CN103354903B - 测量芯片、微流体设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种与微流体阻力网络（20）一起使用的测量芯片（100），所述微流体阻力网络包括微流体样本准备级（34,38）以及两者都与所述准备级流体连通的样本出口（42）和废料出口（44）。所述测量芯片包括：用于从所述样本出口（42）接收样本的样本通道（104），所述样本通道包括测量装置（120,130）并且具有第一流体阻力；以及用于从所述废料出口（44）接收废料流并且具有第二流体阻力的废料通道（114）。

Description

测量芯片、微流体设备和方法

技术领域

本发明涉及一种与微流体阻力网络一起使用的测量芯片，所述微流体阻力网络包括微流体样本稀释级以及与所述稀释级流体连通的样本出口和废料出口，所述测量芯片包括用于从所述样本出口接收样本的样本通道，所述样本通道包括测量装置并且具有第一流体阻力。

本发明还涉及一种具有这种测量芯片和微流体网络的微流体设备。

本发明还涉及一种制造这种测量芯片的方法。

背景技术

在健康护理领域内存在针对发展所谓的护理点（POC）设备的趋势，所述护理点设备是常常具有例如卡盒之类的一次性组件的小型设备，其可以被用于对患者的诊断和治疗以作为针对昂贵的大型分析装备的替换方案。

一种广泛使用的诊断测试是全血计数（FBC）测试，其是被用来测量血液的细胞构成的诊断测试。全血计数测试可以给出关于患者免疫系统的状态的信息，关于血液传播氧气的能力的信息，以及/或者关于血液有效地凝结的能力的信息。因此，全血计数测试是常常被用作初始的“通用”诊断工具或者被用作更具目标性的监测解决方案的基础测试。包括全血计数作为监测工具的护理周期的实例有肿瘤、关节炎以及克罗恩氏病。在发达国家中，每年施行多达3亿次FBC测试。

当前，被称作血细胞分析仪的大规模商用实验室仪器被用来自动施行包括FBC在内的所有测量。这些设备的高成本和高复杂度连同对于静脉血的需求意味着这些设备主要是大规模的集中式设施。在临床上显然需要在靠近患者的环境中施行FBC，特别对于需要全血计数来监测疾病的进展和/或治疗的应用来说尤其是这样。

之前已经开发了能够测量FBC的各个单独分量的微流体护理点设备。在该领域内可以获得Hb测量设备、能够施行白血球分类计数的WBC计数器以及血小板计数设备，即通过光学方式对红血球进行计数并且确定其尺寸的设备。对于细胞计数，当前的血细胞分析仪通常采用电库尔特计数和/或光学散射方法来对白细胞进行计数和分类，以及对红血球和血小板进行计数并且确定其尺寸。

当前只存在微流体库尔特计数器技术的少数几个实例。其中一个实例把库尔特计数器与Hb测量相组合。对细胞进行计数的另一个实例是通过流过阻抗光谱法。这是特别适用于微流体形式的流式血细胞计数分析。这种技术能够区分溶解血液中的淋巴细胞、单核细胞和嗜中性粒细胞，而且还能够对红血球和血小板进行计数以及确定其尺寸。

针对Hb测量的当前的“黄金标准”是在“Standardization of hemoglobinometry II, The hemiglobincyanide method（血红蛋白测定法的标准化II，氰化正铁血红蛋白方法）”（Clin Chim Acta，1961年6月，p.38-44）中公开的测光氰化正铁血红蛋白（HbCN）方法。该方法涉及对于红血球的化学溶解，以及随后利用氰根离子来为这些细胞释放的所有Hb加标签。所述标签产生在540nm处具有最大值的确定性吸收分布。通过测量540nm处的光学吸收，可以确定Hb的浓度。此外，HbCN的高度稳定性意味着很容易提供校准标准。

最常见的红血球溶解/氰化物转换试剂被称作Drabkin试剂。Drabkin试剂包含极毒的氰化钾。该试剂只有对于全血中的非常大的稀释度（1:251）才会工作，这是因为红血球溶解依赖于试剂的低离子强度来引发渗压震扰。这一大稀释度导致所述方法中的固有的不精确性。此外，为了测量540nm处的光学吸收，需要~1cm的非常长的光学路径长度。最后，在一些病理样本中，混浊可能会导致错误的高吸收读数，从而又将给出错误的Hb浓度。

为了避免与毒性和混浊相关联的问题，已经开发出用于测量Hb的许多其他光学装置。一种已知的护理点设备使用叠氮化钠把Hb转换成叠氮配位Hb衍生物（叠氮正铁血红蛋白，HbN₃）。这种方法本身导致短路径长度（0.1mm）吸收光谱法，这是因为干试剂使得不再需要全血的稀释。取得两个吸收率读数来确定HbN3浓度，即吸收最大值（565nm）处的一个读数以及用以校正混浊的800nm处的一个读数。

