流体样本测试系统的制作方法

专利名称：流体样本测试系统的制作方法
技术领域：
本发明领域本发明涉及一种用于测试流体样本的系统，特别涉及其自动控制、安全性和效率均得以改进的一种流体样本测试系统。
本发明背景流体样本例如血样的收集、运送和预处理当前通常采用人工方式操作。血液通常被收集在试管中且样本被放在用于测试的反应室内。这些试管可被放置在一自动测试机中，通过使用各种化验分析来进行测试。这种方法昂贵、耗费时间，而且会导致人为误差，从而可能产生假的测试结果。现有的自动测试系统需要很高的投资，在试剂、一次性用具、操作、维护、服务和培训方面产生很高的费用，而且不能提供所需的样本预处理。
本发明的目的在于提供一种样本测试系统，该系统减少或完全克服了现有已知装置中所固有的上述一些或所有缺点。通过对本发明的披露和对一些优选实施例的详细描述，本发明具体的目的和优点对于本领域的技术人员，即那些在本技术领域具有知识和技术的人而言，将变得更加清楚。
本发明简述根据本发明的原理，本发明提供了一种样本测试系统，其高度自动化，因此效率提高，成本降低而且由于减少了样本的处理而增加了安全性。样本可以被收集在一个腔室里，然后该腔室再被分成多个密封的段。试剂可被加到段中，且段可被检查以测定样本的情况。
根据本发明的第一方面，一种样本测试系统具有一个腔室密封装置，该装置用于形成多个密封，这些密封限定了该腔室的多个液密的段。一个试剂注射器盒驱动器适合于接受一个试剂注射器盒，并适合于移动试剂注射器盒以将一定量的试剂注入一个腔室的一个段内，该试剂注射器盒具有至少一个针头与一试剂储器流体连通。一个传感器产生与一个腔室的一个段内的流体样本材料的状态相应的一个输出信号。
根据本发明的另一方面，一种样本测试系统具有一个管密封装置，该装置具有一个管挤压和密封件，以横向地密封一个含有流体样本材料的柔性塑料管，从而可在轴向间隔的横向密封之间形成一个含有流体样本材料的一部分的液密小管。一个试剂注射器盒驱动器适合于接受一个试剂注射器盒，并适合于移动试剂注射器盒以将一定量的试剂注入一个小管内，该试剂注射器盒具有至少一个针头与一试剂储器流体连通。一个流动控制装置具有一个接触件，其可移动地与一个小管接触，从而机械地影响在小管中的一个流动通道内被诱导流体的流动。一个检查系统有一个光检测器，以接收穿过一个小管的光，并产生与一个小管内的流体样本材料的状态相应的一个输出信号。
根据本发明的另一方面，一种样本测试系统具有一个管密封装置，该装置具有一个管挤压和密封件，以横向地密封一个含有流体样本材料的柔性塑料管，从而可在轴向间隔的横向密封之间形成一个含有流体样本材料的一部分的液密小管。一个试剂注射器有至少一个针头与一个试剂储器流体连通，和一个针头驱动器，以将针头插入一个小管中并将一定量的试剂注入一个小管内。一个流动控制装置具有一个接触件，其可移动地与一个小管接触，从而机械地影响在小管中的一个流动通道内被诱导流体的流动。一个检查系统有一个光检测器，以接收穿过一个小管的光，并产生与一个小管内的流体样本材料的状态相应的一个输出信号。
根据本发明的另一方面，一种试剂盒具有一个壳体和在壳体内的至少一个试剂储器。至少一个针头在壳体内与试剂储器之一流体连通。一个针头驱动器将针头插入一个小管内并注射一定量的试剂。
根据本发明的又一方面，一种样本测试小管具有一定长度的柔性塑料管，该管在轴向相间隔的位置上有液密的横向密封，从而在含有流体样本材料的横向密封之间限定了一个液密的流体样本室。一个自密封注射通道形成在小管内，该注射通道通常无流体样本材料且能够与小管内的流体样本材料流体地连通。
根据本发明的另一方面，一种进行样本化验的方法包括下列步骤将流体样本材料收集到一定长度的基本透明的、柔性的、可热密封的塑料管中；将该管插入一个样本测试机中，该测试机包括一个管密封装置；一个试剂注射器，其有至少一个针头与一个试剂储器流体连通，和一个针头驱动器，以将针头插入一个小管内并注射一定量的试剂；一个流动控制装置，该装置包括一个接触件可移动地与一个小管接触，从而机械地影响在小管中被诱导流体的流动；以及一个检查系统，其有一个光检测器，以接收穿过一个小管的光，并产生与一个小管内的样本材料的状态相应的一个输出信号；驱动管密封装置，以将一定管长密封成小管；驱动针头驱动器，以将针头插入一个选择的小管中，并注射试剂以便在所选择的小管内形成样本材料和试剂的一个混合物；驱动流动控制装置，以混合样本材料和试剂的混合物；以及驱动检查系统，以检查混合物并产生相应于混合物状态的一个输出信号。
从上面披露的内容中，本领域的技术人员，即那些在本技术领域具有知识和技术的人，很容易得出，本发明提供了一个重要的技术进步。本发明流体样本测试系统的优选实施例使效率提高、成本降低、安全性增加。本发明的这些和其他特征和优点将通过对一些优选实施例的详细描述而得到进一步的理解。
附图简述下面参照附图对本发明的优选实施例进行描述，附图中

