專利名稱：具有集成光學(xué)和流體控制元件的反應(yīng)容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可任意處理、半可再用(semi-reusable)或一次性使用的 具有集成光學(xué)元件的反應(yīng)容器，其與基于光學(xué)的分析系統(tǒng)一起使用。
背景技術(shù)：
隨著在不同的地點(diǎn)執(zhí)行生物、生化和化學(xué)分析的迅速出現(xiàn)，在未嚴(yán)格 控制的條件下以高度分散型裝置(highly decentralized setting)同時(shí)使用極 少訓(xùn)練的人員執(zhí)行這些分析的能力變得日益重要。通常，適當(dāng)訓(xùn)練的人員 不是費(fèi)用太高就是非常難以獲得。例如，許多專業(yè)醫(yī)療診所正提供現(xiàn)場(chǎng)診 斷檢測(cè)，以允許更迅速的診斷和治療。目前的發(fā)展使大眾市場(chǎng)零售商在提 供給顧客的服務(wù)中加入簡(jiǎn)易診所(walk-in clinic )。不需要受訓(xùn)人員的快速 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置將促進(jìn)這些趨勢(shì)。被US FDA分類為CLIA免除的設(shè)備就是 這種簡(jiǎn)單操作等級(jí)的例子。為了國(guó)防或民用應(yīng)用、水質(zhì)監(jiān)控及類似應(yīng)用， 在遙遠(yuǎn)地區(qū)對(duì)筌定潛在生物試劑的日益增長(zhǎng)的需要具有相似的要求。所有 這些應(yīng)用可能提出挑戰(zhàn)，包括混濁的或基本上不透明的樣品需要復(fù)雜的 樣品制備方法、高度靈敏度和特異性要求、以及潛在危險(xiǎn)樣品的容納。在 許多情形中，還期望同時(shí)檢驗(yàn)感興趣的多種化合物。
存在有滿足以上提出的一些要求的分析形式和設(shè)備。橫向流動(dòng)設(shè)備很 好地建立成易于使用并讀出用于生物分析的機(jī)構(gòu)。然而，這些設(shè)備一般提 供比許多應(yīng)用期望的小的靈敏度。多種分析物的同時(shí)檢測(cè)，特別是感興趣 的分析物的濃度差異巨大或基本分析過程不同也是問題?，F(xiàn)有技術(shù)能處理 可變樣品，但是一般地太復(fù)雜而不能為極少受訓(xùn)的人員使用或在苛刻的環(huán) 境中使用。能克服這些障礙中的許多的檢測(cè)技術(shù)利用由結(jié)合分子構(gòu)成的衍射圖
案作為檢測(cè)元件。這個(gè)技術(shù)的當(dāng)前實(shí)施方式，例如在題為"DISPOSABLE REACTION VESSEL WITH INTEGRATED OPTICAL ELEMENTS"的美國(guó) 專利公布第20050148063號(hào)和要求2006年5月9日用英文提交的題為
"AUTOMATED ANALYZER USING LIGHT DIFFRACTION"的美國(guó)臨時(shí) 專利申請(qǐng)第60/798,719號(hào)的優(yōu)先權(quán)的2007年5月9日提交的題為
"AUTOMATED ANALYZER USING LIGHT DIFFRACTION"的美國(guó)專利 申請(qǐng)第11/798,034號(hào)(美國(guó)專利公布第20070264707號(hào))中描述的實(shí)施方 式，(每個(gè)專利都通過引用全文并入于此)，雖然提供了許多優(yōu)點(diǎn)，但是不 具有滿足高度分散的檢驗(yàn)需要所需的簡(jiǎn)單性和緊湊性。
因此，提供用于樣品分析的經(jīng)濟(jì)且易于使用的分析室是有利的，其提 供了簡(jiǎn)單的樣品采集、使用的便利性、高分析靈敏度和樣品容納，并且容 易任意處理并能潛在地滿足CLIA免除標(biāo)準(zhǔn)的要求。
發(fā)明概述
為了解決以上描述的問題，本發(fā)明將光學(xué)元件例如棱鏡(或其他光學(xué) 元件)與反應(yīng)室、用于采集樣品的裝置、用于任何要求的反應(yīng)物的可選儲(chǔ) 存器、廢料的容納和檢測(cè)單一分析物或多種分析物的能力集成。
在本發(fā)明的一方面，提供一種可任意處理的反應(yīng)容器，其包括
a) 殼體，其包括第一殼體部分和第二殼體部分，該第二殼體部分為與 所述第一殼體部分相配的形式，使得當(dāng)?shù)谝粴んw部分和第二殼體部分組裝 形成所述殼體時(shí)，第一殼體部分和第二殼體部分處于密封關(guān)系；
b) 反應(yīng)室，其位于所述殼體內(nèi)；
c) 光學(xué)元件，其整體形成在第二殼體部分的外表面上，并靠近殼體內(nèi) 的所述反應(yīng)室定位，所述第二殼體部分至少部分地由將光透射到反應(yīng)室并 從反應(yīng)室透射光的材料構(gòu)成；
d) 廢料貯存器，其位于所述殼體的內(nèi)部上，第一流通道位于所述反 應(yīng)室和所述廢料貯存器之間，包括反應(yīng)物和樣品入口 ，且第二流通道位于所述反應(yīng)物和才羊品入口以及所述反應(yīng)室之間；
c)分析物特異性受體的圖案，其結(jié)合到反應(yīng)室的內(nèi)表面，圖案區(qū)域?qū)?br> 質(zhì)上由配置為將流體從所述反應(yīng)室放射狀向外引到所述第 一 流通道的一
