专利名称：液体光度测定法的改进的制作方法
技术领域：
本发明涉及光度测定、分光光度法、荧光测定、荧光光谱测 定及类似的领域，以及它们在对液体和溶液的光学定量和/或表征 中的应用。
本发明尤其涉及工作在微升和微微升容量范围的超低容量设 备。这种设备特别适用于包括核酸或蛋白质的生物工艺学样品的 测量，能令人满意的将样品损耗和/或交叉污染保持到最低。
背景技术：
液体，混合物，溶液和反应混合物常常使用光学技术来进行 表征，如光度测定、分光光度法、荧光测定或荧光光谱测定。为 了表征这些液体的样品，通常将液体盛放在一个被称为存贮单元 或比色杯的容器中，该容器的两个或更多面具有光学性能并且允 许那些用于表征容器中盛放的液体的波长通过。
在光度测定或分光谱测量的情况下，最通常寻求的值是样品
的吸光度A,被定义为 A=-log T,
其中，T是透光率，或者 A=log(l/l. sub. 0)
其中，1. sub. O是光线透过空白样品(一个包含被测样品之
外所有成分的样品或一个吸光度已知可被忽略的具有与那些被测 量的样品相同的光学性能的样品)的程度，l是光线透过被测样品的程度。通常情况下，吸光度的值在一个存贮单元或比色杯中
用1 cm波程长度进行测量。
朗伯定律表明，当平行光束(所有光线近似平行)通过具有 均匀浓度的均一溶液中时，其吸光度与通过溶液的波程长度成比 例。对于两个波程长度X和Y,
(吸光度x) / (吸光度y)=(波程长度x) / (波程长度y)
合理地，吸光度可以通过lcm之外的波程长度进行测量，并 且吸光度可以被校正成波程长度等同于lcm的波程的值，该值可 以更容易与其他分光光度测量计测定的数据进行比较。但是，通 过将液体盛放在容器中，例如石英比色杯，以建立一个具有已知 波程长度的被校准的光学波程并不适用于微升容量〈10ul的液 体，这被认为是困难和昂贵的。
当处理从1到IO微升的非常小的样品容量时，很难制造出足 够小的用于^皮填充的并允许工业标准的lcm光学波程应用的存]3i 单元或比色管。对这些存贮单元或比色管进行清洗以用于使用另 一样品也是很困难和/或耗费时间的。
最近出现的被设计为与光纤一起使用的小分光光度计使得以 前认为不可能的分光光度测量几何学成为可能。
已有技术W0 01/14855 Al包含了多个用于提供低容量仪器的 例子。 World Precision instruments, Sarasota, Fla.，提供了 多个零件，通过这些零件可以建造一台约$3000的处理小于20微 升的仪器。这种仪器使用一根尖端直径为1.5毫米的光纤浸透探 针(Dip Tip. RTM)和孩i型光纤分光测定4义和F- 0-lite H光源。通 过氘光源(D2Lux)可以构造一个紫外分光光度计。
美国专利，Gross等人，专利号4,643, 580,批露了一种光度 计头，这种光度计头内有一个接收和支持小测试容量的壳体。在所述壳体内放置有一光纤发射器和接收器，以使液滴可以悬浮在 两端之间。
McMillan,在美国专利号4， 910, 402中，批露了设备，在 设备中注射器将液体滴在两个固定纤维之间的间隙，并且由LED 激光器产生的红外脉冲通过液滴进行反馈。对与液滴和发射光之 间的相互作用相关的输出信号进行分析。
Ocean Optics, Dunedin, Fla. 34698 />司提供了4吏用大约2 微升样品量的 一种用于微升容量样品的分光移液管。光学携带光 向下穿过活塞往复于样品之间。移液管的顶部包括 一 个专有的微 量取样单元，该微量取样单元作为一个含水样品溶液的光学波导
与本申请相关的所有已知申请如下: 美国专利文献
42868811981.9
46435801987.2Gross等
49104021990.3McMi1lan
57394321998.4Sinha
59262621999.7Jung等
66283822003.9Robertson
680983262004，10Robertson
世界知识产纟又组织专利文献
W0 01/14855 2001. 3 Robertson 其他参考资料
世界精密仪器实验室设备目录Sarasota, FL,美国，114-115117-118页(World Precision Instruments Laboratory Equipment Catalogue Sarasota, FL， US ppll4-115 117-118)
用于1-crm比色管的海洋光学比色管固定器，FL，美国，1-4 页(Ocean Optics Cuvette Holders for l-crm Cuvettes Dunedin， FL， US pp. H.)
