专利名称：用于生成生物学试验阵列的方法和点样机装置的用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种点样机装置，其用于通过向基质上沉积生物流体的阵列而生成生物学试验阵列。本发明还涉及所述装置在生物学试验阵列的生成中的用途。本发明还涉及一种生物学试验阵列的生成方法。本发明还涉及一种生物学试验阵列。
背景技术：
在生物学试验测定中采用基质上的生物流体的阵列(例如)分析人的血液或组织样本，以确定是否存在某种细菌、病毒或真菌。所述阵列由针对预定指示因子具有选择性结合能力的样点构成，所述指示因子例如是属
于特定细菌、病毒或真菌的蛋白质、DNA或RNA序列。通过设置针对不同因子具有不同的特异性的样点，可以采用所述阵列同时测定不同的因子。例如，可以通过对试验样本进行荧光标记来可视化是否存在指示因子，其将使得在特异性因子所附着的样点上产生可检测的荧光。采用这样的阵列将实现在单次运行中针对大量指示某种细菌、病毒和/或真菌的因子对样本进行高吞吐量筛选。
通过施加含有特异性指示因子的生物流体将样点点样到诸如膜的基质上。例如，适当的生物流体可以是含有特异性DNA序列或抗体的溶液。往往通过被特别设计为在基质上沉积生物流体的点样装置完成所述点样，而且通常为所述阵列中包含的每种不同生物流体设置不同的点样头。但是这样的点样头倾向于产生故障，从而因(例如)在基质上漏掉阵列中的样点，或者因未含有预定量的生物流体的样点而导致不可靠的试验。由于无法检测到漏掉的样点，因而即使在通过所述漏掉的样点所确定的因子实际存在于样本中的情况下也将导致阴性结果。生物流体的量不足的样点可能导致针对该样点的检出水平较低，其可能导致表示试验样本中的特异性因子的水平低于实际水平的错误结果，或者在检出水平落到预定阈值水平以下的情况下导致阴性结果，我们将其称为假阴性结果。
发明内容
本发明的目的在于提供更为可靠的生物学试验阵列。
本发明提供了一种用于通过向基质上沉积生物流体的阵列而生成生物学试验阵列的点样机装置，所述装置包括至少一个点样头，所述点样头设
有至少一个用于向所述基质上沉积生物流体的微滴的主喷嘴；用于使所述
点样头相对于所述基质定位的定位机构；用于检测通过所述主喷嘴进行的所述沉积中的缺陷的检测机构；以及连接至所述检测机构和所述定位机构的控制机构，并且
其中，对于分配给特定生物流体的每个主喷嘴而言，所述点样机装置包括至少一个分配给同一种特定生物流体的副喷嘴，并且
其中，将所述控制机构编程为，如果通过所述检测机构检测到在通过所述第一喷嘴进行的沉积中存在预定缺陷，则采用第二喷嘴。这样的点样机装置能够生成具有更少的缺陷的生物学试验阵列。而且，借助这样的装置，能够实现更高的生成速率，并且在喷嘴出现故障的情况下减少更换点样头所浪费的时间，因而点样机装置将即时记录这样的缺陷，并采用所述副喷嘴克服所述缺陷。另一个节省时间的因素是，生成之后的质量控制所耗费的时间更少，因而所述改进的点样机将确保误点样的生物学试验阵列的数量降至最低。所述点样头和喷嘴尤其适于沉积生物流体。术语生物流体涵盖了含有诸如DNA序列或抗体的生物结合物质的流体，所述生物结合物质用于在基质上特异性地结合样本中的某些生物分子。点样机头可以具有多个喷嘴。有利地，为每种特定种类的生物流体设置一个专用的点样机头。但是，有可能将不同的生物流体引导至同一点样机头上的不同喷嘴。将所述定位机构设计为移动和传送一个或多个点样头和域基质，从而将特定喷嘴定位到基质上的精确位置上，由此将生物流体的微滴准确地沉积到预期位置上。通常是移动点样头或者移动基质，但是也可以设想既移动点样头又移动基质的系统。用于检测所述主喷嘴进行的沉积中的缺陷的检测机构可以是以点样过程的任何物理特征为基础的。所述控制机构往往包括连接至所述检测机构和所述定位机构的微处理器，并且含有用于在基质上生成预定的生物流体阵列的必要信息，尤其是所述喷嘴和所述基质的位置。 通过所述控制机构监测每个喷嘴的位置和将要从特定的生物流体点样机头 沉积样点的确切位置。将副喷嘴或备用喷嘴分配给与主喷嘴之一相同的特 定生物流体。因而，在不停止生成过程并更换第一喷嘴的情况下，所述副 喷嘴可以校正任何检测到的由所述主喷嘴产生的故障或错误。
