CN102159932A - 对染色仪器和方法的改进 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在组织学领域中的用于对安装在载片上的组织施加试剂的设备和方法。该设备在载片托盘中保持多个载片，这些载片托盘装载在设备上。每个载片托盘都形成一批载片，而所有批载片形成一个载片组。该设备保持多种试剂，这些试剂被分组为包含大体积类试剂的第一组、包含抗体和探针的第二组、以及用于鉴别组织的成分的探测系统。呈机械手形式的组流体分配器将试剂分配给载片组。每批载片都具有其自己的批流体分配器，从而将试剂分配到这批载片上。在一个实施例中，组流体分配器依据为每个载片定义的方案来将抗体、探针和探测试剂分配给所有的载片，并且批分配器将大体积试剂分配给每批，因而使组流体分配器不必将大体积试剂分配给所有载片。
Description
技术领域
本发明涉及用于使安装在显微镜载片上的组织染色的改进的设备和方法。
背景技术
包括将生物样品设置到衬底上的很多技术已发展起来。这些技术的例子包括将来自活组织检查的组织样品设置在显微镜载片上，以及对样品的微阵列(micro-array)进行分析。在生物学中，将生物样品附设于显微镜载片并染色，以便提高组织的特征的可见度。例子包括使用苏木精和曙红染剂的常规染色，以便提高细胞壁和细胞核的可见度。在高级(advanced)染色中，对组织应用抗体然后染色，以便鉴别可表示疾病的特定蛋白质的存在与否。也可对组织应用其它试剂，如RNA/DNA探针，其在组织的一系列反应期间，可粘合(bind)于细胞核内的DNA。然后可使杂化(hybridised)的DNA染色，从而鉴别所关注的(of interest)DNA的存在与否。
可用于试验、研究或诊断的蛋白质的数目众多，且不断增加。类似地，所关注的基因的数目也在增加。如果希望将一种自动仪器应用于很大范围的用于诊断或研究的试剂，那么该仪器必须具有灵活性。然而，快速且有效地完成样品也重要。
一种用于检验载片的仪器是Leica Microsystems出售的、且在申请号WO 04/001390A1：带有排放机构的生物反应设备中描述的Bond-max自动高级染色器。使用机械手将试剂分配到位于仪器上的载片上。将载片成批地装载到仪器中，该仪器提供灵活性，因为该仪器可在装载第二批之前开始处理第一批。仪器的容量及其同时处理多批的能力受批数、每个载片的方案(protocols)和处理时间、以及机械手完成其任务的速度限制。需要增加自动染色仪器的灵活性，如缩短载片(包括多批载片)的处理时间。
发明内容
一方面，本发明提供了一种用于对显微镜载片组施加试剂的仪器，具有：多个载片支架；第一套一个或多个试剂容器；第二套一个或多个试剂容器；组流体分配器，用于分配从第一套试剂容器中的一个或多个试剂容器中抽取的流体；及批流体分配器，用于分配从第二套试剂容器中的一个或多个试剂容器中抽取的流体。
在一种形式中，载片被分组为多批。
在一种形式中，组流体分配器安装在机械手上，以便将试剂分配给所有载片。
在一种形式中，批流体分配器安装在机械手上，以便将流体分配到载片批中的一批上。
另一方面，本发明提供了一种用于将流体分配到多个衬底上的设备，包括：衬底组，由一个或多个衬底子组构成；组分配器，适于将流体分配到整个衬底组上；及一个或多个另外的子组流体分配器，适于将流体分配到一个或多个衬底子组上。
优选地，一个或多个子组流体分配器中的每个都邻近其上将分配有流体的一个或多个衬底子组。
另一方面，本发明提供了一种将试剂分配到载片组上的方法，包括以下步骤：将来自组流体分配器的试剂施加到载片组中的载片；以及将来自多个批流体分配器的试剂施加到对应的多批载片，其中，载片组由两个或多个载片批构成。
附图说明
图1是具有多个流体分配器的设备的示意图；
