专利名称：用于检测溶液中的几种单独分析物的系统、设备和方法以及其中使用的一次性流动池的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检测在试液等分部分中的几种单独分析物的系统、设备和方法。该检测采用单独操作的压电晶体微量天平，具有与连接站连接的任选一次性的预涂覆的流动池。
背景技术：
有许多专利涉及使用压电晶体微量天平检测预定的在溶液中的化学或生物分子，例如美国专利4,735,906、4,789,804和5,705,399。但是，当要在同一溶液等分部分中测定几种单独的化学或生物分子(分析物)的存在时，有利的是具有这样一种系统、设备和方法，其能同时操作具有流动池的多个微量天平，这些流动池对于要检测的分析物之一是各自特定的。这种系统、设备和方法将特别用于在短时间内筛选大量样品，和用于在要检测的溶液等分部分小且要在相同的溶液等分部分中检测许多分析物的场合。为了避免对于多用途、特别是筛选目的的池的耗时和不太实际的再生，有利的是在一个流动池中安装一次性的预涂覆的压电晶体用于筛选大量样品。当传感器表面在使用后失效时，整个流动池可以被替换。
发明描述本发明提供一种系统、设备和方法，其能通过使用单独操作的压电晶体微量天平来检测试液等分部分中的几种单独分析物，所述微量天平具有互连的通路，用于使溶液和试液等分部分流入和流过每个微量天平的池室。该系统和设备包括连接站，用于接收和控制单独特定的压电晶体微量天平流动池的排列。当这些池与连接站连通时，这些池优选自动操作性地与流动单元和电源和检测单元连接。
单独特定的压电晶体微量天平流动池是对于检测预定分析物特定的，这是因为至少一个活化涂层位于该池内。压电晶体带有两个用于晶体振动的电极。电极中的至少一个具有涂层，该涂层暴露于预定的作为一对相互反应对的第一成员的化学或生物分子，或该涂层将在引入试液等分部分之前被第一成员活化，此时第一成员在开始时位于距离电极的一个位置，例如在预制池的运输和储存期间。优选的是，预制池是粗糙的、一次性的自含式流动池，包含涂覆的压电晶体，其在插入连接器时就能立即使用，能够使流体流入和流出池室以及通过与振动单元和信号处理电子元件连接提供晶体的振动，其中所述信号处理电子元件用于当该流动中存在与涂层相互作用的分析物时检测晶体上的质量改变。
当这种相互作用对的第一成员以共价或不可逆方式固定在电极涂层上和试液等分部分含有预定的分析物且形成相互作用对时，通过电极上的质量增加观察和检测晶体振动特性的变化。这种分析通常称为增重分析。
当这种相互作用对的第一成员以可逆方式与电极涂层结合和试液等分部分含有预定的分析物且形成相互作用对时，通过电极上的质量损失观察和检测晶体振动特性的变化。这种分析通常称为置换分析。
本发明的具体实施方案是当涂层暴露时，相互作用对的第一成员位于距离电极的一定距离，和第一成员可逆地与该涂层结合。当相互作用对的第二成员存在于试液等分部分中时，第一成员在与第二成员相互作用形成相互作用对时被从涂层中置换出来。这种相互作用对从表面被置换，然后被电极上的第二涂层吸引和吸收，从而导致电极上的可测量的质量增加，这是由频率和Q值的降低来检测。
在本发明的这种具体实施方案中，目前优选的实施方案中，位于电极之一或两者上的第二涂层是例如能吸引和吸收抗体-抗原复合物的蛋白质。这种蛋白质的例子是蛋白质A和G。
有数种可以检测的振动特性，例如串联电容、Q值和共振频率。不同振动特性的检测在压电晶体微量天平的领域中是已知的。
压电晶体电极包含金属表面，其被上述在一个或两个电极上的涂层涂覆。该表面的金属优选选自金、银、铝、镍、铬和钛。压电电极的晶体是例如常用的石英晶体、氮化铝(AIN)晶体或铌酸钠钾(NKN)晶体。
可以在本发明中检测的相互作用对的例子是阴离子-阳离子、抗体-抗原、受体-配体、酶-底物、低聚核苷酸-具有互补序列的低聚核苷酸、低聚核苷酸-蛋白质、低聚核苷酸-细胞，和肽核酸(PNA)低聚物-多核苷酸，其中多核苷酸可以选自RNA、DNA和PNA聚合物，其与PNA低聚物互补。
本发明还提供粗糙的、一次性的压电晶体微量天平自含式流动池，用于单独操作的压电晶体微量天平的排列，该流动池包含涂覆的压电晶体，其在插入连接器时就能立即使用，能够使流体流入和流出池室以及通过与振动单元和信号处理电子元件连接提供晶体的振动，其中所述信号处理电子元件用于当该流动中存在与涂层相互作用的分析物时检测晶体上的质量改变。
因此，本发明的一个方面涉及一种用单独操作的压电晶体微量天平的排列检测在试液等分部分中的几种单独分析物的系统，包括连接站，用于接收和控制单独特定的压电晶体微量天平流动池的排列，其中每个池含有池室，池室含有至少一个带有两个电极的压电晶体和至少一层涂层，该涂层将对于单独分析物特定的相互作用对的第一成员暴露于要在试液等分部分中检测的相互作用对的第二成员，其中所述至少一层涂层位于至少一个电极上，或当电极之一或两者具有与暴露相互作用对的第一成员的涂层不同的涂层时距离所述电极有一定距离，流动装置，用于使溶液和试液等分部分经由连接站不受干扰地流入和流过每个特定池的池室；以及电源和检测装置，用于在每个池室中使压电晶体发生振动和检测在相互作用对的第一成员和第二成员之间发生相互作用后的晶体振动特性变化，从而通过单独特定的微量天平检测各分析物在试液等分部分中的存在。
