用於從一個或多個樣本的分析來檢測物質或分析物的方法和設備的製作方法

2023-06-17 13:30:11 2

專利名稱：用於從一個或多個樣本的分析來檢測物質或分析物的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於從一個或多個樣本的分析來檢測物質或分析物的設備，其允許同時執行對大量樣本的分析並且其還可以通過遠程控制操作。本發明還包括用於檢測所述物質或分析物的方法。
近年來，生物傳感器，即基於生物的分子性質的檢測系統的開發已經形成了真正的生物技術革命，因為其允許確定介質內某種物質的存在，並且分析其特徵(這其中包括其可能的毒性或致病性)。
環境的生物傳感器基於使用耦合到信號轉換器的生物識別系統。存在三種基本的生物識別機制生物催化、生物親和和新陳代謝。同樣地，轉換系統可以為電化學的、光電的、光學的或聲學的。以可檢測的方式用傳感器對物質(例如，汙染化合物)的催化變換，或通過由所述物質抑制酶，是基於生物催化的生物傳感器的兩種基本操作機制。這些中的第一個的例子形成使用酪氨酸酶來檢測酚類(Chen W.J.，1995；Marko-Varga等，1995)，或使用有機磷酸鹽水解酶來檢測有機磷酸鹽殺蟲劑(Mulchandani等人，2000)。
其中，這些系統的固有的局限性為，作為已知的酶的基質的汙染物的數量減少，需要使其能夠檢測到的汙染物濃度相對高，在介質內存在抑制劑，需要使用額外的基質、伴因子或介體，產生試劑，等等。此外，許多酶基質互相作用的不可逆的性質意味著該生物傳感器不能被重新使用。
抗體與其抗原，或在互補的核酸之間的雜化作用的高度特定的反應，形成最慣用的生物親和系統。由於相對於大量的汙染物質，單細胞系的和多細胞系的抗體的可用性，具有環境的應用的第一生物親和生物傳感器基於抗體的使用(Van Emon和López-Avila，1992；Marco等人，1995)，使得免疫傳感器形成用於環境的用途的最慣用類型的生物傳感器。在免疫傳感器中有範圍廣的商業形式和成套工具(可重新使用的和單次使用的)，其允許處理與多功能性、形式通用性、測試時間、靈敏度、成本、再現性、保存等等同等重要的方面。
用於環境應用的基於在核酸之間的親和反應(特定的雜化作用)的生物傳感器的開發剛剛開始。此類型的生物傳感器的應用的示例為檢測由化學劑產生的DNA傷害(Fojta和Palecek，1997)或通過使用物種特異性的DNA探針檢測微生物(Cheng等人，1998)。PE Biosys tems公司(wWW.pebiosystems.com)銷售用於基於對通用的基因的放大和定序來檢測和鑑定細菌的成套工具，該基因編碼為16S核糖體RNA。
在基於抗原-抗體反應或基於核酸的特定雜化作用的生物醫學領域內還存在不同類型的生物傳感器，用於檢測和量化致病的微生物。已經開發出不同形式的免疫測定檢測技術，用於檢測細菌和病毒性的病原體。這些技術的最精確的變體甚至允許量化存在於體液中的病原體，諸如Abbott(wWW.abbottdiagnostics.com)開發的定量的LCx-RNA技術。作為基於核酸雜化作用的方法的示例，提到了由Roche(WWW.roche-diagnostics.com)銷售的ranched-DNA技術的幾種變體，其允許直接量化血流中的致病病毒，其中包括人體免疫缺陷病毒或肝炎B或C病毒(Collins等人，1997)。差別的微生物基因組與固定在硝化纖維條(由Abot t銷售的LiPA技術)上的核酸探針的雜化作用允許實施病毒株或變體基因型(Stuyver等人，1997)。
另一個生物識別系統是基於對微生物的代謝作用的研究。因此，對根據細胞呼吸作用的化合物濃度增加的測量，或通過所述化合物抑制呼吸作用，以及對該化合物的部分上的基因表現促進劑或調節劑的特定識別，為此種類型的生物傳感器的示例(Karube，1990；Riedel，1998)。通過與攜帶報告基因(螢光素酶、β半乳糖苷酶等等)的質體在通過感興趣的分析物識別的促進劑的控制下變換被遺傳地修改的微生物、識別並且檢測環境的汙染的存在，已經被開發出來。
近來的對DNA微陣列技術的開發，也稱作DNA晶片或微晶片(Southern等人，1994；參看Nature Genetics21，增刊，1999)，允許將成千上萬的分子探針(核酸、蛋白質、碳水化合物等等)共價地固定到固體的載體(玻璃、硝化纖維、尼龍等等)上，從而在開發生物親和生物傳感器的規模和可能性上形成相當大的進步。
DNA晶片可以主要地應用於基因表達、基因組重新定序和基因型研究。能夠分析來自患病的組織(癌，被病毒、細菌、真菌等感染的等等)或傳染物自身的樣本的成千上萬的基因在RNA水平的表達(Cheng等人，1998)。在這些過程中涉及的基因的發現允許找到和設計新藥、新的診斷方法等等。重新定序和基因型研究允許發現在研究的生物體內的核苷酸變異和多態現象(SNPS)(Hacia等人，1999)。
應用DNA晶片的另一個領域為鑑定微生物的物種，主要是相同物種的變體或種類(或多或少是病毒的)(Gingeras等人，1998)，用於臨床用途(對藥、毒素、致病性因素等的抵抗力)或者用於生態用途(生物多樣化、多形態的散布等)。Gingeras等人構造了一種DNA晶片，其具有詢問結核分支桿菌rpoB基因的75bp DNA片段的全部位置(在兩條鏈中)的低聚核苷酸，以便分析給予對在M.肺結核的63臨床分離株的收集中的利福平的抵抗力的變異的存在。物種鑑定是基於可以容易地用DNA微晶片測定的物種特定的多態現象的存在。使用DNA晶片來鑑定細菌的另一個示例為美國專利5,925,522，其中Wong等人(1999)描述了用於通過具有特定的低聚核苷酸序列的DNA晶片檢測沙門氏菌的方法。
分析介質內物質的存在時的主要問題之一為，在多數情況下，這些物質是非常稀的，使得其必須使用大量的開始體積。例如，傳染性的革蘭氏陰性細菌可以在每毫升(ml)血液或飲用水中存在少於10個拷貝，諸如人體免疫缺陷病毒的病毒可以在被感染的病人的每毫升血液內存在少於5個拷貝，並且諸如大腸桿菌和沙門氏菌的傳染物可以以少於每克食物10個拷貝自我出現。歐洲專利EP 1 179 585，A3(公布日期為13-02-2002)通過將微流體晶片或者部件包括到包含檢測和處理通道、腔室、存儲器或區域的任何組合的較大筒中，基於微流體提供了對將大體積供給到分析系統的問題的解決方法。所述發明描述了用於從流體分離分析物並且將它們濃縮到小於原始體積的體積的器具。所述分析物可以來自生物體、細胞、蛋白質、核酸、碳水化合物、病毒性的微粒、化學或生物化學化合物，雖然優選的用途為用於檢測核酸。
根據前述內容，顯然，測量空氣、水和土壤中的汙染物或病原體的能力對於理解和評價所述分析物的存在對人類健康和生態系統的風險是至關重要的。分析化學的固有成本變得越來越高，並且作為響應，在實驗室檢測方法和在分析現場技術中已經作出了相當大的進步，在分析現場技術中採樣和分析就地進行。通過與現場技術結合，所有這些需要的，即，封裝、傳送、存儲和維護等等的樣本的傳送減少，並且促進決策。另一方面，就地技術允許大大減少在採樣和分析之間包含的時間，從而其(化學的、光化學的或熱的)退化或汙染的風險相當大地減小。然而，並且即使它們是相對快速並且便宜的方法，它們具有某些局限性，諸如分析窄範圍的化合物的能力和靈敏度和精確性低於傳統的實驗室技術。然而，它們允許在汙染的位置取得大量樣本，並且它們對於在某些必須連續跟蹤的區域內的完整的研究計劃是特別重要的。使用的方法必須預期未預料到的汙染物或病原體的存在，即使在非常小的濃度，其也可能是非常有害的。
對汙染的區域的特徵鑑定必須通過分析實驗室方法和就地診斷和跟蹤方法的結合執行。一旦鑑定了關鍵標記，現場方法允許繪圖其空間和時間分布，以及貫穿可能的矯正過程執行精確的跟隨。已經描述了基於生物傳感器的各種各樣的實驗室技術，並且它們中的許多已經銷售，用於檢測和測量介質或生物體內的生物標記的濃度。大量這樣的技術通過儀器以半自動和自動化的方式執行。除了它們的複雜性、大尺寸和高經濟成本以外，除了與此類型的這樣的高度特定的產品相同的銷售障礙以外，這樣的儀器必須與諸如免疫測定、化學測試成套工具、和其它小型化的實驗室技術的其它現場方法競爭。當前存在幾種用於就地分析物檢測的可攜式的裝備，但是它們需要接受過訓練的專業人員來操作。因此，好的生物傳感器儀器必須足夠通用以測量多種元素並且在寬濃度範圍內進行測量，尺寸小，並且能夠自動地、連續地並且通過遠程控制檢測複雜的化學化合物。具有這些特徵的裝備是那些用於在河、海洋、湖等等的固定點內連續監測分析物的裝備，或者用於結合在運動的系統(例如機器人)中的裝備，該運動的系統允許在土壤或水生的介質的不同的位置分析樣本。
