專利名稱：用于從一個或多個樣本的分析來檢測物質(zhì)或分析物的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從一個或多個樣本的分析來檢測物質(zhì)或分析物的設(shè)備，其允許同時執(zhí)行對大量樣本的分析并且其還可以通過遠(yuǎn)程控制操作。本發(fā)明還包括用于檢測所述物質(zhì)或分析物的方法。
近年來，生物傳感器，即基于生物的分子性質(zhì)的檢測系統(tǒng)的開發(fā)已經(jīng)形成了真正的生物技術(shù)革命，因?yàn)槠湓试S確定介質(zhì)內(nèi)某種物質(zhì)的存在，并且分析其特征(這其中包括其可能的毒性或致病性)。
環(huán)境的生物傳感器基于使用耦合到信號轉(zhuǎn)換器的生物識別系統(tǒng)。存在三種基本的生物識別機(jī)制生物催化、生物親和和新陳代謝。同樣地，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以為電化學(xué)的、光電的、光學(xué)的或聲學(xué)的。以可檢測的方式用傳感器對物質(zhì)(例如，污染化合物)的催化變換，或通過由所述物質(zhì)抑制酶，是基于生物催化的生物傳感器的兩種基本操作機(jī)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(jī)磷酸鹽水解酶來檢測有機(jī)磷酸鹽殺蟲劑(Mulchandani等人，2000)。
其中，這些系統(tǒng)的固有的局限性為，作為已知的酶的基質(zhì)的污染物的數(shù)量減少，需要使其能夠檢測到的污染物濃度相對高，在介質(zhì)內(nèi)存在抑制劑，需要使用額外的基質(zhì)、伴因子或介體，產(chǎn)生試劑，等等。此外，許多酶基質(zhì)互相作用的不可逆的性質(zhì)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(bǔ)的核酸之間的雜化作用的高度特定的反應(yīng)，形成最慣用的生物親和系統(tǒng)。由于相對于大量的污染物質(zhì)，單細(xì)胞系的和多細(xì)胞系的抗體的可用性，具有環(huán)境的應(yīng)用的第一生物親和生物傳感器基于抗體的使用(Van Emon和López-Avila，1992；Marco等人，1995)，使得免疫傳感器形成用于環(huán)境的用途的最慣用類型的生物傳感器。在免疫傳感器中有范圍廣的商業(yè)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(xiàn)性、保存等等同等重要的方面。
用于環(huán)境應(yīng)用的基于在核酸之間的親和反應(yīng)(特定的雜化作用)的生物傳感器的開發(fā)剛剛開始。此類型的生物傳感器的應(yīng)用的示例為檢測由化學(xué)劑產(chǎn)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)銷售用于基于對通用的基因的放大和定序來檢測和鑒定細(xì)菌的成套工具，該基因編碼為16S核糖體RNA。
在基于抗原-抗體反應(yīng)或基于核酸的特定雜化作用的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)還存在不同類型的生物傳感器，用于檢測和量化致病的微生物。已經(jīng)開發(fā)出不同形式的免疫測定檢測技術(shù)，用于檢測細(xì)菌和病毒性的病原體。這些技術(shù)的最精確的變體甚至允許量化存在于體液中的病原體，諸如Abbott(wWW.abbottdiagnostics.com)開發(fā)的定量的LCx-RNA技術(shù)。作為基于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(shù)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(shù))上的核酸探針的雜化作用允許實(shí)施病毒株或變體基因型(Stuyver等人，1997)。
另一個生物識別系統(tǒng)是基于對微生物的代謝作用的研究。因此，對根據(jù)細(xì)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(xiàn)促進(jìn)劑或調(diào)節(jié)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(bào)告基因(螢光素酶、β半乳糖苷酶等等)的質(zhì)體在通過感興趣的分析物識別的促進(jìn)劑的控制下變換被遺傳地修改的微生物、識別并且檢測環(huán)境的污染的存在，已經(jīng)被開發(fā)出來。
近來的對DNA微陣列技術(shù)的開發(fā)，也稱作DNA芯片或微芯片(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(zhì)、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(fā)生物親和生物傳感器的規(guī)模和可能性上形成相當(dāng)大的進(jìn)步。
DNA芯片可以主要地應(yīng)用于基因表達(dá)、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(xì)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(dá)(Cheng等人，1998)。在這些過程中涉及的基因的發(fā)現(xiàn)允許找到和設(shè)計(jì)新藥、新的診斷方法等等。重新定序和基因型研究允許發(fā)現(xiàn)在研究的生物體內(nèi)的核苷酸變異和多態(tài)現(xiàn)象(SNPS)(Hacia等人，1999)。
應(yīng)用DNA芯片的另一個領(lǐng)域?yàn)殍b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)，用于臨床用途(對藥、毒素、致病性因素等的抵抗力)或者用于生態(tài)用途(生物多樣化、多形態(tài)的散布等)。Gingeras等人構(gòu)造了一種DNA芯片，其具有詢問結(jié)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(jié)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。物種鑒定是基于可以容易地用DNA微芯片測定的物種特定的多態(tài)現(xiàn)象的存在。使用DNA芯片來鑒定細(xì)菌的另一個示例為美國專利5,925,522，其中Wong等人(1999)描述了用于通過具有特定的低聚核苷酸序列的DNA芯片檢測沙門氏菌的方法。
分析介質(zhì)內(nèi)物質(zhì)的存在時的主要問題之一為，在多數(shù)情況下，這些物質(zhì)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(xì)菌可以在每毫升(ml)血液或飲用水中存在少于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(nèi)存在少于5個拷貝，并且諸如大腸桿菌和沙門氏菌的傳染物可以以少于每克食物10個拷貝自我出現(xiàn)。歐洲專利EP 1 179 585，A3(公布日期為13-02-2002)通過將微流體芯片或者部件包括到包含檢測和處理通道、腔室、存儲器或區(qū)域的任何組合的較大筒中，基于微流體提供了對將大體積供給到分析系統(tǒng)的問題的解決方法。所述發(fā)明描述了用于從流體分離分析物并且將它們濃縮到小于原始體積的體積的器具。所述分析物可以來自生物體、細(xì)胞、蛋白質(zhì)、核酸、碳水化合物、病毒性的微粒、化學(xué)或生物化學(xué)化合物，雖然優(yōu)選的用途為用于檢測核酸。
根據(jù)前述內(nèi)容，顯然，測量空氣、水和土壤中的污染物或病原體的能力對于理解和評價所述分析物的存在對人類健康和生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)是至關(guān)重要的。分析化學(xué)的固有成本變得越來越高，并且作為響應(yīng)，在實(shí)驗(yàn)室檢測方法和在分析現(xiàn)場技術(shù)中已經(jīng)作出了相當(dāng)大的進(jìn)步，在分析現(xiàn)場技術(shù)中采樣和分析就地進(jìn)行。通過與現(xiàn)場技術(shù)結(jié)合，所有這些需要的，即，封裝、傳送、存儲和維護(hù)等等的樣本的傳送減少，并且促進(jìn)決策。另一方面，就地技術(shù)允許大大減少在采樣和分析之間包含的時間，從而其(化學(xué)的、光化學(xué)的或熱的)退化或污染的風(fēng)險(xiǎn)相當(dāng)大地減小。然而，并且即使它們是相對快速并且便宜的方法，它們具有某些局限性，諸如分析窄范圍的化合物的能力和靈敏度和精確性低于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)。然而，它們允許在污染的位置取得大量樣本，并且它們對于在某些必須連續(xù)跟蹤的區(qū)域內(nèi)的完整的研究計(jì)劃是特別重要的。使用的方法必須預(yù)期未預(yù)料到的污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。
對污染的區(qū)域的特征鑒定必須通過分析實(shí)驗(yàn)室方法和就地診斷和跟蹤方法的結(jié)合執(zhí)行。一旦鑒定了關(guān)鍵標(biāo)記，現(xiàn)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(zhí)行精確的跟隨。已經(jīng)描述了基于生物傳感器的各種各樣的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)，并且它們中的許多已經(jīng)銷售，用于檢測和測量介質(zhì)或生物體內(nèi)的生物標(biāo)記的濃度。大量這樣的技術(shù)通過儀器以半自動和自動化的方式執(zhí)行。除了它們的復(fù)雜性、大尺寸和高經(jīng)濟(jì)成本以外，除了與此類型的這樣的高度特定的產(chǎn)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(xué)測試成套工具、和其它小型化的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)的其它現(xiàn)場方法競爭。當(dāng)前存在幾種用于就地分析物檢測的便攜式的裝備，但是它們需要接受過訓(xùn)練的專業(yè)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并且在寬濃度范圍內(nèi)進(jìn)行測量，尺寸小，并且能夠自動地、連續(xù)地并且通過遠(yuǎn)程控制檢測復(fù)雜的化學(xué)化合物。具有這些特征的裝備是那些用于在河、海洋、湖等等的固定點(diǎn)內(nèi)連續(xù)監(jiān)測分析物的裝備，或者用于結(jié)合在運(yùn)動的系統(tǒng)(例如機(jī)器人)中的裝備，該運(yùn)動的系統(tǒng)允許在土壤或水生的介質(zhì)的不同的位置分析樣本。
當(dāng)決定環(huán)境的和醫(yī)療性質(zhì)時，檢測介質(zhì)或生物體中的污染(有毒或無毒)物質(zhì)(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(xù)地監(jiān)測一個或數(shù)個分析物是必要的。為此，該過程必須由受過訓(xùn)練的操作人員重復(fù)必要的次數(shù)，造成隨其發(fā)生的資源成本(經(jīng)濟(jì)、時間、和受過適合的訓(xùn)練的工作人員)，此外，由于所述過程缺乏一致性，該結(jié)果可能受到損害。此問題通常通過具有復(fù)雜的和成熟的生物醫(yī)學(xué)儀器或復(fù)雜的環(huán)境跟隨站的自動或半自動采樣和分析系統(tǒng)解決。此外，通過當(dāng)前的方法能夠同時分析的物質(zhì)的數(shù)量非常少，或者在多數(shù)情況下甚至只能同時分析單一的分析物。例如，當(dāng)前用于水、土壤和建筑物的微生物分析的最廣泛使用的方法是基于傳統(tǒng)培養(yǎng)技術(shù)，基于免疫化驗(yàn)，或者更進(jìn)一些基于PCR反應(yīng)，使用便攜式的裝備或在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，但是通常樣本和分析物的數(shù)量受到限制。另一方面，存在特殊的情況，其中就地采樣和分析特別困難，諸如在難以到達(dá)的區(qū)域內(nèi)或在被有毒的或生物的產(chǎn)物高度污染的地點(diǎn)。