在本发明该方面的优选实施方案中，单独操作的压电晶体微量天平是互相静电和电磁屏蔽的。
在另一个实施方案中，连接站包含连接装置，用于使溶液和试液等分部分流入和流过每个池的池室的串联连接，和在另一个实施方案中，连接站包含连接装置，用于使溶液和试液等分部分流入和流过每个池的池室的平行连接。
特别是当溶液是盐溶液时，本发明的系统可以另外含有接地装置，用于流入每个池的池室的溶液和试液等分部分的电接地。
在本发明系统的优选实施方案中，连接站包括具有池连接接收器的排列的连接板，每个接收器包括用于使操作装置与池连接部分配合的接收器连接部分，每个连接器部分包括用于与所述电源和检测装置连通的一对电连接口和用于与流动装置连通的一对流体连接口。这在当单独特定池被新池代替时、特别是当这些池是预制的一次性池时是非常方便的。
在本发明系统的另一个优选实施方案中，流动装置含有溶液进料和流动装置，其具有泵，用于使溶液从储库经由(第一)流动线和流动阀进料和流入(第二)流动线，从而使溶液流入和流过每个池室；插入装置，用于将试液等分部分经由(第三)流动线、流动阀和流动回路引入(第二)流动线，从而提供使试液等分部分流入和流过每个池室的流动塞。这种插入装置可以是能使试液等分部分以不干扰流向池室的方式流向(第二)流动线的任何合适的装置，例如含有试液等分部分的容器和插入该溶液中和经由阀与支持该试液的流动回路或注射器的管。
在本发明系统的一个优选实施方案中，流动装置还包含处于在(第一或第二)流动管线中的泵下游的双功能脉冲阻尼器和脱气器。这种双功能脉冲阻尼器和脱气器可以是具有流动入口、流动出口和密闭室的那些，其中在密闭室中除了流动溶液之外，还具有一定体积的捕集气体或空气。捕集气体或空气的体积是例如该室体积的三分之一或一半。
在本发明的一个优选实施方案中，相互作用对的第一成员是与涂层可逆结合的抗体，相互作用对的第二成员是在试液等分部分中存在的抗原。
本发明的另一个方面涉及一种多重压电晶体微量天平设备，其包括连接站，用于接收和单独操作压电晶体微量天平的排列，该连接站包括具有池连接接收器排列的连接板，每个接收器包括用于将操作装置与每个压电晶体微量天平流动池的池连接器部分配合的接收器连接部分，其中每个接收器连接部分包括用于与所述电源和检测装置连通的一对电连接口，所述电源和检测装置用于使携带两个电极的压电晶体在一个操作流动池的池室中振动和用于检测压电晶体的振动特性；和用于与流动装置连通的一对流体连接口，该流动装置用于使溶液和试液等分部分流入和流过池室。
在本发明的多重压电晶体微量天平设备的优选实施方案中，单独操作的压电晶体微量天平是互相静电和电磁屏蔽的。
在本发明的多重压电晶体微量天平设备的另一个实施方案中，连接站包含连接装置，用于使溶液和试液等分部分流入和流过每个池的池室的串联连接。
在本发明的多重压电晶体微量天平设备的另一个实施方案中，连接站包含连接装置，用于使溶液和试液等分部分流入和流过每个池的池室的平行连接。
在本发明的多重压电晶体微量天平设备的另一个实施方案中，该装置还含有接地装置，用于流入每个池的池室的溶液和试液等分部分的电接地。
本发明的另一个方面涉及一种在试液等分部分中检测几种单独分析物的方法，包括以下步骤提供连接站，其具有单独操作的压电晶体微量天平的排列，其中所述微量天平具有单独特定的压电晶体微量天平流动池，其中每个池在池室中含有至少一个带有两个电极的压电晶体和至少一层涂层，该涂层将对于单独分析物特定的相互作用对的第一成员暴露于要在试液等分部分中检测的相互作用对的第二成员，其中所述至少一层涂层位于至少一个电极上，或当电极之一或两者具有与暴露相互作用对的第一成员的涂层不同的涂层时距离所述电极有一定距离，使溶液和试液等分部分经由连接站不受干扰地流入和流过每个特定池的池室；在每个池室中使压电晶体单独地发生振动和检测每一晶体的振动特性变化、表明在相互作用对的第一成员和第二成员之间发生相互作用的晶体振动特性变化，从而通过单独特定的微量天平检测各分析物在试液等分部分中的存在。
在本发明的一个实施方案中，溶液和试液等分部分向每个单独特定流动池的池室中的流入和流过是通过各室的串联互连来排列，和在另一个实施方案中，溶液和试液等分部分向每个单独特定流动池的池室中的流入和流过是通过各室的平行互连来排列。
在本发明目前的优选实施方案中，相互作用对的第一和第二成员是抗体和抗原。优选的是，在试液等分部分中的几种单独分析物是选自爆炸物和麻醉药。爆炸物可以例如选自三硝基甲苯(TNT)、二硝基甲苯(DNT)、六氢-1，3，5-三硝基-1，3，5-三嗪(RDX)、八氢-1，3，5，7-四硝基-1，3，5，7-四嗪(HMX)、季戊四醇四硝酸酯(PETN)和硝化甘油(NG)，麻醉药可以例如选自可卡因、海洛因、苯异丙胺、脱氧麻黄碱、大麻酚、四氢大麻酚(THC)和亚甲二氧基-N-甲基苯异丙胺(Ecstacy)。
