专利名称：用于液体样品分析的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于液体样品自动分析的系统。
背景技术：
近年来，对于液体样品的自动分析显现出强烈的需求，这主要归因于这样一种现 实状况，即临床分析的数量正在不断增长。样品分析通常基于如下方式进行将样品与一种 或多种试剂混合，从而引起分析物特有的反应，然后检测反应产物以确定其内所含一种或 多种分析物是否存在或者检测它们的浓度。市售的分析仪通常利用移液机器人来混合样品和试剂，该移液机器人通常具有许 多运动部分，这些运动部分由于被快速且几乎连续地运动，因而可能需要经常性的维护和 更换操作。除此之外，就这类分析方法而言，由于移液操作的变化性，常规分析仪的灵活性 受到限制并且仅可在比较低的精度条件下工作。此外，由于试剂被暴露于外界空气，它们的 保存期可能会降低。由于样品消耗低、分析时间快以及样品吞吐量高，已经作出了许多努力在这些微 流体系统中开发集成的流体系统，以便进行液体样品的自动分析。微流体系统对于本领 域技术人员而言是熟知的，并且已经在专利文献中得到了广泛的描述，例如美国专利公开 US2008/0252905AUUS2008/02371151A1 和 US2008/0206110A1。但实际上，常规微流体系统具有许多缺点，因为它们限于预定的工作流程和流体 体积，并且通常涉及专门类型的分析方法。它们设置有数量比较少的试剂通道，因此不能根 据用户需求而扩展。试剂必须通过移液操作或者经由复杂管路供应到试剂通道。微流体系 统通常计划成仅仅用于单一使用，从而造成比较高的成本。根据以上所述，本发明的一个目的在于提供改进的用于液体样品自动分析的系 统。该目的可由根据独立权利要求的系统实现。从属权利要求的特征给出了本发明的优选 实施例。

发明内容
根据本发明，提出了一种用于液体样品自动分析的新型系统，其中，液体样品可与 一种或多种试剂混合以检测反应产物，以便对样品进行分析。该系统可根据用户的特定要 求构造成各种方式。该系统可用于包括试管内诊断的(生)化学，并且可适应于执行各种 分析试验特别是诊断性试验，如临床化学试验和免疫测定。本文所用术语“微流体”指的是通常在毫米到亚毫米尺度量级上的截面尺寸。微 流体特征使得能够以例如100 u 1/s或更低量级的流速进行例如lOOul或更小量级的流体 体积的操作。本文所用术语“开/关阀”表示一种可被选择性地变成三种不同状态之一的阀，这 三种状态即第一打开状态，其中液态和气态流体可穿过该阀；第二打开状态，其中气态流 体可穿过该阀而液态流体不可穿过该阀；以及关闭状态，其中液态和气态流体均被阻挡而不可穿过该阀。这种开/关阀可具体实施为冻融阀(freeze-thaw valve)，其对于本领域技 术人员而言是熟知的并且常见于专利文献中，例如美国专利公开US2003/0094206A1和美 国专利6，311，713中均有描述。在使用冻融阀的情况下，可仅仅通过将流动通道内容纳的液态流体冰冻或融化来 控制流体流。更具体而言，在第一阀打开状态中，液态和气态流体可穿过该阀。在第二阀打 开状态中，虽然气态流体可穿过该阀，但阀被充分冷却以在存在液态流体的情况下产生冷 冻栓(frozen plug)，从而第二阀打开状态可被变成阀关闭状态。在阀关闭状态，冻融阀依 赖于所得到冷冻栓与通道壁之间获得的剪切运动阻力而由此限制流体流动。与诸如冻融阀 的开/关阀一起，流动通道可用于在阀和流体中间没有气泡的情况下，暂时在预定位置保 持(即寄存)并提供流体。本文所用术语“流体连接”或“连接”指的是连通管路、通道或其他系统部件(可 包括流体流动调节装置，流体流动调节装置例如为开/关阀和外致动器，外致动器包括机 械致动器等)。因此，流体连接的系统部件可打开以允许流体流动或者可关闭以阻挡流体流动。本发明的系统所处理的流体样品是在其中可找到一种或多种分析物的流体。样品 可以是化学的，并且系统可适应于执行一项或多项化学分析，例如药物相互作用筛选、环境 分析、有机物质识别等。样品也可以是生物的并且可包括血、血清、尿、脑髓流体和包含流 体的核酸以及任何其他感兴趣的流体，只要对它们的处理涉及流体与一种或多种试剂的混合。本文所用术语“试剂”用于表示能与样品和/或一种或多种其他试剂混合的任何 液体。在该术语更严格的意义下，试剂包括可与样品反应的成分。然而，试剂也可以是非反 应性流体，例如缓冲剂和稀释流体。根据本发明，用于液体样品自动分析的系统包括下面的描述中所详细说明的各种 单元。如本文所使用的，本发明的系统的每个单元均是用于液体样品处理的功能性实体。在 术语“单元”的更严格意义上，系统的单元也可具体实施为在结构方面彼此不同的结构性实 体。本发明系统包括用于液体样品处理的一个或多个(微流体)处理单元，这些单元 是本发明系统的功能性和结构性实体。在每个处理单元中，液体样品可与一种或多种试剂 混合，以便利用所获得的样品/试剂混合物对该样品进行分析。处理单元可根据用户的特 定要求构造成各种方式。因此，处理单元例如可具体实施为用于制备样品/试剂混合物的 制备仪器，该样品/试剂混合物可传送到分析仪器以便分析样品/试剂混合物的反应产物。 除此之外，本发明的处理单元可耦接到分析单元，以便基于所获得的样品/试剂混合物的 反应产物对样品进行分析。根据本发明的处理单元可用于包括试管内诊断的(生)化学， 并且可适应于执行各种分析试验，包括样品和试剂的混合以及检测这些反应的结果。处理 单元例如可用于诊断性试验，如临床化学试验和免疫测定。系统的一个或多个处理单元设置有多个互连的通道和室，流体可通过这些通道和 室传送，以根据用户的特定要求对样品进行制备和/或分析操作。在一个实施例中，每个 处理单元均设置有用于传送样品的一个或多个样品通道以及用于传送试剂的一个或多个 试剂通道，样品通道和试剂通道均与一个或多个反应室连通以便进行样品和试剂之间的反应。每个样品和试剂通道均设置有开/关阀(例如冻融阀)，用于选择性地使得流体能够在 通道内流动或者阻挡流体在通道内流动。在一个进一步实施例中，每个处理单元的样品和 试剂通道均连接到一个或多个压力致动器(例如泵)以便在其内产生负压或正压。泵例如 可具体实施为连续泵或非连续泵，例如下列类型的泵隔膜泵、注射泵、旋转排量泵以及风 箱泵。风箱泵类型的泵例如公开在美国专利5，638，986中。本发明的系统包括下面称为“样品单元”的另一系统部件，用于将样品供应到一 个或多个处理单元。样品单元可设置有一个或多个样品器皿，该一个或多个样品器皿包括 了本发明的系统将要处理的样品。其还可包括一个或多个样品引入件，用于将样品从样品 器皿传送到一个或多个处理单元。在本发明的一个实施例中，每个样品引入件具体实施为 (例如金属的)针管，其可被浸入样品器皿中以便吸入器皿中所含的样品。样品单元也可 包括一个或多个样品分配管路，用于分配样品并且向处理单元提供样品。样品器皿可通过 分配管路直接或间接地连接到处理单元。样品单元也可包括样品器皿传送机构，该机构适 于将样品器皿传送到每个处理单元。样品器皿传送机构可以是所有处理单元共享的系统部 件。本发明的系统包括下面称为“试剂单元”的另一个系统部件，其设置有试剂器皿， 该一个或多个试剂器皿容纳用于与样品混合的一种或多种试剂。这些试剂可相对于彼此相 同或不同。试剂单元例如可具体实施为本发明的系统的结构性实体。本发明的系统包括下面称为“分配单元”的另一个系统部件，用于分配一种或多种 流体，该一种或多种流体包括试剂以及任选地可包括样品。分配单元是本发明的系统的结 构性实体。分配单元包括例如为(流动)通道的多个分配管路，用于分配并传送流体。分 配管路中的至少一些例如通过流体互连器流体连接到试剂器皿和处理单元，从而可通过分 配管路向处理单元提供试剂。因此，独立的分配管路可流体连接到处理单元中的一个或多 个。因此，每个试剂器皿均流体连接到一个或多个处理单元。分配管路中的一些可流体连 接到样品器皿和处理单元，从而可通过分配管路向处理单元提供样品。本发明的系统还包括用于分析样品的至少一个分析单元。分析单元包括至少一个 检测器，用于检测独立样品与一种或多种试剂的反应产物。在一个实施例中，至少一个检测 器耦接到一个或多个处理单元，即耦接到其反应室，以检测其中容纳的样品/试剂混合物 的反应产物。在另一个实施例中，至少一个检测器流体连接到一个或多个处理单元，以检测 其中容纳的样品/试剂混合物的反应产物。系统可特别地包括用于分析样品的多个分析单 元，每个分析单元均包括用于检测反应产物的至少一个检测器，该至少一个检测器可涉及 一种预定类型或不同预定类型的分析方法。检测器例如可包括例如为光度计的光学检测 器，用于光学地检测反应产物；与仪器耦接的流通式测量格间(cell)，例如耦接到离子选 择电极(ISE)、诸如酶电化学检测器的生物传感器、电化学发光检测器(ECL)、光学检测器等。分析单元可进一步包括控制单元，控制单元例如可具体实施为可编程逻辑控制 器，该可编程逻辑控制器运行设置有指令的计算机可读程序以根据样品的自动分析来执行 操作。控制单元连接到需要控制和/或提供信息的部件。因此，控制单元被设置成控制样 品引入件、(一种或多种)试剂的引入件、样品/试剂混合物的反应以产生反应产物、基于 所获得的反应产物对样品的分析。
