Настоящее изобретение относится к устройству для забора крови и отделения ее составных частей, таких как плазма, в качестве анализируемой жидкости.
Настоящее изобретение относится к области микрофлюидных систем, соответственно устройств. Последующие пояснения относятся к устройствам, в которых действуют капиллярные силы и в которых они имеют решающее значение прежде всего для выполнения ими своей функции.
Из US 4906439 и WO 01/24931 А1 известны соответственно устройства для отделения плазмы от крови, для чего предусмотрено множество отдельных пазообразных, соответственно капиллярообразных каналов для забора и отвода плазмы крови. Недостаток таких устройств состоит в том, что каналы с разной скоростью заполняются или вовсе не заполняются анализируемой жидкостью в виде плазмы крови. Вследствие этого невозможно обеспечить продвижение жидкости по всем каналам единым фронтом. Подобный недостаток отрицательно сказывается на результатах диагностики, поскольку жидкость не поступает одновременно в определенном количестве либо, например, сухие химреагенты или иные аналогичные вещества не могут одновременно растворяться анализируемой жидкостью в требуемой, соответственно необходимой степени.
В основу настоящего изобретения была положена задача усовершенствовать устройство и способ забора крови и отделения ее составных частей, таких как плазма, в качестве анализируемой жидкости, оптимизировав при этом заполнение канала анализируемой жидкостью и обеспечив создание капиллярного контакта между разделительным элементом и каналом, а также эффективно улучшив возможности по проведению диагностики, соответственно исследований.
Основная идея настоящего изобретения заключается в том, чтобы предусмотреть устройство для создания жидкостного капиллярного контакта между разделительными элементами, прежде всего мембранами, и направляющим каналом. Благодаря этому обеспечивается оптимальное, быстрое и равномерное заполнение канала жидкостью и предотвращается образование в ней нежелательных воздушных включений.
Анализируемая жидкость поступает в канал и движется в нем преимущественно под действием капиллярных сил, при этом канал выполнен открытым по меньшей мере со своей узкой или продольной стороны, в результате чего в канале образуется боковой барьер для анализируемой жидкости, которая может направленно двигаться по каналу без помощи боковых стенок. При этом сбоку к открытой стороне канала прежде всего примыкает выемка. Тем самым удается простым путем предотвратить опережающее продвижение анализируемой жидкости, т.е. ускоренное заполнение ею канала, вдоль имеющейся в противном случае боковой стенки. В результате обеспечивается возможность заполнения канала анализируемой жидкостью с равномерной по всему его поперечному сечению скоростью и тем самым при заполнении канала анализируемой жидкостью достигается ее продвижение по нему по меньшей мере в основном равномерным, соответственно прямолинейным фронтом. Выполнение канала открытым сбоку позволяет повысить эффективность, прежде всего оптимизировать удаление воздуха из канала при его заполнении анализируемой жидкостью. Помимо этого наличие у анализируемой жидкости сохраняющейся, соответственно направляемой без помощи боковых стенок боковой поверхности, позволяет непосредственно исследовать анализируемую жидкость прежде всего путем ввода в нее света, в отсутствие имеющейся в противном случае боковой стенки. Выемка в предпочтительном варианте выполнена в виде канавки и полностью охватывает открытый прежде всего со всех боковых сторон канал. Тем самым прежде всего при наличии особо мелких профильных или рельефных структур удается в целом исключить наличие внутренних кромок, которые в противном случае образуются на переходе от плоских сторон к узким сторонам и на которых действуют особо высокие капиллярные силы. Сказанное, однако, соответственно относится и к выполнению канала открытым сбоку только на отдельных участках. В другом варианте возможно также заполнение примыкающей сбоку к каналу выемки или смачивание примыкающей сбоку к каналу боковой стенки анализируемой жидкостью или иной аналогичной жидкостью. В подобном случае выемка или боковая стенка, прежде всего по своим размерам, кривизне или смачиваемости, должна быть выполнена либо должна быть снабжена направляющими элементами таким образом, чтобы скорость заполнения канала анализируемой жидкостью была не ниже скорости заполнения выемки анализируемой жидкостью или скорости ее движения вдоль боковой стенки в каждом случае в направлении заполнения канала прежде всего в его продольном направлении. Тем самым также удается исключить боковое опережающее продвижение фронта анализируемой жидкости при заполнении ею канала.
Еще одним объектом изобретения является предлагаемый в нем способ определения исследуемого параметра плазмы крови, соответственно исследуемого параметра составной части крови, отличающийся тем, что в микрофлюидной системе сразу же после задерживания, соответственно отделения клеток крови непосредственно определяют составную часть, соответственно исследуемый параметр плазмы крови, используя для этого химреагент или несколько химреагентов. Подобный способ позволяет при простой и компактной конструкции используемого для его осуществления устройства быстро и экономично анализировать, соответственно определять исследуемый параметр.
Другие преимущества, отличительные признаки, характерные особенности и аспекты настоящего изобретения представлены в формуле изобретения и в последующем описании предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематичный вид в разрезе предлагаемого в изобретении устройства, выполненного по первому варианту,
на фиг.2 - схематичный вид в плане корпуса заполненного устройства, изображенного на фиг.1,
на фиг.3 - схематичный вид устройства в разрезе плоскостью III-III по фиг. 2,
на фиг.4 - схематичный вид устройства в продольном разрезе плоскостью IV-IV по фиг.2,
на фиг.5 - схематичный вид в плане корпуса предлагаемого в изобретении устройства, выполненного по второму варианту,
на фиг.6 - схематичный вид в плане корпуса предлагаемого в изобретении устройства, выполненного по третьему варианту,
на фиг.7 - схематичный вид в плане фрагмента корпуса предлагаемого в изобретении устройства, выполненного по четвертому варианту,
на фиг.8 - схематичный вид устройства в разрезе плоскостью VIII-VIII по фиг.7,
на фиг.9 - схематичный вид в продольном разрезе предлагаемого в изобретении устройства, выполненного по пятому варианту,
на фиг.10 - схематичный вид в разрезе предлагаемого в изобретении устройства, выполненного по шестому варианту,
на фиг.11А, 11Б, 11В и 12 - вариант выполнения предлагаемого в изобретении устройства с изогнутой мембраной,
на фиг.13, 14, 15 и 16 - варианты выполнения предлагаемого в изобретении устройства с изогнутой нажимным пальцем мембраной,
на фиг.17 и 18 - варианты выполнения предлагаемого в изобретении устройства с изогнутым дном корпуса,
на фиг.19 и 19А, 19Б, 19В - варианты выполнения предлагаемого в изобретении устройства с закладной вставкой,
на фиг.20 - вариант выполнения предлагаемого в изобретении устройства с воздухоотводом,
на фиг.21 - вариант выполнения предлагаемого в изобретении устройства с приваренной мембраной и
на фиг.22, 22А, 23 и 23А - вид канала с расширяющимся проходным сечением на впускном участке.
На чертежах одинаковые или сходные детали и элементы обозначены одними и теми же позициями, при этом соответствующие или сравнимые свойства и преимущества обеспечиваются даже при отсутствии повторного описания.
