CN1214772A - 测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测样品(149)中产品的测定装置。该测定装置包括一条流体通路,这条流体通路具有一个用于样品(14)的入口和一个用于带有一种可检测部分的试剂(15)的入口,该流体通路将样品经由一个屏障(22)传送至一个检测装置,将该屏障设置成防止产品－试剂的混合物通过,但允许试剂和样品通过。配合物通过试剂和样品中的任何产品的相互作用形成。所述装置还包括供给装置,用于提供一种物质(24),这种物质(24)适于将上述配合物分解成一种可检测的部分,这种可检测的部分可流过上述屏障到检测装置(30)。

Description

测定装置

本发明涉及一种进行测定的方法以及实施该方法的装置，特别是，但并不专用于免疫的测定方法和装置。

众所周知，为了检测样品的几个等分试样，通过与一种或多种试剂反应形成诸如抗原/抗体配合物(complex)那样的配合物对其进行检测，以便观察所述样品是否含有某一特定物质。

现有各种不同技术用于进行测定，而采用测定技术的一些例子日益广为传开。在Wheeler,Michael J.的“关于免疫测定自动化的最新资料”(“Update on immunoassay automation”)(UK NEQAS会议录，1994年：1:163-170)的论文中对目前所用的技术作了综述。例如，现在通常采用各种类型的免疫测定来检验血和其它样品中极为大量的不同化合物。然而，甚至一个大医院也不会有大量不同的测定装置，这样，装置就必须能对不同样品进行一定范围的不同检验。任何测定技术的通用性就必须随着样品所需的检验数量增加而提高。对于可以直接在诸如医生的外科手术室那样的地方就地进行测定而不是将样品远送至医院实验室进行分析这样日益增长的需要又增加了对通用装置的需求。

伴随着测定装置的发展，更精确地进行任何特定的测定变得必要。检验精度的重要性是显然的，例如，当病人的治疗基于测定结果来决定时，这种不准确的结果可能导致对病人不适当的治疗。

所用测定技术的发展导致市场上产生大量的装置。目前，绝大多数装置是半自动或自动装置，在装上试剂和样品后，除非出现损坏，否则不需要操作者作另外的输入。

从上述Wheeler的论文显然可看出，目前市场上现有的大多数装置包括一个装载多个样品的装载盘，例如装载20到100个样品，它们并非必须是相同的种类，而且并非必须对这多个样品进行相同的测定。还有一个试剂放入盘，它装有大量进行各种不同检验的试剂盒。在装置中，样品通常是通过吸入输送至样品池内，在此样品池中样品与一种或多种必须的试剂结合。之后将样品池转送至装置的一个部分中，在这个部分中，保持足够长的时间以便使样品和试剂结合。此后，将样品池转送至检测器，该检测器检测已知的指示剂是否存在，以便确定该样品是否含有特定组份和/或在测定中存在多少该组份。通常采用机器人的手臂围绕装置转送样品池。例如，从装载区域到清洗工作台、等待位置、并向上到检测器。尽管这种类型的测定装置可提供半自动功能，但由于样品的机械运动仍会出现一些问题。因此，必须具有带有可更换吸管头的一些吸管或其它装置，以便确保当存在多个样品时样品之间不相互污染。由于每个样品池必须与一些合适的试剂一起温育，那么任何一次都可能温育较大量的样品池，因此装置的尺寸由于等待区域所需的空间保持得比较大。

最近，已建议在测定装置中采用流动注射技术。Puchades,R.等人的论文“流动注射技术在免疫分析中应用的全面综述、在分析化学中的评论”(“A Comprehensive Overview on the Application ofFlow Injection Techniques in Immunoanalysis,Critical Reviewsin Analytical Chemistry”)23,(4):301-321(1992)中，给出了这种技术的综述。这种技术和上述系统之间的基本差别在于样品和试剂在流至检测器的流体流中结合。这样就无需样品池，而且一般来说减少了系统的机械部件。