因此，在本发明中，通过分配单元，可按照高度集成的方式有效地执行试剂的分配 以及任选地执行样品分配，以将其提供到一个或多个处理单元，该一个或多个处理单元可 涉及一种或多种预定类型的分析方法。根据本发明的系统的一个实施例，分配单元具体实施为固体基片(solid substrate)，其设置有用于分配流体的多个分配通道，该流体包括试剂以及任选地包括样 品。分配单元例如可具体实施为具有基本平的形状的整体式、平的主体或板。分配单元例 如可由塑料材料制成并且可利用常规模制技术制造。特别地，分配单元可具体实施为模块 化系统部件。模块化分配单元可由多个子单元组成，每个子单元与一个或多个处理单元关 联。固体分配单元有利地允许分配通道的高度集成布置，从而使得能够向一个或多个 处理单元分配很大数量(例如数百种)的试剂，这些试剂可相对于彼此不同，该一个或多个 处理单元可涉及一种或多种预定类型的分析方法。其也可使能样品的分配。根据本发明的系统的一个进一步实施例，系统包括下面称为“第一试剂供应管路” 的试剂供应管路，其连接一个或多个处理单元与具体实施为固体基片的分配单元的分配通 道。在该情况下，优选地，可将第一试剂管路和分配通道(也即包括分配通道的固体分配单 元)布置于相对于彼此不同的两个(竖直)水平(levels)。替代性地，例如当分配通道具 体实施为中间通道时，第一试剂供应管路可以是分配单元的一部分。根据本发明的系统的一个替代性实施例，具体实施为固体基片的分配单元设置有 多个连接端口，用于连接一个或多个(优选多个)处理单元和分配通道。优选地，连接端口 是适于接收处理单元的(凸形或凹形)插口端口(或称插接端口，plug ports)，在该情况 下，处理单元是可插拔部件(例如模块)。这种实施例允许分配单元与处理单元的容易且快 速的组装，并且有助于处理单元的置换或维护。由于可容易地置换或添加处理单元(处理 单元可涉及一种或多种预定类型的分析方法)，这还提供分析灵活性。在上述实施例中，优选地，根据分配通道的特定布置和排布，可将多个处理单元例 如以线性或环状构造相对于彼此串联地布置。在上述实施例中，优选地，分配单元可设置有多个模块化子单元，每个子单元设置 有多个连接端口，该多个连接端口具体实施为用于接收处理单元中的一个或多个的插口端 口，处理单元具体实施为可插拔模块。一个模块化子单元的处理单元可涉及一种预定类型 的分析方法。除此之外，多个模块化子单元的处理单元可涉及不同类型的分析方法。根据本发明的系统的一个进一步实施例，系统包括下面称为“第二试剂供应管路” 的试剂供应管路，其流体连接试剂器皿与分配单元的分配通道。在该情况下，优选地，可将 第二试剂管路和分配通道(也即包括分配通道的固体分配单元)布置于相对于彼此不同的 两个(竖直)水平。替代性地，例如当分配通道具体实施为中间通道时，第二试剂供应管路 可以是分配单元的一部分。根据本发明的系统的一个替代性实施例，具体实施为固体基片 的分配单元设置有多个连接端口，用于连接试剂器皿和分配通道。优选地，连接端口是适于 接收试剂器皿的插口端口，在该情况下，试剂器皿是可插拔部件。这种实施例允许分配单元 与试剂器皿的容易且快速的组装，并且有助于试剂器皿的置换或维护。根据本发明的系统的一个进一步实施例，处理单元的每一个均配备有例如为冻融 阀的一个或多个开/关阀，用于打开/关闭连接到分配单元的分配通道的通道。替代性地或另外地，用于打开/关闭分配通道的开/关阀可以是分配单元的一部分。根据本发明的系统的一个进一步实施例，处理单元由多个子集组成，每个子集均 包括至少一个处理单元，其中，每个子集均连接到分配通道的独立子集。在该实施例中，预 定的分配通道连接到一个或多个预定的处理单元。根据本发明的系统的一个进一步实施例，该实施例是本发明上一个实施例的替代 实施例，分配通道的每一个流体连接到处理单元的每一个。根据本发明的系统的一个进一步实施例，试剂器皿由多个试剂器皿子集组成，每 个子集均包括一个或多个试剂器皿，其中，每个子集均连接到处理单元的独立子集。在该实 施例中，预定的分配通道连接到一个或多个预定的处理单元。根据本发明的系统的一个进一步实施例，该实施例是本发明上一个实施例的替代 实施例，试剂器皿的每一个流体连接到处理单元的每一个。根据本发明的系统的一个进一步实施例，系统的单元布置于相对于彼此不同的 (竖直)水平。本发明的系统可基于气态系统流体并且任选地可基于液态系统流体。优选地，系 统可基于液态和气态系统流体的组合。在提供液态系统流体的情况下，避免了液态系统流 体与样品或试剂的混合。


根据下面的描述，本发明的其他和进一步目的、特征以及优点将表现得更加全面。 所包含的附图构成说明书的一部分并且示出了本发明的优选实施例，并且与上面给出的总 体描述和下面给出的详细描述一起用于解释本发明的原理。图1是示意图，示出了本发明系统的示例性构造的功能性实体；
图2是示意图，示出了图1构造的示例性实施例；
图3是示意图，示出了图1构造的另一个示例性实施例；
图4是示意图，示出了图1构造的一个变形的示例性实施例；
图5是示意图，示出了图1构造的另一个变形的示例性实施例；
图6是本发明系统的分配单元的示例性实施例的示意性顶视图7是本发明系统的示例性实施例的透视图8A-8B是图7分配单元的示意性顶视图(图8A)和示意性剖视图(图8B)；
图9A-9B是示意图，示出了图7分配单元的不同实施例；
图10是示意性透视图，示出了图7分配单元的另一个实施例；
图11是示意性透视图，示出了图7分配单元的又一个实施例；
图12是示意性透视图，示出了图7分配单元的又一个实施例；
图13是示意图，示出了本发明系统的处理单元的第一示例性构造的功能性实体
图14是示意图，示出了本发明系统的处理单元的第二示例性构造的功能性实体
图15是示意图，示出了图14处理单元的示例性实施例；
图16A-16G示出了利用图15处理单元来处理液体样品的示例性方法；
图17是示意图，示出了本发明系统的处理单元的第三示例性构造的功能性实体
图18是示意图，示出了图17处理单元的示例性实施例。附图标记列表
1系统
2分析单元
3处理单元
4光学检测器
5试剂单元
6分配单元
7样品单元
8试剂容器
9样品管
10样品管装载机构
11传送带
12保持器
13分配通道
14样品管路
15样品引入件
16互连器
17第二试剂供应通道
18第一试剂供应通道
19流通式格间
20连接通道
21试剂管路
22样品管支架
23插口位置
24排出端口
25连接器
26子单元
102样品器皿
103样品吸入器
104样品和试剂R1/2/3配量器
105样品寄存器/稀释器
106样品和试剂R1配量器
107混合与培养器
108分析单元
109试剂R2/3配量器
110第一主通道
111第二主通道
112主泵
113孔口
114样品通道
115第一冻融阀
116第一样品通道部分
117第二样品通道部分
118第一试剂通道
119第二冻融阀
120反应室
121第一反应室端口
122第二反应室端口
123第三冻融阀
124第四冻融阀
125孔口侧部分
126泵侧部分
127第二试剂通道
128第五冻融阀
129第六冻融阀
130辅助泵
131混合室
132混合室突起
133第二混合室端口
134第一混合室端口
135第七冻融阀
136稀释流体通道
137第八冻融阀
138第九冻融阀
139反应室突起
140检测器
141第十冻融阀
142第一清洗单元阀
143主清洗单元
144第二清洗单元阀
145辅助清洗单元
146样品引入件
202样品器皿
203样品吸入器
204样品寄存器/预稀释器
205样品和试剂R1配量器
206混合与培养器
207反应混合物及试剂R2/3
说明书
7/23 页
10
208分析单元
209第一节段
210第二节段
211第三节段
212第一主通道
213第二主通道
214泵
215样品通道
216第一冻融阀
217第一试剂配量室
218第一试剂通道
219第二冻融阀
220反应室
221第一反应室端口
222第二反应室端口
223第三冻融阀
224突起
225第四冻融阀
226孔口
227孔口侧部分
228泵侧部分
229第五冻融阀
230互连通道
231清洗单元
232第一清洗单元阀
233第二试剂通道
234第二试剂配量室
235第六冻融阀
236检测器
237混合及寄存室
238第一样品通道部
239第二样品通道部
240互连通道
241第一混合室端口
242第二混合室端口
243第七冻融阀
244第八冻融阀
245第九冻融阀
246第十冻融阀