На фиг.1 схематично в разрезе показано выполненное по первому варианту предлагаемое в изобретении устройство 1 для забора и/или диагностики пробы анализируемой жидкости 2, прежде всего плазмы крови или иной жидкости. Устройство 1 имеет канал 3 для забора анализируемой жидкости 2 под действием капиллярных сил. Канал 3 выполнен открытым по меньшей мере с одной узкой, соответственно продольной стороны 4, а в рассматриваемом варианте - с обеих узких, соответственно продольных сторон 4, как это показано на фиг.1. Сбоку к открытым сторонам 4 примыкает выемка 5, которая в рассматриваемом варианте выполнена предпочтительно в виде канавки, соответственно желобка. Таким путем в канале 3 образуется боковой барьер для анализируемой жидкости 2, т.е. непреодолимое для потока жидкости под действием капиллярных сил препятствие, и поэтому в отсутствие боковых стенок анализируемая жидкость 2 может проходить в канале 3 вдоль его открытых сторон 4. В рассматриваемом варианте устройство 1 имеет корпус 6 и соответствующую крышку 7, между которыми образованы канал 3 и выемка 5. При необходимости для образования требуемых структур профилированным с выемками выполнен только корпус 6, тогда как крышка 7 выполнена ровной, предпочтительно по меньшей мере в основном без выемок. Однако возможен и обратный вариант. При необходимости, однако, для образования требуемых структур и в некоторых случаях для размещения не показанных на чертежах химреагентов, реактивов, устройств для исследования анализируемой жидкости или иных аналогичных компонентов, с выемками и/или выступами могут быть также выполнены и корпус 6, и крышка 7.
В предпочтительном варианте выемка 5 примыкает к каналу 3 по острой кромке, как это показано на фиг.1. В рассматриваемом варианте выемка 5 выполнена только в корпусе 6, т.е. в показанном на фиг.1 варианте проходит в основном только вниз относительно боковой проекции канала 3. Однако по выбору выемка 5 может также проходить вверх или в обе стороны относительно боковой проекции канала 3, т.е. прежде всего вверх и вниз.
Наличием выемки 5, которая в предпочтительном варианте имеет прямоугольный в поперечном сечении профиль, обусловлено такое, прежде всего ступенчатое, соответственно скачкообразное, увеличение поперечного сечения, при котором капиллярные силы уменьшаются настолько, что на переходе от канала 3 к выемке 5 образуется указанный выше барьер для анализируемой жидкости 2, как это показано на фиг.1.
В предпочтительном варианте канал 3 ограничен, соответственно образован только двумя противолежащими, прежде всего в основном плоскими поверхностями, соответственно плоскими сторонами 8 и 9, которые в рассматриваемом варианте образованы поверхностями корпуса 6, соответственно крышки 7, и расположены параллельно друг другу. Поэтому при необходимости выемка 5 может также полностью отсутствовать, а канал 3 может быть образован, например, двумя пригодными для этой цели перегородками, перемычками или иными аналогичными элементами, которые для создания требуемых капиллярных сил расположены на необходимом расстоянии друг от друга.
На фиг.2 схематично в виде в плане показан корпус 6 устройства 1 без крышки 7, но с частичным заполнением анализируемой жидкостью 2 до ее фронта V. В рассматриваемом варианте выемка 5 проходит вдоль открытой(-ых) стороны(сторон) 4 канала 3, предпочтительно по меньшей мере вдоль противолежащих открытых продольных сторон 4. Помимо этого в рассматриваемом варианте канал 3 выполнен открытым со всех своих боковых сторон, а выемка 5 в соответствии с этим выполнена непрерывной или замкнутой по всему его периметру. Канал 3 таким образом со всех сторон окружен выемкой 5.
В предпочтительном варианте выемка 5 примыкает к тем узким сторонам, соответственно продольным сторонам 4 канала 3, которые проходят по меньшей мере в основном параллельно основному направлению F заполнения канала 3 анализируемой жидкостью 2, как это показано на фиг.2. Таким образом выемка 5 в предпочтительном варианте по меньшей мере на отдельных участках проходит параллельно основному направлению F заполнения канала анализируемой жидкостью.
В другом, рассмотренном ниже со ссылкой на фиг.10 варианте существует также возможность заполнения выемки 5 анализируемой жидкостью 2 или иной жидкостью, прежде всего не смешивающейся с жидкостью 2, такой как масло или аналогичная жидкость. В этом случае, однако, выемка 5 должна быть выполнена таким образом, чтобы скорость ее заполнения не превышала скорость заполнения канала 3 с целью обеспечить максимально равномерное заполнение анализируемой жидкостью 2. При этом скорость заполнения в обоих случаях относится к заполнению жидкостью, соответственно к продвижению ее фронта V в основном направлении F заполнения жидкостью. В другом варианте выемку 5 можно также только промывать другой жидкостью перед подачей анализируемой жидкости 2.
В предпочтительном варианте канал 3 имеет в основном прямоугольное и/или плоское (щелевидное) поперечное сечение, прежде всего поперечно основному направлению F заполнения.
Обозначенная на фиг.1 высота Н канала 3, т.е. расстояние между ограничивающими его, предпочтительно параллельными поверхностями 8 и 9, составляет максимум 2000 мкм, предпочтительно максимум 500 мкм, прежде всего примерно от 50 до 200 мкм. Наличием выемки 5 в предпочтительном варианте обусловлено ступенчатое, соответственно резкое увеличение высоты Н и тем самым образование требуемого барьера для жидкости. Высота Н выемки 5 прежде всего по меньшей мере вдвое превышает высоту Н канала 3. Ширина В канала 3 предпочтительно составляет примерно от 100 до 5000 мкм, прежде всего примерно от 200 до 4000 мкм. Высота Н канала 3 много меньше, прежде всего по меньшей мере в 5 или 10 раз меньше его ширины В. Вместимость или емкость канала 3 предпочтительно составляет менее 1 мл, прежде всего менее 100 мкл, особенно предпочтительно максимум 10 мкл. Устройство 1 образует таким образом микрофлюидную систему. Устройство 1 предназначено прежде всего для микрофлюидной диагностики в медицинских или немедицинских целях, соответственно для иных исследований.
Канал 3, а тем самым и основное направление F его заполнения и плоскость Е его основной двумерной протяженности в рабочем положении предлагаемого в изобретении устройства в предпочтительном варианте располагаются по меньшей мере в основном горизонтально. Однако в зависимости от назначения или конструктивного исполнения возможна и иная ориентация канала, тем более что поступление анализируемой жидкости 2 в канал 3, соответственно его заполнение анализируемой жидкостью, преимущественно по меньшей мере первично определяется лишь капиллярными силами, соответственно обеспечивается лишь под действием капиллярных сил. Так, например, основное направление F заполнения может располагаться, например, горизонтально или наклонно, тогда как плоскость Е основной двумерной протяженности канала может располагаться вертикально, в результате чего канал 3 оказывается как бы поставленным на ребро.
В предпочтительном варианте канал 3 образует по меньшей мере один накопитель для анализируемой жидкости 2, прежде всего в целях диагностики. При необходимости канал 3 может содержать не показанный на чертеже химреагент, прежде всего сухой химреагент или иное аналогичное вещество. Вместе с тем исследование анализируемой жидкости 2 может проводиться и иным путем.
