專利名稱：：多通道生物分離盒的制作方法
背景技術(shù)：
：本申請(qǐng)對(duì)2001年1月26日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第60/264,605號(hào)享有優(yōu)先權(quán)。1.交叉參考本申請(qǐng)和同時(shí)在2002年1月28日在美國(guó)申請(qǐng)的專利申請(qǐng)“多通道生物分離系統(tǒng)的光學(xué)檢測(cè)(OpticalDetectionInAMulti-Channelbio-separationSystem)”相關(guān)，該專利申請(qǐng)轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人BioCalTechnologyInc.，其全文可供參考。2.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及生物分離，特別是涉及用于承載多個(gè)帶有集成檢測(cè)光學(xué)裝置的多分離立柱(multi-separationcolumn)的便攜式盒(cartridge)以及包括該盒的生物分離系統(tǒng)3.相關(guān)技術(shù)說(shuō)明生物分析(bioanalysis)，如DNA分析，已經(jīng)由追求正確的純科學(xué)探索，快速轉(zhuǎn)變?yōu)樵絹?lái)越受信賴的一種例行檢驗(yàn)程序。醫(yī)學(xué)研究者、藥理學(xué)家以及法醫(yī)從事他們的工作時(shí)都采用DNA分析。但是由于能夠檢測(cè)和測(cè)量DNA試樣的設(shè)備相當(dāng)復(fù)雜，且試樣(sample)制備不易，使得已有的DNA分析程序通常耗時(shí)價(jià)高。因此希望縮小設(shè)備的尺寸、減少所用部件數(shù)目以及設(shè)備的成本，使處理過(guò)程試樣操縱更為簡(jiǎn)化，概括地說(shuō)，需要有簡(jiǎn)化的、低成本、高靈敏度(sensitivity)的檢測(cè)器。有一種DNA分析儀器可以利用電泳(electrophoresis)技術(shù)來(lái)分離DNA分子(molecule)。電泳技術(shù)可以用于為包括人身分驗(yàn)證、表現(xiàn)分析(expressionanalysis)、病原體檢測(cè)、突變檢測(cè)以及藥物遺傳學(xué)研究(Pharmacogenetics)等的遺傳基因應(yīng)用而分離DNA分子。電泳一詞是指帶電分子受到電場(chǎng)的影響所產(chǎn)生的移動(dòng)。電泳可以用于分離擁有相同荷質(zhì)比(charge-to-mass)但是不同質(zhì)量的分子，DNA碎片(fragment)就是這類分子的一個(gè)例子。目前市面上有許多利用電泳現(xiàn)象來(lái)分析DNA試樣的儀器。其中有一種類型是多通道平片凝膠電泳(multi-laneslabgelelectrophoresis)儀器，一如其名，是將DNA試樣放在有凝膠的平片上，在平片上施以電荷，使DNA試樣分離成不同質(zhì)量的DNA碎片。另一種電泳儀器稱為毛細(xì)管電泳(capillaryelectrophoresis，CE)儀器，通過(guò)在帶有緩沖溶液的熔凝石英毛細(xì)管立柱(fusedsilicacapillarycolumn)中應(yīng)用電泳效應(yīng)，試樣的尺寸要求明顯較小，分離速度和解析度要比平片凝膠電泳方法高好幾倍。在CE儀器中DNA分子的檢測(cè)通常是使輻射光通過(guò)毛細(xì)管壁照射在從被覆螢光物質(zhì)的試樣中被分離出來(lái)的成份，并檢測(cè)由入射光的照射引起的放射螢光。而發(fā)光強(qiáng)度就代表了試樣中成份的濃度、數(shù)量、和/或是尺寸。過(guò)去已開(kāi)發(fā)用于CE儀器的激光引起的螢光檢測(cè)(Laser-inducedfluorescence，LIF)方法。螢光檢測(cè)是在基因組和蛋白質(zhì)的領(lǐng)域常用的檢測(cè)方法，因?yàn)樗撵`敏度優(yōu)于其它的檢測(cè)方法。在設(shè)計(jì)以CE為基礎(chǔ)的檢測(cè)儀器和CE分析草案時(shí)遇到的問(wèn)題涉及試樣檢測(cè)技術(shù)。在螢光檢測(cè)的情況下，已經(jīng)對(duì)例如輻射光源(radiationsource)、光學(xué)檢測(cè)、檢測(cè)靈敏度和檢測(cè)可靠性、光學(xué)檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)的成本和可靠性提出重要的設(shè)計(jì)設(shè)想。在過(guò)去需要相當(dāng)高功率的光源，如激光(Laser)。當(dāng)光通過(guò)毛細(xì)管壁照到毛細(xì)管內(nèi)腔中分離的試樣成份時(shí)，光會(huì)在外部的毛細(xì)管壁/空氣接口以及內(nèi)部的毛細(xì)管壁/緩沖液接口產(chǎn)生散射(拉曼散射，Ramanscattering)，這樣會(huì)使得放射螢光(fluorescenceemission)的強(qiáng)度變?nèi)?。同樣地，放射螢光也?huì)在毛細(xì)管壁產(chǎn)生散射。過(guò)去已經(jīng)開(kāi)發(fā)許多種技術(shù)能夠更完全地收集放射螢光，以提高信號(hào)強(qiáng)度并因此提高檢測(cè)靈敏度，這些技術(shù)涉及另外的可移動(dòng)(或不可移動(dòng))的部件，因此使檢測(cè)過(guò)程變得更貴更復(fù)雜。在先技術(shù)的電泳儀的設(shè)計(jì)限制在研制多毛細(xì)管以電泳為基礎(chǔ)的儀器中更加嚴(yán)重。如已經(jīng)在多毛細(xì)管電泳系統(tǒng)中采用共焦掃描激光引起的螢光檢測(cè)(confocalscanninglaserinducedfluorescencedetection，LIF)。掃描共焦檢測(cè)依靠光學(xué)掃描系統(tǒng)。如果考慮到儀器本身的簡(jiǎn)易性、堅(jiān)固性和低成本要求，這種方法會(huì)用到可移動(dòng)的部件并不是很理想。另外，共焦檢測(cè)器的顯微透鏡的近焦距(shallowfocallength)對(duì)于機(jī)械和光學(xué)元件的容限提出苛刻的要求。還有光學(xué)掃描方法要求每個(gè)毛細(xì)管的占空度(dutycycle)較長(zhǎng)。因此，如果要產(chǎn)生更多的結(jié)果，要將儀器增大，那么可能犧牲系統(tǒng)的靈敏度。外層流(SheathFlow)檢測(cè)是另一種檢測(cè)的方法。循環(huán)膠體流檢測(cè)器的主要缺點(diǎn)是，高度精細(xì)的流量系統(tǒng)需要以通道間的光串?dāng)_(crosstalk)最低的方式保證可靠的外層流。為了滿足終端用戶對(duì)于堅(jiān)固性的要求，對(duì)于機(jī)械和光學(xué)元件的容限是非?？量痰囊?。該裝置的靈敏度相當(dāng)好，但是這種螢光檢測(cè)的原理顯然并不適合DNA分析所需的高輸出結(jié)果和低成本的要求。在設(shè)計(jì)多毛細(xì)管以為電泳基礎(chǔ)的儀器時(shí)的另一問(wèn)題和支承毛細(xì)管(supportofthecapillaries)相關(guān)。在發(fā)明人為Burolla等人的美國(guó)專利第5,198,091號(hào)中，介紹了一種用于電泳采用長(zhǎng)路徑的毛細(xì)管陣列(capillaryarray)的毛細(xì)盒。這一專利可以包括圍繞毛細(xì)管限定的用于循環(huán)冷卻液體中空區(qū)域，不過(guò)在此專利中并沒(méi)有包括跟盒集成在一起的儲(chǔ)存器(reservoir)。在發(fā)明人為Klein等人的美國(guó)專利第5,413,686號(hào)中描述一個(gè)其中還包括多個(gè)毛細(xì)管的自動(dòng)化的多通道毛細(xì)管電泳(capillaryelectrophoresis)分析器。