专利名称：制备滴定系列的制作方法
制备滴定系列
背景技术：
当在液体中进行物质(例如药物或其他化学品)的测试时，不同剂量的试剂被转 移到容器中。通常希望执行其中剂量的量显著变化(例如，超过五到八个数量级)的测试。由于直接提供小试剂剂量的量到容器的精确度限制，通常添加试剂剂量到容器， 然后在一系列稀释步骤中将所得试剂连续稀释到附加的容器中，直到获得一系列需要的试 剂浓度。这样的连续稀释可能很慢，容易出错而且浪费。希望提供一种无需使用连续稀释而将小试剂剂量直接引入容器的方法。
图1是依照本发明实施例的配量系统的简化的方框图。图2是示出关于依照本发明实施例的图1中所示的配量系统内的流体喷射设备的 附加细节的简化的方框图。图3、图4和图5示出依照本发明实施例的流体喷射设备上的喷嘴的各种布置。图6是描述依照本发明的实施例的将试剂配量到容器中的流程图。
具体实施例方式图1是配量系统10的简化方框图。配量系统10包括例如控制器32，其能够经由 接口单元30接收来自计算机系统或某个其他装置的输入31。接口单元30有利于传输数据 和命令信号到控制器32以用于配量的目的。为了至少暂时性地存储数据，配量系统10包括存储器单元34。例如，存储器单元 34被分成促进配量操作的多个存储区域。存储区域包括数据存储区域44和驱动器例程46。数据区域44存储数据文件，该数据文件限定要被放置到容器托盘35上的容器33 内的剂量量。驱动器例程46包含控制配量过程的例程。驱动器例程46包括例如控制容器 定位机构以在准备配量的过程中移动容器托盘35的例程。驱动器例程46还可以包括例如 控制托架机构38的例程，托架机构38使流体喷射设备托架单元在各个容器上移动。例如， 单个流体喷射设备托架可以用于运输许多流体喷射设备。例如，用于试剂剂量的试剂是比 如试验药物样品之类的样品。可选地，试剂可以是另一化学品，其在容器中与样品组合。在 这种情况下，试剂可以是例如在聚合酶链式反应中用于复制DNA特定区域的DNA引物，其在 容器中与样品组合。在操作中，配量系统10对命令做出响应，以将试剂剂量放置到容器33中。控制器32将激发(firing)数据转发到图1中以流体喷射设备40表示的一个或 多个流体喷射设备。例如，流体喷射设备40是热喷墨打印头或某个其他能够喷射流体的实 体，例如多喷嘴液滴发生器或薄膜压电-MEMS喷墨打印设备。发送给流体喷射设备40的激 发数据用于控制与流体喷射设备40的喷嘴关联的流体喷射元件。这在图1中由从喷嘴41 喷射试剂42来表示。例如，如图2所示，脉冲发生器12使用激发数据产生脉冲，该脉冲控制与位于流体喷射设备40上的喷嘴13关联的试剂喷射元件(REE) 23。脉冲发生器12可以位于流体喷射设备40上，或远离流体喷射设备40，这取决于本发明的特定实施例。在图2所示的示例中， 控制电子设备11向脉冲发生器12提供流体喷射设备激发数据，该数据包括设定脉冲重复 频率的信息和表示将哪些脉冲转发到试剂喷射元件23的信息。例如，控制电子设备11被 包括在控制器32中。转发到试剂喷射元件23的脉冲作为应用到试剂喷射元件23内的加 热器26的当前脉冲而被转发。加热器26例如是电阻器。通过加热器26的当前脉冲提供 热能，所述热能使室27中的试剂汽化或部分汽化，并作为试剂微滴15从喷嘴13喷出。在 激发循环之间，用来自试剂储存器14的试剂重新填充室27。