化验装置、方法和试剂的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本专利申请要求享有2013年1月4日提交的名称为"化验装置、方法和试剂"的 美国临时申请No. 61/749, 097的优先权。该原申请的说明书通过引用被整体并入。还引用 到公开号 No. 2011/0143947, 2012/0195800, 2007/0231217, 2009/0263904,和 2011/025663 的美国申请。这些申请的说明书也都通过引用被整体并入此处。
技术领域
[0003] 本发明涉及用于进行化验的装置、系统、方法、试剂、和成套设备。本发明的装置、 系统、方法、试剂、和成套设备的某些实施方式可以用于在多井板化验形式中进行自动取 样、样品制备、和/或样品分析。
【背景技术】
[0004] 已经开发了多个用于进行化学、生化、和/或生物化验的方法和系统。这些方法和 系统在包括医疗诊断、饮食检验、环境监测、制造质量控制、药物发现、和基本科学研究在内 的各种应用中是必要的。
[0005] 多井化验板（亦称微量滴定板或者微型板）已经变成多个样品的处理和分析的标 准格式。多井化验板可以采取各种形式、尺寸、和形状。为方便起见，对于用于处理大批量化 验的样品的仪器，已经出台了一些标准。多井化验板通常采用标准尺寸和形状来制造，并且 具有标准的井位布置。井位布置包括在96井板（12x8的井阵）、384井板（24x16的井阵）、 和1536井板（48x32的井阵）上发现的井位布置。生物分子筛选学会已经公开了推荐的用 于各种板形的微型板规范（见http ://www. sbsonline. org)。
[0006] 可以利用各种板的读取装置在包含读取装置的多井板上进行化验测量，测量在光 的吸收、光（例如，荧光，磷光，化学发光，和电化学发光）的发射、辐射上有改变，在光散射 上有改变，并且在磁场上有改变。Wohlstadter等人的美国专利申请公开2004/0022677和 美国专利No. 7, 842, 246分别描述了用多井板格式进行单重和多重ECL化验的方案。它们 包括一些板，这些板包括带有形成井壁的通孔的板顶部和封住板顶部以形成井底部的板底 部。板底部具有图案化的导电层，该导电层为井提供电极表面，电极表面充当用于粘结反应 的固相支撑和用于引起电化学发光（ECL)的电极。导电层也可包括向电极表面施加电能的 电触点。
[0007] 虽然有这些已知的用于进行化验的方法和系统，但是仍然需要采用多井板化验形 式进行自动取样、样品制备、和/或样品分析的改进的装置、系统、方法、试剂、和成套设备。
【发明内容】
[0008] 因此，本发明提供一种将光学传感器聚焦到隔开的平台上的方法，包括如下步骤： (a)提供至少一个图案化的上、中和下表面，其中图案化的中表面和平台彼此对齐，且图案 化的上表面和图案化的中表面之间的第一距离以及中表面和图案化的下表面之间的第二 距离基本上相等；(b)利用光学传感器获得图案化的上表面和中表面之间的对比度值的第 一差值；(C)利用光学传感器获得图案化的中表面和下表面之间的对比度值的第二差值； 和（d)比较对比度值的第一差值和第二差值。
[0009] 因此，本发明还提供一种用于光学传感器的聚焦机构，包括与光学传感器间隔开 的至少一个图案化的上、中和下表面；其中图案化的中表面与有待光学传感器聚焦的目标 表面和图案化的中表面对齐，其中图案化的上表面和中表面之间的第一距离与中表面和图 案化的下表面之间的第二距离基本上相等，其中光学传感器和图案化的表面相对于彼此移 动，直到图案化的上表面和中表面之间与图案化的中表面和下表面之间的对比度值的第一 和第二差值之间的差小于预定值；并且设置一个光源，以让光通过图案化的上、中和下表面 射向光学传感器。