В рассматриваемом варианте канал 3 имеет по меньшей мере один направляющий элемент для влияния на его заполнение анализируемой жидкостью 2, прежде всего для обеспечения равномерности его заполнения анализируемой жидкостью. В одном из предпочтительных вариантов канал 3 имеет равномерно распределенные возвышения 10 в качестве направляющих элементов. Такие возвышения в предпочтительном варианте расположены рядами поперечно, предпочтительно перпендикулярно, основному направлению F заполнения или вдоль этого направления, прежде всего с попеременным смещением в поперечном направлении. Возвышения 10 смещены рядами в основном направлении F заполнения. Таким путем можно обеспечить заполнение канала 3 анализируемой жидкостью 2 рядами, т.е. последовательно ряд за рядом, и тем самым обеспечить ее продвижение по каналу в основном прямолинейным фронтом V в основном направлении F заполнения. При необходимости можно варьировать поверхностную плотность расположения возвышений 10, расстояние между ними и/или их размеры, прежде всего в зависимости от конкретной величины удаления от не показанного на фиг.1 и 2 входа анализируемой жидкости 2 в канал 3. Возвышения 10 в предпочтительном варианте выполнены в виде ребер, бугорков или столбиков, прежде всего с круглым или многоугольным основанием. Однако вместо возвышений могут быть также предусмотрены углубления. Альтернативно этому или дополнительно к этому канал 3 может иметь в качестве направляющего элемента по меньшей мере одну канавку 11 или по меньшей мере одно ребро, проходящую, соответственно проходящее поперечно основному направлению F заполнения канала 3 или вдоль этого направления. Предусмотренная в предпочтительном варианте пазообразная канавка 11, прежде всего с прямоугольным или полукруглым в поперечном сечении профилем, имеет существенно меньшую глубину, чем выемка 5, и поэтому образует лишь временный барьер для жидкости, обеспечивающий равномерность продвижения ее фронта V. Таким путем можно обеспечить заполнение канавки 11 и затем последующего участка канала 3 анализируемой жидкостью 2 лишь после заполнения ею канала 3 по всему его поперечному сечению. Необходимо отметить, что направление анализируемой жидкости 2 без помощи боковых стенок в сочетании с направляющими элементами позволяет обеспечить особо равномерное заполнение канала 3 анализируемой жидкостью под действием капиллярных сил с по меньшей мере в основном прямолинейным, соответственно ориентированным перпендикулярно основному направлению F заполнения фронтом V жидкости. В другом варианте канал 3 и/или образованный им накопитель, сборная камера, сборный участок или иная выполняющая аналогичную функцию полость может быть также выполнен/выполнена по меньшей мере в основном гладким/гладкой, соответственно плоским/плоской, т.е. прежде всего без направляющих элементов.
На фиг.3 устройство 1 схематично показано с крышкой 7 в разрезе другой плоскостью, а именно плоскостью III-III по фиг.2. Устройство 1 имеет по меньшей мере один относящийся к каналу 3 воздухоотвод 12, который сообщается не непосредственно с каналом 3, а с выемкой 5. Тем самым перед воздухоотводом 12 не требуется никакой дополнительный барьер для жидкости во избежание вытекания анализируемой жидкости 2 через воздухоотвод. Благодаря выполнению канала 3 открытым предпочтительно со всех его боковых сторон обеспечивается оптимальное удаление воздуха при заполнении канала 3 анализируемой жидкостью 2 и тем самым удается надежно исключить образование воздушных включений в анализируемой жидкости. Анализируемая жидкость 2 поступает в канал 3 преимущественно перпендикулярно плоскости Е его двумерной протяженности, прежде всего в вертикальном направлении при нахождении устройства в рабочем положении.
Устройство 1 имеет подводящее устройство 13 для забора и подвода анализируемой жидкости 2 к каналу 3. В рассматриваемом варианте такое подводящее устройство 13 имеет отверстие, прежде всего проход 14, в крышке 7, предпочтительно для забора крови или иной жидкости, а также разделительное устройство 15, такое как фильтр, мембрана или иное аналогичное устройство, для отделения плазмы крови в качестве анализируемой жидкости 2. В рассматриваемом варианте разделительное устройство 15 вставлено в открытое в сторону корпуса 6 углубление 16 в крышке 7 и перекрывает проход 14. В предпочтительном варианте разделительное устройство 15 прочно или жестко соединено с крышкой 7, например, приварено или приклеено к ней либо удерживается ею за счет силового либо геометрического замыкания. Разделительное устройство 15 в рассматриваемом варианте своей плоской стороной непосредственно контактирует с каналом 3, прежде всего прилегает к выполненным предпочтительно в виде столбиков профильным структурам 17 или аналогичным элементам в канале 3 на его входном участке 18. Профильные структуры 17 в предпочтительном варианте снабжены клиновидными выемками или иными аналогичными элементами для направления плазмы крови соответственно анализируемой жидкости 2 под действием капиллярных сил к расположенной напротив разделительного устройства 15 поверхности канала, в данном случае к образованной корпусом 6 донной поверхности 8 канала 3, и для обеспечения таким путем полного заполнения пространства между донной поверхностью 8 и крышкой 7, соответственно входного участка 18 анализируемой жидкостью 2. Профильные структуры 17 образуют питающее устройство для (полного) заполнения канала 3 анализируемой жидкостью 2 на участке между крышкой 7 и донной поверхностью 8. Такое питающее устройство, однако, может также иметь иное исполнение, о чем более подробно сказано в описании пятого варианта выполнения предлагаемого в изобретении устройства. Затем анализируемая жидкость 2, в рассматриваемом варианте после преодоления первой канавки 11 под действием капиллярных сил всасывается далее в канал 3 в обозначенном на фиг.2 основном направлении F его заполнения.
На фиг.4 схематично в продольном разрезе показана предпочтительная конструкция выполненного по первому варианту предлагаемого в изобретении устройства 1, при этом для наглядности на чертеже показана также поступающая в устройство капля крови 19. При необходимости разделительное устройство 15 может содержать химреагент, прежде всего сухой химреагент, в первую очередь для возможности или повышения эффективности необходимого в рассматриваемом варианте отделения плазмы в качестве анализируемой жидкости 2 от крови 19 и/или при необходимости для возможности лизиса клеток. Отделение плазмы, соответственно ее поступление далее в канал, происходит прежде всего исключительно под действием капиллярных сил. К подводящему устройству 13 в предпочтительном варианте примыкает только один единственный канал 3 для забора или отвода анализируемой жидкости 2. При этом под каналом 3 подразумевается одиночный капилляр. Однако при необходимости канал 3 может проходить в разных направлениях или к разным участкам либо может разветвляться, о чем более подробно сказано ниже в описании второго варианта выполнения предлагаемого в изобретении устройства со ссылкой на фиг.5 и третьего варианта выполнения предлагаемого в изобретении устройства со ссылкой на фиг.6.
На фиг.5 и 6 в виде в плане показан корпус 6 выполненного соответственно по второму и по третьему вариантам устройства 1, которое на каждом из этих чертежей изображено без крышки 7.
В показанном на фиг.5 втором варианте канал 3 проходит начиная от подводящего устройства 13, соответственно входного участка 18, во взаимно противоположные стороны, соответственно во взаимно противоположных направлениях, например, для возможности одновременного проведения разных исследований, проб или аналогичных анализов. В этом варианте предлагаемое в изобретении устройство имеет в основном продолговатую форму.