本發(fā)明的目的為，通過開發(fā)易由遠(yuǎn)程控制操作的自動化的設(shè)備，和允許分析多個自然的樣本，并且允許在單次化驗(yàn)中從好多打到成千上萬不同的分析物同時檢測和特征鑒定的方法，來消除上述缺點(diǎn)。本發(fā)明得益于近來開發(fā)的蛋白質(zhì)和DNA微陣列技術(shù)，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(yī)學(xué)的和生物衛(wèi)生問題的研究。與迄今為止已經(jīng)開發(fā)出來的基于微陣列的技術(shù)(其需要特定的工作人員和用于處理樣本的復(fù)雜并且冗長的規(guī)程)不同，在本發(fā)明中，對要分析的樣本的處理相當(dāng)大地簡少并且整個過程自動地執(zhí)行。
本發(fā)明包括能夠處理體積范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(yù)先壓碎的石頭)的設(shè)備；和允許以簡單的方式檢測至少一種分析物并且不需要純化或濃縮所述樣本的方法。
該設(shè)備包括一系列操作模塊，在其中操縱、處理并且分析樣本，及一系列用于操作模塊的控制模塊，監(jiān)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(jiān)控。該設(shè)備還具有通信模塊。
更特定地，本發(fā)明的設(shè)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(yīng)模塊-數(shù)據(jù)讀取模塊本發(fā)明的設(shè)備還可以包括樣本獲取模塊和樣本分配模塊。
關(guān)于通信和控制模塊，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(yīng)控制模塊
-試劑和溶液管理控制模塊-數(shù)據(jù)讀取器控制模塊將用本發(fā)明的設(shè)備和方法執(zhí)行的過程的順序?yàn)?.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(tài)或?yàn)閼腋∫骸?br> 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(nèi)容物準(zhǔn)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沖溶液，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沖溶液的均化的混合物，其目的為最大程度地分解顆粒材料，并且溶解存在的分析物。此過程通過樣本均化器模塊執(zhí)行。
5.均化的樣本可以在樣本處理模塊內(nèi)經(jīng)歷不同的過程化學(xué)的、生物化學(xué)的或生物的(其與活體細(xì)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(jié)果可以為分子的示蹤或不是存在于樣本內(nèi)的分析物。所述示蹤可以由熒光物質(zhì)或任何其它允許隨后鑒定修改的分析物的物質(zhì)形成。
6.處理過的樣本運(yùn)行通過反應(yīng)模塊，在反應(yīng)模塊內(nèi)，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(nèi)的分析物(修改的或沒有修改的)互相作用的物質(zhì)構(gòu)成，使得所述分析物保持在反應(yīng)模塊內(nèi)，同時多余的樣本存儲在廢液沉積處。
7.一旦全部樣本已經(jīng)運(yùn)行通過反應(yīng)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余物。如果需要，可以消除此清洗操作并且將新的試劑添加到反應(yīng)模塊并且稍后執(zhí)行新的清洗。
8.最終目的為檢測保持在反應(yīng)模塊傳感器內(nèi)的分析物。為此，數(shù)據(jù)讀取模塊提供有檢測那些示蹤的分析物(熒光的或不是熒光的)的器件。如果所述分析物已經(jīng)用熒光物質(zhì)(熒光染料)修改，讀取模塊將提供有強(qiáng)輻射以激發(fā)所述熒光染料，和熒光檢測器。
9.檢測的數(shù)據(jù)通過適合的軟件處理以最終顯示結(jié)果。所述顯示可以包括由數(shù)據(jù)讀取模塊軟件或遠(yuǎn)程站形成的產(chǎn)生計(jì)算機(jī)可以處理的圖像的位圖。
10.過程的最終結(jié)果通過通信模塊發(fā)送到諸如遠(yuǎn)程站。
相對于當(dāng)前系統(tǒng)，本發(fā)明提供的主要優(yōu)點(diǎn)為1.自動化從采樣、處理和分析到數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼麄€系統(tǒng)的潛能。
2.相當(dāng)大地簡化了處理樣本必需的步驟的數(shù)量3.小型化的潛能4.在單次運(yùn)行中檢測從幾種到成千上萬種物質(zhì)，優(yōu)選地為來自生物的化合物的能力。
5.低能量需求6.大的獨(dú)立性7.遠(yuǎn)程控制的可能性。
8.應(yīng)用于行星探測(例如火星)的可能性接下來將給出對形成本發(fā)明的模塊的每一個的詳細(xì)描述。
總之，用于從一個或多個樣本的分析來檢測物質(zhì)或分析物的本發(fā)明的方法包括以下步驟a)將所述樣本與適合的緩沖液體混合；b)用均化系統(tǒng)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(yīng)腔室內(nèi)；f)允許樣本與生物傳感器反應(yīng)；g)清洗多余的未反應(yīng)的樣本；及h)檢測保持在生物傳感器內(nèi)的樣本。跟隨命令將執(zhí)行不同的步驟，其可以改變并且取決于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(yuǎn)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(jù)以下的協(xié)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.并行鏈路。
4.USB(通用串行總線)鏈路。
5.TCP、UDP或IP鏈路，或任何其它用于在計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議。
6.無線電通信，IRDA鏈路…7.現(xiàn)場總線PROFIBUS、CAN、FieldBus、InterBUS-S，…8.電話鏈路GSM，…在建立了數(shù)據(jù)鏈路的情況下，通信模塊執(zhí)行數(shù)據(jù)編碼、封裝、控制對介質(zhì)的訪問、發(fā)送/接收數(shù)據(jù)/命令，并且通過確認(rèn)全部命令來執(zhí)行安全選擇。
2.-總控制器此模塊控制并且監(jiān)控所有裝備的工作并且執(zhí)行至少下面的功能1.從通信模塊接收消息；確認(rèn)接收的參數(shù)和命令；解釋使用者發(fā)送的這樣的命令(任務(wù))。
2.任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)總的子過程定序，發(fā)送命令到相應(yīng)的本地控制器。
3.執(zhí)行預(yù)編程序的自動任務(wù)。
4.監(jiān)控每個模塊的工作執(zhí)行子任務(wù)和安全檢驗(yàn)(監(jiān)控過程參數(shù)并且檢查它們是否在相應(yīng)的適合的工作范圍內(nèi))。如果安全需要的話緊急停止控制。
5.從子系統(tǒng)故障恢復(fù)。
6.通過通信模塊將工作參數(shù)值發(fā)送給操作者用于他們總的過程的監(jiān)控。
此控制器還允許本地和遠(yuǎn)程地操作該設(shè)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于提取樣本的器件和用于存儲和傳送樣本到進(jìn)料斗的另一個器件。
接下來描述具體實(shí)施例1.在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，模塊具有用于提取固體樣本的機(jī)器人，其具有至少六個自由度，具有定位在其遠(yuǎn)端的工具，通過撞擊器來允許在土壤或石頭上鉆孔，當(dāng)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(jī)械的系統(tǒng)致動，對于高達(dá)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(tǒng)執(zhí)行對粉碎的固體的傳送。
2.在本發(fā)明的另一個具體實(shí)施例中，在給料斗內(nèi)沉積液體樣本的液壓泵送系統(tǒng)用于提取液體樣本。
3.在本發(fā)明的另一個具體實(shí)施例中，模塊具有用于提取在懸浮液中(在空氣中)的樣本的抽吸和過濾系統(tǒng)。保持了顆粒的過濾器將部分液體轉(zhuǎn)移到樣本分配模塊。
4.在本發(fā)明的另一個具體實(shí)施例中，抽吸系統(tǒng)從圍繞本發(fā)明的介質(zhì)取空氣并且將獲得的氣體泵送到溶液中，隨后泵將部分液體轉(zhuǎn)移到樣本分配模塊。
4.-樣本獲取控制器樣本獲取控制器負(fù)責(zé)控制所有負(fù)責(zé)執(zhí)行節(jié)3中描述的功能的機(jī)構(gòu)。
樣本獲取控制模塊將通過總控制模塊致動，將執(zhí)行預(yù)編程序的功能并且當(dāng)其功能已經(jīng)結(jié)束時，將電的、模擬的或數(shù)字的信號發(fā)送到總控制模塊，當(dāng)在其執(zhí)行時檢測到錯誤時也同樣。
在節(jié)3的點(diǎn)1中描述的樣本獲取模塊的具體實(shí)施例中，樣本獲取控制模塊將執(zhí)行控制鉸接臂以及為其提供的用于在土壤、石頭…中鉆孔的工具和用于收集粉碎的樣本的器件。
在節(jié)3的點(diǎn)2中描述的樣本獲取模塊的具體實(shí)施例中，樣本獲取控制模塊將控制負(fù)責(zé)收集液體樣本的泵。
在節(jié)3的點(diǎn)3中描述的樣本獲取模塊的具體實(shí)施例中，樣本獲取控制模塊將控制空氣抽吸系統(tǒng)和將過濾器轉(zhuǎn)移到樣本分配模塊的機(jī)構(gòu)。
在節(jié)3的點(diǎn)4中描述的樣本獲取模塊的具體實(shí)施例中，樣本獲取控制模塊將控制從空氣已經(jīng)被泵送的沉積物取得液體樣本，并且將該液體樣本沉積在樣本分配模塊內(nèi)的空氣抽吸系統(tǒng)和泵。
5.樣本分配模塊“樣本分配模塊”定義為允許獨(dú)立分析用同一個樣本獲取模塊取得的數(shù)個樣本的器件組，所以其需要用于將來自進(jìn)料斗的樣本分配到不同的樣本處理模塊均化容器的機(jī)構(gòu)。
在具體實(shí)施例中，樣本分配模塊提供有運(yùn)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于接收固體或液體樣本的進(jìn)料斗或保持了懸浮液內(nèi)顆粒的過濾器下面。一旦樣本被引入均化腔室，筒再次旋轉(zhuǎn)直到將該容器放置為與樣本處理模塊運(yùn)動架對準(zhǔn)，以便開始樣本處理。
運(yùn)動器件或滾筒可以裝配在垂直的或水平的軸上，并且能夠在其上旋轉(zhuǎn)。
6.-樣本分配控制器樣本分配控制器負(fù)責(zé)控制該機(jī)構(gòu)、傳感器和機(jī)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(zhí)行預(yù)編程序的功能并且當(dāng)其功能已經(jīng)結(jié)束時，將電的、模擬的或數(shù)字的信號發(fā)送到總控制模塊，當(dāng)在其執(zhí)行時檢測到錯誤時也同樣。
在節(jié)5中說明的具體實(shí)施例中，其負(fù)責(zé)控制馬達(dá)旋轉(zhuǎn)滾筒，使用相應(yīng)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(gòu)成。所述器件可以為諸如磨碎機(jī)和振動器件的機(jī)械作用、熱作用(電阻，等等)或波發(fā)生器件(超聲波，等等)。所述器件能夠調(diào)節(jié)所述樣本攪拌和均化的程度，從輕度的混合到導(dǎo)致與一些微生物的孢子一樣堅(jiān)固的細(xì)胞破壞(溶胞)。
