数字生物盘、数字生物盘驱动器装置及其应用化验方法

摘要

本发明公开了一种包括新的阀控制单元和液体流动系统的数字生物盘(DBD)、一种数字生物盘(DBD)驱动器装置、以及相应的应用化验方法。特别地，本发明涉及一种数字生物盘(DBD)，其具有用于各种诊断化验、核酸杂交化验或是免疫化验的芯片上实验室；一种DBD驱动器装置，其集成有用于控制数字生物盘(DBD)和通用光盘(CD或DVD)的控制器；以及相应的应用化验方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括新的阀控制单元和液体流动系统的数字生物盘(DBD)、一种数字生物盘(DBD)驱动器装置、以及相应的应用化验方法。特别地，本发明涉及一种数字生物盘(DBD)，其具有用于各种诊断化验、核酸杂交化验或是免疫化验的芯片上实验室；一种DBD驱动器装置，其集成有用于控制所述数字生物盘(DBD)和通用光盘(CD或DVD)的控制器；以及相应的应用化验方法。

在下文中，数字生物盘以及数字生物盘驱动器装置将分别称为“DBD”以及“DBD驱动器装置”。

背景技术

本发明是国际专利申请No.PCT/KR02/00126和No.PCT/KR02/01035的后续申请，国际专利申请No.PCT/KR02/00126于2002年1月27日提交、并要求2001年1月27日提交的韩国专利申请No.10-2001-0003956的优先权，而国际专利申请No.PCT/KR02/01035于2002年5月31日提交、并要求2001年5月31日提交的韩国专利申请No.10-2001-0031284的优先权。国际专利申请No.PCT/KR02/00126及其优先权韩国申请的名称为“利用响应核酸或低聚核苷酸的互补双链或单链的裂解技术的核酸杂交化验方法及其装置”，而国际专利申请No.PCT/KR02/01035及其优先权韩国申请的名称为“利用微珠的微阀装置及其控制方法”。上述在先申请的公开内容均通过全文引用包含于此。

所述利用响应核酸或低聚核苷酸的互补双链或单链的裂解技术的核酸杂交化验方法及其装置，可用来从质上或量上多样化化验装置。此外，所述微阀是控制芯片上实验室中液体流动的重要元件。

所述核酸化验装置可包括检测或分裂信号元件(或称信号元素)的检测器，所述检测器包含光学器件、电化学器件、或电容与阻抗测量器件。检测结果可数字化为计算机可执行软件，并通过建立好的例如互联网之类的通信网络将上述结果提供给病人或医生。通过上述方式，可基于所述核酸化验装置而实现不仅为医生还为病人带来便利的远程诊断系统。如在先申请中所公开，检测器的电容与阻抗测量可包括具有分裂的信号元件的叉指状阵列电极。

作为上述在先申请的后续申请，本发明涉及一种包括光学或非光学的生物盘的DBD，一种控制所述DBD和通用光盘(CD或DVD)的DBD驱动器装置，以及相应的应用化验方法。

迄今为止发展的检测液体中少量分析物所用的大多数临床诊断化验装置，均与多样品制备和用于高效同步分析大量测试样品的自动试剂添加装置串行或并行连接使用。上述自动试剂制备装置和自动多元分析仪通常集成在单一装置中。

这种临床实验分析仪能够在一个小时之内自动或半自动地利用少量样品和试剂执行百余种化验。然而，这些分析仪非常昂贵，因而只有集中式的实验室和医院才能买得起。上述集中化需要将样本送往所述实验室或医院，从而经常妨碍针对时间危急样本的紧急或突发分析。

因此，为了解决上述问题，日益需要提供一种价格便宜且对每个人来说操作方便的临床分析仪，例如适用于病人家中病榻旁且无需特定检测器的临床分析仪。

<光学及非光学的生物盘>

通常由12cm聚碳酸酯衬底、反射金属层、以及保护性漆膜形成标准的紧凑型盘。DVD表示数字视频盘，一种与紧凑型盘具有相同尺寸、但具有更强记录能力的光盘。

聚碳酸酯衬底是一种光学质量清楚的聚碳酸酯。在标准的压缩CD或DVD中，数据层为聚碳酸酯衬底的一部分，并且在注模工艺中通过压模将数据印制为一系列凹点。在注模工艺中，熔化的聚碳酸酯衬底在高压条件插入到模型中、并在模型或压模的镜像图像中冷却。因此，在控制过程中于聚碳酸酯盘的表面上形成压模的相反凹点作为二进制数据。压模控制通常使用玻璃。

对于本领域普通技术人员来说公知的是，写入例如音频CD、游戏CD之类通用光盘中的信息在其染色层上折射。在利用差分折射检测方法的通用CD中，在CD中形成的凹点缺口具有入射激光束波长的八分之一至四分之一的深度。上述缺口会在反射光束中导致相消干涉，并对应于具有“0”值的位。CD的平坦区域将入射激光束反射至检测器，并对应于具有“1”值的位。

美国专利No.5,580,696公开了一种利用基于折射的数据检测的光盘染色层材料。利用所述染色层的光盘在自转轴上旋转，并通过激光扫描而从所述染色层中读取数据。

然而，如上所述光盘的通用光学读取装置包括处于单一模块中的光发射单元和光接收单元。在这种结构中，光传输路径相对较长，并存在光接收单元灵敏度差的问题。此外，用于读取信息的激光扫描要求在光盘上的预定位置激励该光学读取装置并旋转该光盘。此外，当在生物化验装置中应用这种通过激光扫描来读取的光盘时，将出现例如探头物理变形以及化验结果不准确之类的问题。因此，不可以利用通用光学读取装置来读取生物盘，从而使得制造新的读取装置成为必须。

在现有技术中公开了多种有关基于CD的化验装置的技术：“基于紧凑型盘技术的光学共焦紧凑扫描式光学显微镜”(应用光学，第30卷第10期，1991年)，“CD应用中的梯度指数目标”(应用光学，第26卷第7期，1987年)，以及“基于紧凑型盘技术的微缩扫描光学显微镜”(光学仪器工程进展，第1139-1169页，1989年)。

有关基于CD的化验装置的专利包括发明名称为“离心式光度计分析仪”的美国专利No.4,279,862(公开日为1981年7月21日)和发明名称为“自动分析仪中使用的反应管组合体”的美国专利No.4,141,954(公开日为1979年2月27日)。

发明名称为“离心分离机的盘”(公开日为1967年7月12日)的英国专利GB1075800公开了一种装置，该装置利用离心力在盘的表面流动经盘的注入孔提供的样品液体。发明名称为“离心分离机的分离盘”(公开日为1965年4月12日)的欧洲专利EP3335946公开了一种装置，该装置利用离心力导致样本流通过形成在盘中的通道或腔室来分离经盘的注入孔注入的液体样品。

发明名称为“盘离心式光测沉淀计”(公开日为1982年1月19日)的美国专利No.4,311,039公开了一种利用离心力和光检测的盘类化学化验装置。

然而，上述所列的传统化验装置均不能确保化验与诊断的完美自动化，并且也不适合于芯片上实验室。

与利用物理凹点的差分发射或染色层中的折射的传统光盘不同，根据本发明的生物盘可利用光传输、电容与阻抗测量、或电化学检测来读取信息，其中所述生物盘包括作为液体贮存器的腔室和作为流动路径的通道。与利用在生物盘上扫描的激光的差分反射的传统“光学”生物盘相比，根据本发明的生物盘被称为“非光学生物盘”。由于包括反射金属层和染色层的结构，传统的生物盘不能利用光传输检测到信息。

可对普通聚碳酸酯衬底进行改变以适应生物盘；该生物盘为薄膜类化验装置，用于为了诊断目标而检测液体样品中的微量分析物。在这个例子中，代替凹点与染色层，通过注模工艺在聚碳酸酯衬底的表面上形成作为缓冲池的腔室和作为液体流动路径的通道。此外，急需一种用于控制通过通道的液体流动和流动速率的微阀，以及所述微阀的电子控制方法。

在本发明的DBD中，利用半导体制造工艺在硅晶片中形成作为液体流动路径的通道和作为缓冲池的腔室。本发明的这种DBD包括集成在硅晶片中的电子电路，用于控制液体流动和流动速率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种包括新的阀控制单元和液体流动系统的数字生物盘(DBD)，一种数字生物盘(DBD)驱动器装置，以及相应的应用化验方法。

本发明的另一目的在于提供一种生物光学读取模块器件，其在一个模块中同时包括通用光学器件(CD读取器或DVD读取器)和用于检测化验点的例如光传输类测量器件、电化学检测器件、电容与阻抗测量器件、图像传感器、或生物凹点检测器件之类的检测器件。

在下文中，本发明将通过如下描述得以更加清楚。

根据本发明的一个方面，提供了一种数字生物盘(DBD)，所述数字生物盘包括：样品入口；腔室，用于保存缓冲溶液或反应溶液；化验点，其中生物材料排列在衬底上；通道，液体通过所述通道在所述样品入口、所述腔室、以及所述化验点之间流动；孔，用于连接所述通道；以及多个阀，用于打开和关闭所述孔，其中所述阀由微珠、设置在所述微珠上的永磁体、以及设置在所述微珠下的可移动永磁体构成，并且通过所述永磁体来控制所述阀的打开和关闭，并且其中所述阀距离所述盘的中心具有不同的径向距离，其中所述阀中在同一时刻打开的部分具有相同的径向距离。

在整篇说明书中所使用的术语“化验点”是指具有其上排列有生物材料意义的“阵列腔室”，或者指具有其中发生两种生物材料的特定绑定反应、配合基-受体反应、杂交反应、或抗原-抗体反应意义的“杂交室”或“抗原-抗体反应室”。

在根据本发明的DBD中，所述阀距离所述盘的中心具有不同的径向距离，可通过随后描述的径向可移动永磁体来分别打开和关闭所述阀。此外，需要在同一时刻打开和关闭的阀具有相同的径向距离。在本例中，可通过随后描述的脉冲阀操作在同一时刻打开具有相同径向距离的阀。在注入多种样品并执行多种分析的例子中，在注入一种样品并执行多种分析的例子中，或在一个分析中同时打开多个腔室的例子中，需要同时打开数个阀。

在根据本发明的DBD中，当微珠位于孔之下时，通过微珠与设置在该微珠之上的膜状永磁体之间的吸引力来关闭阀，并通过微珠与设置在该微珠之下的可移动永磁体之间的吸引力来打开阀。当微珠位于孔之上时，则以相反的设置来打开和关闭孔。也即，当微珠位于孔之上时，(i)通过排斥力而不是吸引力或(ii)通过磁体的相反设置来打开和关闭孔。磁体的相反设置是指在微珠之下固定设置膜状永磁体，而在微珠之上设置可移动永磁体，以便通过两者之间的吸引力打开和关闭阀的孔。如果盘既可朝上又可朝下，则可互换顶部和底部位置。因此，例子(ii)也包括在本发明的范围之内。

