CN1234112A

CN1234112A - 液滴传送工具和用该工具传送液滴的方法

Info

Publication number: CN1234112A
Application number: CN 97198715
Authority: CN
Inventors: T·L·A·丹诺克斯
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1996-10-10
Filing date: 1997-10-03
Publication date: 1999-11-03
Also published as: WO1998015355A3; EP1011862A2; WO1998015355A2; AU4747197A; EP1011862A4; JP2001502057A

Abstract

工具(1,3)设计用于传送按预定空间分布排列的液滴(2_i)。它包括至少一个丝状承载件(1),该承载件安装于一跨越该承载件(3)的框架(1)上,所述承载件提供许多能被所述液体润湿的、在其长度上按预定分布设置的区域,这些可润湿区域由所述承载件(1)的不可润湿部分彼此隔开。它可应用于细胞培养或生物分子试验。

Description

液滴传送工具和用该工具传送液滴的方法

发明背景

本发明涉及一种液滴传送工具和一种将液滴送入或送出能够保持它们的微穴网的方法。

为了对生物分子进行试验或培养，或进行真核或原核细胞培养，目前常规地是采用由诸如聚碳酸酯或聚苯乙烯之类的热塑材料模塑而成的板，例如培养细胞及它们的营养介质。通常，矩形板的尺寸约为80×125毫米，穴的直径约为8毫米。这些尺寸被标准化，以使得在诸如液体处理机器人、对板用分光谱测量、荧光测定或化学发光测定法进行读数的读出器、或者观察显微镜之类的装置中实现对板的自动处理。这些微穴是用手通过一套吸液管来注满，该工序持续时间长而枯燥，但也可以自动地进行。这些穴中所形成的产品的样本例如可用一套浸入穴中的不锈钢针头或塑料尖端来收集。

目前，正考虑在每块板上使用越来越多的微穴，例如384或1536个穴，甚至是每平方厘米表面积上包含数万个微穴或小穴的板，如本申请人1995年11月22日提交的法国专利申请No.9513878中所描述的。在该申请中，以大约100微米的间隔分布有直径约为20-50微米、深度约为1 5-30微米的穴。可以想象，这样的尺寸实际上不可能用吸液管组来对微穴加液或用金属针头组从微穴中收集样本，因为这样的尺寸太小了，小到了不可能实现的程度，但这恰恰是这些机械装置所需要的。

发明概要

因此，本发明的目的是要提供一种将液滴送入或送出以非常小的间隔分布的微穴网中的方法，这种间隔小到采用上述传统传送装置成为不可能。

本发明的另一个目的在于提供这样一种工具，它可对穴网的至少一部分微穴进行同步和自动的加液和卸液。

本发明的还有一个目的在于提供一种在具有预定空间分布的微穴与这种液滴传送工具之间传送许多液滴的方法。

本发明的这些目的以及其它将在阅读了下面的描述后变得清楚的目的由这样一种用于传送以预定空间分布排列的液滴的工具，该工具的特点在于，它包括至少一根丝状承载件，该承载件安装于一跨越该承载件的框架上，所述承载件提供许多能被所述液体润湿的、在其长度上按预定分布设置的区域，这些可润湿区域由所述承载件的不可润湿部分分隔。

如在下面将会清楚的，所有的可润湿区域可同时承载或卸载液滴，从而确保非常短的液体传递作业。可润湿区域的间隔可以非常小，与上述设置于板上的微穴处于同一数量级。

按照本发明工具的一实施例，工具的框架呈矩形，承载件呈丝状并在该框架上张成连续、平行、彼此衔接的段的形式，这样就按照规则的二维平面分布排列出了可润湿区域。

按照本发明工具的另一实施例，用于移动或贮存液滴的区域由丝状承载件两个段的交点限定，以利用毛细管作用确保承载件仅在交点处具有可润湿性。本发明还提供了一种在具有预定空间分布的穴与一液滴传送工具之间传递大量液滴的方法，该方法的特征在于，a)将本发明传送液滴的工具制成其可润湿区域的排列组与所述穴的排列组相应，b)将所述工具的可润湿区域排列组与该穴排列组以靠近的关系叠置，使一个排列组所载送的至少一个液滴传递入另一个排列组。

