體的重量可以抵消毛細管拉力并且阻止發(fā)生流動。在這些例子中，將存在沿著通道的長度的點，在該點處，液體前沿或前緣停止向前穿過通道，并且該點取決于通道的毛細管數(shù)、通道的幾何結構、以及液體的成分。

轉向更詳細的附圖，圖1a-1f和2a-2f描繪了重力增強液體采集裝置(或簡稱“采集器”100)的示例性實施例。如圖1a-b所示，在示例性實施例中，采集器100通常包括具有第一端12和第二端14的殼體10、以及流出通道112，該殼體10配置為通過裝配部分或連接部分103與至少一個儲液器104(如管或盒)流體連通，在一些實施例中，該儲液器104也稱為“套管”。在示例性實施例中，儲液器104可以通過連接部分103可拆卸地連接至殼體10，這樣它可能被分離，如圖1c所示。在一些實施例中，儲液器104可以是壓入配合在配件103上的標準的eppendorf管。在進一步的實施例中，儲液器104還可以是定制的，并且利用毛細力，或單獨地利用重力來填充。因此管104可以充當用于容納或收集液體的可移除的、標準化的儲液器104，其可以簡單和容易地分離并且插入現(xiàn)有的和定制的測試或實驗室設備中。以液體為血液為例，管104可以易于插入臨床和實驗室設備，或者工作流中，用于診斷和/或生物標記檢測。

在使用中，如圖1b所示，采集器100放置在用戶的皮膚上，使得液體儲液器104的遠端部分104b的取向是基本垂直向下位置。這種取向的結果是，在采集點101采集到的體液被液體網(wǎng)絡102抽取，以便輸出至液體儲液器104。在這些實施例中，如圖2a所示，毛細力允許液體與有液體網(wǎng)絡102的微流體通道102a、102b、102c相互作用，并且受它們的引導，這些微流體通道設置在殼體中以最大化通道幾何結構的優(yōu)點，同時重力偏置液體的流動進入和穿過液體網(wǎng)絡102。以下結合圖3a-c、5a-6和15-16e給出對儲液器104的液體的和物理的連接的額外說明。

如圖1d所示，在示例性實施例中，殼體10還包括內腔22，如在2013年1月25日提交的名稱為“handhelddevicefordrawing,collecting,andanalyzingbodilyfluid”的第13/750,526號美國申請已經(jīng)描述過的，該申請文件以引用的方式并入本文中。此外，某些裝置具有至少一個執(zhí)行器110，并且配置為放置在患者1的皮膚上，如圖1b所示。在按下或操作執(zhí)行器110之后，至少一個柳葉刀、針或其他皮膚穿刺裝置(如圖1d所描繪的四根針30，將在下面更具體地討論)被展開，從而刺穿受驗者的皮膚，并且引起血液或其他體液淤積在采集區(qū)域附近(如圖4a-d所示)，以便攝取到微流體網(wǎng)絡中。

圖1d是根據(jù)一個實施方式的采集器100的示例性實施例的部件分解透視圖。在本實施例中，執(zhí)行器110起著活塞18的作用，該活塞18配置為在殼體10的近端10插入到腔22中。這個活塞包含面28和多個針30或柳葉刀。多個針30被固定到面28?；?0連接至殼體19的遠端14，并且包含與腔22流體連通的多個開孔、或采集點101，這些開孔101與在活塞18上的針30的數(shù)量和位置相匹配，使得針30可以貫穿開孔101。

這些針30可能包括具有從20號到40號口徑的針。在一些實施例中，針從29號到40號。在可選實施例中，這些針30可能包括多個微針。在如圖3所示的實施例中，在基座20上的多個采集點101說明性地包括與針30匹配的四個開孔。在可選實施例中，多個采集點101可能包括從兩個到一百個開孔。當用戶驅動執(zhí)行器110時，多個針30被對準以引導穿過多個采集點32，從而將針30展開。

在一些實施例中，設置有彈簧24，其在活塞18已經(jīng)被按壓并且用于按壓活塞18的力已經(jīng)被移除之后，從殼體10的遠端14到近端12收縮活塞18穿過腔22，從而從受驗者的皮膚移除多個針30，并且在真空產(chǎn)生空間22中產(chǎn)生真空，該真空是腔22中遠離活塞18的一部分。在這些實施例中，在腔22中產(chǎn)生的真空在每個采集點101均產(chǎn)生真空，從而增強在受驗者的皮膚上的體液的淤積，優(yōu)化從每個穿刺點(在該點，多個針30中的一個針穿透受驗者的皮膚)的液體萃取，并且同時將每個穿刺點的尺寸最小化。產(chǎn)生的真空可能在大于0pa到75000pa的范圍內。

在各種采集器實施例中，微流體通道的網(wǎng)絡用于將來自各液體采集點的液體往復輸送至流出通道。如將參考圖1e-f所示的，在利用毛細力和重力的結合的采集器中設計開放的或封閉的通道可以通過改變通道的幾何結構或液體和裝置材料的屬性而實現(xiàn)?？梢杂糜谠O計這些通道的特征數(shù)是邦德數(shù)，其可以用等式1表示：

bo＝δρgl²/σ(1)

其中，δρ是在通道中流動的液體和在通道周圍的液體之間的液體密度的差值，g是引力常數(shù)，l是通道的特征長度，通常為其寬度，σ為液體的表面張力。

對于邦德數(shù)低于0.1，毛細力作為主要的驅動力，而重力的影響較小。在邦德數(shù)在10之上時，重力變成主要的驅動力。對于邦德數(shù)在0.1和10之間，毛細力和重力同時起到?jīng)Q定性的作用——可以彼此競爭、放大或改變。例如，如果通道具有負坡度，重力將擴大流動，并且允許流越過表面上的缺陷、凹槽和阻塞區(qū)域。相反地，如果通道具有正坡度，重力將減小流動，并且潛在地穩(wěn)定一些表面張力特征(如阻塞閥)的影響。最終，在通道的設計中毛細力和重力可以結合使用，如本文所述，從而增強并引導采集到的液體的流動。例如，將以通過使用引導流的毛細特征引導重力流的方式，驅動分割的通道或圍繞特征的流的特定分支。此外，重力和毛細力的結合可以用于產(chǎn)生高效、成本效益好的裝置、系統(tǒng)和方法，如本文所公開的。

在圖1e-f中舉例說明了這些特征，其中，通道150包含至少兩個不同的區(qū)域。第一區(qū)域151為高毛細力(低邦德數(shù))的更窄區(qū)域，第二區(qū)域152為邦德數(shù)更高，并且重力在液體流動中起著更重要的作用的更寬區(qū)域。由于高毛細力，液體154將容易被吸入第一區(qū)域151中。一旦液體達到第二區(qū)域12，在高邦德數(shù)的情況下，毛細力不足以單獨驅動流，接著利用重力促使繼續(xù)流動。為了正常運行，通道150不得不具有相對于水平線的負坡度。此外，因為應用了更小的毛細力，所有這些通道可以被設計來維持更少的液體。如在本文所述的，這些力的組合允許采集器的微流體網(wǎng)絡實現(xiàn)在各種應用中的液體流動。

