CN102507445A - 样品杯以及含有其的多通道光学测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种样品杯以及含有其的多通道光学测试系统，该样品杯包括密封盖、柔性连板、杯体以及样品容器贴片，杯体下部设有样品容腔，用于盛放样品，杯体上部设有垂直的注样入口部、主注样通道及排气通道，在注样入口部与其下方的杯体的分界面为一倾斜面，主注样通道的上端口和排气通道的上端口位于所述倾斜面的上、下两侧，且排气通道的上端口位于倾斜面斜上方，高于主注液通道的上端口，排气通道的上部从上端口垂直向下延伸，与注样入口部和主注样通道都是大体平行的，排气通道的下部和主注样通道的下部一样都向内弯曲，排气通道的下端口和主注样通道的下端口汇聚于样品容腔的最高点处，且注样入口部横截面面积大于主注样通道与排气通道的横截面面积之和。通过设置排气通道，可使在注样或实验过程中产生的气泡顺利排出到样品的上方，使其完全不影响测量的精度。

Description

样品杯以及含有其的多通道光学测试系统

技术领域

本发明涉及一种样品杯，更加具体地，涉及一种用于多通道光学测试系统中的样品杯。

背景技术

对于许多研究、医疗和工业应用来说，核酸扩增反应都是至关重要的。这些反应用于临床和生物学研究、传染性疾病的检测和监测、突变的检测、癌症标志物的检测、环境监测、遗传鉴定、生物防御应用中的病原体检测等等。特别地，聚合酶链式反应(PCR)已经在所有这些领域中应用，包括应用于病毒和细菌检测、病毒负荷监测、稀有和/或难以培养的病原体的检测、生物恐怖威胁的快速检测、癌症患者中最少量残留疾病的检测、食物病原体试验、血液供给筛选等等。关于PCR，如此广泛应用的主要原因是由于它的速度和容易使用(典型地使用标准化试剂盒和相对简单且低成本的器具在数小时内进行)、它的灵敏度(经常可以检测到样品中几十个拷贝的靶序列)、以及它的鲁棒性(可以容易地分析低质量样品或保存的样品，例如法医样品或固定的组织样品)。

在核酸扩增反应中，现有技术通常使用多通道光学测试系统，以感应混合物温度的快速变化，并且探测混合物中含有的目标分析物。如图1-4所示，在现有技术US6369893B1中就公开了这样一种多通道光学测试系统，包含多个热交换模块37，它由样品杯2、热交换模块37、风扇42、电路板54、计算机等构成。其中热交换模块37具有一对相对放置热板34A、34B，在热板34A、34B中插入样品杯2并对样品杯中的混合物进行加热和/或冷却。模块37还具有光激发模块46和光探测模块48，它们对着混合物定位从而可进行光学观测。样品杯2具有反应腔10，用来保持反应混合物，样品杯2被设计成能够最佳地将热量传递到反应混合物以及从反应混合物传递出热量，并且有效光学观察反应混合物。样品杯2做成薄片状有利于最佳的热量传递，因为提供了很大的用于热量传导以及用于接触热板的表面。另外，样品杯2的壁在反应腔10处具有光学窗口，这样整个反应混合物能够被光学观测。

样品杯2具有刚性框架16，其限定了反应腔10的周边。框架16还包括端口4以及将端口4与反应腔10连接的通道8。薄且柔软的壁18安装在框架16相对侧上形成了腔10的侧壁。样品杯2还包括密封盖12。该盖12通过柔性臂14连接到框架16上。盖12具有塞子22，当盖子12放到样品杯2上时塞子22被插入到通道8中。当其被插入到通道8中时，塞子22对腔10施压，因此柔性壁18膨胀。柔性壁18的膨胀使得壁18与热板表面之间增加了贴合。