樣本均化器模塊的接下來的具體實(shí)施例已經(jīng)描述1.在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，樣本均化器模塊由產(chǎn)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(zhuǎn)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(jī)臂的自由端放大。樣本均化器模塊容納在關(guān)閉主樣本處理模塊腔室的架內(nèi)，牢固地固定到其并且與關(guān)閉所述腔室的壁接觸。
來自機(jī)臂的振動在包含處理的樣本的溶液或懸浮液內(nèi)產(chǎn)生壓力波，其依次導(dǎo)致所述溶液或懸浮液內(nèi)氣穴現(xiàn)象，分解顆粒狀的材料并且溶胞可能存在于樣本內(nèi)的細(xì)胞，并且從而均化所述樣本?？梢酝ㄟ^在液體樣本內(nèi)引入微球體來增進(jìn)溶胞。
可以通過機(jī)臂在液體內(nèi)的直接作用或通過膜來執(zhí)行超聲波溶胞，如在美國專利6,431,476中執(zhí)行的。
樣本處理模塊壓力和溫度傳感器監(jiān)測過程的正確工作。
2.在本發(fā)明的另一個具體實(shí)施例中，樣本均化器模塊由機(jī)械葉片或活塞均化器形成。葉片或活塞在液體內(nèi)的機(jī)械作用和與壁的摩擦允許均化并且甚至允許溶胞。通過添加研磨劑可以增進(jìn)均化。
8.-樣本均化器控制器樣本均化器控制器負(fù)責(zé)控制適合地均化引入樣本均化器模塊的樣本所必需的機(jī)電機(jī)構(gòu)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(zhí)行預(yù)編程序的功能并且當(dāng)其功能已經(jīng)結(jié)束時，將電的、模擬的或數(shù)字的信號發(fā)送到總控制模塊，當(dāng)在其執(zhí)行時檢測到錯誤時也同樣。
在點(diǎn)7的具體實(shí)施例1中，樣本均化器控制模塊將來自供給系統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)化為高頻電能，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時序?qū)⒃摳哳l電能傳輸?shù)綁弘娖骷?。其還通過修改振動的幅度來調(diào)節(jié)輸出到壓電器件的電壓。
在節(jié)7的樣本均化器控制模塊的具體實(shí)施例2中，操作葉片或活塞的機(jī)電器件必須被觸發(fā)/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(jīng)受不同的物理處理(均化、溶胞、加熱、輻射等等)、化學(xué)處理(用諸如酶促反應(yīng)等等的化學(xué)或生物化學(xué)劑修改)、或生物處理(與微生物互相作用)。
在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，樣本處理模塊提供有兩個明確地區(qū)分的子組件容納均化腔室內(nèi)的樣本的均化容器，和關(guān)閉所述腔室的運(yùn)動架。
在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，樣本處理模塊包括一個到數(shù)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(shù)個次腔室圍繞的主均化腔室，次腔室通過不同尺寸的導(dǎo)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(jìn)料斗接收固體或液體狀態(tài)的樣本。在處理樣本期間，此開口通過關(guān)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硅帽氣密地密封并且通過不同段尺寸的導(dǎo)管與主腔室連通。這些次腔室用于將數(shù)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(shù)個容納探針以測量主均化腔室內(nèi)執(zhí)行的過程的參數(shù)(溫度、壓力、pH、傳導(dǎo)率等等)。
主腔室的壁具有排氣口，當(dāng)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(huán)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(jìn)一步運(yùn)動到主腔室內(nèi)部，以便導(dǎo)致腔室內(nèi)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(cè)通過帽關(guān)閉，屬于試劑管理模塊的套管可以通過該帽引入，以用于注入試劑或溶液，并且在另一側(cè)用常閉閥關(guān)閉，該常閉閥可以通過試劑管理模塊產(chǎn)生的過壓，通過均化模塊架的運(yùn)動來電力地，機(jī)械地操作。
在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，每個均化容器還包括定位在樣本出口導(dǎo)管處的過濾器和閥的系統(tǒng)。過濾器用于防止尺寸超過要求的尺寸的固體進(jìn)入反應(yīng)模塊。閥隔離或連通均化容器與反應(yīng)模塊，允許控制被處理的樣本必須被注入反應(yīng)模塊內(nèi)的時刻。
在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，樣本處理模塊提供有包括關(guān)閉均化腔室的運(yùn)動架的第二子組件。在樣本處理期間，通過固定到架并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(yùn)動架用于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(zhǔn)。架通過具有螺桿-螺帽齒輪減速的步進(jìn)馬達(dá)軸向地引導(dǎo)和操作。為此，所述架在所述筒或運(yùn)動器件的側(cè)部之一裝配在樣本分配模塊軸上。此系統(tǒng)允許非常精確地控制活塞的軸向前進(jìn)。依次，運(yùn)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(tǒng)，其允許精確地定位以注入試劑、測量樣本的參數(shù)并且執(zhí)行均化。假設(shè)在壓電系統(tǒng)機(jī)臂和活塞壁之間存在必要的接觸，一旦氣密的密封產(chǎn)生，活塞在均化腔室內(nèi)前進(jìn)在要處理的溶液或懸浮液內(nèi)產(chǎn)生過壓以在溶液或懸浮液內(nèi)產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。
在上述實(shí)施例中，活塞裝配在其上以關(guān)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(cè)，使得不同的容器可以定位在其另一側(cè)。無論如何，樣本處理模塊容器中的每一個可以提供有用于關(guān)閉它們的裝置。這些裝置可以包括裝配在每個容器內(nèi)并且通過均化模塊運(yùn)動架的運(yùn)動操作的活塞或閥。
l0.-樣本反應(yīng)和處理控制器樣本反應(yīng)和處理控制器負(fù)責(zé)控制適當(dāng)?shù)靥幚硪霕颖咎幚砟K的樣本并且在處理以后將樣本注入反應(yīng)模塊內(nèi)所必需的機(jī)電機(jī)構(gòu)和傳感器。
反應(yīng)處理控制器將通過總控制模塊致動，將執(zhí)行預(yù)編程序的功能并且當(dāng)其功能已經(jīng)結(jié)束時，將電的、模擬的或數(shù)字的信號發(fā)送到總控制模塊，當(dāng)在其執(zhí)行時檢測到錯誤時也同樣。
在節(jié)9中提到的具體實(shí)施例中，反應(yīng)處理控制器負(fù)責(zé)控制在均化容器內(nèi)定位該架的機(jī)電部件，以及用于知道架的位置的傳感器和那些監(jiān)測均化腔室的傳感器。
11.-反應(yīng)模塊“反應(yīng)模塊”定義為具有支撐件的器件，支撐件上具有反應(yīng)腔室，反應(yīng)腔室通過主導(dǎo)管與樣本處理模塊連通并且通過另一個導(dǎo)管與試劑和溶液管理模塊連通。反應(yīng)腔室容納了能夠檢測存在于溶液或懸浮液內(nèi)的物質(zhì)(從分子到完整的微生物)的生物傳感器或傳感器系統(tǒng)。所述傳感器系統(tǒng)可以包括至少一種以DNA或蛋白質(zhì)微陣列(生物芯片)形式的檢測物質(zhì)，或基于微流體的任何其它系統(tǒng)。所述檢測物質(zhì)可以從以下組中選擇a)氨基酸類的物質(zhì)；b)蛋白質(zhì)類的物質(zhì)；c)核苷酸類的物質(zhì)；d)核酸；e)肽核酸(PNA)；f)脂類的物質(zhì)；g)糖類的物質(zhì)；h)前述物質(zhì)的至少兩種的組合的物質(zhì)；i)活的完整細(xì)胞；j)孢子形式的完整細(xì)胞；k)細(xì)胞的提取或溶胞產(chǎn)物；l)細(xì)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(jié)合到其它物質(zhì)的蛋白質(zhì)可以為單細(xì)胞系的或多細(xì)胞系的抗體。此外，可以從能夠結(jié)合到樣本中存在的分析物的任何一種的化學(xué)試劑，或來自那些前面提到的物質(zhì)中的一種或多種物質(zhì)，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(zhì)的混合(例如，在單一載體內(nèi)包含DNA和蛋白質(zhì)點(diǎn)的微陣列)形成。反應(yīng)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(yùn)行通過所述反應(yīng)腔室，以便允許存在于溶液或懸浮液中的物質(zhì)與存在于傳感器中的一種或多種檢測物質(zhì)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(zhì)的一種或多種的混合劑(cocktail)或樣本放大。
在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，溶液或懸浮液從樣本處理模塊通過閥、過濾器系統(tǒng)和主導(dǎo)管運(yùn)行到反應(yīng)模塊。一旦樣本被處理，其通過此主導(dǎo)管進(jìn)入反應(yīng)腔室。該腔室具有與廢棄物存儲容器連接的出口導(dǎo)管，一旦樣本已經(jīng)與存在于傳感器內(nèi)的一種或多種檢測物質(zhì)反應(yīng)，樣本終止于該廢棄物存儲器內(nèi)。一個或數(shù)個附加的導(dǎo)管從樣本均化器的次腔室直接到達(dá)反應(yīng)腔室。在執(zhí)行反應(yīng)的讀取或測量以前，這些導(dǎo)管允許注入試劑，或簡單地注入清洗溶液，到反應(yīng)腔室內(nèi)。
在具體實(shí)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(jié)合)存在于所述溶液或懸浮液內(nèi)的物質(zhì)(從分子到完整的微生物)的熒光試劑反應(yīng)。一旦包括所述熒光試劑，其還未反應(yīng)的多余的部分通過鈍化物質(zhì)鈍化，防止其隨后反應(yīng)。所述鈍化物質(zhì)可以為化學(xué)阻斷劑，其提供可以與熒光試劑反應(yīng)的多余的官能團(tuán)(例如氨基、羥基、巰基或其它基團(tuán))。一旦鈍化的多余的熒光試劑被鈍化，樣本被過濾并且連續(xù)或不連續(xù)地注入反應(yīng)腔室內(nèi)。其通過反應(yīng)腔室的通道允許與傳感器檢測物質(zhì)互相作用。一旦反應(yīng)發(fā)生，沒有保持在傳感器內(nèi)的多余的標(biāo)記的樣本通過相繼的對反應(yīng)腔室的清洗來消除。清洗液體存儲在廢液沉積處。
在本發(fā)明的另一個具體實(shí)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熒光物質(zhì)、金屬化合物或酶標(biāo)記的物質(zhì)(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(nèi)，直到一旦未與傳感器反應(yīng)的多余的樣本被清洗，該混合劑被注入反應(yīng)腔室內(nèi)。在適合的潛伏期以后，用清洗溶液消除未保持的多余的所述混合劑。
不同的反應(yīng)模塊腔室將在運(yùn)動器件中裝配，例如在分配模塊運(yùn)動筒內(nèi)。
12.-試劑和溶液管理模塊“試劑和溶液管理模塊”定義為用于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(yīng)、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(fā)明的具體實(shí)施例中，試劑和溶液管理模塊的主要元件由執(zhí)行流體存儲和分配功能的機(jī)動化注射器構(gòu)成。該模塊提供有與所必需的不同的試劑數(shù)量相同的同樣的機(jī)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，其容量取決于要分析的樣本的數(shù)量。
