從複雜生物液樣品的液體組分中分離成形組分的方法及裝置的製作方法
2023-09-11 16:04:40 2
專利名稱：從複雜生物液樣品的液體組分中分離成形組分的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於從生物液體樣品的液體組分中分離成形的組分，以便易於用光學儀器研究成形組分的裝置及方法。更具體一些，本發明涉及一種裝置和方法，其產生成形的組分，並將該組分放置在裝置的一個平面上，該平面與光學儀器的焦平面一致。
複雜的生物液體樣品中的成形組分通常從樣品的液體組分中離析或分離出來，以便能仔細研究成形的組分。流動血細胞計數是一種用於鑑別像血液樣品中的血細胞這樣的成形組分的技術。採用這一技術，可以將血液中的各種類型的血細胞和其它的成形組分彼此區別開，並可以對其進行計數。在進行這一程序時，血液樣品在通過流動血細胞計數器之前必須被稀釋。上述流動血細胞計數技術不能實現對血液樣品中的細胞或其它成形的組分進行靜止地觀察。這種技術不能有效地用於檢查血液樣品中的罕見的情況，除非使樣品經過像由挪威的Dynel提供的磁粉球富集工序這樣的富集工序。
在美國專利4027660和在授予Robert A.Levine和/或Stephen C.Wardlaw的其它專利中描述了用於鑑別並統計抗凝純血樣品中的白血細胞和血小板的第二種技術。此技術利用了具有設在其中的長形插入物的毛細管。將血液樣品混以像吖啶橙這樣的染色劑，並在毛細管中對其進行離心分離。白細胞與血小板在管子中在浮遊物與管壁之間沉積，以致白血細胞與血小板層被以10左右的倍數拉長。細胞與血小板層的拉長使人能通過測量相對的細胞層界面間的距離並將測量結果轉換成細胞計數而確定管子中的不同的白細胞和血小板計數。此第二種技術也不能觀察血液樣品中的單獨的血細胞。
專利證書USSN 08/976886的共同待審的申請描述了一種方法，它用於分析抗凝純血樣品，分析其中有無異常的上皮細胞和/或血液原始細胞。該方法包括，將純血樣品放在一透明的、包括一插入物的樣品管中，該插入物在樣品管中佔據足夠的體積，以便在樣品管子中在插入物與管子之間形成一輪廓分明的環形區，可在其中對單獨的細胞進行離析並考察。在放大至少100倍的情況下對樣品管的輪廓分明的區域進行觀察，從而可在其中考察單獨的細胞結構。如同所指出的那樣，在考察離析出來的細胞之前，上述方法需要對樣品管中的血樣品進行離心分離。
可對多組分流體樣品進行離心分離，以便使樣品的液體成分與樣品中的成形的組分分離開。此技術常用於尿分析。在含有細胞或其它粒子的生物液體樣品中，粒子將靠重力單獨從液體組分中沉積出來。而細胞與粒子還將根據其具體的比重而彼此分離。在樣品被離心分離以後，樣品的液體和成形組分的份額彼此分離，並且對其中一個或另一個進行進一步的分析。
在尿分析的情況下，在完成離心分離時，浮在上面的液體的90％～95％被慢慢倒出或棄去，細胞與粒子重新在少量的剩餘的液體中懸浮，並將其放在一個腔室中或放在顯微鏡載片上，以便考察。應當知道，採用離心分離技術考察各種類型的細胞或粒子是費時的，並且在技術人員方面要求有相當好的技巧。由於樣品成分在離心分離時的損失或破壞，而且，在尿分析的情況下，由於慢慢倒出和重新懸浮步驟的不精確，此技術也並不精確。
