專利名稱：微流體設備及其控制方法
技術領域：
與示范性實施例一致的方法和裝置涉及基于離心力的微流體設備及其控制方法，該微流體設備準確地檢測從室中放出(discharged)的信號。
背景技術：
微流體設備用于通過操縱少量流體而運行生物反應或化學反應。通常，在微流體設備中運行一個或多個獨立功能的微流體結構可以包括一個或多個室(每個室容納流體)、流體在其中流動的通道以及調整流體的流動的閥。芯片實驗室(lab-on-a-chip)是指這種微流體結構安排在芯片類型襯底上的設備，并且在該設備上運行處理和操作的多個步驟以便在小芯片上實現(xiàn)包括免疫分析反應或生化反應的測試。

為了在微流體結構之內轉移流體，需要壓力。這種壓力的示例包括毛細管壓力或由分離的泵生成的壓力，但是不局限于此。最近，已經(jīng)提出一種光盤類型微流體設備，在該設備內微流體結構安排在圓盤形平臺上以通過使用離心力移動流體來執(zhí)行一系列處理。這種設備涉及實驗室⑶或光盤實驗室(lab-on-a disc)。當用于檢測分析物的方法中時，微流體設備提供用于測量與分析物相結合的示蹤點(marker)的濃度的能力。然而，在測量示蹤點的濃度中，由從微流體設備自身之內的檢測室放出的信號引起的干擾或由從容納在微流體設備的另一檢測室中的示蹤點放出的信號引起的干擾可能影響檢查結果。

發(fā)明內容
示范性實施例提供一種微流體設備及其控制方法，其在反應產(chǎn)物容納在室中之前測量背景信號(background signal)，并且在反應產(chǎn)物容納在室中之后使用背景信號補償測量的信號以改善檢查的可靠性。根據(jù)示范性實施例的方面，提供一種微流體設備的控制方法，所述控制方法包括:從布置在微流體設備之內的第一室檢測背景信號，其中所述第一室不包含反應產(chǎn)物，所述反應產(chǎn)物是分析物和示蹤材料的合成物；從布置在微流體設備之內的第二室檢測檢測信號，其中所述第二室包含反應產(chǎn)物，并且通過從檢測信號除去背景信號來補償檢測信號。所述第一室和第二室可以是相同的室。所述第一室和第二室可以是不同的室。所述控制方法還可以包括在從第一室檢測背景信號之后向第二室轉移反應產(chǎn)物。所述第一室和第二室可以是反應室或檢測室。所述示蹤材料可以是從由熒光材料、金屬膠體、酶、乳液微球、夜光材料和放射性同位素構成的組中選擇出的一個。所述檢測信號的補償可以包括從檢測信號除去背景信號。所述控制方法還可以包括在檢測檢測信號之前振動微流體設備以均勻地分布轉移到第二室的示蹤材料。
可以在從反應產(chǎn)物轉移到第二室已經(jīng)過去指定時間之后從第二室檢測檢測信號。所述指定時間可以相應于對轉移到第二室的示蹤材料的流進行穩(wěn)定所花費的時間。所述控制方法還可以包括多次從第二室檢測檢測信號并計算檢測到的檢測信號的平均值，并且將要補償?shù)臋z測信號可以是所述多個檢測信號的平均值?？梢詮闹辽賰蓚€不同的檢測位置檢測所述檢測信號。根據(jù)另一示范性實施例的方面，提供一種微流體設備，包括:第一室，布置在平臺之內并且其中沒有容納反應產(chǎn) 物，其中所述反應產(chǎn)物是分析物和示蹤材料的合成物；第二室，布置在平臺之內并且在其中容納了反應產(chǎn)物；信號檢測單元，接近于所述平臺布置，用于檢測從第一室和第二室發(fā)出的信號；以及控制器，電連接到信號檢測單元，其使用從第一室檢測到的信號來補償從第二室檢測到的信號。根據(jù)另一示范性實施例的方面，提供一種微流體設備，包括:第一室，布置在平臺之內并且其中沒有生成反應產(chǎn)物，其中所述反應產(chǎn)物是分析物和示蹤材料的合成物；第二室，布置在平臺之內并且在其中容納了從第一室轉移的反應產(chǎn)物；信號檢測單元，接近于所述平臺布置，用于檢測從第二室發(fā)出的信號；以及控制器，電連接到信號檢測單元，該控制器使用由信號檢測單元在反應產(chǎn)物轉移到第二室之前檢測到的信號來補償由信號檢測單元在反應產(chǎn)物轉移到第二室之后檢測到的信號。所述第一室和第二室可以是反應室。所述第一室可以是反應室并且第二室可以是檢測室。所述示蹤材料可以是從由熒光材料、金屬膠體、酶、乳液微球、夜光材料和放射性同位素構成的組中選擇出的一個。所述控制器可以從自第二室檢測到的信號除去自第一室檢測到的信號。所述控制器可以從由信號檢測單元在反應產(chǎn)物轉移到第二室之后檢測到的信號除去由信號檢測單元在反應產(chǎn)物轉移到第二室之前檢測到的信號。所述控制器可以在反應產(chǎn)物容納在第二室中之后在信號檢測單元檢測信號之前，振動微流體設備以均勻地散布轉移到第二室的示蹤材料。所述控制器可以控制信號檢測單元以便在從反應產(chǎn)物轉移到第二室已經(jīng)過去了指定時間之后從第二室檢測信號。所述指定時間可以相應于對轉移到第二室的示蹤材料的流進行穩(wěn)定所花費的時間。所述控制器可以控制信號檢測單元以便多次從第二室檢測信號，在該第二室中容納了反應產(chǎn)物，并且補償檢測到的檢測信號的平均值。所述控制器可以控制信號檢測單元以便從至少兩個不同的檢測位置檢測信號。根據(jù)另一示范性實施例的方面，提供一種微流體設備，包括:反應室，布置在平臺之內并且其中生成反應產(chǎn)物，其中所述反應產(chǎn)物是分析物和示蹤材料的合成物；多個檢測室，布置在平臺之內并且反應產(chǎn)物通過連接到反應室的通道轉移到所述多個檢測室中；信號檢測單元，接近于所述平臺布置，用于檢測從所述多個檢測室發(fā)出的示蹤信號；以及包圍所述多個檢測室的每一個的不透明盒(opaque cartridge)。所述盒可以由不發(fā)射光的材料形成。