2.提供有致動該注射器柱塞桿的步進(jìn)馬達(dá)的線性致動器。該致動器設(shè)計(jì)為當(dāng)腔室處于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(yīng)的腔室內(nèi)。
3.確定注射器柱塞位置的位置傳感器，允許對組件的開環(huán)控制(“行程的末端”)或閉環(huán)(“編碼器”)控制。
4.當(dāng)注射器未被致動時，維持流體回路內(nèi)的壓力勢壘的無源的(單向的)或有源的(機(jī)動化的)閥。
5.作為該模塊的最后元件，套管穿透均化容器側(cè)腔室的密封件。該套管固定到樣本處理模塊運(yùn)動架，并且因此，其穿透運(yùn)動與所述架的向前運(yùn)動同步。
6.連接形成流體回路的不同部件所必需的全部導(dǎo)管和附件。
本發(fā)明的另一個具體實(shí)施例，其特征在于，試劑和/或溶液的數(shù)量大，其中，試劑和溶液管理模塊由以下元件形成·數(shù)量與要使用的試劑和/或溶液數(shù)量相同的數(shù)個沉積處。
·能夠抽吸不同沉積處的流體并且將它們分配到均化或反應(yīng)腔室內(nèi)的單獨(dú)的泵送系統(tǒng)。
·一個或數(shù)個分配閥，它們中的每個提供有數(shù)個入口通道和一個出口通道，能夠打開或關(guān)閉從沉積處到均化或反應(yīng)腔室的不同導(dǎo)管。
此試劑和溶液管理模塊的構(gòu)造最大程度地簡化了需要的致動器的數(shù)量和注入通道的數(shù)量。
本發(fā)明的另一個具體實(shí)施例，其特征在于，試劑和/或溶液的數(shù)量大，其中，試劑和溶液管理模塊由以下元件形成·數(shù)量與要使用的試劑和/或溶液相同的數(shù)個密封的注射器沉積處，提供有沒有桿的柱塞，將注射器沉積處分為兩個密封的隔室一個提供有具有用于試劑或溶液的單向閥的出口通道，并且另一個提供有用于推進(jìn)流體的入口通道。
·由能夠從沉積處抽吸所述流體并且將其分配到注射器沉積處的不同密封隔室內(nèi)從而致動其柱塞的單個泵送系統(tǒng)形成的閉合的推進(jìn)流體回路。
·在推進(jìn)流體回路中的一個或數(shù)個分配閥，它們中的每個提供有數(shù)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。
·用于提供有單向閥和套管的每個注射器沉積處的單獨(dú)的出口和注入通道。
·作為對前述點(diǎn)的替代，公用的注入通道提供有單向閥和通過一個或數(shù)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(gòu)造最大程度地簡化了需要的致動器的數(shù)量并且允許通過單獨(dú)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(fù)責(zé)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(jī)電機(jī)構(gòu)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(fā)，將執(zhí)行預(yù)編程序的功能并且當(dāng)其功能已經(jīng)結(jié)束時，將電的、模擬的或數(shù)字的信號發(fā)送到總控制模塊，當(dāng)在其執(zhí)行時檢測到錯誤時也同樣。
在節(jié)12中說明的第一具體實(shí)施例中，試劑和溶液管理模塊控制器負(fù)責(zé)控制運(yùn)動注射器的致動器；用于控制確定柱塞的位置的傳感器和用于作用于維持壓力勢壘(參看節(jié)12中說明的實(shí)施例的點(diǎn)4)的電動閥。
14.-數(shù)據(jù)讀取模塊“數(shù)據(jù)讀取模塊”定義為允許檢測發(fā)生在反應(yīng)腔室內(nèi)的反應(yīng)和適當(dāng)?shù)靥幚頇z測的信號的器件的組件。
在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，反應(yīng)檢測器為高分辨率和高靈敏度的CCD讀取器，具有僅讀取作為反應(yīng)的結(jié)果產(chǎn)生的電磁輻射頻率所必需的光學(xué)系統(tǒng)和過濾器。所述電磁輻射通過激發(fā)反應(yīng)過程中涉及的反應(yīng)的物質(zhì)(熒光分子)產(chǎn)生。所述反應(yīng)的物質(zhì)的激發(fā)通過來自激光二極管的單色光束實(shí)現(xiàn)。該CCD讀取器與反應(yīng)腔室相對并且激光束以某個角度透過反應(yīng)腔室以防止反射透過該CCD讀取器。
該單色光可以通過波導(dǎo)引導(dǎo)，其中具有生物傳感器，作為在波導(dǎo)的外表面上形成的漸消失模式的結(jié)果，該生物傳感器被激發(fā)。
15.-數(shù)據(jù)讀取控制器數(shù)據(jù)讀取控制器負(fù)責(zé)控制用于檢測發(fā)生在反應(yīng)腔室內(nèi)的反應(yīng)的器件。
數(shù)據(jù)讀取控制模塊將通過總控制模塊觸發(fā)，將執(zhí)行預(yù)編程序的功能并且當(dāng)其功能已經(jīng)結(jié)束時，將電的、模擬的或數(shù)字的信號發(fā)送到總控制模塊，當(dāng)在其執(zhí)行時檢測到錯誤時也同樣。
在節(jié)14中說明的具體實(shí)施例中，數(shù)據(jù)讀取器控制模塊負(fù)責(zé)在預(yù)先確定的時間期間觸發(fā)激光，以及用于讀取從腔室接收的信息，并且適當(dāng)?shù)靥幚碓撔畔?過濾、觸發(fā)的區(qū)域識別、觸發(fā)的區(qū)域量化等等)，并且隨后將其傳輸?shù)娇偪刂颇K。
本發(fā)明的設(shè)備和方法的特征和優(yōu)點(diǎn)將通過接下來參考附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述更好地理解，附圖中示出了非限制性的實(shí)施例。
其中

圖1示出了本發(fā)明的設(shè)備的正視等距視圖。
圖2示出了本發(fā)明的設(shè)備的后視等距視圖。
圖3示出了本發(fā)明的設(shè)備的頂視圖，其中頂蓋已經(jīng)被移除。
圖4示出了根據(jù)圖3的IV-IV剖面線的截面。
圖5和6分別示出了根據(jù)圖3的V-V和VI-VI剖面線的處理模塊和反應(yīng)模塊的垂直截面。
圖7示出了反應(yīng)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(yīng)本發(fā)明的設(shè)備的工作圖。
圖16和17示出了本發(fā)明的設(shè)備的實(shí)施例變體的前和后透視圖。
圖中所示的設(shè)備包括允許檢測存在于土壤或底土內(nèi)的生物標(biāo)記(有機(jī)分子和來源于生物的高分子)的自動化的裝備。檢測和特征鑒定這樣的生物標(biāo)記的方法是基于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(稱作芯片或微陣列)的互相作用。
此設(shè)備包括用于自動地執(zhí)行實(shí)驗(yàn)所必需的全部機(jī)構(gòu)、檢測器和電子設(shè)備。使用的部件主要購買、設(shè)計(jì)和/或選擇為在環(huán)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(gòu)成本發(fā)明的設(shè)備的不同模塊。
在圖1到14示出的示例中，設(shè)備沒有樣本獲取模塊，手工地引入要分析的樣本。這也是為什么該設(shè)備也沒有相應(yīng)的獲取模塊控制器的原因。
該設(shè)備包括由頂蓋1、底蓋2和一系列中間框3構(gòu)成的架。此架起用于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并且具有圓錐形開口的圓筒形進(jìn)料斗4(參看圖4)，質(zhì)量大約為250mg并且顆粒尺寸小于0.5mm的每個土壤樣本通過該圓錐形開口引入。進(jìn)料斗的底端提供有內(nèi)圓錐4’，其功能為在屬于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(jìn)料斗4可以用固定的或運(yùn)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(nèi)的樣本的注入器來供給。
樣本分配模塊支撐、容納并且定向樣本處理和反應(yīng)模塊的部件并且主要由滾筒形成，該滾筒由陽極化鋁制造，由兩個法蘭構(gòu)成容納12個樣本處理模塊容器6的頂部法蘭5(參看圖4)；具有用于固定反應(yīng)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(yù)加負(fù)載。裝配在架的中心軸9上的軸承允許筒圍繞所述軸旋轉(zhuǎn)。
通過擰到架的底蓋2的步進(jìn)馬達(dá)10，通過由固定到馬達(dá)軸的小齒輪11構(gòu)成的齒輪傳動，和擰到筒的底部法蘭7的輪12，來執(zhí)行筒的旋轉(zhuǎn)。馬達(dá)的分辨率為1.8度/步，并且能夠提供0.16Nm的扭矩。齒輪傳動比率為i＝5∶1，那么滾筒的最終分辨率為0.36度/步，其允許樣本處理模塊容器的軸的圓周位移分辨率為0.45mm/步。
當(dāng)接附到筒的指示器14與傳感器激光束干涉時，滾筒的初始位置通過固定到架的框3的光學(xué)傳感器13確定。
樣本均化器模塊包括由商品化的轉(zhuǎn)換器15(參看圖4)和牢固地?cái)Q到該轉(zhuǎn)換器的端部的機(jī)臂16形成的超聲壓電器件。
轉(zhuǎn)換器15形狀為圓筒形(直徑32毫米，長度89毫米)并且在40kHz頻率被激發(fā)。
由鈦(Ti6Al4V)制造的機(jī)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(jī)臂的自由端以平的圓形法蘭(直徑12.2毫米)結(jié)束，其與關(guān)閉樣本處理模塊均化腔室的壁接觸。
此組件容納在關(guān)閉樣本處理模塊主腔室的縱向運(yùn)動架17內(nèi)，并且通過保持轉(zhuǎn)換器15的圓筒形外殼的夾具17’牢固地固定到該縱向運(yùn)動架。
轉(zhuǎn)換器將樣本均化器控制模塊供給的高頻電能轉(zhuǎn)化成通過機(jī)臂的自由端放大的縱向振動。機(jī)臂的振動又在被處理的樣本溶液內(nèi)產(chǎn)生壓力波，其導(dǎo)致所述溶液內(nèi)氣穴現(xiàn)象，均化樣本?？梢酝ㄟ^選擇振動的幅度來控制氣穴現(xiàn)象的強(qiáng)度，并且由此調(diào)節(jié)混合物均化的程度，范圍覆蓋從對應(yīng)低幅度的輕度的均化到對應(yīng)高幅度水平的細(xì)胞破壞。
樣本均化器控制模塊控制轉(zhuǎn)換器，通過根據(jù)在機(jī)臂的端部建立的阻抗增加或減少供給的電能，使得其傾向于維持預(yù)先選擇的幅度。該器件設(shè)計(jì)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(qū)分的子組件(參看圖4到6)-關(guān)閉均化腔室的均化容器6和運(yùn)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(shè)備設(shè)計(jì)為容納多達(dá)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制造，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(dǎo)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(jìn)料斗4提供的固體或液體狀態(tài)的樣本。在樣本處理期間，此開口通過運(yùn)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(yīng)模塊內(nèi)。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(dāng)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硅帽27氣密地密封，并且通過導(dǎo)管23與主腔室連通。該容器具有接下來的次腔室熒光標(biāo)記腔室22此為通過直徑1毫米的導(dǎo)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(nèi)部容納了1mg粘附到腔室底部的固態(tài)熒光標(biāo)記化合物。此腔室用于通過試劑和溶液管理模塊套管28注入準(zhǔn)備1毫升樣本溶液所必需的鹽溶液。在注入鹽溶液期間，熒光標(biāo)記被溶解并且引入均化腔室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(dǎo)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)。此腔室用于通過試劑和溶液管理模塊套管29注入用于阻斷未與樣本的分子反應(yīng)的多余的熒光標(biāo)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(yīng)模塊清洗導(dǎo)管的Luer聯(lián)結(jié)器28’容納在圓錐形口內(nèi)。