WO 94/03104公开了一种流动注射技术，并在WO 94/20855和WO95/22766中有所发展。在这种已知的流动注射技术中，再次把样品和试剂装入装置。它们在流体流中结合。之后，流体流沿着具有透明部分的管道通过。在该透明部分中，产生一种小珠(优选为磁性小珠)的滤网。当流体流携带这些样品和试剂进入滤网区域中时，滤网挡住试剂-样品的配合物。通常，第二组透明珠用结合的试剂配合物覆盖，这种结合的试剂配合物使得能在这个区域中进行竞争性测定。通过电磁检测装置，例如荧光计在这个位置进行样品中产品存在的定量分析，这就是为什么上述珠和管道部分必须在这个区域中是透明的原因。这种技术特别适用于测量测定反应的速率和进程。

显然，在这种已知的流动注射方法中，检测装置和管道的透明区域必须紧密地靠近，建议管道的透明部分形成为检测装置的透镜系统的部件。这导致了复杂的装置设置，这一点限制了可用这种技术进行的测定的类型。

本发明寻求提供一种改进的、简单、可靠并通用的测定系统。

按照本发明的第一个方面，提供了一种用于检测样品中产品的测定装置，这种装置包括一条流体通路，这条流体通路具有一个用于样品的入口和一个用于具有可检测部分的试剂的入口，该通路把样品经由一个配置的屏障输送至一个检测装置，设置这个屏障以便防止产品-试剂的配合物通过，但允许试剂和样品通过，这里，通过试剂和样品中的任何产品反应形成所述配合物，其中，所述装置还包括一个用于供给物质的供给装置，该物质适于把上述配合物分解成一种可通过上述屏障流至所述检测装置的可检测部分。

按照本发明的第二个方面，提供一种用于检测样品中产品的方法，它包括下述这些步骤：

a)将样品和具有可检测部分的试剂送入流体通路；

b)使上述样品和试剂反应，如果样品中含有某种产品，就会形成一种样品、试剂以及该产品-试剂的配合物的混合物；

c)把上述配合物保持在横穿流体通路的屏障处，该屏障使得任何未被配合的样品和/或试剂能流过；

d)之后把上述配合物分解成一种例如试剂那样可流过上述屏障的可检测部分；

e)在上述屏障的下游，检测步骤d)中所释放的任何可检测的部分是否存在。

这样，本发明提供一种流动注射测定系统，在该系统中，检测装置位于形成试剂样品配合物处的下游。这提供了一种简化的系统。在这种结构中，与先前已知的流动注射技术相比，可进行更广范围的测定。这显然是有益的，而且正是基于这样一个事实，即：分析不在滤网处进行。

在本发明的优选实施例中，提供配置多个入口以便将一组间隔开的含有样品和相应试剂的等分试样输入到液体通路，所述装置还包括许多温育环，每个环通过环-阀装置可单独地与流体通路隔开，其中，流体通路中的每一等分试样以已知的周期引向一个所选定的环中。这就能以特别紧凑的方式同时处理几种样品，而又因没有测定池，所述装置保持紧凑。优选地，环-阀装置包括一个单独的阀，将该阀设置成使得至多一个所选定的温育环能在任意给定的时候形成流体通路的一部分。这就确保每一样品与用于各环的直线间隔开的那些阀相比能采用通过相同距离的简单方式。

通常，检测通路构成屏障下游的流体通路，该检测通路包括废物-阀装置，将该废物-阀装置设置成能把检测通路中的流体引向出口或通过检测装置，这防止了未被配合的混合物污染流动室。

优选地，流体通路分为多个具有分离器-阀装置的所述检测通路，将该分离器-阀装置设置成能把每一相应的等分试样引入检测通路中所选定的一条相应通路中。多条通路在温育环后的任何位置延伸。这改善了装置的能力，因为一条通路被清洗时另一条通路可分析样品。

优选地，一个检测器包括用于所有检测通路的检测装置。

现在参照附图说明本发明的一个优选实施例，在附图中：

图1：表示按照本发明的测定装置的示意图；

图2：表示供在图1中装置所用的检测器；

图3：给出了图1所示装置的整体结构。

图1示出了作为一个整体系统的流动注射免疫测定分析器。该系统利用流动注射分析的原理工作，也就是说，采用连续的流体流传送注入该流体流中的离散量的样品或试剂。之后，可使这些材料彼此接触或者与存在于溶液中的或固定在表面上的其它材料接触，由此，它们以一种可被测量的方式相互作用，而这样一来，除了用注射环或注射器和精确的流速控制取代了使用吸移管、清洗器和搅拌器之外，流动注射过程直接类似于采用微量滴定板或管的传统免疫测定中的操作。