系列;故射狀導(dǎo)向的《敬流體通f各(radially oriented microfluidic channel)包圍；
并且
e)所述可任意處理的反應(yīng)容器被配置為配合到分析儀器，其中，光學(xué) 元件成形為將光束從分析儀器引向反應(yīng)室，以識(shí)別分析物特異性受體的圖 案，其中，光束與分析物特異性受體的預(yù)選圖案和結(jié)合到分析物特異性受 體的預(yù)選圖案的分析物相互作用，并且其中，與分析物特異性受體的預(yù)選 圖案和結(jié)合到分析物特異性受體的預(yù)選圖案的分析物相互作用的光束是 衍射光束，該衍射光束通過所述至少一個(gè)光學(xué)元件引導(dǎo)遠(yuǎn)離所述內(nèi)表面到 位于所述分析儀器內(nèi)的檢測(cè)器。
通過參考下面的詳細(xì)描述和附圖能實(shí)現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的功能和有利方面 的進(jìn)一步理解。
附圖簡(jiǎn)述
下面僅通過舉例描述依照本發(fā)明構(gòu)建的具有集成光學(xué)元件的可任意 處理的反應(yīng)容器，必須參考附圖，其中


圖1A是具有集成光學(xué)元件的可任意處理的反應(yīng)容器的透視圖，其在 單個(gè)反應(yīng)室里具有分析物特異性圖案，且在反應(yīng)室底部整體形成有棱鏡；
圖1B是圖IA所示的反應(yīng)容器的相反面的透視圖2是圖1A顯示的反應(yīng)容器的元件的分解圖，顯示了上殼體部分和 下殼體部分以及蓋；
圖3是下殼體部分的平面圖，其中剖開的蓋在適當(dāng)位置；
圖4是下殼體部分里的反應(yīng)室和相關(guān)聯(lián)的流體通路的詳圖5是包含在下殼體部分里的靠近反應(yīng)室的集成光學(xué)元件的詳圖6A是顯示了組裝的反應(yīng)容器的一部分的光路的視圖，示出了使用
8全內(nèi)反射(TIR)使光路進(jìn)入和離開反應(yīng)室的實(shí)施方式；
圖6B是顯示了組裝的反應(yīng)容器的一部分的光路的視圖，示出了使用 顯示的透射使光路進(jìn)入和離開反應(yīng)室的實(shí)施方式；
圖6C是顯示了組裝的反應(yīng)容器的一部分的光路的視圖，示出了使用 熒光使光路進(jìn)入和離開反應(yīng)室的實(shí)施方式；
圖6D是顯示了組裝的反應(yīng)容器的一部分的光路的視圖，示出了使用 化學(xué)發(fā)光使光路進(jìn)入和離開反應(yīng)室的實(shí)施方式；
圖7A是安裝在下殼體部分上、接近致動(dòng)機(jī)構(gòu)的蓋的示意圖7B由圖7A顯示的致動(dòng)機(jī)構(gòu)接合的蓋的示意圖8是類似圖3，但是沒有蓋的下殼體的平面圖9是上殼體部分的內(nèi)部的透視圖IOA是安裝在下殼體部分上的蓋的詳細(xì)截面圖；以及
圖IOB是部分地安裝在下殼體部分上的蓋的詳細(xì)截面圖。
發(fā)明詳述
一般來講，這里描述的系統(tǒng)涉及具有集成光學(xué)和流體控制元件的反應(yīng) 容器，該反應(yīng)容器用于基于衍射的分析中。根據(jù)需要，這里公開了本發(fā)明 的實(shí)施方式。然而，公開的實(shí)施方式僅僅是示例性的，并應(yīng)理解，本發(fā)明 可用許多不同的和可選擇的形式實(shí)施。附圖未必按比例繪制，且一些特征 可能被夸大或縮小，以顯示具體元件的細(xì)節(jié)，同時(shí)可能已去除有關(guān)元件， 以防止才莫糊新穎性方面。因此，這里公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)解釋 為限制性的，而僅僅作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)和作為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員多方 面地應(yīng)用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。為了教導(dǎo)而非限制的目的，示出的實(shí)施方 式涉及具有集成光學(xué)和流體控制元件的反應(yīng)容器，該反應(yīng)容器用在基于衍 射的分析中。
如這里使用的，術(shù)語"大約"，當(dāng)結(jié)合顆粒的尺寸范圍或其他物理屬 性或特性使用時(shí)，其意思是覆蓋尺寸范圍的上限和下限可能存在的微小變化，以便不排除平均地滿足大多數(shù)尺寸，但是統(tǒng)計(jì)上可能存在于此區(qū)域外 的尺寸的實(shí)施方式。不希望從本發(fā)明排除例如這些的實(shí)施方式。
本發(fā)明的許多實(shí)施方式可能用于不同應(yīng)用。下面的描述是一個(gè)實(shí)施方 式的示例，且并不意味著限制。圖1A顯示了反應(yīng)容器10的組裝圖，其包
