专利名称：微孔组件及使用该微孔组件分析样品的方法
技术领域：
一般而言，本发明涉及微板，尤其涉及一种具有可替换孔插入件的微孔组件(microwell assembly)。更具体地说，本发明涉及一种被构成为具有可减小各孔(well)之间光串扰的可替换孔的微孔组件。
背景技术：
工业界和学术界都在大范围地进行生物化学系统试验。用于大通过量样品检测(例如，免疫学和核酸测试)的设备是市场上可买到的并被广泛使用。这种设备的公知部件是微板，其包括支撑孔阵列的基底或基板。因为微板比较容易处理并且成本低，所以经常将它们用于疾病诊断和药物发现。例如，在药品工业中，微板是一种用于药品筛选的基本工具；利用它可同时对大量的样品化合物进行快速而有效的检测。每一微板包括很多孔，每个孔包含微量的待测化合物和测试试剂。通过研究化合物和试剂的相互作用产生的效果，可以确定化合物相对于特定的目标生物系统或疾病的潜在值和效果。
现有的微板通常包括多个由聚合材料形成的单独的孔。每个孔具有在大致为平面的基底上延伸的圆柱形侧壁和限定出底部的基板，使得等分样品可放置并容纳在各孔中。各孔可以相对紧密邻近地布置成矩形阵列或矩阵，因此可独立地或成组地或以某些相关的方式对样品进行研究。虽然也可使用可能包括几百或甚至几千个孔的阵列的更大的微板，微板的常规尺寸包括8×12矩阵(96孔)和16×24(384孔)。
现有的微板的基底形成板体并限定了孔结构。基底和底部或者是明亮的(clear)或者是不透明(opaque)的。带有不透明底部的微板用于光反射模式，带有明亮底部的微板一般用于传输测量。带有明亮底部和不透明(例如白的或黑的)基底的微板广泛用于分析化学发光、生物发光、荧光和吸收反应。例如，包括发光化学反应(化学发光，“CL”)、发光生物反应(生物发光，“BL”)和电子感生发光的发光反应具有不同范围的分析和生物应用。发光检测的优点包括由于光子计数和酶放大方面的当前技术导致的非常高的灵敏度，而且检测不需要外部激发光源。“CL”和“BL”方法的测定极限已达到微微微摩尔(atto-moles)的灵敏度，这意味着通过高灵敏度的光子计数光子倍增管甚至可测定少量的发光光子。通常从微孔的底部以非常靠近的方式测定发光信号，因为由化学反应产生的光子是不相干的和发散的。遗憾的是，若微板的底部是透光的板，即使其为薄板，孔中的不相干的随机的光子也会通过底板材料传播到邻近的微孔中。虽然通常的串扰的数量级为10-4，但是这仍然意味着在微孔中每产生107个光子，就会有1000个光子泄漏到相邻的孔中。光串扰成为测定少量分析物时的一个非常严峻的问题，其通常可产生100-100,000个光子的量级。
例如，参考图1和图2，传统的微板100包括基底105，其具有多个孔102。每个孔102一般具有在基本平面的基板106的分离件之上延伸的圆柱形侧壁104，该基板限定出孔102的底部108。基底105由不透明塑料制成而基板106由明亮塑料制成，它们被接合在一起。为此目的，可使用超声波接合或热接合。这种传统板的问题在于明亮基板106即使通常厚度为0.1-1.0mm的基板仍然会使光子从一个孔泄漏到周围的孔中。
如以下专利中示例出的那样，已有人在减小微板中的光串扰方面进行了一些尝试。
授权于Knebel等人的美国专利No.6,503,456号公开了一种微板，其具有至少一个框架部分和至少一个分配给该框架部分的基部部分，所述至少一个框架部分具有至少384个单元，所述至少一个基部部分形成为膜或薄膜，基部部分形成各单元的基部，各单元的基部形成为膜或薄膜，其厚度至多为500μm。
