CN116008553A - 用于测量生物学样本的生理特性的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于测量生物学样本的生理特性的方法和装置，诸如测量生物学波动。根据一种实施例，一种用于测量生物学样品的一个或多个生理特性的装置包括：盖体，盖体具有第一表面和第二表面；多个脊，连接到盖体的第一表面且从盖体的第一表面延伸，每个脊包括具有远端的主体；传感器，被设置在多个脊中的至少一个脊的远端上，其中传感器接合一种或多种分析物并提供响应于分析物的信号。

Description

用于测量生物学样本的生理特性的方法和装置
本申请是申请号为201810284055.8、申请日为2018年4月2日、发明名称为“用于测量生物学样本的生理特性的方法和装置”的申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及用于测量生物学样本的多个生理特性的方法和装置，诸如测量生物学波动(flux)。
背景技术
活细胞通常消耗来自其周围环境的氧气(O2)并释放代谢副产物，例如二氧化碳(CO2)、乳酸盐和各种其他代谢副产物。波动分析仪允许测量耗氧率(OCR)、胞外酸化率(ECAR)、CO2产生率(CPR)和/或其他生物学波动参数。这种测量可以提供关于这些活细胞所进行的代谢过程的有价值的信息。
测量活细胞的OCR和ECAR的一种已知方法是通过使用一组荧光传感器来测量在孔板(well plate)中的这些活细胞所产生的O2和H+的波动。使用荧光传感器检测O2和H+的波动的分析仪的一个示例是海马(Seahorse)波动分析仪，在美国专利No.7,276,351和No.8,202,702中对海马波动分析仪进行了一般性的描述。荧光传感器随着时间的推移测量荧光信号的强度。对于含有活细胞的样品，随着时间的推移，这些信号将与细胞代谢所消耗或产生的O2分子和H+离子的产生或消耗速率成比例。该数据用于计算活细胞所消耗和产生的O2分子和H+离子的波动。
与波动分析仪和波动测量相关的问题包括难以使用和制造这样的设备，并且难以获得期望水平的精度和准确度。
德国雷根斯堡的PreSens GmbH制造的传感器板(OxoPlate OP96U)使用荧光染料，荧光染料被嵌入常规的96孔板底部沉积的水凝胶基底中。该产品被设计来用于如下检测系统：该系统通过施加振荡输入(激励)并读取主要活性染料相对于参考染料的相移，来测量荧光染料的衰变时间。将生物学样品在孔内置于染料顶部，并使其平衡一段时间，在这段时间内整个孔与被测分析物达到平衡。缺点包括由于大的开放体积而导致平衡时间过长；非标准板含有荧光染料；板底部的传感器可能影响细胞生长/繁殖；限于单个分析物；以及电光器件是专有的。
美国专利6,395,506(Becton Dickerson)公开了一种发光检测系统，该发光检测系统利用了某些化合物的光发射对氧气的存在的敏感性，氧气以依赖于浓度的方式淬灭(减少)化合物的光发射。Becton Dickerson还生产了一种名为OBS Bioplate的产品，该产品已经停产。通过测量氧气存在时淬灭的单激励双发射发光染料的比率强度，BD板能够在通用读板器中被读取。在这种配置中，荧光染料沉积在板的底部，并具有与PreSens的产品类似的缺点。
美国专利5,718,842(Joanneum Reserach)讨论了一种发光染料，包含氧卟啉的金属络合物。Luxcel制造磷光氧探针套件，其中含有与生物学样品一起溶解在介质中的发光染料。该套件可以在标准读板器中读取，可针对高通量而扩展但灵敏度不足。另一个缺点是样品污染，因为传感器被溶解在介质中。其他缺点是由于开放体积较大而导致的平衡时间较长(尽管通过在介质顶部添加油层可以缩短平衡时间)以及侵入性(因为发光探针被溶解在介质中)。
加利福尼亚州弗里蒙特的Pall ForteBio LLC基于用于测量蛋白质的夹心ELISA(酶联免疫吸附测定法)来制造浸渍(dip)和读取分析物。生物学传感器分析物与基质蛋白质涂布在传感器探针的远端上。传感器通过改变由仪器读取的干涉图案来对蛋白结合作出反应。该系统的缺点是用于动力结合的套件有限和(特定的结合事件的)单端点读数。