壓力傳感器腔室20為了促進(jìn)溶解進(jìn)入其中，此為通過直徑4毫米的寬導(dǎo)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(yùn)動架17攜帶的套管29’，其與負(fù)責(zé)監(jiān)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(yùn)動架17攜帶的套管31，套管又容納溫度傳感器探針32，負(fù)責(zé)監(jiān)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(jìn)溶液透入所述次腔室。
每個均化容器還包括直徑12毫米并且提供有直徑20微米的孔的過濾器33，過濾器33用于防止尺寸超過要求的尺寸的固體進(jìn)入反應(yīng)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(nèi)。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(yīng)模塊。由于在反應(yīng)模塊內(nèi)存在的1.3巴過壓，該閥通常關(guān)閉，隔離兩個模塊。可以布置常閉的并且用電致動的閥，或者通過均化模塊架的運(yùn)動來機(jī)械地致動的閥，來代替單向閥37。
如圖4所示，關(guān)閉該均化腔室的運(yùn)動架17在樣本處理期間執(zhí)行均化腔室18的頂部部分的氣密地密封。
有一個運(yùn)動架用于所有通過樣本分配模塊滾筒與該架對準(zhǔn)的模塊容器。
該子組件包括架17，架17由鋁制造，其容納不同的子組件元件。其提供有用于固定樣本均化器模塊的轉(zhuǎn)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，并且沿框40的中心肋軸向地引導(dǎo)。
通過擰到架的頂蓋1的步進(jìn)馬達(dá)41，通過固定到馬達(dá)軸的螺桿42和容納在運(yùn)動架17的主體內(nèi)的螺帽43的傳動來執(zhí)行架的軸向運(yùn)動。馬達(dá)的分辨率為1.8度/步，并且能夠提供0.16Nm的扭矩。該螺桿提供有M6×1螺紋，那么架運(yùn)動的最終分辨率為5微米/步，允許非常精確地控制所述運(yùn)動，其又轉(zhuǎn)化為精確地定位試劑的注入、樣本參數(shù)測量和超聲均化的性能。
當(dāng)連接到架的底部法蘭的指示器45與傳感器光束干涉時，通過固定到架的框40的光學(xué)傳感器44確定最終運(yùn)動架位置。
如圖5所示由不銹鋼制造的活塞24為空心的旋轉(zhuǎn)部分，其提供有頂部法蘭，活塞24通過該頂部法蘭固定到運(yùn)動架。底部端以錐形物結(jié)束并且提供有墊圈26的有螺紋的襯套46裝配到其上。兩個部分?jǐn)Q到一起，通過襯套46的內(nèi)錐形物施加的壓力牢固地保持膜47。膜47由聚四氟乙烯制造，厚度為0.1毫米?；钊膬?nèi)部容納擱在膜47上的樣本均化器模塊機(jī)臂16。作為由墊圈26和膜47產(chǎn)生的密封的結(jié)果，此組件氣密地密封均化腔室的頂部開口。一旦已經(jīng)形成對均化腔室的氣密的密封，活塞24在均化腔室內(nèi)前向的運(yùn)動在要處理的溶液內(nèi)產(chǎn)生過壓，確保在壓電系統(tǒng)機(jī)臂16和活塞的膜47之間的必要的接觸以在溶液內(nèi)產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。
壓力傳感器30監(jiān)測均化腔室的過壓。其基于惠斯通電橋，并且其主要特征為
·測量范圍0÷207kPa·激發(fā)電壓10V·輸出信號滿量程100mV·輸出信號靈敏度0.483mV/kPa腔室內(nèi)的過壓參數(shù)用于控制和限定活塞均化器組件的均化位置。當(dāng)腔室內(nèi)的過壓值達(dá)到0.8巴時，反應(yīng)和處理控制器抑制運(yùn)動架的馬達(dá)41。其還用于控制和限定均化時間。當(dāng)腔室內(nèi)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(tǒng)轉(zhuǎn)換器15。
溫度傳感器32監(jiān)測樣本溶液在均化過程期間的溫度。其基于提供有容納在直徑0.5毫米長度250毫米的不銹鋼護(hù)套內(nèi)的K型熱電偶的探針。該探針通過雙頭螺栓固定在設(shè)備的頂蓋1上，然而其自由端引入促進(jìn)將探針插入通過硅帽27的套管31。
樣本溶液溫度參數(shù)用于控制和限定均化時間。當(dāng)溶液溫度超過預(yù)先確定的臨界值時，樣本均化器控制模塊抑制壓電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換器15。
反應(yīng)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(yīng)模塊，其具有對稱的不規(guī)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(jìn)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(nèi)并且通過直徑1毫米的導(dǎo)管形成，以陰Luer錐形物結(jié)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(nèi)并且通過直徑2.5毫米的導(dǎo)管形成，以與清洗導(dǎo)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(nèi)并且通過直徑2毫米的導(dǎo)管形成，以陰Luer錐形物結(jié)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(tǒng)的導(dǎo)管連接，沒有示出，其將允許樣本在生物傳感器上再循環(huán)。腔室51還可以包括用于攪拌或運(yùn)動液體樣本以改善生物傳感器操作的系統(tǒng)。
反應(yīng)腔室51具有薄的疏水劑SIGMACOTE涂層，其目的為增進(jìn)不同的流體的循環(huán)，防止固體顆粒和分子粘附到其表面。
反應(yīng)腔室51及其進(jìn)入通道通過玻璃滑動片55(尺寸75×25×1毫米)關(guān)閉，能夠檢測存在于均化的溶液內(nèi)的從分子到整個微生物的物質(zhì)的生物傳感器或傳感器系統(tǒng)56被沉積在玻璃滑動片內(nèi)側(cè)，與腔室重合。此傳感器系統(tǒng)由以微陣列的形式的不同的檢測物質(zhì)構(gòu)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硅周界來保證接附的密封性，該硅周界通過定位在支撐件50的相對側(cè)上的兩個口注入。一旦硅固化，其形成圍繞反應(yīng)模塊及其進(jìn)入通道的具有1×1毫米截面的密封墊圈。
清洗導(dǎo)管28’由內(nèi)直徑為1.6毫米并且長度大約為90毫米的塑料管形成。在其開口端提供有金屬聯(lián)結(jié)器，以陽Luer錐形物結(jié)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(nèi)。其在底端處具有彎曲的塑料聯(lián)結(jié)器，用于與反應(yīng)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(yīng)腔室出口通道的偏心的陽Luer錐形物。該注射器沒有柱塞，并且替代地具有氣密地密封其頂部開口的硅帽58。
廢物沉積處57可以被所有反應(yīng)模塊公用并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)制造，以便能夠觀察流體回路。
一旦腔室18已經(jīng)裝配并且連接到樣本處理模塊均化容器6，與其進(jìn)入通道、導(dǎo)管和沉積處一起形成密封的回路，該回路之前在1.3巴的過壓下充滿鹽溶液。在廢物沉積處57內(nèi)的溶液水平為1毫升，沉積處的剩余部分充滿在所述過壓下加壓的空氣。
該設(shè)備設(shè)計(jì)為容納多達(dá)12個反應(yīng)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(zhí)行流體存儲和分配功能的機(jī)動化的注射器60構(gòu)成。該模塊包括兩個相同的機(jī)動化的注射器的組件一個意在用于用來溶解固體樣本的鹽溶液，并且另一個意在用于BSA阻斷溶液，其又執(zhí)行反應(yīng)腔室清洗溶液功能。在流體在試劑管理模塊內(nèi)的情況下，該設(shè)備可以包括將它們注入反應(yīng)腔室內(nèi)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(shè)備的結(jié)構(gòu)的框3的商品化的機(jī)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?jǐn)Q到組件的底板62。柱塞桿擰到線性致動器桿63。
·提供有致動該注射器柱塞桿的步進(jìn)馬達(dá)64的線性致動器。該致動器設(shè)計(jì)為施加89牛頓的最大力。當(dāng)以非過壓注入時獲得的分辨率為10微升/步。
·光學(xué)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(huán)控制該組件。
2.當(dāng)注射器沒有被致動時，維持流體回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(cè)腔室的硅帽的組件的最終元件。該套管固定到樣本處理模塊運(yùn)動架17，并且因此其穿透運(yùn)動與所述架的前向運(yùn)動同步。
4.連接不同部件形成流體回路所必需的所有導(dǎo)管和附件(尺寸1/16英寸)。
數(shù)據(jù)讀取模塊包括允許檢測發(fā)生在反應(yīng)腔室內(nèi)的反應(yīng)的部件。
其主要地由激光二極管66(參看圖1和4)和CCD照相機(jī)67構(gòu)成，它們都是商品化的并且裝配在擰到設(shè)備的結(jié)構(gòu)的框40的支架68上。
激光二極管66發(fā)射單色光束，其波長為635納米并且寬度足夠照射整個反應(yīng)腔室51，激發(fā)熒光分子。其裝配在支架68上，使得光束以45度角透過反應(yīng)腔室平面，防止在CCD照相機(jī)的軸線的方向發(fā)生反射。容納在圓筒形外殼(尺寸直徑38，長度158毫米)內(nèi)的激光二極管66，最大功率為250毫瓦，并且具有允許調(diào)節(jié)二極管溫度的冷卻系統(tǒng)。
CCD照相機(jī)67檢測當(dāng)熒光分子被激光束激發(fā)時，熒光分子發(fā)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(yīng)使用熒光染料Cy5作為標(biāo)記的最大發(fā)射。為了防止其它波長的輻射進(jìn)入CCD內(nèi)，照相機(jī)提供有直徑為25毫米的695AF55發(fā)射過濾器69。該器件還包括允許聚焦和放大CCD內(nèi)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(chǎn)品。
照相機(jī)為數(shù)字的、黑白的、高分辨率和高靈敏度的照相機(jī)。其具有以下特征·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(tài)范圍12位·靈敏度4350e/lux/um2/s·冷卻的可以理解，設(shè)備的容量可以根據(jù)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(shè)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(xié)議本地或遠(yuǎn)程地操作裝備。