當決定環境的和醫療性質時，檢測介質或生物體中的汙染(有毒或無毒)物質(分析物)是特別重要的。在許多情況下，離體的分析是足夠的，但是許多時候連續地監測一個或數個分析物是必要的。為此，該過程必須由受過訓練的操作人員重複必要的次數，造成隨其發生的資源成本(經濟、時間、和受過適合的訓練的工作人員)，此外，由於所述過程缺乏一致性，該結果可能受到損害。此問題通常通過具有複雜的和成熟的生物醫學儀器或複雜的環境跟隨站的自動或半自動採樣和分析系統解決。此外，通過當前的方法能夠同時分析的物質的數量非常少，或者在多數情況下甚至只能同時分析單一的分析物。例如，當前用於水、土壤和建築物的微生物分析的最廣泛使用的方法是基於傳統培養技術，基於免疫化驗，或者更進一些基於PCR反應，使用可攜式的裝備或在實驗室內，但是通常樣本和分析物的數量受到限制。另一方面，存在特殊的情況，其中就地採樣和分析特別困難，諸如在難以到達的區域內或在被有毒的或生物的產物高度汙染的地點。
本發明的目的為，通過開發易由遠程控制操作的自動化的設備，和允許分析多個自然的樣本，並且允許在單次化驗中從好多打到成千上萬不同的分析物同時檢測和特徵鑑定的方法，來消除上述缺點。本發明得益於近來開發的蛋白質和DNA微陣列技術，其顯著地增加了分析能力和檢測靈敏度，允許生物的、生物醫學的和生物衛生問題的研究。與迄今為止已經開發出來的基於微陣列的技術(其需要特定的工作人員和用於處理樣本的複雜並且冗長的規程)不同，在本發明中，對要分析的樣本的處理相當大地簡少並且整個過程自動地執行。
本發明包括能夠處理體積範圍從納升到毫升的液體樣本(體液、水)或懸浮液(土壤、沉積物或預先壓碎的石頭)的設備；和允許以簡單的方式檢測至少一種分析物並且不需要純化或濃縮所述樣本的方法。
該設備包括一系列操作模塊，在其中操縱、處理並且分析樣本，及一系列用於操作模塊的控制模塊，監控所述操作模塊的工作。整個組件的工作通過總控制模塊監控。該設備還具有通信模塊。
更特定地，本發明的設備包括-樣本均化器模塊-樣本處理模塊-試劑和溶液管理模塊-反應模塊-數據讀取模塊本發明的設備還可以包括樣本獲取模塊和樣本分配模塊。
關於通信和控制模塊，它們將包括-通信模塊-總控制模塊-樣本獲取控制模塊-樣本分配控制模塊-樣本均化器控制模塊-處理和反應控制模塊
-試劑和溶液管理控制模塊-數據讀取器控制模塊將用本發明的設備和方法執行的過程的順序為1.通過樣本獲取模塊提取要分析的樣本。所述樣本可以為液體或固體狀態或為懸浮液。
2.通過樣本分配模塊將該樣本分配到均化和處理位置。
3.在均化以前，以所述樣本的內容物準備溶液或懸浮液。為此，試劑和溶液管理模塊控制添加鹽溶液或緩衝溶液，使得其與所述樣本混合。
4.樣本均化包括形成所述樣本和鹽溶液或緩衝溶液的均化的混合物，其目的為最大程度地分解顆粒材料，並且溶解存在的分析物。此過程通過樣本均化器模塊執行。
5.均化的樣本可以在樣本處理模塊內經歷不同的過程化學的、生物化學的或生物的(其與活體細胞互相作用)修改，或物理的修改，諸如過濾、濃縮等等。處理的結果可以為分子的示蹤或不是存在於樣本內的分析物。所述示蹤可以由螢光物質或任何其它允許隨後鑑定修改的分析物的物質形成。
6.處理過的樣本運行通過反應模塊，在反應模塊內，處理過的樣本接觸傳感器件。所述傳感器由一種或多種能夠與存在與樣本內的分析物(修改的或沒有修改的)互相作用的物質構成，使得所述分析物保持在反應模塊內，同時多餘的樣本存儲在廢液沉積處。
7.一旦全部樣本已經運行通過反應模塊，所述模塊可以用通過試劑和溶液管理模塊控制的溶液清洗，以便移除處理過的樣本剩餘物。如果需要，可以消除此清洗操作並且將新的試劑添加到反應模塊並且稍後執行新的清洗。
8.最終目的為檢測保持在反應模塊傳感器內的分析物。為此，數據讀取模塊提供有檢測那些示蹤的分析物(螢光的或不是螢光的)的器件。如果所述分析物已經用螢光物質(螢光染料)修改，讀取模塊將提供有強輻射以激發所述螢光染料，和螢光檢測器。
9.檢測的數據通過適合的軟體處理以最終顯示結果。所述顯示可以包括由數據讀取模塊軟體或遠程站形成的產生計算機可以處理的圖像的位圖。
10.過程的最終結果通過通信模塊發送到諸如遠程站。
相對於當前系統，本發明提供的主要優點為1.自動化從採樣、處理和分析到數據傳輸的整個系統的潛能。
2.相當大地簡化了處理樣本必需的步驟的數量3.小型化的潛能4.在單次運行中檢測從幾種到成千上萬種物質，優選地為來自生物的化合物的能力。
5.低能量需求6.大的獨立性7.遠程控制的可能性。
8.應用於行星探測(例如火星)的可能性接下來將給出對形成本發明的模塊的每一個的詳細描述。
總之，用於從一個或多個樣本的分析來檢測物質或分析物的本發明的方法包括以下步驟a)將所述樣本與適合的緩衝液體混合；b)用均化系統均化；c)添加試劑以修改所述樣本；d)過濾樣本；e)將所述樣本注入反應腔室內；f)允許樣本與生物傳感器反應；g)清洗多餘的未反應的樣本；及h)檢測保持在生物傳感器內的樣本。跟隨命令將執行不同的步驟，其可以改變並且取決於要分析的樣本的類型。
1.-通信模塊通信模塊為裝備與本地的或遠程的使用者的接口。如果使用者是本地的，該通信模塊允許根據以下的協議的任何一種建立連接1.本地使用者情況下的控制臺。
2.通過RS232、RS422或RS485串口鏈路。
3.並行鏈路。
4.USB(通用串行總線)鏈路。
5.TCP、UDP或IP鏈路，或任何其它用於在計算機之間數據傳輸的協議。
6.無線電通信，IRDA鏈路…7.現場總線PROFIBUS、CAN、FieldBus、InterBUS-S，…8.電話鏈路GSM，…在建立了數據鏈路的情況下，通信模塊執行數據編碼、封裝、控制對介質的訪問、發送/接收數據/命令，並且通過確認全部命令來執行安全選擇。
2.-總控制器此模塊控制並且監控所有裝備的工作並且執行至少下面的功能1.從通信模塊接收消息；確認接收的參數和命令；解釋使用者發送的這樣的命令(任務)。
2.任務執行系統總的子過程定序，發送命令到相應的本地控制器。
3.執行預編程序的自動任務。
4.監控每個模塊的工作執行子任務和安全檢驗(監控過程參數並且檢查它們是否在相應的適合的工作範圍內)。如果安全需要的話緊急停止控制。
5.從子系統故障恢復。
6.通過通信模塊將工作參數值發送給操作者用於他們總的過程的監控。
此控制器還允許本地和遠程地操作該設備。
3.-樣本獲取模塊「樣本獲取模塊」定義為允許以自動化的方式提取、存儲和傳送要分析的樣本的模塊；這些樣本可以為固體、液體或在懸浮液中。
樣本獲取模塊包括兩個部分用於提取樣本的器件和用於存儲和傳送樣本到進料鬥的另一個器件。
接下來描述具體實施例1.在本發明的具體實施例中，模塊具有用於提取固體樣本的機器人，其具有至少六個自由度，具有定位在其遠端的工具，通過撞擊器來允許在土壤或石頭上鑽孔，當工作在1赫茲到1千赫茲之間的頻率時，該撞擊器通過液壓的、氣動的或機械的系統致動，對於高達60千赫茲的頻率，該撞擊器通過壓電致動器致動。通過氣動抽吸和傳送系統執行對粉碎的固體的傳送。
2.在本發明的另一個具體實施例中，在給料鬥內沉積液體樣本的液壓泵送系統用於提取液體樣本。
3.在本發明的另一個具體實施例中，模塊具有用於提取在懸浮液中(在空氣中)的樣本的抽吸和過濾系統。保持了顆粒的過濾器將部分液體轉移到樣本分配模塊。
4.在本發明的另一個具體實施例中，抽吸系統從圍繞本發明的介質取空氣並且將獲得的氣體泵送到溶液中，隨後泵將部分液體轉移到樣本分配模塊。
4.-樣本獲取控制器樣本獲取控制器負責控制所有負責執行節3中描述的功能的機構。
樣本獲取控制模塊將通過總控制模塊致動，將執行預編程序的功能並且當其功能已經結束時，將電的、模擬的或數字的信號發送到總控制模塊，當在其執行時檢測到錯誤時也同樣。
在節3的點1中描述的樣本獲取模塊的具體實施例中，樣本獲取控制模塊將執行控制鉸接臂以及為其提供的用於在土壤、石頭…中鑽孔的工具和用於收集粉碎的樣本的器件。
在節3的點2中描述的樣本獲取模塊的具體實施例中，樣本獲取控制模塊將控制負責收集液體樣本的泵。
在節3的點3中描述的樣本獲取模塊的具體實施例中，樣本獲取控制模塊將控制空氣抽吸系統和將過濾器轉移到樣本分配模塊的機構。
在節3的點4中描述的樣本獲取模塊的具體實施例中，樣本獲取控制模塊將控制從空氣已經被泵送的沉積物取得液體樣本，並且將該液體樣本沉積在樣本分配模塊內的空氣抽吸系統和泵。
5.樣本分配模塊「樣本分配模塊」定義為允許獨立分析用同一個樣本獲取模塊取得的數個樣本的器件組，所以其需要用於將來自進料鬥的樣本分配到不同的樣本處理模塊均化容器的機構。
在具體實施例中，樣本分配模塊提供有運動器件，例如以滾筒的形式，其能夠容納一個或多個均化容器，其允許將要使用的容器放置在用於接收固體或液體樣本的進料鬥或保持了懸浮液內顆粒的過濾器下面。一旦樣本被引入均化腔室，筒再次旋轉直到將該容器放置為與樣本處理模塊運動架對準，以便開始樣本處理。
運動器件或滾筒可以裝配在垂直的或水平的軸上，並且能夠在其上旋轉。
6.-樣本分配控制器樣本分配控制器負責控制該機構、傳感器和機電致動器以適合地分配引入樣本分配模塊的樣本。
樣本分配控制控制模塊將通過總控制模塊致動，將執行預編程序的功能並且當其功能已經結束時，將電的、模擬的或數字的信號發送到總控制模塊，當在其執行時檢測到錯誤時也同樣。
在節5中說明的具體實施例中，其負責控制馬達旋轉滾筒，使用相應的傳感器來識別滾筒位置。
7.-樣本均化器模塊樣本均化器模塊由能夠作用在樣本上以使其均化的器件構成。所述器件可以為諸如磨碎機和振動器件的機械作用、熱作用(電阻，等等)或波發生器件(超聲波，等等)。所述器件能夠調節所述樣本攪拌和均化的程度，從輕度的混合到導致與一些微生物的孢子一樣堅固的細胞破壞(溶胞)。