括端蓋12、包括透射窗口 16的上殼體部分14。端蓋12設(shè)計(jì)為容易安裝 在組裝的殼體的剩余部分上，但是不容易移除，并可以可選地為分析的執(zhí) 行提供流體貯存器，如下文中描述的。蓋12設(shè)計(jì)為卡扣配合，使得一旦 安裝，就不能非破壞性地移除。蓋12還提供實(shí)質(zhì)上氣密的密封，以隔離 反應(yīng)容器內(nèi)潛在的有害物質(zhì)。上殼體包括表面26。表面26提供可粘貼可 人讀標(biāo)記或可機(jī)讀標(biāo)記，例如條形碼或射頻識(shí)別(RFID)設(shè)備的實(shí)質(zhì)上平 坦的表面。端蓋12優(yōu)選地設(shè)計(jì)成使得蓋12只能以正確方位安裝，并使得 該方位對(duì)臨床醫(yī)生明顯。優(yōu)選地，使用類似下文中討論的殼體的剩余部分 的可人讀和/或可機(jī)讀標(biāo)簽標(biāo)記端蓋12來指示密封在其中的液體反應(yīng)物的 標(biāo)識(shí)。
圖1B是反應(yīng)容器的相反側(cè)的視圖，顯示了包括集成光學(xué)元件20、鎖 緊機(jī)構(gòu)(keying mechanism ) 22和導(dǎo)向軌24的下殼體18。鎖緊機(jī)構(gòu)22和 導(dǎo)向軌24為分析儀器提供機(jī)械接口和對(duì)齊。
圖2顯示了包括流體通路30、 32、 34和36、廢料貯存器38和反應(yīng)室 40的反應(yīng)容器10的分解俯視圖。圖2還顯示了結(jié)合到下殼體18的結(jié)構(gòu)元 件39。圖2還顯示了接收件41,其用于接納圖9所示的結(jié)合到上殼體14 的對(duì)齊柱76。
上殼體部分14和下殼體部分18優(yōu)選地使用光學(xué)透明塑料制造。蓋12 優(yōu)選地由不透明塑料制造。合適的材料包括聚苯乙烯、聚碳酸酯、丙烯 酸、PET、環(huán)烯聚合物和共聚物。
圖3顯示了帶有安裝的蓋12的剖視圖的下殼體18的平面圖，顯示了 反應(yīng)物貝i存器44、 46、 48，而圖7A和圖7B分別顯示了關(guān)聯(lián)的柱塞元件 50、 52和54。
圖8顯示了下殼體部分18的平面圖，其包括流體貯存器刺入元件62以及組合的樣品進(jìn)入和流體貯存器刺入元件64。參考圖8,優(yōu)選使用毛細(xì) 作用力，通過與流體通路32流體相通的樣品進(jìn)入元件64引入要分析的樣 品。在這個(gè)實(shí)施方式中，位于下殼體部分18中的流體通路32是開i欠通路 段，當(dāng)與上殼體部分14處于密封關(guān)系時(shí)，該開放通路段構(gòu)成這種橫截面 和尺寸的流體通道，以便生成毛細(xì)空間，該毛細(xì)空間將牽引樣品通過樣品 進(jìn)入元件64到流體通路32里，并將樣品輸送進(jìn)入公共流體通路36里， 公共流體通路36以也產(chǎn)生毛細(xì)作用力的方式構(gòu)建?？稍俅问褂妹?xì)作用 力或可選地，下文描述的主動(dòng)流體輸送裝置，將流體從公共通路36進(jìn)一 步牽引到反應(yīng)室40里。
參考圖4，反應(yīng)室40包含一系列實(shí)質(zhì)上放射狀的微流體通路70 (例 如美國(guó)專利申請(qǐng)第11/021545號(hào)中描述的微流體通路，該美國(guó)專利在這里 通過引用全文并入)，該微流體通路70指向圖案區(qū)域72，并且可配置為提 供幾種不同的流動(dòng)控制屬性。在一個(gè)實(shí)施方式中，通路70用作流動(dòng)控制 門控裝置，借此，流體進(jìn)入并通過反應(yīng)室40的傳送速率可控制到期望的 流動(dòng)速率?？蛇x地，通路70可布置成使得提供這樣一種裝置，該裝置停 止毛細(xì)流動(dòng)，直到應(yīng)用充足的附加壓力以迫使流動(dòng)開始通過微流體通路 70。應(yīng)理解，放射狀的微流體通路70不需要筆直，而可以是彎曲的，要 點(diǎn)在于在反應(yīng)位置的滯留時(shí)間受微流體通路70的圖案的控制。
圖5是包含在下殼體部分18中的正好位于圖4顯示的圖案元件72下 面的集成光學(xué)元件20的詳圖。期望光學(xué)元件20整體形成為下殼體部分18 的一部分。依賴于使用的光學(xué)識(shí)別模式是否被透射、反射、TIR、發(fā)熒光 等來選擇光學(xué)元件20的形狀和幾何結(jié)構(gòu)。應(yīng)注意，在優(yōu)選實(shí)施方式中， 光學(xué)元件20的配置將允許使用的多種識(shí)別^f莫式同時(shí)使用或每個(gè)單獨(dú)使用。 與殼體部分18形成一體的光學(xué)元件20可由與殼體相同的材料制成，即由 合適的塑料模制的集成光學(xué)元件和殼體，或其可以是與殼體部分18結(jié)合 的不同材料。光學(xué)元件的形狀可以是將光束引導(dǎo)到包含分析物特異性受體 的圖案的反應(yīng)室中的區(qū)域所需的任何合適的形狀，其中，光束與分析物特 異性受體的預(yù)選圖案和結(jié)合到分析物特異性受體的預(yù)選圖案的分析物相 互作用，并且其中，與分析物特異性受體的預(yù)選圖案和結(jié)合到分析物特異性受體的預(yù)選圖案的分析物相互作用的光束是衍射光束，該衍射光束^L光 學(xué)元件指引遠(yuǎn)離內(nèi)表面到達(dá)位于分析儀器里的檢測(cè)器，殼體插入該分析儀 器中。
例示兩種布置的實(shí)施方式將在下文討論。離開微流體通路70、從圖案 區(qū)域72》文射狀地輸送的流體可進(jìn)入廢料管道74，并從此輸送到廢料室38。 應(yīng)注意，在這個(gè)實(shí)施方式中，通過建立通路結(jié)構(gòu)和上殼體部分14之間的 密封關(guān)系來實(shí)現(xiàn)完成通路30、 32、 34和36、反應(yīng)室40、廢料通路74以 及廢料室38的結(jié)構(gòu)。微流體通路70可制造為下殼體部分18的整體零件 或可制造為分離的可插入結(jié)構(gòu)(未顯示)或可制造為上殼體部分14的整 體零件。