美国专利5,496,697(Molecular Devices Corp.)讨论了用于检测细胞影响剂对活细胞的效果的方法和装置。活细胞被保留在微流室中。微流室适合于与细胞紧密接触的溶液或悬浮液的连续或间歇流动。含有细胞影响剂的溶液或悬浮液然后流动与细胞紧密接触，并测量该地点(pit)。
加利福尼亚州桑尼维尔的Molecular Devices Corp.先前销售名为“Cytosensor”的产品，用于使用光寻址电位传感器测量小型封闭腔室内的pH变化。该产品已经停产。该产品基于灌注系统，该系统周期性地停止介质通过腔室的流动。在停止流动期间，创建小腔室，在多个时间点处将波动放大并测量pH值。该系统的潜在缺点包括其灌注系统复杂；限于单个分析物(pH)；非标准的板；难以缩放(以8孔的形式销售)；电光器件是专有的。
仍然需要适于且易于制造和用于测量生物学分析物的装置和方法。
发明内容
本公开提供了用于测量一种或多种分析物的生理特性的装置和方法，该分析物是由布置在介质中的生物学系统或生物学样品消耗和/或产生的。
根据一种实施例，一种用于测量生物学样品的一个或多个生理特性的装置包括：盖体，所述盖体具有第一表面和第二表面；多个脊，所述多个脊连接到所述盖体的第一表面且从所述盖体的第一表面延伸，所述多个脊中的每个脊包括具有远端的主体；以及传感器，所述传感器被设置在所述多个脊中的至少一个脊的远端上，其中所述传感器接合一种或多种分析物并提供响应于所述一种或多种分析物的信号。
根据一种实施例，一种用于测量生物学样品的一个或多个生理特性的系统包括：具有多个孔的孔板，所述孔具有开口端和与所述开口端相反的封闭端；根据前述实施例的装置，其中，所述多个脊穿过所述开口端延伸到所述孔中。
附图说明
图1是本公开的装置的一个实施例的正面横截面图，其示出了设置在含有被介质包围的生物学样品的孔板的孔中的装置的脊(spine)。
图2是与孔板接合的本公开的装置的一个实施例的透视图。
图3是包括信号检测器和处理器的装置的实施例的图示。
具体实施方式
本文所使用的术语“波动”表示参数随时间的改变。该改变是由于由该参数代表的反应物的消耗或反应而可以预期的。
作为一个方面，本公开提供了一种用于测量生物学样品的一个或多个生理特性的装置。该装置包括具有第一表面和第二表面的盖体；连接到该盖体的第一表面且从该盖体的第一表面延伸的多个脊，所述多个脊中的每个脊包括具有远端的主体；以及布置在多个脊中的至少一个脊的远端上的传感器，其中该传感器接合(engage)一种或多种分析物并提供响应于该一种或多种分析物的信号。
作为另一方面，本公开提供了一种用于测量生物学样品的一个或多个生理特性的系统。该系统包括具有多个孔(well)的孔板。这些孔具有开口端和与开口端相反的封闭端。该系统还可以包括具有本文所公开的盖体和多个脊的任何装置。多个脊通过开口端延伸到孔中。该系统还可以包括位于检测来自传感器的信号的位置的信号检测器，例如读板器或电荷耦合器件(CCD)照相机。该系统还可以包括与信号检测器通信的处理器。
作为另一方面，本公开提供了用于制造用于测量生物学样品的一个或多个生理特性的装置的方法。该方法可以用于制造包括本文公开的盖体和多个脊的任何装置。例如，该方法可以包括提供具有第一表面和第二表面的盖体以及连接到盖体的第一表面并从盖体的第一表面延伸的多个脊。多个脊中的每个脊包括具有远端的主体。该方法还包括将传感器应用到多个脊中的至少一个脊的远端，其中传感器接合一种或多种分析物并提供响应于该一种或多种分析物的信号。在一些实施例中，通过模制聚合物材料形成盖体和多个脊来提供盖体。
在使用时，本公开的装置的某些实施例与限定孔的孔板接合。每个孔都包括被置于介质中的生物学样品。将装置的脊插入或设置在孔中，使得设置在每个脊的远端上的传感器可以接合由介质中的生物学样品消耗和/或产生的一种或多种分析物。传感器产生响应于一种或多种分析物的信号，并且该信号可以指示这些分析物的量或浓度。执行各种已知的方法来检测来自传感器的信号，诸如通过检测光学识别特征(signature)来测量一种或多种分析物在各种时间点的浓度变化。这些测量可以进一步用于计算这一种或多种分析物随时间的波动。
