从复杂生物液样品的液体组分中分离成形组分的方法及装置的制作方法

专利名称：从复杂生物液样品的液体组分中分离成形组分的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于从生物液体样品的液体组分中分离成形的组分，以便易于用光学仪器研究成形组分的装置及方法。更具体一些，本发明涉及一种装置和方法，其产生成形的组分，并将该组分放置在装置的一个平面上，该平面与光学仪器的焦平面一致。
复杂的生物液体样品中的成形组分通常从样品的液体组分中离析或分离出来，以便能仔细研究成形的组分。流动血细胞计数是一种用于鉴别像血液样品中的血细胞这样的成形组分的技术。采用这一技术，可以将血液中的各种类型的血细胞和其它的成形组分彼此区别开，并可以对其进行计数。在进行这一程序时，血液样品在通过流动血细胞计数器之前必须被稀释。上述流动血细胞计数技术不能实现对血液样品中的细胞或其它成形的组分进行静止地观察。这种技术不能有效地用于检查血液样品中的罕见的情况，除非使样品经过像由挪威的Dynel提供的磁粉球富集工序这样的富集工序。
在美国专利4027660和在授予Robert A.Levine和/或Stephen C.Wardlaw的其它专利中描述了用于鉴别并统计抗凝纯血样品中的白血细胞和血小板的第二种技术。此技术利用了具有设在其中的长形插入物的毛细管。将血液样品混以像吖啶橙这样的染色剂，并在毛细管中对其进行离心分离。白细胞与血小板在管子中在浮游物与管壁之间沉积，以致白血细胞与血小板层被以10左右的倍数拉长。细胞与血小板层的拉长使人能通过测量相对的细胞层界面间的距离并将测量结果转换成细胞计数而确定管子中的不同的白细胞和血小板计数。此第二种技术也不能观察血液样品中的单独的血细胞。
专利证书USSN 08/976886的共同待审的申请描述了一种方法，它用于分析抗凝纯血样品，分析其中有无异常的上皮细胞和/或血液原始细胞。该方法包括，将纯血样品放在一透明的、包括一插入物的样品管中，该插入物在样品管中占据足够的体积，以便在样品管子中在插入物与管子之间形成一轮廓分明的环形区，可在其中对单独的细胞进行离析并考察。在放大至少100倍的情况下对样品管的轮廓分明的区域进行观察，从而可在其中考察单独的细胞结构。如同所指出的那样，在考察离析出来的细胞之前，上述方法需要对样品管中的血样品进行离心分离。
可对多组分流体样品进行离心分离，以便使样品的液体成分与样品中的成形的组分分离开。此技术常用于尿分析。在含有细胞或其它粒子的生物液体样品中，粒子将靠重力单独从液体组分中沉积出来。而细胞与粒子还将根据其具体的比重而彼此分离。在样品被离心分离以后，样品的液体和成形组分的份额彼此分离，并且对其中一个或另一个进行进一步的分析。
在尿分析的情况下，在完成离心分离时，浮在上面的液体的90％～95％被慢慢倒出或弃去，细胞与粒子重新在少量的剩余的液体中悬浮，并将其放在一个腔室中或放在显微镜载片上，以便考察。应当知道，采用离心分离技术考察各种类型的细胞或粒子是费时的，并且在技术人员方面要求有相当好的技巧。由于样品成分在离心分离时的损失或破坏，而且，在尿分析的情况下，由于慢慢倒出和重新悬浮步骤的不精确，此技术也并不精确。
成形的组分也可以通过过滤而从一生物液体样品中分离出来。采用这一技术，要迫使液体样品流经一过滤器，该过滤器具有能防止一定尺寸的成形组分从其通过的微孔尺寸。因此，如果在样品中存在的目标成形组分的尺寸是已知的，则可以选择一合适的过滤器，以用于从样品中分离出该目标组分。一旦成形组分被捕集在过滤器上，就可将它们取下并进行培养或进一步地分析。此技术所遇到的问题包括各种过滤器的费用、需要知道目标成形组分的尺寸、迫使样品流经过滤器所需要的管路系统、和过滤器堵塞的可能性。