24724824925025125具体实施例方式通过例示的方式描述了特定的示例性实施例，本发明可在这些实施例中得以实 施。参见图1至3，说明了本发明的系统的用于分析液体样品的示例性第一构造及其 示例性实施例。相应地，用于液体样品处理的系统1包括适于处理液体样品的多个(流通式)处 理单元3，每个处理单元均是系统1的功能性和结构性实体。系统1进一步包括分析单元 2，分析单元2包括一个光学检测器4，光学检测器4例如可具体实施为光度计。处理单元3 与包括光学检测器4的分析单元2 —起专用于同一类型的分析方法，例如根据用户的特定 要求可涉及临床化学、免疫化学、核酸测试、血液学、尿分析等。系统1进一步包括设置有多 个试剂容器8的试剂单元5，试剂容器8储存在被冷却的隔室内并且包含用于与样品混合的 试剂。试剂可彼此相同或不同。系统1还进一步包括样品单元7，样品单元7配备有样品管 装载机构10，用于将样品管9装入系统1并且将样品管9传送到各种处理单元3。系统1 还进一步包括用于分配一种或多种试剂的分配单元6，分配单元6设置有多个分配(流动) 通道，以便将试剂以及任选地将样品传送到每个处理单元3。特别参见图2，说明了图1的系统1的第一构造的示例性实施例。系统1包括多 个处理单元3，每个处理单元3通过分配单元6提供的多个分配通道13连接到多个试剂容 器8。虽然为了例示的目的示出了三个处理单元3和9个试剂容器8，但应当理解的是，根 据用户的特定要求，可分别设想任何数量的处理单元3和试剂容器8。在系统1中，每个处理单元3连接到试剂单元5的试剂容器8的专用子集，其中， 一个子集中的每个试剂容器8均通过一个分配通道13连接到一个处理单元3，从而在每个 试剂容器8和关联的处理单元3之间提供一对一的连接。因此，每个分配通道13均流体连 接一个试剂容器8和一个处理单元3。在系统1中，每个处理单元3进一步通过一条样品管路14连接到一个样品引入件 15，从而使得容纳在样品管9中的样品可被吸入处理单元3中。样品引入件15例如可具体 实施为金属针管。因此，每个处理单元3可利用样品引入件15从专用的样品管9吸入样品。 样品引入件15可以是样品单元7的一部分。用于将样品管9传送到处理单元3的样品管 装载机构10例如可具体实施为包括电机驱动传送带11的传送带传动装置，电机驱动传送 带11设置有用于保持样品管9的杯状保持器12。因此，可通过如水平箭头所示地驱动传送 带10，经由样品管装载机构10将样品管9传送到处理单元3。另外，每个保持器12可被向 上升高，从而将使容纳在其中的样品管9朝向一个样品引入件15运动，以致样品引入件15 能够如竖直箭头所示地吸入容纳在样品管9中的样品。
样品配量室 孔口
第十一冻融阀 样品引入件 第十二冻融阀 突起
12
系统1进一步包括例如具体实施为光度计的一个光学检测器4，用于光学地检测 每个处理单元3中所含的样品/试剂混合物的反应产物。光学检测器4是分析单元2的一 部分，分析单元2基于光学地检测到的反应产物对样品进行分析。因此，光学检测器4适于 检测从处理单元3中所含的样品/试剂混合物的反应产物发出的光。因此，处理单元3与 包括光学检测器4的分析单元2 —起专用于预定类型的分析方法。在图2的系统1的示例性实施例中，可并行地排布任何期望数量的处理单元3，而 每个处理单元3可访问试剂单元5的试剂(即试剂容器8)的独立子集。每个处理单元3 可进一步访问独立样品。因而，样品吞吐量可根据用户的特定要求而提高。除此之外，由于 处理单元3涉及同一类型的分析方法，即使当一个或多个处理单元3失效时也能确保对样 品的分析。此外，通过涉及同一类型分析方法的多个处理单元3，可进行样品的并行分析，从 而获得多个冗余结果，这些冗余结果例如可通过计算其平均值而得到进一步处理。样品管装载机构10和光学检测器4是所有处理单元3共用的系统部件。由于这 些共用的系统部件，系统1的制造成本可得到显著降低。特别参见图3，说明了图1的系统1的第一构造的另一个示例性实施例。为了避免不必要的重复，仅说明相对图2实施例的区别，除此之外，参照关于图2 的说明。在图3的系统1中，每个处理单元3不但可访问试剂单元5的试剂的子集，而且可 访问所有的试剂(即试剂容器8)。为此目的，流体分配单元6的分配通道13具体实施为中 间通道，其数量对应于试剂单元5的试剂容器8的数量。为了将中间通道13连接到处理单 元3，系统1进一步包括流体连接处理单元3和分配通道13的第一试剂供应通道18，其中， 不同的第一试剂供应通道18连接到不同的分配通道13。第一试剂供应通道18的数量对应 于分配通道13的数量乘以处理单元3的数量，从而在每个分配通道13和处理单元3之间 具有一对多的连接。系统1还进一步包括流体连接试剂容器8和分配通道13的第二试剂 供应通道17，其中，不同的第二试剂供应通道17连接到不同的分配通道13。第二试剂供应 通道17的数量对应于分配通道13的数量，从而在第二试剂供应通道17和分配通道13之 间具有一对一的连接。因此，在图3的系统1中，每个处理单元3通过第一试剂供应通道18连接到每个 中间通道16。除此之外，每个试剂容器8通过第二试剂供应通道17连接到专用的中间通道 16，从而将每个试剂容器8连接到每个处理单元3。在图3的系统1的示例性第二实施例中，可并行地排布任何期望数量的处理单元 3，其中，每个处理单元3可访问试剂单元5的所有试剂(即试剂容器8)。因而，样品吞吐 量可根据需要提高并且所有试剂可被供应到所有处理单元3。结果，相比为每个处理单元3 提供试剂的独立子集的情况，可节省费用。特别参见图4，说明了系统1的第二构造的示例性实施例，该第二构造是图1的第 一构造的变形。为了避免不必要的重复，仅说明相对图2实施例的区别，除此之外，参照关 于图2的说明。在图4的第二构造中，系统1包括设置有两个不同检测器的分析单元2，也即光学 检测器4以及与仪器耦接的流通式格间(flow-through cell)。系统1进一步包括两个处 理单元3，其中，一个处理单元3耦接到光学检测器4，光学检测器4例如具体实施为光度计以检测从一个或多个反应室发出的光，另一个处理单元3通过连接通道20流体连接到流通 式格间19。因此，对应的处理单元3的样品/试剂混合物可被供应到流通式格间19，以便 通过耦接到流通式格间19的仪器(未示出)检测样品/试剂混合物的反应产物。流通式 格间19例如可耦接到离子选择电极(ISE)、诸如酶电化学检测器的生物传感器、电化学发 光检测器(ECL)、光学检测器等。因此，处理单元3与光学检测器4以及流通式格间19 一起 涉及不同于彼此的第一和第二类型分析方法。在图4的系统1中，一个样品管9中所含的 样品可通过一个样品引入件15被吸入处理单元3，该样品引入件15由歧管样品管路14连 接到两个处理单元3。在图4的系统1中，每个处理单元3流体连接到试剂容器8的独立子集，其特定于 所使用分析方法的类型。如图4所示，例如三个试剂容器8与光学检测器4的第一类型分 析方法结合使用，而两个试剂容器8与流通式格间19的第二类型分析方法结合使用。每个 试剂容器8均通过流体分配单元6的一个分配通道13连接到关联的处理单元3，从而在试 剂容器8和处理单元3之间实现一对一连接。虽然为了例示的目的示出了涉及不同类型分析方法的两个处理单元3，但应当理 解的是，根据用户的特定要求，可设想任何数量的处理单元3，这些处理单元3可涉及各种 类型分析方法并且可耦接到各个检测器。在图4的系统1的示例性实施例中，可并行地排布任何期望数量的处理单元3，而 每个处理单元3可访问试剂单元5的试剂的独立子集，其特定于所使用的分析方法类型。通 过使用连接到每个处理单元3的一个样品引入件15，可并行地使用两种或多种不同的预定 类型分析方法来分析一个样品。特别参见图5，说明了系统1的第三构造的示例性实施例，该第三构造是图1的第 一构造的另一个变形。为了避免不必要的重复，仅说明相对图4实施例的区别，除此之外， 参照关于图4的说明。在图5的实施例中，系统1包括处理单元3的第一子集(例如两个)和处理单元3 的第二子集(例如三个)，第一子集耦接到光学检测器4因而涉及第一类型分析方法，第二 子集耦接到与仪器耦接的流通式格间19因而涉及不同于第一类型的第二类型分析方法。 光学检测器4例如可具体实施为光度计以检测从与其耦接的处理单元3的第一子集的反应 室发出的光。流通式格间19通过歧管连接通道20流体连接到处理单元3的第二子集，从 而处理单元3的第二子集的反应室的样品/试剂混合物可被传送到流通式格间19以便对 该混合物进行检测。一个样品管9的样品可通过一个样品引入件15被同时吸入第一和第二子集的所 有处理单元3，该样品引入件15通过歧管样品管路14连接到所有处理单元3。处理单元3 的第一子集中的处理单元3 (其涉及第一类型分析方法)可访问试剂单元5的试剂容器8的 第一子集，该第一子集包括特定于第一类型分析方法的所有试剂(即试剂容器8)。除此之 外，处理单元3的第二子集中的处理单元3(其涉及第二类型分析方法)可访问试剂单元5 的试剂容器8的第二子集，该第二子集包括特定于第二类型分析方法的所有试剂(即试剂 容器8)。