图1是本发明一优选实施例中的一样本测试系统的局部立体示意图；图2为图1所示的样本测试系统的各部件的示意图；图3为图1所示的样本测试系统的管密封装置的局部假想的立体示意图；图4为被图3所示的管密封装置挤压的管的局部剖视的正视示意图；图5为被图3所示的管密封装置密封的管的局部剖视的正视示意图；图6为图3所示的管密封装置的密封头的平面示意图；图7为形成在由图3中管密封装置形成的一定管长度上的多个小管的平面示意图；图8为图3所示的管密封装置的密封头的一个替换实施例的平面示意图；图9为图3所示的管密封装置的密封头的另一替换实施例的平面示意图；图10为适用于使用在图1所示的样本测试系统中的试剂盒的剖面示意图；图11为用于图1所示的样本测试系统的试剂盒的一个替换实施例的剖面示意图；图12为图11中的试剂盒的剖面示意图，示出将试剂注入管中；图13为图1所示的样本测试系统中的试剂盒的另一替换实施例的剖面示意图；图14为图1所示的样本测试系统中的试剂盒的又一替换实施例的剖面示意图；图15为图1所示的样本测试系统中的流动控制装置和检查系统的正视示意图；图16为图1所示的样本测试系统中的流动控制装置的一个替换实施例的正视示意图；图17为图1所示的样本测试系统中的流动控制装置的另一替换实施例的正视示意图；图18为图1所示的样本测试系统中的流动控制装置的又一替换实施例的正视示意图；图19为图1所示的样本测试系统中的检查系统的一个替换实施例的正视示意图；图20为图1所示的样本测试系统中的检查系统的另一替换实施例的正视示意图；图21为施加在本发明的管上的涂层的正视示意图；图22为适用于图1所示的样本测试系统的分成小管的管和试剂盒的立体示意图；图23为本发明的管的一个优选实施例和管放置在其中的一个抽取装置的立体示意图
图24为图1所示的管密封装置的一个替换实施例的正视示意图；以及图25为本发明的管的一个替换实施例的剖面示意图，示出了在小管的间隔之间的压力阀。
上述附图并非按比例绘制，而且应该理解的是，它们仅是本发明的一个代表，以说明本发明所涉及的原理。在附图中示出的样本测试系统的一些特征已经相对于其他部分进行了放大或变形，以便于说明和理解。在附图中使用相同的参考标号用于出现在不同的替换实施例中的相似或相同的部件和特征。在此公开的样本测试系统在某种程度上将根据所使用的环境和所需的应用对各结构和部件进行确定。
优选实施例的详细描述根据本发明公开的内容，本领域的技术人员很容易理解本发明可有很多应用。待测的样本材料可以是，例如血液、细胞悬液、生物流体(biofluid)、或其他流体。对流体样本进行的典型测试包括临床诊断、治疗监测和用于发现新药的化合物普查(screening)。下面将具体讨论仅起说明作用的血液检查。
本发明提供了一个腔室，其所包含的一流体样本被分到多个段内，液密的密封将相邻的段相互分开。被认为是优选实施例中非常有利的特征是，装有所抽取的流体样本的腔室，例如装有所抽取的病人血液的管子，本身也可以是测试或反应室，血液或其他流体样本在其中被测试，而不必从该腔室中移去血液或流体样本。
参照图1，本发明的测试机总体由参考标号2表示。测试机2包括壳体4，在壳体4的前侧具有一个入口6，用于接受一盛有流体样本的腔室。在所示的实施例中，该腔室是一个来自血袋10的管8。管8优选为一柔性、热塑性、基本透明的管，其内径大约1mm至5mm，优选为约3-4mm。管8可由聚氯乙烯(PVC)或其他适当的材料制成。一个控制面板7装在壳体4的前部，以接受信息，例如从条形码读出的信息或键入的数据，一个监视器5显示操作信息，例如测试的结果。一个管密封装置12(将在下文作详细描述)被装在壳体4内用于将管8的各部分密封成小管14。试剂盒60装在壳体4内的一个试剂盒驱动器49内，来自位于试剂盒60内的一储器16的试剂被加入到小管14(将在下文作详细描述)中。在壳体4内的一个传感器41读取在试剂盒60上的一条形码标签73(见图22)，该标签提供了鉴别试剂盒60内的各种试剂的信息，而且还提供了关于与各种不同的试剂相关的测试程序的信息。混合装置或流动控制装置18(见图2且将在下文作详细描述)也装在壳体4中，其用于形成一流体通道，以允许细胞在小管14内流动。计算机化的显微检查系统20安装在壳体4内以观察和分析小管14内的细胞流。在一些优选实施例中，复合测试机2可以直接或是经计算机网络而连接到检查系统20的计算机分析和系统控制部件。在一些优选实施例中，流动控制装置可以不出现，或是如果出现的话可以不使用。在这样的一个替换实施例中，检查系统20检查小管14内的样本而没有细胞流在样本内形成。
一个管前进系统3被设置用来支承并使管8向前运动穿过测试机2。根据本发明的公开的内容，适当的管前进系统将对本领域的技术人员是显而易见的。在图2所示的实施例中，管前进系统3包括一对旋转轮22，它们沿相反的方向旋转，以使管前进。至少一个轮22与一个马达的输出轴23相连并受其驱动，该马达未示出。管8插在两旋转轮22之间，并向前运动而进入管密封装置12。在每一小管14中的样本容量通过挤压管8来控制。具体地说，上活塞9和下活塞11彼此间隔开，并可彼此相向运动，从而部分地挤压在被密封前位于两活塞之间的小管14。一个上部或第一密封头24和一个下部或第二密封头26挤压管8的一部分，然后使用射频能量来密封管8，从而在相邻的小管14之间形成了横向密封13。在此所使用的横向密封是指使管8上相邻的各部分轴向分开的密封。在一优选实施例中，横向密封大体垂直于管8的纵向轴线延伸。密封13是液密的密封，即密封13在正常操作条件下阻止流体流过密封。每个小管14包含一个血样。每个小管14的长度优选为约3-15mm，更优选地约为5-10mm。试剂经注射器17的针头15被加到小管14中。
