用於分析生物流體的可置換腔的製作方法
2023-09-18 19:27:10 1
專利名稱：用於分析生物流體的可置換腔的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於分析生物流體的腔，尤其涉及允許對生物流體中的粒子物質進行枚舉的腔。
背景技術：
傳統枚舉液體介質中粒子成分的方法，如列舉血液中的血細胞或者尿及其它生物流體中的細菌或其它物質，是用血細胞計數器，該血細胞計數器包括具有精確高度和精確尺寸的可視的、帶有刻度的腔。將含有要枚舉的粒子的液體引入腔中。必要時，將液體稀釋以便使粒子數量降低到一個可處理的範圍內。操作員則對給定區域內的粒子數計數。由於腔的面積和高度是精確已知的，因此，可以計算出單位體積內的粒子數。雖然這些腔基本上刻有刻度以對已知區域分界，但如果腔用在圖片分析器上就不需要刻了。使用圖片分析器時，不再需要形狀規則的腔，這是因為從圖片上完全可以計算出可視區域的面積。
由於這樣的腔體製作精密，因此，血細胞計數器相對較貴而且不可回收。現代精密塑料模製技術使得可以用足夠低廉的成本生產多種型號的血細胞計數器腔以便於在一些情況下可一次性使用，然而很難精確模製出有足夠精密度和/或厚度要比傳統的小0.1mm的腔。
美國專利4950455描述了一個計數腔，該計數腔由剛性載玻片和剛性蓋玻片形成，中間充斥著剛性粒子如玻璃珠。玻璃珠在載玻片和蓋玻片之間保持一個細小的間距，以此形成計數腔。
然而，由剛性粒子分隔開的上下兩片剛性平板形成的計數腔有很大的局限性。由圖1和圖2可以看出，由2標出的現有技術裝置包括下載玻片3，上蓋玻片4和多個玻璃珠5形成的夾層。由於並非所有的玻璃珠完全一樣，直徑的變量係數達到10％或者更大，大的玻璃珠6在一定程度上「支起」蓋玻片4，因此小的珠子7對分離沒有影響。珠子直徑大小不一是個問題，因為儘管決定和控制平均尺寸很容易，直徑分布情況較難控制，最終表現為系統的準確度比預期的要低。這導致平均玻璃珠粒徑形成的上下層間距要加上一個標準偏差。殘餘粒子的存在引起如圖2所示的更大的問題。製作腔時或由環境引進或進樣時會出現殘餘粒子。殘餘粒子8「支起」蓋玻片4，在腔內形成體積增大的大區域，這就破壞了腔的準確度。
這種現有技術的腔的另外一個問題是很難在一臺儀器中組裝大量的用來自動掃描和計數粒子的這種可置換件，例如圖片分析系統。
現在需要一種儀器和方法來克服現有技術的局限性，該儀器和方法具有分析生物流體的腔，包括枚舉流體中的粒子，成本不高，不易留住粒子殘餘物，容易組裝使用在自動測試系統上。
發明內容
根據本發明，用來分析生物流體的設備包括第一平面構件，第二平面構件，和至少三個分離器。至少一個平面構件是透明的。分離器放置在兩平面構件之間，將這兩構件分離成具有一定高度的腔。至少一個構件或分離器足夠柔軟使得腔的高度與分離器的平均尺寸大小相當。在使用過程中，將被分析的生物流體放置在腔內部。
根據本發明的一個方面，每個平面構件都是可卷在一個捲軸上的卷帶。在一些實施例中，這些平面構件一開始是相互連接。在另外一些實施例中，每個平面構件一開始是相互分離的。
根據本發明的另一個方面，設有至少一個源捲軸和至少一個接收捲軸的磁帶盒。平面構件一開始繞在源捲軸上，並在儀器運轉時傳輸到接收捲軸上。分析區域設置在源捲軸和接收捲軸之間。在儀器運轉時平面構件經過分析區域。