本发明的其它特征和优点将在阅读下面的描述和研究附图后变得清楚。

附图简述

图1是本发明工具的丝状承载件的一实施例的示图，

图2A和2B示出了本发明的方法，用于将液滴加载到一准备好的如图1所示具有丝状承载件的传送工具上，

图3是用于说明将图2A和2B所示工具所载送的液滴排列组传递入一微穴排列组的机理的放大图，

图4A和4B示出了本发明的方法，适用于从载有液体的微孔板向外传递所收集的液滴组，

图5是将不同液体的液滴加载到本发明的传送工具上用的装置的立体示意图，

图6是图5装置的一个构件的示图，用于描述该装置的工作，

图7是本发明的一液滴传送工具的立体示意图，该工具适于与三维微穴网配合工作，

图8A和8B是表示本发明液滴传送工具的另一实施例的操作的示意图，

图9是图8A和8B所示工具的一种二维型式的立体示意图，

图10是本发明工具的又一实施例的俯视图，

图11表示图9所示工具的一种变型的细节，

图12是图10所示工具的一种变型的细节。

较佳实施例描述

参见附图中的图1，它是带有液滴2₁、2₂、等…的一丝状承载件1的示意图，这些液滴分布于承载件的长度上。按照示意性地表示于图3中的本发明的一实施例，该丝状承载件或线1安装于一弧形的框架3上，该框架将线张紧于其端部之间。

按照本发明，线3的表面经过处理，以使其能够沿线的长度仅在预定位置处载有液滴。

因此，例如当将线1浸入板式贮存器5的一个槽内的液体4时(见图2A)，并且然后在将线撤出该槽时，液体以液滴2₁、2₂、2₃、等…的形式留在了线上，并位于预定的位置或区域，两个相邻液滴由一段未润湿的长度或“线段”分隔。

作为一个示例性而非限制性的实例，可以对一根由亲水的铬镍铁合金制成的、直径为20微米的线涂覆一非常疏水的硅烷覆层，然后通过一个罩子曝晒该覆层，用紫外线照射去掉区域6₁、6₂、6₃、…等区域内的覆层，从而制备出这种线1(见图1)。硅烷层被去掉的区域是亲水的，因而能够承载液滴2_i。利用这种方法，可以使线载送体积非常小的液滴(例如100-150皮升)。

另外，根据需要传送的液体，线1可以由具有亲水涂层的疏水材料制成，该涂层在必须承载液滴的区域6_i以外被选择性地去掉。更一般地说，线的表面经过处理，以使线表面的预定区域能被给定液体润湿，并防止这些区域之间的线被润湿。

组件(1,3)构成了一种液滴传送工具，其液滴按照由在将硅烷层暴露于紫外线照射过程中使用的罩子所限定的预定分布而排列于线1上。

如果将线1朝微穴7_i、7_i+1、等…行的表面移动，其中这些微穴是上述法国专利申请No.95,13878中所描述的那种类型的、在板8表面挖出的穴(见图3)，这些穴在板上的分布与液滴在线上的分布相同，则可以看到，通过使用适当的对准手段，可将每个液滴2_i、2_i+1、等…设置在一穴7_i、7_i+1、等…的对面。最好，分隔穴底部的各间隔接纳一疏水产品9。于是，液滴2i粘附于穴6_i的底部，从而彻底传递到这些穴中。

现在已经清楚，本发明的传送工具(1,3)可对大量微穴或小穴7实现简单、同步的液体加载，即使穴间隔非常小(约100微米)、如法国专利申请中所描述的那种穴，情况也是如此。很清楚，例如使用微吸液管的传统方法，它们所采用的器械太大以致无法实现对此类微穴进行同步加载，而使用本发明的传送工具和传送方法却完全解决了这一问题。

