專利名稱：探測血液凝固的器件與方法
技術領域：
本發明涉及測定生物流體樣本凝固的方法及器件和系統。
特別地，但并非專用地，本發明涉及血清、血漿或全血中的凝血酶原時間的測定。

發明內容
根據本發明的第一方面，提供了通過與凝固試劑相互作用測定生物流體樣本凝固狀態的方法，該方法包括以下步驟，其中(a)-(c)可以任意順序或同時進行(a)將生物流體樣本置于器件中，該器件具有包括可在磁場中運動的微粒的腔；(b)相繼施加第一和第二磁場，使所述微粒在腔內往復運動；(c)光學監控腔以測定所述微粒的往復運動發生的變化，以及；(d)將微粒運動的變化與流體樣本的凝固狀態相關聯。
在一實施方式中，凝固試劑在步驟(a)之前放入器件中。
根據本發明的第二實施方式，提供了與讀取器一起使用以測定生物流體樣本凝固的器件，該器件包括具有容納生物流體樣本的腔的結構，其中器件中提供有能與流體樣本相互作用的凝固試劑，腔中容納可在磁場中運動的大量微粒。
各微粒優選為具有長度大于5um的主軸線或長軸線。更優選各微粒的主軸線長度在5um和12um之間。而且更優選各微粒的主軸線長度大致為10um。
根據本發明的第三方面，提供了與讀取器一起使用以測定生物流體樣本凝固的器件，該器件包括具有容納生物流體樣本的至少一腔的結構，其中器件中提供有能與流體樣本相互作用的凝固試劑，至少一腔中容納可在磁場中運動的一個微粒。
微粒優選為具有長度介于300um和700um之間的主軸線。更優選微粒的主軸線長度在400um和600um之間。更優選微粒的主軸線長度大致為500um。
優選微粒厚度介于50um和100um之間。更優選微粒的厚度大致為70um。
微粒形狀優選為下組形狀之一，包括圓盤形、球形、環形、橢圓形以及扁球體形。
本發明實施方式的目的之一是提供一種器件，其中，腔中的至少一個微粒處于適當磁場中時以往復運動形式運動。
本發明的實施方式適合與讀取器一起使用以測定生物流體樣本的凝固狀態，其中讀取器不要求任何活動部件。在此讀取器中，可使用光學傳感器監控所述至少一個微粒的位置，當生物流體凝固時，該至少一微粒的運動幅度降低。
本發明的實施方式的另一方面是微粒尺寸相對于腔尺寸的比例。優選腔盡可能小以減少所需樣本流體的量。在本發明實施方式中，腔尺寸為長1.6mm，寬1mm，高125um。
在本發明的實施方式中，微粒在腔內往復運動的軸線為沿微粒長度方向和沿腔長度方向。在此實施方式中，微粒長度與腔長度的比例優選介于0.1和0.5之間。更優選該比例介于0.2和0.4之間。在此實施方式中，微粒寬度與腔寬度的比例優選介于0.1和0.75之間。另外，在此實施方式中，微粒高度與腔高度的比例優選介于0.2和0.5之間。
在本發明的實施方式中，微粒體積與腔容積的比例介于0.1和0.5之間。優選該比例為0.42。
根據本發明的實施方式，提供了與讀取器一起使用以測定生物流體樣本凝固的器件，該器件包括具有容納生物流體樣本的腔的結構，其中，器件中提供有能與流體樣本相互作用的凝固試劑，腔中容納可在磁場中運動的微粒。
根據本發明的實施方式，提供了與根據第二方面的器件一起使用以測定生物流體樣本凝固的讀取器，該讀取器包括布置用于相繼施加第一和第二磁場使所述微粒在腔內往復移動的磁性裝置；
與腔相聯以測定所述微粒往復運動變化的光學監控裝置。
根據本發明的另一方面，提供了測定生物流體樣本凝固的系統，包括磁驅動裝置和限定腔的結構，腔中容納能在磁場影響下運動的微粒，使用中磁驅動裝置與微粒共同作用使微粒在腔內來回運動，器件還包括至少一光探測裝置，其輸入端可選由所述微粒遮蔽。
根據另一方面，本發明提供了試片(test-strip)器件制造的方法。
根據另一方面，本發明提供了螺線管裝置。
根據另一方面，本發明提供了測量流體樣本凝固時間的方法。
本文所用術語凝固包括導致凝塊形成的基于時間的測量值，如凝血酶原時間、活化的部分凝血活酶時間、C蛋白活化時間和凝血酶時間。體現本發明的器件與方法也可被用于測量纖維蛋白形成和血小板聚集引起的粘度上的變化。
用于引起凝固的試劑的性質將取決于需要進行的試驗。此試劑可從諸如那些從蛇毒中獲得的酶，或凝血酶，或其他活性蛋白酶，諸如硅酸鹽或酚衍生物等表面活性物質，活化的血小板或諸如凝血酶、膠原蛋白、腎上腺素或腺苷二磷酸等血小板活化物質中選擇，或通過選擇添加諸如緩沖物質、氯化鈣和/或磷脂等支持凝固的物質選擇。
