化驗裝置的制作方法

專利名稱：化驗裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種化驗裝置以及一種懸臂檢測器。
背景技術：
將光盤(CD)用于化學檢驗是己知的。所述CD具有微流體結構，該 微流體結構定義了與相關聯的溝槽和流體混合室相連的不同的流體輸入口。 為了進行檢驗，流體被置于輸入口中并且CD被旋轉以使所述流體在離心抽 吸推動下通過相關溝槽到達混合室。顯然地，改進的CD光學和尋址技術能 夠被應用以捕捉特定混合室的圖像來確定在所述混合室里的任何化學反應 的檢驗結果。
同樣己知的是微懸臂梁已被作為一種用于檢測化學反應的結果的裝置， 但是關于所述梁的有限靈敏度的研究并未引起所述技術的任何廣泛應用。

發明內容
根據本發明，提供一種化驗裝置，該裝置包括具有檢驗室的可旋轉平臺 以及傳感器，該傳感器在遇到例如化學品、生物樣品或其他有機體等特殊物 質時會發生偏移。
優選地，所述傳感器為懸臂梁。
優選地，所述裝置包括與相關溝槽和相關的一個或多個檢驗室相連的微 流體通路。
優選地，某個檢驗室或每一個檢驗室包括一個或多個懸臂梁。 優選地，所述傳感器包括多孔部分。該多孔部分能夠使所述傳感器具有 靈敏度以便能夠對例如選定的化學品、樣品或有機體等特殊物質的出現進行檢測。
優選地，所述傳感器由受體、抗體、抗原或酶功能化，所述受體、抗體、 抗原或酶將選擇性地吸引并結合待檢測的特殊物質。
優選地，所述多孔部分涂覆有金層，該金層使所述受體附著于所述梁， 由此將所述梁功能化，以結合在檢驗室里的流體中預先選擇的樣品或有機 體。
優選地，所述傳感器包括被監視的表面，該表面在傳感器的運動時發生 偏移，所述被監視表面的位置由設備來監視，所述設備中安裝有化驗裝置。 優選地，所述表面為反射表面。
優選地，所述設備是連接到計算機以允許所述反射表面的位置被所述計 算機確定并顯示的CD驅動。
優選地，所述檢驗裝置包括用于將檢驗流體從入口傳輸到包括懸臂梁的 檢驗室并傳輸到廢物室的微流體系統。
優選地，所述廢物室通過微機械閥與檢驗室相分隔，該微機械閥在所述 裝置的閾值角速度之上被開啟。
優選地，所述裝置能夠接受待檢驗的全部流體，并且包括過濾器，該過 濾器用于當全部流體進入到入口之后從其中過濾物質以提供具有適于檢驗 的形式的流體。更為優選地，所述過濾器由多孔硅構成。
優選地，所述系統包括用于與檢驗室相連的次級室以允許流體在次級室 和檢驗室之間循環的構造。
優選地，所述裝置為光盤(CD)的形式。
另一方面，提供了一種用于接收化驗裝置的檢驗設備，如上所述，該檢 驗設備包括用于旋轉所述裝置的驅動單元以及用于監視所述傳感器的讀取 單元。
優選地，所述設備適于顯示從所述讀取單元獲得的信息。
更為具體地，所述設備為CD驅動的形式，并且所述讀取單元組成了
CD驅動的現有光學讀/寫頭的一部分。
更為具體地，所述設備被直接連接到計算機，在所述計算機上安裝有計
算機程序，該計算機程序控制CD驅動運行以開始過濾處理，在所述各室之 間的流體傳輸和光學讀取系統以測量傳感器的偏移。
優選地，所述化驗處理通過使用計算機輸入數據以定義被執行的檢驗而 開始并出示該相同檢驗的結果。
另一方面，提供了一種化學化驗方法，該方法包括將流體引入可旋轉
平臺上的感測室，其中所述感測室包括傳感器，該傳感器在檢測到所述室中
的特殊物質時偏移，所述特殊物質包括被選擇的分子；以及監視傳感器以檢 測所述偏移。
另一方面，提供了一種如上所述的懸臂傳感器。


現在僅通過非限定的實施例的方式參考如下附圖描述本發明
圖1是化驗裝置的俯視圖的圖形表示；
圖2是檢驗設備的橫截面圖3a是微懸臂的側視圖3b是顯示出偏轉的微懸臂的側視圖4是顯示了共振頻率和懸臂的多孔之間的關系的圖示； 圖5是懸臂傳感器和CD驅動的讀/寫頭的透視圖6是顯示了為檢測傳感器偏移的目的的強度和時間之間的關系的圖 圖7是檢驗處理的流程圖；以及
圖8是顯示了多孔和非多孔懸臂的比較的偏轉的圖示。
