CN102281949B - 用于执行凝集化验的装置和分析系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于执行凝集化验的装置，包括多个反应器皿，每个反应器皿包括：上腔，其具有用于接收反应物和/或样本的开口；和下腔，其包括与所述上腔连通以从所述上腔接纳流体的端、与所述端相反的封闭端、和用于使凝集物分离于非凝集物的基质；其中，所述装置还包括旋转支撑部，该旋转支撑部能够围绕轴线旋转，并以如下方式枢转地保持所述反应器皿，即：允许所述反应器皿在所述支撑部旋转时围绕与所述支撑部的旋转轴线大致垂直的轴线枢转，使得：当所述支撑部不旋转时，所述流体留存在所述上腔中；当所述支撑部旋转时，所述流体能够从所述上腔流到所述下腔而至所述基质中。

Description

用于执行凝集化验的装置和分析系统
技术领域
本发明关注于凝集化验领域，例如在免疫血液学中涉及的凝集化验，特别是可用于执行凝集化验和分离凝集物的器皿。
背景技术
免疫凝集反应用于识别各种类型的血型和用于探测血样和其它水溶液中的各种类型的抗体和抗原。在传统过程中，血红细胞样本与血清或血浆在检测管或微盘中混合，混合物然后可进行培养和离心分离。各种反应可能发生或不发生，这取决于例如血红细胞的血型或在血样中是否存在特定抗体。典型地，这些反应表明其自身为细胞或颗粒的块（clump），被称为凝集物，其中在其表面上具有抗原或抗体。这样，凝集物的存在与否分别指示是否已经发生反应，其中，凝集物的尺寸和量作为样本中程度或浓度的量化指示物、或作为用于被检测血液样本的反应强度和复合物亲和性的指示物。
近来，已经开发出如下系统：在器皿的一部分中执行凝集反应，在相同器皿的另一部分中使用基质（matrix）实现凝集血红细胞的分离，所述基质将凝集细胞与反应剂/样本混合物中的其它组分分离。一种这样的系统在美国专利5,650,068和5,552,064中公开和描述，并由新泽西州Raritan 的Ortho-Clinical Diagnostics公司以商标BIOVUE制造销售。这样的反应器皿（在下文中被称为“指引卡”）采用在透明盒中形成的多个（通常为六个）柱的形式，每个柱具有上腔和下腔，其中上腔比下腔具有更宽的直径。下腔包含用于将凝集细胞与非凝集细胞分离的基质。下腔的直径足够窄而使得：当反应剂和样本被加入（典型地使用移液管）到上腔时，反应剂和样本留存在上腔中，而不进入到下腔中，除非被施加以额外的力。
在此方法中，凝胶或玻璃珠微颗粒被包含在下腔内。反应剂被分配到下腔中的稀释液中，而检测血红细胞被置于反应上腔中。反应器皿然后进行离心分离。离心分离使反应剂与血细胞之间的反应加速（当存在反应时），而且还朝向柱底部促动所有细胞。不过，下腔中的玻璃珠或凝胶用作过滤器，并且阻止或阻碍柱中的颗粒向下移动。结果，在离心分离后的下腔中的颗粒的性质和分布对于在下腔中是否发生了凝集反应以及当发生凝集反应时该反应的强度提供视觉指示。
“指引卡”的缺点在于，难以使前述的检测过程自动化。传统的血分析系统包括多个站或组件，每个站或组件执行一个或多个功能，典型地需要操作者进行相当大量的监控和工作以操作该系统。例如，指引卡必须从第一站移动到第二站，以执行将流体引入到反应器皿中和执行离心分离。于是需要复杂和昂贵的设备并需要操作者相当长的时间、照看、和技能以确保每个站正确操作。
美国专利文献4,226,531公开一种用于分析光度计中的一次性多试管转子，其中每个试管通过楔形元件被分为邻接样本腔和反应剂/测量腔，反应物通过离心力从一个腔被传送到另一腔（还参见美国专利5,266,268）。