然后，小管14前进到保温室19、离心器35、或流动控制装置18中的一个。流动控制装置18在小管14中形成了一对储存区，一个很薄的流体通道在两储存区之间延伸。来自光源28的光被投射穿过在流动控制装置18中的小管14。一个具有显微镜头30的摄像机捕获从一个储存区穿过薄的流体通道流到另一个储存区的血细胞集合体的图象。摄像机把图象发送到帧接收器32，该接收器继而将图象发送到可编程控制系统或计算机34进行分析。在计算机34中得出的测试结果可被传送到显示器7(见图1)，以供操作者读取。在其他的优选实施例中，测试结果可以被储存起来用于以后的检索，或转发给另一个计算机或其他的设备，例如用于形成测试结果的永久性记录的打印机。
离心器35被设置用来以公知的方式分离在管8的一定长度上的样本中的各组分。管8的一定长度通常比一个标准的小管14长，该长度经一个适当的输送装置输送到离心器35。一旦在管8的该长度内的样本中的各组分已经被分离，该长度的管子被密封成各个小管14，从而在不同的组分之间提供液密的密封。该长度的管子可通过在离心器35处的管密封装置进行密封，也可通过适当的输送装置前进到管密封器12进行密封。为进行某些化验，也可在测试期间使用离心器35。
在一些优选实施例中，被选择的小管14可在前进到流动控制装置18之前先被储存到保温室19中。在保温室19中，可对小管14进行温度控制，并允许第二种试剂加入到小管14。温度控制装置21连接到保温室19以对保温室19进行加热和/或冷却。应该知道的是，小管14的温度可被直接控制，例如用温度传感器检测小管14的温度并将温度维持在给定值上。作为替换，小管的温度也可通过检测和控制保温室19的温度而非直接地进行控制。温度控制装置21可包括一个加热元件，还可包括一个冷却装置。根据本发明公开的内容，采用其他适当的温度控制方式对本领域的技术人员来说应是显而易见的。
现在参照图3详细描述管密封装置12。管密封装置12包括上部或第一密封头24和下部或第二密封头26。上部密封头24有从上表面38延伸到下密封表面40的导体36。下部密封头26有从上密封表面42延伸到下表面44的导体36。导体36通过电缆45连接到一个电源46，该电源可在用于加热密封管8的上部密封头24和下部密封头26的导体36之间产生一个射频(RF)电场。导体36优选用具有高电和热的传导性的材料制成。用于导体36的适当的材料为例如象铜那样的金属。根据本发明公开的内容，其他用于导体的适当的材料对本领域的技术人员应是显而易见的。上部密封头24和下部密封头26优选由具有高的热传导性的基本上为刚性的绝缘材料制成。用于密封头的适当的材料包括象尼龙那样的塑料。根据本发明公开的内容，其他用于密封头的适当的材料对本领域的技术人员应是显而易见的。弹性垫48优选位于下密封表面40和上密封表面42的外边缘上。弹性垫48优选由橡胶、硅橡胶、聚四氟乙烯、含氟聚合物、或其他适当的弹性材料制成。在一些优选实施例中，一个中央条50会位于一对导体36之间。如图4所示，上部密封头24和下部密封头26都有一个中央条50。应该知道的是，在一些优选实施例中，仅仅上部密封头24有一个中央条50，而下部密封头26为一单一导体36。
如图4所示，包含例如全血的流体样本51的管8在上部密封头24和下部密封头26之间通过。管8的一部分或小管14的容积通过围绕小管14一起挤压上杆9和下杆11来调整。在一些优选实施例中，小管14的容积约为20μl。小管14可包含例如约5μl的全血或约15μl的血浆。然后上部和下部密封头24、26在压力下共同挤压，挤压管8的一部分并沿箭头A所示的方向将流体样本51向外推。当密封头24、26挤压管8时，一个无样本区52形成，即在管8内形成一个基本上没有任何流体样本51的区域。该压力必须足以将流体样本51挤出无样本区52，而且足以防止小管14内的压力使流体样本51流回无样本区52，特别是在密封时。使密封头24、26挤压在一起的所需的压力取决于管8的材料，以及其直径和壁厚。在一些优选实施例中，流体样本51约离导体36有2mm远，导体36提供小管14的密封。
然后，如图5所示，中央条50升起，释放在无样本区52的中央区域内的压力并形成一个注射通道54，该通道也没有流体样本51。然后电源46通过电缆45向导体36提供射频(RF)电能，对管8进行密封形成密封13。在一些优选实施例中，所提供的RF电能的频率约为40MHz。RF电能供应通常小于一秒的一个时间周期。所供应的RF能量的功率和持续时间可根据管8的尺寸和构成管8的材料进行改变。然后，上部密封头24抬起，管8如图4所示向左前进，管8再次被密封，从而在两个密封13之间形成一个小管14。当RF电能被施加时，通过形成无样本区52，流体样本51与导体36保持一个安全距离，从而减少由于RF电能和热量对流体样本51产生的副作用。
