液體光度測定法的改進的製作方法

2023-12-10 10:36:57

專利名稱：液體光度測定法的改進的製作方法
技術領域：
本發明涉及光度測定、分光光度法、螢光測定、螢光光譜測 定及類似的領域，以及它們在對液體和溶液的光學定量和/或表徵 中的應用。
本發明尤其涉及工作在微升和微微升容量範圍的超低容量設 備。這種設備特別適用於包括核酸或蛋白質的生物工藝學樣品的 測量，能令人滿意的將樣品損耗和/或交叉汙染保持到最低。
背景技術：
液體，混合物，溶液和反應混合物常常使用光學技術來進行 表徵，如光度測定、分光光度法、螢光測定或螢光光譜測定。為 了表徵這些液體的樣品，通常將液體盛放在一個被稱為存貯單元 或比色杯的容器中，該容器的兩個或更多面具有光學性能並且允 許那些用於表徵容器中盛放的液體的波長通過。
在光度測定或分光譜測量的情況下，最通常尋求的值是樣品
的吸光度A,被定義為 A=-log T,
其中，T是透光率，或者 A=log(l/l. sub. 0)
其中，1. sub. O是光線透過空白樣品(一個包含被測樣品之
外所有成分的樣品或一個吸光度已知可被忽略的具有與那些被測 量的樣品相同的光學性能的樣品)的程度，l是光線透過被測樣品的程度。通常情況下，吸光度的值在一個存貯單元或比色杯中
用1 cm波程長度進行測量。
朗伯定律表明，當平行光束(所有光線近似平行)通過具有 均勻濃度的均一溶液中時，其吸光度與通過溶液的波程長度成比 例。對於兩個波程長度X和Y,
(吸光度x) / (吸光度y)=(波程長度x) / (波程長度y)
合理地，吸光度可以通過lcm之外的波程長度進行測量，並 且吸光度可以被校正成波程長度等同於lcm的波程的值，該值可 以更容易與其他分光光度測量計測定的數據進行比較。但是，通 過將液體盛放在容器中，例如石英比色杯，以建立一個具有已知 波程長度的被校準的光學波程並不適用於微升容量〈10ul的液 體，這被認為是困難和昂貴的。
當處理從1到IO微升的非常小的樣品容量時，很難製造出足 夠小的用於^皮填充的並允許工業標準的lcm光學波程應用的存]3i 單元或比色管。對這些存貯單元或比色管進行清洗以用於使用另 一樣品也是很困難和/或耗費時間的。
最近出現的被設計為與光纖一起使用的小分光光度計使得以 前認為不可能的分光光度測量幾何學成為可能。
已有技術W0 01/14855 Al包含了多個用於提供低容量儀器的 例子。 World Precision instruments, Sarasota, Fla.，提供了 多個零件，通過這些零件可以建造一臺約$3000的處理小於20微 升的儀器。這種儀器使用一根尖端直徑為1.5毫米的光纖浸透探 針(Dip Tip. RTM)和孩i型光纖分光測定4義和F- 0-lite H光源。通 過氘光源(D2Lux)可以構造一個紫外分光光度計。
美國專利，Gross等人，專利號4,643, 580,批露了一種光度 計頭，這種光度計頭內有一個接收和支持小測試容量的殼體。在所述殼體內放置有一光纖發射器和接收器，以使液滴可以懸浮在 兩端之間。
McMillan,在美國專利號4， 910, 402中，批露了設備，在 設備中注射器將液體滴在兩個固定纖維之間的間隙，並且由LED 雷射器產生的紅外脈衝通過液滴進行反饋。對與液滴和發射光之 間的相互作用相關的輸出信號進行分析。
Ocean Optics, Dunedin, Fla. 34698 />司提供了4吏用大約2 微升樣品量的 一種用於微升容量樣品的分光移液管。光學攜帶光 向下穿過活塞往復於樣品之間。移液管的頂部包括 一 個專有的微 量取樣單元，該微量取樣單元作為一個含水樣品溶液的光學波導
與本申請相關的所有已知申請如下: 美國專利文獻
42868811981.9
46435801987.2Gross等
49104021990.3McMi1lan
57394321998.4Sinha
59262621999.7Jung等
66283822003.9Robertson
680983262004，10Robertson
世界知識產糹又組織專利文獻
W0 01/14855 2001. 3 Robertson 其他參考資料
世界精密儀器實驗室設備目錄Sarasota, FL,美國，114-115117-118頁(World Precision Instruments Laboratory Equipment Catalogue Sarasota, FL， US ppll4-115 117-118)
用於1-crm比色管的海洋光學比色管固定器，FL，美國，1-4 頁(Ocean Optics Cuvette Holders for l-crm Cuvettes Dunedin， FL， US pp. H.)
