DE60013815T2

DE60013815T2 - System und verfahren zum füllen eines substrats mit einer flüssigen probe

Info

Publication number: DE60013815T2
Application number: DE60013815T
Authority: DE
Inventors: Kevin Ward FRYE; Jacob Koppel Alameda FREUDENTHAL; Christina Terri LABELLE; Eugene Young
Original assignee: Applera Corp
Current assignee: Applied Biosystems LLC
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 2000-10-13
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2020-10-14
Also published as: EP1181559A2; WO2001028684A3; AU8016400A; DE60013815D1; US6272939B1; EP1181559B8; ATE276517T1; WO2001028684A2; AU776004B2; JP3733328B2; US20010029794A1; US6942837B2; JP2003512604A; EP1181559B1; CA2354278A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft gemäß einem Aspekt das Füllen von Behältnissen mit Flüssigkeit. In einer besonderen Ausführungsform betrifft die Erfindung ein System nach Anspruch 1 zum Füllen eines Substrats mit wenigstens einer Kammer mit einer flüssigen Probe, wie beispielsweise ein System zum Füllen eines kartenartigen Elements mit einer Vielzahl von Probendetektionskammern mit einer flüssigen Probe, um während des thermisches Zyklierens einer Polymerasekettenreaktion (polymerase chain reaction; PCR) mit Reagenzien zu reagieren, die in den Probendetektionskammern enthalten sind.
Stand der Technik
Das biologisches Testen hat sich als ein wichtiges Werkzeug beim Detektieren und Verfolgen von Krankheiten erwiesen. Neuere Entwicklungen auf diesem Gebiet haben die Zahl der ausgeführten Tests stark anwachsen lassen. Das Durchführen einer großen Anzahl solcher Tests kann kostspielig und zeitaufwendig sein. Eine Möglichkeit, die Kosten auf ein Mindestmaß zu beschränken, besteht darin, die Größe der Proben, die gestestet werden, zu reduzieren und die Anzahl der Proben zu erhöhen, die während jedes Durchlaufs einer thermischen Zykliereinheit oder anderer vergleichbarer Vorrichtungen getestet werden können. Es ist daher oftmals wünschenswert, eine große Anzahl von Proben mit einer kleinen Probengröße zu testen. Ein Substrat zum gleichzeitigen Testen einer großen Anzahl von Analyten, das eine kleine Probengröße und eine große Anzahl von Detektionskammern aufweist, wird in der WO 97/36681 beschrieben.
Die US-PS 3,963,355 beschreibt eine Vorrichtung zum Detektieren des Vorhandenseins wenigstens eines bestimmten Mikroorganismus in einer Probe, wobei die Vorrichtung eine Probenkartusche mit einem Mehrfachverteiler und mehreren Kassetten aufweist, die an den Mehrfachverteiler angebracht sind.
Es ist wünschenswert ein System zum Füllen eines Substrats mit einer großen Anzahl von kleinen Detektionskammern auf eine Art und Weise bereitzustellen, die sicher, zuverlässig und schnell ist. Bekannte Verfahren erfordern arbeitsintensive Schritte und können den Be nutzer, der diese Schritte durchführt, Reagenzien aussetzen. Darüber hinaus kann bei bekannten Verfahren eine übermäßige Verunreinigung zwischen Detektionskammern erfolgen und diese Verfahren können für das Vorhandensein von Luftblasen in den Detektionskammern anfällig sein. Im Lichte des Vorstehenden besteht ein Bedarf für ein System und ein Verfahren, dass die Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Vorteile und Merkmale der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung ausgeführt und ergeben sich teilweise aus der Beschreibung oder können aufgrund der Durchführung der Erfindung gewonnen werden. Die Vorteile und Merkmale der Erfindung werden mittels der Elemente und der Kombinationen realisiert und erreicht, die insbesondere in den Ansprüchen ausgeführt sind.
Gemäß einem Aspekt umfasst die Erfindung ein System zum Füllen eines Substrats mit wenigstens einer Kammer mit einer flüssigen Probe. Das System nach Anspruch 1 umfasst ein Substrat, das ein Netzwerk von Durchgangswegen definiert, einschließlich wenigstens einer Kammer für die flüssige Probe sowie einen Adapter. Der Adapter umfasst ein Füllreservoir für die flüssige Probe, einen Vakuumanschluss für das Anbringen an eine Vakuumquelle sowie wenigstens zwei Kanäle. Der eine Kanal erlaubt es, dass ein Vakuum an das Netzwerk angelegt wird, und der andere Kanal erlaubt es, dass die flüssige Probe in das Netzwerk eingebracht wird. Das System umfasst ferner einen Mechanismus, der sequentiell wenigstens einen der Kanäle schließt und öffnet, so dass ein Vakuum zunächst an das Substrat angelegt werden kann und anschließend die flüssige Probe in das Substrat eingebracht werden kann, um dem Vakuum zu ermöglichen, die flüssige Probe zu zwingen, von dem Füllreservoir in das Substrat zu fließen. Der Mechanismus zum sequentiellen Schließen und Öffnen umfasst einen Rahmen, der wenigstens einen Adapter sowie das Substrat hält, und umfasst ferner einen Ventilmechanismus, der sequentiell die Kanäle des Adapters in Eingriff nimmt und freigibt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Füllen wenigstens einer Kammer eines Substrats mit einer flüssigen Probe. Das Verfahren umfasst den Schritt ein Substrat bereitzustellen, das wenigstens eine Kammer aufweist, um eine flüssige Probe zu enthalten, sowie wenigstens einen Weg, um die Kammer anzusteuern. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt, einen Adapter für die Verbindung mit dem Substrat bereitzustellen, wobei der Adapter ein Füllreservoir für die flüssige Probe, einen Vakuumanschluss sowie eine Vielzahl von Kanälen aufweist. Anschließend wird eine Steuervorrichtung geschlossen, so dass das Substrat und der Adapter darin fixiert sind, und eine flüssige Probe wird in das Füllreservoir des Adapters eingebracht. Ein Vakuum wird sodann an die Kammer und den Weg des Substrats angelegt. Die Steuervorrichtung wird betätigt, um die flüssige Probe in dem Füllreservoir dem Vakuum auszusetzen, so dass die flüssige Probe in Richtung der Kammer des Substrats getrieben wird.
Der Fachmann erkennt, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die nachstehende detaillierte Beschreibung lediglich beispielhaft und illustrierend sind und die beanspruchte Erfindung nicht beschränken.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil dieser Beschreibung darstellen. illustrieren mehrere Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu verdeutlichen.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Systems zum Füllen eines Substrats mit einer flüssigen Probe gemäß der Erfindung, wobei sich eine Füllstation in einer offenen Position befindet.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Mikrokarte des Systems von 1.
3 zeigt eine perspektivische Nahansicht der Mikrokarte von 2.
4 zeigt eine Bodenansicht der Mikrokarte von 2.
5 zeigt eine Querschnittsansicht der Mikrokarte entlang der Linie V-V von 4.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Adapteranordnung des Systems von 1.
7 zeigt eine Draufsicht einer Deckenplatte der Adapteranordnung von 6.
8 zeigt eine perspektivische Ansicht der Oberseite der Deckenplatte von 7.
9 zeigt eine perspektivische Ansicht der Unterseite der Deckenplatte von 8.
10 zeigt eine Draufsicht eine Bodenplatte der Adapteranordnung von 6.
11 zeigt eine Draufsicht der Bodenplatte von 10, wobei die relativen Anordnungen einer Radanordnung in einer ersten und einer zweiten Position gezeigt sind.
12 zeigt eine perspektivische Ansicht der Adapteranordnung von 6 von unten.
13 zeigt eine perspektivische Ansicht der Adapteranordnung, die mit der Mikrokarte verbunden ist.
14 zeigt eine perspektivische Ansicht des Systems von 1, wobei sich die Füllstation in einer geschlossenen Position befindet.
15 zeigt eine Draufsicht des Systems von 1.
16 zeigt eine perspektivische Ansicht der Füllstation von 1 von unten.
17 zeigt eine perspektivische Ansicht einer nicht zusammengesetzten Mittelplatte und Bodenplatte der Füllstation von 1.
18 zeigt eine perspektivische Ansicht einer nicht zusammengesetzten Radanordnung der Füllstation von 1.
19 zeigt eine Seitenansicht der nicht zusammengesetzten Radanordnung von 18.
20 zeigt eine Bodenansicht der Radanordnung von 18.
21 zeigt eine perspektivische Ansicht der Radanordnung von 18 von unten.
22 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zusammengebauten Radanordnung von 18 von oben.
23 zeigt eine Seitenquerschnittsansicht einer Betätigungsvorrichtung des Systems von 1 in einer ersten Position.
24 zeigt eine Seitenquerschnittsansicht der Betätigungsvorrichtung von 23 in einer zweiten Position.
25 zeigt eine perspektivische Ansicht der Mikrokarte von 2 mit einem haftenden Abdichtungsband.
26A und 26B zeigen eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht (26A) bzw. eine Ansicht im Gebrauch (26B) einer Anordnung einschließlich einer Trägerplatte, eines Mehrkammernsubstrats sowie einer Mehrfachlinsen-Fokussierungsplatte, die jedoch nicht Teil der Erfindung sind.
27 zeigt eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht der Mehrfachlinsen-Fokussierungsplatte der 26A und 26B, die eine untere Sandwichplatte, einen linsenhaltenden Dichtungsring sowie eine obere Sandwichplatte einschließt, die jedoch nicht Teil der Erfindung sind.
28A, 28B und 28C zeigen jeweils eine Ansicht von oben (28A) und eine perspektivische Ansicht (28B) der Unterseite der Mehrfachlinsen-Fokussierungsplatte der 26A und 26B sowie eine perspektivische Ansicht der Oberseite der Mehrfachlinsen-Fokussierungsplatte (28C), die jedoch nicht Teil der Erfindung sind.
29A bis 29D zeigen vier Ansichten eines Abdichtungsrings, der auf der Unterseite der Mehrfachlinsen-Fokussierungsplatte enthalten sein kann, und zwar eine Ansicht von oben (29A), eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A (29B) von 29A, eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C (29C) von 29A sowie eine perspektivische Ansicht der Unterseite des Dichtungsrings (29D), die jedoch nicht Teil der Erfindung sind.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRNGSFORMEN
Nachstehend wird detailliert auf die momentan bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, die beispielhaft in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind. Wo dies möglich ist, werden in den Figuren durchgehend dieselben Bezugsziffern verwendet, um dieselben oder vergleichbare Teile zu kennzeichnen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Füllen eines Substrats, wie beispielsweise einer Mikrokarte, mit wenigstens einer Kammer mit einer flüssigen Probe bereitgestellt. Jede Kammer enthält vorzugsweise ein analyten-spezifisches Reagenz, das mit einem bestimmten Analyten reagiert, der in der flüssigen Probe vorhanden sein kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das System ein Substrat, das ein Netzwerk von Durchgangswegen definiert, einschließlich wenigstens einer Kammer für die flüssige Probe, und in einer typischen Mikrokarte werden sechsundneunzig Kammern bereitgestellt, die durch ein Netzwerk von Durchgangswegen miteinander verbunden sind. Wie sich den 1 bis 25 entnehmen lässt, umfasst das System 10 zum Füllen eines Substrats mit einer flüssigen Probe ein Substrat 12, einen Adapter 14 sowie ein Füllstation 16.
Das System 10 umfasst ein Substrat mit einem Netzwerk 17 von Durchgangswegen, wie sich am besten den 2 bis 5 entnehmen lässt. Das Substrat 12 weist im allgemeinen eine rechteckige, einer Kreditkarte ähnliche Form auf und wird daher oftmals als Mikrokarte bezeichnet. Das Substrat kann im Vergleich zu der in den Figuren dargestellten Ausführungsform eine Vielzahl von anderen Formen und Größen aufweisen. Lediglich beispielhaft weist das Substrat in einer Ausführungsform eine Größe von ungefähr 7 cm × 11 cm × 0.2 cm auf. Das Substrat 12 definiert ein Netzwerk 17 von Durchgangswegen einschließlich einer Vielzahl von Probendetektionskammern 18. Jede Probendetektionskammer kann ein vordefiniertes Volumen einer flüssigen Probe beinhalten. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist jede Probendetektionskammer ein Volumen von ungefähr 1 μL auf. Dieses Volumen kann in Abhängigkeit der besonderen Anwendung variiert werden. Indem Probenkammern mit einem reduzierten Volumen verwendet werden, sinkt die Menge der verbrauchten Reagenzien und Analyten, was zu Kosteneinsparungen führt. Zusätzlich können auf einem gegebenen Substrat mehr Proben getestet werden, wodurch die Gesamtzahl der nötigen Testläufe reduziert wird. Während in den Zeichnungen eine beispielhafte Ausführungsform mit sechsundneunzig Probendetektionskammern 18 gezeigt ist, können die Anzahl und die Anordnung der Kammern variiert werden. Beispielsweise sind sowohl ein Substrat mit dreihundertvierundachtzig Probendetektionskammern als auch Substrate mit einer anderen Anzahl von Kammern konsistent mit der vorliegenden Erfindung.
Wie sich beispielsweise den 2 bis 5 entnehmen lässt, ist das Substrat 12 mit einem Probeneinlassanschluss 20 für das Einlassen der flüssigen Probe in das Netzwerk 17 von Durchgangswegen bereitgestellt. Der Probeneinlassanschluss 20 ist geeignet, wie vorzugsweise in der Mitte, eines geformten Anbringelements, wie beispielsweise der Anbring-/Blasenrille 22, in einer Platte, wie beispielsweise der Deckenplatte 32, des Substrats 12 angeordnet und erstreckt sich durch die Anbring-/Blasenrille 22. Die Anbring-/Blasenrille 22 erstreckt sich über einen Abschnitt der Breite der Oberseite der Substratplatte 32 in einem Bereich außerhalb der Probendetektionskammern 18. Die Anbring-/Blasenrille 22 wird durch eine Oberseite und Seitenoberflächen definiert. Die Oberseite der Anbring-/Blasenrille 22 ist gegenüber der Oberseite der Deckenplatte 32 angrenzend an die Anbring-/Blasenrille ein wenig zurückgesetzt.