现在参考图1，图1示出了本公开的装置的一个实施例。在各种实施例中，装置100包括：(1)具有第一表面108和第二表面112的盖体104；(2)连接到第一表面108并从第一表面108延伸的脊116；(3)被设置在每个脊116上的传感器120；和(4)连接到第一表面108并从第一表面108延伸的突起124。
在一些实施例中，该装置包括一个或多个脊。应该理解的是，在某些实施例中，每个脊是相同的或基本相同的。因此，如图1所示并且在下面进一步详细讨论的脊116是在某些实施例中包括的脊的示例。然而，应该理解的是，脊并不一定要相同或者基本相同，并且可以基于与本公开的装置的其他组件的相应位置和连接或者形成而变化。在一些实施例中，多个脊包括24个脊、或48个脊、或96个脊、或384个脊、或1536个脊，以使其与标准化的孔板相对应或协作。
如图1最佳地示出的，脊116包括具有远端132的径向锥形主体128。在该实施例中，主体128的远端132具有约1毫米的直径。在其它实施例中，远端132可具有大于1毫米或小于1毫米的直径。
在一些实施例中，多个脊116中的每个脊具有长度，并且该长度在1mm和20mm之间、或者在5mm和15mm之间、或者大约为10mm。在一些实施例中，所述多个脊总体具有平均长度，并且所述多个脊中的每个脊的长度偏离平均长度在20％内、或者在10％内、或者在5％内。在一些实施例中，远端具有基本平坦的表面，和/或脊的远端的表面积在0.01mm2和16mm2之间、或者在0.25mm2和4mm2之间、或者约为1mm2。但是应该进一步认识到，表面积可以是大于16mm2或小于0.01mm2的另一合适的尺寸。在一些实施例中，脊116的远端基本上是圆形的，其直径在0.1mm和2mm之间、或者在0.5mm和1.5mm之间、或者约为1mm。另外，当连接到盖体104的第一表面108并从盖体104的第一表面108延伸时，脊116可以与另外的(一个或多个)脊等距或基本等距离地设置。例如，在某些实施例中，脊116被布置为与另外的(一个或多个)脊116相距1至20mm之间、或者约10mm。还应该理解，两个或更多脊之间的距离可以是大于10mm或小于10mm的另一合适的长度。
在一些实施例中，多个脊中的每个脊的远端延伸穿过孔的开口端，朝向与开口端相反的封闭端延伸。远端可以与封闭端相距一定距离，例如距离孔的封闭端50微米至800微米、或者100微米至400微米、或者约200微米。
某些实施例可以包括以可移除方式连接到盖体的(一个或多个)脊。例如，(一个或多个)脊的近端可以具有与盖体中的螺纹配合的螺纹。或者，近端可以被调整大小，或者可以具有被配置成用于压配合在盖体中的保持件中的部分。应该理解的是，替代实施例可以包括一体地连接到盖体的(一个或多个)脊。
在一些实施例中，该装置包括多个脊，在每个脊上具有传感器。更具体地，在某些实施例中，传感器120被设置在脊116的主体128的远端132上。传感器120被配置为接合一个或多个分析物，并提供将由合适的测量设备检测的信号，如下面将进一步的讨论的。在某些实施例中，不是所有脊都需要在每个脊上设置传感器。另外，应该理解的是，除了远端之外，传感器也可以设置在脊主体的另一适当部位上。
在一些实施例中，该装置具有附接到盖体的多个脊，并且每个脊具有基本上相同的传感器。例如，每个脊具有相同的(一个或多个)荧光团，这些荧光团基本上等量并均匀地分布在脊平坦的远端上。在一些实施例中，该装置具有附接到盖体的多个脊，并且这些脊中的至少两个脊具有不同数量的传感器。例如，多个脊中的第一脊可以具有第一数量的传感器，并且多个脊中的第二脊可以具有第二数量的传感器；该装置还可以包括具有第三、第四和另外数量的传感器的脊。在一些实施例中，该装置具有附连到盖体的多个脊，并且这些脊中的至少两个脊具有不同的传感器。例如，多个脊中的一个或多个脊可以具有第一传感器，并且多个脊中的一个或多个脊可以具有第二传感器。该装置还可以包括具有第三、第四和另外类型的传感器的脊。
在一些实施例中，每个脊的传感器的数量与盖体的所有多个脊上近似的传感器数量相差小于20％、或者小于10％、或者小于5％。