美国专利文献4,244,694公开一种反应器/分离器装置，其用于固相免疫测定，并包括：在两端处开放的柱；留存和过滤装置，其设置在所述柱中而且在承受离心力时使水溶液能够透过；反应和分离腔，其设置在所述柱中并在所述过滤装置的上方且包含至少一个基质，其中所述基质具有固定于其中的抗原或抗体组分，用于将抗原－抗体系统的至少一种所述组分分离。
文献EP1450159公开一种用于执行凝集化验的设备，包括：用于接纳流体的第一区部和用于接纳在施加有离心力时第一区部的流体。第一和第二区部固定地且水平地设置在旋转支撑部上。
美国专利文献5,869,347公开一种通过反应器皿中的凝集来探测检测液体中的分析物的方法，反应器皿包含单一、紧凑、多孔的基质并在重力作用下允许定量或准定量地确定凝集反应。
美国专利文献4,092,113、WO99/21658和美国专利3,468,474公开一种用于制备血浆样本的装置，包括可被离心分离以从血液中分离出血浆的管（在4,092,113中为两个同心管，其可松脱地连接到一起）。
在此，为实现所希望的分析准确度，转子必须具有在多个转子试管之间均匀的精度和稳定尺度准确度。不过这难以实现，因为这种多试管的制造需要两个部件通过注射成型制成并且相互焊接。还存在一种不可接受的可能性，即，反应物（反应剂或样本）材料沿在试管上表面与试管侧壁之间的区域自发移动或“跳动（wick）”，导致凝结（coagulation）反应过早开始并由此使凝块形成物（clot formation）的测量准确度变差。
发明内容
因此，本公开的目的在于，提供克服至少一些现有技术限制的新的装置和方法。
本公开还涉及一种用于执行凝集化验的装置和分析系统，其允许在单一的站中执行完整的凝集化验。
更特别地，本公开涉及一种用于执行凝集化验的装置实现，所述装置包括多个反应器皿，每个反应器皿包括：上腔，其具有用于接收反应物和/或样本的开口；和下腔，其包括与所述上腔连通以从所述上腔接纳流体的端、与所述端相反的封闭端、和用于使凝集物分离于非凝集物的基质；其中，所述装置还包括旋转支撑部，该旋转支撑部能够围绕轴线旋转，并以如下方式枢转地保持所述反应器皿，即：允许所述反应器皿在所述支撑部旋转时围绕与所述支撑部的旋转轴线大致垂直的轴线枢转，从而使得当所述支撑部不旋转时，所述流体留存在所述上腔中；当所述支撑部旋转时，所述流体能够从所述上腔流到所述下腔而至所述基质中。
在一个实施例中，所述支撑部和所述反应器皿可被制成为单一件，和/或可通过塑料注射成型工艺被制成。
在另一实施例中，所述反应器皿的上腔可以相对于所述下腔是偏心的。
在又一实施例中，所述旋转支撑部可包括与所述轴线同心的容器，所述支撑部的下面和/或所述容器的表面可包括一个或多个肋。
在又一实施例中，所述容器可在所述旋转支撑部的平面的下方和上方延伸。
本公开还涉及一种分析系统，用于执行凝集反应和分离化验，其包括：所述装置，驱动轴，其适于牢固保持所述装置；加热单元，其与所述装置的支撑部同心；和用于在所述下腔内光学探测簇凝集物和/或带或钮形成物的装置。
在一个实施例中，所述驱动轴可牢固保持所述装置，其中所述支撑部具有的其旋转轴线大致平行于所述驱动轴的旋转轴线。
在另一实施例中，通过将所述容器装配到所述驱动轴中的共形凹部中，所述装置可被保持在所述驱动轴中。
在又一实施例中，所述支撑部的下面和/或所述支撑部的容器的表面可包括一个或多个肋，所述一个或多个肋与在所述凹部的表面上的一个或多个对应的槽协作，以在离心分离过程中使所述装置保持在所述驱动轴中。
在另一实施例中，所述加热单元可为环形，并且适于在所述支撑部不旋转时加热所述上腔中的流体。