从流动缓冲剂装置12产生载体缓冲剂流。多个样品保持在样品处理单元14中，该单元14还制备了用于分析的每个样品。对于特殊目标分子(或产品)的分析可以通过把已知量的可能含有某种产品的样品注入载体缓冲剂流中并将它与来自试剂盒15的一些试剂混合进行。

样品处理单元14具有容纳大约100个样品和通常的各种尺寸管子的能力。单元14能够进行准确和精确的吸移以便产生所需的样品稀释液。这可以以传统方式进行，将合适的量传送到处理单元台上的一个单独的管子中，或者通过采用流动系统，在这个流动系统中，定量的样品和变量的稀释剂(或反过来也一样)在取出某一固定量用于分析之前在一个混合盘管中混合。单元14可采用带有采样探针(未示出)的机器人手臂(未示出)。机器人手臂通常能在三个平面中运动，而且可在两次采样操作之间、在一个装载清洗工作台上清洗探针。样品可以优选地以其不同尺寸的初始管、以各管的预先准备好的架或以预先准备好的微量滴定板的形式装在处理单元14上。通过置于各个管上或管支架上或微量滴定板上的条形码可以鉴别和追寻样品，而且通过装载的条形码读取器可判读条形码，尽管也可用其它跟踪系统。

仪器的流动系统由传送管10构成，传送管10由在化学上和生物学上呈惰性的材料制成，例如，一般具有0.8mm内径的、市售的尼龙或PEEK，但是也可以进行变化以便适应情况。泵系统(未示出)由几个低压泵构成，最可能的是蠕动泵，该蠕动泵可以是不同尺寸、复杂程度和性能的，而且能以高度可靠的流速发送流体。中心泵用于移动载体缓冲剂、样品和试剂通过系统，而同时用其它可能不那么复杂的泵进行其它操作，例如试剂传送、载体清洗和共轭洗脱。由中央计算机(未示出)控制每个泵的工作，以便确保最佳操作和有效的同步。计算机还将控制多个自动开关阀(以后更详细地说明)，它们在适当时间把样品或试剂引入或引出主载体流。这些阀可以是电动的或气动的，但必须极为可靠和耐用，因为它们将在任何工作日中使用许多次。它们的结构极为简单，只需在两个或有限数量的通道中的一个之间转换液流。这些阀必须具有在化学上和生物学上呈惰性的表面，在这些表面它们与液流接触。

一般来说，每种测定所需的试剂对于所感兴趣的分析物而言是专用的，不过，每种情况采用相同的原理，而且通常只需两种组份。对于所有的测定优选的是采用确定直径和具有中性密度性质的微珠，因此它们能保持悬浮状态，而且所述这些珠可以由具有低非特定结合性能的纤维素材料制成，尽管其它合适的材料也是优选的。珠的表面也许可以通过共价共轭涂覆，尽管其它诸如吸附等工艺也可以用于例如仅与测定中所感兴趣的被分析物特殊结合的抗体或其它化合物等配体结合物材料。在一种更复杂的测定方式中，可以在珠的表面上涂覆具有不同特性的两种或更多种配体结合物，而这就使得能对同一样品进行多种被分析物的确定。第二种试剂是一种标记材料，这种标记材料可以是所感兴趣的被分析物的类似物或对该被分析物具有专一性的结合物，这取决于所需的测定方式。标记物常常是一种荧光团，这种荧光团的光谱特性使得它能在电磁波谱的红外区域附近被检测到，不过，其它一些标记物，例如脂质体、酶和化学发光材料也可以。