在該分析裝置中示有儲(chǔ)存器，不過(guò)是多個(gè)儲(chǔ)存器，而且和毛細(xì)管分離，并設(shè)有集成到毛細(xì)管的支承中。在該裝置中還示有檢測(cè)用光學(xué)裝置，不過(guò)它們并沒(méi)有集成到小型化(compact)毛細(xì)管支承件中。在發(fā)明人為Shartle等人的美國(guó)專利第5,338,427號(hào)中介紹一種用于毛細(xì)管電泳(capillaryelectrophoresis)儀器中使用單一用途的分離盒，其中多個(gè)毛細(xì)管(tube)水平配置在一個(gè)共平面的陣列中。單一用途的分離盒取代了大型試劑儲(chǔ)存器，而試劑則是呈半球水滴狀。此外，現(xiàn)行用于凝膠緩沖化學(xué)成分的系統(tǒng)不能夠用在專用的毛細(xì)管電泳儀器上，換句話說(shuō)，現(xiàn)在使用的毛細(xì)管電泳儀器需要將(具有不同涂層和立柱尺寸)毛細(xì)管必須和針對(duì)不同分離應(yīng)用(不同類型、速度和解析度)的緩沖試劑匹配。發(fā)明概述本發(fā)明提供一個(gè)使用高效、小型化、精簡(jiǎn)、便攜、可互換、可重復(fù)使用、低成本、可回收、易于組裝的多通道盒(cartridge)的生物分離(bioseparation)系統(tǒng)，沒(méi)有可移動(dòng)的部件，并具有集成的預(yù)先對(duì)準(zhǔn)(aligned)的光學(xué)裝置和集成的試劑儲(chǔ)存器。舉例來(lái)說(shuō)，盒可承載用于毛細(xì)管電泳(CE)分離的多個(gè)毛細(xì)管。對(duì)所有毛細(xì)管均共用集成的包括分離承載介質(zhì)(例如凝膠緩沖劑)的儲(chǔ)存器。根據(jù)每一盒限定介質(zhì)的化學(xué)成分和毛細(xì)管的特性(如毛細(xì)管大小、涂層和長(zhǎng)度)。可以易于將不同的盒集成在生物分離系統(tǒng)中，以適應(yīng)基于特定試樣的分離。將儲(chǔ)存器連接到氣壓泵，該氣壓泵可對(duì)凝膠儲(chǔ)存器加壓，以便用做為分離承載介質(zhì)的緩沖劑清洗并填充毛細(xì)管。按照本發(fā)明的另一方面，將需要相對(duì)該檢測(cè)區(qū)(如用于導(dǎo)引入射光或放射光的纖維光學(xué)裝置)精細(xì)對(duì)準(zhǔn)的光學(xué)裝置集成在盒中。按照本發(fā)明的一方面，盒支承用于CE分離的多個(gè)毛細(xì)管。盒包括組合的各主體(body)部件、激勵(lì)光纖(excitationfibers)、毛細(xì)管、電極、緩沖劑/凝膠儲(chǔ)存器以及用于外部輻射光輸入的集成光學(xué)裝置。儲(chǔ)存器裝備有對(duì)所有毛細(xì)管共用的單一電極。按照本發(fā)明的另一方面，將光學(xué)裝置集成到盒。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，光學(xué)激勵(lì)系統(tǒng)(opticalexcitationsystem)和盒集成。而激勵(lì)系統(tǒng)包括通過(guò)將LED耦合到微小球狀透鏡(micro-balllense)，利用激勵(lì)光纖將激勵(lì)光導(dǎo)引到檢測(cè)區(qū)(detectionzone)。該激勵(lì)光纖輸送(route)到每個(gè)毛細(xì)管相鄰的V型槽組件上。根據(jù)另一個(gè)本發(fā)明的實(shí)施例，利用快門(shutter)機(jī)構(gòu)將光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)和盒相接合。每個(gè)毛細(xì)管所用的檢測(cè)光學(xué)裝置或檢測(cè)陣列，都耦合到單一的光電倍增管(photo-multipliertube，PMT)。通過(guò)利用微小球狀透鏡和檢測(cè)光纖將檢測(cè)陣列來(lái)自檢測(cè)區(qū)的放射光準(zhǔn)直(collimate)。按照本發(fā)明的再一方面，本發(fā)明提供其中包括本發(fā)明的多通道生物分離盒的生物分離儀器。附圖簡(jiǎn)單說(shuō)明為了更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特性和優(yōu)點(diǎn)，以及優(yōu)選的使用模式，結(jié)合附圖參照如下的詳細(xì)說(shuō)明，在如下的附圖中遍及各附圖以相同或相似的數(shù)字標(biāo)明和代表相同或相似的部件。圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的毛細(xì)管電泳系統(tǒng)的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的毛細(xì)管電泳系統(tǒng)/機(jī)器的透視圖。圖3是控制系統(tǒng)的示意圖。圖4是盒下部和激勵(lì)光纖的透視圖。圖5是盒中部和盒下部與激勵(lì)光纖接合前的透視圖。圖6是盒中部和盒下部與激勵(lì)光纖接合后的透視圖。圖7是圖6在組合的盒中部和下部與毛細(xì)管接合前的前向透視圖。圖8是盒中間、下部以及毛細(xì)管接合后的前向透視圖。圖9是盒中部主體、下部和凝膠儲(chǔ)存器的后向透視圖。圖10是帶有凝膠儲(chǔ)存器和前后蓋的盒中部和下部前向透視圖。圖11是盒加入檢測(cè)光學(xué)裝置的前向透視圖。圖12是圖11盒的前方剖面透視圖，其中有激勵(lì)和放射光學(xué)系統(tǒng)。圖13是盒的剖面透視圖和檢測(cè)系統(tǒng)的示意圖。圖14是帶有激勵(lì)和放射光學(xué)系統(tǒng)的盒的前剖面透視圖。圖15是圖14中A部分的放大圖，以及圖13中盒A部分的剖面透視圖。圖16是圖13中盒B部分的剖面透視圖。圖17是檢測(cè)區(qū)和透鏡、探針、毛細(xì)管以及激勵(lì)光纖的剖面透視圖。優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明以下參考附圖利用各種實(shí)施例描述本發(fā)明。雖然按照用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的最佳模式說(shuō)明本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，根據(jù)這些說(shuō)明可進(jìn)行各種變化。本發(fā)明涉及一種新穎的毛細(xì)管電泳(CE)系統(tǒng)和新穎的盒配置，其中將例如來(lái)自激光或LED光源用于檢測(cè)經(jīng)分離的待測(cè)物(analyte)的入射光，導(dǎo)引通過(guò)檢測(cè)區(qū)的邊壁(boundarywall)或分離立柱(separationcolumn)。為了說(shuō)明本發(fā)明的原理而非限制本發(fā)明的范圍，參考針對(duì)CE和輻射引起的螢光的實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明。參考圖1，示意描述一種生物分離(bio-separation)系統(tǒng)，更明確地說(shuō)，一種體現(xiàn)本發(fā)明的毛細(xì)管電泳(capillaryelectrophoresis，CE)系統(tǒng)200。CE系統(tǒng)200一般包括一個(gè)毛細(xì)管分離立柱(capillaryseparationcolumn)22，其限定分離通道(separationchannel)36，外徑大約在200-500μm之間，內(nèi)徑在25-200μm之間。毛細(xì)管立柱22可以用熔凝石英、玻璃、聚酰亞胺(polyimide)或其它塑料/陶瓷/玻璃類材料制成。分離立柱22的內(nèi)壁，即分離通道36的內(nèi)壁可被覆一層材料，用于產(chǎn)生靜電荷，以促進(jìn)試樣成份的電泳效應(yīng)和/或電動(dòng)力學(xué)遷移(electrokineticmigration)現(xiàn)象。