具體實施例方式
在圖1中顯示了化驗裝置1，該化驗裝置1包括光盤(CD)形式的可旋
轉的平臺2，該平臺2具有微流體系統3，該微流體系統3包括通過各自溝 槽8、 9、 10相互連接的入口4、次級室5、檢驗室6和廢物室7。過濾器ll 在溝槽8中臨近入口 4處被提供，用于從被引入到入口 4中的檢驗流體中過 濾例如細胞物質等物質。過濾器11優選地由多孔硅12構成。微機械閥13 同樣在溝槽10中被提供以分隔檢驗室6和廢物室7。當裝置1的角速度大于 預定閾值時，所述閥13從由虛線14所示的關閉位置移動到由箭頭15所示 的打開位置。
在工作中，流體被引入到入口 4并且裝置1以需要的速度旋轉以產生離 心抽吸從而使所述流體被推動通過溝槽8進入到次級室5并隨后進入到檢驗 室6，檢驗室6中提供有用于檢測特殊物質，例如在所述流體中被選擇的化 學品、生物樣品或其他有機體，存在的目的的傳感器。然后裝置l以更高的 角速度旋轉以打開閥13并允許所述流體流出檢驗室6。
現在參考圖2，裝置1的檢驗室6被以包括懸臂傳感器20的放大部分顯 示，該傳感器20凸出于裝置1的平臺2。更為具體地，多孔懸臂傳感器20 由梁21組成，該梁21凸出于硅部件22并且包括多孔部分23和表面24，該 表面24由例如一部分金25或其他適合的金屬或能反射的物質構成。
裝置1被顯示為安裝于檢驗設備30的驅動單元27的軸26上，所述檢 驗設備30優選為具有CD驅動29的計算機的形式，并且驅動單元27組成 驅動29的一部分，并且具有讀取單元31，該讀寫單元31監視參考表面24 的任何偏移并因此監視懸臂傳感器20。讀取單元31優選地不作改動地組成 現有CD驅動31的讀/寫頭32的一部分。
現在參考圖3更加詳細地描述懸臂傳感器20的結構。圖3a顯示了包括 涂覆有金的多孔層35和硅層34的傳感器20的被放大的部分33，所述部分 33被提供有用于捕捉例如抗原配位體等分子37的抗體受體36。分子37與 受體36的結合將導致梁21的偏轉，如圖3b所示，該偏轉隨后可被檢測到。
通過形成多孔材料的懸臂梁，所述偏轉被增強。更為特別地，懸臂傳感 器20的特性依賴于表面處理，例如吸附、解吸附、表面重構和重組以在懸 臂梁39的活性表面層中引入表面壓力。改變梁21的表面39的表面壓力將 引入懸臂傳感器20兩端的不同壓力，該壓力導致懸臂傳感器20的彎曲。
梁21的曲率與所述梁兩端的不同壓力梯度成比例。相比于表面40或層 34增加表面39上的表面壓力會增加不同的壓力梯度。表面39上的多孔硅能 夠被用作層35以增加表面區域并因此增加靈敏度。盡我們所知，還沒有關 注于通過改變梁的幾何形狀或材料結構來增加基于感測技術的懸臂的靈敏 度的研究或開發。梁21增加最大表面壓力，該壓力能夠由化學分析物通過 引入多孔層35和改變所述梁幾何形狀而引起。
分析和檢驗顯示出通過所述的改變所述梁的幾何形狀和材料結構，用于 增加多孔性的增加的梁的偏轉能夠如圖8所示地改變。
因此，在圖5中，相比于常規的相同厚度和長度的梁，傳感器20允許 通過在梁21的表面23上構造多孔部分實現的懸臂梁21的增加的偏轉。這 在梁21的機械響應上具有三點好處
1. 多孔處的梁的有效厚度減小了，減小了梁的第二類轉動慣量，使得梁的 剛性減弱；
2. 多孔處的所述梁的彈簧常數同樣被減小；并且
3. 由于懸臂梁的多孔性的增加，所述梁的表面區域同樣被增加。
上述三個物理影響具有結合的效果以增加梁的偏轉并且增加了基于生 物傳感器在流懸梁上對表面結合事件的靈敏度。引入到圖3b的所述梁的層 35和34之間的增加不同的壓力，導致所述偏轉的增加。對此進一步地，將 被功能化為例如提供有用于與被選擇的分子相結合的受體的所述表面區域
被增加，從而允許更大密度的被功能化的基附著于所述表面，從而增加了靈 敏度并引入用于相同濃度的化學品或生物樣品的表面壓力。
這使得更為集中的樣品的結合變為可能，并且同樣使得相同的化學品或 樣品濃度的偏轉的較小改變變為可能。
