专利名称：频闪薄膜化学分析设备和使用其的分析方法
技术领域：
本发明涉及一种基于频闪原理的频闪薄膜化学分析设备和一种使用该频闪薄膜化学分析设备的分析方法。更具体地说，本发明涉及一种适合于用于诸如集成有用于诊断或检测流体中的少量物质的生物芯片例如芯片实验室(lab on a chip)、蛋白质芯片和DNA 芯片的盘实验室(lab on a disc)之类的可旋转生物盘(bio disc)的实时分析的频闪薄膜化学分析设备以及一种使用该频闪薄膜化学分析设备的分析方法。
背景技术：
迄今为止开发的用于检测流体中的少量被分析物的大多数临床诊断分析设备配备有多样品制备和自动化试剂添加装置，并且分析装置以串联或并联连接方式集成到可旋转薄膜体中，从而以较高的效率分析多种测试样品。这种类型的临床实验室分析器能够通过引入来自生物盘的旋转的离心力而使用少量的样品和试剂以低成本精确地且自动地执行数百种分析。然而，在这些薄膜化学分析器中，不能实时观测以高速旋转的生物盘，因此在分析的精确度和可靠性方向会出现问题。因此，为了解决以上问题，需要能够实时观测在旋转期间在生物盘中正在发生的进程的频闪化学分析器。〈作为薄膜的⑶和DVD>标准压缩盘由12cm聚碳酸酯基底、反射性金属层和保护性漆涂层形成。在ISO 9660中定义了 DVD、CD和CD-ROM的格式。聚碳酸酯基底是具有光学性能的透明聚碳酸酯。 在标准压制或成批复制的CD中，数据层是聚碳酸酯基底的一部分，并且在注塑成型期间数据由压模压印为一系列凹痕。在注塑成型的过程中，将融化的聚碳酸酯在高压下注射到模具中，并进行冷却，以使聚碳酸酯具有模具、压模或印模的镜像。因此，由聚碳酸酯基底形成在盘基底上表示二进制数据的压痕。压印母体通常为玻璃。可以将这样的盘改变或修改为用于诊断和检测流体中的少量物质的薄膜型分析器。在这种情况下，代替压痕，可以通过注塑成型工艺在盘表面上形成用作流动路径的通道、用作缓冲液池的室、孔和阀。在下面的描述中，用于诊断和检测流体中的少量物质的生物芯片例如芯片实验室、蛋白质芯片和DNA芯片被集成到典型的⑶-ROM或DVD中的盘或者经历过用于诊断和检测流体中的少量物质的生物和化学过程的盘将被称作“生物盘”。典型的生物盘包括多个室，以储存化学过程所需的液相生物和化学物质。生物和化学过程可以包括用于从样品制备样本的制备过程、离心分离过程、DNA扩增过程、杂交过程、抗原-抗体反应过程、混合过程和清洗过程。这些生物和化学过程顺序地且自动地在生物盘中进行。然而，为了使生物盘商业化，必须解决以下两个问题。首先，在生物盘的高速旋转期间必须实时观测多个室。因为生物和化学物质的质量和反应速度会根据周围环境例如温度和湿度以及生物盘的制造条件而在每个过程中变化，所以必须实时观测生物和化学物质，以便当评估最终反应结果时，基于导致变化的参数来补偿过程质量的变化。由周围环境导致的反应速度和过程质量的变化会对反应结果和产品的可靠性产生很大影响。再者，为了在高速旋转期间实时观测多个室，在每个过程正在执行的同时，需要具有频闪功能的图像传感器装置来实时拍摄静止图像。通常，频闪仪根据旋转室的旋转速度定期地将高强度光照射到旋转构件，从而当两个时段彼此匹配时将运动视为是静止的。在生物盘的旋转期间，如果不能实时观测在生物盘的室中正在发生的生物和化学物质的反应速度和过程质量，则会存在由周围环境和生物盘的制造条件导致的产品变化， 从而反应结果的一致性和可靠性会劣化。根据本发明的采用生物盘的频闪薄膜化学分析设备和使用该频闪薄膜化学分析设备的方法适合于实时分析集成到诸如CD-ROM或DVD的薄膜盘中的生物盘，以诊断和检测流体中的少量生物或化学物质。

发明内容
技术问题已经做出本发明来解决在根据现有技术的生物盘中出现的问题，并且本发明的目的是提供一种频闪薄膜化学分析设备和一种使用该频闪薄膜化学分析设备的方法，其能够补偿由周围环境和生物盘的制造条件引起的生物盘的旋转速度和过程(制备、离心分离、 DNA扩增、杂交、抗原-抗体反应、混合和清洗过程)的质量的变化，并能够通过实时观测检测生物盘的每个过程中的反应进程来检测医学信息(例如，与高血脂、高血压和血粘度有关的信息)。问题的解决方案根据本发明的一方面，室、通道、分析位或生物化学反应室、生物化学反应室、孔和阀被集成到⑶-ROM或DVD的薄膜盘主体中。所述室可以储存生物分析、生物化学分析或化学分析所需的流体，以执行生物或生物化学(化学)反应。所述室通过所述通道彼此流体连通。所述分析位或所述生物化学反应室用于执行样本的生物或生物化学反应。所述孔在被设置在通道之间的同时连接到所述通道。所述阀将所述孔打开或关闭。在本说明书中，所述分析位与所述生物化学室兼容地使用。所述室可以分为试剂室和过程室，所述试剂室用于储存生物盘制造过程中的生物和化学过程所需的试剂或溶液，所述过程室在所述生物盘制造过程期间是空的，并且当所述生物盘操作或执行反应进程时根据过程进程暂时储存流体。在本说明书中，术语“生物或生物化学反应”是指两种生物物质之间的特异性结合反应、配体_受体反应、抗原_抗体反应、免疫反应、杂交反应、生物化学反应或由反应引起的三维结构的改变。生物化学反应是指用于分析血液中的GOT、GPT、ALP、LDH、GGT, CPK、淀粉酶、T-蛋
白质、白蛋白、葡萄糖、T-胆固醇、甘油三酸酯、T-胆红素、D-胆红素、BUN、肌氨酸酐、无机磷 (I. Phosphorus)、钙、尿酸的反应。根据本发明的频闪薄膜化学分析设备和使用其的方法适合于实时分析用于诊断并检测流体中的少量生物物质或化学物质的生物盘，其中，所述生物盘与采用ELISA/CLISA 分析方法的芯片实验室、采用快速测试方法的芯片实验室或用于检查食物中毒细菌、残余抗生素、残余农业药物、污水中的重金属、转基因食品、食物过敏、被污染的物质、细菌(例如，大肠杆菌或沙门氏菌)、血缘(paternity)、肉种和食物来源的芯片实验室集成。在本说明书中，细菌优选地包括大肠杆菌、假单胞菌、葡萄状球菌、弧菌和沙门氏菌。在本说明书中，残余农业药物优选地包括主要用作蔬菜、绿地或水果的农业药物的有机磷杀虫剂和氨基甲酸酯杀虫剂。在本说明书中，生物物质包括从由DNA、寡核苷酸、RNA、PNA、配体、受体、抗原、抗体、奶、尿、唾液、毛发、农产品、蔬菜样品、肉类样品、鱼类样品、鸟类样品、污水、家畜样品、 食料、食物样品、口腔细胞、组织样品、精液、蛋白质和基体物质组成的组中选择的至少一种。食料是指制得食物的材料。详细地说，食料包括用于制得杂锅菜的材料、用于制得面条食物的材料、用于制得泡菜的材料、用于制得汤的材料和包括汤的食料。当检查尿时，所述频闪薄膜化学分析设备可以分析白血球、血、蛋白质、亚硝酸盐、 PH、比重、葡萄糖、酮、抗坏血酸、尿胆素原、胆红素。当与血检或尿检比较时，毛发检查具有以下优点精确地测量体内的包括矿物和有毒物质的累积的历史记录。另外，通过毛发检查可以精确地测量在长期基础上的无机物质的过量和缺乏以及有毒重金属的量，这在本领域中是熟知的。所述生物盘优选地具有大约120mm、80mm、60mm或32mm的直径。流体移动包括由源自生物盘的旋转的离心力引起的流体移动、由亲水通道引起的流体移动、由阀的打开-关闭操作引起的流体移动和由通道内的毛细管现象引起的流体移动。本发明提供了一种频闪薄膜化学分析设备，所述频闪薄膜化学分析设备包括频闪仪，包括同步光源，所述同步光源根据旋转构件的旋转速度定期地将光照射到所述旋转构件上，使得所述旋转构件被视为是静止的；中央控制单元，控制用于使所述生物盘旋转的主轴电机。根据另一方面。本发明提供了一种频闪薄膜化学分析设备，所述频闪薄膜化学分析设备包括频闪仪，包括连续光源；图像传感器，根据旋转构件的旋转速度定期地拍摄旋转构件，以获得生物盘的静止图像；中央控制单元，控制用于使所述生物盘旋转的主轴电机。同步光源根据旋转构件的旋转速度定期地打开/关闭，连续光源总是打开的。当采用连续光源时，图像传感器根据旋转构件的旋转速度定期地拍摄旋转构件，从而获得静止图像。通常，通过快门实现图像传感器的打开/关闭操作。因为快门的打开/关闭比光源的打开/关闭快，所以快门对于拍摄高速旋转构件来说是有利的。根据本发明，优选地，图像传感器观测生物反应、化学反应、过程质量和流体移动， 或者读取在分析位或生物化学反应室中发生的反应。根据本发明，所述频闪薄膜分析设备还包括生物光学拾取模块；滑块，配备有所述生物光学拾取模块，以检测生物盘上的特定位置；滑块电机，用于控制所述滑块的移动。根据本发明，优选地，所述生物光学拾取模块包括激光束收发器和阀打开/关闭单元。
