CN204495421U - 用于检测液体体积的设备 - Google Patents

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Abstract

用于检测液体体积的设备，其包括：用于在至少一个容器(6)中进行至少一次液体处理操作的装置(2a，2b)，其中操作液分配到所述容器(6)中或从所述容器(6)中吸出，用于将光垂直透射到所述容器(6)中以监测所述操作是否已经根据需要完成的光源(8)，和用于接收垂直地来自所述容器(6)的光的检测器(9)。安置所述光源(8)和所述检测器(9)，以测量具有其内容物的容器(6)的光密度，用于检测所述容器(6)中的液体体积。光密度的测量值在1150nm-1250nm的波长，优选在1175nm-1225nm的波长确定。

Description

用于检测液体体积的设备
技术领域
本发明涉及实验室技术，并且涉及在液体处理操作(分配或移出)后监测容器中的液体。本发明可以特别用于自动化多通道仪器中，如分配器、洗涤器和平板读取仪中。
背景技术
实验室中使用多种包括多个用于液体的容器的平板。典型的实例是所谓的微量滴定板，其具有以9mm间隔的8*12个容器(或孔)的矩阵。还存在用于将液体分配到容器中或从容器中吸出的自动化的仪器。为了实现快速操作，通常使用多通道仪器。以微量滴定板为例，通常使用八通道仪器。所述仪器通常包括带有用于不同通道的共用转子的蠕动泵。例如，WO 8806138记述了这样的分配仪器。商业产品的实例是MultidropTM分配器(Thermo Fisher Scientific Oy，芬兰)。所述分配仪器还可以与光学测量设备相连。
上文提及的多通道仪器的一个问题是一个或多个通道可能被堵塞。这导致所述仪器的操作失误，使得液体在需要时不能分配到容器中或从容器分配出来。如果不注意到这种失误，可能发生严重的错误，例如，在临床分析中。
US 2009/0032064记述了平板洗涤系统，其中在特定的液体槽中使用超声波洗涤分配或吸出管道。该文件还记述了用于监测分配或吸出操作是否正确运行的系统。监测以电容性、超声性、光学或通过直接接触测量进行。该文件没有提供关于光学监测的技术实施的详情。只记述了在分开的光度计中进行了显色试验液的光度计光密度测量。
在一些光度计中，也可能光度计测量微量滴定孔中液体柱的高度。例如，所述仪器为VarioskanTM和Multiskan GoTM仪器(Thermo FisherScientific Oy，芬兰)。目的是发现光径的准确长度，所述长度在一些方法中是需要的，例如，在DNA浓度测量中。该测量在1000nm进行。
发明内容
现在，进行权利要求书所述的发明。
按照本发明，进行液体处理操作，其中操作液在液体处理设备中分散到容器中或从容器中吸出。操作后，在液体处理设备中垂直地测量所述容器的光密度，以检测剩余的液体体积，并且由此监测所述操作是否如所需要那样完成。因此，例如，其可以检验分配步骤后，容器真正包含液体，或者在吸出步骤后，容器真正是空的(除了固有的残余的残留物)。通常，进行一连串的分配和吸出，并且检验测量可以在每个步骤之后进行。通常地，使用包括多个容器的矩阵平板，以便在同一步骤在数个容器中进行操作。
在本发明的情形中，特征“液体处理操作”仅涉及单个孔的分配或吸出操作。优选地，在单次液体处理操作中同时处理多个孔，如多孔板的一排孔或整个多孔板的孔。
在本发明中，光密度的测量值在1150nm-1250nm的波长，优选在1175nm-1225nm的波长确定。在用于路径长度读取的1170nm-1230nm的最佳波长处，对于10mm的路径长度，水的吸光度为1.25A。如果读取准确度约为10mA，则相应的最下液体路径长度是0.08mm。因此，可以测量非常薄的液体膜。
根据本发明所述的设备包括：用于在至少一个容器中进行至少一次液体处理操作的装置，其中操作液分配到所述容器中或从所述容器中吸出，用于将光垂直透射到所述容器中以监测所述操作是否以将根据需要完成的光源，和用于接收垂直地来自所述容器的光的检测器，所述光源和所述检测器被安置以测量具有其内容物的容器的光密度，用于检测所述容器中的液体体积，其中所述光密度的测量值在1150nm-1250nm的波长，优选在1175nm-1225nm的波长确定。
按照本发明的一个实施方案，光密度的测量值还在第二波长确定。
按照本发明的一个实施方案，所述设备包括多个容器和多个光源和多个检测器。
按照本发明的一个实施方案，所用的光源是脉冲调制的LED，其中通信信息以波幅的变化编码。所述调制的LED允许缓冲(dampening)环境光对所述测量的影响。在LED调制中，LED开关时间约为10ns。这允许大于10MHz的方波调制。如果对于单个容器的读取时间是10ms，并且调制频率为10kHz，则可以合并1000个脉冲，以产生单个路径长度结果。认为这是良好的环境光缓冲(ambient lighting dampening)。