改變所述梁的幾何形狀的另一方面是梁的共振頻率被改變，因為共振頻 率是多孔性的總量的直接測量。
所述共振頻率依據梁的幾何形狀的改變具有以下關系<formula>complex formula see original document page 10</formula>
其中f為共振頻率； k為彈簧常數； m為梁的質量。
多孔性的改變改變了懸臂梁21的共振頻率并且是所述傳感器的附加感 測能力，該傳感器能夠被應用于檢測由流體引起的侵蝕或化學反應，例如， 測量航海船只上的侵蝕或用于環境監視來檢測酸雨或類似事件。
圖4示出了多孔性的共振頻率的改變，圖4顯示出對一定范圍的多孔水平存在一個最低共振頻率。然而，在設備30中，只有梁21的偏轉需要被監視。用于檢測此類偏轉的常規系統使用激光和位置敏感檢測器以檢測所述偏轉。所述檢測系統是外部建立的并且要求激光與懸臂梁光學對準。在設備30 中使用的檢測系統，另一方面，使用CD驅動29的內在光學檢測系統。所 述驅動29的讀/寫頭(RWH) 32被用于詢問懸臂傳感器20并監視參考表面 24的位置。此外，RWH的激光可以被用于控制檢驗和次級室5、 6的溫度。 更為特別地，為了感測傳感器20的偏轉，如圖5所示，所述RWH在 多孔懸臂梁21的位置上移動。CD裝置1能夠在感測偏轉的同時旋轉。RWH 的激光被聚焦在懸臂梁21并且為了校準目的來自梁21的參考表面24的反
射強度在將檢驗流體裝入檢驗室4之前被測量。然后，所述檢驗流體進入檢
驗室6并且隨后流入廢物室7。在檢驗流體后，來自懸臂梁21的反射強度的 改變被從測量的檢驗室6中移除。反射強度的改變是傳感器偏轉的量度。其 次，所述偏轉還能夠作為聚焦的改變而被測量。當激光在將所述檢驗流體裝 入檢驗室6之前最初聚焦于梁2.1上時，聚焦位置能夠被測量。在所述檢驗 流體被從檢驗室中移除后，梁21將發生偏轉并且反射表面24將移動散焦。 圖6顯示出了聚焦改變在被反射的激光的測得強度上的影響的圖形表示。聚 焦改變是所述偏轉的間接測量并且能夠作為來自RWH的輸出電流或電壓的 改變而被測量。
將化驗裝置用于檢驗血液
使用化驗裝置1和設備20的詳細的實施例將參考圖7加以描述。特別 地，所示的診斷檢驗處理40包括從客戶抽取血液的步驟41，并且在步驟42 將該血液注入到裝置1的入口 4。然后，CD裝置1在步驟43被插入計算機 并且從該CD中讀取盤信息。然后，相關軟件在步驟44被應用以開始檢驗， 所述檢驗在步驟45為了校準的目的而測量來自懸臂傳感器20的反射強度來 開始。然后，所述CD在步驟46旋轉以推動所述血液進入第一溝槽8并經 過過濾器ll,在過濾器11處細胞物質被移除。然后，由此獲得的血清通過 次級室5 (如果需要)并進入到檢驗室6。如果需要，然后所述血清在步驟 47通過RWH的激光被加熱，導致所述血清在檢驗室6和次級室5之間來回 循環以提高所述受體間的交互作用。然后所述CD在步驟48以更高的角速 度旋轉以使闊13移動至打開位置從而使所述血清可以流出檢驗室6并且在 步驟49進入廢物室7。然后所述RWH可以在步驟50被用于測量被偏移的 懸臂梁21的反射強度，并且然后所述RWH的輸出在步驟51被返回并在步 驟52被用于分析，且此處測得的強度被讀取并與校準的數據相比較以確定 相關化學品或分子的存在。然后檢驗結果被記錄，用戶在步驟53得知所述結果，并且如果需要的話，所述CD在步驟54被彈出。所述CD之后可以被
處理掉，或為了永久記錄檢驗結果的目的而被保存。
其他應用
所述技術使病人身邊健康病理學的執行成為可能，避免使用昂貴實驗儀
器的需要以及提供結果的相關延遲。應用范圍的例子包括
人類健康病理學
檢測一前列腺特殊抗原
一心肌酶
—傳染性疾病(肝炎、HIV)
_蛇毒
環境病理學
檢測一軍團菌(Leionella)細菌
一水路中的肝炎
一埃希氏大腸桿菌(E-coli)水平 動物健康病理學
檢領!j
—畐U結核病(Johne，s disease)
流體質量測量
檢測一酒發酵
檢測電絕緣退化