当微珠位于孔之下时，由于设置在微珠之上的膜状永磁体不可移动，通过微珠与膜状永磁体之间的吸引力始终关闭孔。因此，在散布状态下始终关闭DBD的孔，从而防止腔室中的液体泄漏。

此外，当微珠位于孔之上使得通过排斥力打开孔时，由于设置在微珠之上的膜状永磁体不可移动，通过微珠与膜状永磁体之间的排斥力始终关闭孔。因此，在散布状态下始终关闭DBD的孔，从而防止腔室中的液体泄漏。

在根据本发明的DBD中，通过微珠以及设置在孔之上的永磁体始终关闭散布状态下DBD的孔。相应地，可有效防止散布状态下DBD的腔室中的液体泄漏。在具有通用阀的传统生物盘中，为了防止散布状态下生物盘的腔室中的液体泄漏，需要使用密封橡胶试管、密封胶囊、或其它附加器件，或者需要固化液体。然而，在根据本发明的DBD中，可自动关闭阀。

在根据本发明的DBD中，所述腔室还包括通风孔和/或试剂入口。在这里，通风孔用于释放通道或腔室中产生的气泡，以使液体平稳地流动。试剂入口用于将制造盘过程中所需的试剂注入到腔室中。

在根据本发明的DBD中，还包括用于关闭所述样品入口、所述通风孔、以及所述试剂入口中的至少一个的乙烯基盖或保护性乙烯基。由于乙烯基盖具有粘附DBD的倾向性，因此乙烯基盖可保护DBD的表面并关闭所有的孔(通风孔和试剂入口或可选地样品入口)。就在使用DBD之前，从DBD上除去乙烯基盖，从而可打开和暴露通风孔或样品入口。此外，在试剂注入到腔室中之后，可利用UV粘合剂或与去除的乙烯基盖不同的乙烯基盖(保护盖)密封试剂入口。

在根据本发明的DBD中，除腔室之外，DBD还可包括使盘的中心成为重心的平衡室或平衡砝码。如果高速旋转的DBD不能对准重心，则在高速旋转期间DBD会强烈抖动。因此在高速旋转期间需要平衡室或平衡砝码来防止DBD的抖动。

在根据本发明的DBD中，如果需要固定，则通过固定装置将所述化验点中的所述生物材料固定在所述衬底上。作为固定装置的例子，存在磁珠与生物材料聚合在一起作为捕获探针。当外部可移动永磁体接近捕获探针时，通过磁吸引力将捕获探针固定在衬底上。在清洗或检测处理中，就需要上述固定。例如，在清洗处理中，通过磁力固定捕获探针。相反，在杂交反应或抗原-抗体反应中，为了促进反应，允许捕获探针处于浮动或自由状态。可选地，可通过位于化验点附近的外部可移动永磁体的短暂向前和向后移动来促进上述反应的进行。

在根据本发明的DBD中，微珠可具有能通过磁场移动的任何材料，以及能打开和关闭孔的任何形状均可作为微珠。优选地，所述微珠为膜状圆柱磁体。所述膜状圆柱磁体可覆盖有衬垫材料。可选地，也可在所述微珠与孔之间插入膜状衬垫材料。

所述衬垫材料可为具有弹性的例如硅橡胶之类的聚合物。由于衬垫材料的缘故，可更加安全地关闭孔。当膜状衬垫材料插入并聚合在微珠和孔之间时，需要使用具有与孔对准的孔的薄膜硅橡胶，从而可以简化生产过程。

在根据本发明的DBD中，所述可移动永磁体可安装在设置在所述DBD之下的径向可移动滑块上，从而可以移动所述可移动永磁体。相应地，可分别寻址并控制距离盘中心具有不同径向距离的阀。

在根据本发明的DBD中，通过“抽吸液体流动”来执行所述液体流动；且所述抽吸液体流动是指，在所述盘的旋转停止时，所述滑块上的永磁体重复执行相对所述孔的中心的快速接近和离开移动。

例如，如图3所示，滑块211上的永磁体5a相对于孔的中心的快速接近和离开移动的重复引起膜状圆柱磁体的上下移动。由于膜状圆柱磁体的上下移动，产生了抽吸力并施加到液体上，使得液体可以流动。利用抽吸力的液体流动被称为“抽吸液体流动”。在随后描述的对化验点的正前阀不能使用离心力的例子中，这种抽吸液体流动十分有用。

在根据本发明的DBD中，可在“径向阀搜索处理”或“方位阀搜索处理”之后执行所述抽吸液体流动，从而使得滑块上的永磁体准确地定位所述孔。

在根据本发明的DBD中，通过所述盘旋转产生的离心力以及脉冲阀操作来执行所述液体流动；且所述脉冲阀操作是指，在所述盘旋转期间，当阀的孔对准设置在所述滑块上的永磁体时，所述阀重复打开。

例如，如图3所示，通过所述DBD旋转产生的离心力以及在所述DBD旋转期间的阀操作来执行DBD 100上的液体流动；且在所述阀操作中，所述阀在其孔对准设置在滑块211上的永磁体5a时重复打开。在本发明中，所述阀操作被称为“脉冲阀操作”。当例如血清的高粘度的液体通过打开的孔移入下一个腔室时，仅利用亲水通道的亲水特性以及毛细管力，可能很难稳定地移动上述具有高粘度的液体。在本例中，通过脉冲阀操作中离心力形成所述液体流动，从而使得能够稳定移动上述具有高粘度的液体。

在根据本发明的DBD中，所述化验点中的衬底可为多孔膜，化验点的正前阀的前通道为疏水通道，且所述正前阀的后通道为亲水通道。

在根据本发明的DBD中，所述多孔膜可为具有大量孔的任何膜。优选地，所述多孔膜为选自NC(硝化纤维)膜、尼龙膜、以及定向纳米管组成的群组中之一。由于根据本发明的多孔膜，可增加化验点的表面面积，从而可以组合大量的生物材料。相应地，可提高灵敏度。

在根据本发明的DBD中，所述亲水通道可为在通道表面存在亲水材料的任何通道。优选地，通过利用亲水性丙烯酸盐、超强亲水性聚乙烯(N-isopropylacrylamide)(PIPAAm)、或光学催化剂涂覆疏水通道的表面，或者通过利用等离子体在所述疏水通道上执行表面变化来构成所述亲水通道；其中所述光学催化剂选自ZrO₂、ZnO、Fe₂O₃、以及TiO₂组成的群组。光学催化剂可采用ZrO₂、ZnO、Fe₂O₃、TiO₂、或其它物质。TiO₂在地表中大量存在，并且价格便宜、性能稳定、以及对人体无害。当利用UV光照射TiO₂光学催化剂的表面时，相对于水分子的接触角降至5度，水可完全覆盖在该表面上，从而呈现超强亲水性现象。在这里，术语“亲水性”是指衬底表面与覆盖在其表面上的水滴之间的接触角变为小于20度。术语“超强亲水性”是指接触角变为小于10度。

在根据本发明的DBD中，所述亲水通道分成至少一条分支通道，并且所述亲水通道通过设置在所述分支通道末端的孔与所述多孔膜相连。在具有多条分支通道的例子中，所述分支通道可位于固定了化验点中探针的点的中心。当阵列(点的个数)的大小为3×2时，涂覆有亲水材料的分支通道的数量可为三至六条。

在根据本发明的DBD中，所述化验点可具有设置在其两侧的通气孔，用于干燥所述多孔膜。当盘旋转时，可自动吸收空气或通过设置在化验点两侧的通气孔排放空气，以便干燥所述多孔膜。

在根据本发明的DBD中，可通过由生物盘旋转产生的离心力以及阀的打开和关闭来控制液体流动。然而，在化验点中的衬底为多孔膜的例子中，通过反应溶液扩散进入多孔膜来形成分析材料与探针的连接，并且基于多孔膜的孔的尺寸来确定扩散速率。如果通过盘旋转产生的离心力移动反应溶液，则扩散速率会变化，从而很难获得分析材料与探针的反应的一致性重现。为了解决上述问题，根据本发明，利用疏水通道构成化验点的正前阀的前通道，而利用亲水通道构成其后通道，并通过正前阀的打开以及亲水通道和反应溶液的亲水特性来执行液体流动进入化验点，而并不使用离心力。由于多数反应溶液为亲水性的，反应溶液在正前阀打开之前保留在疏水腔室和通道中，并在所述阀打开之后可通过亲水通道流入化验点。

在根据本发明的DBD中，所述DBD的主体包括上层衬底、中间层衬底以及下层衬底，并通过利用超声波熔化、UV粘合、或双面胶带将所述衬底粘合以及集成在一起，从而形成单一主体。

在根据本发明的DBD中，所述生物材料为选自DNA、寡核苷酸、RNA、PNA、配合基、受体、抗原、抗体、以及蛋白质中的至少一个。

根据本发明的DBD的腔室包含下列腔室中的至少一个：用于制备血液、细胞或RNA中DNA样品的制备室；用于通过聚合酶链式反应(PCR)放大DNA样品的PCR室；其中在衬底上排列用于与在所述PCR中放大的DNA杂交的化验和诊断探针的杂交室；以及用于收集在清洗处理中所产生废物的垃圾室。

根据本发明的DBD的制备室可保存用于破坏细胞并通过裂解提取DNA的裂解缓冲溶液以及对所述被提取的DNA具有亲和力的颗粒或铁磁珠。所述颗粒可为硅或涂覆有DNA结合蛋白质的微珠。

所述制备室可仅保存用于破坏细胞并提取DNA的缓冲溶液，而并不使用颗粒或铁磁珠，以通过利用生物盘旋转时产生的离心力来制备DNA样品。具体而言，(1)通过裂解缓冲溶液破坏包含油脂的细胞膜成分，并溶解蛋白质和核酸。(2)当利用普通酒精(乙醇)时，提取出白色沉淀物状的DNA和RNA。(3)当执行离心式分离来获取通过乙醇沉淀的DNA时，在制备室的末端收集DNA。在打开通向垃圾室的制备室阀之后，通过盘的旋转使顶层溶液流入垃圾室，从而使得细胞残骸得以分离并去除。接下来，向制备室注入稀释缓冲溶液，以与DNA混合，从而增加DNA的总体积。重复执行步骤(3)大约三次。(4)打开通向PCR室的连接阀，从而使得DNA进入PCR室。