包括分析物特異性受體的圖案區(qū)域72位于反應(yīng)室40內(nèi)并被微流體通 路70限制，該圖案區(qū)域以非隨機(jī)圖案排列，以便構(gòu)成衍射光柵，如授予 Goh等人的題為"METHOD AND APPARATUS FOR ASSAY FOR MULTIPLE ANALYTES "的美國(guó)專利第7,008,794號(hào)和美國(guó)專利第 6,436,651號(hào)的"Optical diffraction biosensor"中描述的，(所有這些專利在 此都通過引用全文并入)，其可使用授予Cracauer等人的題為"METHOD AND APPARATUS FOR MICRO-CONTACT PRINTING"的同在申請(qǐng)的美 國(guó)專利第6,981,445號(hào)中描述的微沖壓裝置制造，這個(gè)專利的內(nèi)容在這里 全文并入。本發(fā)明不排除產(chǎn)生圖案區(qū)域72的可選裝置。圖案可以是規(guī)則 的等間隔的平行線或它們可以是更復(fù)雜的圖案，如同在申請(qǐng)中的美國(guó)專利 申請(qǐng)第09/814,161號(hào)、第10/242,778號(hào)和第11/196,483號(hào)或題為 "Diffraction-Based Diagnostic Devices"的美國(guó)專利第7,223,534號(hào)中公開 的，所有這些專利在這里通過引用全文并入。圖案元件的組成可以是分析 物特異性受體，例如抗體、蛋白質(zhì)、抗原、天然或合成起源的DNA或RNA 鏈；抗生物素蛋白、鏈霉親和素、生物素、制備成具有生物結(jié)合化學(xué)性質(zhì) 的聚合材料，或可以更復(fù)雜。
信號(hào)衰減是明確的預(yù)期操作模式，其中由基底圖案產(chǎn)生的衍射或另外 的現(xiàn)有信號(hào)由于出現(xiàn)感興趣的分析物而減少或降低。這種衰減可由圖案元 件通過竟?fàn)幍南嗷プ饔玫囊浦谩D案特性的物理變化而引起，圖案特性的物理變化例如表面折射指數(shù)的增大或改變，或由樣品的材料和圖案元件72 的成分之間的化學(xué)相互作用引起的形狀的總體改變。
圖案元件72的組成不限于特定于單個(gè)分析物的結(jié)合受體?？山M合多
個(gè)受體來響應(yīng)感興趣的多個(gè)分析物。任何分析物的出現(xiàn)將產(chǎn)生可檢測(cè)的信 號(hào)。這個(gè)實(shí)施方式是當(dāng)期望掩蔽一類物質(zhì)或幾類物質(zhì)的樣品時(shí)具體使用 的，任何一個(gè)或更多個(gè)分析物的出現(xiàn)將證明具有更明確本質(zhì)的隨后分析。
當(dāng)將樣品提供到圖案元件72時(shí)，可發(fā)生結(jié)合反應(yīng)。當(dāng)形成圖案元件 72的受體以產(chǎn)生衍射的布置配置時(shí)，這個(gè)反應(yīng)將通過用相干光束識(shí)別來檢 測(cè)，如授予Goh等人的題為"METHOD AND APPARATUS FOR ASSAY FOR MULTIPLE ANALYTES"的美國(guó)專利第7,008,794號(hào)中公開的。
如圖6A示意性顯示的，提供的集成光學(xué)元件20允許入射束100照射 到反應(yīng)室40里的圖案區(qū)域72，并以全內(nèi)反射(TIR)產(chǎn)生至少 一個(gè)衍射序 列束102，該至少一個(gè)衍射序列束102可被適當(dāng)?shù)墓怆姍z測(cè)器104檢測(cè)， 并且隨后通過關(guān)聯(lián)的儀器(未顯示)定量并可選地分析，適當(dāng)?shù)墓怆姍z測(cè) 器104結(jié)合到關(guān)聯(lián)的儀器里。
應(yīng)注意，圖6A顯示的布置還允許測(cè)量反應(yīng)室40內(nèi)的溶液的折射指數(shù)。 結(jié)合固定指數(shù)的衍射光柵，不同折射指數(shù)的流體將依賴于光柵和流體的指 數(shù)之間的相對(duì)差異而產(chǎn)生更大或更小密度的衍射序列。這個(gè)差異容易定量 并能用來計(jì)算流體的折射指數(shù)。
在另一實(shí)施方式中，可使用如圖6B所示的透射衍射過程。在這個(gè)實(shí) 施方式中，入射束110照射到圖案72上，并產(chǎn)生至少一個(gè)衍射序列106, 并且該至少一個(gè)衍射序列106透射通過結(jié)合到上殼體部分14的窗口 16， 并因此可用于被適當(dāng)?shù)墓怆姍z測(cè)器104檢測(cè)，并隨后通過關(guān)聯(lián)的儀器(未 顯示)定量并可選地分析，光電檢測(cè)器104可以是結(jié)合到關(guān)聯(lián)的儀器里的 光電二極管。在這個(gè)實(shí)施方式中，窗口 16實(shí)質(zhì)上在適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)光學(xué)清晰。 可選地，如果光學(xué)窗口 16是半透明的構(gòu)造，那么衍射序列106的投影可 肉眼看到。如果適當(dāng)選擇圖案72的衍射元件，則結(jié)合或圖案分裂反應(yīng)能 導(dǎo)致所述衍射序列的配置和/或方向的可視覺檢測(cè)的變化，如題為"GEL SENSORS AND METHOD OF USE THEREOF"的美國(guó)專利第6,180,288號(hào)公開的。應(yīng)注意，窗口 16可包括透鏡、棱鏡或其他光學(xué)元件來幫助將光 導(dǎo)向檢測(cè)器。