因此，后者显然可适用于用微穴板来进行的细胞培养和生物分析，以及特别需要向微穴中加入营养液或试剂的培养和试验。此类应用例如是，免疫酶分析(ELISA)、核酸杂交、病毒滴定、用于蛋白质生产的菌落克隆和筛选。

下面参照图4A和4B来说明本发明的传送工具是如何从微穴网中提出液滴的。在图4A中示意性地示出了板8的一行微穴7_i，这些微穴具有液滴2_i，必须提取这种液体的样本。例如在细胞培养中，例如用于从杂交瘤生产单克隆抗体、可诱导重组体蛋白质的表达或从各种不同的生物系统(细菌、酵母、动物或植物细胞)表达病毒，当必须分析各微穴中由培养于这些微穴中的活细胞所表达或分泌的产物时，必须进行这种提取。

为此，将线1非常干的亲水区域6置于靠近穴7_i的相对位置处，如图4A中所示。一旦区域6浸入从穴嘴溢到板8上的液滴2_i的凸面，部分液滴2’_i传递到相对的线1的亲水区域6_i，如图4B中所示。微穴所含物的这些样本2’_i可传递到其它板的诸如穴之类的微穴中，例如以制成用于微生物学中的“酶解图谱”板。

以上描述的是在本发明传送工具上吸载相同液体的液滴。在生物分析中，经常会需要在相邻穴中承载不同的液体。为将此类液滴传递到工具上，本发明提出图5所示的装置。该装置包括一组直线排列的毛细管10_i，它们例如被拉成直径约为100微米，使它们沿直线排列的间隔等于本发明承载件的线1的亲水区域6_i的间隔。

如图6中示意性地示出的，一光纤11_i与各毛细管10_i相连，并带有一微透镜，该微透镜将射出光纤的光聚焦到管内的液体中。大家知道，光纤中射出光脉冲可在管10_i的开口端或出口12_i处形成液滴。如图5中所示，如果将本发明传送工具的线1设置于靠近管出口12_i的相对位置处，使线的亲水区域与出口12_i点对点对齐，则预定光纤11_i中所发送的光脉冲可控制预定液滴2_i向线1的传递。可对其供给不同液体的毛细管使线1所载送的液滴2_i可具有不同的成分。而后，用本发明的工具，按照以上参照图3所描述的机理，可将这些液滴传递到一微穴板的不同的穴中。这种传递方式可用于生物分析(或生物学中)。一个重要的应用是在新药开发中的合成或自然分子的筛选。生物分析中的诊断试验是另一个实例。

很清楚，以上所描述的液滴传递需要穴与工具的线1的亲水区域精确地对齐。为此可使用许多公知的对齐方法，特别是在照相印刷中使若干选择色对齐用的这种类型的方法。这些方法包括构件(工具或板)中的一个所具有的销(未图示出)，这些销穿入另一装置中挖出的相应孔(未图示出)，从而将这两个装置以非常精确的相对布置来设置。

以上所描述的方法允许在传送工具与仅一行微穴之间传递微液滴。在上述专利申请中所描述的微穴板包括许多相邻的微穴行。利用下面将参照图7进行描述的本发明传送工具的实施例，可以在该工具与若干行的微穴之间进行同步地液滴传递。

在图7中，所示的工具包括一空的框架3’，该框架基本呈矩形，并在两相对边上具有定位杆13_i，这些定位杆限定出线1’的承载点，该线绕它们而沿一平面的钝齿状轨迹行走，该轨迹包括若干衔接的平行段。这些段间隔开，象包含矩形二维分布微穴的板8的微穴行一样。与图2B所示的工具一样，线1’具有空间分布与板8微穴相同的亲水区域，线的其余表面为疏水性的。