对于护理点WBC/Hb计数器，已经开发出RBC溶解溶液，其在利用咪唑为Hb分子加标签的同时保留WBC。按照与前面的描述类似的方式，在两个波长下测量利用咪唑加了标签的Hb物种的光学吸收，也就是说一个是在吸收峰值处测量，一个是为了校正对应于白血球的混浊和散射效应。还可以令相同的溶液经过库尔特计数器，以便施行细胞计数。

另一种已知的溶解/Hb转换试剂是基于月桂基硫酸钠/十二烷基硫酸钠（SLS/SDS）。SDS溶解所有血细胞并且对Hb加标签，从而获得SDS配位衍生物。由于SDS是表面活性分子，因此不需要进行混浊校正，从而在535nm处取得单个吸收读数以便确定Hb浓度。这种方法是针对高稀释度的Hb而设计的，因此存在于HbCN测量中的固有不精确性仍然存在于HbSDS测量中。

前面描述的所有设备和技术都能够从手指血液施行特定测量。但是前面描述的所有设备和技术都无法在单次POC测量中测得FBC所需的所有参数。近来在WO 2010/086786中公开了一种能够在单次POC测量中施行FBC的微流体设备。该微流体设备包括两个样本准备级，其中一级利用用于白血球计数的溶解剂和冷却溶液来稀释血液样本的一部分并且把已稀释部分提供到阻抗测量装置，并且第二稀释级利用用于血红蛋白测量的稀释剂来稀释血液样本的另一部分并且把已稀释的另一部分提供到测量装置以用于确定红血球的属性，比如RBC计数、HB计数以及血小板计数。稀释剂被几次馈送到血液样本，以便获得高稀释比例。因此，只有RBC计数样本的一部分被用于实际的RBC计数，各个稀释级的超过90%都被废弃。

至关重要的是，流经这样的微流体设备的流量是明确定义的，以便获得FBC的精确测量结果。可以利用对应于每一个流体流的单独的泵来控制这样的流量，但是这种做法的成本相当高。可替换地，可以在微流体设备的设计阶段明确定义（即调谐）流量，这是通过调谐构成微流体网络的流体通道的规格（即流体阻力）而实现的。由于微流体网络的特征尺寸通常大于例如阻抗测量芯片的特征尺寸，因此在单独的工艺中制造微流体网络和测量芯片的做法更加容易从而也更加经济。

但是这样做会使得微流体设备的调谐复杂化。举例来说，由于只有已稀释血液样本的一部分被馈送到测量芯片，因此其余的已稀释血液样本通常被废弃，正如前面所解释的那样。由于微流体网络的特征尺寸大于阻抗测量芯片，因此微流体网络中的废料通道通常必须包括流体阻力匹配元件，以便确保废料通道与经过阻抗测量芯片的测量通道的流体阻力的比例是明确定义并且可以比较的。

但是已经发现，该匹配元件并不总是实现令人满意的调谐。这是因为微流体网络的制造工艺的容差与阻抗测量芯片的制造工艺的容差是独立的，因此无法精确地预测匹配元件的所需规格。

发明内容

本发明试图提供一种与微流体阻力网络一起使用的测量芯片，其中可以容易地控制流量。

本发明还试图提供一种包括这种测量芯片的微流体设备。

本发明还试图提供一种制造这种测量芯片的方法。

根据本发明的一方面，提供一种与微流体阻力网络一起使用的测量芯片，所述微流体阻力网络包括微流体样本准备级以及两者都与所述准备级流体连通的样本出口和废料出口，所述测量芯片包括：用于从所述样本出口接收样本的样本通道，所述样本通道包括测量装置并且具有第一流体阻力；以及用于从所述废料出口接收废料流并且具有第二流体阻力的废料通道。

本发明是基于认识到，当废料流也被馈送经过测量芯片时，可以更好地控制来自微流体阻力网络并且经过测量芯片的样本流量的平衡。这是因为样本通道和废料通道都表现出相同的特征尺寸减小并且都在相同的工艺中被制造，从而使得样本通道规格和废料通道规格的变化变小很多，从而得到对于经过测量芯片的流量的更加可预测并且可再现的调谐。这种做法的优点还在于可以省略微流体阻力网络的废料线路中的匹配元件，从而降低微流体阻力网络的制造复杂度和成本，这是因为匹配元件的规格通常必须非常大或者非常小以便实现必要的流体阻力。为此，第一流体阻力与第二流体阻力之间的比例通常被预先定义以确保经过测量芯片的微流体测量通道的正确流量。