本发明还可以使用这样的池，其含有两个或多个具有电极的晶体或具有两个或多个电极对的晶体，从而提供具有两个或多个分开的微量天平的池，其可以用于特定检测多于两种不同的分析物。
本发明还可以使用这样的池，其含有两个或多个用于检测至少一个相应第二结合对应分析物的相互作用对的不同第一成员的涂层，例如如果仅仅需要检测许多分析物中的任何一种。当同时筛选多种分析物例如几种麻醉药或爆炸物中的任何一种时，这是特别有用的。当涂层被分成两个或多个不同的小块时也是如此，这些小块各自包括不同的相互作用对的暴露的第一成员。
本发明的再一个方面涉及一种用于单独操作的压电晶体微量天平的一次性压电晶体微量天平流动池，包括密封室外壳，具有外部流体和用于与外部溶液流体形成界面的电连接装置，电源和电子控制装置，所述流动池与传感器系统的连接站是可分离式连接，所述电子控制装置是设计用于检测振动的压电传感器晶体在所述外壳中对所述晶体质量改变产生的振动特性的偏差，例如串联电容、Q值和共振频率，所述传感器晶体包括第一表面和相对的第二表面，各自具有相应的金属电极用于使所述晶体振动，和具有一对接触小块，用于将所述电极与所述连接站经由所述连接器装置进行电连接，在所述第一表面上的电极表面是具有涂层的金属表面；和分隔装置，用于将在池中的具有涂层的室在流体方面与所述接触小块分开，所述流体室是用于与所述连接站经由所述连接器装置的连接部分进行流体连通。
传感器晶体上的质量变化将通常取决于在传感器晶体的一面或两面上的涂层的组成。
根据所希望的要发生和要检测的反应，在传感器晶体上的涂层被预先选择并在本发明的流动池中提供。除了传感器晶体上的涂层之外，可以在流动池中提供额外的涂层和/或反应组分和/或稳定剂和/或辅助组分，它们根据每种特定的需要和/或客户的要求来选择。
在传感器晶体上的可检测的质量变化例如是在与传感器晶体的金属表面上的涂层连接的相互作用对的第一成员和在流体中存在的相互作用对的第二成员之间的相互作用结果。
流体分隔的室可以包含与金属表面上的涂层分开的相互作用对的第一成员，用于在使用之前用第一成员活化涂层。这可以提高流动池在干燥状态的储存期和分析分析物的灵敏性。当流动池用于分析物检测时，使溶液通过干燥池，从而从与涂层分开的该位置释放相互作用对的第一成员。第一成员可以储存在流动池的入口管、壁、顶部或分隔室中。第一成员可以处于干态或湿态。游离的第一成员则可逆地活化涂层，这包含第二相互作用成员的化学衍生物，其与第一相互作用成员的亲合性低于与作为相互作用对第二成员的分析物的亲合性，和流动池从而被活化用于检测流体中的特定分析物。
本发明的一个具体实施方案是当涂层暴露时，相互作用对的第一成员与电极有一定距离，和第一成员可逆地与该涂层结合。当相互作用对的第二成员存在于流体中时，第一成员在与第二成员发生相互作用形成相互作用对时被从涂层中置换。该相互作用对从表面上置换出来，然后被电极上的第二涂层吸引和吸收，从而导致电极上可检测的质量增加，这通过频率和Q值检测。
在本发明目前的优选实施方案中，位于电极之一或两者上的第二涂层是例如能吸引和吸收抗体-抗原复合物的蛋白质。这种蛋白质的例子是蛋白质A和G。
优选的是，相互作用对的第一成员是与涂层可逆结合的抗体，特别是与爆炸物或与麻醉药结合的抗体，其中爆炸物例如选自三硝基甲苯(TNT)、二硝基甲苯(DNT)、六氢-1，3，5-三硝基-1，3，5-三嗪(RDX)、八氢-1，3，5，7-四硝基-1，3，5，7-四嗪(HMX)、季戊四醇四硝酸酯(PETN)和硝化甘油(NG)，麻醉药例如选自可卡因、海洛因、苯异丙胺、脱氧麻黄碱、大麻酚、四氢大麻酚(THC)和亚甲二氧基-N-甲基苯异丙胺(Ecstacy)。
压电晶体上的涂层可以包含两种或多种不同的连接的相互作用对第一成员。通过流动池的该实施方案，对多种分析物例如几种麻醉药或爆炸物的任一种的出现的筛选可以同时进行。当涂层被分成金属电极上的两个或多个分开的小块时也是如此，这些小块各自包含相互作用对第一成员的不同连接的化学改性衍生物。
在目前优选的实施方案中，位于本发明的压电晶体微量天平流动池中的压电晶体电极包含在该晶体一面或两面上的金属表面，其被包含相互作用对的一个成员的涂层涂覆。相互作用对的另一个成员是要在水溶液中检测的分析物。
该表面的金属优选选自金、银、铝、镍、铬和钛。压电电极的晶体是例如常用的石英晶体、氮化铝(AIN)晶体或铌酸钠钾(NKN)晶体。
可以在本发明中检测的相互作用对的例子是阴离子-阳离子、抗体-抗原、受体-配体、酶-底物、低聚核苷酸-具有互补序列的低聚核苷酸、低聚核苷酸-蛋白质、低聚核苷酸-细胞，和肽核酸(PNA)低聚物-多核苷酸，其中多核苷酸可以选自RNA、DNA和PNA聚合物，其与PNA低聚物互补。
