CN104704374B - 具有毛细管传送机构的分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分析系统(600)。所述分析系统包括存储容器(606),所述存储容器被配置成存储多根毛细管。所述分析系统还包括夹持器(618),所述夹持器被配置成接纳所述多根毛细管中的至少一根,并且移动所述至少一根毛细管,使得所述毛细管的末端与样品容器(614)中的样品接触并且牵引所述毛细管中的所述样品。所述系统还包括读取器(612),所述读取器被配置成检测来自所述毛细管中的所述样品的信号。
Description
相关申请的交叉引用
本申请是非临时申请,且要求提交于2012年9月14日的美国临时申请No.61/701,360的提交日的优先权,其全文以引用方式并入本文用于所有目的。
背景技术
本发明的实施例可涉及利用毛细管分析样品的系统和方法。例如,本发明的一些实施例涉及用于准确地确定无盖样品管中的血清和血浆样品的血清指标(如,针对脂血、溶血和黄疸)的系统和方法。
脂血、溶血或黄疸患者的样品呈深红色或乳糜状,通常对使用光学方法的其他实验室检测造成干扰。因此,对于可靠的样品处理自动化操作而言,为了避免得到错误的测量结果,需要在将样品送入分析仪进行检测之前测量出血清指标。血清指标通常由在分析仪器上进行样品抽吸和测量来测定。对于可在自动化设备中获得的血清指标,样品的完整循环时间需要匹配或超过样品通量的速度。
美国专利No.5,734,468(US‘468)公开了用于检测在由连接至泵的透明抽吸式探针(参见US‘468的图4)抽吸出的血清样品中溶血、黄疸和脂血的存在的方法和设备。在所公开的系统中,通过施加抽吸真空将液体样品体积从样品容器抽吸到抽吸式探针中。抽吸流体样品直到抽吸式探针中的充填液位到达光学测量区段(参见US‘468的图2)。在光学测量区段处,连接的光纤将光发射到光学透明区段中,并且在相对侧的检测光纤中检测光的透射部分。
US‘468中公开的系统的缺点是需要在能够测量后续样品之前包括一个对抽吸式探针的洗涤步骤,该探针包括所述测量区段。这降低了系统的通量,并且增大了由于后续样品的污染导致错误测量结果的风险。
美国专利No.7,688,448B2(US 448)公开了用于通过将光发射穿过主样品容器的非接触式方法测量血清指标的装置(参见US‘448的图4中的示意图)。两个不同光源的发射光谱通过分束器元件组合在一起,并且该组合指向主样品容器的一个限定点。吸收信号由容器相对侧上的光检测器进行检测,并被记录在计算机单元中(参见US‘448的图18)。
US‘448中公开的装置的缺点是,在实验室环境中对主样品容器进行自动化处理时,可能会将标签附接到容器。标签可能会干扰或抑制来自发光光学器件的信号。这使得所述装置不能检测出主样品容器内提供的样品的有效血清指标结果。
为了克服前述穿过施加于主样品容器的标签进行测量的缺点,US2010/0303331A1(US‘331)建议在不透光测量容器中将无盖样品容器与光学传感器结合使用。US‘331中公开的装置使用在样品容器位置下方的光源以及在可移动暗箱中的相机。当传送轨道将样品于测量位置处提供时,所述暗箱下降,直到其与传送轨道一起形成不透光的封闭空间(参见US‘331的图5B)。随后,所述光源从下方向样品发射宽谱光,并且所述相机检测到来自样品的透射信号,从而确定血清指标结果。
US‘331中公开的装置的缺点是,对于预离心的样品,由于发射光几乎完全被凝固物挡住,将无法测量到血清指标的有效信号。因此,该系统不适于基于血清或血浆确定有效的血清指标结果。
本发明的实施例分别地和共同地解决了这些以及其他问题。
发明内容
本发明的实施例包括用于克服前面提到的缺点并且使自动化系统能够通过在一次性的光学透明探针中抽吸样品的血清或血浆组分来测量样品的血清指标结果的设备和方法。然后在光学读取单元处测量抽吸的血清或血浆以确定血清指标,该过程没有干扰性的标签或凝固物造成的信号衰减。另外,将一次性探针丢弃,并且用新的干净的一次性探针进行后续测量,这消除了交叉污染和测得错误结果的风险。
虽然对血清指标的测量进行了详细的描述,但本发明的实施例不局限于此。本发明的实施例可用于确定任何合适样品的任何合适特性。
本发明的一个实施例涉及包括存储容器的分析系统,该存储容器被配置成存储多根毛细管、以及毛细管取向设备。该分析系统还可包括被配置成接纳所述多根毛细管中的至少一根的夹持器。所述至少一根毛细管的末端被配置成与样品容器中的样品接触并且牵引毛细管中的样品。在该系统中,读取器被配置成检测来自毛细管中的样品的信号。
本发明的另一个实施例涉及一种方法,其包括将多根毛细管装载到存储容器中,将所述多根毛细管中的毛细管转移至夹持器,使所述毛细管与样品容器中的样品接触并且牵引样品进入毛细管中,并通过读取器检测来自毛细管中的样品的信号。
本发明的这些以及其他实施例将在下文中结合附图进一步详细地描述。
附图说明
图1A示出本发明的实施例中所用的一些部件的方框图。
图1B-图1C示出流程图,其演示了根据本发明的实施例的方法。
图2A示出根据本发明的实施例的滑动板批量进料器的顶部透视图。
图2B示出根据本发明的实施例的滑动板批量进料器的底部透视图。
图3A示出根据本发明的实施例的振动板批量进料器的顶部透视图。
图3B示出图3A中所示的振动板批量进料器的一部分的近距离横截面侧视图。