根据本发明的DBD可包括多个PCR室。在本例中，每个PCR室均保存一种或多种引物。可选地，所有PCR室均保存同一种的引物。

可选地，根据本发明的DBD的腔室包含下列腔室中的至少一个：用于制备血液或细胞中血清样品、抗原、或抗体的制备室；其中在衬底上排列用于与所述制备的抗原或抗体进行抗原-抗体反应的免疫探针的抗原-抗体反应室；以及用于收集在清洗处理中所产生废物的垃圾室。血清样品可为血浆样品。

在根据本发明的DBD中，通过在衬底上排列肿瘤标志来构成免疫探针阵列。更优选地，通过在所述衬底上排列选自AFP、PSA、CEA、CA19-9、CA125、CA15-3中的至少一种肿瘤标志来构成免疫探针阵列。

在根据本发明的DBD中，所述免疫探针可为选自肌血球素、CK-MB、作为心脏疾病标志的肌钙蛋白1(Tn1)、以及作为老年痴呆症标志的GS(谷氨酰胺合成酶)中的至少一个。

可选地，根据本发明的DBD的腔室包含下列腔室中的至少一个：用于制备血液中血清样品或血色素样品的制备室；其中在化验点上排列用于与在所述制备样品中的抗原、葡萄糖、或HbA1c进行反应的抗HbA1c抗体或葡萄糖抗体的抗原-抗体反应室；以及用于收集在清洗处理中所产生废物的垃圾室。在本例中，通过用于检测化验点的颜色的图像传感器来测量HbA1c或葡萄糖的量，以及通过血色素的颜色的强度来测量血色素的量，从而诊断出糖尿病。

在根据本发明的DBD中，所述制备室还包含用于破坏红血球并提取血色素的RBC(红血球)裂解缓冲溶液。

在根据本发明的DBD的制备室中，可利用过滤器制备血清样品。优选地，可通过利用盘的旋转产生的离心力来制备所述血清样品。在本例中，制备室可具有至外圆周深度的瓶状形状以及在距底部预定高度的瓶颈处具有连接至下一个腔室的通道。这样，血液凝块聚集在瓶底部，从而使得仅剩血清流入下一个腔室。

在根据本发明的DBD中，所述制备室可为具有锥形烧杯、细颈瓶、或试管形状的腔室，以方便在离心力分离过程中分离血清；以及，所制备室可为在颈部具有通道的腔室，以与下一个腔室连接。在本例中，由于离心力的缘故，血液凝块聚集在所述腔室的外圆周区域(位于锥形烧杯或细颈瓶的底部)中收集血液凝块，从而可以轻易地分离血清。

在根据本发明的DBD中，所述DBD还可包括用于保存标签抗体的标签室。在这里，标签可以是与抗体连接的着色颗粒。所述标签为金、乳胶、荧光标志、酶、以及放射性同位素。在标签为酶的例子中，所述DBD还可包括用于保存与酶进行反应的衬底的衬底室。

在根据本发明的DBD中，所述DBD还可在制备室中包括阻抗测量器件。所述阻抗测量器件可为叉指状阵列。所述制备室必须注入有合适量的血液(或样品)。使用者不能在未注入血液的情况下操作生物盘。可选地，为了防止无血液操作，在生物盘的操作开始之前，利用图像传感器观察所述制备室，并检查所述制备室是否已注入合适量的样品。

在根据本发明的DBD中，所述化验点可包括按角度或径向方向设置的免疫化验部和核酸探测化验部，从而使得可以同时执行免疫化验及核酸探测化验。

在根据本发明的DBD中，可通过与转换器件相连的检测器件来检测所述化验点，并且所述检测器件可包括光传输类测量器件、电化学检测器件、电容与阻抗测量器件、图像传感器、或生物凹点检测器件。根据本发明的DBD包括非光学的生物盘或光学的生物盘。

在根据本发明的DBD中，所述光传输类测量器件可包括：用于向受限的信号元件和释放的信号元件发射激光束的激光器(光发射单元)；以及，用于检测信号元件之间的差分光传输信号的光学检测器(光接收单元)。术语“受限的信号元件”意味着例如受限于探针的标签之类的信号。术语“释放的信号元件”意味着例如从探针释放或裂解出的标签之类的信号。在本例中，光发射单元或光发射与接收单元可设置在DBD之外，例如设置在滑块的检测器上。

在根据本发明的DBD中，对应于每个化验点，沿所述DBD的圆周排列及集成至少一个光学检测器(光接收单元)。在本例中，光学检测器与相关化验点之间的较小距离提供了更高的检测灵敏度。可选地，对应于每个化验点，沿所述DBD的圆周排列及集成至少一个激光器(光发射单元)和至少一个光学检测器(光接收单元)。在本例中，可利用非扫描方式从多个化验点中检测到所需的化验点，而无需旋转所述盘。在根据本发明的DBD中，在利用荧光标签或放射性同位素标签标记化验点的受限的信号元件的例子中，可通过图像传感器来执行由激光产生器件激励的受限的信号元件的检测。

在根据本发明的DBD中，所述电化学检测器件和所述电容与阻抗测量器件可包括：设置在所述化验点的衬底上的叉指状阵列电极；以及附着在受限的信号元件端部的HRP(辣根过氧化物酶)、和/或酶、和/或金属微球。在本例中，可通过电压产生、电流检测、频率产生、或氧化还原反应来实现利用叉指状阵列电极的所述电化学检测器件和所述电容与阻抗测量器件。

在根据本发明的DBD中，DBD还可包括用于控制利用叉指状阵列电极的所述电化学检测器件或所述电容与阻抗测量器件的电压产生、电流检测、频率产生、或氧化还原反应并执行检测的RF IC，以及用于给所述RF IC提供电能的感应线圈和电容器，其中以无线方式将检测结果传送至外部中央控制器、存储器件、或输入输出器件。

在根据本发明的DBD中，所述DBD还可包括与DBD驱动器连接的非接触接口，其中所述DBD驱动器用于控制利用叉指状阵列电极的所述电化学检测器件或所述电容及阻抗测量器件的电压产生、电流检测、频率产生、或氧化还原反应并执行检测。根据本发明，所述非接触接口可为弹簧针。

在根据本发明的DBD中，可通过利用导电材料通过涂覆多孔膜的表面来构成所述叉指状阵列电极。所述导电材料可为金或铜，以及更优选地为金。

在根据本发明的DBD中，可通过在多孔膜上排列抗原、抗体、DNA捕获探针、或寡核苷酸来构成所述化验点。可选地，通过涂覆多孔膜上的叉指状电极的表面，并在叉指状电极中间排列抗原、抗体、DNA捕获探针、或寡核苷酸来构成所述化验点。多孔膜可以为NC(硝化纤维)膜、尼龙膜、或定向纳米管。

在根据本发明的DBD中，所述图像传感器拾取连接所述探针的标签(着色颗粒)的图像，并获得图像信息。

在根据本发明的DBD中，通过激光产生器件激励所述着色颗粒，并通过所述图像传感器获得在所述化验点上的所述激励的图像信息。

可利用设置或未设置荧光滤色镜的CCD(电荷耦合器件)传感器或CMOS传感器构成所述图像传感器，以拾取连接化验点中探针的标签(着色颗粒)的图像。在图3的附图标记103b为图像传感器的例子中，图像传感器可以是安装在BOPM上例如CIS传感器或其它具有短焦距的传感器的图像传感器。因此，安装在BOPM上的图像传感器能够检测在其附近位置的所述盘上的化验点。另一方面，在图5的附图标记144为图像传感器的例子中，图像传感器可以是安装在主机板140上的图像传感器，并在通过激光器件107激励荧光标签之后，通过所述图像传感器检测荧光，从而使得可以测量所述盘上化验点的荧光标签。在本例中，可在图像传感器的前端设置荧光滤色镜或各种透镜。在本例中，图像传感器144的焦距足够长，从而可以通过利用BOPM获得合适的焦距。因此，图像传感器144需要设置在远离所述盘的主机板140上。

在根据本发明的DBD中，用于检测产生自受限的信号元件和释放的信号元件的生物凹点的生物凹点检测器件可以是STM(扫描隧道显微镜)、AFM(原子力显微镜)、悬臂AFM、MFM(磁力显微镜)、以及SNOM(扫描近场光学显微镜)中的任意一个。

在1981年，由Binning等人设计出作为第一种SPM(扫描探针显微镜)的STM(扫描隧道显微镜)。这种STM以显微区域中电子的量子机械隧道效应为基础。当探针无限接近样品并在探针与样品之间施加了从毫伏至伏特等级的小电压时，产生量子机械电子隧道效应，即流过从皮安(picoamperes)至纳安(nanoamperes)等级的隧道电流。隧道电流的测量被用来分析样品的特性。对于本领域普通技术人员来说，STM是公知常识。

与利用探针与样品之间的电流的STM相比，AFM利用探针与样品之间的原子力来测量样品的细微结构的物理特性。在上世纪80年代，由Binning、Quate以及Gerber等人设计出AFM。起先，AFT是基于STM原理利用原子力形成的悬臂弯曲来测量相关物理特性。近年来，光杠杆技术已被广泛应用。也即，反射在探针顶端的激光束根据悬臂的弯曲或转移而变化，并通过差分光学二极管检测变化的激光束。假设悬臂的转移满足胡克定律，则所述顶端与所述样品之间的力就可计算。近年来，开始应用一种在悬臂上沉积压阻薄膜并基于薄膜电阻改变来测量悬臂的弯曲、而不使用光学系统的技术。对于本领域普通技术人员来说，上述技术也是公知常识。

常用的光学显微镜具有分辨率与光的波长相对应的局限。根据瑞利判据，当一个对象的亚里函数的最大值至少位于另一对象的亚里函数的最小值处时，则可分辩上述两个对象。因此，光学显微镜的分辨率通常大于光的半波长。例如，利用波长为488nm的可见光的光学显微镜具有250nm的分辨率。然而，在1928年，Synge提出了一种控制样品与孔之间距离以克服瑞利分辨率局限的方法。当孔与样品的距离缩小至所述孔的半径的一半时，光在分散前入射到样品上。因此，可通过控制孔的半径以及孔与样品之间的距离来增加分辨率。对于本领域普通技术人员来说，利用上述原理设计SNOM(扫描近场光学显微镜)也是公知常识。

此外，还存在广泛用于研究和观察物质磁特性的MFM(磁力显微镜)。在MFM中，利用涂覆有铁磁材料的硅探针来测量样品产生的磁场与探针磁矩之间的力。根据上述MFM，当通过压电器件以约100kHz的自然频率振动悬臂时，执行扫描以获得更高的分辨率。MFM可通过自然频率的变化来测量样品的磁特性，其中所述自然频率的变化源于样品与磁化探针之间的相互作用以及上述悬臂的弯曲。对于本领域普通技术人员来说，这种MFM也是公知常识。