为此目的，流体分配单元6的分配通道13包括分配通道的第一子集和分配通道的 第二子集，其每一个均具体实施为中间通道。为了将处理单元3的第一子集和第二子集中 的处理单元3分别流体连接到分配通道13的第一子集和第二子集，系统1进一步分别包括第一试剂供应通道18的第一子集和第二子集，其每一个均流体连接一个处理单元3和一个 分配通道13，其中，不同的第一试剂供应通道18连接到不同的分配通道13。为了将试剂容 器8的第一子集和第二子集中的试剂容器8分别流体连接到分配通道13的第一子集和第 二子集，系统1还进一步分别包括第二试剂供应通道17的第一子集和第二子集，其每一个 均流体连接一个试剂容器8和一个分配通道13，其中，不同的第二试剂供应通道17连接到 不同的分配通道13。在图5中，虽然处理单元3的第一子集包括耦接到光学检测器4的两个处理单元 3，而处理单元3的第二子集包括耦接到流通式格间19的三个处理单元3，但应当理解的是， 根据用户的特定要求，可设想分别耦接到光学检测器4和流通式格间19的任何数量的处理 单元3。在图5所示系统1的实施例中，可并行地排布任何期望数量的专用于特定类型分 析方法的处理单元3，而该特定类型分析方法的每个处理单元3可访问特定于其的试剂单 元5的所有试剂。使用连接到处理单元3的一个样品引入件15，可利用不同类型分析方法 并行地分析一个样品，其中，每种类型分析方法涉及多个处理单元3。因此，图5的系统1允 许使用不同类型分析方法非常快速地分析样品，从而降低样品分析的周转时间。即使当个 别几个处理单元3失效时，冗余的流体处理单元3也能够并行地分析样品，而不会限制可用 的分析方法。这尤其允许使用不同类型分析方法并行地确定一个样品的一组预定参数。参见图6，说明了图3和图5所示系统1的分配单元6的示例性实施例。相应地，分配单元6是固体基片，例如具体实施为设置有多个分配通道13的平板， 这些分配通道13相对于彼此平行的对准。分配通道13可具体实施为在基片表面中加工的 沟槽，该沟槽可例如被箔覆盖或者替代性地可形成在基片内。每个处理单元3 (为了例示的目的，例如示出了五个处理单元3)可通过第一试剂 供应管路18访问每个分配通道13。每个第一试剂供应管路18流体连接一个处理单元3和 一个分配通道13 (一对一连接)，其中，不同的第一试剂供应管路18连接到不同的分配通道 13。每个试剂容器8 (为了例示的目的，例如示出了三个试剂容器8)可通过第二试剂供应 管路17访问各个分配通道13。每个第二试剂供应管路17流体连接一个试剂容器8和一个 分配通道13 (—对一连接)，其中，不同的第二试剂供应管路17连接到不同的分配通道13。 第一试剂供应管路18通过流体互连器16流体连接到分配通道13，流体互连器16使得流体 能够自由地从其中穿过。类似地，第二试剂供应管路17通过流体互连器16流体连接到分 配通道13，流体互连器16使得流体能够自由地从其中穿过。第一试剂供应管路18和分配 通道13布置于不同水平(竖直高度)。虽然图中未示出，但替代性地，第一和/或第二试剂 供应管路17、18可以是分配单元6的一部分。在图6所示系统1的分配单元6的示例性实施例中，分配单元6是设置有分配通 道13的固体基片。在其变形中，固体分配单元6进一步设置有第一试剂供应管路18和/ 或第二试剂供应管路17。在这种情况下，处理单元3和/或试剂容器8可流体连接到第一 和/或第二试剂供应管路，例如通过将处理单元3和/或试剂容器8插到分配单元6的专 用端口。参见图7，图7是本发明的系统1的另一个示例性实施例的透视图。相应地，在系统1中，样品单元7设置有样品管装载机构10，用于将样品管9装入系统1中并且将样品管9传送到各个处理单元3的每一个。样品管装载机构10具体实施 为传送带驱动装置，其包括电极驱动的传送带11，传送带11适于传送保持住样品管9的多 个样品管支架22。在系统1中，试剂单元5设置有多个试剂容器8。系统1进一步包括用于处理样品 的多个处理单元3，这些处理单元3具有平的形状。分析单元2包括具体实施为光度计的一个光学检测器4，以检测从样品与一种或 多种试剂的反应产物发出的光。分析单元2进一步包括耦接到仪器的一个流通式格间19， 以检测从被传送到流通式格间19的样品与一种或多种试剂的反应产物发出的光。光学检 测器4耦接到处理单元3的第一子集，而流通式格间19通过歧管连接通道20流体连接到 处理单元3的第二子集。光学检测器4和流通式格间19涉及不同类型的分析方法。在系统1中，分配单元6是平的主体，其具有类似板的形状。其设置有用于传送流 体的多个分配通道(未示出)。分配通道通过第二试剂供应管路17连接到试剂容器8，从 而将每个试剂容器8连接到一个分配通道。每个处理单元3流体连接到例如具体实施为金 属针管的独立样品引入件15。每个样品引入件15可例如通过抬升样品管9而被浸入样品 管9中，以便吸入其内所含的样品。如图7所示，试剂单元5、分析单元2以及样品单元7布置于不同的竖直高度(水 平)，其中，试剂单元5位于分析单元2上面，并且样品单元7位于分析单元2下面。因此， 在系统1中，试剂容器8可易于被置换。系统1的每个单元均是功能性和结构性实体并且 例如具体实施为模块化单元。图8A是图7的系统1的分配单元6的示例性实施例的示意性顶视图，如图8A所 示，分配单元8设置有例如五个插口位置23(或称插接位置，plug positions)(例如插座)， 其每一个均适于接收一个处理单元3。每个插口位置23设置有分配通道13的多个排出端 口 24，这些排出端口 24具体实施为(例如凹形)插入端口。因此，流体可易于经由排出端 口 24在分配通道和处理单元3之间传递。图8B是图8A的分配单元6的示意性剖视图，如图8B所示，每个处理单元3设置 有多个(例如凸形)连接器25，这些连接器25可连接到(例如插入)排出端口 24，用于定 位处理单元3并且将处理单元3与多个分配通道流体连接。每个处理单元3具有平的形状 并且位于平的分配单元6的上表面上，与分配单元6平行对准。在图9A中，示出了图7的系统1的分配单元6的另一个实施例。相应地，分配单 元6设置有多个模块化子单元26，这些模块化子单元26的每一个均设置有一个或多个插口 位置23，用于接收处理单元3的独立子集。与独立子单元26关联的每个处理单元3例如可 涉及一种预定类型分析方法。替代性地，一个子集中的处理单元3可涉及不同类型分析方 法。在所示实施例中，处理单元3和/或子单元26可易于置换。在图9B中，示出了图7的分配单元6的另一个实施例。相应地，分配单元6是集 成的模块化单元，其设置有多个插口位置23，用于接收处理单元3。处理单元3可涉及一种 预定类型分析方法。替代性地，处理单元3可涉及不同的预定类型分析方法。参见图10，其示出了图7的分配单元6的另一个实施例的示意性透视图。为了避 免不必要的重复，仅说明相对图8A、8B实施例的区别，除此之外，参照关于图8A、8B的说明。相应地，平的分配单元6设置有相对于彼此平行对准的多个分配通道13。处理单元3各自具有平的形状并且相对于平的分配单元6正交地对准，分配单元6在它们之间 具有小的节距(pitch)。这种实施例允许处理单元3的非常紧凑的布置结构，处理单元3 例如可被插入分配单元6的插口位置23中。而且，每个处理单元3均具有小的占用空间 (footprint)，用于与分配单元6插接。在这种情况下，处理单元3例如可流体连接到一个 或多个流通式格间19，以便检测样品和试剂的反应产物。参见图11，其示出了图7的分配单元6的另一个实施例的示意性顶视图。为了避 免不必要的重复，仅说明相对图8A、8B实施例的区别，除此之外，参照关于图8A、8B的说明。相应地，平的分配单元6设置有多个分配通道13，这些分配通道13具体实施为相 对于彼此同心布置的封闭回路。具有平的形状的处理单元3相对于平的分配单元6平行地 对准并且沿封闭回路式分配通道13的周向布置。这种实施例允许处理单元3的非常紧凑 的布置结构，处理单元3例如可被插入分配单元6的插口位置23中。每个处理单元3均流 体连接到中心样品引入件15，以便将样品并行地供应到处理单元3。处理单元3例如可耦 接到诸如旋转光度计的光学检测器4，以便光学地检测各个样品与一种或多种试剂的反应 产物。参见图12，其示出了图7的分配单元6的另一个实施例的示意性顶视图。为了避 免不必要的重复，仅说明相对图8A、8B实施例的区别，除此之外，参照关于图8A、8B的说明。相应地，平的分配单元6设置有例如两个插口位置23 (插座)，这些插口位置23的 每一个均适于接收处理单元3。每个插口位置23设置有分配通道13的多个排出端口 24， 这些排出端口 24具体实施为(例如凹形)插入端口。分配单元6的分配通道13在不同于 彼此的第一和第二水平(竖直高度)内延伸并且可从第一水平改变到第二水平，反之亦然。更具体而言，如图12所示，分配通道13可从上面的第一水平(较粗的线)改变到 下面的第二水平(较细的线)或者从下面的第二水平改变到上面的第一水平，并且也可岔 开到相邻的分配通道13。