分離通道36內(nèi)填有分離承載介質(zhì)(separationsupportmedium)，其可以是流動(dòng)的緩沖液體，或是本領(lǐng)域所公知的過(guò)濾凝膠基質(zhì)(sievinggelmatrix)。為了進(jìn)行由放射光引起的螢光檢測(cè)，凝膠基質(zhì)可以包括公知的螢光劑(fluorophore)，如溴乙啶(EthidiumBromide)。毛細(xì)管立柱22的一端浸入(submerge)流有緩沖液/凝膠34的儲(chǔ)存器28，毛細(xì)管22的另一端則連到試樣小瓶26。應(yīng)理解，在其它實(shí)施例所示的檢測(cè)配置也可以和CE系統(tǒng)20相似的系統(tǒng)同樣實(shí)現(xiàn)。此外，作為本發(fā)明中的當(dāng)前優(yōu)選模式，分離通道36可以是一筆直的毛細(xì)管或帶有最靠近凝膠儲(chǔ)存器中作為檢測(cè)區(qū)的出口端的檢測(cè)窗口部分的微小通道。輻射檢測(cè)器24位于在檢測(cè)區(qū)30毛細(xì)管壁的透明區(qū)域外。激勵(lì)光纖(excitationfiber)16從輻射光源18，如LED或激光光源延伸，并且被導(dǎo)引到立柱壁外的檢測(cè)區(qū)30。作為盒組成元件的電極(electrode)12和14，連接到緩沖液儲(chǔ)存器26和凝膠儲(chǔ)存器28，接通電泳路徑。為了完整說(shuō)明，簡(jiǎn)要介紹CE系統(tǒng)200的操作就足夠了。在操作的過(guò)程中，已準(zhǔn)備好的生物試樣，如從PolymeraseChainReaction(PCR)機(jī)所取出的DNA試樣被導(dǎo)入毛細(xì)管立柱遠(yuǎn)離檢測(cè)區(qū)的一端，導(dǎo)入的方式有很多種，這并非本發(fā)明的一部分，例如從試樣儲(chǔ)存器用于電動(dòng)力學(xué)方式注入或是用注射泵(syringepump)以物理方式加壓注入。試樣粘合到螢光劑。當(dāng)將1到30KV的直流電壓施加在電極12和14之間時(shí)，在施加的電壓作用下試樣會(huì)沿著分離通道36移動(dòng)，如圖1中帶著結(jié)合的染色質(zhì)/螢光劑(dyematrix/fluorophore)的帶負(fù)電DNA會(huì)通過(guò)過(guò)濾凝膠，接近正電極，并分離成幾個(gè)試樣成分帶。沿著分離通道36分離的程度和移動(dòng)的距離由幾個(gè)因素決定，如試樣成份的遷移率，試樣成份的質(zhì)量和大小或長(zhǎng)度，以及分離承載介質(zhì)。在用于分離試樣的分離通道(separationchannel)36中的驅(qū)動(dòng)力可以是電泳效應(yīng)、壓力或是電滲透流(EOF)方式。當(dāng)試樣抵達(dá)檢測(cè)區(qū)時(shí)，經(jīng)過(guò)激勵(lì)光纖16將激勵(lì)輻射(excitationradiation)導(dǎo)向檢測(cè)區(qū)。試樣成份發(fā)螢光，其發(fā)光強(qiáng)度和各個(gè)試樣成份的濃度成比例，即和螢光標(biāo)示物的數(shù)量成比例。檢測(cè)器24檢測(cè)該波長(zhǎng)和入射光不同的光所放射螢光的強(qiáng)度?？梢岳靡阎姆椒ǚ治鏊鶛z測(cè)到的放射光。對(duì)于一個(gè)自動(dòng)化的系統(tǒng)，控制器32可以控制CE系統(tǒng)200的操作。以多個(gè)毛細(xì)管盒為基礎(chǔ)的CE系統(tǒng)另外參考圖2，將多通道毛細(xì)管陣列包括由盒主體內(nèi)的微通道36所限定的12個(gè)檢測(cè)區(qū)30?；兄黧w(substratecartridgebody)可以通過(guò)機(jī)加工、加熱成形、光蝕刻或注入模壓(injectionmolded)(如丙烯酸(Acrylic)、PET、聚醚酰亞胺樹(shù)脂(Ultem)、Glastic、Fluorosint或其它可透光的塑料)形成，以將多通道毛細(xì)管陣列承載到集成光學(xué)裝置對(duì)準(zhǔn)的V型槽。本發(fā)明所指的盒包括12個(gè)通道的熔凝石英毛細(xì)管陣列(長(zhǎng)16厘米)，其作為可棄用的盒組件中的一部分用于分離和檢測(cè)試樣。當(dāng)將指定使用的盒附著到CE系統(tǒng)上時(shí)，將與微通道36集成的激勵(lì)光纖(即0.22孔徑(N.A.)的多模石英或塑料光纖)導(dǎo)向檢測(cè)區(qū)30。每個(gè)通道都耦合到一個(gè)LED光源。LED發(fā)出的光通過(guò)毛細(xì)管36的一側(cè)。在這個(gè)特定的實(shí)施例中，微通道/毛細(xì)管陣列36內(nèi)充有過(guò)濾凝膠。圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，安裝在CE系統(tǒng)200中的多通道盒(multi-channelcartridge)100的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，其能夠易于操作多通道分離立柱，同時(shí)易于將檢測(cè)區(qū)光耦合到CE儀器的檢測(cè)光學(xué)裝置。圖2所示為CE儀器200即DNA分析器的整體透視圖，其中還有12支毛細(xì)管的盒。這套完全自動(dòng)的DNA分析儀器200具有一個(gè)基座74，用于支承模塊化的X-Z試樣處理盤機(jī)構(gòu)80，托盤機(jī)構(gòu)80相對(duì)支承架164上支承的多個(gè)毛細(xì)管盒100可移動(dòng)2個(gè)96孔微滴定板70和72。系統(tǒng)200使多通道分離立柱易于操作，同時(shí)易于將檢測(cè)區(qū)光耦合到CE儀器200的檢測(cè)光學(xué)裝置。以下將詳細(xì)描述盒100，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，盒100包括用于分離和檢測(cè)試樣的12個(gè)通道的石英毛細(xì)管陣列，作為可棄用和/或便攜式、互換的盒組件100中的一部分。多通道毛細(xì)管陣列包括由盒100內(nèi)的微通道限定的12個(gè)檢測(cè)區(qū)。圖2中的多通道盒100最多可裝載12支毛細(xì)管140(長(zhǎng)12到16厘米)。多通道盒100與由所有的毛細(xì)管140共用的頂部出口緩沖液儲(chǔ)存器124集成，其直接耦合到一個(gè)模塊化的氣壓泵78。氣壓泵78提供所需的氣壓將儲(chǔ)存器124內(nèi)包括的過(guò)濾凝膠充滿所有12支毛細(xì)管，并在該重填的過(guò)程中，將來(lái)自毛細(xì)管的前一次所用的凝膠清除。取決于凝膠的粘度，可以將高達(dá)40PSI的氣壓通過(guò)凝膠儲(chǔ)存器124施加到毛細(xì)管140。盒凝膠儲(chǔ)存器124裝備有用于所有12支毛細(xì)管的內(nèi)置的共用電極(陽(yáng)極，未示出)，當(dāng)安裝在儀器200時(shí)，自動(dòng)連接到用于電泳的高壓電源76。在盒100附近結(jié)構(gòu)件上的風(fēng)扇或Peltier冷卻器可以對(duì)盒進(jìn)行溫度控制。盒具有用于空氣循環(huán)(溫度受控的氣流從儀器端被引入盒)的通風(fēng)孔(輸出和輸入)。電源66向CE系統(tǒng)200提供直流電源。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖3所示為CE系統(tǒng)200的控制器32的方塊圖?？刂破靼–PU910、而模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器912，用于將來(lái)自PMT178(圖13)的檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)；另外還包括I/O接口914，用于按照CPU910的指令從儀器200各個(gè)部分接收信號(hào)和將信號(hào)轉(zhuǎn)送儀器200各個(gè)部分。