在一个优选实施例中，样本通道和废料通道的对应规格是相同的。这样就使得样本通道和废料通道的制造容差的变化性最小化。由于流体阻力与1/d⁴成比例，其中d是流体通道的水力直径，因此重要的是尽可能好地控制所述通道的规格（中的变化）。

在一个实施例中，测量芯片还包括：样本入口和样本出口，其中样本通道在样本入口与样本出口之间延伸；以及废料入口和废料出口，其中废料通道在废料入口与废料出口之间延伸。

在另一个优选实施例中，样本出口和废料出口是相同的。已经发现，样本通道和废料通道可以共享相同的出口而不会影响这些通道的相应流体阻力。这方面的优点在于，由于所需要提供的出口少了一个，因此可以降低测量芯片的制造成本。

在另一个实施例中，测量芯片包括多个所述废料通道，其优选地分别具有与样本通道相同的规格。这一点例如在把经过废料通道的流量调谐成经过样本通道的流量的整数倍时是有利的，从而使得测量芯片可以包括所述整数个废料通道以便按照可控方式实施所需的流量。

所述废料通道可以在相同的入口与相同的出口之间延伸，这样做的优点是降低了制造成本。

优选地，测量芯片是玻璃芯片。玻璃芯片可以通过经济的方式制造，并且可以很好地控制经过玻璃的流体通道的规格，例如样本通道以及一条或更多条废料通道。

测量装置可以包括第一电极对和处于所述第一电极对下游的第二电极对，第一电极对包括第一电极和第一反电极，第二电极对包括另外的电极和另外的反电极，其中第一电极和所述另外的电极被设置成耦合到相同的电流信号，并且第一反电极和所述另外的反电极被设置成耦合到地。这样的电极设置适于施行例如白血球计数之类的阻抗测量。所述电极优选地是铂电极。

本发明的测量芯片可以被集成到微流体设备中，所述微流体设备还包括微流体阻力网络，所述微流体阻力网络包括微流体样本准备级以及两者都与所述准备级流体连通的样本出口和废料出口，其中样本通道与所述样本出口流体连通，并且废料通道与所述废料出口流体连通。

这样的微流体设备对于经过所述设备的流量的调谐精度表现出改进的可控性，从而改进了利用所述微流体设备获得的测量结果的精度。

所述微流体阻力网络优选地由聚合物材料制成，因为这样允许以经济的方式制造微流体阻力网络并且对于微流体网络的规格有良好的控制。

在一个优选实施例中，所述微流体设备还包括：用于接收样本的第一入口；用于接收稀释剂的第二入口；并且其中所述样本准备级包括用于利用所述稀释剂来稀释所述样本的一系列稀释级，其中下游稀释级被设置成进一步稀释从所述系列中的前一个稀释级接收到的样本，其中，所述稀释级当中的第一个（36）与第一入口（22’）流体连通；每一个所述稀释级与第二入口（24）流体连通；并且至少其中一些稀释级包括单独的输出（43,44）以用于把所接收到的样本的一部分馈送到废料通道（114）。

本发明特别适用于其中通过从单一入口向多个稀释级馈送稀释剂而将样本高度稀释的微流体阻力网络，这是因为在这样的设置中，样本的一大部分通常被废弃，这是因为在每一个稀释级中仅把传入样本的一部分与稀释剂相组合，而其余的传入样本则被丢弃。

在一个优选实施例中，所述样本是血液样本，并且所述微流体阻力网络还包括：另外的样本准备级；另外的第一入口，其与所述另外的样本准备级流体连通以用于接收血液样本；另外的第二入口，其与所述另外的样本准备级流体连通以用于向所述另外的样本准备级提供溶解剂；另外的第三入口，其与所述另外的样本准备级流体连通以用于向所述另外的样本准备级提供冷却溶液；以及与所述另外的样本准备级流体连通的另外的样本出口。

这样的微流体设备例如可以被用作用于施行FBC的单一设备，其中所述样本准备级包括准备用于RBC/血小板分析的一部分血液样本的所述一系列稀释级，并且所述另外的样本准备级准备用于WBC计数的另一部分血液样本。为此，所述微流体设备优选地还包括用于测量血红蛋白计数的光学测量单元。该光学测量单元可以通过所述样本准备级、所述另外的样本准备级与第一入口流体连通，或者可以从单独的血液样本入口对其进行馈送。