所述主喷嘴和至少一个副喷嘴优选位于同一点样头上。因而，要想从 主喷嘴切换至副喷嘴，仅需要使同一点样头相对于所述基质做出相对小的 重新定位。这样做也有助于提高生成速度。
在另一优选实施例中，所述主喷嘴和至少一个副喷嘴位于不同的点样 头上。这样的布局实现了在使副喷嘴实施生成过程的同时更加容易地维护 或更换主喷嘴所处的点样头。因而，将生成过程的中断降至了最低水平。
最优选的情况是，至少一个副喷嘴与主喷嘴位于同一点样头上，并且 至少一个副喷嘴位于至少一个不同的点样头上。因而，这种方案将同时满 足上述优点从主喷嘴切换至副喷嘴只需使点样头相对于基质进行小幅度 的重新定位，同时还能够在保证对作业流程造成的中断最小的情况下进行 喷嘴的更换或维护。
所述装置优选包括多个点样头。多个点样头实现了最佳作业流程。每 一点样头可以包括用于不同生物流体的喷嘴。但是，优选将每一点样头分 配给单种生物流体。这样能够实现更加简单的构造，并使点样头的更换更 加容易。
所述装置优选包括多个副喷嘴。多个副喷嘴允许在对一个或多个喷嘴 进行维护或更换的时候继续生成过程。因而，能够将停机时间降至最低。
在优选实施例，所述装置包括按照阵列集合到一起的多个点样头，其 中，所述阵列包括至少一个用于待施加每种不同生物流体的喷嘴。在必须 点样大量不同流体的情况下，可以按照多个阵列布置各组点样头。每一点 样头阵列形成独立操作的单元。
所述装置优选包括多个等同的阵列。这样的点样头阵列是可以相互交 换的，因而能够实现灵活的作业方法。
在优选实施例中，所述检测机构包括光学传感器。光学传感器是灵敏 可靠的。光学传感器优选适于量化在基质上沉积的生物流体的量。因而，可以确定某一样点内所缺少的生物流体的量并且接下来将由副喷嘴添加从 而达到预定量。所述装置可以包括针对相同或不同检测方法设置的多个光 学传感器。可以将光学传感器与诸如声学传感器的其他检测机构相结合。
在另一优选实施例中，所述检测机构包括声学传感器。所述声学传感 器适于确定由喷嘴沉积的生物流体的量。可以将声学传感器与诸如光学传 感器的其他检测机构相结合。
有利地，所述检测机构适于测量喷嘴的声学或光学特征，并且其中， 将所述控制机构编程为通过比较喷嘴的测量特征和喷嘴的预定特征进行缺 陷判断。因而，能够容易地检测到主喷嘴是否发生故障，从而激活副喷嘴。 所述检测机构和所述控制机构优选适于根据(例如)生物流体的沉积量和 测量特征之间的预定关系来量化由喷嘴沉积的生物流体的量。在所述检测 机构的优选实施例中，使背光位于诸如膜的光学透明基质的下面。在通过 第一喷嘴在基质上沉积生物流体的微滴时，可以在短时间段内，根据可以 通过照相机量化的与所述膜的光学对比而检测到这一微滴。将在基质上所 检测到的样点与所编程的预定图案进行比较。如果遗漏了样点或者样点在 所沉积的生物流体的量方面不足，则激活第二喷嘴，以校正这些误差。误 差的检测还可以触发对发生故障的第一喷嘴的清洁或停用。
同样有利地，所述检测机构适于测量基质的声学或光学特征，并且其 中，将所述控制机构编程为通过比较基质的测量特征和基质的预定特征进 行缺陷判断。
所述检测机构和所述控制机构优选适于根据(例如)生物流体的沉积 量和测量特征之间的预定关系来量化由喷嘴沉积的生物流体的量。
在优选实施例中，所述检测机构包括用于对由主喷嘴在基质上的预定 位置沉积的生物流体的量进行确定的量化机'构，其中，将所述控制机构编 程为使所述副喷嘴沉积额外量的同一种生物流体，从而得到与将要在基质 上沉积的生物流体的预定总量相等的总沉积量。因而，最终的沉积量等于 预定的生物流体量。由此将得到更高质量的最终产品，并减少因缺陷而报 废的产品。例如，所述量化机构可以包括根据所要量化的生物流体的类型 而确定荧光性、光吸收、光散射或其他光学特性的光学传感器。
本发明还涉及根据本发明的装置在生物学试验阵列的生成中的用途，所述生物学试验阵列包括具有沉积于其上的多种生物流体的基质。通过这 样的机器所生成的生物学试验阵列含有缺陷的可能性更低，因此更为可靠。 此外，采用这样的装置的生成速度更快，并且更加经济有效，因为所述装 置不太倾向于通过停机来进行喷嘴和/或点样头的维护或更换。