上述这些中的每一个对于克服如何处理非常小的样品容量问 题给出了教导，但没有一个真正地致力于领域内工作者的实用需 要，即，如何克服上述略述的移液管和比色杯已知的使用缺陷。 罗伯逊(Robertson)类型的解决方案都非常好，但这些解决方案 都不论及这些实用问题。它们仅仅导致构建现在已建立原则上的 相对静态的不适用工作的设备；而研究学家真正需要的不是这些 原则的再次声明，而是新颖、简单、立即可用的-在实际应用情况 下-使成为可能的对微量取样技术的方式的优化。
发明内容
为了这一目的，本发明使用一个移液管尖端作为微升或低于 微升容量液体样品的盛放容器。这种移液管尖端提供了 一种简便 的装置将样品限制在光分析仪器的分析区域内，并穿过一个固定 且已知的距离(波程长度)执行必要的测量。移液管尖端避免了 将样品转移到另一个用于测量的容器中，如石英比色杯，因此简 化了步骤，并且降低了样品和使用者污染的危险。移液管尖端的 使用为进一 步处理而进行样品恢复提供了 一个方便容器。该移液 管尖端通过减少样品暴露在空气中来減少样品的蒸发速度。 本发明的保护范围定义在权利要求中，如原始提交如下 1、 一种移液管尖端，适于对包含在其内的相对小容量，如从l到IO微升的液体进行光度测定或分光光度分析，并且在使用中
适于很容易地与移液管筒连接或分离。
2、 根据权利要求1所述的移液管尖端，其特征在于，移液管 尖端的外部具有棱紋，以帮助它连接到所述移液管筒上和从所述 移液管筒上分离。
3、 根据权利要求2所述的移液管尖端，其特征在于，具有一 个以上的棱，且至少所述某些棱沿着棱区域的表面轴向伸展。
4、 根据前述任一权利要求所述的移液管尖端，其末端区域具 有均一的0. 25mm的壁厚，该末端区域位于远离使用时与移液管筒 相配合的末端区域一端。
5、 根据权利要求4所述的移液管尖端，所述的具有大致地均 一壁厚的末端区域占据移液管尖端整个长度的大约三分之一到二 分之一。
6、 根据权利要求5所述的移液管尖端，均一壁厚区域的最后 五分之三大致地具有相同的内径和/或外径。
7、 一种设备，包含一种前述任一权利要求所述的移液管尖端， 所述移液管尖端与移液管相结合并适于配合协作，以用于光度测 定及分光光度分析中。
8、 根据权利要求7所述的设备，其特征在于，包括用于将移 液管尖端及其样品固定在一光程内的装置，以对穿过尖端并因此 也穿过样品的发射光进行传输和测量；以及包括允许移液管尖端 与设备连接或从设备分离的装置，以允许不同样品的替换和分析。
9、 根据权利要求8所述的设备，其中，必要的发射源装置和 接收装置形成使用中环绕移液管尖端的样品容纳区域的一个基本 上连续的表面。
10、 对液体进行光度测定、分光光度测定、荧光测定、荧光光镨测定分析的方法，所述液体包含在前述任一权利要求所述的 设备中，所述方法使用权利要求1所述的移液管尖端。
图1、图2和图3显示了实现本发明一方面的移液管尖端的 结构及使用配置图，图l与图2和图3相比具有更小的绘制比例, 图2和图3的每个图以相同的整体比例绘制；
图4所示为使用中的作为液体分光度测定分析设备一部分的 移液管尖端；
图5是仅作为举例的由目前优选的特殊材料制作的移液管尖 端的一张显示光学传输性能的图表。
具体实施例方式
本发明具体化为一种光度测定、分光光度测定、荧光测定或 焚光光谱测定的液体分析的光学仪器，液体包含在一个可任意使 用的一皮固定在基本平行且相距一 已知距离(移液管尖端固定器) 的两表面之间的移液管尖端内，其中，样品液体盛》文在移液管尖 端。至少有二个光纤穿透平行的表面。 一根光纤是源，另一根是 接收器。通常每一表面包含一根光纤。这些光纤被同轴且垂直安 装在平行的限制表面。表面的形状适于限制移液管尖端以使被限 制的移液管尖端位于埋在表面内的光纤的光程正中。表面可以被
加工成围绕移液管尖端的一个圆柱形表面。后续:探测时，移液管 尖端可以从移液管尖端固定器中移出。
为了某些应用，可以将光纤替换为微型源如发光二极管
(LEDs)、探测器或具有滤光器的探测器。典型地具有小发射区域 的二极管可以替代源光纤，具有相关的滤光器的小固态探测器可 替代接收光纤和分光仪，如那些用于成像的颜色电荷耦合装置(CCDs)。
