制備用于檢查的生物樣本的自動化系統(tǒng)及方法
【專利說明】制備用于檢查的生物樣本的自動化系統(tǒng)及方法
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年4月5日提交的美國臨時申請?zhí)?1/809, 179的優(yōu)先權，其全 部內(nèi)容通過提述并入本文。
【背景技術】
[0003] 多年以來，實驗室技師已使用用于制備生物樣本的染料和染劑（如在Romanowsky 染色中所使用的那些）以改善檢查過程中樣本的對比度。這種檢查方法通常利用顯微鏡， 另一種捕獲樣本圖像的裝置，或者在其它情況下，肉眼的視覺檢查。制備用于檢查的樣本的 幾種不同的系統(tǒng)和方法是已知的。例如，美國專利號6, 096, 271、7, 318, 913以及5, 419, 279 和公布的美國專利申請?zhí)?008/0102006和2006/0073074涉及用于樣本處理過程中對基板 進行染色的機器和方法。這些出版物提供了關于染色和制備樣本用于檢查的諸多細節(jié)。
[0004] 發(fā)明概述
[0005] 本公開涉及制備生物樣本用于檢查的自動化系統(tǒng)及方法。例如，所述樣本可包括 施加至基板例如顯微鏡載片或蓋玻片的含有紅血細胞、白血細胞和血小板的血液樣品。不 同的實施方案可用于從生物樣品包括骨髓、尿、陰道組織、上皮組織、腫瘤、精液、唾液及其 它體液中制備其它的生物樣本。本公開的其它方面包括用于固定、染色、沖洗以及攪拌樣本 的系統(tǒng)和方法。一般地，本文公開的系統(tǒng)和方法通過使用最小的流體量提供快速、高效且高 度均勻的樣本處理。所述方法包括一個或多個的固定、染色以及沖洗階段，在一個或多個所 述固定、染色以及沖洗階段期間或之后包括一個或多個攪拌階段?？蓪⑺鱿到y(tǒng)作為獨立 的裝置或作為較大系統(tǒng)中的部件實施用于制備和檢查生物樣本。
[0006] -般地，在第一方面，本公開特征為一種在基板上制備生物樣本用于檢查的設備， 所述設備包括：(a)基板臂，其包括基板夾持器；(b)第一致動器，其連接至所述基板臂，且 配置成使所述基板臂在打開位置（open position)與樣本處理位置之間移動；（c)第二致 動器，其布置且配置成攪拌由所述基板臂上的基板夾持器夾持的基板；（d)平臺，其具有當 所述基板臂處于樣本處理位置時位于與所述基板相對的頂表面；以及（e)兩個以上的偏位 件，其布置在所述平臺的頂表面上，以使得當所述基板在基板處理位置接觸所有的偏位件 時，基板與平臺的頂表面基本平行并且形成至少約50微米的間隔。
[0007] 該設備的實施方案可單獨地或組合地包括以下特征中的任何一個或多個。
[0008] 所述第一與第二致動器可為相同的致動器，其配置成使所述基板臂移動且攪拌由 基板臂上所述基板夾持器夾持的基板。所述平臺頂表面的總表面積可小于所述基板的總表 面積?？删哂兄辽偃齻€或更多布置在所述平臺頂表面外邊緣的偏位件，其中所述偏位件的 尖端（tips)限定了一個平面。
[0009] 抽吸端口可位于所述基板夾持器上；所述抽吸端口可連接至抽吸源，用于通過抽 吸管向抽吸端口提供抽吸，從而將基板保持于所述基板夾持器。所述設備可包括位于所述 平臺頂表面上的第一染劑端口、第一染劑儲液器、以及連接至所述第一染劑端口的第一染 劑導管，用于為染劑提供流體通路，以將其從所述第一染劑儲液器栗送至所述第一染劑端 口并進入到所述間隔中。所述設備可包括位于所述平臺頂表面上在不同于所述第一染劑端 口位置的位置處的第二染劑端口、第二染劑儲液器以及第二染劑導管，其中所述第一與第 二染劑端口當基板處于所述樣本處理位置時都布置在與基板上樣本區(qū)域間隔開的頂表面 上，并且其中所述第二染劑導管連接至所述第二染劑端口，用于為染劑提供流體通路，以將 其從所述第二染劑儲液器栗送至所述第二染劑端口并進入到所述間隔中。