脉冲发生器16也使用控制器32产生的流体喷射设备激发数据来产生控制与喷嘴 17关联的试剂喷射加热元件(REE) 24的脉冲。控制电子设备11向脉冲发生器16提供流 体喷射设备激发数据，该数据设定脉冲重复频率并表示哪些脉冲要被转发到试剂喷射元件 24。转发到试剂喷射元件24的脉冲作为应用到试剂喷射元件24内的电阻器的当前脉冲而 被转发。转发到试剂喷射元件24的脉冲作为应用到试剂喷射元件24内的加热器28的当前 脉冲而被转发。例如，加热器28是电阻器。通过加热器28的当前脉冲提供热能，所述热能 使室29中的试剂汽化或部分汽化，并作为试剂微滴19从喷嘴17喷出。在激发循环之间， 用来自试剂储存器14的试剂重新填充室29。例如，喷嘴15、喷嘴17和试剂储存器14都位于流体喷射设备40上。喷嘴15和喷 嘴17是示例性的，因为每个流体喷射设备可以具有许多喷嘴。例如，图3、图4和图5示出流体喷射设备上喷嘴的各种布置。图3中，十六个喷嘴 51布置在流体喷射设备50上。例如，流体喷射设备50由1. 3毫米(mm) X2. 5mm的管芯实 现。本领域技术人员可以理解，每流体喷射设备的喷嘴数量和流体喷射设备的尺寸将根据 希望的设计约束而变化。例如，每个喷嘴51的直径为30微米，以允许喷射约10微微升(pL)的微滴，除喷 嘴直径之外这取决于很多参数，例如室尺寸、喷射能量、试剂沸腾温度以及试剂粘度等等。图4中，四个较小的喷嘴56和四个较大的喷嘴57被如图所示布置在流体喷射设 备55上。例如，流体喷射设备55由1. 3毫米(mm) X 2. 5mm的管芯实现。例如，每个喷嘴 56的直径为30微米，以允许喷射约10微微升(pL)的微滴，这取决于除喷嘴直径之外的很 多参数，如前面所讨论的。例如，每个喷嘴57的直径为50微米，以允许喷射约100微微升 (PL)的微滴，这取决于除喷嘴直径之外的很多参数，如前面讨论过的。图5中，四个较小的喷嘴63、四个中等大小的喷嘴62和四个较大的喷嘴61被如图 所示布置在流体喷射设备60上。例如，流体喷射设备60由1. 3mmX 2. 5mm的管芯实现。例 如，每个喷嘴63的直径为约3微米，以允许喷射约0. 06pL的微滴，这取决于除喷嘴直径之 外的很多参数，如前面讨论过的。例如，每个喷嘴62的直径为30微米，以允许喷射约IOpL 的微滴，这取决于除喷嘴直径之外的很多参数，如前面讨论过的。例如，每个喷嘴61的直径 为50微米，以允许喷射约100微微升(pL)的微滴，这取决于除喷嘴直径之外的很多参数， 如前面讨论过的。图6是描述将试剂配量到容器中的流程图。在方框71中，选择特定类型的试剂。 例如，试剂是已经以10毫摩尔的浓度溶解在DMSO溶剂中的试验药物化合物，或其他任何类 型的要被配量的试剂。基于要进行的测试类型和用于测试的被分析物(assay)类型来选择试剂类型。另一个例子是实验药物效力的剂量_反应分析，该药物反应以抑制分子疾病目 标的被分析物。这里，典型地从10毫摩尔的浓度到一系列愈加稀释的浓度(例如从100微 摩尔一直到1纳摩尔)来滴定试验药物。在方框72中，限定测试的细节。例如，要测试的稀释范围被确定。还限定要使用 的容器数量以及每个容器中被分析物的体积和类型被确定。例如，典型的测试要求将这些 容器配量到跨越6个数量级(六十)的十二个不同的试剂浓度，其中试剂浓度之间的间距 为半个数量级(五)。通常一式三份地进行测试，使得对于每个试剂浓度配量三个容器，从 而每次测试需要配量三十六个容器。