专利名称：用于检测分析物的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检测液体中的分析物的方法，其中所述液体在特别是具有固化的反应物的载体区域，优选生物芯片区域上进行混合处理。
本发明特别涉及用于改善液体的混合处理效果的方法并且在这方面的用于改进液体中的分析物被带入固化在充有液体的载体区域，特别是生物芯片区域上的反应物中的方式的方法。
背景技术：
在生物芯片应用且特别是在免疫测定应用中，在检测到固化到载体表面上的反应物和存在于润湿载体表面的液体中的分析物间的结合反应时，会出现以下问题。分析物与固化反应物之间的结合降低了载体表面边界层液体中的分析物浓度，导致边界层样品液体中的分析物的损耗。由于分析物扩散速率一般比较低，大小通常只有几微米/秒或更小，因此新的分析物分子不能足够快地从样品液体体积中再补给，从而使免疫试验等需要较长的孕育时间以达到适当的测试效果。存在多种解决现有技术中的该问题的方法。
US 6485918中描述了一种具有设置在微阵列表面上的可变形覆盖层的微阵列生物芯片的混合工艺。所述覆盖层的形变在所述覆盖层和微阵列表面之间的液体中产生流动运动。尽管该已公知的方法适用于具有固化在底部上的反应物的扁平生物芯片，但是该方法的缺点在于在混合过程中覆盖层必须一直保持与样品液体接触。其它处理步骤例如冲洗步骤、试剂添加等可能会使覆盖层的开口具有损失样品液体和污染的相关风险。
通过WO 00/10011已公知一种用于混合在生物传感器系统，也称作生物芯片的界面附近的样品的方法和装置。为了提高灵敏度，在这种公知的方法中利用机械波(声波、超声波、或表面波)激发生物芯片中的液体，利用机械波是旨在改善样品液体，特别是在芯片/液体边界层处的样品液体的混合，从而增强分析物的扩散。
通过EP 0 281 958 A2已公知一种用于在免疫试验中控制温度和混合微量滴定板容器中的内容物的装置。该已公知的装置包括限定出中空空间的盖子，气体管线排入所述中空空间。所述盖子朝向滴定板的边界壁上设有出气开口，所述出气开口相对于滴定板个体容器的容器轴线偏心地布置并且与该个体容器中液体表面呈一定角度排列。通过鼓入热空气通过出气开口，可实现对个体容器中液体的温度控制并产生液体的旋转混合运动。例如US 6063564、US 4479720和US 5009998还涉及在作为液体容器的样品试管中样品液体混合效果的改进。在现有技术中已公知的例如振荡、应用超声波、涡流等机械混合方法已证实对于包括带有一阵列反应物的扁平载体或平坦的载体表面的生物芯片不是特别有效和有利。
发明内容
本发明的目的是针对提出一种在基于样品液体中的分析物与被样品液体润湿的载体上的反应物间的结合反应进行测试时，用以提高测量灵敏度或缩短达到适当测试效果所需要的孕育时间的上述类型的方法，并由此将该方法用于典型的生物芯片应用中。此外，分析物和反应物之间的结合反应应该在整个芯片上均匀进行并且与所处位置无关。这意味着在载体或微阵列生物芯片的中部或边缘处的反应物能够以基本上相同的速率和效率与分析物相结合。
为在用于检测液体中分析物的前述方法条件下实现该目的，本发明提出使液体受到通过在混合处理过程中朝向载体表面进行喷射以扫描的方式扫过至少一些区域的气体流的冲击。
当使用具有大体上平的底部的槽式生物芯片作为载体表面结果导致当前气体流冲击区域内含有分析物的样品液体的高效局部混合时，这种方法特别适用。可以有利地将来自上方的喷嘴引导至样品液体上，使得气体流在其冲击影响区内局部使样品液体排出。结果是所述气体流冲击影响区内的样品液体高度降至非常低的值如仅几个微米，并且通过在包括液体高度降低的区域内的涡流运动使样品有效地液体均匀。由于气体流的冲击点以扫描的方式扫过载体表面，因此芯片底部样品液体强烈混合的区域移动通过载体表面，使得新的分析物以加速的方式被供给至开始因在前的结合反应而耗尽分析物的边界层。与常规方法相比，该方法增大了分析物和固化反应物之间的进一步结合反应的概率，从而提高灵敏度或缩短孕育期同时改善均匀性，特别是分析物结合反应与位置无关的均匀度。
所述气体流优选空气流，特别是潮湿空气流。空气加湿可以避免生物芯片变得干燥。
所述气体流还可以备选惰性气体流。
喷嘴和载体间产生相对运动，以便使气体流以扫描的方式扫过所述区域。可以扫过多次且特别是周期性扫过。例如这可通过保持载体时以一种预定的方式移动喷嘴或是在保持喷嘴时通过移动载体，而实现。同样并不排除同时移动喷嘴和载体以便以扫描的方式冲击样品液体的可能性。