在如图4所示的实施例中，下部密封头26是固定的，上部密封头24沿箭头B的方向朝下部密封头26向下运动。在其他的实施例中，上部密封头24可以是固定的，而下部密封头26朝上部密封头24运动，或者是，上、下两个密封头24、26均可相向运动。
在如图4、5所示的实施例中，下密封表面40和上密封表面42具有凸形轮廓。因此，当密封头24、26压合在一起时，管8在密封头24、26的中央区域，即无样本区52的挤压量最大，而在无样本区52的外侧的挤压程度渐小。
在如图6所示的一些优选实施例中，中央条50为L形，或倒转的L形。在该所示的实施例中，第一密封头24的中央条50为倒转的L形，而第二密封头26的中央条50为L形。导体36包括导体件36A和导体件36B，它们被中央条50分开。导体件36A沿中央条50的长臂延伸，并终止在其短臂处。导体件36B沿中央条50的长臂的整个长度延伸。线W代表被密封头24、26密封的管8的宽度。可以看出的是，密封头延伸超过管8的边缘，从而当密封形成时，密封跨过管8的整个宽度延伸。当施加RF电能时，如图7所示，密封13包括第一密封部13A和第二密封部13B，并导体件36A、36B所在的区域内，从而形成了一个L形的注射通道54，该通道可与小管14流体连通。但是，密封13区域内的张力阻止了流体样本51进入注射通道54。如图2所示，试剂通过针头15被加入到注射通道54内，这将在下文作详细描述。被加入到小管14中的试剂的量根据所进行的化验优选为约1-15μl。由于保持注射通道54中没有流体样本51，因此，当针头刺入管子的侧壁以通过注射通道54将试剂注入小管14中时，防止了小管14发生泄漏。在一些优选实施例中，已经发现，在注射通道54内的孔能够经受得住达到约3个大气压的压力而不泄漏。
只要注射通道54足够大以容纳注射试剂的针头，那么注射通道54的具体结构并不重要。而且，根据上述的一个非常有利的方面，该注射通道又足够小从而可自密封。也就是说，注射通道的孔、长度和结构使得通道通常没有流体样本。根据本发明公开的注射通道的一般概念和原理，本领域的技术人员均可根据柔性塑料管的尺寸、壁厚和弹性来选择注射通道的适当结构和尺寸。因此，尽管注射通道通常是封闭或缩陷的以排除流体样本，但是它仍然提供到小管内的主流体室的流体连通。也就是说，注射到注射通道内的试剂或其他流体在适当的注射压力下可穿过注射通道进入主流体室。然后，一旦针头被抽出，注射通道又恢复到封闭或缩陷的状态，从而在正常的操作条件下，不会从由针头在通道的尽头形成在壁上的孔发生泄漏。
在另一优选实施例中，参见图8，中央条50′呈T形，导体36包括导体件36B、36C、和36D。在又一优选实施例中，参见图9，导体36由一个单一导体件36E形成。在该实施例中，一个单一的横向密封13跨越管8形成。作为替换，管8和管密封装置12在形成第一密封13A后可被重新定位，以形成如图7所示的第二密封13B，从而形成注射通道54。
如图2所示，针头15被插入小管14，优选插入注射通道54，从而将流体样本51的试剂加入小管14中。在一优选实施例中，试剂在上、下部密封头24、26被完全释放之前通过注射通道54被加入。在其他优选实施例中，试剂是在小管14刚要进入流动控制装置18之前被加入，从而样本的检查在试剂被加入不久后进行。可通过释放上下两杆9、11，在小管内形成真空压力，从而试剂被从储器16中抽出并抽入小管14中。然后，中央条50可以下压，迫使残留在注射通道54中的试剂进入小管14。
如图24所示，管密封装置55可包括一对可旋转轮57，轮上具有多个周向布置的齿59。每个齿59的外表面为平面或曲面。在每个齿59内装有一个导体61，该导体通过电缆(未示出)可操作地连接到电源46。轮57的表面63在齿59之间延伸，基本上为凹面。两个轮57沿相反的方向转动，从而使管8穿过管密封装置55，表面63优选地构作成可在密封之间将管8的每一部分压成需要的容量。当相对的一对齿59相遇时，射频能量或热量等等通过导体61传递，从而以上述方式形成了密封13。
在其他优选实施例中，管8的腔室的密封可通过其他适当的密封方式来完成。其他密封方式的例子包括例如机械夹紧、折叠锁定、超声波熔接、和对管直接施热。在一些优选实施例中，管8可以是一可热收缩管，管密封装置可以是一个沿着管的长度可将聚焦热施加到每一个密封部位上的装置。
在另一优选实施例中，如图10所示，试剂储器16可以被包含在具有壳体62的一个试剂盒60内。囊状物64位于壳体62内并通过环66与壳体62的内壁连接。试剂因此被包含在囊状物64中。针头15从壳体62延伸出来，并优选地由一个弹性盖68覆盖。气孔70设置在壳体62的顶壁上，注入塞71设置在壳体62内用于添加试剂。在一些优选实施例中，在壳体62的底面上，一个磁搅拌器72位于储器16内。一磁场发生器74位于壳体62的外侧，从而使磁搅拌器72产生旋转，在注入小管14之前对试剂例如细胞悬液进行混合。试剂也可以通过其他方式例如晃动进行混合。由压电材料制成的管76围绕着针头15，用作一滴式发生器，该装置在美国专利4,329,698中有更详细的描述，该内容被包括在此作为参考。在试剂盒60中可以包含多重试剂储器16，从而当不同的小管14穿过测试机2时，允许将不同的试剂加入不同的小管14中。