在根据本发明的DBD中，所述DBD还可包括存储器或其它存储装置或RF IC，用于存储所述DBD的协议、化验解释算法、分析用标准控制值、关于分析点的位置信息、生物信息学信息、自诊断信息、DBD驱动软件、对病人关于临床化验的教育信息、各种让病人能够基于自己的诊断结果与远端医生或医院进行通信的网站和链接、或加密的个人信息。

根据本发明的DBD还可包括用于通过RF接口向外部中央控制器、存储器件、或输入输出器件传送通过所述检测器件获得的所述化验点的检测结果。

在根据本发明的DBD中，所述RF IC可包括电容器，用于存储通过外部RF波从内置在所述DBD中的感应线圈产生的充足电量。

根据本发明的另一方面，提供了一种DBD驱动器装置，所述DBD驱动器装置包括：转盘，其上安装有上述的DBD；主轴电机，用于旋转所述DBD；滑块，其包括用于检测所述DBD中化验点的检测器件以及用于控制所述DBD中阀的打开及关闭的永磁体；滑块电机，用于控制所述滑块的移动；中央控制器，用于控制所述DBD驱动器的全部组件；以及主体，用于支撑所述DBD驱动器。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，所述检测器件为选自光传输测量器件、电化学检测器件、电容与阻抗测量器件、图像传感器、以及生物凹点检测器件中的一个。

在所述光传输测量器件的例子中，可在滑块上仅设置光发射单元，或在滑块上同时设置光发射和接收单元。在所述电化学检测器件和所述电容与阻抗测量器件的例子中，在DBD中化验点上设置叉指状阵列电极，且在滑块上仅设置控制器件和转换器件。

根据本发明的DBD驱动器装置还可包括与转换器件相连的检测器件，其中所述检测器件可包括图像传感器和激光产生器件，用于检测标记有荧光标签或放射性同位素的化验点的受限信号元件。

根据本发明的DBD驱动器装置还可包括与转换器件相连的检测器件，其中所述检测器件可包括图像传感器和发光二极管(LED)，用于检测标记有着色颗粒的化验点的受限信号元件。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，所述图像传感器可为用于感应像素单元中光强度的线图像传感器。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，所述线图像传感器可为线性传感器阵列或CIS(接触式图像传感器)。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，所述线图像传感器还可包括用于以波长介于500nm至800nm之间的光进行照明的发光二极管(LED)以及设置在所述线图像传感器附近的光学透镜。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，所述线图像传感器可在所述滑块上移动，以便获得所述化验点的二维图像信息。

根据本发明的DBD驱动器装置还可包括用于阅读通用光盘(例如，音频CD、CR-R、游戏CF、以及DVD)的光学读取器件(CD阅读器或DVD阅读器)。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，优选地，所述滑块还具有生物光学读取模块(BOPM)器件，所述生物光学读取模块(BOPM)器件在一个模块中包含用于检测所述化验点的检测器件以及通用光学器件(CD阅读器或DVD阅读器)。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，优选地，所述生物光学读取模块(BOPM)器件以及所述可移动永磁体被设计为设置在所述滑块上，并通过所述滑块电机来控制其移动。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，所述滑块通过蜗轮与滑块电机相连，从而使得所述滑块的移动可控制。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，所述生物光学读取模块(BOPM)器件还包括接触接口装置，用于向所述DBD中的化验点提供控制信号并从所述DBD中的化验点读取检测信号。在根据本发明的DBD驱动器装置中，所述接触接口装置应用在DBD的在具有光接收单元的光传输检测器件、或者DBD的具有叉指状阵列的电化学测量器件或电容与阻抗测量器件中。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，通过“抽吸液体流动”来执行所述DBD中的液体流动；且所述抽吸液体流动是指，在所述盘的旋转停止时，所述滑块上的永磁体重复执行相对所述孔的中心的快速接近和离开移动。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，可在“径向阀搜索处理”或“方位阀搜索处理”之后执行所述抽吸液体流动。

通过滑块的移动来执行径向阀搜索处理，且通过盘的旋转来执行方位阀搜索处理。例如，通过源于小转矩的盘的短暂旋转的重复来执行方位阀搜索处理。在多次短暂旋转的过程中，当位于孔中心的微珠对准设置在孔之下的可移动永磁体时，通过它们之间的强吸引力停止盘的短暂旋转，从而使得盘停止在相应位置。优选地，短暂旋转的角度介于10度与20度之间。在20度的例子中，通过18次的短暂旋转来完成所述方位阀搜索处理。可选地，永磁体可设置在DBD顶层上的方位角位置，从而使得可利用方位阀搜索处理将所述盘停止在预定的方位角位置。在多次短暂旋转的过程中，当设置在DBD之上的永磁体对准设置在DBD之下的可移动永磁体时，通过它们之间的强吸引力停止盘的短暂旋转，从而使得盘停止在相应位置。上述内容被称为“方位阀搜索处理”。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，可通过所述盘旋转产生的离心力以及“脉冲阀操作”来执行所述DBD中的液体流动；且所述脉冲阀操作是指，在所述盘旋转期间，当阀的孔对准设置在所述滑块上的永磁体时，所述阀重复打开。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，所述DBD驱动器的主体啮合有其上设置有中央控制器以及存储器件或输入输出器件的电路板；并且，在旋转和停止所述DBD时，所述中央控制器旋转和停止所述主轴电机；且所述中央控制器旋转和停止所述滑块电机，用于控制检测所述DBD中化验点所用检测器件以及控制所述DBD中阀的打开和关闭所用永磁体的移动。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，所述输入输出器件可为USB器件(通用串行总线)器件，或者为符合IEEE-1394、ATAPI或互联网通信标准的器件。

根据本发明的DBD驱动器装置还可包括用于向所述DBD上RF IC提供能量的RF波产生单元。根据弗來明定律，由RF波产生单元产生的波被感应到内置于所述DBD中的RF IC的感应线圈，从而可以在所述电容器中存储充足的电量。

根据本发明的DBD驱动器装置还可包括用于确定当前载入的盘是DBD还是选自音频CD、CD-R、游戏CD、以及DVD中的通用光盘的生物盘检测单元。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，光学读取器件读取在所述DBD表面上特定区域的凹槽图案或数据图案，使得所述中央控制器能够识别当前载入所述DBD驱动器的盘为DBD。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，中央处理器可确定当前载入的盘是DBD还是选自音频CD、CD-R、游戏CD、以及DVD中的通用光盘；并且，如果当前载入的盘被确定为通用光盘，则将利用所述光学读取器件从所述通用光盘中读取的信息传送至存储器或输出单元，将需要写入的信息传送至所述光学读取器件，或输出读/写所需的各种控制信号；以及，如果当前载入的盘被确定为DBD，则将控制所述DBD的各种控制信号传送至所述生物光学读取(BOPM)器件或所述RF IC。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，在载入所述DBD时，以无线方式通过非接触接口或所述DBD上的RF IC将所述DBD的新载入信号传送至所述中央控制器，从而使得所述中央控制器能够识别当前载入所述DBD驱动器的盘为DBD。

如果载入的DBD中并未注入样品，则根据本发明的DBD驱动器装置可发送弹出消息或警告消息给使用者。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，如果在化验或诊断期间有弹出(卸载)命令或停止命令输入到所述DBD驱动器装置，则所述DBD驱动器装置在继续化验和诊断的同时发出警告消息或请求使用者输入口令。如果使用者输入正确的口令，则所述DBD驱动器装置停止化验或诊断并且弹出所述DBD。

根据本发明的DBD驱动器装置还可包括存储器，所述存储器用于存储有关DBD的已使用次数、其有效期、以及其能够诊断的疾病种类等的信息，从而使得只要在载入所述DBD时就能够向使用者提供所述DBD上的存储信息或所述DBD的有效性信息。

根据本发明的DBD驱动器装置还可包括统计软件和存储装置，用于管理所述化验点的检测结果的历史以及向使用者提供周期性诊断信息的。这在化验点中的探针为肿瘤标志时很有用。

根据本发明的DBD驱动器装置还可包括用于确定阴性、阳性、或危险状态以及利用所述检测器件通过检测信号强度来计算相关值的软件。例如，图像传感器可通过分析着色颗粒上的图像信息来测量着色强度。

根据本发明的DBD驱动器装置可包括：通用光盘所使用的播放与搜索按钮以及停止按钮；以及指示已经载入DBD的发光二极管(LED)。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，包括液晶显示器或监视器，用于以百分数或者以条线图或饼状图的方式显示所述DBD中执行的主要处理的进度状态，且所述主要处理例如样品制备处理、PCR处理、杂交处理、以及抗原-抗体反应处理。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，所述支撑DBD驱动器的主体可允许DBD顶端载入或DBD前端载入。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，所述DBD驱动器可具有多个转盘，以便一次载入多张DBD。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，所述DBD驱动器可为双核驱动器，以便载入所述诊断用DBD以及电影DVD光盘。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，所述DBD驱动器可组合驱动器，其一侧具有DBD驱动器、而另一侧具有VCR(卡带式影像录放机)。相应地，在诊断期间可同时观看电影。

根据本发明的另一方面，提供了一种利用根据本发明的DBD的核酸化验方法，所述方法包括：从血液、细胞或RNA中制备DNA样品；通过聚合酶链式反应(PCR)放大所述制备的DNA；将从所述PCR中放大的DNA所得物与所述化验点上排列的所述化验和诊断探针进行杂交；以及，利用与转换器件相连的检测器件检测所述化验点中的杂交反应结果，其中所述检测器件包括光传输类测量器件、电化学检测器件、电容与阻抗测量器件、图像传感器、或生物凹点检测器件。

在根据本发明的核酸化验方法中，所述制备DNA样品可包括：通过样品入口将血液注入所述制备室；在所述制备室中执行保温培养，以使所述制备室中的铁磁珠或颗粒吸附通过裂解提取的DNA；固定所述颗粒或铁磁珠，并缓慢地旋转所述DBD以将所述细胞残骸清洗掉而使其流入所述垃圾室；以及从所述颗粒或铁磁珠分离所述DNA，或者在再悬浮缓冲溶液中再悬浮所述DNA。

所述制备DNA样品可包括：通过设置在所述制备室中的样品入口注入血液；以及，通过利用所述DBD旋转产生的离心力分离通过细胞裂解提取的所述DNA。在某例中，可注入作为细胞裂解所用试剂的十二烷基硫酸钠(SDS)。所述SDS为例如家用清洁剂那样的表面活性剂。通过这种方法，含有油脂的膜成分被破坏，且溶解蛋白质及核酸被溶解。在某例中，还可注入作为变形蛋白质所用溶剂的苯酚。在此之后，通过离心力分离，可获得包括DNA和RNA的核酸。

在根据本发明的核酸化验方法中，所述通过PCR扩大制备的DNA样品的步骤可包括：旋转所述DBD，以使所述制备的DNA样品流入所述PCR室；以及，利用安装在所述PCR室中的加热器及热传感器重复PCR周期多次，以扩大所述DNA样品。