样品液体容器优选使用槽形容器，特别是具有基本上平的底部作为固化反应物的载体表面。特别是具有一列独立的放置反应物的表面区域的生物芯片适于作为载体。
另一种选择是，槽形容器可被用作样品容器，所述样品容器中含有分开的载体元件，例如用于固化反应物的固相微粒。
连续的、基本上均匀的气体流优选用作空气流以冲击液体。但是，并不排除在其它可选实施方式中使用已调节的空气流特别是脉冲空气流的可能性。
本发明的特定优点在于所提出的液体混合处理使分析物和固化反应物间的结合反应具有良好的均匀性，在整个载体表面上与位置无关。
本发明的另一主题是一种实施所述方法的装置，所述装置的特征在于，用于保持至少一个载体特别是生物芯片的保持器，所述载体具有反应物固化于其上的底面或可选具有固化于其上的反应物的沉积载体元件的底面，气体供应装置包括至少一个向位于保持器上的载体底面喷射气体流的喷嘴和一个用于在喷嘴和保持器间产生相对运动的驱动装置，从而使从喷嘴中排出的气体流以扫描的方式扫过至少一些底面区域。
根据所述发明的进一步研发，保持器以可移动的方式进行安装并且驱动装置被设计用以相对于喷嘴移动保持器。
在发明的另一可选实施方式中，喷嘴以可移动的方式进行安装并且驱动装置被设计用以相对于保持器移动喷嘴。
根据所述发明的进一步研发，气体供应装置被设计用以产生由喷嘴排出的空气射流。
气体供应装置有利地包括空气加湿装置。
特别是在实施大量试验时，建议保持器被设计用以保持多个载体或样品容器且每个载体或样品容器都分配到至少一个喷嘴。
通过改变喷嘴的布置、喷嘴的几何形状及喷嘴的相对移动以及空气流的强度，根据本发明所述的系统可容易地适用于可相对自由设计的具有平的分析物贮池和平底的生物芯片。由于压力贮池可以按照限定的方式同时供给多个喷嘴，因此便于平行处理多个生物芯片。
以下，结合附图对本发明做进一步说明，其中图1示出了本发明方法中所包括的槽形生物芯片和可以在生物芯片之上移动的气体喷嘴的非常简化的示意图；和图2示出了根据本发明的装置的非常简化的示意图。
具体实施例方式
图1示出槽形生物芯片1，所述生物芯片1具有一个基本上平的槽形底面3，其上反应物或是捕获的分子优选以微阵列的布置方式进行固化。所述底面3被样品液体5润湿，所述液体5含有可以与生物芯片1的底面3上的反应物结合的分析物，所述结合例如可通过荧光测试方法检测到。
在将样品流体5加到生物芯片1上后，因结合反应在底面3附近的边界层中会迅速形成液体中游离的分析物耗尽的区域，通常会延迟进一步的结合反应。为避免产生这种不利的延迟效应，如图1所示，气体喷嘴7在样品液体5的表面上移动，使得气体流9在液体表面上的冲击点扫过载体表面3同时保持液体5的中间层。由图1中11所示，液体5在相应的气体流9冲击点区域被排出。在区域11中仅存在一层非常薄的样品液体13膜。但是，气体流9冲击液体的结果是，薄层13区域中的液体得到很好的混合，从而使“分析物耗尽区”在此位置被局部打破并提供新的分析物与反应物相结合。由于区域11可在底面3的整个表面上被引导至任何感兴趣的位置，因此有可能在表面区域3上均匀分布供量增多的分析物。因此本发明的方法提高了单位时间内的结合效率，所述效率的提高与所需的孕育时间的减少相关，从而在免疫测试等应用中达到适当的测试效果。
图2示出了根据本发明的装置的非常简化的示意图，所述装置包括例如被设计成如隔膜泵从而产生空气流的空气泵15。连接至泵15的压力侧的气流传感器17被用以监测空气流并由此作为调节空气流的实际值变送器。在测试中，空气流大约为7毫升/秒被证明是有利的。
为了减少生物芯片1中样品液体的蒸发，空气加湿装置26对供给至喷嘴7的空气进行加湿。在图2所示的实例中，部分充有水的压力容器19被用于此目的。空气泵15传送的空气通过管线21被鼓入储水池23。然后这种湿气含量提高的压缩空气上升到容器储水池23之上的容器空间25中，接着通过管线27到达喷嘴7。然后这种加湿的空气从喷嘴7以气流的方式被吹到生物芯片1上从而达到结合图1所解释的效果。
在图2中，生物芯片1位于保持器30上，所述保持器30例如可以是通过马达驱动移动的托架。保持器30可进行移动，使得通过固定喷嘴7引导朝向生物芯片底部的空气流可以扫过生物芯片1上被固化反应物占据的载体区域。因此可以将保持器30设计成不仅可以进行如双箭头33所示的水平向前和向后的运动，还能以合适角度进行往复运动。