樣本均化器模塊的接下來的具體實施例已經描述1.在本發明的具體實施例中，樣本均化器模塊由產生超聲波的壓電器件形成，該壓電器件將均化器控制器供給的高頻電能轉化成縱向振動。這樣的振動通過牢固地接附到該壓電器件的機臂的自由端放大。樣本均化器模塊容納在關閉主樣本處理模塊腔室的架內，牢固地固定到其並且與關閉所述腔室的壁接觸。
來自機臂的振動在包含處理的樣本的溶液或懸浮液內產生壓力波，其依次導致所述溶液或懸浮液內氣穴現象，分解顆粒狀的材料並且溶胞可能存在於樣本內的細胞，並且從而均化所述樣本。可以通過在液體樣本內引入微球體來增進溶胞。
可以通過機臂在液體內的直接作用或通過膜來執行超聲波溶胞，如在美國專利6,431,476中執行的。
樣本處理模塊壓力和溫度傳感器監測過程的正確工作。
2.在本發明的另一個具體實施例中，樣本均化器模塊由機械葉片或活塞均化器形成。葉片或活塞在液體內的機械作用和與壁的摩擦允許均化並且甚至允許溶胞。通過添加研磨劑可以增進均化。
8.-樣本均化器控制器樣本均化器控制器負責控制適合地均化引入樣本均化器模塊的樣本所必需的機電機構和傳感器。
樣本均化器控制模塊將通過總控制模塊致動，將執行預編程序的功能並且當其功能已經結束時，將電的、模擬的或數字的信號發送到總控制模塊，當在其執行時檢測到錯誤時也同樣。
在點7的具體實施例1中，樣本均化器控制模塊將來自供給系統的電能轉化為高頻電能，根據預先設定的時序將該高頻電能傳輸到壓電器件。其還通過修改振動的幅度來調節輸出到壓電器件的電壓。
在節7的樣本均化器控制模塊的具體實施例2中，操作葉片或活塞的機電器件必須被觸發/停用。
9.-樣本處理模塊「樣本處理模塊」定義為器件組件，其目的為使所述樣本經受不同的物理處理(均化、溶胞、加熱、輻射等等)、化學處理(用諸如酶促反應等等的化學或生物化學劑修改)、或生物處理(與微生物互相作用)。
在本發明的具體實施例中，樣本處理模塊提供有兩個明確地區分的子組件容納均化腔室內的樣本的均化容器，和關閉所述腔室的運動架。
在本發明的具體實施例中，樣本處理模塊包括一個到數個均化容器，允許分析每個容器至少一個樣本。每個均化容器提供有一個或多個被數個次腔室圍繞的主均化腔室，次腔室通過不同尺寸的導管與主均化腔室連接。主均化腔室是打開的，以便通過樣本獲取模塊進料鬥接收固體或液體狀態的樣本。在處理樣本期間，此開口通過關閉樣本處理模塊的架的活塞氣密地密封。均化容器的次腔室用矽帽氣密地密封並且通過不同段尺寸的導管與主腔室連通。這些次腔室用於將數種試劑引入均化腔室，通過試劑和溶液管理模塊套管注入。這樣的次腔室的數個容納探針以測量主均化腔室內執行的過程的參數(溫度、壓力、pH、傳導率等等)。
主腔室的壁具有排氣口，當所述口被活塞超過時，通過活塞例如通過所述活塞的密封的環接件來確定氣密地密封所述腔室的時刻。此活塞還可以從氣密地密封的位置進一步運動到主腔室內部，以便導致腔室內的壓力增加。樣本可以通過此排氣口引入主腔室。
次腔室可以在一側通過帽關閉，屬於試劑管理模塊的套管可以通過該帽引入，以用於注入試劑或溶液，並且在另一側用常閉閥關閉，該常閉閥可以通過試劑管理模塊產生的過壓，通過均化模塊架的運動來電力地，機械地操作。
在本發明的具體實施例中，每個均化容器還包括定位在樣本出口導管處的過濾器和閥的系統。過濾器用於防止尺寸超過要求的尺寸的固體進入反應模塊。閥隔離或連通均化容器與反應模塊，允許控制被處理的樣本必須被注入反應模塊內的時刻。
在本發明的具體實施例中，樣本處理模塊提供有包括關閉均化腔室的運動架的第二子組件。在樣本處理期間，通過固定到架並且提供有墊圈的活塞，此子組件氣密地密封均化腔室的頂部部分。存在一個運動架用於所有樣本處理模塊容器，樣本處理模塊容器通過樣本處理模塊滾筒與架對準。架通過具有螺杆-螺帽齒輪減速的步進馬達軸向地引導和操作。為此，所述架在所述筒或運動器件的側部之一裝配在樣本分配模塊軸上。此系統允許非常精確地控制活塞的軸向前進。依次，運動架容納該試劑和溶液管理模塊套管和樣本均化器模塊壓電系統，其允許精確地定位以注入試劑、測量樣本的參數並且執行均化。假設在壓電系統機臂和活塞壁之間存在必要的接觸，一旦氣密的密封產生，活塞在均化腔室內前進在要處理的溶液或懸浮液內產生過壓以在溶液或懸浮液內產生氣穴現象。
在上述實施例中，活塞裝配在其上以關閉該容器的架定位在具有垂直軸的滾筒上方，但是在滾筒具有水平軸的情況下，所述架將定位在滾筒的一側，使得不同的容器可以定位在其另一側。無論如何，樣本處理模塊容器中的每一個可以提供有用於關閉它們的裝置。這些裝置可以包括裝配在每個容器內並且通過均化模塊運動架的運動操作的活塞或閥。
l0.-樣本反應和處理控制器樣本反應和處理控制器負責控制適當地處理引入樣本處理模塊的樣本並且在處理以後將樣本注入反應模塊內所必需的機電機構和傳感器。
反應處理控制器將通過總控制模塊致動，將執行預編程序的功能並且當其功能已經結束時，將電的、模擬的或數字的信號發送到總控制模塊，當在其執行時檢測到錯誤時也同樣。
在節9中提到的具體實施例中，反應處理控制器負責控制在均化容器內定位該架的機電部件，以及用於知道架的位置的傳感器和那些監測均化腔室的傳感器。
11.-反應模塊「反應模塊」定義為具有支撐件的器件，支撐件上具有反應腔室，反應腔室通過主導管與樣本處理模塊連通並且通過另一個導管與試劑和溶液管理模塊連通。反應腔室容納了能夠檢測存在於溶液或懸浮液內的物質(從分子到完整的微生物)的生物傳感器或傳感器系統。所述傳感器系統可以包括至少一種以DNA或蛋白質微陣列(生物晶片)形式的檢測物質，或基於微流體的任何其它系統。所述檢測物質可以從以下組中選擇a)胺基酸類的物質；b)蛋白質類的物質；c)核苷酸類的物質；d)核酸；e)肽核酸(PNA)；f)脂類的物質；g)糖類的物質；h)前述物質的至少兩種的組合的物質；i)活的完整細胞；j)孢子形式的完整細胞；k)細胞的提取或溶胞產物；l)細胞形成的組織；m)完整的病毒或任何其成分；n)合成聚合物和o)分子印跡聚合物(MIP)。能夠特定地結合到其它物質的蛋白質可以為單細胞系的或多細胞系的抗體。此外，可以從能夠結合到樣本中存在的分析物的任何一種的化學試劑，或來自那些前面提到的物質中的一種或多種物質，或它們的組合中選擇樣本修改化合物。所述微陣列可以由單一類型或提到過的檢測物質的混合(例如，在單一載體內包含DNA和蛋白質點的微陣列)形成。反應腔室的功能類似流槽，使得來自樣本處理模塊的溶液或懸浮液運行通過所述反應腔室，以便允許存在於溶液或懸浮液中的物質與存在於傳感器中的一種或多種檢測物質互相作用。保持在生物傳感器中的樣本的信號可以通過包含上述物質的一種或多種的混合劑(cocktail)或樣本放大。
在本發明的具體實施例中，溶液或懸浮液從樣本處理模塊通過閥、過濾器系統和主導管運行到反應模塊。一旦樣本被處理，其通過此主導管進入反應腔室。該腔室具有與廢棄物存儲容器連接的出口導管，一旦樣本已經與存在於傳感器內的一種或多種檢測物質反應，樣本終止於該廢棄物存儲器內。一個或數個附加的導管從樣本均化器的次腔室直接到達反應腔室。在執行反應的讀取或測量以前，這些導管允許注入試劑，或簡單地注入清洗溶液，到反應腔室內。
在具體實施例中，一旦溶液或懸浮液均化，使其與可以包括在(通過共價的、離子的、疏水的或其它類型的結合)存在於所述溶液或懸浮液內的物質(從分子到完整的微生物)的螢光試劑反應。一旦包括所述螢光試劑，其還未反應的多餘的部分通過鈍化物質鈍化，防止其隨後反應。所述鈍化物質可以為化學阻斷劑，其提供可以與螢光試劑反應的多餘的官能團(例如氨基、羥基、巰基或其它基團)。一旦鈍化的多餘的螢光試劑被鈍化，樣本被過濾並且連續或不連續地注入反應腔室內。其通過反應腔室的通道允許與傳感器檢測物質互相作用。一旦反應發生，沒有保持在傳感器內的多餘的標記的樣本通過相繼的對反應腔室的清洗來消除。清洗液體存儲在廢液沉積處。
在本發明的另一個具體實施例中，在傳感器中保持的樣本的信號通過包含一種或多種用螢光物質、金屬化合物或酶標記的物質(DNA、抗體、PNA等等)的混合劑放大。所述混合劑存儲在樣本處理模塊次腔室之一內，直到一旦未與傳感器反應的多餘的樣本被清洗，該混合劑被注入反應腔室內。在適合的潛伏期以後，用清洗溶液消除未保持的多餘的所述混合劑。
不同的反應模塊腔室將在運動器件中裝配，例如在分配模塊運動筒內。
12.-試劑和溶液管理模塊「試劑和溶液管理模塊」定義為用於存儲和在需要的時刻精確地分配在不同的樣本處理步驟均化、修改、反應、清洗等等中涉及的不同的溶液和試劑的器件的組件。
在本發明的具體實施例中，試劑和溶液管理模塊的主要元件由執行流體存儲和分配功能的機動化注射器構成。該模塊提供有與所必需的不同的試劑數量相同的同樣的機動化注射器的組件。每個組件包括接下來的元件1.固定到模塊架的注射器，其容量取決於要分析的樣本的數量。
2.提供有致動該注射器柱塞杆的步進馬達的線性致動器。該致動器設計為當腔室處於由功能性的過程所限定的不同壓力時，能夠精確地將流體注入相應的腔室內。
3.確定注射器柱塞位置的位置傳感器，允許對組件的開環控制(「行程的末端」)或閉環(「編碼器」)控制。
