CN103547370A - 用于样品处理装置上体积计量的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了样品处理装置上的体积计量系统和方法。所述系统能够包括计量储器和废物储器，所述废物储器布置成与所述计量储器的第一末端处于流体连通以从所述计量储器捕集超过选定体积的多余液体。所述系统还能够包括毛细管阀，所述毛细管阀与所述计量储器的第二末端处于流体连通以在需要之前抑制液体离开所述计量储器。所述方法能够包括通过转动所述样品处理装置以将足以使所述液体移到所述毛细管阀内的第一力施加在所述液体上来计量所述液体、以及转动所述样品处理装置以将大于所述第一力的第二力施加在所述液体上由此将所述计量体积的液体经所述毛细管阀移到所述处理室。

Description

用于样品处理装置上体积计量的系统和方法
技术领域
本发明整体上涉及微流体样品处理装置上流体样品的体积计量。
背景技术
光学圆盘系统可以用于执行各种生物、化学、或生物化学测定，例如基于基因的测定或者免疫测定。在此类系统中，可以将具有多个室的可转动圆盘用作保存和处理流体样品（例如，血液、血浆、血清、尿液或其他流体）的介质。一个盘上的多个室可以允许同时处理一份样品的多个部分、或者多份样品的多个部分，从而降低处理多份样品、或者一份样品的多个部分的时间和成本。
发明内容
可以在样品处理装置上执行的一些测定可能需要精确量的样品和/或试剂介质、或者精确比率的样品/试剂介质。本发明整体涉及样品处理装置上的机载计量结构，所述机载计量结构可以用于将选定体积的样品和/或试剂介质从输入室输送到处理或检测室。通过将选定体积输送到处理室，可以实现样品/试剂的所需比率。另外，通过执行“机载”计量，用户无需精确地测量并且输送特定量的材料到样品处理装置。相反，用户可以将非特定量的样品和/或试剂输送到样品处理装置，并且样品处理装置自身可以将所需量的材料计量到下游的处理或检测室。
本发明的一些方面提供了样品处理装置上的计量结构。样品处理装置可以构造成围绕回转轴转动。计量结构可以包括构造用于容纳选定体积液体的计量储器。计量储器可以包括第一末端和相对于回转轴在第一末端径向外侧布置的第二末端。计量结构还可以包括废物储器，所述废物储器布置成与计量储器的第一末端处于流体连通，并且构造成当计量储器的选定体积被超过时从计量储器捕集多余液体，其中废物储器的至少一部分相对于回转轴在计量储器的径向外侧布置。计量结构还可以包括与计量储器的第二末端处于流体连通的毛细管阀。毛细管阀可以相对于回转轴在计量储器的至少一部分的径向外侧布置，并且可以构造成在需要之前阻止液体离开计量储器。计量结构可以是不通气的，从而计量结构不与环境处于流体连通。
本发明的一些方面提供了样品处理装置上的处理阵列。样品处理装置可以构造成围绕回转轴转动。处理阵列可以包括输入室。输入室可以包括构造用于容纳选定体积液体的计量储器，所述计量储器包括第一末端和相对于回转轴在第一末端径向外侧布置的第二末端；以及布置成与计量储器的第一末端处于流体连通的废物储器。废物储器可以构造成当计量储器的选定体积被超过时从计量储器捕集多余液体，其中废物储器的至少一部分相对于回转轴在计量储器的径向外侧布置。输入室还可以包括挡板，所述挡板布置成至少部分地限定计量储器的选定体积并且将计量储器与废物储器隔开。处理阵列还可以包括布置成与输入室的计量储器的第二末端处于流体连通的毛细管阀。毛细管阀可以相对于回转轴在计量储器的至少一部分的径向外侧布置，并且可以构造成在需要之前阻止液体离开计量储器。处理阵列还可以包括处理室，所述处理室布置成与输入室流体连通，并且构造成经毛细管阀从计量储器接收选定体积的流体。
本发明的一些方面提供了样品处理装置上体积计量的方法。所述方法可以包括提供样品处理装置，所述样品处理装置构造成围绕回转轴转动并且包括处理阵列。处理阵列可以包括构造用于容纳选定体积液体的计量储器，所述计量储器包括第一末端和相对于回转轴在第一末端径向外侧布置的第二末端；以及布置成与计量储器的第一末端处于流体连通的废物储器。废物储器可以构造成当计量储器的选定体积被超过时从计量储器捕集多余液体，其中废物储器的至少一部分相对于回转轴在计量储器的径向外侧布置。处理阵列还可以包括与计量储器的第二末端处于流体连通的毛细管阀。毛细管阀可以相对于回转轴在计量储器的至少一部分的径向外侧布置，并且可以构造成在需要之前阻止液体离开计量储器。处理阵列还可以包括布置成经毛细管阀与计量储器处于流体连通的处理室。所述方法还可以包括将液体布置在样品处理装置的处理阵列中。所述方法还可以包括通过如下方式计量液体：围绕回转轴转动样品处理装置以将第一力施加于液体上，从而使选定体积的液体容纳于计量储器中，并且任何额外体积的液体移入废物储器内，但不移入毛细管阀内。所述方法还可以包括在计量液体之后通过如下方式将选定体积的液体经毛细管阀移至处理室：围绕回转轴转动样品处理装置以将大于第一力的第二力施加于液体上。
通过考虑具体实施方式和附图，本发明的其它特征和方面将变得显而易见。
附图说明
图1为根据本发明的一个实施例的样品处理阵列的示意图。
图2为根据本发明的一个实施例的样品处理装置的顶部透视图。
图3为图2的样品处理装置的底部透视图。
图4为图2-3的样品处理装置的顶部平面图。
图5为图2-4的样品处理装置的底部平面图。
图6为图2-5的样品处理装置的一部分的特写顶部平面图。
图7为图6所示的样品处理装置的部分的特写底部平面图。
图8为图2-7的样品处理装置沿图7的线8-8截取的横截面侧视图。
具体实施方式
在详细说明本发明的任何实施例之前，应当理解本发明在其应用时并不受限于下文描述中提及的或下列附图中所示的部件构造和布置细节。本发明可以具有其他实施例，并且能够以多种方式实践或实施。另外还应理解，本文中所用的用语和术语其目的在于说明，并且不应视作限制性的。本文中所用的“包括”、“包含”或“具有”以及它们的变化形式意在涵盖其后所列举的项目及其等同项目以及附加项目。除非另外说明或限定，否则术语“连接”和“联接”及其变化形式是广义地使用的，并且涵盖直接和间接的连接与联接两者。应当理解，可以采用其他实施例，并且可以进行结构改变或逻辑改变，而不脱离本发明范围。此外，术语如“顶部”、“底部”等仅用于描述其彼此关联的部件，但绝非意在描述装置的具体取向、表明或暗示装置的必需或所要求取向或规定本文描述的发明将在使用是如何使用、安装、陈列或设置。
本发明整体涉及微流体样品处理装置上的体积计量结构和方法。具体地讲，本发明涉及可以用来将选定体积的材料从输入室输送到下游处理或检测室的“机载”计量结构。机载计量结构允许用户将非特定体积的材料（如，样品和/或试剂介质）加载到样品处理装置上，同时仍能将选定的体积输送到下游的室。
在本发明的一些实施例中（例如，如下文参照图2-8的样品处理装置200所述），目的样品（如，原始样品，例如，原始患者样品、原始环境样品等等）可以独立于将用于针对特定测定法处理样品的各种试剂或介质来加载。在一些实施例中，此类试剂可以作为一种单混合物或“主混合物”试剂（其包含目的测定法所需的全部试剂）添加。可以将样品在稀释剂中悬浮或配制，并且稀释剂可以包括用于目的测定法的试剂或者可以与之相同。为了简洁起见，样品和稀释剂将在本文中仅称作“样品”，并且与稀释剂混合的样品通常仍视为原始样品，因为还未执行显著的处理、测量、裂解等等。
样品可以包括固体、液体、半固体、凝胶状材料以及它们的组合，例如液体中的粒子悬浮液。在一些实施例中，样品可以是含水液体。
短语“原始样品”通常用于指在加载到样品处理装置上之前还未进行任何处理或加工、除此之外仅仅稀释于或悬浮于稀释剂中的样品。即，原始样品可以包括含细胞、碎片、抑制剂等等，并且在加载到样品处理装置上之前事先未进行裂解、洗涤、缓冲等等。原始样品还可以包括直接得自来源并且在未操作的情况下从一个容器转移到另一个容器的样品。原始样品还可以包括多种介质中的患者样品，所述介质包括（但不限于）运输介质、脑脊液、全血、血浆、血清等等。例如，可以将得自患者的包含病毒粒子的鼻拭子样品在处理之前用来悬浮并稳定病毒粒子的运输缓冲液或介质（其可以包含抗微生物剂）中运输和/或保存。运输介质的一部分连同悬浮的粒子可以视为“样品”。与本发明的装置和系统一起使用并且在本文中的所有“样品”均可以是原始样品。
应当理解，尽管本发明的样品处理装置在本文中示为具有圆形形状并且有时称作“圆盘”，但本发明的样品处理装置的多种其他形状和构造也是可能的，并且本发明不限于圆形样品处理装置。因此，为简明和简洁起见，术语“圆盘”在本文中经常用来代替“样品处理装置”，但此术语不意在是限制性的。
本发明的样品处理装置可以用于涉及热处理（如，灵敏化学过程（例如，聚合酶链反应(PCR)扩增、转录介导扩增(TMA)、基于核酸序列的扩增(NASBA)、连接酶链式反应(LCR)、自持式序列复制、酶动力学研究、均相配体结合测定、免疫测定（例如，酶联免疫吸附测定(ELISA)）、以及需要精确热控制和/或快速热变化的更复杂的生物化学过程或其他过程））的方法中。
可以适于与本发明结合使用的合适构造技术或材料的一些例子可以在（如）下述美国专利中描述：名称作“ENHANCED SAMPLEPROCESSING DEVICES SYSTEMS AND METHODS”（改善的样品处理装置系统和方法）的共同转让的美国专利No.6,734,401、No.6987253、No.7435933、No.7164107和No.7,435,933（Bedingham等人）；名称作“MULTI-FORMAT SAMPLE PROCESSING DEVICES”（多形式样品处理装置）的美国专利No.6,720,187（Bedingham等人）；名称作“MULTI-FORMAT SAMPLE PROCESSING DEVICES ANDSYSTEMS”（多形式样品处理装置和系统）的美国专利公开No.2004/0179974（Bedingham等人）；名称作“MODULAR SYSTEMS ANDMETHODS FOR USING SAMPLE PROCESSING DEVICES”（使用样品处理装置的模块化系统和方法）的美国专利No.6,889,468（Bedingham等人）；名称作“SYSTEMS FOR USING SAMPLEPROCESSING DEVICES”（使用样品处理装置的系统）的美国专利No.7,569,186（Bedingham等人）；名称作“THERMAL STRUCTUREFOR SAMPLE PROCESSING SYSTEM”（用于样品处理系统的热结构）的美国专利公开No.2009/0263280（Bedingham等人）；名称作“VARIABLE VALVE APPARATUS AND METHOD”（可变阀设备和方法）的美国专利No.7,322,254和美国专利公开No.2010/0167304（Bedingham等人）；名称作“SAMPLE MIXING ON A MICROFLUIDICDEVICE”（在微流体装置上混合的样品）的美国专利No.7,837,947和美国专利公开No.2011/0027904（Bedingham等人）；名称作“METHODS AND DEVICES FOR REMOVAL OF ORGANICMOLECULES FROM BIOLOGICAL MIXTURES USING ANIONEXCHANGE”（利用阴离子交换从生物混合物移除有机分子的方法和装置）的美国专利No.7,192,560和No.7,871,827以及美国专利公开No.2007/0160504（Parthasarathy等人）；名称作“METHODS FORNUCLEIC ACID ISOLATION AND KITS USING A MICROFLUIDICDEVICE AND CONCENTRATION STEP”（用于核酸分离的方法以及使用微流体装置和浓缩步骤的套件）的美国专利公开No.2005/0142663（Parthasarathy等人）；名称作“SAMPLE PROCESSING DEVICECOMPRESSION SYSTEMS AND METHODS”（样品处理装置压缩系统和方法）的美国专利No.7,754,474和美国专利公开No.2010/0240124（Aysta等人）；名称作“COMPLIANT MICROFLUIDIC SAMPLEPROCESSING DISKS”（顺应性微流体样品处理圆盘）的美国专利No.7,763,210和美国专利公开No.2010/0266456（Bedingham等人）；名称作“MODULAR SAMPLE PROCESSING APPARATUS KITS ANDMODULES”（模块化样品处理设备套件和模块）的美国专利No.7,323,660和No.7,767,937（Bedingham等人）；名称作“MULTIPLEXFLUORESCENCE DETECTION DEVICE HAVING FIBER BUNDLECOUPLING MULTIPLE OPTICAL MODULES TO A COMMONDETECTOR”（具有将多个光学模块耦接到通用检测器的光纤束的多路复用荧光检测装置）的美国专利No.7,709,249（Bedingham等人）；名称作“MULTIPLEX FLUORESCENCE DETECTION DEVICEHAVING REMOVABLE OPTICAL MODULES”（具有可拆除光学模块的多路复用荧光检测装置）的美国专利No.7,507,575（Bedingham等人）；名称作“VALVE CONTROL SYSTEM FOR A ROTATINGMULTIPLEX FLUORESCENCE DETECTION DEVICE”（用于转动式多路复用荧光检测装置的阀控制系统）的美国专利No.7,527,763和No.7,867,767（Bedingham等人）；名称作“HEATING ELEMENT FOR AROTATING MULTIPLEX FLUORESCENCE DETECTION DEVICE”（用于转动式多路复用荧光检测装置的加热元件）的美国专利公开No.2007/0009382（Bedingham等人）；名称作“METHODS