根据本发明的核酸化验方法还可在所述PRC处理之后包括：旋转所述DBD，以使DNAse流入所述PCR室；以及，在高温下加热所述PCR室，以去活所述DNAse并形成单串DNA碎片(变性处理)。

在根据本发明的核酸化验方法中，每个PCR室均可包括与其它PCR室的加热器独立受控的加热器(在独立的保温培养时间间隔内)，以形成具有不同长度的DNA碎片。

根据本发明的另一方面，还提供了一种利用根据本发明的DBD的免疫化验方法，所述方法包括：高速旋转所述DBD，以从血液中提取血清或抗原；将所述提取的抗原引入标签室，并在所述标签室中执行保温培养1-2分钟，以将所述抗原与标签抗体绑定而形成标签抗原复合物；将所述标签抗原复合物移入所述化验点；以及于静止状态下在所述DBD中执行培养，以引起所述标签抗原复合物与捕获抗体之间的抗原-抗体反应；以及，添加清洗缓冲液并清洗所述化验点；以及可选地，利用与转换器件相连的检测器件检测所述化验点，其中所述检测器件包括光传输类测量器件、电化学检测器件、电容与阻抗测量器件、图像传感器、或生物凹点检测器件。

根据本发明的另一方面，还提供了一种利用根据本发明的DBD的免疫化验方法，用于糖尿病诊断或血糖水平分析。所述方法包括：从血液中制备血清或血色素；将所述制备的抗原引入标签室，并在所述标签室中执行保温培养1-2分钟，以将所述抗原与标签抗体绑定而形成标签抗原复合物；将所述标签抗原复合物移入所述化验点；于静止状态下在所述DBD中执行培养，以引起所述标签抗原复合物与捕获抗体之间的抗原-抗体反应；以及，添加清洗缓冲液并清洗所述化验点；以及可选地，利用与转换器件相连的检测器件检测所述化验点，其中所述检测器件包括光传输类测量器件、电化学检测器件、电容与阻抗测量器件、图像传感器、或生物凹点检测器件。

根据本发明的所述核酸化验或免疫化验方法还可包括，在检测所述化验点之前，清洁并干燥所述化验点。

根据本发明的所述核酸化验或免疫化验方法还可包括，执行在所述保温培养、所述培养、所述杂交、或所述抗原-抗体反应中的震颤混合处理。

在根据本发明的所述核酸化验或免疫化验方法中，在所述标签抗原复合物或所述DNA移入所述化验点的过程中，可通过在没有离心力的情况下打开所述化验点的正前阀并利用亲水通道的亲水特性，使所述标签抗原复合物或所述DNA流入所述化验点的多孔膜。

根据本发明的所述核酸化验或免疫化验方法还可包括，在执行培养以引起所述标签抗原复合物或所述DNA与所述多孔膜上的捕获抗体之间的抗原-抗体反应或杂交反应之后，通过高速旋转所述盘来干燥多孔膜的步骤。

根据本发明的所述核酸化验或免疫化验方法还可包括，在所述干燥之后，通过打开所述化验点的正前阀以及利用亲水通道的亲水特性来移动清洗缓冲液，并利用所述清洗缓冲液清洁所述化验点。

根据本发明的所述核酸化验或免疫化验方法还可包括，在所述清洁之后，通过高速旋转所述盘来干燥所述多孔膜。

在根据本发明的所述核酸化验或免疫化验方法中，所述方法还可包括远程诊断步骤；且在所述远程诊断步骤中：基于所述检测结果在计算机监视器上显示所述诊断数据，可选地通过互联网自动或手动地将所述诊断结果与调查问卷一并传送至处于远程位置的专家，并且病人等待所述专家的处方。

附图说明

本发明的上述及其它目的、特征和优点，将通过下面结合附图的详细说明得到更好的理解，其中；

图1和图2为示出了设置在DBD中利用微珠的阀器件的横截面图；

图3为根据本发明实施例的DBD及用于控制所述DBD的DBD驱动器的示意图；

图4为根据本发明实施例的生物光学读取模块(BOPM)的示意图；

图5为根据本发明实施例的DBD驱动器装置的示意图；

图6～8为利用光学测量器件的各个实施例的示意图；

图9～14为根据本发明实施例利用电化学检测器件、电容测量器件、阻抗测量器件、或图像传感器的检测方法的示意图；

图15～17为DBD以及用于免疫化验反应分析的化验点的示意图；以及

图18～22为根据本发明的DBD驱动器装置的外部形状的示意图。

具体实施方式

以下将参考附图，在随后的实施例中对本发明进行更详细的描述。

根据本发明的DBD包括于集成在DBD内的芯片上实验室中控制液体流动或流动速率的阀。阀利用在永磁体产生的磁力作用下可移动的微珠以及设置在DBD的顶部及底部表面上的可移动永磁体来打开或关闭形成于DBD中的通道。参考2002年5月31日提交的发明名称为“利用微珠的微阀装置及其控制方法”的国际专利申请No.PCT/KR02/01035及2002年5月31日提交的相应优先权韩国专利申请No.10-2001-0031284，可获得阀结构的详细内容。

在根据本发明的示例性实施例中，微珠可包括例如磁球、铁电颗粒、顺磁颗粒、抗磁颗粒、不锈钢球。可选地，微珠可由固体金属、塑料、或玻璃珠制成。当微珠由塑料或玻璃珠制成时，微珠还外包有金属或硅树脂橡胶之类的缓冲材料。微珠所用的固体金属可为合金金属。微珠可被充电。在本实施例中，代替永磁体，在DBD的顶部及底部表面上安装有电极板。对微珠充电并使其在电极板施加电压的方向上移动，以打开或关闭芯片上实验室中的连接通道的孔。微珠具有1um至1mm的直径，优选地，直径为100um至500um。当微珠的直径越大时，由于在孔与微珠之间的接触区域的增大而使孔的打开或塞住具有更高的可靠性。微珠可以是球形永磁体或者膜状的圆柱形或矩形永磁体。优选地，膜状永磁体可具有0.1mm至0.5mm的厚度。电磁体可为具有优选直径为0.01mm至0.5mm的绕线。优选地，代替微珠的包覆，可在微珠与孔之间插入膜状缓冲材料。

图1和图2示出了其中使用永磁微珠70a的阀装置的DBD的截面图，其中阀装置的的顶部设置有永磁体4a且阀装置的底部设置有可移动永磁体5a。

如图1和图2所示，DBD 100包括上层衬底1、中间层衬底2、以及下层衬底3。通过注模工艺在上层、中间层、以及下层衬底1、2、3中均形成作为流动路径的通道、作为缓冲池的腔室、以及连接通道的孔。接下来，将上层、中间层、以及下层衬底1、2、3粘结在一起，以形成DBD100的主体。

图1示出了通过永磁微珠70a堵塞住孔10以阻挡通道16a的状态。图2示出了从孔10中去除永磁微珠70a以互连通道16a的状态。如图1所示，利用永磁微珠70a堵塞孔10并阻挡通道16a，可移动永磁体5a被从DBD的底层表面(孔的中心位置处)移除。在本实施例中，通过微珠与设置在微珠上方的膜状永磁体4a之间的吸引力堵塞住孔10。与此相反，如图2所示，打开孔10并互连通道16a，可移动永磁体5a被移入DBD的底层表面(孔的中心位置处)。

下部磁体5a的优选实施例是可移动永磁体安装在置于DBD下方可快速移动的滑块上。由于根据本发明的DBD 100包括相对窄的通道16a作为液体路径，需要在上层衬底1中形成通风孔12，以降低空气压力并使得液体可顺畅地流过通道。

图3示出了DBD 100以及用于控制DBD 100的生物驱动器装置，且在DBD 100中集成了作为各种化验缓冲池和各种反应地的腔室、作为液体样品和缓冲液的流动路径的通道、以及用于控制通道打开和关闭的阀装置以形成芯片上实验室。

适合根据本发明的DBD 100所用的材料包括塑料、有机玻璃(PMMA)、玻璃、云母、硅土、以及用于制造半导体晶片的任何材料等。然而，在上述材料中，考虑到价格便宜以及加工方便的缘故，塑料为最优选的材料。合适的塑料例子包括聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯、有机玻璃、COC(环烯烃共聚物)、以及聚碳酸酯，其中COC、聚丙烯、以及聚碳酸酯为优选，并聚碳酸酯为最优选。

如上参考图1和图2所述，DBD 100包括上层衬底1、中间层衬底2、以及下层衬底3。通过注模工艺在上层、中间层、以及下层衬底1、2、和3中均形成作为流动路径的通道、作为缓冲池的腔室、以及连接通道的孔。接下来，将上层、中间层、以及下层衬底1、2、和3粘结在一起，从而形成DBD 100的主体。

参考2002年5月31日提交的发明名称为“利用微珠的微阀装置及其控制方法”的国际专利申请No.PCT/KR02/01035及2001年5月31日提交的相应优先权韩国专利申请No.10-2001-0031284，可以获取阀结构的详细内容。

在DBD 100中构建彼此层叠的上层衬底1、中间层衬底2、以及下层衬底3。通过各自的上部永磁体4a、4b、4c产生的磁力分别上下移动永磁微珠70a、70b、70c，以及下部可移动永磁体5a打开和关闭连接通道的孔。在图3中，附图标记120表示用于样品注入的吸管或注射器，附图标记121表示样品入口、以及附图标记170表示盘孔。附图标记130表示制备室，用于直接从血液或细胞中或通过反转录从RNA中制备DNA样品，或用于从血液中制备血清样品；附图标记131表示用于进行聚合酶链式反应(PCR)的PCR室；以及，附图标记132表示用于进行杂交或抗原-抗体反应的腔室，该腔室为具有分析和诊断来自所述PCR的放大的DNA样品所用的捕获探针或其上固定有免疫阵列的化验点。附图标记133表示用于收集在清洗处理中所产生废物的垃圾室。附图标记211表示其上安装有可移动永磁体5a的滑块，该滑块与滑块电机109相连并受其控制。附图标记140表示用于储存PCR缓冲液的腔室，且附图标记141、142、和143表示用于储存杂交所需的各种酶的腔室。

通过安装在滑块211上的可移动永磁体5a的接近/离开移动来控制在每个处理(制备、PCR、杂交、抗原-抗体反应、以及清洗)的开始时刻和终止时刻上阀装置的打开和关闭。通过DBD 100旋转产生的离心力来引起DBD 100中的液体流动。

附图标记103a表示用于阅读通用光盘(例如，音频CD、CR-R、游戏CF、以及DVD)的光学读取器件(CD阅读器或DVD阅读器)。附图标记103b表示例如光传输类测量器件、电化学检测器件、电容与阻抗测量器件、图像传感器、或生物凹点检测器件的检测器件。将光学读写器件103a与检测器件103b集成在一个模块中，以提供生物光学读取模块(BOPM)器件103。