溫度控制器916控制風(fēng)扇或Peltier冷卻器63，以控制微通道/毛細(xì)管陣列盒100內(nèi)的電泳小室(chamber)溫度。I/O接口914連接到溫度控制器916，溫度控制器同時(shí)用于CE儀器200的試樣注入和電泳功能的控制高壓電源76，電路921用于調(diào)制激勵(lì)輻射光源(如LED)；傳感器(sensor)、氣泵、氣閥以及CE儀器200的X-Z控制臺(tái)馬達(dá)。CPU910還可進(jìn)一步連接到外部的個(gè)人計(jì)算機(jī)918，個(gè)人計(jì)算機(jī)再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或執(zhí)行CE系統(tǒng)200另外的控制功能?？赏ㄟ^(guò)可從NationalInstrumentsCorporation得到的LabVIEWTM軟件對(duì)CPU210和/或PC918進(jìn)行編程，以控制自動(dòng)多通道DNA分析器200的各部件和功能。除了PC218以外，控制器32的各種元件可以像裝在CE系統(tǒng)20上的電路板64(如圖2所示)散熱風(fēng)扇62一樣封裝，并通過(guò)串行接口(未示出)連接到PC218，或者可以CE系統(tǒng)200之外分離的控制器模塊中的部件?？蓪?duì)CPU210和/或PC218編程以實(shí)現(xiàn)CE系統(tǒng)200的各種控制功能和部件。在一實(shí)施例中，可配置PC218以提供前面板(即儀器200的界面)控制，并可配置電路板64以提供時(shí)分交錯(cuò)(timestaggered)/時(shí)分多路切換(timemultiplex)檢測(cè)控制。根據(jù)此處所描述的功能和特點(diǎn)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)這里公開(kāi)的以程序碼指定的功能和部件。為儀器200提供一A/C電源濾波/開(kāi)關(guān)68(圖2)。注入試樣可以利用電動(dòng)力學(xué)(electrokinetic)方法實(shí)現(xiàn)。使用高壓電源76可提供0到20KV的電場(chǎng)給充滿凝膠的毛細(xì)管，用于以電動(dòng)力學(xué)方式注入和分離DNA碎片。12個(gè)LED寬頻帶光能(FWHM＝47nm)中的每一個(gè)利用各個(gè)光傳送光纖(多模石英光纖或塑料200微米纖芯光纖0.22孔徑N.A.)轉(zhuǎn)送到盒100內(nèi)每一個(gè)毛細(xì)管的檢測(cè)區(qū)，用于激勵(lì)已經(jīng)分離的DNA碎片。在操作中，試樣操縱盤傳輸機(jī)構(gòu)80和96(8×12)孔板用于將放大后的DNA試樣或待測(cè)物(analyte)引到每個(gè)微孔通道36。在微通道36內(nèi)涂有聚酰亞胺(Polyimide)或是較小內(nèi)徑(25-100μm)的玻璃毛細(xì)管tubi22作為分離立柱。X-Z傳輸機(jī)構(gòu)80將一行裝載試樣的豎孔(well)對(duì)著毛細(xì)管的尖端并使毛細(xì)管的尖端沒(méi)入豎孔中。通過(guò)施加電壓，以電動(dòng)力學(xué)方式注入(electrokineticinjection)將已知數(shù)量的DNA試樣移動(dòng)到分離立柱140的起始點(diǎn)。注入后，可由來(lái)自盤70的流動(dòng)緩沖液互換來(lái)自試樣盤72的DNA試樣。另外，注入后，傳輸機(jī)構(gòu)80可以將裝載緩沖溶液的一行12個(gè)豎孔板移動(dòng)到盒下方的位置，以取代原來(lái)裝有DNA試樣的一行豎孔。通過(guò)施加高電壓到毛細(xì)管分離通道和微通道36的總長(zhǎng)度上，可以實(shí)現(xiàn)將DNA試樣分離為DNA碎片，施加電壓最高達(dá)1000V/cm，一般為300V/cm，因此沿分離通道的整個(gè)長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)在10分鐘以內(nèi)快速完成分離。直算到檢測(cè)區(qū)的總分離長(zhǎng)度約是12.5厘米。其中插入在微通道內(nèi)的分離毛細(xì)管長(zhǎng)度大約6.5厘米。將高電壓施加到總有效長(zhǎng)度16-17厘米，其可以是作為分離和檢測(cè)用的單一毛細(xì)管的、在凝膠儲(chǔ)存器內(nèi)一支內(nèi)徑75微米的單一毛細(xì)管由底到頂?shù)拈L(zhǎng)度。在電泳過(guò)程中，DNA碎片通過(guò)過(guò)濾凝膠的電泳速率和它們的質(zhì)量成反比，即越小或越輕的DNA碎片比較重或較大的DNA分子速度快。當(dāng)DNA碎片接近分離立柱22的端點(diǎn)并進(jìn)入檢測(cè)區(qū)30時(shí)，來(lái)自12個(gè)LED(未示出)中的每一個(gè)的激勵(lì)光能由各個(gè)光傳輸光纖從檢測(cè)窗口外傳送，照亮來(lái)自試樣盤72的移動(dòng)中的DNA分子碎片。如在“PaceSetter”第三卷第一期(1999年4月)中所提到的pH值7.55，25mMMops-Tris溶液，當(dāng)DNA碎片通過(guò)過(guò)濾凝膠或直鏈聚合物溶液時(shí)，夾雜過(guò)濾凝膠內(nèi)的染料溴乙啶(EthidiumBromide)的DNA使得可以檢測(cè)移動(dòng)的DNA碎片。實(shí)驗(yàn)顯示檢測(cè)的靈敏度可以達(dá)到100ng/ml，即0.02ng的HaeIIIdigestfX174DNA測(cè)試混合物(mix)，比利用相同夾雜染料的傳統(tǒng)平片凝膠電泳裝置的靈敏度要好上幾個(gè)數(shù)量級(jí)。當(dāng)將12個(gè)LED為時(shí)分多路復(fù)用，取樣頻率為10-100Hz時(shí)，耦合到12支放射檢測(cè)光纖的12個(gè)放射信號(hào)利用單一光纖束組件以時(shí)分交錯(cuò)方式到達(dá)單一PMT。為準(zhǔn)備利用不同試樣下一次操作，通過(guò)對(duì)儲(chǔ)存器加壓，從毛細(xì)管內(nèi)將前一次操作的凝膠清除，以便將毛細(xì)管用新的凝膠填滿。盤70和72承載的是清洗溶液、廢棄收集物和試樣。通過(guò)把毛細(xì)管的尖端就位在其中一個(gè)盤中的一行廢棄收集物的豎孔處，由盤70或72收集清除的凝膠。通過(guò)將毛細(xì)管的尖端就位并浸入適當(dāng)?shù)谋P豎孔內(nèi)，毛細(xì)管的尖端也可利用水或清洗溶液加以清洗。當(dāng)毛細(xì)管重新裝滿準(zhǔn)備進(jìn)行下一次的操作時(shí)，通過(guò)將盤70和72重新定位置，使毛細(xì)管浸入試樣中。按照控制器的其中一個(gè)自動(dòng)化功能，可以對(duì)以上所述的操作流程進(jìn)行編程。應(yīng)注意，因?yàn)閺拿?xì)管出口流到凝膠儲(chǔ)存器的試樣待測(cè)物(analyte)量是這樣小，體積濃度和儲(chǔ)存器容積相比相當(dāng)小以及預(yù)期待測(cè)物要混合在凝膠儲(chǔ)存器中，所以前一次操作后僅殘留在儲(chǔ)存器的量可以忽略，而且很均勻地分布在下次操作一填充毛細(xì)管的凝膠中。由可忽略的殘留量所產(chǎn)生的噪聲是相當(dāng)小的背景噪聲，在數(shù)據(jù)分析時(shí)易于排除。圖4到9所示為組裝盒各元件的步驟。這里對(duì)它們進(jìn)行描述是為了說(shuō)明，而非用于限制本發(fā)明的范圍。圖4所示為盒100的下部主體110。在下部主體110的上端有開(kāi)口126，通過(guò)開(kāi)口126放置激勵(lì)光纖116，在通過(guò)開(kāi)口126放置激勵(lì)光纖116之后，激勵(lì)光纖116固定就位(也可以用其它固定這些元件的方法)。在下部主體110的下端還固定有電極114(或作為下部主體110的一部分插入模壓)。圖7中的毛細(xì)管140插入孔139并被導(dǎo)引到電極114。對(duì)于一個(gè)12支毛細(xì)管的盒，有2倍數(shù)量的激勵(lì)光纖(即24條光纖，若為雙波長(zhǎng)類型的檢測(cè))。