FOR NUCLEICAMPLIFICATION”（用于核扩增的方法）的美国专利公开No.2010/0129878（Parthasarathy等人）；名称作“THERMAL TRANSFERMETHODS AND STRUCTURES FOR MICROFLUIDIC SYSTEMS”（用于微流体系统的热转移方法和结构）的美国专利公开No.2008/0149190（Bedingham等人）；名称作“ENHANCED SAMPLE PROCESSINGDEVICES,SYSTEMS AND METHODS”（改善的样品处理装置、系统和方法）的美国专利公开No.2008/0152546（Bedingham等人）；2009年11月13日提交的名称作“ANNULAR COMPRESSION SYSTEMSAND METHODS FOR SAMPLE PROCESSING DEVICES”（用于样品处理装置的环状压缩系统和方法）的美国专利公开No.2011/0117607（Bedingham等人）；2009年11月13日提交的名称作“SYSTEMS ANDMETHODS FOR PROCESSING SAMPLE PROCESSING DEVICES”（用于处理样品处理装置的系统和方法）的美国专利公开No.2011/0117656（Robole等人）；2000年10月2日提交的名称作“SAMPLEPROCESSING DEVICES,SYSTEMS AND METHODS”（样品处理装置、系统和方法）的美国临时专利申请No.60/237,151（Bedingham等人）；2009年11月13日提交的名称作“SAMPLE PROCESSING DISCCOVER”（样品处理圆盘盖）的美国专利No.D638550和No.D638951（Bedingham等人）；2011年2月4日提交的名称作“SAMPLEPROCESSING DISC COVER”（样品处理圆盘盖）的美国专利申请No.29/384,821（Bedingham等人）；以及名称作“ROTATABLE SAMPLEPROCESSING DISK”（转动式样品处理圆盘）的美国专利No.D564667（Bedingham等人）。这些公开以引用方式全文并入本文。
其他可能的装置构造可见于（如）下述美国专利中：名称作“CENTRIFUGAL FILLING OF SAMPLE PROCESSING DEVICES”（样品处理装置的离心填充）的美国专利No.6,627,159（Bedingham等人）；名称作“SAMPLE PROCESSING DEVICES”（样品处理装置）的美国专利No.7,026,168、No.7,855,083和No.7,678,334以及美国专利公开No.2006/0228811和No.2011/0053785（Bedingham等人）；名称作“SAMPLE PROCESSING DEVICES AND CARRIERS”（样品处理装置和载体）的美国专利No.6,814,935和No.7,445,752（Harms等人）；以及名称作“SAMPLE PROCESSING DEVICES AND CARRIERS”（样品处理装置和载体）的美国专利No.7,595,200（Bedingham等人）。这些公开以引用方式全文并入本文。
图1示出了可以存在于本发明的样品处理装置上的一个处理阵列100的示意图。处理阵列100通常将相对于样品处理装置的中心101或者样品处理装置可以围绕其转动的回转轴A-A为径向取向，所述回转轴A-A延伸入和离开图1的纸面平面。即，当转动样品处理装置时，处理阵列允许样品材料以径向向外方向（即，远离中心101，朝向图1的底部）移动，以限定下游移动方向。当转动样品处理装置时，可能存在于微流体结构中的其他较低密度流体（如，气体）通常将由较高密度流体（如，液体）排出并且通常将以径向向内方向（即，靠近中心101，朝向图1的顶部）移动，以限定上游移动方向。
如图1所示，处理阵列100可以包括与处理（或检测）室150处于流体连通的输入室115。处理阵列100可以包括输入孔或端口110，所述输入孔或端口110通入输入室115内并且可以将材料经所述输入孔或端口110加载到处理阵列100内。输入孔110可以允许将原始、未经处理的样品加载到处理阵列100内以便分析，而不需要显著的或任何预处理、稀释、测定、混合等等。这样，样品和/或试剂可以在不精确计量或处理的情况下添加。在已将材料添加至处理阵列100之后，可以盖住、塞住、堵塞、或者换句话讲封闭或密封输入孔110，从而此后，处理阵列100对环境为封闭和“不通气的”，这将在下文中进行更详细的描述。
如图所示，在一些实施例中，输入室115可以包括一个或多个挡板或壁116或者其他合适的流体引导结构，所述流体引导结构设置成将输入室115划分成至少计量部分、室、或储器118以及废物部分、室、或储器120。挡板116可以发挥引导和/或容纳输入室115中流体的作用。
样品、试剂、或其他材料装可以经输入孔110载入处理阵列100内。当其上存在处理阵列100的样品处理装置围绕回转轴A-A转动时，则样品将会被引导（如，通过一个或多个挡板116）到计量储器118。计量储器118构造成保留或容纳选定体积的材料，任何多余材料导入废物储器120。在一些实施例中，输入室115或其一部分可以称作“第一室”或“第一处理室”，并且处理室150可以称作“第二室”或“第二处理室”。
计量储器118可以包括朝向中心101和回转轴A-A布置的第一末端122以及远离中心101和回转轴A-A布置的第二末端124（即，第一末端122的径向外侧），从而当转动样品处理装置时，迫使样品前往计量储器118的第二末端124。限定计量储器118的第二末端124的一个或多个挡板或壁116可以包括布置成限定选定体积的基部123和侧壁126（如，不完全侧壁）。将侧壁126布置成允许超过选定体积的任何体积溢出侧壁126并且流入废物储器120内。因此，废物储器120的至少一部分可以在计量储器118或输入室115的剩余部分的径向外侧布置，以促进将多余体积的材料在径向外向力下移入废物储器120内并且抑制多余体积折返移入计量储器118内（如，当样品处理装置围绕回转轴A-A转动时）。
换句话讲，输入室115可以包括一个或多个第一挡板116A和一个或多个第二挡板116B，其中所述第一挡板116A布置成将材料从输入孔110引导前往计量储器118，所述第二挡板116B布置成容纳选定体积的流体并且/或者将超过选定体积的流体导入废物储器120内。
如图所示，基部123可以包括形成于其中的开口或流体通路128，所述开口或流体通路128可以构造成形成毛细管阀130的至少一部分。因此，流体通路128的横截面积可以相对于计量储器118（或保留在计量储器118内的流体的体积）足够小，从而因毛细管力抑制流体流入流体通路128。因此，在一些实施例中，流体通路128可以称作“收缩部”或“收缩通道”。
在一些实施例中，可以控制流体通路128的横截面积相对于输入室115（或其一部分，例如计量储器118）的体积的纵横比，以在需要之前至少部分地确保流体（如，给定表面张力的流体）将不流入流体通路128。
例如，在一些实施例中，流体通路的横截面积(Ap)（如，流体通路128在计量储器118的基部123处的入口的横截面积）相对于储器（流体可以从其移入流体通路128内）（如，输入室115或其一部分，例如计量储器118）的体积(V)的比率（即，Ap：V）可以范围从约1：25至约1：500，在一些实施例中，可以范围从约1：50至约1：300，并且在一些实施例中，可以范围从约1：100至约1：200。换句话讲，在一些实施例中，Ap/V的比率可以是至少约0.01，在一些实施例中，至少约0.02，并且在一些实施例中，至少约0.04。在一些实施例中，Ap/V的比率可以不大于约0.005，在一些实施例中，不大于约0.003，并且在一些实施例中，不大于约0.002。换句话讲，在一些实施例中，V/Ap的比率，或者V与Ap之比，可以是至少约25（即，25比1），在一些实施例中，至少约50（即，约50比1），并且在一些实施例中，至少约100（即，约100比1）。在一些实施例中，V/Ap的比率，或者V与Ap之比，可以不大于约500（即约500比1），在一些实施例中，不大于约300（即约300比1），并且在一些实施例中，不大于约200（即约200比1）。
在一些实施例中，可以通过在流体通路128中使用各种尺寸来实现这些比率。例如，在一些实施例中，流体通路128（如，垂直于其沿来自中心101的半径的长度的尺寸，例如，直径、宽度、深度、厚度等等）可以具有不大于约0.5mm，在一些实施例中，不大于约0.25mm，并且在一些实施例中，不大于约0.1mm的横向尺寸。在一些实施例中，流体通路128的横截面积Ap可以不大于约0.1mm2，在一些实施例中，不大于约0.075mm2，并且在一些实施例中，不大于约0.5mm2。在一些实施例中，流体通路128可以具有至少约0.1mm，在一些实施例中，至少约0.5mm，并且在一些实施例中，至少约1mm的长度。在一些实施例中，流体通路128可以具有不大于约0.5mm，在一些实施例中，不大于约0.25mm，并且在一些实施例中，不大于约0.1mm的长度。在一些实施例中，例如，流体通路128可以具有约0.25mm的宽度和约0.25mm的深度（即，约0.0625mm2的横截面积）以及约0.25mm的长度。
毛细管阀130可以与计量储器118的第二末端124处于流体连通存在，从而流体通路128相对于回转轴A-A在计量储器118的径向外侧布置。毛细管阀130构造成抑制流体（即，液体）从计量储器118移入流体通路128内，这取决于如下因素中的至少一者：流体通路128的尺寸、限定计量储器118和/或流体通路128的表面的表面能、流体的表面张力、施加于流体上的力和可能存在的回压（如，因下游形成的气阻产生，如下文所述）以及它们的组合。因此，流体通路128（如，收缩部）可以设置成（如，设计尺寸为）抑制流体进入阀室134，直至施加到流体上的力（如，通过围绕回转轴A-A转动处理阵列100）、流体的表面张力、和/或流体通路128的表面能足以使流体移入和/或穿过流体通路128。
如图1所示，毛细管阀130可以布置成与隔膜阀132串联，从而毛细管阀130在隔膜阀132的径向内侧布置，并且与隔膜阀132的入口处于流体连通。隔膜阀132可以包括阀室134和阀隔膜136。在转动平台上的给定取向（如，基本上水平的取向），可以通过离心力平衡和偏移毛细管力以控制流体流。隔膜阀132（有时也称作“相变型阀”）可以感知热源（如，电磁能源），所述热源可以引起阀隔膜136熔融以打开穿过阀隔膜136的通道。
隔膜136可以位于阀室134与处理阵列100中的一个或多个下游流体结构（例如，处理室150或者阀室134和处理室150之间的任何流体通路或室）之间。这样，处理室150可与隔膜阀132的出口（即，阀室134）处于流体连通，并且可以相对于回转轴A-A和中心101至少部分地在阀室134的径向外侧布置。下文中将参照图2-8的样品处理装置200更详细地描述阀隔膜136的这种排列方式。尽管在一些实施例中，隔膜136可以直接布置在阀室134和处理室150之间，但在一些实施例中，可以使用多个流体结构（例如，多个通道或室）使阀室134和处理室150流体连接。此类流体结构通过虚线示意性地示于图1中，并且通常称作“分配通道”140。
隔膜136可以包括(i)闭式构造，其中隔膜136不可透过流体（并且具体地讲，液体），并且构造成使阀室134与任何下游流体结构流体隔离；和(ii)开式构造，其中隔膜136可透过（具体地讲，液体）（如，包括一个或多个开口，所述开口的尺寸设定成促使样品从中流过）并且允许在阀室134与任何下游流体结构之间流体连通。即，阀隔膜136在完整时可以阻止流体（即，液体）在阀室134与任何下游流体结构之间移动。
阀调结构和方法的各种特征和细节在2011年5月18日提交的共同待决美国专利申请No.61/487,669和2011年5月25日提交的共同待决美国专利申请No.61/490,012中描述，所述专利的每一份全文以引用方式并入本文。
阀隔膜136可以包括不可透性屏障或由不可透性屏障形成，所述不可透性屏障不透过或吸收电磁能量，例如，位于可见光、红外、和/或紫外光谱内的电磁能量。如与本发明结合使用，术语“电磁能量”（及其变体）”意指能够在无物理接触情况下从源头输送至所需位置或材料的电磁能量（不考虑波长/频率）。电磁能量的非限制性例子包括激光能量、射频(RF)、微波辐射、光能量（包括紫外到红外光谱）等。在一些实施例中，电可以限于落入紫外到红外辐射光谱（包括可见光谱）内的能量。下文中将参照图2-8的样品处理装置200描述阀隔膜136的各种附加细节。
毛细管阀130在图1中示为与隔膜阀132串联，具体地讲，示为位于隔膜阀132的入口或上游末端的上游，并且与其处于流体连通。当阀隔膜136处于闭式构造并且移动样品且允许在处理阵列100中形成压力时，毛细管阀130和隔膜阀132的这种构造可以产生气阻（即，在阀室134中）。这种构造还可以允许用户控制何时容许流体（即，液体）进入阀室134并且聚集在阀隔膜136附近（如，通过控制施加于样品上的离心力（如，当样品的表面张力保持恒定时）；和/或通过控制样品的表面张力）。即，在打开隔膜阀132之前（即，当阀隔膜136处于闭式构造时），毛细管阀130可以抑制流体（即，液体）进入阀室134，并且集中或聚集阀隔膜136附近。
毛细管阀130和隔膜阀132可以一起或单独地称做处理阵列100的“阀”或“阀调结构”。即，处理阵列100的阀调结构在上文中通常描述为包括毛细管阀和隔膜阀；然而，应当理解，在一些实施例中，处理阵列100的阀或阀调结构可以仅描述为包括流体通路128、阀室134和阀隔膜136。此外，在一些实施例中，流体通路128可以描述为形成输入室115的一部分（如，形成计量储器118的一部分），使得下游末端124包括设置成抑制流体进入阀室134（直至需要时）的流体通路128。