成形的組分也可以通過過濾而從一生物液體樣品中分離出來。採用這一技術，要迫使液體樣品流經一過濾器，該過濾器具有能防止一定尺寸的成形組分從其通過的微孔尺寸。因此，如果在樣品中存在的目標成形組分的尺寸是已知的，則可以選擇一合適的過濾器，以用於從樣品中分離出該目標組分。一旦成形組分被捕集在過濾器上，就可將它們取下並進行培養或進一步地分析。此技術所遇到的問題包括各種過濾器的費用、需要知道目標成形組分的尺寸、迫使樣品流經過濾器所需要的管路系統、和過濾器堵塞的可能性。
可以通過離心分離和/或過濾而從溶液中分離出來的成形組分包括生物液體中的微生物、尿中的成形物(casts)、除去血液以外的體液中的體細胞和血細胞、孢囊、通過擦刷、抽吸或刮削得到的、已經放在液體介質中的細胞樣品中的細胞、存在於大便樣品中的卵和寄生蟲、和抗凝純血中的癌上皮細胞和血液原始細胞。
如同在上面指出的那樣，用於從生物液體樣品的液體組分中分離成形的組分的已知技術全都包括樣品的離心分離或樣品的過濾。最好是提供一種用於從靜止的生物液體樣品的液體組分中分離出比較罕見的成形組分的技術，該技術按靜止的方式進行操作，價廉，不需要採用像離心機、液體管路和過濾器這樣的昂貴的附屬用具，並且不需要利用有高度的專業知識和經驗。
本發明涉及一種方法和裝置，用於從含水液體樣品混合物的液體組分中分離出成形的組分。可選的含水樣品混合物包括尿、腦脊髓液、胸膜液、腹液、從像甲狀腺孢囊和胸孢囊之類的孢囊中吸出的液體、已經置於液體中的細胞樣品、大便樣品中的含水懸浮物、富含血小板的血漿樣品、事先準備好的含水細菌生長混合物、及類似物。
本發明的裝置包括一樣品腔室，該樣品腔室有透明的樣品觀察部分並包括一平的、能在存在含水介質時膨脹的可膨脹的壁；這種壁在按照現有發明通過加入含水溶液而膨脹時是一種水凝膠。在膨脹之前，介質可能包含一定量的(低於介質的平衡能力)的含水溶液，從而使介質能夠進一步水合併膨脹，或者，介質也可以是一種幹凝膠，也就是說，一種幹的聚合結構，它在吸水時成為水凝膠，在該過程中脹大。為了簡單起見，在本申請中所用的術語「水凝膠」意圖包括從乾燥狀態至完全脹大的平衡狀態的任何結構的水溶脹的聚合物基體。有水凝膠層的壁設置在樣品觀察部分的對面。水凝膠層有恆定的厚度，因而最靠近所述腔室的樣品觀察部分的水凝膠層的表面是平的。當將裝置用於分析一樣品時，腔室中灌以一定量的要考察的樣品，該樣品沉積在水凝膠層的上部。樣品腔室有已知的體積，有吸水能力的水凝膠層的體積是這樣的，即，當進一步水合時，它將基本吸收樣品中所有的水，並大體上使樣品腔室充滿水凝膠。
在將液體樣品加入腔室中以後，水凝膠將朝所述腔室的樣品觀察部分膨脹，直至所述腔室大體上完全被膨脹的水凝膠填滿。當水凝膠層脹大時，最靠近腔室的樣品觀察部分的膨脹的水凝膠的表面將保持為平的。生物樣品的含水組分將被吸入至水凝膠中，從而使水凝膠膨脹或脹大。當水凝膠膨脹時，包含在樣品中的任何的成形組分都將被收集在水凝膠的移動的平面上，並在水凝膠繼續膨脹時按原位保留在水凝膠的所述表面上。當水凝膠達到其最終的膨脹體積時，樣品中的所有液體組分基本上都將被吸入水凝膠中，而樣品中的所有的成形組分都將被收集在水凝膠的表面上。由於水凝膠的收集表面保持為平的，並且最好壓靠在腔室的樣品觀察部分上，因此，樣品中的被收集的成形組分將固定在一平面上，而可使該平面佔據用來考察所收集的成形組分的儀器的焦平面。存在於樣品中並被收集在再水合的水凝膠表面上的各種成形組分可以通過分析物-專用試劑而有區別地突出來，從而使不同的成形組分可以彼此區別開來。也可以將成形組分染色，從而可以在水凝膠表面上對其進行形態學地考察。也可對各種有區別地被突出出來的成形組分進行計數。由於加在腔室中的樣品的體積是已知的，故可以導出樣品的每單位體積的成形組分的數量。在水凝膠表面上的成形組分的離析與濃縮也可以允許從水凝膠表面上獲得特殊的成形組分，以便進一步分析所獲得的組分。可以用像顯微鏡這樣的光學掃描儀或光學差分儀來對本發明的裝置進行觀測。