授权于Ireland等人的美国专利No.6,051，191号公开了一种微板，其提供了不连续的、分离的样品孔阵列，其中每个样品孔包括第一聚合物成分的孔，该孔具有侧壁和基部并位于第二聚合物成分的基体(matrix)中，每个侧壁具有第一和第二相对布置的端部，所述基体环绕每个所述孔的侧壁并且延伸超过每个所述孔的侧壁的第一和第二端部，所述基体至少留下一部分基底不被环绕，第二聚合物成分是不透明的，每个孔被热接合到第二聚合物成分的基体上，从而形成整合结构。
授权于Szlosek等人的美国专利No.5,759,494号披露了一种微板以减小样品检测期间的光串扰。该方法包括步骤将透光材料板插入包括其形状被确定成可形成多个孔侧壁的区段的膜腔中；将熔化的不透光材料注入膜腔；冷却不透光材料以形成微板，该微板的多个孔的每个孔的侧壁由不透光材料形成，多个孔的每个孔的底壁由透光材料板形成。
为了试图减小微板中的光串扰，所有上面提到的专利公开的都是比较复杂的整体式结构和相关的制造方法。制造和使用这些被授予专利权的微板结构并不实用。
迄今为止，为了保持低生产成本，仍推荐利用单一材料通过注模制造微板。常见的微板材料是为其光学特性所选取的聚合物，例如聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙稀(PVC)、聚丙烯等。对于具有明亮底部和不透明壁的微板，必需使用两构件材料，例如白色或黑色基底用于框架，明亮底板作为光窗。对于这类微板，必须将两构件的材料接合在一起。然而，接合工艺降低了生产率并且显著增加了制造成本，其制造成本可高达单种材料微板制造成本的4-10倍。当在研究例如药物发现期间通常进行的一系列研究中使用大量板时，成本差异变得更加重要。
成本增加的另一因素在于一次性消耗品。微板通常仅使用一次，然后丢弃。至今，所有的底部明亮的发光板具有96(8×12)孔或384(16×24)孔。由于所述板具有固定的容量，即同时进行96或384个试验，所以仅需进行少量测试时不太经济。
响应此问题，供应商们生产了8孔微带。这种8孔微带由单种材料制成，因此可较便宜地制造它们。但是，8孔微带或者全部是明亮的或者全部不透明。它们不适用于发光；换句话说，明亮微带面对的问题是光串扰，而不透明微带不能用于底部的光测读数。因此，目前的8孔微带或者用于反射模式的光检测或者利用准直的光束用于吸收测定。
Evergreen Scientific和其他公司推向市场的8孔条带的特点是在每个孔上具有隆起的边缘以使交叉污染最小。这些孔可以具有平的底部、圆“U”形底部、圆锥“V”形底部、用于膜连接的开口底格式、和“C”形底部，所述“C”形底部具有小的倒角/圆角并且具有大的平底。这种条带保持在保持器或搁置架{例如，具有方形洞(hole)}上以便包装和运输。但没有将搁置架或保持器设计成具有可避免各孔之间光串扰的任何结构。例如，孔带仅插入到具有中空下层结构的保持器或搁置架的打孔的顶面中。框架和条带的组合不适用于化学发光检测应用。
因此，人们期望具有一种能以方便和便宜的方式减小光串扰地进行检测的微板结构，而且这种微板可克服现有微板的所述缺点。
正如本说明书中全面阐述的那样，此处引用的所有出版物都作为参考文件被整合于本说明书中。
发明内容
本发明涉及一种新的微孔组件结构，其通过提供可支撑孔插入件的盘来减小孔之间的光串扰，其中盘具有不透光的壁以便光学隔离插入件的孔。
在本发明的一方面中，盘具有圆柱形腔阵列，每个腔具有不透光(optically opaque)的圆柱形壁和开口的基部。孔插入件具有一些孔，这些孔具有透光(optically clear)的底部(例如，平底部或其他几何形状的底部)。将圆柱形腔的尺寸确定成可容纳孔插入件，使孔的底部延伸成不超过腔的圆柱形壁。在一实施方式中，孔插入件的整体结构由相同的材料例如明亮的聚合物廉价地制成。