每个排出端口 24流体连接到位于下面第二水平的分配通道13。 处理单元3例如可具体实施为“槽卡”，以被插入排出端口 24中。这种实施例有利地允许分 配通道13的高度密集布置以及允许排出端口 24之间比较大的相互间距离，这种比较大的 相互间距离对于密封等是必要的。参见图13，其示出了本发明系统1的微流体处理单元3的第一示例性构造的功能 性实体的示意图，用于分析液体样品。相应地，包含在样品器皿102中的用于液体样品处理的处理单元3包括各种功能 性实体，其中包括称为“样品吸入器103”的功能性实体，样品吸入器103可连接到样品器 皿102，这允许样品器皿102中所含的液体样品被吸入处理单元3。功能性实体样品吸入 器103连接到另一个称为“样品寄存器/稀释器105”的功能性实体，样品寄存器/稀释器 105用于利用稀释流体稀释样品并且寄存该样品。功能性实体样品寄存器/稀释器105连 接到另一个称为“样品和试剂RV2/3配量器104”的功能性实体，样品和试剂RV2/3配量 器104用于对样品以及第一到第三组试剂Rl、R2和R3的一种或多种试剂进行配量(或称 定量给料)。功能性实体样品和试剂R1/2/3配量器104连接到另一个称为“混合与培养器 107”的功能性实体，混合与培养器107用于将样品与试剂混合并且培养所获得的样品/试 剂混合物以便进行反应。另一个称为“分析单元108”的功能性实体包括用于检测所获得样 品/试剂混合物的反应产物的检测器，并且用于基于检测到的反应产物对样品进行分析。
参见图14，其示出了本发明系统1的微流体处理单元3的第一示例性构造的功能 性布局的示意图。为了避免不必要的重复，仅说明相对图13的第一示例性构造的区别，除 此之外，参照关于图13的说明。相应地，在处理单元3中，功能性实体混合与培养器107连接到另一个称为“样品 和试剂Rl配量器106”的功能性实体以及另一个称为“试剂R2/3配量器109”的功能性实 体，样品和试剂Rl配量器106用于对样品以及第一组试剂Rl的试剂进行配量，试剂R2/3 配量器109用于对第二和第三组试剂R2/3的试剂进行配量，第二和第三组试剂R2/3不同 于如功能性实体样品和试剂Rl配量器106所预定的第一组试剂Rl。包括了检测器的分析 单元108用于检测所获得样品/试剂混合物的反应结果，以便基于检测到的反应结果对样 品进行分析。特别参见图15，说明了图14的处理单元3的第二构造的示例性实施例。相应地，微流体处理单元3包括多个通道和室，流体可穿过这些通道和室传输以 便对流体样品进行分析。通道和室的截面尺寸通常在微米尺度的量级上，并且例如可小至 1 μ m到500 μ m。处理单元3包含了例如为空气的气态系统流体，或者替代性地包含气态和 液态系统流体的组合，从而可通过在这些通道和室内产生负或正的(大气)压来传送样品 和试剂以及其他感兴趣的流体穿过这些通道和室。更具体而言，微流体处理单元3包括第一主通道110和第二主通道111。每个主通 道110、111的一端设置有孔口 113以使外界空气进入处理单元3。第二主通道111的另一 端流体连接到第一主通道110。第一主通道110的另一端连接到主泵112。通过使用主泵 112，可在第一主通道110和第二主通道111内均产生正或负的(大气)压。在微流体处理单元3中，液体样品可穿过样品通道114被传送到第一主通道110， 样品通道114可连接到容纳液体样品S的样品器皿102。样品通道114的一端流体连接到 第一主通道110而其另一端流体连接到样品引入件146，样品引入件146可用于从样品器皿 102吸入样品。样品通道114配备有第一冻融阀115，从而使得样品能够从样品通道114流 到第一主通道110或者阻挡样品如此流动。第一冻融阀115定位成邻近样品通道114的通 向第一主通道110处的开口。微流体处理单元3进一步包括多个第一试剂通道118，用于将第一组试剂Rl供应 到第一主通道110。每个第一试剂通道118均连接到第一试剂器皿(未示出)，第一试剂器 皿容纳用于与液体样品反应的第一组试剂Rl中的试剂。第一试剂器皿中所含的第一组试 剂Rl可包括专用于预定的第一试验的一种或彼此不同的多种试剂，该预定的第一试验适 于分析样品S中的一种或多种分析物。每个第一试剂通道118均通向第一主通道110并且 配备有第二冻融阀119，从而可使得试剂能够从第一试剂通道118流向第一主通道110或者 阻挡试剂如此流动。第二冻融阀119定位成邻近第一试剂通道118通向第一主通道110处 的开口。微流体处理单元3进一步包括多个反应室120，用于进行液体样品和试剂的反应。 反应室120例如可具体实施为流通式试管。每个反应室120均通过第一反应室端口 121和 第二反应室端口 122互连在第一主通道110和第二主通道111之间，第一反应室端口 121 将反应室120连接到第一主通道110，第二反应室端口 122将反应室120连接到第二主通道 111。端口 121、122中的每一个均配备有第三冻融阀123，从而分别使得流体能够在反应室120以及第一和第二主通道110、111之间流动或者阻挡流体如此流动。每个反应室120进 一步配备有多个凸轮状(反应室)突起139，突起139减小了反应室120的内直径。当执行 主泵112产生的正压或负压所引起的往复流体运动时，突起139适于在反应室120内混合 流体。在处理单元3中，可使用多个(例如四十个)反应室120，这些反应室相对于彼此 平行布置。反应室120具体实施为培养室，用于培养其内容纳的样品/试剂混合物，因而适 于在一个或多个时间间隔期间将样品/试剂混合物保持于一个或多个预定温度，以便使得 样品与一种或多种试剂之间能够发生反应。如从图15可看到的，第一主通道110配备有位于孔口 113和主泵112之间的第四 冻融阀124。第四冻融阀124将第一主通道110分隔为其孔口侧部分125和泵侧部分126。 每个第一试剂通道118均与第一主通道110的孔口侧部分125连通。样品通道114与第一 主通道110的泵侧部分126连通，其中，样品通道114通向第一主通道110处的开口定位成 邻近第一主通道110的第四冻融阀124，样品通道114的第一冻融阀115定位成邻近第四冻 融阀124。而且，第一反应室端口 121与第一主通道110的泵侧部分126连通。处理单元进一步包括多个第二试剂通道127，用于将第二和第三组试剂R2/R3中 的试剂供应到第二主通道111。第二试剂通道127连接到第二和第三试剂器皿(未示出)。 第二和第三试剂器皿容纳用于与液体样品反应的第二和第三组试剂R2/R3中的试剂，第二 和第三组试剂R2/R3不同于第一试剂器皿中所含的第一组试剂Rl。第二和第三试剂器皿中 所含的第二和第三组试剂R2、R3可包括专用于预定的第一试验或预定的第二试验的一种 或彼此不同的多种试剂，该预定的第一试验或第二试验适于分析样品S中的一种或多种分 析物。每个第二试剂通道127均与第二主通道111连通并且配备有第五冻融阀128，从而 使得试剂能够从第二试剂通道127流向第二主通道111或者阻挡试剂如此流动。第二试剂
通道127的每个第五冻融阀128定位成邻近第二试剂通道127通向第二主通道111处的开□。第二主通道111配备有数量上与反应室120 —致的并且与每个反应室120关联的 多个第六冻融阀129。这些第六冻融阀129布置在所关联的反应室120的第二反应室端口 122通向第二主通道111处的开口和主泵112之间。这些第六冻融阀129中的每一个均定 位成邻近第二反应室端口 122的开口。除此之外，第二反应室端口 122的第三冻融阀123 中的每一个均定位成邻近第二主通道111的第六冻融阀129。处理单元3进一步包括辅助泵130，辅助泵130连接到样品通道114用于在其内产 生负压或正压。样品通道114通过第一和第二混合室端口 134、133连接到多个混合室131。 在处理单元3中，可设想相对于彼此平行布置的多个(例如五个)混合室131。混合室131 将样品通道114分隔为其第一样本通道部分116和第二样品通道部分117。混合室131的 第一混合室端口 134与第一样品通道部分116连通，而第二混合室端口 133与第二样品通 道部分117连通。混合室端口 133、134配备有第七冻融阀135，从而使得样品能够在每个混 合室131和样品通道114之间流动或者阻挡样品如此流动。此外，每个混合室131均配备 有朝向彼此突出的多个凸轮状(混合室)突起132，以减小混合室131的内直径。当执行辅 助泵130产生的正压或负压所引起的往复流体运动时，突起132适于在混合室131内混合流体。处理单元3进一步包括用于供应稀释流体的稀释流体通道136，以便稀释液体样 品。稀释流体通道136连接到稀释流体器皿(未示出)，稀释流体器皿容纳诸如水的流体以 便稀释样品。稀释流体通道136与样品通道114连通并且配备有第八冻融阀137，第八冻融 阀137定位成邻近稀释流体通道136通向样品通道114处的开口。