根据本发明的另一方面，提供一种制造与微流体阻力网络一起使用的测量芯片的方法，所述微流体阻力网络包括微流体样本准备级以及两者都与所述稀释级流体连通的样本出口和废料出口，所述方法包括：提供玻璃基板；形成经过所述玻璃基板的样本通道；形成经过所述玻璃基板的废料通道；以及在所述样本通道中形成测量装置。

附图说明

下面将参照附图通过举例的方式更加详细地描述本发明的实施例，其中：

图1示意性地描绘出微流体设备；

图2示意性地描绘出阻抗测量芯片和在这样的芯片中产生的信号；

图3示意性地描绘出本发明的测量芯片的一个实施例；

图4示意性地描绘出本发明的测量芯片的另一个实施例；

图5示意性地描绘出本发明的测量芯片的另一个实施例；

图6示意性地描绘出根据本发明的一个实施例的微流体设备；

图7描绘出作为现有技术微流体设备中的测量芯片阻力的函数的经过微流体网络的关键组件的流量的仿真变化；以及

图8描绘出作为根据本发明的一个实施例的微流体设备中的测量芯片阻力的函数的经过微流体网络的关键组件的流量的仿真变化。

具体实施方式

应当理解的是，附图仅仅是示意性的，而不是按比例绘制的。还应当理解的是，相同的附图标记在各图当中始终被用来指示相同的或类似的部件。

本发明涉及包括多个分立组件的微流体设备，特别是可以采取一次性卡盒的形式的微流体阻力网络以及测量芯片。微流体阻力网络的目的是样本准备以及把所准备的样本提供给测量芯片。在本发明的上下文中，术语“微流体”涉及在几何方面被约束到通常是亚毫米的小尺度体积的流体的行为、精确控制和操纵，比如μl、nl、pl、fl体积。

图1示意性地描绘出这样的微流体设备10的一个非限制性实例，其包括一次性微流体阻力网络20和测量芯片50。微流体阻力网络20被设计成在样本入口22处接收样本，比如RBC样本。微流体阻力网络20还包括用于接收稀释剂的稀释剂入口24，其被分成三个不同分支。第一分支在样本入口22处与样本混合，并且随后被馈送到样本混合或稀释级34（例如蛇形级），而第二分支则被用来在连结36处进一步稀释样本。连结36通常以特定方式被定形，以便获得样本与稀释剂的所期望的稀释比例，正如在WO 2010/086786中更加详细地描述的那样。样本稀释级38（例如微流体蛇形级）被设计成使得样本在一个预定时间段内与稀释剂接触，例如对于完成样本稀释以及提供所需的流体阻力所必要的一个时间段。在连结36处，接收自稀释级34的已稀释样本的一大部分被馈送到废料通道43，而已稀释样本的一（小）部分则与来自稀释剂入口24的第二分支的稀释剂混合并且被馈送到样本稀释级38。在连结40处，在样本稀释级38中被稀释的样本再次被分离，其中一部分被馈送到废料通道44，其余部分由接收自稀释剂入口24的第三分支的稀释剂进一步稀释并且随后通过测量通道42被馈送到测量芯片50。出于前面提到的原因，在连结40与测量芯片50之间可以存在蛇形级（未示出）。连结40通常以特定方式被定形，以便获得接收自样本稀释级34的已稀释样本与稀释剂的所期望的稀释比例。例如在WO 2010/086786中公开了稀释剂的适当实施例。

图1中所示的微流体设备10特别适合于FBC样本的处理和后续分析。但是本领域技术人员应当理解的是，可以对微流体阻力网络20的设计做出改动以便准备不同类型的样本，例如尿液或唾液样本以及用于非医疗评估的样本，比如环境样本、食物样本等等。

图2更加详细地示出了阻抗测量芯片50。对于这样的阻抗测量设置的详细描述可以在Cheung, K.、S. Gawad和P. Renaud的“Impedance spectroscopy flow cytometry: on-chip label-free cell differentiation（阻抗光谱法流式血细胞计数分析：芯片上无标签细胞区分）”（Cytometry A，2005. 65(2): p.124-132）中找到。图2示出了经过芯片50的微流体通道以及在激励电极52、62与检测电极54、64之间传递的样本细胞80的侧视图。激励电极52和检测电极54构成第一电极对，并且激励电极62和检测电极64构成第二电极对。