[0010] 本发明仔细考虑了一种仪器，包括：(a)接触平台，其中该接触平台包括多个询问 区域，每个询问区域包括至少一对向询问区域施加电势的电触点，（b)操作地连接到电压源 的控制器，其中电压源能连接到一对或多对电触点，和（c)连接到控制器和电压源的多路 转换器，以有选择地将电压源连接到单个询问区域的一对电触点，或者将电压源连接到一 个以上询问区域的多对电触点。
[0011] 本发明的仪器还包括：(a)接触平台，其中该平台包括多个询问区域，每个询问区 域包括至少一对向询问区域传导电势的电触点，（b)操作地连接电压源的控制器，其中电压 源能连接到一对或多对电触点，和（c)连接控制器和电压源的装置，以从电压源和单个询 问区域的电触点之间的第一连接切换到电压源和一个或多个询问区域的电触点之间的第 二连接。
[0012] 该仪器优选适合询问包含在多井板中的样品，并且包括：(a)用于支撑多井板的 滑架框架，并且该滑架框架可相对于一个接触平台移动，其中该多井板包括多个井，这些井 布置成MxN矩阵，并且其中接触平台包括多个询问区域，其中每个询问区域包括至少一对 向至少一个井传导电势的电触点；(b)控制器，该控制器操作地连接到马达以使滑架框架 相对于接触平台移动，并且该控制器操作地连接到电压源，其中电压源能连接到一或多对 电触点；和（c)连接到控制器和电压源的多路转换器，以有选择地将电压源连接到单个询 问区域的一对电触点，或者将电压源连接到一个以上询问区域的至少一对电触点。
[0013] 本发明的另一个实施方式是询问包含在具有MxN矩阵的井的多井板中的样品的 方法，包括如下步骤：(a)提供具有多个询问区域的接触平台，（b)为每个询问区域提供至 少一对电触点，其中每个询问区域适合于询问单个井，（c)有选择地施加电势于：（i) 一个 询问区域，以同时询问一个或多个井，或者（ii)多个询问区域，以询问多个井，和（d)使多 井板相对于平台移动，以询问额外的井。
[0014] 在一个【具体实施方式】中，本发明包括用于在多井板中进行发光化验的仪器。该仪 器包括光探测子系统和板处理子系统，其中该板处理子系统包括：
[0015] (a)遮光外壳，包括壳体和能活动的的抽屉，其中
[0016] (X)壳体包括壳体顶部，壳体前部，一个或多个板引入孔，检测孔，用于密封板引入 孔的滑动遮光门，和多个对齐特征，其中该壳体适合接收能活动的抽屉，和
[0017] (y)能活动的抽屉，包括：
[0018] (i)x-y副架，包括多个配对对齐特征，这些特征用于与众多对齐特征配合和啮合， 以使壳体内的能活动的抽屉相对于光探测子系统对齐，其中能活动的抽屉的重量由壳体顶 部支撑；
[0019] (ii) -个或多个带有可以被升起和降下的板升降平台的板升降机，其中该一个或 多个板升降机的位置低于板引入孔；
[0020] (iii)使板沿一个或多个水平方向平移的板平移台架，其中该台架包括用于支撑 板的板滑架，板滑架具有开口，允许位置低于板滑架的板升降机接近和提升板，并且板平移 台架用于将板定位在检测孔下方，且将板定位在板升降机上方；和
[0021] (b)安装在壳体顶部上、板引入孔上方的一个或多个板堆垛机，其中板堆垛机配置 为接收板或者将板输送到板升降机；和
[0022] 其中光探测子系统包括安装在外壳顶部上并且结合到带有遮光密封的检测孔的 光探测器。
[0023] 该仪器可用于在多井板中进行发光化验，并且包括板处理子系统，该子系统包括 用于支撑多井板的板滑架，其中板滑架包括框架和板锁紧机构。该板锁紧机构包括：