本公开还涉及一种用于执行凝集化验的方法，包括：
提供所述分析站；
当所述支撑部不旋转时培养所述器皿的上腔中的反应剂和样本；
通过旋转所述支撑部而离心分离所述反应剂和样本，以迫使流体从所述上腔流向所述下腔至分离基质；和
执行对正或负凝集反应的读取和解释。
在一个实施例中，所述支撑部包括容器，所述方法可进一步包括以下步骤：将反应剂和样本加入所述容器中并将所述反应剂和样本混合到一起；和将混合的所述反应剂和样本移送到不同所述反应器皿的上腔中；上述各步骤在所述培养所述反应剂和样本之前执行。
在另一实施例中，在完成所述执行所述读取和解释之后，可丢弃所述装置。
所述装置简单而且易于制造。由于支撑部和反应器皿通过注射成型工艺制造，因而可在反应器皿与支撑部之间容易地获得稳定的尺度准确度。所述装置允许在对应于分析系统的单一站中执行完整的凝集化验。
附图说明
借助于对通过示例给出和通过附图例示的实施例的描述，本发明将被更好地理解，其中：
图1显示出根据本发明实施例的用于执行凝集化验的装置的视图，其中包括被保持在支撑部中的多个反应器皿；
图2显示出根据本发明实施例的反应器皿；
图3呈现出从侧方所见的在不旋转时的装置；
图4例示出当反应器皿在支撑部下枢转时的本发明的装置；
图5显示出在离心分离过程中的装置；
图6呈现出用于使用本发明的装置1进行凝集化验的分析系统；和
图7是分析系统的另一视图。
具体实施方式
根据本发明实施例的用于执行凝集化验的装置1显示在图1和2中。装置1包括支撑部2，支撑部2具有盘的形式并包括多个沿其周边保持的反应器皿3，反应器皿3可围绕支撑部旋转轴线A枢转。支撑部2可包括任意实际数量的反应器皿3，不过典型地为六个或更多个反应器皿3。在图1的优选示例中，12个反应器皿3沿支撑部周边等距保持。大量反应器皿3允许同时实现更多数量的化验。每个反应器皿3通过一对保持臂4被枢转地保持，保持臂4从旋转支撑部周边沿轴向延伸。在图1和2的示例中，每个臂在其最外部包括销5，销5大致垂直于旋转支撑部2的径向而延伸，销5装配到反应器皿3中的对应孔6中。
反应器皿3（图2）包括上腔9和下腔10，其中上腔9在直径上宽于下腔10，从而在上、下腔9、10之间产生肩区域18。上腔9具有用于接收流体反应物和/或样本的开口15。下腔10典型地为细长管，成比例于其宽度而略长，并沿纵向轴线B对准，其中纵向轴线B在支撑部2不旋转时明显平行于轴线A。下腔10具有封闭端12，封闭端12相反于与上腔9连通的开放端11，从而当施加有诸如离心力之类的力时允许流体从上腔9流到下腔10。在图2的示例中，下腔10具有大致柱形剖面，不过其它形状也是可行的。例如，下腔10可具有锥形剖面，或者包括具有锥形剖面的第一部分和具有柱形剖面的另一部分。可替代地，下腔10可包括具有大致平行侧的椭圆形剖面。
下腔10通常包含基质，用于在反应混合物中将凝集物与非凝集物分离。这样的基质可由用于分离凝集物的任意适合材料制成，所述材料例如为：玻璃珠，聚合物珠，过滤纸，凝胶过滤介质，烧结玻璃，塑料，例如在专利EP0305337中所述。
较宽的上腔的直径有利于加入反应剂和样本。下腔10的直径足够窄而使得：当反应剂和样本被加入（典型地使用移液管）到上腔9时，流体留存在上腔9中而不进入下腔10中，从而防止其通过基质，除非施加额外的力（例如离心力）以实现流体移动。因此，可对凝集化验的时间实行控制。
在图2中所示的本发明优选实施例中，上腔9相对于下腔10偏心。在这种构造中，反应剂和样本可被移液到也相对于反应器皿轴线B偏心的肩区域18中，从而允许流体在其被引入下腔10的分离基质中之前在上腔9中保留特定时段。这种构形（conformation）减少了在培养阶段中使流体直接移液到下腔10中的分离基质的顶部而不被保留在上腔9中的风险。