所述盒可以形成為不發(fā)射光的顏色。


通過下面結合附圖對示范性實施例的描述，以上這些和/或其它方面將變得明顯且更易理解，其中:圖1是示意性地示出根據(jù)示范性實施例的微流體設備的結構的透視圖；圖2是示出根據(jù)示范性實施例的包括微流體設備中的一個分析單元的微流體結構的平面圖；圖3是根據(jù)示范性實施例的微流體設備的控制框圖；圖4A至圖4C是示出在不同的檢測位置若干次測量熒光信號的視圖；圖5和圖6是示出根據(jù)示范性實施例的利用盒包圍的檢測室的視圖；圖7是示出根據(jù)另一示范性實施例的盒的截面圖。圖8是示出根據(jù)示范性實施例的微流體設備的控制方法的流程圖；圖9是示出根 據(jù)另一示范性實施例的微流體設備的控制方法的流程圖；圖10是示出根據(jù)另一示范性實施例的微流體設備的控制方法的流程圖；以及圖11是示出根據(jù)又一示范性實施例的微流體設備的控制方法的流程圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將參照附圖詳細描述示范性實施例，在附圖中相同的附圖示蹤始終指相同的元件。圖1是示意性地示出根據(jù)示范性實施例的微流體設備的結構的透視圖。參照圖1，根據(jù)這個示范性實施例的微流體設備10包括在其中形成微流體結構的平臺100、驅動平臺100的驅動單元310，在平臺100內形成的反應室160和檢測室170、檢測從檢測室170釋放的信號的信號檢測單元320、和控制微流體設備10的操作的控制器200。平臺100可以由諸如亞克力(PMMA)、PDMS、PC等的塑料形成，其表面無生物活性。然而，平臺100的材料不限于此，并且可以由具有諸如化學和生物穩(wěn)定性、光學透明性和機械加工性的屬性的任何材料形成。雖然圖1中所示的示范性實施例使用圓盤形平臺100，但是平臺100的形狀不限于此，并且可以具有可以固定在可旋轉的框架上并可以旋轉的各種形狀中的任何形狀，諸如扇形。驅動單元310可以是電動機，并可以向平臺100提供旋轉力，由此移動在平臺100內提供的各室中所容納的流體。雖然包括一個或多個微流體結構的一個檢查單元可以被設置在單一平臺100上，但是單一平臺100可以被劃分為多個區(qū)域，在各自的區(qū)域內微流體結構被彼此獨立地操作以便改善檢查的及時性和成本效益。多個微流體結構中的每一個可以被配置為執(zhí)行不同的測試以便同時執(zhí)行若干個檢查，或者多個微流體結構中的每一個可以被配置為執(zhí)行相同的檢查。圖2是示出微流體結構的平面圖，該微流體結構包括微流體設備中的一個分析單元。在這個示范性實施例中，由旋轉引起的離心力被用作使其中的流體移動的驅動力。
參照圖2，平臺100內提供的一個分析單元包括樣本室101、反應室160、檢測室170、廢物室180和連接各室的通道。樣本室101提供空間以容納液體樣本，例如血液。雖然圖中未示出，但是樣本室101可以包括樣本通過其被注入到樣本室101的入口、容納樣本的容納部、和連接到樣本分離單元110的出口。出口可以被配置以便形成毛細管壓力以防止當不施加離心力時樣本移動到樣本分離單元110，而且可以設置有調節(jié)樣本的流量的閥。由于由平臺100的旋轉所引起的離心力被用于將樣本從樣本室101轉移到樣本分離單元110，因此與樣本室101的位置相比，樣本分離單元110徑向向外地位于微流體設備內。樣本分離單元110將從樣本室101提供的樣本離心分離成上清液(supernatant)和沉淀(deposit)。例 如,如果樣本是血液,則上清液包括血清或血楽而且沉淀包括血球。樣本分離單元110包括從樣本室101徑向向外延伸的通道形上清液收集部111、和位于上清液收集部111的端部并提供用于收集具有大比重的沉淀的空間的沉淀收集部112。在上清液收集部111上提供樣本分配通道115，以便將通過離心分離得到的上清液轉移到反應室160，而且在樣本分配通道115內提供閥114內以便控制樣本的流動。在這個示范性實施例中，閥114可以是封閉型閥，該閥閉合通道以防止從外部傳輸?shù)尿寗恿κ沽黧w流動。雖然圖2中所示的示范性實施例示出樣本分離單元110的形狀,但是樣本分離單元110可以以任何各種其他形狀形成。此外，在各種示范性實施例中，樣本可以從樣本室101直接轉移到反應室160。上清液測量室116可以設置在樣本分離單元110和反應室160之間以便測量上清液的量。上清液測量室116具有容納用于測試目的所必需的上清液的量的容積，而且閥117可以設置在上清液測量室116的出口(exit)處以控制流體的流動。上清液測量室116通過通道連接到反應室160。雖然在圖中未示出，但是分配通道115和上清液測量室116之間可以形成室和通道，以容納在測試/測量之后殘余的液體樣本的剩余量。