在一些实施例中，传感器是嵌入渗透性介质(例如透氧介质)中的指示剂。例如，传感器可以是嵌入透氧介质(例如水凝胶)中的荧光指示剂，例如氧气淬灭的荧光团。在一些实施例中，荧光指示剂选自HPTS、荧光素、卟啉和钌。荧光指示剂提供荧光信号，该信号取决于孔中组分的存在和/或浓度。可以使用其他类型的已知传感器，例如电化学传感器、ISFET(离子敏感场效应晶体管)传感器、电流式传感器(如克拉克氏电极)、生物学敏感要素(如抗体和核酸)。其它实施例中，传感器可以是被配置为由合适的测量设备检测的另外的合适的传感器。
在一些实施例中，指示剂被嵌入渗透性介质中，例如选自水凝胶、硅树脂和基质胶的渗透性介质。在一些实施例中，通过使介质凝固或移除(诸如通过干燥、固化、冷却、蒸发或其他技术)来将传感器附接到多个脊。可以通过将多个脊中的至少一个脊的远端浸渍或点样(spot)到介质的荧光指示剂的混合物中来应用传感器。
应该理解的是，在某些实施例中，传感器可以被点样或浸渍到装置的脊主体上。应该进一步理解的是，在某些实施例中，传感器可以以可移除方式连接到装置的脊主体。应该进一步理解的是，在某些实施例中，传感器可以与装置的脊主体一体地形成。在多个脊上获得基本相同的传感器需要仔细的专门设计的制造技术，例如气相沉积、化学涂覆、旋涂、浸渍和机器人点样。
在一些实施例中，盖体还包括一个或多个间隔的突起。这些突起124可以是任何合适的形状，例如圆形、圆锥形或三角形。突起124被配置为接合孔板的表面，使得盖体104的第一表面108不与孔板的该表面接合。更具体地，如图1所示，突起124与孔板150的表面136接合，使得孔板150的表面136与盖体104的第一表面108之间存在距离或空间。在某些实施例中，该距离可以根据突起124的长度变化。应当理解的是，突起可以具有另外的合适的形状。应该进一步认识到，在替代实施例中，本公开的装置不一定包括突起。在这样的替代实施例中，该装置可以包括在盖体104的第一表面108和孔板150的表面136之间形成间距的另一合适的组件。在一些实施例中，突起124与孔板150上的凹部相对应，并且它们一起形成确保或帮助将盖体正确放置在孔板上的对齐机构。
在某些实施例中，装置100接合孔板150，使得每个脊116被设置在与其对齐的孔中。孔包括被置于介质中的生物学样品160。生物学样品可以是消耗氧气或(一种或多种)其它合适的代谢化合物的原核或真核细胞，优选为真核细胞。
在孔内，样品的区域形成分析物的梯部(gradient)。这种梯部180大体上在生物学样品160消耗和/或产生与传感器120接合的一种或多种分析物(未示出)时形成。
在使用时，将脊在孔中设置到预定深度。如图1所示，传感器120和/或脊116不接合生物学样本160。在某些实施例中，该预定深度是生物学样本上方50至800微米、或者100至400微米、或者200微米。在一些实施例中，该预定深度大于或小于200微米。在一些实施例中，可以通过改变脊的长度、传感器的尺寸、孔板的尺度或其组合来改变该预定深度。当在孔中被布置到预定深度时，脊可以限定一个子腔室，其中该子腔室可以被限定为传感器的近端和生物学样品的细胞单层之间的空间。子腔室的大小可以变化，例如当脊的一个或多个特性、装置的另一组件和/或生物学样品被改变时。子腔室的形成可以允许传感器以高灵敏度以及对生物学样品的多次测量之间的高再现性来测量一种或多种分析物的生物学波动。
在将脊116设置到孔中之后，传感器120与梯部180中的由生物学样本160消耗和/或产生的一种或多种分析物接合。梯部180中的一种或多种分析物的浓度随时间改变。(一个或多个)传感器通过提供增大的或减小的的信号来检测变化。为了测量梯部180中的一种或多种分析物的这种浓度变化，传感器120提供由信号检测器(例如，读板器或基于非扫描图像的获取系统，例如基于CCD的照相机或传感器芯片)检测的信号。用于检测来自传感器120的信号的设备通过合适的方式连接到(一个或多个)处理器。在这种情况下，对传感器120的询问(interrogation)使得(一个或多个)处理器通过计算一个或多个分析物在不同时间点在梯部中的浓度变化来分析由传感器120收集的数据。可以进一步分析这些测量值以计算一种或多种分析物根据时间的波动。可以收集测量值，直到一种或多种分析物达到稳态均衡。此时，梯部180中的一种或多种分析物的浓度没有显着变化；因此，完成了对一种或多种分析物根据时间的波动的计算。