所述滑块可以通过检测径向方向、方位角度和纵向方向来检测生物盘上的特定位置，激光束收发器加热生物盘或照射光束。另外，位于生物盘上的特定位置的阀可以由所述阀打开/关闭单元打开/关闭。所述生物盘可以包括下述中的至少一个制备室，用于从样品制备样本；扩增室， 扩增样本；缓冲液室，暂时储存从制备室获得的样本或储存用于稀释样本的稀释缓冲液或与样本中的目标物质结合的标记物；分析位(assay site)或生物化学室，执行与样本的生物或生物化学反应，并且执行与样本的特异性结合反应的捕获探针固定到生物化学室；试剂室，储存分析所需的酶或缓冲液；过程室，根据过程进程暂时储存流体或执行混合过程； 废物室，收集清洗过程之后的废物；清洗室，储存清洗过程所需的清洗液。储存在所述试剂室中的试剂在所述试剂的有效期期间会蒸发，从而储存在所述试剂室中的试剂的量不会是恒定的，从而导致难以定量分析。根据本发明，图像传感器通过在生物盘的旋转期间操作频闪仪来实时测量储存在试剂室中的液体的量。因为流体在所述生物盘的旋转期间受到离心力，所以流体偏向于离心力的方向， 从而图像传感器可以精确地测量液体的量。可以使用生物盘的高速旋转通过离心分离实现制备室中的样本的制备。生物化学反应室可以储存用于生物反应分析的试剂。分析位可以包括硝基-细胞 (nitro-cellulous)膜、多孔气凝胶、尼龙膜、多孔膜和固定在尼龙膜或多孔膜上的捕获探针。优选地，多个生物化学反应室被布置为沿圆周方向彼此相邻，从而能够进行单个样本的多次分析或许多样本的单次分析。分析位包括多孔膜和固定在多孔膜或点型(spot type) 标记物上的作为测试线的线，多孔膜可以具有带形，从而能够使流体侧向流动或穿流。优选地，标记物包括从由疾病标记物、肿瘤标记物、细菌检查标记物、污水检查标记物、残余农业药物检查标记物、残余抗生素检查标记物和尿检查标记物组成的组中选择的至少一种。多孔膜还可以包括结合垫(conjugate pad)和样品垫中的至少一个。金结合垫优选地用于结合垫。优选地，肿瘤标记物包括从由AFP、PSA、CEA、CA19-9、CA125、乳腺癌标记物、肺癌标记物、胃癌标记物和CA15-3组成的组中选择的至少一种。优选地，疾病标记物包括老年痴呆(Alzheimer)病的特异性标记物、肝病检查标记物、血糖检查标记物、心肌梗塞标记物。测试膜可以包括用于检测氨基甲酸酯杀虫剂的乙酰胆碱酯酶(AChE)。分析位还可以包括用于多孔膜上的参考线和对照线的捕获探针。参考线的反应强度可以用作截断值。优选地，参考线的截断值为3ng/ml、4ng/ml、 10ng/ml、20ng/ml、30ng/ml、40ng/ml 或 50ng/mlo可以基于参考线和测试线的反应强度之差实现定量分析和定性分析。根据本发明，图像传感器可以在生物盘的旋转期间通过操作频闪仪实时分析分析位或生物化学反应室中的反应进程。优选地，在据本发明的频闪薄膜化学分析设备根中，频闪仪的光源与从使生物盘旋转的主轴电机检测的旋转角位置检测信号同步地打开/关闭。根据本发明，旋转角位置检测信号可以包括re(频率发生器)信号、霍尔(Hall)传感器信号或光检测信号。从连接到电机轴和光耦合器的盘板获得光检测信号。可以通过透射方法和反射方法来检测光检测信号，这在本领域中是熟知的。在Mitsubishi半导体M63022FP (主轴电机和5ch致动器驱动器)的数据表中公开了 re信号和霍尔传感器信号。re信号和霍尔传感器信号与电机的旋转速度成比例。因此，当频闪仪的光源与re信号和霍尔传感器信号同步地打开/关闭时，旋转构件被视为是静止的。通常，从电机的霍尔传感器和re传感器获得re信号和霍尔传感器信号，这在本领域中是熟知的。re信号的频率与电机的旋转速度成比例地增加。优选地，在所述频闪薄膜化学分析设备中，只要re信号的计数脉冲对应于一次旋转，频闪仪的光源就被打开/关闭。优选地，根据本发明，频闪仪的光源包括氙灯、电子闪光灯、具有高亮度的多个 LED、多个激光模块或侧光光纤。侧光光纤是一种光纤，并沿其圆周方向发射光。优选地，根据本发明，多个电子闪光灯以模块的形式设置。当在前的电子闪光灯正在被充入电压的同时，与在前的电子闪光灯接近的电子闪光灯顺序被打开。通常，电子闪光灯产生具有高亮度的光，但是电子闪光灯需要充电时间，以便在短时间操作之后再次被打开。为此，如果生物盘具有短旋转周期，则电子闪光灯不能与生物盘的旋转速度同步地打开/关闭。根据本发明，电子闪光灯以模块的形式制得，以使电子闪光灯能够顺序地打开，因此电子闪光灯能够与生物盘的旋转周期同步地打开/关闭。根据本发明的另一实施例，频闪仪的光源包括集成到生物盘上的高亮度LED。在这种情况下，将感应线圈或线圈图案容纳在生物盘中，从而通过电感应向集成到生物盘上的高亮度LED提供功率。优选地，根据本发明，所述频闪薄膜化学分析设备的主体包括容纳在生物盘中的用于通过电感应向感应线圈提供功率的永磁体或无线波发生器。根据本发明，在生物盘的旋转期间，由于永磁体的磁场的变化，从而产生电感应，所以感应线圈产生感应电流。根据本发明的另一方面，由于在生物盘正在旋转或停止的同时，无线波发生器或永磁体的磁场发生变化，从而产生电感应，所以感应线圈产生感应电流。在生物盘的旋转期间，容纳在生物盘中的感应线圈通过电感应产生感应电流，从而生物盘中的高亮度LED被打开/关闭。此时，高亮度LED与生物盘的旋转周期同步地打开/关闭，从而图像传感器可以拍摄生物盘的静止图像。根据本发明，优选地，当激光束从激光束收发器提供到侧光光纤时，侧光光纤发射光。在生物盘的旋转期间，每当激光束从激光束收发器提供到生物盘中的侧光光纤时，侧光光纤就发射光，侧光光纤可以与生物盘的旋转速度同步地发射光。因此，图像传感器可以拍摄生物盘的静止图像。根据本发明，优选地，可以从生物盘和光耦合器获得光检测信号。可以通过透射方法和反射方法检测光检测信号。在透射方法的情况下，每当在生物盘的旋转期间光耦合器遇到形成在生物盘中的参考孔时，就产生参考触发信号，并且参考触发信号被提供到中央控制单元。光耦合器包括光发射器和光接收器，可以用激光束收发器代替它们。中央控制单元与参考触发信号同步地打开/关闭频闪仪的光源，从而图像信号可以在生物盘的旋转期间获得生物盘的静止图像。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，优选地，频闪仪与参考触发信号同步地打开/关闭。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，优选地，滑块配备有图像传感器。图像传感器可以通过滑块移动。根据本发明，优选地，以滑块可以从中心移动到生物盘的外周边部分或反之亦然的方式，滑块通过齿轮连接到滑块电机。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，优选地，滑块还配备有频闪仪或频闪仪的光源。在下面的描述中，将生物盘上的二维位置表示为距离r和角度θ，距离r是与从生物盘的中心的距离。也就是说，生物盘上的特定位置可以由坐标(r和Θ)表示。根据本发明，优选地，通过将产生参考触发信号的位置设为零度来计算角度θ。根据本发明，优选地，图像传感器执行径向方向检测和方位角方向检测，从而在拍摄生物盘上的观测目标之前将观测目标移动至合适的位置(r和Θ)。观测目标包括室、分析位、生物化学反应室、通道和阀中的至少一个。当正在执行生物和化学过程时，观测目标的位置(r和Θ)改变。观测目标的位置将被设置。根据本发明，优选地，滑块配备有图像传感器，并沿径向方向移动。