在图3的附图标记103b为图像传感器的例子中，图像传感器可以是安装在BOPM上的图像传感器，例如CIS传感器或其它具有短焦距的图像传感器。在本实施例中，线图像传感器还可包括以波长500nm至800nm的光进行照射的发光二极管(LED)以及设置在线图像传感器附近的光学透镜。含有线图像传感器的BOPM器件103可在滑块211上移动，以获得化验点的二维图像信息。

在图3中，生物光学读取模块(BOPM)器件103还可包括接触接口装置240和241，用于向DBD 100中的化验点提供控制信号以及从DBD100中的化验点读取检测信号。接触接口装置240、241用在具有光接收单元的DBD的光传输检测器件上，或用在具有叉指状阵列的DBD的电化学测量器件或电容与阻抗测量器件上，以控制其中的电压产生、电流检测、频率产生、或氧化还原反应。

在图3中，中央控制系统101可为例如光传输类测量器件、电化学检测器件、电容与阻抗测量器件、图像传感器、或生物凹点检测器件的检测器件103b产生控制信号，以阅读DBD 100中的化验点132。

附图标记110b表示连接BOPM器件103以及滑块211上接触接口装置240和241所需的各种控制信号的弹性线缆，并通过晶片或挽具110a与中央控制系统101相连。

附图标记181表示其上载有DBD 100或例如音频CD、CD-R、游戏CD、或DVD的通用光盘的转盘，且该转盘啮合DBD 100或通用光盘的盘孔170。在盘200固定至转盘181中，通过顶端加载或前端加载的方式将DBD 100加载至转盘181上。

如上所述，DBD 100的内含RFIC卡188的存储器存储有芯片上实验室的协议、化验解释算法、分析用的标准控制值、关于分析点的位置信息、生物信息学信息、自诊断信息等。RFIC卡188可包括生物驱动器软件以及对病人关于临床化验的教育信息，并可适应使用者需求而改变。RFIC卡188可包括多个网站地址以及链接，例如，让病人能够基于自身的诊断结果与医生或医院进行交流的网站地址，以及防止未授权用户访问的加密个人信息。

RFIC卡188的优选实施例为RAM或ROM内置智能卡。存储在RFIC卡188中的信息可无线传输至中央控制系统101，以便进行远程分析、诊断以及个人信息安全加密。附图标记110表示用于向DBD上的RFIC 188提供电能的RF波产生单元。

在图3中，RFIC 188可利用叉指状阵列电极控制电化学检测器件或电容与阻抗测量器件的电压产生、电流检测、频率产生、或氧化还原反应，并将检测结果以无线方式传送至外部中央控制器101、存储装置、或输入输出器件111。

附图标记240a和241a表示接触接口装置240和241所用的连接节点，用于阅读DBD 100上的化验点。连接节点240a和241a涂覆有导电材料，并与接触接口装置240和241相连，以向DBD 100中的化验点提供控制信号。

图4示出了滑块211的实施例，在滑块211上设置有BOPM器件103、可移动永磁体5a、以及接触接口装置240和241。滑块211通过蜗轮109a与滑块电机109及其计数部109b相连，从而使滑块211的移动受到控制。

在作为引导的滑动臂108a和108b上以滑动的方式移动滑块211。滑动臂108a和108b通过螺丝110a、110b、110c、110d与DBD驱动器的主体相连。附图标记110b表示连接BOPM器件103以及滑块211上接触接口装置240和241所需的各种控制信号的弹性线缆，并通过晶片或挽具110a与中央控制系统相连。附图标记181表示通过主轴电机旋转的转盘。

图5示出了用于控制加载在转盘181上的DBD 100的生物驱动装置的实施例。

在图5中，滑块211上的接触接口装置240和241向DBD 100中的化验点提供控制信号，并从DBD 100中的化验点读取检测信号。当读取化验点时，接触接口装置240和241的一端固定在滑块211中，而其另一端适配在涂覆有导电材料的连接节点240a和241a中。

附图标记300表示用于支撑DBD驱动器的主体。其上设置有中央控制器101以及存储器件或输入输出器件111的电路板140与作为基底的DBD驱动器主体300啮合。中央控制器101控制主轴电机102以旋转和停止DBD 100，以及控制滑块电机109以移动安装在滑块上的BOPM器件103，也控制永磁体5a以打开和关闭DBD中的阀。在打开阀时，永磁体5a尽量靠近DBD中孔的中心，以便有效地对膜状圆柱磁体70a施加吸引力。

中央控制系统101确定当前载入生物驱动器装置的盘是例如音频CD、CD-R、游戏CD、或DVD的通用光盘，还是非光学的DBD。如果确定当前载入的盘是通用光盘，中央控制系统101将利用光学读取器件103a从光盘中读取的信息传送至存储器或输入输出单元111或者将需要写入的信息传送至光学读取103a，并利用读/写控制信号控制光盘的运作。如果确定当前载入的盘是DBD，中央控制系统101通过非接触接口106将各种控制DBD的芯片上实验室所用的控制信号传送至DBD 100的RFIC卡188。DBD 200的RFIC卡188将接收到的控制信号传送至DBD100的芯片上实验室。

根据本发明的DBD驱动器装置还可包括生物盘检测单元，用于确定当前载入DBD驱动器装置上的盘是生物盘(DBD)还是选自音频CD、CD-R、游戏CD、以及DVD中的通用光盘。

在根据本发明的DBD驱动器装置中，光学读取器件可读取在DBD100表面上特定区域的凹槽图案或数据图案，以使中央控制系统101能够识别当前载入DBD驱动器装置的盘是否为DBD。可选地，当加载DBD时，DBD上的RFIC卡188可无线传输加载信息至中央控制系统101，以使中央控制系统能够识别当前载入DBD驱动器装置的盘是否为DBD。

通过与滑块211相连的弹性线缆110b将由检测器获得的来自DBD100的阵列室(化验点)132的检测结果传送至中央控制系统101或者存储器或输入输出单元111，其中该检测器包括光学器件、电化学器件、电容与阻抗测量器件、图像传感器、或生物凹点检测器件。可选地，通过内置在DBD 100中的RFIC卡188将由检测器获得的来自DBD 100的阵列室(化验点)132的检测结果传送至中央控制系统101或者存储器或输入输出单元111，其中该检测器包括光学器件、电化学器件、或电容与阻抗测量器件。可选地，排列在PCB 140上的图像传感器144将化验点132通过图像传感器得到的检测结果传送至中央控制系统101或者存储器或输入输出单元111。附图标记107表示激光产生器件，其激励用荧光标签或放射性同位素标记的化验点的受限的信号元件。通过图像传感器144来执行被激光产生器件激励的受限的信号元件的检测。

图6示出了光学化验检测器的实施例，其利用光传输方法从化验点132检测特定分析物信号。

图6左边的截面图示出了一种状态，其中多个信号元件557固定在DBD 100的上层衬底1的表面(受限的信号元件)；而图6右边的截面图示出了一种状态，其中少量信号元件557在分裂反应之后保留在上层衬底1上(释放的信号元件)。

在图6的实施例中，光学阵列检测器99a和99b由激光器件(光发射单元)以及光检测器(光接收单元)来实现，其中激光器件(光发射单元)发射激光到可分裂的信号元件557上，且光检测器(光接收单元)检测差分光输出信号。为使光检测器99b具有更高的灵敏度，还可形成透明的开口555。

图7示出了基于光传输的图6的光学阵列检测器的变型，其中光检测器99b被集成在上层衬底1中。在本实施例中，排列有与多个光检测器99b一一对应的多个化验点。多个光检测器99b的这种排列区别于通用光学读取装置103中使用的模块化光发射和接收单元，模块化光发射和接收单元由于其较长的反射路径而引起低灵敏度的问题。

图8示出了沿其外部轮廓区域排列有多个光检测器99b的DBD的实施例。当DBD旋转时，DBD中的各个分析物点被相应的光检测器99b顺序检测。

图9～14分别示出了用于从DBD 100的化验点132中检测特定分析物信号的电化学检测器、电容与阻抗测量器件、图像传感器、或生物凹点检测器件的实施例。通过排列在衬底701上的叉指状阵列电极702和703以及作为信号响应部分附着在衬底701上探针每一端的金属微球40或辣根过氧化物酶(HRP)41，来实现图9～14中示出的某些电化学检测器或电容阻抗测量器件。某些电化学检测器或电容阻抗测量器件是基于主要用于免疫色谱法的抗原-抗体反应。在根据本发明的DBD中，多孔膜可以是任何具有大量孔的膜。优选地，衬底701可优选为涂覆有叉指状阵列电极的多孔膜，且多孔膜可为选自NC(硝化纤维)膜、尼龙膜、以及定向纳米管中的一个。

图9示出了具有叉指状阵列电极702和703的电化学检测器或者电容与阻抗测量器件的实施例。

控制器63向相应叉指状阵列电极702和703的两个输入端口704和705施加具有给定带宽的AC信号，以测量化验点的频率响应特性以及随后从频率响应特性中测量化验点的电容及阻抗。可选地，控制器63能够测量通过H₂O₂溶液中的HRP感生的作为分析物的还原/氧化(REDOX)反应结果的电压或电流，从而实现化验点的电化学检测。这种利用叉指状阵列电极的电容与阻抗测量器件的详细结构，请参考发明名称为“利用响应核酸或低聚核苷酸的互补双链或单链的裂解技术的核酸杂交化验方法及其装置”的国际专利申请No.PCT/KR02/00126(提交于2002年1月27日)以及其优先权的韩国专利申请No.10-2001-0003956(提交于2001年1月27日)。

图10和11示出了用于从DBD 100的化验点132中检测特定分析物信号的电化学检测器或者电容与阻抗测量器件的实施例。通过排列在衬底701上的叉指状阵列电极702和703以及作为信号响应部分附着在每个固定在衬底701上用作探针的可分裂信号元件的HRP 41，来实现图10和11中的电化学检测器或者电容与阻抗测量器件。通过HRP 41产生作为连续REDOX反应结果的电子，且这些电子感生电压和电流越过叉指状阵列电极702和703。数位越多，叉指状阵列电极702、703的灵敏度越高。

通过氨化衬底701的表面，形成非反应的单层，例如在衬底701的氨化表面上烷烃链，并固定标记有生物素50的可分裂信号元件，来制造DBD 100的化验点132；其中，非反应层用来防止可分裂信号元件与衬底701的直接接触。

在样品注入之后，不与样品杂交的可分裂信号元件保留为单串，通过清洗被分裂并去除。同时，与样品杂交并形成双串43的可分裂信号元件，在分裂和清洗处理之后保留下来。接下来，辣根标记的HRP被注入信号元件，以将辣根51结合至标记的生物素。