通过抑制流体（即，液体)聚集在阀隔膜136的一侧附近，可以在无其他物质干扰的情况下打开阀隔膜136，即，从闭式构造变成开式构造。例如，在一些实施例中，可以通过在阀隔膜136的一侧引入合适波长的电磁能量而在阀隔膜136中形成空隙，打开阀隔膜136。本发明人发现，在一些情况下，如果液体已经聚集在阀隔膜136的对侧，则该液体可能因充当电磁能量的热阱而干扰空隙形成（如，熔融）过程，这样可能增加在阀隔膜136形成空隙所需的功率和/或时间。因此，通过抑制流体（即，液体）聚集在阀隔膜136的一侧，可以在阀隔膜136的第二侧不存在流体（如，液体（例如，样品或试剂））时通过在阀隔膜136的第一侧处引入电磁能量，打开阀隔膜136。通过抑制流体（如，液体）聚集在阀隔膜136的背侧，可以在多种阀调条件（例如，激光功率（如，440、560、670、780和890毫瓦(mW)）、激光脉冲宽度或持续时间（如，1或2秒）和激光脉冲数（如，1个或2个脉冲））下可靠地打开隔膜阀132。
因此，毛细管阀130起到如下作用：(i)有效地形成计量储器118的封闭末端，从而可将选定体积的材料计量并且输送至下游处理室150，以及(ii)当阀隔膜136处于其闭式构造时，（例如）通过在阀室134中产生气阻，有效地抑制流体（如，液体）聚集在阀隔膜136的一侧附近。
当已在阀隔膜136中形成开口或空隙之后，阀室134变得经阀隔膜136中的空隙与下游流体结构（例如，处理室150或者处理室150与阀隔膜136之间的任何分配通道140）处于流体连通。如上所述，将材料已经载入处理阵列100内之后，可以封闭、密封、和/或塞住输入孔110。这样，处理阵列100可以在处理期间对环境为密封的或“不通气的”。
仅以举例的方式，当样品处理装置以第一速度（如，角速度，以转/分钟(RPM)来记录）围绕回转轴A-A转动时，将第一（离心）力施加于处理阵列100中的材料上。计量储器118和流体通路128可以设置为（如，就表面能、相对尺寸和横截面积等等而言），使得第一离心力不足以造成具有给定表面张力的样品被压入相对狭窄的流体通路128内。然而，当样品处理装置以第二速度（如，角速度，RPM）转动时，将第二（离心）力施加于处理阵列100中的材料上。计量储器118和流体通路128可以设置为，使得第二离心力足以造成给定表面张力的样品被压入流体通路128内。作为另外一种选择，可以将添加剂（如，表面活性剂）添加至样品以改变其表面张力，以便在需要时造成样品流入流体通路128内。
还可以通过以下方式至少部分地控制施加到材料上的第一和第二力：控制其上存在处理阵列100的样品处理装置的转速和加速度曲线（如，角加速度，以周/平方秒或转/平方秒（转/秒2）记录）。一些实施例可以包括：
(i)第一速度和第一加速度，所述第一速度和第一加速度可以用来计量样品处理装置上的一个或多个处理阵列100中的流体，并且不足以导致流体移入该样品处理装置上的任何处理阵列100的流体通路128内；
(ii)第二速度和第一加速度，所述第二速度和第一加速度可以用来使流体移入样品处理装置上的至少一个处理阵列100的流体通路128内（如，在处理阵列100中，其中下游隔膜阀132已经打开，并且阀室134中的气阻已经释放，同时仍抑制流体移动入其中下游隔膜阀132未打开的剩余处理阵列100的流体通路128内）；以及
(iii)第三速度和第二加速度，所述第三速度和第二加速度可以用来使流体移入样品处理装置上的全部处理阵列100的流体通路128内。
在一些实施例中，第一速度可以不大于约1000rpm，在一些实施例中，不大于约975rpm，在一些实施例中，不大于约750rpm，并且在一些实施例中，不大于约525rpm。在一些实施例中，“第一速度”实际上可以包括两个分立速度---一个使材料移动入计量储器118内的速度，另一个随后通过填充计量储器118到溢出并且允许过量流体移入废物储器120内而对材料计量的速度。在一些实施例中，第一转移速度可以是约525rpm，并且第二计量速度可以是约975rpm。这两个速度均可以在相同的加速度下出现。
在一些实施例中，第一加速度可以不大于约75转/秒2，在一些实施例中，不大于约50转/秒2，在一些实施例中，不大于约30转/秒2，在一些实施例中，不大于约25转/秒2，并且在一些实施例中，不大于约20转/秒2。在一些实施例中，第一加速度可以是约24.4转/秒2。
在一些实施例中，第二速度可以不大于约2000rpm，在一些实施例中，不大于约1800rpm，在一些实施例中，不大于约1500rpm，并且在一些实施例中，不大于约1200rpm。
在一些实施例中，第二加速度可以是至少约150转/秒2，在一些实施例中，至少约200转/秒2，并且在一些实施例中，至少约250转/秒2。在一些实施例中，第二加速度可以是244转/秒2。
在一些实施例中，第三速度可以是至少约3000rpm，在一些实施例中，至少约3500rpm，在一些实施例中，至少约4000rpm，并且在一些实施例中，至少约4500rpm。然而，在一些实施例中，第三速度可与第二速度相同，前提条件是速度和加速度曲线足以克服各个流体通路128内的毛细管力。
如结合本发明所用，“不通气的处理阵列”或“不通气的分配系统”是其中通入内部流体结构的体积内的开口仅位于输入室115中的处理阵列。换句话讲，为了到达不通气的处理阵列内部的处理室150，将样品（和/或试剂）输送到输入室115，并且随后将输入室115相对于环境进行密封。如图1所示，此类不通气的分配处理阵列可以包括将样品材料输送到处理室150（如，以下游方向）的一个或多个专用通道（如，分配通道140）以及允许空气或另一种流体经并非其中样品正在移动的单独路径离开处理室150的一个或多个专用通道。相比之下，通气的分配系统将在处理期间相对于环境是开放的，并且还将可能包括沿分配系统在一个或多个位置内（例如，靠近处理室150）布置的通气孔。如上所述，不通气的分配系统抑制环境与处理阵列100内部之间的污染（如，来自处理阵列100的渗漏、或者将污染物从环境或用户引入处理阵列100内），并且还抑制一个样品处理装置上的多份样品或处理阵列100之间的交叉污染。
如图1所示，为了促进处理期间处理阵列100中的流体流动，处理阵列100可以包括一个或多个平衡通道155，所述平衡通道155布置成将处理阵列100的下游或径向向外部分（如，处理室150）与位于处理室150的上游或径向内侧的一个或多个流体结构（如，输入室115的至少一部分）流体连接。
平衡通道155为附加通道，所述附加通道允许流体（如，气体（例如捕集的空气））从流体结构的原本气阻的下游部分向上游移动以促进其他流体（如，样品材料、液体等等）向下游移入处理阵列100的这些原本气阻的区域内。此类平衡通道155可以允许处理阵列100上的流体结构在样品处理期间（即，在流体移动期间）保持相对环境为不通气的或封闭的。因此，在一些实施例中，平衡通道155可以称作“内部通气道”或“通气通道”，并且释放捕集的流体以促进材料移动的过程可以称作“内部通气”。如下文参照图2-8的样品处理装置200更详细地描述，在一些实施例中，平衡通道155可以由一系列通道或其他流体结构（空气经这些结构连续移动以逸出处理室150）形成。由此，平衡通道155在图1中示意性地示为虚线。
样品（或试剂）从输入室115到处理室150的流动可以限定第一移动方向，并且平衡通道155可以限定不同于第一方向的第二移动方向。具体地讲，第二方向与第一方向相反或基本上相反。当通过力（如，离心力）使样品（或试剂）移至处理室150时，第一方向可以沿力的方向大体取向，并且第二方向可以与力的方向相反大体取向。
当阀隔膜136变成开式构造时（如，通过在隔膜136处发射电磁能量），阀室134中的气阻可以释放，原因至少部分地在于平衡通道155连接折返直至输入室115的隔膜136的下游侧。气阻的释放可以允许流体（如，液体）流入流体通路128、阀室134、并且流至处理室150。在一些实施例中，当处理阵列100中的通道和室具有疏水性或者通常由疏水性表面限定时（具体地讲，相对于含水样品和/或试剂而言），可以促进这种现象。
在一些实施例中，可以通过测量目的液体小滴与目的表面之间的接触角确定材料表面的疏水性。在这种情况下，可以在各种样品和/或试剂材料与将用于形成样品处理装置的至少一些表面（这些表面将接触样品和/或试剂）的材料之间进行此类测量。在一些实施例中，样品和/或试剂材料可以是含水液体（如，悬浮液等等）。在一些实施例中，本发明的样品和/或试剂与形成处理阵列100的至少一部分的基底材料之间的接触角可以是至少约70°，在一些实施例中，至少约75°，在一些实施例中，至少约80°，在一些实施例中，至少约90°，在一些实施例中，至少约95°，并且在一些实施例中，至少约99°。
在一些实施例中，当已经在流体上施加足够的力时（如，当已达到流体上的阈值力时（如，当处理阵列100围绕回转轴A-A的转动已超过阈值加速度或转动加速度时）），流体可以流入流体通路128内。在流体已经克服毛细管阀130中的毛细管力之后，流体可以穿过开口阀隔膜136流至下游流体结构（如，处理室150）。
如在整个本发明中所述，正在穿过处理阵列100移动的样品和/或试剂材料的表面张力可以影响为移动该材料至流体通路128内，并且克服毛细管力所需的力的量。一般来讲，正在穿过处理阵列100移动的材料的表面张力越低，则需要在材料上施加以便克服毛细管力的力越低。在一些实施例中，样品和/或试剂材料的表面张力可以是至少约40mN/m，在一些实施例中，至少约43mN/m，在一些实施例中，至少约45mN/m，在一些实施例中，至少约50mN/m，在一些实施例中，至少约54mN/m。在一些实施例中，表面张力可以不大于约80nM/m，在一些实施例中，不大于约75mN/m，在一些实施例中，不大于约72mN/m，在一些实施例中，不大于约70mN/m，并且在一些实施例中，不大于约60mN/m。
在一些实施例中，正在穿过处理阵列100移动的样品和/或试剂材料的密度可以是至少约1.00g/mL，在一些实施例中，至少约1.02g/mL，在一些实施例中，至少约1.04g/mL。在一些实施例中，密度可以不大于约1.08g/mL，在一些实施例中，不大于约1.06g/mL，并且在一些实施例中，不大于约1.05g/mL。
在一些实施例中，正在穿过处理阵列100移动的样品和/或试剂材料的粘度可以是至少约1厘泊(nMs/m2)，在一些实施例中，至少约1.5厘泊，并且在一些实施例中，至少约1.75厘泊。在一些实施例中，粘度可以不大于约2.5厘泊，在一些实施例中，不大于约2.25厘泊，并且在一些实施例中，不大于约2.00厘泊。在一些实施例中，粘度可以是1.0019厘泊或2.089厘泊。
下表包括可在本发明中以样品稀释剂和/或试剂使用的含水介质的各种数据。一个例子为得自乔治亚州玛丽埃塔市Copan诊断公司(Copan Diagnostics,Murrietta,GA)的用于病毒、衣原体、支原体和脲原体的Copan通用运输介质(“UTM”)（3.0mL试管，产品编号330C，批号39P505）。这种UTM用作实例中的样品。另一个例子为得自加利福尼亚州赛普里斯市福克斯诊断公司(Focus Diagnostics,Cypress,CA)的试剂主混合物(“Reagent”)。下表中包括25℃的水以及水中25%甘油的粘度和密度数据，因为本发明的一些样品和/或试剂材料可以具有范围从水的材料属性到水中25%甘油的材料属性（包括这两者）的材料属性。下表中的接触角测量值是在黑色聚丙烯上测得的，所述黑色聚丙烯是通过将得自堪萨斯州威奇托弗林特山资源公司(Flint HillsResources,Wichita,Kansas)的产品No.P4G3Z-039聚丙烯（天然）与得自瑞士穆滕茨市科莱恩公司(Clariant Corporation,Muttenz,Switzerland)的Clariant着色剂UN0055P（深黑色（炭黑），3%LDR）在压机处混合来形成。这种黑色聚丙烯可以在一些实施例中用来形成本发明的样品处理装置的至少一部分（如，基底）。
Figure BDA0000416666650000201
可以通过如下方式促进样品材料在包括不通气的处理阵列的样品处理装置内移动：在转动期间对该装置交替地加速和减速，实际上使样品材料嗝涌穿过各个通道和室。可以使用至少两个加速/减速周期（即，初始加速、随后减速、第二轮加速和第二轮减速）来执行转动。
在包括平衡通道（例如，平衡通道155）的处理阵列的实施例中可不需要加速/减速周期。平衡通道155可以有助于防止空气或其他流体干扰样品材料经流体结构流过。平衡通道155可以为排出的空气或其他流体离开处理室150提供路径，以便平衡分配系统内的压力，这可以最大程度地降低对于加速和/或减速以“嗝涌”分配系统的需要。然而，加速和/或减速技术仍可以用来进一步促进样品材料穿过不通气的分配系统分配。加速和/或减速技术也可以用于辅助流体在不规则表面（例如，由电磁能量诱导的阀调作用所形成的粗糙边缘、不完善的模制通道/室等等）上面和/或周围移动。
如果加速和/减速是快速的，则可以是进一步有利的。在一些实施例中，转动可以仅按一个方向，即，在加载过程期间可以不需要逆转转动的方向。这种加载过程允许样品材料将系统的比开口距回转轴A-A更远存在的部分中的空气排入系统内。
实际的加速和减速速率可以基于多个因素（例如，温度、装置的尺寸、样品材料距回转轴的距离、用于制备装置的材料、样品材料的特性（如，粘度）等等）而变化。可用的加速/减速过程的一个例子为初始加速至约4000转/分(rpm)、随后在约1秒时间内减速至约1000rpm，其中装置的转动速度在1000rpm和4000rpm之间以1秒间隔交替变化直至样品材料已经行进所需的距离。
可用加载过程的另一个例子可以包括以至少约20转/秒2的初始加速度加速至约500rpm的第一转动速度、随后在第一转动速度保持5秒、随后以至少约20转/秒2的第二加速度减速至约1000rpm的第二转动速度、随后在第二转动速度保持5秒。可用加载过程的另一个例子可以包括以至少约20转/秒2的初始加速度加速至约1800rpm的转动速度、随后在该转动速度保持10秒。