例如，如果在容器中放置试剂以在容器中生成被分析物之后，被分析物的最高试 剂浓度为1X10_4摩，则典型测试可能附加地需要具有以下试剂浓度的被分析物1X10_4 摩，3 X 1(T5 摩，1 X 1(T5 摩，3 X 1(T6 摩，1 X 10—摩，3 X 10"摩，1 X 10"摩，3 X 1(T8 摩，1 X 1(T8 摩，3 X 10_9摩，1 X 10_9摩以及3 X 10_1(1摩。上述测试是包括从3 X 10_1Q摩直到1 X 10_4摩的 以五个浓度在六个数量级上的十二个点处均勻间隔开的浓度的滴定系列。如果特定测试需 要比单个流体喷射设备能实现的更大的剂量范围，则可以使用第二流体喷射设备，将预稀 释的试剂装载到该第二流体喷射设备中。预稀释试剂的这种使用允许将更小浓度的试剂置 于容器中。虽然典型测试可以使用一式三份的十二个不同的剂量，且所得剂量浓度以五分 开，但是本领域普通技术人员可以理解，测试参数可以根据希望的测试准则而广泛变化。冗 余量、剂量数量和特定剂量浓度可以根据正在执行的特定研究而变化。均勻间隔的滴定系列通常用于测试；然而，特定测试可能需要在浓度范围 (concentration decades)上非均勻间隔的滴定系列。例如，使用者可能具有在整个滴定范 围上执行的化验的预期结果的一些先验知识。例如，使用者可能预期被分析物在约IX 10_8 摩的剂量时变得被给定抑制剂抑制，并且可能因此希望在例如以下浓度处配量1X10_5 摩，1X1(T6 摩，3X1(T7 摩，1X1(T7 摩，5X10_8 摩，3X1(T8 摩，2X1(T8 摩，1X1(T8 摩，5X10_9 摩，3X 10_9摩，IX 10_9摩，7 X 10,摩以及3X 10,摩。该不均勻分布的滴定系列提供了滴 定系列上被分析物信息的最佳反馈，同时节省了在例如3X10—6摩的化验结果可能不那么 有用的剂量处进行化验的努力和投资。在方框73中，流体喷射设备的总装载体积被确定。这个任选的方框用于防止试剂 浪费。例如，试剂储存器(比如图2所示的试剂储存器14)足够大以容纳充足的试剂来提 供典型测试所需的三十六个试剂剂量。通过对执行所有配量所需的试剂量求和并且然后包 括再多一些的量以保证试剂储存器中的试剂量将多于足以进行测试所需的量，来确定总装 载体积。如果特定测试需要比单个流体喷射设备的试剂储存器所能包含的还要多的试剂， 多个流体喷射设备或单个流体喷射设备的多次装载将被用于该测试。对于试剂的高效使用 并不重要的那些情况，总装载体积的计算可以被消除。在这种情况下，试剂储存器可以被填 充和利用且多余试剂可以简单地被丢弃。在方框74中，确定的装载体积量的试剂被装载到流体喷射设备的试剂储存器中。 例如使用微型移液器或针(Pin)来完成上述装载。流体喷射设备可能需要将最小量(e. g. 1 微升)的试剂置入试剂储存器中以正确操作。另外，试剂储存器将具有制造商选定的最大 容量。这通常基于预计所要进行的测试的容量来选择。此时，容器托盘将被装载到配量系统中以准备接收各剂量的试剂。在方框75中，试剂剂量从流体喷射设备喷射到容器中。这通过将一个或多个流体 喷射设备定位到每个容器之上且激发流体喷射设备的一个或多个喷嘴直到正确剂量体积 的试剂已经被转移到容器中来完成。最小配量增量是单个液滴。按照上面给出的示例，最 小配量增量可以小到0. 06微微升。需要转移到每个容器中的液滴的数量(D)取决于容器中所需的试剂浓度(R。)