在另一實(shí)施方式中，圖6C示意性顯示了可使用熒光檢測(cè)方案，借此
方案，結(jié)合到圖案72的次反應(yīng)物(在下文中描述)可包含由入射光束108 (可以相干或可以不相干)感應(yīng)的焚光化合物，入射光束108由結(jié)合到關(guān) 聯(lián)的儀器(未顯示)的光源112發(fā)出，包含相稱于特定熒光化合物的波長(zhǎng)， 以差不多不定向的方式(more or less non-directional manner)再發(fā)出改變 波長(zhǎng)的光。感應(yīng)的熒光可依靠結(jié)合到關(guān)聯(lián)的儀器里的過濾光電檢測(cè)器 (filtered photodetector) 110來監(jiān)控，并隨后通過關(guān)聯(lián)的儀器(未顯示)定 量并可選地分析，過濾光電檢測(cè)器110可以是光電二極管。應(yīng)理解，這個(gè) 實(shí)施方式可配置為使得過濾光電檢測(cè)器IIO位于殼體的另一側(cè)上，以檢測(cè) 從與照射圖案的光束相同的側(cè)發(fā)出的熒光。
顯示在圖6D中的第四實(shí)施方式利用使用結(jié)合到圖案元件72的適當(dāng)?shù)?酶和輸送到圖案元件72的適當(dāng)?shù)拿缸饔梦锏幕瘜W(xué)發(fā)光反應(yīng)來產(chǎn)生一般不 定向的光。該光可依靠結(jié)合到關(guān)聯(lián)的儀器的適當(dāng)?shù)臋z測(cè)器120來監(jiān)控，并 隨后通過關(guān)聯(lián)的儀器(未顯示)定量并可選地分析，檢測(cè)器120可以是CCD 或PMT。如以上關(guān)于圖6C的實(shí)施方式提到的，圖6D的實(shí)施方式可以使 得檢測(cè)器120位于殼體的另一側(cè)上，以檢測(cè)從與照射圖案的光束相同的側(cè) 發(fā)出的化學(xué)光。
使用實(shí)質(zhì)上類似于圖6B顯示的光學(xué)布置，本發(fā)明的另一實(shí)施方式允 許測(cè)量反應(yīng)室40里的光密度和/或流體濁度。這些測(cè)量可通過使用衍射序 列束或來自光源的主束的檢測(cè)進(jìn)行。在這個(gè)實(shí)施方式中，還可測(cè)量流體里 的顆粒物質(zhì)引起的光散射。
雖然以上描述的這些信號(hào)產(chǎn)生和檢測(cè)的實(shí)施方式被描述為單獨(dú)的構(gòu) 造，但是沒有限制組合用于多種同時(shí)發(fā)生的信號(hào)檢測(cè)和定量模式或用作基 準(zhǔn)信號(hào)、控制及類似的手段的技術(shù)。此外，光源和檢測(cè)器可以是以上示出 的實(shí)例的可選構(gòu)造。
在執(zhí)行主題分析期間或之后，該主題分析可要求下文中描述的幾個(gè)流 體添加步驟，多種反應(yīng)流體必須移動(dòng)通過反應(yīng)室40。為了允許這樣輸送流體，可任意處理的反應(yīng)容器IO設(shè)置有廢料室38,在圖8中顯示，足以容 納在執(zhí)行分析期間利用的所有流體。將流體輸送到廢料室38可依靠微流 體毛細(xì)通路(未顯示)、主動(dòng)泵裝置(在下文描述)、所述廢料室38內(nèi)的 芯吸元件(wicking element)(未顯示)、廢料室內(nèi)的吸濕凝膠、重力或外 部應(yīng)用真空來完成。這個(gè)清單只是示意的，且其他裝置將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人 員明顯。
下文中討論的多種分析類型由這里公開的實(shí)施方式支持。 一些這樣的 分析可僅使用樣品完成。其他要求多種反應(yīng)物和/或清洗步驟來完成。 一種 實(shí)施方式可包括端蓋12，端蓋12可包含至少一種液體反應(yīng)物或緩沖劑。 圖IOB顯示了端蓋12的實(shí)施方式的一般配置。
可任意處理的反應(yīng)容器的一些實(shí)施方式可包括流體移置裝置(fluid displacement means),該流體移置裝置與每個(gè)液體貯存器相關(guān)聯(lián)，以迫使 包含在其中的液體容納物進(jìn)入從入口通向反應(yīng)室40的流通道。這種流體 移置裝置可包括但不限于用于增壓每個(gè)液體貯存器以迫使其中包含的液 體進(jìn)入流通道的增壓裝置。還可包括使用包括與每個(gè)液體貯存器相關(guān)聯(lián)的 柱塞的柱塞組件和用于獨(dú)立于其他柱塞而移動(dòng)每個(gè)柱塞的裝置。示例性 的，顯示了在蓋12中的三個(gè)反應(yīng)物貯存器44、 46和48。
貯存器一般為圓柱構(gòu)造并與蓋12的外部結(jié)構(gòu)整體形成，并分別設(shè)置 有與貯存器的內(nèi)部有密封關(guān)系的柱塞元件50、 52和54。當(dāng)使用圓柱柱塞 時(shí)，圓柱內(nèi)部形狀是貯存器的優(yōu)選實(shí)施方式，但是其他構(gòu)型是可能的。柱 塞50、 52和54^l顯示為實(shí)質(zhì)上為球面球，但是其他構(gòu)型是可能的。柱塞 可由多種塑料構(gòu)成，包括聚乙烯、聚丙烯、聚氨基曱酸酯、合成橡膠、聚 氯乙烯和其共聚物或混合物、含氟聚合物或可由合適的金屬或陶瓷材料構(gòu) 成。在用可刺入封閉件132密封之前，安裝有柱塞50、 52和54的流體貯 存器44、 46和48可充滿期望的緩沖液或反應(yīng)物。這種封閉件可用由熱密 封或粘合劑方式保持的箔或聚合物膜實(shí)現(xiàn)。