一个优选实施例如图22所示。在所示的实施例中，试剂盒60包含12个不同试剂的储器，每个储器具有其自己的针头15，且每种试剂用于一个具体的测试。在试剂盒60上的一个条形码标签73提供了鉴别包含在试剂盒中的各种不同的试剂和用于对样本测试系统进行编程的必要的测试程序的信息。小管14沿轴向运动，优选采用步进方式通过试剂盒60。试剂盒60可沿与小管的纵向轴线横切的方向运动，从而将相应于所需要的试剂的适当的针头15轮流在每个小管的注射通道处定位。一旦试剂盒60被适当地定位，针头15就被注入小管14中，以注射所需的试剂。
另一个优选实施例如图11所示，试剂盒60A具有带一适配器78的壳体62，该适配器位于壳体62A的顶面上以容纳一空气喷嘴80。在使用中，如图12所示，针头15穿过弹性盖68延伸并穿透小管14的壁。在所示的优选实施例中，针头15延伸进入注射通道54。空气压力通过空气喷嘴80被引导到囊状物64上，使得试剂从储器16被压入小管14中。在所示的实施例中，针头15相对于试剂盒60A是固定的，且整个试剂盒60A由驱动器49(见图1)进行垂直运动，从而使针头15注射进入小管14。在其他优选实施例中，针头15也可独立于试剂盒60A，从而仅有针头15运动而使试剂注射进入小管14。
另一优选实施例如图13所示，试剂盒60B包括壳体62B，该壳体有活塞82，其位于壳体62B内而在含有试剂的储器16的上方。一对弹性的环状密封环84位于活塞82和壳体62B的内壁之间，提供活塞82和壳体62B之间的密封。活塞杆86与活塞82的顶面接触，当活塞杆86使活塞82向下运动时，压力被导入储器16。储器16内的压力迫使试剂通过针头15进入小管14。
又一优选实施例如图14所示，试剂盒60C包括壳体62C，该壳体具有在其中形成储器16的弹性囊88。杆86与囊88的外表面抵靠，从而将压力导入储器16以迫使试剂穿过针头15。
在其他优选实施例中，多重试剂盒，其中每一个具有一个单一的储器或试剂，可用一个柔性连接器链接在一起，从而很多的试剂盒可被连接在一起。然后，所连接起来的试剂盒例如可被卷起来，以便于储存和运输。
在一些优选实施例中，可以使用一个具有多个针头的试剂盒将试剂同时或顺序注射或沉积到多个不同的小管中，这些针头与单一或多个储器流体连通。试剂盒也可用于将试剂注射或沉积到其他的腔室或容器中。例如，一个具有多个针头的试剂盒可被用于同时或顺序地将试剂注射或沉积到多个容器中，例如一个九十六穴微量培养板的各凹槽中，这些针头与单一或多个储器流体连通。
流动控制装置18如图15所示包括透明的基底件90，小管14被放置到该基底件上。透明的中央活塞92位于小管14的上方并被下降到小管14上，从而小管14被夹在中央活塞92和基底件90之间，在小管14内形成了第一和第二储存区94、96，一个狭窄的流动通道98在两储存区之间延伸，一薄层样本穿过流动通道98流动。第一外侧活塞100位于第一储存区94的上方，而第二外侧活塞102位于第二储存区96的上方。第一和第二外侧活塞100、102交替地上升和下降(由箭头D示出)，从而与小管14配合和脱离配合，从而形成一个流体样本51在狭窄的流动通道98中的来回流动。通过检测使流体样本51流过通道98所需的压力，即可确定样本中细胞或粒子之间的具体的分子结合强度。在样本中的粒子或细胞的数量可被计数出来，而细胞特性例如尺寸和光强可被测量出来。在一个优选实施例中，根据所进行的化验，流动通道98的高度或由其形成的间隙约为10μm-100μm。穿过这样一个狭窄的通道，流体样本51的流动可通过计算机化的显微检查系统20来进行分析。来自光源28的光按箭头C所示穿过中央活塞92和通道98投射。当流体样本51流过通道98时，它的图象被具有显微镜头30的摄像机捕获，然后该图象通过帧接收器32传送到计算机34(见图2)，通过已知的信号处理算法进行分析。应该知道的是，在一些优选实施例中，流动控制装置18的操作可包括通道98中没有流动产生的时间部分，摄像机30可在这些非流动期间中捕获流体样本51的图象。在一些优选实施例中，摄像机30是一种电荷耦合器(CCD)式摄像机。细胞相互作用的动力学可通过监视细胞的运动和/或位置以及细胞的光学特性例如光散射性，运用计算机34进行分析。