接下来，通过H₂O₂溶液中的HRP引起一系列信号元件的REDOX反应，以感生电压和电流越过叉指状阵列电极702和703。控制器63测量越过叉指状阵列电极702和703的电压和电流。以上述方式，可检测得到受限的和分裂的(释放的)信号元件之间的差分电化学信号。

图11左边的截面图示出了在DBD 100上保留有可分裂信号元件的状态，使得化验点132中的信号元件非常容易被溶液中的HRP氧化并还原。图11右边的截面图示出了通过清洗大多数可分裂信号元件被分裂并去除的状态，使得不容易发生REDOX反应。可检测到两种状态之间的差分电化学信号。

图12示出了用于从DBD 100的化验点132中检测特定分析物信号的电化学检测器或者电容与阻抗测量器件的另一实施例。通过设置在衬底701上的叉指状阵列电极702、703以及与待化验的目标样品(分析物或抗原)形成标签抗原复合物的标签抗体471来实现图12中的电化学检测器或者电容与阻抗测量器件。标签抗原复合物被施加到其中捕获抗体473固定在衬底701上的化验点312。图12中的电化学检测器或者电容与阻抗测量器件是基于标签抗原复合物与捕获抗体473之间的抗原-抗体反应的。利用优选地由金、乳胶、荧光标志、酶、或放射性同位素制成的着色部分474标记标签抗体471。

当标签抗原复合物与捕获抗体473反应时，抗原-抗体反应的生成物在清洗后作为受限的信号元件保留。当标签抗原复合物不与捕获抗体473反应时，保持不反应的捕获抗体473用作释放的信号元件。从其频率响应特性中测量得到可分裂信号元件的电容与阻抗。

图13左边的截面图示出了清洗后信号元件保留在衬底701上的状态，其中所述信号元件是DBD 100中的抗原-抗体反应的生成物、并标记有金、乳胶、荧光标志、酶、或放射性同位素。图13右边的截面图示出了无抗原-抗体反应发生且仅捕获抗体在清洗后保持未反应的状态。通过叉指状阵列电极702和703或图像传感器144检测两种状态之间的差分电容与阻抗信号或者差分着色信息。

图14示出了用于从DBD 100的化验点132中检测特定分析物信号的图像传感器。将标签抗原复合物施加到其中在衬底701上固定有捕获抗体473的化验点312上。图像传感器基于标签抗原复合物与捕获抗体473之间的抗原-抗体反应来获得着色信息。利用优选地由金、乳胶、荧光标志、酶、或放射性同位素制成的着色部分474标记标签抗体471。衬底701可优选多孔膜，且多孔膜为选自NC(硝化纤维)膜、尼龙膜、以及定向纳米管中的一个。

当标签抗原复合物与捕获抗体473反应时，抗原-抗体反应的生成物在清洗后作为受限的信号元件保留。当标签抗原复合物不与捕获抗体473反应时，保持不反应的捕获抗体473用作释放的信号元件。图14左边的截面图示出了清洗后信号元件保留在衬底701上的状态，其中所述信号元件是DBD 100中的抗原-抗体反应的生成物、并标记有金、乳胶、荧光标志、酶、或放射性同位素。图14右边的截面图示出了无抗原-抗体反应发生且仅捕获抗体在清洗后保持未反应的状态。通过图像传感器检测两种状态之间的差分着色信息。在利用荧光标签或放射性同位素标记化验点的受限信号元件的例子中，通过激光产生器件激励受限的信号元件，并通过图像传感器144执行激励的受限信号元件的检测。

图15示出了为抗原-抗体反应设计的芯片上实验室的实施例，其可集成在DBD 100中。图16示出了图15中的化验点132内阵列的实施例。在图15中，附图标记130表示用于从通过样品入口121注入的血液中制备血清样品的制备室；附图标记132表示用于抗原-抗体反应的腔室，该腔室为在其上固定有免疫阵列的化验点，从而分析及诊断抗原，也即样品或分析物；以及，附图标记133表示用于收集在清洗处理中所产生废物的垃圾室。通过将捕获抗体固定在覆盖在多孔膜上的叉指状阵列电极之间或在不具有叉指状阵列电极的多孔膜之上来构成化验点132。多孔膜可为选自NC(硝化纤维)膜、尼龙膜、以及定向纳米管中的一个。

从盘的中心至盘的外圆周螺旋状设置进行例如样品制备、抗原-抗体反应、以及清洗之类主要处理的腔室，且这些腔室相互连接，以便通过离心力产生的自然液体流动来实现顺序处理。此外，试剂贮存室呈螺旋状设置在对应的反应腔室附近。

附图标记129表示清洗或洗提缓冲池，且附图标记142a表示标签抗体池。标签抗体池142a中的标签抗体标记有由例如金、乳胶、荧光标志、酶、或放射性同位素制成的着色部分。附图标记150、152、153、和156表示阀。通过DBD旋转时产生的离心力以及阀的打开和关闭来控制DBD100中的液体流动。

优选地，可通过盘旋转产生的离心力来制备血清样品。在本实施例中，制备室可具有锥形烧杯或细颈瓶的形状，以方便在离心力下制备血清；且制备室还可在颈部具有通道，以便与下一个腔室连接。因此，当施加离心力时，血液凝块聚集在腔室的圆周外部空间、且血清聚集在腔室的圆周内部空间，因此由于血清层比血液凝块层相对较高而可轻易分离出血清。接下来，当打开阀152时，通过缓慢旋转生物盘可将血清移入下一个腔室。

附图标记173表示平衡室或者平衡砝码，其使盘的中心成为重心。如果高速旋转的DBD 100偏离重心，则DBD 100在高速旋转期间会剧烈抖动。从而需要平衡室或平衡砝码173来防止DBD 100在高速旋转期间的抖动。

通过将捕获抗体固定在覆盖在多孔膜上的叉指状阵列电极之间或者不具有叉指状阵列电极的多孔膜之上来构成化验点132。多孔膜可为选自NC(硝化纤维)膜、尼龙膜、以及定向纳米管中的一个。

在图15中的DBD中，可通过在衬底上排列作为捕获抗体的肿瘤标志来构成免疫探针阵列。更优选地，可通过在衬底上排列选自AFP、PSA、CEA、CA19-9、CA125、以及CA15-3中的至少一种肿瘤标志来构成免疫探针阵列。此外，可通过排列选自肌血球素、CK-MB、作为心脏病标志的肌钙蛋白1(Tn1)、以及作为老年痴呆症标志的GS(谷氨酰胺合成酶)中的至少一个来构成免疫探针阵列。

通常，在癌症的初始阶段，肿瘤标志的血液浓度并不高且处于正常范围内。随着癌症的发展，肿瘤标志的血液浓度会增加并检测为阳性。在这个方面，根据本发明的DBD驱动器还可包括统计软件和存储装置，用于管理化验点的检测结果的历史以及向使用者提供周期性诊断信息。此外，根据本发明的DBD驱动器还可包括用于确定阴性、阳性、或危险状态的软件以及利用检测器件通过检测信号强度来计算相关值的软件。例如，图像传感器可通过分析着色颗粒上的图像信息来测量着色强度。

在DBD 100中，液体流动可受控于由DBD旋转产生的离心力以及阀的打开和关闭；由DBD旋转产生的离心力以及亲水通道的亲水特性以及阀的打开和关闭；或由DBD旋转产生的离心力以及具有快速且重复打开和关闭阀的亲水通道的亲水特性。对于往亲水通道的液体流动，应能够克服在亲水涂覆与疏水涂覆之间的接口产生的初始阻力。阀的快速且重复打开和关闭引起液体中的抖动，并帮助液体流动克服上述初始阻力。在克服阻力之后，液体可通过亲水特性流入亲水通道。

在DBD 100中，可通过由DBD旋转产生的离心力以及在DBD旋转期间的“脉冲阀操作”来执行液体流动；且在“脉冲阀操作”中，阀在其孔对准永磁体5a时重复打开。这种阀操作被称为“脉冲阀操作”。

在图15中，从DBD的中心到阀151、152、153以及DBD的外部不流动区域的径向距离被分别标为R1、R2、R3、R4。且径向距离具有R1＜R2＜R3＜R4的关系。

为了根据“脉冲阀操作”打开阀151，滑块211上的永磁体5a移动至径向距离R1上并旋转DBD。在盘旋转过程中，当阀的孔对准设置在滑块上的永磁体5a时，利用吸引力重复打开阀151。此外，可通过DBD旋转产生的离心力以及重复打开阀151来执行液体流动。

为了根据“脉冲阀操作”关闭阀，滑块211上的永磁体5a移动至径向距离R4上。阀151、152、153不会受到在径向距离R4上的永磁体5a的影响。因而，通过膜状圆柱磁体7a、7b、7c与设置在这些阀之上的永磁体4a、4b、4c之间的吸引力来关闭阀。

在DBD 100中，可通过“抽吸液体流动”执行液体流动，其中滑块211上的永磁体5a相对孔中心的快速接近和离开移动的重复会引起膜状圆柱磁体的上下移动。由于上述膜状圆柱磁体的上下移动，产生了抽吸力并施加在液体上，从而使得液体可以流动。通过抽吸力的液体流动被称为“抽吸液体流动”。在对化验点的正前阀不能使用离心力的例子中，抽吸液体流动会很有用。

可在“径向阀搜索处理”或“方位阀搜索处理”之后执行抽吸液体流动，以便滑块上的永磁体准确地对准孔。

(1)通过滑块的移动来执行径向阀搜索处理。例如，滑块211上的永磁体5a移动至距离DBD的中心的径向距离R1、R2、R3或R4。(2)随后，通过盘的旋转来执行方位阀搜索处理。例如，通过主轴电机102的缓慢旋转或具有停止的滑块211的源于小转矩的主轴电机的短暂旋转的重复来执行方位阀搜索处理。在缓慢旋转或多次短暂旋转的期间，当位于孔中心的膜状圆柱磁体对准设置在滑块211上的可移动永磁体5a时，通过上述两者之间的强吸引力停止盘的缓慢的或短暂的旋转，从而使得盘停止在相应位置处。

在通过“径向阀搜索处理”或“方位阀搜索处理”将设置在滑块211上的永磁体5a对准孔的中心之后，膜状圆柱磁体上下移动，并通过“抽吸液体流动”产生抽吸力，从而使得液体可以流动。

图15为变型为用于诊断糖尿病的DBD。

为了检测最近两三个月的血糖水平，可在DBD 100中的化验点132上排列设置抗HbA1c或葡萄糖抗体。通过可检测着色信息的图像传感器来测量HbA1c或葡萄糖的量。可通过检测血色素的着色浓度来检测血色素的总量。可通过HBA1c的百分比(HbA1c/总血色素×100)来计算血糖水平。

