用於生物聚合物陣列的極小量液體的微測方法和設備的製作方法

2023-09-15 14:58:05 2

專利名稱：用於生物聚合物陣列的極小量液體的微測方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於生物聚合物陣列或生物聚合物場的極小量液體的微測方法和設備。
對於諸如核酸、蛋白質或多糖等生物聚合物的高度並行分析，使用微聚合物場，也稱為微陣列。對於此類場或陣列的生產，溶解或懸浮在皮升到納升範圍的液體中非常少的生物聚合物樣品必須按規則排布施塗到基片表面，例如施塗到標本載片上。常規的移液管法對這樣小量的液體是無能為力的。
由於迄今對要轉移的量進行精確計量仍然是極為困難的，故通常不進行精確計量，而是藉助於涉及類似於筆的機械接觸設備對液量進行轉移。然而所採用這種筆只有有限的液體保持量，因而不能以一個筆的填充對多個基片載體表面加載。為了增加所用筆的容量，已試圖對筆提供凹口或槽口，以便使筆容納欲加載的較大量的樣品基質。雖然這樣確實能夠使筆的容量增加，以至用單個的筆填充使較大數目的生物聚合物點能夠施塗到標本載片上，但這種裝有槽口和狹槽設計的筆的清洗是很困難的。當新的生物樣品要藉助於筆施塗到被加載的標本載片時，必須很小心地從擴大筆容量的槽口和狹槽去除來自以前樣品加載操作的殘餘物。
藉助於這種生物聚合物陣列進行分析時，為了使測量誤差儘可能小，通常使用內部標準。
從先有技術已知的解決方案及這些方案固有的缺陷來看，本發明的目的是要以一種簡單而可靠的方式用極小量的液體加載生物聚合物陣列。
已經發現，該目的可根據本發明通過對用於產生生物聚合物陣列的極小量液體的微測方法實現，其中待分析的樣品液可藉助於一種提供裝置提供，該裝置能夠連接到衝洗液並可向其施加可逆電壓，使得產生的電滲流能夠用於向檢測表面傳送樣品液。
使用根據本發明提出的方法能夠實現的優點主要是，可施加至容納樣品基質的毛細管移液管尖端的電壓使得在移液管尖端已經處於各標本載片檢測區的位置時，能夠對極小量液體進行非常精確的測量。如果通過施加產生樣品液傳送的電壓來使用彼此並行操作的多個毛細管移液管尖端，則各個生物聚合物點能夠以精確的方式低費用而快速排布在標本載片的檢測表面上，實現高度精確的彼此分離。
根據本發明提出的方法的進一步的實施例中，向驅動毛細管和提供裝置施加電壓引起生物聚合物被吸出樣品原液，並在電壓反向之後，待測量的液體被分配。於是，在檢測場表面上樣品液量的分配和生物聚合物點的產生不再需要在毛細管腔體內被機械驅動的部件。
根據按本發明提出的方法的更為先進的實施例，用於傳送樣品基質的電壓施加在毛細管頭部與驅動毛細管的毛細管空間之間。這使得供電線路饋送到玻璃毛細管的上部，即在與移液管尖端相反的玻璃毛細管末端。
根據按本發明的解決方法又一先進的方面，毛細管空間的移液管尖端能夠以三個方向移動。移液管尖端除了在檢測場上X和Y方向的可移動性之外，在實現液體噴射的電壓施加到毛細管腔體的內含物之前，移液管還能夠在朝向檢測場表面的Z方向移動。
為了避免在向檢測表面施加生物聚合物模式中樣品液的損失和差錯，當移液管尖端位於檢測表面時進行電壓反向，實現樣品基質從毛細管的毛細管空間噴射。
最後，在根據本發明提出的用於極小量液體測量的方法中提出，驅動毛細管與其移液管尖端藉助於一閥門連接到儲存在增壓容器內的緩衝液，其中用來產生電滲透壓力的緩衝液是有對應的的pH值和離子濃度的優選緩衝液。
最後，通過施加到標本載片表面上的導電層，即向檢測表面，提出對標本載片上的帶電荷生物聚合物樣本進行電泳沉積。使用根據本發明提出的方法的這種變型，即使在施加和生產生物聚合物陣列期間也能夠進行後繼的分析操作步驟。
根據按本發明進一步提出的用於極小量液體微測的設備，使電壓反向並通過電接觸與緩衝容器的內含物連接的切換元件被集成到用於向驅動毛細管施加電壓的供電線路中。藉助於根據本發明所提出的設備，通過移液管尖端在標本載片的檢測場之上降低的狀態，通過簡單的電壓反向能夠使極小量液體由於樣品基質中的電滲流作用而被施加。
為了保證對驅動毛細管連續提供緩衝液，在位於閥門之後的驅動毛細管的一個分支中結合有緩衝液容器之上的流阻。通過適當尺度的流阻，能夠實現驅動毛細管無氣泡和無空腔提供緩衝流體。