因此，本發明的一個目的為提供一種方法與裝置，以用於得到與靜止的生物液體樣品中所含的成形組分有關的信息。
本發明的另一目的為提供一種具有所述特徵的方法和裝置，其中，樣品中的成形的組分被收集在設置在樣品容器中的膨脹的水凝膠的平面上。
本發明的又一目的為提供一種具有所述特徵的方法和裝置，其中，樣品中的液體組分有效地使設置在樣品容器中的有吸水能力的水凝膠層膨脹。
本發明的又一目的為提供一種具有所述特徵的方法和裝置，其中，膨脹的水凝膠的平面形成用於光學考察儀器的焦平面，該儀器和樣品容器一起使用。
本發明還有一個目的，即提供一種具有所述特徵的方法和裝置，其中，當水凝膠在腔室中膨脹之後，可從水凝膠的平面上獲得成形組分的單個部分。
本發明的又一目的為提供一種具有所述特徵的方法和裝置，其中，可以導出樣品的單位體積的目標成形組分的數目和類型。
當結合附圖時，本發明的這些和其它目的以及優點將從對本發明的實施例的詳細描述中變得更清楚。在圖中
圖1是樣品分析容器的示意剖視圖，該容器包括一樣品接納腔室，該腔室在其壁上具有有吸水能力的水凝膠成份；圖2是圖1所示的這類容器的剖視圖，其中，水凝膠塗層已經膨脹，以致大體上填滿腔室；圖3是圖1和圖2的容器的示意平面圖，它示出了一組被收集在腔室中的膨脹水凝膠上表面上的樣品的成形組分；以及圖4是樣品腔室中樣品的初始視場的複合圖像和樣品的同一視場的後續圖像。
現在參看附圖。圖1是樣品容器的示意圖，整體上用數字2代表該容器，該容器2包括一個由側壁6和平的底壁8界定的腔室4。在腔室4的底壁8上設置一個用最好是透明的或半透明的水凝膠9做的等厚層。一種合適的水凝膠包括「PHYTA」凝膠，該凝膠是由己四醇醛酸、鼠李糖和葡萄糖形成的一種水凝膠。它是透明無色的，因此它是用於成形組分的檢查中的一種好材料。此水凝膠是Sigma Diagnostics的產品。
其它合適的水凝膠包括聚氧化乙烯、聚(氧化乙烯與氧化丙烯的共聚物)、聚(乙烯吡咯烷酮)、聚(乙烯醇)、聚(丙烯醯胺)、聚(醋酸乙烯酯)、聚(丙烯酸)(以Na+的形式)、聚(丙烯酸與丙烯醯胺的共聚物)(以Na+的形式)、聚(丙烯酸)(以Na+的形式)、聚(甲基丙烯酸)(以Na+的形式)、聚(甲基丙烯酸與丙烯醯胺的共聚物)(以Na+的形式)、聚(丙烯腈與丙烯醯胺的共聚物)、聚(丙烯酸羥乙酯)鹽；聚(甲基丙烯酸羥乙酯)；和親水的聚(氨基甲酸酯)。
水凝膠層9的頂面10是平的，映出腔室4的平的底壁8。設置在腔室4中的水凝膠層9的體積是這樣的，即，當水凝膠9從加在腔室4中的樣品中吸收水分時，它將大體填滿該腔室4，並且將基本吸收掉樣品中所有的水分。腔室4最好備有透明的部分12，該部分12可採取顯微鏡覆蓋載片的形式，它提供了一窗口，通過該窗口可以觀察到水凝膠9的頂面10。在水凝膠表面10上可預先放置多個可識別的成形體14，以用於在水凝膠9如圖2所示膨脹之後，使光學儀器16能聚焦在水凝膠9的頂面10上。
成形體14執行三種功能，其一為，使光學儀器16能聚焦在水凝膠表面10上；第二為，當儀器16不能感知表面上的任何其它的成形組分時，確定表面10的位置。在後一種情況，儀器16將記錄下所分析的樣品不含有任何的成形體。成形體14的第三個功能為用作光學記錄點或導航點。當其中所要進行的樣品分析需要在一段時間內重複考察腔室的多個區域時，此功能是有用的。由於多數分析儀器不能精確地重新定位表面上的已知點，而是只能大致地重新定位，故可以用任何特定區域中的預成形體的位置圖來重新對齊同一區域的後續圖像，以便可以在一段時間內都可以進行該區域中的連續的比較性測量。