按照本发明的一个实施方案，所述设备包括位于所述检测器前方的干涉滤光器，由于滤光器带通便利地约为所述检测器带通的10％，其用于实现进一步的环境光缓冲。
按照本发明的一个实施方案，所述用于在至少一个容器中进行至少一次液体处理操作的装置包括具有机器人操纵器(robotic manipulators)的自动分配器和洗涤器。
此外，在本发明的设备中，光密度的测量值可以设置以使用者确定的频率自动进行或手动进行。
附图说明
附上的附图形成本发明的书面说明书的一部分。在所述附图中，
图1显示液体分配器的八通道分配头或吸出头，和
图2显示微量滴定板的洗涤操作和体积检测。
具体实施方式
按照本发明，在液体处理操作后，垂直测量容器连同其内容物的光密度，以检测所述操作是否根据需要完成。由此，例如，其可以检测管的堵塞是否引起操作中的错误。典型地，所述操作用包括数个容器的矩阵平板进行，例如，用所谓的微量滴定板进行，以便在每个步骤中处理多个容器，即，平板的多个孔。
如果不注意并适时更正，堵塞导致所进行的步骤中的隐藏的错误。应该理解这可能是非常重要的，例如，在分析患者样品的临床实验室中，原因在于其可能导致错误的阳性或阴性检测结果。分配嘴典型地是非常狭窄的(例如，＜0.5mm)，这增加了堵塞的危险。固体堵塞颗粒的一个来源是来自典型地用在这些种类的仪器中的蠕动泵的硅管颗粒。当过程自动进行时，多个步骤连续进行，错误的危险自然增加。使用歧管的头，液体逐排分配到孔中。例如，一排包含八个孔。在歧管的头中，其中存在用于所有管的共用压力源，可能的堵塞也不能通过压力去除。例如，分配和吸出步骤典型地用于EIA(酶免疫测定)和ELISA(酶联免疫吸附测定)方法中。可能存在大量的分配和吸出(例如，在典型的ELISA方法中，甚至17次)。在分配之间，孔是空的，并且这可以通过用歧管的头吸出完成。这些方法的最后一步是测量光密度，以计算靶标物质的浓度。最终的光密度测量可以在分开的设备中进行，或者测量设备可以与所述分配和吸出设备集成在一起。
根据本发明所述的体积检测优选至少在每次吸出之后进行，并且更优选在每次液体处理操作之后进行，即，在每次吸出或分配之后进行。体积检测设备与所述分配和吸出设备集成在一起，以便在操作所述分配和吸出设备的过程中容易地进行体积检测。
测量优选地通过测量吸光度经由所述容器进行。测量优选地在1150nm-1250nm，更优选地在1175nm-1225nm进行。在该波长区域，水的吸光度曲线(所述吸光度曲线在1000nm后非常急剧地升高)相对平坦，使得可以使用具有允许快速测量的高信号水平的宽测量带宽。此外，该波长区域还具有用于液体体积测量的最佳的吸光度水平。然而，该波长区域需要专门的检测器，如InGaAs检测器。现有技术方案的问题是，在1000nm波长区域，水的吸光度太低而不能用于可靠地检测薄的水膜。由于常用的光源和检测器不能到达这些近红外波长，所以，常用的具有垂直的容器读取仪的仪器，例如，平板读取仪，不能检测高于1000nm的吸光度。
发光二极管(LED)光源优选地用于将光透射到容器中。LED光源提供某些益处：
-高强度
-低功率
-简单的硬件(不需要更换灯管)
-使用调制、尤其是使用高频率的可能性，和
-容易滤光(由于LED产生几乎正确的波长带)。
此外，滤光器可以用于限制带宽。
当使用多容器平板时，本发明也可以仅用一个光源和一个检测器进行。
本发明一些实施方案的详述
图1显示用于液体分配或吸出的歧管头1。所述头包括八个与共用分配歧管3连接的嘴2，和用于将液体进料到所述分配歧管中的进料通道4。左侧的第三尖头在此处被堵塞，使得没有液体、或者至多少量液体流过该尖头。
图2显示一种排列，其中8*12微孔板5的孔6在洗涤设备中处理，所述洗涤设备包括具有八个分配尖头2a和八个吸出尖头2b的洗涤头1.2。所述头可以上下移动。当要处理的一排孔从头部下来时，其从上部位置降低，使得所述尖头进入孔。处理后，所述头上升，并且移开平板，使得下一排移动到所述头部下。典型地，在平板进入洗涤设备之前，已经将样品分配到孔中。然后，温育样品，以使来自所述样品的靶标物质结合到孔的表面上。然后，在洗涤设备中的第一步是倒空所述孔。接着，所述孔进行一系列的洗涤步骤，其中，将液体，典型地是水，分配到孔中，然后从所述孔中吸出。靶标位置还可以结合到方法中所用的磁性粒子上。
为了确保液体正确地分配到每个孔中并且从每个孔中吸出，存在液体柱检测台7。所述台包括用于每排孔的光源8，其用于发射光垂直向上通过孔；检测器9，其用于检测透射的光。所述台还包括用于透射的光的滤光器10。从所述检测器，信号被引入用于进一步的处理和分析。仅存在一个检测台，并且这在孔排上横向移动，以便测量每个孔。备选地，平板可以移动，而检测台是固定的。
图2显示从孔5中去除液体(样品或洗涤液)(例如，在EIA或ELISA方法中)，由此所述平板向右移动的步骤。排空步骤后，固有地残留在孔底部的液体薄膜约为0.1mm。在液体柱检测台7，检验所述孔已经真正被排空。也在分配步骤之后进行检验，以检验液体已经真正地被分配到每个孔中。优选地，进行所述方法，以使液体处理操作首先在整个平板上进行，之后检验所有的孔。如果需要，所述操作和检验可以逐排进行，这自然是比较缓慢的。