当处理室150接纳样品材料或其他材料时，可以排出处理室150内的空气或其他流体。平衡通道155可以为排出的空气或其他排出的流体提供路径以离开处理室150。平衡通道155可以通过如下方式辅助流体更更有效移动穿过处理阵列100：通过使得分配系统的一些通道专用于流体以一个方向（如，上游或下游方向）流动来平衡处理阵列100内的压力。在图1的处理阵列100中，材料（如，目的样品）通常相对中心101从输入室115经毛细管阀130和隔膜阀132向下游和径向向外流动，并且任选地经分配通道140流至处理室150。其他流体（如，存在于处理室150中的气体）通常可以从处理室150经平衡通道155，向上游或径向向内（即，与样品移动的方向大体相反）流至输入室115。
返回阀调结构，阀隔膜136的下游侧面向并且最终通入（如，当在阀隔膜136中形成开口或空隙之后）分配通道140，所述分配通道140使得阀室134（并且最终输入室115，具体地讲，计量储器118）与处理室150流体连接。
可以将力施加在材料上，以使其从输入室115（即，输入室115）经流体通路128移入阀室134内，经过阀隔膜136中的空隙，沿任选的分配通道140移动并且移入处理室150内。如上所述，这种力可以是离心力，所述离心力可以通过（例如）围绕回转轴A-A转动位于其上的处理阵列100的样品处理装置来产生，以便将材料从回转轴A-A径向向外移动（即，因为处理室150的至少一部分位于输入室115的径向外侧）。然而，这种力也可以通过压差（如，正压和/或负压）和/或重力建立。在适当的力下，样品可以行进穿过各个流体结构，以最终驻留在处理室150中。具体地讲，当打开隔膜阀132并且将足够的力施加在样品上以使样品穿过毛细管阀130的流体通路128移动之后，如通过计量储器118（即，与挡板116和废物储器120）控制，将选定体积的材料将移至处理室150。
本发明的一个示例性的样品处理装置或圆盘200示于图2-8中。样品处理装置200仅以举例的方式示为圆形形状。样品处理装置200可以包括中心201，并且样品处理装置200可以围绕穿过样品处理装置200的中心201延伸的回转轴B-B转动。样品处理装置200可以包括上文所述的图1处理阵列100的各种特征和部件，其中相似的编号通常表示相似部件。因此，上文所述的处理阵列100的任何细节、特征、或其特征的可供选择形式均可以扩展至样品处理装置200的特征。样品处理装置200的附加细节和特征可见于2011年5月18日提交的共同待决美国外观设计专利申请No.29/392,223中，该外观设计专利申请以引用方式全文并入本文。
样品处理装置200可以是多层复合结构，所述多层复合结构由基底或主体202、与基底202的顶部表面206连接的一个或多个第一层204、以及与基底202的底部表面209连接的一个或多个第二层208形成。如图8所示，基底202包括在顶部表面206中具有三个阶梯或层次213的阶梯状构造。因此，设计成在样品处理装置200的每个阶梯213中容纳一定体积材料（如，样品）的流体结构（如，室）可以至少部分地由基底202、第一层204和第二层208限定。此外，由于包括三个阶梯213的阶梯状构型，样品处理装置200可以包括三个分别用于样品处理装置200的每个阶梯213的第一层204。流体结构和阶梯状构型的这种排列方式仅以举例的方式示出，并且本发明不意在受这种设计限制。
基底202可以由多种材料形成，所述材料包括（但不限于）聚合物、玻璃、硅、石英、陶瓷、或它们的组合。在其中基底202为聚合物的实施例中，可以通过相对简易的方法（例如，模制）形成基底202。尽管基底202示为均一的、一体式集成主体，但作为另外一种选择，它可以作为（例如）由相同或不同材料的多个层形成的非均一主体提供。对于其中基底202将直接接触于样品材料的那些样品处理装置200而言，基底202可以由与样品材料不反应的一种或多种材料形成。可以用于多个不同生物分析应用中的基底的一些合适聚合物材料的例子包括（但不限于）聚碳酸酯、聚丙烯（如，等规聚丙烯）、聚乙烯、聚酯等、或它们的组合。这些聚合物通常显示可以用于限定流体结构的疏水性表面，如下文所述。聚丙烯通常比其他聚合物材料中的一些（例如，聚碳酸酯或PMMA）更加疏水；然而，列出的全部聚合物材料通常均比基于二氧化硅的微电子机械系统(MEMS)更为疏水。
如图3和图5所示，样品处理装置200可以包括贯通基底202或其他结构（如，反射性接片等）所形成的狭槽275以用于（例如）相对电磁能量源、光学模块等等来寻的和定位样品处理装置200。这种寻的可以用于各种阀调方法、以及其他测定或检测方法中，包括用于确定选定体积的材料是否存在于处理室250中的方法。用于处理样品处理装置的此类系统和方法描述于2011年5月18日提交的共同待决美国专利申请No.61/487,618中，该专利申请以引用方式全文并入本文。
样品处理装置200包括多个处理或检测室250，所述处理或检测室250中的每一个均限定用于容纳样品以及将随样品一起热处理（如，循环）的任何其他材料的体积。如结合本发明所用，“热处理”（及其变体）是指控制（如，保持、升高、或降低）样品材料的温度以获得所需反应。作为热处理的一种形式，“热循环”（及其变体）是指在两个或更多个温度设定点之间连续地改变样品材料的温度以获得所需反应。热循环可涉及（如）低温和高温之间的循环，低温、高温和至少一个中间温度之间的循环等等。
图示的装置200包括八个检测室250（每个盘道203使用一个检测室），但应当理解，在结合根据本发明制造的装置所提供的检测室250的精确数目可以根据需要多于或少于八个。
图示的装置200中的处理室250处于室的形式，但本发明的装置中的处理室可以按毛细管、通路、通道、凹槽、或任何其他适当限定体积的形式提供。
在一些实施例中，样品处理装置200的基底202、第一层204和第二层208可以足够的强度附接或粘合在一起，以抵制（如）当处理室250中的组分在热处理期间快速受热时可能在该处理室内部形成的膨胀力。如果装置200将用于热循环方法（如，PCR扩增），则部件之间粘合的稳固性可能是尤其重要的。此类热循环中涉及的反复加热和冷却可能对样品处理装置200的侧面之间的粘合提出更加严格的要求。由组件之间更稳固的粘合所解决的另一个可能问题是用于制备组件的不同材料的热膨胀系数的任何差异。
第一层204可由透明的、不透明的、或半透明的膜或箔（例如，经粘合剂涂覆的聚酯、聚丙烯、或金属箔、或它们的组合）形成，从而样品处理装置200的基础结构是可见的。第二层208可以是透明或不透明的，但经常由导热金属（如，金属箔）或其他适当导热的材料形成，以将热和冷通过传导从与样品处理装置200物理连接（和/或样品处理装置200经推压与之接触）的台板和/或热结构（如，连接到或形成转动平台25的一部分）传递至样品处理装置200，并且尤其传递至检测室250（需要时）。
第一和第二层204和208可以与任何所需的钝化层、粘合剂层、其他合适层、或它们的组合组合使用，如在美国专利No.6,734,401以及美国专利申请公开No.2008/0314895和No.2008/0152546中所述。此外，可以利用任何所需的技术（包括（但不限于）粘合剂、焊接（化学、热、和/或声波）等等）或者技术的组合，将第一和第二层204和208连接到基底202，如在美国专利No.6,734,401以及美国专利申请公开No.2008/0314895和No.2008/0152546中所述。
仅以举例的方式，样品处理装置200示为包括八个不同的盘道、楔、部分、或区段203，其中每个盘道203与另一个盘道203处于流体隔离，从而可以在样品处理装置200上同时地或在不同时间（如，连续地）处理八分不同样品。为了抑制盘道203之间的交叉污染，每个盘道可在使用之前以及在使用期间（例如，在已将原始样品加载到样品处理装置200的给定盘道203内之后）均与环境流体隔离。例如，如图2所示，在一些实施例中，样品处理装置200可以包括用前层205（如，包括压敏粘合剂的膜、箔等等）以作为最内部第一层204，所述最内部第一层204可以在使用之前与样品处理装置200的顶部表面206的至少一部分粘附，并且可以在使用给定盘道203之前选择性地从这个特定盘道移除（如，通过剥离）。
如图2所示，在一些实施例中，用前层205可以包括折叠部、穿孔、或刻划线212以促进每次仅移除用前层205的一部分，以便根据需要选择性暴露样品处理装置200的一个或多个盘道203。此外，在一些实施例中，如图2所示，用前层205可以包括一个或多个接片（如，每个盘道203具有一个接片）以促进抓住用前层205的边缘用于移除。在一些实施例中，样品处理装置200和/或用前层205可邻近每个盘道203进行编号以将盘道203彼此清晰地区分开。如通过图2中的例子所示，用前层205已从样品处理装置200的盘道号1-3处移除，但未从盘道号4-8处移除。在用前层205已经从样品处理装置200移除的情况下，命名为“SAMPLE”的第一输入孔210和命名为“R”的第二输入孔260。
此外，为了进一步抑制盘道203之间、盘道203的试剂材料处理部分与盘道203的样品材料处理部分之间、和/或环境与样品处理装置200的内部之间的交叉污染，可以（例如）利用示于图2中的塞207，塞住或堵塞第一和第二输入孔210和260中的一者或两者。多种材料、形状和构造可以用于塞住输入孔210和260，并且塞207仅以举例的方式显示为是联合塞，所述联合塞可以利用单指压力插入第一输入孔210和第二输入孔260内。作为另外一种选择，在一些实施例中，用前层205也可以充当密封层或包覆层，并且可以在样品和/或试剂已载入盘道203内之后重新施加至这个特定盘道203的顶部表面206以相对环境重新密封盘道203。在此类实施例中，在层205已经重新施用至相应盘道203的顶部表面206之后，用前层205的每个部分的接片可以从层205的剩余部分处移除（如，沿穿孔撕掉）。接片的移可以抑制可能在接片和任何处理步骤（例如，阀调、圆盘旋转等等）之间出现的任何干扰。此外，在此类实施例中，用前层205可以仅向后剥离足以暴露第一和第二输入孔210和260，并且随后向后下方放置在顶部表面206上，从而用前层205从不从顶部表面206完全移除。例如，在一些实施例中，在用前层205的相邻部分之间的穿孔或刻划线212可以终止在可充当撕裂阻挡件的通孔处。这种通孔可以布置在用前层205的最内边缘的径向外侧，从而用前层205的每个部分的最内部分不需要从顶部表面206完全移除。
如图3、5和7所示，在图2-8的图示实施例中，样品处理装置200的每个盘道203包括盘道203的样品处理部分或处理侧211和盘道203的试剂处理部分或处理侧261，并且样品处理部分211和试剂处理部分261可以彼此处于流体隔离，直至（例如）通过打开一个或多个阀使得这两侧彼此流体连通，如下文所述。每个盘道203有时可以称作“分配系统”或“处理阵列”，或者在一些实施例中，盘道203的每侧211、261均可以称作“分配系统”或“处理阵列”，并且可以总体上对应于图1的处理阵列100。然而，一般来讲，“处理阵列”指输入室、检测室、以及两者间的任何流体连接。
照图3、5和7，第一输入孔210通入输入槽或室215内。类似的输入室265位于盘道203中第二输入孔260通入其内的试剂处理侧261。每个盘道203的独立样品和试剂输入孔210和260、输入室215和265、以及处理侧211和261允许将原始、未经处理的样品加载到样品处理装置200上以便分析，而无需显著的或任何预处理、稀释、测定、混合等等。这样，可以在未精确计量或处理的情况下添加样品和/或试剂。因此，样品处理装置200有时可以称作“适度复杂度”圆盘，因为可以在样品处理装置200上执行相对复杂的板载处理，无需大量或任何的预处理。首先将描述样品处理侧211。
如所示，在一些实施例中，输入室215可以包括一个或多个挡板或壁216或者其他合适的流体引导结构，所述流体引导结构布置成将输入室215划分成至少计量部分、室、或储器218以及废物部分、室、或储器220。挡板216可以发挥引导和/或容纳输入室215中流体的作用。
如说明的实施例中所示，可以将样品经输入孔210加载到样品处理装置200上的一个或多个盘道203上。当样品处理装置200围绕回转轴B-B转动时，则将引导样品到（如，通过一个或多个挡板216）计量储器218。计量储器218设置成保留或容纳选定体积的材料，任何多余的材料被引至废物储器220。在一些实施例中，输入室215或其一部分可以称作“第一室”或“第一处理室”，并且处理室250可以称作“第二室”或“第二处理室”。
如图7和8中所示，计量储器218包括朝向样品处理装置200的中心201和回转轴B-B布置的第一末端222、以及远离中心201和回转轴B-B布置的第二末端224（即，位于第一末端222的径向外侧），从而当样品处理装置200转动时，将样品向计量储器218的第二末端224推压。限定计量储器218的第二末端224的一个或多个挡板或壁216可以包括经排列以便限定选定体积的基部223和侧壁226（如，不完全侧壁；参见图7）。将侧壁226排列并成形以允许超过选定体积的任何体积溢出侧壁226，并且流入废物储器220内。因此，废物储器220的至少一部分可以布置在计量储器218或输入室215的剩余部分的径向外侧，以有利于在径向外向力下将多余体积的材料移入废物储器220内，并且抑制多余体积折返移入计量储器218内（如，当样品处理装置200围绕回转轴B-B转动时）。
换句话讲，继续参照图7，输入室215可以包括一个或多个第一挡板216A和一个或多个第二挡板216B，所述第一挡板216A布置成将材料从输入孔210向计量储器218引导，所述第二挡板216B布置成容纳选定体积的流体并且/或者将超过选定体积的流体引入废物储器220内。
如所示，基部223可以包括形成于其中的开口或流体通路228，所述开口或流体通路228可以设置为形成毛细管阀230的至少一部分。因此，流体通路228的横截面积可以相对于计量储器218（或保留在计量储器218内的流体的体积）足够小，使得流体因毛细管力而被阻止流入流体通路228。因此，在一些实施例中，流体通路228可以称作“收缩部”或“收缩通道”。