圖4示出了成形體14的前述重新對齊的應用。要注意，圖4示出一特定的視場，其中存在許多成形的組分B。該視場還包括三個成形體14，它們恰巧按三角形模式排列。用掃描儀使該視場成像，而此視場的X、Y座標的位置將被儀器記錄下來。假設將儀器設計成由於某種原因而回到此特定的視場，則其就要利用所記錄下來的X、Y座標而回到所研究的視場。當儀器回到所研究的視場時，它不能精確地復現成形組分B的位置或成形體14的位置，這樣，成形體在重新成像的視場中的位置可能像圖4用虛線所表示的那種位置，該位置用數字14』代表。然後，儀器就將重新成像的成形體14』的位置與原來的成形體14的位置相比，並通過使成形體14』的重新成像的位置與成形體14的原來的成像位置疊加，而用原來的視場調節重新成像的視場。用這種方式，就可以用成形體14和它們在一個視場中的位置進行導航而回到相同的視場圖像。應當認識到，成形體14是隨機地分布在整個樣品中的，因而在一特定的視場中所見到的成形體14的任何模式對該視場都是唯一的。可以用來考察樣品的儀器可以與在共同待審的於1999年2月23日提出的美國專利申請USSN 09/255673中所示並描述的儀器相似。
圖3示出了可以在尿樣品中發現的一種典型的成形體，按照本發明對該樣品進行分析。對焦體14示於圖13中。例如在水凝膠9的表面10上可以看到被收集的成形組分例如細菌A、紅血細胞B、成形物C、以及結晶體D。應當認識到，可將某些單獨的組分A、B、C或D有區分地染色或用其它方法突出出來；可將超活體的染色劑用於樣品中，以便能進行某些組分的形態學考察；而且可以從水凝膠表面10上取下單獨的組分，以用於進一步考察。一旦有一種組分被儀器16識別出，就可以知道該組分的準確位置，而且該位置不會改變，這樣，就可重新定位所研究的組分。
製備樣品腔室以便用於樣品分析的一種方法如下。將空的樣品腔室充以至少部分地水合的水凝膠，以使水合的水凝膠的上表面是平的，並且是與腔室蓋12下表面的平面共平面的。然後可將如此填充的腔室組件放到一個使水從水凝膠中蒸發的環境中，以使腔室中的水凝膠層收縮，並使水凝膠成分的上表面向下移動而離開蓋12的下表面。然後，將用於分析成形組分的含水基樣品的等分試樣送入樣品腔室，送至收縮的水凝膠成分上，然後，水凝膠通過從樣品中吸收水而膨脹回到其原有的體積。這樣，重新膨脹的水凝膠成分的上表面就推靠在蓋12上，從而將樣品中的任何被收集的成形組分移入與蓋12的下表面一致的焦平面中。在將樣品加到收縮的水凝膠上之前，可將成形體14放在收縮的水凝膠的上表面上。
可以用於製造樣品腔室的另一種方法如下。當用「軟的」(即部分地水合的)水凝膠作為水的吸收劑時，可以不必使這些軟的水凝膠就地在樣品腔室中部分地脫水。可以在樣品腔室的外面預先製備它們。例如，可以由水凝膠片切成水凝膠盤，並將切好的膠盤放在腔室的底部，以使它們粘附在腔室的底部。在任何情況下，水凝膠都必須能夠基本吸收樣品中所有的水，並且必須不能在膠膨脹時將蓋12頂起而使其離開腔室。
應當認識到，本發明的方法和裝置提供一種用於考察某些生物液體樣品中的成形組分的廉價的技術。可以使可能在樣品中存在的不同的成形組分彼此區分開來，可以由該裝置獲得這些成形組分並對其進行計數。可以通過使親水的水凝膠吸收液體組分而使樣品中的成形的組分與樣品的液體組分分離，該水凝膠未處於其含水平衡狀態，故能進一步水合該水凝膠。在水凝膠的進一步水合時，樣品中的任何的成形組分都可以被收集在水凝膠的膨脹表面上。