反應室160中的反應所需的反應溶液被容納在第一緩沖劑室120和第二緩沖劑室130中。雖然圖2中所示的示范性實施例示出了兩個緩沖劑室，但是緩沖劑室的數(shù)目和緩沖劑室的種類不限于此，并且可以根據(jù)使用微流體設備將要執(zhí)行的測試的類型來改變。下面將描述使用抗原-抗體反應的示范性血液測試。第一緩沖劑室120容納第一緩沖劑，第一緩沖劑可以是用于夾心免疫檢測法(sandwich immunoassay)的配對緩沖劑(conjugate buffer)、包括用于競爭性免疫檢測法的競爭蛋白質的緩沖劑、或包括各種酶(諸如聚合酶的)和用于DNA擴增(amplification)的引物(primer)的緩沖劑。閥112可以設置在第一緩沖劑室120的出口。閥112可以是封閉型閥，從而將第一緩沖劑密封在第一緩沖劑室120內直到閥112被打開。第二緩沖劑室130可以容納基質緩沖劑、和包括DNA雜交過程所需的各種酶的緩沖劑，當與配對反應或競爭反應的產(chǎn)物發(fā)生反應時基質緩沖劑產(chǎn)生指定顏色。閥131設置在第二緩沖劑室130的出口，而當閥131被打開時，第二緩沖劑被轉移到反應室160。雖然圖2中未示出，但是根據(jù)本示范性實施例的微流體設備可以包括一個或多個測量室，每一個測量室對應于各自的緩沖劑室以便將各自緩沖劑的預定量提供給反應室160。另外，根據(jù)本示范性實施例的微流體設備可以包括連接到測量室的多余緩沖劑室，以容納超過測試所需的預定量的任意量的緩沖劑。洗滌緩沖劑室150可以容納洗滌緩沖劑，以便在抗原-抗體反應之后清洗殘留物。洗滌緩沖劑室150連接到反應室160，而且閥153可以設置在洗滌緩沖劑室150和反應室160之間以便控制洗滌緩沖液的流動。反應室160接收樣本，特別是，通過通道接收來自上清液測量室116的樣本的上清液。由于本示范性實施例使用血液作為樣本，因此樣本的上清液可以使用在反應中。然而，如果對不需要離心分離的樣本進行測試，則微流體設備可以省略樣本分離單元110，而且容納在樣本室101中的樣本可以被直接轉移到反應室160以參與反應。捕獲材料設置在反應室160中，用于捕獲樣本的分析物。在反應室160中，捕獲材料可以特定地與分析物發(fā)生反應。示蹤材料與捕獲材料配對，從而形成示蹤配對物。根據(jù)感興趣的分析物可以選擇示蹤配對物。如果分析物是抗原或抗體，則示蹤配對物可以是這樣的配對物，其中，特定地與分析物發(fā)生反應的抗體或抗原與示蹤材料配對。當反應室160中的反應已完成時，生成分析物和示蹤配對物的復合物。例如，分析物和示蹤材料也可以通過捕獲 材料組合。在下文中，這樣的復合物將被稱為反應產(chǎn)物。例如，示蹤材料可以是，但不限于，乳膠珠、諸如金膠體或銀膠體的金屬膠體、諸如過氧化物酶的酶、熒光材料、夜光材料或放射性同位素。因此，示蹤材料的種類沒有限制，只要該示蹤材料釋放代表分析物的存在的可檢測信號。在下文中，為了示范性目的，將使用熒光材料作為示蹤材料。廢物室180容納從反應室160中釋放的雜質或反應殘留物。雜質或反應殘留物通過洗滌緩沖劑室150的洗滌緩沖劑洗滌，并被轉移到廢物室180。雜質或反應殘留物可以包括任何示蹤配對物或未反應并因此沒有彼此結合的分析物。這樣的雜質或反應殘留物被轉移到廢物室180，以改善檢測室170中的檢測精度。廢物通道181連接到反應室160，而且閥162設置在廢物通道181內，從而可以控制從反應室160提供到廢物室180的流體的流動。檢測室170通過閥164連接到反應室160，并從反應室160接收已完成反應的最終流體。最終流體包括反應室160的反應產(chǎn)物，即，分析物和示蹤配對物的復合物。檢測室170用于測量分析物的濃度。通過檢測室170，信號檢測單元320 (圖1)可以通過檢測從與分析物結合的示蹤配對物所釋放的信號來測量分析物的濃度。信號檢測單元320(參照圖1)可以感測分析物的光學特性，諸如分析物的熒光和發(fā)光特性或吸光特性。信號檢測單元320包括光發(fā)射部和光接收部，光發(fā)射部向檢測室170照射特定波長的光，光接收部接收從檢測室170釋放的光。雖然本示范性實施例示出彼此相鄰地安裝在平臺100的同一側上的光發(fā)射部和光接收部，但是光發(fā)射部和光接收部可以安裝在平臺100的相對兩側。更詳細地，如果熒光材料被用作示蹤材料，當激發(fā)光被照射到容納有反應產(chǎn)物的檢測室170時，熒光材料釋放發(fā)射光(emission light)，S卩，熒光信號。因此，信號檢測單元320的光發(fā)射部照射特定波長的激發(fā)光，而且信號檢測單元320的光接收部接收從熒光材料釋放的熒光信號。在下文中，從容納有示蹤材料的檢測室170釋放且被信號檢測單元320檢測到的信號將被稱為作為檢測信號，而且從示蹤材料釋放的信號將被稱為示蹤信號。檢測信號包括示蹤信號。例如，如果熒光材料被用作示蹤材料，則示蹤信號被稱為熒光示蹤信號，而且如果放射性材料被用作示蹤材料，則示蹤信號被稱為放射性示蹤信號。如這里所使用的，術語“熒光信號”和“放射性信號” 一般命名所有熒光信號和放射性信號，與釋放這些信號的材料無關?！盁晒馐聚櫺盘枴焙汀胺派湫允聚櫺盘枴迸c熒光信號和放射性信號相區(qū)分，并且代表從被用作示蹤材料的熒光材料和放射性物質釋放的信號。