4.當注射器未被致動時，維持流體迴路內的壓力勢壘的無源的(單向的)或有源的(機動化的)閥。
5.作為該模塊的最後元件，套管穿透均化容器側腔室的密封件。該套管固定到樣本處理模塊運動架，並且因此，其穿透運動與所述架的向前運動同步。
6.連接形成流體迴路的不同部件所必需的全部導管和附件。
本發明的另一個具體實施例，其特徵在於，試劑和/或溶液的數量大，其中，試劑和溶液管理模塊由以下元件形成·數量與要使用的試劑和/或溶液數量相同的數個沉積處。
·能夠抽吸不同沉積處的流體並且將它們分配到均化或反應腔室內的單獨的泵送系統。
·一個或數個分配閥，它們中的每個提供有數個入口通道和一個出口通道，能夠打開或關閉從沉積處到均化或反應腔室的不同導管。
此試劑和溶液管理模塊的構造最大程度地簡化了需要的致動器的數量和注入通道的數量。
本發明的另一個具體實施例，其特徵在於，試劑和/或溶液的數量大，其中，試劑和溶液管理模塊由以下元件形成·數量與要使用的試劑和/或溶液相同的數個密封的注射器沉積處，提供有沒有杆的柱塞，將注射器沉積處分為兩個密封的隔室一個提供有具有用於試劑或溶液的單向閥的出口通道，並且另一個提供有用於推進流體的入口通道。
·由能夠從沉積處抽吸所述流體並且將其分配到注射器沉積處的不同密封隔室內從而致動其柱塞的單個泵送系統形成的閉合的推進流體迴路。
·在推進流體迴路中的一個或數個分配閥，它們中的每個提供有數個出口通道和一個入口通道，其允許選擇要被致動的注射器沉積處。
·用於提供有單向閥和套管的每個注射器沉積處的單獨的出口和注入通道。
·作為對前述點的替代，公用的注入通道提供有單向閥和通過一個或數個分配閥與每個注射器沉積處的出口通道連接的套管。
試劑和溶液管理模塊的構造最大程度地簡化了需要的致動器的數量並且允許通過單獨的通道或如果流體相容性允許的話，可選地通過單一的通道注入試劑/溶液。
13.-試劑和溶液管理控制器試劑和溶液管理控制器負責控制存儲和在需要的時候精確地分配不同的樣本處理步驟涉及的不同的溶液和試劑所必需的機電機構和傳感器。
試劑和溶液管理模塊控制器將通過總控制模塊觸發，將執行預編程序的功能並且當其功能已經結束時，將電的、模擬的或數字的信號發送到總控制模塊，當在其執行時檢測到錯誤時也同樣。
在節12中說明的第一具體實施例中，試劑和溶液管理模塊控制器負責控制運動注射器的致動器；用於控制確定柱塞的位置的傳感器和用於作用於維持壓力勢壘(參看節12中說明的實施例的點4)的電動閥。
14.-數據讀取模塊「數據讀取模塊」定義為允許檢測發生在反應腔室內的反應和適當地處理檢測的信號的器件的組件。
在本發明的具體實施例中，反應檢測器為高解析度和高靈敏度的CCD讀取器，具有僅讀取作為反應的結果產生的電磁輻射頻率所必需的光學系統和過濾器。所述電磁輻射通過激發反應過程中涉及的反應的物質(螢光分子)產生。所述反應的物質的激發通過來自雷射二極體的單色光束實現。該CCD讀取器與反應腔室相對並且雷射束以某個角度透過反應腔室以防止反射透過該CCD讀取器。
該單色光可以通過波導引導，其中具有生物傳感器，作為在波導的外表面上形成的漸消失模式的結果，該生物傳感器被激發。
15.-數據讀取控制器數據讀取控制器負責控制用於檢測發生在反應腔室內的反應的器件。
數據讀取控制模塊將通過總控制模塊觸發，將執行預編程序的功能並且當其功能已經結束時，將電的、模擬的或數字的信號發送到總控制模塊，當在其執行時檢測到錯誤時也同樣。
在節14中說明的具體實施例中，數據讀取器控制模塊負責在預先確定的時間期間觸發雷射，以及用於讀取從腔室接收的信息，並且適當地處理該信息(過濾、觸發的區域識別、觸發的區域量化等等)，並且隨後將其傳輸到總控制模塊。
本發明的設備和方法的特徵和優點將通過接下來參考附圖進行的詳細描述更好地理解，附圖中示出了非限制性的實施例。
其中

圖1示出了本發明的設備的正視等距視圖。
圖2示出了本發明的設備的後視等距視圖。
圖3示出了本發明的設備的頂視圖，其中頂蓋已經被移除。
圖4示出了根據圖3的IV-IV剖面線的截面。
圖5和6分別示出了根據圖3的V-V和VI-VI剖面線的處理模塊和反應模塊的垂直截面。
圖7示出了反應模塊的等距視圖。
圖8到14示出了遍及過程的樣本處理和均化模塊的不同位置。
圖15對應本發明的設備的工作圖。
圖16和17示出了本發明的設備的實施例變體的前和後透視圖。
圖中所示的設備包括允許檢測存在於土壤或底土內的生物標記(有機分子和來源於生物的高分子)的自動化的裝備。檢測和特徵鑑定這樣的生物標記的方法是基於它們與固定在固體支撐件的特定位置的特定的抗體的陣列(稱作晶片或微陣列)的互相作用。
此設備包括用於自動地執行實驗所必需的全部機構、檢測器和電子設備。使用的部件主要購買、設計和/或選擇為在環境的情況下起作用。
為了幫助說明不同的部件及其工作，接下來將描述構成本發明的設備的不同模塊。
在圖1到14示出的示例中，設備沒有樣本獲取模塊，手工地引入要分析的樣本。這也是為什麼該設備也沒有相應的獲取模塊控制器的原因。
該設備包括由頂蓋1、底蓋2和一系列中間框3構成的架。此架起用於裝配不同的模塊的框架的作用。
樣本分配模塊包括固定到架的頂蓋1並且具有圓錐形開口的圓筒形進料鬥4(參看圖4)，質量大約為250mg並且顆粒尺寸小於0.5mm的每個土壤樣本通過該圓錐形開口引入。進料鬥的底端提供有內圓錐4』，其功能為在屬於樣本處理模塊的容器的底部上分配樣本，如下面將要解釋的。進料鬥4可以用固定的或運動的適配器代替。樣本分配模塊還可以通過操作者手工地供給或通過存儲在多槽板(multiwell plate)內的樣本的注入器來供給。
樣本分配模塊支撐、容納並且定向樣本處理和反應模塊的部件並且主要由滾筒形成，該滾筒由陽極化鋁製造，由兩個法蘭構成容納12個樣本處理模塊容器6的頂部法蘭5(參看圖4)；具有用於固定反應模塊元件的器件的底部法蘭7。全部法蘭裝配在各自的角接觸軸承8上，通過其接附螺釘稍微預加負載。裝配在架的中心軸9上的軸承允許筒圍繞所述軸旋轉。
通過擰到架的底蓋2的步進馬達10，通過由固定到馬達軸的小齒輪11構成的齒輪傳動，和擰到筒的底部法蘭7的輪12，來執行筒的旋轉。馬達的解析度為1.8度/步，並且能夠提供0.16Nm的扭矩。齒輪傳動比率為i＝5∶1，那麼滾筒的最終解析度為0.36度/步，其允許樣本處理模塊容器的軸的圓周位移解析度為0.45mm/步。
當接附到筒的指示器14與傳感器雷射束幹涉時，滾筒的初始位置通過固定到架的框3的光學傳感器13確定。
樣本均化器模塊包括由商品化的轉換器15(參看圖4)和牢固地擰到該轉換器的端部的機臂16形成的超聲壓電器件。
轉換器15形狀為圓筒形(直徑32毫米，長度89毫米)並且在40kHz頻率被激發。
由鈦(Ti6Al4V)製造的機臂(直徑16毫米，長度49毫米)由通過平滑過渡連接的圓筒形部分形成。機臂的自由端以平的圓形法蘭(直徑12.2毫米)結束，其與關閉樣本處理模塊均化腔室的壁接觸。
此組件容納在關閉樣本處理模塊主腔室的縱向運動架17內，並且通過保持轉換器15的圓筒形外殼的夾具17』牢固地固定到該縱向運動架。
轉換器將樣本均化器控制模塊供給的高頻電能轉化成通過機臂的自由端放大的縱向振動。機臂的振動又在被處理的樣本溶液內產生壓力波，其導致所述溶液內氣穴現象，均化樣本。可以通過選擇振動的幅度來控制氣穴現象的強度，並且由此調節混合物均化的程度，範圍覆蓋從對應低幅度的輕度的均化到對應高幅度水平的細胞破壞。
樣本均化器控制模塊控制轉換器，通過根據在機臂的端部建立的阻抗增加或減少供給的電能，使得其傾向於維持預先選擇的幅度。該器件設計為供給最大輸出功率為130W。
樣本處理模塊提供有兩個明確地區分的子組件(參看圖4到6)-關閉均化腔室的均化容器6和運動架17。
-均化容器6包含在均化過程期間通過樣本分配模塊沉積在其中的樣本。
該設備設計為容納多達12個均化容器，允許每個容器分析單一的樣本。
該容器由透明的丙烯酸塑料製造，以便能夠觀察均化過程。
每個容器提供有被4個次腔室19、20、21、22圍繞的主均化腔室18，次腔室通過不同尺寸的導管23與主均化腔室連接。
圓筒形的均化腔室18(直徑19毫米，長度22毫米)在其頂部部分打開，以便接收通過進料鬥4提供的固體或液體狀態的樣本。在樣本處理期間，此開口通過運動架17的活塞24氣密地密封。腔室的底部提供有直徑10毫米的口25，均化的混合物通過該口注入反應模塊內。腔室的圓筒形壁提供有直徑0.5毫米的排氣口，該排氣口沒有示出，定位在腔室的底部上方9.3毫米的高度處，當通過架的活塞攜帶的墊圈26密封所述口時，該排氣口確定氣密地密封腔室的時刻。
次腔室19到22在它們的上部和底部部分用矽帽27氣密地密封，並且通過導管23與主腔室連通。該容器具有接下來的次腔室螢光標記腔室22此為通過直徑1毫米的導管23連接到主腔室的圓筒形腔室(尺寸為直徑4毫米，長度7毫米)。其內部容納了1mg粘附到腔室底部的固態螢光標記化合物。此腔室用於通過試劑和溶液管理模塊套管28注入準備1毫升樣本溶液所必需的鹽溶液。在注入鹽溶液期間，螢光標記被溶解並且引入均化腔室18，形成樣本溶液的一部分。
