一体式盒主体及相关部件和制造方法与流程

背景技术：

1、本技术大致涉及生物化学分析领域，尤其涉及用于分析流体样本的样本盒。

2、诸如临床流体或环境流体的流体的分析通常包括一系列处理步骤，可包括流体样本的化学处理、光学处理、电学处理、机械处理、热处理或声学处理。无论合并到台式仪器、一次性盒或两者的组合中，这种处理通常都涉及复杂的流体组件和处理算法。用于处理流体样本的常规系统采用一系列腔室，每个腔室配置用于使流体样本经受特定的处理步骤。当流体样本从腔室到腔室顺序地流过该系统时，流体样本经历根据特定方案的处理步骤。

3、近年来，在生物测试装置领域已经有相当大的发展，该生物测试装置便于操作样本盒内的流体样本，以制备用于通过聚合酶链反应(“pcr”)进行生物测试的样本。该领域的一个值得注意的发展是cepheid的genexpert样本盒。通过参考标题为“流体控制与处理系统(fluid control and processing system)”的第6,374,684号美国专利和标题为“流体处理和控制(fluid processing and control)”的第8,048,386号美国专利，可进一步理解这些类型的盒的构造和操作。虽然这些样本盒在开发时在本领域的开始阶段代表了相当大的进步，如同任何精密仪器一样，但是在这种系统和过程的性能和使用方面存在一定的挑战。另外，特定测定和不同靶类型(例如细菌或病毒)的精确要求需要开发以坚固和一致的方式操作的盒。对样本盒的这些要求需要多个机械系统之间的复杂的相互作用，其中这些要求使得流体在不同的腔室之间进行操作并将其输送至反应腔室中。

4、为了不断地改进样本盒的性能和提高样本盒的能力，本领域的标准方法是将额外的部件和机械系统结合至现有装置中。虽然这种方法被广泛地使用，但实际上，增加样本盒的复杂性和组成部分在设备的制造和操作中提出了多种挑战，包括与现有接口的不兼容性、不可预测的误差和性能的不一致性。

5、因而，需要样本盒，该样本盒保持和/或改进样本盒装置的性能和多功能性，同时简化盒设计并降低设计复杂性，以便改进制造和组装，并提供以更坚固和一致的方式操作的盒。还需要具有与现有接口兼容的改进的设计特征和功能的样本盒，以便降低成本，并改善对于患者的可用性。

技术实现思路

1、本技术涉及样本盒装置和相关部件，特别是能够在样本盒内进行样本制备和生物样本测试的样本盒装置。

2、本技术涉及用于样本盒的各种改进和特征，该样本盒具有盒主体，盒主体具有用于处理生物样本以在附接的反应容器内进行分析的多个腔室。这种样本盒可包括流体连接至可旋转阀组件旋转的注射器管，该可旋转阀组件旋转便于流体样本通过注射器管在腔室和反应容器之间传输。阀体可包括其中支承过滤器的腔室，生物样本在来自过滤器的洗脱前进到反应容器中之前通过过滤器进行过滤，该反应容器从盒的主体延伸，并流体附接至盒上以用于分析测试。阀体被支承在样本盒的基部中的多个腔室的下方。样本盒还包括在多个腔室顶部流体密封的盖，从而使每个腔室相对于彼此流体密封。通过参考以下文献可进一步理解这些方面：于2000年8月25日提交的题为“流体控制与处理系统(fluid controland processing system)”的第6,374,684号美国专利；于2002年2月25日提交的题为流体处理和控制(fluid processing and control)的第8,048,386号美国专利；以及于2016年7月22日提交的题为“热控制装置及使用方法(thermal control device and methods ofuse)”的us2017/0023281；出于所有目的，这些文献各自通过引用以其全文并入本文。样本盒配置成容纳在处理模块内，该处理模块操作盒以进行样本制备和分析测试。期望的分析物通常是细胞内材料(例如，核酸、蛋白质、碳水化合物或脂质)。在一些实施方式中，分析物是核酸，从流体样本中分离核酸，并保持用于扩增(例如，使用pcr或等温扩增方法)和光学检测。应当理解的是，在此描述的本技术可涉及具有任何上述特征或其任何组合的任何流体样本盒。

3、在一个方面，本技术涉及一种整体设计的样本盒，其中一体地形成有各种部件。在一些实施方式中，盒设计包括具有多个腔室的整体盒主体、注射器管和基部。在另一个方面，本技术涉及具有各种改进的阀组件，包括以下各项中的任何一个：包覆成型垫圈、突出的非平坦垫圈、用于反应容器的卡扣配合管安装部、倾斜的过滤器面和过滤器支承肋、用于化学分解的整体阀组件、以及盒盖的薄膜密封。在又一个方面，本技术涉及样本盒和/或反应容器的“无回路”设计和制造方法，其中一个通道对大气开放或关闭，并且依赖于用于流体流的顶部空间的加压。在又一个方面，本技术涉及包括用于磁分离的磁体和磁捕获腔室的样本盒和阀体。这里还详细描述了各种工具和制造方法。

4、根据本技术的一个方面，一种流体控制和处理系统包括具有多个腔室的壳体、以及包括流体处理区域的阀体，该流体处理区域与流体排出区域连续地流体联接。流体排出区域可减压以将流体抽入流体排出区域，并可加压以将流体从流体排出区域排出。阀体包括至少一个外部端口，流体处理区域与至少一个外部端口流体联接，以及流体排出区域与阀体的至少一个外部端口流体联接。阀体可相对于壳体调节，以允许该至少一个外部端口选择性地设置成与多个腔室流体连通。