例子1：平均血液行進距離

圖1g描繪了在實驗條件下的各種通道的平均血液行進距離。為了測試關于各種幾何結構、端口和治療的通道中的液體的行進距離，測試了采用不同通道設計的700um×1200um的通道，以評估血液的整體行進距離。在圖中，*表示p<0.0001，每個條件n＝10。誤差條表示均數(shù)的標準差。在這個例子中，通道設計為具有700um寬×1200um的長寬比，采用50％葡萄糖和1.8mg/ml的edta進行治療，產(chǎn)生最佳毛細牽引。圖1h展示了各種通道幾何結構的數(shù)據(jù)。

圖2a-b描繪了采集器100的兩個示例性實施例的內部組件的自頂向下視圖和截面圖。在這些實施例中，可以使用同時利用毛細力和重力的微流體通道102的網(wǎng)絡分別將液體往復輸送至小尺度通道(通常由小于0.1的毛細數(shù)定義)和較大的通道。在較小的通道中，毛細力是液體運動的主要驅動力。

在這些實施例中，如圖2a-2b所示，采集器100包括設置在殼體10中的至少一個采集點101a、101b、101c、101d、液體通道網(wǎng)絡102(如微流體通道網(wǎng)絡102)、連接部分103、流出通道112和至少一個儲液器104。各種實施方式將以各種數(shù)量和結構的采集點(如圖12a所示的三個點101a、101b、101c，或如圖2b所示的四個點101a、101b、101c、101d)為特征。其他結構也是可能的。在各實施例中，如圖2a所示，儲液器104還包括近端104a和遠端104b。

一些實施例還包括至少一個斜道105、被定義為利用可得到的最大垂直高度的微流體通道幾何結構，從而促進液體在各種高度變化下的恒定流動。具體的通道結合結構可以被設計為通過毛細力和重力的結合促進液體流動。

以下更詳細地說明這樣的坡道105的結構和優(yōu)點。由于開放的微流體通道包含開放的液氣界面，在某些環(huán)境里可以利用自發(fā)的毛細流動來驅動液體流動。使用毛細驅動的流來操縱復雜的開放的微流體網(wǎng)絡中的液體是在先前的開放的微流體通道中沒有使用的新特征。為了確保自發(fā)的毛細流動(“scf”)發(fā)生在其截面中包含任意數(shù)量的開放的液氣界面的通道中，開發(fā)了對毛細力的分析，以定義確保了由微流體通道的壁提供的毛細力克服由微流體通道的開放部分產(chǎn)生的阻力的設計準則。

分析的結果以scf關系寫成，scf關系指出由向空氣或其他介質開放的截面的長度定義的自由周(pf)和由固體親水材料構成的截面的長度定義的濕周(pw)的比值必須小于液體相對于通道壁的接觸角(θ)。scf關系可以寫作：

pf/pw＜cos(θ^*)(2)

因此等式(2)定義了一組滿足scf關系的開放通道幾何結構。當滿足scf關系時，通道將通過毛細力驅動液體穿過微流體網(wǎng)絡，包括抵抗重力。重要的是，scf關系擴至保護開放的液氣部分和濕的部分的大多數(shù)通道結構。此外，開放的液氣部分不需要是連續(xù)的或相連的。因此，對于包含在通道上開放的“窗口”(例如，在通道的壁中的圓形開孔)以及在通道中的相同點處包含多個開放的液氣界面的通道(例如，完全懸浮在在缺乏頂部和底部的通道中的兩軌道之間的液體)的復雜通道幾何結構，scf關系仍然成立。驗證了scf關系的開放的微流體通道還具有不限于矩形截面的好處。圖6b-c描繪了這些應用的進一步視圖。

認識到這個背景，坡道(如坡道105)可以用于利用可得到的最大垂直高度?？梢允褂门c重力阻力相關的等式(f＝ρgδh)和毛細拉力的估值(f＝2γcos(θ^*)/rf，其中，θ^*是液體在開放的微流體通道中的等效接觸角，rf是通道的液體半徑。θ^*定義為cos(θ^*)＝∑ficos(θi)，其中fi表示通道壁具有接觸角θi·的一部分的相對長度。rf表示通道的液體半徑，并且定義為rf＝2a/p，其中，a是通道的截面積，p是通道的周長)實驗性地和分析地評估液體可以達到的垂直高度變化。這兩個力能夠估算液體可得到的最大垂直高度，如等式3所示：

舉例來說，對于寬度1mm、深度1mm并且頂部開口，在塑料表面上的接觸角為60度，并且假設在開放的界面區(qū)域中接觸角為90度，充滿水的矩形通道，可得到的最大垂直高度估計約10.5mm。進一步的數(shù)據(jù)可以參見表1。

表1：各種通道幾何結構可得到的最大垂直高度

如表1所示，可以對于考慮了液體可得到的理論最大垂直高度(如等式3給出所給出的)的給定材料的接觸角(這里假設為60度)，比較各通道幾何尺寸。對于開放通道幾何結構，通道寬度的增加相比高度的增加更影響克服重力的液體行進。表1描繪了液體可以克服重力行進的凈垂直高度(單位為毫米)。雖然行進的距離可能隨通道相對于重力的方向的取向而變化，但是達到的總高度將保持不變。計算出的值是液體可以直接克服重力行進的理論上的總高度，因此，由于通道是以一定角度而不是直接對著重力放置，液體將能夠沿著不會超過總的理論高度的通道行進更大的長度。在實踐中，本領域受過訓練的人員可以利用行進的理論最大高度來設計考慮了毛細力和重力相結合的微系統(tǒng)。

這些數(shù)字與在這些通道采集的實驗數(shù)據(jù)有著較好的正相關性。然而，不管通道的幾何結構，將總是存在液體可以到達的最大垂直高度點?？傻玫降淖畲蟠怪备叨瓤梢噪S通道以小于直接與重力相對的各種角度固定而增大。

利用對于各通道幾何結構的最大垂直高度的知識，公開的采集器實施例可以包括帶有通道的微流體網(wǎng)絡，這些通道設計為通過以各種不同的實現(xiàn)組合的毛細力和重力促進液體的采集和運動。此外，可以憑借通過血漿體、化學的或物理的添加物的不同表面治療改變接觸角。提高毛細驅動的通道添加物可以包括edta、肝素、葡萄糖和干燥后將液體上拉并且拉進通道的其他添加物。測試的葡萄糖百分比顯示了50％的葡萄糖干燥進入通道提高了血液牽扯能力。