图2是图1的设备的一部分的示意图，其示出了载片染色组件和流体分配器；
图3是图1的设备的流体分配器和载片染色组件的示意图；
图4是图2和图3中示出的流体分配器的流体分配器头部的横截面的示意图。
具体实施方式
设备10与本申请人出售的、且部分地在题为带有排放机构的生物反应设备的国际专利申请No.WO 04/001390A1中描述的Bond-max仪器共享很多共有的元件及操作方法，该申请结合于此以供参考。而且以参考方式结合于此的还有Bond-max用户手册，其也描述Bond-max仪器的操作。如果上述文献之间有冲突，则用户手册应被理解为是正确的描述。
图1中示出的设备10是用于使安装在显微镜载片上的组织染色的载片染色仪器，但也可用于对衬底施加流体，上述衬底例如是微阵列盘(micro array plates)或其它用于生物测试的衬底。设备10包括安装在机械手14上的组流体分配器11、位于容器15中的第一套试剂、第二套试剂16、以及载片染色组件17，18和19。还示出了与试剂容器15流体连接的注射器泵(syringe pumps)21。
设备10由用于指示将应用于每个载片的方案(protocol)的设备的计算机(未示出)来操作。设备10内部的计算机接收关于将应用于载片的方案的信息，并控制设备10的各种功能，包括机械手14的操作、载片染色组件17，18和19、以及试剂分配。关于与批和组流体分配器的操作或功能不相关的系统，如载片装载、载片鉴别、方案鉴别、载片加热、以及盖片(covertile)打开和关闭，设备10以同样的方式操作，并使用与本申请人出售的Bond-max仪器相同或相似的元件。当完全功能的仪器的一个特征未在本申请中描述时，可认为该特征将按照本申请人出售的并结合于此以供参考的文献中描述的标准Bond-max仪器操作。
每个载片染色组件17，18和19都具有对应的批流体分配器30，如图2和3所示。
在图2和3中，示出了载片染色组件17(其在该实施例中与其他载片染色组件18和19相同)，其在盖33下方具有十个载片支架32。在操作中，将一批载片装载到Bond载片托盘41上的载片染色组件17，18和19中的一个上。托盘41中的载片被定位为与载片支架32的位置对应，并且因此，在操作中，载片可位于每个载片支架32上。每个载片支架32都包括用于加热载片和组织的加热器元件，并具有用于使每个载片上的盖片以与在提出本申请时Bond-max仪器的操作方式相同的方式移动的定位机构。
载片染色组件17邻近批流体分配器30定位，如图2和3所示。批流体分配器30包括沿着载片染色组件17的侧面的轨道34，以及适于沿着轨道34移动的分配头部36(图4)，使得流体能够分配到组件17中的每个载片上。使用能链(energy chain)设备来沿着轨道34的长度将分配头部36驱动至需要的载片。在一个例子中，分配头部36沿着轨道34从一端移动到另一端，停在邻近每个载片的位置，并将试剂分配到载片上，从而与安装在载片上的组织相互作用。能链装有挠性流体导管，该挠性流体导管终止在分配头部36中，从而将流体引导到载片上。该导管附设于专用于特定分配器的注射器泵21。因此，在示出的仪器中，三个批流体分配器30中的每个都有其自己的注射器泵21。可从多个试剂容器15中抽取流体。在本例子中，上述试剂容器15中的每个都具有其自己的歧管(manifold)。每个歧管都通过各自的导管与所有的注射器泵21连接。每个注射器泵21都具有一个可选阀结构，其允许注射器泵21流体地连接到期望的歧管，并因而接近期望的流体类型。例如，如果要求分配器30分配乙醇，阀将移动，从而打开从乙醇试剂容器到导管的连接，而且注射器泵21将通过导管将乙醇抽取到注射器中，直到获得期望的体积。然后注射器泵21关闭通向乙醇容器的阀，并打开通向批流体分配器30的连接。然后注射器泵21沿着导管将期望体积的流体推入批流体分配器30中，批流体分配器将乙醇分配到适当的载片32上。