在这种情况下， 需要径向方向检测和方位角方向检测以检测观测目标。可以通过下面描述的两种方法实现这些检测。第一方法可以通过将滑块以距离r0移动到远离生物盘中心的位置来实现径向方向检测。然后，在上述位置处执行方位角方向检测。可以从通过频闪仪的操作获得的半径为rO的片段图像直接检测观测目标来实现方位角方向检测。在下面的描述中，片段图像是指以 的半径从全方位角度(0°至360° )获得的图像。是指检测的宽度。第二方法可以通过在沿径向方向移动图像传感器的同时使用频闪仪顺序地获得每个半径的片段图像来实现径向方向检测和方位角方向检测。然后，从每个半径获得的片段图像彼此组合，从而获得生物盘的完整图像，并从生物盘的完整图像直接检测观测目标。根据本发明的另一方面，优选地，多个图像传感器沿径向方向以规则的间隔布置。 在这种情况下，可以在不移动用于径向方向检测的图像传感器的情况下通过以下方法实现径向方向检测和方位角方向检测。在这种情况下，可以如下实现径向方向检测和方位角方向检测获得生物盘的完整图像，其中，通过频闪仪的操作组合从多个图像传感器获得的片段图像获得生物盘的完整图像；然后从生物盘的完整图像直接检测观测目标，或者从获自于图像传感器的与观测目标对应的片段图像直接检测观测目标。
根据本发明的另一方面，优选地，中央控制单元在观测目标正在被拍摄的同时将频闪仪的打开/关闭切换速度设为恒定值，并使用频闪匹配确定单元调节生物盘的旋转速度。在这种情况下，在改变生物盘的旋转速度以控制频闪操作的同时，频闪仪的光源以规则的时间间隔打开/关闭。频闪匹配确定单元确定生物盘的旋转速度是否与频闪仪的打开/关闭切换速度精确地同步。也就是说，频闪匹配确定单元确定频闪操作是否正常执行。如果频闪操作正常执行，则在从图像传感器输入的图像中生物盘可以视为是静止的。根据本发明，频闪匹配确定单元将生物盘的旋转速度与频闪仪的打开/关闭切换速度进行比较，并将差速反馈回到电机的驱动电路，以控制主轴电机的旋转速度。可以通过测量re信号、霍尔传感器信号或光检测信号的频率来获得生物盘的旋转速度。在本说明书中，“生物盘的完整图像”或“片段图像”将被称作“拍摄图像”。根据本发明，优选地，所述频闪薄膜化学分析设备还包括用于储存待检测的观测目标的模板图像的存储装置。根据本发明，优选地，可以通过测量模板图像与从图像传感器获得的拍摄图像之间的相似度来实现直接检测。根据本发明，基于频域或空间域的相关性来测量相似度。在下述文献中公开了相 U&MM^iM^ "Fundamental of Digital Siganl Processing using MATLABRobert J. S 禾口 Sandra L. H, ISBN :0-534-39150_8，pp 288 ；"Digital Image Processing 2nd edition，，，Rafael C. Gonzalez禾口Richard E. Woods, ISBN :0-13-094650-8,Prentice Hall, 2002, pp. 701-704 ；"Fast normalized cross-correlation, in Proceedings of Vision Interface”，J. P. Lewis, 1995，pp. 120123。根据本发明，优选地，相关性包括“标准化互相关(NCC) ”。在本说明书中，从NCC获得的系数将被称作“NCC系数”，并标记为“ Λ ”。如在本领域中所熟知的，NCC系数(Λ)具有在-1彡Λ彡1的范围内的值。随着NCC系数(Λ)的值接近于“1”，模板图像和拍摄图像之间的相似度变高。通常，截断值预先被确定为用于相似度的确定参考。如果NCC系数(Λ)的值等于或大于截断值，则确定出在模板图像和拍摄图像之间存在相似度。可以通过将模板图像在拍摄图像上空间地进行移动以查找NCC系数(Λ)的值等于或大于截断值的位置来实现使用NCC的直接检测。根据本发明的另一实施例，所述频闪匹配确定单元计算先前的拍摄图像(例如，1 秒以前获得的拍摄图像)和当前拍摄图像之间的NCC系数(Λ)，并将NCC系数(Λ)反馈回到电机的驱动电路，从而控制电机的旋转速度。如果频闪操作正常执行，则先前的拍摄图像和当前拍摄图像之间的NCC系数(Λ)将接近于1。根据本发明，优选地，至少一个方位角参考线设置在生物盘上，以指示方位角度的参考。根据本发明，优选地，轮廓线与室、通道、分析位和生物化学反应室的形状对应地形成在生物盘上。根据本发明，优选地，通过将侧光光纤集成到生物盘中来获得轮廓线。
在这种情况下，室、通道、分析位和生物化学反应室可以具有比拍摄图像的背景的对比度高的对比度，从而清楚地将它们示出。根据本发明，优选地，指示将被填充的正常(标准)量的标准流体参考线与生物盘的试剂室对应地形成在试剂室或模板图像上。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，优选地，指示在正常操作期间将被填充的正常(标准)量的标准流体参考线与生物盘的试剂室对应地形成过程室或模板图像上。根据本发明，优选地，生物盘的分析位或模板图像的分析位包括指示标记物的位置的标记物位置线。根据本发明，频闪匹配确定单元计算拍摄图像和模板图像之间的相似度，并将与相似度成反比的信号反馈回至电机的驱动电路，从而控制主轴电机的旋转速度。也就是说，如果频闪操作正常执行，则正在旋转的生物盘将被视为是静止的。因此，当在特定位置测量模板图像和拍摄图像之间的相似度时，可存在更高的相似度。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，优选地，图像传感器在生物盘的旋转期间实时观测储存在制备室中的血液的离心分离的速度和进程。在疾病分析中，从血液中提取血浆或血清是重要的。通常，基于分子量的差通过离心分离来提取血浆或血清。血浆或血清是指根据离心分离获得的具有浅稻黄色的上层液体。血液主要分为液体元素和形成的元素。形成的元素包括白血球、红血球和血小板。 血细胞是指白血球和红血球。剩余的液体元素是血浆或血清。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备的另一方面，图像传感器在生物盘正在旋转的同时通过频闪仪的操作实时观测储存在制备室中的血液的离心分离的速度和进程，由此测量血液粘度、血压、高血脂、胆固醇含量、脂肪含量、肥胖程度、心肌梗塞的可能性、心脏病、血管疾病的可能性或血栓的估计值。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，图像传感器在生物盘正在旋转的同时通过频闪仪的操作实时观测储存在样本室中的样本的离心分离的速度，由此测量根据分子量的差异沿离心力的方向形成的层的厚度、层的颜色和层的透光率。另外，图像传感器将测量的信息发送到中央控制单元，以使中央控制单元分析食料的种类。因为根据食料的种类 (例如，汤、肉类和鱼类)，分子量存在差异，所以在离心分离期间沿离心方向形成的层的厚度、层的颜色和层的透光率会不同。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，优选地，中央控制单元通过分析食料的种类来确定样本(食料)的真实性。为了确定样本的真实性，可以将与根据食料种类的层的厚度、层的颜色和透光率有关的信息存储在存储装置中。当使用生物盘执行食物卫生检查，装载在样本室中的样本的真实性会对检查结果的可靠性产生很大影响。因此，非常重要的是确定真的样本装载在生物盘的什么位置。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，优选地，可以通过频闪仪的操作使用图像传感器实时测量血液中的血清(血浆)的增加速率来检测离心分离的过程速度。随着离心分离的过程速度变快，血液中的具有浅稻黄色的血清(血浆)的比例会快速地增加。