上述這些中的每一個對於克服如何處理非常小的樣品容量問 題給出了教導，但沒有一個真正地致力於領域內工作者的實用需 要，即，如何克服上述略述的移液管和比色杯已知的使用缺陷。 羅伯遜(Robertson)類型的解決方案都非常好，但這些解決方案 都不論及這些實用問題。它們僅僅導致構建現在已建立原則上的 相對靜態的不適用工作的設備；而研究學家真正需要的不是這些 原則的再次聲明，而是新穎、簡單、立即可用的-在實際應用情況 下-使成為可能的對微量取樣技術的方式的優化。

發明內容
為了這一目的，本發明使用一個移液管尖端作為微升或低於 微升容量液體樣品的盛放容器。這種移液管尖端提供了 一種簡便 的裝置將樣品限制在光分析儀器的分析區域內，並穿過一個固定 且已知的距離(波程長度)執行必要的測量。移液管尖端避免了 將樣品轉移到另一個用於測量的容器中，如石英比色杯，因此簡 化了步驟，並且降低了樣品和使用者汙染的危險。移液管尖端的 使用為進一 步處理而進行樣品恢復提供了 一個方便容器。該移液 管尖端通過減少樣品暴露在空氣中來減少樣品的蒸發速度。 本發明的保護範圍定義在權利要求中，如原始提交如下 1、 一種移液管尖端，適於對包含在其內的相對小容量，如從l到IO微升的液體進行光度測定或分光光度分析，並且在使用中
適於很容易地與移液管筒連接或分離。
2、 根據權利要求1所述的移液管尖端，其特徵在於，移液管 尖端的外部具有稜紋，以幫助它連接到所述移液管筒上和從所述 移液管筒上分離。
3、 根據權利要求2所述的移液管尖端，其特徵在於，具有一 個以上的稜，且至少所述某些稜沿著稜區域的表面軸向伸展。
4、 根據前述任一權利要求所述的移液管尖端，其末端區域具 有均一的0. 25mm的壁厚，該末端區域位於遠離使用時與移液管筒 相配合的末端區域一端。
5、 根據權利要求4所述的移液管尖端，所述的具有大致地均 一壁厚的末端區域佔據移液管尖端整個長度的大約三分之一到二 分之一。
6、 根據權利要求5所述的移液管尖端，均一壁厚區域的最後 五分之三大致地具有相同的內徑和/或外徑。
7、 一種設備，包含一種前述任一權利要求所述的移液管尖端， 所述移液管尖端與移液管相結合併適於配合協作，以用於光度測 定及分光光度分析中。
8、 根據權利要求7所述的設備，其特徵在於，包括用於將移 液管尖端及其樣品固定在一光程內的裝置，以對穿過尖端並因此 也穿過樣品的發射光進行傳輸和測量；以及包括允許移液管尖端 與設備連接或從設備分離的裝置，以允許不同樣品的替換和分析。
9、 根據權利要求8所述的設備，其中，必要的發射源裝置和 接收裝置形成使用中環繞移液管尖端的樣品容納區域的一個基本 上連續的表面。
10、 對液體進行光度測定、分光光度測定、螢光測定、螢光光鐠測定分析的方法，所述液體包含在前述任一權利要求所述的 設備中，所述方法使用權利要求1所述的移液管尖端。


圖1、圖2和圖3顯示了實現本發明一方面的移液管尖端的 結構及使用配置圖，圖l與圖2和圖3相比具有更小的繪製比例, 圖2和圖3的每個圖以相同的整體比例繪製；
圖4所示為使用中的作為液體分光度測定分析設備一部分的 移液管尖端；
圖5是僅作為舉例的由目前優選的特殊材料製作的移液管尖 端的一張顯示光學傳輸性能的圖表。
具體實施例方式