在暴露于流体中的分析物时，压电晶体的金属表面上的涂层将与分析物相互作用，通过结合分析物或相互作用对而增加涂层的质量，或者通过从涂层中置换第一相互作用对应物而降低涂层的质量。这种在电极的涂覆金属表面上的质量变化通过压电晶体微量天平传感器检测，表明分析物在流体中的存在。
本发明还使用这样的含有电极的流动池，该电极具有两个或多个不同的相互作用对第一成员，用于检测相应第二成员分析物的至少一个。这些电极还可以仅仅包含一个第一相互作用成员，以确保仅仅检测感兴趣的一种分析物。
下面通过附图、描述或优选实施方案和实施例说明本发明，但应该理解的是本发明不限于其中的具体细节。
附图简述
图1a是根据本发明的处于试液插入状态的传感器系统的示意图；图1b是根据本发明的处于试液流动状态的改进传感器系统的示意图；图2是本发明使用的传感器池的连接表面的示意图；图3是与图2相对的传感器池表面的示意图；图4是图2所示上半池的内部平面图；图5是本发明使用的传感器晶体的平面图；图6是部分沿着图2的平面6的部分示意图；图7是另一个显示本发明使用的传感器晶体的视图；图8是根据本发明的连接站的平面图；图9是接收一组池的图8连接站的平面图；图10是显示两个串联连接的传感器池的单独响应的图；和图11是另一个显示两个串联连接的传感器池的单独响应的图。
图12、13、14和15各自显示从本发明的多重压电晶体微量天平设备得到的各自读数，其中串联连接的传感器池显示四个相对于可能存在的MDMA(Ecstasy)、海洛因、苯异丙胺和可卡因的各自响应图。相对的频率变化[Hz]对于时间[s]作图。
优选实施方案的描述压电晶体流动池10的优选实施方案是一次性池，适用于本发明中的压电晶体微量天平，显示在图2和3中。池10具有外壳12，其可以从由塑料材料制成的一对注塑半模14、16组装。半模14、16被永久密封。
该池不需要具有所示的正方形或有角的形状，但是可以合适地采取其它形状，例如圆形或椭圆形(未显示)。此外，该池不需要是一次性的，或在本发明中永久密封。
外壳12的后表面20具有中心连接部分24，用于连接电源和检测装置，即电源和检测电器130，和后面描述的连接溶液流动单元70(图1a)。外壳的前表面22优选具有确认商标或标签23。
连接部分24具有一对电连接口26和28，与后表面20在一起，和一对流体连接口30和32，从后表面20突出出来。池10的连接口26、28、30和32适用于相应的当池10插入套时在连接站100上每个池接收器或连接套118(图8)的具有互补形状的连接口122、124、126、128的操作。
在图2和4显示的实施方案中，电连接口26和28包括在池半模14中的通孔。连接口26、28进入外壳12的池半模14中的密闭空腔38，与要在后面描述的传感器晶体50的相应连接块58、64成直线排列，在空腔38中接收。当池10与站100或101是可分离式连接时，位于连接口26、28内的电接触针114、116(图6)与相应的接触块58、64接触，并经由连接站100或101与电源和检测电器130进行电连接。向外突出的针114、116可以永久固定在连接站100上，如图1a所示，或固定在池10上，如图2中的虚线所示。针114、116还可以轴向通过弹簧安装在能安全接触小块58、64的方向上。其它固定与小块58、64的电接触的装置也是可以的。例如，接口26、28可以具有常规的阴性传导套(未显示)，从而当半模14、16组装时与小块接触。但是，在优选实施方案中，接触针114、116可以容易地互换，以便消除由于电接触表面的磨损而导致的性能下降。
在图2、4和6所示的实施方案中，流体连接口30和32也包括在池半模14中的通孔。连接口30和32进入外壳12的池半模14中密闭的、小体积(几微升)的圆形室34。传感器晶体50的中心部分、空腔38的对面壁36和置于其间的O环密封68确定了室34。室34从而与空腔38流体分离，防止溶液和试液达到接触小块58、64。这种安排使得溶液经由连接口30、32按照图6中箭头所示的方向流过室34。
传感器晶体50(图7)是压电共振晶体52，例如高Q值10MHz石英晶体，在其对面54和60上沉积了相应的电极56和62。通过相应的导电通路57、63，每个电极56、62与位于晶体52的共用表面54上的相应接触块58、64电连接。
通过对电极56、62施加AC电压，晶体50将以剪切式波在特定共振频率下振动。晶体的共振频率取决于晶体材料(例如AT-切割石英)、其厚度、晶体表面涂层(电极和化学涂层)、周围的介质粘度、电磁干扰、静电干扰以及温度和压力。检测的原则是从所有上述参数上稳定晶体的振动，除了化学涂层之外，因为化学涂层可以然后通过封闭在电源和检测电器130中的共振特性而在相对意义上监控。