在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备的另一方面，可以在将生物盘的旋转速度从低速逐渐地增加到高速的同时通过频闪仪的操作实时测量血液中的血清的增加速率来检测离心分离的过程速度。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备的另一方面，可以在重复地使生物盘旋转和停止生物盘的旋转的同时通过测量血液中的血清的增加速率和减少速率来检测离心分离的过程速度。当生物盘停止旋转时，彼此分离的血清和血凝块可以通过扩散彼此混合。此时，可以通过检测血清和血凝块的混合速度来测量血液的粘度。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，图像传感器通过使用频闪仪来测量样本在多孔膜上的扩散速率，从而将扩散速率反映到定量分析的反应结果。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，当对多孔膜上的样本执行脱水操作时，图像传感器通过使用频闪仪来测量样本的干燥和脱水速度，从而将干燥和脱水速度反映到定量分析的反应结果。干燥和脱水操作用于通过生物盘的离心力去除在多孔膜上残留的废物，并且废物由于离心力被收集在废物室中。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，图像传感器测量生物化学反应室中的样本的反应速度，从而将样本的反应速度反映到定量分析的反应结果。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，图像传感器在生物盘正在旋转的同时通过频闪仪的操作测量生物化学反应室中的样本的反应速度，并将样本的反应速度反映到定量分析的反应结果。可以通过色度分析来检测分析位和生物化学反应室中的反应结果，并可以通过测量颜色的变化速度来检测反应速度。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，图像传感器通过频闪仪的操作来测量装载在制备室中的样品的量，并将源自样品的量的影响反映到定量分析的反应结果。根据本发明，样品优选地包括生物物质。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，优选地，图像传感器通过频闪仪的操作来测量装载在制备室中的血液的量和用于稀释血液的稀释液的量，并将血液和稀释液的量反映到反应结果。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，优选地，图像传感器测量装载在制备室中的样品的量和提取液的量，从而将样品和提取液的量反映到反应结果。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，优选地，图像传感器在生物盘正在旋转的同时由于频闪仪的操作通过色度分析来观测混合室中的液体的混合状态。当将两种液体混合时，混合物具有新的颜色。在这方面，可以通过色度分析来观测液体的混合状态。混合操作可以持续进行，直到混合物具有由色度分析确定的颜色为止。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，图像传感器通过频闪仪的操作确定通道中的流体移动和流体的移动速度来观测阀的打开/关闭状态。另外，图像传感器通过频闪仪的操作观测亲水通道中的流体移动和流体的移动速度。优选地，亲水通道具有涂覆有亲水材料的通道表面。当生物盘以能够进行亲水流体移动的最小速度旋转时，通过频闪仪的操作检测亲水流体的移动。
根据本发明，最小速度优选地为0. IRPS (转每秒)至0. 2RPS。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，图像传感器通过频闪仪的操作确定关于阀而彼此相邻的两个室之间的液体移动的量来实时观测阀的打开/关闭状态和液体泄漏。如果发生液体泄漏，则将生物盘的使用故障通知给用户。在阀打开操作之后，中央控制单元通过使用图像传感器实时检查阀的打开/关闭状态。如果阀保持在关闭状态，则泵送的流体移动，从而再次将阀打开。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，图像传感器通过频闪仪的操作从生物盘读取条形码。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，图像传感器通过频闪仪的操作从生物盘读取条形码，以检验生物盘的真实性。另外，图像传感器可以通过互联网远程传输条形码数据和用户信息(IP地址、位置、电话号码、电子邮件地址、公司名称或频闪薄膜分析设备的序列号)，以便从服务器接收生物盘的真实性和产品标识信息。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，图像传感器通过频闪仪的操作实时拍摄生物盘的操作，并通过互联网远程传输生物盘的操作信息，从而将生物盘的图像实时传输给中央服务器或医生。如果生物盘不是验证过的生物盘，则生物盘的条形码未在中央服务器中注册，因而图像传感器不能从中央服务器接收产品标识信息。在这种情况下，频闪薄膜化学分析设备不能驱动生物盘。在验证过的生物盘的情况下，生物盘的条形码在中央服务器中注册，因而图像传感器可以从中央服务器接收产品标识信息。在这种情况下，频闪薄膜化学分析设备可以通过使用与产品标识信息对应的驱动软件来驱动生物盘。如果与产品标识信息对应的驱动软件未安装在频闪薄膜化学分析设备中，则频闪薄膜化学分析设备可以通过互联网从中央服务器下载驱动软件。生物盘可以包括具有用于特定室的温度测量功能、分析位读取功能或生物化学反应室读取功能的RF IC0通过RF IC的温度测量功能、分析位读取功能或生物化学反应室读取功能获得的信息被传输到中央控制单元。中央控制单元通过PCR (聚合酶链反应)热循环执行DNA扩增，或者加热生物盘的特定室，以控制反应温度。另外，中央控制单元打开激光束收发器，从而基于由RF IC测量的温度将特定室加热到期望的温度，或者使生物盘旋转，从而通过风来冷却加热的特定室。 优选地，中央控制单元还使生物盘旋转，从而基于由RF IC测量的温度将加热的特定室冷却到期望的温度。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，中央控制单元将通过频闪仪的操作从每个过程获得的图像信息或反应结果存储在存储装置或RF IC中。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，优选地，存储装置或RF IC可以存储每个过程中的历史记录和反应结果。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，中央控制单元读取存储在存储装置或 RF IC中的信息，并将该信息远程传输到服务器。