在使用样品杯2时，样品通过端口4加入到反应腔10中。这可以通过将移液管插入到通道8中而将腔10充满。对于人工添加样品，样品杯2最好包括手指拿捏部6。事先将混合有试剂或荧光染色剂的样品加入到腔10中。可选地，样品也可以引入到放有试剂或荧光染色剂的腔10中。如图3所示，样品杯2放在热板34A、34B之间，因此样品杯的壁18抵压在板的内表面上。通过启动板34A、34B上的加热元件，反应物就处于各种温度中。然后反应混合物就被光学观测，优选是通过框架16的光透射底壁32A、32B，如图2所示。图2中的箭头A表示光柱通过壁32A进入腔10，而箭头B表示发射光通过壁32B离开腔10。

壁32A、32B彼此之间有角度偏移，通过第一壁32A，对反应混合物中的标示分析物进行光学激发，而通过第二壁32B来对标示分析物进行光学探测。通常它们之间的夹角是大约90°。激发和探测通道之间的90°角确保通过壁32A进入的激发辐射光通过壁32B离开的最少。同时，90°角使得最大量的射出发射光，例如荧光，通过壁32B能够被聚集。

壁32A、32B在腔10的底部接合从而形成“V”形。一个定位片17从接合处延伸下来，其被用来将样品杯2定位在热交换模块中。

但是，现有技术中的样品杯存在诸多的问题。

首先，反应腔10中加入样品后，反应腔10中会通常留有气泡，必须要使用离心机进行排气泡的操作，工序十分的繁琐。即便在实验开始时使用离心机进行了排气泡操作，也经常有反应腔10中的样品在升降温过程中产生气泡，由于在实验过程中样品杯2需要使用密封盖12一直密封住，这时一旦产生气泡，由于气泡无处可去，必然在反应腔10中随机停留，严重时可造成测光不准，影响实验结果的准确性。

其次，实验过程中虽然是利用光激发模块46和光探测模块48对反应腔中10的样品进行光学观测，但是环境中的自然光(也称之为杂光)也难以避免地会通过第一壁32A进入到反应腔10中，换句话说，杂光进入样品光路，从而影响测量的精度。

另外，柔性壁18通常使用的材料是聚丙烯、聚乙烯、聚酯以及其他聚合体，这些材料不仅不经济，而且热传导效率不高。

发明内容

本发明提供了一种样品杯，包括密封盖、柔性连板、杯体以及样品容腔贴片，杯体下部设有样品容腔，用于盛放样品，杯体上部设有垂直的注样入口部、主注样通道及排气通道，在注样入口部与其下方的杯体的分界面为一倾斜面，主注样通道的上端口和排气通道的上端口都在所述倾斜面上，位于杯体中轴线的两侧，且排气通道的上端口位于倾斜面斜上方，高于主注液通道的上端口，排气通道的上部从上端口垂直向下延伸，与注样入口部和主注样通道都是大体平行的，排气通道的下部和主注样通道的下部一样都向内弯曲，排气通道的下端口和主注样通道的下端口汇聚于样品容腔的最高点处，且注样入口部横截面面积大于主注样通道与排气通道横截面面积之和。

样品容腔具有两个底壁、两个顶壁，它的形状为四边形。在杯体内、每个顶壁上部都设置多个杂光屏蔽孔。每个顶壁上部的多个杂光屏蔽孔设置在一条直线上，该直线与相邻顶壁的内表面平行。