、容 器中被分析物的体积(va)、每个液滴的体积(VD)和每个液滴中试剂的浓度(De)，其按下述 的公式1计算公式1D = Rc*Va/ (Vd*Dc)通过使用由喷嘴大小和前面讨论过的其他参数控制的不同大小的液滴可以增加 多用性。剂量大小由最小液滴大小来限制。例如，对于图5中所示的喷嘴布置，O.OlpL的液 滴大小是可能的。图5所示的喷嘴布置还具有能够产生体积为100pL的液滴的四个喷嘴。 配量时间(dose time)由该液滴大小或多个液滴大小以及由具有该大小或多个大小的液滴 的数目来限制。例如，当流体喷射设备从10个喷嘴以每喷嘴约50，000赫兹的激发频率激 发100pL微滴时，在约0. 1秒内能达到5微升的剂量体积。例如，最小液滴大小为5微微升 实现了最小剂量大小，并且另外最大液滴大小为10微微升在大部分情况下能够将配量时 间减半。在方框76中，附加的稀释剂可以被分发到容器中。这种用附加稀释剂稀释被分析 物可以在将试剂放置到容器中之前或之后进行，或根本无需进行，这取决于特定测试的要 求。在大部分情况下，使用流体喷射设备来提供试剂将允许产生滴定系列，而无需使用任何 附加稀释剂或中间稀释容器。流体喷射设备将试剂直接提供到容器中，在容器中其与其他 试剂组合而形成被分析物。在方框76中，禁止流体喷射设备分发附加的试剂。例如，通过丢弃或毁坏流体喷 射设备来禁止流体喷射设备。这样做例如是为了防止未来的污染。这个步骤可以是任选的， 这取决于所执行的测试，使用的试剂和测试协议。在方框77中，试剂的配量完成。前述的讨论公开并描述的仅仅是示例性的方法和实施例。如熟悉本领域的技术人 员所理解的，该公开的主题可以以其他具体形式实现而不背离其精神或特征。因此，本公开 旨在说明而不是限制在以下权利要求中所阐述的本发明的范围。
权利要求
一种制备滴定系列的方法，包括将试剂装载到流体喷射设备内的试剂储存器中；和将试剂从该流体喷射设备喷射到多个容器中，使得从该流体喷射设备喷射到所述多个容器中的第一容器中的试剂量是从该流体喷射设备喷射到所述多个容器中的第二容器中的试剂量的至少10,000倍。
2.如权利要求1所述的方法，其中喷射试剂包括将试剂从试剂储存器转移到流体喷射设备的室中；和汽化该室内的一部分试剂，使得该室内的试剂从该室通过喷嘴喷射到容器中。
3.如权利要求1所述的方法，其中喷射试剂包括以大于5000赫兹的激发频率从流体喷射设备的喷嘴喷射液滴。
4.如权利要求1所述的方法，其中喷射试剂包括从流体喷射设备喷射试剂液滴，该液滴具有小于100微微升的体积。
5.如权利要求1所述的方法，其中喷射试剂包括从流体喷射设备的多个喷嘴喷射液滴。
6.如权利要求1所述的方法，其中喷射试剂包括从流体喷射设备的多个喷嘴喷射液滴，使得从所述多个喷嘴中的第一喷嘴喷射的第一 液滴的体积是从所述多个喷嘴中的第二喷嘴喷射的第二液滴的体积的至少两倍。
7.如权利要求1所述的方法，还包括禁止流体喷射设备喷射附加的试剂。
8.如权利要求1所述的方法，其中从流体喷射设备喷射试剂包括将试剂分布到所述多 个容器中，使得滴定在浓度范围上是不均勻间隔的。
9.如权利要求1所述的方法，进一步包括添加一定体积的稀释剂到容器中，以将喷射 到所述多个容器中的试剂稀释到希望的浓度。
10.如权利要求1所述的方法，其中喷射试剂包括从流体喷射设备喷射试剂液滴，该液滴具有小于5微微升的体积。