液体柱检测台7在波长1175nm-1225nm处测量IR吸光度。已经发现这一范围对于测量水的吸光度是有利的。LED光源(例如，LED1200-03；InGaAsP材料，5mW光功率)是特别适合的。光是调制的。如果一个孔的测量时间是10ms，并且调制频率是10kHz，则可以合并100个脉冲，以产生单个路径长度结果。这可以被认为是针对环境光缓冲(ambient lightdampening)的良好的情形，预计其是使用所述设备所固有的。然而，由于LED开/关时间约为10ns，所以，如果认为有必要，可以使用基本上更高的频率。调制的信号可以使用同时检测来测量。
InGaAs-PIN检测器(例如，PT511-2)适用于讨论的波长范围。可以预测检测器照明电流变换增益为0.5A/W。如果调制脉冲宽为50％，则可以使用双LED电流进行测量。因此，可以使用具有50％调制的10mW光脉冲。如果1∶100部分的功率收集给检测器，则所述检测器将得到100μW的光功率。所述检测器变换因子约为0.5A/W，并且由此所述检测器可以产生50μA的电流水平。
由于LED产生略微过宽的光谱带(约1100nm-1300nm)，因此，使用滤光器将带限制在需要的范围。所述滤光器可以是带硬质涂膜的干涉滤光器(例如，Edmund Optics T85-908；中央波长1200nm±5nm，带宽50nm±5nm，透射＞90％)。由于滤光器带通(50nm)约为检测器带宽(约600nm)的10％，因此，当将滤光器放置在检测器前方时，实现环境光缓冲。
在图2所述的这样的设备中，可以预测平板以200mm/s的速度运转。平板读取移动路径约为100mm，使得平板读取时间为0.5s。在读取过程中，需要相对运动的加速和减速。二者可以小于0.5s，以使整个读取时间小于2s。这允许在每个洗涤步骤之后的测量，而没有不利地延长洗涤时间。如果仅使用一个柱(“条状洗涤器”)，则对于所有的移动仅需要约1.5s的总测量时间。
使用所述的排列，可以检测约0.1mm的液体柱高度。
所述设备可以进行改进，以便进行在两个波长处的测量。例如，另一个波长可以用于空白测量。准确的空白减除将增加准确性，但是同时将显著增加设备的复杂性和成本。然而，由于在1200nm的水吸光度相当高，因此，单次测量应该是足够的。如果需要，可以从结果中减去残留的塑料和水表面反射损失，原因在于反射损失极端稳定，由此可以使用预定的值。
此外，所述设备可以设置以使用者确定的频率自动进行或手动进行光学密度的测量。
与仅仅检验液体已经从孔中取出或分配到孔中相反，可以在不同的步骤中测量样品体积，因此，例如，整个ELISA过程可以是记录液体体积的，使得该过程更像IVD(体外诊断接受的过程)。由此，例如，可以检验并记录整个ELISA过程的液体体积，以提供复杂过程的验证。

Claims (8)

1.一种用于检测液体体积的设备，其包括：
-用于在至少一个容器(6)中进行至少一次液体处理操作的装置(2a，2b)，其中操作液分配到所述容器中或从所述容器中吸出，
-用于将光垂直地透射到所述容器中以监测所述操作是否已经根据需要完成的光源(8)，和
-用于接收垂直地来自所述容器的光的检测器(9)，
-所述光源和所述检测器被安置为测量具有其内容物的所述容器的光密度，用于检测所述容器(6)中的液体体积，
其特征在于，所述光密度的测量值在1150nm-1250nm的波长确定。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光密度的测量值在1175nm-1225nm的波长确定。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光密度的测量值还在第二波长确定。
4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述光密度的测量值还在第二波长确定。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括多个容器(6)和多个光源(8)和多个检测器(9)。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的设备，其特征在于所述光源(8)是脉冲调制的LED。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括位于所述检测器(9)前方的干涉滤光器(10)。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的设备，其特征在于，所述用于在至少一个容器中进行至少一个液体处理操作的装置(2a，2b)包括具有机器人操纵器的自动分配器和洗涤器。
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