图3C示出图3(a)中所示的进料器的横截面侧视图,其中毛细管自落杠杆处于闭合位置,且毛细管阻挡件处于升高位置。
图3D示出图3(a)中所示的进料器的横截面侧视图,其中毛细管自落杠杆处于开启位置,且毛细管阻挡件处于降低位置。
图4示出具有带式传送桥的批量进料器的顶部透视图。
图5示出装载坡台和毛细管旋转器的顶部透视图。
图6示出具有轮式传送机构的批量进料器的透视图。
图7示出具有轮式传送机构的批量进料器的近距离透视图。
图8示出根据本发明的实施例的毛细管装载器的透视图。
图9A-图9C示出将毛细管从水平取向旋转至垂直取向的毛细管旋转器臂的一部分。
图10示出根据本发明的实施例的毛细管操纵器传送组件的透视图。
图11A和图11B示出根据本发明的实施例的毛细管夹持器的详细视图。
图12A示出根据本发明的实施例的毛细管读取器的透视图。
图12B示出夹持机构的近距离视图。
图13A示出根据本发明的实施例的毛细管读取器的正面顶部透视图。
图13B示出根据本发明的实施例的毛细管读取器的正面底部透视图。
图13C示出根据本发明的实施例的毛细管读取器的一部分。
图14示出相对信号与波长的关系的曲线图。
图15示出计算机装置的方框图。
具体实施方式
本发明的实施例可以使用玻璃或塑料的毛细管来抽吸样品,并且能够进行光吸收测量。所述毛细管仅通过与样品容器中的样品的表面接触便能够抽吸样品容器中的样品。不需要泵送操作。在测量完成后,弃去用于获得测量结果的毛细管,从而消除了遗留污染物的问题,并满足了免洗涤的需求。
在本发明的实施例中可以使用具有不同长度和内径的毛细管。在一些实施例中,合适的毛细管可包括长度大于约10mm且内径或外径小于约1000μm的那些。例如,合适的毛细管可为约50mm长,并且可具有约400μm的内径。其他合适的毛细管可具有大于或小于这些尺寸的尺寸。
根据本发明实施例的系统通过借助毛细管取向设备(比如毛细管装载器或毛细管旋转器)将来自毛细管分配器的单根毛细管装载到夹持器中而工作。其他取向设备可包括位于自落门或毛细管门上的单独的或与毛细管装载器或毛细管旋转器结合的附加件。
所述夹持器可以是毛细管操纵传送组件的一部分,该传送组件可将所述毛细管移动到装有样品的无盖样品管上方。该传送组件可降低所述毛细管,直到其与样品管中的样品的表面接触。所述样品随后借助表面张力和附着力被立即吸入所述毛细管中。有利地,在本发明的实施例中不需要泵。另外,在本发明的实施例中使用的毛细管是一次性的;因为不用清洗毛细管,所以加快了分析过程。由于在本发明的一些实施例中不需要重复使用毛细管,故相对于常规系统还降低了污染的风险。
在本发明的一些实施例中,对毛细管吸光度进行读取的毛细管读取器在未安装毛细管的情况下执行参考扫描。随后,毛细管移动到读取器中,此时执行另一次扫描,以便测量透射光。然后使用这两次扫描计算吸光度。光源可包括两个LED(420nm和“白色”光谱),所述LED直接发出或通过光缆发出的光被引导通过狭缝,从而使光能够穿过毛细管的中心。所述读取器在使用夹钳将所述毛细管柱面夹住时,使所述毛细管与所述狭缝和检测光缆对齐。通过所述检测光缆收集折射光,并使其穿过光学狭缝传播到分光光度计的衍射光栅上。可使用二极管阵列检测器测量来自所述光栅的反射光,以提供从400至700纳米的光谱测量。
本发明的实施例可以有利地用于测量生物样品中的血清指标值。然而,本发明的实施例可用于测量其他生物样品中的值。例如,本发明的实施例可用于检测生物或化学样品中特定分析物的存在与否。
在讨论本发明的具体实施例之前,对本申请中使用的一些术语进行一些描述可能是有用的。
“存储容器”可包括可以存储比如毛细管的结构的任何合适的主体。存储容器可具有任何合适的几何形状(如,盒状),并且可具有至少一个用于毛细管的进出口。合适的存储容器可由任何合适的材料构造而成,并且在本发明的一些实施例中,其可以存储多于50根、100根或甚至1000根毛细管。
“夹持器”可包括被配置成夹持比如毛细管的另一种结构的任何合适的设备。在一些实施例中,所述夹持器可包括套筒和筒夹,使得所述夹持器可至少部分地保护毛细管并将毛细管自以下位置传送,该位置可包括(例如)具有样品的样品容器和可读取来自毛细管内的样品的信号的读取器。
“读取器”可包括能够确定样品的特性的任何合适的设备。在一些实施例中,样品可存在于毛细管中,并且特性可涉及与样品相关联的血清指标值。合适的读取器可包括发射器(如,光发射器)、检测器(如,光检测器)、以及能够帮助确定样品的特性的其他部件(如,夹钳、螺线管)。
“信号”可包括任何合适的电磁脉冲。在本发明的实施例中,可在毛细管中的样品接收到输入信号之后,由毛细管内的样品产生输出信号。合适的信号包括光信号。
图1A描绘了根据本发明实施例的系统的一些部件的示意性方框图。所述部件可包括毛细管存储容器(或仓)12,其可以保存毛细管。所述存储容器12可存在于毛细管分配器单元中。所述系统还可以包括毛细管传送机构18(其可以包括(例如)轮或传送器),该毛细管传送机构将各毛细管运送到毛细管取向设备14。
可使用毛细管取向设备14(如,装载器或旋转器)将毛细管供应给夹持器16。夹持器16可以运送毛细管,并且可被毛细管操纵器传送组件20操纵,使得毛细管与样品接触并最终被传送到读取器22。这些部件中的每一者将在下文进一步详细描述。