在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，如果中央控制单元基于通过频闪仪的操作获得的图像信息检测到在过程中出现的问题，则中央控制单元将这些问题通知给用户，或者生成指令来纠正这些问题。这些问题可以包括在阀的打开操作之后阀的关闭、液体泄漏、在生物盘的试剂室和过程室中缺乏流体(在标准流体参考线以下)、异常的离心分离、在制备室中缺乏样品 (血液或测试样品)和错误样本(食料)。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，如果中央控制单元检测到在过程中出现的问题，则中央控制单元将这些问题通知给用户，或者生成指令来纠正问题，并将历史存储在存储装置或RF IC中。在根据本发明的频闪薄膜化学分析设备中，如果中央控制单元检测到在制备室中缺乏样品(血液或测试样品)，则中央控制单元指令用户在制备室中另外装载样品，并从频闪薄膜化学分析设备自动地取出生物盘。RF IC可以存储与残余农业药物检查、残余抗生素检查、检查数据、有效期、生产区域、生产历史、循环历史、联系详情、价格和有机耕种有关的信息。所述频闪薄膜化学分析设备还可以包括用于检测至少一个生物化学室的生物化学反应结果的分光光度计。本发明的另一目的是提供一种通过使用所述频闪薄膜化学分析设备的分析方法， 所述频闪薄膜化学分析设备包括生物盘、阀打开/关闭单元、用于拍摄片段图像或条形码并读取分析位的图像传感器、用于使生物盘旋转的主轴电机、在生物盘的旋转期间将静止图像提供到图像传感器的频闪仪。所述分析方法包括下述步骤在生物盘正在旋转或者生物盘的旋转停止的同时，通过频闪仪的操作实时观测生物和化学过程。所述分析方法还可以包括下述步骤观测样品在制备室中的装载状态。所述分析方法还可以包括下述步骤当在制备室中发生离心分离时，观测离心分离的过程速度。所述分析方法还可以包括下述步骤观测分析位或生物化学反应室中的扩散速度或反应速度。所述分析方法还可以包括下述步骤观测分析位或生物化学反应室中的扩散速度或反应速度；补偿将扩散速度或反应速度反映到反应结果的参数。所述分析方法还可以包括下述步骤通过测量离心分离的过程速度来分析血液的粘度。所述分析方法还可以包括下述步骤通过分析血液的粘度将医学信息提供给病人；基于测量时间管理血液的粘度的历史。在此步骤中，随时间变化的血液的粘度以曲线的形式表示。所述分析方法还可以包括下述步骤读取条形码。所述分析方法还可以包括下述步骤从片段图像直接检测观测目标。所述分析方法还可以包括下述步骤通过组合多个片段图像提供生物盘的完整图像。所述分析方法还可以包括下述步骤从生物盘的完整图像直接检测观测目标。所述分析方法还可以包括下述步骤观测室中的液体的混合状态。所述分析方法还可以包括下述步骤检测分析位或生物化学反应室中的反应结^ ο为了检测生物化学反应室中的反应结果，相对于生物化学室的距离r执行径向方向检测，在生物盘正在旋转的同时通过频闪仪的操作获得片段图像，并通过基于片段图像相对于生物化学室执行单独的空间寻址(space addressing)经由色度分析来连续测量装载在生物化学反应室中的样本的反应强度。当多个生物化学室被布置为沿圆周方向彼此相邻时，连续测量是有利的。在这种情况下，可以基于方位角参考线对生物化学反应室进行单独的空间寻址。可以通过连续地实时测量装载在生物化学室中的样本的反应强度来观测生物化学反应速度。所述分析方法还可以包括下述步骤通过加入清洗液来清洗分析位。在清洗步骤中，通过生物盘的旋转来干燥分析位或使分析位脱水。在干燥和脱水过程期间产生的废物由于离心力而被收集在废物室中。在清洗步骤中，通过频闪仪的操作而在生物盘正在旋转的同时通过图像传感器观测分析位的背景噪声，并确定是否还需要清洗。如果还需要清洗，则将清洗液输入到分析位中，以清洗分析位，并通过生物盘的旋转来干燥分析位并使分析位脱水。通过基于参考线计算背景的噪声比来确定背景噪声。所述分析方法还可以包括下述中的至少一个相对于分析位的反应结果执行定性分析或定量分析；读取存储在RF IC中的反应结果；将根据分析的诊断结果显示在计算机监视器上；通过互联网将诊断结果或医学检查表格远程传输给医生；从医生接收处方。本发明的有益效果根据本发明的频闪薄膜化学分析设备和使用其的分析方法适合于用于诸如集成有用于诊断或检测流体中的少量物质的例如芯片实验室、蛋白质芯片和DNA芯片的生物芯片是盘实验室之类的可旋转生物盘的实时分析。具体地说，根据本发明的频闪薄膜化学分析设备和使用其的分析方法，可以在生物盘正在旋转的同时通过频闪仪的操作实时观测生物盘，从而可以补偿由诸如温度和湿度之类的周围环境以及生物盘的制造条件引起的过程质量的变化。因此，可以显著地提高生物盘的可靠性。


图1是示出根据本发明实施例的生物盘和用于驱动并控制生物盘的频闪薄膜化学分析设备的剖视图；图2是示出图1根据本发明实施例的配备有在图1中示出的BOPM和阀打开/关闭单元的滑块的平面图；图3是示出根据本发明实施例的用于驱动并控制在图1中示出的生物盘的频闪薄膜化学分析设备的侧视图；图4是示出用于使用透射孔来检测光检测信号的透射方法和用于使用反射体来检测光检测信号以获得旋转角位置信号和参考触发信号的反射方法的示例的图；图5是示出使用集成到生物盘中的高亮度LED作为频闪仪的光源的实施例的图；图6是示出另一实施例的图，其中，侧光光纤埋置在生物盘中，从而当激光束从激光束收发器施加到侧光光纤时，侧光光纤通过发射光而用作频闪仪的光源；图7是示出根据本发明实施例的生物盘的平面图；图8是示出从图7中示出的生物盘获得的四个片段图像的平面16
图9是示出通过组合四个片段图像获得的生物盘的完整图像的平面图；图10是示出根据本发明实施例的沿生物盘的室的外周边部分形成的轮廓线的平面图；图11是示出根据本发明实施例的在生物盘的室中或在与室对应的模板图像上标记的标准液体参考线以指示将被填充的标准量的液体的图；图12是示出根据本发明实施例的带的图，其中，与样品垫叠置的结合垫串联连接到多孔膜的一端，吸收垫串联连接到多孔膜的另一端；图13是示出在生物盘通过频闪仪的操作而旋转的同时通过使用图像传感器来实时观测储存在制备室中的血液的离心分离的过程速度和过程进程的示例的图；以及图14是示出布置为沿圆周方向彼此相邻的多个生物化学室的平面图。
具体实施例方式在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。图1是示出根据本发明实施例的生物盘和用于驱动并控制该生物盘的频闪薄膜化学分析设备的剖视图。参照图1，通过将芯片实验室集成到诸如典型的⑶-ROM和DVD的盘装置来获得生物盘100。详细地说，图1示出了生物盘100和用于控制并驱动生物盘100的频闪薄膜化学分析设备100a，生物盘100集成有储存分析所需的各种缓冲液并执行各种化学过程的室、 用于使流体在室之间移动的通道以及用于打开和关闭使通道彼此连接的孔(未示出)的阀 70a至70g。标号190表示盘间隙，标号91表示包括与生物盘的产品ID、有效期和待分析或诊断的疾病类别有关的信息的条形码。在生物盘的旋转期间，图像传感器通过频闪仪的操作读取生物盘的条形码。生物盘可以包括下述中的至少一个制备室130，用于从样品制备样本；缓冲液室131，扩增样本、暂时储存从制备室获得的样本或储存用于稀释样本的稀释缓冲液或与样本中的目标物质结合的标记物；分析位或生物化学室132，执行与样本的生物或生物化学反应，并且执行与样本的特异性结合反应的捕获探针固定到生物化学室132 ； 样本室140、141和142，储存分析所需的酶或缓冲液；废物室133，收集清洗过程之后的废物；清洗室143，储存清洗过程所需的清洗液。标号119表示用于检测生物化学室的生物化学反应结果的分光光度计。标号130、131、132和133表示过程室，标号140、141、142和143 表示试剂室。试剂室可以储存包括诸如聚合酶和引物的各种酶的缓冲液。另外，试剂室可以储存杂交所需的各种酶和清洗过程所需的清洗液。标号211表示配备有用于打开/关闭阀70a至70g的可移动阀打开/关闭单元的滑块。滑块连接到滑块电机109，从而滑块的操作可以由滑块电机109来控制。在每个过程(制备过程、扩增过程、杂交过程和清洗过程) 的始点和终点，通过将安装在滑块211上的阀打开/关闭单元5a移动到适当的阀的孔的中心来控制阀的打开/关闭。标号103a表示用于复制典型的光盘(⑶或DVD)的光学拾取装置，标号103b表示用于分析位132的定量分析或定性分析的分析位读取装置。分析位读取装置可以包括透光率测量装置、荧光检测装置、生物发光检测装置、图像传感器装置、生物突发(bio fit)检测装置、分光计或SPR(表面等离子共振)。光学拾取装置103a和分析位读取装置104可以构成生物光学拾取模块(BOPM) 103。根据本发明的频闪薄膜化学分析设备，BOPM 103安装在滑块上，以实现相对于阀的空间寻址，并且BOPM 103的移动由滑块电机109来控制。激光束收发器和阀打开/关闭单元5a安装在BOPM 103上，并且BOPM 103的调整由滑块电机109来控制，从而可以选择性地、单独地且独立地控制阀的打开和关闭。优选地，光学拾取装置103a可以用作激光束收发器。