本發明具體化為一種光度測定、分光光度測定、螢光測定或 焚光光譜測定的液體分析的光學儀器，液體包含在一個可任意使 用的一皮固定在基本平行且相距一 已知距離(移液管尖端固定器) 的兩表面之間的移液管尖端內，其中，樣品液體盛》文在移液管尖 端。至少有二個光纖穿透平行的表面。 一根光纖是源，另一根是 接收器。通常每一表面包含一根光纖。這些光纖被同軸且垂直安 裝在平行的限制表面。表面的形狀適於限制移液管尖端以使被限 制的移液管尖端位於埋在表面內的光纖的光程正中。表面可以被
加工成圍繞移液管尖端的一個圓柱形表面。後續:探測時，移液管 尖端可以從移液管尖端固定器中移出。
為了某些應用，可以將光纖替換為微型源如發光二極體
(LEDs)、探測器或具有濾光器的探測器。典型地具有小發射區域 的二極體可以替代源光纖，具有相關的濾光器的小固態探測器可 替代接收光纖和分光儀，如那些用於成像的顏色電荷耦合裝置(CCDs)。
優選實施例的介紹
目前的分光鏡協議要求樣品
i) 從盛》文的試管中吸出
ii) 被分發到比色杯容器內
iii) 被吸出比色杯外
iv) 被分發回盛》文的試管內。
本發明基於使用 一個與標準的移液管一起使用的用完可丟棄 的移液管尖端，以作為一種吸出液體的方法，用於後續的在相同 的移液管尖端內的檢測，以及隨後的通過標準移液管分發步驟使 所述樣品完全恢復，即，使用一個用完可丟棄的移液管尖端作為 盛放容器，用於對樣品內分光特性的變化進行感應和/或探測。
移液管尖端是一個新型的平臺，能夠使使用者吸出、分析和 分發 一 個特定樣品而不用轉移到 一 中間反應容器中。
液體樣品容納在 一 個固定在兩表面之間的移液管尖端內。
典型的但不限於紫外區的發射光通過光纖從系統發射出來， 隨後透過移液管尖端的管壁並穿過液體樣品，通過第二根光纖或 光導管收集發射光並發送到分析光度計或分光儀上。
通過將一激發濾光器加到光源中(未顯示)以及將發射濾光器
光，可以對樣品的螢光級別進行測量。因此，螢光的級別將直接 地依賴於光纖之間的光程的長度。也可以通過圍繞著收集光纖的 纖維對樣品進行激發。就分光計或其他採集樣品所產生光的探測 器來說，這減少了去除高級別的激發波長的需要。將樣品裝載入帶有移液管裝置例如10或25微升的Gilson Microman移液管的移液管尖端中。當足夠多容量進入移液管尖端 時，將形成一條直徑與移液管尖端內徑相同的液柱。這個距離是 常數，並定義為波程長度。在移液管尖端夾持物的管壁內埋設的 光纖光纜是典型的工業標準SMA光纖連接器的末端。對於多數 SMA連接器，近似1毫米的末端直徑可被用於有效地測量穿過具 有相同或更大內徑的移液管尖端的發射光線的傳輸性能。
通過使用空白樣品，缺少要分析組分的樣品，可以用透光光 強度的差別根據下面的公式對樣品進行表徵
A=-log(l/l.sub.O;)
其中，l.sub.O是通過空白樣品，即不含有要分析組分的樣品的透射光
強度，l是透過樣品的光的強度，A是根據比耳定律(Beer's law)與被分 析成分的濃度相關的吸光度的值。
因此，與一個空白樣品相比，被分析關心的成分的濃度可以直接由 吸光度A確定。
將兩個或更多的光度測量設備組合成一整體來同時測量多個樣品。 這樣一種多平;f亍光度計系統可以與一個多移液管自動系統，如Packard
Instrument Company, Meriden, Conn乂i^司製造的MultiPROBE II—起寸吏 用。