當利用重力來引導液體流動時，可以使用更獨特的通道幾何結構。因此容易完成對標準化的儲液器(如離心管或橡膠隔片儲液器)的填充。液體還可以適宜填充更大的儲液器(其通常具有低毛細數(shù)并因此對重力更敏感)。使用重力增強血液的流動，在指定位置，例如，當液體必須從采集裝置轉移至可拆卸的儲液器時，還確保了液體連接的可靠性。通常，在這些連接點處存在的小的間隙可以成為阻塞液體前行的障礙。外加重力和精心設計的通道幾何結構，可以可靠地清除這些間隙。因此，不需要設計和制造通道長度短的專門的流出通道和/或儲液器，以滿足重力獨立的微流體系統(tǒng)所強加的液體流動需求。如圖3a-3c和6所示，這些坡道可以有助于液體從采集點向上運動，并且運動到流出通道外。

返回圖2a，通過利用重力作為往復輸送液體的手段，各實施例可以確保向下流入微流體網(wǎng)絡102的分支102a、102b、102c中的一個的血液基本不會進入其他分支，因為在使用中，分支102a、102b、102c配置為從采集點101導向連接區(qū)域103使得流動的方向基本上與重力的方向(由參考箭頭g所指定)一致。舉例來說，在一些實施例中，流可以發(fā)生在繞z(底部表面的法方向)軸旋轉時與重力的方向成-60度到+60度之間。當繞y(沿著底部表面的面，在這種情況下垂直于重力的方向)軸旋轉時，在+90度到-45度之間的旋轉被觀察到是可使用的(圖1a還描繪了用于參考的軸)。然而，還可以考慮在重力的方向上具有正分量的任何方向向量將會實現(xiàn)流動的實施例。

在各實施例中，流量將與微流體通道相對于重力的方向所成的角成正比。通過這種方式，重力增強的微流體網(wǎng)絡能夠將通過通道中的倒流或其他非生產(chǎn)性的流而被動失去的樣品的量最小化。此外，利用重力增強的微通道，可以在液體采集結束時排空通道，并且進一步減少可能保留在液體網(wǎng)絡中而失去的液體量。在這些實施例中，一旦液體源——如皮膚上的柳葉刀穿刺流出的血液——停止提供額外液體，通道將簡單地排入連接至通道網(wǎng)絡的管。可以通過設計隨著其到達儲液器而擴大(以致液體到達儲液器時毛細管作用變弱)的通道，將這種效果最大化。使用這種方法，重力將變成主要的力，逐漸克服毛細力，從而將流出后保留在微流體通道中的液體量最小化。

如圖2b所示，在可選實施例中，微流體網(wǎng)絡可以連接至兩個或兩個以上管或儲液器104、108。在這種具體例子中，儲液器104、108放置在采集器100的交替兩側。利用這種方法，即使用戶將裝置100放置在錯誤的方向，裝置100可以允許在或儲液器104、108中的一個儲液器中采集液體。裝置100類似地可以在任意垂直方向放置在用戶的皮膚上。在采集點101中的皮膚的表面處淤積的體液通過液體通道網(wǎng)絡獲取，并且取決于裝置100的取向，重力將偏置體液流向下流入最向下的通道。在一個實施例中，存在兩個通道102和106，或者可選地，如果裝置100的放置需要更多自由度，那么可以存在任意數(shù)量的通道。隨著液體流過通道(102或106)，通過液體坡道105或107，液體將從通道網(wǎng)絡的平面升高進入儲液器，如下面參照圖3a-c和5a-6的進一步描述。儲液器104和108連接在每端，在垂向上位于下方的儲液器(104或108)將變成接收液體的儲液器。在其他實施例中，可以設計任意數(shù)量的儲液器。在還有的其他實施例中，這些儲液器可以是通過配件103壓入配合在裝置100上的標準化的eppendorf離心管。重要的是，由于液體不會進入或最小地進入走向為向上傾斜方向的通道，這些通道的添加不會引發(fā)液體損失。此外，在毛細數(shù)較低的一些實施例中，在液體采集或液體流動結束的時候，液體將從通道排出進入儲液器中，將儲液器中的液體損失最小化。圖2c-f描繪了圖2a和2b的實施例的各外側視圖，包括執(zhí)行器110的各種形狀和一個或多個管或儲液器104、108的取向。

如圖3a-c所示，在一些實施例中，控制器200配置為使用u型、懸掛的或流出通道205將液體被收集在可拆卸的管或儲液器(例如，如圖1c所示)或標準化管中，該u型、懸掛的或流出通道205延伸進入作為管連接206的一部分的管(如圖1a-c所示的管104)的中心，并且可以通過充當坡道207的通道207(如圖3b-c所示)從初始采集點提升。通過使用用于液體的開放的微流體系統(tǒng)坡道207，可以配置采集器200的各實施例，從而將通道平面提升或降低至任何水平(可以參照例如，圖6中的422)，這樣可以改變液體流動的相對高度，而無需減少或停止液體流動。液體在垂直方向(向上或向下)上的運動還可以導致液體流動的增強。相應地，可以引導液體穿過流出通道205并且進入儲液器或管(如圖1a-1c的管104)。

在運行中，控制器200放置在用戶的皮膚(如關于另一采集器實施例的圖1b所示)。如前所述，在液體通道網(wǎng)絡202中獲取在一個或多個采集點201a、201b、201c采集到的血液，液體通道網(wǎng)絡202包括設置為當流出通道在重力g的方向上取向時，同時利用毛細力和重力的多個分支通道202a、202b、202c。當液體通道網(wǎng)絡以下傾方式放置時，重力將增強沿通道202a、202b、202c向下的液體流動。如上所述，在一些實施例中，坡道207可以用于將在網(wǎng)絡中流動的液體連接至流出通道205，這允許向儲液器(未圖示)填充。如同圖1c所示的實施例，與連接器200一起使用的儲液器(未圖示)可以是可拆卸地連接至裝置200的可拆卸儲液器。在標準試管的例子中，配件可以是簡單的壓入配合區(qū)域204，標準管可逆地連接至該區(qū)域以創(chuàng)建液體密封。在示例性實施例中，這些配件可能是對本領域技術人員顯而易見的扭或卡扣配件。配件206密封至儲液器，使得連接的液體通道或流出通道205跨越進儲液器(如圖6所示)中，從而允許液體流入儲液器，以接觸儲液器的壁或其他特征。這起著允許液體能夠轉移到儲液器中的液體橋(也被稱為“毛細橋”)的作用，如關于圖9a-d和15a-16e所述的。