盘可配置为8×12阵列的或16×24阵列的腔，其具有与现有技术中应用的微板的整体尺寸标准相一致的底座(footprint)。盘可以重复使用，而孔插入件是一次性的。用户可根据需要将一定数量的插入件组装到盘中，当需要进行大量试验时，尤其可大大节省费用。这种微孔组件可应用于各种实验室装置(例如，机器人系统)以便进行试验和检测。
在一实施方式中，孔插入件可以配置为多孔条带(multi-well strip)的形式，该多孔条带包括间距与标准微板的孔间间距一致的一些孔。
为了更全面地理解本发明的范围和本质以及使用的优选方式，下面结合附图进行详细说明。在以下的附图中，相同的附图标记表示所有附图的相同或相似的部分。
图1是传统的明亮底部微板的透视图；图2是传统的明亮底部微板的俯视图；图3是本发明一实施方式中用来保持多孔条带的盘的透视图；图4是本发明一实施方式的孔插入件的透视图；图5A的透视图示出了孔插入件与盘的组件；
图5B是该多孔组件结构的透视图；图6是沿图5B中线6-6剖切的剖视图。
具体实施例方式
本说明书由实现本发明最佳构想的模式组成。本说明书的目的是为了图示说明本发明的一般原理，而不应认为具有限制的意思。本发明的范围由所附权利要求最佳地确定。
为了图示说明本发明的原理又使其不受限制，下文通过参考矩形微孔组件结构对本发明进行描述，该微孔组件结构具有与标准微板相一致的底座和孔间间距以及配置为多孔条带形式的孔插入件。例如，微板的标准底座长约5.03英寸(127.76mm)、宽约3.365英寸(85.47mm)。板的高度约为0.565英寸。圆孔的直径对于96孔来说大约为0.276英寸(7.00mm)，对于384孔来说大约为0.138英寸(3.50mm)。在孔阵列的两个正交方向上孔与孔的中心间距对于96孔来说大约为0.354英寸，对于384孔来说大约为0.177英寸。然而，应该理解的是，本发明同样可适用于所有其他几何形状的微孔组件，可将这些微孔组件配置成包括任何数量的孔插入件，孔插入件可具有任何数量、任何间距的孔，这些都没有超出本发明的范围和构思。
在图3所示的本发明一实施方式中，条带保持盘200的构造由基底或板205(例如，大约7.5cm×12.5cm的平面区域，和大约1.25cm的厚度)而定。在该具体实施方式
中，板205一般呈平面状，具有均匀的厚度，其设有8×12阵列的九十六个圆柱形垂直通洞202。每个洞202具有正交于板平面的轴线。洞202由不透光的常规圆柱形侧壁204(例如，洞具有圆形或其他几何形状的横截面)限定。盘可以由不透明的聚合物材料制成，例如由白色或黑色的聚氨酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙稀(PVC)、聚丙烯、丙烯酸类、或玻璃或石英材料、或如铝之类的金属材料制成。为了降低制造成本，优选由聚合物材料制成，因为它们易于注模。或者，洞202的侧壁可用不透光的材料敷覆。
互补的孔插入件的形状可以是如图4所示结构的多孔条带300。多孔条带300包括主体，该主体包括多个由圆柱形壁304限定的孔302，各孔302通过薄的带状物310(例如，对于8孔条带来说，1mm厚，7.5mm宽)连接，从而形成整体的多孔条带结构。每个孔302具有透明的底部308。为了降低制造成本，多孔条带300可以全部由相同的透明材料制成。例如，孔302(包括圆柱形的壁304和底部308)和带状物310由透光的聚合物材料(例如，聚氨酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙稀(PVC)、聚丙烯、丙烯酸类)或玻璃或石英材料注模而成。可供选择的是，虽然较昂贵，但是多孔条带也可以由玻璃材料、石英材料或其他透明材料制成。在本具体实施方式