根据本发明，优选地，阀打开/关闭单元5a包括安装在BOPM 103上的永磁体。永磁体5a在滑块的控制下沿着径向方向移动或者基于二维坐标(径向方向和方位角方向) 或三维坐标(径向方向、方位角方向和向上/向下方向)移动。优选地，在滑块电机的控制下实现沿径向方向的移动。优选地，在使滑动的移动停止的同时，通过使用主轴电机或步进电机使盘在短时间段内旋转来实现沿方位角方向的移动。为了实现沿盘的方位角方向的移动，步进电机优选地通过齿轮结合到主轴电机的电机轴。滑块或永磁体5a的向上/向下移动优选地由连接到电机的齿轮结合单元来限制。标号IlOb表示用于提供安装在滑块211 上的BOPM 103所需的各种控制信号的柔性电缆。柔性电缆通过晶片或线束IlOa连接到中央控制单元101。标号181表示转盘，在使生物盘100的中心孔170与转盘的中心匹配的同时，通过前装载方案或顶装载方案将生物盘100装载在转盘上。标号181表示用于使生物盘旋转的主轴电机。标号188表示具有内置存储器或电子标签装置的无线RF IC0无线 RF IC或电子标签装置可以包括用于芯片实验室过程的协议、分析算法、用于读取的标准控制值、用于分析位的位置信息、生物信息学信息、自诊断和与关于用于生物盘的分析位的分析结果有关的信息中的至少一个。另外，ID (标识)可以存储在无线RF IC或电子标签装置中，以防止第三方的接入。无线RF IC 188优选地包括智能IC卡。无线RF IC 188的信息通过无线或有线方案传输到中央控制单元101，以使该信息可以用于生物盘的私人编码和证明。标号110是用于将功率提供到无线RF IC 188的无线波发生器或永磁体。由无线波发生器产生的波根据弗莱明定律(Fleming' s Law)激活容纳在无线RF IC 188中的感应线圈，从而将大量的电提供到无线RF IC 188。无线RF IC 188具有温度测量功能。无线RF IC 188测量分析位的温度，并将温度信息无线地实时传输到中央控制单元101。如果特定的室的温度变得低于或高于预设的温度，则中央控制单元101使用激光束收发器来加热该特定的室，或者通过使生物盘旋转来冷却该特定的室，以使该特定的室能够保持在预设的温度。根据本发明，优选地，考虑到生物化学活化和稳定性，将分析位的温度保持在 30°C至37°C的范围内。在诸如PCR的DNA扩增的情况下，基于由RF IC 188实时测量的温度，通过使用激光束收发器来加热特定的室，或者通过使生物盘旋转来冷却特定的室，从而能够根据热循环来保持特定的室的温度。标号112表示用于拍摄生物盘100的图像传感器，标号117表示频闪仪，频闪仪根据旋转构件的旋转速度能使光源118定期地照射光，以使旋转构件被认为是静止的。图2是示出根据本发明实施例的配备有在图1中示出的BOPM 103和阀打开/关闭单元5a的滑块的平面图。滑块的移动由连接到滑块电机109的轴的涡轮结合部109a和109b来控制。滑块在由滑臂108a和108b引导的同时可滑动地移动。滑臂108a和108b通过螺钉IlOa至IlOd紧固到频闪薄膜化学分析设备IOOa的主体。标号 IlOb表示通过晶片或线束IlOa连接的柔性电缆。标号181表示通过主轴电机102旋转的
ο
图3是示出根据本发明实施例的用于驱动并控制在图1中示出的生物盘100的频闪薄膜化学分析设备IOOa的侧视图。标号300表示支撑频闪薄膜化学分析设备IOOa的主体。电路板140在频闪薄膜化学分析设备IOOa的底部紧固到频闪薄膜化学分析设备IOOa的主体300。设置在电路板 400上的是用于控制频闪薄膜化学分析设备IOOa的中央控制单元101、用于储存模板图像、 拍摄的图像信息、反应结果或历史的存储装置113以及输入/输出装置111。中央控制单元 101控制主轴电机102，以使生物盘100旋转或停止，并在滑块电机109的控制下控制安装在滑块211上的BOPM 103的移动。另外，中央控制单元101移动阀打开/关闭单元5a的位置，以控制生物盘100的阀的打开/关闭操作。根据本发明，优选地，以阀能够通过磁交互作用而打开(斥力或引力)的方式，阀打开/关闭单元5a移动到接近阀的孔的中心。另外，中央控制单元101确定当前在频闪薄膜化学分析设备IOOa中装载的盘是典型的光盘(例如，音乐⑶、⑶-R、游戏⑶或DVD)还是生物盘100。如果盘是典型的光盘， 则中央控制单元101将使用光学拾取装置103a从典型的光盘读取的信息传输到存储装置 114或输入/输出装置111。另外，中央控制单元101将待写入的信息传输到光学拾取装置 103a，并将各种读取/写入控制信号提供给以上元件。如果盘是生物盘100，则中央控制单元101将各种控制指令信号传输到以上元件，以控制芯片实验室过程。根据本发明，优选地，在装载生物盘时，生物盘的ID以无线方式通过RF IC 188传输到中央控制单元，从而中央控制单元101能够识别出装载在频闪薄膜化学分析设备IOOa 中的盘是生物盘。根据本发明，优选地，从BOPM上的分析位读取装置103b获得的分析位132的读取结果通过连接到滑块211的柔性电缆IlOb传输到中央控制单元101、存储装置113或输入 /输出装置111。可以通过将从布置在电路板140上的图像传感器112获得的分析位的图像信息发送到中央控制单元101、存储装置113或输入/输出装置111来实现分析位的读取。标号104是频闪薄膜化学分析设备IOOa的装载在盘间隙中的按压单元。按压单元通过与转盘181的磁交互作用来按压盘，并被设计为执行垂直移动或空转。标号153是基于从连接到主轴电机102的旋转轴的盘板152获得的光检测信号来检测旋转角位置信号的光耦合器。标号144是用于获取re信号或霍尔(Hall)传感器信号的霍尔传感器或re。中央控制单元101可以基于光检测信号、re信号和霍尔传感器信号来检测旋转角位置信号，频闪仪117的光源118与re信号和霍尔传感器信号同步地打开/关闭，从而图像传感器112可以在生物盘100的旋转期间获得生物盘100的静止图像。根据本发明的另一实施例，可以通过涂覆在生物盘的圆周表面上的至少一个反射体98b、至少一个孔以及用于检测反射体98b和孔的光耦合器99a和46来获得旋转角位置信号和参考触发信号。在图4的上方示出的图表示用于使用孔来检测光检测信号的透射方法，在图4的下方示出的图表示使用反射体98b来检测光检测信号以获得旋转角位置信号和参考触发信号的反射方法。光耦合器99a和46可以包括光发生器99a和光检测器46。 优选地，频闪仪117的光源118包括氙灯、电子闪光灯、具有高亮度的多个LED、多个激光模块或侧光光纤。图5是示出使用集成到生物盘中的高亮度LED 56作为频闪仪的光源117的实施例的图。在这种情况下，感应线圈55设置在生物盘100上，从而在生物盘的旋转期间通过电感应将功率供给到高亮度LED 56。由于在生物盘的旋转期间无线波发生器或永磁体110 的磁场的变化，从而产生电感应，所以感应线圈55产生感应电流。在生物盘的旋转期间，生物盘中的感应线圈通过电感应产生感应电流，从而设置在生物盘中的高亮度LED 56与生物盘的旋转周期同步地打开/关闭。因此，图像传感器112可以拍摄生物盘100的静止图像。图6是示出另一实施例的图，其中，侧光光纤57埋置在生物盘中，从而当激光束从激光束发射机施加到侧光光纤57时，侧光光纤57通过发射光而用作频闪仪的光源。激光束发射机是激光束收发器103a的一部分。在生物盘100的旋转期间，只要激光束从激光束发射机施加到生物盘中的侧光光纤57，侧光光纤57就发射光，从而侧光光纤57可以与生物盘的旋转速度同步地发射光。因此，图像传感器112可以拍摄生物盘100的静止图像。图7是示出根据本发明实施例的生物盘的平面图，图8是示出从图7中示出的生物盘获得的四个片段图像的平面图，图9是示出通过组合四个片段图像获得的生物盘的完整图像的平面图。在图7中，标号89表示在生物盘上标记的方位角参考线。例如，方位角参考线89 设为0°，以检测沿方位角方向的目标。详细地说，室129与方位角参考线89间隔30°的角度。