可選地，可使用可^皮刺入元件62和樣品入口 64移置的簡(jiǎn)易塞子。流 體貝i存器和流體通路的平l^之間的流體相通通過將蓋12完全安裝到組裝 的下部部分18和上部部分14來完成。下殼體部分14設(shè)置有刺入元件62以及刺入和樣品入口 64，它們被如此構(gòu)建以便刺穿所述封閉件132并建立
流體貯存器和組裝的下部部分和上部部分的流體通3各之間的流體相通?？?通過移動(dòng)柱塞來完成將貯存器里包含的流體移置到組裝部分的流體通路
里。柱塞50、 52和54可通過圖7A和圖7B示意性顯示的簡(jiǎn)易外部致動(dòng)機(jī) 構(gòu)140相對(duì)于貯存器44、 46和48滑動(dòng)移動(dòng)。
適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)包括用戶手動(dòng)致動(dòng)的桿或聯(lián)動(dòng)裝置、自動(dòng)或半自動(dòng)線性 運(yùn)動(dòng)設(shè)備，包括但不限于微處理器和軟件控制的線性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
可選地，柱塞的移置可通過反應(yīng)容器10相對(duì)于布置為對(duì)齊柱塞的銷 142的運(yùn)動(dòng)來完成。這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)可通過操作員將設(shè)備插入到儀器里適當(dāng) 配置的容器的動(dòng)作來手動(dòng)完成，或通過自動(dòng)或半自動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備來完 成。如果柱塞和前面提到的致動(dòng)裝置之間的關(guān)系以這樣的方式配置，使得 銷是如圖7B示意示出的不同長(zhǎng)度的銷，則即使手動(dòng)致動(dòng)，柱塞的順次移 置也能容易完成。這個(gè)實(shí)現(xiàn)方式包括相對(duì)較長(zhǎng)或較短的桿142來接合柱塞 50、 52和54。如在此前說明的，銷142可由多種裝置獨(dú)立致動(dòng)。
如果結(jié)合直接將期望的反應(yīng)物輸送到入口 62和64的外部裝置使用， 則沒有包含反應(yīng)物的蓋12也可使用可任意處理的反應(yīng)容器10。所述裝置 可以是手動(dòng)或自動(dòng)的。
在本發(fā)明的實(shí)施方式中，完成分析所需的反應(yīng)物以千燥的形式存放在 通向反應(yīng)室40的<壬<可流體通道里。反應(yīng)物的沉積可通過幾種方式實(shí)現(xiàn)， 包括噴墨隨后千燥處理、微嚢法、直接吸液法、糊狀物的沉積和對(duì)本領(lǐng)域 技術(shù)人員明顯的其他方式。在分析過程期間，穿過反應(yīng)物的流體通道將再 水合或夾帶反應(yīng)物，并將其攜帶到反應(yīng)室40。這種反應(yīng)物的合適位置顯示 在圖3的位置150。
適合于用在反應(yīng)容器10內(nèi)的分析形式包括單一階段直接結(jié)合到固定 捕獲分子、夾心式和半夾心式分析、各種類型的^t大分析，包括以沉淀反 應(yīng)、比色反應(yīng)、熒光反應(yīng)和化學(xué)發(fā)光反應(yīng)為代表的酶擴(kuò)增。應(yīng)注意，可在 不使用酶過程的情況下執(zhí)行擴(kuò)增。例如，可利用使用熒光化合物或顆粒直 接標(biāo)記檢測(cè)器反應(yīng)物。其他變化形式將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯。移置分析 形式、比濁法(turbidimetric)、光密度讀數(shù)和確定流體的折射指數(shù)能通過如在此前描述的各種實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)。
為了定量感興趣的分析物，可應(yīng)用到本發(fā)明執(zhí)行的分析的信號(hào)輸出的
分析4支術(shù)包括動(dòng)力學(xué)分析、信號(hào)時(shí)間(time to signal )、端點(diǎn)、比率端點(diǎn)和曲線擬合。
數(shù)據(jù)的收集和分析最適合于簡(jiǎn)單閱讀器儀器，該簡(jiǎn)單閱讀器儀器使用本發(fā)明提供的流體輸送和光學(xué)識(shí)別特征對(duì)本發(fā)明執(zhí)行一 系列預(yù)先確定的操作。預(yù)先確定的分析參數(shù)應(yīng)用到信號(hào)輸出，且范圍從簡(jiǎn)單的正/負(fù)結(jié)果到精確的濃度分析的解釋能通過使用保持在這樣的儀器里的預(yù)先建立的校準(zhǔn)信息來完成。