在一實施方式中，選擇了非永磁性的微粒，即具有最小的頑磁和矯頑力使其可在各螺線管的兩磁極片之間來回運動。
在一實施方式中，器件包括由側壁界定的外側上下表面，其中提供了流體通道。試片的實施方式包括引入流體樣本的樣本輸入端、可選一個或多個流體導管以及一個或多個流體腔。樣本輸入端、流體導管以及樣本腔為流體連接，使得注入到或流入樣本輸入端的樣本能沿流體導管流入流體腔。另一流體導管以及流體輸出端下游阻止流體樣本液流的裝置，如毛細管中斷，可連于流體輸出端。器件還配有通氣口，用來排放器件中可能容納的氣體，使器件充滿樣本流體。在一實施方式中，流體的體積使得流體通過毛細作用載入和/或流經器件。優選完全通過毛細管作用控制流體液流，因為流體液流不依賴于器件的方向或流體通道的方向，即，重力是可忽略的。但是可選擇地，流體可在毛細管以外的諸如電動泵、引力或引力與毛細作用結合等力的影響下流經器件。單個流體導管可連接樣本輸入端，樣本輸入端之后可分成二叉以供應兩個流體腔或分成三叉以供應三個流體腔，等等。可替換地，多于一個流體導管可連接樣本輸入端。
試驗要求使用凝固試劑以加速或延遲流體樣本的凝固，在腔中放入凝固試劑。可選擇地或另外，凝固試劑可放在器件內流體腔的上游的任何位置。可在同一器件中執行不同試驗，例如，通過在一試驗腔中提供適當凝固試劑并在第二試驗腔中提供另一試劑。
在一實施方式中，試片的流體裝置具有外殼，該外殼還可用來限定流體區自身。試片的材料可為任何合適的材料如玻璃或塑料材料(如聚碳酸酯)。在一實施方式中，所選擇的材料是可透光的材料。
在多于一個的實施方式中，讀取器具有外殼及磁驅動裝置，嚙合或容納器件的裝置，精測定位器件內器件的定位裝置，光源和光探測裝置，處理光探測裝置所接收的信號的處理裝置，電源或接收電源的裝置，為使用者提供指示、顯示諸如錯誤信息等信息及顯示由處理裝置處理結果的顯示裝置，以及用于存儲信息的存儲器裝置。讀取器可具有機載加熱裝置，其能在測量期間加熱流體樣本并保持溫度處于恒定值。讀取器上顯示的結果可用國際標準化比率或INR表示。一般器件是一次性的而讀取器是可重復使用的。但是，可選擇地，器件和讀取器可均為一次性元件。
凝固時間可限定為微粒停止運動所用時間或為讀取器已經停止運動或已減慢至認為已停止的程度所測定的時間。讀取器可測定微粒已停止運動的示例是通過微粒不再在腔內持續往復運動，而實際停留在一點，試圖在特定方向移動，但是受到凝固樣本的阻礙。作為測定凝固時間的備用方案，器件也可用于測定凝固過程期間微粒運動中的變化或速度變化。樣本已凝固時測定的時間在某種程度上將由諸如磁場強度，螺線管之間的轉換時間測定的微粒停留時間，以及測定微粒動量的微粒形狀、尺寸和重量等測定。如果微粒動量太大，甚至血液已凝固至相當程度，微粒仍可繼續運動。另一方面，如果微粒動量太小，幾股纖維蛋白或小凝塊就能停止微粒的運動。在這點上，磁場強度在測量期間不需保持不變，并可根據微粒速度和試驗時間等變化。
在多于一個的實施方式中，使用了單個可磁化的或易于受磁性影響的(magnetically susceptible)微粒，因為這可根據探測到微粒是否存在而在測定凝固開始上提供更絕對的截止點。根據其他實施方式，可使用多于一個微粒。但是據發現使用多個微粒可導致微粒軌跡出現，因為微粒在腔內的流體樣本中來回運動。在這些情況下發現凝固時間的測定不是絕對的。另外，適當尺寸的單個微粒有利于體混合，而使用許多小微粒不行。另外，據觀察使用微粒尺寸為2-12um的大量微粒容易因微粒在腔內來回運動將紅血球移到旁邊。
但是，使用單個微粒也有潛在缺點。微粒必須穿過流體樣本的相當部分來表現在發生的情況。在制造中，在腔中一致放置微粒以及能夠測量其存在與否是有利的。因此，在多于一個實施方式中，微粒被選擇為其絕對值項及微粒尺寸相對腔容積比例項均相當大。微粒尺寸的范圍可以絕對值項描述和/或以微粒數與腔容積比例、微粒尺寸與流體體積比例或微粒橫截面面積與微粒運動通過的流體腔有效橫截面面積比例描述。從微觀流體角度來看，微粒橫截面面積與流體比例小于等于約1/9時產生近似最優的流體液流。