因此，可以基于方位角参考线89容易地从拍摄图像检测室129的方位角方向。图10是示出根据本发明实施例的沿生物盘的室129、131和134的外周边部分形成的轮廓线129b、131b和134b的平面图。在这种情况下，室129、131和134可以具有比拍摄图像的背景的对比度高的对比度，从而将它们清楚地示出。图11是示出根据本发明实施例的在生物盘100的室中或在与室对应的模板图像上标记的标准液体参考线以指示将被填充的标准量的液体的图。标号31f表示用以指示将被填充在过程室131中的标准量的液体的标准流体参考线，标号32f表示将被填充在试剂室140中的标准量的液体的标准流体参考线。因为在生物盘通过频闪仪的操作正在被旋转的同时，储存在室中的流体受到离心力，所以流体偏向离心力的方向。此时，图像传感器可以测量标准流体参考线与实际储存在室中的液体的高度之间的差。因此，优选地，基于生物盘的旋转来标记标准流体参考线。通过将标准流体参考线与实际储存在室中的流体的高度之间的差反映到反应结果，可以提高定量分析的精确度。图12是示出根据本发明实施例的带41，其中，与样品垫41a叠置的结合垫41d串联连接到多孔膜41c的一端，吸收垫41b串联连接到多孔膜41c的另一端。优选地，金结合物(gold conjugate)、酶连接的抗体或标记物(例如，生物发光物质或荧光物质)可以以冻干状态沉积在结合垫上。包括AFP、PSA或CEA的肿瘤标记物固定到多孔膜41c。多孔膜41c可以包括流通型多孔膜或侧流型多孔膜，在本领域中它们可以容易地从制造商获得。可以将样本或清洗液输入到样品垫41a中。如果样本被输入到样品垫41a，则在样品垫41a中吸收的样本由于毛细管现象会在多孔膜41c上扩散，从而样本与金结合物结合，由此形成样本_金结合物复合体。然后，样本与多孔膜41c上的肿瘤标记物经过生物化学特异性结合。设置在多孔膜41c的另一端处的吸收垫41b可以支持样本的扩散。结合垫可以连接到样品垫。在这种情况下，引入到样品垫中的液体样本可以与金结合物、酶连接的抗体、生物发光物质或荧光物质结合，由此形成复合体。然后，液体样本在多孔膜41c上扩散。如果清洗液被输入到样品垫41a中，则在样品垫41a中吸收的样本由于毛细管现象会在多孔膜41c上扩散，而没有与多孔膜41c上的肿瘤标记物结合。因此，清洗液可以清洗非特异性结合物质，从而可以去除多孔膜41c的背景噪声。图13是示出在生物盘通过频闪仪的操作而旋转的同时通过使用图像传感器112 来实时观测储存在制备室130a、130b和130c中的血液的离心分离的过程速度和过程进程的示例的图。在图13中示出的制备室130a、130b和130c可以包括用于储存进行检查的血液的样品室130a、通过将储存在样品室130a中的血液进行离心分离来储存血浆和血清的样本室130b以及用于储存血凝块的废物室130c。在生物盘通过频闪仪的操作而旋转的同时，通过使用图像传感器112实时测量相对于样本室和废物室中的血液总量的血浆和血清的增加量来检测血浆和血清的分离速率。 与包括白细胞、红血球和血小板的血凝块不同，血浆和血清具有浅稻黄色，从而它们可以通过图像传感器112容易地检测。图13示出了用于通过由生物盘100的旋转引起的离心分离将从样品室130a移动到样本室130b和废物室130c中的血液分离为血清和血凝块的过程。在步骤1中，当生物盘100开始旋转时，血液从样品室130a移动到样本室130b和废物室130c中，然后，超出计量通道93的高度出现的过量的血液由于离心力移动到额外的室129中。另外，尽管生物盘的旋转产生离心力，但是由于亲水通道7的构造，血液保持在样本室130b中，而没有移动到分析位。步骤2示出了离心分离的中间状态，其中，储存在样本室130b和废物室130c中的血液根据生物盘的旋转独立地经受离心分离，从而血液分离为血清和血凝块。在血液已经被分离为血清和血凝块之后，样本室130b中的血凝块通过瓶颈通道67移动到废物室130c 中。瓶颈通道67可以用作血清和血凝块的路径，从而血清和血凝块可以在离心分离期间在样本室130b和废物室130c之间自由地移动。因为废物室130c沿圆周方向位于样本室130b外面，所以随着离心分离正在进行， 血凝块被收集在废物室130c中，且血清被收集在样本室130b中。步骤3示出了在离心分离完成之后的状态，其中，血凝块已经被收集在废物室130c中，并且血清已经被收集在样本室130b中。在步骤4中，当生物盘的旋转在离心分离完成之后停止时，样本室130b中的血清移动到亲水通道7的端部中，并被吸收在样品垫41a中，从而血清在多孔膜上扩散。步骤5示出了样本室130b中的仅预定量的血清由于亲水流体移动以及样品垫41a和吸收垫 41b的吸收力而移动到分析位132。也就是说，仅预定量的血清移动到分析位132，并且瓶颈通道67和废物室130c中的流体不会移动到分析位132。基于储存在样本室130b中的血清的量来确定移动到分析位132的血清的量。带41将亲水通道7的端部与样品垫41a连接。当从生物盘的旋转中心观看时，亲水通道7具有U形状或V形状，从而亲水通道7 不会在生物盘的旋转期间由于离心力而移动。用亲水涂层来处理亲水通道7，当生物盘停止或以非常低的速度旋转时，保存在样本室130b中的血清在生物盘的操作期间可以通过亲水流体移动而移动到分析位。
在生物盘通过频闪仪的操作而正在旋转的同时，可以通过使用图像传感器112实时测量相对于样本室130b和废物室130c中的血液的总量的血浆和血清的增加量来检测在步骤1至步骤3期间血浆和血清的分离速率。在步骤4中，当生物盘以能够进行亲水流体移动的非常低的速度进行旋转时，图像传感器112可以观测穿过亲水通道7的流体的移动和流动速率。如果在步骤1至步骤3期间样品(血液或样本)的量在样品室130a中不足时，中央控制单元101指令用户另外将样品装载在样品室中，并在向用户通知缺少样品之后自动地从频闪薄膜化学分析设备中取出生物盘。图14是示出布置为沿圆周方向彼此相邻的多个生物化学室132的平面图。标号 89表示方位角参考线。尽管已经参照实施例的多个示例性实施例描述了实施例，但是应当理解，本领域技术人员可以构思将落在本公开原理的精神和范围内的许多其它修改和实施例。更具体地说，在本公开、附图和权利要求书的范围内，可以对主体组合布置的组成部件和/或布置进行各种改变和修改。除了对组成部件和/或布置的改变和修改之外，可选的用途对于本领域技术人员来说也是显而易见的。
权利要求
1.一种频闪薄膜化学分析设备，所述频闪薄膜化学分析设备包括 至少一个室，用于储存分析所需的流体，并执行反应；分析位或生物化学反应室，用于执行样本的生物或生物化学反应； 通道，用于将室彼此连接；孔，在设置在所述通道之间的同时连接到所述通道； 阀，用于打开/关闭所述孔；生物盘，集成有所述室、所述通道、所述分析位或所述生物化学反应室、所述孔和所述阀；主轴电机，用于使所述生物盘旋转； 频闪仪，包括光源，以观测所述生物盘；图像传感器，通过使用所述频闪仪产生所述生物盘的静止图像；以及中央控制单元，控制所述主轴电机的操作，并基于正在旋转的所述生物盘的所述静止图像来实时分析从所述生物盘出现的现象。
2.如权利要求1所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述光源包括同步光源或连续光源。
3.如权利要求1所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述光源包括连续光源，并且所述图像传感器定期地与所述生物盘的旋转速度同步地拍摄所述生物盘，以获得所述生物盘的静止图像。
4.如权利要求1所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述图像传感器在所述生物盘正在旋转的同时通过所述频闪仪的操作实时测量所述室中的液体的量。
5.如权利要求2所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述同步光源与电机的旋转角位置检测信号或从所述主轴电机输出的参考触发信号同步地打开/关闭。