通信模塊相應(yīng)于在National Instrument的LavView下開發(fā)的軟件，其在器件控制系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行并且補(bǔ)充必要的協(xié)議機(jī)，以建立通信鏈路，與其通過以進(jìn)行控制的連接無關(guān)。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。
-并行鏈路。
-USB(通用串行總線)鏈路。
-TCP、UDP或IP鏈路，或任何其它用于在計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議。
-無線電通信，IRDA鏈路-現(xiàn)場總線PROFIBUS、CAN、FieldBus、InterBUS-S，…-電話鏈路GSM，…在建立了數(shù)據(jù)鏈路的情況下，通信模塊執(zhí)行數(shù)據(jù)編碼、封裝、控制對介質(zhì)的訪問、發(fā)送/接收數(shù)據(jù)/命令，并且通過確認(rèn)全部命令來執(zhí)行安全選擇。
有總控制器和每個模塊一個控制器用于控制組件。
總控制器(總控制模塊)指的是過程和構(gòu)成本發(fā)明的模塊中的每一個的總系統(tǒng)監(jiān)控器。其還可以允許本地和遠(yuǎn)程地操作該設(shè)備。
把控制系統(tǒng)看作PC體系結(jié)構(gòu)，具有輸入/輸出卡，運(yùn)行在NationalInstrument的LabView下開發(fā)的軟件，總控制模塊對應(yīng)主過程，其與剩下的控制器接口，以執(zhí)行整個過程和分析。其執(zhí)行以下功能-接收來自通信模塊的消息；確認(rèn)接收到的參數(shù)和命令；解釋使用者發(fā)送的這樣的命令(任務(wù))。
-任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)總的子過程定序，發(fā)送命令到相應(yīng)的本地控制器。
-執(zhí)行預(yù)編程序的自動任務(wù)。
-監(jiān)控每個模塊的工作執(zhí)行子任務(wù)和安全檢驗(yàn)(監(jiān)控過程參數(shù)并且檢查它們是否在相應(yīng)的適合的工作范圍內(nèi))。如果安全需要的話緊急停止控制。
-從子系統(tǒng)故障恢復(fù)。
-通過通信模塊將工作參數(shù)值發(fā)送給操作者用于他們總的過程的監(jiān)控。
-接收、預(yù)處理并且將數(shù)據(jù)讀取模塊接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)。
樣本分配模塊控制器為除上述數(shù)個卡以外在控制系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行的過程，用于控制步進(jìn)馬達(dá)，以及用于讀取傳感器的其它數(shù)字輸入和輸出。
其負(fù)責(zé)執(zhí)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(wù)。
樣本分配控制模塊必須能夠執(zhí)行以下任務(wù)-時時知道每個樣本處理模塊的位置。
-適當(dāng)?shù)囟ㄎ粯颖咎幚砟K。
-執(zhí)行對樣本分配模塊的本地監(jiān)控。
-接收來自總控制器的命令。
-將對應(yīng)當(dāng)前狀態(tài)的數(shù)據(jù)發(fā)送到總控制器。
樣本分配控制模塊具有來自行進(jìn)和線性或角度位置編碼器的端部的信息，以及控制構(gòu)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于樣本獲取模塊下方。
考慮由上述滾筒構(gòu)成的樣本分配模塊，用于運(yùn)動的步進(jìn)馬達(dá)和行進(jìn)光學(xué)傳感器的端部連接到它，樣本分配控制模塊的任務(wù)包括通過使得筒旋轉(zhuǎn)到要求的位置來執(zhí)行來自總控制器的命令。
第一總工作階段包括校準(zhǔn)樣本分配模塊，作為其結(jié)果，分配模塊控制器將筒移動到行進(jìn)光學(xué)傳感器的端部被觸發(fā)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(yīng)命令，通過適合的數(shù)量的馬達(dá)的步，分配模塊控制器能夠?qū)颖咎幚砟K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于提供執(zhí)行整個生物化學(xué)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(jì)算機(jī)內(nèi)與用于控制步進(jìn)馬達(dá)和控制用于讀取傳感器的數(shù)字輸入的卡一起運(yùn)行。
試劑和溶液管理控制模塊允許-監(jiān)控構(gòu)成試劑和溶液管理模塊的器件中的每一個的狀態(tài)和操作容量、可用性、器件內(nèi)發(fā)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(yīng)腔室內(nèi)。
-接收來自總控制器的命令并且將關(guān)于狀態(tài)的數(shù)據(jù)發(fā)送到總控制器。
在以前描述的試劑和溶液管理模塊的構(gòu)造中，致動控制注射器的步進(jìn)馬達(dá)允許將精確的量的溶液注入系統(tǒng)內(nèi)。
反應(yīng)和處理控制器負(fù)責(zé)控制在均化容器內(nèi)定位運(yùn)動架的機(jī)電部件，以及確定運(yùn)動架的位置的傳感器。
反應(yīng)和處理控制器還負(fù)責(zé)監(jiān)測和監(jiān)控過程中涉及的參數(shù)(壓力和溫度)。
來自監(jiān)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范圍內(nèi)執(zhí)行。
此分析的結(jié)果發(fā)送到總控制器，其在總過程內(nèi)作出適合的決定。
對于樣本均化過程監(jiān)測，反應(yīng)和處理控制器包括兩個傳感器，壓力傳感器和溫度傳感器，以及用于調(diào)整這些信號的硬件元件，反應(yīng)執(zhí)行的物理參數(shù)可以通過這些信號測量。如果把達(dá)到預(yù)定的溫度看作結(jié)束給定的子過程的標(biāo)準(zhǔn)，分析這些參數(shù)可以確定給定的子過程執(zhí)行的時間。
數(shù)據(jù)讀取器控制模塊是通過它可以與數(shù)據(jù)讀取模塊互相作用的裝置。其必須允許-致動該機(jī)構(gòu)以分析獲取的結(jié)果，該結(jié)果在反應(yīng)腔室內(nèi)執(zhí)行反應(yīng)以后通過數(shù)據(jù)讀取模塊提供。此致動將在來自總控制器的相應(yīng)的命令以后執(zhí)行。
-獲得數(shù)據(jù)讀取模塊提供的反應(yīng)結(jié)果。
-監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)讀取模塊狀態(tài)。
-處理從反應(yīng)獲得的信息。
-通過所述總控制器發(fā)送的某些命令，將所有前面的信息發(fā)送到總控制器。
圖15對應(yīng)所述設(shè)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(nèi)，并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(yīng)模塊86，反應(yīng)模塊86與試劑管理模塊77連通，數(shù)據(jù)最終被數(shù)據(jù)讀取模塊78取得。
這些模塊中的每一個通過相應(yīng)的控制器79到83監(jiān)控，并且組件通過總控制器84監(jiān)控，其通過通信模塊85管理。
在下面的節(jié)中將詳細(xì)描述本發(fā)明的設(shè)備的功能，考慮兩個方面物質(zhì)檢測過程和所述設(shè)備的自動化操作順序。
1.系統(tǒng)初始化(參看圖8a和8b到11a和11b和圖15)操作步驟a.觸發(fā)總控制模塊84b.觸發(fā)反應(yīng)和處理控制模塊81。觸發(fā)馬達(dá)41并且檢驗(yàn)運(yùn)動架17的正確的初始位置(靠著機(jī)械擋塊的頂部位置)。開始馬達(dá)41的計(jì)步。去能馬達(dá)41并且去能樣本均化器控制模塊控制器82。
c.觸發(fā)樣本分配控制模塊控制器80。觸發(fā)馬達(dá)10并且檢驗(yàn)滾筒5的正確的初始位置(靠著機(jī)械擋塊)。開始馬達(dá)10的計(jì)步。
2.將樣本引入均化腔室18操作步驟a)旋轉(zhuǎn)滾筒5，直到要使用的均化容器6與進(jìn)料斗4垂直地對準(zhǔn)。
b)通過進(jìn)料斗4將250毫克顆粒尺寸小于0.5毫米的固體樣本手工引入均化腔室。
3.準(zhǔn)備樣本溶液操作步驟a.旋轉(zhuǎn)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(zhǔn)。馬達(dá)10仍然被激勵，以便維持位置滾筒5的位置。
b.觸發(fā)處理和反應(yīng)控制模塊控制器81。觸發(fā)馬達(dá)41。
c.將運(yùn)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(dá)41計(jì)步器的絕對值)執(zhí)行該運(yùn)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(nèi)，但是在元件之間不接觸。筒的意外旋轉(zhuǎn)是不可能的，因?yàn)槿萜骱突钊麜缮妗?br> d.馬達(dá)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(zhuǎn)。
e.將運(yùn)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(dá)41計(jì)步器的絕對值)執(zhí)行該運(yùn)動。在行進(jìn)端部處去能運(yùn)動架的馬達(dá)41。
在此位置，鹽溶液套管28已經(jīng)穿過熒光標(biāo)記腔室的頂帽27a并且準(zhǔn)備好分配溶液。1毫克粘附到腔室的底部和壁的固態(tài)熒光標(biāo)記Cy5沉積在此腔室內(nèi)。
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(fā)生。
f.觸發(fā)試劑和溶液管理控制模塊控制器82。觸發(fā)鹽溶液注射器的馬達(dá)64，直到注入1362微升(速度為5步/秒的馬達(dá)的139步)。注入結(jié)束后去能馬達(dá)64。
當(dāng)穿過腔室時，鹽溶液(0.1M NaCO3/NaHCO3)溶解熒光標(biāo)記Cy5，使其進(jìn)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(jìn)入導(dǎo)管。最后，在此腔室內(nèi)獲得大約1200微升樣本和標(biāo)記溶液，該溶液能夠結(jié)合攜帶了氨基團(tuán)(NH2)的分子。
g.觸發(fā)運(yùn)動架的馬達(dá)41，并且將其降低到均化位置。去能馬達(dá)41。
當(dāng)馬達(dá)38的絕對計(jì)步器大約標(biāo)記4740時(參看圖11a到11b)，在此活塞24的降低運(yùn)動期間執(zhí)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(jīng)分別穿過它們各自的腔室的頂帽，并且因此，它們開始監(jiān)測均化腔室條件。當(dāng)傳感器30指示的過壓值達(dá)到0.8巴時停止降低活塞24。此時達(dá)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(zhǔn)備好被均化機(jī)臂16激發(fā)。存在于腔室內(nèi)的增壓的空氣保持在活塞24的襯套46形成的腔內(nèi)，對墊圈26關(guān)閉。
在兩個連續(xù)的但是區(qū)分的步驟中執(zhí)行下降運(yùn)動第一步驟，達(dá)到腔室的氣密的密封，以10步/秒的速度在馬達(dá)41的絕對步4480和4740之間執(zhí)行；第二步驟，達(dá)到均化位置，以5步/秒的速度在馬達(dá)41的絕對步4740和5080之間緩慢地執(zhí)行(最終步是近似的，因?yàn)榭刂仆ㄟ^壓力傳感器執(zhí)行)。
4.樣本溶液均化操作步驟a.觸發(fā)樣本均化器控制模塊控制器82。觸發(fā)樣本均化器模塊壓電系統(tǒng)以均化樣本。