除了從示蹤材料釋放的示蹤信號以外，檢測信號還可以包括從檢測室170本身釋放的信號，并且還可以包括從示蹤材料以外的物質釋放的任何信號，只要該信號可被信號檢測單元320檢測為示蹤信號。信號檢測單元320可以檢測從反應室160釋放的信號。更詳細地，根據(jù)另一示范性實施例的微流體設備可以包括多個反應室160，而且當一些反應室160容納反應產(chǎn)物而且其余反應室160沒有容納反應產(chǎn)物時，可以檢測到從每個反應室160釋放的信號?？梢蕴峁﹩我恍盘枡z測單元320以便通過旋轉平臺100來檢測從各反應室160釋放的信號，或者可以提供多個信號檢測單元320以便同時檢測從相應反應室160釋放的信號。雖然圖2所示的實施例示出閥設置在通道中或各室的出口處以便控制流體的流動，但是其他示范性實施例可以采用任何不同類型的微流體閥。例如，可以采用當施加指定強度的壓力時被打開的閥，諸如毛細管閥，或者可以采用利用控制信號、通過來自外部的功率或能量(例如，磁能或熱能) 有源操作的閥。作為后一種閥的一個例子，閥材料可以在室溫下處于固體狀態(tài)，并且當存在于通道上或在室的出口處時閉合通道。在此之后，閥材料在高溫下熔化并移動到通道內的空間，從而打開通道。從外部施加的能量可以是，例如，電磁波，而且能量源可以是照射激光束的激光光源、照射可見光或紫外線光的發(fā)光二極管、或氙燈。在激光光源的情況下，能量源可以包括至少一個激光二極管。根據(jù)閥材料的加熱顆?？晌盏碾姶挪ǖ牟ㄩL，可以選擇外部能量源。用作閥材料的示范性材料包括，但不限于，熱塑性樹脂，諸如環(huán)狀烯烴共聚物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚甲醛(Ρ0Μ)、全氟烷氧基(PFA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)、聚砜(PSU)或聚偏二氟乙烯(PVDF)。另外，可以采用在室溫下處于固體狀態(tài)的相變材料作為閥材料。相變材料可以是蠟，當加熱時，蠟被熔化并變?yōu)橐后w狀態(tài)。示范性的蠟包括，但不限于，石蠟、微晶蠟、合成蠟或天然蠟。相變材料可以是凝膠或熱塑性樹脂?？梢圆捎镁郾０贰⒕郾┧狨?、聚甲基丙烯酸酯或聚乙烯基酰胺作為凝膠。均勻擴散到閥材料內的可以是多個細加熱顆粒，其吸收電磁波能量然后產(chǎn)生熱量。細加熱顆粒具有大約Inm到大約100 μ m的直徑，以有效地通過具有大約0.1mm的深度和大約Imm的寬度的細通道(fine channel)。細加熱顆粒的特征在于,在例如,通過激光束而吸收電磁波能量之后，細加熱顆粒的溫度快速升高，并且由此細加熱顆粒產(chǎn)生熱量。為了呈現(xiàn)這些特性，細加熱顆粒中的每一個可以包括包含金屬組分的核心和疏水表面結構。例如，細加熱顆粒的每個可以具有如下的分子結構，其包括由Fe形成的核心，以及結合到Fe和圍繞Fe的多個表面活性劑。細加熱顆粒可以被擴散到載體油中。載體油可以是疏水性的，使得細加熱顆?？梢员痪鶆虻財U散到載體油中。在其中擴散細加熱顆粒的載體油與熔融相變材料混合，然后將混合物注入到室的出口或者通道中并將其固化，由此封閉室的出口或者通道。細加熱顆粒不限于上述的聚合體顆粒，而是還可以以量子點或者磁頭的形狀來形成。此外，細加熱顆粒可以是，例如，諸如A1203、Ti02、Ta203、Fe203、Fe304或者Hf02的細金屬氧化物。根據(jù)本示例性實施例的閥不是必須包括細加熱顆粒。即，閥可以僅包括相變材料而沒有細加熱顆粒，并且在這種情況下，與微流體裝置分離指定寬度以融化閥材料的非接觸型加熱器可以被提供來加熱需要開口的相應的閥。然而，在根據(jù)本示例性實施例的微流體裝置可以省略設置在室的出口處或者在通道上的閥，并且可以采用在沒有閥的情況下控制流體的流動的各種其他方法。圖3是根據(jù)示例性實施例的微流體裝置的控制框圖。在下文中，將示例性地描述使用熒光材料來作為示蹤材料。參照圖3，根據(jù)本示例性實施例的微流體裝置包括:平臺100，在其中，諸如各種室和通道的微流體結構被設置來 執(zhí)行化驗；驅動單元310，其驅動平臺100 ;信號檢測單元320，其用于檢測分析物的濃度；以及控制器200，其控制微流體裝置的總體操作。以上已經(jīng)參照圖1和圖2來詳細描述了平臺100的操作，因此將省略對其的詳細描述。驅動單元310向平臺100提供驅動力，以移動容納在平臺100中的流體。如果微流體裝置是圓盤類型的平臺，則驅動單元310通過旋轉平臺100來移動流體。S卩，驅動單元310可以通過旋轉盤型微流體裝置來提供用于樣品或流體的離心和/或移動的離心力，并且停止或旋轉盤型微流體裝置，以使得檢測室170到達指定位置。驅動單元310可以包括控制平臺100的角位置的電機驅動裝置。例如，電機驅動裝置可以包括步進電機或DC電機。如上所述，信號檢測單元320檢測從檢測室170發(fā)出的信號。如果熒光材料被用作示蹤材料，則信號檢測單元320將特定波長的激發(fā)光照射到檢測室170，并且接收從檢測室170發(fā)出的發(fā)射光。熒光材料的濃度與發(fā)射光的強度成比例。