В показанном на фиг.6 третьем варианте предлагаемое в изобретении устройство имеет крестообразную форму. В данном случае канал 3 проходит в четырех различных направлениях. Подобное устройство позволяет, например, одновременно проводить четыре, при необходимости разных исследования, пробы, реакции или аналогичных анализа.
В обоих - втором и третьем вариантах выполнения предлагаемого в изобретении устройства также предпочтительно предусматривать выемку 5 для направления анализируемой жидкости 2 в канале 3 по меньшей мере на отдельных его участках без помощи боковых стенок. Такая выемка 5 прежде всего по всему периметру охватывает канал 3, который в предпочтительном варианте также может быть выполнен открытым со всех боковых сторон.
На фиг.7 и 8 показано выполненное по четвертому варианту предлагаемое в изобретении устройство 1, а именно на фиг.7 в виде в плане показан его корпус 6 без крышки 7, а на фиг.8 устройство показано в разрезе плоскостью VIII-VIII по фиг.7 с крышкой 7. Канал 3 в данном случае образует сборную камеру 20 для анализируемой жидкости 2. Такая сборная камера 20 в свою очередь также выполнена в основном плоской и при необходимости имеет указанные выше возвышения 10 и/или иные направляющие элементы.
Выполненное по четвертому варианту устройство 1 имеет устройство 21, прежде всего световод или иное устройство аналогичного назначения, для ввода света в анализируемую жидкость 2, прежде всего для проведения флуоресцентных анализов. Свет падает в зоне открытой стороны 4 канала 3 на открытую поверхность анализируемой жидкости 2 и входит в нее вследствие падения на ее открытую поверхность под соответственно крутым, предпочтительно в основном прямым углом, в направлении, обозначенном стрелкой 22. Для ввода света в анализируемую жидкость тем самым используется поверхность раздела между газом (воздухом) и анализируемой жидкостью 2. Таким путем удается избежать необходимости ввода света через имеющуюся в противном случае боковую стенку и тем самым нежелательного его рассеяния либо возможности возбуждения им флуоресценции.
Как показано на фиг.7, входящий световой луч 22 преимущественно многократно отражается в результате полного отражения на поверхности раздела между газом (воздухом) и анализируемой жидкостью 2. Достигается это благодаря тому, что угол между перпендикуляром к поверхности и падающим световым лучом в каждом случае больше угла полного отражения. Нижняя, соответственно донная поверхность сборной камеры 20, которая ограничена и определяется охватывающей ее выемкой 5, подобрана соответственно с таким расчетом, чтобы обеспечить требуемое направление светового луча и полное отражение света, что в рассматриваемом варианте достигается за счет придания ей пригодной для этого многоугольной конфигурации. Свет 22, которым облучают анализируемую жидкость, предназначен для флуоресцентного анализа, соответственно для флуоресцентной спектроскопии. Свет с определенной длиной волны возбуждает флуоресценцию анализируемой жидкости 2, прежде всего содержащихся в ней молекул-маркеров или аналогичных веществ, которые, например, в виде химреагента присутствуют в канале 3 и растворяются анализируемой жидкостью. Подобное возбуждение приводит к электронным переходам в молекулах, которые по истечении определенного времени возвращаются в свое исходное состояние с испусканием фотона. Испускаемое излучение обозначено на фиг.8 стрелками 23 и может регистрироваться детектором 24. С целью исключить влияние возвышений 10 или иных направляющих элементов на падающий световой луч 22 плоскость его распространения расположена над подобными структурами, соответственно с отступом от них. Помимо этого плоскость распространения светового луча расположена по меньшей мере в основном параллельно плоскости Е двумерной протяженности канала 3, соответственно сборной камеры 20, соответственно совпадает с этой плоскостью. Предусмотренные изобретением облучение светом и его направление обеспечивают практически полное возбуждение анализируемой жидкости 2, соответственно содержащихся в ней молекул-маркеров или аналогичных веществ, и одновременно позволяют использовать микропрофильные элементы, такие как возвышения 10 или иные направляющие элементы. Регистрация испускаемых световых лучей 23 в направлении поперечном, прежде всего перпендикулярном направлению 22 облучения светом, оптимальна с точки зрения развязки с падающим светом.
На фиг.9 схематично в продольном разрезе показано выполненное по пятому варианту предлагаемое в изобретении устройство 1. В отличие от первого варианта в данном случае питающее устройство для заполнения канала 3 вместо профильных структур 17 или дополнительно к ним имеет между обеими плоскими сторонами 8 и 9, прежде всего для отвода плазмы крови, соответственно анализируемой жидкости 2 от разделительного устройства 15, соответственно от нижней поверхности 9 крышки к противолежащей донной поверхности 8 с целью образования объемного мениска между обеими этими поверхностями, соответственно плоскими сторонами 8 и 9, скос, соответственно наклонную поверхность 25, которая соответственно уменьшает высоту Н канала или при необходимости даже сокращает ее до нуля. В этом случае разделительное устройство 15 прежде всего может непосредственно контактировать с наклонной поверхностью 25, соответственно непосредственно прилегать к ней. Указанное питающее устройство можно также обозначить, соответственно трактовать как устройство для смачивания крышки и дна.
На фиг.10 схематично в разрезе показано выполненное по шестому варианту предлагаемое в изобретении устройство 1. В данном случае примыкающая сбоку к каналу 3 выемка 5 может заполняться анализируемой жидкостью 2 и прежде всего вследствие соответствующего скругления ее боковой стенки 26 и/или наличия соответствующих направляющих элементов, таких как возвышения 10 или аналогичные профильные структуры, выполнена таким образом, что скорость заполнения выемки 5 в основном направлении F заполнения, т.е. на приведенном на фиг.10 изображении перпендикулярно плоскости чертежа, не превышает скорость заполнения канала 3 во избежание нежелательного бокового опережения фронта жидкости в канале. При этом следует отметить, что в рассматриваемом варианте глубина выемки 5 лишь примерно соответствует высоте Н канала 3. Предпочтительно, однако, чтобы глубина выемки была больше высоты канала.
Предлагаемое в изобретении устройство 1 пригодно для проведения самых разнообразных проб, исследований или аналогичных анализов. Предлагаемое в изобретении устройство прежде всего позволяет проводить иммунологические или биохимические пробы, например, крови 19, плазмы крови или иных аналогичных жидкостей.
В одном из вариантов канал 3 может образовывать несколько участков для проведения исследований, соответственно сборных участков 20, которые могут последовательно заполняться анализируемой жидкостью 2. Так, например, существует возможность последовательного проведения различных исследований и/или последовательного воздействия на анализируемую жидкость 2 различными реактивами, прежде всего сухими химреагентами, последовательно растворяющимися в ней.
В другом варианте к первому участку для проведения исследований или сборному участку 20 может примыкать второй участок для проведения исследований или сборный участок 20, который при этом в предпочтительном варианте обладает существенно более высокой капиллярностью, например, за счет размещения на нем нетканого материала или иного аналогичного материала. Так, в частности, после заполнения первого участка и прежде всего после растворения присутствующего на нем при необходимости сухого химреагента анализируемая жидкость 2 может затем всасываться, соответственно направляться на второй участок, при этом сухой химреагент вымывается с первого участка, обеспечивая тем самым возможность, например, проведения следующего исследования на первом участке и/или втором участке.