本发明还涉及一种采用根据前述权利要求中的任何一项所述的点样机 装置通过向基质上沉积多种生物流体而生成生物学试验阵列的方法，其包 括如下过程步骤相对于基质定位点样头；通过主喷嘴向基质上沉积生物 流体的微滴；检测由主喷嘴进行的沉积中的缺陷；以及接下来在检测到由 第一喷嘴沉积的生物流体的量存在缺陷的情况下通过副喷嘴进行沉积。
本发明还涉及一种可以通过根据本发明的方法获得的生物学试验阵 列，所述生物学试验阵列包括具有沉积于其上的多种生物流体的基质。通 过这样的机器所生成的生物学试验阵列含有缺陷的可能性更低，因此更为 可靠。在生成中沉积于基质上的生物流体未必一定是最终产品中的流体。 实际上，在最终产品中，基质上的生物流体样点可能为(例如)固态样点 或凝胶样点。典型地，生物学试验阵列包括100-1000个样点，但是也可以 采用更大的量。典型地，每一样点最多代表通过喷嘴沉积的1纳升的生物 流体。所述样点的直径通常介于10到500|mi之间，优选介于50到200pm 之间，阵列图案内的样点之间的距离通常为10-500nm，优选为75-400pm。 可以通过应用喷墨技术而实现生物流体的沉积。优选采用多孔膜作为基质。
优选存在分配给每种不同生物流体的至少一个喷嘴，从而向基质施加 不同的样点。更优选地，每种类型的生物流体具有至少一个专用点样头。 在根据本发明的装置的优选实施例中，将至少2个点样头分配给单一种类 的生物流体。例如，所述基质可以是多孔膜。
本发明还包括具有根据本发明的生物学试验阵列的生物学试验套件。 除了所述生物学试验阵列，所述套件还可以包括荧光标签、缓冲溶液和其 他用于样品制备的工具。
现在，将通过下面非限制性实例阐述本发明。 图1示出了一种生物学试验阵列；
9图2a和2b示出了根据本发明的方法的实施例；
图3示出了根据本发明的装置；
图4示出了根据本发明的另一点样机装置。
具体实施例方式
图1示出了包括沉积于圆形膜(22)上的样点(21)的生物学试验阵 列(20)，所述圆形膜直径约为6mm，并覆盖有按照预定图案点样的包括 43种不同生物流体的128个样点(21)的图案。对所述样点(21)编号， 每一编号代表独特的基因序列或者含有参考材料。注意，在多个互相远离 的位置上所述基因序列以一式多份(duplicate)的方式存在于所述阵列中。 将所述膜(22)匹配到支承结构(23)上。由于这只是一个示例，因而样 点的数量可以发生变化，而且往往比这大得多，具体取决于基因序列的数 量和所采用的份数。将所述膜(22)连同所述支承结构(支持架)(23)放 置到盒(cartridge) (24)内。在所述盒(24)内，使含有针对不同细菌的 DNA的不同基因序列特征的血样与包括所述样点(21)阵列的膜(22)接 触。不同的DNA类型(基因序列)附着至所点样的不同的捕获样点。在该 图中，使不同的样点可视化。编号1到18代表9个不同病原体和9个抗性。 为了实现测量的可靠性，将相同的生物选择捕获材料点样到四个不同的样 点上。在这些象限(25)中的每个内，具有相同编号的样点具有不同的相 邻样点，从而避免了因来自相邻样点(21)的过度曝露而检测不到强度较 低的样点(21)。针对膜(22)上的强度校准分布，点样强度校准样点(R1-R10) 以及位于所述膜的四个角上的四个样点(D)。还点样了 PCR对照样点(Pl， P2 )，从而借助PCR验证适当的DNA扩增。
图2a和2b示出了用于采用不同的生物流体对基质(32)进行点样的 多个多喷嘴点样头(31)的点样机头固定板(30)的构造。例如，每一生 物流体可以含有诸如图1所示的DNA序列。为了清晰起见，只示出了 10 个点样头(31)，每一点样头具有6个喷嘴(33)，所述点样头包括分配给5 种不同的生物流体的喷嘴。用于每种生物流体的喷嘴存在于2个不同的点 样头31上。但是，不难想象，单个点样头(31)也可以含有分配给不同生 物流体的喷嘴(33)。采用4x4阵列的样点(34)来点样所述膜(32)。要想生成具有更多的不同类型的生物流体的生物学试验阵列，需要对应的更