因為發(fā)射光的強度與激發(fā)光的強度成線性比例，所以熒光材料的濃度與由激發(fā)光的強度(Iexcitation)歸一化的發(fā)射光的強度(Iemission)成比例，并且熒光材料的濃度(C)可以簡單地由下面的等式I表示。[等式I]C = k*(Iemission/Iexcitation)在此，k是比例常數(shù)，并且其可以根據(jù)微流體裝置的特性而具有不同的值。發(fā)射光的強度(Iemission)僅僅受到從與分析物結合的突光材料發(fā)出突光不蹤信號的影響，但是由信號檢測單元320檢測的發(fā)射光還可以包括各種背景信號。背景信號包括在檢測信號中包括的信號中的、除了熒光示蹤信號之外的信號。如上所述，除了從示蹤材料發(fā)出的熒光示蹤信號之外，檢測信號還包括從檢測室170本身發(fā)出的信號。此外，檢測信號包括除了示蹤材料以外的外來物質發(fā)出的信號，只要該信號可以通過信號檢測單元320檢測即可。因此，背景信號包括了這些信號。特別地，如果熒光材料被用作示蹤材料，則來自干擾材料的自體熒光(auto-fluorescent)信號是引起背景信號的主要因素。因此，根據(jù)本示例性實施例的微流體裝置的控制器200執(zhí)行信號補償，以除去背景信號。在下文中，將詳細描述控制器200的操作。控制器200控制微流體裝置的整體操作，包括平臺100的旋轉、信號檢測等?？刂破?00包括驅動控制單元210、信號檢測控制單元220、和信號補償單元223，以用于除去背景信號的影響從而來補償檢測信號。在微流體裝置中，引起的自體熒光的主要干擾材料是檢測室170本身。檢測室170由諸如PC、PMMA、C0C、或PS的塑料來形成。即使根據(jù)塑料的種類而有所不同，但是塑料仍包含相當數(shù)量的熒光材料，因此，由塑料形成的檢測室170發(fā)射相當數(shù)量的自體熒光。因此，信號檢測控制單元220控制信號檢測單元320，使得信號檢測單元320在將反應產(chǎn)物從反應室160轉移到檢測室170之前，測量來自檢測室170的背景信號。此時，檢測室170可能是空置的，或者可以容納用于捕獲反應產(chǎn)物的分離的捕獲材料。由于背景信號包含除了熒光示蹤信號之外的信號，所以在反應產(chǎn)物被轉移到檢測室170之前測量的信號成為與檢測室170是否容納任何材料無關的背景信號。由于如上所述，檢測室170本身發(fā)射熒光信號，所以背景信號可以包含指定量的熒光信號，并且包含沒有被過濾掉的由其它光源部件生成的信號。然后，信號檢測控制單元220控制信號檢測單元320，使得信號檢測單元320在反應產(chǎn)物從反應室160中被轉移到檢測室170之后，測量來自檢測室170的檢測信號。信號補償單元230使用背景信號來補償檢測信號。即，使用反應產(chǎn)物被轉移到檢測室170之前測量的背景信號，信號補償單元230補償在反應產(chǎn)物被轉移到檢測室170之后測量的檢測信號。 由于在反應產(chǎn)物被轉移到檢測室170之后測量的檢測信號包括與分析物濃度無關的背景信號，所以信號補償單元230從檢測信號中去除背景信號，從而可以獲得高精度的示蹤信號，由此將干擾材料的影響最小化。根據(jù)另一示例性實施例的微流體裝置可以通過檢測從反應室發(fā)射的信號來補償檢測信號。如上所述，微流體裝置可以包括多個反應室，并且從反應室釋放出的信號可以在一些反應室容納反應產(chǎn)物而剩余的反應室不容納反應產(chǎn)物的情況下進行檢測。在此，從在其中不容納反應產(chǎn)物的反應室檢測的信號成為背景信號，并且從在其中容納反應產(chǎn)物的反應室檢測的信號成為檢測信號。信號檢測單元230可以通過從檢測信號中去除背景信號來執(zhí)行信號補償。另外，根據(jù)另一示例性實施例的微流體裝置可以包括多個檢測室，并且從檢測室釋放出的信號可以在一些檢測室容納反應產(chǎn)物而剩余的檢測室不容納反應產(chǎn)物的情況下進行檢測。在此，從在其中不容納反應產(chǎn)物的檢測室檢測的信號成為背景信號，并且從在其中容納反應產(chǎn)物的檢測室檢測的信號成為檢測信號。信號檢測單元230可以通過從檢測信號中去除背景信號來執(zhí)行信號補償。因此，在根據(jù)示例性實施例的微流體裝置中，從其中檢測信號的室可以是反應室或檢測室。即，從其中檢測信號的室的種類或類型沒有特別限定。另外，從其中檢測背景信號的室和從其中檢測檢測信號的室可以是相同的室，或者可以是不同的室，只要當檢測背景信號時，室中不包含反應產(chǎn)物，并且當從室中檢測檢測信號時，室中包含反應產(chǎn)物即可。在下文中，將描述通過信號補償單元230來執(zhí)行更準確的信號補償?shù)母鞣N示例性實施例。圖4A到4C是示出了在相同的檢測室170的不同檢測位置處測量熒光信號的視圖。為了清楚地表示在信號檢測單元320和檢測室170之間的關系，在圖4A至4C中，省略了除了信號檢測單元320和檢測室170之外的微流體裝置的構成元件。作為示蹤材料的熒光材料可以以不同的濃度而分布在檢測室170的各區(qū)域中。因此，如果從檢測室170的一個區(qū)域中檢測信號，則精度可能會降低。因此，信號檢測控制單元220控制信號檢測單元320，使得信號檢測單元320在檢測室170的不同檢測位置處多次測量信號。