样品容腔的底壁是由多个聚光镜槽构成，聚光镜槽内部被设计成圆弧面形状，汇聚光能，充分利用光源能量，提高了信噪比。

样品容腔的两侧用样品容腔贴片来密封，它们是与杯体高温烧结的塑料薄膜。

杯体上设有两个样品杯取出槽。

通过设置一单独的排气通道，可使在注样或实验过程中产生的气泡顺利排出到样品的上方，使其完全不影响测量的精度。

通过设置杂光屏蔽孔，是外部进来的杂散光在这些屏蔽孔内形成回路，避免其进入样品光路而影响测量精度。

通过使用与杯体高温烧结的塑料薄膜，一方面可使样品杯的制作成本大大降低，另外主要是保证加入样品后的薄膜均匀地贴附在加热膜片上，使样品受热均匀，升降温度率更快。

杯体上设有样品取出槽，方便样品杯的取出。

附图说明

图1为现有技术中的热交换模块；

图2为现有技术中样品杯的分解图；

图3为现有技术中样品杯的正视图；

图4为现有技术中样品杯的侧视图；

图5为本发明样品杯的正视图；

图6为本发明样品杯的俯视图；

图7为本发明样品杯的侧视图；

图8为图5样品杯中所示圆圈中由多个聚光镜槽组成样品容腔底壁的一个聚光镜槽的示意图；

图9为本发明样品杯的样品容腔贴片的示意图。

具体实施例

参见图4-8，本发明的样品杯包括了密封盖1、柔性连板2、杯体12以及样品容腔贴片11。在样品杯工作时，贮存在样本杯的样品容腔7中的样品会经历不断的升温过程，杯内的压力会不断地交替变化，而密封盖1采用柔性材料制成，当杯内压力增大时，柔性密封盖1能够变形膨胀，避免样品溢出而造成测量结果的不准确。

柔性连板2将密封盖1与杯体12连接在一起，这样密封盖1不会脱离杯体12，避免了多个样品杯的密封盖之间的混淆，从而避免了由于密封盖1的混淆而致使样品的交叉污染。

杯体12上设有两个样品杯取出槽3，由于样品杯1在仪器中所处的位置、结构比较紧凑，在做完实验取出样品杯时，依靠专门的工具比如钩子，放入样品杯取出槽3中方便样品杯的取出。

杯体12下部设有样品容腔7，用于盛放样品。与现有技术类似，样品容腔7具有两个底壁13、14以及两个顶壁15、16，形状为四边形，优选为正方形，两个顶壁15、16交汇处位于杯体12的中轴线A上，这是样品容腔7的最高点。样品容腔7的容积可以在150微升-10微升之间，优选做成100微升、50微升、25微升。

在杯体12中的样品容腔7上方设有垂直的注样入口部17、主注样通道5及排气通道4。在注样入口部17与其下方的杯体12的分界面为一倾斜面18，也就是该倾斜面18与水平面有一夹角，该夹角度数在40到70°之间，优选60°。主注样通道5的上端口和排气通道4的上端口9都在该倾斜面18上，位于杯体12的中轴线A的两侧，且排气通道4的上端口9在倾斜面18上的位置要高于主注液通道5的上端口。通过注样入口部17和主注样通道5，可将样品注入到样品容腔7中。

注样入口部17横截面面积大于主注样通道5与排气通道4横截面面积之和。

为了顺利排出在注样时以及实验过程中样品可能产生的气泡，在倾斜面18下方的杯体12内设置有一排气通道4，其上端口9位于倾斜面18的斜上部，与注样入口部17连通，主注样通道5的上部从其上端口开始在杯体12内垂直向下延伸、排气通道4的上部19从上端口9开始也在杯体12内垂直向下延伸，故排气通道4的上部19与注样入口部17和主注样通道5的上部都是大体平行的，排气通道4的下部20和主注样通道5的下部22一样都向内弯曲，排气通道4的下端口21和主注样通道5的下端口23汇聚于样品容腔7的最高点处。

在注样过程中，注样管插入到样品杯中，注样管端口通过注样入口部17而到达主注样通道5的上端口与排气通道4的上端口9之间，然后开始注样，样品液体经由主注样通道5进入到样品容腔7内，而在注样过程中产生的气泡就可以通过排气通道4顺利地排到样品容腔7的上方，避免了现有技术中仅有一注样通道，可能会在样品容腔7内产生局部气塞，使气泡无法完全排出样品容腔7外而影响测量准确度。

样品容腔7的底壁13、14是由多个聚光镜槽8组成，其主要作用是单色光进出样品容腔7时，通过聚光镜槽8内部的圆弧面形状，起到汇集光能的作用，以便于充分利用光源能量，提高信噪比。