因此采集器200能夠使用毛細力和重力的結合從受驗者皮膚上的點采集液體并且將其往復輸送至流出通道205。作為第二方面，一旦液體到達遠端的流出通道205，優(yōu)選地是盡可能高效地使其流入儲液器(未圖示)中。如在附圖中多方面地展示的，在一些實施例中，流出通道可以延伸管/儲液器的長度使得流動的液體能夠接觸管或儲液器的內部遠端(如圖9a-d的905所示和下面將討論的)。在另一些實施例中，流出通道部分延伸進管中，從而允許采集到的液體接觸管的一側并且下降到遠端(如下面關于圖15a-16e的進一步描述)。相應地，流出通道可以放置在相對于管或儲液器的縱向平面的任意高度，從而允許液體的接觸在管中的任意位置，這是用戶根據(jù)具體應用所期望的。此外，重力可以用于增強液體沿流出通道向下流動以相互作用和接觸儲液器或管的能力。在一些實施例中，通過創(chuàng)建允許液體可靠地流入儲液器中的簡單的液體橋，延長的微流體流出通道允許與儲液器或管的壁或底面的更好連接。在一些實施例中，重力可以用于簡單地引起流出通道中的液體的正的曲率，使得即使流出通道和儲液器的壁之間存在空氣間隙，液體也可以橋接至儲液器并且可以接觸特征。因此重力還可以利用于創(chuàng)建液滴，當液滴已經(jīng)到達足夠體積時，該液滴將只接觸儲液器或管的壁。圖9a-d和16a-e描述了進一步的實施例。

如圖，例如圖3d所示，在一些實施例中，液體橋209建立在流出通道205和儲液器208之間，從而形成液體橋209并且使得液體210能夠沿著儲液器208的內壁連續(xù)流入儲液器中。此外，本實施例可以用作一旦液體已經(jīng)被采集并且裝置以不同取向放置時防止反向流出儲液器的條件閥，如圖9a-9d所示。當以儲液器或管位于最低點的取向放置時，液體流入儲液器中并且將其填充。在流已經(jīng)停止并且轉朱閣放置在水平表面(如試驗工作臺或桌)之后，液體可能移動從而在側面填充管。假若在管中采集有小于預定體積的液體，在這個取向液體的水平將不會到達通道，因此放置任何進入裝置的回流。圖15a-c、16a-e描述了其他實施例。

圖4a-d描繪了采集器300的進一步實施例，其中，微流體通道網(wǎng)絡302配置為同時利用毛細管作用和重力來執(zhí)行必要的液體功能。在一些實施例中，采集器300配置為從各采集區(qū)域301a、301b、301c、301d采集液體，并且通過一個或多個為液體通道302a、302b、302c、302e、302f、302g、302h將液體往復輸送到連接303a、303b，然后到儲液器或分析裝置(未圖示)。在一些實施例中，通道302a、302b中的至少一個通道以下傾取向放置(如前面關于圖2a所述)，多個通道302可以用于增加概率和/或確保通道302中的至少一個通道處于這樣的下傾取向中。

如圖4a所示，可以使用在通道302的方向上的毛細脊引導在較大開放區(qū)域304中采集到的或從另一采集區(qū)域301向下流動并且到達較大開口304的液體。在一個或多個脊305a、305b的楔和角上的毛細力(例如，以concus-finn效應的形式)將促進液滴或連續(xù)流的形式的液體保持靠近一個或多個脊305a、305b，這對本領域技術人體有是顯而易見的。在一些實施例中，重力將促進液滴的向下移動或者液體的向下緩慢連續(xù)流動，直到液體到達通道302a、302b的開口。在一些實施例中，脊配置為由于產(chǎn)生的毛細力促進連續(xù)的液體流動。在各相似實施例中，存在幾何形狀或引入的足夠低的表面能，以致形狀驅動毛細管作用，因此毛細力是引起液體流動的基本驅動力。

在圖4b的實施例中，各內部通道302c、302d、302e、302g可以連接來自一個或多個液體采集點301a、301b、301c、301d的液體，使得來自第一采集點301a的液體將通過通道302g向下流動以到達第二采集點301b。此外，通過設計將第一采集點301b和與第二采集點302h相反的通道302b相連接的楔子307a，可以利用毛細力和重力引導液體圍繞采集點。這些楔子307a、307b、307c、307d圍繞液體采集點301a、301b、301c、301d，并且通過楔子液體流動允許液體連接到通道。在示例性實施例中，楔子圍繞采集點301a、301b、301c、301d的凹型塑料楔子，因此它們被送進位于殼體10的遠端14上的基座20的腔面，如圖1d所示，并且其對于本領域技術人員是顯而易見的。相應地，假若液體路徑一貫地且基本上與重力一致，從每個“更高”采集點輸入的液體可以以受控的、健壯的和清楚的方式繞較低的采集點傳送。這種方法防止例如，先前采集的體液在裸露的皮膚區(qū)域上的不必要流動。

在圖4c所示的另一示例性實施例中，從每個采集點301a、301b、301c、301d采集的液體可以通過如毛細力占主導的開放的微流體通道310a、310b、310c、310d等通道傳輸進入受重力偏置的通道302a、302b、302c。在這個例子中，隨著在每個開放的微流體通道310中的液體到達重力通道302，液體將以下傾方向或者低勢能方向流動，例如，關于圖1e-f所述的。這個系統(tǒng)允許所有采集點流入可以雙向使用的通用通道所需的通道的總數(shù)的最小化。

在又一實施例中，如圖4d所示，傳輸來自采集點301a、301b、301c、301d的體液的毛細通道315a、315b、315c、315d由于受毛細力支配，因此可以以任意方向放置，并且一旦它們到達主通道302a、302b，重力將朝著下方的流出通道303a、303b以下傾方向偏置它們的流、這使得液體在采集點301a、301b、301c、301d和主液體網(wǎng)絡302a、302b之間的傳送具有靈活性。重要的是，可以利用主通道的楔子中的concuss-finn效應來促進液體從毛細血管315a、315b、315c、315d的提取。在毛細通道315a、315b、315c、315d和主通道302a、302b之間的接觸點處，材料的圓潤連接和/或足夠低的表面能的使用將允許液體健壯地流出毛細通道315a、315b、315c、315d，流進主通道302a、302b中，其中，通過重力將增強液體的流動。

圖5a-6中描繪的各實施例展示了進一步集成的血液采集和容納裝置，或采集器40。在各實施例中，采集器400以至少一個封閉-開放或者一個開放-封閉-開放微流體系統(tǒng)為特征，該微流體系統(tǒng)配置為促進液體從內部微流體通道網(wǎng)絡(關于圖1a-4所述)流入可拆卸的儲液器402。一方面是可拆卸的儲液器402能夠從集成的采集裝置400分離從而無縫集成到現(xiàn)有的實驗室處理方法和加工中，因為它容易裝配至裝置400的連接區(qū)域408和/或外圍410，并且后續(xù)容易移除，如圖5c的參考箭頭a所示。在這些實施例中，管或儲液器402在可以與儲液器402的內表面400建立液體和/或氣密密封的軸環(huán)或塑料外圍410處連接至裝置400。內表面401相應地與包含在流出通道殼體412中的流出通道414液體和物理連通的(如關于圖6的表面420所述)，這樣，由裝置采集的液體流過作為液體橋的微流體通道網(wǎng)絡進入儲液器402中，以便通過毛細力和重力的方式進行采集。圖3d和15a-16e討論了液體橋和流出通道的進一步實施例。