可以通过离心分离和/或过滤而从溶液中分离出来的成形组分包括生物液体中的微生物、尿中的成形物(casts)、除去血液以外的体液中的体细胞和血细胞、孢囊、通过擦刷、抽吸或刮削得到的、已经放在液体介质中的细胞样品中的细胞、存在于大便样品中的卵和寄生虫、和抗凝纯血中的癌上皮细胞和血液原始细胞。
如同在上面指出的那样，用于从生物液体样品的液体组分中分离成形的组分的已知技术全都包括样品的离心分离或样品的过滤。最好是提供一种用于从静止的生物液体样品的液体组分中分离出比较罕见的成形组分的技术，该技术按静止的方式进行操作，价廉，不需要采用像离心机、液体管路和过滤器这样的昂贵的附属用具，并且不需要利用有高度的专业知识和经验。
本发明涉及一种方法和装置，用于从含水液体样品混合物的液体组分中分离出成形的组分。可选的含水样品混合物包括尿、脑脊髓液、胸膜液、腹液、从像甲状腺孢囊和胸孢囊之类的孢囊中吸出的液体、已经置于液体中的细胞样品、大便样品中的含水悬浮物、富含血小板的血浆样品、事先准备好的含水细菌生长混合物、及类似物。
本发明的装置包括一样品腔室，该样品腔室有透明的样品观察部分并包括一平的、能在存在含水介质时膨胀的可膨胀的壁；这种壁在按照现有发明通过加入含水溶液而膨胀时是一种水凝胶。在膨胀之前，介质可能包含一定量的(低于介质的平衡能力)的含水溶液，从而使介质能够进一步水合并膨胀，或者，介质也可以是一种干凝胶，也就是说，一种干的聚合结构，它在吸水时成为水凝胶，在该过程中胀大。为了简单起见，在本申请中所用的术语“水凝胶”意图包括从干燥状态至完全胀大的平衡状态的任何结构的水溶胀的聚合物基体。有水凝胶层的壁设置在样品观察部分的对面。水凝胶层有恒定的厚度，因而最靠近所述腔室的样品观察部分的水凝胶层的表面是平的。当将装置用于分析一样品时，腔室中灌以一定量的要考察的样品，该样品沉积在水凝胶层的上部。样品腔室有已知的体积，有吸水能力的水凝胶层的体积是这样的，即，当进一步水合时，它将基本吸收样品中所有的水，并大体上使样品腔室充满水凝胶。
在将液体样品加入腔室中以后，水凝胶将朝所述腔室的样品观察部分膨胀，直至所述腔室大体上完全被膨胀的水凝胶填满。当水凝胶层胀大时，最靠近腔室的样品观察部分的膨胀的水凝胶的表面将保持为平的。生物样品的含水组分将被吸入至水凝胶中，从而使水凝胶膨胀或胀大。当水凝胶膨胀时，包含在样品中的任何的成形组分都将被收集在水凝胶的移动的平面上，并在水凝胶继续膨胀时按原位保留在水凝胶的所述表面上。当水凝胶达到其最终的膨胀体积时，样品中的所有液体组分基本上都将被吸入水凝胶中，而样品中的所有的成形组分都将被收集在水凝胶的表面上。由于水凝胶的收集表面保持为平的，并且最好压靠在腔室的样品观察部分上，因此，样品中的被收集的成形组分将固定在一平面上，而可使该平面占据用来考察所收集的成形组分的仪器的焦平面。存在于样品中并被收集在再水合的水凝胶表面上的各种成形组分可以通过分析物-专用试剂而有区别地突出来，从而使不同的成形组分可以彼此区别开来。也可以将成形组分染色，从而可以在水凝胶表面上对其进行形态学地考察。也可对各种有区别地被突出出来的成形组分进行计数。由于加在腔室中的样品的体积是已知的，故可以导出样品的每单位体积的成形组分的数量。在水凝胶表面上的成形组分的离析与浓缩也可以允许从水凝胶表面上获得特殊的成形组分，以便进一步分析所获得的组分。可以用像显微镜这样的光学扫描仪或光学差分仪来对本发明的装置进行观测。