在一種有利的方式中，一個驅動毛細管的移液管尖端或多個驅動毛細管的移液管尖端，能夠藉助於簡單設計的X/Y定位單元在檢測場上方移動，並於是能夠設置生物聚合物點施加到檢測表面的正確位置。移液管尖端除了在X和Y方向的可移動性之外，定位單元-例如市售的繪圖儀-也能夠實現移液管尖端在朝向檢測場表面的Z方向的定位。
驅動毛細管和移液管尖端最好由玻璃或石英製成。
最好將微毛細管的移液管尖端拉製成尖端直徑在10μm到1000μm範圍的小直徑拉制的尖端。移液管尖端的直徑尤其優選地在50μm到300μm範圍。
為了保證接地，在移液管尖端和驅動毛細管之間設有電接地。
最後，使用適配在驅動毛細管的毛細管頭部中的鉑導線電極，在移液管尖端與驅動毛細管之間裝有用於電滲流產生的連接，驅動毛細管末端另一電連接浸入在裝有電觸頭的緩衝容器中。這樣驅動毛細管處的電壓電路僅由電極反向開關中斷，並從而能夠以對應於向檢測表面加載生物聚合物點所需的頻率的頻率斷開或閉合。
以下將參照附圖更為詳細地說明本發明。
單個的一個附圖示出根據本發明提出的用於施加皮升到納升範圍的極小量液體的設備結構的示意圖。
用來向標本載片9的檢測表面18施加樣品液的移液管尖端1是一種玻璃毛細管，該毛細管可非常廉價生產，具有拉製成例如200μm直徑的尖端。如通常在氣相色譜分析中那樣，這一毛細管在其末端通過一微型軟管連接到玻璃或石英的驅動毛細管2。用於產生電接觸的鉑導線電極3插入到微型軟管的管連接中。在驅動毛細管2的相反一端是第二電觸點4，該觸點伸到盛放在緩衝容器14中的緩衝液內含物中。盛放在緩衝容器14中的流體通過管線分支16連續地被提供，其中配有流阻13，使得電觸點4總是與驅動毛細管2中的流體接觸。
在移液管操作的開始，使用X/Y定位裝置，例如市售的繪圖儀形式或其它X/Y定位裝置，玻璃毛細管的移液管尖端1首先被移動到廢料容器7上方。配置在驅動毛細管2上遊的閥門5接下來短時打開，並使得驅動毛細管2與位於廢料容器7上方的移液管尖端1連續地充以新鮮的緩衝液，其pH值和離子濃度被設置為適當的值，以便從加壓儲存容器11通過氣體連通6在驅動毛細管2中產生電滲流，並這樣移液管尖端1同時在廢料容器7上方被吹出。位於所述分支16中例如玻璃料形式的流阻13，引起小量的緩衝流體被迫進入緩衝容器14內，使得保證了通到移液管尖端的驅動毛細管2總處於充有連續提供的緩衝原液。
這裡示意示出的開關元件10裝配在供電線路3與通向緩衝容器14的電觸點4之間。由標號12a和12b標記的兩個電壓源連接到開關元件10的開關觸點，並通過接地線17接地。
為了排出由生物聚合物容器8提供的被吸移的生物聚合物溶液，通過開關10向兩個電連接點3和4施加適當方向的電壓，以便在驅動毛細管2中向後的方向產生電滲流。在一這時間點，在Z方向看移液管尖端1浸入樣品容器8，使得樣品基質根據所施加的電壓通過移液管尖端1的開口被向上吸。當已經從生物聚合物容器8排出足夠的吸移材料時，這裡例如微滴定板的孔，自動微吸移系統，即X/Y定位裝置使吸移尖端1定位在被加載的基片上方。例如，基片可以是顯微鏡中常用的標本載片9。從移液管尖端1排出的各個生物聚合物小滴施加到標本載片表面18，該載片表面裝設在標本載片9上。檢測表面18還可以是與生物聚合物化學結合的面或與之有物理-化學反應的表面。向標本載片面18施加生物聚合物點是藉助於X/Y提供裝置進行的，該裝置還便於使移液管尖端1在檢測場18的方向下降。為此，通過開關10就可選擇的時間向驅動毛細管2施加反向電壓，其結果是，通過這時在反向運行的電滲流迫使被吸移的液體從移液管尖端1流出，並流出到標本載片9的檢測表面18。從而樣品液被釋放到檢測表面18或釋放到另一容器中。作為替代兩個電壓源的使用方式，也可以使用帶有對應的切換元件的單個的電壓源，以及其它例如接地的變型也完全是可能的。
雖然適當調節參數會影響電滲流，諸如主要是緩衝液的離子濃度和pH及施加的電壓，但在標本載片的檢測表面18上產生各生物聚合物點期間分配的液量能夠近似保持不變。這使得包含在X和Y方向都按規則彼此分隔20排布的生物聚合物點的模式19，能夠在標本載片9的檢測表面18上產生。