在图15中，附图标记130表示用于从通过样品入口121注入的血液中制备血清或血色素样品的制备室；附图标记132表示用于抗原-抗体反应的腔室，其中抗HbA1c抗体或葡萄糖抗体排列设置在化验点上，以与制备的样品中抗原、葡萄糖、或HbA1c的反应；以及，附图标记133表示用于收集在清洗处理中所产生废物的垃圾室。制备室还可包含用于裂解红血球细胞并提取血色素的RBC(红血球)裂解缓冲溶液。

可通过将捕获抗体固定在覆盖在多孔膜上的叉指状阵列电极之间或在不具有叉指状阵列电极的多孔膜之上来构成化验点132。多孔膜可为选自NC(硝化纤维)膜、尼龙膜、以及定向纳米管中的一个。

附图标记129表示清洗或洗提缓冲池，且附图标记142a表示标签抗体池。标签抗体池142a中的标签抗体标记有由金、乳胶、荧光标志、酶、或放射性同位素制成的着色部分。在以酶作为标签的例子中，DBD还可包括用于保存与酶反应的衬底的衬底室134。

在图15中，DBD 100还可包括乙烯基盖或保护性乙烯基，其可关闭样品入口121、通风口12a、12b、12c以及试剂入口13a、13b中的至少一个。由于乙烯基盖具有粘附DBD的倾向性，其可保护DBD的表面并关闭所有的孔(通风口与试剂入口或可选地样品入口)。就在使用DBD之前，从DBD上去除乙烯基盖，以便打开且暴露通风口或样品入口。此时，试剂入口并未打开。此外，在试剂注入到腔室中之后，可利用UV粘合剂或与被去除的乙烯基盖不同的乙烯基盖(保护性盖)来密封试剂入口。

图16示出了化验点的实施例，其中在例如多孔膜999或聚碳酸酯的衬底上点状排列有肿瘤标志。在这个实施例中，在多孔膜999上排列有六个肿瘤标志，即AFP(999a)、PSA(999b)、CEA(999c)、CA19-9(999d)、CA125(999e)、以及CA15-3(999f)。关于在聚碳酸酯上固定抗体的方法的详细描述，请参考发明名称为“利用响应核酸或低聚核苷酸的互补双链或单链的裂解技术的核酸杂交化验方法及其装置”的国际专利申请No.PCT/KR02/00126(2002年1月27日提交)以及其优选权韩国专利申请No.10-2001-0003956(2001年1月27日提交)。

图17示出了根据本发明的与亲水通道及正前阀相连的化验点的实施例。在图17中，附图标记901a表示疏水通道，附图标记901b表示亲水通道，以及附图标记153表示化验点的正前阀。附图标记999表示在化验点中的固定有捕获抗体的多孔膜。在本实施例中，亲水通道901b分为三个分支通道，且亲水通道901b通过位于每个分支通道末端的孔601a、601b、601c与多孔膜999相连。化验点具有设置在化验点两侧的空气孔915a、915b，以在盘旋转时干燥多孔膜999。

在血清中的抗原与标签室142a中的标签抗体结合后，标签抗原复合物形成并流入亲水通道901b，且当阀153打开时充满分支通道。接下来，关闭阀153且生物盘缓慢旋转，以将标签抗原复合物通过位于每个分支通道末端的孔601a、601b、601c移动进入多孔膜999。随后执行标签抗原复合物与多孔膜999中的捕获抗体之间的抗原-抗体反应。

将随后描述在图15的芯片上实验室中如何执行主要化验处理的实施例。

<样品制备处理>

通过如下方式在制备室130中从血液中提取血清。

1).通过样品入口121注入10uL(EDTA、ACD管)血液到制备室130中。缓慢旋转生物盘，以将血清与血液凝块分离。

2).打开阀151，并缓慢旋转DBD，以使在制备室130的上层中的血清流入标签抗体池142a。通过将永磁体5a移动到距离DBD的中心径向距离R1处并基于“脉冲阀操作”来执行阀151的打开。

3).停止DBD的旋转，并关闭阀151。通过将永磁体5a移动到距离DBD的中心径向距离R4处来执行阀151的关闭。

<抗原-抗体反应>

图15中的标签抗体池142a保存有标记有例如金、乳胶、荧光标志、酶、或放射性同位素的着色部分的标签抗体，且化验点132包含有固定在例如多孔膜的衬底上的捕获抗体。

在根据本发明的DBD中的抗原-抗体反应包括，将通过样品制备提取的血清中的抗原与标签抗体池142a中的标签抗体结合，以形成标签抗体复合物；以及，将标签抗体复合物与化验点132中的捕获抗体结合。将通过下述方法来引起这些抗原-抗体反应。

1).在血清进入标签抗体池腔室142之后，保温培养标签抗体池腔室142大约1至2分钟，以引起抗原与标签抗体之间的反应并形成标签抗体复合物。

2).打开阀152，缓慢旋转DBD，以使得标签抗体池142a中的标签抗原复合物流入化验点132。

3).停止DBD的旋转，并关闭阀152。

4).在室温环境且静止状态下保温培养DBD大约3至5分钟，随后开始标签抗原-抗体与化验点132中的捕获抗体的之间的反应。

5).旋转DBD，并打开阀153以使得清洗缓冲池129中的清洗缓冲液或洗提缓冲液进入且清洗化验点132。

步骤1)中的保温培养还可包括，在“方位阀搜索处理”或具有小转矩的DBD的短暂旋转之后，通过滑块211的短暂向前及向后移动产生的震颤混合处理。

步骤2)中的标签抗原复合物的移动可通过在“径向阀搜索处理”或“方位阀搜索处理”之后的“抽吸液体流动”来执行。

步骤5)中的清洗或洗提缓冲液的移动可通过在“径向阀搜索处理”或“方位阀搜索处理”之后的“抽吸液体流动”来执行。

抗原-抗体反应还可包括，在检测化验点之前，通过高速旋转DBD来清洗且干燥化验点。

<检测处理及远程诊断>

利用包括具有上述结构的光学器件、电化学器件、电容与阻抗测量器件、图像传感器、或生物凹点检测器件来检测保留在化验点132中的未分裂的信号元件，编程后的检测器可选择性地检测具有可分裂的信号元件的化验点。

基于检测结果在计算机显示器上显示诊断数据及调查问卷；并可选地，通过互联网自动或手动地将所述诊断数据及调查问卷传送到远端的专家。病人等待专家的指示。

一旦DBD 100载入生物驱动器装置，就自动开始化验。当载入的DBD中还没有通过样品入口121注入样品时，生物驱动器装置会发送“弹出”消息或警告消息给使用者。

为了确定是否已注入样品，还可在制备室130中安装附加阻抗测量器件。可通过确定包含样品与不包含样品的两种状态之间的不同阻抗特性来确定是否已注入样品。

与安装在化验点132中的电容与阻抗测量器件一样，可通过叉指状阵列电极来实现上述用于确定样品存在与否的阻抗测量器件。

在化验或诊断过程中由卸载或停止命令输入到生物驱动器装置时，则生物驱动器装置在继续化验和诊断时发出警告消息或请求使用者输入口令。如果使用者输入正确的口令，则生物驱动器装置停止化验或诊断并弹出DBD。

一旦化验或诊断完成，在使用者的请求下生物驱动器装置弹出DBD。

DBD在其RFIC卡188中存储有关其已使用次数、其有效期、以及其能够诊断的疾病种类的信息。例如，当在化验期间或在化验完成后向一次性的DBD输入弹出命令时，向RFIC卡188写入其使用历史，以便随后通知载入该一次性DBD的使用者不可再次利用该DBD。当载入的DBD具有届满的有效期限时，生物驱动器装置通知使用者该DBD不再有效。例如，计算机可通过计算生产日期与当前日期的时间间隔并确定有效期限是否届满。

图18和19示出了根据本发明的前端载入型生物驱动器装置的示例性示意图。附图标记751表示容器，附图标记750表示DBD载入盘，以及附图标记745和746分别表示通用光盘使用的播放按钮和停止按钮。

特别地，图18中的DBD驱动器装置为一个利用发光二极管(LEDs)指示化验进度状态的实施例。LED 741指示当前载入的盘是DBD，LED742指示化验进度的当前状态，以及LED 743指示载入的盘是通用光盘。等同代替LED的指示器件可用于相同的目的。

图19中的DBD驱动器装置为一个利用液晶显示器(LCD)760指示化验进度状态的实施例。在本实施例中，可利用百分数或条线图来表示例如样品制备、PCR、杂交、以及抗原-抗体反应等各主要处理的进度状态。

可通过计算机显示器或图形化用户界面来显示根据本发明的生物驱动器装置中的化验进度状态。可利用百分数或者条线或饼状图来表示例如样品制备、PCR、杂交、以及抗原-抗体反应等各主要处理的进度状态。

图20示出了根据本发明的顶端载入型DBD驱动器装置的示例性示意图。附图标记751表示容器，附图标记750a表示DBD载入盖，附图标记760表示液晶显示器，以及附图标记741、742、743表示指示化验进度状态的发光二极管(LEDs)。

图21示出了具有多个转盘(777a、777b、777c、777d)可同时载入多张DBD的DBD驱动器装置的示例性示意图。在本实施例中，可顺序或同时化验4张生物盘。

图22示出了具有可载入诊断用DBD以及电影DVD盘的双核驱动器的DBD驱动器装置的示例性示意图。可选地，DBD驱动器装置可为一侧为DBD驱动器且另一侧为VCR(卡带式影像录放机)的组合驱动器。相应地，可在诊断期间欣赏电影。

附图标记750a和750b表示DBD或DVD载入盘。附图标记745a和745b表示播放与搜索按钮，并且附图标记746a和746b表示通用光盘使用的停止按钮。附图标记760a和760b表示指示化验进度状态的发光二极管(LEDs)。

当参考本发明的示例性实施例显示及描述本发明时，可以理解的是对于本领域普通技术人员来说，可在不脱离本发明权利要求所限定的精神及范围内，对本发明作出各种形式上及细节上的变化及改变。

工业应用

如上所述，根据本发明的包括新的阀控制单元和液体流动系统的DBD器件、DBD驱动器装置、以及其应用化验方法，适用于各种诊断化验器件、核酸杂交化验器件、以及免疫化验的芯片上实验室。本发明极其重要的特征是，所述生物驱动器装置兼容通用光盘，其中所述通用光盘包括音频CD、游戏CD、以及利用CD-ROM和DVD播放器的光盘等。因此，本发明提供了一种经济方便的传统产品替代物。此外，通过互联网可方便且容易地在与远程诊断所用计算机的连接中应用所述生物驱动器装置。