计算机装置40可以控制和/或接收来自毛细管传送机构18、毛细管取向设备14、毛细管操纵器传送组件20和读取器22的数据,如本文所述。示例性计算机装置的一些部件在图15中示出。所述计算机装置可包括计算机可读介质,该计算机可读介质包括使处理器能够执行本文所述功能中的任一种的代码。另外,所述计算机可读介质可包括能够用于确定正被分析的样品的特性的信息数据库。例如,将从正被读取器分析的样品中接收到的信号与具体样品特性相关联的查找表可能存在于所述计算机可读介质和/或所述计算机装置中。
图1B和图1C描绘了根据本发明实施例的毛细管操纵和血清指标测量过程的示例性工作流程。应当注意,本发明的实施例不限于图1B和图1C中所示步骤的特定数目或顺序,并且本发明的其他实施例可包括更多或更少的步骤。还应当理解,与每个步骤有关的进一步细节在整个系统上相对具体部件进行描述,并且这些细节中的任一者可在不脱离本发明范围的情况下并入以下步骤。
参见图1B,在步骤102处,将毛细管装载到毛细管分配器单元的存储容器中。下面提供了毛细管分配器单元的各种例子。可用手将毛细管装载到存储容器中,或可通过外部机器将毛细管自动地装载到存储容器中。
在步骤104中,传感器检测毛细管分配器单元中的分配位置处是否存在毛细管。如将在下面的各种毛细管分配器单元实施例中所示,每次可从毛细管分配器单元分配一根毛细管。
在步骤106中,如果毛细管分配单元中的分配位置没有毛细管,则启动毛细管分配单元中的分配器马达并将毛细管分配至装载器。在步骤108中,如果分配位置有毛细管,则关闭毛细管分配单元中的分配器马达。
现在参见图1C,在步骤111中,确定装载器中是否存在毛细管。示例性装载器在图8中示出,并且在下文进一步详细描述。如果装载器中有毛细管,则毛细管夹持器打开(步骤112),并且毛细管夹持器移动到毛细管装载位置(步骤114)。毛细管夹持器的例子在图11A中示出,并且在下文进一步详细描述。如果装载器中没有毛细管,则过程可行进返回到图1B中的步骤104(步骤152)。可启动毛细管分配单元中的马达,以确保分配位置处和装载器中存在单根毛细管。
在步骤116中,随后读取器夹钳打开和闭合(步骤116)。示例性读取器夹钳在图12B和图13C中示出。在该步骤中,读取器释放设置在其中的来自前一次检测的任一根毛细管,将其弃去。由于毛细管装载到夹持器中存在停顿时间,故所述释放和弃去操作在此时进行。该步骤可以在不增加任何循环时间的情况下完成。
在步骤118中,毛细管夹持器随后闭合(步骤118)。可执行该操作以确保毛细管固定到毛细管夹持器并且可被传送到抽吸位置,装有待分析样品的样品管位于该抽吸位置处。
在步骤120中,毛细管夹持器和毛细管移动至抽吸位置。如将在下文进一步详细描述,可使用包括传送臂的毛细管操纵器传送组件移动毛细管夹持器。所述传送臂能够沿X、Z、和/或Z方向移动,以便将夹持器和毛细管传送到需要的位置。
在步骤121中,当存在样品管时,自动化控制系统将提示发送至血清指标控制系统。在步骤122中,如果存在样品管,则毛细管夹持器移动,使得毛细管与样品接触。在从待分析样品读取任何信号之前,读取器执行参考扫描(步骤124)。在步骤126中,在毛细管与样品管中的样品接触之后,样品被抽吸到毛细管中。
在步骤128中,随后读取器中的读取器夹钳打开。然后通过传送臂移动毛细管夹持器,使得毛细管处于读取器夹钳中(步骤130)并可由读取器对其进行读取。在步骤132中,然后读取器夹钳闭合。然后毛细管夹持器打开(步骤134),从而释放毛细管。随后毛细管夹持器从读取器移开,并回到起始位置(步骤136)。在步骤138中,毛细管夹持器随后返回到闭合构型。
在步骤140中,然后在毛细管处于读取器内时,对毛细管中的样品执行吸光度扫描(步骤140)。接下来,计算机装置可分析来自样品的输出信号,并且可对样品进行表征。在扫描完成后,可将读取器夹钳打开,毛细管便落入位于读取器夹钳下方的废物容器中。
与系统中的部件有关的进一步细节在下文提供。
I.毛细管分配器单元
A.滑动板批量进料器
图2A和图2B描绘了毛细管分配器单元200的实施例,其中所述毛细管以水平取向存储在存储容器204中。在一些实施例中,存储容器204也可能被称为毛细管库(或仓)。在该实施例中,存储容器204的底侧通过联接到平坦平台202并与该平坦平台平行的滑动板(或托盘)218进行限制。
所述滑动板218包括适于容纳单根毛细管的小线形腔体。毛细管自落门210通过铰链(未示出)联接到滑动板218,并使毛细管自落门210能够向上和向下枢转。当毛细管自落门210处于向下位置时,所述小线形腔体中的毛细管可从毛细管自落门210的顶部主表面210A滚下。当该毛细管从毛细管自落门210的顶部主表面210A滚下时,所述毛细管的一端可与附加件210B接触,该附加件210B从毛细管自落门210的顶部主表面210A向上突起。这能够在毛细管从顶部主表面210A滚下时阻止其一端的移动,然而另一端继续从顶部主表面210A滚下。毛细管随即旋转,使得其可以利用毛细管装载器中的孔取向并进入该孔(将在下文详细描述)。
在该实施例中,两个平行的线性滑块208附接到平坦平台202的底面。滑动板218由两个平行的线性滑块208中的沟槽引导,所述平行的线性滑块与滑动板218的侧面配合地构造。
线性横杆216可包括横杆主体216A和从横杆主体216A向上延伸的突起210B。线性横杆216可附接到平行的线性滑块208的中间部分,并且可取向为与线性滑块208的取向垂直。线性横杆216也可以是固定的,并且可约束毛细管自落门210的移动。