11.如权利要求1所述的方法，其中该试剂是试验药物试剂。
12.权利要求1所述的方法，还包括添加第二试剂到所述多个容器中，并测量所得试剂混合物。
13.如权利要求1所述的方法，还包括添加至少一种其他试剂到所述多个容器中，并且测量所得试剂混合物以生成数据来推 断该试剂和该至少一种其他试剂的关系。
14.一种用于制备滴定系列的配量系统，包括流体喷射设备，该流体喷射设备包括用于容纳试剂的试剂储存器，和多个喷嘴，该喷嘴被布置为给所述流体喷射设备提供通过所述喷嘴喷射试剂到多个容 器中的能力，以使得从该流体喷射设备喷射到所述多个容器中的第一容器中的试剂量是从 该流体喷射设备喷射到所述多个容器中的第二容器中的试剂量的至少10，000倍。
15.如权利要求14所述的配量系统，其中所述多个喷嘴包括具有至少两种不同直径的 喷嘴。
16.如权利要求14所述的配量系统，其中所述多个喷嘴包括具有至少三种不同直径的 喷嘴。
17.如权利要求14所述的配量系统，还包括相对于流体喷射设备定位容器使得通过 第一喷嘴喷射的试剂进入该容器的机构。
18.如权利要求17所述的配量系统，其中该机构还相对于流体喷射设备定位附加的容 器使得通过第一喷嘴喷射的试剂进入该附加的容器。
19.如权利要求14所述的配量系统，其中所述多个喷嘴中的每一个喷嘴与接收来自试 剂储存器的试剂的多个室中的室相关联，并与多个加热器中的加热器相关联，其中流体喷 射设备通过使用加热器汽化室中的一部分试剂使得该室中的试剂通过相关的喷嘴从该室 喷射出去来喷射试剂。
20.一种制作配量系统的方法，包括提供流体喷射设备，使得该流体喷射设备包括用于容纳试剂的试剂储存器；和在该流体喷射设备上提供多个喷嘴，使得该喷嘴被布置为给该流体喷射设备提供通过 所述多个喷嘴喷射试剂到多个容器中的能力，以使得从该流体喷射设备喷射到所述多个容 器中的第一容器中的试剂量是从该流体喷射设备喷射到所述多个容器中的第二容器中的 试剂量的至少10，000倍。
21.如权利要求20所述的方法，其中流体喷射设备被布置为允许以大于5000赫兹的激 发频率从所述多个喷嘴喷射液滴。
22.如权利要求20所述的方法，其中流体喷射设备被布置为使得从所述多个喷嘴中的 第一喷嘴喷射的第一液滴的体积是从所述多个喷嘴中的第二喷嘴喷射的第二液滴的体积 的至少两倍。
23.一种用于制备滴定系列的配量系统，包括用于喷射流体的装置，其包含用于接收和容纳试剂的装置，和用于喷射试剂液滴的装置，用于喷射试剂液滴的装置被布置为提供通过喷嘴喷射试剂 到多个容器中的能力，使得从该配量系统喷射到所述多个容器中的第一容器中的试剂量是 由该配量系统喷射到所述多个容器中的第二容器中的试剂量的至少10，000倍。
24.如权利要求23所述的配量系统，其中用于喷射试剂液滴的装置被组织为至少喷射 具有至少两种大小的液滴，使得第一大小的液滴的体积是第二大小的液滴的体积的至少两 倍。
全文摘要
制备滴定系列。将试剂装载到流体喷射设备内的试剂储存器中。将试剂从流体喷射设备喷射到多个容器中，以便从流体喷射设备喷射到所述多个容器中的第一容器中的试剂量是从流体喷射设备喷射到所述多个容器中的第二容器中的试剂量的至少10,000倍。
文档编号G01N30/26GK101878424SQ200880117942
公开日2010年11月3日 申请日期2008年11月24日 优先权日2007年11月27日
发明者K·F·彼得斯 申请人:惠普开发有限公司