在具體實施例中，采集器400通過儲液器402指向向下(相對于重力)地放置在用戶或受驗者的皮膚上(類似于上面所述的和圖1a-c所描繪的實施例的步驟)并且按壓執(zhí)行器404而起作用。在各實施例中，裝置400和儲液器402可能包括氣密的或液體密封401，按鈕404的驅動可能造成裝置400和儲液器402中的壓力下降，從而增強血液從用戶的皮膚的流出。接著，如前面所述的，重力和毛細力引導血液進入儲液器402。在一些階段，可以由微流體和/或壓力差引起驅動力落后于抽取的液體。舉例來說，在一些實施方式中，壓力差可以是將液體從皮膚中抽取出來進入通道的主要力，同時毛細力引起血液穿過通道或網(wǎng)絡的運動。

具體地，在毛細血管血液采集領域，能夠將采集到的體液樣品從集成的微流體采集器400轉移到儲液器402或可容易從裝置拆卸的其他采集儲液器中是新穎的。從患者采集的體液通過流出通道414被轉移進儲液器402中。在使用結束或者當在儲液器402中采集到需要的血液量的時候，可以通過一些已知的方法(如壓入配合，或者將儲液器402從定義在配件408上的螺紋結構408擰下)將儲液器402扯下，從而將儲液器402分離。

通過流出通道414建立了體液能夠在裝置400和儲液器402之間健壯轉移的液體連接。流出通道414能夠插入圍繞塑料外圍410相應密封的管中。因此，在示例性實施例中，微流體流出通道414包括與關于圖1a-4c所述的內部微流體通道網(wǎng)絡流體連通的第一開放微流體通道424。在這些實施例中，第一開放微流體通道424起坡道的作用，例如，關于圖2中的附圖標記105和107所述的。

圖6詳細描述這種流出通道414。在一些實施例中，流出通道414還包括若干微流體通道424、418、422，并且配置為使得這些微流體通道中的其中一個微流體通道具有面向儲液器402的部分422。返回圖5a-6，來自第一“開放的”區(qū)域424的液體能夠流到“封閉的”微流體通道418，然后再流到第二“開放的”微流體通道422，這樣液體迫切地或者被帶入與管402的內表面420接觸，并且經(jīng)由液體橋采集在儲液器402中。在一些實施例中，開放的微流體系統(tǒng)因而允許血液毛細流動至暴露部分，允許血液或體液與儲液器402接觸。

相應地，如圖5d-6所示，流出通道414的形狀可以沿著它的長度而不同，從而首先加強毛細流動以包含封閉的微流體通道418，并且逐漸增加連接至管420的內表面的橫斷面長度(如在422的坡道所示)，以便迫使液體與內管表面連接、橋接并流入儲液器402中。相應地，與重力相關聯(lián)的開放微流體允許血液沿著流出通道414流動，當液體路徑忽然通向儲液器402時，不會造成液體“閂住”或停止或淤積。這些開放微流體方法允許向產(chǎn)生血滴或與管的血液連接的逐漸過渡，從而防止阻滯、阻塞或堵塞。如圖5e所示，在包含在儲液器402中的空氣體積和在圓柱形或任意其他形狀的裝置400中的空氣體積之間的空氣開口416使得在液體填充儲液器402的同時，儲液器402和裝置400內部之間的空氣壓力能夠均衡。

在各實施例中，描述了一些開放微流體通道，如圖6b-c所述。在坡道對重力產(chǎn)生消極影響的實施例中，它們可能包括自由表面和滿足scf關系(如等式3列出的，其說到：跨越至少一個自由表面的通道的截面的長度和跨越至少一個濕表面的通道的截面的長度的比值小于液體在濕表面上的接觸角的余弦)的濕表面，其允許自發(fā)的毛細流動。在坡道協(xié)助重力的可選實施例中，不需要滿足scf關系。

重要的是，將集成的血液采集裝置與可拆卸的儲液器402或盒(如圖19的1900所示)連接的能力具有許多優(yōu)點。一個優(yōu)點是能夠簡單地將儲液器與下游設備和測量裝置連接或界面結合。簡單地將管或其他采集裝置按壓或螺紋旋在集成的血液采集裝置上的能力允許為下游應用使用任何需要的管，包括用于各種試驗和應用的管，如pc，其在一些實施例中可能包括pcr試劑，如圖6中的426所示，還包括各種微量離心管、包含用于血漿分離的凝膠的管、在兒科應用的血液分析實驗室中使用的標準管、直接在管內進行特定化驗的管、為運輸是血液穩(wěn)定或存儲血液的管、以及毛細血管血液采集管。連接至集成的體液采集裝置的管還可以是專門用于血液采集的，包括包含edta、肝素、血清分離膠、生物標記穩(wěn)定試劑的管，或者任何其他預處理血液采集管。管還可以用定制的儲液器代替，該儲液器用于專用的下游設備或加工。雖然本文提出的例子涉及管，對于本領域技術人員顯而易見的是液體容器的各種實施例都在本文描述的實施例的范圍內。

與流出通道流體連通的可拆卸的儲液器的另一優(yōu)點在于從組織到儲液器的液體轉移被設計為將血液采集的多步驟過程簡化為單步驟過程。因此，裝置的用戶不需要受過組織穿刺、液體轉移過程中的裝置處理、或采集后處理(包括組織密封、暴露的生物樣本的處理或其他處理)等領域的訓練。所述的集成采集裝置包括開放的微流體轉移，但是該裝置可以使用任何數(shù)量的轉移機制執(zhí)行液體轉移，包括金屬管、塑料管和/或密封的微通道。管或儲液器在采集后與外部環(huán)境隔離開來，并且在管連接的過程中以及在管分離之后均可以保持密封。可以通過旋擰、拉拔、激活釋放機構或其他二級步驟將填充有體液的管或采集儲液器分離。接著，這個管還具有在分離的過程中和分離之后提供自我密封的特征、裝置或部件?？蛇x地，移除機制可能激活在穩(wěn)定、樣品制備或診斷分析中有用的其他步驟。

重力增強的微流體可以用于精確地控制裝置和管之間的液體連接的性質。在圖5a-6所述的實施例中，只有開放微流體路徑422的一部分被移除，以允許與管420的連接，從而確保足夠的毛細力使得要流動的液體越過幾何變化，也如在2013年7月23日提交的第13/949,108號美國專利申請中所述，其全文以引用的方式并入本文中。這樣的實施例的核心方面是利用開放微流體系統(tǒng)使得液體在采集裝置和儲液器之間能夠可靠轉移。

這樣的開放微流體方法的使用允許流出通道414可以與儲液器、容器或儲液器402暫時接觸，同時允許各方面之間的可靠且簡單的液體轉移。在一些實施例中，流出通道414通過呈現(xiàn)封閉的通道幾何結構，在最里的方面支持毛細流動，因而允許液體健壯地從微流體網(wǎng)絡排出進入流出通道。逐漸地，沿著流出通道的液體路徑的幾何結構變化至開放通道結構，在該開放通道結構中，液體的一部分被允許與空氣或不同表面接觸，如圖中的422所示。為了確保接觸的可能性非常大，接口必須足夠大以允許液體接觸新的表面，并且造成足夠體積的液滴，使得該液滴通過其自身在表面420上流動。這種流動可以通過儲液器的表面處理增強，該表面處理通過表面活性或添加干試劑實現(xiàn)，表面活性或干試劑減少材料的表面能，并且允許通過液體或在特征的制造中施加材料(其具有優(yōu)選的表面能，如親水塑料)增加濕潤。重要的是，在流出通道和可以移除或者當需要時可以放回與流出通道接觸的儲液器或管之間沒有粘結材料。