中，多孔条带300具有8孔。
应将多孔条带300的孔302的配置、间距、外部尺寸和形状以及盘200的板205中的洞202的配置、间距、厚度和形状选择成使得孔302可配合在盘200的板205中的洞202内。圆柱形洞204的直径略大于孔304的外径，因此孔304可容纳在洞204中并具有微小的间隙(例如0.1mm)，并且多孔条带300的带状物310由盘200的板205的上表面支撑。图5A示出了多孔条带300插入盘200的板205中的情况。图5B示出了多孔条带300由盘200支撑的情况。另外，可将多孔条带300的圆柱形壁304的长度和盘200的板205的厚度选择成使得每一孔302的底部308不突出于盘200的板205的底面(即，底部308从板205的圆柱形壁204的底部208凹入例如0.1mm或更多)。因此，除了孔302的通过带状物310连接的开口区域处的薄区域之外，多孔条带300中的孔完全由板205的不透明壁204环绕。图6是被支撑的多孔条带300和盘200的剖视图。
如图所示，多孔条带300和盘200的组合形成了微孔组件400。微孔组件400设置有这样的孔，即该孔具有透光的底部窗口308，这些窗口由盘200的板205的不透光壁204光学隔离。借助于从盘200的不透明圆柱形壁204的底部使孔302的底部308凹陷，孔之间的光串扰可显著减小。基本上没有光子在各孔的底部308之间泄漏。各孔302之间仅在带状物310处连接。然而，带状物310处于孔302的顶部开口处，因为光测读数在孔302的底部附近进行，所以光子通过带状物310的任何泄漏效果相对较小。为了进一步减小从孔经由带状物到孔的光串扰，可横跨各孔之间的带状物设置挡光屏障结构(例如沟槽切口)，或者可在带状物(如图4中示意性示出的阴影区域)中包括不透光颜色(例如黑色)或材料。在图示的实施方式中，所示出的带状物310的宽度均匀。当然，在各孔之间使用宽度变窄的带状物也落入本发明的范围内。带状物310可以呈刚性或柔性。
虽然图5和6示出了单个多孔条带300与盘200的组件，也可通过盘200支撑多个多孔条带300。在盘200的图示实施方式中，通过盘200可支撑多达12个多孔条带300。可配置相同尺寸或不同尺寸的盘来支撑具有相同或不同数量的孔、或较小或较大尺寸的孔的附加多孔条带。另外，盘200可支撑具有数量较少的孔(例如，4孔，或甚至单孔插入件)或数量较多的孔(例如，12孔)的多孔条带。
在使用过程中，用户可根据试验的需要或测试的数量将任意数量的孔或任意数量的多孔条带组装到条带保持盘200中。试验之后，条带保持盘200可重复使用。仅有的消耗品是价廉的多孔条带。
根据以上描述，现在可以理解的是，明亮底部微板对于化学发光检测而言是有效的，可通过将如多孔条带之类的透光孔插入件插入不透光的条带保持盘中而高效率地对其进行组装，其中保持盘可防止光串扰，因而可克服现有微板结构的缺点。虽然前述讨论是以检测发光信号进行说明的，但是本发明一般可应用于通过其他仪器例如分光计、传感器和其他医学的和非医学装置来监测光学信号。
虽然借助于对一些实施方式的描述而对本发明进行了说明，显然，本领域技术人员在不超出本发明范围和构思的前提下可作出各种变型和改进。例如，插入件中的孔的透光底部可以具有不同的配置，例如平底、V形底、U形底、倒角底等。此外，盘可以具有厚度不均匀的板，例如板可带有洞的阵列，每个洞由延伸到孔插入件中的孔的底部之外的圆柱形壁限定，但是在其他情况下可具有中空的底部。若盘具有厚板结构以容纳深孔，这种中空底部结构比较理想。另外或可选择的是，板的顶面除了圆柱形洞处之外可设置有中空结构。再者，盘中所有的孔在同一盘中不一定都具有相同的尺寸。可将有些洞配置得较小或较大，以容纳较小或较大尺寸的互补的孔。互补的孔插入件可包括不同尺寸的孔。因此，可以理解，本发明的范围不应被具体示出的实施方式限制，而仅由所附权利要求的保护范围限定。