信號檢測單元320在檢測室170內的第一檢測位置171處檢測信號，如圖4A所示；在檢測室170內的第二檢測位置172處檢測信號，如圖4B所示；并且在檢測室170內的第三檢測位置173處檢測信號，如圖4C所示。如圖4A到4C中所示，第一到第三檢測位置171，172和173是不同的，檢測位置171，172和173可以在驅動控制單元210的控制下，通過利用驅動單元310來旋轉或振動平臺100而改變。當已經(jīng)多次完 成信號檢測時，信號補償單元230對檢測信號進行補償。待補償?shù)臋z測信號是多次檢測的信號的平均值。如在本示例性實施例中，通過在檢測室170內的不同位置處多次執(zhí)行信號檢測，并且對檢測信號的平均值進行補償，可以提高分析的準確性和可重復性。雖然在圖4A至4C所示的實施例執(zhí)行了三次信號檢測，但是信號的檢測次數(shù)不限于此?？梢栽诳紤]分析的精度和檢驗的效率的情況下，確定信號檢測的次數(shù)。另外，由于從反應室160轉移到檢測室170的熒光材料在檢測室170內的一定時間內保持為液體狀態(tài)，所以在檢測室170內的特定區(qū)域中檢測濃度可能會隨時間流逝而變化。因此，在同一位置處的信號的檢測可以執(zhí)行不同次，并且可以對檢測信號的平均值進行補償。另外，在已經(jīng)經(jīng)過指定的時間之后，從反應室160轉移到檢測室170的熒光材料的流動性減小，由此穩(wěn)定了熒光材料。因此，當熒光材料被轉移到檢測室170中已經(jīng)經(jīng)過指定時間之后，可以執(zhí)行信號檢測。在此上下文中，術語“指定時間”是指用于使熒光材料的流動性降低，并且變?yōu)榉€(wěn)定所需的時間。上述的指定時間可以通過實驗和統(tǒng)計來確定。另外，可以在不多次執(zhí)行信號檢測或等待濃度分布穩(wěn)定的情況下，在檢測室170內均勻地分布熒光材料的濃度。為此，在熒光材料被轉移到檢測室170之后，可以將平臺100上下或左右振動。然后，可以在其之后立即執(zhí)行信號檢測，或者在熒光材料的流動基本上停止，以產(chǎn)生熒光材料的穩(wěn)定之后執(zhí)行信號檢測。上述的示例性實施例用于提高分析的準確性和可重復性，并且應當理解的是，可以組合這些示例性實施例中的兩個或更多個。作為降低傳統(tǒng)分析結果的準確性的另一因素，也可能是在檢測室170之間存在串擾。該種串擾由于微流體裝置內包括多個檢測室170而產(chǎn)生。例如，由于折射、反射、和/或散射，使得照射到特定的檢測室170的光可以部分地照射到其他檢測室170，并且此時產(chǎn)生的熒光有可能進入到信號檢測單元320的光接收部。該種串擾可以導致濃度分析中的誤差，特別是在低濃度樣品和高濃度樣品出現(xiàn)時更是如此。
因此，根據(jù)示例性實施例的微流體裝置可包括具有足夠圍繞每個檢測室170的形狀的盒。盒可以由不透明的材料形成，以有效地抑制在檢測室170之間的熒光信號的串擾。圖5和圖6是圖示根據(jù)示例性實施例的被盒包圍的檢測室170的視圖。下文中，將參照圖5和圖6詳細描述該示例性實施例。在圖5中，左側圖示了未配備盒的檢測室170和反應室160，右側圖示了配備了盒190的檢測室170和反應室160。圖5是平面圖。包圍檢測室170的盒190可以用不透明和/或吸收相當大量的光的顏色來形成。例如，如果盒190用黑色形成，則盒190吸收照射到檢測室170的大部分光，因而可以避免光到達其他檢測室170。此外，盒190也可以用反射相當大量的光的顏色來形成。例如，如果盒190用白色或銀色來形成，則盒190反射照射到檢測室170的大部分激發(fā)(excitation)光，因而可以避免光到達其他檢測室170。在圖6中，左側圖示了被盒190包圍的檢測室170的平面圖，并且右側圖示了被盒190包圍的檢測室170的縱向截面圖。
如圖6所示,示例性實施例中提供的盒190配備有通道191,通過通道191,包括反應產(chǎn)物的最終流體從反應室160流入檢測室170。盡管圖6僅僅圖示了入流通道191，但是如果存在向其轉移檢測室170的流體的另一個室，則盒190還可以配備有排出通道。因而，入流通道或排出通道的數(shù)量對應于連接到檢測室170的其他室的數(shù)量。盒190可以用諸如PC、C0C、PMMA或PS的塑料形成。然而，盒190不局限于以上材料，而是可以用具有諸如化學和物理穩(wěn)定性、光透明度和機械可加工性這樣的性質的任何材料來形成。同時，盒可以以具有被穿孔的底的形式來實現(xiàn)。圖7是圖示根據(jù)另一個示例性實施例的盒的截面圖。盡管圖4A到圖4C中示出的信號檢測單元320的光發(fā)射部分和光接收部分被圖示為安裝在平臺100的同一側，但光發(fā)射部分和光接收部分也可以彼此面對地安裝。也就是說，光發(fā)射部分和光接收部分中的一個可以安裝在平臺100的上側，而光發(fā)射部分和光接收部分中剩余的一個可以安裝在平臺100的下側。例如，如果光發(fā)射部分安裝在平臺100的上側，并且光接收部分安裝在平臺100的下側，則從光發(fā)射部分照射的光在穿過檢測室170之后到達光接收部分。