在微粒為不均勻形狀處，微粒的橫截面面積由最大橫截面面積或微粒長度方向上任一點長寬比限定。
在一示例性實施方式中，使用的微粒近似薄餅狀，直徑為400-600um，厚度為70um。本實施方式的流體腔尺寸為高175um×寬1000um和長2000um，對應的體積為350nL，且表示微粒橫截面面積與微粒運動通過的橫截面面積比例約為1∶5。圖8示出了具有上述腔尺寸的器件。在此情況下，器件具有兩個腔，并且另一容積為300nL的流體導管，因而要求1uL的總容積。
在不同實施方式中，微粒尺寸、形狀和密度不同，所選微粒的尺寸將取決于諸如腔的容積和橫截面長寬比等各種因素以及如便于器件制造和質量控制目的以測定微粒是否真正存在等實際考慮。理想地，微粒的尺寸和/或形狀可使流體輸入或輸出不會阻止或影響微粒在腔內的運動。也可設想其他形狀，例如，其中微粒的外表面可彎曲使得微粒更有效地重新懸浮于流體樣本中。使用多于一個微粒時，單個微粒的尺寸和/或形狀可變，與僅使用一個微粒時微粒的尺寸可不同。
微粒的形狀和成分已顯示對結果有影響。一些形狀使微粒在流體中無規則運動。在上述示例性實施方式中，是通過擠壓各個球形成薄餅形而引入為粒的。
微粒可為通過沖壓、切割、激光加工、化學蝕刻或部分化學蝕刻后切割由金屬片制成的單個圓盤。鐵微粒中存在據認為減少頑磁的硅也影響了微粒的運動性能。
微粒可選為多孔或無孔。根據一實施方式，微粒可為多孔使得凝固試劑可在微粒自身內沉淀。可選擇的地凝固試劑覆蓋在微粒的表面上。這樣作的好處在于可避免獨立分配凝固試劑進入腔的需要。
腔可為任何適宜形狀，其容積一般從約100nL至10μL不等。器件要求的容量取決于腔的數量，對于具有兩個腔的器件，容量要求一般從約250nL至25μL不等。
限定一個或多個流體腔的試片(該腔或各個腔中)具有單個可磁化的或易受磁性影響的(magnetically susceptible)微粒。在使用中，微粒在磁場的影響下在腔內來回往復運動。磁場由磁驅動裝置提供，如包括兩個或兩個以上螺線管的螺線管系統。但是，作為選擇，磁驅動裝置可包括螺線管和永磁體。
在一實施方式中，試片具有下層、中層和上層的三層結構。中層用來限定流體腔以及其他流體連接的幾何結構，上層和下層分別用來限定流體腔的上下表面。在一實施方式中，各流體腔與將流體樣本引入流體腔的輸入通道和確保腔適當填充的通氣口(vent)成流體連接。
在多于一個的實施方式中，試驗器件中每個腔配有兩組光學器件，其位置使其可光學詢問各腔的不同位置，從而測定各位置磁性微粒是否存在。根據其他實施方式，提供了單組光學器件來光學詢問腔中某區域，例如腔的中部區。
腔的設計使輸入端和輸出端的位置沿直徑方向相對。微粒的最初位置可朝向腔的輸入側或輸出側以避免產生氣泡。
限定試片的流體幾何結構的中層可被完全或部分切開。通氣通道使用部分切開的通道，通道遠端為完全切開的較寬通道，從而提供了有效的毛細管中斷，并阻止了流體從試片中流出。
所述實施方式每個腔使用了兩組光學器件，以探測腔各端的微粒，其方向設計為可捕獲微粒的運動模式。據顯示這可提供準確可靠的結果。僅使用一組光學器件，可能在凝固開始時，微粒可滑入和滑出光學探測的范圍，造成運動仍在進行的假象。使用兩組光學器件，例如位于腔的各端，可更可靠地測定微粒是否存在。
由于流體腔的尺寸極其小，很難在離腔很近的地方提供兩個光學探測器和兩個發光二級管(LED)。因此，在一些實施方式中使用了光學纖維。換句話說，LED或其他光源以及如光電二極管的光學探測器可遠離腔設置并可光學地連接于光學纖維。比光源或探測器小的纖維可設置在離腔很近的地方。在其他實施方式中，使用光導管而不是光學纖維，如流體導管自身。在另外一些實施方式中，使用的光學器件尺寸足夠小。在一些實施方式中，光源和光探測器設置在腔的同側。在這些實施方式中，使用時，來自光源的光進入腔，并被反射回光源探測器。在可替換實施方式中，光源和探測器位于腔的對面或另一側。在另外一些實施方式中，使用了允許光源從塑料光學纖維傳輸至空氣通道的部件。在另外一些實施方式中，可使用定制光學組件中的裝有芯片的元件(die-mounted component)。