Die Anbring-/Blasenrille 22 erfüllt mehrere Funktionen. Zum ersten sind Anbringstifte 23 an jedem Ende der Anbring-/Blasenrille bereitgestellt. Während des Anbringens des Adapters 14 an das Substrat 12, werden diese zylindrischen Anbringstifte 23 innerhalb von Anbringvorsprüngen 132 des Adapters angeordnet, um das Ausrichten des Adapters 14 auf dem Substrat 12 zu erleichtern. Die Verbindung zwischen dem Adapter und dem Substrat wird durch die Bereitstellung von Anbringstiften 23 und Anbringvorsprüngen 132 sicherer gemacht. Zum zweiten stellt die Anbring-/Blasenrille 22 eine Lufttasche für die flüssige Probe in dem Netzwerk von Durchgangswegen bereit. Nachdem das Substrat mit der flüssigen Probe gefüllt und abgedichtet worden ist, wie dies nachstehend beschrieben werden wird, kann die flüssige Probe in dem Netzwerk 17 von Durchgangswegen Temperaturfluktuationen unterzogen werden, und zwar insbesondere dann, wenn das Substrat für thermische Zykliervorgänge verwendet wird. Die flüssige Probe in dem Netzwerk 17 von Durchgangswegen dehnt sich aus, wenn die Temperatur der Probe steigt. Die Anbring-/Blasenrille 22 stellt eine Lufttasche oberhalb des Netzwerkes 17 von Durchgangswegen bereit, so dass die Probe sich ausdehnen kann, ohne den Druck auf das Substrat signifikant zu erhöhen. Dies ist nützlich, um gegen Leckage in dem Substrat aufgrund eines möglichen Aufbrechens der Abdichtungen zu schützen. Die flüssige Probe kann durch den Probenanschluss 20 in die Anbring/Blasenrille 22 fließen. In einer Ausführungsform ist die Lufttasche der Anbring-/Blasenrille 22 oberhalb und distal von dem Netzwerk 17 von Durchgangswegen angeordnet, so dass die Luft in der Anbring-/Blasenrille 22 im wesentlichen daran gehindert ist, sich mit der flüssigen Probe zu durchmischen.
Wie sich am besten 4 entnehmen lässt, umfasst das Netzwerk 17 von Durchgangswegen des Substrats wenigstens einen Probeneinlasszuführdurchgangsweg 24 auf einer Kante der Unterseite der Deckenplatte 32, vier longitudinale Zuführdurchgangswege 26, die sich von dem Probeneinlasszuführdurchgangsweg 24 erstrecken, wie sich dies am besten 4 entnehmen lässt, Sackgassendurchgangswege 28, sowie Probendetektionskammern 18. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erstrecken sich die longitudinalen Zuführdurchgangswege 26 in eine Richtung senkrecht zu dem Probeneinlasszuführdurchgangsweg 24. Der Probeneinlasszuführdurchgangsweg 24 erstreckt sich parallel zu der Anbring-/Blasenrille 22, jedoch auf einer Kante der Unterseite 38 der Deckenplatte 32. Die parallelen longitudinalen Zuführdurchgangswege 26 sind, wie angedeutet, entlang des Substrats 12 angeordnet. Eine Vielzahl von Paaren von Sackgassenfluiddurchgangswegen oder -verbindungen 28 zweigen von jedem longitudinalen Zuführdurchgangsweg 26 ab. Sackgassenfluiddurchgangswege 28 verbinden die Probendetektionskammern 18 mit den longitudinalen Zuführdurchgangswegen 26. Jedes Paar von Probendetektionskammern 18 ist an gegenüberliegenden Seiten des longitudinalen Zuführdurchgangswegs 26 angeordnet. In einer Ausführungsform weist jeder longitudinale Zuführdurchgangsweg 26 vierundzwanzig Probendetektionskammern auf, die sich davon in der Anordnung als zwölf Paare erstrecken. Daher enthält das Substrat der einen Ausführungsform sechsundneunzig Probendetektionskammern. Offensichtlich können sowohl diese Zahl als auch das Muster der Anordnung und der Netzwerkverbindungen, die eine geeignete Mikrokarte ausbilden, variiert werden.
Wie sich 4 entnehmen lässt, ist das Ende von jedem longitudinalen Zuführdurchgangsweg 26 eine Sackgasse 30. Die besondere Anordnung der longitudinalen Zuführdurchgangswege, der Sackgassenfluidverbindungen und der Probendetektionskammern, die in den Figuren gezeigt sind, ist lediglich beispielhaft. Die Durchgangswege, Verbindungen und Kammern können auf jedwede geeignete Art und Weise angeordnet werden. Beispielsweise können alle Kammern auf einer Seite der longitudinalen Zuführdurchgangswege angeordnet sein. Alternativ können die Anzahl der Durchgangswege und Rillen sowie deren relative Positionen stark variiert werden. Das Füllsystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit irgendeiner Ausgestaltung einer großen Vielzahl unterschiedlicher Substratausgestaltungen verwendet werden und ist nicht auf die in den Figuren dargestellte besondere Ausführungsform beschränkt.
Wie sich den 2 bis 5 entnehmen lässt, umfasst das Substrat 12 vorzugsweise eine Deckenplatte 32 und eine Bodenplatte 34. Die Deckenplatte 32 weist eine Oberseite 36 auf, die erhöhte Oberflächen 40 aufweist, wie sich dies am besten den 2 bis 5 entnehmen lässt. Die erhöhten Oberflächen 40 definieren den oberen Abschnitt jeder Probendetektionskammer 18. Die Deckenplatte 32 enthält V-förmige Grate 42 (auch als Energieleiter bezeichnet), die ein wenig von der Unterseite der Deckenplatte erhöht sind. Da die Bodenplatte 34 mit einer im wesentlichen glatten Oberseite flach ist, berühren sich die Deckenplatte 32 und die Bodenplatte 34 lediglich entlang der Grate 42, wenn diese zusammen gebracht werden, wie dies am besten in 5 ersichtlich ist. Die Grate 42 definieren somit das Netzwerk 17 von Durchgangswegen für das Substrat. Beispielsweise in 5 definieren die Grate 42, die Unterseite der Deckenplatte 32 und die Oberseite der Bodenplatte 34 definiert den longitudinalen Zuführdurchgangsweg 26. Der Querschnitt von 5 zeigt außerdem, dass der Sackgassenfluiddurchgangsweg 28 und die Probendetektionskammern 18 durch die Grate 42, die Unterseite der Deckenplatte 32 und die Oberseite der Bodenplatte 34 definiert werden. 5 zeigt ferner den Probenzuführdurchgangsweg 24 zwischen der Unterseite der Deckenplatte 32 und der Oberseite der Bodenplatte 34.
Obwohl die Figuren zeigen, dass das Netzwerk von Durchgangswegen durch Grate definiert wird, die von der Deckenplatte abstehen, kann das Netzwerk von Durchgangswegen auf irgendeine andere Art und Weise definiert werden. In einer alternativen Ausführungsform können die Grate beispielsweise von der Bodenplatte abstehen, wobei die Deckenplatte im wesentlichen glatt ist. In einer weiteren alternativen Ausführungsform können entweder die Deckenplatte oder die Bodenplatte oder beide mit Einbuchtungen bereitgestellt sein, die das Netzwerk von Durchgangswegen definieren. In dieser Ausführungsform sind Grate nicht notwendig. Andere geeignete Verfahren zum Definieren eines Netzwerkes von Durchgangswegen, die ein ausreichendes Vakuum aufrecht erhalten können und mit einer flüssigen Probe gefüllt werden können, sind gemäß der Erfindung möglich.
Die Deckenplatte 32 und die Bodenplatte 34 können mittels einer Vielzahl von Verfahren miteinander verbunden werden. Die Deckenplatte und die Bodenplatte sollten abdichtend verbunden werden, so dass das Netzwerk von Durchgangswegen einem Vakuum ausgesetzt werden kann, wenn eine Vakuumquelle an das Substrat angelegt wird. Ferner sollten die Platten 32 und 34 so miteinander verbunden sein, dass die flüssige Probe nicht aus dem Substrat leckt. Das Verbindungsverfahren sollte ferner dazu geeignet sein, Temperaturfluktuationen auszuhalten, die während des thermischen Zyklierens auftreten können. In der bevorzugten Ausführungsform werden die Deckenplatte und die Bodenplatte unter Verwendung von Ultraschallschweißen miteinander verbunden. Während eines herkömmlichen Ultraschallschweißverfahrens wird ein großes Gewicht auf den Platten angeordnet und zur Vibration angeregt. Die Vibrationen bewirken, dass der Kunststoff an den Abschnitten der Platten schmilzt, die sich berühren, d.h. entlang der Abschnitte der Grate 42, die in Berührung mit der glatten Oberseite der Bodenplatte 34 stehen. Die Ultraschallschweißtechnik ist fertig, wenn die Grate (Energieleiter) teilweise an die glatte Oberseite der Bodenplatte 34 geschmolzen sind. Gemäß einer Anwendung der vorliegenden Erfindung werden die Platten mittels Ultraschall zusammengeschweißt, bis eine bestimmte Prozentzahl der Grate geschmolzen sind, wie beispielsweise 80%. Der erwünschte Schmelzgrad der Grate kann jedoch bedeutend kleiner als dieser Wert sein und immer noch eine geeignete Abdichtung bereitstellen. An diesem Punkt des Verfahrens haben die Grate 42 das Netzwerk von Durchgangswegen ausgebildet und die Durchgangswege des Systems abgedichtet, während das Probeneinlassloch 20 offen gelassen wird. Obgleich bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Platten 32 und 34 unter Verwendung von Ultraschallschweißen verbunden werden, können andere geeignete Verfahren, wie beispielsweise die Verwendung von Klebstoffen, das Abdichten mit Druck oder das Wärmeaushärten, ebenso verwendet werden. Bei einer noch weiteren Vorgehensweise wird die Verbindung unter Verwendung einer anhaftenden Dichtungsringschicht erreicht, die zwischen den zwei Substratplatten angeordnet wird.
Die Deckenplatte 32 und die Bodenplatte 34 können aus jedwedem geeigneten Material bestehen, das gemäß den erforderlichen Bestimmungen hergestellt werden kann, irgendwelchen Temperaturfluktuationen widerstehen kann, die zu einem späteren Zeitpunkt auftreten können, d.h. während eines thermisches Zyklierens oder anderer mit der Probe durchgeführter Operationen, und geeignet verbunden werden kann. Wenn das Substrat zu einem späteren Zeitpunkt für eine optische Detektion verwendet werden soll, dann muss zusätzlich das obere Ende von jeder Probendetektionskammer 18 für die Detektion der Reaktion optisch transparent sein. Zu diesem Zweck können beispielsweise auf Kieselerde basierende Gläser, Quarz, Polycarbonat oder irgendeine optisch transparente Kunststoffschicht verwendet werden. Wenn das Substrat in PCR-Reaktionen verwendet werden soll, dann sollte das Material PCR-kompatibel und vorzugsweise im wesentlichen frei von Fluoreszenz sein. In einer Ausführungsform handelt es ich bei dem Material für die Deckenplatte um ein Polycarbonat, das unter dem Handelsnamen FCR 2458-1112 von der Firma "BAYER"^TM vertrieben wird, und bei dem Material der Bodenplatte um ein Polycarbonat der Dicke 0.0015 Zoll, das unter dem Handelsnamen Makrofol DE1-1 D von der Firma "BAYER"^TM vertrieben wird. Die Substratplatten können durch eine Vielzahl von bekannten Verfahren ausgebildet werden. Beispielsweise kann die Deckenplatte 32 spritzgegossen werden, während die Bodenplatte 34 ausgestanzt wird. Jedwedes andere geeignete Verfahren zur Herstellung der Platten ist ebenso möglich.
Vor dem Zusammenbau der Deckenplatte 32 und der Bodenplatte 34 wird typischerweise ein analyten-spezifisches Reagenz in jeder Detektionskammer 18 angeordnet. Eine oder mehrere der Detektionskammern kann leer bleiben, um als Kontrolle zu dienen. Diese analyten-spezifischen Reagenzien in den Detektionskammern können angepasst sein, um eine große Vielzahl von Analytenklassen in der flüssigen Probe zu detektieren, einschließlich beispielsweise Polynukleotide, Polypeptide, Polysaccharide sowie Analyten kleiner Moleküle. Die Polynukleotid-Analyten werden mittels irgendeines geeigneten Verfahrens detektiert, wie beispielsweise der Polymerasekettenreaktion, der Ligasekettenreaktion, des Oligonukleotid-Ligationsassays oder des Hybridisierungsassays. Ein bevorzugtes Verfahren der Polynukleotiddetektion ist das als "TAQMAN"^TM bezeichnete Exonukleaseassay. Analyten, die nicht aus Polynukleotiden bestehen können ebenso mittels irgendeines geeigneten Verfahren detektiert werden, wie beispielsweise der Antikörper/Antigen-Bindung. Die vorstehend erwähnten Detektionsverfahren sind wohl bekannt. Sie werden detailliert in den folgenden Aufsätzen und Patenten beschrieben: US-PS Nr. 5,210,015 (Gelfand et al); US-PS Nr. 5,538,848 (Livak el al); WO 91/17239 (Barany et al), die am 14. November 1991 veröffentlicht worden ist; "A Ligase-Mediated Gene Detection Technique" (Landgren et al), veröffentlicht in Science 241:1077-90 (1988); "High-density multiplex detection of nucleic acid se quences: oligonucleotide ligation assay and sequence-coded separation" (Grossman et al), veröffentlicht in Nucleic Acid Research 22:4527-34 (1994) und "Automated DNA diagnostics unsing an ELISA-based oligonucleotide ligation assay" (Nickerson et al), veröffentlicht in Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87:8923-27 (1990).
Ferner umfasst das System gemäß der vorliegenden Erfindung einen Adapter, um beim Füllen des Substrats mit einer flüssigen Probe bei der Füllstation behilflich zu sein. Wie sich den 6 bis 12 entnehmen lässt, umfasst der Adapter 14 vorzugsweise zwei Platten, wie beispielsweise eine Deckenplatte 62 und eine Bodenplatte 64. Die Deckenplatte 62 enthält ein Füllreservoir 70 zum Aufnehmen der fluiden Probe von einer Pipette oder einer anderen Abgabevorrichtung sowie einen Vakuumanschluss, um zu ermöglichen, dass ein Vakuum in dem Netzwerk 17 von Durchgangswegen auf das Substrat 12 angelegt wird. Das Füllreservoir 70 und der Vakuumanschluss 72 sind auf der Oberseite 66 der Deckenplatte 62 angeordnet, wie dies in den 6 bis 8 dargestellt ist.