[0010] 所述設備可包括位于所述平臺頂表面上的第一固定劑端口、固定劑儲液器、以及 連接至所述第一固定劑端口的固定劑導管，用于為固定劑提供流體通路以將其從所述固定 劑儲液器栗送至所述第一固定劑端口并進入到所述間隔中。所述設備可包括位于所述平臺 頂表面上的第一沖洗劑端口、沖洗劑溶液儲液器、以及連接至所述第一沖洗劑端口的沖洗 導管，用于為沖洗流體提供流體通路，以將其從所述沖洗劑溶液儲液器栗送至所述第一沖 洗劑端口并進入到所述間隔中。
[0011] 所述設備可包括位于所述平臺頂表面上的第一真空端口、第一廢物容器、以及連 接至所述第一真空端口的第一廢物導管，用于提供負壓的通路，以將流體從所述間隔或基 板中排出（evacuate)并且將流體沉積到所述第一廢物容器中。所述設備可包括位于所述 平臺頂表面上的第二真空端口和連接至所述第二真空端口的第二廢物導管，用于提供負壓 的通路以將流體從所述間隔或基板中排出并且將流體沉積到所述第一廢物容器中。所述第 一與第二真空端口可位于所述平臺頂表面的相對端上。
[0012] 所述平臺可包括：固定劑端口；第一染劑端口；第二染劑端口；沖洗劑端口；第一 真空端口；以及第二真空端口。所述設備可包括布置成支撐所述平臺的塊，其中所述塊包 括：固定劑端口；第一染劑端口；第二染劑端口；沖洗劑端口；第一真空端口；以及第二真 空端口，其中塊上的每個端口處于對應于位于所述平臺中的端口的位置。
[0013] 所述設備可包括：第一染劑儲液器；第二染劑儲液器；固定劑儲液器；沖洗劑溶液 儲液器；廢物容器；栗；多個流體導管，其連接至所述栗及連接至所述儲液器，并且布置成 用于從所述儲液器的任何一個或多個中分配流體；以及真空源，用于從所述基板中排出流 體進入到所述廢物容器中。所述設備可包括干燥器，其定位成當所述基板位于所述打開位 置時引導空氣流穿過所述樣本。
[0014] 所述設備的實施方案還可包括本文所公開的任何其它特征、以及特征的任何組 合，視情況而定。
[0015] 在進一步的方面，本公開特征為在基板上制備生物樣本用于檢查的方法，所述方 法包括：(a)相對于表面定位所述基板，以使所述生物樣本面對所述表面，且使得所述基板 與表面基本平行并形成至少約100微米的間隔；(b)以足以接觸所述樣本與表面的量連續(xù) 分配⑴第一固定劑溶液、（ii)第一染劑溶液、（iii)第二染劑溶液、以及（iv)第一沖洗 劑溶液到所述基板與表面之間的間隔中；以及（c)在分配步驟（b)中溶液 和（iv)的每一種后，且在分配步驟（b)中溶液⑴、（ii)、（iii)和（iv)的下一種前，執(zhí)行 至少第一攪拌周期，其中所述第一攪拌周期包括在所分配的溶液接觸所述樣本的第一攪拌 周期的持續(xù)時間改變所述基板與表面之間的距離，以及從所述間隔及從接觸所述樣本中去 除所分配的溶液。
[0016] 所述方法的實施方案可包括下列特征中的任何一個或多個。
[0017] 每個連續(xù)分配的步驟可包括以至少70微升每秒的流速分配步驟（b)中溶液中的 一種進行不多于三秒。所述第一攪拌周期可包括將所述基板與表面之間的距離增加至少十 微米，以及將所述基板與表面之間的距離減少至少五微米。去除所分配的溶液可包括向所 述間隔施加小于一個大氣壓的至少一鎊每平方英寸的壓力進行至少兩秒。
[0018] 所述方法的實施方案還可包括本文所公開的任何其它特征、以及特征的任何組 合，視情況而定。
[0019] 在另一方面，本公開特征為在基板上制備生物樣本用于檢查的方法，其中所述方 法包括：(a)相對于表面定位所述基板，以使所述生物樣本面對所述表面，并且使得所述基 板與所述表面基本平行且形成至少約50微米的間隔；(b)以足以接觸所述樣本與表面的量 將第一染劑分配到所述基板與表面之間的間隔中；（C)執(zhí)行至少第一攪拌階段，其中所述 第一攪拌階段包括當所述第一染劑接觸所述樣本進行第一攪拌階段的持續(xù)時間時改變所 述基板與表面之間的距離；以及（d)從所述間隔與樣本中去除所述第一染劑。