激励电极52和62分别连接到电流输入信号源58和68，例如AC或DC输入信号源。AC输入信号源是优选的，因为其防止在电极处发生电解。在一个实施例中，激励电极52和62可以共享相同的AC输入信号源（即58=68）。检测电极通常连接到差分电位检测电路70，其优选地把检测电极保持在近似地电位。流经第一电极对与第二电极对之间的流体的电流被放大，并且通过任何适当方式确定其差异，例如利用众所周知的模拟电子装置来确定。利用标准锁相技术来测量所得到的AC信号的同相和异相部分。在没有粒子经过电极的理想情况下所测得的信号是零，但是在实践中由于芯片不对称性以及潜在的电子组件不精确性，总是存在偏移量。如果来自左侧的粒子首先经过第一电极对，则产生正的几乎高斯形状的信号，这是因为第二电极对充当第一电极对的参考电极。当所述粒子随后经过第二电极对时，产生负的高斯形状的信号，这是因为第一电极对充当第二电极对的参考电极。在图2中还示出了所得到的反对称双高斯信号形状。细胞信号可以是测量两个电极对之间的电流差异的锁相放大器的输出。这样就可以对于例如RBC或WBC的不同细胞施行阻抗光谱法。

为了精确地确定经过测量芯片50馈送的样本的细胞计数，必须明确定义经过测量芯片50的样本的流量，这是因为所计数的细胞的数目肯定与明确定义的样本体积有关。该样本体积由微流体阻力网络20的连结40设定，并且受到经过测量芯片50和微流体废料通道44的微流体路径的相应的流体阻力的影响。为了正确地设计连结40，在设计阶段必须知道这些流体阻力。由于经过测量芯片50的微流体通道的水力直径通常远小于微流体废料通道44的水力直径，因此微流体废料通道44通常包括匹配元件（未示出），以便把微流体废料通道44的流体阻力与经过测量芯片50的微流体通道的流体阻力相匹配。水力直径是被用来近似非圆形通道（比如正方形或矩形通道）的行为的有效直径。

但是由于测量芯片50是在不同于微流体阻力网络20的制造工艺中制造的，因此测量芯片50的制造工艺的容差通常不同于微流体阻力网络20的制造工艺。正如前面所提到的那样，微流体阻力网络20的分辨率通常被选择成低于测量芯片50的分辨率。为此原因，可以用例如塑料之类的聚合物材料便宜地制造（一次性）微流体阻力网络20，而对于测量芯片50优选的则是玻璃基板，这是因为玻璃是适于实现所需分辨率的相对便宜的材料。

针对微流体阻力网络20和测量芯片50使用这些不同的制造工艺和不同材料的后果在于，这些工艺和材料中的容差可能导致连结40与其预期性能存在不可接受的较大偏差，例如与废料流分离的样本体积不准确。这通常是由于经过测量芯片50的微流体废料通道44和微流体通道的规格的独立变化而导致的。

图3示出了根据本发明的一个实施例的测量芯片100，其中前述问题得以克服。除了在入口102与出口106之间延伸的微流体测量通道104之外，测量芯片100还包括在入口112与出口116之间延伸的微流体废料通道114，以用于接收来自微流体废料通道44的样本的其余部分。微流体测量通道104可以包括任何适当的测量装置，例如前面借助于图2解释的阻抗测量第一电极对120和第二电极对130之类的电极设置，或者例如分光光度计、光电二极管等的光学检测装置。

可以选择任何适当的电极材料。所述电极优选地是铂电极，但是替换的电极材料也是可行的，比如氧化铟锡（ITO）、氮化钛和氮化铬。还应当理解的是，图2中所示的电极设置仅仅是作为非限制性实例而示出的，其他电极设置同样是可行的，比如在WO 2010/086797 A1中公开的单个电极对或者长的电极对序列。可以通过任何适当的控制信号来控制所述电极，比如前面所解释的AC信号以及DC信号。

由于微流体废料通道114的水力直径远小于微流体废料通道44的水力直径，因此组合的废料线路的流体阻力完全由微流体废料通道114的流体阻力主导，因此微流体阻力网络20的制造工艺中的容差不再影响连结40处的样本分离比例。该样本分离比例现在分别由微流体测量通道104和微流体废料通道114的流体阻力主导。由于微流体测量通道104和微流体废料通道114是在相同的制造工艺中形成的，因此可以更好地控制微流体测量通道104和微流体废料通道114的规格中的容差，从而使得在连结40处导向微流体测量通道104的样本体积变得不会由于微流体阻力网络20和测量芯片100两者的制造容差而变化。

在这点上应当注意到，虽然通过微流体废料通道114延伸测量芯片100的做法增加了测量芯片100的成本，但是包括微流体阻力网络20和测量芯片100的微流体设备的总体成本则被降低，这是因为由于制造容差的过大变化而导致的不正确地调谐的设备的数目被大大减少。