优选实施例的介绍
目前的分光镜协议要求样品
i) 从盛》文的试管中吸出
ii) 被分发到比色杯容器内
iii) 被吸出比色杯外
iv) 被分发回盛》文的试管内。
本发明基于使用 一个与标准的移液管一起使用的用完可丟弃 的移液管尖端，以作为一种吸出液体的方法，用于后续的在相同 的移液管尖端内的检测，以及随后的通过标准移液管分发步骤使 所述样品完全恢复，即，使用一个用完可丟弃的移液管尖端作为 盛放容器，用于对样品内分光特性的变化进行感应和/或探测。
移液管尖端是一个新型的平台，能够使使用者吸出、分析和 分发 一 个特定样品而不用转移到 一 中间反应容器中。
液体样品容纳在 一 个固定在两表面之间的移液管尖端内。
典型的但不限于紫外区的发射光通过光纤从系统发射出来， 随后透过移液管尖端的管壁并穿过液体样品，通过第二根光纤或 光导管收集发射光并发送到分析光度计或分光仪上。
通过将一激发滤光器加到光源中(未显示)以及将发射滤光器
光，可以对样品的荧光级别进行测量。因此，荧光的级别将直接 地依赖于光纤之间的光程的长度。也可以通过围绕着收集光纤的 纤维对样品进行激发。就分光计或其他采集样品所产生光的探测 器来说，这减少了去除高级别的激发波长的需要。将样品装载入带有移液管装置例如10或25微升的Gilson Microman移液管的移液管尖端中。当足够多容量进入移液管尖端 时，将形成一条直径与移液管尖端内径相同的液柱。这个距离是 常数，并定义为波程长度。在移液管尖端夹持物的管壁内埋设的 光纤光缆是典型的工业标准SMA光纤连接器的末端。对于多数 SMA连接器，近似1毫米的末端直径可被用于有效地测量穿过具 有相同或更大内径的移液管尖端的发射光线的传输性能。
通过使用空白样品，缺少要分析组分的样品，可以用透光光 强度的差别根据下面的公式对样品进行表征
A=-log(l/l.sub.O;)
其中，l.sub.O是通过空白样品，即不含有要分析组分的样品的透射光
强度，l是透过样品的光的强度，A是根据比耳定律(Beer's law)与被分 析成分的浓度相关的吸光度的值。
因此，与一个空白样品相比，被分析关心的成分的浓度可以直接由 吸光度A确定。
将两个或更多的光度测量设备组合成一整体来同时测量多个样品。 这样一种多平;f亍光度计系统可以与一个多移液管自动系统，如Packard
Instrument Company, Meriden, Conn乂i^司制造的MultiPROBE II—起寸吏 用。
通过使用具有不同内径的移液管尖端，可以用不同的吸收波程对样 品进行测量。对不同内径的不同尖端内的样品进^f亍测量，能获得不同波 程长度的吸光度测量结果，可以用波程长度的差异结合透射强度的差异 来计算样品的吸光度。这在样品具有很强的吸收能力时具有重要的价值， 与处于测量位置的设备的绝对波程长度相比，波程长度的差异可以更精 确地被确定。测量首先从一个相对长的波程长度开始，然后采用一个相对短的波程长度。然后，从一个或多个较长波程长度的吸光度中减去较 短波程长度的吸光度来获得样品的吸光度。
详细的结构
这些具体实施例显示了一种移液管尖端的使用，该移液管尖端有高 光学质量并且允许那些对于表征包含在其中的液体所必需的光波通过。
这些具体实施例使使用移液管尖端成为可能，移液管尖端通过使用 一种可分离的移液管设备进行分配和吸入，可分离的移液管设备可以或 不需使用 一个位于移液管内和/或一个位于移液管尖端内且与移液管尖端 一体的活塞。
这些具体实施例也预想使用 一种移液管尖端，该移液管尖端可以在 样品分析过程中附着在移液管顶部或在后面的分析中^皮再附着在移液管 设备，因此提供了一种为后续应用和操作而恢复样品的装置。
如图1所示，移液管尖端1 H皮设计成一个位于移液管尖端的固定器12 末端的封闭的密封配合。依照特定应用的移液管的制作方式，配合可以 在推入配合和压配合之间变化，但是优选地，大郜分实际用途中该配合 为牢固的推入配合。