突起216A可以与毛细管自落门210的底面接触。当滑动托盘218和毛细管自落门210从绘出的驱动马达214移开并且突起216B靠近将毛细管自落门210附接到滑动托盘218的铰链时,毛细管自落门210能够自由地向下移动,如图2B中所示。在重力的协助下,这使毛细管能够如上所述般从顶部主表面210A滚下。
如图2B中所示,驱动马达214和曲柄组件212可附接到平坦平台202的底面。它们可操作地联接到滑动托盘218,用于将滑动托盘218前后移动。
存储容器204可具有任何合适的构型或尺寸。在该例子中,存储容器204可由两个相对的壁204A和相对于端部结构204A垂直取向的两个平行的壁204B形成。平行的壁204B的间隔距离可稍长于存储在存储容器204中的毛细管的长度。相对的壁204A具有向下倾斜的内表面204A-1,用于使存储在其中的毛细管能够在重力作用下以漏斗方式下漏到平坦平台202中的小腔体和滑动托盘218中的腔体内。
毛细管分配单元200可由来自毛细管装载器的信号启动和停止,这将在下文进一步详细描述。在操作中,振动器(未示出)可促进毛细管在存储容器204内取向。当滑动托盘218沿平坦平台202的底部移动时,单根毛细管沉降到滑动托盘218中的狭槽内。滑动托盘218从驱动马达214移开,由此使毛细管自落门210能够开启。当毛细管从毛细管自落门210滚下时,该门上的附加件210A赋予其旋转,以将毛细管移动到垂直取向并使其进入毛细管装载器(将在下文进一步详细描述)。
图2A和图2B中示出的毛细管分配器单元200实施例的一个优点是毛细管库和毛细管装载器(在图2A和图2B中未示出)能够彼此靠近。这提供了更紧凑的系统,并提高了将毛细管从毛细管分配器单元200转移到毛细管装载器的精确度。另外,毛细管分配器单元200能够每次将一根毛细管准确可靠地分配到毛细管装载器。
B.振动板批量进料器
图3A描绘了毛细管分配器300的另一个实施例。该实施例中的毛细管分配器300包括底部上的倾斜表面。
毛细管分配器300包括存储容器318,该存储容器可部分地由相对的壁304A和与相对的壁304A垂直的两个平行的壁304B形成。存储容器318可以存储多根毛细管(未示出)。两个相对的壁304A之间的距离可稍大于将存储在存储容器318中的毛细管的长度。
框架338附接到平行的壁304B之一。框架338为用于移动致动器凸轮314的驱动马达312提供支撑。还存在毛细管阻挡件提升轴承310和弹簧324。提供毛细管阻挡件322的目的在于对将离开存储容器318的毛细管进行计数。毛细管阻挡件322可以是垂直板状结构的形式,该结构的端部紧邻存储容器318的最低点定位。
如图3B所示,具有倾斜表面的底板302可以结合毛细管自落杠杆320工作。毛细管阻挡件322的底面也向下倾斜,使得毛细管阻挡件322的底面和底板302的倾斜表面基本上平行。
如图所示,当毛细管阻挡件322向上偏置时,底板302的上表面和毛细管阻挡件322的底面之间的间隔稍大于它们之间的毛细管的外径。当毛细管阻挡件322下落时,毛细管阻挡件322和底板302可将毛细管50夹在中间,使毛细管不能移动。一根毛细管50A可能未被夹在毛细管阻挡件322和底板302之间。当自落杠杆320以向下移动的方式被致动时,可释放单根毛细管50A。该过程将在下文结合图3C和图3D进一步描述。
在操作期间,振动器(未示出)促进毛细管在存储容器318的存储容积内取向。另外,附接到致动器凸轮314的马达312交替地致动毛细管阻挡件322和毛细管自落杠杆320。当毛细管自落杠杆320在弹簧力(图3B中未示出弹簧)作用下闭合并且毛细管阻挡件322被提升时,毛细管50,50A从倾斜表面朝着毛细管自落杠杆320滚下。自落杠杆轴承316可联接到致动器凸轮314,并且自落杠杆轴承315可致动毛细管自落杠杆320。当毛细管阻挡件322在来自弹簧324的弹簧力作用下降低时,毛细管自落杠杆320开启,让一根毛细管落下。因而阻止了在毛细管阻挡件322下方的毛细管移动。另外,在该实施例中,当毛细管在重力作用下开始垂直取向并落入毛细管装载器中时,底板302上的附加件(未示出)可赋予毛细管旋转(将在下文进一步详细描述)。
图3C示出图3A中所示的毛细管分配器单元的横截面侧视图,其中毛细管自落杠杆320处于闭合位置,且毛细管阻挡件322处于升高位置。在该状态中,毛细管50,50A能够自由地从倾斜的底板302朝着底板302的下端且朝着毛细管门320滚下。致动器凸轮314抵抗弹簧(参见图3中的元件324)的压缩力将毛细管阻挡件提升轴承310向上推,使得毛细管阻挡件322向上提升并且不与毛细管50,50A接触。在图3C中,毛细管门320闭合。
图3D示出图3A中所示的毛细管分配器单元的横截面侧视图,其中毛细管自落杠杆320处于打开位置,且毛细管阻挡件322处于降低位置。在该状态中,由于来自毛细管阻挡件322的向下压力,毛细管50的滚动被限制。然而,由于单根毛细管50A未受到毛细管阻挡件322的向下压力的约束,故其可以被释放。为了使毛细管自落杠杆320打开,致动器凸轮314的接触部分314A与联接到自落杠杆320的自落杠杆轴承发生接触。该运动导致自落杠杆320的底部部分在图3D中向右枢转,从而使毛细管50A能够释放。
图3A至图3D中示出的毛细管分配器单元实施例的优点也在于毛细管库和毛细管装载器之间的距离很近。此外,该实施例对敏感毛细管造成的损伤较轻,使得破损毛细管的数量以及由此造成的毛细管装载器堵塞现象的次数能够减少。