当任何已知的试剂被加到血样中时，细胞—细胞间的相互作用就发生在小管14内。当试剂被加到样本中时，分子间的相互作用就发生了。在样本中可形成聚集，根据加入到流体样本51中的试剂类型、样本的剪切流和在注射试剂后所经历的周期的不同，聚集体的长度和分布也不同。在一种已知的方式下，流过流动通道98的聚集体的尺寸和数量使得可以对流体样本51进行不同类型的筛选和分析。例如，诸如血型、抗体筛选和传染性疾病测试的免疫诊断可应用本发明通过选择适当的已知试剂注射到一个或多个小管中而实施。具体地说，血液顺向测定(blood forward typing)可通过向包括全血的流体样本51中加入相关的抗体作为试剂来进行。血液的反向测定(blood reverse typing)可通过向包括血浆的流体样本51中加入一细胞悬液作为试剂来进行。用于诸如红血球和白血球数量的血液成分的血液学测试、凝结和聚集时间测试和血小板功能测试也可进行。试剂可包括具有抗分析物(anti-analyte)涂层的珠子以检测在样本中的具体的分析物。诸如核酸放大和DNA分析的其他测试也可以在此公开的方式来进行。血液化学分析可检测例如血糖水平、胆固醇水平等。药的化合物测试也可使用本发明来进行。根据本发明公开的内容，应用本发明进行其他的测试对本领域的技术人员来说将是显而易见的。
本发明提供了很多优点。一个测试机由于被使用用于很多不同的测试和测试组而成本合算。测试机具有高处理量和低复杂性，易于操作。由于减少了处理诸如血液的样本而增加了生物安全性。
在一些优选实施例中，计算机34通过电缆(未示出)被可操作地连接到管前进系统3、管密封装置12、流动控制装置18、保温室19、离心器35和检查系统20。计算机34可用已知的方式来控制和协调测试机2的各部件的操作参数，因此不再赘述对测试机2各部件的控制的进一步描述。
在另一优选实施例中，如图16所示，流动控制装置18A包括透明的圆柱形活塞92A，该活塞有纵向轴线L和形成在活塞92A下表面上的斜面104。一个储存区94A形成在斜面104的下面，通道98A形成在下表面106的下面。当活塞92A绕纵向轴线L旋转时，穿过通道98A的流动可以上述相同的方式观察到。
另一优选实施例如图17所示，流动控制装置18B包括透明的活塞92B，其具有形成在其下表面上的第一和第二斜面108、110。第一和第二储存区94B、96B分别形成在两斜面108、110的下面，狭窄的通道98B在两储存区之间延伸。当活塞92B来回晃动时，流体样本51在第一储存区94B和第二储存区96B之间来回流过通道98B。流体样本51的流动如上所述被摄像机30观测到。
又一优选实施例如图18所示，流动控制装置18C包括透明的活塞92C，其下表面112呈弧形。该下表面112的弧形轮廓形成了一个在第一储存区94C和第二储存区96C之间延伸的狭窄的流动通道98C活塞92C的来回滚动迫使流体样本51在第一储存区94C和第二储存区96C之间来回流过流动通道98C。流体样本51流过流动通道98C的动如上所述被摄像机30观测到。
在一些优选实施例中，如图19所示，第一电极120和第二电极122被插入到小管14中，并通过电缆124连接到电压源126上，该电压源在第一和第二电极120、122之间形成电压差。在小管14内的流体样本51中的红血球带负电，从而由于电泳现象它们受正电极122的吸引。一种电化学发光试剂通过试剂盒60或其他适当的方式被加到小管14中，在电极122的表面附近形成一电化学发光反应，其使得根据加到小管14中的试剂的类型从电极122发出(由箭头E示出)一特殊的光。传感器128接受所发射的光并产生一个相应的电信号，该电信号被发送到计算机34用于分析、显示、记录等。在其他优选实施例中，一电流借助第一和第二电极120、122流过样本。在这个实施例中，通过分析第一和第二电极120、122之间的电压差可以测出样本的一些电化学特性。
另一优选实施例如图20所示。第一和第二电极130、132插入小管14中。第二电极132是一光纤传感器。如上参照图19所述的那样，一电化学发光反应发生在电极132的表面附近，产生了光。该光穿过光纤电极132传送到一光纤传感器或阅读器134，其捕获并翻译由所发出的光的类型所提供的信息。第二电极132的直径优选为在约0.4mm-1mm之间。第二电极132由用于提供足够导电性的适当材料制成或涂覆。
在一些优选实施例中，一涂层可被沉积在小管14上以增加穿过小管14的壁的可视性。如图21所示，一涂层材料140通过导管142从涂料供应源144转移并沉积到小管14的外表面上。如果小管14的壁是半透明的，那么添加涂层140到小管14的外表面上会使小管14的壁变得基本上透明，增加了透过流动通道98对流体样本51进行观察的效率。涂层140优选具有与小管14的壁相同的光学折射率。涂层140的适当材料取决于小管14的材料，且该材料包括例如油。
根据本发明公开的内容，对本领域的技术人员而言，将样本填充到管中的适当方法是显而易见的。示例性的方法包括将样本流体注射进入管的一端或通过在管内形成真空而将样本抽入管中。一个适当的管150如图23所示，在其供针头穿透的第一端具有一个自密封头152。管150可有一个标签154，以帮助鉴别样本源，例如当样本为血液时，标签可以是患者的名字。标签54可以例如是一个条形码标签。管150通过在抽取装置156第一端上的孔158插入一个管形的抽取装置156中。为了将样本抽到管150中，管状抽取装置156被塞入一通常用于将血液抽到一真空管中的持针器，滑动柄160沿抽取装置156向下运动。在抽取装置156内且可操作地连接到滑动柄160的一对相对的滚轮(未示出)挤压管150的一部分，并沿管150向下滚动，将血液样本泵入或抽入管150中。