In einer in den Figuren gezeigten Ausführungsform ist das Füllreservoir 70 ein quadratischer Trichter mit einer quadratischen Öffnung am oberen Ende und sich verjüngenden Seitenwänden 71, die sich zu der Oberseite 66 der Deckenplatte 62 erstrecken. Strukturelle Träger 73 in Form von Strebepfeilern stützen die verjüngten Seitenwände. Das Füllreservoir kann neben der in der Figur dargestellten Ausführungsform eine Reihe geeigneter Formen aufweisen, wie beispielsweise zylindrisch, konisch oder rechteckig. Das Füllreservoir kann mittels einer Vielzahl von automatischen oder manuellen Prozessen gefüllt werden. In einer typischen Ausführungsform wird die flüssige Probe mittels einer Handpipette in das Füllreservoir eingebracht. Das Füllreservoir 70 sollte ein ausreichendes Volumen aufweisen, so dass das gesamte Netzwerk 17 von Durchgangswegen einschließlich der Probendetektionskammern 18 gefüllt werden kann, sobald die Füllstation 16, wie nachstehend beschrieben, betätigt wird. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Substrat mit neunundsechzig Kammern ist das Füllreservoir typischerweise ausgestaltet, wenigstens 300 μl der flüssigen Probe zu halten. Die Größe des Füllreservoirs hängt von der Größe der Probendetektionskammern 18 und der Durchgangswege 24, 26 und 28 ab und kann daher variiert werden. Die flüssige Probe fließt aus dem Füllreservoir 70 durch eine Öffnung 74, die durch die Deckenplatte 62 zu der Unterseite 68 führt. Die flüssige Probe fließt in Füllkanäle, die zwischen der Deckenplatte 62 und der Bodenplatte 64 angeordnet sind, wie dies nachstehend beschrieben werden wird. Das Füllreservoir gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist lediglich beispielhaft gezeigt. Das Füllreservoir muss nicht aus einem Stück mit der Deckenplatte bestehen, sondern kann stattdessen ein separates Element sein, das an den Adapter angebracht ist.
Der Vakuumanschluss 72 ist in der Form eines zylindrisch vorstehenden Elements gezeigt, das sich von der Oberseite 66 der Deckenplatte 62 erstreckt. Der Vakuumanschluss 72 kann jedwede Form aufweisen, die für eine Vakuumverbindung auf der Füllstation (die nachstehend beschrieben wird) geeignet ist. Ein Vakuumanschlussloch 76 ist in der Mitte des Vakuumanschlusses 72 bereitgestellt, wie sich dies am besten den 7 bis 9 entnehmen lässt. Das Vakuumanschlussloch 76 führt durch die Deckenplatte 62 zu der Unterseite 68. In einer alternativen Ausgestaltung kann der Vakuumanschluss auf der Bodenplatte bereitgestellt sein, je nach der Ausgestaltung der Füllstation. Wie nachstehend detaillierter beschrieben wird, erlaubt das Bereitstellen des Vakuumanschlusses, dass ein Vakuum auf ein Netzwerk von Durchgangswegen des Substrats aufgebracht wird. Der Vakuumbereich wird typischerweise von einer Vakuumpumpe aufgebracht. Gemäß der vorliegenden Erfindung liegt der Vakuumbereich für eine ideale Leistung ungefähr zwischen 0 bis 500 Mikron. In einem typischen Anwendung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Vakuum im Bereich von 50 bis 150 Mikron erwünscht.
Die Deckenplatte 62 des Adapters enthält ferner Einbuchtungen oder Rillen 78 auf der Unterseite 68 davon, um mit Graten 80 einer Oberseite 82 der Bodenplatte 64, wie nachstehend beschrieben, zusammenzupassen. Die Oberseite 82 der Bodenplatte 64 des Adapters weist eine Kanaloberfläche 84 zwischen den jeweiligen Graten auf. Die Kanaloberfläche 84 ist von der Hauptoberseite 82 der Bodenplatte 64 ein wenig tiefer gesetzt. Wenn die Deckenplatte 62 und die Bodenplatte 64 miteinander verbunden sind, dann passen die Grate 80 der Bodenplatte 64 mit den Einbuchtungen oder Rillen 78 der Deckenplatte 62 zusammen, um Fluidkanäle 86 auszubilden.
Die zusammenpassenden Grate 80 und Rillen 78 definieren eine Vielzahl von Fluidkanälen 86 für das Vakuum, die flüssige Probe und die Umgebungsluft. Wie in den 10 bis 11 dargestellt, erstreckt sich ein Vakuumkanal 94 von dem Eingang 92 zu dem Vakuumkanal unmittelbar unterhalb des Vakuumanschlussloches 76 zu dem Verbindungsstück 96 mit einem sich senkrecht erstreckenden Ausgangsanschlusskanal 98. Der Ausgangsanschlusskanal 98 führt zu einem Ausgangsanschluss 88 mit einer kleinen kreisförmigen Öffnung 90 in dessen Mitte. Ein Füllkanal 100 erstreckt sich von dem Eingang 102 zu dem Füllkanal unmittelbar unterhalb des Füllreservoirs 70 zu dem Verbindungsstück 96 mit dem Ausgangsanschlusskanal 98. Der Abschnitt des Füllkanals 102, der sich senkrecht biegt, wird als Verbindungsstück 104 bezeichnet. Ein Blasenverbindungskanal 105 ist zwischen dem Füllkanalverbindungsstück 104 und dem Blasenkanal 106 angeordnet. Der Blasenverbindungskanal 105 weist dieselbe Breite wie der Vakuumkanal 94 und der Füllkanal 100 auf. Ein Hauptblasenkanal 106 erstreckt sich von dem Füllkanalverbindungsstück 104 zu der Umgebungsluft. Der Hauptblasenkanal 106 weist eine größere Breite als die anderen Kanäle auf, um eine Ansaugfunktion auszuführen, die nachstehend beschrieben wird. Diese Kanäle, die durch die Deckenplatte und die Bodenplatte ausgebildet werden, diesen dazu, es Luft zu ermöglichen, aus dem Substrat zu strömen, und es flüssiger Probe zu ermöglichen, in das Substrat zu fließen.
Die Deckenplatte 62 und die Bodenplatte 64 des Adapters 14 bestehen vorzugsweise aus einem elastomeren Material, so dass die Kanäle geöffnet und geschlossen werden können, indem mittels eines Ventilmechanismus auf die Kanäle gedrückt wird. Ein für die Verwendung gemäß der Erfindung geeignetes Material ist ELVAX 150, das von der Firma "DUPONT"^TM vertrieben wird, obgleich zahlreiche andere Materialien ebenfalls gemäß der Erfindung geeignet sind. Die Deckenplatte 62 und die Bodenplatte 64 können mittels einer Vielzahl von Verfahren aneinander angebracht werden. Gemäß einem bevorzugten Verfahren wird ein durch ultraviolette (UV) Strahlung aktivierter Klebstoff verwendet, um die zwei Platten miteinander zu verbinden. Nachdem die Deckenplatte 62 umgedreht worden ist, werden die Einbuchtungen 78 in der Deckenplatte 62 mit einem kontinuierlichen, mittels Ultraviolettstrahlung aktviertem Tropfenklebstoff gefüllt und die Bodenplatte 64 wird auf die Deckenplatte 62 gelegt, so dass die Grate 80 in die Einbuchtungen 78 der Deckenplatte passen. Die Platten werden sodann einer Quelle ultravioletter Strahlung ausgesetzt, um den Klebstoff auszuhärten, und die Deckenplatte und die Bodenplatte werden somit miteinander befestigt. Es ist wichtig, dass die Platten adäquat miteinander abgedichtet werden, so dass ein Vakuum in dem Vakuumkanal ausgebildet werden kann und so dass keine Flüssigkeit lecken kann.
In einer weiteren Ausführungsform können die Deckenplatte und die Bodenplatte des Adapaters derart modifiziert sein, dass die Deckenplatte die Grate 80 und die Botenplatte die Einbuchtungen 78 aufweist. In dieser alternativen Ausgestaltung kann der Klebstoff in die Einbuchtungen 78 in der Oberseite der Bodenplatte 64 gegossen werden und anschließend kann die Deckenplatte 62 auf das oberen Ende der Bodenplatte angepasst werden, so dass die Grate mit den Einbuchtungen zusammentreffen.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Fluidkanäle 86 nicht durch irgendwelche Grate oder Einbuchtungen in der Deckenplatte und der Bodenplatte ausgebildet, sondern durch eine oder mehrere dünne, anhaftende Platten, in denen Kanäle ausgebildet sind. Diese dünnen, anhaftenden Platten können zwischen einer im wesentlichen glatten Unterseite der Deckenplatte und einer im wesentlichen glatten Oberseite der Bodenplatte angeordnet werden. Indem dieser mittleren Lage Klebstoff bereitgestellt wird, kann das Spritz gießen der Deckenplatte und der Bodenplatte vereinfacht werden. Ferner ist ein getrennter Schritt, Klebstoff in Einbuchtungen einzubringen, nicht länger notwendig. In einer weiteren Ausführungsform kann ein Abdichten mit Hitze verwendet werden, um lokalisierte Bereiche zu erhitzen und abzudichten, um die Fluidkanäle 86 zu definieren. Bei diesem Verfahren werden keine Klebstoffe benötigt.
In einer weiteren Ausführungsform kann eine flexible Verrohrung verwendet werden, um die "Fluidkanäle" auszubilden. Die Verrohrung kann auf einer Platte angeordnet sein, so dass sich Eingriffstrukturen relativ zu den Rohren bewegen können. Die Rohre können an dem Blasenkanalabschnitt einen größeren Durchmesser aufweisen, so dass die Ansaugfunktion (nachstehend beschrieben) durchgeführt werden kann. Es ist offensichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen lediglich beispielhaft sind und dass andere Variationen ebenso verwendet werden können, um die Fluidkanäle 86 in dem Adapater zu definieren.
Die Deckenplatte 62 und die Bodenplatte 64 des Adapters umfassen jeweils Ausrichtungslöcher 120 und 122. Die zwei Ausrichtungslöcher 120 der Deckenplatte 62 sind derart angeordnet, mit den zwei Ausrichtungslöchern 122 der Bodenplatte zusammenzutreffen.
Während des Einbringens des Adapters 14 und des Substrats 12 in die Füllstation 16 werden zwei Ausrichtungsstifte 159, die von dem Boden der Füllstation abstehen, durch die Ausrichtungslöcher 120 und 122 geführt, um die richtige Ausrichtung des Adapters in der Füllstation sicher zu stellen. Andere Verfahren zum Ausrichten des Adapters in der Füllstation sind ebenso denkbar, wie beispielsweise Stifte auf dem Adapter, die mit Löchern in der Füllstation zusammenpassen.
Die Deckenplatte 62 des Adapters umfasst ferner umfängliche Einbuchtungen oder Rillen 124, die um den Umfang der Unterseite 68 der Deckenplatte angeordnet sind, wie sich dies am besten 9 entnehmen lässt. Die umfänglichen Rillen 124 passen zusammen mit umfänglichen Graten 126, die um den Umfang der Oberseite 82 der Bodenplatte angeordnet sind. Während des vorstehend beschriebenen Verfahrens zum Anbringen der Deckenplatte und der Bodenplatte werden die umfänglichen Einbuchtungen 124 mit demselben Klebstoff wie die anderen Einbuchtungen 78 gefüllt, um eine zusätzliche Verbindung zwischen der Deckenplatte und der Bodenplatte bereitzustellen.
Die flüssige Probe kann durch die kleine kreisförmige Öffnung 90 in dem Ausgangsanschluss 88 aus dem Adapter 14 fließen. Der Ausgangsanschluss 88 umfasst einen zylindrischen Vorsprung 128, der von der Unterseite 130 der Bodenplatte 64 absteht, wie dies am besten in 12 ersichtlich ist, in der das Substrat in einer umgedrehten Position gezeigt ist. Der zylindrische Vorsprung 128 enthält die kleine kreisförmige Öffnung 90, durch welche die flüssige Probe austritt. Der zylindrische Vorsprung 128 ist ausgestaltet, mit dem Probeneinlassloch 20 zusammen zu passen, so dass eine fluid-undurchlässige Verbindung zwischen dem Adapter 14 und dem Substrat 12 erzeugt wird. Die Unterseite 130 der Bodenplatte 64 enthält ferner Anbringvorsprünge 132. Bei den Anbringvorsprüngen handelt es sich um hohle Zylinder mit Öffnungen im Inneren zum Zusammenbringen mit den Anbringstiften 23 des Substrats. Die Öffnungen in dem Zylinder sind derart bemaßt, gut mit den Anbringstiften 23 des Substrats zusammen zu passen. Der zylindrische Vorsprung 128 und die Anbringvorsprünge 132 erstrecken sich in die Anbring-/Blasenrille 22 des Substrats während des Aufbaus.