В следующем варианте предусмотрено использование первого химреагента, прежде всего сухого химреагента, предпочтительно в подводящем устройстве 13 или разделительном устройстве 15, и по меньшей мере одного второго химреагента, прежде всего сухого химреагента, предпочтительно в канале 3, соответственно на сборном участке 20. Подобный вариант позволяет эффективно обрабатывать анализируемую жидкость 2, кровь 19 или иную аналогичную жидкость, соответственно эффективно воздействовать на них. В предпочтительном варианте для исследования плазмы крови в качестве первого используют химреагент, который предотвращает, соответственно замедляет свертывание крови 19. С этой целью, например, в качестве первого химреагента можно использовать этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТК) для получения ее смеси с кровью. При этом ЭДТК связывает кальций крови, который необходим для свертывания крови в качестве фактора IV. Используемый далее второй химреагент, предпочтительно смесь химреагентов, предназначен/предназначена для исследования, соответственно определения одного или нескольких параметров плазмы крови, например концентрации в ней глюкозы, кетонов или лактата. Для определения же по меньшей мере одного внутриклеточного параметра, такого как уровень гемоглобина или кальция в крови 19, в качестве первого химреагента предпочтительно использовать таковой, который лизирует клетки, в частности клетки крови, и высвобождает кальций или аналогичное вещество. С этой целью используют, например, лизиновый буфер. Используемый далее второй химреагент, предпочтительно смесь химреагентов, предназначен/предназначена для исследования, соответственно определения анализируемого параметра, прежде всего концентрации кальция. Одним из компонентов подобной смеси в предпочтительном варианте является 8-гидроксихинолин в качестве хелатообразователя, используемый для удаления из реакции препятствующих ее протеканию ионов магния. Другой комплексообразователь, предпочтительно о-крезолфталеин, в щелочных условиях образует с кальцием цветной комплекс.
Ослабление излучения таким цветным комплексом при длине волны 570 нм пропорционально концентрации кальция. Ее определяют непосредственно в канале 3, соответственно на сборном участке 20 либо при необходимости после ее удаления. Однако возможно также определение иных характеристик или использование иных методов анализа. При этом прежде всего можно также определять ослабление излучения на других длинах волн и/или определять на основании ослабления излучения другие комплексы, параметры или аналогичные показатели. Сказанное относится и к прочим, предпочтительно оптическим, методам анализа, таким как методы флуоресцентного анализа или аналогичные методы анализа.
В еще одном варианте в крышке 7 и/или в корпусе 6 предусмотрено не показанное на чертежах выпускное отверстие для возможности выпуска анализируемой жидкости 2, прежде всего отделенной плазмы крови или аналогичной жидкости. Такое выпускное отверстие в предпочтительном варианте сообщается с имеющим по меньшей мере сравнительно большой объем накопительным участком 20 или иной аналогичной частью канала 3 для возможности создания тем самым необходимого, соответственно достаточного объема для накопления выпускаемой жидкости.
Обычно расстояние от поверхности мембраны до дна канала равно его высоте, как это показано на фиг. 11А. При этом приходится сталкиваться с той проблемой, что разделительный элемент, предназначенный для разделения крови, может образовывать жидкостной барьер, препятствующий перетеканию плазмы в канал. Обусловлено это тем, что в качестве разделительного элемента используют мембрану или фильтрующий элемент, которая/который образована/образован сетчатой структурой из переплетенных волокон или выполнена/выполнен из пористого материала. В качестве материалов для изготовления мембраны или фильтрующего элемента могут использоваться, в частности, соединенные между собой или спрессованные с образованием нетканого материала искусственные волокна или же пористые керамические материалы, а также металлические сетки. Фильтрующий материал из-за наличия у него сетчатой структуры имеет тонкие разветвленные каналы с высокой капиллярной силой, вследствие чего жидкие компоненты удерживаются в фильтре или мембране. Размер пор мембраны составляет от 0,01 до 1,2 мкм, прежде всего от 0,2 до 0,6 мкм. Толщина мембраны составляет от 50 до 500 мкм, предпочтительно от 120 до 180 мкм. Пористость, т.е. не занятая материалом часть объема мембраны, составляет от 40 до 90%, предпочтительно от 70 до 80%. В качестве пористого материала могут использоваться различные материалы, такие как найлон, прежде всего изотропно вспененный найлон 60, с пористостью более 70% и с размером пор 0,45 мкм, или же предпочтительно гидрофильный поливинилдифторид с размером пор 0,6 мкм.
При подаче капли крови во входную часть подводящего устройства 18 она принимает на поверхности мембраны 15 форму полусферы, как это показано на фиг.11Б. Под действием силы тяжести и гидростатического давления плазма крови протекает по каналам мембраны 15, в которой при этом задерживаются более крупные частицы крови, и вследствие гидравлического давления образует с нижней стороны мембраны удерживающуюся на ней пленку или каплю. При небольших количествах крови, соответственно плазмы или же прежде всего при большом заполняемом мертвом объеме между мембраной и дном канала, может отсутствовать жидкостная связь между плазмой и каналом. Вместе с тем часто плазма медленно стекает главным образом по стенкам канала к его дну и таким путем постепенно заполняет канал 3 или его сборный участок 20. По этой причине, однако, начало процесса заполнения канала плазмой задерживается, чем невольно обусловлена излишне большая продолжительность истечения плазмы, отрицательно сказывающаяся на функции диагностического или аналитического устройства, подсоединенного к гидравлической канальной структуре. При этом мертвый объем на заполняемом участке между разделительным элементом и каналом действует таким образом по типу сопротивления, затрудняющего течение плазмы.
В соответствии с этим настоящее изобретение направлено далее на решение задачи по целенаправленному регулированию такого сопротивления, прежде всего на его снижение до минимальной величины.
Гидродинамическое сопротивление можно эффективно минимизировать, выполнив разделительный элемент 15 по показанному на фиг.11Б варианту. С этой целью разделительный элемент 15 выполнен выпуклой в направлении дна канала формы, и поэтому разделительный элемент в предпочтительном варианте прилегает своей центральной частью ко дну канала либо альтернативно этому вершина выпуклости располагается вблизи дна канала. При этом расстояние между разделительным элементом и дном питающего устройства, прежде всего дном канала, в предпочтительном варианте составляет от 1 до 100 мкм, прежде всего от 10 до 25 мкм. Благодаря приданию разделительному элементу подобной формы выходящая с нижней стороны мембраны под действием силы тяжести или гидравлического давления жидкость, т.е. плазма, непосредственно смачивает канал и втекает в него начиная от этой точки его смачивания, как это схематично показано на фиг.11Б и 11 В.
В одном из предпочтительных вариантов диаметр используемой мембраны 15 составляет от 2 до 10 мм, прежде всего от 250 до 350 мкм.
Высота W выпуклости или расстояние до ее вершины в предпочтительном варианте имеет одинаковый с толщиной мембраны порядок величин, как это схематично обозначено на фиг.12А. В рассмотренном выше примере при толщине мембраны, равной 250 мкм, высота W ее выпуклости предпочтительно составляет от 100 до 300 мкм. Высота выпуклости предпочтительно должна примерно соответствовать высоте канала на его входном или впускном участке или высоте, расположенной под направляющей мембраной 15 камеры. Поскольку глубина (высота) канала в показанном на фиг.1 варианте предпочтительно составляет от 50 до 200 мкм, высоту W выпуклости, согласованную также с глубиной канавки, можно варьировать в пределах от 50 до 200 мкм.