也可通過測定腔中的流體特征改變使用光學器件來測定流體樣本是否存在于腔中。光學器件也可用來測定流體進入腔的時間或腔被充滿的時間。這種信息可用于指示測量過程開始。
在一實施方式中，使用兩個腔來提供控制的凝固反應。一個腔具有凝固試劑并用于探測凝固時間。另一腔具有與血液樣本無關、凝固時間固定的試劑，因而用作控制。可選擇地，控制試劑可用來延遲凝固反應或確保其不發生。
在一個實施方式中，使用了四個螺線管，每個腔兩個——但是這證實既昂貴又重。
本發明的另一方面，涉及與光學讀取器一起使用以測定生物流體樣本凝固的器件，其具有容納所述樣本的腔和允許所述生物流體流入所述腔的通道，其中通道和腔具有的容積小于3μL。
在一實施方式中，器件的容積小于1μL。
在一實施方式中，器件的容積小于250nL。
在一實施方式中，器件的容積大致為100nL。
一實施方式具有刺破皮膚的整體裝置，所述裝置限定形成至少部分所述通道的導管。
本發明的其他方面提供了與讀取器一起使用的器件，器件具有至少一可運動微粒，具有容納樣本的腔和允許生物流體進入所述腔的通道，其中通道和腔總容積小于3μL。讀取器可為光學的。


現將參照以下

本發明的示例性實施方式，其中[54]圖1示出了體現本發明器件的示意概圖；圖2示出了圖1中試片的一層的示意俯視圖；圖3示出了沿圖2的線III-III’所截的局部橫截面；圖4示出了沿圖2的線IV-IV’所截的帶有下層的橫截面；圖5示出了用于本發明的示例性磁性微粒的示意圖；圖6示出了沿圖2的線III-III’所截的橫截面；圖7示出了用于本發明的示例性螺線管的透視圖；圖8示出了組裝有兩個螺線管的試片的透視圖；圖9示出了螺線管工作的時序圖；圖10示出了發光和探測的計時圖；以及圖11示出了說明凝塊事例的探測。
具體實施例方式圖1示出了測定生物流體樣本凝固的系統(100)的示例性實施方式，由試片(102)和螺線管裝置(108、110)組成。如圖所示，試片具有兩個基本為矩形、用于容納諸如血液或血液衍生物等生物流體的腔(104、106)，在所述腔中測量凝固。在此實施方式中，各腔中有單個可磁化的微粒(未示出)。在其他實施方式中，各腔中使用少量可磁化的或易于受磁性影響的微粒，如2個微粒或到10個微粒。兩個螺線管(108，110)橫向位于試片(102)的兩側，并具有從它們的磁芯(未示出)向靠近腔(104、106)的遠端延伸的臂(108a、108b；110a、110b)。使用中，當一個或另一螺線管供有直流電時，懸浮于生物流體(未示出)中的該可磁化或可磁驅動的(magnetically susceptible)微粒或各個可磁化的微粒橫穿腔移向該螺線管。之后給另一螺線管供電使該微粒或各個微粒經過流體移回，該過程重復直至凝固發生。
該腔或各個腔可為任何適宜形狀，其容積一般從約100nL至10μL不等。器件要求的血液或其他流體容量取決于腔的數量，對于具有兩個腔的器件，容量要求一般從約250nL至25μL不等。
探測腔各自連有四個沒有護套的直徑0.5mm的塑料光學纖維，其允許通過各光發射器(118a-d)施加光并允許通過各光學探測器(116a-d)在探測腔各端的有限區域內光學詢問腔而探測。在所述實施方式中，各探測器(116)各為光電二極管，各發射器為LED(118)。在另一實施方式中，發射器可為激光器二極管。
當該磁性微粒或各個磁性微粒橫穿腔(104、106)時，探測器/發射器對通過從腔(104、106)下表面反射的光測定微粒何時或是否在探測器-發射器(116、118)覆蓋的腔(104、106)區域出現。
通過切換螺線管，可以使用上述探測器/發射器裝置測定微粒何時停止橫穿腔，從而指示生物流體的凝固。可選擇地可以探測微粒的通過時間。
參照圖2，試片(102)的實施方式由厚125μm兩側涂有25g/m2壓敏粘合劑的PET涂覆的層(103)組成，并夾在上下兩層(下文將做說明)之間。層(103)切去部分，構成上述兩個腔(104、106)的部分。層(103)還有樣本注入槽(2)，使生物流體經過公用輸入通道(3)輸入二分叉點(4)。在二分叉點(4)處，公用輸入通道(3)分為兩個樣本輸入通道(5、6)分別服務腔(104、106)。在此實施方式中，各腔的尺寸為2mm×1mm。各腔也分別有通氣通道(9、10)，連至出氣口(11、12)。通氣通道(9、10)為部分切開的通道，在其遠端處完全切開成更寬的通道。這提供了有效毛細管中斷，以停止流體從試片(102)中流出。