C.具有毛细管传送机构的批量进料器
图4描绘了包括毛细管传送单元的毛细管分配器单元400的实施例。在该实施例中,毛细管存储在毛细管存储容器406中,该毛细管存储容器在至少一个侧面上具有倾斜表面。所述毛细管传送单元包括带齿的传送带布局,其中各自具有沟槽的一个或多个传送带414适于在每个沟槽内容纳单根毛细管50。可使用齿轮驱动的步进马达415来驱动传送带414。
带齿的传送带414可被施用到毛细管存储容器406的倾斜侧,用于将毛细管传送到毛细管存储容器406的顶部。毛细管剥离器元件418布置在毛细管存储容器406的顶部区域附近,用于使每个沟槽的仅一根毛细管能够离开毛细管存储容器406。在毛细管存储容器406的顶部,每根毛细管被传递到位于传送桥412上的传送器404。在该传送桥404的一个实施例中,在两分道传送齿带之间提供开口,以允许破损的毛细管向下落入位于传送桥404的开口之下的废物容器(未示出)中。传送桥404可由与水平基座410和水平平台412B垂直的多个支柱412A架构而成。毛细管提升器和旋转器组件408可位于桥412的与毛细管存储容器406相对的一端。Y-Z起重机组件402可位于毛细管提升器和旋转器组件408的顶部上。起重机组件402的远侧端部可包括旋转臂,该旋转臂可以将毛细管操纵至读取器405。
图5示出传送桥412的装载坡台端。毛细管550被传递到装载坡台齿带528,该装载坡台齿带将毛细管550传送到坡度大约5度的毛细管抬升表面520。在本发明的其他实施例中,其他坡度值也是可能的。毛细管550从被滚轴538移动的装载坡台齿带528的沟槽抬升,随后在毛细管抬升表面520上朝下滑动到毛细管旋转器530的腔体530A中,该毛细管旋转器530可由附接到框架532的旋转器螺线管526驱动。毛细管旋转器530将毛细管550旋转(如,沿顺时针方向)至垂直位置,以便向毛细管操纵器传送组件提供单根毛细管550。
在传送装置工作期间,位于毛细管抬升表面520附近的传感器元件522检测装载坡台齿带528上是否存在毛细管,并且作为对毛细管旋转器可用性的响应,对齿带传送装置进行控制,使得在毛细管旋转器530处于水平位置的情况下,将单根毛细管释放到毛细管抬升表面520。
该实施例的一个优点是可对毛细管存储容器(如,料斗)和毛细管旋转器进行灵活定位。传送装置能够适于周围系统的要求。另外,自动毛细管处置功能避免破损的毛细管被装载到毛细管旋转器中,从而避免血清指标测量系统发生故障。
图6描绘了毛细管分配器单元600的另一个实施例。毛细管分配器单元600包括开槽轮传送单元608,其在轮框架630上旋转,用于在毛细管存储容器606(如,毛细管料斗)和毛细管旋转器706之间传送毛细管。带齿的轮610包括辐条610B,该辐条支撑圆形轮缘610A,该圆形轮缘包括适于在每个沟槽内容纳单根毛细管的多个沟槽600A-1。
开槽轮610进入毛细管存储容器606的倾斜侧,随后通过轮610向上方向的旋转将毛细管传送到存储容器606的顶部部分。剥离器元件634布置在存储容器606的顶部部分上,用于使每个沟槽的仅一根毛细管50能够离开存储容器606并被进一步传送到毛细管旋转器706(参见图6和图7)。参见图6和图7两者,毛细管50经由平行的毛细管引导件702所形成的毛细管抬升表面从带齿的轮610的沟槽抬升。随后,毛细管50从毛细管引导件702滑下并进入毛细管旋转器706的腔体,其中毛细管旋转器706可存在于毛细管装载器620中。
图6还示出了读数头组件612(或读取器)、毛细管夹持器618和样品管614。线性伺服驱动器622可以操纵传送组件,该传送组件可移动毛细管夹持器618。
参见图7,如果破损的毛细管被带齿的轮610传送至毛细管引导件702,那么破损的毛细管将直接穿过引导件之间的开口向下落入废物容器(未示出)中。毛细管旋转器705将毛细管50旋转至垂直位置,以便向毛细管操纵器传送组件提供单根毛细管50。
在操作期间,位于毛细管引导件702附近的传感器元件(图7中未示出)检测开槽轮610上是否存在毛细管。作为对毛细管旋转器706可用性的响应,传感器元件对开槽轮传送装置进行控制,使得在旋转器706处于水平位置的情况下,将单根毛细管释放到毛细管抬升表面。
图6-图7中演示的实施例的一个优点也是可通过调整轮直径来对存储容器和毛细管旋转器进行灵活定位(然而,传送距离可能不像在所述传送桥实施例中那样可灵活调节)。将一定量的毛细管装载到存储容器中可通过直接放入存储容器或通过存储容器装载机构实现。毛细管存储容器装载机构可以是(例如)可能预先装载有一定量的毛细管并且可移动至滑动传送系统上的存储容器的额外容器。在操作中,如果存储容器装载机构与存储容器(优选地定位在开启的存储容器之上)紧密接触,则预先装载的毛细管可从存储容器装载机构释放到存储容器容积。
该实施例的额外优点是不需要通过复杂的滑轮布局使多个传送带同步,就可以在存储容器和旋转器之间传送毛细管。另外,在该系统中,破损毛细管处置功能避免破损的毛细管被装载到毛细管装载器中,从而避免血清指标测量系统发生故障。
在本发明的该实施例和其他实施例中,毛细管存储容器的批量装载可通过将毛细管预先包装在一次性毛细管包装件内而实现。可将该包装件置于存储容器中,然后可将固定翼片移除,或者可将包装件底部上的门打开。这使毛细管能够从包装件底部排空,并在将包装件从存储容器提升时进入存储容器中。
II.毛细管装载器和旋转器