抽取到注射器泵21中的流体的量由导管中的流体的体积、以及需要流体的载片的数量和分配给每个载片的体积来确定。因此批流体分配器30可通过停在每个载片位置附近而将试剂分配到一个或多个载片上。一旦已将流体分配到载片上，注射器泵21将是空的，但流体将保留在导管中。为了冲洗导管流体，批流体分配器30移动到载片染色组件17，18，19的定位有冲洗部(未示出)的端部。冲洗部具有一个接收来自批流体分配器30流体的孔，于是冲洗部接收的流体被引导到废物容器。通常，在本实施例中，注射器泵21将推动一定体积的待通过导管分配的下一流体，并消耗以冲掉上一流体。一旦已将老(old)流体冲掉，批流体分配器30可再次移动到载片，并按照需要分配试剂。
在某些情况下，有些流体不相容，例如，它们不可混溶。在这种情况下，当确定新流体不能令人满意地从导管中冲掉老流体时，可使用中间流体。不相容流体的一个例子可为蒸馏水和脱蜡液。然而，乙醇可混溶于两者中，且因此可使用乙醇作为中间流体，以在应用新流体之前去除一种流体。
在设备10的操作中，该设备具有每个上面都安装组织样品的载片，每个载片都具有基于将施加于载片上的组织样品的试剂(抗体或探针)的类型而分配给它的方案。典型的方案具有对于每个载片的初始流体分配，进一步流体的应用，如用于从样品中去除蜡的脱蜡液，抗原决定基修复液(Epitope retrieval fluid)的应用，该样品的特效试剂的应用，各种探测液(染色)，这些应用的所有或部分可布置有去除上一流体的冲洗液的应用。
在有些情形中，流体的应用需要以一定间隔进行，例如，在被冲掉之前，抗体需要在样品上保留特定时间量。如果流体留在样品上时间太长，或者如果流体水平未补充而导致组织变干，组织的染色会受影响。也有不需要将流体分配到载片上的时候，例如发酵周期(incubation time)，并因此在要求下一操作之前，机械手和分配器可保持空闲一段时间。因此流体分配的时间将是关键性的，当同时进行两批以上时，这可引起排序问题。
不需要一次装载所有的三个托盘。可以将具有一个到十个载片之间的第一托盘装载到染色组件17，18，19中，并开始仪器的操作。任何时候，都可装载其它托盘，将这定义为批处理。也就是说，设备10按批处理每个托盘的载片，并在对以前装载的批完成操作之后，可对新进入的批进行操作。在如设备10的Bond-max仪器中，有三个载片染色组件17，18和19，其代表装载时的三批，然而在Bond-max仪器中，只有一个能够将流体分配到载片染色组件中的所有载片上的分配器。因此在Bond-max仪器中，一个机器人(robot)必须承担将所有流体分配到所有批载片上的任务。在设备10中，如下所述，已通过使用垂直进入到试剂容器15中的特定批流体分配器来减少组流体分配器11的操作。
在操作中，机械手14上的流体分配器11沿着一批中的一排载片在载片染色组件17，18，19中移动，并在移动到另一个载片组件17，18，19之前，承担所需要的在该批中的所有载片上的流体分配。
在设备10中，试剂容器16可装有试剂，如探测试剂(结合试剂和染剂)、抗体和探针。倘若它们量少且价高，则这些容器没有垂直进入(plumbed into)到任何分配器中，因为流体管线和冲洗会浪费太多试剂。代替地，组流体分配器11具有吸液管，以用于直接从所需的试剂容器16中抽出试剂。在示出的设备10中，可将超过三十个的不同试剂容器16装载到设备10中，而且这些试剂容器通常包括由九种试剂组成的一种探测系统，而剩余的为各种抗体和探针。因此，可对多数载片应用不同的抗体。在操作中，在不同抗体的分配之间，需要冲洗组流体分配器11，从而防止交叉污染。因此，机械手14可需要从用于抽取流体的一个试剂容器16移动，然后移动到载片以分配流体，然后移动到冲洗部以冲洗分配器吸液管，然后移动到另一个试剂容器16，然后移动到一个新的载片。因此，机械手在相当长一段时间内用于将流体分配到单批中的十个载片上。在此时期内，因为组流体分配器被充分利用，所以机械手14和分配器11不能用于将其它流体分配到其它批上。在设备10中，如图2所示的批流体分配器30用于将来自试剂容器15的试剂分配到载片上。例如，当组流体分配器11将抗体分配到载片染色组件17中的载片上时，一个批流体分配器30可将试剂分配到另一批中的载片、或者载片染色组件18和/或19上。