能够围绕与支撑部旋转轴线A大致垂直的轴线而枢转地保持反应器皿3的支撑部2的任何其它构形也是可行的。例如，在未示出的实施例中，反应器皿3通过其肩区域18而悬置在沿盘形支撑部周边提供的球座中。
如图3中所示，其中显示出装置1的侧视图，旋转支撑部2包括相对于旋转轴线A而偏心设置的杯形容器7。在图3的示例中，容器7在旋转支撑部2的平面的下方和上方延伸，不过也可通过其它方式设置，例如完全在旋转支撑部2的的平面的下方或上方。容器7用于接纳流体制备物，流体制备物例如包含反应物、稀释剂和/或检测样本，例如血红细胞、血浆等等。
在本发明的实施例中，装置1还包括盖8，盖8能够封闭容器7，盖8包括开口20。
图4显示出本发明的装置1，其中，反应器皿3在支撑部2之下枢转，反应器皿轴线B大致垂直于支撑部轴线A而取向，反应器皿封闭端12指向容器7和支撑部轴线A。在这种构造中，多个装置1在其使用之前可形成为相互叠套，例如在储存单元中相互叠套，从而显著节省空间和封装成本。
图5呈现出当支撑部2旋转时的装置1，反应器皿3以一方式枢转，例如使其轴线B大致垂直于支撑部轴线A，其中反应器皿封闭端12的指向背离轴线A。
在本发明的实施例中，装置1的所有部件由单一材料制成。这样的材料可为具有适合耐化学性和吸收特性的任意透明材料，其将不会妨碍凝集反应或分离，并允许在下腔10内的凝集反应可见。这样的材料的示例包括：紫外透光的丙烯酸树脂、聚烯烃、苯乙烯树脂、聚碳酸酯、丁二烯和/或丙烯腈与苯乙烯的组合、纤维质、聚酰胺、和聚酯树脂。
在优选实施例中，支撑部2、盖8和反应器皿3由聚丙烯制成，例如通过塑料注射成型工艺制成。支撑部2、盖8和反应器皿3可分别使用三个分立的塑料注射模具单独地制成。
在本发明的另一实施例中，支撑部2和盖8通过塑料注射成型工艺使用唯一模具被制成为单一件。
可替代地，装置1可由不同材料制成。例如，反应器皿3可由前述材料之一制成，而其它部件由任意其它材料制成。下腔10可整体上基本透明，或者仅在所选择区域（例如，阳性样本中的凝集带形成物的区域）中基本透明。
在优选实施例中，当使用本发明的装置1时，凝集反应和分离化验可在单一的分析站中执行。用于使用装置1执行凝集化验的示例性分析站16显示在图6和7中。分析站16包括离心装置，在此为驱动轴17，驱动轴由马达（未示出）驱动并能够牢固保持装置1，例如通过将容器7装配到驱动轴17中的共形凹部19中而实现牢固保持。当固定之后，支撑部2具有的其旋转轴线A与驱动轴旋转轴线大致平行和混杂（confounded）。
容器7的外表面可包括一个或多个肋（未示出），所述肋与凹部19的表面上的一个或多个对应槽（也未示出）协作，以在离心分离过程中使装置1保持在驱动轴17中。
在示例性的凝集反应和分离化验中，反应剂和样本通过盖8的开口20被加入容器7中，并混合在一起（例如使用移液管或任何其它混合装置）。混合的反应剂和样本从容器7被移送到不同反应器皿3的上腔9中，优选地移送到肩区域18中。然后，当支撑部2不旋转时，执行培养，反应器皿3取向而使其轴线B大致平行于支撑部轴线A，如图1和3中所示。上腔9相对于下腔10偏心，在样本加入过程中任何反应剂被迫进入下腔10中的可能性减少。而且，样本和反应剂在培养时段中将易于留存在上腔中。在支撑部2旋转的过程中，留存在容器7中的流体通过盖8被保留。