[0020] 所述方法的實施方案可包括下列特征中的任何一個或多個。
[0021] 所述分配步驟可包括以至少70微升每秒的流速分配染劑進行不多于三秒。所述 攪拌階段可包括將所述基板與表面之間的距離增加至少十微米，以及將所述基板與表面之 間的距離減少至少五微米。去除染劑可包括向所述間隔中的第一染劑施加至少一鎊每平方 英寸的真空力進行至少兩秒。
[0022] 所述方法可包括：以足以接觸所述樣本與表面的量將第二染劑分配到所述基板與 表面之間的間隔中；執(zhí)行至少第二攪拌階段，其中所述第二攪拌階段包括當所述第二染劑 接觸所述樣本進行第二攪拌階段的持續(xù)時間時改變所述基板與表面之間的距離；以及從所 述間隔與樣本中去除所述第二染劑。
[0023] 所述方法的實施方案還可包括本文所公開的任何其它特征和/或步驟、以及其任 何組合，視情況而定。
[0024] 在進一步的方面，本公開特征為在基板上制備生物樣本用于檢查的方法，其中所 述方法包括：(a)相對于表面定位所述基板，以使所述樣本面對所述表面，且使得所述基板 定位以在所述表面與所述基板的至少一部分之間形成至少約50至250微米，例如50、60、 65、70、75、80、85、90、95、100、125、150、175、200、225 或 250 微米的間隔；（b)執(zhí)行固定階段， 其包括（i)以足以接觸所述樣本與表面的量將固定劑分配到所述基板與表面之間的間隔 中，（ii)執(zhí)行至少第一攪拌階段，其中所述第一攪拌階段包括當所述固定劑接觸所述樣本 進行第一攪拌階段的持續(xù)時間時改變所述基板與表面之間的距離，以及（iii)從所述間隔 與樣本中去除所述固定劑；（c)執(zhí)行第一染色階段，其包括（i)以足以接觸所述樣本與表面 的量將第一染劑分配到所述基板與表面之間的間隔中，（ii)執(zhí)行至少第二攪拌階段，其中 所述第二攪拌階段包括當所述第一染劑接觸所述樣本進行第二攪拌階段的持續(xù)時間時改 變所述基板與表面之間的距離，以及（iii)從所述間隔與樣本中去除所述第一染劑；(d)執(zhí) 行第二染色階段，其包括（i)以足以接觸所述樣本與表面的量將第二染劑分配到所述基板 與表面之間的間隔中，（ii)執(zhí)行至少第三攪拌階段，其中所述第三攪拌階段包括當所述第 二染劑接觸所述樣本進行第三攪拌階段的持續(xù)時間時改變所述基板與表面之間的距離，以 及（iii)從所述間隔與樣本中去除所述第二染劑；以及（e)執(zhí)行第一沖洗階段，其包括（i) 以足以接觸所述樣本與表面的量將第一沖洗劑分配到所述基板與表面之間的間隔中，（ii) 執(zhí)行至少第四攪拌階段，其中所述第四攪拌階段包括當所述第一沖洗劑接觸所述樣本進行 第四攪拌階段的持續(xù)時間時改變所述基板與表面之間的距離，以及（iii)從所述間隔與樣 本中去除所述第一沖洗劑。
[0025] 所述方法的實施方案可包括下列特征中的任何一個或多個。
[0026] 所述方法可包括執(zhí)行第二沖洗階段，其中所述第二沖洗階段包括：（i)以足以接 觸所述樣本與表面的量將第二沖洗劑分配到所述基板與表面之間的間隔中；（ii)執(zhí)行至 少第五攪拌階段，其中所述第五攪拌階段包括當所述第二沖洗劑接觸所述樣本進行第五攪 拌階段的持續(xù)時間時改變所述基板與表面之間的距離；以及（iii)從所述間隔與樣本中去 除所述第二沖洗劑。所述方法還可以包括通過引導空氣流穿過所述樣本而執(zhí)行干燥周期。