对图7研究表明，在例如利用销和孔(未图示出)实现板8的穴行的精确对齐后，所示的工具可实现线1’的平行段组与板的微穴行组之间液滴的二维传递。以这种方式，所传递或收集的液滴的数量相对于图2B的工具来说更易于提高。

如上面看到的，线表面所需要的有选择的可润湿性可以通过局部改变线表面的特性，使液体能吸附于区域6_i而不浸润于线在这些区域之间的中间部分。还可以用其它的方法来实现线选择性的润湿，例如，线可以在需要吸附液体的位置局部制成非常多孔。这样，液体穿过制于线上的细孔，从而例如通过稀释将该液体的样本再传递到另一液体或另一分析工具中。

在图8A中非常示意性地示出了一传送工具，它包括装于一框架3上的一线1”。为了局部提高线的可润湿性，它与其它切向的线或线段1”₁、1”₂、1”₃等…在需要有可润湿性的区域高度处相交。

在两根线相交的位置，通过毛细管现象实现了对液滴的取样。浸入液体或微穴行的微穴7_i中所含的液滴中时，线1”和1”_i的交点均载上一液滴2，如图8B中示意性地表示的，线上液滴间的间隔保持干燥。

图9表示本发明工具的另一实施例，它应用图8A和8B的原理。在图9中，所示的工具包括至少一根利用图7实施例中的销孔13_i安装于框架3”上的线1”。但在本例中，诸张于两销孔之间的线段沿两个正交的网相交，它们的交点通过毛细管作用吸持需要传递的液滴2_ij。而后液滴可同时被传递到微穴板8的微穴中，或者它们可在所述微穴中被取样，如上面所看到的。

应予注意的是，线1”不需要进行任何的局部表面处理，因为这样做往往较为昂贵。

因而，本发明提供了将大量微液滴同步地传递入或传递出致密微穴网的装置，而通过现有技术的密度低得多的网所采用的传统装置是无法接近该致密微穴网的。

本发明还有许多其它的优点。它可实现液滴在体积方面的再现传递。它确保了传递操作的完全可见性，因为该传递工具对于例如在显微镜下执行传递作业的观察者来说基本上是透明的。工具的线网是柔软的，它能适应微穴板平整度方面的任何缺陷。该工具制造起来较便宜，在使用一次后可以扔掉，这对于生物学(或生物分析)是非常有利的。位于穴底部的活细胞保持与工具的线相分离，因而不会受破坏。工具的对准和穴的对准可以借助对准销孔，在图7和9的二维工具的情况下可借助使用莫尔效果。最后，本发明可通过在凝胶层之上或之中从样本凝胶或沉积物中收集样本而实现样本收集。

当然，本发明并不局限于以上所述和所示的实施例，它们仅仅是实例。因此，可以通过对金属片14进行化学蚀刻来制成本发明工具的丝状承载件网，如图10所示，这种蚀刻可除去一个象图9那样布置的线15_ij形状的承载件网。图10还示出了用于使工具14与一微穴板对齐的孔16，它们与作为该板的一体部分的销孔相接合而实现对齐，如以上所描述的。

在一变型中，图9的工具可包括一双网格图案的线，诸如17₁、17₂(见图11)，这些双线在网格的交点处限定出了能够保持更大体积液滴的空间。使用类似于图10工具中所描述的刻槽方法，可以在工具的线状承载件的交点处形成圆形切口，诸如图12中所示的切口(18)，它们能够在工具必须承载液滴处增加毛细管效果。而且，本发明并不局限于将微液滴送出或送入以间隔约为100微米分布的微穴。它显然也可延扩到以更大间隔例如几毫米分布的、更大尺寸的穴。然后，用更大直径的线，例如100-200毫米，可获得更大的液滴。