Der Adapter wird an das Substrat angebracht, indem der Adapter auf der Kante der Oberseite des Substrats angeordnet wird, wie dies in 13 dargestellt ist, um somit die Anbringstifte 23 in die Anbringvorsprünge 132 einzubringen. Während des Anbringens des Adapters an das Substrat, wird der zylindrische Vorsprung 28 des Adapters mit dem Probeneinlassloch 20 ausgerichtet. Das Ende des zylindrischen Vorsprungs 28 stößt an die Oberseite der Anbring-/Blasenrille 22 an, um mit dieser eine Abdichtung auszubilden. Ein kleiner Streifen von Klebstoff (nicht gezeigt) kann ebenfalls für den Bereich des Überlappens zwischen dem Adapter 14 und dem Substrat 12 bereitgestellt werden. Dieser Klebstoffstreifen hilft sicherzustellen, dass der Adapter fest mit dem Substrat verbunden ist, um eine Abdichtung auszubilden. Das Material, das für den Klebestreifen verwendet wird, hängt von den Arbeitsvorgängen ab, die mit dem Substrat durchgeführt werden soffen. Wenn die flüssige Probe für PCR-Vorgänge verwendet werden soll, dann ist es wünschenswert, einen Klebstoff zu haben, der zusätzlich dazu, dass dieser in der Lage ist, fest an dem Material des Adapters und des Substrats anzuhaften, PCR kompatibel ist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein doppelt beschichteter Polyesterklebesteifen, wie beispielsweise "3M" Artikel 1513 mit einer Dicke von 0,086 mm (0.0034 Zoll), geeignet. Ein Loch ist in dem Klebestreifen bereitgestellt, so dass der zylindrische Vorsprung 128 mit dem Probeneinlassanschluss 20 zusammengebracht werden kann, ohne dass irgendwelcher Klebstoff das Loch des Probeneinlassanschlusses 20 oder das Loch 90 des Ausgangsanschlusses 88 überdeckt. Sobald der Adapter und das Substrat adäquat miteinander verbunden sind, werden diese in der Füllstation angeordnet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das System ferner ein Ventil oder einen Mechanismus zum sequentiellen Schließen und Öffnen wenigstens eines Kanals der Kanäle des Adapters. Wie in den 1 und 14 bis 24 dargestellt, ist eine Füllstation 16 zum Steuern des Füllen des Substrats bereitgestellt. In der in den Figuren gezeigten Ausführungsform umfasst de Füllstation eine Bodenplatte 150, eine Mittelplatte 152 sowie eine Abdeckplatte 154.
Die Bodenplatte 150 enthält eine Aussparung 155, in der das Substrat 12 angeordnet ist (wobei der Adapter an einen Teil davon angerbacht ist). Die Aussparung 155 ist vorzugsweise derart geformt, dass das Substrat feststehend darin positioniert werden kann. Wie sich am besten aus 17 ergibt, sind zwei Ausrichtungsstifte 159 typischerweise angrenzend an die Aussparung 155 angeordnet, um durch die Ausrichtungslöcher 120, 122 in der Deckenplatte 62 und der Bodenplatte 64 des Adapters abzustehen. Die Bodenplatte umfasst Fuße 157 auf der Unterseite, die die Füllstation auf einer Oberfläche, wie beispielsweise einem Tisch, unterstützen.
Die Füllstation 16 umfasst ferner eine Abdeckplatte 154. Wie sich aus den 1 und 14 bis 15 ergibt, ist die Abdeckplatte 154 an Gelenken 156 auf der Bodenplatte schwenkbar um die Bodenplatte angebracht. Die Abdeckplatte 154 umfasst einen Griff 158, so dass die Abdeckplatte durch einen Benutzer geöffnet und geschlossen werden kann. Die Abdeckplatte 154 umfast ferner ein Durchgangsloch 160, so dass ein Zugang zu dem Füllreservoir 70 des Adapters besteht und so dass die Betätigungsvorrichtung (nachstehend beschrieben) und Abschnitte des Substrats visuell untersucht werden können. Eine Vakuumdüse 162 ist an die Oberseite 164 der Abdeckplatte angebracht. Ein Vakuumschlauch 166 ist an die Vakuumdüse 162 angebracht. Das Ende des Vakuumschlauchs umfasst typischerweise ein Schnellöffnungsventil (nicht gezeigt), dass einrastet, wenn der Schlauch über der Vakuumdüse in Position einrastet. Die Vakuumdüse umfasst einen Vakuumnippel 168, der von der Unterseite 170 der Abdeckplatte 154 absteht. Der Nippel 168 passt schmiegsam in ein Vakuumloch 172 in der Mittelplatte 152, die nachstehend beschrieben wird.
Die Füllstation 16 umfasst ferner die Mittelplatte 152. Die Mittelplatte 152 kann an dem Gelenk 159 der Bodenplatte um die Bodenplatte geschwenkt werden, wie dies am besten in 17 ersichtlich ist. Das Gelenk 159 für die Mittelplatte ist vorzugsweise ein wenig unterhalb des Gelenks 156 für die Abdeckplatte angeordnet. Die Mittelplatte 152 ist über ein Sprunggestänge (overcenter linkage) 180 mit der Abdeckplatte 154 verbunden. Das Sprunggestänge 180 stellt sicher, dass die Abdeckplatte 154 und die Mittelplatte 152 fest gegen den Adapter und das Substrat gedrückt werden, wenn die Abdeckplatte durch den Benutzer geschlossen wird. Wenn der Benutzer die Abdeckpatte schließt, indem er diese um das Gelenk 156 schwenkt, wird die Abdeckplatte einen Winkel erreichen, an dem der Widerstand gegen ein weiteres Schwenken stark ansteigt. Sobald dieser als "Mittelpunkt" bezeichnete Punkt überschritten worden ist, unterstützt das Sprunggestänge den Benutzer dabei, die Abdeckplatte zu verschließen, und das Sprunggestänge ist dabei behilflich, die Mittelplatte fest gegen den Adapter zu drücken. Das Sprunggestänge 180 ist aufgrund der Kraft, die nötig ist, um die Vorspannkraft des Sprunggestänges zu übersteigen, ferner dabei hilfreich, sicherzustellen, dass die Füllstation nicht ungewollt geöffnet wird.
Die Mittelplatte 152 umfasst ferner wenigstens ein Durchgangsloch 184 zum Begutachten des Substrats. Die Mittelplatte enthält ferner ein Vakuumloch 186, um eng mit dem Vakuumanschluss 72 auf dem Adapter zusammen zu passen. Die Mittelplatte enthält ferner ein Füllreservoirdurchgangsloch 188, so dass das Füllreservoir 70, wie in 14 dargestellt, durch die Mittelplatte vorstehen kann.
Die Mittelplatte 154 enthält ferner einen Ventilmechanismus zum Öffnen und Schließen der Fluidkanäle des Adapters. Der Ventilmechanismus umfasst einen Betätigungsknauf 200 und eine Betätigungsstange 202 zum Hin- und Herbewegen eines Satzes von Rädern, die den oberen Abschnitt der Fluidkanäle in Eingriff nehmen können, um die Kanäle zu drücken und "abzuklemmen". Die Betätigungsstange 202 erstreckt sich durch eine Öffnung 204 in der Mittelplatte, um eine axiale Bewegung der Räder zu bewirken. Andere Anordnungen anstatt eines Knaufes und einer Stange können ebenso verwendet werden. Beispielsweise kann der Ventilmechanismus einen automatischen Mechanismus, wie beispielsweise einen pneumatischen Mechanismus und/oder Magnetspulen, zum Öffnen und Schließen der Fluidkanäle des Adapters enthalten. Jedwede geeignete Vorrichtung zum manuellen oder automatischen Öffnen und Schließen der Fluidkanäle kann verwendet werden.
Wie sich den 18 bis 24 entnehmen lässt, umfasst der Ventilmechanismus ferner eine Radanordnung 206, um die Eingriffsstrukturen zum Öffnen und Schließen der Fluidkanäle durch eine Hin- und Herbewegung des Betätigungsknaufs bereitzustellen. In der bevorzugten Ausführungsform umfasst die Radanordnung 206 drei Räder, die folgendermaßen bezeichnet werden können: Vakuumrad 210, Füllrad 212 und Blasenrad 214, wie dies am besten in den 18 bis 24 veranschaulicht ist. Das Vakuumrad 210 und das Füllrad 212 weisen identische Breiten auf, während das Blasenrad 214 eine größere Breite aufweist, wie dies beispielsweise in 20 dargestellt ist. Das Blasenrad 214 weist diese größere Breite 214 auf, um den breiteren Hauptblasenkanal 106, wie in den Figuren gezeigt, zu verschließen. Die Form und die Größe der Räder kann variiert werden. Zusätzlich können die Räder durch andere Eingriffsstrukturen, wie beispielsweise durch Nocken oder andere geeignete Oberflächen, ersetzt werden. Die Hauptanforderung besteht darin, dass die Räder oder andere Ventiloberflächen dazu geeignet sind, eine ausreichende Kraft zu übertragen, um die Fluidkanäle 86 in dem Adapter abzuschließen. Die Deckenplatte und die Bodenplatte des Adapters und die Grate 126 darauf bestehen aus einem flexiblen Material, so dass die Räder oder andere Ventiloberflächen auf die Deckenplatte 62 des Adapters drücken können und die entsprechenden Fluidkanäle abschließen können.
Die Räder sind auf einem Hauptradgehäuse 216 angebracht, das nachstehend beschrieben wird. Jedes Rad ist in einem einzelnen Radgehäuse 218 rotierbar angebracht. Eine Stellschraube 220 ist durch eine longitudinale Öffnung 222 in dem oberen Ende des Hauptradgehäuses 216 geführt. Das Ende jeder Stellschraube 220 ist mit einem Gewinde in ein Loch 224 auf einer flachen Oberfläche 226 auf dem oberen Ende jedes einzelnen Radgehäuses 218 eingebracht. Wenigstens eine Feder 228 ist zwischen dem Kopf 230 der Stellschraube 220 und dem oberen Ende des Hauptradgehäuses 216 angeordnet. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Feder 228 eine Tellerfeder, wobei die mit einem Gewinde versehene Stellschraube 220 durch die Öffnung in der Tellerfeder durchgeführt ist. Ein zweiter Satz von Federn ist zwischen einer Unterseite des Hauptradgehäuses 216 und der Oberseite 226 der einzelnen Radgehäuse 218 angeordnet. In der bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem zweiten Satz von Federn 240 um Tellerfedern. Wie sich den Figuren entnehmen lässt, weist in der bevorzugten Ausführungsform die Stellschraube, die dem Vakuumrad 210 entspricht, zwei Tellerfedern 240 auf, die unter einer Unterseite angeordnet sind sowie eine Tellerfeder 228, die auf der Oberseite des Hauptradgehäuses 216 angeordnet ist. Die Stellschraube, die dem Füllrad 212 bzw. dem Blasenrad 214 entspricht, weist drei Tellerfedern 240 auf, die unter einer Unterseite angeordnet sind, sowie eine Tellerfeder 228, die auf der Oberseite des Hauptradgehäuses 216 angeordnet ist. Die Tellerfedern ermöglichen, dass die Räder und die Stellschrauben ein wenig Spiel relativ zum Hauptradgehäuse aufweisen. Die Räder können sich in einer Richtung senkrecht zu der Adapteroberfläche bewegen, um sich den Wechseln der Oberfläche auf der Oberseite des Adapters anzupassen. Das Bereitstellen der Federn erlaubt, dass die Räder eingestellt werden können, um die Leistungsfähigkeit der Füllstation zu optimieren.
Der Ventilmechanismus umfasst ferner einen Rückstellfedermechanismus 242, um die Betätigungsvorrichtung in einer ersten Position beim Schließen der Füllstation beizubehalten und sodann die Betätigungsvorrichtung in die erste Position zurückzuführen, nachdem am Betätigungsknauf 200 gezogen worden ist, um das Substrat zu füllen, und der Benutzer die Abdeckplatte geöffnet hat. Wie sich den 23 bis 24 entnehmen lässt, ist die Rückstellfeder 244 um eine Rückstellfederstange 246 bereitgestellt. Die Rückstellfeder 244 spannt die Betätigungsvorrichtung in Richtung einer ersten Position vor. Die erste Position, die ebenfalls als die "Betätigungsvorrichtung drinnen"-Position bezeichnet wird, entspricht der Position, bei der der Betätigungsknauf in die oder in Richtung der Mittelplatte gedrückt ist. Die zweite Position, die auch als die "Betätigungsvorrichtung draussen"-Position bezeichnet wird, entspricht der Position, bei der der Betätigungsknauf weg von der Mittelplatte aus dieser heraus gezogen ist.
Die Füllstation ermöglicht es, dass die flüssige Probe in dem Füllreservoir auf eine gewünschte Art und Weise in das Substrat entleert wird. Wenn sich die Betätigungsvorrichtung in der ersten Position befindet, dann kann das Substrat aufgrund der Position der Räder relativ zum Adapter evakuiert werden. Mit anderen Worten: in der ersten Position, wobei der Betätigungsgriff reingedrückt ist, ist das Vakuumrad 210 rechts vom Vakuumkanal 94 angeordnet (wie dies in 11 gezeigt ist). Dementsprechend ist in der ersten Position das Füllrad 212 über dem Abschnitt des Füllkanals 100 zwischen dem Verbindungsstück 96 zu dem Ausgangsanschlusskanal 98 und dem Verbindungsstück 104 zu dem rechtwinkligen Abschnitt des Füllkanals 100 angeordnet und drückt gegen diesen. In dieser ersten Position ist das Blasenrad 214 über dem Hauptblasenkanal 106 angeordnet und drückt gegen diesen, wie dies in 11 dargestellt ist. Es wird bevorzugt, dass das Blasenrad 214 so nah wie möglich an dem Blasenverbindungskanal 105 positioniert ist, während dieses immer noch über dem Hauptblasenkanal 106 verbleibt, wie dies in 11 gezeigt ist. Dementsprechend gibt es in der ersten Position eine freie Kommunikation zwischen dem Vakuumanschluss 72, dem Eingang 92 zum Vakuumkanal 94, dem Vakuumkanal 94, dem Ausgangsanschlusskanal 98 und dem Ausgangsanschluss 88. Daher kann ein Vakuum bzw. Unterdruck auf das Substrat durch die Vakuumquelle aufgebracht werden, wenn sich die Betätigungsvorrichtung in dieser ersten Position befindet. In dieser ersten Position verbleibt die Probenflüssigkeit in dem Füllreservoir 70 verbleibt, da eine Fluidströmung durch das Füllrad 212 und das Blasenrad 214 verhindert wird.
Wenn die Betätigungsvorrichtung in die zweite Position, oder die "Betätigungsvorrichtungdraußen"-Position bewegt wird, dann wird der Vakuumkanal 94 durch das Vakuumrad 210 blockiert, wodurch die Vakuumquelle abgeschnitten wird. Jedwede Luft, die zwischen dem Füllreservoir 70 und dem Füllrad 212 gefangen ist, wird in den Blasenkanal 106 und den Blasenverbindungskanal 105 gedrückt. Diese Ansaugwirkung hindert diese gefangene Luft daran, in die Probendetektionskammern in dem Substrat einzudringen. Das Füllrad 212 bewegt sich in 11 nach links (zu der Position, die in 11 als "2" gekennzeichnet ist), so dass das Füllreservoir 70 ungehindert mit dem Ausgangsanschluss 88 des Adapters kommunizieren kann. Daher kann die flüssige Probe von dem Füllreservoir 70 in den Eingang 102 des Füllkanals durch den Füllkanal 100 in den Ausgangsanschlusskanal 98 und durch den Ausgangsanschluss 88 und die Ausgangsanschlussöffnung 90 fließen. Somit kann das Netzwerk von Durchgangswegen des Substrats gefüllt werden, wenn sich die Betätigungsvorrichtung in dieser zweiten Position befindet.