本發明有許多優點。我們發現如果計數腔是由放置在平面構件中的分離器形成，並且如果至少一個平面構件和分離器是柔軟的，這個腔就與現有技術中的裝置運轉不同，而這些不同之處極具優勢。當計數腔充滿液體時，毛細力將把上下平面構件拉在一起，進而對滯留的分離器稍稍施加了壓力。這個壓力將使得柔性零件變形來促使腔的厚度與放置在平面構件中的分離器的平均粒徑近似。例如，如果上下平面構件都是剛性的而分離器是柔性的，比平均粒徑大的分離器將被擠壓，並且平面構件將互相靠近直到越來越多的分離器開始接觸到平面構件，進而阻止進一步的靠近。此時，如果分離器高度的標準偏差可被接受並且分離器足夠柔軟，腔的高度近似於分離器的平均高度並容易確定。再比如，如果分離器是剛性的而上平面構件是柔軟的，上平面構件就會變形，在有較大分離器的小區域被「支起」，在較小分離器處下降。假如上平面構件足夠柔軟的話，腔的平均高度就近似於分離器的平均高度。
因此，本發明的一個優點是由於腔的高度大致一致，因此形成的腔有可準確測定的體積。
本發明的另一個優點是造價便宜且可達到理想的準確度。本發明不要求準確加工的空隙或分離器來精確確定體積。結果，此項發明的造價不貴且依然能達到理想的準確度。此外，由於造價不貴，本發明實際上可以以可置換的形式提供。
結合本發明的以下詳細描述和附圖，本發明的這些和其它目的，特點和優點將更為明顯。
通過以下附圖進一步闡明本發明的原理，其中圖1為現有技術的橫截面示意圖，其中使用的系統中所有零件均是剛性；圖2為現有技術的橫截面示意圖，其中使用的系統中所有零件均是剛性的組件，且殘餘粒子留在系統中；圖3為本發明的橫截面示意圖，其中分離器相對於上下平面構件是柔性的；圖4為本發明的橫截面示意圖，其中上平面構件與其它構件相比是柔軟的；圖5為本發明的橫截面示意圖，其中上平面構件與其它構件相比是柔軟的，並且有殘餘粒子滯留其中；圖6為本發明的第一實施例的示意圖；圖6A為設計用於使用本發明第二實施例的裝置的示意圖；圖7為含有本發明第一個具體實施例的磁帶盒示意圖；圖8為設計使用本發明的一個實施例的儀器示意圖；圖9為圖6中儀器的示意圖，其中樣品加在平面構件上；圖10為樣品被分散在平面構件之間後的示意圖；圖11為分析區域的示意圖。
具體實施例方式
參考圖3-11，用來分析生物流體的本發明儀器10包括第一平面構件12，第二平面構件14，和至少3個分離器16。平面構件12、14中至少一個是透明的。分離器16放置在構件12、14之間，將構件12、14分開形成具有高度20的腔18。構件12、14中至少一個或者分離器16足夠柔韌，能使得構件12、14間的腔的高度20近似於分離器16的平均高度。
分離器16可以是任何結構，它被設置在平面構件12、14之間，運轉時將平面構件12、14相互分離開。在平面構件間伸展的分離器16的尺寸參照在此稱為分離器16的高度22。多個分離器16的高度22通常基本上互不完全相等，而是對用於類似分析儀器上的分隔工具來說在商業業上可接受的範圍之內。球狀珠子是可接受的分離器16的一種，商業上可廣泛獲取，如從美國印第安納州的費氏實驗室(Bangs Laboratories ofFishers)中就可獲取。
在一些實施例中，分離器16包括比第一構件12和第二構件14之一柔韌或者比兩者都柔韌材料；例如，相對而言，平面構件12和14之一或者兩者相對於分離器16是剛性的，分離器16相對於平面構件12和14之一或兩者來說是柔韌的。
在另外一些實施例中，分離器16中包括柔軟性不及平面構件12和14之一或者兩者的材料；例如，相對而言，平面構件12和14之一或者兩者相對於分離器16是柔韌的，分離器16相對於平面構件12和14中的一個或者兩個是剛性的。
根據上述的柔軟特性，假設平面構件12、14中的至少一個是透明的，平面構件12、14可由多種材料製成。可以接受的平面構件12、14的一種是含有丙烯酸或聚苯乙烯的透明塑料膜。卷狀的平面構件12、14尤其有用，這是因為它們易於繞在捲軸上。在一些實施例中，第一構件和第二構件中之一或兩者包括多個相互連接的剛性零件。