因此，本发明的一个目的为提供一种方法与装置，以用于得到与静止的生物液体样品中所含的成形组分有关的信息。
本发明的另一目的为提供一种具有所述特征的方法和装置，其中，样品中的成形的组分被收集在设置在样品容器中的膨胀的水凝胶的平面上。
本发明的又一目的为提供一种具有所述特征的方法和装置，其中，样品中的液体组分有效地使设置在样品容器中的有吸水能力的水凝胶层膨胀。
本发明的又一目的为提供一种具有所述特征的方法和装置，其中，膨胀的水凝胶的平面形成用于光学考察仪器的焦平面，该仪器和样品容器一起使用。
本发明还有一个目的，即提供一种具有所述特征的方法和装置，其中，当水凝胶在腔室中膨胀之后，可从水凝胶的平面上获得成形组分的单个部分。
本发明的又一目的为提供一种具有所述特征的方法和装置，其中，可以导出样品的单位体积的目标成形组分的数目和类型。
当结合附图时，本发明的这些和其它目的以及优点将从对本发明的实施例的详细描述中变得更清楚。在图中

图1是样品分析容器的示意剖视图，该容器包括一样品接纳腔室，该腔室在其壁上具有有吸水能力的水凝胶成份；图2是图1所示的这类容器的剖视图，其中，水凝胶涂层已经膨胀，以致大体上填满腔室；图3是图1和图2的容器的示意平面图，它示出了一组被收集在腔室中的膨胀水凝胶上表面上的样品的成形组分；以及图4是样品腔室中样品的初始视场的复合图像和样品的同一视场的后续图像。
现在参看附图。图1是样品容器的示意图，整体上用数字2代表该容器，该容器2包括一个由侧壁6和平的底壁8界定的腔室4。在腔室4的底壁8上设置一个用最好是透明的或半透明的水凝胶9做的等厚层。一种合适的水凝胶包括“PHYTA”凝胶，该凝胶是由己四醇醛酸、鼠李糖和葡萄糖形成的一种水凝胶。它是透明无色的，因此它是用于成形组分的检查中的一种好材料。此水凝胶是Sigma Diagnostics的产品。
其它合适的水凝胶包括聚氧化乙烯、聚(氧化乙烯与氧化丙烯的共聚物)、聚(乙烯吡咯烷酮)、聚(乙烯醇)、聚(丙烯酰胺)、聚(醋酸乙烯酯)、聚(丙烯酸)(以Na+的形式)、聚(丙烯酸与丙烯酰胺的共聚物)(以Na+的形式)、聚(丙烯酸)(以Na+的形式)、聚(甲基丙烯酸)(以Na+的形式)、聚(甲基丙烯酸与丙烯酰胺的共聚物)(以Na+的形式)、聚(丙烯腈与丙烯酰胺的共聚物)、聚(丙烯酸羟乙酯)盐；聚(甲基丙烯酸羟乙酯)；和亲水的聚(氨基甲酸酯)。
水凝胶层9的顶面10是平的，映出腔室4的平的底壁8。设置在腔室4中的水凝胶层9的体积是这样的，即，当水凝胶9从加在腔室4中的样品中吸收水分时，它将大体填满该腔室4，并且将基本吸收掉样品中所有的水分。腔室4最好备有透明的部分12，该部分12可采取显微镜覆盖载片的形式，它提供了一窗口，通过该窗口可以观察到水凝胶9的顶面10。在水凝胶表面10上可预先放置多个可识别的成形体14，以用于在水凝胶9如图2所示膨胀之后，使光学仪器16能聚焦在水凝胶9的顶面10上。
成形体14执行三种功能，其一为，使光学仪器16能聚焦在水凝胶表面10上；第二为，当仪器16不能感知表面上的任何其它的成形组分时，确定表面10的位置。在后一种情况，仪器16将记录下所分析的样品不含有任何的成形体。成形体14的第三个功能为用作光学记录点或导航点。当其中所要进行的样品分析需要在一段时间内重复考察腔室的多个区域时，此功能是有用的。由于多数分析仪器不能精确地重新定位表面上的已知点，而是只能大致地重新定位，故可以用任何特定区域中的预成形体的位置图来重新对齐同一区域的后续图像，以便可以在一段时间内都可以进行该区域中的连续的比较性测量。