在所示實施方式中，一般通道和槽的容積如下輸入槽2＝0.66μl加上如果有血液覆蓋層1中的敞開部分，得到該區域總值約為2.25μl公用輸入通道3＝0.71μl樣本輸入通道5＝0.12μl
樣本輸入通道6＝0.42μl通氣通道9＝0.05μl通氣通道10＝0.05μl腔104、106的容積各為350nl。
總內容積約為2.05μl[62]在此特定實施方式中，輸入槽口(2)的容積約為2.25μl而器件剩余部分的內容積為2.05μl。輸入槽口(2)被設計為充滿樣本流體并將流體供應給腔，用作注入儲液器。槽(2)使使用者可從源(例如從刺破的指尖)采集樣本，之后移走源，無需保持至充滿腔。
相反，如果不使用這種類型的槽口或分配流體的類似裝置，就可能需要使用者保持接觸相對難以處理的器件，因為中斷接觸將中斷液流，可能會產生氣窩(air lock)。這對于上年紀的使用者或有震顫或類似運動失調癥的人特別有利。
通過提供容積大于器件剩余內容積的樣本注入儲液器，分入儲液器的液體可注滿器件。只要液體儲液器附近液體導管的毛細作用大于儲液器的毛細作用，就可使液體自動被拉入器件，使儲液器變空。
限定試片的上述部件或結構部件由125μm厚的PET切割而成。使用以70％功率以及125mm/s的速度的10W CO2激光通過2遍激光切割這些部件結構以減少切割區域周圍材料的熱損傷。但是●通氣通道(9和10)僅被切割一遍，并被有效切割達到其深度。這減少了器件中血液的容量，且當樣本到達排氣口產生有效的毛細管中斷時引起深度改變。
●公用輸入通道(3)接受5遍激光以確保其橫截面面積至少等于樣本輸入通道(5和6)的面積總和。這種激光切割也有利于確保公用通道分叉處接口對稱。
●第二樣本輸入通道(6)接受3遍激光使得其具有大于第一樣本輸入通道(5)的橫截面面積。因為流體將進一步流動，該幾何結構減少了流體阻力，從而使反應腔(104)的充滿時間與反應腔(106)的充滿時間大致相同。
本發明的一方面提供了使用激光制造微觀流體部件的方法。總體來說，可使用激光將圖案切割入基底，之后將基底的特定部分移除以制造微觀流體部件，如腔。可選擇地，諸如流體導管等微觀流體部件可由激光自身切線制造。在上述示例中，使用了CO2激光。功率相對較低的CO2激光可溶化基底從而制造部件。另一優選選擇是使用受激準分子激光等高功率激光汽化基底。因此可獲得更精細的部件。使用該方法可獲得的微觀流體結構包括流體通道、腔、分級流體元件。通過局部有間隔向下切入基底溶化其間材料，形成突出結構，從而可獲得規則或不規則間隔開的支柱。激光光束可相對基底成角度以制成成角度的壁，流體通道可為直的或彎曲的。
圖3示出了層(103)的橫截面(III-III’)。釋放襯管(301和305)覆蓋層自身(303)上的粘性層(302和304)。
從丙酮干腦粉(ADP)制備凝血活酶凝固試劑。用100ml含有0.85g NaCI和0.05g脫氧膽酸鹽的溶液在37℃與2.5g的ADP和2.5g的硅藻土(Celite)混合30分鐘。溫育后在溫度20℃下以1000g離心分離溶液15分鐘。潷出上清殘余物，制成(make up to)0.03％(v/v)的酚。得到的溶液經過濾紙過濾后制成3％(w/v)的蔗糖和1％(v/v)的聚蔗糖(ficol)70。
之后將凝血活酶(thromboplastin)溶液放入噴槍儲液器，并噴在100μm厚的透明PET膜(403)上，使用針狀位置設定2.5面積以形成樣本腔(104、106)的下表面。
使用EFD流體處理系統噴涂凝血活酶溶液，其中PET膜放在以30毫米/秒速度運動的XY轉盤(platen)上。使用紅外線燈加熱至45℃ 10分鐘干燥噴過的膜。這兩層平行使得所噴凝血活酶區域位于反應腔下。噴過的膜與125μm PET膜平行，從125μm PET膜移除釋放襯墊(301、305)后這兩層被壓在一起。