通過使用具有不同內徑的移液管尖端，可以用不同的吸收波程對樣 品進行測量。對不同內徑的不同尖端內的樣品進^f亍測量，能獲得不同波 程長度的吸光度測量結果，可以用波程長度的差異結合透射強度的差異 來計算樣品的吸光度。這在樣品具有很強的吸收能力時具有重要的價值， 與處於測量位置的設備的絕對波程長度相比，波程長度的差異可以更精 確地被確定。測量首先從一個相對長的波程長度開始，然後採用一個相對短的波程長度。然後，從一個或多個較長波程長度的吸光度中減去較 短波程長度的吸光度來獲得樣品的吸光度。
詳細的結構
這些具體實施例顯示了一種移液管尖端的使用，該移液管尖端有高 光學質量並且允許那些對於表徵包含在其中的液體所必需的光波通過。
這些具體實施例使使用移液管尖端成為可能，移液管尖端通過使用 一種可分離的移液管設備進行分配和吸入，可分離的移液管設備可以或 不需使用 一個位於移液管內和/或一個位於移液管尖端內且與移液管尖端 一體的活塞。
這些具體實施例也預想使用 一種移液管尖端，該移液管尖端可以在 樣品分析過程中附著在移液管頂部或在後面的分析中^皮再附著在移液管 設備，因此提供了一種為後續應用和操作而恢復樣品的裝置。
如圖1所示，移液管尖端1 H皮設計成一個位於移液管尖端的固定器12 末端的封閉的密封配合。依照特定應用的移液管的製作方式，配合可以 在推入配合和壓配合之間變化，但是優選地，大郜分實際用途中該配合 為牢固的推入配合。
如圖2延軸向的橫截面所示，移液管尖端1 l在視覺上可以被劃分成從 區域a至e的一個軸向連續。但是它被構造成一個整體的單元，在這種情 況下，它不是由通常的聚丙烯材料(這種材料不適用於包括那些依靠檢 測紫外波長的大多數的光譜測量)製成，而是由一種材料製成，該材料 具有適於成型為一個10UL的移液管尖端的合適特性、並額外具有能夠在 理想的20nm到900nm範圍內傳送發射光線所必須的合適的光鐠特性。這樣一種合適的材料是Ticona^^司的目前上市的名叫TOPAS 8007 x IO的環烯烴共聚物。這種材料的公開特性在本說明後面的附錄中給出， 且在圖5中以圖表方式對該材料的分光度測定用途的傳輸性進行說明。
當移液管尖端ll與固定器12的接收端配合時，移液管尖端ll的截面 提供導入口 (lead-in)。如圖所示它內部逐漸變細。它外部也逐漸變細， 亦如圖所示，在這個特殊的實施例中它是有稜紋的。
稜被相等地沿圓周放置在區域a的外表面上，在圖中標記為13。在這 種特殊的實施例中有6個稜，此外在這種特殊的實施例中，長度a的最末 端的外部區域以直徑擴大的部分14結尾。
移液管尖端11的下一個長度區域b外部逐漸變細，但內部只是逐漸以 一個非常輕微的程度減少。如圖3所示，這一區域在固定器12的末端漸進 形成一個密封的配合，它可以是粗糙的或者為增強漸進配合而經過處理的 內表面。
軸向地順著移液管尖端ll前進，下一個區域c有固定的壁厚且內部和 外部同等地逐漸變細；下面一個區域d具有同樣的特點，但從圖2中可以 清晰地看到這個區域的壁厚略微小於區域c部分的壁厚。
移液管尖端的最後區域e具有固定的內外徑。它具有與區域W目同的 壁厚。這個薄壁區域d-e的平均值是0.25mm,整個末端13的表面結尾-特 別是區域e的結尾-是一個光滑具有高光澤的光學透明的結尾，與區域e的 相對地最小壁厚一起，在使用時提供最佳的發射光傳輸。