Claims

1．一种用于传送以预定空间分布排列的液滴的工具，其特征在于，它包括至少一根安装于一框架(3；3’；3”)上的、预定长度的丝状承载件(1；1’；1”,1”_i)，所述承载件具有许多能被所述液体润湿的、在其长度上按预定分布设置的区域，所述可润湿区域由所述承载件的不可润湿部分分隔。

2．根据权利要求1所述的工具，其特征在于，承载件(1；1’)包括一金属线，该线由一不会被所述液体润湿的涂层覆盖，所述涂层在需要被所述液体润湿的区域(6_i)被除去。

3．根据权利要求1所述的工具，其特征在于，承载件(1；1’)包括一金属线，该线由一可被所述液体润湿的涂层覆盖，所述涂层在需要被所述液体润湿的区域以外被除去。

4．根据权利要求2所述的工具，其特征在于，该金属线由铬镍铁合金制成，该涂层是硅烷。

5．根据权利要求1所述的工具，其特征在于，可润湿区域(6_i)由承载件(1；1’)表面由承载件非多孔部分分隔的多孔区域构成。

6．根据权利要求1-5的任一项所述的工具，其特征在于，框架(3’；3”)呈矩形，丝状承载件(1’；1”)在该框架上张成连续、平行、彼此衔接的段的形式，这样就按照矩形的二维平面分布排列出了可润湿区域(6_i)。

7．根据权利要求1所述的工具，其特征在于，可润湿区域(6_i)由丝状承载件两个段(1”,1”_i)的交点形成，它们因毛细管效果而能够仅在交点处保持液滴。

8．根据权利要求7所述的工具，其特征在于，它包括两个正交的丝状承载件段网，这两个网靠近地叠置于同一平面内，它们的交点形成一矩形的二维可润湿区域排列组。

9．根据权利要求8所述的工具，其特征在于，所述正交的段网通过化学蚀刻被刻入一金属片(14)。

10．根据权利要求8所述的工具，其特征在于，两个网的交点均穿有一孔(18)。

11．根据权利要求8所述的工具，其特征在于，每个所述段包括两个平行隔开的线状承载件(17₁,17₂)。

12．根据前述权利要求的任一项所述的工具，其特征在于，可润湿区域以约100微米数量级的间隔分布。

13．一种将许多液滴(2_i)传递到一多穴板上按预定空间分布的穴(7_i)中的方法，包括以下步骤：

a)提供一具有至少一个丝状承载件的液体传送工具，所述承载件具有一由不可润湿区域分隔的可润湿区域排列组，所述可润湿区域布置成与所述穴排列组对应，

b)将所述工具的所述可润湿区域排列组靠近地叠置于所述穴排列组上，使所述工具所载送的至少一个液滴传递到一相应的穴中。

14．根据权利要求13所述的方法，适用于将传送工具(1,3)所载送的一液滴排列组传递到一相应的穴排列组中，其特征在于，为将该液滴排列组加载到所述工具上，将丝状承载件(3)完全浸入需要传送的液体的贮槽(5)。

15．根据权利要求13所述的方法，适用于将包括至少两种液体液滴的一液滴排列组传递到一相应的穴排列组中，其特征在于，将工具不同的可润湿区域(6_i)置于按所述区域的间隔排列的毛细管(10_i)出口(12_i)的相对位置，每根毛细管(10_i)装有预定的液体，所述毛细管出口处液滴形状为润湿所述区域而受选择性地激活。

16．根据权利要求13所述的方法，适用于对一穴排列组所含液体抽取微量样本，其特征在于，将传送工具的可润湿区域(6_i)与穴排列组的相应穴(7_i)对齐，从而用所述穴中所含的液体润湿所述区域。

17．将液滴加载于一丝状承载工具上的装置，其特征在于，它包括至少一个毛细管(10_i)直线排列组，每根毛细管与选择性控制管中所含液体在所述管出口(12_i)处的液滴形成用的装置相连，所述出口以构成工具的丝状承载件的可润湿区域(6_i)的间隔设置。