5、在一些实施方式中，样本盒采用旋转阀构造来控制盒内的流体运动，这允许流体样本处理区域和盒中的多个腔室之间的选择性流体连通。非限制性示例性腔室可包括样本腔室、试剂腔室、废物腔室、洗涤腔室、分解物腔室、扩增腔室和反应腔室。通过调节旋转阀的位置来控制流体样本处理区域和腔室之间的流体流。以这种方式，可根据特定的方案来改变盒中流体的计量和分配，这允许样本制备适应于不同的方案，诸如可与用于不同类型的分析或不同类型的样本的特定样本类型相关联。例如，样本盒可包括用于细胞分解的装置，例如，超声处理装置，使得待分析的流体样本中的细菌和细胞可被分解。适用于本技术的另外的分解方法是本领域技术人员公知的，并且可包括化学分解、机械分解和热分解。在一些实施方式中，样本包括细菌、真核细胞、原核细胞、寄生虫或病毒颗粒。

6、在一些实施方式中，盒配置成便于从初始样本制备步骤、中间处理步骤和进一步的处理步骤执行样本处理步骤，以便于利用附接的反应容器检测生物样本中的目标分析物。例如，样本处理可包括初步制备步骤，例如过滤、研磨、切碎、浓缩、捕获碎片或纯化粗样本，或包括用于使靶分析物的dna或rna片段化的步骤，例如通过超声或其它机械或化学方法。样本处理可包括各种中间处理步骤，诸如过滤、层析，或样本中的核酸的进一步处理，包括但不限于层析、亚硫酸氢盐处理、反转录、扩增、杂交、连接(ligation)、或dna或rna的片段。样本处理可进一步包括最终处理步骤，诸如最终扩增、杂交、测序、色谱分析、过滤和与用于检测目标分析物的反应试剂混合，该检测可包括光学检测、化学检测和/或电学检测。尽管样本盒通常在附接的反应管或反应容器中进行分析测试，但是应当理解的是，样本盒也可使用各种其它装置，例如可结合至从盒的主体延伸的反应容器中的半导体芯片。

7、在一些实施方式中，样本处理装置可为流体控制和处理系统，用于控制盒内的多个腔室之间的流体流，该盒包括壳体，该壳体包括阀体，该阀体具有流体样本处理区域，该流体样本处理区域连续地与流体排出腔室流体联接。流体排出腔室是可减压的，以将流体抽入流体排出腔室，并且是可加压的，以将流体从流体排出腔室排出。流体样本处理区域包括多个流体传输端口，每个流体传输端口与阀体的多个外部端口中的一个流体联接。流体排出腔室与外部端口中的至少一个流体联接。阀体可相对于壳体内的多个腔室调节，以允许外部端口选择性地设置成与该多个腔室流体连通。在一些实施方式中，阀体可相对于具有多个腔室的壳体进行调节，以将一个外部端口一次设置成与腔室中的一个流体连通。

8、在盒的一些实施方式中，流体样本处理区域可设置在流体排出腔室和至少一个流体传输端口之间。术语“流体处理区域”是指流体样本在其中经受包括但不限于化学处理、光学处理、电学处理、机械处理、热处理或声学处理的区域。例如，化学处理可包括化学处理(treatment)、ph变化或酶处理；光学处理可包括暴露于uv或ir光；电处理可包括电穿孔、电泳或等电聚焦；机械加工可包括混合、过滤、加压、研磨或细胞破碎；热处理可包括从环境温度加热或冷却；以及声学处理可包括使用超声(例如超声分解)。在一些实施方式中，流体处理区域可包括活动构件，例如过滤器，以便于流体的处理。在一些实施方式中，在样本流体进入流体样本处理区域之前，过滤或其它主动处理步骤可在盒腔室中的一个中进行。适用于本技术的其它活动构件是本领域技术人员公知的。在一些实施方式中，能量传输构件可操作地与流体样本处理区域联接，用于将能量传输到流体样本处理区域，以处理容纳在流体样本处理区域中的流体。在一些实施方式中，阀体包括交叉通道，并且阀体可相对于该多个腔室调节，以使交叉通道与腔室中的两个同时流体连通。

9、盒壳体包括延伸至一个或多个传输端口的一个或多个分支，反应容器可附接至传输端口，以便于将流体样本从盒的腔室传输到反应容器中。在一些实施方式中，反应容器从盒的壳体延伸。这些方面可通过参考第8,048,386号美国专利号进行理解。应当理解的是，在各种实施方式中，流体可沿任一方向流入或流出传输端口，流体流在任何特定方向上都不受限制。例如，在具有一对传输端口的实施方式中，空气可被泵入该对传输端口中的一个或从该对传输端口中的一个排出，以促进流体样本通过流体传输端口流入反应容器的导管。

10、在一些实施方式中，样本盒配置成用于处理未准备好的样本，可包括以下步骤：将样本盒容纳在模块的盒接收器中，样本盒包括待分析的生物流体样本、通过可移动的阀体流体互连的多个处理腔室；从模块接收将所述生物样本处理成制备的样本的电子指令；在样本盒中执行样本制备方法，以将生物流体样本处理成制备的样本；将制备的样本输送至与样本盒流体联接的反应容器中；以及对反应容器内的生物流体样本进行分析。在一些实施方式中，输送样本可包括以下步骤：移动盒接口单元以移动阀体，从而改变该多个样本处理腔室之间的流体互连；根据阀体的位置对压力接口单元施加压力，使流体在该多个处理腔室之间流动；以及将制备的样本流体移动到反应容器中。通过模块对反应容器内的流体样本进行分析。