在一些实施例中，计量储器218、废物储器220、一个或多个挡板216（如，基部223、侧壁226、以及任选的一个或多个第一挡板216A）和流体通路228（或毛细管阀230）可以一起称作“计量结构”，所述计量结构负责容纳（例如）可以在需要时输送至下游流体结构的选定体积的材料。
仅以举例的方式，当样品处理装置200以第一速度（如，角速度，RPM）围绕回转轴B-B转动时，将第一离心力施加在样品处理装置200中的材料上。计量储器218和流体通路228可以设置为（如，就表面能、相对尺寸和横截面积等等而言），使得第一离心力不足以造成具有给定表面张力的样品被压入相对狭窄的流体通路228内。然而，当样品处理装置200以第二速度（如，角速度，RPM）转动时，将第二离心力施加在样品处理装置200中的材料上。计量储器218和流体通路228可以设置为，使得第二离心力足以造成具有给定表面张力的样品被压入到流体通路228内。作为另外一种选择，可以将添加剂（如，表面活性剂）添加至样品，以改变其表面张力，以造成样品在需要时流入流体通路228内。在一些实施例中，可以通过控制样品处理装置200在不同处理阶段转动的加速度曲线和速度，至少部分地控制第一力和第二力。在上文中参照图1描述了此类速度和加速度的例子。
一些实施例中，可以控制流体通路228的横截面积相对于输入室215（或其一部分，例如计量储器218）的体积的纵横比，以至少部分地确保流体将不流入流体通路228（直至需要时），例如，对于具有给定表面张力的流体。
例如，在一些实施例中，可以控制流体通路的横截面积(Ap)（如，计量储器218的基部223处的流体通路228的入口的横截面积）相对于储器（流体可以从其移到流体通路228内）（如，输入室215或其一部分，例如计量储器218）的体积(V)的比率（即，Ap：V）。上文参照图1详述的各种比率中的任何一者以及它们的范围也可用于样品处理装置200中。
如图3、5、7和8所示，毛细管阀230可以与计量储器218的第二末端224流体连通下存在，从而流体通路228相对于回转轴B-B布置在计量储器218的径向外侧。毛细管阀230设置成阻止流体（即，液体）从计量储器218进入流体通路228，这取决于如下因素中的至少一者：流体通路228的尺寸、限定计量储器218和/或流体通路228的表面的表面能、流体的表面张力、施加在流体上的力和可存在的回压（如，因形成于下游的气阻产生，如下文所述）以及它们的组合。因此，流体通路128（如，收缩部）可以设置为（如，设计尺寸为）抑制流体进入阀室134，直至施加到流体上的力（如，通过围绕回转轴A-A转动处理阵列100）、流体的表面张力、和/或流体通路128的表面能足以足以使流体移动穿过流体通路128，并且进入阀室134内。
如说明的实施例中所示，毛细管阀230可以与隔膜阀232串联排列，从而毛细管阀230布置在隔膜阀232的径向内侧，并且与隔膜阀232的入口处于流体连通。隔膜阀232可以包括阀室234和阀隔膜236。隔膜236可以位于阀室234与样品处理装置200中的一个或多个下游流体结构之间。隔膜236可以包括(i)闭式构造，其中隔膜236不可透过流体（并且具体地讲，液体）并且布置成使阀室234与任何下游流体结构流体隔离；和(ii)开式构造，其中隔膜236可透过流体（具体地讲，液体）（如，包括一个或多个开口，所述开口的尺寸设定成促使样品从中流过），并且允许在阀室234与任何下游流体结构之间流体连通。即，阀隔膜236在完整时可以阻止流体（即，液体）在阀室234与任何下游流体结构之间移动。
如上文参照图1的阀隔膜136所述，阀隔膜236可以包括不可透性屏障或由不可透性屏障形成，所述不可渗透屏不透或吸收电磁能量。阀隔膜236或其一部分可以不同于基底202（如，由与基底202所用的材料不同的材料制成）。通过对基底202和阀隔膜236使用不同的材料，可以针对其所需特性选择每种材料。作为另外一种选择，阀隔膜236可以与基底202集成，并且可以由与基底202相同的材料制成。例如，可以仅将阀隔膜236模制到基底202内。如果这样的话，则可将它涂布或浸渍以增强其吸收电磁能量的能力。
阀隔膜236可以由任何合适的材料制成，但如果隔膜236的材料形成空隙（即，当隔膜236打开时），而不产生可能干扰在样品处理装置200中发生的反应或过程的任何明显副产物、废物等等、则它可能是尤其有用的。可以用作阀隔膜236或其一部分的一类材料的一个例包括着色的取向聚合物膜，例如，用于制备市售罐衬里或袋子的膜。合适的膜可以是以商品名406230E得自康乃狄克州丹伯里市海姆隆股份有限公司(Himolene Incorporated,Danbury,Connecticut)的1.18密耳厚的黑色罐衬里。然而，在一些实施例中，隔膜236可以由与基底202本身相同的材料形成，但可以具有比基底202的其他部分更小的厚度。可以通过用于形成基底202的模具或工具控制隔膜厚度，从而隔膜足够薄，以便通过吸收来自电磁信号的能量而充分地打开。
在一些实施例中，阀隔膜236可以具有至少约1mm2，在一些实施例中，至少约2mm2，并且在一些实施例中，至少约5mm2的横截面积。在一些实施例中，阀隔膜236可以具有不大于约10mm2，在一些实施例中，不大于约8mm2，并且在一些实施例中，不大于约6mm2的横截面积。
在一些实施例中，阀隔膜236可以具有至少约0.1mm，在一些实施例中，至少约0.25mm，并且在一些实施例中，至少约0.4mm的厚度。在一些实施例中，阀隔膜236可以具有不大于约1mm，在一些实施例中，不大于约0.75mm，并且在一些实施例中，不大于约0.5mm的厚度。
在一些实施例中，阀隔膜236可以是大体圆形的，可以具有约1.5mm的直径（即，约5.3mm2的横截面积）和约0.4mm的厚度。
在一些实施例中，阀隔膜236可以包含这样的材料，所述材料易于吸收选定波长的电磁能量，并且将该能量转换成热，导致空隙在阀隔膜236中形成。吸收性材料可包含于阀隔膜236或其一部分内部（如，在形成隔膜的材料（树脂）中浸渍），或者可以涂布在其表面上。例如，如图6所示，阀隔膜236可以设置成利用电磁能量从顶部（即，基底202的顶部表面206处）照射。因此，阀隔膜区域上的第一层204（参见图2）可以透过用于在阀隔膜236中形成空隙的选定波长或波长范围的电磁能量，并且阀隔膜236可以吸收这些波长。
在图2-8所示的实施例中，毛细管阀230示为与隔膜阀232串联，具体地讲，示为位于隔膜阀232的入口或上游末端的上游，并且与其处于流体连通。如所示，毛细管阀230布置在隔膜阀232的径向内侧。当阀隔膜236处于闭式构造并且移动样品且允许在样品处理装置200中形成压力时，毛细管阀230和隔膜阀232的这种构造可以产生气阻（即，在阀室234中）。这种构造还可以允许用户控制何时容许流体（即，液体）进入阀室234，并且聚集在阀隔膜236附近（如，通过控制样品处理装置200的转动速度（其影响施加到样品上的离心力）（如，当样品的表面张力保持恒定时）；和/或通过控制样品的表面张力）。即，在打开隔膜阀232之前（即，当阀隔膜236处于闭式构造时），毛细管阀230可以抑制流体（即，液体）进入阀室234，并且集中或聚集阀隔膜236附近。毛细管阀230和隔膜阀232可以一起或单独地称作样品处理装置200的“阀调结构”。
通过抑制流体（即，液体)聚集在阀隔膜236的一侧附近，可以在无其他物质的干扰的情况下打开阀隔膜236，即，从闭式构造变成开式构造。例如，在一些实施例中，可以通过以下方式打开阀隔膜236：通过在阀隔膜236的一侧处（如，样品处理装置200的顶部表面206处）引入合适波长的电磁能量，在阀隔膜236中形成空隙。如上所述，本发明人发现，在一些情况下，如果液体已经聚集在阀隔膜236的相对侧，则液体可以因充当电磁能量的热阱而干扰空隙形成（如，熔融）过程，这可能增加在阀隔膜236形成空隙所需的功率和/或时间。因此，通过抑制流体（即，液体）聚集在阀隔膜236的一侧，则可以在阀隔膜236的第二侧不存在流体（如，液体（例如，样品或试剂））时，通过在阀隔膜236的第一侧处引入电磁能量，打开阀隔膜236。
毛细管阀230发挥以下作用：(i)有效地形成计量储器218的封闭末端，从而使选定体积的材料可以被计量并且输送至下游处理室250，以及(ii)当阀隔膜236处于其闭式构造时，（例如）通过在阀室234中产生气阻，有效地阻止流体（如，液体）聚集在阀隔膜236的一侧附近。
一些实施例中，阀调结构可以包括相对于样品处理装置200的中心201基本上径向取向的纵向方向。在一些实施例中，阀隔膜236可以包括沿纵向方向的长度，所述长度大于可以在阀隔膜236中形成的一个或多个开口或空隙的尺寸，从而一个或多个开口可以根据需要沿阀隔膜236的长度形成。即，在一些实施例中，可以通过沿阀隔膜236的长度在选定的位置处形成开口，移出选定等份的样品。选定的等份体积可以基于开口之间的径向距离（如，相对于回转轴B-B测量）和开口之间的阀室234的横截面积来确定。这种“可变阀”的其他实施例和细节可以见于美国专利No.7,322,254和美国专利申请公开No.2010/0167304中。
在开口或空隙已经在阀隔膜236中形成之后，阀室234变得经阀隔膜236中的空隙与下游流体结构（例如，处理室250）处于流体连通。如上所述，在样品已经载入盘道203的样品处理侧211之后，可以封闭、密封、和/或塞住第一输入孔210。这样，样品处理装置200可以在处理期间相对于环境是密封或“不通气的”。
如结合本发明所用，“不通气的处理阵列”或“不通气的分配系统”是其中通入内部流体结构的体积内的开口的分配系统（即，处理阵列或盘道203）仅位于样品的输入室215（或试剂的输入室265）中。换句话讲，为了抵达在不通气的处理阵列内部的处理室250，将样品（和/或试剂）材料输送到输入室215（或输入室265），并且随后将输入室215相对于环境密封。如图2-8中所示，此种不通气的处理阵列可以包括将样品材料（如，以下游方向）输送到处理室250的一个或多个专用通道以及允许空气或另一种流体经其中并非样品正在移动的独立路径离开处理室250的一个或多个专用通道。相比之下，通气的分配系统将在处理期间相对于环境是开放的，并且还将可能包括沿处理阵列在一个或多个位置（例如，靠近处理室250）中布置的通气孔。如上所述，不通气的处理阵列抑制环境与样品处理装置200的内部之间的污染（如，来自样品处理装置200的渗漏、或者将污染物从环境或用户引入样品处理装置200内），并且还抑制一个样品处理装置200上的多份样品或盘道203之间的交叉污染。
如图3、5和7中所示，为了促进处理期间的样品处理装置200中的流体流动，盘道203可以包括一个或多个平衡通道255，所述平衡通道255布置成使得盘道203的下游或径向向外部分（如，处理室250）与处理室250上游或径向内侧的一个或多个流体结构（如，输入室215的至少一部分、试剂处理侧261的输入室265的至少一部分、或这两者）流体连接。
仅以举例的方式，如图6和图7中所示，图示的样品处理装置200的每个盘道203包括平衡通道255，所述平衡通道255布置成使得处理室250与盘道203的试剂处理侧261的试剂输入室265的上游或径向向内（即，相对于中心201）部分流体连接。平衡通道255为附加通道，所述附加通道允许流体（如，气体（例如捕集的空气））从流体结构的原本气阻的下游部分向上游移动以促进其他流体（如，样品材料、液体等等）向下游移入处理阵列100的这些原本气阻的区域内。这种平衡通道255允许样品处理装置200上的流体结构在样品处理期间（即，样品处理装置200上的流体移动期间）相对于环境保持不通气或封闭。因此，在一些实施例中，平衡通道255可以称作“内部通气道”或“通气通道”，并且释放所捕集流体以促进材料移动的过程可以称作“内部通气”。
换句话讲，在一些实施例中，样品（或试剂）从输入室215（或试剂输入室265）到处理室250的流动可以限定第一移动方向，并且平衡通道255可以限定不同于第一方向的第二移动方向。具体地讲，第二方向与第一方向相反或基本上相反。当通过力（如，离心力）使样品（或试剂）移至处理室250时，第一方向可以沿力的方向大体取向，并且第二方向可以与力的方向相反大体取向。
当将阀隔膜236变成开式构造时（如，通过将电磁能量发射到隔膜236处），阀室234中的气阻可以释放，原因至少部分地在于平衡通道255连接折返直至输入室265的隔膜236的下游侧。气阻的释放可以允许流体（如，液体）流入流体通路228、阀室234、并且流至处理室250。在一些实施例中，当通道和室具有疏水性或者通常由疏水性表面限定时，可以促进这种现象。即，在一些实施例中，至少部分地限定通道和室的基底202以及任何覆盖物或层204、205和208（或者其上涂布的粘合剂，例如，包括有机硅聚脲）可以由疏水性材料形成或者可以包含疏水性表面。在一些实施例中，当已经在流体上施加足够的力时（如，当已达到流体上的阈值力时（如，当样品处理装置200围绕回转轴B-B的转动已超过阈值加速度或转动加速度时）），流体可以流入流体通路228内。在流体已经克服毛细管阀230中的毛细管力之后，流体可以穿过开口阀隔膜236流至下游流体结构（如，处理室250）。
可以通过如下方式促进样品材料在包括不通气的分配系统的样品处理装置内部的移动：在转动期间对该装置交替地加速和减速，实际上使样品材料嗝涌穿过各个通道和室。可以利用至少两个加速/减速周期（即，初始加速、随后减速、第二轮加速和第二轮减速）来执行转动。参照图1所述的加载方法或加速/减速方案中的任何一者也可以用于图2-8的样品处理装置200中。
如图6和7中所示，平衡通道255可以由基底202的顶部表面206和/或底部表面209上的一系列通道、以及在顶部表面206和底部表面209之间延伸的一个或多个通路（可以辅助穿越基底202的顶部表面206中的阶梯状部分）形成。具体地讲，如图6所示，图示的平衡通道255包括沿最外阶梯213的顶部表面206延伸的第一通道或部分256；从顶部表面206延伸到底部表面209以避免平衡通道255不得不穿越顶部表面206的阶梯状部分的第一通路257；以及延伸到输入室265的径向向内部分的第二通道或部分258（参见图7）。