[0024] (a)板滑架凸缘；
[0025] (b)垂直于该凸缘的板夹臂，包括相对于凸缘的近端和远端，其中臂在其近端被附 接到框架上，而臂在其远端可以在X-Y面中旋转，并且臂还包括上夹具，该上夹具包括配置 成与板嗤合的倾斜表面；
[0026] (c)板定位元件，包括杆、踏板和弹簧，其中杆基本垂直于臂、基本平行于凸缘、并 且通过弹簧与臂的远端附接，而踏板以一角度附接到杆；和
[0027] (d)板壁，该板壁基本平行于臂，且基本垂直于定位元件和凸缘，并且布置在两者 之间，板壁包括（i)配置为与多井板的裙部啮合的下板夹具，和（ii)用于将下板夹具推向 裙部的下板夹具斜面。
[0028] 本发明还涉及将多井板嵌入上面刚刚讨论的仪器中的方法。该方法包括以下步 骤：
[0029] (a)将板放在框架上；
[0030] (b)压缩板定位元件的弹簧，从而顶着板将踏板推向凸缘，并且使臂在X-Y面内朝 着板旋转；
[0031] (c)使上夹具与板接触，从而将板推向滑架壁；
[0032] (d)使下板夹具与裙部接触，从而将板锁在滑架内。
[0033] 此外，本发明提供了一种在多井板中进行发光化验的仪器，并且包括板处理子系 统，该子系统包括用于支撑多井板的板滑架和板锁紧机构。
[0034] 其中多井板具有至少一个第一、第二、第三和第四侧面，并且第一和第三侧面基本 上彼此平行，而第二和第四侧面基本上彼此平行，
[0035] 其中板滑架限定了孔，其形状基本与多井板的形状相同，且其尺寸小于多井板，以 支撑位于多井板周围的凸缘，其中板滑架还包括分别对应于多井板的第一和第二侧面的第 一（501)和第二（513)限位件。
[0036] 其中板锁紧机构可以从用于接收一个多井板的开口配置移动到用于将多井板锁 到板滑架上的夹紧配置，
[0037] 其中板锁紧机构包括被偏置到夹紧位置的第一锁紧元件（509)和被偏置到夹紧 位置的板夹臂（502)，第一锁紧元件具有适合将多井板的第一侧面推向第一限位件的踏 板（511)，板夹臂具有能枢转地连接到板夹臂（502)并且适合将第二侧面推向第二限位件 (513)的托架（503)，其中第一锁紧机构（509)连接到板夹臂（502)，和
[0038]其中板锁紧机构包括至少一个偏置夹（515)，其位置临近第二限位件（513)，以将 多井托盘的裙部夹到板滑架上。
[0039] 此外，本发明提供了一种系统，包括
[0040] (i)多井化验板，选自于由单井可寻址的板或者多井可寻址的板组成的组；和
[0041] (ii)配置为测量来自于单井可寻址的板的单个井和多井可寻址的板的一组井的 电化学发光（ECL)的装置。
[0042] 本发明还包括用于测量来自多井板的发光的装置，该多井板的板类型选自于由单 井可寻址的板或者多井可寻址的板组成的组，该装置包括：
[0043] ⑴用于识别板类型的板类型识别接口；
[0044] (ii)用于在X-Y面内保持并平移多井板的板平移台架；
[0045] (iii)板接触机构，其包括多个接触探针并且定位为低于板平移台架并在台架的 运动范围内，其中该机构被安装在可以升起和降下该机构的接触机构升降机上，以便当板 位于平移台架上时，使探针与板的底部接触表面接触或者不接触；
[0046] (iv)通过接触探针将电势施加到板的电压源；和
[0047] (V)定位为高于板平移台架并且与板接触机构垂直对齐的成像系统，其中
[0048] (a)成像系统配置为井的PxQ矩阵成像，板接触机构配置为接触与矩阵有关的底 部接触表面，而板平移台架配置为使板平移以将矩阵定位为与成像系统和板接触机构对 齐；