由於可以在不脫離本發明宗旨的情況下對本發明所公開的實施例進行很多的改變和變型，故在所附的權利要求書所要求的內容之外，不打算對本發明作限制。
權利要求
1．用於考察包含在一種含水基的生物液體樣品中的成形組分的容器組件，上述容器組件具有一個有已知體積的腔室，所述腔室由一第一壁、側壁和一透明的樣品觀察部分確定，將該樣品觀察部分設置成與所述第一壁相對；用一層可膨脹的水凝膠覆蓋所述腔室的第一壁，所述可膨脹的水凝膠層有一個對著所述腔室的所述樣品觀察部分的平面，所述可膨脹的水凝膠層以這樣一個量存在，即當所述水凝膠層由於基本吸收液體樣品的所有含水的分量並排除成形的樣品組分而膨脹時，它將使所述水凝膠基本填滿所述腔室，並在水凝膠的所述平面上捕捉任何成形的樣品組分。
2．如權利要求1所述的容器組件，其特徵為，所述腔室的第一壁是平的。
3．如權利要求1所述的容器組件，其特徵為，所述腔室的所述透明的樣品觀察部分包括一個所述腔室的透明的壁。
4．如權利要求1所述的容器組件，其特徵為，它進一步包括設置在所述水凝膠層平面上的可進行光學檢測的體，當所述水凝膠層已經在所述腔室中膨脹後，所述光學體可用於使所述水凝膠層的平面定位。
5．如權利要求4所述的容器組件，其特徵為，在所述水凝膠層的平面上至少有三個所述的可進行光學檢測的體。
6．用於從複雜的生物液體樣品的含水組分中分離出成形組分的容器組件，所述容器組件有一個具有已知體積的腔室，所述腔室由一底壁、側壁和一透明的樣品觀察部分確定，將該樣品觀察部分設置成與所述底壁相對；將一層可膨脹的水凝膠設置在所述腔室的底壁上，所述可膨脹的水凝膠層有一個對著所述腔室的所述樣品觀察部分的平面，所述可膨脹的水凝膠層有這樣一個體積，即當所述水凝膠層由於基本吸收樣品中全部的含水組分而膨脹時，它將使所述水凝膠基本填滿所述腔室，所述水凝膠不能夠吸收樣品中任何成形組分。
7．用於考察至少一種包含在含水基的生物液體樣品中的成形組分的特徵的方法，該方法包括下列步驟a)準備一樣品容器，它包括一個具有已知體積的樣品腔室，所述腔室由一第一壁、一側壁和一透明的樣品觀察部分確定，將該樣品觀察部分設置成與所述第一壁相對；所述腔室進一步包括一層設置在所述腔室的第一壁上的可膨脹的水凝膠，所述可膨脹的水凝膠層有一個對著所述腔室的所述樣品觀察部分的平面，而且所述可膨脹的水凝膠層有這樣的體積，即當所述水凝膠層由於基本吸收樣品的所有含水組分而膨脹時，使所述水凝膠基本填滿所述腔室；b)將液體樣品送入所述腔室中，送至所述水凝膠層上，使得所述液體樣品的含水組分被所述水凝膠層吸收而且將水凝膠層膨脹，同時又將所述液體樣品中的成形組分收集在所述腔室中的所述膨脹的水凝膠層的表面上；以及c)考察至少一種被收集在腔室中的膨脹的水凝膠層表面上的成形組分。
8．如權利要求7所述的方法，其特徵為，所述水凝膠層的所述表面是平的，並在所述水凝膠層膨脹時仍然保持是平的。
9．如權利要求8所述的方法，其特徵為，所述平面包括設置在其上的可進行光學分辨的體，所述體允許在所述水凝膠層膨脹之後確定所述平面的位置。