這些激勵(lì)光纖116適當(dāng)定位，圍繞12支毛細(xì)管140輪換?？梢愿宄乜闯?，開(kāi)口126a和126b可以分別用于毛細(xì)管140的激勵(lì)光纖116a和116b(圖4)。圖5中除了有圖4的盒下部主體110外，還多加了盒中間主體120。設(shè)計(jì)盒中間主體120，使得部件132不會(huì)擋住激勵(lì)光纖116或是毛細(xì)管140的路徑。部件132具有Z字型的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，一般在盒工作中是處于水平的狀態(tài)，不會(huì)封閉激勵(lì)光纖116。這一部件132還有從中通過(guò)放置毛細(xì)管140的孔138，在后面的附圖會(huì)表示。形成儲(chǔ)存器的一部分的中部主體120的上端131，也具有從中通過(guò)毛細(xì)管140的孔139。如圖6所示，在盒中部主體120安裝在盒下部主體110后，通過(guò)孔139和138放置被覆有聚酰亞胺的毛細(xì)管140，直到它們到達(dá)盒下部主體110的下端為止，如圖7所示。毛細(xì)管140有一個(gè)預(yù)燒的窗口，該處清除被覆的聚酰亞胺，以提供檢測(cè)窗口。鉤環(huán)136可用于將毛細(xì)管140固定到盒中部主體120。在盒中部主體120的上端131有一個(gè)共用電極(陽(yáng)極)134，用于延伸到儲(chǔ)存器的毛細(xì)管。圖8所示為分別帶有中部主體120(在儲(chǔ)存器的開(kāi)口131伸出毛細(xì)管尖端141)和下部主體110的盒，毛細(xì)管從中部主體120的頂端一直延伸到帶有電極(陰極)114的下部主體110的底部。圖中并示出毛細(xì)管的檢測(cè)區(qū)155。示出激勵(lì)光纖116通過(guò)開(kāi)口126(如圖4所示)一直到V型槽組件150，其中將來(lái)自激勵(lì)光纖的光被導(dǎo)向毛細(xì)管。圖9所示為盒的后向透視圖，盒集成有對(duì)所有的毛細(xì)管共用的頂部/出口緩沖液儲(chǔ)存器130。凝膠儲(chǔ)存器130利用作為密封件的O型環(huán)144附著到盒中部主體120上。凝膠儲(chǔ)存器130的容量約18cc，每側(cè)具有透明或透光的窗口，用于檢查凝膠液面。凝膠儲(chǔ)存器130連接到模塊化的氣壓泵78(參見(jiàn)圖2)。氣壓泵78提供用于以過(guò)濾凝膠填充12支毛細(xì)管填充所需的氣壓。根據(jù)凝膠的粘度，將高達(dá)40PSI的氣壓通過(guò)凝膠儲(chǔ)存器施加到毛細(xì)管。盒100在中部主體120的頂端開(kāi)口有單一的電極(陽(yáng)極)134，在下部主體110有多個(gè)電極(陰極)114，作為盒的一部分。盒凝膠儲(chǔ)存器40裝有對(duì)所有12支毛細(xì)管共用的內(nèi)置電極(陽(yáng)極)134，其當(dāng)安裝到儀器200(DNA分析儀)內(nèi)時(shí)，通過(guò)用于電泳的格柵引腳(shelfpogo-pins)自動(dòng)連接到高壓電源76。將商業(yè)可用的高壓電源，如Emco用于可提供0-20KV的電場(chǎng)施加到充滿凝膠的毛細(xì)管140，以電動(dòng)力學(xué)方式注入和分離DNA碎片。將裝有凝膠的儲(chǔ)存器130密封，例如在盒主體用氣密的方式密封，使得能通過(guò)按一個(gè)方向拿著盒進(jìn)行操縱，不會(huì)使凝膠外漏(由于毛細(xì)管微孔內(nèi)的表面張力和高粘性，毛細(xì)管尖端外漏或露出量可以忽略不計(jì))。盒100有橡膠隔膜(未示出)，利用安裝儀器的針(或任何銳利的物體)穿透，將泵78氣壓提供給盒。這使得在每一次分離操作后可以用氣壓將凝膠和緩沖溶液填滿毛細(xì)管，并且清洗前一次操作所留下的凝膠。這個(gè)方法可以保證盒儲(chǔ)存器里的凝膠的適當(dāng)含量，并提供簡(jiǎn)單可靠的方法來(lái)存取凝膠儲(chǔ)存器，在可以施加高電壓以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生電泳分離之前，提供足夠的氣壓將凝膠填滿毛細(xì)管。盒100還具有檢測(cè)光學(xué)裝置端口161，通過(guò)其裝配檢測(cè)探針(detectorprobes)170，如圖11所示。通過(guò)檢測(cè)光學(xué)裝置端口161，接著利用彈性透鏡護(hù)圈(elastomerlensretainer)168，安放用于收集放射光學(xué)裝置的微透鏡166。盒在檢測(cè)光學(xué)裝置端口161還有快門蓋或多通道孔帶(multi-channelaperturestrip)142?？讕?42可以是厚約0.5mm的薄聚酯材料，可以預(yù)防塵埃或外物進(jìn)入收集光學(xué)裝置區(qū)域內(nèi)部。當(dāng)包括收集光學(xué)裝置(collectionoptics)的檢測(cè)陣列170嵌入盒時(shí)，孔142將打開(kāi)。而當(dāng)檢測(cè)陣列170和盒組件取下時(shí)，孔142再度關(guān)閉，快門可以是機(jī)械式的蓋或窗口，在銜接儀器的檢測(cè)光學(xué)裝置時(shí)打開(kāi)。圖10所示為加上前蓋146和后蓋148的組裝盒的最后一個(gè)階段。后蓋上有用于每個(gè)檢測(cè)光學(xué)裝置端口161的孔162。另外在孔162上方還有通風(fēng)孔165，使冷卻空氣從中通過(guò)流入盒，以冷卻毛細(xì)管。圖11和圖12所示為盒100的后視圖124，其中清楚地呈現(xiàn)收集放射光的光纖陣列170。從圖12可以看出盒下部主體110的前后是對(duì)稱的，(即參見(jiàn)鏡面對(duì)稱的LED184a和184b)。圖13為盒100的剖面透視圖，其中光學(xué)檢測(cè)裝置陣列170的檢測(cè)探針171通過(guò)光纖連接器174和放射濾波器176耦合到一個(gè)光電倍增管(photo-multipliertube，PMT)178。圖14所示為帶有激勵(lì)系統(tǒng)、放射光學(xué)系統(tǒng)的盒100的剖面圖。盒100由支承架164支承。當(dāng)盒通過(guò)該支承架164安裝在儀器中時(shí)，以機(jī)械的方式和LED模塊/桶形組件對(duì)準(zhǔn)。盒下部主體110的結(jié)構(gòu)能夠提供光學(xué)對(duì)準(zhǔn)mean或者將透鏡組件(lensbarrel)組件188耦合盒內(nèi)的激勵(lì)光纖。激勵(lì)系統(tǒng)包括與各個(gè)LED184耦合的微小球面透鏡(micro-balllense)182。從LED184所發(fā)出的激勵(lì)光通過(guò)激勵(lì)光纖116導(dǎo)引到盒的檢測(cè)區(qū)155。放射系統(tǒng)包括收集放射光的光纖陣列170，其連接到盒100的后方122。盒具有對(duì)準(zhǔn)部件，可易于和儀器200內(nèi)的微光學(xué)檢測(cè)模塊對(duì)準(zhǔn)。光纖檢測(cè)陣列170和LED陣列184都裝有彈簧(springloaded)，其可以向每一個(gè)透鏡組件188如LED或光纖聯(lián)接器(fiberferrule)獨(dú)立提供的順應(yīng)力，便得能夠可靠地、重復(fù)地和盒對(duì)準(zhǔn)。盒具有適當(dāng)?shù)膱A錐狀部件如圓錐狀透鏡座(conicallensseat)186，以便容納儀器中的彈簧或加入彈簧的陣列，以下將詳細(xì)說(shuō)明。激勵(lì)系統(tǒng)圖15中的激勵(lì)系統(tǒng)即圖14中的A部分。同時(shí)也是圖13中盒A部分的成一定角度的剖面透視圖。激勵(lì)系統(tǒng)是由支承架164支承，在使用時(shí)，裝配到盒(圖10)上(如圖11所示)。由于激勵(lì)光纖116必須接收輻射光，并且將光導(dǎo)向朝向毛細(xì)管檢測(cè)區(qū)155的路徑，配置激勵(lì)系統(tǒng)，以使LED184發(fā)出的所需光通過(guò)球狀透鏡(balllens)182進(jìn)入激勵(lì)光纖116。