固定量的试剂和样品在混合盘管17中混合在一起，并且能在一起温育一段固定的时间。温育优选地将等分试样从主流动流中取出并放入其中一个温育环19中来完成。进入温育环19是由阀装置20控制。环19由一段固定长度的具有合适内径的传送管道制成，不过，应该仔细选择总的体积，以确保精确重复温育条件。在温育环中，样品中所含的任何产品应该与试剂相互作用，以便形成与微珠结合的一种配合物。与微珠结合的配合物必须包括可检测的部分。在一段给定的时间后，计算机将混合物的等分试样转换回主流中，并把它带到膜屏障22，在膜屏障22处挡住微珠而同时使所有其它材料流过并流入废物区。屏障22由在化学和生物学上呈惰性的材料、如尼龙的多孔膜制成，而屏障22的尺寸和安置方式应防止所有珠通过流动池。由微珠的尺寸控制膜的孔结构，不过，重要的是，所述膜具有低的过量试剂特性结合，而且基本上所有(例如，大于95％)的珠都被挡住。之后，通过一段时间的载体缓冲剂的流动来清洗流动通路，以便清洗掉未被结合的试剂，而且，在此期间可能提高流速，这样，屏障22应具有良好的流动性能。随后，同步转换各种阀，以便将主缓冲剂流动从屏障22转移开，同时从容器24引导洗脱缓冲剂流过屏障22。转动开关可以从监控流过流动池27的未结合的试剂调整到监控废物。这就使来自微珠上的标记物(可检测的部分)流过屏障22。现在把流动引向流动池27，用于测量下游。流动池27可以是一个石英硅石圆柱体，尽管其它材料和形状也是优选的，且总量不可能超过200μl，它通常用一个光源照射并由检测器30来监控，正如下面将详细说明的。洗脱后，另外的阀开关使膜能用来自容器28的合适缓冲剂在后面冲洗，这通过阀25将上述珠去除到废物区，并且清洗了所述膜，以备下一样品等分试样之用。

图2中更详细地示出了检测器30，它包括激光二极管模件31、32、33、一条由反光镜和分光器38到42组成的光路，完全相同的两个流动池27和单个检测器35，检测器35最可能是对红光敏感的光电倍增管，但也可以是硅二极管或其它检测器。激光器的选择极大程度上取决于可资利用的荧光团，因为激光波长和最佳荧光团激发波长需有良好匹配。固体激光器和长波长的荧光团领域的发展速度迅速，而现在不能对这些组件作出最终选择。不过，最可能的情况是，激光器应该至少具有1毫瓦的输出并在550nm(毫微米)以上工作，同时，荧光团应该可溶于水、在溶液中稳定、不受pH值变化的影响、发射600nm以上的荧光、并具有一种良好的荧光团一般所需的性质。

激光模件31、32、33可含有一个以上的激光器，每一激光器可顺序启动以进入光路，同时，由检测器收集的数据进入一条单独的通道。计算机控制的这种启动通过操作2个或更多个仔细选择过的具有快速脉冲模式不同激发波长的激光器并监控来自成对荧光团的所伴随的辐射而为多标记物的检测提供了可能。以这种方式，可在荧光团的混合物中进行特定的测量，这导致了从相同的洗脱峰值确定多个被分析物的可能性。如果以这种方式测量多对或更多对的被分析物，仪器的流量就大为增加，而样品的用量则大为减少，这是由于混合特性的珠可以供样品俘获用。

将最终的信号描绘为一个峰值，并用计算的面积从标准求解产生的曲线确定样品的浓度。

系统以随机选取的模式工作，但具有用于急救样品的即刻分析的内在能力，所述急救样品置于自动采样器的单独的架上。由图符驱动的软件精确地控制计时和操作程序，该软件使用直观并在Windows^TM环境下工作。软件设计成在笔记本类型的计算机上运行，当不需要时，该软件可关闭并存储在仪器的数据库中。与仪器的连通是双向的，使得从偏离标度的结果产生的反馈能启用合适稀释物和样品重新进行分析。仪器和软件整个地做成在实验室信息管理系统(LIMS)环境中运行，包括测定对照物和试剂盒性能的量化控制监视。

分析器设计成能测量20种以上临床上重要的物质，每种所述物质有一个专用的试剂盒，能够把大约200个被分析物装在仪器操纵台上的试剂圆盘传送带上。试剂盒的结构将确保如果需要的话可搅拌试剂，并通过圆盘传送带小室或盒本身的控制使该盒保持恒温。每个盒标有关于其本身的信息，可能就标在条形码上。