現在參照圖3，本發明10的具體實施例中第一構件12和第二構件14由大量球狀珠子形式的分離器16形成的腔18分隔開。這些珠子16由比第一構件12和第二構件14更為柔軟的材料製成；比如，平面構件12、14可能相對於珠子16要硬一些，珠子16相對於平面構件12、14要柔軟一些。可使用由聚苯乙烯、聚碳酸酯、矽樹脂或類似材料製成的珠子。這裡，較大的珠子16A被壓縮到一點，在該點平面構件12、14接近大多數珠子16接觸到的平面構件12、14的內表面24之處，這樣使得腔的高度20稍小於平均的珠子粒徑。
圖4中，本發明10的另一實施例中，第一平面構件12由比球狀珠子16和第二平面構件14更為柔軟的材料製成，帳篷狀覆蓋珠子16，其中珠子之間為由支起平面構件12的珠子粒徑決定的隨機高度。如果膜的厚度能薄到足夠如所示的那樣柔軟，無論哪種透明塑料膜，如丙烯酸、聚苯乙烯或類似材料都可以。顯然，在這種情況下，儘管局部小區域與所希望的腔的高度20稍有出入，所有支起區域的平均高度將非常接近於平均粒徑。我們的測試表明，使用本發明，在腔的高度低於4微米時，腔的平均高度可以控制在1％或更好。
圖5中示出了圖4中的腔18，其中留有一些粒子殘餘物26。殘餘物26的上平面構件12被支起，在殘餘物26之下的區域高度未知，但這種幹擾只影響腔18的小部分區域，這與整個系統是剛性時的情況相反。
圖6示出了本發明10的另一實施例，其中下平面構件12由一英寸寬、厚度大約在50微米左右的透明塑料薄膜帶(例如聚乙烯脂(PET))製成，上平面構件14由與下平面構件12相同的材料製成，只是厚度為23微米，兩者之間的腔18由多個平均尺寸為4微米的塑料珠16形成。上平面構件14內層塗有顯色劑，如吖啶橙(acridine orange)，當用螢光照射檢測時，這種顯色劑能區別顯色活的白細胞。其它螢光試劑包括astrozone橙、FITC、羅丹明或類似試劑。用透射光照區別顯色白細胞的試劑包括astrozone橙，亞甲基藍、噁嗪170。上平面構件14上按一定間隙鑿有大量的孔28(例如，直徑大約在300微米左右)，平面構件12、14連接在孔28之間的某處29上來形成一系列分離的分析腔18。
本實施例中平面構件12、14之間的間隔已知的其粒徑準確可控(如粒徑為4微米)的球狀珠子16形成。這些珠子隨機分布在平面構件12、14兩者之一上，並附在含有染色材料的試劑膜上成為其中一部分。粘住珠子16的材料應能使珠子直到液體膜運動停止時仍粘在平面構件12、14上而不至於被掃走。另一個珠子鍍膜的可行辦法是使珠子懸浮在濃度為0.5％的植烷凝膠(phytagel)溶液中，並通過噴塗或彎月形塗裝(meniscuscoating)。珠子16的最佳濃度取決於珠子的類型及它們的製作方法以及上下平面構件12、14的相對硬度決定。通過批量實驗(batch-to-batch)，將一系列珠子濃度塗於要用的平面構件12、14，隨後加入含有染料如血紅蛋白的液體，來決定這個最佳濃度，其中根據所用的含有染料的液體液體層厚度來給出有用的光學密度。繪製該液體層的平均光學密度相對珠子16的密度的變化曲線。來決定增加珠子濃度時對液體層厚度再無影響的點；例如，腔的高度20基本一致的點。另一種提供分離器的方法是在平面構件12、14兩者之一反向浮飾，產生平均高度大約4微米的凸起，例如用雷射刻蝕技術在壓送輥產生凹陷的方式將平面構件12、14之一通過該壓送輥組合。
圖7示出了帶有殼32的磁帶盒30，其中有一個源捲軸34、接收捲軸36和在兩者之間延展的磁帶38。「磁帶38」是上述的、圖6中所示的本發明的實施例。開始時，磁帶38繞在源捲軸34上。磁帶38的前進由轉子40控制，轉子40可牽引磁帶38到離測試區域42很遠之處並根據需求從源捲軸34處將磁帶38牽引過來。磁帶盒30上有一通孔使得光學系統可經由磁帶38提供照明。