包括信号检测器的装置的示例性实施例在图3中示出。信号检测器是基于CCD的照相机342，它询问传感器320。照相机342被置于传感器320的下方和孔的底部，从而使得照相机342可以检测来自传感器320的信号。照相机342被电连接到控制器/处理器343，控制器/处理器343被配置为执行计算以分析由传感器320感测并由照相机342收集的数据。
本公开的装置可以很好地被配置为与标准孔板一起使用，例如24孔板、48孔板、96孔板、384孔板、或1536孔板。孔板可符合SBS(生物分子筛选学会)标准。在这种情况下，一些实施例可以包括的脊的数量等于或小于装置与之接合的孔板所限定的孔的数量。例如，如果该装置被配置为与标准96孔板接合，则该装置可以包括九十六个或少于九十六个脊。在替代实施例中，如图2所示，装置200可以被配置为符合合适的海马孔板250，例如海马XF测量系统中使用的孔板。在美国专利No.7,276,351(其通过引用被合并于此)中提供了关于使用该孔板的进一步细节。在这样的特定实施例中，装置200可以包括等于、大于或小于孔板250所限定的孔的数量的多个脊216。例如，对于具有24个孔的孔板250，装置可以包括12个、24个或48个脊(或另一数字)。装置可以包括1、2、3、4或更多个脊，这些脊被配置或布置为插入孔板的单个孔中。如图2所示，脊216在孔板250的孔中被布置到预定深度，使得在使用时，脊216上的传感器可以接合由孔中的梯部中的生物学样品消耗和/或产生的一种或多种分析物。
应该认识到，本公开的装置在使用时可以被移动；或者孔板可移动以将装置的脊置入孔板的孔中，或两者兼而有之。
在一些实施例中，本公开的装置可以包括第一唇部240(如图2所示)、第二唇部(未示出)、第三唇部(未示出)；和第四唇部(未示出)。每个唇部可以一体地连接到盖体204并且垂直于盖体204延伸。每个唇部被构造成与孔板的一侧接合，使得当脊216被设置在孔板的孔中时盖体基本上不移动。
应该认识到，也可以使用除读板器或基于CCD的照相机之外的另外的合适的测量设备来检测来自传感器的信号。测量设备可以具有一个或多个检测模式，例如检测吸收率、荧光强度、发光、时间分辨的荧光和/或荧光偏振。具有这些检测模式的读板器市面有售。在一些实施例中，可以从传感器的与孔板的封闭端相反的位置观察传感器。在一些实施例中，可以从传感器的上方询问传感器，例如从装置的盖体上方；在这样的布置中，信号应该能够穿过盖体和/或脊以使之能够被检测，例如通过使盖体和/或脊包括透明材料或半透明材料或者通过使一个或多个光纤穿过盖体和/或脊或被包含在盖体和/或脊内来检测。
还应当理解的是，在给定的脊的配置(特别是脊的表面积)中，脊可以在更长的时间段被设置在孔中的梯部中，而不会污染或改变生物学样品的局部环境，如导致缺氧或局部pH变化。
在一些实施例中，所测量的一种或多种分析物可以是氧气、氢离子或由生物学样品消耗和/或产生的其他代谢分析物。
在一些实施例中，本装置可以被配置或具有响应于其他这些分子的传感器。例如，这样的替代实施例可以被配置成测量标志性分子的浓度，这些分子包括：胰岛素、胰高血糖素、炎症标志物(例如IL-7)或刺激物激素(例如HIF)。在这样的替代实施例中，脊主体上的传感器可以是固定的抗体。该装置可以被转移到各种储液器以执行结合和清洗步骤，从而可以进一步测量一种或多种感兴趣的分析物的浓度。因为结合和清洗步骤发生在装置的脊主体上而不是孔板的孔中，所以清洗和结合步骤可以通过将装置移动到不同的储液器来进行，而不是清洗孔板的孔并在其中添加试剂。为了执行这样的步骤，可将装置移入储液器中，或者可将储存器移向装置，使得脊主体上的(一个或多个)分子接合储液器中的(一个或多个)分子。