此外，样品通道114配 备有第九冻融阀138，第九冻融阀138位于稀释流体通道136通向样品通道114处的开口以 及样品器皿102之间。样品通道114的第九冻融阀138定位成邻近稀释流体通道136的第 八冻融阀137。因此，通过使用辅助泵130，样品可被吸入样品通道114并且利用稀释流体 被稀释，而不影响第一和第二主通道110、111以及反应室120中的流体操作。在处理单元3中，第一和第二主通道110、111进一步配备有邻近孔口 113的第十 冻融阀141，从而第一和第二主通道110、111的孔口侧端部可被关闭。处理单元3进一步包括主清洗单元143，主清洗单元143通过第一清洗单元阀142 连接到第一和第二主通道110、111，第一清洗单元阀142例如可具体实施为双向阀。主清洗 单元143可用于向第一和第二主通道110、111供应清洗流体，从而清洗主通道110、111和 反应室120。第一清洗单元阀142可用于将主清洗单元143连接到主通道110、111或者从 主通道IlOUll断开。处理单元3进一步包括辅助清洗单元145，辅助清洗单元145通过第二清洗单元 阀144连接到样品通道114，第二清洗单元阀144例如可具体实施为双向阀。辅助清洗单元 145可用于向样品通道114供应清洗流体，从而清洗样品通道114和混合室131。第二清洗 单元阀144可用于将辅助清洗单元145连接到样品通道114或者从样品通道114断开。分析单元2包括一个检测器140，用于检测反应室120中所含样品/试剂混合物的 反应产物。因此，检测器140用于检测所有反应室120中的反应产物。检测器140例如可 具体实施为适于接收光学信号的扫描光学检测器，该光学信号例如为反应室120中所含样 品/试剂混合物发出的荧光信号。在本发明的处理单元3中，每个冻融阀均一直通过与通道接触的冷接触件(“指形 冷冻器”)而被冷却，例如被冷却到具有-30°C的温度，以使到达冻融阀的水状流体被快速冰 冻并产生冰栓，阻挡住冻融阀位置处的流体流动。冷接触件例如可通过热电装置而被冷却， 热电装置例如为利用珀耳帖效应的珀耳帖元件。如本领域技术人员已知的，当珀耳帖元件 中通过电流并且取决于所施加电流的方向，珀耳帖元件用作吸收热量的热沉，由此冷却该 接触件。除此之外，冻融阀的冰栓可通过使用加热装置局部引入热能而融化，例如通过指向 冻融阀的激光束或者通过利用电阻产生欧姆热。虽然图15中未示出，但分析元件2进一步包括控制单元，控制单元例如可具体实 施为可编程逻辑控制器，该可编程逻辑控制器运行设置有指令的计算机可读程序以根据样 品的自动分析来执行操作。控制单元连接到需要控制和/或提供信息的部件。更具体而言， 控制单元从处理单元3的不同部件接收信息并且产生并传送对应的控制信号。因此，控制 单元电连接到主和辅助泵12、30，主和辅助清洗单元143、145，第一和第二清洗单元阀142、 144以及每个冻融阀，以便冷却这些冻融阀并且致动加热装置以打开冻融阀。特别地，控制 单元被设置成控制样品引入件以及样品到反应室120的传送。控制单元被进一步设置成控 制试剂引入件以及试剂到反应室120的传送。控制单元被进一步设置成控制样品与一种或多种试剂的反应以获得反应产物。而且，控制单元被进一步设置成控制基于通过检测器140 获得的反应产物对样品的分析。在上面的处理单元3中，在具有相邻的冻融阀的情况下，这些冻融阀被定位成精 确地位于连通的流体通道的交叉点(即角部)。因此，流体可在一个流体通道内被提供而没 有其间的间隙，从而例如样品和试剂可附于彼此。然而，相邻的冻融阀仅仅是优选的选择。 替代性地，连通的流体通道的冻融阀也可从流体通道的交叉点分开。在后一种情况下，一个 流体通道内提供的流体中间可存在气态或液态系统流体填充的间隙。特别参见图16A到图16G，说明了一种使用图15的结构布局分析液体样品的示例 性方法。在图16A到图16G中，为了简化图形，仅绘出了样品通道114的第一主通道110侧 端部。然而，应当理解的是，样品通道114包括图15中所示的所有部件。在第一步骤(“样品吸入”)中，通过主泵112在预定时间间隔内产生负压，将期望 体积的样品S从样品器皿102吸入样品通道114。样品通道114的第一冻融阀115用于在 样品通道114的死端(dead end)挡住样品S。样品S被暂时保持(即寄存)在那里，以便 后续使用。由于第一冻融阀115位于样品通道114的死端位置，从而在样品被吸入第一主 通道110的情况下可避免形成气泡(图16A)。在第二步骤(“试剂Rl的配量”)中，将一预定体积的选自第一组试剂Rl的一种 试剂吸入第一主通道110。为此目的，打开第一试剂通道118中的选定一个(例如标识出的 最左外侧那个)的第二冻融阀119，该第一试剂通道118中的选定一个容纳了将要与样品 S进行的对应试验的第一组试剂Rl中的试剂。然后，通过使主泵112作用在第一试剂通道 118上而同时使第二冻融阀119打开，以在第一主通道110中产生负压，由此将试剂吸入第 一主通道110中。因此，利用主泵112实施了对试剂的基于气态系统流体(或基于气态和 液态系统流体)的泵送。在为了配量期望体积的试剂所必要的预定时间段之后，通过充分 冷却第二冻融阀119以产生冰栓来关闭第二冻融阀119，从而在第一主通道110中提供一预 定体积的试剂。因此，打开或关闭第二冻融阀119允许对试剂进行精确地配量。在第一主 通道110中，第四冻融阀124用于挡住试剂而在样品端口的紧前面没有气泡，也就是说，在 样品通道114的开口的紧前面。因此，第四冻融阀124允许将试剂精确地保持在预定位置 (图 16B)。在第三步骤(“样品的配量”)中，将一预定体积的样品S吸入第一主通道110中。 为此目的，打开样品通道114的第一冻融阀115，并且通过使主泵112作用在样品通道114 上而同时使第一冻融阀115打开，以在第一主通道110中产生负压，由此将样品S吸入第一 主通道110中。因此，利用主泵112实施了对样品S的基于气态系统流体(或基于气态和 液态系统流体)的泵送。在为了配量期望体积的样品S所必要的预定时间段之后，通过充 分冷却第一冻融阀115以产生冰栓来关闭第一冻融阀115，从而在第一主通道110中提供一 预定体积的样品S。样品S被置于第一主通道110的第四冻融阀124的试剂冰栓的紧前面， 而在样品S和冻融阀124之间没有空气泡。因此，试剂和样品S均可置于第一主通道110 中，由第四冻融阀124分开而在其间没有空气泡(图16C)。在第四步骤(“移动及混合”)中，样品S和试剂均被吸入反应室120中的一个(例 如最左外侧那个)。为此目的，打开第一主通道Iio的第四冻融阀124并且通过主泵112在 第一主通道110中产生负压而同时保持反应室120的第三冻融阀123打开，从而样品S和试剂可被吸入反应室120中。然后，将反应混合物移到反应室120的中心，随后通过充分冷 却反应室端口 121、122的第三冻融阀123来关闭第三冻融阀123，以产生冰栓。然后，利用 突起139通过主泵112在反应室120内进行混合(图16D)。虽然附图中未示出，但在提供了连接到第二主通道111的另一个(第二)泵的情 况下，也可在两个泵的作用下进行流体的混合。替代性地或另外地，也可通过主泵112产生 负压和正压而在第一主通道110的泵侧端口 126中混合试剂和样品S。在第五步骤(“试剂R2/3的配量”)中，将不同于第一组试剂Rl的第二和第三组 试剂R2/R3中一预定体积的试剂吸入第二主通道111。为此目的，将所获得的反应混合物移 到反应室120的第二主通道111侧端。然后，打开第二试剂通道127中的一个(例如最左 外侧那个)的第五冻融阀128，该第二试剂通道128中的一个容纳了将要与样品S进行的 对应试验的试剂。然后，通过使主泵112作用在选定的第二试剂通道127上而使第五冻融 阀128打开，以在第二主通道111中产生负压，由此将试剂R2吸入第二主通道111中。在 为了配量期望体积的试剂所必要的预定时间段之后，通过充分冷却第五冻融阀128以产生 冰栓来关闭第五冻融阀128，从而在第二主通道111中提供一预定体积的试剂。在第二主通 道111中，第六冻融阀129用于挡住试剂而在第二反应室端口 122的前面没有气泡。对于 第一和第二组试剂R2、R3中的另一种试剂，这个过程可类似地重复(图16E)。在第六步骤(“试剂R2/3添加及混合”)中，将试剂吸入对应的反应室120中。为 此目的，打开第二反应室端口 122的第三冻融阀123。然后，通过主泵112产生负压，从而 可将试剂吸入反应室120中。将反应混合物移到反应室120的中心，随后关闭反应室端口 121,122的第三冻融阀123。然后，利用突起139通过主泵112在反应室120内进行混合 (图 16F)。虽然附图中未示出，但在提供了连接到第二主通道111的另一个(第二)泵的情 况下，也可在两个泵的作用下进行流体的混合。