阻斷劑腔室21此為通過直徑1毫米的導管23連接到主腔室的圓筒形腔室(尺寸為直徑4毫米，長度4毫米)。此腔室用於通過試劑和溶液管理模塊套管29注入用於阻斷未與樣本的分子反應的多餘的螢光標記所必需的BSA阻斷劑溶液。圓錐形口定位在此腔室的底部帽27下方，反應模塊清洗導管的Luer聯結器28』容納在圓錐形口內。
壓力傳感器腔室20為了促進溶解進入其中，此為通過直徑4毫米的寬導管23連接到主腔室的圓筒形腔室(尺寸為直徑4毫米，長度5毫米)。在均化過程期間，此腔室容納運動架17攜帶的套管29』，其與負責監測過程的不同壓力的壓力傳感器30連接。
溫度傳感器腔室19此為與壓力傳感器腔室相同的腔室。在均化過程期間，此腔室容納運動架17攜帶的套管31，套管又容納溫度傳感器探針32，負責監測所述過程期間的樣本溶液溫度。
傳感器腔室19和20的底部表面和均化腔室18的底部表面用表面活性劑處理，以便促進溶液透入所述次腔室。
每個均化容器還包括直徑12毫米並且提供有直徑20微米的孔的過濾器33，過濾器33用於防止尺寸超過要求的尺寸的固體進入反應模塊。該過濾器定位在過濾器保持器34上，其容納在擰上帽35內。此組件擰在容器的基座上，在均化腔室出口下方。墊圈36為組件提供必要的密封性。
擰上帽35提供有陽Luer錐形物，單向閥37連接到該陽Luer錐形物。此閥連接均化容器18與反應模塊。由於在反應模塊內存在的1.3巴過壓，該閥通常關閉，隔離兩個模塊。可以布置常閉的並且用電致動的閥，或者通過均化模塊架的運動來機械地致動的閥，來代替單向閥37。
如圖4所示，關閉該均化腔室的運動架17在樣本處理期間執行均化腔室18的頂部部分的氣密地密封。
有一個運動架用於所有通過樣本分配模塊滾筒與該架對準的模塊容器。
該子組件包括架17，架17由鋁製造，其容納不同的子組件元件。其提供有用於固定樣本均化器模塊的轉換器15的頂部法蘭38。底部法蘭39又分別容納活塞24、試劑和溶液管理模塊套管28和29、以及壓力和溫度傳感器套管29和31。
架通過兩個襯套39沿軸9滑動，並且沿框40的中心肋軸向地引導。
通過擰到架的頂蓋1的步進馬達41，通過固定到馬達軸的螺杆42和容納在運動架17的主體內的螺帽43的傳動來執行架的軸向運動。馬達的解析度為1.8度/步，並且能夠提供0.16Nm的扭矩。該螺杆提供有M6×1螺紋，那麼架運動的最終解析度為5微米/步，允許非常精確地控制所述運動，其又轉化為精確地定位試劑的注入、樣本參數測量和超聲均化的性能。
當連接到架的底部法蘭的指示器45與傳感器光束幹涉時，通過固定到架的框40的光學傳感器44確定最終運動架位置。
如圖5所示由不鏽鋼製造的活塞24為空心的旋轉部分，其提供有頂部法蘭，活塞24通過該頂部法蘭固定到運動架。底部端以錐形物結束並且提供有墊圈26的有螺紋的襯套46裝配到其上。兩個部分擰到一起，通過襯套46的內錐形物施加的壓力牢固地保持膜47。膜47由聚四氟乙烯製造，厚度為0.1毫米。活塞的內部容納擱在膜47上的樣本均化器模塊機臂16。作為由墊圈26和膜47產生的密封的結果，此組件氣密地密封均化腔室的頂部開口。一旦已經形成對均化腔室的氣密的密封，活塞24在均化腔室內前向的運動在要處理的溶液內產生過壓，確保在壓電系統機臂16和活塞的膜47之間的必要的接觸以在溶液內產生氣穴現象。
壓力傳感器30監測均化腔室的過壓。其基於惠斯通電橋，並且其主要特徵為
·測量範圍0÷207kPa·激發電壓10V·輸出信號滿量程100mV·輸出信號靈敏度0.483mV/kPa腔室內的過壓參數用於控制和限定活塞均化器組件的均化位置。當腔室內的過壓值達到0.8巴時，反應和處理控制器抑制運動架的馬達41。其還用於控制和限定均化時間。當腔室內的過壓值超過1.0巴時，樣本均化器控制模塊抑制壓電系統轉換器15。
溫度傳感器32監測樣本溶液在均化過程期間的溫度。其基於提供有容納在直徑0.5毫米長度250毫米的不鏽鋼護套內的K型熱電偶的探針。該探針通過雙頭螺栓固定在設備的頂蓋1上，然而其自由端引入促進將探針插入通過矽帽27的套管31。
樣本溶液溫度參數用於控制和限定均化時間。當溶液溫度超過預先確定的臨界值時，樣本均化器控制模塊抑制壓電系統轉換器15。
反應模塊(參看圖5到7)包括平行六面體支撐件50(尺寸76×26×6.5毫米)，其中存在打開腔51，稱作反應模塊，其具有對稱的不規則六邊形形狀(總尺寸14×8毫米)，深度為0.3毫米。此腔室提供有接下來的進入通道·均化的溶液或懸浮液入口通道52。其在腔室的頂部拐角內並且通過直徑1毫米的導管形成，以陰Luer錐形物結束，以與樣本處理模塊75單向閥37密封地連接。
·清洗溶液入口通道53。定位在腔室的頂部拐角內並且通過直徑2.5毫米的導管形成，以與清洗導管28』密封地連接。
·溶液出口通道54。定位在腔室的底部拐角內並且通過直徑2毫米的導管形成，以陰Luer錐形物結束，以與廢物沉積處57密封地連接。
·入口52和53以及出54可以通過提供有泵送系統的導管連接，沒有示出，其將允許樣本在生物傳感器上再循環。腔室51還可以包括用於攪拌或運動液體樣本以改善生物傳感器操作的系統。
反應腔室51具有薄的疏水劑SIGMACOTE塗層，其目的為增進不同的流體的循環，防止固體顆粒和分子粘附到其表面。
反應腔室51及其進入通道通過玻璃滑動片55(尺寸75×25×1毫米)關閉，能夠檢測存在於均化的溶液內的從分子到整個微生物的物質的生物傳感器或傳感器系統56被沉積在玻璃滑動片內側，與腔室重合。此傳感器系統由以微陣列的形式的不同的檢測物質構成。
滑動片55通過兩個夾具50』固定到支撐件50。通過矩形的CV-1152矽周界來保證接附的密封性，該矽周界通過定位在支撐件50的相對側上的兩個口注入。一旦矽固化，其形成圍繞反應模塊及其進入通道的具有1×1毫米截面的密封墊圈。
清洗導管28』由內直徑為1.6毫米並且長度大約為90毫米的塑料管形成。在其開口端提供有金屬聯結器，以陽Luer錐形物結束，其在阻斷劑腔室下方氣密地連接在均化容器18的殼體內。其在底端處具有彎曲的塑料聯結器，用於與反應模塊清洗通道密封連接。
廢物沉積處57通過塑料注射器形成，該塑料注射器容量為5毫升，提供有連接到反應腔室出口通道的偏心的陽Luer錐形物。該注射器沒有柱塞，並且替代地具有氣密地密封其頂部開口的矽帽58。
廢物沉積處57可以被所有反應模塊公用並且通過裝配到滑動架上的套管連接到其出口。
組件由透明材料(玻璃、丙烯酸樹脂等等)製造，以便能夠觀察流體迴路。
一旦腔室18已經裝配並且連接到樣本處理模塊均化容器6，與其進入通道、導管和沉積處一起形成密封的迴路，該迴路之前在1.3巴的過壓下充滿鹽溶液。在廢物沉積處57內的溶液水平為1毫升，沉積處的剩餘部分充滿在所述過壓下加壓的空氣。
該設備設計為容納多達12個反應模塊，允許每個模塊分析單一樣本。
試劑和溶液管理模塊包括存儲和在要求的時間精確地分配在不同的樣本處理步驟中涉及的不同的溶液和試劑所必需的所有元件。
試劑和溶液管理模塊主要元件(參看圖1和2)由執行流體存儲和分配功能的機動化的注射器60構成。該模塊包括兩個相同的機動化的注射器的組件一個意在用於用來溶解固體樣本的鹽溶液，並且另一個意在用於BSA阻斷溶液，其又執行反應腔室清洗溶液功能。在流體在試劑管理模塊內的情況下，該設備可以包括將它們注入反應腔室內的器件。
每個組件包括接下來的元件1.通過底板固定到該設備的結構的框3的商品化的機動化注射器60(尺寸203×56×94毫米)。其主要部件為·容量為10毫升且提供有具有鎖定封閉器的陽Luef錐形物的注射器60。錐形物的端部固定到支撐件61，其又擰到組件的底板62。柱塞杆擰到線性致動器杆63。
·提供有致動該注射器柱塞杆的步進馬達64的線性致動器。該致動器設計為施加89牛頓的最大力。當以非過壓注入時獲得的解析度為10微升/步。
·光學傳感器，沒有示出，其容納在底板上，確定注射器柱塞的位置，允許開環控制該組件。
2.當注射器沒有被致動時，維持流體迴路中的壓力勢壘的單向閥65。
3.有螺紋的套管(尺寸直徑1，長度20毫米)，沒有示出，其作為穿透均化容器18的側腔室的矽帽的組件的最終元件。該套管固定到樣本處理模塊運動架17，並且因此其穿透運動與所述架的前向運動同步。
4.連接不同部件形成流體迴路所必需的所有導管和附件(尺寸1/16英寸)。
數據讀取模塊包括允許檢測發生在反應腔室內的反應的部件。
其主要地由雷射二極體66(參看圖1和4)和CCD照相機67構成，它們都是商品化的並且裝配在擰到設備的結構的框40的支架68上。
雷射二極體66發射單色光束，其波長為635納米並且寬度足夠照射整個反應腔室51，激發螢光分子。其裝配在支架68上，使得光束以45度角透過反應腔室平面，防止在CCD照相機的軸線的方向發生反射。容納在圓筒形外殼(尺寸直徑38，長度158毫米)內的雷射二極體66，最大功率為250毫瓦，並且具有允許調節二極體溫度的冷卻系統。
CCD照相機67檢測當螢光分子被雷射束激發時，螢光分子發射的電磁輻射。具有中心在670納米的頻譜帶的所述輻射，對應使用螢光染料Cy5作為標記的最大發射。為了防止其它波長的輻射進入CCD內，照相機提供有直徑為25毫米的695AF55發射過濾器69。該器件還包括允許聚焦和放大CCD內的圖像的透鏡70和分離器71。該三個部件過濾器、透鏡和分離器，為商品化的產品。