Mit anderen Worten: die relative Anordnung und die Abstände der Kanäle und der Räder (oder anderer Eingriffsoberflächen) des Ventilmechanismus sind derart, dass das System programmiert ist, zunächst ein Vakuum aufzubringen, um die Mikrokarte zu evakuieren, sodann Luft aus dem System zu entfernen, und schließlich das Füllreservoir gegenüber der evakuierten Mikrokarte zu öffnen, um der flüssigen Probe zu erlauben, in die Karte geladen zu werden.
Die in den Figuren dargestellte Füllstation ist lediglich beispielhaft. Die Füllstation kann eine Vielzahl anderer Ausgestaltungen aufweisen. Anstatt schwenkbar in Bezug aufeinander zu sein, können die Platten eine auf der anderen gestapelt sein und relativ zueinander beweglich sein, um deren Abstände zu variieren. Bei dieser alternativen Ausgestaltung sind die Platten parallel von einander beabstandet, um das Substrat und den Adapter in die Füllstation einzubringen, und sodann werden diese bewegt, so dass die Platten in einer geschlossenen Position gegeneinander (und gegen den Adapter und das Substrat) gedrückt werden. In der geschlossenen Position kann eine Betätigungsvorrichtung, die der in der bevorzugten Ausführungsform beschrieben Betätigungsvorrichtung ähnelt, verwendet werden, um die Fluidkanäle zu öffnen und zu schließen, um das Netzwerk von Durchgangswegen des Substrats zu füllen.
Zusätzlich können der Adapter und die Füllstation modifiziert werden, um irgendeinen Typ eines geeigneten Substrats oder einer geeigneten Karte zu füllen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das bestimmte, in den Figuren dargestellte Substrat beschränkt, sondern kann vielmehr mit nahezu jeder Vorrichtung verwendet werden, die eine flüssige Probe halten kann. Beispielsweise kann eine Röhre mit dem Ausgangsanschluss 88 verbunden werden, um mit einem Substrat zu kommunizieren.
Nachstehend wird der Betrieb des ganzen Systems eingehender beschrieben. Zunächst wird eine Substratanordnung bereitgestellt, die aus einem Substrat und einem Adapter besteht. Das Substrat weist ein Netzwerk von Durchgangswegen einschließlich wenigstens einer Probendetektionskammer auf. Die Probendetektionskammern 18 sind jeweils mit analytenspezifischen Reganzien bereitgestellt, die wirksam sind, mit einem ausgewählten Analyten zu reagieren, der in der flüssigen Probe vorhanden sein kann. Diese Regenzien umfassen üblicherweise Primer-/Probensätze, die in trockener Form in den Probendetektionskammern bereitgestellt sind.
Die Reagenzien können in die Probendetektionskammern mittels einer Vielzahl von Verfahren eingebracht werden. Bei einem bevorzugten Verfahren werden vor dem Anbringen der Deckenplatte 32 an die Bodenplatte 34 des Substrats die Primer-/Probensätze in einer Lösung aufgelöst. Die Deckenplatte 32 wird auf dem Kopf stehend angeordnet und eine gleichgroße Menge der Lösung wird sodann in jedem Probenbehälter der Probendetektionskammern 18 der Deckenplatte mittels eines herkömmlichen manuellen oder automatischen Prozesses angeordnet. Bei einem bevorzugten Verfahren wird eine Replikationsvorrichtung mit 96 Probenbehältern verwendet, um robotisch die Lösung zu jeder Probendetektionskammer zu befördern. Die Lösung kann außerdem bestimmte Chemikalien üblicherweise in der Form einer Gelatine enthalten, so dass die Primer/Proben an den Probenbehältern anhaften. Die auf dem Kopf stehende Deckenplatte 32 wird sodann in einer sauberen Haube angeordnet, wo die natürliche Luftströmung die Lösung verdampft, um das Reagenz in den Probendetektionskammern "auszutrocknen". Beispielhafte Reagenztypen sind detailliert in der WO 97/36681 beschrieben. Wenn später ein thermisches Zyklieren mit dem Substrat durchgeführt wird, dann kann die Reaktion zwischen den Reagenzien und der flüssigen Probe von dem Füllreservoir zu der Erzeugung eines detektierbaren Signals führen, was anzeigt, dass der ausgewählte Analyt vorhanden ist.
Die Substratanordnung wird in der Aussparung 155 der Bodenplatte 150 der Füllstation 16 angeordnet. Der Adapter 14 wird ausgerichtet, so dass die Ausrichtungsstifte 159 der Bodenplatte durch die Ausrichtungslöcher 120 und 122 der Deckenplatte und der Bodenplatte vorstehen. Das angebrachte Substrat 12 ist somit derart angeordnet, dass die Unterseite der Bodenplatte 34 des Substrats flach auf der Oberseite der Aussparung 155 liegt. Die Füllstation 16 wird nun geschlossen, indem der Abdeckplattengriff 158 erfasst wird und die Abdeckplatte 154 um das Gelenk 156 geschwenkt wird. Die Mittelplatte 152 wird um das Gelenk 159 der Bodenplatte über die Mittelposition hinaus geschwenkt, so dass die Mittelplatte auf der Oberseite der Bodenplatte 150 ruht, während die Abdeckplatte 154 auf der Oberseite der Mittelplatte 152 ruht. Das Sprunggestänge 180 stellt sicher, dass die Füllstation nicht unbeabsichtigt geöffnet wird.
In der geschlossenen Position wird der Vakuumanschluss 72 abdichtend innerhalb des Vakuumlochs 186 der Mittelplatte angeordnet. Der Vakuumnippel 168 ist ebenso innerhalb des Vakuumloches 186 angeordnet, so dass das System ein Vakuum mittels der Verwendung eines Vakuumschlauches 166 aufrecht erhalten kann. Der Vakuumschlauch ist mit der Vakuumdüse 162 für eine Verbindung mit einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) verbunden.
In der geschlossenen Position werden die Räder der Räderanordnung 206 fest gegen den Adapter gedrückt. Die Betätigungsvorrichtung sollte anfänglich in einer ersten Position oder "Betätigungsvorrichtung drinnen"-Position beibehalten werden. Der Rückstellfedermechanismus 242 stellt sicher, dass die Betätigungsvorrichtung automatisch diese erste Position einnehmen wird. In dieser ersten Position ist das Vakuumrad 210 rechts vom Vakuumkanal 94 angeordnet (wie dies in 11 dargestellt ist), während das Füllrad 212 den Füllkanal 100 rechts des Verbindungsstückes 104 blockiert. Das Füllrad 212 behindert den Füllkanal 100, indem dieses gegen die Deckenplatte 62 drückt und die Deckenplatte deformiert, so dass diese den Füllkanal verschließt. Somit besteht in der ersten Position eine freie Kommunikation zwischen dem Ausganganschluss 88 und dem Vakuumanschluss 72.
Ein Vakuumschlauch 166 ist mit der Vakuumdüse 162 verbunden. Der Vakuumschlauch 166 ist üblicherweise an eine Vakuumpumpe angebracht. Die Vakuumpumpe kann aufgedreht werden, bevor der Vakuumschlauch 166 an die Vakuumdüse 162 angebracht wird, um damit zu beginnen, die Luft in dem Vakuumschlauch zu evakuieren. Sobald der Schlauch mit der Düse verbunden wird, wird die Luft in dem Netzwerk von Durchgangswegen des Substrats 12 und dem Vakuumkanal 94 des Adapters 14 evakuiert. Vorzugsweise zeigt eine Vakuummeter (nicht gezeigt) auf dem Schlauch den Druck innerhalb des Schlauches an. Wenn das Vakuummeter einen vorbestimmten Vakuumdruck erreicht, wie beispielsweise 50 Mikron, dann kann eine flüssige Probe, die Analyten enthält, in das Füllreservoir 72 eingebracht werden, das durch das Füllreservoirdurchgangsloch 188 der Mittelplatte 152 absteht, wie dies in 14 dargestellt ist. Die flüssige Probe kann mittels irgendeines herkömmlichen Verfahrens in das Füllreservoir eingebracht werden, beispielsweise durch die Verwendung einer Handpipette. Andere manuelle oder automatische Verfahren können ebenso verwendet werden. Das Substrat 12 ist nun dazu bereit, mit der flüssigen Probe gefüllt zu werden.
Der Benutzer kann das Substrat füllen, indem er am Betätigungsknauf zieht, um die Betätigungsvorrichtung in eine zweite oder "Betätigungsvorrichtung draußen" Position zu bewegen. Wenn der Betätigungsknauf 200 herausgezogen wird, bewegen sich die Räder 210, 212 und 214 entlang des longitudinalen Hauptkanals des Adapters 14 in eine zweite Position. In der zweiten Position ermöglichen die Räder, dass die flüssige Probe in dem Füllreservoir 70 in das Substrat 12 fließt. Das Vakuumrad 210 hat sich in seine zweite Position zwischen dem Ausgangsanschlusskanal 98 und dem Vakuumkanal 94 bewegt, wie dies am besten in 11 dargestellt ist. Das Vakuumrad 210 blockiert somit die Kommunikation zwischen dem Vakuumanschluss 72 und dem Ausgangsanschluss 88. Das Füllrad 212 bewegt sich über das Füllkanalverbindungsstück 104, wodurch das Füllreservoir dem Vakuum in dem Substrat ausgesetzt wird. Da in dem Netzwerk von Durchgangswegen und dem Aus gangsanschlusskanal ein geringerer Druck herrscht, treibt der Druckunterschied mit der Umgebungsluft die flüssige Probe durch den Füllkanal 100 in den Ausgangsanschlusskanal 98 und in das Netzwerk von Durchgangswegen in dem Substrat. Die flüssige Probe wird sodann den leeren Raum in dem Netzwerk von Durchgangswegen einschließlich der Probendetektionskammern 18 füllen. Der Vorgang des Füllens des Substrats kann in ungefähr 1 bis 2 Sekunden bei einem typischen Betrieb durchgeführt werden, was von einer Anzahl von Faktoren, wie beispielsweise dem Grad des Vakuums, den Dimensionen der Vorrichtung und der Viskosität der Probenlösungen abhängt.
Der Füllvorgang der vorliegenden Erfindung umfasst eine "Ansaug"-Anordnung, die dazu dient, das Vorhandensein von Luft, die in das System eintritt, auf ein Mindestmaß zu beschränken. Wenn die Betätigungsvorrichtung von der ersten Position in die zweite Position bewegt wird, dann werden das Blasenrad 214 und das Füllrad 212 in 11 nach links bewegt. Wenn das Füllrad 212 den senkrechten Abschnitt des Füllkanals 100 erreicht, dann bewegt sich das Blasenrad 214 entlang des Hauptblasenkanals 106 um den gleichen Betrag wie das Füllrad 212. Da der Blasenkanal 106 breiter als der Füllkanal ist, vergrößert sich das Luftvolumen in dem Bereich zwischen dem Blasenrad und dem Füllrad. Dies führt zu einer Verminderung des Druckes der Luft. Die Luft unterhalb des Füllreservoirs 70 weist somit einen verringerten Druck auf. Das System ist so ausgestaltet, dass der Druck unterhalb des Füllreservoirs kleiner wird als der Umgebungsdruck der flüssigen Probe. Folglich fließt ein Teil der flüssigen Probe in den Füllkanal 100 und den Blasenverbindungskanal 105, wodurch bei diesem Vorgang Luft aus der flüssigen Probe entfernt wird. Wenn das Füllrad 212 sich über den senkrechten Füllkanal in der Nähe des Verbindungsstücks 104 bewegt, dann wird somit nur wenig oder keine Luft in dem Füllkanal 100 zwischen dem Eingang 102 des Füllkanals und dem Ausgangsanschluss 88 vorhanden sein. Das Füllreservoir 70 wird nun dem Vakuum in dem Substrat ausgesetzt und anschließend wird das Netzwerk von Durchgangswegen des Substrats gefüllt.
Nachdem das Substrat gefüllt worden ist, wobei die Betätigungsvorrichtung sich immer noch in der "draußen" Position befindet, kann die Vakuumpumpe abgeschaltet werden. Die Füllstation sollte nun unmittelbar geöffnet werden. Während des Schrittes des Öffnens der Abdeckplatte 154 und der Mittelplatte 152, wird sich die Betätigungsvorrichtung aufgrund der Kraft der Rückstellfeder 244 automatisch in die erste Position zurück bewegen. Die Substratanordnung (Adapter und Substrat) kann nun von der Aussparung 155 in der Bodenplatte 150 entfernt werden. Der Adapter 14 kann sodann zusammen mit dem Klebestreifen (nicht gezeigt) von dem Substrat 12 abgezogen werden, der zwischen dem Adapter und dem Substrat angeordnet gewesen war.
Es ist nun wünschenswert, die Anbring-/Blasenrille 22 und den Probeneinlassanschluss 20 so bald als möglich abzudichten, um eine Verunreinigung der flüssigen Probe in dem Netzwerk 17 von Durchgangswegen zu vermeiden und eine Leckage der flüssigen Probe zu vermeiden. In einer in 25 dargestellten Ausführungsform ist ein Abdichtungsband 260 bereitgestellt, um die Anbring-/Blasenrille 22 und den Probeneinlassanschluss 20 abzudecken und abzudichten. Das Anordnen des Abdichtungsbandes 260 über der Anbring/Blasenrille 22 stellt, wie vorstehend beschrieben, die Lufttasche der Anbring-/Blasenrille her.
In einer Ausführungsform umfasst das Abdichtungsband eine Vielzahl von Löchern 262. Jedes Loch 262 ist so bemaßt, dieselbe Größe wie die erhöhten Abschnitte 40 der Probendetektionskammern 18 aufzuweisen, so dass das Abdichtungsband nicht die Probendetektionskammern stört. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Abdichtungsband 260 achtzehn Löcher, jedwede geeignete Anzahl von Löchern kann jedoch bereitgestellt werden. Das Abdichtungsband 260 weist einen Klebstoff auf dessen Unterseite auf, so dass dieses ausreichend an der Oberseite des Substrats anhaften wird.