通过如图4中所示地组合测量通道104和微流体废料通道114的出口，可以降低测量芯片100的成本。在图4中，从测量芯片100的设计中去除了出口116。已经发现，把多条微流体通道组合在单个出口上的做法不会影响所述多条微流体通道的相应的微流体阻力。

优选地，微流体测量通道104和微流体废料通道114具有相同的规格，这是因为微流体通道的流体阻力R按照以下比例变化：R~1/d⁴，其中d是微流体通道的水力直径。已经发现，对于具有不同规格（即不同水力直径）的微流体通道，在这些通道的容差中可能会发生不同的变化，从而使得更加难以调谐微流体设备，特别是包括连结40的微流体阻力网络20。

尽管如此，如果微流体测量通道104仍然需要不同于微流体废料通道114的流体阻力，则优选地通过对于需要较低阻力的通道提供多条微流体通道来实现这一点。出于前面已经解释过的原因，所述多条微流体通道当中的每一条微流体通道优选地具有相同的水力直径。在图5中示出了这样的设置的一个非限制性实例，其中除了第一微流体废料通道114之外，还提供入口112’与出口116’之间的第二微流体废料通道114’，其中在第一微流体废料通道114与第二微流体废料通道114’之间均等地划分来自微流体废料通道44的废料流。

应当理解的是，图5中所示的测量芯片100可能有许多变型。在图5中仅仅作为非限制性实例示出了两条微流体废料通道114和114’。不同数目的微流体废料通道同样是可行的；如果微流体测量通道104的微流体阻力与微流体废料通道的微流体阻力之间的比例等于N（R₁₀₄/R_{114,114 ’}=N），则测量芯片100通常包括N条微流体废料通道，其中N是正整数。虽然两条微流体废料通道114和114’被显示为具有单独的入口和出口，但是应当理解的是，微流体废料通道114和114’可以共享它们的入口和/或出口，或者可以与微流体测量通道104共享它们的出口。还应当理解的是，作为具有多条微流体废料通道的替换或补充，测量芯片100、微流体测量通道104还可以包括优选地与微流体测量通道104具有相同规格的一条或更多条虚设通道，以便降低微流体测量通道104的流体阻力。如果所期望的对应流体阻力比例是M/N，则测量芯片100例如可以包括微流体测量通道104和M-1条虚设通道（未示出）以及N条微流体废料通道。此外，测量芯片100可以包括多条不同的测量通道以用于测量不同的样本或者相同样本的不同部分，例如利用不同试剂进行处理的不同部分以便测量相同样本的不同方面，比如用于施行RBC和WBC计数的单独通道。

可以通过任何适当的方式来制造测量芯片100，例如通过以下步骤：提供顶部平板和底部平板，其优选地是玻璃平板；在顶部平板和底部平板的每一个中分别形成一对沟槽，例如通过蚀刻或者例如激光钻孔之类的钻孔；在顶部平板中的所述沟槽和底部平板中的相应沟槽的其中之一中形成测量装置；以及把顶部平板放置到底部平板上，从而使得第一对沟槽组合形成包括测量装置的微流体测量通道104，并且使得第二对沟槽组合形成微流体废料通道114。本领域技术人员将会想到替换的制造方法，例如通过提供优选地是玻璃的基板、在基板中钻出微流体测量通道104和微流体废料通道114（例如通过激光钻孔）以及在微流体测量通道104中形成测量装置。

图6示意性地描绘出本发明的微流体设备200的一个实施例。微流体设备200被设计成在单一血液样本上施行FBC。为此，微流体设备200包括进入用于溶解红血球的溶解级的第一血液样本输入22，所述溶解级包括用于接收例如蚁酸/皂角苷混合物之类的RBC溶解剂的入口25，以及用于接收冷却剂的入口26，以便将已溶解样本冷却从而保护白血球免于溶解。适当的冷却剂的一个非限制性实例是NaCl/NaHCO₃溶液。溶解级可以包括任意适当数目的蛇形级。作为非限制性实例示出了两个蛇形级35和37。溶解级的出口通道46被馈送到本发明的测量芯片100中。由于整个样本都被馈送经过测量芯片100，因此对于溶解级没有经过芯片100的单独废料通道。

微流体设备200还包括第二血液样本入口22’，其被馈送到红血球/血小板处理级中。第一血液样本入口22和第二血液样本入口22’可以是单个血液样本入口（未示出）的单独分支，或者可以被独立地馈送单独的血液样本，例如相同血液样本的单独部分。所述血细胞/血小板处理级还包括稀释剂样本入口24，其被分成三个分支。第一分支被馈送到血液样本入口22’，在该处按照例如20:1的预定义比例对传入血液样本进行稀释，并且第二和第三分支被分别馈送到连结36和40，在该处将稀释剂与血液样本相混合。因此只利用少量稀释剂就可以实现很大的稀释比例，这是因为在微流体设备200中没有浪费稀释剂。