固定器-或移液管筒-12將適當地被製造，它的詳細細節可以由本說明 書的預期的技術熟練的讀者獲得。但是圖4所示為本發明具體化的，與移 液管尖端ll一體化的分光譜測量設備。移液管尖端固定在兩表面之間， 其中一表面包含光度測定或分光譜測定源，另一表面包含光度測定或分 光譜測定探測器，建立的光程穿過兩表面之間的移液管尖端的壁和樣品。正如上面所提到的，移液管尖端最終具有足夠高的光學性能以允許那些 用於表徵包含在其中的液體的光波通過。
任何在本領域的熟練技術人員和本領域技術知識範圍內的修改都是 顯而易見的，^f旦讀者可以通過重新閱讀本發明前面所例舉的正式公開信 息的現有技術以獲得所需要的進一步的背景資料。
一旦成功的將本發明投入實踐，在0.1到2mm範圍的樣品波程長度可 被用於產生吸光度值，所述吸光度值可以很容易的校正成等同於工業標 準lcm光程的值。
這樣本發明已經被充分、清楚、簡要和準確的描述，使得所屬技術 領域的專業人員能夠製造和使用。很明顯，所屬技術領域的專業人員在 不脫離附加權利要求所限定的本發明的原理和範圍的情況下，可以對發 明所述實施例的部件進行變化、改變、等同替換。
附錄
TOPAS 8007X10 | COC| Unfilled | Ticona
說明
環烯烴類共聚物(非晶態，透明)
HDT/B為75 degC.的特級。該等級在紫外光語範圍內提供獨特的高的透光 率。
UL-認證的厚度超過UL 94 HB的1.5mm。
應用範圍所有在紫外範圍內需要高透光率的應用，如DNA分析，微量 滴定板，比色杯。抗輻射和ETO殺菌。
符合USPV1級、FDA以及歐洲BgVV標準
物理性質值單位測試標準
密度1020 kg/m3ISO 1183
體積流動指數(MVR)32 cm3/10minISO 1133
MVR測試溫度260 °CISO 1133
MVR測試載荷2.16 kgISO 1133
吸水率(23。C-sat)0.01 %ISO 62
機械性質值單位測試標準
拉伸彈性模量(lmm/min)2600 MPaISO 527-2/1A
拉伸屈月良應力(50mm/min)63 MPaISO 527-2/1A
4立伸屈月艮應變(50mm/min)4.5 0/oISO 527-2/1A
拉伸斷裂應力(50mm/min)32 MPaISO 527-2/1A
拉伸斷裂應變(50mm/min)>10%ISO 527-2/l.A
簡支梁抗衝擊強度@ 23°C20 kj/m2ISO 179/1 eU
簡支梁缺口抗衝擊強度@ 23 °C2.6 kj/m2ISO 179/1 eA
熱性質值單位測試標準
玻璃化轉變溫度(l 0 °C /min)80°CISO 11357-1，-:
熱變形溫度(DTUL)(g 1.8MPa68 °CISO 75-1/-2
熱變形溫度(DTUL )@ 0.45 MPa75 。CISO 75-1/-2
維卡軟化溫度B50 (50°C/h 50N)80°CISO 306線性熱膨脹係數(平行) 0.7 E-4廠C
可燃性@1.6mmnom. thickn. HB級
檢測厚度(1.6) 1.6 mm
UL認證(1.6) UL-
ISO 11359-2 UL94 UL94 UL94
電性質
相對介電常數-100Hz
體積電阻率
相比漏電起痕指數CTI
值單位 2.35-
>lE14 0hm*m >600-