为了避免杂光进入样品光路而影响测量精度，在杯体12内、每个顶壁15、16上部处都设置多个杂光屏蔽孔6。所述多个杂光屏蔽孔6优选设置在一条直线上，该直线与相邻顶壁15、16的内表面平行。这些设置的杂光屏蔽孔使从外部上方入射进来的杂散光在这些小孔内形成全反射光路，从而避免杂光进入样品光路而影响测量精度。

杯体12的下端有定位柱10，其使得样品杯在仪器中的位置唯一，提高了策略可靠性及重复性。

样品容腔7的两侧用样品容腔贴片11来密封，如图9所示，它们是与杯体12高温烧结的塑料薄膜，这使得样品杯的制作成本大大降低；另外，还可以保证在加入样品后薄膜均匀的贴附在加热膜片上，使样品受热均匀、升降温速率更快，而升降温速率的快慢与否正是实时荧光定量PCR仪的关键指标之一。

Claims (10)

1.一种样品杯，包括密封盖(1)、柔性连板(2)、杯体(12)以及样品容腔贴片(11)，杯体(12)下部设有样品容腔(7)，用于盛放样品，其特征在于，杯体(12)上部设有垂直的注样入口部(17)、主注样通道(5)及排气通道(4)，所述注样入口部(17)与其下方的杯体(12)的分界面为一倾斜面(18)，所述主注样通道(5)的上端口和所述排气通道(4)的上端口(9)都在所述倾斜面(18)上，位于所述杯体(12)的中轴线(A)的两侧，且所述排气通道(4)的所述上端口(9)的位置高于所述主注液通道(5)的所述上端口，所述排气通道(4)的上部(19)从所述上端口(9)开始在所述杯体(12)内垂直向下延伸，与所述注样入口部(17)和所述主注样通道(5)在所述杯体(12)内的上部都是大体平行的，所述排气通道(4)的下部(20)和所述主注样通道(5)的下部(22)一样都向内弯曲，所述排气通道(4)的下端口(21)和所述主注样通道(5)的下端口(23)汇聚于所述样品容腔(7)的最高点处；并且，所述注样入口部(17)的横截面面积大于所述主注样通道(5)与所述排气通道(4)的横截面面积之和。

2.根据权利要求1所述的样品杯，其特征在于，所述倾斜面(18)与水平面的夹角度数在40到70°之间，优选为60°。

3.根据权利要求1所述的样品杯，其特征在于，所述样品容腔(7)具有两个底壁(13、14)及两个顶壁(15、16)，形状为四边形，两个顶壁(15、16)交汇处位于所述中轴线(A)上，这是所述样品容腔(7)的所述最高点处。

4.根据权利要求3所述的样品杯，其特征在于，所述样品容腔(7)的容积在150微升至10微升之间

5.根据权利要求1-3任一项所述的样品杯，其特征在于，在所述杯体(12)内、每个顶壁(15、16)上部都设置多个杂光屏蔽孔(6)。

6.根据权利要求5所述的样品杯，其特征在于，每个顶壁(15、16)上部的多个杂光屏蔽孔(6)设置在一条直线上，该直线与相邻顶壁(15、16)的内表面平行。

7.根据权利要求1-6任一项所述的样品杯，其特征在于，所述样品容腔(7)的底壁(13、14)是由多个聚光镜槽(8)构成，所述聚光镜槽(8)内部被设计成圆弧面形状以汇集光能。

8.根据权利要求1-7任一项所述的样品杯，其特征在于，所述杯体(12)上设有两个样品杯取出槽(3)。

9.根据权利要求1-8任一项所述的样品杯，其特征在于，所述样品容腔(7)的两侧用所述样品容腔贴片(11)来密封，它们是与杯体(12)高温烧结的塑料薄膜。

10.一种多通道光学测试系统，其含有权利要求1-9任一项所述的样品杯。

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