圖4示出了沿線IV-IV’截取的附于膜(403)的層(103)的橫截面。該圖示出了在粘結上層(未示出)覆蓋器件之前激光切割的腔(104)。腔(104)具有腔(104)內的凝血活酶(404)。本發明的一方面提供了方便提供流體通道內試劑的方法，其中試劑被注入基底，之后在基底上疊合或折疊另一基底或該基底的另一部分，以限定流體部件和試劑相對該部件的位置。與將試劑放入腔本身相比，凝血活酶在基底上的沉積提供了一定優勢，因為減少了精確配量和定位試劑分配裝置的需要。通過在組裝另一疊層件之前一開始在下基底上提供試劑以限定試劑容腔，可提供穿過更大下基底的條紋帶。包括多個微觀流體部件用來限定多個獨立試片的上疊層件可疊合在包含試劑的基底上。試劑可位于下基底上使得在定位上疊層件后，試劑可進入腔。這樣的試驗器件構造免除了精測定位試劑的需要，因為位于腔外的試劑將被有效夾在兩疊層之間，不形成微觀流體通道的部分。在這樣組裝單個疊層元件后，可切出單個試片，這可使用激光方便地完成。
將包含0.5-5％硅的10mg和磷化表面的鐵球(直徑250-280μm)放在兩塊高速(硬化)鋼板之間并施加1000psi的壓力30秒來準備磁性微粒。分類挑選結果產生的圓盤，直徑在400-600μm之間具有規則圓形的圓盤用于以后步驟。
圖5示出了結果產生的圓盤(500)的示意圖。圓盤直徑(501)為400-600μm，厚度(502)為70一80μm。
移除釋放襯墊(301)，且在此實施方式中，在各反應腔(104、106)中接近腔輸入端口處放置一圓盤(500)。
如圖6所示，100μm PET膜(603)部分放置的位置使得本性親水表面面向反應腔(104、106)的內側。之后試片受壓以確保所有的三個塑料層(103、403、603)互相粘合。
螺線管系統成形為允許緊湊試驗器件設計、較短試片、較寬試片、較小血液容量以及在螺線管臂和流體腔之間提供良好的接近距離。螺線管也可設計成最小化給定磁場的功率消耗并減少功率耗散，如熱耗散。在所述實施方式中，螺線管耗能小于50mW。低熱耗散較理想，這樣不會干擾試驗樣本的溫度。
各螺線管(700)具有單個多匝線圈(701)、單個磁芯(未示出)和兩個臂(702、703)。這使臂可接近各腔，且僅有兩個螺線管(見圖8)。在此實施方式中，臂(702、703)長度不同。這使得可用較短試片。這也允許使用較短的流體輸入通道以及較少的血液容量。在其他實施方式中，臂可為相同長度。
圖8的流體腔的實施方式具有的尺寸為高175um×寬1000um和長2000um，相當于容積為350nL，微粒橫截面面積與微粒運動通過的區域的橫截面面積比約為1∶5。在此情況下，有兩個腔和另一容積為300nL的流體導管，因而要求1uL的總容量。
在所述實施方式中，各螺線管臂(702、703)在其遠端分為兩叉使試片可置于兩叉內。這允許使用較寬的試片，為試片提供強度和彈性，但又允許螺線管的臂緊靠腔。因為分為兩叉，還可以提供腔位于五層疊合結構的試片下側的實施方式，可僅使用兩個螺線管同時監控四個腔。在一實施方式中，分叉用作定位裝置，用于正測定位試驗器件中的試片。在多于一個的實施方式中，螺線管臂從螺線管主體向外伸展，使得螺線管的總長或寬大于螺線管主體自身的總長或寬。螺線管臂也可具有多于兩個的分叉。
提供如上所述具有臂的螺線管使得可用一個螺線管代替兩個螺線管，從而節省成本并減少讀取器的總尺寸和重量。
如圖8所示在試片(102)周圍配置兩個螺線管(801、802)。
磁場施加于腔(104、106)中微粒的牽拉力與磁場強度和磁場梯度乘積成比例。螺線管臂的幾何結構設計使其提供的磁場形狀可牽拉微粒穿過測量腔。該幾何結構是兩個螺線管、測量腔中的微粒以及其間相關間隔的組合。各螺線管以一定時間間隔打開，通電的螺線管產生的磁通量在螺線管的臂尖端之間傳遞。通過微粒的相對高磁導率通道和未通電線圈的臂與磁芯吸引了部分通量。這使得磁場的形狀允許拉動微粒穿過腔。
螺線管驅動電路按照圖9所示定時間隔驅動螺線管。