在樣本均化過程期間，轉(zhuǎn)換器49將樣本均化器控制模塊82供給的高頻電能(40kHz)轉(zhuǎn)化成通過機(jī)臂16的自由端放大的縱向振動。機(jī)臂的振動又在處理的樣本溶液內(nèi)產(chǎn)生壓力波，導(dǎo)致溶液內(nèi)氣穴現(xiàn)象，均化樣本?？梢酝ㄟ^選擇振動的幅度來調(diào)節(jié)氣穴現(xiàn)象的強(qiáng)度，并且由此調(diào)節(jié)混合物均化的程度，能夠覆蓋從對應(yīng)低幅度的輕度的均化到對應(yīng)高幅度水平的細(xì)胞破壞的范圍。
在均化過程期間，由于均化器提供的能量，樣本過程溫度增加。溫度增加導(dǎo)致腔室內(nèi)過壓增加。如果過程時間延長，均化腔室18內(nèi)的過壓匹配反應(yīng)腔室的過壓，導(dǎo)致樣本溶液自發(fā)地并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(dǎo)致對細(xì)胞的不可逆的損害。通過兩個參數(shù)控制均化過程來防止這些潛在危險(xiǎn)·溶液溫度，通過溫度傳感器32監(jiān)測，其上限不能超過預(yù)先確定的臨界溫度。
·均化腔室內(nèi)的過壓，通過壓力傳感器30監(jiān)測，其用于均化的有用范圍必須在0.8巴÷1.0巴之間。
這兩個參數(shù)都與其它參數(shù)緊密相關(guān)，諸如·均化器激發(fā)強(qiáng)度，其值根據(jù)要求的均化程度預(yù)先確定，與超聲振動幅度關(guān)聯(lián)。此幅度在樣本均化器控制模塊控制器82中預(yù)先選擇。有用的范圍可以認(rèn)為在幅度的10％到100％之間。
·均化器激發(fā)時間，其與選擇的激發(fā)溫度關(guān)聯(lián)強(qiáng)度越大，溫度和壓力增加得越快，并且因此激發(fā)間隔必須減小以便不超過上限壓力和溫度限度。
·樣本性質(zhì)、室溫等等。
能夠?qū)е驴赡艽嬖谟跇颖救芤簝?nèi)的細(xì)胞破壞和溶胞的均化模式包括間歇地觸發(fā)樣本均化器模塊76，激發(fā)幅度為80％，激發(fā)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(chǎn)生的壓力下降限定，當(dāng)過壓值達(dá)到0.8巴時再繼續(xù)激發(fā)。
b)等待30分鐘以促進(jìn)Cy5標(biāo)記與樣本分子反應(yīng)。
5.熒光標(biāo)記阻斷操作步驟a.觸發(fā)運(yùn)動架的馬達(dá)41并且將運(yùn)動架升高到阻斷劑注入位置(參看圖13a到13b)。去能馬達(dá)41。
以20步/秒的速度在馬達(dá)41的絕對步5080(近似)和4500之間連續(xù)地執(zhí)行升高運(yùn)動。隨著活塞24升高，均化腔室內(nèi)的過壓降低，當(dāng)墊圈26超過腔室排氣口(馬達(dá)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(nèi)，準(zhǔn)備好分配BSA溶液。
b.觸發(fā)試劑和溶液管理控制模塊控制器77。觸發(fā)BSA阻斷劑溶液注射器10的馬達(dá)64，直到注入343微升(速度為5步/秒的馬達(dá)的35步)。注入結(jié)束時去能馬達(dá)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(yīng)的多余的熒光標(biāo)記結(jié)合。這允許減小最終獲得的圖像的背景噪聲，因?yàn)榉乐沽朔翘囟ǖ淖杂蓸?biāo)記與抗體的結(jié)合。
c.觸發(fā)運(yùn)動架的馬達(dá)41并且將運(yùn)動架降低到樣本溶液攪拌位置。去能馬達(dá)41。
如在操作步驟3g)中所述，在活塞24向下運(yùn)動期間，當(dāng)馬達(dá)41的絕對計(jì)步器大約標(biāo)記步驟4740時，執(zhí)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(dāng)傳感器30指示的過壓值達(dá)到0.8巴時停止降低(大約在馬達(dá)41的步4980)。在兩個連續(xù)的步驟中執(zhí)行下降運(yùn)動第一步驟，以速度20步/秒，在馬達(dá)41的絕對步4480和4740之間；第二步驟，以5步/秒的速度直到達(dá)到0.8巴過壓。
d.觸發(fā)樣本均化器控制模塊控制器82。觸發(fā)樣本均化器模塊76壓電系統(tǒng)以便輕度地?cái)嚢铇颖尽?br> 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(fā)水平(20％的幅度)執(zhí)行大約5秒的短間隔。
e.等待30分鐘以促進(jìn)阻斷劑與多余的標(biāo)記反應(yīng)。
6.將樣本注入反應(yīng)腔室18內(nèi)操作步驟a.觸發(fā)運(yùn)動架的馬達(dá)41，并且將運(yùn)動架降低到單向閥37的打開位置。
當(dāng)均化腔室內(nèi)的過壓稍微大于反應(yīng)模塊86的回路內(nèi)的過壓時，即當(dāng)其值達(dá)到大約1.3巴時，單向閥打開。此情況大約在馬達(dá)41的步5040發(fā)生。
b.通過降低運(yùn)動架將第一樣本注入引入反應(yīng)腔室。
在第一注入中，馬達(dá)41以5步/秒的速度降低210(相對)步，使得樣本到達(dá)反應(yīng)腔室，穿過過濾器33、過濾器保持器34、單向閥37和所有進(jìn)入導(dǎo)管，以及反應(yīng)腔室自身，檢測物質(zhì)微陣列定位在該反應(yīng)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(jìn)入反應(yīng)模塊。反應(yīng)腔室體積為大約28微升。有用的檢測物質(zhì)微陣列尺寸為8×8毫米。
b.去能馬達(dá)41。
c.等待20分鐘以促進(jìn)均化的樣本物質(zhì)與反應(yīng)腔室檢測物質(zhì)反應(yīng)。
e.通過降低運(yùn)動架，將第二樣本注入引入反應(yīng)腔室。
使數(shù)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(dá)41以5步/秒的速度降低20(相對)步，使得反應(yīng)腔室被新的樣本占據(jù)。在以前的步驟中化驗(yàn)的樣本轉(zhuǎn)到廢物沉積處46，其在那里存儲。
f.重復(fù)步驟c)、d)和e)必要的次數(shù)，直到到達(dá)最終位置(參看圖14a到b)。這大約在馬達(dá)41的步5500發(fā)生。
當(dāng)新的樣本注入被引入反應(yīng)腔室時，回路的過壓增加，直到在樣本注入過程結(jié)束時達(dá)到大約1.7巴的值。
g.去能馬達(dá)41。
7.清洗反應(yīng)腔室操作步驟a.觸發(fā)試劑和溶液管理控制模塊控制器82。觸發(fā)BSA阻斷劑溶液注射器60的馬達(dá)64，直到注入1000微升(速度為5步/秒的馬達(dá)的160步)。注入結(jié)束時去能馬達(dá)64。
在圖14a到14b所示的最終位置，套管29已經(jīng)穿過阻斷劑腔室21的底帽27，穿透反應(yīng)模塊86清洗導(dǎo)管53。這允許注入10％的BSA阻斷劑溶液，其也用作反應(yīng)腔室清洗溶液。
該清洗允許移除存在于反應(yīng)腔室內(nèi)的多余的標(biāo)記和樣本。清洗溶液最終存儲在廢物沉積處57內(nèi)，增加反應(yīng)模塊內(nèi)的過壓達(dá)到大約2.5巴。此過壓不通過傳感器30監(jiān)測，因?yàn)閱蜗蜷y37用作壓力勢壘。
8.觸發(fā)熒光標(biāo)記并且檢測熒光。
操作步驟a.觸發(fā)數(shù)據(jù)讀取器控制模塊控制器83。
b.通過激光二極管激發(fā)Cy5熒光標(biāo)記并且通過CCD傳感器同時檢測熒光分子發(fā)射的電磁輻射。
使用的Cy5標(biāo)記具有在649納米的最大吸收和在670納米的最大發(fā)射。
c.在盤上記錄CCD傳感器圖像。
9.重新啟動設(shè)備。
操作步驟a.觸發(fā)運(yùn)動架的馬達(dá)41，并且將運(yùn)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(xù)地執(zhí)行升高運(yùn)動到馬達(dá)41的步1960。
b.激發(fā)滾筒的馬達(dá)10。
c.觸發(fā)運(yùn)動架的馬達(dá)41，并且將運(yùn)動架升高到初始位置(參看圖8a到8b)。去能馬達(dá)41。
以50步/秒的速度連續(xù)地執(zhí)行升高運(yùn)動到馬達(dá)41的步0。
d.旋轉(zhuǎn)滾筒到其初始位置。
在此位置，設(shè)備準(zhǔn)備好處理新的樣本。
圖16和17示出了設(shè)備的實(shí)施例的變體，其中相同的參考符號用于設(shè)計(jì)匹配的或相等的對象。
在此實(shí)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(jì)10’的齒輪傳動的馬達(dá)10致動。
腔室6提供有用于接收通過進(jìn)料斗4供應(yīng)的樣本的提供有關(guān)閉裝置的側(cè)裝載開口90。
如在以前描述的實(shí)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(zhuǎn)換器15和機(jī)臂16，所有這些裝配在架17上，架17的運(yùn)動移動關(guān)閉裝置，并且通過其以及通過壓電器件的致動執(zhí)行樣本均化。架17裝配在引導(dǎo)裝置92上，并且可以通過具有線性電位計(jì)15’的線性致動器93沿引導(dǎo)裝置92在滾筒的一側(cè)運(yùn)動并且不能旋轉(zhuǎn)。
在所有其它方面，在此實(shí)施例中，符合參考圖4到14描述的構(gòu)造的設(shè)備包括激光器66、數(shù)據(jù)讀取照相機(jī)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(jié)構(gòu)中，進(jìn)料斗4、試劑管理模塊、數(shù)據(jù)讀取模塊和通信和控制模塊也將被裝配在其中。
權(quán)利要求
1.一種用于從一個或數(shù)個樣本的分析來檢測物質(zhì)或分析物的設(shè)備，其包括樣本均化器模塊，其能夠作用在包含在容器內(nèi)的樣本以使其均化；樣本處理模塊，其包括一系列獨(dú)立的容器，其每個意在用作接收要分析的樣本的一個；反應(yīng)模塊，其包括一系列反應(yīng)腔室，反應(yīng)腔室的數(shù)量與樣本處理模塊中包括的容器的數(shù)量相同，反應(yīng)腔室的每個通過受控的通道導(dǎo)管與所述容器的一個連通，且包括用于檢測物質(zhì)的傳感器系統(tǒng)；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(shù)據(jù)讀取模塊，通過該數(shù)據(jù)讀取模塊檢測反應(yīng)腔室內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)并且處理檢測的信號；及總控制器，其監(jiān)控該過程和本發(fā)明的模塊的每個。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，其還包括負(fù)責(zé)將樣本添加或分配到選擇的一個或多個處理模塊容器并且用于使包含在選擇的容器內(nèi)的樣本與均化器模塊接觸的樣本分配模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的設(shè)備，其特征在于，樣本分配模塊包括具有固定的位置的進(jìn)料斗或漏斗，要分析的樣本倒入其中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的設(shè)備，其特征在于，樣本分配模塊通過存儲在多槽板內(nèi)的樣本注入器供給。
5.根據(jù)前面的權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，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(nèi)，該筒能夠總是放置選擇的容器與該進(jìn)料斗或漏斗連通，并且接著與樣本處理模塊活塞連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，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(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，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(zhuǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1和5所述的設(shè)備，其特征在于，反應(yīng)模塊腔室裝配在樣本分配模塊的滾筒內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1和6所述的設(shè)備，其特征在于，樣本處理模塊還包括用于在處理所述樣本期間關(guān)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(nèi)的活塞，通過旋轉(zhuǎn)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(guān)閉位置之間運(yùn)動。