当处理室250接纳样品材料或其他材料时，可以排出处理室250内的空气或其他流体。平衡通道255可以为排出的空气或其他排除的流体提供路径以从处理室250通过。平衡通道255可以通过如下方式辅助流体更有效地移动穿过样品处理装置200：通过使分配系统的一些通道专用于流体以一个方向（如，上游或下游方向）流动而平衡样品处理装置200的每个分配系统或处理阵列（如，输入室215和处理室250、以及连接输入室215和处理室250的各个通道）内部的压力。在图2-8中所示的实施例中，样品通常从输入室215、穿过毛细管阀230和隔膜阀232并且穿过分配通道240向下游和径向向外（如，当样品处理装置200围绕中心201转动时）流至处理室250。其他流体（如，存在于处理室250中的气体）通常可以从处理室250穿过平衡通道255向上游或径向向内（即，与样品移动的方向大体相反）流至输入室265。
返回阀调结构，阀隔膜236的下游侧（即，面向图示样品处理装置200的顶部表面206；参见图6和8）面向，并且最终通入（如，当在阀隔膜236中形成开口或空隙之后）分配通道240，所述分配通道240使阀室234（并且最终输入室215，具体地讲，计量储器218）与处理室250流体连接。类似于平衡通道255，分配通道240可以由基底202的顶部表面206和/或底部表面209上的一系列通道、以及在顶部表面206和底部表面209之间延伸的一个或多个通路（可以辅助穿越基底202的顶部表面206中的阶梯状部分）形成。例如，如图6-8中所示，在一些实施例中，分配通道240可以包括沿基底202的中间阶梯213的顶部表面206延伸的第一通道或部分242（参见图6和8）；从顶部表面206延伸到底部表面209的第一通路244（参见图6-8）；沿底部表面209延伸以避免穿越阶梯状顶部表面206的第二通道或部分246（参见图7和8）；从底部表面209延伸到顶部表面206的第二通路247（参见图6-8）；以及沿顶部表面206延伸，并且通入处理室250的第三通道或部分248（参见图6和8）。
为了简洁起见，在图4-8中，从样品处理装置200移除所有的层和覆盖物，从而单独地示出基底202；然而，应当理解，形成于底部表面209上的任何通道和室也可以至少部分地由第二层208限定，并且在顶部表面206上形成的任何通道和室也可以至少部分地由第一层204限定，如图2-3所示。
可以将力施加在样品上，以便使样品从输入室215（即，计量储器218）、经流体通路228移入阀室234内、经阀隔膜236中的空隙、沿分配通道240移动并且移入处理室250内。如上所述，这种力可以是离心力，所述离心力可以通过（例如）围绕回转轴B-B转动样品处理装置200生成，以将样品从回转轴B-B径向向外移动（即，因为处理室250的至少一部分位于输入室215的径向外侧）。然而，这种力也可以通过压差（如，正压和/或负压）和/或重力建立。在适当的力下，样品可以穿过各个流体结构（包括通路）行进，以最终驻留在处理室250中。具体地讲，当打开隔膜阀232，并且将足够的力施加在样品上以使样品移动穿过毛细管阀230的流体通路228之后，如通过计量储器218（即，与挡板216和废物储器220）控制的选定体积的样品将移至处理室250。
在图2-8中所示的实施例中，阀隔膜236位于阀室234与检测（或处理）室250之间，具体地讲，位于阀室234与引向处理室250的分配通道240之间。尽管仅以举例的方式示出分配通道240，但应当理解，在一些实施例中，阀室234可以直接通入处理室250内，从而阀隔膜236直接布置在阀室234与处理室250之间。
盘道203的试剂处理侧261可以设置成基本上类似于盘道203的样品处理侧211。因此，上文所述的样品处理侧211的任何细节、特征、或其特征的可供选择形式均可以扩展试剂处理侧261的特征。如图3、5和7中所示，试剂处理侧261包括通入输入室或槽265的第二输入孔260。如图所示，在一些实施例中，输入室265可以包括一个或多个挡板或壁266或者其他合适的流体引导结构，所述流体引导结构布置成将输入室265划分成至少计量部分、室、或储器268以及废物部分、室、或储器270。挡板266可以发挥引导和/或容纳输入室265中流体的作用。如图示的实施例中所述，可以将试剂经输入孔260加载到样品处理装置200上与对应样品相同的盘道203内。在一些实施例中，试剂可以包括可在给定测定法的所需时间加载的完整试剂混合物或主混合物。然而，在一些实施例中，试剂可以包括根据特定测定法的需要在不同时间加载的多个部分。在下述情况下，已经注意到特定优点，其中试剂处于测定混合物或主混合物的形式，从而特定测定法所需的所有酶、荧光标记物、探针等等可以一次加载（如，通过非专家用户），并且随后在合适时（通过样品处理装置200）经计量并输送至样品。
在试剂已加载到样品处理装置200上之后，可以围绕回转轴B-B转动样品处理装置200，（如，通过一个或多个挡板266）引导试剂至计量储器268。计量储器268构造成保留或容纳选定体积的材料，任何多余的材料被引导至废物储器270。在一些实施例中，输入室265或其一部分可以称作“第一室”或“第一处理室”，并且处理室250可以称作“第二室”或“第二处理室”。
如图7所示，计量储器268包括朝向样品处理装置200的中心201和回转轴B-B布置的第一末端272、以及远离中心201和回转轴B-B布置的第二末端274（即，位于第一末端272的径向外侧），从而当样品处理装置200转动时，将试剂推压至计量储器268的第二末端274。限定计量储器268的第二末端274的一个或多个挡板或壁266可以包括经排列以限定选定体积的基部273和侧壁276（如，不完全侧壁）。将侧壁276排列和成形以允许超过选定体积的任何体积溢出侧壁276，并且流入废物储器270内。因此，废物储器270的至少一部分可以在计量储器268或输入室265的剩余部分的径向外侧布置，以在样品处理装置200转动时促进将多余体积的材料移入废物储器270，并且抑制多余的体积折返移入计量储器268。
换句话讲，继续参照图7，输入室265可以包括一个或多个第一挡板266A和一个或多个第二挡板266B，所述第一挡板266A布置成将材料从输入孔260引导到计量储器268，所述第二挡板266B布置成容纳选定体积的流体，并且/或者将超过选定体积的流体引入废物储器270。
如所示，基部273可以包括形成于其中的开口或流体通路278，所述开口或流体通路278可以构造成形成毛细管阀280的至少一部分。毛细管阀280和计量储器268可以发挥与盘道203的样品处理侧211的毛细管阀230和计量储器218相同的功能。此外，流体通路278的纵横比及其范围可以与上文参照毛细管阀230所述的那些相同。
如图3、5和7中所示，在一些实施例中，试剂计量储器268可以设置成保持比样品计量储器218更大的体积。因此，特定测定法所需的期望（和相对较小）体积的样品可以由样品计量储器218留下，并且向下游（如，经阀调结构230、232和分配通道240）发送至处理室250用于处理，并且特定测定法（或其某个步骤）所需的期望（和相对较大）体积的试剂可以由试剂计量储器268留下，并且向下游经现在将描述的结构发送至处理室250用于处理。
类似于样品处理侧211，试剂处理侧261的毛细管阀280可以与隔膜阀282串联排列。隔膜阀282可以包括阀室284和阀隔膜286。如上文参照隔膜236所述，隔膜286可以位于阀室284和样品处理装置200中的一个或多个下游流体结构之间，并且隔膜286可以包括封闭和开式构造且在完整时可以阻止流体（即，液体）在阀室284和任何下游流体结构之间移动。
阀隔膜286可以包含上文参照阀隔膜236所述的任何材料或者由这些材料形成，并且能够以类似的方式进行构造和操作。在一些实施例中，试剂阀隔膜286可能易受与样品阀隔膜236不同的波长或波长范围的电磁能量影响，但在一些实施例中，这两个阀隔膜236和286可以是基本上相同的，并且易受相同的电磁能量影响，从而可以使用一种能量源（如，激光）打开样品处理装置200的全部隔膜阀230和280。
当开口或空隙已经在阀隔膜286中形成之后，阀室284变为经阀隔膜286中的空隙与下游流体结构（例如，处理室250）流体连通，其中试剂可以与样品混合。试剂已经加载入盘道203的试剂处理侧261之后，可以封闭、密封、和/或塞住第二输入孔260。这样，样品处理装置200可以在处理期间相对于环境是密封或“不通气的”。
在图2-8中所示的实施例中，相同的平衡通道255可以促进样品处理侧211和试剂处理侧261中的流体沿下游方向移动，以便辅助移动样品和试剂至处理室250，这可以同时发生或者可在不同的时间发生。
阀隔膜286的下游侧（即，面向图示样品处理装置200的顶部表面206；参见图6）面向，并且最终通入（如，当在阀隔膜236中形成开口或空隙之后）分配通道290，所述分配通道290使阀室284（并且最终输入室265，具体地讲，计量储器268）与处理室250流体连接。类似于平衡通道255和样品分配通道240，分配通道290可以由基底202的顶部表面206和/或底部表面209上的一系列通道、以及在顶部表面206和底部表面209之间延伸的一个或多个通路（可以辅助穿越基底202的顶部表面206中的阶梯状部分）形成。例如，如图6和7所示，在一些实施例中，分配通道290可以包括沿基底202的中间阶梯213的顶部表面206延伸的第一通道或部分292（参见图6）；从顶部表面206延伸到底部表面209的第一通路294（参见图6和7）；沿底部表面209延伸以避免穿越阶梯状顶部表面206的第二通道或部分296（参见图7）；从底部表面209延伸到顶部表面206的第二通路297（参见图6和7）；以及沿顶部表面206延伸，并且通入处理室250的第三通道或部分298（参见图6）。
可以将力施加在试剂上，以使试剂从输入室265（即，计量储器268）移动、经流体通路278移入阀室284内，经过阀隔膜286中的空隙，沿分配通道290移动，并且移入处理室250，在此处试剂与样品可以混合。如上所述，这种力可以是离心力，所述离心力可以通过（例如）围绕回转轴B-B转动样品处理装置200生成，但这种力也可以通过压差（如，正压和/或负压）和/或重力建立。在适当的力下，试剂可以穿过各个流体结构（包括通路）行进，以最终驻留在处理室250中。具体地讲，当打开隔膜阀282并且将足够的力施加在试剂上以使试剂穿过毛细管阀280的流体通路278移动之后，如计量储器268（即，与挡板266和废物储器270）控制的选定体积的样品将移至处理室250。
在图2-8所示的实施例中，阀隔膜286位于阀室284和检测（或处理）室250之间，具体地讲，位于阀室284和引至处理室250的分配通道290之间。尽管仅以举例的方式示出了分配通道290，但应当理解，在一些实施例中，阀室284可以直接通入处理室250内，从而阀隔膜286直接设置在阀室284和处理室250之间。此外，在一些实施例中，既不使用样品分配通道240也不使用试剂分配通道290，或者仅使用分配通道240、290中的一者（而非使用这两者），如图2-8的实施例中所示。
下述过程描述了利用图2-8的样品处理装置200处理样品的一个示例性方法。
仅以举例的方式，对于下述过程而言，在样品处理装置200布置在样品处理系统或器械（例如，在2011年5月18日提交的共同待决美国专利申请No.61/487,618中描述的系统）上面或内部之前，样品和试剂将均加载到样品处理装置200上。然而，应当理解，样品和试剂可以相反在已获得处理室250的背景扫描之后加载到样品处理装置200上。
样品和试剂可以通过以下方式加载到样品处理装置或“圆盘”200上：移除目的盘道203上的用前层205，并且将原始样品经盘道203的样品处理侧211的输入孔210注入（如，吸移进）输入室215内。也可以在此时加载试剂，因此就此例子而言，假定此时也通过将试剂经盘道203的试剂处理侧261的输入室265注入输入孔260内，将试剂加载到圆盘200上。然后、塞207、或者其他适当的密封件、膜、或覆盖件可以用来将小孔210、260相对于环境密封，如上文所述。例如，在一些实施例中，可以仅替换输入孔210、260上的用前层205。
然后，可以使圆盘200围绕其中心201并且围绕回转轴B-B转动。圆盘200可以在足以将样品和试剂压入其相应的计量储器218、268的第一速度（或速度曲线）和第一加速度（或加速度曲线）转动，其中超过所需体积的任何多余体积均被引入相应的废物储器220、270内。
例如，在一些实施例中，第一速度曲线可以包括如下：使圆盘200(i)在第一速度转动以将材料移至其相应的计量储器218、268，同时不将全部材料直接压入到废物储器220、270内，(ii)保持一段时间（如，3秒），并且(iii)在第二速度转动以使得大于计量储器218、268的体积的任何量的材料均溢流入废物储器220、270内。这种转动方案可以称作“计量曲线”、“计量方案”等等，因为它允许材料移入相应的计量储器218、268内，同时仍确保材料没有被完全压入废物储器220、270内。在此例子中，速度和加速度保持低于将导致样品和/或试剂移入相应流体通路228、278内，并且“润湿”阀隔膜236、286的速度和加速度。由于速度和加速度曲线将足以计量样品和试剂，同时仍保持低于可能造成润湿隔膜236、286的速度和加速度，则可以将它简单地描述为“第一”速度和加速度。即，第一速度和加速度不足以将样品或试剂压入相应的流体通路228、278内，从而已计量体积的样品和试剂留在其相应的输入室215、265内。
可以允许圆盘200继续转动以用于特定测定或验证系统所需要的任何初始或背景扫描。有关这种检测和验证系统的附加细节可以见于2011年5月18日提交的美国专利申请No.61/487,618中。
然后，可以使圆盘200停止转动，并且可以（例如）通过在阀隔膜236、286中形成空隙，打开样品隔膜阀232和试剂隔膜阀282中的一者或两者。可以利用在美国专利No.7,709,249、No.7,507,575、No.7,527,763和No.7,867,767中描述的激光阀控制系统和方法，通过在每个隔膜236、286的顶部表面处引导电磁能量，形成这种空隙。就此例子而言，假定样品首先移至处理室250，因此首先打开样品阀隔膜236。可以定位并打开样品阀隔膜236以使输入室215和处理室250设置为沿下游方向流体连通。