在一些实施例中，该装置可以被配置为执行ELISA测定。在这种情况下，传感器包含捕捉剂(capture reagent)，例如抗体或其抗原结合的片段。捕捉剂是能够结合和捕获样品中的目标分子的试剂，使得在合适的条件下，捕捉剂-目标分子复合物可以与样品的其余部分分离。通常，捕捉剂是固定的或可固定的。捕捉剂可以固定在(一个或多个)脊上(优选地固定在(一个或多个)脊的远端)，例如通过将捕捉剂以共价或非共价方式结合到(一个或多个)脊的表面上。在适用于夹心免疫测定的装置中，捕捉剂可以是针对一种或多种目标抗原的抗体或不同抗体的混合物。抗体可以是一种或多种单克隆抗体、多克隆抗体、多特异性抗体(例如双特异性抗体)。捕捉剂可以是一个或多个抗体片段，只要其显示抗体的抗原结合活性即可。
在一些实施例中，推进器(impeller)可以连接到装置的脊主体并从脊主体延伸。在这样的替代实施例中，推进器可以一体地连接到或以可移除方式连接到脊主体。推进器可以被配置为以振动或声学方式混合或灌注与生物学样本接触或围绕生物学样本的介质。例如，本公开的装置的这种替代实施例可以被放置在可以振动的表面上。当该表面与其上的装置振动时，围绕生物学样品的介质振动或移动。在这种情况下，脊主体上的推进器与介质接合并混合介质。这样做时，混合可以产生均匀的混合物。在停止振动并因此停止混合介质时，脊主体上的传感器与生物学样品的细胞单层之间形成子腔室。在该子腔室中，混合被中止，并且可以观察或检测来自传感器的(一个或多个)信号，以测量介质中生物学样品消耗和/或产生的一种或多种分析物的浓度变化。在脊主体上包括推进器的一个优点是，围绕所述生物学样品的介质可以在不同的时间被均匀地混合，从而使得每次查看传感器时，所述生物学样品驻留的环境是均匀的且基本上不受来自传感器的本地影响，如质子释放。
在一些实施例中，本公开的装置可以包括附接至盖体的手柄。手柄可以被配置成允许本公开的装置从第一位置移动到一个或多个第二位置。这种移动可以是手动的、自动的或两者兼而有之。例如当提供自动化移动时，手柄可以与处理器通信和/或由处理器控制。
在一些实施例中，脊和/或盖体可以由聚合物材料形成，例如聚丙烯，聚碳酸酯或其他合适的材料或聚合物。脊和/或盖体可以由金属形成。而且脊和/或盖体可以是一次性的。另外，该设备可以由模制聚合物材料形成。
在一些实施例中，盖体和/或脊可以是实心的。另外，可以不连接到任何其他设备。
本文引用的所有参考文献(包括专利、专利申请和出版物)的全部内容通过引用被整体合并于此。
在本公开中，无论在何处使用单词“包括”，应当认为该处也可以使用单词“主要由...组成”或“由......组成”。单数形式的使用也涵盖了复数形式，除非特别指出。每当术语“约”出现在一个值之前时，应该理解，说明书也提供了对除去该术语“约”的值的描述，反之亦然。
在本公开中，本文中记载的任何功能可以通过用于执行这样的功能的一个或多个装置执行。关于在说明书中描述的过程，应当认为说明书还提供了对用于执行那些过程的装置的描述。关于说明书中描述的装置，说明书还意图提供对这样的装置的部件、组件、部分的描述。
尽管从属权利要求根据美国专利实践具有单一引用关系，但是从属权利要求中的任一权利要求的每个特征可以与其他从属权利要求或主权利要求中的每个特征组合。
应该理解的是，对于本领域技术人员来说，对本文描述的当前优选实施例的各种改变和修改将是显而易见的。可以在不脱离本主题的精神和范围的情况下做出这样的改变和修改，而不会削弱其预期的优点。因此，所附权利要求涵盖体了这样的改变和修改。

Claims (10)

1.一种用于测量生物学样品的一个或多个生理特性的装置，所述装置包括：
盖体，所述盖体具有第一表面和第二表面；
多个脊，所述多个脊连接到所述盖体的第一表面且从所述盖体的第一表面延伸，所述多个脊中的每个脊包括具有远端的主体，其中，所述多个脊中的至少一个脊包括至少两个传感器；以及
