用於檢測分析物的方法和裝置的製作方法

2023-09-22 17:31:30 3

專利名稱：用於檢測分析物的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於檢測液體中的分析物的方法，其中所述液體在特別是具有固化的反應物的載體區域，優選生物晶片區域上進行混合處理。
本發明特別涉及用於改善液體的混合處理效果的方法並且在這方面的用於改進液體中的分析物被帶入固化在充有液體的載體區域，特別是生物晶片區域上的反應物中的方式的方法。
背景技術：
在生物晶片應用且特別是在免疫測定應用中，在檢測到固化到載體表面上的反應物和存在於潤溼載體表面的液體中的分析物間的結合反應時，會出現以下問題。分析物與固化反應物之間的結合降低了載體表面邊界層液體中的分析物濃度，導致邊界層樣品液體中的分析物的損耗。由於分析物擴散速率一般比較低，大小通常只有幾微米/秒或更小，因此新的分析物分子不能足夠快地從樣品液體體積中再補給，從而使免疫試驗等需要較長的孕育時間以達到適當的測試效果。存在多種解決現有技術中的該問題的方法。
US 6485918中描述了一種具有設置在微陣列表面上的可變形覆蓋層的微陣列生物晶片的混合工藝。所述覆蓋層的形變在所述覆蓋層和微陣列表面之間的液體中產生流動運動。儘管該已公知的方法適用於具有固化在底部上的反應物的扁平生物晶片，但是該方法的缺點在於在混合過程中覆蓋層必須一直保持與樣品液體接觸。其它處理步驟例如衝洗步驟、試劑添加等可能會使覆蓋層的開口具有損失樣品液體和汙染的相關風險。
通過WO 00/10011已公知一種用於混合在生物傳感器系統，也稱作生物晶片的界面附近的樣品的方法和裝置。為了提高靈敏度，在這種公知的方法中利用機械波(聲波、超聲波、或表面波)激發生物晶片中的液體，利用機械波是旨在改善樣品液體，特別是在晶片/液體邊界層處的樣品液體的混合，從而增強分析物的擴散。
通過EP 0 281 958 A2已公知一種用於在免疫試驗中控制溫度和混合微量滴定板容器中的內容物的裝置。該已公知的裝置包括限定出中空空間的蓋子，氣體管線排入所述中空空間。所述蓋子朝向滴定板的邊界壁上設有出氣開口，所述出氣開口相對於滴定板個體容器的容器軸線偏心地布置並且與該個體容器中液體表面呈一定角度排列。通過鼓入熱空氣通過出氣開口，可實現對個體容器中液體的溫度控制並產生液體的旋轉混合運動。例如US 6063564、US 4479720和US 5009998還涉及在作為液體容器的樣品試管中樣品液體混合效果的改進。在現有技術中已公知的例如振蕩、應用超聲波、渦流等機械混合方法已證實對於包括帶有一陣列反應物的扁平載體或平坦的載體表面的生物晶片不是特別有效和有利。

發明內容
本發明的目的是針對提出一種在基於樣品液體中的分析物與被樣品液體潤溼的載體上的反應物間的結合反應進行測試時，用以提高測量靈敏度或縮短達到適當測試效果所需要的孕育時間的上述類型的方法，並由此將該方法用於典型的生物晶片應用中。此外，分析物和反應物之間的結合反應應該在整個晶片上均勻進行並且與所處位置無關。這意味著在載體或微陣列生物晶片的中部或邊緣處的反應物能夠以基本上相同的速率和效率與分析物相結合。
為在用於檢測液體中分析物的前述方法條件下實現該目的，本發明提出使液體受到通過在混合處理過程中朝向載體表面進行噴射以掃描的方式掃過至少一些區域的氣體流的衝擊。
當使用具有大體上平的底部的槽式生物晶片作為載體表面結果導致當前氣體流衝擊區域內含有分析物的樣品液體的高效局部混合時，這種方法特別適用。可以有利地將來自上方的噴嘴引導至樣品液體上，使得氣體流在其衝擊影響區內局部使樣品液體排出。結果是所述氣體流衝擊影響區內的樣品液體高度降至非常低的值如僅幾個微米，並且通過在包括液體高度降低的區域內的渦流運動使樣品有效地液體均勻。由於氣體流的衝擊點以掃描的方式掃過載體表面，因此晶片底部樣品液體強烈混合的區域移動通過載體表面，使得新的分析物以加速的方式被供給至開始因在前的結合反應而耗盡分析物的邊界層。與常規方法相比，該方法增大了分析物和固化反應物之間的進一步結合反應的概率，從而提高靈敏度或縮短孕育期同時改善均勻性，特別是分析物結合反應與位置無關的均勻度。
所述氣體流優選空氣流，特別是潮溼空氣流。空氣加溼可以避免生物晶片變得乾燥。
所述氣體流還可以備選惰性氣體流。
噴嘴和載體間產生相對運動，以便使氣體流以掃描的方式掃過所述區域。可以掃過多次且特別是周期性掃過。例如這可通過保持載體時以一種預定的方式移動噴嘴或是在保持噴嘴時通過移動載體，而實現。同樣並不排除同時移動噴嘴和載體以便以掃描的方式衝擊樣品液體的可能性。