图4示出了成形体14的前述重新对齐的应用。要注意，图4示出一特定的视场，其中存在许多成形的组分B。该视场还包括三个成形体14，它们恰巧按三角形模式排列。用扫描仪使该视场成像，而此视场的X、Y座标的位置将被仪器记录下来。假设将仪器设计成由于某种原因而回到此特定的视场，则其就要利用所记录下来的X、Y座标而回到所研究的视场。当仪器回到所研究的视场时，它不能精确地复现成形组分B的位置或成形体14的位置，这样，成形体在重新成像的视场中的位置可能像图4用虚线所表示的那种位置，该位置用数字14’代表。然后，仪器就将重新成像的成形体14’的位置与原来的成形体14的位置相比，并通过使成形体14’的重新成像的位置与成形体14的原来的成像位置叠加，而用原来的视场调节重新成像的视场。用这种方式，就可以用成形体14和它们在一个视场中的位置进行导航而回到相同的视场图像。应当认识到，成形体14是随机地分布在整个样品中的，因而在一特定的视场中所见到的成形体14的任何模式对该视场都是唯一的。可以用来考察样品的仪器可以与在共同待审的于1999年2月23日提出的美国专利申请USSN 09/255673中所示并描述的仪器相似。
图3示出了可以在尿样品中发现的一种典型的成形体，按照本发明对该样品进行分析。对焦体14示于图13中。例如在水凝胶9的表面10上可以看到被收集的成形组分例如细菌A、红血细胞B、成形物C、以及结晶体D。应当认识到，可将某些单独的组分A、B、C或D有区分地染色或用其它方法突出出来；可将超活体的染色剂用于样品中，以便能进行某些组分的形态学考察；而且可以从水凝胶表面10上取下单独的组分，以用于进一步考察。一旦有一种组分被仪器16识别出，就可以知道该组分的准确位置，而且该位置不会改变，这样，就可重新定位所研究的组分。
制备样品腔室以便用于样品分析的一种方法如下。将空的样品腔室充以至少部分地水合的水凝胶，以使水合的水凝胶的上表面是平的，并且是与腔室盖12下表面的平面共平面的。然后可将如此填充的腔室组件放到一个使水从水凝胶中蒸发的环境中，以使腔室中的水凝胶层收缩，并使水凝胶成分的上表面向下移动而离开盖12的下表面。然后，将用于分析成形组分的含水基样品的等分试样送入样品腔室，送至收缩的水凝胶成分上，然后，水凝胶通过从样品中吸收水而膨胀回到其原有的体积。这样，重新膨胀的水凝胶成分的上表面就推靠在盖12上，从而将样品中的任何被收集的成形组分移入与盖12的下表面一致的焦平面中。在将样品加到收缩的水凝胶上之前，可将成形体14放在收缩的水凝胶的上表面上。
可以用于制造样品腔室的另一种方法如下。当用“软的”(即部分地水合的)水凝胶作为水的吸收剂时，可以不必使这些软的水凝胶就地在样品腔室中部分地脱水。可以在样品腔室的外面预先制备它们。例如，可以由水凝胶片切成水凝胶盘，并将切好的胶盘放在腔室的底部，以使它们粘附在腔室的底部。在任何情况下，水凝胶都必须能够基本吸收样品中所有的水，并且必须不能在胶膨胀时将盖12顶起而使其离开腔室。
应当认识到，本发明的方法和装置提供一种用于考察某些生物液体样品中的成形组分的廉价的技术。可以使可能在样品中存在的不同的成形组分彼此区分开来，可以由该装置获得这些成形组分并对其进行计数。可以通过使亲水的水凝胶吸收液体组分而使样品中的成形的组分与样品的液体组分分离，该水凝胶未处于其含水平衡状态，故能进一步水合该水凝胶。在水凝胶的进一步水合时，样品中的任何的成形组分都可以被收集在水凝胶的膨胀表面上。