如图2延轴向的横截面所示，移液管尖端1 l在视觉上可以被划分成从 区域a至e的一个轴向连续。但是它被构造成一个整体的单元，在这种情 况下，它不是由通常的聚丙烯材料(这种材料不适用于包括那些依靠检 测紫外波长的大多数的光谱测量)制成，而是由一种材料制成，该材料 具有适于成型为一个10UL的移液管尖端的合适特性、并额外具有能够在 理想的20nm到900nm范围内传送发射光线所必须的合适的光镨特性。这样一种合适的材料是Ticona^^司的目前上市的名叫TOPAS 8007 x IO的环烯烃共聚物。这种材料的公开特性在本说明后面的附录中给出， 且在图5中以图表方式对该材料的分光度测定用途的传输性进行说明。
当移液管尖端ll与固定器12的接收端配合时，移液管尖端ll的截面 提供导入口 (lead-in)。如图所示它内部逐渐变细。它外部也逐渐变细， 亦如图所示，在这个特殊的实施例中它是有棱紋的。
棱被相等地沿圆周放置在区域a的外表面上，在图中标记为13。在这 种特殊的实施例中有6个棱，此外在这种特殊的实施例中，长度a的最末 端的外部区域以直径扩大的部分14结尾。
移液管尖端11的下一个长度区域b外部逐渐变细，但内部只是逐渐以 一个非常轻微的程度减少。如图3所示，这一区域在固定器12的末端渐进 形成一个密封的配合，它可以是粗糙的或者为增强渐进配合而经过处理的 内表面。
轴向地顺着移液管尖端ll前进，下一个区域c有固定的壁厚且内部和 外部同等地逐渐变细；下面一个区域d具有同样的特点，但从图2中可以 清晰地看到这个区域的壁厚略微小于区域c部分的壁厚。
移液管尖端的最后区域e具有固定的内外径。它具有与区域W目同的 壁厚。这个薄壁区域d-e的平均值是0.25mm,整个末端13的表面结尾-特 别是区域e的结尾-是一个光滑具有高光泽的光学透明的结尾，与区域e的 相对地最小壁厚一起，在使用时提供最佳的发射光传输。
固定器-或移液管筒-12将适当地被制造，它的详细细节可以由本说明 书的预期的技术熟练的读者获得。但是图4所示为本发明具体化的，与移 液管尖端ll一体化的分光谱测量设备。移液管尖端固定在两表面之间， 其中一表面包含光度测定或分光谱测定源，另一表面包含光度测定或分 光谱测定探测器，建立的光程穿过两表面之间的移液管尖端的壁和样品。正如上面所提到的，移液管尖端最终具有足够高的光学性能以允许那些 用于表征包含在其中的液体的光波通过。
任何在本领域的熟练技术人员和本领域技术知识范围内的修改都是 显而易见的，^f旦读者可以通过重新阅读本发明前面所例举的正式公开信 息的现有技术以获得所需要的进一步的背景资料。
一旦成功的将本发明投入实践，在0.1到2mm范围的样品波程长度可 被用于产生吸光度值，所述吸光度值可以很容易的校正成等同于工业标 准lcm光程的值。
这样本发明已经被充分、清楚、简要和准确的描述，使得所属技术 领域的专业人员能够制造和使用。很明显，所属技术领域的专业人员在 不脱离附加权利要求所限定的本发明的原理和范围的情况下，可以对发 明所述实施例的部件进行变化、改变、等同替换。
附录
TOPAS 8007X10 | COC| Unfilled | Ticona
说明
环烯烃类共聚物(非晶态，透明)
HDT/B为75 degC.的特级。该等级在紫外光语范围内提供独特的高的透光 率。
UL-认证的厚度超过UL 94 HB的1.5mm。
应用范围所有在紫外范围内需要高透光率的应用，如DNA分析，微量 滴定板，比色杯。抗辐射和ETO杀菌。
符合USPV1级、FDA以及欧洲BgVV标准
物理性质值单位测试标准
密度1020 kg/m3ISO 1183
体积流动指数(MVR)32 cm3/10minISO 1133
MVR测试温度260 °CISO 1133
MVR测试载荷2.16 kgISO 1133
吸水率(23。C-sat)0.01 %ISO 62
机械性质值单位测试标准
拉伸弹性模量(lmm/min)2600 MPaISO 527-2/1A
拉伸屈月良应力(50mm/min)63 MPaISO 527-2/1A
4立伸屈月艮应变(50mm/min)4.5 0/oISO 527-2/1A
拉伸断裂应力(50mm/min)32 MPaISO 527-2/1A
拉伸断裂应变(50mm/min)>10%ISO 527-2/l.A
简支梁抗冲击强度@ 23°C20 kj/m2ISO 179/1 eU