如图6和7的示例中所示，分析站16还包括：培养装置，其采用环形加热单元（未示出）的形式并安置为与支撑部2大致同心，优选地设置在上腔9的近处，处于由反应器皿3形成的内部周边内。在此构造中，加热单元能够在支撑部2不旋转时加热上腔9中的流体。加热单元典型地包括：如在现有技术中已知的用于测量和控制温度的装置。加热单元可具有任何其它构造或在分析系统16内的位置，只要其能够在执行培养过程时加热上腔9中的流体即可。
在培养阶段之后，支撑部2通过驱动轴17而旋转，旋转速度足以沿大致沿轴线B的方向将离心力施加于流体而使其从上腔9至下腔10并至分离基质。在离心分离过程中，反应器皿3以其轴线B（与支撑部轴线A大致垂直）枢转，其封闭端12的指向背离轴线A，如图5所示。
离心分离的结果在于，非凝集材料下移穿过分离基质，而凝集细胞留存在分离基质的顶部上或者分布在基质内，这取决于凝集程度。较强的凝集反应使得细胞朝向分离基质的上部分留存，而较弱的凝集反应使得凝集物以与基质顶部的不同距离而分布。
分析系统16还可包括：读取和解释装置（未示出），用于执行对正、负凝集反应的观测，读取和解释装置被设计为以光学方式或以其它方式探测在下腔10中的凝集反应区的特定区域内的簇（cluster）凝集物和/或带（band）或钮（button）的形成。可替代地，可手动地执行观测。
在完成凝集化验（例如前述凝集化验）之后，装置1可被丢弃，且通过新的装置1执行新的化验。装置1可易于处理。
在本发明的实施例中，每个装置1被索引。在此例如可从前述堆（stack）中自动选取一装置，并将该装置置于分析系统中以执行新的凝集化验。整个化验也可通过以自动方式执行移液操作、培养和离心分离步骤而自动化。
本发明的装置1允许执行完整的凝集化验，包括：在对应于前述分析系统16的单一站中进行混合、培养和离心分离步骤。
附图标记和符号
1 装置
2 支撑部
3 反应器皿
4 臂
5 销
6 孔
7 容器
8 盖
9 上腔
10 下腔
11 开放端
12 封闭端
15 开口
16 分析站
17 驱动轴
18 肩区域
19 凹部
20 开口
A 支撑部旋转轴线
B 反应器皿轴线

Claims (16)

1.一种用于执行凝集化验的装置，包括多个反应器皿，每个反应器皿包括：上腔，其具有用于接收反应物和/或样本的开口；和下腔，其包括与所述上腔连通以从所述上腔接纳流体的端、与所述端相反的封闭端、和用于使凝集物与非凝集物分离的基质；所述上腔比所述下腔更宽，以在上腔和下腔之间形成肩区域；其中，
所述装置还包括旋转支撑部，该旋转支撑部能够围绕轴线旋转，并以如下方式枢转地保持所述反应器皿，即：允许所述反应器皿在所述旋转支撑部旋转时围绕与所述旋转支撑部的旋转轴线大致垂直的轴线枢转，从而使得当所述旋转支撑部不旋转时，所述流体留存在所述上腔中；当所述旋转支撑部旋转时，所述流体能够从所述上腔流到所述下腔并进入所述基质中。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述旋转支撑部和/或所述反应器皿通过塑料注射成型工艺制成。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述旋转支撑部由单一件制成。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述旋转支撑部包括12个反应器皿。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述上腔相对于所述下腔是偏心的。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述下腔是具有柱形剖面的细长管。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述旋转支撑部包括与所述轴线同心的容器。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，