应当注意的是，喷嘴7根据需要可采用具有不同形状的出气口缝隙。因此不排除喷嘴具有例如近乎重叠生物芯片1整个宽度的狭长的出气口缝隙。在生物芯片相对于喷嘴7进行移动时的移动顺序可缩减为简单的前后移动。在图1和图2所示的实例中，气体流9几乎垂直地冲击液体。另一种选择是，在本发明范围内还可提供空气流相对于垂直方向倾斜一定角度冲击液体。
同样可能使用具有多个出口缝隙或是毛细管的喷嘴。因此在对该装置的测试中，使用包括两个平行的钢质毛细管的喷嘴且毛细管间隔开1.4毫米，内径为0.5毫米。毛细管长度为10毫米。该测试中喷嘴开口和样品流体表面间的距离为大约2毫米。生物芯片中样品液体的充注高度为大约1毫米。生物芯片的分析物敏感区域具有2.5×6平方毫米的面积。步进马达驱动装置被用于使位于喷嘴下的生物芯片以大约0.5赫兹的频率往复移动。
权利要求
1.一种检测液体(5)中的分析物的方法，其中所述液体在特别是具有固化反应物的载体(1)的区域(3)上进行混合处理，其特征在于，在混合处理时，液体(5)受到通过喷嘴(7)喷向载体表面(3)而以扫描的方式扫过至少一些载体表面区域(3)的气体流(9)的冲击。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气体流(9)是空气流，且特别是加湿的空气流。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气体流是惰性气体流。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，喷嘴(7)和载体(1)间产生相对运动，以便使气体流以扫描的方式扫过所述区域(3)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，具有大体上平的底面作为固化反应物的载体区域(3)的特别是槽形(1)的容器被用作样品液体(5)的容器。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，特别是，呈槽形的容器被用作样品液体容器，所述容器保持作为具有固化于其上的反应物的载体的固相微粒。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，具有一列反应物位于其上的独立区域的生物芯片被用作载体(1)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，连续的，基本上均匀的空气流被用于冲击液体。
9.用于实施根据前述权利要求中任一项所述方法的装置，其特征在于，用于保持至少一个载体(1)特别是生物芯片的保持器(30)，所述载体具有反应物固化于其上的底面或具有用于支承带有固化于其上的反应物的单独载体元件的底面，气体供应装置(26)包括至少一个向位于保持器(30)上的载体(1)底面喷射气体流的喷嘴(7)和一个用于在喷嘴(7)和保持器(30)间产生相对运动的驱动装置，从而使从喷嘴(7)中排出的气体流(9)以扫描的方式扫过至少一些底面区域。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，保持器(30)以可移动的方式进行安装并且驱动装置被设计用以相对于喷嘴(7)移动保持器(30)。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，喷嘴(7)以可移动的方式进行安装并且驱动装置被设计用以相对于保持器移动喷嘴。
12.根据权利要求9，10或11所述的装置，其特征在于，所述气体供应装置被设计用以产生要从喷嘴(7)排放的空气流。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述气体供应装置具有用于加湿空气的装置(19)。
14.根据权利要求9-13中任一项所述的装置，其特征在于，所述保持器被设计用以储存多个载体且每个载体分配至少一个喷嘴。
全文摘要
提供一种检测液体(5)中的分析物的方法，其中所述液体在特别是具有固化反应物的载体(1)的区域(3)上进行混合处理，其中在混合处理时，液体(5)受到通过喷嘴(7)喷向载体表面(3)而以扫描的方式扫过至少一些载体表面区域(3)的气体流(9)的冲击。本发明还涉及用于实施该方法的装置。
文档编号B01L3/00GK1707264SQ20051007813
公开日2005年12月14日 申请日期2005年6月13日 优先权日2004年6月11日
发明者K·-H·曼, T·迈尔, F·菲特 申请人:霍夫曼-拉罗奇有限公司