在所示的实施例中，有两条检测器流动通路。这一点特别有益，因为两条通路之一可以分析样品，而同时另一条通路由清洗缓冲剂28经由两个清洗阀29中的一个进行清洗。这一点大大提高了在给定的时间内分析的样品数量。这种结构与本发明的检测器一起使用时特别有益，它为从一个单独的辐射发生器/发射器来分析的两个(或更多个)流动池27提供了条件，因此，在几乎没增加什么成本的条件下提高了容量。

当然，检测器30可以用于其它的测定/分析系统中，在这种情况下，同样可以利用它的优点，另外，除激光器外也可以使用其它类型的检测器，它们仍然有益地用单个检测器和/或光源工作，而且具有几个用于检测可检测部分的流动池。

Claims (13)

1．一种用于检测样品中产品的测定装置，包括一条流体通路，该通路具有一个用于样品的入口和一个用于带有可检测部分的试剂的入口，所述通路将样品经由一个所配置的屏障传送至一个检测装置，将该屏障设置成防止产品-试剂的配合物通过，但允许试剂和样品通过，在此，所述配合物通过试剂和样品中的任何产品的相互作用形成，其特征是所述装置还包括供给装置，用于供给适合于将所述配合物分解成一种可检测部分的物质，所述这种可检测的部分可通过上述屏障流到所述检测装置。

2．如权利要求1所述的装置，其特征是设置所述的入口以便将含有样品和相应试剂的一组间隔开的等分试样送入所述流体通路，所述装置还包括多个温育环，每个环通过环-阀装置单独地与所述流体通路隔离，其中，在流体通路中的每一等分试样在一个已知时间周期被引入到一个选定的环内。

3．如权利要求2所述的装置，其特征是所述环-阀装置包括一个单独的阀，将该阀设置成以便在任何给定的时间至多选择一个温育环形成流体通路的一部分。

4．如权利要求1至3中的任何一个所述的测定装置，其特征是检测通路形成所述屏障下游的流体通路，这个检测通路包括废物-阀装置，将该装置设置成将所述检测通路中的流体引向一个出口或通过检测装置。

5．如权利要求3所述的测定装置，其特征是所述流体通路分成多个所述具有分离器-阀装置的检测通路，将其设置成把每一相应的等分试样引入检测通路中所选择的一条相应通路中。

6．如权利要求5所述的测定装置，其特征是一个检测器包括用于所有检测通路的检测装置。

7．一种用于检测样品中产品的测定方法，包括下列这些步骤：

a)把样品和具有可检测部分的试剂送入流体通路；

b)使所述样品和试剂能够相互作用，以便如果该样品中含有某种产品的话则形成所述样品、所述试剂以及该种产品-试剂的配合物的混合物；

c)把所述配合物阻挡在横穿所述流体通路的一个屏障处，这个屏障使得任何未被配合的样品和/或试剂穿过该屏障流动；

d)随后将所述配合物分解成一种例如试剂那样可流过所述屏障的可检测的部分；

e)在所述屏障的下游检测步骤d)中所释放的任何可检测的部分是否存在。

8．如权利要求7所述的方法，其特征是对于一组流进所述通路中的分开的等分试样重复步骤a)至e)；在步骤b)，把每一相应的等分试样引入一个温育环，在这个温育环中，等分试样与所述流体通路的其余部分隔离开，以便使所述试剂和所述样品中的任何产品相互作用，从而形成所述配合物。

9．如权利要求8所述的方法，其特征是在步骤c)中挡住所述配合物直至等分试样的其余部分已流过所述屏障，而废物-阀装置把所述等分试样的其余部分引到废物出口，然后，所述废物-阀装置转换成把在步骤d)中所释放的可检测的部分引到检测装置。

10．如权利要求9或权利要求10所述的方法，其特征是在温育环的下游有多个检测通路，把每一等分试样引到相应的检测通路，以便检测任何可检测部分，而其它检测通路并未使用且正经过一次清洗过程；或者，当相应的一条检测通路处于使用状态时其它检测通路用于分析另一个不同的等分试样。

11．一种如前参照并如附图所示的测定装置。

12．一种如前参照并如附图所示的测定方法。

13．一种如前参照并如附图所示的检测器装置。

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