每一个连结36和40具有用于生成实质上仅包括传入样本的一大部分的废料流的第一输出，以及用于生成传入样本的一小部分与所有传入稀释剂的混合物的第二输出。各个流体通道可以包含一个或更多蛇形级，例如蛇形级34和38，其可以被包括来调谐流体通道的混合比例和流体阻力并且其本身是已知的。出于前面所解释的原因，连结40的样本输出42被馈送到测量芯片100的样本通道，例如诸如图3中所示的用于测量红血球计数的测量通道104，而连结40的废料输出44则被馈送到测量芯片100的废料通道，例如诸如图3中所示的废料通道114。在一个实施例中，在把废料馈送经过测量芯片100的废料通道114之前，可以把相应的稀释级（即连结36、40）的废料流相组合。这在图6中被显示为标记成43+44的微流体分支。

与微流体设备10中的微流体阻力网络20相比，微流体设备200的微流体阻力网络20可以通过省略（组合的）微流体废料通道（43+）44中的匹配元件而得到简化，因为该阻力匹配现在是通过把废料馈送经过更高分辨率（即更小规格）的微流体废料通道114而实现的。

在图6中，来自第一连结36的废料通道43朝向包括光学测量单元的Hb样本腔室230分叉，以便准备血液样本的未被使用的部分以用于在Hb样本腔室230中的光学测量单元内进行Hb吸收测量。Hb样本腔室可以包含一些干燥形式的试剂，其溶解血液样本并且对其加标签以便施行Hb测量。在该设置中，只需要对少量的血液样本加标签以进行Hb吸收测量，这方面是有利的原因在于标签试剂可能是有毒的（例如包括氰化物）而且其必须与Hb结合。

应当指出的是，图6示出了本发明的微流体设备200的一个非限制性实例。微流体设备200例如可以是如在WO 2010/086786中详细描述的微流体设备。在图6中，一部分样本被从RBC计数准备级分出，以用于准备级230中的Hb测量准备。应当理解的是，替换地分出来自WBC计数准备级的一部分样本以用于Hb样本准备的做法同样是可行的。微流体设备200可以替换地被设置成从血液样本入口22生成三个单独的分支，即一个分支用于RBC/血小板计数样本准备，一个分支用于WBC样本准备，并且一个分支用于Hb测量样本准备。本领域技术人员将会想到其他变型。

还应当理解的是，本发明不限于用于FBC测量的微流体设备。本发明可以被应用于其中已调谐微流体阻力网络20与测量芯片100分开制造并且其中只有在已调谐微流体阻力网络20中准备的一部分样本将被馈送到测量芯片100的任何微流体设备，比如用于分析例如唾液和尿液之类的体液的微流体设备，用于分析环境样本、食物样本等等的微流体设备。

图7描绘出作为测量芯片50的微流体测量通道的流体阻力的函数的经过图1的微流体设备10中的已调谐微流体阻力网络20的关键组件的流量的仿真结果。在图7中，细实线是从连结40到废料出口44的流量，粗实线是进入到连结40中的样本的流量，虚线（---）是从连结40去到样本出口42的流量，并且点划线（-·-·）是进入到连结40中的稀释剂的流量。由于来自连结40的废料流没有被馈送经过测量芯片，因此这些流量受到测量芯片50的微流体测量通道的流体阻力改变的影响。重要的是，随着流量改变，稀释比例也会改变，从而每单位样本的绝对细胞计数不再是（精确地）已知的。应当明显看到的是，这样的流量变化是不可接受的。

图8描绘出作为测量芯片100的微流体测量通道104的流体阻力的函数的经过图6的微流体设备200中的已调谐微流体阻力网络20的这些流量的仿真结果。由于来自连结40的废料流被馈送经过测量芯片100的微流体废料通道114，因此这些流量不再与测量芯片100的微流体测量通道104的流体阻力改变相关，这是因为微流体废料通道114的流体阻力会以相同的方式变化。这清楚地表明通过在测量芯片100上提供废料通道会显著改进总体微流体设备200针对其组件的制造工艺中的变化（容差）的鲁棒性。

应当提到的是，前面提到的实施例说明而非限制本发明，并且在不背离所附权利要求书的范围的情况下，本领域技术人员将能够设计出许多替换实施例。在权利要求书中，置于括号中的任何附图标记都不应当被解释成限制该权利要求。“包括”一词不排除存在除了在权利要求中列出的元件或步骤之外的其他元件或步骤。元件之前的“一”、“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以通过包括几个不同元件的硬件来实施。在列举几项装置的设备权利要求中，这些装置当中的几项可以由同一硬件项具体实现。在互不相同的从属权利要求中引述某些措施并不表示不能使用这些措施的组合来获益。