此循環的安排使得兩個螺線管(801、802)的切換以500ms定時循環運行進行。當第一螺線管(801)啟動時，循環在0ms(903)處開始。線圈由經過螺線管以頻率5kHz和允許改變電池電壓的調制脈沖寬度切換的電池電壓驅動。如果持續向線圈施加電壓，切換的電流通過線圈的電阻和電感自平滑，從而可提供等于1.5V電源可提供的直流電。在100ms(904)后第一螺線管關閉。在250ms進入循環(905)時，使用與螺線管1上所用相同驅動條件啟動第二螺線管(802)。在350ms后進入循環(906)時，第二螺線管關閉。在500ms處，循環重復(907)。
驅動電路使LED(118)發光，探測器電路根據圖10所示定時間隔探測來自探測器(116)的信號。安排此循環使得四個LED(118)的切換以與螺線管驅動波形同步的500ms定時循環運行。循環在0ms(915)處開始時，腔(106)的第一LED(118a)已打開。在此LED關閉100ms進入循環(916)前，測量來自光學纖維的相應探測器(116a)的信號。在100ms時腔(106)的第二LED(118b)打開。在150ms進入循環(917)、恰在該LED關閉前，測量來自光學纖維的相應探測器(116b)的信號。在150ms腔(104)的LED(118c)打開且恰在該LED于200ms(918)處關閉前，測量來自光學纖維的相應探測器(116c)的輸出。在200ms(918)處，腔(104)的另一LED(118d)打開。在250ms(919)處，測量來自光學纖維的相應探測器(116d)的輸出。該LED發光直至350ms時進入循環(920)，且恰在該LED關閉前，第二次測量來自該探測器的輸出。在350ms進入循環(920)時，腔(104)的另一LED(118c)發光。恰在該LED在400ms關閉進入循環(921)之前，測量來自光學纖維的相應探測器(116d)的輸出。在400ms(921)處，腔(106)的第二LED(118b)打開。恰在450ms該LED關閉進入循環(922)之前、測量來自光學纖維的探測器(116a)的輸出。在450ms進入循環，腔(106)的另一第一LED(118a)發光且在500ms(923)處循環結束時，測量來自光學纖維的探測器的輸出。之后重復該切換循環。探測器被互相電連接使其輸出在單個信道內生成輸出。磁波形和光學詢問裝置以偏移方式的同步使得可使用單個信號處理裝置處理所有測量值或結果。因此，這減少了電子部件的數量，進而減少讀取器的成本和減小總尺寸。
各探測腔周圍具有兩對光學纖維是有利的。從一端進入腔的血液可從一對纖維光學器件探測，充滿腔的血液可通過腔內的第二對光學纖維探測。這樣可測定血液進入和血液充滿的定時或時序。
根據上述描述，可以理解，來自探測窗口的兩組測量值是在一個循環中取得的，微粒不在(或應該不在)探測窗口出現時為一組，微粒在(或應該在)探測窗口出現時為一組。使用此數據，可以測定腔中微粒的位置。單個腔中使用兩對纖維光學器件使得也可探測停止或暫時阻滯在一個視場邊緣的任何微粒。這樣，可以根據微粒的運動測定光學信號的相對改變。
可以使用位于螺線管之間帶有用于詢問腔的光學組件的試片來探測全血中的凝塊。刺手指的血液樣本被施于器件的一端。四個LED中每個LED發光時信號輸出如圖11所示。可以看見血液進入(1001)并充滿(1002)第一腔之后進入(1003)并充滿(1004)第二腔。兩個腔中的血液凝塊也可見(1005、1006)。
器件的實施方式的腔加上充滿通道的總容積有利地小于或等于3μl。可修改圖1實施方式得到容積為2μl的器件。通過組合圖1和圖8實施方式的尺寸，可得到1.5μl、1μl、350nl的容積。需要非常小的容量時，如小至250n1或甚至100nl，也可能需要專門測量。此小容量的示例性器件具有用于刺破皮膚與試片一體以減少傳輸損失的針。這種情況下，針或小刀可結合微觀流體通道以允許血液自動傳輸至腔。
現已說明了本發明的實施方式。本發明自身不受所描述的部件的限制，而是延伸至所附權利要求的全部范圍。
權利要求
1.與讀取器一起使用以測定生物流體樣本凝固的器件，該器件包括具有容納生物流體樣本的腔的結構，且其中所述器件中提供有能與流體樣本相互作用的凝固試劑，所述腔容納可在磁場中運動的若干微粒。
2.如權利要求1所述的器件，其中各微粒具有的主軸線長度大于5um，更具體地主軸線長度在5um和12um之間，更具體地主軸線長度大致為10um。