激勵(lì)系統(tǒng)包括全都布置在在透鏡筒188內(nèi)的球狀透鏡182、LED184、以及彈簧190；另外還有線圈彈簧(coilspring)192、激勵(lì)支承架164、護(hù)圈194以及LED引線(LEDlead)196。在透鏡組件188內(nèi)彈簧偏置LED184緊靠球狀透鏡182?？吭诩?lì)支承架164上的線圈彈簧192，在透鏡組件188中提供軸向和成一定角度的順應(yīng)力，因此能夠使得球狀透鏡182準(zhǔn)確地位于圓錐狀透鏡座186的中央。上述兩種偏置力為激勵(lì)光行進(jìn)提供緊密接觸的路徑，LED184通過(guò)球狀透鏡182到激勵(lì)光纖116。對(duì)于2種波長(zhǎng)(用于每個(gè)毛細(xì)管)的2條激勵(lì)光纖116集成在盒100內(nèi)，固定對(duì)準(zhǔn)在十分靠近毛細(xì)管檢測(cè)區(qū)155的位置。當(dāng)盒安裝在CE儀器200(即DNA分析器)時(shí)，這2條激勵(lì)光纖耦合到2個(gè)LED184(如2種不同的顏色的光526nm和473nm)。2種顏色的光可以由檢測(cè)模塊(PMT模塊178)的雙色放射光濾波器加以分離和檢測(cè)。盒100也可以具有用于DNA碎片分析應(yīng)用的單色光功能，同時(shí)也可以升級(jí)到用于其它應(yīng)用的雙色光檢測(cè)的功能?？蓞⒖荚?001年10月19日申請(qǐng)的名稱為“一種便攜式多色光多路切換分析電泳裝置(APortableMulti-colorMultiplexedAnalysisElectrophoreticDevice)”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)(AttorneyDocketNO.1031/207)，其共同轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人BioCalTechnology，Inc.，這里引用其全文做為參考。檢測(cè)系統(tǒng)同時(shí)在2002年1月28日申請(qǐng)的名稱為“多通道生物分離系統(tǒng)的光學(xué)檢測(cè)(OpticalDetectioninAMulti-ChannelBio-separationSystem)”的美國(guó)專利申請(qǐng)第60/264,553號(hào)(AttorneyDocketNo.1031/209)其轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人BioCalTechnology，Inc.，這里引用其全文做為參考，其中對(duì)時(shí)分交錯(cuò)/多路切換檢測(cè)方案有更具體的介紹，該方案也可以用在其中設(shè)計(jì)采用盒100的CE系統(tǒng)200中。圖16是圖13中盒B部分的近觀察圖，圖中所示為檢測(cè)或放射的系統(tǒng)。來(lái)自光源(如LED184)的激勵(lì)光經(jīng)由激勵(lì)光纖116行進(jìn)傳到毛細(xì)管140的檢測(cè)區(qū)155。光纖套管210強(qiáng)化和保護(hù)插入V型槽單元(V-grooveblock)150激勵(lì)光纖116。可以將2條激勵(lì)光纖116導(dǎo)向同一V型槽單元150，兩者導(dǎo)引來(lái)自V型槽單元的成一定角度的下開(kāi)口的光。用于將每一條激勵(lì)光纖和一支毛細(xì)管對(duì)準(zhǔn)的優(yōu)選的實(shí)施例是以機(jī)加工的V型槽為特征的單一單元，V型槽嵌套彼此精確對(duì)準(zhǔn)的毛細(xì)管和光纖。區(qū)塊可以通過(guò)利用用于鑄幣部件的工具或通過(guò)注入模壓制作。此外，可以使用十字鉆床(crossdrilledscrewmachine)，其中將毛細(xì)管和光纖精確地裝入機(jī)加工孔而不是V型槽。同時(shí)參照?qǐng)D17，當(dāng)激勵(lì)光被導(dǎo)引到檢測(cè)區(qū)155時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到和激勵(lì)平面(excitationplane)呈90度角的放射光或放射的信號(hào)。因?yàn)榉派涔饫w180是在液體或凝膠外，需要用于準(zhǔn)直放射光的準(zhǔn)直光學(xué)裝置(collimationoptics)。激勵(lì)光纖116的數(shù)值孔徑(NumericalAperture)決定在檢測(cè)區(qū)附近的凝膠內(nèi)放射的功率密度的大小。激勵(lì)光源可以是相對(duì)便宜的LED184，或激光器(固態(tài)激光器、氣體激光器、染料激光器或其它)。通過(guò)微透鏡166和167收集從檢測(cè)區(qū)的分離成份或待測(cè)物所產(chǎn)生的放射螢光(florescenceemission)并放射收集光纖180導(dǎo)引到檢測(cè)器。兩個(gè)球狀透鏡166和167之間有一個(gè)間隔件(spacer)206。毛細(xì)管140可以有透明的管壁或者是不透光但有透光窗口的管壁，以便將放射光導(dǎo)引到微透鏡166和167。透鏡166用于收集放射光，最好具有高收集角度特性(如瑞士珠寶公司型號(hào)#B2.00、折射系數(shù)為n＝1.76的藍(lán)寶石微透鏡，具有有短焦距和高數(shù)值孔徑(numericalaperture，N.A.))。透鏡167用于將藍(lán)寶石透鏡(瑞士珠寶公司的BK-7微透鏡)所產(chǎn)生的準(zhǔn)直入射光耦合到放射光纖180。螢光波長(zhǎng)(570-630nm)比激勵(lì)光要長(zhǎng)，接著在行進(jìn)通過(guò)色分離(例如570到630nm)長(zhǎng)通放射濾波器(longpassemissionfilters)后，由大纖芯(core)光纖180(外徑370μm、0.22NA光纖，但外徑也可處在100-1000μm，0.12-0.5NA)rout傳送到檢測(cè)器(例如R5984Hamamatsu光電倍增管(PMT))。利用放射光纖180接替轉(zhuǎn)送放射信號(hào)到檢測(cè)模塊(PMT檢測(cè)器178)，在其中通過(guò)對(duì)它們進(jìn)行濾波，并且以時(shí)分多路切換(時(shí)分交錯(cuò))的方案讀取(檢測(cè))。參照和圖13所述的和所示檢測(cè)光學(xué)裝置系統(tǒng)，可以更清楚地了解檢測(cè)光纖180。還要注意，由于物質(zhì)、入射光以及放射的螢光的性質(zhì)，檢測(cè)區(qū)不必是按照精確的邊界精確限定的區(qū)域。檢測(cè)區(qū)通常其中將來(lái)自激勵(lì)光纖的光引導(dǎo)以引起放射螢光的區(qū)域以及檢測(cè)光學(xué)裝置目的是用于捕捉部分的放射螢光。來(lái)自激勵(lì)光纖的光可以引起檢測(cè)區(qū)外放射螢光，檢測(cè)區(qū)內(nèi)的部分放射螢光也有可能不被檢測(cè)光學(xué)裝置檢測(cè)到。激勵(lì)光纖越接近檢測(cè)區(qū)，或者是激勵(lì)光的功率密度越高，所收集到的放射信號(hào)就會(huì)越強(qiáng)。在本發(fā)明的多毛細(xì)管CE裝置中，螢光激勵(lì)光源可以是超高亮度的藍(lán)光或綠光LED。采用LED作為光源的優(yōu)點(diǎn)是它們的成本低、尺寸小、壽命長(zhǎng)、強(qiáng)度高和良好穩(wěn)定性導(dǎo)致噪聲低、以及可直接電子調(diào)制光強(qiáng)度。本發(fā)明所采用的LED根據(jù)InGaN材料技術(shù)制成(例如安捷倫公司的HLMP-CB15和HLMP-CM15，平均光輸出功率2.5-3mW)。