其中，所述至少两个传感器被设置在所述多个脊中的至少一个脊上，其中所述至少两个传感器接合一种或多种分析物并提供响应于所述一种或多种分析物的信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述传感器是荧光指示剂。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述传感器是嵌入在渗透性介质中的指示剂。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述传感器是捕捉剂。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述多个脊包括24个、48个、96个、384个或1536个脊。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述多个脊中的每个脊具有长度，并且所述长度在1mm和20mm之间。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述多个脊总体具有平均长度，并且所述多个脊中的每个脊的长度偏离所述平均长度20％以内。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述多个脊以可移除方式连接到所述盖体。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述多个脊中的每个脊包括在所述主体上的推进器。
10.一种用于测量生物学样品的一个或多个生理特性的系统，所述系统包括：
具有多个孔的孔板，所述孔具有开口端和与所述开口端相反的封闭端；
根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述多个脊穿过所述开口端延伸到所述孔中。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11639925B2 (en) * 2017-04-06 2023-05-02 Agilent Technologies, Inc. Method and apparatus for measuring physiological properties of biological samples
DE102018130299B4 (de) 2018-11-29 2020-08-06 Presens Precision Sensing Gmbh Sensoranordnung und Messverfahren
CN110221602B (zh) * 2019-05-06 2022-04-26 上海秒针网络科技有限公司 目标对象捕捉方法和装置、存储介质及电子装置
WO2023196547A1 (en) 2022-04-08 2023-10-12 Agilent Technologies, Inc. Microtiter plate lid and magnetic adapter
WO2024000286A1 (zh) * 2022-06-29 2024-01-04 京东方科技集团股份有限公司 培养结构、培养方法及培养芯片

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4225575A (en) * 1978-05-15 1980-09-30 Ventrex Laboratories, Inc. Method and apparatus for performing in vitro clinical diagnostic tests using a solid phase assay system
EP0146654A3 (en) * 1980-06-20 1986-08-20 Unilever Plc Processes and apparatus for carrying out specific binding assays
US4483925A (en) 1982-12-30 1984-11-20 Becton, Dickinson And Company Liquid removal device
ATE121790T1 (de) 1988-10-21 1995-05-15 Molecular Devices Corp Verfahren und apparat zur messung der effekte von zellwirksamen mitteln auf lebende zellen.