在一些情况下，可在一个室的一段内进行多阶段反应。在一个实施例中，试剂通过段内的注射通道进行注射，与其中的内容物反应，然后稍后，第二试剂被加入并与内容物反应。在一个替换的优选实施例中，该段可形成有一压力阀，将该段的容积分成两个区，在两区之间，有在仅通过施加外部压力才能实现的压力水平下的流体连通。用于将样本材料从一个区移动到相邻的区的压力可通过例如手或自动机械压力装置来施加，自动机械压力装置例如是那些在图2、4、5中示出的并适合于将压力施加到一单一区的装置。
一个优选实施例如图25所示，一个段或小管168被一个密封170分成第一区172和第二区174。密封170以如上关于密封13所述的方式形成。密封170形成有一个压力阀176，其在正常操作条件下，在第一和第二子段或分区172、174之间提供了液密密封。在一个优选实施例中，当施加的压力大于某一值，例如约2个大气压(2atm)时，压力阀176打开。当外部压力被施加到两分区之一时，压力阀176打开，允许流体从高压区流到低压区。一个优选的应用是一个两阶段抗体筛选，其中小管168的第一区172被预充填血浆。第一试剂通过注射通道54被注入第二区174。然后，对第二区174施加外部压力，迫使第一试剂进入第一区172。第二试剂通过注射通道54被加入第二区174。然后，小管168通过适当的传送方式被传送到保温室19，保温一预定时间。然后，小管168通过适当的传送方式被送到离心器35，在那里小管168旋转，从而将第一试剂的细胞积聚到压力阀176附近。在一些优选实施例中，第二试剂可在小管168已经被保温在保温室19中或已经在离心器35旋转之后加入。外部压力被施加到第一区172，从而第一试剂的细胞流到第二区174。然后，小管168被传送到流动控制装置18并以如上所述的方式通过检查装置20进行检查。
根据对本发明的上述描述和对优选实施例的详细说明，本领域的技术人员将很容易地理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本发明可以进行各种变型和修正。所有这些变型和修正均由权利要求来限定。
权利要求
1.一种样本测试系统，包括一个腔室密封装置，其用于形成多个密封，这些密封限定了该腔室的多个液密的段；一个试剂注射器盒驱动器，其适用于接受一个试剂注射器盒，并适用于移动试剂注射器盒以将一定量的试剂注入一个腔室的一个段内，该试剂注射器盒具有至少一个针头与一试剂储器流体连通；以及一个传感器，其用于产生与一个腔室的一个段内的流体样本材料的状态相应的一个输出信号。
2.根据权利要求1所述的样本测试系统，其特征在于，还包括响应于该输出信号的一个输出设备。
3.根据权利要求1所述的样本测试系统，其特征在于，该传感器包括一个光检测器，其用于接收响应于在一个腔室的一个段内的流体样本的光，并产生与一个腔室的一个段内的流体样本材料的状态相应的一个输出信号。
4.根据权利要求1所述的样本测试系统，其特征在于，还包括一个流动控制装置，该装置包括至少一个接触件，其可移动地与一个腔室的一个段接触，以机械地影响在一个腔室的一个段中的一个流动通道内被诱导流体的流动。
5.根据权利要求1所述的样本测试系统，其特征在于，还包括一个传感器，其用于接收来自一个试剂注射器盒上的标签的信息。
6.一种样本测试系统，包括管密封装置，其具有一个管挤压和密封件，以横向地密封一个含有流体样本材料的柔性塑料管，从而可在轴向间隔的横向密封之间形成一个含有流体样本材料的一部分的液密小管；一个试剂注射器盒驱动器，其适用于接受一个试剂注射器盒，并适用于移动试剂注射器盒以将一定量的试剂注入一个小管内，该试剂注射器盒具有至少一个针头与一试剂储器流体连通；一个流动控制装置，该装置包括一个接触件，其可移动地与一个小管接触，从而机械地影响在小管中的一个流动通道内被诱导流体的流动；以及一个检查系统，其有一个光检测器，以接收穿过一个小管的光，并产生与一个小管内的流体样本材料的状态相应的一个输出信号。
7.根据权利要求6所述的样本测试系统，其特征在于，还包括响应于该输出信号的一个输出设备。
8.根据权利要求6所述的样本测试系统，其特征在于，还包括一个与管密封装置耦联的可编程控制系统、试剂注射器盒驱动器、流动控制装置和检查系统。
9.根据权利要求6所述的样本测试系统，其特征在于，管密封装置包括第一密封头，其包括管挤压和密封件；以及第二密封头，第一和第二密封头至少之一可朝另一个密封头运动，以挤压位于第一和第二密封头之间柔性塑料管的一部分，以在管内产生一个无样本区，其中该管挤压和密封件可操作地与一个电源相连接以加热位于无样本区内的一个管密封区，从而在管内形成一个液密的横向密封。
10.根据权利要求9所述的样本测试系统，其特征在于，第一密封头有一个呈凸形的轮廓和一个导电的中央部，且第二密封头有一个呈凸形的轮廓和一个导电的中央部。
11.根据权利要求9所述的样本测试系统，其特征在于，还包括一个射频能源发生器，以便在第一和第二密封头之间放射射频能量穿过密封区，从而在管内形成一横向密封。