由InGaN制造的LED頻譜特性所具有的峰值波長(zhǎng)(peakwavelength)和半波長(zhǎng)(halfwidth)指示這類LED可用于激勵(lì)頻譜范圍在440到570nm、頻率范圍在1Hz到100MHz的激勵(lì)螢光(如螢光素(fluorescin)、色素(若丹明)(rhodamine)、溴乙啶(EthidiumBromide)以及thiazolorange)。由于這類LED的響應(yīng)時(shí)間相當(dāng)快(大約數(shù)百ns)，因此可在脈沖模式下產(chǎn)生高達(dá)100mA的更大的正向電流(forwardcurrents)脈沖，以便達(dá)到高輻射峰值。通常晶體管驅(qū)動(dòng)電路可以實(shí)現(xiàn)LED的脈沖操作?？梢岳冒吹驼伎斩?即5％、10％、25％或50％)大驅(qū)動(dòng)電流脈沖實(shí)現(xiàn)比直流操作高很多的峰值LED光輸出。不同色(如藍(lán)色或綠色)光的LED可以用作激勵(lì)光源，激勵(lì)不同的螢光劑(不同的應(yīng)用)。在優(yōu)選實(shí)施例中是采用波長(zhǎng)范圍在500到600nm的LED，特別是524nm的LED?？梢詫⒌诙€(gè)LED模塊，或第二顏色LED加入在現(xiàn)有關(guān)于雙波長(zhǎng)檢測(cè)光學(xué)裝置的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中，通過(guò)1條或2條光纖將2個(gè)波長(zhǎng)傳送到微通道。通過(guò)使激勵(lì)和收集用光學(xué)裝置具有第二個(gè)PMT，以提供多波長(zhǎng)的螢光檢測(cè)DNA碎片檢測(cè)器(multi-wavelengthfluorescencedetectionDNA碎片mentdetector)，可以使用雙LED模塊擴(kuò)充現(xiàn)有的檢測(cè)/分離平臺(tái)。激勵(lì)光源可以由LED變?yōu)榧す舛O管(即半導(dǎo)體激光器)。另外，它們也可以是脈沖激光器(例如固態(tài)激光器、氣體激光器、染料激光器、纖維激光器)。使用LED(例如綠色524nmLED)的主要原因是在于低成本、高亮度和小封裝尺寸。也可以用表面安裝(SMT)類型的LED，通過(guò)光纖耦合或直接一頭接一頭毛細(xì)管的耦合方式將激勵(lì)光傳輸?shù)椒蛛x的待測(cè)物上。用于這種儀器的另外光源也可以利用波長(zhǎng)范圍在400到800nm的激光二極管。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，體現(xiàn)本發(fā)明實(shí)質(zhì)的儀器也可以用在其它的生物分子分析(biomoleculeranalysis)。例如，通過(guò)改變分離凝膠或緩沖液，該系統(tǒng)可改為分析蛋白質(zhì)、碳水化合物以及脂質(zhì)(lipid)等生物分子。通過(guò)使用多個(gè)本發(fā)明的且有不同的緩沖液/凝膠化學(xué)成分、毛細(xì)管等多通道盒，可以易于交換與毛細(xì)管(例如與特定內(nèi)壁涂層和立柱尺寸)matc的特定緩沖液/凝膠化學(xué)成分，以適合基于分離應(yīng)用和操作條件的特定試樣，實(shí)現(xiàn)不同的分離、類型、速度或解析度等。同樣的盒還可以收起來(lái)，供將來(lái)進(jìn)行分離操作時(shí)重新使用。和現(xiàn)有技術(shù)的CE系統(tǒng)相比較，采用盒100的本發(fā)明CE系統(tǒng)200進(jìn)行不同測(cè)試的準(zhǔn)備時(shí)間可以明顯減少，因?yàn)榉蛛x立柱(separationcolumn)、分離介質(zhì)(separationmedium)，以及至少需要和毛細(xì)管精細(xì)對(duì)準(zhǔn)的檢測(cè)光學(xué)裝置本身都已經(jīng)包括在盒內(nèi)。盒的重復(fù)使用明顯降低了CE系統(tǒng)的材料成本。另外由于凝膠基質(zhì)(gelmatrix)和摻雜染料(intercelateddye)被氣密式密封在盒內(nèi)，因此對(duì)于環(huán)境安全/“綠色產(chǎn)品”提供了良好的解決方案。螢光劑和/或凝膠基質(zhì)可能會(huì)含有致癌物質(zhì)和其它對(duì)健康或環(huán)境有害的物質(zhì)。通過(guò)將凝膠封裝在盒內(nèi)，可以明顯易于操作并提高安全。由熟練的技術(shù)人員更換和整新耗費(fèi)部件，可相應(yīng)地以環(huán)境安全的方式收集或棄用盒，或者回收重復(fù)使用，以免有害環(huán)境。利用這種自動(dòng)化、模塊化、帶有集成光學(xué)裝置并自行對(duì)準(zhǔn)的(非可移動(dòng)性部件)多通道盒方案，儀器操作簡(jiǎn)便，更可靠并可提供高輸出。相對(duì)分離的通道具有自含的預(yù)對(duì)準(zhǔn)的光學(xué)裝置的盒100，可以易于嵌入CE系統(tǒng)200中。此外，這種多通道檢測(cè)方案可以擴(kuò)展或增大到12個(gè)以上、甚到N個(gè)檢測(cè)通道(例如96個(gè)通道)，而不會(huì)影響到檢測(cè)的靈敏度。這一簡(jiǎn)單時(shí)分多路切換類型檢測(cè)方法還具有另一優(yōu)點(diǎn)是，和其它任何高輸出的LIF檢測(cè)方案相比，通道間沒(méi)有串?dāng)_(crosstalk)或可以忽略。雖然在上述的實(shí)施例中，多輻射光源都是采用相同的波長(zhǎng)，但是在本發(fā)明的構(gòu)思和范圍內(nèi)，也可配置不同波長(zhǎng)的多輻射光源，用于實(shí)現(xiàn)特定的試樣、基于試樣的檢測(cè)應(yīng)用，或不同毛細(xì)管內(nèi)的凝膠化學(xué)成分?？梢詫⒂糜跈z測(cè)的入射光導(dǎo)引到檢測(cè)區(qū)和/或來(lái)自檢測(cè)區(qū)放射光可以沿著分離介質(zhì)軸向輸出?？梢圆捎眉訉挼臋z測(cè)區(qū)。參考名稱為“采用軸向輻射輸入的生物分離裝置中的光學(xué)檢測(cè)(OpticalDetectioninBio-separationDeviceUsingAxialRadiationInput)”的美國(guó)專利申請(qǐng)第09/887,871號(hào)、名稱為“采用軸向輻射輸出的生物分離裝置中的光學(xué)檢測(cè)(OpticalDetectioninBio-separationDeviceUsingAxialRadiationOutput)”的美國(guó)專利申請(qǐng)第09/887,953號(hào)，以及名稱為“采用加寬檢測(cè)區(qū)的生物分離裝置中的光學(xué)檢測(cè)(OpticalDetectioninBio-separationDeviceUsingaWidenedDetectionZone)”的美國(guó)專利申請(qǐng)第09/887,872號(hào)，上述專利申請(qǐng)均在2001年6月22日申請(qǐng)，這些專利申請(qǐng)轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人BioCalTechnologyInc.，其全文可供參考。本發(fā)明所公開(kāi)的低成本儀器具有可棄用/回收的多通道盒設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，以及螢光檢測(cè)系統(tǒng)、內(nèi)置的試樣操縱盤(96孔的板)機(jī)構(gòu)，因?yàn)楹兄黧w大多數(shù)部件都可以取回并重新包裝或使用，僅需要替換的是毛細(xì)管和凝膠。經(jīng)由實(shí)驗(yàn)證明，以每12個(gè)通道計(jì)，試樣分析完成時(shí)間大約在4到10分鐘，(對(duì)于12個(gè)測(cè)試試樣有12個(gè)并列結(jié)果)。DNA分析系統(tǒng)是整體高輸出的工作站，其從注入、檢測(cè)到碎片數(shù)據(jù)的收集實(shí)現(xiàn)完整的DNA碎片分析。通過(guò)采用本發(fā)明的所述檢測(cè)模式，對(duì)于單一毛細(xì)管的檢測(cè)靈敏度處在0.02ng的DNA碎片的量級(jí)，分離時(shí)間小于10分鐘(使用HaeIIIdigestfX174噬菌體DNA測(cè)試混合液)。