AT391371B (de) * 1989-05-12 1990-09-25 Avl Ag Verfahren und vorrichtung zur feststellung biologischer aktivitaeten in einer probe
US6395506B1 (en) 1991-04-18 2002-05-28 Becton, Dickinson And Company Device for monitoring cells
US5225164A (en) * 1991-09-30 1993-07-06 Astle Thomas W Microplate laboratory tray with rectilinear wells
US5718842A (en) 1994-10-07 1998-02-17 Joanneum Reserach Forschungsgesellschaft Mbh Luminescent dye comprising metallocomplex of a oxoporphyrin
NZ504061A (en) 1997-10-27 2003-01-31 Idexx Lab Inc Assay device for determination of analyte in a solution has sample uptake islands on an elongate support housed within a pipette
US6429027B1 (en) 1998-12-28 2002-08-06 Illumina, Inc. Composite arrays utilizing microspheres
DE19903506C2 (de) 1999-01-29 2002-04-04 Inst Chemo Biosensorik Verfahren, Gefäß und Vorrichtung zur Überwachung der Stoffwechselaktivität von Zellkulturen in flüssigen Medien
US20020100582A1 (en) 2000-09-05 2002-08-01 Oldenburg Kevin R. Rapid thermal cycling device
WO2002072423A1 (en) 2001-03-09 2002-09-19 Biomicro Systems, Inc. Microplate lid
WO2002086494A2 (en) 2001-04-19 2002-10-31 NMI Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut an der Universität Tübingen Method for the relative determination of physicochemical properties
WO2003022421A2 (en) 2001-09-07 2003-03-20 Corning Incorporated Microcolumn-platform based array for high-throughput analysis
DE10204531A1 (de) * 2002-02-01 2003-08-21 Inst Chemo Biosensorik Deckelelement
US7276351B2 (en) * 2003-09-10 2007-10-02 Seahorse Bioscience Method and device for measuring multiple physiological properties of cells
US20070087401A1 (en) 2003-10-17 2007-04-19 Andy Neilson Analysis of metabolic activity in cells using extracellular flux rate measurements
DE202004020847U1 (de) 2004-12-04 2006-03-09 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Screeningsystem
US8202702B2 (en) 2008-10-14 2012-06-19 Seahorse Bioscience Method and device for measuring extracellular acidification and oxygen consumption rate with higher precision
EP2920292B1 (en) 2012-11-13 2017-01-11 Agilent Technologies, Inc. Apparatus and methods for three-dimensional tissue measurements based on controlled media flow
WO2014198836A1 (en) 2013-06-14 2014-12-18 Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. Elisa system and related methods
JP6343683B2 (ja) * 2015-01-19 2018-06-13 株式会社アルバック 撹拌装置
US11639925B2 (en) * 2017-04-06 2023-05-02 Agilent Technologies, Inc. Method and apparatus for measuring physiological properties of biological samples

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