Das Abdichtungsband 260 ist aus irgendeinem geeigneten Material hergestellt, das mit der gedachten Verwendung des Substrats kompatibel ist. Beispielsweise sollte das Abdichtungsband für Anwendungen, die thermisches Zyklieren und/oder PCR enthalten, dazu geeignet sein, den Temperaturwechseln zu widerstehen, und nicht die PCR-Reaktion stören. Ein Beispiel für ein Abdichtungsband, das besonders geeignet ist für ein Substrat, das beim PCR-Thermozyklieren verwendet werden soll, ist ein 0.002 Zoll dickes mit dem Polyester "DUPONT"^TM "D" laminiertes Haftmittel (3M Artikel Nr. 8142). Das Abdichtungsband 260 ist außerdem vorzugsweise durchsichtig, so dass das Substrat leichter mit dem Auge begutachtet werden kann.
Das System und das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung vermindert die Menge an Reagenz, die im Vergleich zu bekannten größeren Probenbehälterausgestaltungen verwendet wird. Die Füllstationanordnung erlaubt es dem Benutzer, das Substrat zu füllen, wobei er die Mikrokarte oder das Füllreservoir kaum berühren muss. Das Verfahren ist schnell und kostengünstig. Das Verfahren ermöglicht außerdem, das langsame Ansaugen von Luft aus der Flüssigkeit, um Luftblasen daran zu hindern, in den Probendetektionskammern aufzutreten. Wenn Luftblasen während des PCR-Thermozyklierens in den Behältern verbleiben, können diese sich ausdehnen und bewirken, dass die Reagenzien aus den Probendetektionskammern austreten. Das System und das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung lösen im wesentlichen viele dieser Probleme.
Der Fachmann erkennt, dass zahlreiche Modifizierungen und Variationen an der Vorrichtung und dem Verfahren zum Füllen eines Substrats mit einer flüssigen Probe, wie diese in den Ansprüchen definiert sind, vorgenommen werden können. Beispielsweise kann das System ausgestaltet sein, zahlreiche Substrate gleichzeitig zu füllen. Zahlreiche andere Typen flüssiger Proben können statt derer verwendet werden, die Reagenzien enthalten.
In einer Anwendung, die jedoch nicht Teil der beanspruchten Erfindung ist, kann die Vorrichtung verwendet werden, um die Optik eines Fluoreszenzdetektors anzupassen, so dass der Brennpunkt jedes abfragenden Lichtstrahls für das Detektieren eines Fluoreszenzsignals in jeder Kammer einer Vielzahl von Probenkammern optimiert ist. Die Vorrichtung kann ohne weiteres aus einem Multiproben-Fluoreszenzdetektionsinstrument entfernt werden, wodurch die Verwendung des Instruments mit einer Vielzahl von Multiproben-Kammerausgestaltungen ermöglicht wird. Beispiele geeigneter Instrumente, mit denen die Erfindung verwendet werden kann, umfassen die PE Applied Biosystems 7700 Real Time PCR Instrumente sowie die in der US-PS Nr. 5,928,907 beschriebenen Vorrichtung. In den 26A bis 29D sind zahlreiche Merkmale und Komponenten einer beispielhaften Fokussiervorrichtung dargestellt, die jedoch nicht Teil der beanspruchten Erfindung ist.
26A zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Fokussierungsanordnung 300, die eine Trägerplatte 320, ein Mehrkammersubstrat 12, wie vorstehend beschrieben, sowie eine Multilinsen-Fokussierungsplatte 400 umfasst. Die Trägerplatte 320 enthält eine Oberseite 322, die durch Führungsstäbe 324 begrenzt ist, die die ganze Oberseite 322 oder zumindest einen ausgewählten Abschnitt davon umgegeben, um ein Substrat 12 auf der Oberfläche anzuordnen. Die Trägerplatte 320 kann zusätzlich einen gewinkelten Führungsstab 326 enthalten, der zu einer abgeschrägten Kante 25 des Substrats 12 geometrisch komplementär ist, um sicherzustellen, dass das Substrat eine konsistente Orientierung relativ zu der Trägerplatte und relativ zu den optischen Komponenten des Instruments aufweist, in dem die Anordnung für die Analyse angeordnet werden soll. Üblicherweise sind die Führungsstäbe auf der Trägerplatte derart angeordnet, dass eine schmiegsame Passung mit dem Substrat bereitgestellt wird. Obwohl in 26A Führungsstäbe 324 mit einer Höhe gezeigt sind, die ungefähr der Dicke des Substrats entspricht, können die Führungsstäbe jedwede andere Höhe aufweisen, die mit der Verwendung der Anordnung kompatibel ist. Die Trägerplatte kann aus jedwedem geeigneten Material mit einer guten thermischen Leitfähigkeit hergestellt sein. Ein derartiges Material sollte ferner eine geringe intrinsische Fluoreszenz bei der für die Signalmessung gemessenen Wellenlänge bzw. bei den für die Signalmessung gemessenen Wellenlängen aufweisen. Beispielhafte Materialien zum Ausbilden der Trägerplatte umfassen Edelstahl, Titan, Kupfer, Silber und Aluminium.
Die Multilinsen-Fokussierungsplatte 400 enthält im allgemeinen eine Vielzahl von Linsen 402, die in dem Substrat 12 mit den Probenkammern 18 und außerdem mit einem oder mehreren Detektorelementen in dem Detektionsinstrument (nicht gezeigt) ausgerichtet werden können. Vorteilhafterweise sind die Linsen 402 in einem orthogonalen X-Y-Array-Muster angeordnet, das ohne weiteres für die Probenunterscheidung und das Sammeln von Daten indexiert werden kann, obgleich andere geeignete Muster ebenfalls verwendet werden können.
Die Linsen können in einer Platte gehalten werden oder von dieser umschlossen sein, die eine oder mehrere Schichten umfasst. Die 27 und 28A bis 28C stellen eine Ausführungsform dar, in der die Fokussierungsplatte 400 eine untere Sandwichplatte 410, einen linsenhaltenden Dichtungsring 450 sowie eine obere Sandwichplatte 470 umfasst. Die untere Sandwichplatte 410 umfasst eine Vielzahl von ringförmigen Linsenbehältern 412, wobei jeder eine Bodenkante 414 aufweist, die definiert ist durch (i) eine Senkung, die einen Durchmesser aufweist, der ungefähr dem Außendurchmesser jeder Linse 402 entspricht, und sich von von der Oberseite 416 der Platte 410 fast bis zur Unterseite 418 der Platte 410 erstreckt, sowie (ii) ein konzentrisches Durchgangsloch, das einen kleineren Durchmesser als die Senkung aufweist, die sich von dem Boden jedes Linsenbehälters und durch die Unterseite 418 erstreckt. Die Durchgangslöcher und die Senkungen ermöglichen, dass Licht durch die untere Sandwichplatte sowie in die Probenkammern und aus diesen heraus durchtritt, während Kanten 414 mit ringförmigen Dimensionen bereitgestellt sind, die ausreichend sind, um den Boden jeder Linse zu unterstützen.
In der in den Figuren dargestellten beispielhaften Ausgestaltung weist jede Linse 402 eine flache Unterseite auf, die auf einer Kante 414 ruht, eine zylindrische Seite sowie eine konvexe Oberseite mit einem Radius, der gewählt ist, eine erwünschte Änderung des Brennpunktes des Lichts hervorzurufen, das durch die Linse durchtritt. Für die Verwendung mit einem PE Applied Biosystems 7700 Real Time PCR Instrument kann jede Linse beispielsweise eine Höhe von 2,5 mm aufweisen (vom Boden zum höchsten Punkt der konvexen Oberseite), eine Breite von ungefähr 4,7 mm sowie eine konvexe Oberflächenkrümmung mit einem Radius von ungefähr 4,7 mm. Derartige Linsen sind nützlich sowohl zum Konzentrieren der Lichtstrahlen, die von dem 7700-Instrument erzeugt werden, als auch zum Verkürzen der Brennweite zwischen ungefähr 0,5 Zoll unterhalb der Ebene des Substrats und Null, wodurch die Signalsensitivität signifikant verbessert wird. Die Linsen sind vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das eine minimale Menge intrinsischer Fluoreszenz, beispielsweise in dem Bereich von 500 bis 700 nm für die Anregung mittels eines Argonlasers bei einer Wellenlänge von 488 nm, aufweist. Ein beispielhaftes Material ist Glas mit einem Brechungsindex von ungefähr 1,78 bei 587,5 nm und einer Oberflächenqualität von 80 bis 50. Andere Materialien, wie beispielsweise Polycarbonat, sind ebenfalls für die Linsen geeignet. Zusätzlich erkennt man, dass jedwede andere geeignete Linsenkonfiguration verwendet werden kann, um das erwünschte Fokussieren zu erreichen.
Die Unterseite 418 der unteren Sandwichplatte 410 sollte konfiguriert sein, um einen gleichförmigen Druck über das Substrat 12 zu erzeugen. Um die Temperatursteuerung über das Substrat zu verbessern, sollten außerdem die Berührungspunkte zwischen der Platte 410 und dem Substrat 12 auf ein Mindestmaß beschränkt werden, um die Wärmeübertragung zwischen diesen auf ein Mindestmaß zu beschränken. In den 28A und 28B sind die Durchmesser der Durchgangslöcher der Behälter 412 kleiner als die Durchmesser der erhöhten Flächen 40 auf dem Substrat 12 gewählt, so dass jedes Durchgangsloch tangential auf dem kuppelartigen Abschnitt jeder erhöhten Fläche 40 ruht, so dass der Kontakt zwischen der Platte 410 und dem Substrat 12 auf eine Vielzahl von kreisförmigen Berührungsflächen in der Nähe des oberen Endes jeder erhöhten Fläche 40 begrenzt ist. Dieser begrenzte Kontakt erlaubt somit, eine feinere Steuerung des Heizens und Kühlens von dem Boden der Trägerplatte 320. Die untere Sandwichplatte 410 kann zusätzlich Durchgangslöcher 420 zur Aufnahme von Stiften oder Schrauben umfassen, die die untere Sandwichplatte 410 mit dem Dichtungsring 450 und der oberen Sandwichplatte 470 verbinden. Beispielhafte Dimensionen der Platte 410 sind folgendermaßen: 4,5 Zoll × 3,0 Zoll (Länge × Breite), 0,12 Zoll (Dicke), Durchmesser der Senkung 0,19 Zoll, Durchmesser des Durchgangslochs 0,14 Zoll und Tiefe der Senkung 0,070 Zoll. Diese Dimensionen sind lediglich beispielhaft, da die Platte je nach der besonderen Anwendung kleiner bzw. größer gemacht werden kann. Die Platte kann aus jedwedem geeigneten Material, wie beispielsweise aus Polycarbonat, Aluminium und dergleichen, hergestellt werden.
Wie sich den 28A und 28B entnehmen lässt, kann die untere Sandwichplatte 410 zusätzlich ein Abdichtungselement 430 umfassen, das an die Unterseite 418 angebracht ist, um die Anbring-/Blasenrille 22 des Substrats 12 während des Temperatur-Zyklierens abzudecken und abzudichten, falls dies erwünscht ist. Weitere Details eines beispielhaften Abdichtungselements lassen sich den 29A bis 29D entnehmen. Wie in den Figuren dargestellt, weist das Abdichtungselement 430 eine längliche Form mit einer flachen Unterseite 432 auf, einem äußeren Grat 434, der entlang des gesamten Umfangs des Abdichtungselement angeordnet ist, sowie einen inneren Hohlraum 436 innerhalb des Grates 434. Der Hohlraum 436 umfasst zusätzlich eine Vielzahl von Rippen 438, um die Festigkeit und die Beabstandung von gegenüberliegenden Seiten des äußeren Grates 434 aufrecht zu erhalten. Wenn die Unterseite der unteren Sandwichplatte gegen die Oberseite des Substrats 12 angeordnet wird, dann bildet das Abdichtungselement 430 eine feste Dichtung über der Rille 22 und dem Abdichtungsband 260, das, wie vorstehend beschrieben, die Rille 22 abdeckt. Das Abdichtungselement 430 hält somit das Band 260 fest an die Oberseite des Substrats 12 und stellt ferner sicher, dass die flüssige Probe während Temperaturveränderungen nicht aus der Rille 22 entweicht. Das Element 430 wird mittels Kompressionsformpressen eines Silikonmaterials hergestellt, das auch bei hohen Temperaturen (z.B. 100 °C) stabil ist und seine Form bei hohen Drücken (z.B. 100 Pfund) beibehält, obgleich irgendein anderes geeignetes Material verwendet werden kann. Das Abdichtungselement kann eine Vielzahl von Größen und Formen aufweisen, was von einer Anzahl von Faktoren abhängen kann, wie beispielsweise der Größe der Anbring-/Blasenrille 22 und der Gesamtgröße des Substrats. Das Abdichtungselement kann beispielsweise eine Größe von ungefähr 1,8 Zoll × 0,20 Zoll aufweisen.
Wie sich 27 entnehmen lässt, umfasst die Mehrfachlinsen-Fokussierungsplatte 400 zusätzlich einen linsenhaltenden Dichtungsring 450, der dazu nützlich ist, eine Vielzahl von Armen oberhalb von jeder Linse bereitzustellen, um die Linse 402 gegen den Boden jedes Linsenbehälters 412 zu halten. Der Dichtungsring 450 enthält somit ein Array von kreisförmigen Löchern 452 mit Durchmessern, die ein wenig größer als die Außendurchmesser der erhöhten Flächen 40 des Substrats 12 sind. Jedes Loch 452 umfasst ferner vier Arme 454, die in einem Winkel von ungefähr 90 Grad zueinander um den Umfang von jedem Loch angeordnet sind und sich radial nach innen erstrecken. Die Berührung des Dichtungsrings 450 mit der unteren Sandwichplatte 410 bewirkt, dass die konvexen Oberseiten der Linsen ein wenig durch die Ebene der Löcher 452 vorstehen, wobei die Arme nach oben gedrückt werden, um somit einen leichten Druck auf die Linsen hervorzurufen und die Linsen schmiegsam in Position zu halten. Der Dichtungsring kann aus irgendeinem geeigneten, geschmeidigen Material bestehen. Beispielhafte Dimensionen des Dichtungsring sind 112 × 76 mm (Länge × Breite), 0,13 mm Dicke, Lochdurchmesser 6,4 mm, Armlänge 1,7 mm, Armbreite 1 mm. Der Dichtungsring 450 kann ferner Durchgangslöcher 456 umfassen, um das Anbringen des Dichtungsrings an die obere und die untere Sandwichplatte zu erleichtern.