為了加速並為了電化學活化生物聚合物點結合到與該生物聚合物有化學或物理-化學相互作用的標本載片9的適當表面18上，在移液管尖端1接觸之後，在移液管尖端1的連接端3與標本載片9的導電面之間可另外施加適當極性的電壓。這使得即使標本載片在施加它們短時間之後也能夠進行帶電生物聚合物樣本的電泳沉積，這對於進一步分析和樣品的評價是非常有利的。
在

圖1中可看出，驅動毛細管2的頭部適配在毛細管頭部21中，後者本身由安裝件22例如一小段軟管圍繞。玻璃或石英移液管尖端1以適當的方式被容納在安裝件22中，移液管尖端1有腔體23，被吸移的樣品液被吸入該腔體，或者電滲流的反向從腔體23噴出。優選地由玻璃製成的移液管尖端1可具有範圍在10μm到1000μm的一開口，優選地在移液管尖端開口1處形成直徑為50μm到300μm。
標號表1移液管尖端
2驅動毛細管3電觸頭4電連接5閥門6氣體連通7廢料容器8生物聚合物容器9標本載片10極性反向開關11原液瓶12a電壓源+12b電壓源-13流阻14緩衝容器15壓力管線16T-形件17接地18標本載片表面19生物聚合物圖形20生物聚合物點的間隔21毛細管頭部22安裝件23毛細管腔體24緩衝液
權利要求
1.一種用於產生生物聚合物陣列的極小量液體的微測方法，其中待分析樣品可通過提供裝置(1，23)提供，該裝置能夠連接到清洗液(24)，其中能夠在提供裝置(1，23)與緩衝容器(14)之間施加可逆電壓，使得引起的電滲流能夠用於向檢測表面(18)傳送樣品液。
2.如權利要求1所述的方法，其中從容器(8)吸取生物聚合物，並在電壓反向後，通過向提供裝置(1，23)的驅動毛細管(2)施加一電壓實現待測量的生物聚合物液體的釋放。
3.如權利要求1所述的方法，其中毛細管空間(23)的移液管尖端(1)能夠以三個方向移動。
4.如權利要求1所述的方法，其中引起樣品液從毛細管空間(23)流出的電壓的反向是在移液管尖端(1)已經達到檢測表面(18)的位置之後實現的。
5.如上述一個或多個權利要求中所述的方法，其中能夠藉助於閥門(5)對驅動毛細管(2)與移液管尖端(1)提供緩衝液，該溶液儲存在壓力容器中，並具有適合於產生電滲壓力的pH和適當的離子濃度。
6.如權利要求1所述的方法，其中帶電荷生物聚合物樣本在標本載片(9)上的電泳沉積是通過標本載片表面(18)上的導電層實現的。
7.用於產生生物聚合物陣列的極小量液體的微測的設備，其中待分析的樣品基質能夠藉助於一種提供裝置(1，23)提供，該裝置能夠連接到清洗液(24)，其中通過電觸頭(4)連接到緩衝液容器(14)中的內含物的電壓反向開關元件(10)，集成到用於向驅動毛細管(2)施加電壓的供電線路(3)中。
8.如權利要求7中所述的設備，其中流阻(13)結合到驅動毛細管(2)的分支(16)中，以保證驅動毛細管(2)的連續供料，並用於以緩衝液(24)清洗。
9.如權利要求8中所述的設備，其中裝有實現移液管尖端(1)朝向標本載片(9)定位的X/Y定位裝置，用於移液管尖端(1)相對於檢測場(18)的定位。
10.如權利要求8中所述的設備，其中驅動毛細管(2)由玻璃或石英構成。
11.如權利要求8中所述的設備，其中移液管尖端(1)由玻璃毛細管拉制而成，其尖端被拉製成小直徑，該尖端直徑範圍從10μm到1000μm。
12.如權利要求11中所述的設備，其中移液管尖端(1)由玻璃毛細管拉制而成，其尖端被拉製成小直徑，該直徑範圍從50μm到300μm。
13.如權利要求8中所述的設備，其中在移液管尖端(1)與驅動毛細管(2)之間裝設電接地。
14.如權利要求8中所述的設備，其中在移液管尖端(1)與驅動毛細管(2)之間提供連接，以便產生電滲流，其中鉑導線電極(3)在毛細管頭部(21)，且驅動毛細管(2)末端處的另一電觸頭(4)浸入裝有電觸頭的緩衝容器(14)。
全文摘要
本發明涉及用於產生生物聚合物陣列的極小量液體的微測方法和設備。待分析的樣品液藉助於一種提供裝置(1，23)提供，該裝置能夠連接到清洗液(24)原液。能夠向提供裝置(1，23)施加可逆電壓(10)，使得引起的電滲流能夠用於向檢測場(18)傳送樣品液。
文檔編號B01L3/00GK1422185SQ01807861
公開日2003年6月4日 申請日期2001年4月6日 優先權日2000年4月10日
發明者H·艾佩爾, M·拜爾, S·馬蒂西克 申請人:巴斯福股份公司, 德國癌症研究中心