測試標準 IEC 60250 正C 60093 IEC 60112
光特性
透光度 折射指數
值單位
91%
1.53-
測試標準 內部(internal) ISO 489
試件生產 操作條件acc. ISO 注射成型熔化溫度 注射成型成型溫度 注射成型流動前沿流速 注射成型保壓壓力
值單位 7792-2 -230 。C 50°C
lOOmm/s 40 MPa
測試標準 內部 ISO 294 ISO 294 ISO 294 ISO 294
流變計算性質
熔體密度
熔體熱傳導率
熔體比熱容
值單位
898 kg/m3 0.19W/(mK) 2550J/(kg K)
測試標準
內部 內部 內部附加技術信息目前可以通過撥打以下電話號碼獲得歐洲+49 (0) 693 051 6299 美國+1 908 598-45 169。
權利要求
1、一種移液管尖端，適於對包含在其內的相對小容量，如從1到10微升的液體進行光度測定或分光光度分析，並且在使用中適於很容易地與移液管筒連接或分離。
2、 根據權利要求1所述的移液管尖端，其特徵在於，移液管尖端的外部具 有稜紋，以幫助它連接到所述移液管筒上和從所述移液管筒上分離。
3、 根據權利要求2所述的移液管尖端，其特徵在於，具有一個以上的稜， 且至少所述某些稜沿著稜區域的表面軸向伸展。
4、 根據前述任一權利要求所述的移液管尖端，其末端區域具有均一的 0.25mm的壁厚，該末端區域位於遠離使用時與移液管筒相配合的末端區域一。
5、 根據權利要求4所述的移液管尖端，所述的具有大致均一壁厚的末端 區域佔據移液管尖端整個長度的大約三分之一到二分之一。
6、 根據權利要求5所述的移液管尖端，均一壁厚區域的最後五分之三大致 地具有相同的內徑和/或外徑。
7、 一種設備，包含一種前述任一權利要求所述的移液管尖端，所述移液管 尖端與移液管相結合併適於配合協作，以用於光度測定及分光光度分析中。
8、 根據權利要求7所述的設備，其特徵在於，包括用於將移液管尖端及其 樣品固定在一光程內的裝置，以對穿過尖端並因此也穿過樣品的發射線進行傳 輸和測量；以及包括允許移液管尖端與設備連接或從設備分離的裝置，以允許 不同樣品的替換和分析。
9、 才財居權利要求8所述的設備，其中，必要的發射源裝置和接4錄置形成使用中 環繞移液管尖端的樣品容納區域的一個1^^上連續的表面。
10、 對液體進行光度測定、分光光度測定、螢光測定、螢光光鐠測定分析的方法，所述液體包含在前述任一權利要求所述的設備中，所述方法使用權利 要求l所述的移液管尖端。
全文摘要
一種光度測定或分光光度測量的設備和方法，其中，樣品被容納在一個被固定在兩表面之間的移液管內，其中一個表面包含一光度測定或分光光度測定源，另一個表面包含一光度測定或分光光度測定的探測器，穿過移液管尖端的壁和穿過所述兩表面之間的樣品一個光通道被建立。使用一種用完可丟棄的移液管尖端，該移液管尖端可以在樣品分析過程中與移液管相連接，或在隨後的分析中與移液管裝置再次連接，移液管尖端的使用為後續應用和操作提供了一種恢復樣品的裝置，並且尤其能夠對小容量樣品進行分析。
文檔編號B01L3/02GK101310171SQ200680042663
公開日2008年11月19日 申請日期2006年11月15日 優先權日2005年11月15日
發明者喬納森·雷德芬 申請人:喬納森·雷德芬