圖8示出了包括磁帶盒32在內的光學分析系統44。光學分析系統44由聯在一起的零件組成，其中有透鏡46，可變波長光源48和電荷耦合(CCD)相機50，該系統在三維方向可動，以使得該系統在測試區域42處聚焦於磁帶38，並能在X-Y方向上運動以便能掃描到整個測試區域42，而這些都由系統計算機52來控制。用來從樣品試管中提取生物流體並把樣品滴一小滴在磁帶38上的樣品探頭在這裡沒有示出。採樣裝置可以採用管狀穿刺式探頭或相似的探頭，用步進馬達驅動針管提取並滴生物流體樣品。這些裝置被廣泛採用並為本領域人員所熟知，因此不再進一步描述。
圖9示出了圖8中在一滴生物流體54(如血液)滴入平面構件12、14之間形成的腔18中樣品入口處28(見圖6)後的裝置。
圖10是生物流體34的樣品膜64整個區域的示意圖，其一般來說有不規則的邊界。在本例中，生物流體是血液。由於在樣品膜64中的白細胞傾向於很容易夾在腔18中，一般來說在進口28的幾毫米之內白細胞濃度達到最高。
圖11為圖10中分析區域66的示意圖，其中如果是整個血液樣品的話，會顯示出被血漿62包圍的血紅細胞56、白細胞58、血小板60。也可以看到珠子16，且由於尺寸和折光率的不同很容易將其和其它成分區分開。
用傳統圖示法或美國專利5321975及6350613中所述的技術，對每個單獨的白細胞58進行分類，從而表證白細胞58(白細胞分類計數)的特性。這兩篇專利都在此作為參考。有大量的區別顯色不同類型白細胞的離體活體染色/染料的描述，正如美國專利6235536中所描述，這篇專利也在此作為參考。由於白細胞58稍受壓力極易顯像，在出現有問題的分類時，保存的細胞圖像可由技術人員觀察。
作為本發明實用性的一個例子，樣品膜64中白細胞58計數通過枚舉所有在樣品膜64中發現的白細胞58並除以樣品膜64的體積來實現。儘管有可能將特定數目的樣品放入腔18中，然而放置大致數量並間接測量體積這一方式更為優選。這種方式由如下機理實現1)第一次滴樣品的樣品滴體積可利用幹涉成像根據光學技術來計算，該光學技術可以的自美國康乃狄克州Middlefield的Zygo公司；或者2)膜成型後的樣品體積通過測量膜64的面積並乘與膜的平均高度來得到。
圖6A示出了包括現本發明的另一實施例10的光學分析系統44，其包括磁帶盒30，在該磁帶盒中有下平面構件捲軸68、上平面構件捲軸70，接收捲軸72。平面構件12、14的行進由接收壓送輥74控制，接收壓送輥74在離測試區域42很遠的地方提供牽引力給結合的平面構件12、14，並可根據所需將平面構件12、14從它們的捲軸上拉過來。光學分析系統44由一些連在一起的零件組成，其中有透鏡46，可變波長的光源48和一個CCD照相機，這個光學分析系統在三維方向上可動使其聚焦在測試區域42上的連接在一起的平面構件12、14上，並提供X-Y運動使其能掃描完整個測試區域42，所有這些均在系統計算機52的控制下。示出了滴在下平面構件14上的一滴生物流體54(如血液)。壓送輥74運轉可將平面構件12、14送至剛過壓送輥74的一處，在此處排列在平面構件12、14之間的分離器16與兩構件相接，生物流體接觸到兩平面構件12、14的內層表面24並延展成一薄薄的樣品膜64。平面構件12、14被帶向前以便於被光學分析系統44讀取。