照相機為數字的、黑白的、高解析度和高靈敏度的照相機。其具有以下特徵·尺寸146×76×64毫米·傳感器1280×1024像素的CCD·正方形像素尺寸6.7×6.7·傳感器尺寸2/3英寸·動態範圍12位·靈敏度4350e/lux/um2/s·冷卻的可以理解，設備的容量可以根據需要改變，如果必要的話包括兩個或更多的樣本均化器和樣本處理模塊，以及兩個或更多樣本分配模塊。
如說明的，設備包括通信模塊(通信模塊)，其為裝備與使用者的接口，能夠通過適合的通信協議本地或遠程地操作裝備。
通信模塊相應於在National Instrument的LavView下開發的軟體，其在器件控制系統內運行並且補充必要的協議機，以建立通信鏈路，與其通過以進行控制的連接無關。此連接可以為以下任何一種-本地使用者情況下的控制臺。
-通過RS232、RS422或RS485串口鏈路。
-並行鏈路。
-USB(通用串行總線)鏈路。
-TCP、UDP或IP鏈路，或任何其它用於在計算機之間數據傳輸的協議。
-無線電通信，IRDA鏈路-現場總線PROFIBUS、CAN、FieldBus、InterBUS-S，…-電話鏈路GSM，…在建立了數據鏈路的情況下，通信模塊執行數據編碼、封裝、控制對介質的訪問、發送/接收數據/命令，並且通過確認全部命令來執行安全選擇。
有總控制器和每個模塊一個控制器用於控制組件。
總控制器(總控制模塊)指的是過程和構成本發明的模塊中的每一個的總系統監控器。其還可以允許本地和遠程地操作該設備。
把控制系統看作PC體系結構，具有輸入/輸出卡，運行在NationalInstrument的LabView下開發的軟體，總控制模塊對應主過程，其與剩下的控制器接口，以執行整個過程和分析。其執行以下功能-接收來自通信模塊的消息；確認接收到的參數和命令；解釋使用者發送的這樣的命令(任務)。
-任務執行系統總的子過程定序，發送命令到相應的本地控制器。
-執行預編程序的自動任務。
-監控每個模塊的工作執行子任務和安全檢驗(監控過程參數並且檢查它們是否在相應的適合的工作範圍內)。如果安全需要的話緊急停止控制。
-從子系統故障恢復。
-通過通信模塊將工作參數值發送給操作者用於他們總的過程的監控。
-接收、預處理並且將數據讀取模塊接收到的數據發送給計算機。
樣本分配模塊控制器為除上述數個卡以外在控制系統內運行的過程，用於控制步進馬達，以及用於讀取傳感器的其它數字輸入和輸出。
其負責執行涉及在不同的樣本處理模塊中通過樣本獲取模塊收集的樣本的分配的子任務。
樣本分配控制模塊必須能夠執行以下任務-時時知道每個樣本處理模塊的位置。
-適當地定位樣本處理模塊。
-執行對樣本分配模塊的本地監控。
-接收來自總控制器的命令。
-將對應當前狀態的數據發送到總控制器。
樣本分配控制模塊具有來自行進和線性或角度位置編碼器的端部的信息，以及控制構成樣本分配模塊的致動器。通過來自總控制器的適合的指令，樣本分配控制模塊將操作致動器以便使適合的樣本處理模塊位於樣本獲取模塊下方。
考慮由上述滾筒構成的樣本分配模塊，用於運動的步進馬達和行進光學傳感器的端部連接到它，樣本分配控制模塊的任務包括通過使得筒旋轉到要求的位置來執行來自總控制器的命令。
第一總工作階段包括校準樣本分配模塊，作為其結果，分配模塊控制器將筒移動到行進光學傳感器的端部被觸發的位置，其涉及已知的位置。從而，分配模塊控制器將知道筒的絕對位置。
通過來自總控制模塊的相應命令，通過適合的數量的馬達的步，分配模塊控制器能夠將樣本處理模塊移動到任何要求的位置，其信息通過此控制器操縱。
試劑和溶液管理控制模塊控制那些意在用於提供執行整個生物化學過程所必需的溶液的器件。
在使用以前的控制器時，試劑和溶液管理控制模塊包括子過程，其在控制計算機內與用於控制步進馬達和控制用於讀取傳感器的數字輸入的卡一起運行。
試劑和溶液管理控制模塊允許-監控構成試劑和溶液管理模塊的器件中的每一個的狀態和操作容量、可用性、器件內發生的錯誤/故障，…-致動這樣的分配元件以將精確和特定的量的溶液注入反應腔室內。
-接收來自總控制器的命令並且將關於狀態的數據發送到總控制器。
在以前描述的試劑和溶液管理模塊的構造中，致動控制注射器的步進馬達允許將精確的量的溶液注入系統內。
反應和處理控制器負責控制在均化容器內定位運動架的機電部件，以及確定運動架的位置的傳感器。
反應和處理控制器還負責監測和監控過程中涉及的參數(壓力和溫度)。
來自監測過程的不同傳感器的信息必須時時被分析，其目的為確定其是否在允許的範圍內執行。
此分析的結果發送到總控制器，其在總過程內作出適合的決定。
對於樣本均化過程監測，反應和處理控制器包括兩個傳感器，壓力傳感器和溫度傳感器，以及用於調整這些信號的硬體元件，反應執行的物理參數可以通過這些信號測量。如果把達到預定的溫度看作結束給定的子過程的標準，分析這些參數可以確定給定的子過程執行的時間。
數據讀取器控制模塊是通過它可以與數據讀取模塊互相作用的裝置。其必須允許-致動該機構以分析獲取的結果，該結果在反應腔室內執行反應以後通過數據讀取模塊提供。此致動將在來自總控制器的相應的命令以後執行。
-獲得數據讀取模塊提供的反應結果。
-監控數據讀取模塊狀態。
-處理從反應獲得的信息。
-通過所述總控制器發送的某些命令，將所有前面的信息發送到總控制器。
圖15對應所述設備的工作圖。
通過獲取模塊72取得要分析的樣本72，獲取模塊將它們包括在分配模塊74內，並且它們從分配模塊去往處理模塊75，在分配模塊它們通過均化模塊76均化。樣本最終去往反應模塊86，反應模塊86與試劑管理模塊77連通，數據最終被數據讀取模塊78取得。
這些模塊中的每一個通過相應的控制器79到83監控，並且組件通過總控制器84監控，其通過通信模塊85管理。
在下面的節中將詳細描述本發明的設備的功能，考慮兩個方面物質檢測過程和所述設備的自動化操作順序。
1.系統初始化(參看圖8a和8b到11a和11b和圖15)操作步驟a.觸發總控制模塊84b.觸發反應和處理控制模塊81。觸發馬達41並且檢驗運動架17的正確的初始位置(靠著機械擋塊的頂部位置)。開始馬達41的計步。去能馬達41並且去能樣本均化器控制模塊控制器82。
c.觸發樣本分配控制模塊控制器80。觸發馬達10並且檢驗滾筒5的正確的初始位置(靠著機械擋塊)。開始馬達10的計步。
2.將樣本引入均化腔室18操作步驟a)旋轉滾筒5，直到要使用的均化容器6與進料鬥4垂直地對準。
b)通過進料鬥4將250毫克顆粒尺寸小於0.5毫米的固體樣本手工引入均化腔室。
3.準備樣本溶液操作步驟a.旋轉滾筒5(+180度)，直到包含樣本的均化容器6的軸線與樣本處理模塊75活塞24的軸線垂直地對準。馬達10仍然被激勵，以便維持位置滾筒5的位置。
b.觸發處理和反應控制模塊控制器81。觸發馬達41。
c.將運動架17降低到捕獲位置(參看圖9a到9b)。在100步/秒的速度從步0到步1960(馬達41計步器的絕對值)執行該運動。
在此位置，活塞24和套管29、31、28和29』部分引入均化容器18內，但是在元件之間不接觸。筒的意外旋轉是不可能的，因為容器和活塞會幹涉。
d.馬達10去能在此時刻滾筒5未鎖定但是通過活塞24防止其旋轉。
e.將運動架17降低到鹽溶液注入位置(參看圖10a到10b)。在50步/秒的速度從步1960到步4480(馬達41計步器的絕對值)執行該運動。在行進端部處去能運動架的馬達41。
在此位置，鹽溶液套管28已經穿過螢光標記腔室的頂帽27a並且準備好分配溶液。1毫克粘附到腔室的底部和壁的固態螢光標記Cy5沉積在此腔室內。
墊圈26又定位在均化腔室排氣口上方，所以腔室的氣密的密封還沒有發生。
f.觸發試劑和溶液管理控制模塊控制器82。觸發鹽溶液注射器的馬達64，直到注入1362微升(速度為5步/秒的馬達的139步)。注入結束後去能馬達64。
當穿過腔室時，鹽溶液(0.1M NaCO3/NaHCO3)溶解螢光標記Cy5，使其進入樣本所在的均化器腔室18。在注入過程期間，鹽溶液透入傳感器腔室和其它到均化腔室的進入導管。最後，在此腔室內獲得大約1200微升樣本和標記溶液，該溶液能夠結合攜帶了氨基團(NH2)的分子。
g.觸發運動架的馬達41，並且將其降低到均化位置。去能馬達41。
當馬達38的絕對計步器大約標記4740時(參看圖11a到11b)，在此活塞24的降低運動期間執行氣密地密封均化腔室18。從此時刻開始，均化器腔室18開始增壓，隨著活塞24降低，過壓增加。在此位置，壓力和溫度傳感器30和32的套管29』和31已經分別穿過它們各自的腔室的頂帽，並且因此，它們開始監測均化腔室條件。當傳感器30指示的過壓值達到0.8巴時停止降低活塞24。此時達到均化位置(參看圖12a到12b)。
在此位置，聚四氟乙烯膜41接觸樣本溶液，準備好被均化機臂16激發。存在於腔室內的增壓的空氣保持在活塞24的襯套46形成的腔內，對墊圈26關閉。
在兩個連續的但是區分的步驟中執行下降運動第一步驟，達到腔室的氣密的密封，以10步/秒的速度在馬達41的絕對步4480和4740之間執行；第二步驟，達到均化位置，以5步/秒的速度在馬達41的絕對步4740和5080之間緩慢地執行(最終步是近似的，因為控制通過壓力傳感器執行)。