大数量的点样头31。采用箭头X示出了点样方向，其中沿垂直于点样方向 X的Y方向按行布置所述样点。
在针对每种流体并行地(分组重复排列地(unison)或者一前一后重复 排列地(tandem))采用两个点样头时，点样过程的可靠性将得到极大提高。 在图2a和图2b中示出了这一思路。在图2a中，通过这样一种方式对点样 头(31)分组，即使得在最开始的五个具有五种不同流体的点样头(31) 经过之后，跟随着下一组类似的点样头(31)。图2b示出了填充有相同流 体的点样头(31)彼此相邻布置的布局。控制点样操作的软件将确切地记 录不同点样头在点样头固定板上所处的位置。在开始所述点样过程之前， 对所有的喷嘴(33)进行光学检验，并记录其声学指纹，以将其作为正确 运行的参考特征。在连续点样的过程中，将实际压力记录与所述声学和/或 光学指纹进行比较。就在喷嘴的记录偏离了其指纹预定阈值时，控制所述 全部点样操作的软件停止该喷嘴(31)，并使所需量的流体通过含有相同流 体的点样头的对应的副喷嘴(31)沉积。因而，这些点样头和喷嘴的布局 提供了在使副喷嘴承担主喷嘴的任务的同时修理和维护主喷嘴的可能性， 因而能够实现更高的生成速度和縮短的装置停机时间。例如，喷嘴(31) 的维护可以包括对喷嘴板的清洗和/或清洁。而且，提高了所生成的样点阵 列的质量，从而减少了 (例如，具有遗漏样点或误点样样点的)缺陷产品， 减少了浪费。
图3示出了安装有2个膜(41)的点样机装置(40)，所述膜是向线性 阵列点样头(43、 44)的组件(42)提供多个基质(41)的长条托盘的部 分。通过本领域已知的检测机构对所述点样头(43， 44)的动作进行光学 和/或声学监测。在喷嘴(45)发生故障时，通过一定机制使所述点样头(43) 沿Y方向发生移动，从而使一组新的喷嘴(46)实施动作。该图示出了使 点样过程中所需的喷嘴的数量加倍的点样头，因而对于每一工作喷嘴(45) 存在一个备用喷嘴(46)。可以提高基质上的行数和点样头的喷嘴数量，以 提供更大的灵活性和更高的抗故障水平。
图4示出了根据本发明布置了两组点样机头(50， 51)的点样机装置。 第一组点样头(50)已经在基质(52)上点样了样点。光学检测机构(未示出)相对于本应点样出的预定图案检测出了两个缺陷(53)。接下来，第 二组点样头(51)通过施加新的样点(54)校正漏掉的样点(53)，从而使 所述基质(55)具有正确的预定图案。
对于本领域技术人员而言，可以从本发明直接推导出所示的非限制性 实例的很多变型和组合。
权利要求
1、一种用于通过向基质(22，32，52，55)上沉积生物流体的阵列而生成生物学试验阵列(20)的点样机装置(40)，所述装置包括-至少一个点样头(31，43，44)，所述点样头设有至少一个用于向所述基质(22，32，52，55)上沉积生物流体的微滴的主喷嘴(33，45)，-用于相对于所述基质(22，32，52，55)定位所述点样头(31，43，44)的定位机构，-用于检测通过所述主喷嘴(33，45)进行的所述沉积中的缺陷的检测机构，以及-连接至所述检测机构和所述定位机构的控制机构，其中，对于分配给特定生物流体的每个主喷嘴(33，45)而言，所述点样机装置(40)包括至少一个分配给同一种特定流体的副喷嘴(33，46)，并且其中，将所述控制机构编程为，如果通过所述检测机构检测到在通过所述第一喷嘴(33，45)进行的所述沉积中存在预定缺陷，则采用所述副喷嘴(33，46)。
2、 根据权利要求1所述的点样机装置(40)，其特征在于，所述主喷 嘴(33， 45)和至少一个副喷嘴(33， 46)位于同一点样头(31， 43， 44) 上。
3、 根据权利要求1或2所述的点样机装置(40)，其特征在于，所述 主喷嘴(33， 45)和至少一个副喷嘴(33， 46)位于不同的点样头(31， 43， 44)上。
4、 根据前述权利要求中的任何一项所述的点样机装置(40)，其特征 在于，至少一个副喷嘴(33， 46)与所述主喷嘴(33， 45)位于同一点样 头(31， 43， 44)上，并且至少一个副喷嘴(33， 46)位于至少一个不同 的点样头(31， 43， 44)上。