因而在操作中，当与每个载片染色组件17，18和19相关联的分配器30可在其自己的批中从一端移动到另一端并分配试剂时，组流体分配器11可将试剂分配到一批中的每个载片上。这可按需要同时进行，因而解放组流体分配器11和机械手，而且允许更快地完成这些批。组分配器11现在进行较少的分配，在分配之间提供更多的空闲时间。这使确定一个新批的进度更容易，因为组流体分配器(分配器11)处于使用中的时间之间的间隔更大，而且组流体分配器分配有些试剂所需的时间可更短，因为有些分配可由批分配器(分配器30)承担，从而在所有载片上的分配需要的时间更短。因而，更容易将一批中的组流体分配器11的操作插入到另一批中的组流体分配器11的操作中，而且随后这缩短了完成三批的时间。
通常的批流体分配器30将分配的试剂包括如去离子水、乙醇、缓冲液、抗原决定基修复液和脱蜡液的试剂。这些流体可被称为大体积流体(bulk fluid)，因为它们通常贮存在2000-5000ml之间的试剂容器15中。相反，试剂容器16通常保持在5-30ml之间。
在本实施例中，当批流体分配器处于正确的位置中时，批流体分配器30使用光学传感器探测。通过步进马达来驱动批流体分配器30，该步进马达被控制成从一个分配位置到下一个分配位置走预定的步数。一旦马达已驱动批流体分配器30走指定的步数，系统检查光学传感器，从而确定批流体分配器30相对于载片是否处于正确的位置中。如果批流体分配器30未处于正确的位置中，系统使批流体分配器30沿着轨道34向前移动，直到系统探测到批流体分配器处于正确的位置中。当沿着轨道34移动时，批流体分配器30由导轮42支撑在轨道34中。
设备10可与装载到三个染色组件中的一个、两个或三个载片托盘一起操作。其它设备的例子可不限于三个载片染色组件，例如可具有两个或多个批流体分配器，这取决于所需的生产量(throughput)和设备的尺寸。
Claims (7)
1.一种用于将流体分配到多个衬底上的设备，包括：
衬底组，由一个或多个衬底子组构成；
组分配器，适于将流体分配到整个衬底组上；以及
一个或多个另外的子组流体分配器，适于将流体分配到一个或多个的衬底子组上。
2.根据权利要求1的设备，其中，所述一个或多个子组流体分配器中的每个都邻近其上将分配有流体的所述一个或多个衬底子组。
3.一种用于对显微镜载片组施加试剂的仪器，具有：
多个载片支架；
第一套一个或多个试剂容器；
第二套一个或多个试剂容器；
组流体分配器，用于分配从第一套试剂容器中的一个或多个试剂容器中抽取的流体；以及
批流体分配器，用于分配从第二套试剂容器中的一个或多个试剂容器中抽取的流体。
4.根据权利要求3所述的仪器，其中，所述载片被分组为多批。
5.根据权利要求3或4所述的仪器，其中，所述组流体分配器安装在机械手上，以便将试剂分配给所有载片。
6.根据权利要求3或4所述的仪器，其中，所述批流体分配器安装在机械手上，以便将流体分配到载片批中的一批上。
7.一种将试剂分配到载片组上的方法，包括以下步骤：
将来自组流体分配器的试剂施加到载片组中的载片；以及将来自多个批流体分配器的试剂施加到对应的多批载片；其中，所述载片组由两个或多个载片批构成。
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