如圖6b-6c所示，這些開放微流體通道450通常涉及至少一個自由表面452和至少一個濕表面454，其定義了分別被認為是“自由周”(462)和“濕周”的截面456的邊界。在一些示例性實施例中，微流體通道45的截面456證實了scf關系(其規(guī)定跨域至少一個自由表面452的截面的長度與跨越至少一個濕表面454的截面的長度的比值小于液體460在濕表面454上的接觸角458的余弦)，確保液體通過毛細力沿著開放通道450自發(fā)流動。

圖7a-7d提供了微流體通道800(如并入上述各采集器實施例中的微流體通道)的擴展視圖。如圖7a-b所示，在重力增強的微流體系統(tǒng)800的各實施例中，可以通過放置在第一通道部分或長度800a和第二通道部分或長度800b之間的、配置為使得液體801到通道中的間隙807的表面張力閥805，調節(jié)液體801穿過通道802的流動，間隙807包括表面張力閥805并且只有通過創(chuàng)建能夠沿著通道800流動的滴狀特征803才能跨越間隙807。在示例性實施例中，這只是在當通道800基本垂直放置(如繞參考箭頭a旋轉)使得液體采用引力場(由參考箭頭g所示)流動時才可能的。在一些實施例中，開口807創(chuàng)建在第一通道長度800a和第二通道長度800b之間的通道路徑800中，使得液體網(wǎng)絡對于最傳統(tǒng)的液體流動是斷開的，如圖7a所示，其中表面張力閥805阻止液體801穿過開口807的流動。

如圖7b所示，當通道800取向在基本垂直的位置中是，附加的重力允許液體801克服間隙807中的這些表面張力，從而迫使液體與液體通道的第二部分800b連接。在一些實施例中，一旦液體801接觸第二通道部分，創(chuàng)建允許流動的可持續(xù)的液體路徑。此外，當通道800返回基本平行的位置時，液體將不能夠流回到第一部分800a液體網(wǎng)絡中。

如圖7c-d所示，在另一實施例中，沿著第一通道部分800向下流動的液體801到達通道802中的間隙807，并且只有通過創(chuàng)建接觸第二通道部分800b的滴狀特征803才能跨越間隙807，在本實施例中，第二通道部分800b還以擴展部分810為特點。在任意時候或在流動結束的時候，蓋子812可以防止在間隙807中，使得微流體通道810的后半部分以及儲液器811能夠被密封。

如圖8所示，在可選的實施例中，第一通道部分800a可以被設計為控制液體801進入第二通道部分800b的輸送。當且僅當液體在引力場的方向流動時，在通道800中流動的液體801再次到達液體網(wǎng)絡中的間隙807，并且擴展進入滴狀特征803，如上所述。一旦滴狀特征803連接至第二通道部分800b，預定體積的液體將從滴狀特征803釋放。在一些實施例中，連接發(fā)生在當液滴(其體積容易通過標準方程確定)達到等于間隙807的長度的高度的時候。在該體積時，發(fā)生液體連接，液滴排入另一側，并且界面后退至低體積位置。因而液體801周期性地應用到第二通道部分800b，并且?guī)в惺芸氐暮投ㄖ频捏w積。添加的附加通道特征804，如設置在第二通道800b中的毛細翅片、表面張力引導、突起或薄壁的脊可以幫助擴展的滴狀特征803通過毛細作用進入微流體網(wǎng)絡的后半部分800b。一旦滴狀特征803被釋放，那么在通道802中的液體將退回間隙的位置，并且與上面參照圖1e-f討論的邦德數(shù)相關。在各實施例中，可以重復這個過程直到存在要被遞送至系統(tǒng)的可獲得的液體801。

在圖9a-d中描繪的實施例中，可以利用與儲液器或管904(如關于圖1a-c所討論的)連接使得當垂直時(如圖9a和9c所示)液體906可以流進管904中，而當水平放置時(如圖9b和9d所示)不會從流出管904而流回的各種微流體網(wǎng)絡900。這可以通過設計帶有與其將放置的角度相關的合適的邦德數(shù)的通道實現(xiàn)，如上面關于圖1e-f所討論的。在這些實施例中，重力是顯著的，并且液體路徑將受重力的影響，以致隨著裝置被放置在不同方位上，它們可能采取不同路徑。

在一些實施例中，當采集裝置901基本是豎立的時候(如圖9a和9c所示)，通過毛細管作用和重力，液體906能夠流過內部微流體網(wǎng)絡902(如關于圖2a-4d所述)，并且通過坡道903從通道表面上升進入管904。流出通道905與管904的內表面液體接觸(其可能發(fā)生在管的底部或底部，如關于圖16a-b所述)。因而通過與管的底部的近端液體連接以便創(chuàng)建液體橋并填充管(圖9a)，或者通過與管的側面創(chuàng)建沿著側面滴下并進入管904的液體橋(如圖9c所示)從而填充管，流出通道905將液體906遞送進管904中，

在移動到水平位置時(如圖9b和9d中所描繪的)，如果液體906落到管904的底部或者如果液體通過表面張力的變化而毛細作用地牽制在管904中，例如通過改變管設計、設計的微流體、材料選擇和/或低液體體積，那么液體906不會從管904流回進入裝置901。通過這種方式，體液可以被采集并對移除或運輸作好準備，而沒有泄漏的可能性。

在圖10所描繪的實施例中，示例性實施例還包括作為檢測井1004的儲液器1000。在這些實施例中，井1004配置為使得具有檢測襯片1003的電子探針可以通過一個或多個電引線1002集成到井1004中，以致液體可以通過一個或多個流出通道1001應用于井1004。將引線放置在井中的其中一個障礙是引線不能穿過或穿越直角，而為了制造簡單需要在方向上更少的陡變。在這些實施例中，開放井1004設置為使得至少一個流出通道1001可以將液體遞送進開放井1004中，并且電引線1002可以集成在井中，以便以不需要將引線放置在銳角上的方式實現(xiàn)經(jīng)由一個或多個墊片1003的分析和檢測。

平滑過渡1006使得引線1002在過渡進入到井1004中的過程中能夠與檢測墊片1003電接觸。盡管井1004在它的整個外圍1005沒有分明的輪廓，隨著液體從流出通道1001向下流動，利用重力確保了開放井1004的填充。定義進入到井1004中的平滑過渡1006能夠促進低成本電子圖案形成技術，包括噴墨印刷。此外，在描繪的實施例中，流出通道包括作為深通道1001的流出通道1001，該流出通道1001還與連接通道1007流體連通，從而允許可控制的液體流通過如前所述的液體橋的形成，穿過連接通道1007，越過平滑過渡1006。在各實施例中，通過淺的且平滑的過渡1006，這些電引線1002可以易于壓印、噴墨印刷或圖案化在井1004中。