4.樣本溶液均化操作步驟a.觸發樣本均化器控制模塊控制器82。觸發樣本均化器模塊壓電系統以均化樣本。
在樣本均化過程期間，轉換器49將樣本均化器控制模塊82供給的高頻電能(40kHz)轉化成通過機臂16的自由端放大的縱向振動。機臂的振動又在處理的樣本溶液內產生壓力波，導致溶液內氣穴現象，均化樣本。可以通過選擇振動的幅度來調節氣穴現象的強度，並且由此調節混合物均化的程度，能夠覆蓋從對應低幅度的輕度的均化到對應高幅度水平的細胞破壞的範圍。
在均化過程期間，由於均化器提供的能量，樣本過程溫度增加。溫度增加導致腔室內過壓增加。如果過程時間延長，均化腔室18內的過壓匹配反應腔室的過壓，導致樣本溶液自發地並且不受控制地流向所述腔室。另一方面，溶液的溫度增加可以導致對細胞的不可逆的損害。通過兩個參數控制均化過程來防止這些潛在危險·溶液溫度，通過溫度傳感器32監測，其上限不能超過預先確定的臨界溫度。
·均化腔室內的過壓，通過壓力傳感器30監測，其用於均化的有用範圍必須在0.8巴÷1.0巴之間。
這兩個參數都與其它參數緊密相關，諸如·均化器激發強度，其值根據要求的均化程度預先確定，與超聲振動幅度關聯。此幅度在樣本均化器控制模塊控制器82中預先選擇。有用的範圍可以認為在幅度的10％到100％之間。
·均化器激發時間，其與選擇的激發溫度關聯強度越大，溫度和壓力增加得越快，並且因此激發間隔必須減小以便不超過上限壓力和溫度限度。
·樣本性質、室溫等等。
能夠導致可能存在於樣本溶液內的細胞破壞和溶胞的均化模式包括間歇地觸發樣本均化器模塊76，激發幅度為80％，激發間隔不超過20秒，通過前述的壓力和溫度限度限制。間隔之間的等待時間通過樣本冷卻產生的壓力下降限定，當過壓值達到0.8巴時再繼續激發。
b)等待30分鐘以促進Cy5標記與樣本分子反應。
5.螢光標記阻斷操作步驟a.觸發運動架的馬達41並且將運動架升高到阻斷劑注入位置(參看圖13a到13b)。去能馬達41。
以20步/秒的速度在馬達41的絕對步5080(近似)和4500之間連續地執行升高運動。隨著活塞24升高，均化腔室內的過壓降低，當墊圈26超過腔室排氣口(馬達38的絕對步4560)時減小到0巴。在此步驟末端，套管29定位在阻斷劑腔室21內，準備好分配BSA溶液。
b.觸發試劑和溶液管理控制模塊控制器77。觸發BSA阻斷劑溶液注射器10的馬達64，直到注入343微升(速度為5步/秒的馬達的35步)。注入結束時去能馬達64。
阻斷劑注射器包含BSA阻斷劑濃度為10％的鹽溶液。因此添加了通過套管25注入的溶解在343微升鹽溶液中的34毫克BSA阻斷劑。阻斷劑與未與樣本分子反應的多餘的螢光標記結合。這允許減小最終獲得的圖像的背景噪聲，因為防止了非特定的自由標記與抗體的結合。
c.觸發運動架的馬達41並且將運動架降低到樣本溶液攪拌位置。去能馬達41。
如在操作步驟3g)中所述，在活塞24向下運動期間，當馬達41的絕對計步器大約標記步驟4740時，執行對均化腔室氣密地密封。從此時刻開始，均化腔室開始增壓，隨著活塞24降低，過壓增加。當傳感器30指示的過壓值達到0.8巴時停止降低(大約在馬達41的步4980)。在兩個連續的步驟中執行下降運動第一步驟，以速度20步/秒，在馬達41的絕對步4480和4740之間；第二步驟，以5步/秒的速度直到達到0.8巴過壓。
d.觸發樣本均化器控制模塊控制器82。觸發樣本均化器模塊76壓電系統以便輕度地攪拌樣本。
此攪拌的目的為均化樣本溶液和BSA阻斷劑混合物。其以低激發水平(20％的幅度)執行大約5秒的短間隔。
e.等待30分鐘以促進阻斷劑與多餘的標記反應。
6.將樣本注入反應腔室18內操作步驟a.觸發運動架的馬達41，並且將運動架降低到單向閥37的打開位置。
當均化腔室內的過壓稍微大於反應模塊86的迴路內的過壓時，即當其值達到大約1.3巴時，單向閥打開。此情況大約在馬達41的步5040發生。
b.通過降低運動架將第一樣本注入引入反應腔室。
在第一注入中，馬達41以5步/秒的速度降低210(相對)步，使得樣本到達反應腔室，穿過過濾器33、過濾器保持器34、單向閥37和所有進入導管，以及反應腔室自身，檢測物質微陣列定位在該反應腔室處。
放置在均化腔室18下方的過濾器33防止超過20微米的顆粒進入反應模塊。反應腔室體積為大約28微升。有用的檢測物質微陣列尺寸為8×8毫米。
b.去能馬達41。
c.等待20分鐘以促進均化的樣本物質與反應腔室檢測物質反應。
e.通過降低運動架，將第二樣本注入引入反應腔室。
使數個體積的樣本順序通過相同的微陣列。在第二和相繼的注入中，馬達41以5步/秒的速度降低20(相對)步，使得反應腔室被新的樣本佔據。在以前的步驟中化驗的樣本轉到廢物沉積處46，其在那裡存儲。
f.重複步驟c)、d)和e)必要的次數，直到到達最終位置(參看圖14a到b)。這大約在馬達41的步5500發生。
當新的樣本注入被引入反應腔室時，迴路的過壓增加，直到在樣本注入過程結束時達到大約1.7巴的值。
g.去能馬達41。
7.清洗反應腔室操作步驟a.觸發試劑和溶液管理控制模塊控制器82。觸發BSA阻斷劑溶液注射器60的馬達64，直到注入1000微升(速度為5步/秒的馬達的160步)。注入結束時去能馬達64。
在圖14a到14b所示的最終位置，套管29已經穿過阻斷劑腔室21的底帽27，穿透反應模塊86清洗導管53。這允許注入10％的BSA阻斷劑溶液，其也用作反應腔室清洗溶液。
該清洗允許移除存在於反應腔室內的多餘的標記和樣本。清洗溶液最終存儲在廢物沉積處57內，增加反應模塊內的過壓達到大約2.5巴。此過壓不通過傳感器30監測，因為單向閥37用作壓力勢壘。
8.觸發螢光標記並且檢測螢光。
操作步驟a.觸發數據讀取器控制模塊控制器83。
b.通過雷射二極體激發Cy5螢光標記並且通過CCD傳感器同時檢測螢光分子發射的電磁輻射。
使用的Cy5標記具有在649納米的最大吸收和在670納米的最大發射。
c.在盤上記錄CCD傳感器圖像。
9.重新啟動設備。
操作步驟a.觸發運動架的馬達41，並且將運動架升高到均化容器捕獲位置(參看圖9a到9b)。
以50步/秒的速度連續地執行升高運動到馬達41的步1960。
b.激發滾筒的馬達10。
c.觸發運動架的馬達41，並且將運動架升高到初始位置(參看圖8a到8b)。去能馬達41。
以50步/秒的速度連續地執行升高運動到馬達41的步0。
d.旋轉滾筒到其初始位置。
在此位置，設備準備好處理新的樣本。
圖16和17示出了設備的實施例的變體，其中相同的參考符號用於設計匹配的或相等的對象。
在此實施例中，樣本處理模塊容器6裝配在具有水平軸的滾筒上，該軸如在以前的情況中通過具有角度電位計10』的齒輪傳動的馬達10致動。
腔室6提供有用於接收通過進料鬥4供應的樣本的提供有關閉裝置的側裝載開口90。
如在以前描述的實施例中，在圖16和17的情況下，均化器模塊包括壓電器件，該壓電器件包括轉換器15和機臂16，所有這些裝配在架17上，架17的運動移動關閉裝置，並且通過其以及通過壓電器件的致動執行樣本均化。架17裝配在引導裝置92上，並且可以通過具有線性電位計15』的線性致動器93沿引導裝置92在滾筒的一側運動並且不能旋轉。
在所有其它方面，在此實施例中，符合參考圖4到14描述的構造的設備包括雷射器66、數據讀取照相機67等等。其還可以具有冷卻模塊94、溶液沉積處95和溶液泵96。
圖16和17中示出的整個組件將被裝配在籠結構中，進料鬥4、試劑管理模塊、數據讀取模塊和通信和控制模塊也將被裝配在其中。
權利要求
1.一種用於從一個或數個樣本的分析來檢測物質或分析物的設備，其包括樣本均化器模塊，其能夠作用在包含在容器內的樣本以使其均化；樣本處理模塊，其包括一系列獨立的容器，其每個意在用作接收要分析的樣本的一個；反應模塊，其包括一系列反應腔室，反應腔室的數量與樣本處理模塊中包括的容器的數量相同，反應腔室的每個通過受控的通道導管與所述容器的一個連通，且包括用於檢測物質的傳感器系統；試劑和溶液管理模塊，其在每個過程步驟中存儲和分配必要的試劑和溶液；數據讀取模塊，通過該數據讀取模塊檢測反應腔室內發生的反應並且處理檢測的信號；及總控制器，其監控該過程和本發明的模塊的每個。
2.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，其還包括負責將樣本添加或分配到選擇的一個或多個處理模塊容器並且用於使包含在選擇的容器內的樣本與均化器模塊接觸的樣本分配模塊。
3.根據權利要求1和2所述的設備，其特徵在於，樣本分配模塊包括具有固定的位置的進料鬥或漏鬥，要分析的樣本倒入其中。
4.根據權利要求1和2所述的設備，其特徵在於，樣本分配模塊通過存儲在多槽板內的樣本注入器供給。
5.根據前面的權利要求所述的設備，其特徵在於，樣本分配模塊包括滾筒，樣本處理模塊容器裝配在該滾筒內，該筒能夠總是放置選擇的容器與該進料鬥或漏鬥連通，並且接著與樣本處理模塊活塞連通。
6.根據權利要求5所述的設備，其特徵在於，樣本處理模塊容器裝配在其中的滾筒可以圍繞垂直軸旋轉。
7.根據權利要求5所述的設備，其特徵在於，樣本處理模塊容器裝配在其中的滾筒可以圍繞水平軸旋轉。