樣品液體容器優選使用槽形容器，特別是具有基本上平的底部作為固化反應物的載體表面。特別是具有一列獨立的放置反應物的表面區域的生物晶片適於作為載體。
另一種選擇是，槽形容器可被用作樣品容器，所述樣品容器中含有分開的載體元件，例如用於固化反應物的固相微粒。
連續的、基本上均勻的氣體流優選用作空氣流以衝擊液體。但是，並不排除在其它可選實施方式中使用已調節的空氣流特別是脈衝空氣流的可能性。
本發明的特定優點在於所提出的液體混合處理使分析物和固化反應物間的結合反應具有良好的均勻性，在整個載體表面上與位置無關。
本發明的另一主題是一種實施所述方法的裝置，所述裝置的特徵在於，用於保持至少一個載體特別是生物晶片的保持器，所述載體具有反應物固化於其上的底面或可選具有固化於其上的反應物的沉積載體元件的底面，氣體供應裝置包括至少一個向位於保持器上的載體底面噴射氣體流的噴嘴和一個用於在噴嘴和保持器間產生相對運動的驅動裝置，從而使從噴嘴中排出的氣體流以掃描的方式掃過至少一些底面區域。
根據所述發明的進一步研發，保持器以可移動的方式進行安裝並且驅動裝置被設計用以相對於噴嘴移動保持器。
在發明的另一可選實施方式中，噴嘴以可移動的方式進行安裝並且驅動裝置被設計用以相對於保持器移動噴嘴。
根據所述發明的進一步研發，氣體供應裝置被設計用以產生由噴嘴排出的空氣射流。
氣體供應裝置有利地包括空氣加溼裝置。
特別是在實施大量試驗時，建議保持器被設計用以保持多個載體或樣品容器且每個載體或樣品容器都分配到至少一個噴嘴。
通過改變噴嘴的布置、噴嘴的幾何形狀及噴嘴的相對移動以及空氣流的強度，根據本發明所述的系統可容易地適用於可相對自由設計的具有平的分析物貯池和平底的生物晶片。由於壓力貯池可以按照限定的方式同時供給多個噴嘴，因此便於平行處理多個生物晶片。


以下，結合附圖對本發明做進一步說明，其中圖1示出了本發明方法中所包括的槽形生物晶片和可以在生物晶片之上移動的氣體噴嘴的非常簡化的示意圖；和圖2示出了根據本發明的裝置的非常簡化的示意圖。
具體實施例方式
圖1示出槽形生物晶片1，所述生物晶片1具有一個基本上平的槽形底面3，其上反應物或是捕獲的分子優選以微陣列的布置方式進行固化。所述底面3被樣品液體5潤溼，所述液體5含有可以與生物晶片1的底面3上的反應物結合的分析物，所述結合例如可通過螢光測試方法檢測到。
在將樣品流體5加到生物晶片1上後，因結合反應在底面3附近的邊界層中會迅速形成液體中游離的分析物耗盡的區域，通常會延遲進一步的結合反應。為避免產生這種不利的延遲效應，如圖1所示，氣體噴嘴7在樣品液體5的表面上移動，使得氣體流9在液體表面上的衝擊點掃過載體表面3同時保持液體5的中間層。由圖1中11所示，液體5在相應的氣體流9衝擊點區域被排出。在區域11中僅存在一層非常薄的樣品液體13膜。但是，氣體流9衝擊液體的結果是，薄層13區域中的液體得到很好的混合，從而使「分析物耗盡區」在此位置被局部打破並提供新的分析物與反應物相結合。由於區域11可在底面3的整個表面上被引導至任何感興趣的位置，因此有可能在表面區域3上均勻分布供量增多的分析物。因此本發明的方法提高了單位時間內的結合效率，所述效率的提高與所需的孕育時間的減少相關，從而在免疫測試等應用中達到適當的測試效果。
圖2示出了根據本發明的裝置的非常簡化的示意圖，所述裝置包括例如被設計成如隔膜泵從而產生空氣流的空氣泵15。連接至泵15的壓力側的氣流傳感器17被用以監測空氣流並由此作為調節空氣流的實際值變送器。在測試中，空氣流大約為7毫升/秒被證明是有利的。
為了減少生物晶片1中樣品液體的蒸發，空氣加溼裝置26對供給至噴嘴7的空氣進行加溼。在圖2所示的實例中，部分充有水的壓力容器19被用於此目的。空氣泵15傳送的空氣通過管線21被鼓入儲水池23。然後這種溼氣含量提高的壓縮空氣上升到容器儲水池23之上的容器空間25中，接著通過管線27到達噴嘴7。然後這種加溼的空氣從噴嘴7以氣流的方式被吹到生物晶片1上從而達到結合圖1所解釋的效果。
在圖2中，生物晶片1位於保持器30上，所述保持器30例如可以是通過馬達驅動移動的託架。保持器30可進行移動，使得通過固定噴嘴7引導朝向生物晶片底部的空氣流可以掃過生物晶片1上被固化反應物佔據的載體區域。因此可以將保持器30設計成不僅可以進行如雙箭頭33所示的水平向前和向後的運動，還能以合適角度進行往復運動。