[0027] 例如可在少于70秒（例如少于60秒）的時間執(zhí)行組合的方法步驟。在一些實 施方案中，所述方法可消耗小于650微升的固定劑、第一染劑、第二染劑以及第一沖洗劑流 體。在某些實施方案中，所述方法可消耗小于850微升的固定劑、第一染劑、第二染劑、第一 沖洗劑及第二沖洗劑流體。
[0028] 所述方法的實施方案還可包括本文所公開的任何其它特征和/或步驟、以及其任 何組合，視情況而定。
[0029] 在另一方面，本公開特征為自動化樣本檢查系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：施用器站，其施 加樣品樣本至基板，本文公開的任何一種生物樣本制備設備；以及成像站，其在由所述樣本 制備設備進行制備之后對所述生物樣本進行成像。
[0030] 所述自動化樣本檢查系統(tǒng)的實施方案可包括本文所公開的特征中的任何一個或 多個，包括本文所公開的生物樣本制備設備的特征中的任何一個或多個，視情況而定。
[0031] 進一方面，本公開特征為在基板上制備生物樣本用于檢查的設備，所述設備特征 為：基板臂，其包括基板夾持器；致動器，其連接至所述基板臂且配置成使所述基板臂在打 開位置與樣本處理位置之間移動；平臺，其具有在所述基板臂處于樣本處理位置時位于與 所述基板相對的頂表面，且包括至少一個位于所述面向基板的平臺的表面上的流體端口和 至少一個位于面向所述基板的平臺的表面上的真空端口；和兩個以上的偏位件，其布置在 所述平臺的頂表面上，以使當所述基板在基板處理位置接觸所有的偏位件時，基板與平臺 的頂表面基本平行并且形成至少約50微米的間隔，其中操作過程中，通過如下配置所述設 備以在所述至少一個流體端口和至少一個真空端口間循環(huán)流體：(a)從所述至少一個流體 端口分配第一量的流體以填充基板和平臺間的間隔；(b)從所述至少一個流體端口分配額 外的量的流體進入所述間隔以替換所述第一量的流體的部分；且（c)通過所述至少一個真 空端口從所述間隔去除第一量的流體的部分。
[0032] 所述設備的實施方案可包括任何下列特征的一個或多個。
[0033] 在操作過程中，所述設備可配置成從所述至少一個流體端口分配多份額外的量的 流體進入所述間隔以從所述間隔替換流體的部分；且通過至少一個真空端口去除所述替換 的流體的部分。所述設備可配置成持續(xù)分配額外的量的流體并去除所述第一量的流體的部 分。所述設備可配置成交替地分配多份額外的量的流體和去除替換的流體的部分以在所述 至少一個流體端口和至少一個真空端口間生成流體的脈動流。
[0034] 所述所述多份額外的量的流體包含至少2份額外的量的流體（例如至少4份額外 的量的流體）。所述設備配置成從所述至少一個流體端口以20微升每秒或更大的速率分配 額外的量的流體。所述設備配置成從所述至少一個流體端口以250微升每秒或更小的速率 分配額外的量的流體。可定向所述平臺使得所述至少一個流體端口相對所述至少一個真空 端口向上傾斜3度或更大（例如20度或更大）的角度。
[0035] 所述設備可包括位于基板夾持器的抽吸端口，所述抽吸端口與抽吸源可連接，用 于通過抽吸管向抽吸端口提供抽吸以將基板固定于所述基板夾持器。所述至少一個流體端 口包括第一染劑端口，且其中所述設備進一步包括第一染劑儲液器和與第一染劑端口連接 的第一染劑導管，以使在操作過程中，包含第一染劑的流體可從第一染劑儲液器通過第一 染劑端口分配進所述間隔。所述至少一個流體端口可包括在平臺表面上與第一染劑端口間 隔的第二染劑端口，且其中所述設備進一步包括第二染劑儲液器和與第二染劑端口連接的 第二染劑導管，以使在操作過程中，包含第二染劑的流體可從第二染劑儲液器通過第二染 劑端口分配并進入所述間隔。