8.根據權利要求1和5所述的設備，其特徵在於，反應模塊腔室裝配在樣本分配模塊的滾筒內。
9.根據權利要求1和6所述的設備，其特徵在於，樣本處理模塊還包括用於在處理所述樣本期間關閉容納要分析的樣本的容器的裝置，該裝置包括裝配在定位在滾筒上方的架內的活塞，通過旋轉所述筒可以將不同的容器放置在其下方，該架可以在縱向上在直接放置在其下的容器的頂部打開位置和另一個底部關閉位置之間運動。
10.根據權利要求1和7所述的設備，其特徵在於，樣本處理模塊還包括用於在處理所述樣本期間關閉容納要分析的樣本的容器的裝置，該裝置包括裝配在定位在滾筒一側的架上的活塞，由於所述筒的旋轉，不同的容器可以布置為與其相對，放置在筒的另一側，該架可以在打開位置和關閉位置之間運動。
11.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，樣本處理模塊容器的每一個還包括用於關閉其的裝置，該裝置包括裝配在每個容器內並且通過均化模塊運動架的運動致動的活塞或閥。
12.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，每個樣本處理模塊容器包括一個或多個主均化腔室和一個或多個意在用於包含試劑的與主腔室互通的獨立的次腔室，所述主腔室打開以便接收要分析的樣本和關閉裝置，並且具有帶有過濾器和流量閥的底部口，均化的樣本通過該底部口注入反應模塊內。
13.根據權利要求9和12所述的設備，其特徵在於，主腔室的壁具有定位在與次腔室互連口上方的排氣口，當所述口被活塞的墊圈超過時確定所述腔室被活塞氣密地密封的時刻，所述活塞可以從氣密的密封位置在主腔室內運動，以便導致所述腔室內的壓力增加。
14.根據權利要求13所述的設備，其特徵在於，通過排氣口執行將樣本引入主腔室。
15.根據權利要求12所述的設備，其特徵在於，次腔室在頂部部分和底部部分通過帽關閉，屬於試劑管理模塊的用於注入試劑或溶液，或者攜帶了壓力或溫度傳感器，或者用於其它物理化學參數的傳感器的套管，可以通過該帽引入。
16.根據權利要求12所述的設備，其特徵在於，定位在每個樣本處理模塊容器的主腔室和反應模塊腔室之間的流量閥包括單向閥，當在反應模塊腔室內相對於樣本處理模塊主腔室產生過壓時，該單向閥關閉。
17.根據權利要求9所述的設備，其特徵在於，樣本處理模塊架在所述模塊的側部之一裝配在樣本分配模塊運動軸上，其不能旋轉但是能夠在其上在通過傳感器確定的端位置之間滑動。
19.根據權利要求1和9所述的設備，其特徵在於，該縱向運動架包括樣本均化裝置，其包括熱或機械作用的器件或能夠作用在樣本上的波發生器。
20.根據權利要求9或10所述的設備，其特徵在於，所述活塞具有管狀結構並且樣本均化器件通過活塞作用。
21.根據權利要求1和16所述的設備，其特徵在於，該反應模塊對於每個樣本處理模塊容器包括限定了內部反應腔室的主體，具有通過單向閥連接到所述容器的主腔室的入口，清洗溶液通過其注入的連接到所述容器的次腔室的入口，和到廢物沉積處的溶液出口；所述腔室的壁之一攜帶了負責檢測存在於注入腔室內的均化的溶液或懸浮液中的物質的傳感器系統。
22.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，試劑和溶液管理模塊包括至少一個負責存儲和分配流體的機動化注射器，其還伴隨有致動該注射器柱塞杆的線性致動器，獲得柱塞的位置的位置傳感器，單向閥和固定到樣本處理模塊運動框的注入套管。
23.根據權利要求22所述的設備，其特徵在於，其包括一系列試劑和溶液沉積處，沉積處的數量與需要的不同的試劑和溶液的數量相同，及至少一個能夠從不同的沉積處抽吸流體並且將它們分配到均化或反應腔室內的泵送器件。
24.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，反應模塊由容納生物傳感器的接收器構成，其具有至少一個用於來自樣本處理模塊容器的樣本的入口，至少一個用於附加的液體溶液的入口，和至少一個用於不同的溶液的出口以及必要的管道或導管。
25.根據權利要求24所述的設備，其特徵在於，入口和出口通過導管連接，其中布置允許再循環生物傳感器上的樣本的泵送系統。
26.根據權利要求24所述的設備，其特徵在於，生物傳感器定位在其中的接收器包括用於攪拌或運動液體樣本以便改善所述生物傳感器的工作的系統。
27.根據權利要求24所述的設備，其特徵在於，所述生物傳感器通過分布在流體通道或腔室內的以微陣列或生物晶片的形式固定在固體支撐件上的檢測物質形成。
28.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，數據讀取模塊包括反應檢測器，反應檢測器包括用於激發生物傳感器的光源和適合的輻射檢測系統。
29.根據權利要求1和28所述的設備，其特徵在於，所述光源為單色的並且檢測系統為耦合到過濾器的CCD照相機，以僅檢測適合的輻射。
30.根據權利要求28和29所述的設備，其特徵在於，通過波導引導該單色光，生物傳感器定位在該波導內，作為在所述波導的外表面上形成的漸消失模式的結果，生物傳感器被激發。
31.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，其包括籠形結構，中心垂直柱裝配在該籠形結構中，該柱限定了樣本分配模塊滾筒的旋轉軸，並且樣本處理模塊架可以沿該柱滑動，樣本獲取模塊進料鬥或漏鬥、試劑管理模塊和數據讀取模塊裝配在所述籠形結構內。
32.根據權利要求1和7所述的設備，其特徵在於，其包括籠形結構，與水平軸相應的樣本分配模塊滾筒裝配在該籠形結構中並且與所述軸平行，樣本處理模塊架通過其滑動的引導裝置、樣本獲取模塊進料鬥或漏鬥、試劑管理模塊、數據讀取模塊和通信和控制模塊也裝配在所述籠形結構內。
33.一種用於從一個或數個樣本的分析來檢測物質或分析物的方法，其特徵在於，其包括以下步驟a)將所述樣本與適合的緩衝液體混合；b)用均化系統均化；c)加入試劑以修改所述樣本；d)過濾樣本；e)將所述樣本注入反應腔室內；f)允許樣本與生物傳感器反應；g)清洗未反應的多餘的樣本；及h)檢測保持在生物傳感器內的樣本。
34.根據權利要求33所述的方法，其特徵在於，適合的緩衝液體為鹽溶液。
35.根據權利要求33所述的方法，其中，緩衝液體具有樣本標記化合物。
36.根據權利要求33所述的方法，其特徵在於，多餘的標記化合物用阻斷劑化合物阻斷。
37.根據權利要求1和33所述的方法，其特徵在於，生物傳感器包括至少一種能夠特定地結合到另一種物質的物質。
38.根據權利要求37所述的方法，其特徵在於，能夠特定地結合到另外一種或多種物質的一種或多種物質從以下組中選擇a)胺基酸類的物質；b)蛋白質類的物質；c)核苷酸類的物質；d)核酸；e)肽核酸(PNA)；f)脂類的物質；g)糖類的物質；h)前述物質的至少兩種的組合的物質；i)活的完整細胞；j)孢子形式的完整細胞；k)細胞的提取或溶胞產物；l)細胞形成的組織；m)完整的病毒或任何其成分；n)合成聚合物；和o)分子印跡聚合物(MIP)。
39.根據權利要求38所述的方法，其特徵在於，能夠特定地結合到其它物質的蛋白質為單細胞系的或多細胞系的抗體。
40.根據權利要求33和35所述的方法，其特徵在於，所述樣本修改化合物從能夠結合到存在於樣本中的分析物的任何一種的化學試劑，或者從權利要求38和39中提到的那些物質中的一種或多種物質，或者它們的組合中選擇。
41.根據權利要求33所述的方法，其特徵在於，保持在生物傳感器內的樣本的信號通過包含權利要求38和39中提到的那些物質的一種或多種物質的混合劑或混合物來放大。
42.根據權利要求33和41所述的方法，其特徵在於，所述混合劑包括用螢光物質、金屬化合物或酶標記的一種或多種抗體。
43.根據權利要求33和41所述的方法，其特徵在於，所述混合劑包括用螢光物質、金屬化合物或酶標記的一種或多種PNA或核酸片段。
全文摘要
本發明涉及用於從一個或多個樣本的分析來檢測物質或分析物的方法和設備。本發明的方法包括將樣本與適合的緩衝液體混合，均化樣本，將試劑加入樣本，過濾樣本，將所述樣本注入培育腔室內，允許樣本與生物傳感器反應，清洗未反應的多餘的樣本以及檢測保持在生物傳感器內的樣本。本發明的設備包括包括由轉換器(49)和機臂(16)形成的壓電超聲器件的樣本均化單元；包括用於均化的容器(6)和運動架(17)的樣本處理單元；包括馬達致動的注射器(60)的管理試劑和溶液的單元；包括形成反應腔室(51)的支撐件(50)的反應模塊；以及包括雷射二極體(66)和CCD照相機(67)的數據讀取模塊。
文檔編號B01L3/00GK1833167SQ200480022382
公開日2006年9月13日 申請日期2004年5月28日 優先權日2003年5月30日
發明者J·戈麥斯埃爾維拉羅德裡格, E·塞瓦斯蒂安馬丁內斯, C·布裡奧內斯羅倫特, V·帕洛加西亞, J·A·羅德裡格斯曼弗雷迪, C·孔波斯蒂佐薩紐多, P·L·埃雷羅貢薩洛, J·佩雷斯梅卡德 申請人:國家航天科技研究所「埃斯特萬·特拉達斯」, 塞納工程系統股份有限公司, 康斯喬最高科學研究公司