然后圆盘200可以按第二速度（或速度曲线）和第一加速度（或加速度曲线）转动，所述第二速度（或速度曲线）和第一加速度（或加速度曲线）足以使样品移入流体通路228内（即，足以打开毛细管阀230，并且允许样品从中穿过）、穿过形成于隔膜236中的开口、穿过分配通道240、并且移入处理室250内。同时，当样品移入处理室250时，可以将处理室250中存在的任何流体（如，气体）排入平衡通道255中。这种转动速度和加速度可能足以移动样品至检测室250，但不足以造成试剂移入毛细管阀280的流体通路278内并且湿润隔膜286。
然后可以转动并且加热圆盘200。这个加热步骤可导致（例如）样品中的细胞裂解。在一些实施例中，对于这个加热步骤而言，重要的是试剂不应存在于处理室250中，因为细胞热裂解所需的温度可能使于试剂中存在的必要酶（如，逆转录酶）变性。尽管仅以举例的方式描述了细胞热裂解，然而应当理解，可以转而使用其他（如，化学）裂解方案。
然后可以使圆盘200停止转动，并且可以打开试剂隔膜阀282。可以通过与样品隔膜阀232相同的方法打开试剂隔膜阀282，以在试剂阀隔膜286中形成空隙，以便使输入室265和处理室250经沿下游方向处于流体连通。
然后圆盘200可以按第二速度（或速度曲线）和第二加速度（或加速度曲线）（或者更高）转动以将试剂转移至处理室250。即，这个转动速度和加速度可足以使试剂移入流体通路278内（即，足以打开毛细管阀280，并且允许试剂从中穿过）、穿过隔膜286中形成的开口、穿过分配通道290、并且移入检测室250内。同时，当试剂移至处理室250内时，可以将处理室250中存在的任何附加流体（如，气体）排入平衡通道255内。这尤其通过诸如圆盘200之类的实施例来实现，因为当圆盘200正在转动时，将处理室250中存在的任何液体（如，样品）推压至最外侧252（参见图6），从而处理室250中存在的任何液体将位于分配通道290和平衡通道255与处理室250连接的位置的径向外侧，从而气体交换可以发生。换句话讲，当圆盘200正在转动时，分配通道290和平衡通道255与处理室250在检测室250中液体水平上游（如，径向内侧）的位置处连接。例如，分配通道290和平衡通道255邻近处理室250的最内端251连接。
然后可以根据需要继续转动圆盘200以实现所需的反应和检测方案。例如，既然试剂存在于处理室250中，则可以将处理室250加热到开始逆转录所需的温度（如，47℃）。可以根据需要使用额外的热循环，例如PCR所需的加热和冷却循环等等。
应该指出的是，上文所述的方法可以一次用于圆盘200上的一个盘道203中，或者可以根据此方法同时加载和处理一个或多个盘道。
虽然仅以举例的方式在附图中示出了本发明的各种实施例，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以采用文中描述和图示的实施例的多种组合。例如，样品处理装置200的每个盘道203显示为基本上包括图1的两个处理阵列100；然而，应当理解，样品处理装置200仅以举例的方式显示并且不意在是限制性的。因此，根据特定应用的需要，每个盘道203可以反而包括少于两个或多于两个的处理阵列100。此外，每个计量储器118、218、268示为与毛细管阀130、230、280处于流体连通，所述毛细管阀130、230、280又与隔膜阀132、232、282处于流体连通。然而，应当理解，在一些实施例中，计量储器118、218、268可以仅与毛细管阀130、230、280处于流体连通，从而当克服毛细管力时，允许选定体积的材料从毛细管阀130、230、280的下游末端移至处理室250。此外，每个处理阵列100、211、261图示为包括一个输入室115、215、265和一个处理室150、250、250；然而，应当理解，可以在输入室115、215、265与处理室150、250之间居间使用如所需的许多室和流体结构。因此，本发明整体上应视为适用于本文所述的各种特征、要素、以及这些特征和要素的可供选择形式形式中的全部以及这些特征和要素的可能组合。
本发明的下述实施例意在说明而不是限制性的。
实施例
实施例1为样品处理装置上的计量结构，所述样品处理装置构造成围绕回转轴转动，所述计量结构包括：
构造用于容纳选定体积液体的计量储器，所述计量储器包括第一末端和相对于所述回转轴在第一末端的径向外侧布置的第二末端；
废物储器，所述废物储器布置成与所述计量储器的第一末端处于流体连通，并且构造成当超过所述计量储器的选定体积时从所述计量储器捕集多余液体，其中所述废物储器的至少一部分相对于所述回转轴在所述计量储器的径向外侧布置；以及
与所述计量储器的第二末端处于流体连通的毛细管阀，其中所述毛细管阀相对于所述回转轴在所述计量储器的至少一部分的径向外侧布置，并且构造成在需要之前抑制液体离开所述计量储器；
其中所述计量结构是不通气的，从而所述计量结构不与环境处于流体连通。
实施例2为根据实施例1所述的计量结构，其中所述计量储器和所述废物储器各自形成所述样品处理装置的输入室的一部分，并且其中所述计量储器和所述废物储器由至少一个挡板隔开。
实施例3为根据实施例2所述的计量结构，所述计量结构还包括处理室，所述处理室布置成与所述输入室处于流体连通，并且构造成经毛细管阀从所述计量储器接收所述选定体积的流体。
实施例4为根据实施例3所述的计量结构，其中所述处理室限定用于容纳所述液体并且包括流体的体积，并且所述计量结构还包括平衡通道，所述平衡通道布置成使所述处理室与所述输入室以如下方式处于流体连接，使得流体能够从所述处理室经所述平衡通道流至所述输入室，同时不重新进入所述毛细管阀，其中所述通道布置成当所述液体进入所述处理室并且排出所述流体的至少一部分时，为所述流体离开所述处理室提供路径。
实施例5为根据实施例3所述的计量结构，所述计量结构还包括平衡通道，所述平衡通道布置成在所述处理室和所述输入室之间流体连通，以在所述液体进入所述处理室并且排出所述流体的至少一部分时，为所述流体离开所述处理室提供附加路径。
实施例6为根据实施例1-5中任一项所述的计量结构，其中所述计量储器包括布置成限定所述选定体积的基部和不完全侧壁，并且其中所述废物储器布置成当所述计量储器的选定体积已经超过时捕集溢出所述不完全侧壁的多余液体。
实施例7为根据实施例1、2和6中任一项所述的计量结构，所述计量结构还包括处理室，所述处理室布置成与所述计量储器的第二末端处于流体连通，并且构造成经所述毛细管阀从所述计量储器接收所述选定体积的液体。
实施例8为根据实施例1-7中任一项所述的计量结构，其中所述毛细管阀包括与所述计量储器连接的入口，以及出口，并且所述计量结构还包括与所述毛细管阀的出口连接的额外室。
实施例9为根据实施例1-8中任一项所述的计量结构，所述计量结构还包括与所述毛细管阀的出口处于流体连通的隔膜阀。
实施例10为根据实施例1-8中任一项所述的计量结构，所述计量结构还包括：
与所述毛细管阀的出口处于流体连通的阀室；
布置成与所述阀室的出口处于流体连通的处理室；和
位于所述阀室和所述处理室之间的阀隔膜，所述阀隔膜具有：
闭式构造，其中所述阀室与所述处理室不处于流体连通，和
开式构造，其中所述阀室与所述处理室处于流体连通。
实施例11为根据实施例10所述的计量结构，其中所述毛细管阀构造成当所述阀隔膜处于所述闭式构造时抑制所述液体由毛细管流芯吸出所述计量储器，并且聚集在所述阀隔膜附近。
实施例12为根据实施例10或11所述的计量结构，其中当所述阀隔膜处于所述闭式构造时，通过下述因素中的至少一者抑制所述液体离开所述计量储器：
流体通路的尺寸，
流体通路的表面能，
所述液体的表面张力，和
存在于所述阀室中的任何气体。
实施例13为根据实施例10-12中任一项所述的计量结构，其中所述阀室、所述毛细管阀和所述阀隔膜设置为，使得所述阀室在所述阀隔膜处于所述闭式构造时提供气阻。
实施例14为样品处理装置上的处理阵列，所述样品处理装置构造成围绕回转轴转动，所述处理阵列包括：
输入室，所述输入室包括：
构造用于容纳选定体积液体的计量储器，所述计量储器包括第一末端和相对于所述回转轴在第一末端的径向外侧布置的第二末端，
废物储器，所述废物储器布置成与所述计量储器的第一末端处于流体连通，并且构造成当超过所述计量储器的选定体积时从所述计量储器捕集多余液体，其中所述废物储器的至少一部分相对于所述回转轴在所述计量储器的径向外侧布置，以及
挡板，所述挡板布置成至少部分地限定所述计量储器的选定体积，并且将所述计量储器与所述废物储器隔开；
布置成与所述输入室的计量储器的第二末端处于流体连通的毛细管阀，其中所述毛细管阀相对于所述回转轴在所述计量储器的至少一部分的径向外侧布置，并且构造成在需要之前抑制液体离开所述计量储器；以及
处理室，所述处理室布置成与所述输入室处于流体连通，并且构造成经所述毛细管阀从所述计量储器接收所述选定体积的流体。
实施例15为根据实施例14所述的处理阵列，其中所述处理阵列为不通气的，从而所述处理阵列不与环境处于流体连通。
实施例16为根据实施例14或15所述的处理阵列，其中所述挡板为第一挡板，并且所述处理阵列还包括至少一个第二挡板，所述第二挡板布置成将液体引导到所述输入室的计量储器内。
实施例17为根据实施例14-16中任一项所述的处理阵列，其中所述处理室限定用于容纳所述液体，并且包括流体的体积，并且所述处理阵列还包括平衡通道，所述平衡通道布置成使所述处理室与所述输入室以如下方式处于流体连接，使得流体能够从所述处理室经所述平衡通道流至所述输入室，同时不重新进入所述毛细管阀，其中所述通道布置成当所述液体进入所述处理室并且排出所述流体的至少一部分时，为所述流体离开所述处理室提供路径。
实施例18为根据实施例14-16中任一项所述的处理阵列，所述处理阵列还包括平衡通道，所述平衡通道布置成在所述处理室和所述输入室之间流体连通，以便在所述液体进入所述处理室并且排出所述流体的至少一部分时，为所述流体离开所述处理室提供附加路径。
实施例19为根据实施例14-18中任一项所述的处理阵列，所述处理阵列还包括布置在所述毛细管阀和所述处理室之间的隔膜阀。
实施例20为根据实施例14-18中任一项所述的处理阵列，所述处理阵列还包括：
布置在所述毛细管阀和所述处理室之间的阀室；
位于所述阀室和所述处理室之间的阀隔膜，所述阀隔膜具有：
闭式构造，其中所述阀室与所述处理室不处于流体连通，和
开式构造，其中所述阀室与所述处理室处于流体连通。
实施例21为根据实施例20所述的处理阵列，其中所述毛细管阀构造成当所述阀隔膜处于所述闭式构造时抑制所述液体由毛细管流芯吸出所述计量储器，并且聚集在所述阀隔膜附近。
实施例22为根据实施例20或21所述的处理阵列，其中当所述阀隔膜处于所述闭式构造时，通过下述因素中的至少一者抑制所述液体离开所述计量储器：
流体通路的尺寸，
流体通路的表面能，
所述液体的表面张力，和
存在于所述阀室中的任何气体。
实施例23为根据实施例20-22中任一项所述的处理阵列，其中所述阀室、所述毛细管阀和所述阀隔膜设置为，使得所述阀室在所述阀隔膜处于所述闭式构造时提供气阻。
实施例24为样品处理装置上的体积计量方法，所述方法包括：
提供样品处理装置，所述样品处理装置构造成围绕回转轴转动，并且包括处理阵列，所述处理阵列包括：
构造用于容纳选定体积液体的计量储器，所述计量储器包括第一末端和相对于所述回转轴在第一末端的径向外侧布置的第二末端；
废物储器，所述废物储器布置成与所述计量储器的第一末端处于流体连通，并且构造成当超过所述计量储器的选定体积时从所述计量储器捕集多余液体，其中所述废物储器的至少一部分相对于所述回转轴在所述计量储器的径向外侧布置；和
与所述计量储器的第二末端处于流体连通的毛细管阀，其中所述毛细管阀相对于所述回转轴在所述计量储器的至少一部分的径向外侧布置，并且构造成在需要之前抑制液体离开所述计量储器，以及
布置成经所述毛细管阀与所述计量储器处于流体连通的处理室；
将液体布置在所述样品处理装置的处理阵列中；
通过如下方式计量所述液体：围绕所述回转轴转动所述样品处理装置以将第一力施加在所述液体上，从而使所述选定体积的液体容纳于所述计量储器中，并且将任何额外体积的液体移入所述废物储器内，但不移入所述述毛细管阀内；以及
在计量所述液体之后，通过围绕所述回转轴转动所述样品处理装置以将大于所述第一力的第二力施加在所述液体上，将所述选定体积的液体经所述毛细管阀移到所述处理室。
实施例25为根据实施例24所述的方法，其中所述样品处理装置还包括：
布置在所述毛细管阀和所述处理室之间的阀室；和
位于所述阀室和所述处理室之间的阀隔膜，所述阀隔膜具有：
闭式构造，其中所述阀室与所述处理室不处于流体连通，和
开式构造，其中所述阀室与所述处理室处于流体连通。
实施例26为根据实施例25所述的方法，还包括在将所述选定体积的样品移到所述处理室之前在所述阀隔膜中形成开口。
实施例27为根据实施例25或26所述的方法，其中所述阀室、所述毛细管阀和所述阀隔膜设置为，使得所述阀室在所述阀隔膜处于所述闭式构造时提供气阻。
实施例28为根据实施例24-27中任一项所述的方法，还包括当所述选定体积的液体移到所述处理室时对所述处理阵列进行内部通气。
实施例29为根据实施例24-28中任一项所述的方法，其中所述处理室限定用于容纳所述液体，并且包括流体的体积，并且所述方法还包括平衡通道，所述平衡通道布置成使所述处理室与所述输入室以如下方式处于流体连接，使得流体能够从所述处理室经所述平衡通道流至所述输入室，同时不重新进入所述毛细管阀，其中所述通道布置成当所述液体进入所述处理室并且排出所述流体的至少一部分时，为所述流体离开所述处理室提供路径。
实施例30为根据实施例24-29中任一项所述的方法，还包括平衡通道，所述平衡通道布置成在所述处理室和所述输入室之间流体连通，以便在所述液体进入所述处理室并且排出所述流体的至少一部分时，为所述流体离开所述处理室提供附加路径。
实施例31为根据实施例1-13中任一项所述的计量结构、根据实施例14-23中任一项所述的处理阵列、或者根据实施例24-30中任一项所述的方法，其中所述液体为含水液体。