A.毛细管装载器
图8描绘了毛细管装载器800的一个实施例,该毛细管装载器从前述的毛细管分配器单元之一接收垂直取向的毛细管,并且向毛细管操纵器传送组件提供毛细管。毛细管装载器800可以与上述图2和图3中示出的分配器单元实施例一起使用,并且可从它们逐根接收毛细管。
在本发明的实施例中,毛细管从毛细管分配器单元以垂直位置提供,随后穿过入口漏斗802进入毛细管装载器800中。毛细管装载器800中的毛细管检测器使用LED和光电二极管传感器812来感测装载器800中是否存在毛细管。光束可进入细长外壳810的一部分,并穿过光束捕集器804离开。如果存在毛细管,其将使光束从毛细管的外壁反射到光电二极管传感器上。外壳810可略成“C”形,其中“C”形的内部可接纳毛细管操纵器传送组件。
在操作中,毛细管操纵器传送组件(图8中未示出)致动释放按钮806,使得处于入口漏斗802中的毛细管能够在重力作用下落入毛细管操纵器传送机构(如,图10-图11中的夹持器1008)中。毛细管装载器800基座处的倾斜顶部表面808指引毛细管从毛细管操纵器传送筒夹外延的程度,并且其使毛细管操纵器传送机构能够在不事先升高的情况下向外移动。为了减轻毛细管从倾斜表面的回弹效应,可以添加阻尼器(未示出)。图8中还示出了调整方向814。
B.毛细管旋转器
图9A-图9C描绘了毛细管装载器/旋转器的另一个实施例,该毛细管装载器/旋转器从前述毛细管分配器单元之一接收水平取向的毛细管,并且向夹持器(或毛细管操纵器传送组件)提供毛细管。
在图9A中,毛细管50经由轮610从毛细管存储容器传送至毛细管旋转器706。作为对来自毛细管引导件702附近的毛细管传感器(未示出)的信号的响应,毛细管50被传送至毛细管引导件702,并沿着毛细管引导件702的毛细管抬升表面702A滑动到毛细管旋转器706的腔体中。在图9A中,毛细管旋转器706水平地定位。
在图9B中,毛细管旋转器706被旋转器臂从水平位置移动到垂直位置,以便释放毛细管50。毛细管50滑动到与处于释放位置的旋转器腔体对齐的夹持器1008中。
在图9C中,毛细管50已从毛细管旋转器706完全转移至夹持器1008。毛细管装载器基座处的倾斜顶部表面1070指引毛细管从夹持器1008中的毛细管操纵器传送筒夹外延的程度,并且其使夹持器1008能够在不事先升高的情况下向外移动。为了减轻毛细管50从倾斜表面的回弹效应,可以添加阻尼器。
III.毛细管操纵器传送机构(夹持器)
图10示出子系统1000,其包括毛细管装载器800和结合毛细管装载器800工作的夹持器1008。子系统1000还包括样品管1006、起重机1004和可被起重机1004操纵的读数头组件1002。子系统1000的部件通过旋转和上下移动将毛细管从毛细管装载位置传送到抽吸位置,然后传送到读取位置。
参见图11A,夹持器(也被称为“毛细管夹持器”或“毛细管操纵器传送机构”)1008包括基座结构1116,该基座结构包括毛细管装载口1010并且联接到线性释放套筒1114且为该套筒提供支撑。虽然释放套筒1014可具有任何合适的尺寸,但在本发明的一些实施例中,其可以具有约4.8mm的直径。筒夹1018与释放套筒1114在内部同心并且在螺钉位置处通过夹钳固定到基座结构1116,而圆盘结构1120位于释放套筒1114的另一端。释放杠杆1016联接到圆盘结构1120。释放杠杆1016相对基座结构1116枢转,并且在螺线管致动器1019回缩的作用下旋转。释放杠杆1016的旋转将释放套筒1114向上拉动。释放套筒1114的上升位置为筒夹指部1018A提供了间隙,使指部1018A能够弹开,从而产生针对毛细管1014的间隙。螺线管致动器1018可以紧邻基座结构1116设置。其他夹持器实施例可以包括比图10中示出的零件的组合更少或更多的零件。例如,其他夹持器实施例可以仅包括所述的释放套筒1114和筒夹1018。
在操作期间,空的毛细管夹持器1008与毛细管装载器800(或如前所述的旋转器)对齐,使毛细管能够在重力作用下穿过毛细管装载口1010落入夹持器漏斗中。使用筒夹型夹钳1018将装载的毛细管1014夹持在夹持器1008中以供传送,该夹持器1008类似于建筑师使用的绘图铅笔,如图11A所示。就样品抽吸而言,夹持器1008首先在水平方向上旋转到无盖样品管1020上方,随后下降至抽吸位置,在该位置处,毛细管1014的下方开口端与流体样品发生物理接触(参见图11B)。样品抽吸利用保持在夹持器1008内的毛细管1014进行。在一个实施例中,样品借助表面张力和附着力被吸入毛细管1008中。作为另一种选择,可以施加真空源到毛细管1008的上方开口端的临时连接,以增大抽吸速度和抽吸体积。
在抽吸完样品流体后,夹持器1008可再次升高到无盖样品管1020上方,随后在水平方向上旋转到毛细管读取器的读取位置。在该位置处,读取器利用其自身的夹持机构夹住毛细管(如下文所述),同时通过使用具有回位弹簧的螺线管致动器1019开启筒夹1018而将毛细管1014从毛细管夹持器1008中释出。
IV.毛细管读取器
图12A-图12B和图13A-图13C描绘了毛细管读取单元的实施例,所述毛细管读取单元包括用于毛细管的夹持机构和用于进行光学测量以确定毛细管中液体样品的血清指标的读数头。