由於系統44的整體準確度在使用體積測量方法時是依賴於腔高度20的準確度，因此用內標方法測量確切的腔的高度20是可取的。內標的一個例子中有不與樣品混溶的柔性材料或流動材料，並且其中包含已知的、穩定和均一濃度的光敏染料。這些材料可以是染好色的柔性珠子，染色油或類似的材料可以出現在腔18的一個或多個區域之中。由於光學密度與校準材料的厚度成正比，對完全充滿腔高度20的部分校準材料的光學密度進行測量，可以使得腔的準確高度20的計算在光學系統的精確能力內。
儘管腔18最大頻率地用於在整個血液中枚舉出血細胞，但其在測量許多未稀釋的、有足夠粒子計數的液體時也是同樣有用。腔的高度20不限於現在所說的4微米，而能隨著不同分離器的尺寸或濃度可大可小。
儘管本發明已經根據詳細的具體實施例來進行顯示和描述，但是，本領域技術人員可以理解，可以作出各種形式和細節上的改變而不偏離本發明的主旨和範圍。
權利要求
1.一種用於分析生物流體的儀器，其包括第一平面構件；第二平面構件，其中至少第一平面構件和第二平面構件之一是透明的；至少三個設置在平面構件之間的分離器，其將平面構件分隔開，以形成在平面構件之間延展的具有一定高度的腔；其中，至少第一平面構件和第二平面構件之一，或分離器是柔軟的以使得腔的高度基本一致。
2.根據權利要求1所述的儀器，其特徵在於，第一平面構件和第二平面構件中至少其中之一包括柔性塑料。
3.根據權利要求2所述的儀器，其特徵在於，第一平面構件和第二平面構件都包括柔性塑料。
4.根據權利要求1所述的儀器，其特徵在於，分離器相對於第一平面構件和第二平面構件是柔性的。
5.根據權利要求1所述的儀器，其特徵在於，分離器、第一平面構件和第二平面構件的其中之一至少要比其他的分離器、第一和第二平面構件具有更大的柔性。
6.根據權利要求5所述的儀器，其特徵在於，第一平面構件比第二平面構件和分離器具有更大的柔性。
7.根據權利要求1所述的儀器，其特徵在於，分離器連接在第一平面構件和第二平面構件至少其中之一上。
8.根據權利要求1所述的儀器，其特徵在於，至少第一平面構件或第二平面構件之一包括連接的剛性零件。
9.根據權利要求1所述的儀器，其特徵在於，第一平面構件和第二平面構件之一包括連接的剛性零件，而另外一個平面構件則包括柔性塑料。
10.根據權利要求1所述的儀器，其特徵在於，分離器包括均勻染色，可輕微擠壓的塑料珠子。
11.根據權利要求1所述的儀器，其特徵在於，分離器是連接在第一平面構件和第二平面構件至少一個上、高度均一的凸起。
12.根據權利要求1所述的儀器，其特徵在於，第一平面構件和第二平面構件其中之一包括一個或多個孔。
13.一種用於分析生物流體的儀器，其包括一個包括彼此間隔並在離散點粘結的第一平面構件和第二平面構件的磁帶，其中第一平面構件和第二平面構件中至少一個是透明的，在平面構件間至少形成有一個有一定高度的腔，至少三個分離器設置在其中一個腔中，第一平面構件、第二平面構件或分離器中至少一個是柔性的使得腔的高度可以保持基本一致；一個磁帶卷繞其上的源捲軸；和一個磁帶卷繞其上的接收捲軸。
14.根據權利要求13所述的儀器，其特徵在於，至少一個腔有孔。
15.根據權利要求13所述的儀器，其特徵在於，分離器、第一平面構件和第二平面構件其中之一至少要比其他兩個之一有更大的柔性。
16.根據權利要求15所述的儀器，其特徵在於，第一平面構件比第二平面構件和分離器的柔性更大。
17.根據權利要求13所述的儀器，其特徵在於，第一平面構件和第二平面構件的至少之一包括柔性塑料。
18.根據權利要求17所述的儀器，其特徵在於，第一平面構件和第二平面構件都包括柔性塑料。
19.根據權利要求13所述的儀器，其特徵在於，分離器連接在第一平面構件和第二平面構件至少之一上。
20.根據權利要求13所述的儀器，其特徵在於，第一平面構件和第二平面構件兩者之一包括連接的剛性零件，另外一個平面構件則包括柔性塑料。