這種具有12個(gè)微通道/毛細(xì)管平行操作的方法可以在10分鐘內(nèi)得到所有12個(gè)電泳分離試樣的結(jié)果。這種方法的分離速度和檢測(cè)靈敏度優(yōu)于傳統(tǒng)用平片凝膠電泳技術(shù)幾個(gè)數(shù)量級(jí)。雖然，已經(jīng)參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明加以具體說(shuō)明和表示，不過(guò)本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思、范圍和論述的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)方面進(jìn)行修改。例如，激勵(lì)輻射光源可以是LED、激光二極管(半導(dǎo)體固態(tài)激光器)、脈沖激光器(如固態(tài)激光器、氣體激光器、染料激光器以及纖維激光器)，或其它的輻射光源。LED(如524nm綠LED)具有低成本、高亮度以及小封裝尺寸等優(yōu)點(diǎn)。其它可適用于本發(fā)明的較便宜光源有可見(jiàn)光、UV和/或紅外線范圍的激光二極管。舉例來(lái)說(shuō)，波長(zhǎng)范圍在400到900nm，特別是400到600之間的激光二極管也可適用。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，體現(xiàn)本發(fā)明實(shí)質(zhì)的儀器也可以用在DNA分析以外其它的生物分子分析(biomoleculeranalysis)。舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)改變分離凝膠或緩沖液，該系統(tǒng)可改為分析蛋白質(zhì)、碳水化合物以及脂質(zhì)等生物分子。通過(guò)舉例而非限制結(jié)合毛細(xì)管電泳和輻射引起的的螢光檢測(cè)說(shuō)明了本發(fā)明的檢測(cè)方案。應(yīng)理解，本發(fā)明也可以應(yīng)用在除了電泳外基于其它生物分離現(xiàn)象的分離待測(cè)物的檢測(cè)，包括放射螢光以外的其它類型的放射光，如磷光(phosphorescence)、冷光(luminescence)、化學(xué)發(fā)光(chemiluminescence)，以及基于吸光度(absorbance)檢測(cè)。除此之外，雖然在所述實(shí)施例中的分離通道是圓立柱或管限定的，但應(yīng)理解，本發(fā)明的構(gòu)思同樣可以應(yīng)用在由開(kāi)口通道限定的分離通道，例如，通過(guò)蝕刻基片限定的微通道(微流體類裝置(micro-fluidicstypedevice)或生物芯片(bio-chip))。可配置傳輸機(jī)構(gòu)用于在水平面上移動(dòng)盤，而附加的傳輸機(jī)構(gòu)可用于垂直移動(dòng)盒，以便存取盤。因此，以上所公開(kāi)的本發(fā)明僅認(rèn)為是說(shuō)明性的，按照所提出的權(quán)利要求規(guī)定的范圍限制本發(fā)明。權(quán)利要求1.一種用于生物分離的多通道盒，該盒包括一主體；多個(gè)分離通道，用于限定在主體中的待測(cè)物，每一個(gè)分離通道限定一檢測(cè)區(qū)；一主體內(nèi)的小室，該小室限定一與各分離通道共用的液體連通的儲(chǔ)存器，所述小室包括分離承載介質(zhì)，當(dāng)在一個(gè)方向操縱盒時(shí)被密封防止外漏；以及一光學(xué)裝置，相對(duì)該對(duì)于入射光和輸出輻射光中至少一個(gè)的檢測(cè)區(qū)對(duì)準(zhǔn)。2.如權(quán)利要求1所述的多通道盒，其特征在于，具有如下的特征至少其中之一便攜的、可回收、可重復(fù)使用及可和其它具有不同的分離承載介質(zhì)或不同的分離通道的盒互換。3.如權(quán)利要求1所述的多通道盒，更進(jìn)一步包括一個(gè)電連接到該儲(chǔ)存器的電極。4.如權(quán)利要求3所述的多通道盒，更進(jìn)一步包括一更遠(yuǎn)的電極，該電極電連接到分離通道的遠(yuǎn)離儲(chǔ)存器的每一端。5.如權(quán)利要求1所述的多通道盒，其中該光學(xué)裝置包括一光纖，其一端由主體對(duì)準(zhǔn)到分離通道。6.如權(quán)利要求5所述的多通道盒，其中該光學(xué)裝置進(jìn)一步包括光纖，其另一端由主體定位，用于耦合到外部輻射光源。7.如權(quán)利要求1所述的多通道盒，其中該分離通道包括由主體支承的毛細(xì)管立柱。8.如權(quán)利要求1所述的多通道盒，其中分離承載介質(zhì)包括凝膠。9.如權(quán)利要求8所述的多通道盒，其中該凝膠為適用于毛細(xì)管電泳的類型。10.如權(quán)利要求1所述的多通道盒，更進(jìn)一步包括一用于導(dǎo)引壓縮空氣進(jìn)入儲(chǔ)存器的接口，用于清洗分離通道，以及用分離承載介質(zhì)填充分離通道。11.一種生物分離系統(tǒng)，包括一基座；一用于生物分離的多通道盒，該多通道盒由基座支承，包括一主體；多個(gè)在主體內(nèi)限定的分離通道，每一個(gè)分離通道限定一檢測(cè)區(qū)；一在主體內(nèi)的小室，該小室限定一與各分離通道共用的液體連通的儲(chǔ)存器，所述小室包括分離承載介質(zhì)，當(dāng)在一個(gè)方向操縱盒時(shí)被密封防止外漏；以及一光學(xué)裝置，相對(duì)該對(duì)于入射光和輸出輻射光中至少一個(gè)的檢測(cè)區(qū)對(duì)準(zhǔn)；一由基座支承的定位裝置，用于相對(duì)分離通道定位試樣，并和分離通道流體連通；一分離裝置，用于沿分離通道對(duì)試樣實(shí)現(xiàn)生物分離；以及一控制裝置，用于控制生物分離儀器的操作。12.如權(quán)利要求11所述的生物分離儀器，更進(jìn)一步包括一輻射光源，將輻射光導(dǎo)引到檢測(cè)區(qū)；以及一檢測(cè)器，用于檢測(cè)來(lái)自檢測(cè)區(qū)的輻射光。13.如權(quán)利要求11所述的生物分離儀器，其中該分離裝置包括電泳裝置，用于在分離通道內(nèi)實(shí)現(xiàn)試樣的電泳分離。14.如權(quán)利要求11所述的生物分離儀器，更進(jìn)一步包括壓力裝置，用于加壓該儲(chǔ)存器，以清洗和填充分離通道。15.如權(quán)利要求11所述的生物分離儀器，其中分離通道包括由主體支承的毛細(xì)管立柱。全文摘要一種生物分離系統(tǒng)，其使用高效、小型化、便攜、可互換、可重復(fù)使用、可回收的多通道盒，并具有集成的預(yù)對(duì)準(zhǔn)的光學(xué)裝置和試劑儲(chǔ)存器。該盒例如承載用于毛細(xì)管電泳(CE)分離的多個(gè)毛細(xì)管。包含分離承載介質(zhì)(例如凝膠緩沖劑)的集成式儲(chǔ)存器由所有毛細(xì)管共用。對(duì)于每一盒限定該介質(zhì)的化學(xué)成分和毛細(xì)管的特性(如毛細(xì)管大小、涂層和長(zhǎng)度)。在該生物分離系統(tǒng)中不同的盒可易于互換，以適應(yīng)基于特定試樣的分離。該儲(chǔ)存器連接到一氣壓泵，該氣壓泵對(duì)該凝膠儲(chǔ)存器加壓，以清洗并將做為分離承載介質(zhì)的緩沖劑填充到毛細(xì)管內(nèi)。按本發(fā)明的另一方面，將需要相對(duì)該檢測(cè)區(qū)精細(xì)對(duì)準(zhǔn)的光學(xué)裝置(如用于導(dǎo)引入射光和/或放射光的光學(xué)裝置)集成在該盒內(nèi)。文檔編號(hào)B01D57/02GK1494654SQ02805659公開(kāi)日2004年5月5日申請(qǐng)日期2002年1月28日優(yōu)先權(quán)日2001年1月26日發(fā)明者瓦羅杰·阿米爾卡尼安,劉銘桑,保羅·穆尼,瓦羅杰阿米爾卡尼安,穆尼申請(qǐng)人:比奧卡爾技術(shù)公司