所述旋转支撑部的下面和/或所述容器的表面包括一个或多个肋。
9.根据权利要求7所述的装置，其中，
所述容器在所述旋转支撑部的平面的下方和上方延伸。
10.一种用于执行凝集反应和分离化验的分析站，所述分析站包括：
包含有多个反应器皿的反应装置，每个反应器皿包括：上腔，其具有用于接收反应物和/或样本的开口；和下腔，其包括与所述上腔连通以从所述上腔接纳流体的端、与所述端相反的封闭端、和用于使凝集物分离于非凝集物的基质；其中，所述上腔比所述下腔更宽，以在上腔和下腔之间形成肩区域；旋转支撑部，该旋转支撑部能够围绕轴线旋转，并以如下方式枢转地保持所述反应器皿，即：允许所述反应器皿在所述旋转支撑部旋转时围绕与所述旋转轴线大致垂直的轴线枢转，从而使得当所述旋转支撑部不旋转时，所述流体留存在所述上腔中；当所述旋转支撑部旋转时，使所述流体从所述上腔流到所述下腔而至所述基质中；
驱动轴，其适于牢固保持所述反应装置；
加热单元，其与所述反应装置的旋转支撑部同心；和
用于在所述下腔内光学探测簇凝集物和/或带或钮形成物的探测装置。
11.根据权利要求10所述的分析站，其中，
所述驱动轴牢固保持所述反应装置，其中所述旋转支撑部具有的其旋转轴线大致平行于所述驱动轴的旋转轴线。
12.根据权利要求10所述的分析站，其中，
通过将所述旋转支撑部的容器装配到所述驱动轴中的共形凹部中，所述反应装置被保持在所述驱动轴中。
13.根据权利要求12所述的分析站，其中，
所述旋转支撑部的下面和/或所述旋转支撑部的容器的表面包括一个或多个肋，所述一个或多个肋与在所述共形凹部的表面上的一个或多个对应的槽协作，以在离心分离过程中使所述反应装置保持在所述驱动轴中。
14.根据权利要求10所述的分析站，其中，
所述加热单元为环形，并且适于在所述旋转支撑部不旋转时加热所述上腔中的流体。
15.一种用于执行凝集化验的方法，包括：
提供分析站，所述分析站包括：包含有多个反应器皿的反应装置，每个反应器皿包括：上腔，其具有用于接收反应物和/或样本的开口；和下腔，其包括与所述上腔连通以从所述上腔接纳流体的端、与所述端相反的封闭端、和用于使凝集物分离于非凝集物的基质；其中，所述上腔比所述下腔更宽，以在上腔和下腔之间形成肩区域；旋转支撑部，该旋转支撑部能够围绕轴线旋转，并以如下方式枢转地保持所述反应器皿，即：允许所述反应器皿在所述旋转支撑部旋转时围绕与所述旋转轴线大致垂直的轴线枢转，从而使得当所述旋转支撑部不旋转时，所述流体留存在所述上腔中；当所述旋转支撑部旋转时，使所述流体从所述上腔流到所述下腔而至所述基质中，所述旋转支撑部包括容器；驱动轴，其适于牢固保持所述反应装置；加热单元，其与所述反应装置的旋转支撑部同心；和用于在所述下腔内光学探测簇凝集物和/或带或钮形成物的探测装置；
将反应剂和样本加入所述容器中并将所述反应剂和样本混合到一起；
将混合的所述反应剂和样本移送到不同所述反应器皿的上腔中；
当所述旋转支撑部不旋转时培养所述器皿的上腔中的反应剂和样本；
通过旋转所述旋转支撑部而离心分离所述反应剂和样本，以迫使流体从所述上腔流向所述下腔至分离基质；和
执行对正或负凝集反应的读取和解释。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，
在完成所述执行所述读取和解释之后，丢弃所述反应装置。
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