專利名稱：生化反應(yīng)盒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來裝在通過利用生化反應(yīng)例如抗原抗體反應(yīng)或核酸雜交來分析樣本中的細(xì)胞、微生物、染色體、核酸等的設(shè)備中的生化反應(yīng)盒。
背景技術(shù)：
用于分析樣本例如血液的大多數(shù)分析儀采用利用抗原抗體反應(yīng)的免疫方法或利用核酸雜交的方法。例如，與所要檢測(cè)的材料或物質(zhì)特定連接的蛋白質(zhì)或單鏈核酸例如抗體或抗原用作探針并且固定在固相表面例如細(xì)小顆粒、小珠或玻璃板上，如此實(shí)現(xiàn)抗原-抗體反應(yīng)或核酸雜交。然后，例如通過標(biāo)記的抗體或標(biāo)記的核酸來檢測(cè)抗原-抗體混合物或雙鏈核酸，標(biāo)記抗體或標(biāo)記核酸可以產(chǎn)生一種特定的相互作用，使具有高檢測(cè)靈敏度的標(biāo)記材料例如酶、熒光材料或發(fā)光材料被支承，如此實(shí)現(xiàn)檢測(cè)是否存在所檢測(cè)的材料或者定量確定檢測(cè)到的材料。
作為這些技術(shù)的延伸，例如美國專利No.5445934已經(jīng)披露了一種所謂的DNA(脫氧核糖核酸)陣列，其中相互具有不同堿基序列的大量DNA探針以矩陣的形式布置在基底上。
另外，Anal.Biochem.，270(1)第103-111(1999)已經(jīng)披露了一種用于制備蛋白質(zhì)陣列的方法，與DNA陣列相似將各種蛋白質(zhì)樣本布置在薄膜過濾器上。通過采用這些DNA和蛋白質(zhì)陣列等，已經(jīng)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)大量項(xiàng)目的測(cè)試。
另外，在各種樣本分析方法中，為了實(shí)現(xiàn)減輕樣本的污染、提高反應(yīng)效率、降低設(shè)備尺寸并且方便操作，已經(jīng)有方案提出了一次性生化反應(yīng)盒，其中在該盒中進(jìn)行必要的反應(yīng)。例如，日本特開平-11-509094(JP-A)已經(jīng)披露了一種包括有DNA陣列的生化反應(yīng)盒，其中設(shè)有多個(gè)腔室，并且通過壓力差使溶液運(yùn)動(dòng)以便允許對(duì)在該盒中進(jìn)行例如樣本中的DNA提取、放大或雜交的反應(yīng)。
作為相對(duì)于生化反應(yīng)盒提供試劑的方法，JP-A-2000-266759已經(jīng)披露了從外部試劑瓶將試劑提供給一次性分析盒。另外特開平(JP-A)11-505094A已經(jīng)披露了預(yù)先將試劑裝在一腔室中。
但是，在從外部提供試劑的情況中，必須單獨(dú)從生化反應(yīng)盒制備出多個(gè)試劑，如果測(cè)試項(xiàng)目數(shù)量較大的話，則所需試劑的數(shù)量隨之增加。因此，試劑更新變得復(fù)雜并且可能錯(cuò)誤選擇試劑種類。另外，在將試劑裝在生化反應(yīng)盒的腔室中的情況中，存在這樣一種可能性，即，由于在存放或輸送時(shí)的環(huán)境變化或者在輸送期間的振動(dòng)導(dǎo)致在腔室中的試劑流進(jìn)通道或另一個(gè)腔室而產(chǎn)生與所期望的反應(yīng)不同的反應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種已經(jīng)解決了上述問題的生化反應(yīng)盒，它消除了試劑更新的不方便性以及試劑種類的錯(cuò)誤選擇，并且即使在存儲(chǔ)或運(yùn)輸期間出現(xiàn)環(huán)境變化或振動(dòng)時(shí)，也不會(huì)使腔室中的試劑流進(jìn)通道或另一個(gè)腔室。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種使用該生化反應(yīng)盒來實(shí)現(xiàn)生化反應(yīng)的生化反應(yīng)設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種生化反應(yīng)盒，它包括反應(yīng)部分，它包括腔室和通道，用來實(shí)現(xiàn)生化反應(yīng)；以及溶液存儲(chǔ)部分，它與所述反應(yīng)部分隔離或分開，用來將溶液存儲(chǔ)在與腔室相對(duì)應(yīng)的位置中，其中該盒設(shè)有設(shè)在溶液存儲(chǔ)部分和反應(yīng)部分之間的可刺透分隔件，以便使溶液從溶液存儲(chǔ)部分移動(dòng)至反應(yīng)部分的腔室。
通過閱讀以下本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的說明同時(shí)結(jié)合附圖將更加了解本發(fā)明的這些目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的生化反應(yīng)盒的實(shí)施方案的透視圖；圖2為溶液存儲(chǔ)部分的平面圖；圖3為該生化反應(yīng)容器在存放時(shí)的局部剖視圖；圖4為處于第一階段推壓按壓閥桿(桿)這樣一種狀態(tài)的生化反應(yīng)盒的局部剖視圖；圖5為處于第二階段推壓按壓閥桿(桿)這樣一種狀態(tài)的生化反應(yīng)盒的局部剖視圖；圖6為反應(yīng)部分的平面圖；圖7為用于控制在生化反應(yīng)盒內(nèi)的溶液運(yùn)動(dòng)和各種反應(yīng)的處理設(shè)備的示意圖；圖8為第一處理程序的流程圖；圖9為在圖6中所示的一部分腔室的縱向剖視圖；并且圖10為在圖5中所示的另一部分腔室的縱向剖視圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照這些附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地說明。