在第七步骤(“清洗及扫描”)中，通过使用清洗单元143，将反应室120的一个中 的内含物抽出，随后利用清洗流体通过专用的清洁程序清洁反应室。类似地，可通过清洗流 体清洗所有的通道。在清洗程序中，例如可实施如下方式在顺序地使用清洁流体、水以及 用于干燥的压力的情况下，进行压力驱动的膜清洁。此外，在该步骤中，分析单元的检测器140连续地扫描反应室120，以便在考虑到 基于所获得的反应结果对样品S进行分析的情况下检测反应产物(图16G)。可利用辅助泵130通过稀释流体通道136供应稀释流体，从而稀释样品S。更具体 而言，虽然在上述方法中没有详述，但也可利用辅助泵130产生样品S的往复运动而利用突 起132使样品S在混合室131中与稀释流体混合。因此，将样品S在样品通道114中的操 作性步骤分别从主通道110、111及反应室120中的操作性步骤分开。在上述分析液体样品的示例性方法中，将样品S和第一组试剂Rl中的试剂共同吸 入一个反应室120，随后添加第二和第三组试剂R2/R3中的另一种试剂。由于冻融阀是相邻 的，样品和第一组试剂Rl的试剂之间没有间隙。替代性地，样品和第一组试剂Rl的试剂之 间也可存在间隙。替代性地，样品和(一种或多种)试剂也可被独立地(分离地)传送到 反应室120中。因此，在第一种选择中，首先将样品S传送到反应室120，随后将第一组试剂 Rl的试剂传送到反应室120，任选地随后将第二组试剂R2的试剂并且任选地随后将第三组试剂R3的试剂传送到反应室120。在第二种选择中，将第一组试剂Rl的第一试剂传送到反 应室120，随后将样品S传送到反应室120，任选地随后将第二组试剂R2的试剂并且任选地 随后将第三组试剂R3的试剂传送到反应室120。在第三种选择中，将第一组试剂Rl的第一 试剂传送到反应室120，任选地随后将第二组试剂R2的试剂并且任选地随后将第三组试剂 R3的试剂传送到反应室120，并且随后将样品S传送到反应室120。处理单元3的平的/线性的布置使得其制造能够容易且划算地进行。由于样品的 并行处理，使得能够得到比较高的吞吐量。此外，由于第一和第二试剂通道，可避免遗留不 同的试剂。可仅通过使用两个分离的泵而实现试剂准备和样品分析的分开。参见图17，其为示意图，说明了本发明的处理单元3的第三示例性构造的功能性 布局。相应地，用于液体样品处理的处理单元3提供功能性分段，以便分开工作流程步 骤并且实现吞吐量的增长。任何流体(样品或样品/试剂混合物)均被从一个节段传送到 下一个节段。功能性节段相对于彼此串联地布置，其中，每个节段均具有其自身的精确配量泵。更具体而言，处理单元3包括称为“样品吸入器203”的功能性实体，样品吸入器 203可连接到样品器皿202，这允许样品器皿202中所含的液体样品被吸入处理单元3。功 能性实体样品吸入器203连接到另一个称为“样品寄存器/预稀释器204”的功能性实体， 样品寄存器/预稀释器204用于利用稀释流体稀释样品并且寄存该样品。功能性实体样品 寄存器/预稀释器204连接到另一个称为“样品和试剂Rl配量器205”的功能性实体，样品 和试剂Rl配量器205用于对样品以及第一组试剂Rl的试剂进行配量。功能性实体样品和 试剂Rl配量器205连接到另一个称为“混合与培养器206”的功能性实体，以便将样品与第 一组试剂Rl的试剂混合并且培养所获得的样品/试剂混合物，从而进行反应。功能性实体 混合与培养器206连接到另一个称为“反应混合物及试剂R2/3配量器207”的功能性实体， 以便对反应混合物以及对第二和第三组试剂R2、R3的试剂进行配量。功能性实体反应混合 物及试剂R2/3配量器207连接到另一个称为“混合与培养器206”的功能性实体，混合与培 养器206用于将样品和第一组试剂Rl的试剂的混合物与第二和第三组试剂R2/R3的试剂 混合并且培养所获得的样品/试剂混合物，以便进行反应。另一个称为“分析单元208”的 功能性实体包括用于检测所获得样品/试剂混合物的反应产物的检测器，并且用于基于检 测到的反应产物对样品进行分析。在处理单元3中，第一节段209包括实体样品和试剂Rl配量器205以及实体混合 与培养器206，第二节段210包括实体反应混合物及试剂R2/3配量器207以及实体混合与 培养器206，并且第三节段211包括实体样品吸入器203以及实体样品寄存器/预稀释器 204。特别参见图18，说明了图17的处理单元3的第三示例性构造的示例性实施例，该 处理单元包括三个节段209-211。第一节段209包括第一主通道212和第二主通道213。第二主通道213通过互连 通道230连接到第一主通道212。第一主通道212设置有孔口 226并且连接到泵214。通 过使用泵214，可分别在第一和第二主通道212、213中产生正或负(大气)压。液体样品可通过样品通道215被传送到第一主通道212，样品通道215连接到第一节段209并且通向第一试剂配量室217。样品通道215配备有第一冻融阀216，从而使得样 品能够从样品通道215流到第一试剂配量室217或者阻挡样品如此流动。样品通道215的 第一冻融阀216定位成邻近样品通道215通向第一试剂配量室217的开口。第一节段209进一步包括多个第一试剂通道218，用于将第一组试剂Rl的试剂供 应到第一试剂配量室217。每个第一试剂通道218均连接到第一试剂器皿(未示出)，第一 试剂器皿容纳了用于与液体样品反应的第一组试剂Rl的试剂。第一试剂器皿中所含的第 一组试剂Rl的试剂可包括一种或多种试剂，这些试剂可相对于彼此不同并且可涉及专用 于确定样品中的一种或多种分析物的第一试验。每个第一试剂通道218通向第一试剂配量 室217并且配备有第二冻融阀219，从而可使得试剂能够从第一试剂通道218流到第一试剂 配量室217或者阻挡样品如此流动。第二冻融阀219定位成邻近第一试剂通道218通向第 一试剂配量室217处的开口。第一节段209进一步包括多个反应室220，用于进行液体样品与一种或多种试剂 的反应，这些反应室220例如可具体实施为流通式试管。每个反应室220通过第一反应室 端口 221和第二反应室端口 222互连在第一主通道212和第二主通道213之间，第一反应 室端口 221将反应室220连接到第一主通道212，第二反应室端口 222将反应室220连接到 第二主通道213。反应室端口 221、222中的每一个均配备有第三冻融阀223，从而分别使得 流体能够在反应室220以及第一和第二主通道212、213之间流动或者阻挡流体如此流动。 每个反应室220进一步配备有多个凸轮状突起224，突起224减小了反应室220的内直径并 且适于当执行泵214产生的正压或负压所引起的往复流体运动时对流体进行混合。第一主通道212进一步配备有第四冻融阀225，第四冻融阀225将第一主通道212 分隔为孔口侧部分227和泵侧部分228。第一试剂通道218和样品通道215均与第一主通 道212的孔口侧部分227上的第一试剂配量室217连通。第一节段209的第二主通道213通过样品通道215连接到第二节段210的第二试 剂配量室234。在第二主通道213和互连通道230之间的交叉处，这些通道中的每一个均配 备有第五冻融阀229。处理单元进一步包括清洗单元231，清洗单元231通过第一清洗单元阀232连接到 第一和第二主通道212、213。清洗单元231可用于向第一和第二主通道212、213供应清洗 流体，从而清洗主通道212、213和反应室220。第一清洗单元阀232可用于将主清洗单元 231连接到主通道212、213或者从主通道212、213断开。在第一节段209中，第一主通道212配备有邻近孔口 226的第六冻融阀234，从而 可关闭第一主通道212的孔口侧端部。第二节段210具有与第一节段209在很大程度上相似的构造。为了避免不必要的 重复，仅说明相对第一节段209的区别，除此之外，参照关于第一节段209的说明。相应地， 第二节段210设置有多个第二试剂通道233，用于将第二和第三组试剂R2/R3的试剂供应到 第二试剂配量室234。每个第二试剂通道233均连接到第二试剂器皿(未示出)，第二试剂 器皿容纳了用于与液体样品反应的第二组试剂R2的试剂以及第三组试剂R3的试剂。每个 第二试剂通道233通向第二试剂配量室234并且配备有第二冻融阀219，从而可使得试剂 能够从第二试剂通道233流到第二试剂配量室234或者阻挡样品如此流动。第二试剂通道 233的第二冻融阀219定位成邻近第二试剂通道233通向第二试剂配量室234处的开口。