10．用於從含水基的複雜生物液體樣品中分離出至少一種成形組分的方法，該方法包括下列步驟a)準備一樣品容器，它包括一個具有已知體積的樣品腔室，所述腔室由一底壁、一側壁和一透明的樣品觀察壁確定，將該樣品觀察壁設置成與所述底壁相對；所述腔室進一步包括一層設置在所述腔室的底壁上的可膨脹的水凝膠層，所述水凝膠層有一個對著所述腔室的所述樣品觀察壁的平面，當所述水凝膠層由於基本吸收液體樣品的所有含水組分而膨脹時，所述水凝膠層可基本填滿所述腔室；以及b)將液體樣品送入所述腔室中，送至所述水凝膠層上，並使所述液體樣品的含水組分被吸收到所述水凝膠層中並將所述水凝膠層膨脹，同時又將所述液體樣品中的至少一種組分收集在所述腔室中的所述膨脹的水凝膠層表面上。
11．用於使樣品腔室中的膨脹的、透明或半透明的水凝膠的上表面定位的方法，該方法包括下列步驟a)準備一個包括一樣品腔室的樣品容器，所述樣品腔室由一第一壁、一側壁和一透明的樣品觀察壁確定，將該樣品觀察壁設置成與所述第一壁相對；所述腔室進一步包括一設置在所述腔室的第一壁上的可膨脹的、透明的或半透明的水凝膠層，所述水凝膠層有一個對著所述腔室的所述樣品觀察壁的平面；以及b)使所述水凝膠層膨脹，以將所述水凝膠層的所述平面移到所述腔室中的最終位置；以及c)在所述腔室中放置可辨別的成形的對焦構件，該構件與所述平面的所述最終位置共平面，從而使一光學儀器可在所述構件上對焦，從而定出腔室中水凝膠的所述平面的所述最終位置的位置。
12．如權利要求11所述的方法，其特徵為，所述對焦構件在所述水凝膠膨脹之前就已經位於所述水凝膠的所述平面上，在所述水凝膠膨脹時，所述對焦構件被帶到所述平面的所述最終位置。
13．用於複製包含在一腔室中的生物樣品的成像視場的方法，該方法包括下列步驟a)在所述樣品腔室中設置多個可辨認的成形體；b)形成腔室中樣品的第一視場的圖像，並記錄所述成形體在所述第一視場圖像中的位置模式；c)記錄所述腔室中的所述第一視場圖像的X、Y座標位置；d)回到所述視場的所述記錄的X、Y座標位置；e)在回到所述視場後，使所述視場重新成像；f)比較從步驟b)和e)得到的視場圖像中所述成形體的位置；以及g)將重新成像的視場中的成形體位置疊加在最初成像的視場中的成形體位置上，以便在所述重新成像的視場中複製所述最初成像的視場。
全文摘要
將含水基的液體生物材料樣品中的成形組分從樣品的含水組分中分離,並將其集中在考察儀器的焦平面中,在該處,可以在放大的情況下對其進行考察。可以按這種方式分析的液體的例子包括:尿、腦脊髓液、胸膜液、腹水、從像甲狀腺孢囊和胸孢囊這樣的孢囊中吸出的液體、已經置於含水液體中的細胞樣品、富含血小板的血漿、及類似物。將樣品放在具有親水的水凝膠層的腔室中,該水凝膠層覆蓋所述腔室的一個表面。腔室的一個相對的面是透明的,並且可以用顯微鏡載片蓋板或類似物形成。腔室中的水凝膠的體積要足夠,以便當水凝膠基本吸收樣品的所有含水分量時,水凝膠將膨脹並填滿該腔室。膨脹的水凝膠的收集表面最好是平的,並且樣品中的任何成形組分都可以被收集在水凝膠層的收集表面上,而且不會被吸入水凝膠中。可以通過採用示蹤抗體、選擇性染色劑或類似物而將像細胞、細菌、結晶體、原生動物、卵、寄生蟲等這樣的成形組分有區分地突出出來,從而能夠用光學考察並區分可能在樣品中存在的各種成形組分。可以從膨脹的水凝膠層的收集表面上獲得成形組分,以用於更詳細的考察和分析。水凝膠的收集表面可以設有多個準星,以用於用光學掃描儀確定收集表面的位置,並用於重新建立原先掃描的視場。
文檔編號B01L3/00GK1285512SQ0012416
公開日2001年2月28日 申請日期2000年8月18日 優先權日1999年8月20日
發明者史蒂芬·C·沃德羅 申請人:史蒂芬·C·沃德羅, 沃德羅合夥有限公司, 羅伯特·A·利費恩