10.根據(jù)權(quán)利要求1和7所述的設(shè)備，其特征在于，樣本處理模塊還包括用于在處理所述樣本期間關(guān)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(cè)的架上的活塞，由于所述筒的旋轉(zhuǎn)，不同的容器可以布置為與其相對，放置在筒的另一側(cè)，該架可以在打開位置和關(guān)閉位置之間運(yùn)動。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，樣本處理模塊容器的每一個還包括用于關(guān)閉其的裝置，該裝置包括裝配在每個容器內(nèi)并且通過均化模塊運(yùn)動架的運(yùn)動致動的活塞或閥。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，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于包含試劑的與主腔室互通的獨(dú)立的次腔室，所述主腔室打開以便接收要分析的樣本和關(guān)閉裝置，并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(yīng)模塊內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9和12所述的設(shè)備，其特征在于，主腔室的壁具有定位在與次腔室互連口上方的排氣口，當(dāng)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(nèi)運(yùn)動，以便導(dǎo)致所述腔室內(nèi)的壓力增加。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，通過排氣口執(zhí)行將樣本引入主腔室。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，次腔室在頂部部分和底部部分通過帽關(guān)閉，屬于試劑管理模塊的用于注入試劑或溶液，或者攜帶了壓力或溫度傳感器，或者用于其它物理化學(xué)參數(shù)的傳感器的套管，可以通過該帽引入。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，定位在每個樣本處理模塊容器的主腔室和反應(yīng)模塊腔室之間的流量閥包括單向閥，當(dāng)在反應(yīng)模塊腔室內(nèi)相對于樣本處理模塊主腔室產(chǎn)生過壓時，該單向閥關(guān)閉。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，樣本處理模塊架在所述模塊的側(cè)部之一裝配在樣本分配模塊運(yùn)動軸上，其不能旋轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)利要求1和9所述的設(shè)備，其特征在于，該縱向運(yùn)動架包括樣本均化裝置，其包括熱或機(jī)械作用的器件或能夠作用在樣本上的波發(fā)生器。
20.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的設(shè)備，其特征在于，所述活塞具有管狀結(jié)構(gòu)并且樣本均化器件通過活塞作用。
21.根據(jù)權(quán)利要求1和16所述的設(shè)備，其特征在于，該反應(yīng)模塊對于每個樣本處理模塊容器包括限定了內(nèi)部反應(yīng)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(fù)責(zé)檢測存在于注入腔室內(nèi)的均化的溶液或懸浮液中的物質(zhì)的傳感器系統(tǒng)。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，試劑和溶液管理模塊包括至少一個負(fù)責(zé)存儲和分配流體的機(jī)動化注射器，其還伴隨有致動該注射器柱塞桿的線性致動器，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(yùn)動框的注入套管。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于，其包括一系列試劑和溶液沉積處，沉積處的數(shù)量與需要的不同的試劑和溶液的數(shù)量相同，及至少一個能夠從不同的沉積處抽吸流體并且將它們分配到均化或反應(yīng)腔室內(nèi)的泵送器件。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，反應(yīng)模塊由容納生物傳感器的接收器構(gòu)成，其具有至少一個用于來自樣本處理模塊容器的樣本的入口，至少一個用于附加的液體溶液的入口，和至少一個用于不同的溶液的出口以及必要的管道或?qū)Ч堋?br> 25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征在于，入口和出口通過導(dǎo)管連接，其中布置允許再循環(huán)生物傳感器上的樣本的泵送系統(tǒng)。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征在于，生物傳感器定位在其中的接收器包括用于攪拌或運(yùn)動液體樣本以便改善所述生物傳感器的工作的系統(tǒng)。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征在于，所述生物傳感器通過分布在流體通道或腔室內(nèi)的以微陣列或生物芯片的形式固定在固體支撐件上的檢測物質(zhì)形成。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，數(shù)據(jù)讀取模塊包括反應(yīng)檢測器，反應(yīng)檢測器包括用于激發(fā)生物傳感器的光源和適合的輻射檢測系統(tǒng)。
29.根據(jù)權(quán)利要求1和28所述的設(shè)備，其特征在于，所述光源為單色的并且檢測系統(tǒng)為耦合到過濾器的CCD照相機(jī)，以僅檢測適合的輻射。
30.根據(jù)權(quán)利要求28和29所述的設(shè)備，其特征在于，通過波導(dǎo)引導(dǎo)該單色光，生物傳感器定位在該波導(dǎo)內(nèi)，作為在所述波導(dǎo)的外表面上形成的漸消失模式的結(jié)果，生物傳感器被激發(fā)。
31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，其包括籠形結(jié)構(gòu)，中心垂直柱裝配在該籠形結(jié)構(gòu)中，該柱限定了樣本分配模塊滾筒的旋轉(zhuǎn)軸，并且樣本處理模塊架可以沿該柱滑動，樣本獲取模塊進(jìn)料斗或漏斗、試劑管理模塊和數(shù)據(jù)讀取模塊裝配在所述籠形結(jié)構(gòu)內(nèi)。
32.根據(jù)權(quán)利要求1和7所述的設(shè)備，其特征在于，其包括籠形結(jié)構(gòu)，與水平軸相應(yīng)的樣本分配模塊滾筒裝配在該籠形結(jié)構(gòu)中并且與所述軸平行，樣本處理模塊架通過其滑動的引導(dǎo)裝置、樣本獲取模塊進(jìn)料斗或漏斗、試劑管理模塊、數(shù)據(jù)讀取模塊和通信和控制模塊也裝配在所述籠形結(jié)構(gòu)內(nèi)。
33.一種用于從一個或數(shù)個樣本的分析來檢測物質(zhì)或分析物的方法，其特征在于，其包括以下步驟a)將所述樣本與適合的緩沖液體混合；b)用均化系統(tǒng)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(yīng)腔室內(nèi)；f)允許樣本與生物傳感器反應(yīng)；g)清洗未反應(yīng)的多余的樣本；及h)檢測保持在生物傳感器內(nèi)的樣本。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，適合的緩沖液體為鹽溶液。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中，緩沖液體具有樣本標(biāo)記化合物。
36.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，多余的標(biāo)記化合物用阻斷劑化合物阻斷。
37.根據(jù)權(quán)利要求1和33所述的方法，其特征在于，生物傳感器包括至少一種能夠特定地結(jié)合到另一種物質(zhì)的物質(zhì)。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，能夠特定地結(jié)合到另外一種或多種物質(zhì)的一種或多種物質(zhì)從以下組中選擇a)氨基酸類的物質(zhì)；b)蛋白質(zhì)類的物質(zhì)；c)核苷酸類的物質(zhì)；d)核酸；e)肽核酸(PNA)；f)脂類的物質(zhì)；g)糖類的物質(zhì)；h)前述物質(zhì)的至少兩種的組合的物質(zhì)；i)活的完整細(xì)胞；j)孢子形式的完整細(xì)胞；k)細(xì)胞的提取或溶胞產(chǎn)物；l)細(xì)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(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，能夠特定地結(jié)合到其它物質(zhì)的蛋白質(zhì)為單細(xì)胞系的或多細(xì)胞系的抗體。
40.根據(jù)權(quán)利要求33和35所述的方法，其特征在于，所述樣本修改化合物從能夠結(jié)合到存在于樣本中的分析物的任何一種的化學(xué)試劑，或者從權(quán)利要求38和39中提到的那些物質(zhì)中的一種或多種物質(zhì)，或者它們的組合中選擇。
41.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，保持在生物傳感器內(nèi)的樣本的信號通過包含權(quán)利要求38和39中提到的那些物質(zhì)的一種或多種物質(zhì)的混合劑或混合物來放大。
42.根據(jù)權(quán)利要求33和41所述的方法，其特征在于，所述混合劑包括用熒光物質(zhì)、金屬化合物或酶標(biāo)記的一種或多種抗體。
43.根據(jù)權(quán)利要求33和41所述的方法，其特征在于，所述混合劑包括用熒光物質(zhì)、金屬化合物或酶標(biāo)記的一種或多種PNA或核酸片段。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于從一個或多個樣本的分析來檢測物質(zhì)或分析物的方法和設(shè)備。本發(fā)明的方法包括將樣本與適合的緩沖液體混合，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(nèi)，允許樣本與生物傳感器反應(yīng)，清洗未反應(yīng)的多余的樣本以及檢測保持在生物傳感器內(nèi)的樣本。本發(fā)明的設(shè)備包括包括由轉(zhuǎn)換器(49)和機(jī)臂(16)形成的壓電超聲器件的樣本均化單元；包括用于均化的容器(6)和運(yùn)動架(17)的樣本處理單元；包括馬達(dá)致動的注射器(60)的管理試劑和溶液的單元；包括形成反應(yīng)腔室(51)的支撐件(50)的反應(yīng)模塊；以及包括激光二極管(66)和CCD照相機(jī)(67)的數(shù)據(jù)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(yōu)先權(quán)日2003年5月30日
發(fā)明者J·戈麥斯埃爾維拉羅德里格, E·塞瓦斯蒂安馬丁內(nèi)斯, C·布里奧內(nèi)斯羅倫特, V·帕洛加西亞, J·A·羅德里格斯曼弗雷迪, 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(dá)斯”, 塞納工程系統(tǒng)股份有限公司, 康斯喬最高科學(xué)研究公司