3.與讀取器一起使用以測定生物流體樣本凝固的器件，該器件的包括具有容納生物流體樣本的至少一個腔的結構，且其中所述器件中提供有能與流體樣本相互作用的凝固試劑，所述至少一個腔中容納可在磁場中運動的一個微粒。
4.如權利要求3所述的器件，其中所述微粒的主軸線長度介于300um和700um之間，更具體地主軸線長度在400um和600um之間，更具體地主軸線長度大致為500um，更具體地厚度介于50um和100um之間，更具體地厚度大致為70um。
5.如權利要求3或4所述的器件，其中微粒形狀如下組形狀中之一圓盤形、球形、環形、橢圓形以及扁球體形。
6.如權利要求1或2所述的器件，其中所述腔包括二至十個微粒。
7.如前述任一權利要求所述的器件，其中該微粒或各個微粒初始朝向輸入或輸出端口之一的位置設置。
8.如前述任一權利要求所述的器件，其中該微粒或各個微粒為圓盤形。
9.如前述任一權利要求所述的器件，其中所述結構由多層形成。
10.如權利要求9所述的器件，其中所述層之一限定所述腔的幾何形狀。
11.如前述任一權利要求所述的器件具有將所述流體引入所述腔的通道。
12.如前述任一權利要求所述的器件具有兩個腔。
13.與根據前述任一權利要求所述的器件一起使用以測定生物流體樣本凝固的讀取器，所述讀取器包括相繼施加第一和第二磁場使所述微粒在腔內往復移動的磁性裝置；與所述腔相聯、測定所述微粒往復運動的變化的光學監控裝置。
14.如權利要求13所述的讀取器，其中所述光學監控裝置包括一個或多個發射器/探測器對。
15.如權利要求13或14所述的讀取器，其中各光學監控裝置分別被設置以監控所述腔的各端的位置。
16.如權利要求13或14所述的讀取器，其中各所述發射器和探測器通過光學波導光學地與所述腔耦合。
17.如權利要求13至16中任一權利要求所述的讀取器，其中所述磁性裝置包括至少一個螺線管，所述螺線管優選具有線圈、芯和從所述芯伸出的兩個臂，以限定部分磁路。
18.如權利要求17所述的讀取器，其中所述兩個臂長度不同。
19.測定生物流體樣本凝固的系統，包括磁驅動裝置和限定腔的結構，所述腔容納能在磁場影響下運動的微粒；使用中磁驅動裝置被布置以與微粒共同作用使所述微粒在所述腔內來回運動，器件還包括至少一個光探測裝置，其具有的輸入端設置為選擇性地由所述微粒遮蔽。
20.通過與凝固試劑相互作用測定生物流體樣本凝固狀態的方法，該方法包括以下步驟，其中步驟(a)-(c)可為任意順序或同時進行(a)將生物流體樣本置于器件中，該器件具有容納可在磁場中運動微粒的腔；(b)相繼施加第一和第二磁場，使所述微粒在所述腔內往復運動；(c)光學監控所述腔以測定所述微粒往復運動發生的變化，以及；(d)將微粒運動的變化與流體樣本的凝固狀態相關聯。
21.如權利要求21所述的方法，其中所述凝固試劑在步驟(a)之前放入所述器件中。
22.根據權利要求1至19中任一權利要求所述的為器件制造圓盤形微粒的方法，包括壓扁鐵球。
23.如權利要求22所述的方法，其中所述鐵球包含硅。
24.與光學讀取器一起使用以測定生物流體樣本凝固的器件，其具有容納所述樣本的腔和允許所述生物流體流入所述腔的通道，其中所述通道和腔的總容積小于3μL。
25.如權利要求24所述的器件，其中所述容積小于1μL。
26.如權利要求24所述的器件，其中所述容積小于250nL。
27.如權利要求24所述的器件，其中所述容積大致為100nL。
28.如權利要求26或27所述的器件，其具有刺破皮膚的一體形成的裝置，所述裝置限定形成至少部分所述通道的導管。
全文摘要
本發明提供了與讀取器一起使用以測定生物流體樣本凝固的器件。該器件包括具有容納生物流體樣本的至少一個腔(104、106)的結構。所述器件中提供有能與流體樣本相互作用的凝固試劑。所述腔還包括可在磁場中運動的多個微粒或可在磁場中運動的一個微粒。
文檔編號G01N33/86GK1997882SQ200580020361
公開日2007年7月11日 申請日期2005年5月20日 優先權日2004年5月20日
發明者S·豪威爾, R·J·戴維斯, D·E·威廉姆斯 申請人:因弗內斯醫療瑞士公司