实施例32为根据实施例1-13和31中任一项所述的计量结构、根据实施例14-23和31中任一项所述的处理阵列、或者根据实施例24-31中任一项所述的方法，其中所述毛细管阀构造成抑制液体离开所述计量储器，直至施加在所述液体上的力、所述液体的表面张力和所述毛细管阀的表面能中的至少一者足以使所述液体移动穿过所述毛细管阀。
实施例33为根据实施例1-13和31-32中任一项所述的计量结构、根据实施例14-23和31-32中任一项所述的处理阵列、或者根据实施例24-32中任一项所述的方法，其中所述毛细管阀包括具有收缩部的流体通路，所述收缩部的尺寸设计成抑制所述液体由毛细管流芯吸出所述计量储器。
实施例34为根据实施例33所述的计量结构、处理阵列或方法，其中所述收缩部的尺寸设计成抑制液体离开所述计量储器，直至施加在所述液体上的力、所述液体的表面张力和所述收缩部的表面能中的至少一者足以使所述液体移动穿过所述收缩部。
实施例35为根据实施例33或34所述的计量结构、处理阵列或方法，其中所述收缩部的尺寸设计成抑制液体离开所述计量储器，直至转动所述样品处理装置，并且达到足以使所述液体离开所述计量储器的离心力。
实施例36为根据实施例33-35中任一项所述的计量结构、处理阵列或方法，其中所述收缩部直接邻近所述计量储器的第二末端设置。
以下可用实例旨在说明本发明而不是限制本发明。
实例
材料：
样品：乔治亚州玛丽埃塔市Copan诊断公司(Copan Diagnostics,Murrietta,GA)的用于病毒、衣原体、支原体和脲原体的Copan通用运输介质(UTM)，3.0mL管，产品编号330C，批号39P505。
试剂主混合物：加利福尼亚州福斯特城应用生物系统公司(AppliedBiosystems,Foster City,CA)的10x PCR缓冲剂，P/N4376230，批号1006020，用无核酸酶纯水稀释至1x。
设备：
使用从明尼苏达州圣保罗市3M公司(3M Company,St.Paul,MN)作为产品No.3958可获得的如上文所述，并且如图2-8中所示的“适度复杂度圆盘”作为此实例中的样品处理装置或“圆盘”。
使用从明尼苏达州圣保罗市3M公司(3M Company,St.Paul,MN)可获得的一体化循环仪型号3954(Integrated Cycler Model3954)作为此实例中的样品处理系统或“器械”。
实例1
执行下述实验以确定圆盘从20μL-100μL多种量的输入体积中计量10μL样品的能力。
实例1工序-样品计量方案：
1.将X量的UTM样品添加到圆盘的样品输入孔内，其中根据表1所述的多个圆盘和样品，X在20-100μL之间变化。
2.将加载的圆盘布置到器械上。
3.通过下述工序，将10μL样品计量到计量储器内：将圆盘在525rpm以24.4转/秒2的加速度转动、保持5秒、随后在975rpm以24.4转/秒2的加速度转动、并且保持5秒。10μL样品保留在样品计量储器中。其余部分溢流至废物储器。
4.执行激光寻的（即，根据在2011年5月18日提交的共同待决美国专利申请No.61/487,618中描述，并且示于同一共同待决专利申请的图14中的方法）。所用的激光器是从日本东京索尼公司(SonyCorporation,Tokyo,Japan)可获得的高功率密度激光二极管（产品编号SLD323V）。
5.停止圆盘的转动，并且根据在2011年5月18日提交的共同待决美国专利申请No.61/487,618中描述，并且示于同一共同待决专利申请的图14中的方法，利用一个2秒800毫瓦(mW)的激光脉冲打开样品阀。
6.通过在1800rpm以24.4转/秒2的加速度转动圆盘并且保持10秒，将10μL样品转移至处理室。
7.停住圆盘并且从器械中移出。
8.利用注射器针头从检测室移出样品体积。将槽中的所有内容物转移至配衡的称量舟皿并且利用校准的分析天平称重。
9.利用UTM的已知密度，计算出计量到检测室内的UTM的体积。结果示于表1中。
表1样品计量结果
Figure BDA0000416666650000561
实例2
利用与实例1相同的设备执行实例2。然而，取代UTM样品，使用主混合物试剂来确定圆盘从超过40μL的初始输入体积计量出40μL主混合物试剂的能力。
实例2工序-试剂计量方案
1.将50μL主混合物试剂添加到每个圆盘的8个盘道中每一盘道的试剂输入孔内。使用5个圆盘，每个圆盘具有8个盘道，共计40份样品。
2.将加载的圆盘布置到器械上。
3.通过下述工序，将40μL试剂计量到计量储器内：将圆盘在525rpm以24.4转/秒2的加速度转动、保持5秒、随后在975rpm以24.4转/秒2的加速度转动、并且保持5秒。40μL样品留在试剂计量储器中。其余部分溢流到废物储器。
4.执行激光寻的（即，根据2011年5月18日提交的共同待决美国专利申请No.61/487,618中描述，并且示于同一共同待决专利申请的图14中的方法）。所用的激光器是从日本东京索尼公司(SonyCorporation,Tokyo,Japan)可获得的高功率密度激光二极管（产品编号SLD323V）。
5.停止圆盘的转动，并且根据2011年5月18日提交的共同待决美国专利申请No.61/487,618中描述，并且示于同一共同待决专利申请的图12中的方法，利用一个2秒800mW的激光脉冲打开试剂阀。
6.通过在1800rpm以24.4转/秒2的加速度转动圆盘并且保持10秒，将40μL试剂转移到处理室。
7.将圆盘停住并且从器械中移出。
8.利用注射器针头从检测室移出样品体积。将槽中的所有内容物转移到配衡的称量舟皿，并且利用校准的分析天平称重。
9.利用主混合物试剂的已知密度，计算出计量到检测室内的试剂的体积。对于5个各自具有8个试剂盘道的圆盘(n=40)而言，将50μL初始体积的试剂加载到每个试剂孔内之后，计量入处理室内的试剂的平均值为38.9μL（标准偏差0.33）。
上面描述并在附图示出的实施例仅作为举例呈现，并不意在作为对本发明构思和原理的限制。这样，本领域的普通技术人员应当理解，可以在不脱离本发明精神和范围的情况下，各组成单元及其构造和排列的各种改变是可能的。
本文中引用的所有参考文献和专利公开均明确地在此通过引用方式全文并入本发明。
以下权利要求书描述了本发明的各种特征和方面。

Claims (23)

1.一种样品处理装置上的计量结构，所述样品处理装置构造成围绕回转轴转动，所述计量结构包括：
构造用于容纳选定体积液体的计量储器，所述计量储器包括第一末端和相对于所述回转轴在第一末端的径向外侧布置的第二末端；
废物储器，所述废物储器布置成与所述计量储器的第一末端处于流体连通，并且构造成当超过所述计量储器的选定体积时从所述计量储器捕集多余液体，其中所述废物储器的至少一部分相对于所述回转轴在所述计量储器的径向外侧布置；和
与所述计量储器的第二末端处于流体连通的毛细管阀，其中所述毛细管阀相对于所述回转轴在所述计量储器的至少一部分的径向外侧布置，并且构造成在需要之前抑制液体离开所述计量储器；
其中所述计量结构是不通气的，从而所述计量结构不与环境处于流体连通。
2.根据权利要求1所述的计量结构，其中所述计量储器和所述废物储器各自形成所述样品处理装置的输入室的一部分，并且其中所述计量储器和所述废物储器由至少一个挡板隔开。
3.根据权利要求2所述的计量结构，所述计量结构还包括处理室，所述处理室布置成与所述输入室处于流体连通，并且构造成经所述毛细管阀从所述计量储器接收所述选定体积的流体。
4.根据权利要求3所述的计量结构，其中所述处理室限定用于容纳所述液体并且包括流体的体积，并且所述计量结构还包括平衡通道，所述平衡通道布置成使所述处理室与所述输入室以如下方式处于流体连接，使得流体能够从所述处理室经所述平衡通道流至所述输入室，同时不重新进入所述毛细管阀，其中所述通道布置成当所述液体进入所述处理室并且排出所述流体的至少一部分时，为所述流体离开所述处理室提供路径。
5.根据权利要求3所述的计量结构，所述计量结构还包括平衡通道，所述平衡通道被布置成在所述处理室和所述输入室之间流体连通，以在所述液体进入所述处理室并且排出所述流体的至少一部分时，为所述流体离开所述处理室提供附加路径。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的计量结构，其中所述计量储器包括布置成限定所述选定体积的基部和不完全侧壁，并且其中所述废物储器布置成当所述计量储器的选定体积已经超过时捕集溢出所述不完全侧壁的多余液体。
7.根据权利要求1、2和6中任一项所述的计量结构，所述计量结构还包括处理室，所述处理室布置成与所述计量储器的第二末端处于流体连通，并且构造成经所述毛细管阀从所述计量储器接收所述选定体积的液体。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的计量结构，所述计量结构还包括：
与所述毛细管阀的出口处于流体连通的阀室；
布置成与所述阀室的出口处于流体连通的处理室；和
位于所述阀室和所述处理室之间的阀隔膜，所述阀隔膜具有：
闭式构造，其中所述阀室与所述处理室不处于流体连通，和
开式构造，其中所述阀室与所述处理室处于流体连通。
9.根据权利要求8所述的计量结构，其中所述毛细管阀设置成当所述阀隔膜处于所述闭式构造时抑制所述液体由毛细管流芯吸出所述计量储器并且聚集在所述阀隔膜附近。
10.根据权利要求8或9所述的计量结构，其中当所述阀隔膜处于所述闭式构造时，通过下述因素中的至少一者抑制所述液体离开所述计量储器：
流体通路的尺寸，
流体通路的表面能，
所述液体的表面张力，和
存在于所述阀室中的任何气体。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的计量结构，其中所述阀室、所述毛细管阀和所述阀隔膜设置为，使得所述阀室在所述阀隔膜处于所述闭式构造时提供气阻。
12.一种样品处理装置上的体积计量方法，所述方法包括：
提供样品处理装置，所述样品处理装置构造成围绕回转轴转动并且包括处理阵列，所述处理阵列包括：
构造用于容纳选定体积液体的计量储器，所述计量储器包括第一末端和相对于所述回转轴在第一末端的径向外侧布置的第二末端；
废物储器，所述废物储器布置成与所述计量储器的第一末端处于流体连通，并且构造成当超过所述计量储器的选定体积时从所述计量储器捕集多余液体，其中所述废物储器的至少一部分相对于所述回转轴在所述计量储器的径向外侧布置；和
与所述计量储器的第二末端处于流体连通的毛细管阀，其中所述毛细管阀相对于所述回转轴在所述计量储器的至少一部分的径向外侧布置，并且构造成在需要之前抑制液体离开所述计量储器，以及
布置成经所述毛细管阀与所述计量储器处于流体连通的处理室；
将液体布置在所述样品处理装置的处理阵列中；
通过如下方式计量所述液体：围绕所述回转轴转动所述样品处理装置以将第一力施加在所述液体上，从而使所述选定体积的液体容纳于所述计量储器中，并且将任何额外体积的液体移入所述废物储器内，但不移入所述述毛细管阀内；以及
在计量所述液体之后，通过围绕所述回转轴转动所述样品处理装置以将大于所述第一力的第二力施加在所述液体上，将所述选定体积的液体经所述毛细管阀移到所述处理室。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述样品处理装置还包括：
布置在所述毛细管阀和所述处理室之间的阀室；以及
位于所述阀室和所述处理室之间的阀隔膜，所述阀隔膜具有：
闭式构造，其中所述阀室与所述处理室不处于流体连通，和
开式构造，其中所述阀室与所述处理室处于流体连通。
14.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括在将所述选定体积的样品移到所述处理室之前在所述阀隔膜中形成开口。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中所述阀室、所述毛细管阀和所述阀隔膜设置为，使得所述阀室在所述阀隔膜处于所述闭式构造时提供气阻。
16.根据权利要求12-15中任一项所述的方法，还包括当所述选定体积的液体移到所述处理室时对所述处理阵列进行内部通气。
17.根据权利要求12-16中任一项所述的方法，其中所述处理室限定用于容纳所述液体并且包括流体的体积，并且所述方法还包括平衡通道，所述平衡通道布置成使所述处理室与所述输入室以如下方式处于流体连接，使得流体能够从所述处理室经所述平衡通道流至所述输入室，同时不重新进入所述毛细管阀，其中所述通道布置成当所述液体进入所述处理室并且排出所述流体的至少一部分时，为所述流体离开所述处理室提供路径。
18.根据权利要求12-17中任一项所述的方法，还包括平衡通道，所述平衡通道布置成在所述处理室和所述输入室之间流体连通，以便在所述液体进入所述处理室并且排出所述流体的至少一部分时，为所述流体离开所述处理室提供附加路径。
19.根据权利要求1-11中任一项所述的计量结构或者根据权利要求12-18中任一项所述的方法，其中所述毛细管阀构造成抑制液体离开所述计量储器，直至施加在所述液体上的力、所述液体的表面张力和所述毛细管阀的表面能中的至少一者足以使所述液体移动穿过所述毛细管阀。
20.根据权利要求1-11和19中任一项所述的计量结构或者根据权利要求12-19中任一项所述的方法，其中所述毛细管阀包括具有收缩部的流体通路，所述收缩部的尺寸设计成抑制所述液体由毛细管流芯吸出所述计量储器。
21.根据权利要求20所述的计量结构或方法，其中所述收缩部的尺寸设计成抑制液体离开所述计量储器，直至施加在所述液体上的力、所述液体的表面张力和所述收缩部的表面能中的至少一者足以使所述液体移动穿过所述收缩部。
22.根据权利要求20或21所述的计量结构或方法，其中所述收缩部的尺寸设计成抑制液体离开所述计量储器，直至转动所述样品处理装置并且达到足以使所述液体离开所述计量储器的离心力。
23.根据权利要求20-22中任一项所述的计量结构或方法，其中所述收缩部直接邻近所述计量储器的第二末端设置。
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