12.根据权利要求9所述的样本测试系统，其特征在于，管密封装置还包括一个挤压装置，用于部分地挤压管的一部分，以形成具有一个预定容量的一个小管。
13.根据权利要求6所述的样本测试系统，其特征在于，流动控制装置还包括一个用于支承一个小管的基底件，接触件可朝基底件运动，以部分地挤压一个小管的至少一部分使其抵靠基底件，从而在小管内形成一个流动通道，并且进一步以重复的方式运动，从而对小管的至少一部分交替地加压和减压，以引导流体在流动通道内流动。
14.根据权利要求6所述的样本测试系统，其特征在于，还包括一个保温室，以使一个小管保温一个预定的时间周期。
15.根据权利要求14所述的样本测试系统，其特征在于，保温室包括一个温度控制装置，以控制保温室内的一个小管的温度。
16.根据权利要求6所述的样本测试系统，其特征在于，当流动控制装置在操作而引导流体在小管内流动时，检查系统的光检测器检测通过该小管的光。
17.根据权利要求6所述的样本测试系统，其特征在于，检查系统的光检测器检测在小管中的流体样本内的粒子的特性。
18.根据权利要求6所述的样本测试系统，其特征在于，检查系统还包括一个光源，以将光投射穿过小管。
19.根据权利要求18所述的样本测试系统，其特征在于，检查系统还包括一个摄像机，其有一个显微镜头，当光源将光投射穿过检查区域时，其用于捕获在小管的检查区域内的流体样本的图象；以及一个计算机，其可操作地与摄像机相连接，以对流体样本的图象进行分析。
20.根据权利要求6所述的样本测试系统，其特征在于，还包括一对电极，适用于有一个预定的电压差；以及一个电极驱动器，以将这对电极插入一个小管中，其中检查系统的光检测器响应于从小管内发出的电泳光。
21.根据权利要求20所述的样本测试系统，其特征在于，两电极之一包括一个光纤导体。
22.根据权利要求6所述的样本测试系统，其特征在于，还包括一个小管和在该管外表面上的一个涂层，该涂层用于提高透过该小管的光的传递。
23.根据权利要求22所述的样本测试系统，其特征在于，该涂层的折射率与小管的折射率基本相同。
24.根据权利要求6所述的样本测试系统，其特征在于，还包括一个管前进装置，其用于在样本测试系统内输送一定长度的该管。
25.根据权利要求24所述的样本测试系统，其特征在于，管前进装置包括一对彼此间隔开的可旋转轮，以便在两轮之间容纳该管，两轮中至少一个是受驱动轮，该轮可操作地与一个电动机的一个输出元件相连接。
26.一种样本测试系统，包括管密封装置，其具有一个管挤压和密封件，以横向地密封一个含有流体样本材料的柔性塑料管，从而可在轴向间隔的横向密封之间形成一个含有流体样本材料的一部分的液密小管；一个试剂注射器，其有至少一个与一个试剂储器流体连通的针头，和一个针头驱动器，以将针头插入一个小管并将一定量的试剂注入一个小管内；一个流动控制装置，该装置包括一个接触件，其可移动地与一个小管接触，从而机械地影响在小管中的一个流动通道内被诱导流体的流动；以及一个检查系统，其有一个光检测器，以接收穿过一个小管的光，并产生与一个小管内的流体样本材料的状态相应的一个输出信号。
27.一种试剂盒，包括一个壳体；在壳体内的多个试剂储器；在壳体内与试剂储器之一流体连通的至少一个针头；和一个针头驱动器，以便将针头插入小管内并注射一定量的试剂。
28.一种样本测试小管，包括一定长度的柔性塑料管，其在轴向相间隔的位置上有液密的横向密封，从而在含有流体样本材料的横向密封之间限定了一个液密的流体样本室；以及一个形成在小管内的自密封注射通道，该注射通道通常无流体样本材料且能够与小管内的流体样本材料流体地连通。
29.一种进行样本化验的方法，包括下列步骤将流体样本材料收集到一定长度的基本透明的、柔性的、可热密封的塑料管中；将该管插入一个样本测试机中，该测试机包括一个管密封装置；一个试剂注射器，其有至少一个与一个试剂储器流体连通的针头，和一个针头驱动器，以将针头插入一个小管内并注射一定量的试剂；一个流动控制装置，该装置包括一个接触件，其可移动地与一个小管接触，从而机械地影响在小管中被诱导流体的流动；以及一个检查系统，其有一个光检测器，以接收穿过一个小管的光，并产生与一个小管内的样本材料的状态相应的一个输出信号；驱动管密封装置，以将一定管长密封成小管；驱动针头驱动器，以将针头插入一个选择的小管中，并注射试剂以便在所选择的小管内形成样本材料和试剂的一个混合物；驱动流动控制装置，以混合样本材料和试剂的混合物；以及驱动检查系统，以检查混合物并产生相应于混合物状态的一个输出信号。
全文摘要
一种样本测试系统具有一个腔室密封装置,其用于接受含有流体样本材料的一个腔室,并将腔室的各部分密封成段。一个试剂注射器盒驱动器用于接受一个试剂注射器盒,并移动试剂注射器盒以将一定量的试剂注入一个腔室的一个段内,该试剂注射器盒具有至少一个针头与一试剂储器流体连通。在优选实施例中,一个流动控制装置在一个段内引导样本流。一个传感器产生与混合物状态相应的一个信号。
文档编号B01L3/00GK1272919SQ9980100
公开日2000年11月8日 申请日期1999年6月23日 优先权日1998年6月24日
发明者陈叔奇 申请人:陈氏有限责任公司