图12A示出毛细管读取单元1002(替代地,“读取器”),其包括基座结构1222和联接到基座结构1222的螺线管致动器1210。螺线管致动器1210联接到定位于两个滚轴轴承1220之间的线性凸轮1240。平移臂1244可在调整方向1232上侧向移动,并且可连接至两个滚轴轴承1220以及线性滑块1214。两个夹钳1242可联接到臂1244,并且它们可分别包括检测光纤配件1216和用于接收来自光源(未示出)的光的孔1218。毛细管1250可设置在夹钳1242之间。
在操作中,通过激活螺线管1210使具有夹钳1242的夹持机构的平移臂1244开启,以便启动线性滚轴滑动机构。所述机构可包括被螺线管1210驱动的线性凸轮1240。线性凸轮1240可将滚轴轴承1220,1214隔开,该滚轴轴承可在调整方向1232上将平移臂1242推开。平移臂1244可在弹簧1230提供的弹簧力的作用下闭合,从而将毛细管1250夹持在孔的“V”结构处(参见图12B)。致动器机构中的平移臂1244所提供的夹钳1242内间隙施加使毛细管1250自对准的夹紧作用。平移臂1244提供的夹钳1242可以打开,以便在测量血清指标之后将毛细管1250释出,毛细管随后在重力作用下落入废物容器(未示出)中。在平移臂1244提供的夹钳1242内,发射(未示出)和检测光纤定位在每个夹钳的中心镗孔中。由发射光纤发出的光穿过孔1218中的狭缝。发射光可包括具有单波长或不同波长的光。所述孔由100微米×800微米的狭缝(取决于毛细管的内部尺寸)组成,借此狭缝的较长尺寸沿着毛细管的轴线取向。还示出了检测光纤配件1216和孔1218,它们接收来自保持在夹钳1242之间的毛细管1250中的样品的信号。
该信号随后可被适当的光检测器接收,该光检测器与计算机装置结合,可以确定在一个或多个预定波长处的一个或多个吸光度值。如本领域的普通技术人员所知,所述计算机装置可以使用确定的吸光度值来估计血清指标。
图13A-图13C示出根据本发明实施例的另一个读取器。
图13A示出该读取器的顶部透视图。所述读取器包括联接到基座结构1336的螺线管1310。线性滑块1328联接到基座结构1336,并且线性滑块联接到平移臂1344。每个平移臂1344具有自其向上延伸的回位弹簧柱1320。弹簧(未示出)可附接到回位弹簧柱1320,使得平移臂1344在不存在向外压力的情况下朝着彼此偏移。检测光纤配件1322和激发光纤配件1326联接到平移臂1344。
图13B示出读取器的底部透视图。如图13A所示,线性凸轮1340可被螺线管致动器1310上下驱动。借助滚轴轴承1338,线性凸轮1340随后可在线性凸轮1340向上移动时将线性滑块1328和平移臂1344推动分离。当线性凸轮1340移动(如,向下)时,附接到弹簧柱1320的弹簧(未示出)可将平移臂1344拉拢到一起,使得毛细管1350可以固定在附接到平移臂1344的夹钳1352之间。这也在图13C中示出。
参见图13A和图13B,在操作中,通过激活螺线管1310使夹持设备(包括夹钳1352)的平移臂1344开启,以便启动线性滚轴滑动设备。线性滑动设备可包括被螺线管1310垂直驱动的线性凸轮1340。线性凸轮1340可将滚轴轴承1338隔开,该滚轴轴承可将平移臂1344在线性滑块1328上推开。平移臂1344可通过使用附接到每个平移臂1344上的柱1320的回位弹簧(未示出)而闭合。致动器机构中的平移臂1344所提供的夹钳内间隙施加使毛细管1350自对准的夹紧作用。平移臂1244提供的夹钳1352可以打开,以便在测量血清指标之后将毛细管1350释出,毛细管随后在重力作用下落入废物容器(未示出)中。在平移臂1344提供的夹钳1352内,发射光纤和检测光纤定位在每个夹钳1352的中心镗孔中。发射光纤和检测光纤可分别设置在激发光纤配件1326和检测光纤配件1322中。像在之前的例子中那样,由发射光纤发出的光穿过孔1324中的狭缝。所述孔由100微米×800微米的狭缝(取决于毛细管的内部尺寸)组成,借此狭缝的较长尺寸沿着毛细管的轴线取向。图13A中还示出了激发孔1324。
来自毛细管1350中的样品的信号随后可被适当的光检测器接收,该光检测器与计算机装置结合,可以确定在一个或多个预定波长处的一个或多个吸光度值。如本领域的普通技术人员所知,所述计算机装置可以使用确定的吸光度值来估计血清指标。
V.血清指标测量
图14描绘了被检测光纤检测到的420nm和白色LED的组合发射光谱。LED的其他组合也可以用于此目的。
在每次样品测量之前,在没有毛细管的情况下执行参考扫描,以确定空气中的参考光谱信号。由接下来的样品读取测量透射光谱信号。使用针对多个波长的参考扫描和透射扫描计算吸光度值。采用专门的数学算法计算血红蛋白、黄疸和脂血指标。可以收集来自从400nm至700nm的每个波长的信号。然而,该光谱内的任何数量的波长将与适当的数学算法一起发挥作用。
VI.计算机装置子部件
图15是可存在于被配置成执行根据本发明的一些实施例的方法或操作的计算设备或计算系统中的元件的方框图。图15中示出的子系统经由系统总线575互连。示出了附加子系统,比如打印机574、键盘578、固定磁盘579、联接到显示适配器582的监视器576,等等。联接到I/O控制器571的外围设备和输入/输出(I/O)设备可通过本领域中已知的任何数量的手段(比如串行端口577)连接至计算系统。例如,可使用串行端口577或外部接口581将计算设备连接至广域网比如互联网、鼠标输入设备、或扫描仪。经由系统总线575实现的互连使编程的中央处理器573(如,微处理器、CPU等)能够与每个子系统通信并且控制可存储于系统存储器572或固定磁盘579中的指令的执行,以及信息在子系统之间的交换。系统存储器572和/或固定磁盘579可以体现为计算机可读介质。