[0049] (b)该装置配置为顺序施加电压到单井可寻址的板的矩阵中的每个井，并且为矩 阵成像；和
[0050] (c)该装置配置为同时施加电压到多井可寻址的板的矩阵中的每个井，并且为矩 阵成像。
[0051] 还提供了一种用于测量来自单井可寻址的板或者多井可寻址的板的发光的方法， 其中该方法包括：
[0052] (a)将板装载到板平移台架上；
[0053] (b)识别板是单井还是多井可寻址的板；
[0054] (c)移动板平移台架，使井的第一 PxQ矩阵与板接触机构和成像系统对齐；
[0055] (d)提升板接触机构，以便接触机构上的接触探针接触与井的PxQ矩阵有关的底 部接触表面；
[0056] (e)如果板是单井可寻址的板，那么在该组被成像的同时，通过顺序施加电压到组 中的每个井，在PxQ矩阵中产生发光并使之成像；
[0057] (f)如果板是多井可寻址的板，那么在为矩阵成像的同时，通过同时施加电压到矩 阵中的每个井，在PxQ矩阵中产生发光并使之成像；和
[0058] (g)对于板中额外的PxQ矩阵，重复步骤（c)到（f)。
【附图说明】
[0059] 图l(a)_(b)分别示出带有特定风格的盖子的装置100的前视图和后视图，图 l(c)_(d)分别显示了不带盖子的装置的对应的前视图和后视图。
[0060] 图2(a)-(C)示出板处理子系统和光探测子系统的详图。
[0061] 图3示出装置100内的板处理子系统的能活动抽屉的图。
[0062] 图4 (a)-(f)示出能活动的抽屉240和位于抽屉内的子部件的各种详图。
[0063] 图5(a)_(o)示出板滑架和板锁紧机构的详图。
[0064] 图6(a)_(b)示出可以并入该装置的光聚焦机构的两个备选实施方式。
[0065] 图7(a)_(l)示出板接触机构的详图。
[0066] 图8(a)_(c)示出光探测子系统的各种部件。
[0067] 图9示出可以用在光探测子系统中的透镜结构的一个非限定性的实施方式。
【具体实施方式】
[0068] 详细说明部分对本发明的某些实施方式进行了描述，但这不应看做限制，而是用 于展示发明的某些方面。除非此处有限定，否则与本发明一起使用的科学和技术术语应该 具有本领域普通技术人员通常理解的意义。此外，除非上下文需要，否则单数术语应该包括 多数，而复数术语应该包括单数。冠词〃一 〃在此处用于指一个或者一个以上（即至少一 个）冠词的语法目的。举例来说，一元件意指一个元件或一个以上元件。此外，使用〃包 括"的权利要求允许其他元件包含在权利要求的范围内；本发明还用使用过渡句"基本上 由......构成（即，如果其他元件不显著改变本发明的操作，则允许其他元件包含在权利 要求的范围内）或者"由......构成（即，只允许列在权利要求中的元件，除了通常与本 发明有关的辅助元件或者无关紧要的活动）的此类权利要求代替术语"包括"来描述。这 三种变化中的任何一种都可用于要求保护本发明。
[0069] 此处描述的是用多井板格式进行化验的装置，该多井板格式具有一个或多个以下 所需的属性：（i)灵敏度高，（ii)动态范围大，（iii)尺寸和重量小，（iv)基于阵列的倍增 能力，（V)自动操作；和（Vi)能处理多个板。我们还描述了用在这一装置中的部件和子系 统以及使用该装置和子系统的方法。该装置和方法可以与各种化验检测技术一起使用，包 括但不限于测量一个或多个可检测信号的技术。其中一些适合电化学发光测量，并且特别 的是，适合与带有集成电极的多井板（以及使用这些板的化验方法）一起使用的实施方式， 例如分别在Wohlstadter等人的美国公开2004/0022677和美国专利No. 7, 842, 246以及 Glezer等人的美国申请11/642, 970中公开的。