參照圖7，為此，盒195被實現(xiàn)為具有被穿孔的底的形式，以便光向上或向下穿過檢測室170。至于檢測室170的周邊，由于光被盒195阻擋或反射，所以避免了從信號檢測單元320照射的光到達另一室。如圖7所示，示例性實施例中提供的盒195配備有通道196，通過通道196，包括反應產(chǎn)物的最終流體從反應室160流入檢測室170。盡管圖7僅僅圖示了入流通道196，但是如果存在向其轉移檢測室170的流體的另一個室，則盒195還可以配備有排出通道。因而，入流通道或排出通道的數(shù)量對應于連接到檢測室170的其他室的數(shù)量。盡管上述示例性實施例將微流體設備圖示為還包括包圍檢測室170的盒190，但檢測室170本身可以用不透射光的顏色形成，而無需使用單獨的盒。例如，如果檢測室170用黑色、白色或銀色形成，則檢測室170可以避免照射到檢測室170的光到達其他檢測室170。此外，盡管上述示例性實施例將盒190描述為包圍檢測室170，但是盒也可以包圍反應室160和/或廢料室180，或者包圍這些室中的一些或全部。由于熒光材料可能存在于反應室160中或廢料室180中，并且這樣的熒光材料可能成為對信號檢測單元320的干擾材料，因此，如果反應室160或廢料室180被盒所包圍，則可以避免串擾的產(chǎn)生。當然，反應室160或廢料室180本身也可以用不透射光的顏色來形成。下文中，將描述根據(jù)示例性實施例的微流體設備的控制方法。在示例性實施例中，將僅僅描述在完成了反應室160內分析物和示蹤配對物(marking conjugate)的組合之后的信號檢測。圖8是圖示根據(jù)示例性實施例的微流體設備的控制方法的流程圖。參照圖8，在向檢測室170中轉移反應產(chǎn)物之前，從檢測室170檢測背景信號(操作511)。因而，檢測室170處于其中尚未容納反應產(chǎn)物的狀態(tài)，并且背景信號可以包括從檢測室170本身發(fā)出的熒光信號和/或未被濾除的任何剩余的光源分量。當背景信號檢測已經(jīng)完成時，反應室160內的已完成反應的反應產(chǎn)物被轉移到檢測室(操作512)。反應產(chǎn)物是分析物和示蹤配對物的復合物，并且示蹤配對物是分析物的捕獲材料和不蹤材料的復合物。之后，從容納了反應產(chǎn)物的檢測室170檢測檢測信號(操作513)。如果熒光材料被用作示蹤配對物的示蹤材料，則當信號檢測單元320的光發(fā)射部分向檢測室170照射特定波長的激發(fā)光時，熒光材料 在吸收了激發(fā)光的能量之后發(fā)出熒光示蹤信號。之后，信號檢測單元320的光接收部分檢測熒光示蹤信號。之后，使用檢測到的背景信號補償檢測信號(操作514)。由于背景信號包括從檢測室170本身發(fā)出的熒光信號和/或由于未被濾除的任何光源分量所產(chǎn)生的信號，因此可以通過從檢測信號中去除背景信號來補償檢測信號。從而，獲得了正確的熒光示蹤信號。圖9是圖示根據(jù)另一個示例性實施例的微流體設備的控制方法的流程圖。參照圖9，從檢測室170檢測背景信號(操作521)，并且反應室160內已經(jīng)完成了反應的反應產(chǎn)物被轉移到檢測室170 (操作522)。之后，執(zhí)行從容納了反應產(chǎn)物的檢測室170的信號檢測(操作523)。為了改善分析的準確度，將信號檢測執(zhí)行多次。在檢測到檢測信號之后，控制器200確定信號檢測的數(shù)量是否達到預定參考數(shù)量(操作524)。當確定信號檢測的數(shù)量不等于預定參考數(shù)量時(操作524中的“否”)，則重新執(zhí)行從檢測室170的信號檢測(操作523)。這里，參考數(shù)量可以由用戶考慮例如分析準確度和檢驗效率的多個方面來確定。當執(zhí)行多次信號檢測時，可以在檢測室170內的同一檢測位置檢測信號，或者可以通過旋轉和/或振動平臺100而在檢測室170內的不同檢測位置檢測信號。當確定信號檢測的次數(shù)已經(jīng)達到預定參考次數(shù)時(操作524中的“是”)，計算多個檢測信號的平均值(操作525)。之后，使用上面檢測的背景信號補償檢測信號的平均值(操作526)。例如，可以通過從檢測信號的平均值中去除背景信號來補償檢測信號的平均值。圖10是圖示根據(jù)另一個示例性實施例的微流體設備的控制方法的流程圖。參照圖10，從檢測室170檢測背景信號(操作531)，并且反應室160內已經(jīng)完成了反應的反應產(chǎn)物被轉移到檢測室170 (操作532)。之后，控制器200確定是否經(jīng)過了預定參考時間(操作533)。這里，參考時間是指轉移到檢測室170的反應產(chǎn)物流動性降低因而變得穩(wěn)定化所需要的時間。這樣的降低流動性所需的時間可以通過實驗方式和統(tǒng)計方式預先確定。當確定經(jīng)過了預定參考時間時(操作533中的“是”)，從其中容納了反應產(chǎn)物的檢測室170檢測檢測信號(操作534)。之后，使用上面檢測的背景信號補償檢測信號(操作535)。如上所述，信號的補償可以通過從檢測信號中去除背景信號來執(zhí)行。圖11是圖示根據(jù)另一個示例性實施例的微流體設備的控制方法的流程圖。