本申请中所述的软件部件或功能中的任一者可以软件代码的形式实现,所述代码将由处理器使用任何合适的计算机语言(比如Java、C++或Perl)并使用例如常规的或面向对象的技术执行。所述软件代码可以作为一系列指令或命令存储在计算机可读介质,比如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、磁介质比如硬盘驱动器或软盘、或光学介质比如CD-ROM上。任何这种计算机可读介质可驻留在单个计算装置之上或之内,并且可存在于系统或网络内的不同计算装置之上或之内。
上述具体实施方式是示例性而非限制性的。在回顾本公开时,本发明的多种变型对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。因此,本发明的范围不应当根据上述具体实施方式确定,而是应当根据待审权利要求连同它们的完整范围或等同形式来确定。
在不脱离本发明范围的前提下,来自任何实施例的一个或多个特征可以与任何其他实施例的一个或多个特征相结合。
除非有明确相反的指示,否则“一个”、“一种”或“所述”的表述旨在意指“一个(种)或多个(种)”。
上文提及的所有专利、专利申请、出版物和说明书以引用方式全文并入于此用于所有目的。未承认它们中的任一者为现有技术。
Claims (17)
1.一种分析系统,包括:
毛细管分配器单元,所述毛细管分配器单元包括被配置成存储多根毛细管的毛细管存储容器和具有狭槽的开槽轮传送单元,其中所述开槽轮传送单元的所述狭槽被配置成接纳来自所述毛细管存储容器的单根毛细管;
毛细管取向设备,所述毛细管取向设备被配置成接纳来自所述毛细管分配器单元的单根毛细管;
毛细管操纵器传送组件,所述毛细管操纵器传送组件被配置成接纳来自所述毛细管取向设备的所述单根毛细管,然后将所述单根毛细管移动到抽吸位置,以使得
所述单根毛细管的末端与样品容器中的样品接触;以及
读取器,所述读取器被配置成检测来自所述单根毛细管中的样品的信号。
2.根据权利要求1所述的分析系统,其中所述毛细管存储容器是用于存储水平定位并且彼此接触的所述多根毛细管的批量存储容器。
3.根据权利要求1所述的分析系统,其中所述开槽轮传送单元被配置成接纳处于水平位置的所述单根毛细管。
4.根据权利要求1所述的分析系统,其中所述毛细管取向设备是旋转器,并且其中所述分析系统还包括传感器元件和毛细管抬升表面,其中所述传感器元件控制所述开槽轮传送单元,使得在所述旋转器处于水平位置的情况下,单根毛细管被释放至所述毛细管抬升表面。
5.根据权利要求1所述的分析系统,其中所述毛细管取向设备是包括狭槽的旋转器,其中所述狭槽被配置成接纳处于水平位置的所述单根毛细管,然后将所述单根毛细管旋转至垂直位置。
6.根据权利要求1所述的分析系统,其中所述毛细管取向设备是装载器,并且所述分析系统还包括夹持器,其中所述装载器被配置成接纳来自所述毛细管分配器单元的所述单根毛细管,然后将所述单根毛细管装载到所述夹持器中。
7.根据权利要求1所述的分析系统,还包括:
毛细管引导件,其中所述毛细管引导件被配置成每次从所述开槽轮传送单元向所述毛细管取向设备提供单根毛细管。
8.根据权利要求1所述的分析系统,其中所述毛细管取向设备是毛细管装载器,所述毛细管装载器包括入口漏斗和用于感测是否存在毛细管的传感器,并且被进一步配置成接纳所述毛细管操纵器传送组件。
9.根据权利要求1所述的分析系统,还包括:夹持器,并且其中所述毛细管操纵器传送组件包括传送臂,其中所述传送臂被配置成将容纳有所述单根毛细管的所述夹持器移动到样品管,从所述样品管抽吸一定量的样品,然后将容纳有所述单根毛细管的所述夹持器移动到所述读取器。
10.根据权利要求1所述的分析系统,其中所述读取器包括夹持设备、光学输入元件和光学输出元件,其中所述夹持设备被配置成将所述单根毛细管夹持在所述光学输入元件和所述光学输出元件之间。
11.根据权利要求1所述的分析系统,其中所述分析系统被配置成测量所述样品中的血清指标值。
12.根据权利要求1所述的分析系统,其中所述毛细管取向设备是装载器。
13.一种分析方法,包括:
将多根毛细管装载到处于水平位置的批量毛细管存储容器中;
经由毛细管分配器单元从所述多根毛细管中的单拣出一根毛细管;
将所述毛细管转移至夹持器;
使处于垂直位置的所述毛细管与样品容器中的样品接触并且牵引所述样品进入所述毛细管中;以及
通过读取器检测来自所述毛细管中的所述样品的信号。
14.根据权利要求13所述的方法,其中将所述毛细管转移至所述夹持器包括:
使用装载器或旋转器将所述毛细管取向为垂直方向,并且其中所述方法还包括将所述毛细管插入所述夹持器中。
15.根据权利要求13所述的方法,还包括在检测之后:确定与样品相关联的血清指标值。
16.根据权利要求13所述的方法,其中毛细管存储单元位于所述毛细管分配器单元中,并且其中所述方法还包括:
每次从所述毛细管分配器单元分配一根毛细管。
17.根据权利要求13所述的方法,其中所述读取器包括夹钳,并且其中所述方法还包括将所述毛细管夹持在所述夹钳之间。
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