由于可以在不脱离本发明宗旨的情况下对本发明所公开的实施例进行很多的改变和变型，故在所附的权利要求书所要求的内容之外，不打算对本发明作限制。
权利要求
1．用于考察包含在一种含水基的生物液体样品中的成形组分的容器组件，上述容器组件具有一个有已知体积的腔室，所述腔室由一第一壁、侧壁和一透明的样品观察部分确定，将该样品观察部分设置成与所述第一壁相对；用一层可膨胀的水凝胶覆盖所述腔室的第一壁，所述可膨胀的水凝胶层有一个对着所述腔室的所述样品观察部分的平面，所述可膨胀的水凝胶层以这样一个量存在，即当所述水凝胶层由于基本吸收液体样品的所有含水的分量并排除成形的样品组分而膨胀时，它将使所述水凝胶基本填满所述腔室，并在水凝胶的所述平面上捕捉任何成形的样品组分。
2．如权利要求1所述的容器组件，其特征为，所述腔室的第一壁是平的。
3．如权利要求1所述的容器组件，其特征为，所述腔室的所述透明的样品观察部分包括一个所述腔室的透明的壁。
4．如权利要求1所述的容器组件，其特征为，它进一步包括设置在所述水凝胶层平面上的可进行光学检测的体，当所述水凝胶层已经在所述腔室中膨胀后，所述光学体可用于使所述水凝胶层的平面定位。
5．如权利要求4所述的容器组件，其特征为，在所述水凝胶层的平面上至少有三个所述的可进行光学检测的体。
6．用于从复杂的生物液体样品的含水组分中分离出成形组分的容器组件，所述容器组件有一个具有已知体积的腔室，所述腔室由一底壁、侧壁和一透明的样品观察部分确定，将该样品观察部分设置成与所述底壁相对；将一层可膨胀的水凝胶设置在所述腔室的底壁上，所述可膨胀的水凝胶层有一个对着所述腔室的所述样品观察部分的平面，所述可膨胀的水凝胶层有这样一个体积，即当所述水凝胶层由于基本吸收样品中全部的含水组分而膨胀时，它将使所述水凝胶基本填满所述腔室，所述水凝胶不能够吸收样品中任何成形组分。
7．用于考察至少一种包含在含水基的生物液体样品中的成形组分的特征的方法，该方法包括下列步骤a)准备一样品容器，它包括一个具有已知体积的样品腔室，所述腔室由一第一壁、一侧壁和一透明的样品观察部分确定，将该样品观察部分设置成与所述第一壁相对；所述腔室进一步包括一层设置在所述腔室的第一壁上的可膨胀的水凝胶，所述可膨胀的水凝胶层有一个对着所述腔室的所述样品观察部分的平面，而且所述可膨胀的水凝胶层有这样的体积，即当所述水凝胶层由于基本吸收样品的所有含水组分而膨胀时，使所述水凝胶基本填满所述腔室；b)将液体样品送入所述腔室中，送至所述水凝胶层上，使得所述液体样品的含水组分被所述水凝胶层吸收而且将水凝胶层膨胀，同时又将所述液体样品中的成形组分收集在所述腔室中的所述膨胀的水凝胶层的表面上；以及c)考察至少一种被收集在腔室中的膨胀的水凝胶层表面上的成形组分。
8．如权利要求7所述的方法，其特征为，所述水凝胶层的所述表面是平的，并在所述水凝胶层膨胀时仍然保持是平的。
9．如权利要求8所述的方法，其特征为，所述平面包括设置在其上的可进行光学分辨的体，所述体允许在所述水凝胶层膨胀之后确定所述平面的位置。