應當注意的是，噴嘴7根據需要可採用具有不同形狀的出氣口縫隙。因此不排除噴嘴具有例如近乎重疊生物晶片1整個寬度的狹長的出氣口縫隙。在生物晶片相對於噴嘴7進行移動時的移動順序可縮減為簡單的前後移動。在圖1和圖2所示的實例中，氣體流9幾乎垂直地衝擊液體。另一種選擇是，在本發明範圍內還可提供空氣流相對於垂直方向傾斜一定角度衝擊液體。
同樣可能使用具有多個出口縫隙或是毛細管的噴嘴。因此在對該裝置的測試中，使用包括兩個平行的鋼質毛細管的噴嘴且毛細管間隔開1.4毫米，內徑為0.5毫米。毛細管長度為10毫米。該測試中噴嘴開口和樣品流體表面間的距離為大約2毫米。生物晶片中樣品液體的充注高度為大約1毫米。生物晶片的分析物敏感區域具有2.5×6平方毫米的面積。步進馬達驅動裝置被用於使位於噴嘴下的生物晶片以大約0.5赫茲的頻率往復移動。
權利要求
1.一種檢測液體(5)中的分析物的方法，其中所述液體在特別是具有固化反應物的載體(1)的區域(3)上進行混合處理，其特徵在於，在混合處理時，液體(5)受到通過噴嘴(7)噴向載體表面(3)而以掃描的方式掃過至少一些載體表面區域(3)的氣體流(9)的衝擊。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述氣體流(9)是空氣流，且特別是加溼的空氣流。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述氣體流是惰性氣體流。
4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，噴嘴(7)和載體(1)間產生相對運動，以便使氣體流以掃描的方式掃過所述區域(3)。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，具有大體上平的底面作為固化反應物的載體區域(3)的特別是槽形(1)的容器被用作樣品液體(5)的容器。
6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，特別是，呈槽形的容器被用作樣品液體容器，所述容器保持作為具有固化於其上的反應物的載體的固相微粒。
7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，具有一列反應物位於其上的獨立區域的生物晶片被用作載體(1)。
8.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，連續的，基本上均勻的空氣流被用於衝擊液體。
9.用於實施根據前述權利要求中任一項所述方法的裝置，其特徵在於，用於保持至少一個載體(1)特別是生物晶片的保持器(30)，所述載體具有反應物固化於其上的底面或具有用於支承帶有固化於其上的反應物的單獨載體元件的底面，氣體供應裝置(26)包括至少一個向位於保持器(30)上的載體(1)底面噴射氣體流的噴嘴(7)和一個用於在噴嘴(7)和保持器(30)間產生相對運動的驅動裝置，從而使從噴嘴(7)中排出的氣體流(9)以掃描的方式掃過至少一些底面區域。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特徵在於，保持器(30)以可移動的方式進行安裝並且驅動裝置被設計用以相對於噴嘴(7)移動保持器(30)。
11.根據權利要求9或10所述的裝置，其特徵在於，噴嘴(7)以可移動的方式進行安裝並且驅動裝置被設計用以相對於保持器移動噴嘴。
12.根據權利要求9，10或11所述的裝置，其特徵在於，所述氣體供應裝置被設計用以產生要從噴嘴(7)排放的空氣流。
13.根據權利要求12所述的裝置，其特徵在於，所述氣體供應裝置具有用於加溼空氣的裝置(19)。
14.根據權利要求9-13中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述保持器被設計用以儲存多個載體且每個載體分配至少一個噴嘴。
全文摘要
提供一種檢測液體(5)中的分析物的方法，其中所述液體在特別是具有固化反應物的載體(1)的區域(3)上進行混合處理，其中在混合處理時，液體(5)受到通過噴嘴(7)噴向載體表面(3)而以掃描的方式掃過至少一些載體表面區域(3)的氣體流(9)的衝擊。本發明還涉及用於實施該方法的裝置。
文檔編號B01L3/00GK1707264SQ20051007813
公開日2005年12月14日 申請日期2005年6月13日 優先權日2004年6月11日
發明者K·-H·曼, T·邁爾, F·菲特 申請人:霍夫曼-拉羅奇有限公司