在图6的实施方案中，支持板40支持在空腔38中的晶体50的对面60。为了使晶体50尽可能自由地在室34中振动，支持板40具有周边或边缘42，限定了与室34相对的中空空间44。在优选的实施方案中，另一个周边或边缘43径向向外延伸到晶体50的边缘，以通过在晶体对面60上的支持而消除来自接触针114、116的机械应力。支持可以或者限制到与接触针114、116相对的部分(未显示)。在特定应用中，为了改进晶体的共振性能，分离的空间44可以用粘性流体填充。同时合适地确定尺寸，这种池10的封闭设计将在机械上限定在晶体50上施加的夹持压力，从而消除在传感器之间由于操作者依赖性引起的性能变化。
面向室34的电极56被涂层66涂覆。通常，涂层66用于完全与可能在试液83中存在的匹配的特定化学或分析物发生化学或生物相互作用，导致晶体质量的轻微变化，即增加或降低。在另一个实施方案中，在室34中的对面壁36被补充的或成对的涂层46涂覆，以便补充作为二元体系的一员的涂层66，从而当暴露于溶液75中时活化池10。在另一个实施方案中，电极66被至少一层额外的涂层67涂覆(图6)，进而任选还可以具有在室34中的补充分离涂层(未显示)。通过这种多重或成对涂层的选择性安排，单个池10将能检测多于一种的特定化学品。
质量的变化将略微改变晶体50的振动特性，例如共振频率，这通过在电源和检测电器130中的计算机评估过程来检测。
在操作中，当一个或多个池10的每一个插入连接站100的连接套118时(图1a和图8)，与电源和检测电器130电连接的晶体50在其共振频率振动。同时，试液的插入，即在细校正管中溶液75体积之间捕获的一定体积的实验水溶液，从流动站70流过连接站100，进入每个池10中的室34。溶液75可以是与试液83相同的水溶液，具有将试液等分部分83输送到池10的功能。
因此，如果在溶液83中存在任何与池室34中的一层或多层涂层匹配的分析物，这些涂层将与分析物相互作用，这通过电源和检测电器130检测并转变成信号用于其它目的。
如图8所示，连接站100由连接板112构成，其具有多个连接接收器或套118，以容纳相应数目的池10。每个套118可以作为板前端中的凹处成型，和可以具有切口120，以与池10的口18匹配，从而防止池10插入套118时的不正确定向。
如图1a所示，在优选实施方案中，连接站100的套118与流动单元70进行多次串联连接。更准确地说，通向连接站100的入口流动管线98将与在第一套118中的池10的入口32连接，和在插入连接站100的每个连续池10之间的线性片段102将前一个池10的出口30与下一个池10的入口32连接。最后一个池10的出口经由出口管线104与废料储库106连接。为了避免由电导溶液75、83引起的在池10之间的电干扰，流入入口管线98和管线片段102中的溶液75、83可能通过接点导体108进行电接地。为了进一步避免电干扰，包括电磁干扰和静电干扰，单独操作的压电晶体微量天平池10完全被电屏蔽109封闭，例如金属箱，如图3中虚线所示。优选的是，该系统的其它元件也被屏蔽。
为了进一步消除池之间的干扰，电源和检测电器130的驱动电器调节到晶体50的液体或流体侧是基本电势。
在图1b中示意显示了另一个平行流动连接站101，其具有面板113，用于将池10与流动装置平行连接。
虽然连接站100可以具有用于自动关闭通向未使用的套118的流动并将其引向废料储库106的阀门装置，但是在优选实施方案中，所有面板112的套应该插入池10。如果由于任何原因所有套不是要被具有用于检测不同化学品的不同涂层的功能池10填充，则不具有涂层和晶体、但仅仅具有用于通过流体的室和接口(未显示)的假(dummy)池10’(图8)可以用于占据所有未使用的套并将液流引向储库106。
在图9的实施方案中，显示了共用外壳中的多个池10的池11，占据了所有套118，在电极50和/或室壁上具有相互不同的涂层。任选地，在池11中的一个或多个池10还可以按照需要是假池10’。
再回到图1a，流动单元70是由流体分配系统组成，包括细校正管和阀门，其具有小的死空间以处理通常小体积的试液83，该溶液例如通过本发明系统冷凝已蒸发体积的可能含有要检测分析物的空气来获得。管的例子是标准HPLC PEEK或不锈钢管，具有内径0.25mm，以达到可接受的样品分散和不太大的系统内压力损失。
流动单元70被设计和适用于如下操作在图1a和图1b的两个不同位置显示了阀的排列，包括用于将溶液83负载和引入溶液75末端之间的阀86。虽然可以想象其它阀排列能满足所需要的功能，但是在优选实施方案中使用的阀86是CheminertModel C6 Port Switching Valve，由Valco Instruments Co Inc销售。阀排列86如下操作在图1a显示的第一个位置中，阀86允许将溶液83从注射器82经由管线84引入管的回路90，形成试液的插入。在此阶段，阀86将回路90引向废料管线96，直到试液83的注射完成，使得在回路90前部的一部分溶液75被废料储库94接收。
在图1b显示的第二个位置中，阀86将回路90经由管线78与溶液进料装置72连接，该装置包括含有溶液75的储库74和泵76。