[0070] 在一优选实施方式中，提供了一种在多井板中进行发光化验的装置。一实施方式 包括光探测子系统和板处理子系统，其中板处理子系统包括提供无光环境的遮光外壳，发 光测量可以在该无光环境中进行。外壳包括壳体和被放在壳体内的可活动抽屉。壳体还包 括具有一个或多个板引入孔的壳体顶部，板可以通过这些孔被下放到抽屉内的板平移台架 上或者从板平移台架上取下（手动或者机械地）。在进行发光测量之前，壳体中的滑动遮光 门用于密封板引入孔，隔离环境光。壳体还包括结合到安装在壳体顶部上的光探测器上的 检测孔和一个或多个安装在壳体顶部上、板引入孔上方的板堆垛机，其中板堆垛机配置为 接收板或者将板输送到可活动的抽屉内的板升降机。可活动的抽屉包括板平移台架，用于 使板在抽屉内水平地平移到装置内的进行特殊化验程序和/或检测步骤的区域。可活动的 抽屉还包括一个或多个带有可以在抽屉内被升起和降下的板升降平台的板升降机，其中板 升降机位于一个或多个板引入孔下方。板平移台架配置为将板定位在检测孔下方，并且将 板定位在板升降平台上的板升降机上方。
[0071] 该装置还包括安装到壳体顶部上的检测孔上的光探测器（例如，通过遮光接头或 者挡板）。在某些实施方式中，光探测器是成像光探测器，例如CCD摄像机，并且可能还包括 透镜。光探测器可以是常规的光探测器，例如光电二极管，雪崩光电二极管，光电倍增管，等 等。合适的光探测器还包括这种光探测器的阵列。可以使用的光探测器还包括成像系统， 例如C⑶和CMOS照相机。光探测器也可以包括透镜，光导向装置，等等，用于引导光、使光 聚焦和/或成像在检测器上。在某些【具体实施方式】中，成像系统用于使来自化验板的一个 或多个井中的结合区域的阵列的发光成像，并且化验装置报告由阵列的单个元件发射的发 光的发光值。光探测器被安装在带遮光密封的壳体顶部上。装置的其他部件包括用于与板 电接触并且为位置低于光探测器的井中的电极提供电能的板触点（例如，用于感应ECL)。
[0072] 本发明的装置的【具体实施方式】如图所示。图l(a)_(b)分别示出带有特定风格的 盖子的装置1〇〇的前视图和后视图，图1 (c)-(d)分别示出不带盖子的装置的相应的前视图 和后视图。如图所示，例如，在图1 (c)中，装置包括光探测子系统110和板处理子系统120。 更详细的图提供在图2(a)-(b)中。板处理子系统120包括遮光外壳130,外壳130包括具 有壳体顶部232、底部233、前部234和后部235的壳体231。壳体还包括多个对齐特征，并 且壳体适合接收可活动的抽屉240,可活动的抽屉包括可活动的抽屉前部，并且由整体浇铸 元件组成。可活动的抽屉的壁限定了刚性的x-y副架，图4(d)中的415,包括多个配对对齐 特征。当抽屉被适当放在壳体内时，对齐特征和配对对齐特征配合且啮合，从而使抽屉及其 部件与光探测子系统的部件对齐。当对齐/配对对齐特征啮合时，可活动的抽屉的重量由 壳体顶部支撑。图l(a)_(b)中描绘的装置100中的可活动的抽屉240在图3中被最佳展 示，处于部分开启或关闭的位置。可活动的抽屉240还展示在图4(a)中，承载着下面详细 描述的各个内部子系统，而在图4(b)中，被安装在壳体231内，其中为清楚起见，壳体后部 235和壳体侧面被省略。图4(c)显示了带有开口和对齐特征405、406和407的壳体231， 开口和对齐特征的位置和尺寸被设置成用于接收可活动的抽屉240。
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