Claims (13)

1.一种测量芯片（100），该测量芯片（100）与微流体阻力网络（20）一起使用并且与微流体阻力网络（20）是分开的，所述测量芯片包括：

在用于从所述网络（20）接收样本流的样本入口（102）与样本出口（106）之间延伸的样本通道（104），所述样本通道包括测量装置（120,130）并且具有第一流体阻力；以及

在用于从所述网络（20）接收单独的废料流的废料入口与废料出口之间延伸的废料通道（114），所述废料通道具有第二流体阻力，

其中，样本通道（104）和废料通道（114）的规格是相同的。

2.根据权利要求1所述的测量芯片（100），其中，样本出口和废料出口是相同的。

3.根据权利要求1或2所述的测量芯片（100），其中，所述芯片包括多个所述废料通道（114,114’）。

4.根据权利要求3所述的测量芯片（100），其中，所述废料通道（114,114’）共享相同的废料入口（112,112’）和/或相同的废料出口（116,116’）。

5.根据权利要求1或2所述的测量芯片（100），其中，所述芯片是玻璃芯片。

6.根据权利要求1或2所述的测量芯片（100），其中，所述测量装置包括第一电极对（120）和处于所述第一电极对下游的第二电极对（130），第一电极对包括第一电极（52）和第一反电极（54），第二电极对包括另外的电极（62）和另外的反电极（64），其中第一电极和所述另外的电极被设置成耦合到相同的电流信号（58,68），并且第一反电极和所述另外的反电极被设置成耦合到地（70）。

7.根据权利要求6所述的测量芯片（100），其中，所述电极是铂电极。

8.一种微流体设备（200），其包括：

微流体阻力网络（20），其包括微流体样本准备级以及两者都与所述准备级流体连通的样本输出（42）和单独的废料输出（44）；以及

根据权利要求1-7当中的任一条所述的测量芯片（100），其中微流体阻力网络（20）与测量芯片（100）分开，并且其中样本通道（104）与所述样本输出（42）流体连通，并且废料通道（114）与所述单独的废料输出（44）流体连通。

9.根据权利要求8所述的微流体设备（200），其中，微流体阻力网络（20）由聚合物材料制成。

10.根据权利要求8或9所述的微流体设备，其还包括：

-用于接收样本的第一入口（22’）；

-用于接收稀释剂的第二入口（24）；并且其中所述样本准备级包括用于利用所述稀释剂来稀释所述样本的一系列稀释级（36,40），其中下游稀释级被设置成进一步稀释从所述系列中的前一个稀释级接收到的样本，其中：

-所述稀释级当中的第一个（36）与第一入口（22’）流体连通；

-每一个所述稀释级与第二入口（24）流体连通；并且

-至少其中一些稀释级包括单独的输出（43,44）以用于把所接收到的样本的一部分馈送到废料通道（114）。

11.根据权利要求10所述的微流体设备（200），其中，微流体阻力网络（20）还包括：

-另外的样本准备级（35,37）；

-另外的第一入口（22），其与所述样本准备级（34,38）以及所述另外的样本准备级中的至少一个流体连通以用于接收血液样本；

-另外的第二入口（25），其与所述另外的样本准备级流体连通以用于向所述另外的样本准备级提供溶解剂；

-另外的第三入口（26），其与所述样本准备级流体连通以用于向所述另外的样本准备级提供冷却溶液；以及

-与所述另外的样本准备级流体连通的另外的样本出口（46）。

12.根据权利要求11所述的微流体设备（200），其中，微流体阻力网络（20）还包括样本准备级（34,38）、样本出口（42）和废料出口（44）之间的连结（40），所述连结被设计成把已稀释全血样本分离成用于样本出口的样本部分和用于废料出口的废料部分。

13.一种制造测量芯片（100）的方法，该测量芯片（100）与微流体阻力网络（20）一起使用并且与微流体阻力网络（20）是分开的，所述方法包括：

提供玻璃基板；

形成经过所述玻璃基板的样本通道（104），所述样本通道（104）在用于从所述网络（20）接收样本流的样本入口（102）与样本出口（106）之间延伸；

形成经过所述玻璃基板的废料通道（114），所述废料通道在用于从所述网络（20）接收单独的废料流的废料入口与废料出口之间延伸；以及

在所述样本通道中形成测量装置（120,130）。