本發明僅通過非限定的實施例的方式加以描述，并且許多修改和改變可 以在不背離本發明描述的精神和范圍的情況下作出。
權利要求
1.一種化驗裝置，該裝置具有可旋轉的平臺，該平臺具有檢驗室和傳感器，該傳感器在遇到包括化學品、生物樣品或其他有機體在內的特殊物質時發生偏移。
2. 根據權利要求l所述的化驗裝置，其中所述傳感器為懸臂梁。
3. 根據權利要求1或2所述的化驗裝置，其中所述裝置包括微流體通 路，該微流體通路與相關溝槽和所述檢驗室或相關的多個檢驗室相連。
4. 根據權利要求3所述的化驗裝置，其中所述檢驗室或每一個檢驗室 包括一個或多個懸臂梁。
5. 根據權利要求1或2所述的化驗裝置，其中所述傳感器包括多孔部分。
6. 根據權利要求5所述的化驗裝置，其中所述傳感器由受體、抗體、 抗原或酶功能化，所述受體、抗體、抗原或酶將選擇性地吸引并結合待檢測 的所述特殊物質。
7. 根據權利要求6所述的化驗裝置，其中所述多孔部分涂覆有金層， 該金層使所述受體附著于所述梁，由此將所述梁功能化，以結合在檢驗室里 的所述流體中預先選擇的樣品或有機體。
8. 根據權利要求1所述的化驗裝置，其中所述傳感器包括被監視的表 面，該表面在所述傳感器運動時發生偏移，所述被監視表面的位置由設備來 監視，所述設備中安裝有所述化驗裝置。
9. 根據權利要求8所述的化驗裝置，其中所述表面是反射表面。
10. 根據權利要求8所述的化驗裝置，其中所述設備為連接到計算機以 允許所述反射表面的位置被所述計算機確定并顯示的光盤驅動。
11. 根據權利要求1所述的化驗裝置，其中所述化驗裝置包括微流體系 統，該微流體系統用于將檢驗流體從入口傳輸到包括懸臂梁的所述檢驗室并 傳輸到廢物室。
12. 根據權利要求11所述的化驗裝置，其中所述廢物室通過微機械閥 與所述檢驗室相分隔，該微機械閥在所述裝置的閾值角速度之上被開啟。
13. 根據權利要求11或12所述的化驗裝置，其中所述裝置能夠接受待 檢驗的全部流體，并且包括過濾器，該過濾器用于當所述全部流體進入到所 述入口之后從其中過濾物質以提供具有適于檢驗的形式的流體。
14. 根據權利要求13所述的化驗裝置，其中所述過濾器由多孔硅構成。
15. 根據權利要求14所述的化驗裝置，其中所述系統包括用于與所述 檢驗室相連的次級室以允許所述流體在所述次級室和檢驗室之間的循環的 構造。
16. 根據上述任意一項權利要求所述的化驗裝置，其中所述裝置為光盤 形式。
17. —種用于接收如上所述的化驗裝置的檢驗設備，該設備包括用于旋轉所述裝置的驅動單元和用于監視所述傳感器的讀取單元。
18. 根據權利要求17所述的檢驗設備，其中所述設備適于顯示從所述 讀取單元獲得的信息。
19. 根據權利要求17或18所述的檢驗設備，其中所述設備為光盤驅動的形式并且所述讀取單元組成現有光盤驅動的光學讀/寫頭的一部分。
20. 根據權利要求17-19中任意一項所述的檢驗設備，其中所述設備被 直接連接到計算機，在所述計算機上安裝有計算機程序，該計算機程序控制 所述光盤驅動的運行以開始過濾處理，并控制在所述各室之間流體的傳輸以 及所述光學讀取系統以測量所述傳感器的偏移。
21. —種化學化驗方法，該方法包括將流體引入到可旋轉平臺上的感 測室，其中所述感測室包括傳感器，該傳感器在檢測到所述室中的特殊物質 時偏移，所述特殊物質包括被選擇的分子；以及監視所述傳感器以檢測所述偏移。
22. 如上述任意一項權利要求所述的懸臂傳感器。
全文摘要
一種化驗裝置(1)，該裝置具有可旋轉的平臺(2)，該平臺(2)具有檢驗室(6)和傳感器(20)，該傳感器(20)在遇到例如化學品、生物樣品或其他有機體等特殊物質時會發生偏移。該傳感器是具有多孔部分(23)以增強靈敏度的懸臂梁(21)。
文檔編號G01N33/48GK101198866SQ200680017500
公開日2008年6月11日 申請日期2006年5月17日 優先權日2005年5月20日
發明者J·查菲, M·斯特普爾頓 申請人:皇家墨爾本理工大學