與毛細力結合的重力的使用使得采集器能夠克服制造缺陷。舉例來說，圖11描繪了可以并入本文在其他地方討論的任意采集器實施例中(如位于腔內的微流體網(wǎng)絡、流出通道或坡道)的通道1101。這個示例性通道幫助解釋重力輔助的微流體裝置由于對精度的需求的減少而關于制造的一些好處。當通道1101保持在允許液體在重力的幫助下流動的位置時，液體1102可以流過由非故意的制造缺陷、塵粒、或其他毛細管干涉造成的阻塞脊1103。穿過這樣的脊1103的能力使得液體流動，并且使得采集裝置更可靠。因此，在各實施例中，在保持可靠的液體流動的同時，可以降低通道尺寸和/或結構的精度。

如圖12a-d所示，通過使用重力輔助，采集器的一些示例性實施例可以包括微通道，這些微通道包含可以基本沿通道1200的長度延伸并且影響在通道內流動的液體的方向的表面張力引導。更具體地，在各實施例中，這些微流體通道1201可以設計具有以液體阻塞脊或親水圖案1202方式的表面張力引導1202，該表面張力引導1202使得液體1203能夠以特定方向被引導。通過這種方式，當裝置取向為使得重力輔助流動的方向時(如圖12a-d所示)，可以更明確地操作和移動液體，從而實現(xiàn)更復雜的液體運動。這些操作可以涉及通道1204的彎曲、設計的液體流動，如速度，或本領域技術人員已知的其他特征。

如圖12e-h所示，表面張力引導、脊或圖案是在表面中增加紋理或凹槽的簡單特征，優(yōu)選地帶有銳利邊緣，該銳利邊緣將在紋理的方向引發(fā)concus-finn毛細流動。如在圖12e中可以看到的，在一個實施例中，可以在通道中設置至少一個圓形脊1210。如圖12f所示，給出了至少一個方形脊1212。在圖12g中，由帶紋道的、有織紋的部分1214提供表面張力引導，而在圖12h中，為了比較，展示了典型的開放通道1216。

圖13描繪了可選的示例性實施例，其包括具有主通道1302、第一分支1302b和第二分支1302c的分支型通道1302，其中，通常1302配置為阻止進入未使用的分支(如分支1302c或分支1302b)的回流。在本實施例中，主通道1302取向為重力分量1301影響液體流動，以致來自1306的液體1304將被迫流到匯流點或匯合點1305，并且優(yōu)選在重力的方向1301流動，流進主通道1302，不會通過毛細力向上流動進如空的通道1302b中。對于本領域技術人員顯而易見的是，通過特定應用可以決定要克服毛細力的重力的組合的使用。

在圖14a-b的實施例中，采集器可以用于以定時方式遞送液體。在這些實施例中，從點1401采集到的液體1404沿著第一通道1402被引導進入儲液器1403中。在一些實施例中，當儲液器1403水平放置時(圖14b)，由于引入了重力，采集到的液體1404可以離開儲液器1403，通過采集通道1402回流，流過第二通道1405并且流入第二儲液器1406中。在一些實施例中，這個第二儲液器1406還利用重力輔助使得液體唯一地流入第二通道1405中，而非第一通道1402。通過這種方式，為化學反應或其他更具體的生物反應而需要對液體具體定時的測試可以讓液體進入作為液體的單次灌注的測試室(第二儲液器1406)。

如前面涉及流出通道所討論的微流體通道傾向于保持液體。這產(chǎn)生了兩個具體的設計問題。首先，需要在儲液器中從通道采集盡可能多的液體。第二，當儲液器的方位改變，并且已經(jīng)收集在儲液器中的液體可以返回與保持在流出通道中的液體接觸從而引起回流時，需要防止液體回流進流出通道。本文討論了解決了這些方面問題的各流出通道實施例。在一些實施例中，流出通道與管的側面直接流體連通，如圖3d所示。然而，當?shù)怪没驅⒐芤詡让?或水平地)放置時，這些實施例可能允許液體回流到采集器中的簡單液體路徑。為了避免這種反向液體流動，創(chuàng)建了各種可選的流出通道幾何結構，其將允許裝置倒置，而沒有液體和流出通道之間的接觸，如圖9a-d和15a-16e所討論的。

圖15a-d描繪了允許裝置倒置而管中的液體不會與流出通道和保持在流出通道中的液體接觸的流出通道1500的各實施例，如圖15b所示。在一些實施例中，流出通道1500從采集器延伸使得通道1500的遠端設置在管或儲液器1502中，從而為液體1504的流動提供初始過渡點(如關于圖5a-6c所述的)。在圖15a-d和16a-e中的流出通道的相似之處在于它們考慮了作為單向流量閥的流出通道幾何結構。在這種情況下，液體能夠通過滴入管中而流動，但是當裝置和管倒置時，通道1500將不允許流出管的回流。

在圖15a-c中展示了這個具體的行為。在圖15a中，液體1504從流出通道1500流出進入管1502。當裝置持有在不同方位時，如圖15c所示，液體1504保持在管1502中，并且不允許與流出通道1500接觸，該接觸可能允許液體1504通過經(jīng)由流出通道1500的回流而流回到裝置中。在圖15c的實施例中，這種保持可以實現(xiàn)是因為管頂端1502a的形狀和液體1504的性質使得液體中的表面張力足以將液體保持在頂端，而不論方位。相較而言，在如圖15d的一些實施例中，當例如已經(jīng)采集了大量液體的時候，表面張力可能不足以阻止重力將液體1504從頂端1502b中拉出并向下流到管1502c的側面上。在那些實施例中，通道1500定位在管1502中使得沿管1502c布置的液體1504不會接觸通道1500，從而防止流出管的回流。

在圖16a-e中設想了與圖15a-d中所示的行為和目的相同的流出通道1500的其他實施例。在圖16a中，提出了以流出通道1600a為特征的一個實施例，流出通道1600a具有與管1602a的內表面1607處于液體連接1605a的第一通道邊緣1604a和第二通道邊緣1606a。也就是說，兩個通道邊緣1604a、1606a與內表面1607接觸使得從流出通道1600a流出的液體1605將與管1602a的內表面1607接觸。因此，當裝置和管1602a基本直立時，液體能夠從流出通道1600a流出并流進管1602a中，并且當以參考箭頭a的方向旋轉時，液體1605被帶入與管的內表面1607接觸。