В предпочтительном варианте на стенках канала и прежде всего на его дне предусмотрены увеличивающие объемный расход за счет усиления капиллярного эффекта элементы 10, показанные на фиг.2. Наиболее предпочтительно при этом использовать располагаемый на дне канала элемент 17 с вертикальными бороздками, описанный в ЕР 1013341 В1. Геометрией таких бороздок обусловлено создание и сохранение вертикального потока от входного участка через разделительный элемент в направлении дна канала.
На фиг.12 показаны подобные элементы, расположенные на дне канала, при этом множество таких элементов расположено на дне канала друг относительно друга таким образом, что в результате капиллярного действия промежутков между ними возникает горизонтальный объемный поток жидкости или плазмы в сборной камере 20 вдоль канала.
Выпуклый изгиб мембране в предпочтительном варианте придают, обжимая мембрану при ее закреплении в направлении ее центра, в результате чего мембрана прогибается или выпучивается в своей центральной части. С этой целью мембрану можно изначально изготавливать большего диаметра по сравнению с диаметром пространства, в котором ее закрепляют, прежде всего приклеивают. Используя соответствующий крепежный инструмент (не показан), имеющий рабочую поверхность выпуклой формой, мембрану вводят в зону ее закрепления и приклеивают в ней. При этом благодаря выпуклой форме рабочей поверхности крепежного инструмента мембрана прогибается и принимает выпуклую форму.
Вместо приклеивания закреплять мембрану можно также термическими методами, такими как сварка, прежде всего ультразвуковая сварка, при этом и в данном случае мембрану предпочтительно запрессовывать между двумя пластмассовыми элементами предлагаемого в изобретении устройства, используя крепежный инструмент, рабочей поверхности которого предварительно придана соответствующая форма.
Вместо придания требуемой формы разделительному элементу, т.е. мембране, в процессе его закрепления выпуклый прогиб разделительному элементу можно также придавать предварительно. При использовании металлических фильтрующих элементов требуемую форму им можно придавать, например, путем прессования или гибки в форме с соответствующим образом изогнутой, прежде всего выпуклой оформляющей поверхностью. При использовании же нетканых материалов требуемую форму им можно было бы придавать путем выдавливания в имеющей соответствующую конфигурацию форме с приложением давления и/или с нагревом до необходимой температуры и/или с использованием дополнительных химических фиксирующих средств, соответственно клеев. Альтернативно этому в предпочтительном варианте уже в процессе изготовления нетканого материала из искусственных волокон нетканому полотну можно было бы придавать выпуклую форму при его иглопробивке и скреплении.
В еще одном предпочтительном варианте разделительный элемент выполнен состоящим из двух или более частей, прежде всего двухслойным, при этом гибкая мембрана расположена на жестком несущем элементе, прежде всего на мембранодержателе 31, как это показано на фиг.12А. Мембрану предпочтительно при этом приклеивать к воронкообразному несущему элементу по его наружному краю, однако ее можно также закреплять на нем зажимными элементами. Воронкообразный мембранодержатель или фасонная вставка 31 имеет в своей центральной части проход или сквозное отверстие 32, через которое при заполнении воронки кровью она может проходить в мембрану.
В еще одном показанном на фиг.13 предпочтительном варианте осуществления изобретения в качестве разделительного устройства 15 предусмотрена мембрана 15. При подаче капли крови 19 на входной участок 18 и в отверстие 14 в крышке 7 капля попадает на мембрану 15, которая на фиг.13А имеет плоскую форму. На следующей стадии, как показано фиг.13Б, в отверстие 14 вводят толкатель 28, который деформирует исходно плоскую мембрану вглубь канала с приданием ей выпуклой формы. Контактирующий с мембраной конец нажимного пальца 28 предпочтительно также выполнять выпуклым.
Толкатель 28 может быть выполнен с возможностью его введения в отверстие в крышке вручную оператором либо автоматическим управляющим устройством с исполнительными приводными средствами. В последнем случае толкатель 28 соединен с сервоприводом, при перемещении которым толкателя он давит на мембрану вниз в направлении дна канала. В качестве сервопривода могут использоваться пьезоэлектрические исполнительные органы, шаговые двигатели либо иные пригодные для выполнения подобной функции механические или электрические исполнительные органы. В предпочтительном варианте процесс опускания толкателя 28 происходит в зависимости от выполняемой стадии анализа.
Для автоматического перемещения толкателя 28 предлагаемое в изобретении устройство может быть оснащено датчиками, регистрирующими наличие капли крови 19 в зоне своего действия и соединенными с блоком управления, прежде всего микропроцессором, который на основании поступающих в него и обрабатываемых им сигналов датчиков управляет толкателем или нажимным пальцем 28.
В другом показанном на фиг.14 варианте осуществления изобретения канал 3 образован выемкой 5 в корпусе 6 и совмещенным с этой выемкой углублением в крышке 7. В крышке 7 имеется отверстие, расположенное над концевой частью канала 3. Такое отверстие 14 с верхней стороны крышки 7 закрывается закрывающим элементом 33. Подобный закрывающий элемент 33 имеет нажимный палец 28 и ограничивает отверстие 14, через которое на входной участок 18 канала может подаваться капля крови 19. В углублении 16 в крышке расположен и закреплен разделительный элемент 15, прежде всего фильтрующая мембрана. Разделительный элемент можно крепить к крышке 7, например, приклеиванием или сваркой. При изготовлении показанного на фиг.14 устройства 1 на первой стадии мембрану крепят к крышке 7. На следующей стадии снабженную мембраной крышку 7 и корпус 6 соединяют между собой. На еще одной стадии, следующей за первой стадией, на крышке 7 закрепляют закрывающий элемент 33, толкатель 28 которого при этом деформирует мембрану с приданием ей выпуклой формы, в результате чего уменьшается мертвый объем в подводящем устройстве 13, а вершина выпуклой части мембраны 27 оказывается вблизи дна канала. Таким путем получают устройство 1 с существенно уменьшенным гидродинамическим сопротивлением на участке между мембраной 27 и каналом 3.
В следующем показанном на фиг.15 варианте осуществления изобретения нажимный палец 28 пропущен через отверстие в корпусе 6 и выступает во входной участок канала. Для этого стержень нажимного пальца имеет примыкающий к его головке первый участок, который по своей длине соответствует толщине корпуса 6 в зоне отверстия и при вставленном в него нажимном пальце плотно перекрывает это отверстие. Второй участок стержня нажимного пальца снабжен бороздками или профильными структурами или имеет сквозные отверстия, проходящие в продольном направлении стержня нажимного пальца. Этот второй участок стержня нажимного пальца проходит от дна входного участка 18 канала, прежде всего от дна канала 3 или дна сборной камеры 20, до разделительного элемента 15 и контактирует с ним, вследствие чего профилированный стержень нажимного пальца обеспечивает вертикальное гидравлическое соединение на участке между дном канала и мембраной 15. В особенно предпочтительном варианте стержень нажимного пальца может быть снабжен возвышениями, соответственно направляющими элементами 10 на своей предпочтительно цилиндрической боковой поверхности, способствующими капиллярному течению отделенной плазмы.