21.根據權利要求13所述的儀器，其特徵在於，分離器包括均勻染色，可輕微擠壓的塑料珠子。
22.一種用於分析生物流體的儀器，包括第一平面構件；第一源捲軸；第二平面構件，第一平面構件和第二平面構件中至少有一個是透明的；第二源捲軸；多個連接在第一平面構件或第二平面構件上的分離器；一對壓送輥，其彼此分開一段距離，以使得第一平面構件和第二平面構件在壓送輥之間被牽引時與所有分離器都能接觸到；至少一個一定高度的腔，該腔形成於兩平面構件之間、壓送輥輥下遊處，其中，第一平面構件和第二平面構件之一或分離器是柔軟的使得腔的高度能基本一致；和至少一個接收捲軸來接收一個或兩個所述平面構件。
23.根據權利要求22所述的儀器，其特徵在於，至少一個腔中有一個孔。
24.根據權利要求22所述的儀器，其特徵在於，分離器、第一平面構件和第二平面構件其中之一至少要比其他兩個之一有更大的柔性。
25.根據權利要求24所述的儀器，其特徵在於，第一平面構件有比第二平面構件和分離器更大的柔性。
26.根據權利要求22所述的儀器，其特徵在於，第一平面構件和第二平面構件兩者之一包括連接的剛性零件，另外一個平面構件則包括柔性塑料。
27.一種用來枚舉整個抗凝固血液樣品的細胞或粒子成分的方法，其包括以下步驟提供一種用於分析生物流體的儀器，該儀器包括第一平面構件，第二平面構件，其中至少兩者之一是透明的；至少三個排列在平面構件之間的分離器，將平面構件分隔開以形成在平面構件之間延展的並具有一定高度的腔；其中第一平面構件和第二平面構件中至少一個，或分離器是柔軟的，以使得腔的高度能基本一致；將一定數量的生物流體沉積與第一平面構件或第二平面構件的表面相接觸；兩構件相互接近，以在由分離器分隔的兩平面構件之間限制的生物流體形成膜；測出膜內包含的生物流體的體積；直接或間接枚舉出膜內基本上所有的有用成分；以單位體積計數來表示枚舉的成分。
28.根據權利要求27所述的方法，其特徵在於，生物流體是血液。
29.根據權利要求28所述的方法，其特徵在於，還包括以下步驟通過測量分離器的透過光的平均衰減作用來計算腔的高度。
30.根據權利要求29所述的方法，其特徵在於，測定膜內生物流體的體積還包括以下步驟測量膜的面積；和將腔的高度乘以膜的面積計算出生物流體的體積。
31.根據權利要求27所述的方法，其特徵在於，兩構件互相接近前，由沉積在平面構件上的生物流體液滴的幹涉圖像計算得出膜的體積。
32.一種用來枚舉整個抗凝固血液樣品的細胞或粒子成分的方法，其包括以下步驟提供包括相互間隔並在離散點粘結的第一平面構件和第二平面構件的磁帶，其中第一平面構件和第二平面構件中至少一個是透明的，在平面構件間形成至少一個有一定高度的腔，至少三個分離器設置在所述至少一個腔的每一個中，第一平面構件和第二平面構件中至少一個或分離器中是柔性的以使得腔的高度可以保持基本一致，一個磁帶可卷繞其上的源捲軸，一個磁帶可卷繞其上的接收捲軸；將一定量的生物流體沉積在至少一個腔中；測出包含在至少一個腔中至少一部分生物流體的體積；直接或間接列舉出膜內所有的有用成分；以單位體積計數來表示枚舉的成分。
全文摘要
一種分析生物流體的儀器，該儀器包括第一平面構件，第二平面構件，和至少三個分離器。至少一個平面構件是透明的。分離器放置在兩平面構件之間，將這兩組件分隔成具有一定高度的腔。至少一個組件或分離器足夠柔軟使得腔的高度與分離器的平均尺寸大小相當。在使用過程中，要分析的生物流體被放置在腔內部。
文檔編號G01N15/14GK1957254SQ200580016745
公開日2007年5月2日 申請日期2005年4月7日 優先權日2004年4月7日
發明者史蒂芬·C·沃德勞 申請人:沃德勞有限合夥公司, 羅伯特·A·萊溫, 史蒂芬·C·沃德勞