非常重要的是，通过池室34的流动具有稳定的流动，有极小的或没有波动，以便不会影响晶体50的振动特性，例如共振频率。所以泵76例如蠕动泵应该具有最小的波动。泵优选是低流速(5-500微升/分钟)、低压泵，输送稳定的流动压力和流速。进料装置72的一个重要元件是脉冲阻尼器80，它稳定了流动和降低了来自泵76的脉冲，以及消除了流动中的气泡。脉冲阻尼器80包括部分填充的密闭容器(体积约是2毫升)，用于聚集一定体积的流动溶液75和可能加压的压缩流体。
在第二个阀位置，试液83现在被捕获在溶液75中。阀86将回路90与管线98连接。通过继续泵76的作用，在回路90中的试液将被引向与板112连接的池的连接站100和室34(图6)，使得在流动中可能存在的分析物将与涂层相互作用。此时，电源和检测电器130也开始所述的检测过程。
流动管线78、90、98可以进一步包括颗粒过滤器，以保证没有溶液75、83中的可能干扰颗粒进入池(10)。
实施例准备分析系统用于置换反应，通过压电晶体的电极上的金属表面涂层，其具有相应的抗原，这些抗原是要检测的分析物抗原的衍生物。每个涂层抗原与抗体的亲合性低于与溶液中分析物抗原的亲合性。涂覆的晶体被插入池外壳，然后进入流动系统。开启泵，并用一半体积的溶液填充脉冲阻尼器。使该系统稳定10-30分钟，直至频率基线具有低于2Hz/分钟的漂移和低于1Hz的噪音水平。
抗要检测物质(分析物)的0.02g/l的抗体(AB)和涂层抗原被注入具有100微升回路的系统中。在其相应的AB注射时观察到晶体的负频率位移50-200Hz(参见图10和11)。当抗体已经负载在金属表面上的含抗原的涂层上时，该系统可以用于检测。将含有两种物质(浓度是10-1000pg/μl)之一的样品经由样品回路注射。从图10和11可见，具有相应抗体的晶体接收了5-50Hz的正频率位移，这取决于注射的浓度。
图10显示了两个串联连接的传感器池的单独响应。池1号是苯异丙胺池，并在含有苯异丙胺但不含TNT的样品上反应，池2号是TNT池，并仅在TNT但不是苯异丙胺存在下反应。
图11对应于图10，但是是相反的。池1号是TNT池，池2号是苯异丙胺池。
在使用基于QCM(石英晶体微量天平)的串联流动池系统的苯异丙胺和TNT检测中的相关数据如下流速100微升/分钟注射体积100微升橡胶垫(O环)Viton 5.8抗原fc1(图11)TNT PAG25抗原fc2(图11)苯异丙胺B002缩写PBS磷酸盐盐水缓冲液pH7.4TNT三硝基甲苯APH苯异丙胺ABTNT具有对于TNT特定性的抗体ABAPH具有对于苯异丙胺特定性的抗体ABTNT和ABAPH的浓度是0.02g/L。TNT和苯异丙胺的浓度由pg/μL表示。运行的缓冲液是PBS pH 7.4。
按照相似的方式，用本发明的具有串联连接的传感器池的多重压电晶体微量天平设备检测各自实验等分部分(注射体积)中MDMA(Ecstasy)、海洛因、苯异丙胺和可卡因的存在。
流速100微升/分钟注射体积50微升相对频率改变[Hz]与时间[s]的结果显示在图12、13、14、15中。
图12是在对MDMA、苯异丙胺、海洛因和可卡因敏感的多重池结构中注射可卡因(10pg/微升)。
图13是在对MDMA、苯异丙胺、海洛因和可卡因敏感的多重池结构中注射苯异丙胺(10pg/微升)。
图14是在对MDMA、苯异丙胺、海洛因和可卡因敏感的多重池结构中注射海洛因(10pg/微升)。
图15是在对MDMA(ecstasy)、苯异丙胺、海洛因和可卡因敏感的多重池结构中注射ecstasy(10pg/微升)。
从图12、13、14和15可见，每个池仅仅与为该池设计的物质(抗原)反应。
权利要求
1.一种用单独操作的压电晶体微量天平的排列检测在试液等分部分(83)中的几种单独分析物的系统，包括连接站(100，101)，用于接收和控制单独特定的压电晶体微量天平流动池(10)的排列，其中每个池(10)含有池室(34)，池室含有至少一个带有两个电极(56，62)的压电晶体(50)和至少一层涂层(66，46)，该涂层将对于单独分析物特定的相互作用对的第一成员暴露于要在试液等分部分(83)中检测的相互作用对的第二成员，其中所述至少一层涂层位于至少一个电极(56，62)上(66)，或当电极(56，62)之一或两者具有与暴露相互作用对的第一成员的涂层不同的涂层(66)时距离所述电极(56，62)有一定距离(46)，流动装置(70)，用于使溶液(75)和试液等分部分(83)经由连接站(100，101)不受干扰地流入和流过每个特定池(10)的池室(34)；以及电源和检测装置(130)，用于在每个池室(34)中使压电晶体(50)发生振动和检测在相互作用对的第一成员和第二成员之间发生相互作用后的晶体(50)振动特性变化，从而通过单独特定的微量天平检测各分析物在试液等分部分(83)中的存在。
2.根据权利要求1的系统，其中单独操作的压电晶体微量天平是互相静电和电磁屏蔽的。
3.根据权利要求1的系统，其中连接站(100)包含连接装置(112)，用于使溶液(75)和试液等分部分(83)流入和流过每个池(10)的池室(34)的串联连接。