如這里^f吏用的，術(shù)^吾"包4舌(comprises )"、"包含(comprising)"、"包括(including)"和"包含(includes)"應(yīng)解釋為包括在內(nèi)并且是開放式的而并非是排他性的。具體來說，當(dāng)在包括權(quán)利要求的本說明書中使用時(shí)，術(shù)i吾"包4舌(comprises )，,、"包含(comprising )，，、"包4舌(including )，，和"包含(includes)"及它們的變化形式的意思是包括具體特征、步驟或組成部分。這些術(shù)語不應(yīng)解釋為排除其他特征、步驟或組成部分的存在。
已經(jīng)提出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的前述描述來示出本發(fā)明的原理，而不是將本發(fā)明限制到示出的具體實(shí)施方式
。意圖是本發(fā)明的范圍由包含在下面的權(quán)利要求和它們的等價(jià)物內(nèi)的所有實(shí)施方式限定。
1權(quán)利要求
1.一種可任意處理的反應(yīng)容器，其包括a)殼體，其包括第一殼體部分和第二殼體部分，所述第二殼體部分為與所述第一殼體部分相配的形式，使得當(dāng)所述第一殼體部分和所述第二殼體部分組裝形成所述殼體時(shí)，所述第一殼體部分和所述第二殼體部分處于密封關(guān)系；b)反應(yīng)室，其位于所述殼體內(nèi)；c)光學(xué)元件，其整體形成在所述第二殼體部分的外表面上，并靠近所述殼體內(nèi)的所述反應(yīng)室定位，所述第二殼體部分至少部分地由將光透射到所述反應(yīng)室并從所述反應(yīng)室透射光的材料構(gòu)成；d)廢料貯存器，其位于所述殼體的內(nèi)部上，第一流通道位于所述反應(yīng)室和所述廢料貯存器之間，包括反應(yīng)物和樣品入口，且第二流通道位于所述反應(yīng)物和樣品入口以及所述反應(yīng)室之間；c)分析物特異性受體的圖案，其結(jié)合到所述反應(yīng)室的內(nèi)表面，圖案區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上由配置為將流體從所述反應(yīng)室放射狀向外引到所述第一流通道的一系列放射狀導(dǎo)向的微流體通路包圍；并且e)所述可任意處理的反應(yīng)容器被配置為配合到分析儀器，其中，所述光學(xué)元件成形為將光束從所述分析儀器引到所述反應(yīng)室，以識(shí)別所述分析物特異性受體的圖案，其中，光束與分析物特異性受體的預(yù)選圖案和結(jié)合到所述分析物特異性受體的預(yù)選圖案的分析物相互作用，并且其中，與所述分析物特異性受體的預(yù)選圖案和結(jié)合到所述分析物特異性受體的預(yù)選圖案的分析物相互作用的光束是衍射光束，所述衍射光束由所述至少一個(gè)光學(xué)元件引導(dǎo)遠(yuǎn)離所述內(nèi)表面到位于所述分析儀器內(nèi)的檢測(cè)器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的容器，其中，與所述反應(yīng)室流體相通的所述 反應(yīng)物和樣品入口位于所述殼體的第一末端部分，所述第一末端部分包括 端蓋，所述端蓋配置為在所述第一末端部分上滑動(dòng)，并卡扣配合在所述第一末端部分上以鎖在所述殼體上并形成防漏密封。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的容器，其中，所述端蓋包括用于容納反應(yīng)物 和/或液體樣品的至少一個(gè)流體貯存器，所述端蓋配置為在所述第一末端部 分上滑動(dòng)，并卡扣配合在所述第一末端部分上以鎖在所述殼體上并形成所 述防漏密封，所迷至少一個(gè)流體貯存器包括可刺入密封裝置，并且其中， 所述反應(yīng)物和樣品入口配置為當(dāng)所述端蓋滑到所述殼體上時(shí)刺入所述可 刺入密封裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的容器，其中，所述反應(yīng)物和樣品入口被 分隔開，并且其中，所述第二流通道包括分支，每個(gè)分支與樣品或反應(yīng)物 入口相關(guān)聯(lián)，所迷分支匯聚到在所述反應(yīng)室終止的公共通道。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2、 3或4所述的容器，其中，所述殼體包括至少一 個(gè)樣品入口和至少一個(gè)反應(yīng)物入口 ，并且其中，所述端蓋包括與每個(gè)入口 相關(guān)聯(lián)的分開的液體貯存器和密封每個(gè)液體貯存器的可刺入密封裝置，并 且其中，每個(gè)入口包括刺入裝置，所述刺入裝置與所述入口相關(guān)聯(lián)以用于 刺入所述可剌入密封裝置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2、 3、 4或5所述的容器，其中，用于容納反應(yīng)物的 所迷液體貯存器預(yù)先充滿選定反應(yīng)物。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2、 3、 4、 5或6所述的容器，其中，所述端蓋被標(biāo) 記以指示密封在其中的液體反應(yīng)物的標(biāo)識(shí)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2到7中的任一項(xiàng)所述的容器，其包括流體移置裝置， 所述流體移置裝置與每個(gè)所述液體貯存器相關(guān)聯(lián)，以用于將反應(yīng)物和樣品 移置到所述第二流通道里。