5、 根据前述权利要求中的任何一项所述的点样机装置(40)，其特征 在于，所述点样机装置(40)包括多个点样头(31， 43， 44)。
6、 根据前述权利要求中的任何一项所述的点样机装置(40)，其特征 在于，所述点样机装置(40)包括多个副喷嘴(33， 46)。
7、 根据前述权利要求中的任何一项所述的点样机装置(40)，其特征 在于，所述点样机装置(40)包括集合到一起成为阵列(42， 50， 51)的 多个点样头(31， 43， 44)，其中，所述阵列(42， 50， 51)包括至少一个 用于所要施加的每种不同生物流体的喷嘴(33， 45， 46)。
8、 根据权利要求8所述的点样机装置(40)，其特征在于，所述点样 机装置(40)包括多个等同的阵列(42， 50， 51)。
9、 根据前述权利要求中的任何一项所述的点样机装置(40)，其特征 在于，所述检测机构包括光学传感器。
10、 根据前述权利要求中的任何一项所述的点样机装置(40)，其特征 在于，所述检测机构包括声学传感器。
11、 根据前述权利要求中的任何一项所述的点样机装置(40)，其特征 在于，所述检测机构适于测量所述喷嘴(33， 45， 46)的声学或光学特征， 并且其中，将所述控制机构编程为通过比较所述喷嘴(33， 45， 46)的测 量特征和所述喷嘴(33， 45， 46)的预定特征而进行缺陷(53)判断。
12、 根据前述权利要求中的任何一项所述的点样机装置(40)，其特征 在于，所述检测机构适于测量所述基质(22， 32， 52， 55)的声学或光学 特征，并且其中，将所述控制机构编程为通过比较所述基质(22， 32， 52, 55)的测量特征和所述基质(22， 32， 52， 55)的预定特征而进行缺陷(53)判断。
13、 根据前述权利要求中的任何一项所述的点样机装置(40)，其特征 在于，所述检测机构包括用于对所述主喷嘴在所述基质(22， 32， 52， 55) 的预定位置上沉积的生物流体(53， 54)的量进行确定的量化机构，其中， 将所述控制机构编程为使所述副喷嘴(33， 46)沉积额外量的同一种生物 流体，从而得到与将要在所述基质(22， 32， 52， 55)上沉积的生物流体 的预定总量相等的总沉积量。
14、 根据前述权利要求中的任何一项所述的点样机装置(40)在生物 学试验阵列的生成中的用途，其中，所述生物学试验阵列包括具有沉积于 其上的多种生物流体的基质(22， 32)。
15、 一种用于通过向基质(22， 32)上沉积多种生物流体而生成生物 学试验阵列的方法，所述方法采用了根据前述权利要求中的任何一项所述 的点样机装置(40)，所述方法包括以下步骤-相对于所述基质(22， 32， 52， 55)定位点样头(31， 43， 44)， -通过主喷嘴(33， 45)将生物流体的微滴沉积到所述基质(22， 32， 52， 55)上，-检测通过所述主喷嘴(33， 45)进行的所述沉积中的缺陷，接下来， 如果检测到所述第一喷嘴(33， 45)沉积的生物流体的量存在缺陷，那么 通过副喷嘴(33， 46)进行沉积。
16、 可以通过根据权利要求15所述的方法获得的、包括具有沉积于其 上的多种生物流体的基质(22， 32， 52， 55)的生物学试验阵列。
17、 包括根据权利要求16所述的生物学试验阵列的生物学试验套件。
全文摘要
本发明涉及一种点样机装置，其用于通过向基质上沉积生物流体的阵列而生成生物学试验阵列。本发明还涉及所述装置在生物学试验阵列的生成中的用途。本发明还涉及一种生物学试验阵列的生成方法。本发明还涉及一种生物学试验阵列。根据本发明的方法具有抗故障能力，并且能够得到具有更高质量的生物学试验阵列。
文档编号G01N35/10GK101484810SQ200780025371
公开日2009年7月15日 申请日期2007年7月3日 优先权日2006年7月5日
发明者A·派里克, A·科列斯尼琴科, H·R·施塔伯特, J·F·迪克斯曼, R·G·F·A·费尔贝克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司