4.根据权利要求1的系统，其中连接站(101)包含连接装置(113)，用于使溶液(75)和试液等分部分(83)流入和流过每个池(10)的池室(34)的平行连接。
5.根据权利要求1的系统，其还含有接地装置(108)，用于流入每个池(10)的池室(34)的溶液(75)和试液等分部分(83)的电接地。
6.根据权利要求1的系统，其中连接站(100，101)包括具有池连接接收器(118)的排列的连接板(112，113)，每个接收器(118)包括用于使操作装置与池连接部分(24)配合的接收器连接部分(120)，每个连接器部分包括用于与所述电源和检测装置(130)连通的一对电连接口(126，128)和用于与流动装置(70)连通的一对流体连接口(122，124)。
7.根据权利要求1的系统，其中流动装置(70)含有溶液进料和流动装置(72)，其具有泵(76)，用于使溶液(75)从储库(74)经由流动线(78)和流动阀(86)进料和流入流动线(98，104)，从而使溶液流入和流过每个池室(34)；插入装置(82)，用于将试液等分部分(83)经由流动线(84)、流动阀(86)和流动回路(90)引入流动线(98，104)，从而提供使试液等分部分(83)流入和流过每个池室(34)的流动塞。
8.根据权利要求7的系统，其还包含处于在流动管线(78，90，98)中的泵(76)下游的双功能脉冲阻尼器和脱气器(80)。
9.根据权利要求1的系统，其中相互作用对的第一成员是与涂层(66，46)可逆结合的抗体，相互作用对的第二成员是在试液等分部分(83)中存在的抗原。
10.一种多重压电晶体微量天平设备，其包括连接站(100，101)，用于接收和单独操作压电晶体微量天平的排列，该连接站包括具有池连接接收器(118)排列的连接板(112，113)，每个接收器包括用于将操作装置与每个压电晶体微量天平流动池(10)的池连接器部分(24)配合的接收器连接部分(120)，其中每个接收器连接部分(120)包括用于与所述电源和检测装置(130)连通的一对电连接口(126，128)，所述电源和检测装置(130)用于使携带两个电极(56，62)的压电晶体(50)在一个操作流动池(10)的池室(34)中振动和用于检测压电晶体(50)的振动特性；和用于与流动装置(70)连通的一对流体连接口(122，124)，该流动装置用于使溶液(75)和试液等分部分(83)流入和流过池室(34)。
11.根据权利要求10的多重压电晶体微量天平设备，其中单独操作的压电晶体微量天平是互相静电和电磁屏蔽的。
12.根据权利要求11的多重压电晶体微量天平设备，其中连接站(100)包含连接装置(112)，用于使溶液(75)和试液等分部分(83)流入和流过每个池(10)的池室(34)的串联连接。
13.根据权利要求11的多重压电晶体微量天平设备，其中连接站(101)包含连接装置(113)，用于使溶液(75)和试液等分部分(83)流入和流过每个池(10)的池室(34)的平行连接。
14.根据权利要求11的多重压电晶体微量天平设备，其中该装置还含有接地装置(108)，用于流入每个池(10)的池室(34)的溶液(75)和试液等分部分(83)的电接地。
15.一种在试液等分部分(83)中检测几种单独分析物的方法，包括以下步骤提供连接站(100，101)，其具有单独操作的压电晶体微量天平的排列，其中所述微量天平具有单独特定的压电晶体微量天平流动池(10)，其中每个池(10)在池室(34)中含有至少一个带有两个电极(56，62)的压电晶体(50)和至少一层涂层(66，46)，该涂层将对于单独分析物特定的相互作用对的第一成员暴露于要在试液等分部分(83)中检测的相互作用对的第二成员，其中所述至少一层涂层位于至少一个电极(56，62)上(66)，或当电极(56，62)之一或两者具有与暴露相互作用对的第一成员的涂层不同的涂层(66)时距离所述电极有一定距离(46)，使溶液(75)和试液等分部分(83)经由连接站(100，101)不受干扰地流入和流过每个特定池(10)的池室(34)；在每个池室(34)中使压电晶体(50)单独地发生振动和检测每一晶体(50)的振动特性变化、表明在相互作用对的第一成员和第二成员之间发生相互作用的晶体(50)振动特性变化，从而通过单独特定的微量天平检测各分析物在试液等分部分(83)中的存在。
16.根据权利要求15的方法，其中溶液(75)和试液等分部分(83)向每个单独特定流动池(10)的池室(34)中的流入和流过是通过各室(34)的串联互连来排列。
17.根据权利要求15的方法，其中溶液(75)和试液等分部分(83)向每个单独特定流动池(10)的池室(34)中的流入和流过是通过各室(34)的平行互连来排列。
18.根据权利要求15的方法，其中相互作用对的第一和第二成员是抗体和抗原。
19.根据权利要求15的方法，其中在试液等分部分中的几种单独分析物是选自爆炸物和麻醉药。