简支梁缺口抗冲击强度@ 23 °C2.6 kj/m2ISO 179/1 eA
热性质值单位测试标准
玻璃化转变温度(l 0 °C /min)80°CISO 11357-1，-:
热变形温度(DTUL)(g 1.8MPa68 °CISO 75-1/-2
热变形温度(DTUL )@ 0.45 MPa75 。CISO 75-1/-2
维卡软化温度B50 (50°C/h 50N)80°CISO 306线性热膨胀系数(平行) 0.7 E-4厂C
可燃性@1.6mmnom. thickn. HB级
检测厚度(1.6) 1.6 mm
UL认证(1.6) UL-
ISO 11359-2 UL94 UL94 UL94
电性质
相对介电常数-100Hz
体积电阻率
相比漏电起痕指数CTI
值单位 2.35-
>lE14 0hm*m >600-
测试标准 IEC 60250 正C 60093 IEC 60112
光特性
透光度 折射指数
值单位
91%
1.53-
测试标准 内部(internal) ISO 489
试件生产 操作条件acc. ISO 注射成型熔化温度 注射成型成型温度 注射成型流动前沿流速 注射成型保压压力
值单位 7792-2 -230 。C 50°C
lOOmm/s 40 MPa
测试标准 内部 ISO 294 ISO 294 ISO 294 ISO 294
流变计算性质
熔体密度
熔体热传导率
熔体比热容
值单位
898 kg/m3 0.19W/(mK) 2550J/(kg K)
测试标准
内部 内部 内部附加技术信息目前可以通过拨打以下电话号码获得欧洲+49 (0) 693 051 6299 美国+1 908 598-45 169。
权利要求
1、一种移液管尖端，适于对包含在其内的相对小容量，如从1到10微升的液体进行光度测定或分光光度分析，并且在使用中适于很容易地与移液管筒连接或分离。
2、 根据权利要求1所述的移液管尖端，其特征在于，移液管尖端的外部具 有棱紋，以帮助它连接到所述移液管筒上和从所述移液管筒上分离。
3、 根据权利要求2所述的移液管尖端，其特征在于，具有一个以上的棱， 且至少所述某些棱沿着棱区域的表面轴向伸展。
4、 根据前述任一权利要求所述的移液管尖端，其末端区域具有均一的 0.25mm的壁厚，该末端区域位于远离使用时与移液管筒相配合的末端区域一。
5、 根据权利要求4所述的移液管尖端，所述的具有大致均一壁厚的末端 区域占据移液管尖端整个长度的大约三分之一到二分之一。
6、 根据权利要求5所述的移液管尖端，均一壁厚区域的最后五分之三大致 地具有相同的内径和/或外径。
7、 一种设备，包含一种前述任一权利要求所述的移液管尖端，所述移液管 尖端与移液管相结合并适于配合协作，以用于光度测定及分光光度分析中。
8、 根据权利要求7所述的设备，其特征在于，包括用于将移液管尖端及其 样品固定在一光程内的装置，以对穿过尖端并因此也穿过样品的发射线进行传 输和测量；以及包括允许移液管尖端与设备连接或从设备分离的装置，以允许 不同样品的替换和分析。
9、 才財居权利要求8所述的设备，其中，必要的发射源装置和接4錄置形成使用中 环绕移液管尖端的样品容纳区域的一个1^^上连续的表面。
10、 对液体进行光度测定、分光光度测定、荧光测定、荧光光镨测定分析的方法，所述液体包含在前述任一权利要求所述的设备中，所述方法使用权利 要求l所述的移液管尖端。
全文摘要
一种光度测定或分光光度测量的设备和方法，其中，样品被容纳在一个被固定在两表面之间的移液管内，其中一个表面包含一光度测定或分光光度测定源，另一个表面包含一光度测定或分光光度测定的探测器，穿过移液管尖端的壁和穿过所述两表面之间的样品一个光通道被建立。使用一种用完可丢弃的移液管尖端，该移液管尖端可以在样品分析过程中与移液管相连接，或在随后的分析中与移液管装置再次连接，移液管尖端的使用为后续应用和操作提供了一种恢复样品的装置，并且尤其能够对小容量样品进行分析。
文档编号B01L3/02GK101310171SQ200680042663
公开日2008年11月19日 申请日期2006年11月15日 优先权日2005年11月15日
发明者乔纳森·雷德芬 申请人:乔纳森·雷德芬