6.如权利要求3所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述图像传感器定期地与电机的旋转角位置检测信号或从所述主轴电机输出的参考触发信号同步地打开/关闭。
7.如权利要求1所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述光源包括氙灯、电子闪光灯、LED、激光模块和侧光光纤中的至少一种。
8.如权利要求7所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述LED被集成到所述生物盘上。
9.如权利要求1所述的频闪薄膜化学分析设备，所述频闪薄膜化学分析设备还包括配备有所述图像传感器的滑块，其中，所述滑块在所述生物盘的中心和外围部分之间移动，从而使所述图像传感器沿径向方向移动。
10.如权利要求1所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述生物盘包括指示方位角参考的方位角参考线。
11.如权利要求1所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述生物盘包括从由轮廓线、 标准流体参考线和标记物位置线组成的组中选择的一个。
12.如权利要求11所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述轮廓线是通过将侧光光纤集成到所述生物盘中获得的。
13.如权利要求1所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述中央控制单元包括频闪匹配确定单元。
14.如权利要求1所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述图像传感器在所述生物盘的旋转期间实时观测储存在所述室中的血液的离心分离的速度和进程。
15.如权利要求1所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述图像传感器在所述生物盘正在旋转的同时通过所述频闪仪的操作实时观测储存在所述室中的血液的离心分离的速度和进程，由此测量血液粘度、血压、高血脂程度、胆固醇含量、脂肪含量、肥胖程度、心肌梗塞的可能性、心脏病、血管疾病的可能性和血栓中的至少一个。
16.如权利要求1所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述图像传感器在所述生物盘正在旋转的同时通过所述频闪仪的操作实时观测储存在所述室中的所述样本的离心分离的过程速度，由此估计食料的种类。
17.如权利要求1所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述分析位包括多孔膜。
18.如权利要求17所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述图像传感器通过使用所述频闪仪测量所述样本在所述多孔膜上的扩散速率，从而将所述扩散速率反映到定量分析的反应结果，其中，当对所述多孔膜上的样本执行脱水操作时，所述图像传感器通过使用所述频闪仪来测量所述样本的干燥和脱水速度，从而将所述干燥和脱水速度反映到所述定量分析的反应结果。
19.如权利要求1所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述图像传感器通过使用所述频闪仪来测量生物化学反应室中的所述样本的反应速度，从而将所述样本的所述反应速度反映到定量分析的反应结果。
20.如权利要求1所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述图像传感器通过使用所述频闪仪来测量装载在所述室中的样品的量，并将源自所述样品的量的影响反映到定量分析的反应结果，所述图像传感器测量装载在所述室中的血液的量和用于稀释所述血液的稀释液的量， 从而将血液和稀释液的量反映到反应结果，所述图像传感器测量装载在所述室中的样本的量和提取液的量，从而将样本和提取液的量反映到所述反应结果，或者所述图像传感器通过色度分析观测液体的混合状态。
21.如权利要求1所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述图像传感器观测所述阀的打开/关闭状态，所述图像传感器通过使用所述频闪仪观测流体移动和穿过亲水通道的流体的移动速度，或者所述图像传感器通过测量关于所述阀而彼此相邻的两个室之间的液体移动的量来实时观测所述阀的打开/关闭状态和液体泄漏。
22.如权利要求1所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述图像传感器通过使用所述频闪仪从所述生物盘读取条形码。
23.如权利要求1所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述图像传感器通过使用所述频闪仪实时拍摄所述生物盘的操作，并通过互联网将所述生物盘的图像实时地远程传输给中央服务器或医生。
24.如权利要求1所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述生物盘包括RFIC0
25.如权利要求8或24所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述生物盘包括感应线圈或线圈图案，以通过电感应将功率提供给所述LED或所述RF IC0
26.如权利要求1所述的频闪薄膜化学分析设备，其中，所述中央控制单元通过PCR(聚合酶链反应)热循环执行DNA扩增，所述中央控制单元基于由RF IC测量的温度通过打开激光束发射机将所述室加热到期望的温度，以控制反应温度，以及所述中央控制单元基于由所述RF IC测量的温度通过使所述生物盘旋转来产生风，以将加热的室冷却到所述期望的温度。
27.如权利要求1所述的频闪薄膜化学分析设备，所述频闪薄膜化学分析设备还包括用于存储所述生物盘的模板图像的存储装置，其中，所述中央控制单元测量所述模板图像和从所述图像传感器获得的图像之间的相似度，以检测观测目标。
28.一种使用如权利要求1所述的频闪薄膜化学分析设备的分析方法，所述方法包括 在生物盘的旋转期间通过使用频闪仪观测室、通道、分析位、生物化学反应室、孔和阀中的至少一个。
29.如权利要求1所述的分析方法，所述方法还包括下述步骤中的至少一个 通过所述生物盘的高速旋转产生离心力来观测样本与样品的分离；观测样品装载状态； 观测离心分离的过程速度；观测所述分析位或所述生物化学反应室中的扩散速率或反应速度； 将源自所述分析位或所述生物化学反应室中的所述扩散速率或所述反应速度的影响反映到反应结果；通过测量所述离心分离的所述过程速度来分析血液的粘度；直接根据片段图像检测观测目标；通过将多个片段图像组合制得所述生物盘的完整图像；根据所述生物盘的所述完整图像检测所述观测目标；观测所述室中的液体的混合状态；检测所述分析位或所述生物化学反应室的反应结果；清洗所述分析位；通过使所述生物盘旋转来干燥所述分析位并使所述分析位脱水； 确定是否需要另外的清洗；通过互联网将根据分析的诊断结果或医学检查表远程传输给医生；以及从医生接收处方。
全文摘要
公开了一种基于频闪原理的频闪薄膜化学分析设备和一种使用该频闪薄膜化学分析设备的分析方法。所述频闪薄膜化学分析设备适合于用于诸如集成有用于诊断或检测流体中的少量物质的生物芯片例如芯片实验室、蛋白质芯片和DNA芯片的盘实验室之类的可旋转生物盘的实时分析。
文档编号G01N35/08GK102348985SQ201080011545
公开日2012年2月8日 申请日期2010年3月5日 优先权日2009年3月9日
发明者柳在泉 申请人:三星电子株式会社