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的容器，其中，所述流體移置裝置包括用于增 壓每個(gè)所述液體^存器以迫使包含在每個(gè)所述液體貯存器中的液體容納 物進(jìn)入所述第二流通道的裝置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的容器，其中，所述流體移置裝置包括帶有 與每個(gè)液體貯存器相關(guān)聯(lián)的柱塞的柱塞組件和用于獨(dú)立于其他柱塞移動(dòng) 每個(gè)柱塞的裝置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1到10中的任一項(xiàng)所述的容器，其中，所述第二流 通道具有選擇成提供其中的毛細(xì)流動(dòng)的尺寸，使得在將反應(yīng)物和樣品引入 反應(yīng)物和樣品的相應(yīng)入口時(shí)，毛細(xì)作用力將反應(yīng)物和樣品向著所述反應(yīng)室 牽引到所述第二流通道。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1到11中的任一項(xiàng)所述的容器，其中，所述第一流 通道具有選擇成提供其中的毛細(xì)流動(dòng)的尺寸，使得在所述分析儀器已經(jīng)完 成指定的衍射分析后，反應(yīng)物和樣品由毛細(xì)作用力牽引離開所述反應(yīng)室， 以將反應(yīng)物和樣品牽引到廢料室里。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1到12中的任一項(xiàng)所述的容器，其中，所述第一殼 體部分和所述第二殼體部分中的至少一個(gè)或兩個(gè)包括鎖緊機(jī)構(gòu)，以為所述 分析儀器提供機(jī)械接口和對(duì)齊。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的容器，其中，所述鎖緊機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè) 導(dǎo)向軌，所述至少一個(gè)導(dǎo)向軌沿所述第一殼體部分和所述第二殼體部分中 的一個(gè)或兩個(gè)的外表面延伸，所述至少一個(gè)導(dǎo)向軌被所述分析儀器的接收 站中的相關(guān)聯(lián)的槽接收。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1到14中的任一項(xiàng)所述的容器，其中，所迷第一殼 體部分和所述第二殼體部分中的一個(gè)或兩個(gè)具有這樣一部分，該部分配置為才婁納粘貼到該部分的標(biāo)簽。
16. 根據(jù)權(quán)利要求i5所述的容器，其中，所述標(biāo)簽是可人讀標(biāo)簽和可 機(jī)讀標(biāo)簽中的一種或兩種。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的容器，其中，所述可機(jī)讀標(biāo)簽選自由條形 碼和射頻(RF)標(biāo)識(shí)符組成的組。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1到17中的任一項(xiàng)所述的容器，其包括熒光化合物， 所述熒光化合物結(jié)合到所述分析物特異性受體的圖案或與所述分析物特 異性受體的圖案相互作用，所迷熒光化合物能通過相干或不相千的入射光 束來感應(yīng)，以便以差不多不定向的方式發(fā)熒光并再發(fā)出改變波長(zhǎng)的光，所 發(fā)出的光通過結(jié)合到所述分析儀器的光電檢測(cè)器檢測(cè)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1到17中的任一項(xiàng)所述的容器，其包括化學(xué)發(fā)光化合物，所述化學(xué)發(fā)光化合物結(jié)合到所述分析物特異性受體的圖案或與所述 分析物特異性受體的圖案相互作用，所述化學(xué)發(fā)光化合物能通過相干或不 相干的入射光束來感應(yīng)，以便以差不多不定向的方式化學(xué)發(fā)光并發(fā)出光， 所發(fā)出的光通過結(jié)合到所述分析儀器的光電檢測(cè)器檢測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明提供可任意處理的半可再用或一次性使用的具有集成光學(xué)元件的反應(yīng)容器，其與基于衍射的分析系統(tǒng)一起使用。用于分析分析物液體的容器包括具有用于在其中接納液體的至少一個(gè)室或井的殼體和與殼體整體形成的光學(xué)元件，以用于將入射光束引向井或室，并在光束已經(jīng)與存在于液體里的分析物相互作用之后引導(dǎo)光束離開反應(yīng)室。
文檔編號(hào)G01N33/53GK101688861SQ200880021632
公開日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月18日
發(fā)明者亞當(dāng)·布賴恩·利德曼, 羅基·甘斯克, 雷蒙德·弗朗西斯·克拉考爾 申請(qǐng)人:愛克瑟拉有限公司