Die obere Sandwichplatte 470 umfasst eine Oberseite 472 bzw. eine Unterseite 474 sowie ein Array von Löchern 476, die mit den Löchern 452 und 412 in dem Dichtungsring 450 bzw. der unteren Sandwichplatte 410 ausgerichtet sind. Die Platte 470 kann zusätzlich eine Vertiefung umfassen, die durch die Laschen 478a und 478b begrenzt wird, um das Benutzen der Plattenanordnung zu erleichtern. Die Lasche 478a enthält ein kreisförmiges Positionierungsloch 480 für die Ausrichtung mit einem entsprechenden Stöpsel, der in dem Detektionsinstrument (nicht gezeigt) angeordnet ist, sowie einen Ausrichtungsschlitz 482 für die Ausrichtung mit einem zweiten Stöpsel in dem Detektionsinstrument, um die Bewegung der Plattenanordnung noch weiter zu beschränken. Die Oberseite 472 kann zusätzlich einen erhöhten inneren Oberflächenbereich 490 enthalten. Wenn das Substrat 12 vorbereitet wird, eine ein wenig gebogene Form aufzuweisen (die Mitte des Substrats ist gegenüber einem Paar von gegenüberliegenden Kanten der Platte ein wenig erhöht), dann ist der Bereich 490 dazu nützlich, Druck von dem oberen Ende der Multilinsen-Fokussierungsplatte 400 zu der Mitte des Substrats 12 zu übertragen, um somit eine große Berührungsfläche entlang der gesamten Unterseite des Substrats 12 und der Oberseite der Trägerplatte 320 sicher zu stellen. Dies hilft dabei, eine gleichförmige Temperaturkontrolle über die Trägerplatte 320 zu erreichen. Die Durchgangslöcher 484 können ebenfalls in der oberen Sandwichplatte 470 bereitgestellt werden, um zu ermöglichen, dass die Platte 470, der Dichtungsring 450 und die Platte 410 miteinander befestigt werden. Die Platte 470 ist aus irgendeinem geeigneten Material, wie beispielsweise Polycarbonat, Aluminium oder dergleichen, hergestellt. Beispielhafte Dimensionen sind 4,5 × 3,6 Zoll (Länge × Breite der Platte), 2,83 × 1,42 Zoll (Länge × Breite des erhöhten inneren Oberflächenbereichs 490), 0,105 Zoll (Dicke der Platte, die den Bereich 490 umgibt), 0,015 Zoll (Dicke des Bereichs 490) sowie 0,25 Zoll (Radius der Löcher 476).
In der Praxis kann die Plattenanordnung der 26A und 26B wie folgt verwendet werden. Nachdem die Probe in das Substrat 12 eingebracht worden ist, wird der Adapter 14 entfernt und die Rille 22 wird, wie vorstehend beschrieben, mit einem Abdichtungsband 260 abgedeckt. Das abgedichtete Substrat wird sodann auf der flachen Oberfläche des Trägers 320 angeordnet, der möglicherweise schon in dem Detektionsinstrument angeordnet worden ist. Die Multilinsen-Fokussierungsplatte 400 wird sodann über dem Substrat angeordnet, wobei das kreisförmige Positionierloch 480 mit einem entsprechenden Stöpsel ausgerichtet ist, der in dem Detektionsinstrument (nicht gezeigt) angeordnet ist, und der Ausrichtungsschlitz 482 mit einem zweiten Stöpsel in dem Detektionsinstrument ausgerichtet ist (nicht gezeigt). Die Abdeckung des Detektionsinstruments, wie beispielsweise ein PE Applied Biosystems 7700 Real Time PCR Instrument, wird sodann mit der Oberseite der Platte 400 in Berührung gebracht, um die gesamte Anordnung zusammen zu drücken. 26B zeigt die Fokussierungsanordnung 300 in der sich ergebenden funktionsfähigen Ausgestaltung. Das Instrument kann sodann programmiert werden, das Substrat einer ausgewählten Anzahl von Erhitzungs- und Abkühlungszyklen zu unterziehen, um eine Targetnukleinsäureamplifikation oder andere Prozesse zu erreichen. Während dieser Zeit können die Probenkammern überwacht werden, um den Verlauf beispielsweise der Amplifikation zu verfolgen. Die als Funktion der Zeit gemessenen Signalverläufe können verwendet werden, um das Vorhandensein oder die Abwesenheit von ausgewählten Analyten festzustellen. Das Substrat kann sodann entsorgt werden. Die anderen Elemente der Anordnung können jedoch wieder verwendet werden, falls dies erwünscht wird. Weitere Merkmale der Erfindung werden anhand des folgenden Beispiels noch deutlicher.
Beispiel
Das nachstehende "TAQMAN"^TM PCR Protokoll wurde mit einem Substrat 12 und einer Anordnung 300 durchgeführt, die im wesentlichen dem vorstehend Beschriebenem entsprechen. Die Prinzipien von "TAQMAN"^TM PCR sind in dem ABI Prism 7700 Benutzerhandbuch, Revision A, Januar 1998 beschrieben, das von PE Biosystems erhältlich ist (Foster City, CA, Teil #904989). Ein Substrat wurde erzeugt, das Sondensätze enthielt, die wirksam waren, die Amplifikation von zwei unterschiedlichen Targetsequenzen in jeder Probendetektionskammer durchzuführen. Mit anderen Worten: jede Probendetektionskammer enthielt einen ersten Sondensatz, der für alle Probendetektionskammern derselbe gewesen ist, um eine Kontrolltargetsequenz zu amplifizieren, sowie einen zweiten Sondensatz, um eine andere Targetsequenz in jeder Kammer zu amplfizieren. Jeder Sondensatz wurde ausgewählt, einen spezifischen cDNA-Bereich mit einer durchschnittlichen Länge von ungefähr 100 Basenpaaren zu amplifizieren. Der gemeinsame Sondensatz bestand aus 0.2 Femtomol von jeweils einem Vorwärtsprimer, einem Rückwärtsprimer und einer "TAQMAN"^TM Sonde. Jeder Sondensatz unterschiedlicher Sequenz bestand aus 1.8 Femtomol eines Vorwärtsprimer, 1.8 Femtomol eines Rückwärtsprimer sowie 0.2 Femtomol einer targetspezifischen "TAQMAN"^TM Sonde.
Bei der in das Substrat 12 eingebrachten Sonde handelte es sich um ein Gemisch (150 μL), das 200 Nanogramm von cDNA und 150 μL von "TAQMAN"^TM Universal Master Mix (PE Biosystems, Artikel #4304437) enthielt. Die cDNA wurde unter Verwendung eines "TAQMAN"^TM Gold RT-PCR Kit (PE Biosystems, Artikel #N808-0233) erzeugt, das die notwendigen Reagenzien und Protokolle enthielt. Die resultierende Probenlösung von 300 μL enthielt alle Materialien, die für eine "TAQMAN"^TM PCR nötig sind, mit der Ausnahme der Primer und der Sonde.
Dir Probenlösung wurde in das Substrat 12 unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Füllstation 16 eingebracht. Das Substrat wurde in der Aussparung 155 der Bodenplatte 150 der Füllstation angeordnet und der angebrachte Fülladapter 14 wurde ausgerichtet, indem die Ausrichtungslöcher 120 und 122 über den Ausrichtungsstiften 159 rechts von der Aussparung angeordnet worden sind. Die Abdeckplatte 154 wurde geschlossen, so dass das Sprunggestänge 180 eingeschnappt ist, wobei die Mittelplatte 152 auf die Substratanordnung runter gedrückt worden ist. Die Vakuumpumpe ist angeschaltet worden. Das Va kuum wurde durch einen Vakuumschlauch zu der Fülladapter/Substrat-Anordnung übertragen. Nachdem der Druck in dem Schlauch und dem Netzwerk 17 von Durchgangswegen unter 500 Mikron gesunken ist, wie dies mittels eines Vakuummeters gemessen worden ist, wurde die Probenlösung (250 μL) mittels einer Pipette in das Füllreservoir 70 eingebracht. Der Betätigungsknauf 200 wurde sodann in die zweite Position gezogen, wodurch ermöglicht wurde, dass die Probe in die Fluidkanäle und die Probendetektionskammern 18 des Substrats geflossen ist. Die Vakuumpumpe ist sodann abgestellt worden und die Abdeckplatte 154 ist geöffnet worden. Der Adapter 14 ist von den Ausrichtungsstiften 159 entfernt worden und die Substrat-/Adapter-Anordnung ist von der Füllstation entfernt worden.
Der Adapter ist zusammen mit dem Klebstoff von dem Substrat entfernt worden, der die beiden miteinander verbunden hatte, und der Adapter und der Klebstoff sind entsorgt worden. Das Abdichtungsband 260 ist sodann über der Rille 22 angeordnet worden, wodurch die flüssige Probenlösung innerhalb des Substrats abgedichtet worden ist.
Die Karte ist sodann innerhalb des ABI Prism 7700 Instruments unter Verwendung der Fokussierungsanordnung 300 wie folgt angeordnet worden. Zunächst ist die Trägerplatte 320 auf dem themrischen Zyklierblock des 7700 Instruments angeordnet worden. Sodann ist das Substrat 12 auf die Trägerplatte geladen worden, woraufhin die Mehrfachlinsen-Fokussierungsplatte 400 auf dem oberen Ende des Substrats angeordnet worden ist. Die zwei Ausrichtungslöcher der Mehrfachlinsen-Anordnung sind über entsprechenden Ausrichtungsstiften des 7700 Instruments angeordnet worden. Schließlich ist die Abdeckung des 7700 Instruments geschlossen und über der Anordnung 300 abgedichtet worden, was einen Druck auf das Substrat und die Trägerplatte ausgeübt hat.
Das System wurde dem folgenden programmierten thermischen Zyklierprotokoll unterzogen:

(1) 2 Minuten bei 50 °C und sodann 10 Minuten bei 99 °C, um die Enzyme in der Probenlösung zu aktivieren.
(2) 35 Zyklen bei 99 °C für 15 Sekunden und sodann 1 Minute bei 60 °C, so dass die cDNA in der Probenlösung sich exponentiell amplifizieren würde.

Die mittels des 7700 Instruments aufgezeichneten Echtzeitdaten zeigten die erwarteten Amplifikationen bei vier unterschiedlichen Targetsequenzen und keine Amplifikation bei Reaktionskammern, die Sondensätze für Targets enthielten, von denen nicht erwartet wurde, dass sie in der Probe vorhanden sein würden. Außerdem zeigte das Kontrollassay, das jedem Behälter gemein gewesen ist, einen durchschnittlich detektierbaren Schwellenwert von ungefähr 10 Zyklen. Die vier erfolgreichen Amplifikationsreaktionen zeigten detektierbare Schwellenwerte von ungefähr 25 bis 30 Zyklen.

Claims

System (10) zum Füllen eines Substrats (12) mit wenigstens einer Kammer (18) mit einer flüssigen Probe, wobei das System umfasst: ein Substrat (12), das ein Netzwerk von Durchgangswegen (17) einschließlich wenigstens einer Kammer (18) für die flüssige Probe definiert, einen Adapter (14), wobei der Adapter (14) ein Füllreservoir (70) für die flüssige Probe, einen Vakuumanschluss (72) für die Anbringung an eine Vakuumquelle sowie wenigstens zwei Kanäle (86) einschließt, wobei ein Kanal (94) erlaubt, dass ein Vakuum an das Netzwerk (17) angelegt wird, und der andere Kanal (100) erlaubt, dass die flüssige Probe in das Netzwerk (17) eingebracht wird und einen Mechanismus, der sequentiell wenigstens einen der Kanäle (86) schließt und öffnet, so dass ein Vakuum zunächst an das Substrat (12) angelegt werden kann und anschließend die flüssige Probe in das Substrat (12) eingebracht werden kann, um zu erlauben, dass das Vakuum die flüssige Probe dazu antreibt, von dem Füllreservoir (70) in das Substrat (12) zu fließen, wobei der Mechanismus einschließt: einen Rahmen, der wenigstens einen Adapter (14) und Substrat (12) hält, und einen Ventilmechanismus (200, 202, 206), der die Kanäle (86) des Adapters (14) sequentiell abdichtend in Eingriff und außer Eingriff nimmt, wobei die wenigstens zwei Kanäle (86) des Adapters (14) einen ersten Flussweg zwischen dem Vakuumanschluss (72) und dem Netzwerk (17) von Durchgangwegen und einen zweiten Flussweg zwischen dem Füllreservoir (70) und dem Netzwerk (17) von Durchgangswegen definieren, wobei der Ventilmechanismus (200, 202, 206) in einer ersten Stellung funktionsfähig ist, den zweiten Flussweg zu schließen, während der erste Flussweg für eine Kommunikation zwischen dem Vakuumanschluss (72) und dem Netzwerk (17) von Durchgangswegen geöffnet wird, um einem Vakuum zu ermöglichen, an das Netzwerk (17) von Durchgangswegen angelegt zu werden, wobei der Ventilmechanismus (200, 202, 206) in einer zweiten Stellung funktionsfähig ist, den ersten Flussweg zu schließen, während der zweite Flussweg für eine Kommunikation zwischen dem Füllreservoir (70) und dem Netzwerk (17) von Durchgangswegen ge öffnet wird, um zu ermöglichen, dass die flüssige Probe von dem Füllreservoir (70) in wenigstens eine Kammer (18) des Substrats (12) fließt.
System nach Anspruch 1, wobei die wenigstens zwei Kanäle (86) des Adapters (14) ferner einen dritten Flussweg zwischen dem Füllreservoir (70) und einem Endreservoir definieren, wobei der Ventilmechanismus (200, 202, 206) den dritten Flussweg schließt, wenn sich der Ventilmechanismus (200, 202, 206) in der zweiten Stellung befindet, um beim Füllen die Luftmenge im Substrat (12) zu vermindern.