參照圖11，從檢測室170檢測背景信號(操作541)，并且反應室160內已經(jīng)完成了反應的反應產(chǎn)物被轉移到檢測室170 (操作542)。之后，將微流體設備振動指定的時間(操作543)，這用于使反應產(chǎn)物在檢測室170內均勻分布。使轉移的反應產(chǎn)物均勻分布所需的指定時間可以由用戶考慮分析準確度和檢驗效率來預先確定。微流體設備的振動是指驅動控制單元210向驅動單元310發(fā)送控制信號，以使驅動單元振動平臺100。之后，從其中容納了反應產(chǎn)物的檢測室170檢測檢測信號(操作544)，并且通過使用上面檢測的背景信號來補償檢測信號(操作545)。如上所述，信號的補償可以通過從檢測信號中去除背景信號來完成。盡管圖8到圖11中示出的示例性實施例圖示了從其中未容納反應產(chǎn)物的檢測室檢測背景信號，并且從其中容納了反應產(chǎn)物的檢測室檢測檢測信號，但此處描述的示例性實施例不局限于此。例如，微流體設備可以包括多個反應室，并且可以從其中容納了反應產(chǎn)物的反應室檢測檢測信號，同時從其中未容納反應產(chǎn)物的剩余反應室中的任何一個或多個檢測背景信號。此外，微流體設 備可以包括多個檢測室，并且可以從其中容納了反應產(chǎn)物的檢測室檢測檢測信號，同時從其中未容納反應產(chǎn)物的剩余檢測室中的任何一個或多個檢測背景信號。從上面的描述可以明顯看出，在根據(jù)示例性實施例的微流體設備和控制方法中，在室中容納反應物之前測量背景信號，并且使用該背景信號補償在室中容納反應物之后測量的信號，從而提高了測試結果的可靠性。此外，可以提供包圍室的不透明盒，從而避免從容納于室中的反應產(chǎn)物產(chǎn)生的信號影響從其他室的信號檢測。盡管已經(jīng)示出和描述了若干示例性實施例，但本領域技術人員將會理解，可以改變這些示例性實施例而不偏離本發(fā)明的原理和精神，本發(fā)明的范圍在權利要求及其等效物中限定。
權利要求
1.一種微流體設備的控制方法，包括: 當微流體設備的第一室不包含作為分析物和示蹤材料的合成物的反應產(chǎn)物的時候，從所述第一室檢測背景信號； 當微流體設備的第二室包含反應產(chǎn)物的時候，從第二室檢測檢測信號；以及 使用來自檢測信號的背景信號來補償檢測信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的控制方法，其中所述第一室和第二室是相同的室。
3.根據(jù)權利要求1所述的控制方法，其中所述第一室和第二室是不同的室。
4.根據(jù)權利要求2所述的控制方法，還包括在從沒有容納反應產(chǎn)物的第一室檢測背景信號之后向第二室轉移反應產(chǎn)物。
5.根據(jù)權利要求1所述的控制方法，其中所述第一室和第二室是反應室或檢測室。
6.根據(jù)權利要求1所述的控制方法，其中所述示蹤材料是從由熒光材料、金屬膠體、酶、乳液微球、夜光材料和放射性同位素構成的組中選擇出的一個。
7.根據(jù)權利要求1所述的控制 方法，其中所述檢測信號的補償包括從檢測信號除去背景 目號。
8.根據(jù)權利要求4所述的控制方法，還包括在檢測檢測信號之前，振動微流體設備以均勻地分布轉移到第二室的示蹤材料。
9.根據(jù)權利要求4所述的控制方法，其中在從反應產(chǎn)物轉移到第二室已經(jīng)過去指定時間之后檢測所述檢測信號。
10.根據(jù)權利要求9所述的控制方法，其中所述指定時間相應于對轉移到第二室的示蹤材料進行穩(wěn)定所花費的時間。
11.根據(jù)權利要求1所述的控制方法，還包括: 多次從第二室檢測檢測信號；以及 計算檢測到的檢測信號的平均值， 其中將要補償?shù)乃鰴z測信號是檢測信號的計算平均值。
12.—種微流體設備,包括: 平臺，包括第一室和第二室，所述第一室不包含反應產(chǎn)物，而所述第二室包含反應產(chǎn)物，其中所述反應產(chǎn)物是分析物和示蹤材料的合成物； 信號檢測單元，被配置為檢測從第一室和第二室發(fā)出的信號；以及 控制器，被配置為使用由信號檢測單元從第一室檢測到的信號來補償從第二室檢測到的信號。
13.根據(jù)權利要求12所述的微流體設備，其中所述第一室和第二室是反應室。
14.根據(jù)權利要求12所述的微流體設備，其中所述控制器從自第二室檢測到的信號除去自第一室檢測到的信號。
15.根據(jù)權利要求12所述的微流體設備，其中所述控制器控制信號檢測單元以便多次從容納了反應產(chǎn)物的第二室的至少兩個不同的檢測位置來檢測信號，并且補償所述多個檢測信號的平均值。
全文摘要
提供一種微流體設備及其控制方法。所述微流體設備的控制方法包括從通過將分析物和標識材料進行合成而形成的反應產(chǎn)物沒有容納在其中的室中檢測背景信號，從容納了反應產(chǎn)物的室中檢測檢測信號，以及使用背景信號補償檢測信號。
文檔編號G01N21/64GK103223357SQ201310054538
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月28日 優(yōu)先權日2012年1月26日
發(fā)明者呂永培, 權世道, 趙熙誠 申請人:三星電子株式會社