На фиг.16 показано предлагаемое в изобретении устройство, в котором закрывающий элемент 33 снабжен центральным отверстием 32, через которое на входной участок 18 подается капля крови 19. Закрывающий элемент 33 закреплен на крышке 7, например, ультразвуковой сваркой. Закрывающий элемент 33, крышка 7 и корпус 6 в предпочтительном варианте изготовлены из пластмассы. Мембрана 27 зажата между крышкой 7 и корпусом 6, прежде всего закреплена сваркой. В показанном на фиг.16 варианте закрывающий элемент 33 выполнен в виде фасонной вставки 29, которая с обращенной к каналу 3 стороны выполнена такой трехмерной формы, что мембрана приобретает выпукло выгнутую форму и находится в жидкостном контакте с дном канала 3, прежде всего с направляющими элементами 10 на его дне.
В показанном на фиг.17 варианте при изготовлении устройства 1 разделительный элемент 15 сначала соединяют с крышкой 7, отделяя таким путем снизу входной участок 18 подводящего устройства 13 от впускного участка канала. В зоне отверстия в крышке 7, т.е. в зоне плоского прилегания мембраны 27 к крышке 7, поверхность корпуса 6, имеющего углубление, образующее канал 3, в той части корпуса, которая расположена напротив центральной части отверстия в крышке, выполнена выступающей вверх над плоскостью соединения между собой корпуса 6 и крышки 7. Иными словами, поверхность корпуса 6, как показано на фиг.17, может быть выполнена, например, выпукло изогнутой в направлении этой центральной части отверстия, прижиматься к мембране 27 и выгибать ее соответственно своей форме, которую она имеет в этом месте. В предпочтительном варианте поверхность корпуса и в этом месте снабжена направляющими элементами 10, обеспечивающими горизонтальное течение плазмы.
В показанном на фиг.18 варианте устройство 1 выполнено трехслойным. При этом корпус 6 соединяют с крышкой промежуточным элементом 34, в данном случае образующим канал элементом 34. Для этого промежуточный элемент 34, например, склеивают с корпусом 6 и крышкой 7. В предпочтительном варианте промежуточный элемент 34 представляет собой клейкую ленту с двусторонним клеевым слоем. Канальные структуры, прежде всего канал 3, выполнены в виде углублений 16 в промежуточном элементе, например, путем вырубки в готовом изделии либо непосредственно в процессе формования или литья.
Преимущество этого варианта, в котором все направляющие каналы и заполняемые жидкостью камеры расположены в промежуточном элементе, состоит в выполнении крышки 7 и корпуса 6 в виде плоских элементов без выемок 5 для направляющих жидкость структур, благодаря чему удается существенно сократить применение дорогостоящих прецизионных литьевых форм с микропрофильными структурами в оформляющей полости и упростить изготовление предлагаемого в изобретении устройства.
В показанном на фиг.18 варианте для создания жидкостного контакта и для уменьшения гидродинамического сопротивления на впускном участке канала корпус 6 предлагается выполнять выгнутым или изогнутым в направлении мембраны 27, прежде всего выполнять с по меньшей мере одним округлым выступом 37, выступающим из плоскости соединения между собой образующего канал элемента 34 и корпусом 6 в сторону мембраны и создающим жидкостной контакт с ней. Такой округлый выступ 37 можно выполнять, например, непосредственно при изготовлении корпуса 6 в процессе его литья, используя литьевую форму с соответствующей конфигурацией ее оформляющей полости, либо в последующем путем механического и/или термического выдавливания.
В показанном на фиг.19 варианте канал 3 образован выемкой 5 в корпусе 6. Разделительный элемент 15, в данном случае фильтрующий элемент 15, расположен в углублении 16 в крышке 7 и образует вместе с закладным элементом или вставкой 35 подводящее устройство 13. При подаче капли крови 19 на входной участок 18 она всасывается фильтром 15 и фильтруется им, а выходящая в направлении канала плазма при этом впитывается вставкой 35, расположенной у фильтра 15 со стороны канала.
По своим геометрическим параметрам вставка 35 выполнена таким образом, что ее высота примерно соответствует высоте промежутка между дном канала и нижней стороной фильтра 15 и при этом одновременно контактирует с дном канала или камеры на впускном участке и с нижней стороной фильтра. В предпочтительном варианте вставка 35 представляет собой закладной элемент 35, т.е. вставка 35 при соединении корпуса 6 с крышкой 7 фиксируется в своем положении зажимным усилием между фильтром и корпусом 6.
Вставка может быть изготовлена в виде, например, кольца круглого сечения из эластомера или резины.
В одном из предпочтительных вариантов выполнения вставки 35, показанном на фиг.19Б, она выполнена из еще одного фильтрующего материала, в качестве которого можно использовать пористую керамику, губку из волокнистого материала, металлический сетчатый или ситчатый элемент либо иной пригодный для этой цели материал с пронизанными каналами или образующими их структурами. В качестве материалов для изготовления вставки можно также использовать гелеобразные губки или полимеры, такие как полисахариды или силиконы. В качестве примера подобных полимеров можно назвать сахарозу, полиариламид или агарозу. В губчатые или гелеобразные материалы в предпочтительном варианте можно вводить различные реагенты, такие, например, как антикоагулянты (в частности, дикалиевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты).
В другом предпочтительном варианте, показанном на фиг.19А, вставка 35 выполнена в виде подковообразного закладного элемента 35. Такой закладной элемент может быть выполнен из непористой пластмассы, однако его можно также выполнять из одного из указанных выше пронизанных каналами материалов.
В особенно предпочтительном варианте закладной элемент имеет в своей краевой зоне по меньшей мере одну бороздку 36, прежде всего множество бороздок 36, которые способствуют вертикальному отводу плазмы в предназначенную для ее сбора камеру 20 или в канал 3. Предпочтительно далее выполнять закладные детали с клиновидным профилем в поперечном сечении, как это показано на фиг.19А в разрезе плоскостью А-А, при этом вершина клина контактирует с поверхностью мембраны и тем самым создает жидкостной контакт с ней.
Воздух, находящийся в объеме входного участка, может в процессе его заполнения вытесняться каплей крови на заполняемый участок. Вследствие этого воздух может затем вытесняться в канал из зоны под фильтром 15, который, как показано на фиг.20, прилегает к округлому выступу 37. Подобные воздушные пузырьки создают значительное сопротивление потоку жидкости и по этой причине нежелательны. Помимо этого возможно также образование воздушной пробки, оказывающей противодавление гидравлическому давлению плазмы и создающей значительное гидродинамическое сопротивление. Поэтому в предпочтительном варианте предусмотрен боковой воздухоотвод 12, предназначенный для удаления воздуха из сборной камеры 20 и расположенный поперечно каналу 3. Подобный воздухоотвод в подводящем устройстве 13 может быть предусмотрен во всех показанных на фиг.1-23 вариантах.
С целью обеспечить боковую герметичность фильтра 15 в конструкции, состоящей из корпуса 6, крышки 7 и промежуточного элемента 34, фильтр спрессовывают на его крепежном участке с образованием спрессованного участка 38, на котором фильтрующий материал плотно сжат.У одного из подобных предлагаемых в изобретении устройств, выполненного по показанному на фиг.21 варианту, в корпусе 6 выполнена выемка 5, образующая канал 3. Промежуточный элемент представляет собой при этом пленочную полимерную деталь, которая с обеих своих сторон снабжена клеем, который прилипает к крышке 7 с одной стороны и к корпусу 6 с другой стороны и таким путем соединяет их между собой. С фильтром в зоне подводящего устройства контактирует вставка 35 в виде закладной детали 35.