如圖16b所示，提出了以流出通道1600b為特征的可選實施例，流出通道1600b具有與管1602b的頂部表面處于液體連接1605的第一通道邊緣1604b和第二通道邊緣1606b，使得當裝置和管基本直立時，液體能夠從流出通道1600b流出，從而被帶入與管1608的內表面接觸。當管(以參考箭頭b的方向)平放下時，管的前面變成頂面，重力將液體1605向下拉并遠離流出通道，從而防止液體流回到采集器中。

如圖16c所示，可能利用包括形成球根形狀的第一通道邊緣1604c和第二通道邊緣1606c的球根型流出通道1600c，以便不接觸或物理接觸管1602c的任何邊緣或表面。替代地，這個流出通道1600a允許液體1605從流出通道1600c滴進管1602c中，無需在儲液器1602c的內部形成液體橋來影響液體流動。在一些實施例中，處于這些流出通道的遠端的凹口1609通過弱化流出通道中的表面張力可以有助于液滴形成和液滴分離。

如圖16d所示，利用了八字形流出通道1600d，其中，第一通道邊緣1604d和第二通道邊緣1606d的遠端彼此分離。這種八字形結構通過增大第一通道邊緣1604d和第二通道邊緣1606d之間的空間，調節(jié)進入管1602d的液滴，從而在滴落時增大重力在液體上的相對作用。

最后，在圖16e中，采用了窄的“直通道”流出通道1600e，從而進一步移動位于通道的遠端1612的流出點遠離頂部邊緣1620和管1602e的內表面。在一些應用中，16e的實施例是優(yōu)選的，因為這些實施例在采集器與第一通道邊緣1604e和第二通道邊緣1606e的遠端之間引入大的距離，這防止滴落的液體接觸管1602e的內表面。這個距離1610連同通道1600e的窄的形狀還減少了由來自流出通道1600e的液體1605和管1602的內表面之間的液體連接引起的回流的幾率，因為表面之間距離的增大阻止了液體橋接。也就是說，通過在同時遠離管1620的頂部邊緣和采集的液體1605b的頂部邊緣的位置處釋放液體1605，通道邊緣1604e、1606e的近端1614和遠端1612之間的距離減少了液體連接的幾率，從而防止淤積和液體橋的創(chuàng)建，而不管通道的方位。

在圖17a-b中，展示了特定容量的采集裝置儲液器1700的一些可選實施例，其中，儲液器1700具有可以連接至液體采集器(包括本文公開或設想的任意采集器實施例)的開口1701。開口1701可能與參照圖1a-c所述的標準管具有相同的直徑。在一些實施例中，儲液器1702以固定的接收特征1702延伸進入具有定義的容量的第一儲液器通道1703中的方式連接至血液采集裝置。因此，接收特征1702沿著儲液器的壁牢固地設置，使得在近端1702a處，它能夠與采集器1710的流出通道流體連通，并且在遠端1702b，能夠填充儲液器1703。因此，采集到的血液能夠比需要接觸管的表面更容易接觸流出通道1710。因此，血液將通過接收特征1702被引導到第一儲液器通道1703的基座1703a，從而允許第一儲液器通道1703按順序首先被填充。一旦填滿，在儲液器1703的頂部上的成角度的特征1704引導過量液體進入第二儲液器1705。因此，第二儲液器通道1705可以被用作分離過量血液的過滿儲液器，或者用作血液容納的后續(xù)儲液器。在可選實施例中，可能以這種方式填充多個儲液器，如三個、四個、五個或五個以上儲液器。

圖17b描繪了在圖17a中詳細描述的實施例的頂視圖。重要的是，本領域技術人員將可以理解第二通道1705還可以包括確保有效填充的截面形狀。例如，在儲液器1700上可以放置成角度的拐角1706，使得它具有更高的毛細管親和力。在一些實施例中，通過成角度的特征1704輸入副儲液器1705中的液體將接觸副儲液器1705的窄部1708并且將血液引導到儲液器的底板1705a，從而允許健壯的填充而不會產(chǎn)生氣泡。

在一些實施例中，起源于采集器的液體被牽引至連接至裝置(其具有已知的和精確的容量的多個腔或儲液器通道(如上述通道1703、1705))的管(如管1700)，以便在需要特定體積的液體的應用中能夠進行血液采集和分析。通過在內徑上的沿著管的長度的特征，促進了血液從裝置到管(如管1700)的轉移。這些特征可以是通過毛細引導使液體進入各種儲液器中的小的通道、凹槽或紋理。例如，可以使用從管的頂部跨越至儲液器的單個凸起的流出通道(如上討論的流出通道1702)來減少管和在血液采集裝置中輸出的液體之間的間隙距離，以及沿著管的側面引導液體進入所需的儲液器。這種凸起可以具有各種高度，如從50um到幾毫米。類似地，并排布置的多個流出通道可以用于形成沿著管的側面向下指向并且進入感興趣的儲液器的開放通道。這些特征向外伸出，以適合裝置中的開放微流體通道，從而增強從裝置到管的血液的接觸。血液在重力的協(xié)助下沿管向下流動。這些特征引導沿著管的側面進入合適的儲液器的流動，允許將儲液器初始填充至指定量。如上面關于管1700所討論的，一旦第一儲液器是滿的，那么允許填充后續(xù)的儲液器，從而保證在特定的一個或多個儲液器中設定的量。這些特征可以用于采集預定量的液體，并且拋棄在裝滿儲液器后的過剩量，或者在單獨的儲液器中采集多個等分的血液。

圖18a描繪了可以與上述任意采集器實施例一起使用的圓形盒儲液器1900的實施例。在這些實施例中，盒1900包括使用開放微流體原理設計的容納區(qū)域1901，從而允許儲液器1900沒有頂板、頂部或任意類型的蓋子。在示例性實施例中，區(qū)域1901具有t形開放微流體流出通道1903和與其液體連接的突起1902。t形通道1903沒有“頂板”并且當連接至采集器時與采集器的微流體網(wǎng)絡流體連通。圖18b-c描繪了盒突起1902(圖18b)，其建立與采集器(未圖示)的液體連接(圖18c)。如圖18c所示，通道1903和突起1902的這種結構允許與相應的采集器突起1906的流體連通，在本實施例中，采集器突起1906以相對于盒1900上的突起1902和通道1903的顛倒的t形為導向，使得采集器突起1906可與突起1902和通道1903緊密配合。因此，采集器突起1906也包含相應的開放微流體通道1904、1905。此外，在示例性實施例中，盒突起1902和采集器突起1906可以相對彼此自由旋轉，使得它們可以進入并且離開流體連通。

這些幾何結構允許一個突起相對于另一個突起的自由運動，因為t形通道允許這樣的運動。隨著采集器突起1906接觸盒突起1902，血液能夠在兩個通道之間橋接，并且從一個通道流到另一個通道，從而填充容納區(qū)域1901。可以通過簡單地旋轉盒，停止流體連通，從而允許盒從血液采集裝置上移除。

雖然已經(jīng)參照優(yōu)選的實施例對本發(fā)明進行了描述，但是本領域技術人員將認識到可以在形式上做出改變而不脫離公開的裝置、系統(tǒng)和方法的精神和范圍。