System nach Anspruch 1, wobei der Ventilmechanismus (200, 202, 206) ferner bewegbare Betätigungsräder (210, 212, 214) einschließt, um die Kanäle (86) abdichtend in Eingriff zu nehmen und außer Eingriff zu nehmen, um die Flusswege zu schließen und zu öffnen.
System nach Anspruch 3, wobei die bewegbaren Betätigungsräder (210, 212, 214) in einem Betätigungsgehäuse (216) untergebracht sind, so dass eine Bewegung einer Betätigungsvorrichtung zu einer Verschiebung der Räder von einer ersten Position zu einer zweiten Position führt.
System nach Anspruch 1, wobei der Adapter (14) wenigstens eine Platte (62, 64) umfasst, die während des Füllens entfernbar auf dem Substrat (12) angebracht ist und die nach dem Füllen des Substrats (12) mit der Probenflüssigkeit von dem Substrat (12) entfernt werden kann.
System nach Anspruch 5, wobei das System ferner Abdichtungsmittel (260) zum Abdichten des Netzwerkes (17) von Durchgangswegen von der Umgebungsluft umfasst, nachdem das Substrat (12) mit der Probenflüssigkeit gefüllt worden ist und die wenigstens eine Platte (62, 64) von dem Substrat entfernt worden ist.
System nach Anspruch 6, wobei das Substrat (12) eine Platte (32) mit einer Vielzahl von Kammern (18) für die flüssige Probe einschließt.
System nach Anspruch 1, wobei die Probendetektionskammer (18) des Substrats (12) ein analytenspezifisches Reagenz einschließt, das funktionsfähig ist, mit einem bestimmten Analyten zu reagieren, der in der flüssigen Probe vorhanden sein kann.
System nach Anspruch 1, wobei der Adapter (14) einen Boden mit ersten und zweiten Platten (62, 64) umfasst, die miteinander verbunden sind, wobei eine der Platten das Füllreservoir (70) einschließt und die andere Platte die wenigstens zwei Kanäle (86) ausbildet.
System nach Anspruch 9, wobei der Adapter (14) ferner einen Füllanschluss (88) zum Verbinden mit dem Substrat (12) einschließt, wobei der Füllanschluss (88) als ein Flussweg für die flüssige Probe von dem Adapter (14) zu dem Substrat (12) dient.
System nach Anspruch 10, wobei eine der Platten (62, 64) des Bodens einen Vakuumanschluss (72) einschließt, wobei der eine Kanal (94) der wenigstens zwei Kanäle (86) den Vakuumanschluss (72) und den Füllanschluss (88) verbindet und wobei der andere Kanal (100) der wenigstens zwei Kanäle (86) das Füllreservoir (70) und den Füllanschluss (88) verbindet.
System nach Anspruch 11, wobei der Adapter (14) ferner ein Luftreservoir umfasst, wobei die wenigstens zwei Kanäle (86) des Adapters ferner einen dritten Kanal (106) zwischen dem Füllreservoir (70) und dem Luftreservoir einschließen.
System nach Anspruch 11, wobei der Adapter (14) ferner wenigstens ein Ausrichtungselement (132) für das Zusammenpassen mit einem entsprechenden Ausrichtungselement (23) auf einer Oberseite des Substrats (12) einschließt.
System nach Anspruch 1, wobei die wenigstens zwei Kanäle (86) des Adapters (14) aus Material mit elastischen Eigenschaften bestehen, so dass jeder der Kanäle selektiv geöffnet und geschlossen werden kann, indem eine Druckkraft auf den Kanal aufgebracht wird.
System nach Anspruch 1, wobei der Adapter (14) ferner wenigstens ein Ausrichtungsloch (120, 122) für eine Ausrichtung mit wenigstens einem Stift (159) auf einer Oberfläche umfasst, auf der der Adapter (14) während des Füllens des Substrats (12) angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, wobei das System ferner eine Füllstation (16) umfasst, wobei die Füllstation umfasst: einen Bodenabschnitt (150), der das Substrat (12) und den Adapter (14) aufnimmt; und eine Betätigungseinrichtung, die selektiv die flüssige Probe in die wenigstens eine Kammer (18) des Substrats (12) leitet, wenn sich die Betätigungseinrichtung in einer vorbestimmten Position befindet, wobei die Betätigungseinrichtung funktionsfähig ist, den Ventilmechanismus (200, 202, 206) zu betätigen.
System nach Anspruch 16, wobei die Füllstation (16) ferner ein Betätigungsgehäuse (216) einschließt, in dem die Betätigungseinrichtung angebracht ist, wobei das Betätigungsgehäuse (216) eine offene Position aufweist, so dass der Adapter (14) und das Substrat (12) in den Bodenabschnitt (150) der Füllstation (16) geladen werden können, sowie eine geschlossene Position, in der das Betätigungsgehäuse (216) eine Oberseite des Adapters (14) berührt.
System nach Anspruch 17, wobei der Ventilmechanismus (200, 202, 206) eine Vielzahl von Ventilstrukturen einschließt, wobei die Ventilstrukturen innerhalb des Betätigungsgehäuses (216) zwischen einer Vielzahl von Positionen bewegt werden können, um die Kanäle (86) des Adapters (14) selektiv abdichtend in Eingriff zu nehmen und außer Eingriff zu nehmen.
System nach Anspruch 18, wobei die Ventilstrukturen eine Vielzahl von Oberflächen einschließen, um wenigstens einen Kanal der wenigstens zwei Kanäle (86) des Adapters (14) zu schließen, indem gegen vorbestimmte Abschnitte des Adapters (14) gedrückt wird.
System nach Anspruch 18, wobei die Füllstation (16) ferner eine obere Platte (152) umfasst, wobei die obere Platte (152) und das Betätigungsgehäuse (216) schwenkbar an den Bodenabschnitt (150) angebracht sind.
System nach Anspruch 20, wobei die obere Platte (152) eine Vakuumanbringstruktur (186) für ein Anbringen an einen Vakuumanschluss (72) des Adapters (14) einschließt.
System nach Anspruch 18, wobei die Ventilstrukturen eine Radanordnung (206) umfassen, wobei die Radanordnung (206) drei Räder (210, 212, 214) einschließt, die entlang der Oberseite des Adapters (14) gleitbar sind.
System nach Anspruch 22, wobei die Betätigungseinrichtung eine Betätigungsstange (202) einschließt, die mit der Radanordnung (206) verbunden ist und relativ zu dem Betätigungsgehäuse (216) axial bewegt werden kann, wobei die Betätigungsstange (202) für eine Bewegung zwischen der Vielzahl von Positionen für ein selektives, abdichtendes Ineingriffnehmen und Außereingriffnehmen der Kanäle (86) des Adapters (14) ausgestaltet ist.
System nach Anspruch 1, wobei das System ferner eine Positioniervorrichtung zum Positionieren des Substrats (12) in einer Detektionseinheit umfasst, wobei die Positioniervorrichtung umfasst: eine Rahmenanordnung, die derart ausgestaltet ist, dass das Substrat (12) in der Rahmenanordnung angeordnet werden kann; und eine Linsenanordnung (400) einschließlich einer Vielzahl von Platten (410, 450, 470), wobei eine der Platten eine Linsenplatte (410) umfasst, in der wenigstens eine Linse (402) angeordnet ist, um Licht zu fokussieren, das durch die Linse durchtritt.
System nach Anspruch 24, wobei die Linsenanordnung (400) eine Deckenplatte (470) mit wenigstens einem Loch (476) entsprechend jeder Linse (402) der Linsenplatte (410) einschließt.
System nach Anspruch 25, wobei die Linsenanordnung (400) ferner eine Mittelplatte (450) einschließt, wobei die Mittelplatte (450) eine Unterstützung für jede Linse (402) der Linsenlatte (410) bereitstellt, wobei die Mittelplatte (450) gegen eine Unterseite der Deckenplatte (470) und der Linsenplatte (410) gedrückt wird.
System nach Anspruch 26, wobei die Mittelplatte (450) eine Vielzahl von flexiblen Vorspannelementen einschließt, um jeder Linse (402) der Linsenplatte (410) Unterstützung bereitzustellen, indem jede Linse (402) in Richtung der Linsenplatte (410) vorgespannt wird.
System nach Anspruch 27, wobei jedes flexible Vorspannelement sich radial erstreckende Arme (454) aufweist, die um ein Loch (452) in der Mittelplatte (450) angeordnet sind, das mit jeder Linse (402) der Linsenplatte (410) ausgerichtet ist.
System nach Anspruch 24, wobei die Linsenplatte (410) ein Abdichtungselement (430) auf deren Unterseite einschließt, um das Substrat (12) in Eingriff zu nehmen.
System nach Anspruch 29, wobei das Abdichtungselement (430) ein längliches Element mit einem inneren Hohlraum (436) aufweist.
System nach Anspruch 24, wobei die Rahmenanordnung eine Trägerplatte (320) mit einer oberen Seite (322) umfasst, gegen die das Substrat (12) angeordnet werden kann, sowie wenigstens eine erhöhte Oberfläche (324, 326) um eine Peripherie der oberen Seite, um das Substrat (12) in Eingriff zu nehmen, um die laterale Bewegung des Substrats (12) zu beschränken.
System nach Anspruch 31, wobei die wenigstens eine erhöhte Oberfläche (324, 326) ausgestaltet ist, äußere Kanten des Substrats (12) in Eingriff zu nehmen, wenn das Substrat (12) in der Rahmenanordnung angeordnet ist.
Verfahren zum Füllen wenigstens einer Kammer (18) eines Substrats (12) mit einer flüssigen Probe, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Substrats (12), das ein Netzwerk von Durchgangswegen (17) definiert und wenigstens eine Kammer (18) zum Aufbewahren einer flüssigen Probe und wenigstens einen Weg zum Ansteuern der Kammer (18) aufweist; Bereitstellen eines Adapters (14) für die Verbindung zu dem Substrat (12), wobei der Adapter (14) ein Füllreservoir (70) für die flüssige Probe, einen Vakuumanschluss (72) und eine Vielzahl von Kanälen (86) aufweist sowie einen Ventilmechanismus (200, 202, 206), der die Kanäle (86) des Adapters (14) sequentiell abdichtend in Eingriff nimmt und außer Eingriff nimmt, wobei die Vielzahl von Kanälen (86) des Adapters einen ersten Flussweg zwischen dem Vakuumanschluss (72) und dem Netzwerk (17) von Durchgangswegen und einen zweiten Flussweg zwischen dem Füllreservoir (70) und dem Netzwerk (17) von Durchgangswegen definieren, wobei der Ventilmechanismus (200, 202, 206) in einer ersten Stellung funktionsfähig ist, den zweiten Flussweg zu schließen, während der erste Flussweg für eine Kommunikation zwischen dem Vakuumanschluss (72) und dem Netzwerk (17) von Durchgangswegen geöffnet wird, um einem Vakuum zu ermöglichen, an das Netzwerk (17) von Durchgangswegen angelegt zu werden, wobei der Ventilmechanismus (200, 202, 206) in einer zweiten Stellung funktionsfähig ist, den ersten Flussweg zu schließen, während der zweite Flussweg für eine Kommunikation zwischen dem Füllreservoir (70) und dem Netzwerk (17) von Durchgangswegen geöffnet wird, um zu ermöglichen, dass die flüssige Probe von dem Füllreservoir (70) in wenigstens eine Kammer (18) des Substrats (12) fließt; Bereitstellen einer Füllstation (16), die ausgestaltet ist, um das Substrat (12) und den Adapter (14) daran zu fixieren und bei Betätigung selektiv die flüssige Probe von dem Füllreservoir (70) des Adapters (14) in die wenigstens eine Kammer (18) des Substrats (12) zu leiten; Einbringen einer flüssigen Probe in das Füllreservoir (70) des Adapters (14); Anlegen eines Vakuums an die Kammer und den Weg des Substrats (12); Betätigen der Füllstation (16), um die flüssige Probe in dem Füllreservoir (70) dem Vakuum auszusetzen, so dass die flüssige Probe in Richtung der Kammer (18) des Substrats (12) getrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei vor dem Schritt des Einbringens einer flüssigen Probe in das Reservoir (70), das Verfahren den weiteren Schritt umfasst, einen Kanal (100) zwischen dem Füllreservoir (70) und der Kammer (18) des Substrats (12) zu schließen und die Kommunikation zwischen dem Vakuumanschluss (72) des Adapters (14) und der Kammer (18) des Substrats (12) zu erlauben.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei der Schritt des Betätigens der Füllstation (16) den Schritt einschließt, einen Kanal (94) zwischen dem Vakuumanschluss (72) und der Kammer (18) des Substrats (12) zu schließen, um somit der flüssigen Probe im Füllreservoir (70) zu ermöglichen, dem Vakuum in der Kammer (18) ausgesetzt zu werden und folglich in die Kammer (18) des Substrats (12) zu fließen.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei der Schritt des Betätigens der Füllstation (16) ferner den Schritt umfasst, einen Kanal (106) zwischen dem Füllreservoir (70) und einem Luftreservoir des Adapters (14) zu schließen.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei der Schritt des Bereitstellens eines Substrats (12) mit wenigstens einer Kammer (18) den Schritt einschließt, ein analytenspezifisches Reagenz in der Kammer (18) bereitzustellen, das funktionsfähig ist, mit einem bestimmten Analyten zu reagieren, der in der flüssigen Probe vorhanden sein kann.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei das Verfahren ferner einen Schritt umfasst, das Substrat (12) in einem Probendetektionsinstrument anzuordnen, wobei der Schritt des Anordnens des Substrats (12) die folgenden Schritte umfasst: Öffnen des Probendetektionsinstruments; Anordnen eines Trägerrahmens (320) auf dem Probendetektionsinstrument; Einbringen des Substrats (12) in den Trägerrahmen (320); Anordnen einer Linsenplatte (400) über dem Substrat (12) und dem Trägerrahmen (320) und Ausrichten wenigstens eines Loches in der Linsenplatte (400) relativ zu der wenigstens einen Kammer (18) des Substrats (12); und Schließen des Probendetektionsinstruments.
Verfahren nach Anspruch 38, wobei der Schritt des Anordnens einer Linsenplatte (400) über dem Substrat (12) das Ineingriffnehmen eines Abschnitts der Linsenplatte (400) gegen eine Oberseite der wenigstens einen Kammer (18) einschließt.