[0036] 所述至少一個流體端口包括固定劑端口，且其中所述設備進一步包括固定劑儲液 器和與固定劑端口連接的固定劑導管，以使在操作過程中，包含固定劑的流體可從固定劑 儲液器通過固定劑端口分配并進入所述間隔。所述至少一個流體端口包括沖洗劑端口，且 其中所述設備進一步包括沖洗劑儲液器和與沖洗劑端口連接的沖洗劑導管，以使在操作過 程中，沖洗劑流體可從沖洗儲液器通過沖洗劑端口分配并進入所述間隔。
[0037] 所述設備可包括廢物導管和與所述至少一個真空端口連接的廢物容器。在操作過 程中，可在所述至少一個流體端口和至少一個真空端口間建立負壓通路。所述至少一個真 空端口可包括多個真空端口。
[0038] 所述至少一個流體端口可包括第一染劑端口、第二染劑端口、固定劑端口和沖洗 劑端口，且其中操作過程中，所述設備配置成通過實施步驟（a)、（b)和（C)來循環(huán)包含第一 染劑的流體、包含第二染劑的流體、包含固定劑的流體和沖洗劑流體以分別從第一染劑端 口、第二染劑端口、固定劑端口和沖洗劑端口分配流體。
[0039] 所述設備可包括具有凹槽的支持塊，其中平臺位于所述支持塊的凹槽內(nèi)，且基板 相對支持塊的頂表面升高使得來自所述間隔的流體可在所述凹槽內(nèi)收集。
[0040] 所述基板臂可為第一基板臂且所述基板夾持器可為第一基板夾持器，所述設備可 包括：特征為第二基板夾持器的第二基板臂，且配置成在至少兩處位置間平移設備的平移 機構，其中在第一位置中，定位第一基板夾持器以從基板移動器取得基板，而在第二位置 中，定位第二基板夾持器以從基板移動器取得基板。所述設備可包括與平移機構連接的控 制系統(tǒng)，其中配置所述控制系統(tǒng)使得在所述設備的操作過程中所述控制系統(tǒng)激活平移機 構，以使：當基板附接于所述第二基板夾持器且第二基板臂處于開放位置、樣本處理位置或 在開放位置和樣本處理位置之間的中間位置時，定位第一基板夾持器以從基板移動器取得 基板，且當基板附接于第一基板夾持器且第一基板臂處于開放位置、樣本處理位置或開放 位置和樣本處理位置之間的中間位置時，定位第二基板夾持器以從基板移動器取得基板。
[0041] 所述設備的實施方案還可包括本文公開的任何其他特征或方面，包括與不同實施 方案相關的公開的特征和方面的任何組合，視情況而定。
[0042] 另一方面，本公開的特征為一種在基板上制備生物樣本用于檢查的方法，所述方 法包括：(a)相對表面放置基板，以使生物樣本面向所述表面，且使得所述基底和表面基本 上平行并形成至少約50微米的間隔；(b)隨后以足以填充所述間隔的量分配第一量的（i) 第一固定劑溶液、（ii)第一染劑溶液、（iii)第二染劑溶液和（iv)第一沖洗劑溶液進入所 述基板和所述表面之間的間隔；且（C)在步驟（b)中分配第一量的每種（i)、（ii)、（iii) 和（iv)溶液后，且在步驟（b)中分配下一份和（iv)溶液前分配額外的量 的溶液進入所述間隔以替換第一量的溶液的部分，且通過真空端口去除第一量的溶液的部 分。
[0043] 所述方法的實施方案可包括一種或多種下列特征。
[0044] 所述方法可包括分配多份額外的量的溶液進入間隔以從所述間隔替換溶液的部 分，且通過所述真空端口去除替換的溶液的部分。所述方法可包括持續(xù)分配額外的量的溶 液并通過真空端口去除第一量的溶液的部分以在所述間隔中循環(huán)所述溶液。所述方法可包 括交替地分配多份額外的量的溶液和去除溶液的替換的部分以在間隔內(nèi)生成溶液的脈動 流。
[0045] 所述多份額外的量的溶液包括至少2份額外的量的溶液（例如至少4份額外的量 的溶液）。所述方法可包括以20微升每秒或更大的速率分配額外的量的溶液進入所述間 隔。所述方法可包括以250微升每秒或更小的速率分配額外的量的溶液進入所述間隔。步 驟（a)、（b)和（c)可在少于60秒的總時間實施。
[0046] 所述方法的實施方案還可包括本文公開的任何其