10．用于从含水基的复杂生物液体样品中分离出至少一种成形组分的方法，该方法包括下列步骤a)准备一样品容器，它包括一个具有已知体积的样品腔室，所述腔室由一底壁、一侧壁和一透明的样品观察壁确定，将该样品观察壁设置成与所述底壁相对；所述腔室进一步包括一层设置在所述腔室的底壁上的可膨胀的水凝胶层，所述水凝胶层有一个对着所述腔室的所述样品观察壁的平面，当所述水凝胶层由于基本吸收液体样品的所有含水组分而膨胀时，所述水凝胶层可基本填满所述腔室；以及b)将液体样品送入所述腔室中，送至所述水凝胶层上，并使所述液体样品的含水组分被吸收到所述水凝胶层中并将所述水凝胶层膨胀，同时又将所述液体样品中的至少一种组分收集在所述腔室中的所述膨胀的水凝胶层表面上。
11．用于使样品腔室中的膨胀的、透明或半透明的水凝胶的上表面定位的方法，该方法包括下列步骤a)准备一个包括一样品腔室的样品容器，所述样品腔室由一第一壁、一侧壁和一透明的样品观察壁确定，将该样品观察壁设置成与所述第一壁相对；所述腔室进一步包括一设置在所述腔室的第一壁上的可膨胀的、透明的或半透明的水凝胶层，所述水凝胶层有一个对着所述腔室的所述样品观察壁的平面；以及b)使所述水凝胶层膨胀，以将所述水凝胶层的所述平面移到所述腔室中的最终位置；以及c)在所述腔室中放置可辨别的成形的对焦构件，该构件与所述平面的所述最终位置共平面，从而使一光学仪器可在所述构件上对焦，从而定出腔室中水凝胶的所述平面的所述最终位置的位置。
12．如权利要求11所述的方法，其特征为，所述对焦构件在所述水凝胶膨胀之前就已经位于所述水凝胶的所述平面上，在所述水凝胶膨胀时，所述对焦构件被带到所述平面的所述最终位置。
13．用于复制包含在一腔室中的生物样品的成像视场的方法，该方法包括下列步骤a)在所述样品腔室中设置多个可辨认的成形体；b)形成腔室中样品的第一视场的图像，并记录所述成形体在所述第一视场图像中的位置模式；c)记录所述腔室中的所述第一视场图像的X、Y座标位置；d)回到所述视场的所述记录的X、Y座标位置；e)在回到所述视场后，使所述视场重新成像；f)比较从步骤b)和e)得到的视场图像中所述成形体的位置；以及g)将重新成像的视场中的成形体位置叠加在最初成像的视场中的成形体位置上，以便在所述重新成像的视场中复制所述最初成像的视场。
全文摘要
将含水基的液体生物材料样品中的成形组分从样品的含水组分中分离,并将其集中在考察仪器的焦平面中,在该处,可以在放大的情况下对其进行考察。可以按这种方式分析的液体的例子包括:尿、脑脊髓液、胸膜液、腹水、从像甲状腺孢囊和胸孢囊这样的孢囊中吸出的液体、已经置于含水液体中的细胞样品、富含血小板的血浆、及类似物。将样品放在具有亲水的水凝胶层的腔室中,该水凝胶层覆盖所述腔室的一个表面。腔室的一个相对的面是透明的,并且可以用显微镜载片盖板或类似物形成。腔室中的水凝胶的体积要足够,以便当水凝胶基本吸收样品的所有含水分量时,水凝胶将膨胀并填满该腔室。膨胀的水凝胶的收集表面最好是平的,并且样品中的任何成形组分都可以被收集在水凝胶层的收集表面上,而且不会被吸入水凝胶中。可以通过采用示踪抗体、选择性染色剂或类似物而将像细胞、细菌、结晶体、原生动物、卵、寄生虫等这样的成形组分有区分地突出出来,从而能够用光学考察并区分可能在样品中存在的各种成形组分。可以从膨胀的水凝胶层的收集表面上获得成形组分,以用于更详细的考察和分析。水凝胶的收集表面可以设有多个准星,以用于用光学扫描仪确定收集表面的位置,并用于重新建立原先扫描的视场。
文档编号B01L3/00GK1285512SQ0012416
公开日2001年2月28日 申请日期2000年8月18日 优先权日1999年8月20日
发明者斯蒂芬·C·沃德罗 申请人:斯蒂芬·C·沃德罗, 沃德罗合伙有限公司, 罗伯特·A·利费恩