权利要求
1.一种微孔组件，包括盘，其包括具有平面阵列的洞的板，每个洞由不透光的圆柱形壁限定；和由所述盘支撑的孔插入件，该孔插入件包括主体，该主体限定出至少一个具有透光的底部的圆柱形孔，其中，每个洞的尺寸和形状被确定成可容纳所述孔，并且当孔插入件被所述盘支撑时，所述洞的圆柱形壁延伸超过孔的底部，借此减小孔底部之间的光串扰。
2.如权利要求1所述的微孔组件，其中，所述孔具有透光的圆柱形壁。
3.如权利要求2所述的微孔组件，其中，所述孔插入件的主体全部由透光材料制成。
4.如权利要求1所述的微孔组件，其中，所述孔插入件的主体由聚氨酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙稀(PVC)、聚丙烯、丙烯酸类中的至少一种制成。
5.如权利要求4所述的微孔组件，其中，所述孔插入件的主体限定出1、8和12孔中的至少一种。
6.如权利要求5所述的微孔组件，其中，每一孔具有2至10mm的内径。
7.如权利要求1所述的微孔组件，其中，所述孔插入件的主体限定出多个孔，而所述盘被构造成容纳所述多个孔。
8.如权利要求7所述的微孔组件，其中，所述孔插入件的主体包括在所述孔的开口处连接所述多个孔的带状物。
9.如权利要求8所述的微孔组件，其中，所述孔插入件的主体全部由透光材料制成。
10.如权利要求9所述的微孔组件，其中，所述带状物包括在相邻孔之间的挡光屏障结构和不透光颜色或材料中的至少一种。
11.如权利要求1所述的微孔组件，其中，所述板具有均匀厚度。
12.如权利要求11所述的微孔组件，其中，所述板全部由不透光材料制成。
13.如权利要求12所述的微孔组件，其中，所述板由不透明的白色或黑色聚合物制成。
14.如权利要求1所述的微孔组件，其中，所述板具有一般与标准微板相一致的整体形状和尺寸。
15.如权利要求14所述的微孔组件，其中，所述标准微板包括具有8×12阵列孔的96孔微板和具有16×24阵列孔的384孔微板中的至少一种。
16.如权利要求1所述的微孔组件，其中，当所述孔插入件被所述盘支撑时，所述洞的圆柱形壁延伸超过所述孔的底部至少0.1mm。
17.一种分析样品的方法，包括提供如权利要求1所述的微孔组件；进行样品检测；和经由所述孔的明亮底部分析样品。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述样品采用化学发光、生物发光、电致发光和荧光分析中的至少一种进行分析。
全文摘要
本发明公开了一种微孔组件，其包括支撑孔插入件的盘。盘具有圆柱形腔阵列，每个腔具有不透光的圆柱形壁和开口的基部。孔插入件具有孔，孔具有透光的底部(例如，平底或其他几何形状的底部)。圆柱形腔的尺寸被确定成可容纳孔插入件，使得孔的底部延伸成不超过腔的圆柱形壁。所述孔由盘的不透明壁光学隔离。在一实施方式中，孔插入件的全部结构由相同的材料例如透明的聚合物制成。盘可以重复使用，而孔插入件是一次性的。在一实施方式中，可将孔插入件配置为多孔条带的形式，该多孔条带包括间距与标准微板的孔间间距相一致的孔。本发明还公开了使用该微孔组件分析样品的方法。利用本发明既可减小光串扰，又可降低制造成本。
文档编号G01N21/00GK101046440SQ20071000812
公开日2007年10月3日 申请日期2007年1月26日 优先权日2006年3月30日
发明者何重人, 周余聪 申请人:麦克斯韦尔传感器有限公司