20.根据权利要求19的方法，其中爆炸物是选自三硝基甲苯(TNT)、二硝基甲苯(DNT)、六氢-1，3，5-三硝基-1，3，5-三嗪(RDX)、八氢-1，3，5，7-四硝基-1，3，5，7-四嗪(HMX)、季戊四醇四硝酸酯(PETN)和硝化甘油(NG)。
21.根据权利要求19的方法，其中麻醉药是选自可卡因、海洛因、苯异丙胺、脱氧麻黄碱、大麻酚、四氢大麻酚(THC)和亚甲二氧基-N-甲基苯异丙胺(Ecstacy)。
22.一种用于单独操作的压电晶体微量天平(112)的一次性压电晶体微量天平流动池(10)，包括密封室外壳(12)，具有外部流体和用于与外部溶液流体形成界面的电连接装置(24)，电源和电子控制装置(70，130)，所述流动池(10)与传感器系统的连接站(100，101)是可分离式连接，所述电子控制装置是设计用于检测振动的压电传感器晶体(50)在所述外壳(12)中对所述晶体质量改变产生的振动特性的偏差，所述传感器晶体(50)包括第一表面和相对的第二表面，各自具有相应的金属电极(56，62)用于使所述传感器晶体(50)振动，和具有一对接触小块(58，64)，用于将所述电极(56，62)与所述连接站(100，101)经由所述连接器装置(24)进行电连接，在所述第一表面上的电极(56)的金属表面是具有涂层(66)的金属表面；和分隔装置(68)，用于将在池中的具有涂层(66)的室(34)在流体方面与所述接触小块(58，64)分开，所述流体室(34)是用于与所述连接站(100，101)经由所述连接器装置(24)的连接部分(30，32)进行流体连通。
23.根据权利要求22的流动池，其中晶体的质量变化是在与传感器晶体(50)的金属表面上的涂层(66)连接的相互作用对的第一成员和在流体中存在的相互作用对的第二成员之间的相互作用结果。
24.根据权利要求22的流动池，其中流体分隔的室(34)包含与金属表面上的涂层(66)分开的相互作用对的第一成员(38)，用于在使用之前用第一成员活化涂层。
25.根据权利要求22的流动池，其中与电极(56，62)(其中之一含有涂层(66))之间的一定距离具有将相互作用对的第一成员暴露的另一涂层(46)，和第一成员可逆地与该涂层(46)在溶液中结合，和在使用中，相互作用对的第二成员存在于流体中，第一成员在与第二成员发生相互作用形成相互作用对时被从涂层(46)中置换，然后被电极上的涂层(66)吸引和吸收，从而导致电极上可检测的质量增加。
26.根据权利要求23或24的流动池，其中相互作用对的第一成员是与涂层(66)可逆结合的抗体。
27.根据权利要求26的流动池，其中所述抗体是与爆炸物或与麻醉药特异性地结合的抗体。
28.根据权利要求27的流动池，其中爆炸物是选自三硝基甲苯(TNT)、二硝基甲苯(DNT)、六氢-1，3，5-三硝基-1，3，5-三嗪(RDX)、八氢-1，3，5，7-四硝基-1，3，5，7-四嗪(HMX)、季戊四醇四硝酸酯(PETN)和硝化甘油(NG)。
29.根据权利要求27的流动池，其中麻醉药是选自可卡因、海洛因、苯异丙胺、脱氧麻黄碱、大麻酚、四氢大麻酚(THC)和亚甲二氧基-N-甲基苯异丙胺(Ecstacy)。
30.根据权利要求22-29任一项的流动池，其中涂层包含两种或多种不同的连接的相互作用对第一成员。
31.根据权利要求22-29任一项的流动池，其中涂层被分成两个或多个分开的小块，这些小块各自包含不同连接的相互作用对第一成员。
32.根据权利要求22-31任一项的流动池，其中所述连接器装置(24)适用于与连接站(100)的连接器部分(120)配合。
33.根据权利要求22-32任一项的流动池，还包含支持装置(42，43)，用于支持所述晶体(50)的第二表面(60)。
34.根据权利要求22-33任一项的流动池，还包含封闭所述池(10)的电子屏蔽(109)。
全文摘要
本发明涉及一种用单独操作的压电晶体微量天平的排列检测在试液等分部分(83)中的几种单独分析物的系统。该系统包括连接站(100)，用于接收多个单独特定的压电晶体微量天平流动池(10)，其中每个池(10)含有带有电极(56，62)的压电晶体(50)和涂层(66，46)，该涂层将对于单独分析物特定的相互作用对的第一成员暴露于相互作用对的第二成员。流动装置(70)使溶液(75)和试液等分部分(83)经由连接站(100)流入和流过每个特定池(10)的池室。电源和检测装置(130)使压电晶体(50)发生振动。检测在相互作用对的第一成员和第二成员之间发生相互作用后的晶体(50)的振动特性变化，从而检测单独分析物的存在。此外，还涉及用于单独操作的压电晶体微量天平的排列(112)的一次性流动池(10)。
文档编号G01N29/036GK1675531SQ03819828
公开日2005年9月28日 申请日期2003年6月18日 优先权日2002年6月19日
发明者P·曼松, H·安德松, J·史密斯, K·延森, T·阿斯特鲁普 申请人:瑞典生物传感器应用股份公司