В показанном на фиг.18 варианте разделительное устройство или фильтр 15 вклеен или вварен в крышку 7, при этом для сварного соединения используют, например, ультразвуковую сварку или термосварку.
Один из вариантов с такой компоновкой показан на фиг.22, где входной участок изображен в виде в плане. На этом виде в плане виден промежуточный элемент 34, который представляет собой, например, образующий канал элемент с полученными высечкой полостями, образующими сборную камеру 20 на входном участке и канал 3. Из всего нижерасположенного корпуса 6 на чертеже видны только его направляющие элементы 10 в зоне сборной камеры 20.
Над плоскостью промежуточного элемента схематично показан сварной шов (крепежная линия) 39, который находится в вышерасположенной крышке 7 и соединяет с ней фильтр или фильтрующую мембрану 15. Промежуточный элемент представляет собой прежде всего пленку, которая с обеих своих сторон снабжена клеем.
При поступлении капли крови отделенная плазма стекает в сборную камеру 20 и при помощи направляющих элементов направляется в канал 3. Впускной участок канала 3 образует при этом явное и резкое сужение его проходного сечения.
При этом, как показано на фиг.22А, в канал 3 может попасть воздух, пузырьки которого, попадающие в канал вместе с потоком плазмы, значительно повышают гидродинамическое сопротивление или могут даже полностью тормозить поток плазмы. В первую очередь в зоне крепежной линии 39 может образовываться поперечный поток поступающего в канал воздуха 40, поскольку фильтрующий материал вследствие его сжатия в этом месте при сварке оставляет свободной полость, из которой в канал может попадать воздух.
По этой причине в одном из предпочтительных вариантов выполнения перехода от сборной камеры 20 к каналу 3 согласно фиг.23 предлагается непрерывно вдоль переходного участка сужать проходное сечение от сборной камеры до входа в канал. Такое сужение может происходить, например, ступенчато, при этом, как показано на фиг.23, сначала проходное сечение сужается до проходного сечения 41, которое примерно в 2-5 раз больше проходного или поперечного сечения канала 3.
Как показано на фиг.23А, сужающий проходное или поперечное сечение уступ 41 расположен таким образом, что замкнутая крепежная линия 39 в зоне указанного уступа ограничивает выпускной участок, ведущий из сборной камеры 20, и не пересекает канал 3, благодаря чему исключается непосредственное поступление в него воздуха 40.
Несмотря на то, что воздух и в этом варианте поступает в зону сужающего проходное или поперечное сечение уступа 41, поскольку перед ним переходный участок имеет большее проходное сечение, тем не менее промежуток времени, проходящего до того момента, как попавшие на переходный участок воздушные пузырьки смогут заблокировать это проходное сечение и привести к остановке потока жидкости, соответственно увеличивается.
Во многих рассмотренных выше вариантах дно канала 3 или дно подводящего устройства 18 имеет направляющие элементы 10. Такие направляющие элементы способствуют смачиванию канала за счет создания вертикального потока жидкости. Помимо этого при надлежащем размещении направляющих элементов 10 друг относительно друга они за счет капиллярного действия промежутков между ними способствуют горизонтальному течению жидкости. Объединяет все эти варианты то, что направляющие элементы не являются важным функциональным компонентом предлагаемого в изобретении устройства. Аналогичным направляющему элементу 10 действием обладает также имеющийся в каждом случае капиллярный зазор между фильтром и/или мембраной 15 и дном канала 3 или подводящего устройства 18, поскольку придание дну выгнутой или изогнутой в сторону мембраны формы позволяет образовать в зоне соприкасающимися между собой поверхностей, соответственно сближающихся друг с другом поверхностей клиновидные капиллярные зазоры малой ширины, обладающие высокой капиллярностью.
Изобретение относится к медицинской диагностике. Устройство имеет подводящее устройство для забора крови, мембрану для отделения от крови ее составных частей в качестве анализируемой жидкости, канал, в который анализируемая жидкость поступает и по которому она движется под действием капиллярных сил, и питающее устройство для заполнения канала анализируемой жидкостью на его впускном или входном участке. Мембрана выполнена выпуклой формы, вершиной своей выпуклой части выступает в питающее устройство в направлении заполнения и в своей центральной части прилегает ко дну питающего устройства, или расстояние между вершиной выпуклой части мембраны и дном питающего устройства составляет от 10 до 25 мкм, вследствие чего выходящая с нижней стороны мембраны анализируемая жидкость непосредственно смачивает дно питающего устройства. Технический результат состоит в повышении точности диагностики за счет исключения воздушных включений и равномерного заполнения канала анализируемой жидкостью. 14 з.п. ф-лы, 23 ил.
1. Устройство (1) для забора крови (19) и отделения ее составных частей, таких как плазма, в качестве анализируемой жидкости (2), имеющее подводящее устройство (13) для забора крови (2), мембрану (15) для отделения от крови ее составных частей в качестве анализируемой жидкости (2), канал (3), в который анализируемая жидкость (2) поступает и по которому она движется под действием капиллярных сил, и питающее устройство для заполнения канала (3) анализируемой жидкостью (2) на его впускном или входном участке (18), отличающееся тем, что мембрана (15) выполнена выпуклой формы, вершиной своей выпуклой части выступает в питающее устройство в направлении заполнения и в своей центральной части прилегает ко дну питающего устройства, или расстояние между вершиной выпуклой части мембраны (15) и дном питающего устройства составляет от 10 до 25 мкм, вследствие чего выходящая с нижней стороны мембраны анализируемая жидкость непосредственно смачивает дно питающего устройства.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дно питающего устройства представляет собой дно канала (3) и/или дно сборной камеры (20).
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выпуклая форма мембране (15) придана перед ее помещением в устройство путем выдавливания.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что мембрана (15) закреплена на воронкообразном несущем элементе (31).
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что несущий элемент (31) имеет отверстие (32) в своей центральной части.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выпуклая форма мембране придается подвижным нажимным пальцем или толкателем (28).
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что нажимный палец выполнен с возможностью его перемещения исполнительным органом, при приведении которого в действие инициируется течение плазмы.
8. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что контактирующий с мембраной конец нажимного пальца (28) выполнен выпуклым.
9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно имеет корпус (6) и крышку (7), между которыми или которыми образован канал (3).
10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно имеет закрывающий элемент (33) с нажимным пальцем (28).
11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что закрывающий элемент (33) закреплен на крышке (7) при изготовлении устройства (1).
12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что закрывающий элемент (33) имеет сбоку от нажимного пальца (28) сквозное отверстие (14), через которое жидкость может поступать на входной участок (18).
13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что нажимный палец (28) имеет сквозное отверстие (32), через которое анализируемая жидкость (2) может поступать на входной участок (18).
14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что на внутренней поверхности боковой стенки (26) нажимного пальца выполнены направляющие элементы, такие как возвышения (10).
15. Устройство по одному из пп.10-14, отличающееся тем, что нажимный палец (28) или закрывающий элемент (33) выполнен в виде фасонной вставки, трехмерная форма которой придает мембране (15) ее форму.