第一节段209的第二主通道213连接到第二节段210的样品通道215。因此，第一 节段209的反应室220的每个第二反应室端口 222均连接到第二节段210的样品通道215， 从而样品和/或样品/试剂混合物可从第一节段209的反应室220被传送到第二节段210 的反应室220。第二节段210包括分离的泵214。处理单元3还进一步包括检测器236，检测器236是分析单元(未示出)的一部 分，用于检测反应室220中所含样品/试剂混合物的反应产物。因此，一个检测器236用于 分别检测第一和第二节段209、210的反应室220中的反应产物。第三节段211包括多个混合及寄存室237，这些混合及寄存室237通过第一和第二 混合室端口 241、242分别互连在第一样品通道部分238和第二样品通道部分239之间。在 每个混合及寄存室237中，第一混合室端口 241将混合及寄存室237连接到第一样品通道 部分238，并且第二混合室端口 242将混合及寄存室237连接到第二样品通道部分239。每 个混合室端口 241、242均设置有第七冻融阀243。多个相对于彼此并行地布置。每个混合 及寄存室237均设置有突起252，突起252减小了混合及寄存室237的内直径并且当执行第 三节段211的泵214产生的正压或负压所引起的往复流体运动时适于对流体进行混合。除 此之外，混合及寄存室237可用作流体寄存。第一样品通道部分238和第二样品通道部分239通过互连通道240连接，互连通 道240配备有第八冻融阀244，第八冻融阀244邻近第二样品通道部分239和互连通道240 之间的交叉点。第一样品通道部分238通向孔口 248。在孔口 248和泵214之间，第一样品通道部 分238连接到样品配量室247，样品配量室247通过样品引入件250连接到样品器皿202。 样品引入件250配备有第十二冻融阀251，第十二冻融阀251位于样品引入件250通向样品 配量室247的开口处。第三节段211的第二样品通道部分239连接到第一节段209的样品 通道215，从而混合及寄存室237的第二混合室端口 242连接到第一节段209的样品通道 215。第二样品通道部分239设置有第九冻融阀245，第九冻融阀245定位成邻近第二样品 通道部分239通向第一节段209的样品通道215处的开口。 样品配量室247连接到稀释流体通道(未示出)，用于供应稀释流体以便对样品配 量室247中所含的液体进行稀释。 下面，对使用处理单元3的示例性方法进行描述。相应地，通过使用第三节段211 的泵214，将样品S通过样品引入件250吸入样品配量室247中。然后，将样品传送到一个 混合及寄存室237。通过执行泵214产生的往复运动，在混合及寄存室237中将样品与稀 释流体混合之后，然后经由第二样品通道部分239将样品传送到第一节段209的样品通道 215。然后，通过使用第一节段209的泵214，将样品吸入第一节段209的第一试剂配量室 217中。而后，通过一个第一试剂通道218将第一组试剂Rl的试剂传送到第一试剂配量室 217。然后，经由第一主通道212将所获得的样品/试剂混合物传送到一个反应室224中。 样品/试剂混合物在执行由泵214引起的往复运动的反应室224中被混合。然后，经由第 二主通道213将样品/试剂混合物传送到第二节段210的样品通道215。然后，通过使用第 二节段210的泵214，将样品/试剂混合物吸入第二试剂配量室234中。而后，通过一个第 二试剂通道233任选地将第二组试剂R2的试剂以及任选地将第三组试剂R3的试剂传送到 第二试剂配量室234，第二组试剂R2和第三组试剂R3均不同于第一组试剂Rl。然后，经由第一主通道212将所获得的样品/试剂混合物传送到一个反应室224中。然后，样品/试 剂混合物在执行由第二节段210的泵214引起的往复运动的反应室224中被混合。然后， 利用检测器236确定混合物的反应产物。基于检测到的反应产物，利用分析单元(未示出) 对样品进行分析。 本发明的系统例如具有下述优点与基于移液机器人的常规分析仪相比，减少 了运动部件的数量，这提高了可靠性并且降低了成本。由于可避免开放的空气/液体界 面，从而使得样品和试剂配量的精确度得到了提高。系统可并行地使用很大数量的机载 (on-board)试剂来工作，由于试剂容器的密封关闭，系统稳定性(保存期)显著提高。由于 分配单元高度集成，可使系统小巧紧凑。通过提供多个处理单元，系统可易于扩展，以便实 现所需的样品吞吐量。在使用涉及预定类型分析方法的多个处理单元的情况下，由于冗余 性，系统的可靠性得到了提高。本发明的系统对于样品/试剂体积以及反应工作流程(时 间、顺序)没有限制。多种试剂可并行地连接，从而使得能够使用不同类型的分析方法确定 很大数量的分析参数。而且，共享的系统部件帮助节省了系统制造成本。
权利要求
1.一种用于液体样品自动分析的系统(1)，包括一个或多个处理单元(3)，用于进行所述样品和一种或多种试剂之间的反应，由此获得 反应产物；样品单元(7)，用于将所述样品供应到所述一个或多个处理单元(3)；试剂单元(5)，配备有容纳一种或多种试剂的多个试剂器皿(8)，用于与所述样品混合；分配单元(6)，用于分配包括所述一种或多种试剂的流体并且设置有多个分配管路 (13)，所述多个分配管路(13)中的至少一些连接到所述试剂器皿(8)和所述一个或多个处 理单元⑶；至少一个分析单元(2)，用于基于所述反应产物来分析所述样品，所述分析单元(2)包 括用于检测所述反应产物的至少一个检测器(4，19)。
2.如权利要求1所述的系统(1)，其特征在于，所述分配单元(6)具体实施为固体基 片，所述固体基片设置有连接到所述试剂器皿(8)和所述一个或多个处理单元(3)的多个 分配通道(13)。
3.如权利要求2所述的系统(1)，其特征在于，所述分配单元(6)是模块化单元。
4.如权利要求2或3所述的系统(1)，进一步包括第一试剂供应管路(18)，所述第一试 剂供应管路(18)连接所述一个或多个处理单元(3)和所述分配通道(13)。
5.如权利要求4所述的系统(1)，其特征在于，所述第一试剂供应管路(18)和所述分 配通道(13)被布置在相对于彼此不同的两个水平。
6.如权利要求2或3所述的系统(1)，其特征在于，所述分配单元(6)设置有多个连接 端口(24)，用于连接一个或多个处理单元(3)和所述分配通道(13)。
7.如权利要求6所述的系统(1)，其特征在于，所述连接端口(24)具体实施为适于接 收所述处理单元(3)的插口端口。
8.如权利要求7所述的系统(1)，其特征在于，多个处理单元(3)例如以线性或环形构 造相对于彼此串联地布置。
9.如前述权利要求3至8所述的系统(1)，其特征在于，所述分配单元(6)设置有多个 模块化子单元(26)，每个模块化子单元(26)均设置有多个连接端口(24)，所述多个连接端 口(24)具体实施为适于接收所述处理单元(3)中的一个或多个的插口端口。
10.如前述权利要求2至9中任一项所述的系统(1)，进一步包括第二试剂供应管路 (17)，所述第二试剂供应管路(17)连接所述试剂器皿(8)和所述分配通道(13)。
11.如前述权利要求2至10中任一项所述的系统(1)，其特征在于，每个所述处理单元 (3)均配备有例如为冻融阀的一个或多个开/关阀，用于打开/关闭所述分配通道(13)。
12.如前述权利要求1至11中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述处理单元(3) 由多个子集组成，每个子集均包括至少一个处理单元(3)，其中，每个子集均连接到分配通 道(13)的一独立子集。
13.如前述权利要求1至11中任一项所述的系统(1)，其特征在于，每个所述分配通道 (13)连接到每个所述处理单元(3)。
14.如前述权利要求1至13中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述试剂器皿(8) 由多个试剂器皿子集组成，每个子集均包括一个或多个试剂器皿，其中，每个子集均连接到处理单元(3)的一独立子集。
15.如前述权利要求1至13中任一项所述的系统(1)，其特征在于，每个所述试剂器皿 连接到每个所述处理单元(3)。
全文摘要
本发明涉及用于液体样品分析的系统。具体地，提供了一种用于液体样品自动分析的系统(1)，包括一个或多个处理单元(3)，用于进行样品和一种或多种试剂之间的反应，由此获得反应产物；样品单元(7)，用于将样品供应到一个或多个处理单元(3)；试剂单元(5)，配备有容纳一种或多种试剂的多个试剂器皿(8)，用于与样品混合；分配单元(6)，用于分配包括一种或多种试剂的流体并且设置有多个分配管路(13)，多个分配管路(13)中的至少一些连接到试剂器皿(8)和一个或多个处理单元(3)；至少一个分析单元(2)，用于基于反应产物来分析样品，分析单元(2)包括用于检测反应产物的至少一个检测器(4，19)。
文档编号G01N35/00GK101995477SQ201010249308
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月6日 优先权日2009年8月7日
发明者E·乌斯特布罗克, H-M·海因, M·格劳泽尔, M·海因利希, O·古特曼, R·D·耶吉 申请人:霍夫曼-拉罗奇有限公司