圖1為在該實(shí)施方案中的生化反應(yīng)盒的透視圖。參照?qǐng)D1，該盒具有一種雙層結(jié)構(gòu)，它包括用來實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的反應(yīng)部分1和設(shè)置在其上用來存儲(chǔ)溶液例如試劑和凈化劑的溶液存儲(chǔ)部分2。
反應(yīng)部分1和溶液存儲(chǔ)部分2中每一個(gè)的主體由合成樹脂例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)共聚物、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酯或聚氟乙烯構(gòu)成。在需要進(jìn)行光學(xué)測(cè)量的情況中，反應(yīng)部分1主體的材料需要是透明或半透明塑料。
在反應(yīng)部分1的上部處，設(shè)有用于通過注射器(注入器)注入樣本例如血液的樣本口3，并且用橡膠蓋將它密封。在反應(yīng)部分1的兩個(gè)側(cè)面上，設(shè)有多個(gè)噴嘴口4，將噴嘴插入到其中以便施加或降低壓力，從而使反應(yīng)部分1中的溶液運(yùn)動(dòng)。橡膠帽固定在每個(gè)噴嘴口4上。反應(yīng)部分1的另一個(gè)側(cè)面具有類似的結(jié)構(gòu)。
另外，在溶液存儲(chǔ)部分2的上部設(shè)有3塊鋁箔片，用來堵住后面所述的溶液存儲(chǔ)腔室的上部。通過超聲波熔接使反應(yīng)部分1和溶液存儲(chǔ)部分2相互粘接。順便說一下，反應(yīng)部分1和溶液存儲(chǔ)部分2是分開制成的，并且可以在使用時(shí)將溶液存儲(chǔ)部分2疊置在反應(yīng)部分1上。
將用于標(biāo)識(shí)盒類型的條形碼標(biāo)簽40貼在生化反應(yīng)盒的側(cè)面上。當(dāng)將生化反應(yīng)盒安放在后面所述的處理設(shè)備上時(shí)，讀取該條形碼，并且從結(jié)果識(shí)別出該盒的類型。處理設(shè)備的設(shè)置是自動(dòng)進(jìn)行的以便進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚沓绦颉?br> 圖2為圖1的溶液存儲(chǔ)部分2的平面圖。參照?qǐng)D2，該溶液存儲(chǔ)部分2設(shè)有單獨(dú)的腔室6a至6m，每個(gè)裝有一種溶液。在腔室6a和6b中分別存儲(chǔ)用于破壞細(xì)胞壁的含有EDTA(乙二胺四乙酸)的第一溶血?jiǎng)┖秃械鞍踪|(zhì)改性劑例如表面活性劑的第二溶血?jiǎng)?br> 在腔室6c中，存儲(chǔ)有吸收DNA的涂有氧化硅的磁性材料顆粒。在腔室6l和6m中，分別存儲(chǔ)有用于在提取DNA時(shí)將DNA提取的第一提取凈化液體和第二提取凈化液體。
用于從磁性顆粒洗脫DNA的含低濃度鹽緩沖劑的洗脫劑存儲(chǔ)在腔室6d中，用于PCR(聚合酶鏈反應(yīng))的混合物液體存儲(chǔ)在腔室6g中，它包括引物、聚合酶、dNTP(三磷酸脫氧核糖核苷酸)、緩沖劑、包含有熒光劑的Cy-3dUTP等。在腔室6h和6j中，存儲(chǔ)有含有表面活性劑用來清除沒有進(jìn)行雜交的熒光標(biāo)記的樣本DNA的凈化劑和熒光標(biāo)記。在腔室6i中，存儲(chǔ)有用來干燥包括后面所述的DNA微陣列的腔室內(nèi)部的乙醇。相應(yīng)的腔室6a至6m分別設(shè)有后面所述的尖銳的閥桿(桿)7a至7m，用來刺透這些片。
圖3為一剖視圖，顯示出在生化反應(yīng)盒中的存儲(chǔ)狀態(tài)。參照?qǐng)D3，將設(shè)有切口8的閥桿7插入到溶液存儲(chǔ)部分2的裝有溶液的腔室6中，并且通過兩個(gè)O形環(huán)支撐該閥桿7。溶液腔室6的底部由鋁薄片10封閉。將密封件12設(shè)置在腔室6和反應(yīng)部分1的腔室11之間以便使得空氣不可能進(jìn)出?？梢酝ㄟ^鋁箔片10來吸收由于周圍環(huán)境而導(dǎo)致的溶液和空氣體積以及壓力的變化，從而在腔室6中的溶液不能意外進(jìn)入反應(yīng)部分1。
圖4顯示出這樣一種狀態(tài)，在測(cè)試人員從樣本口3注入液體樣本例如血液并且將該生化反應(yīng)盒設(shè)置在后面所述的處理設(shè)備上之后，機(jī)械手(未示出)利用桿針13的較短壓桿13a通過第一階段推壓擠壓閥桿13a以刺透(stare)鋁箔片，如此使溶液開始從腔室6向腔室11運(yùn)動(dòng)。在該狀態(tài)下，兩個(gè)O形環(huán)9位于閥桿7的切口8中，從而該腔室6與外界空氣連通。因此，該溶液可以平穩(wěn)地運(yùn)動(dòng)。
如上所述，生化反應(yīng)盒具有作為分隔件的可刺透鋁片10，從而只要朝著反應(yīng)部分1按壓工具針13的壓桿13a就可以很容易使溶液從腔室6流進(jìn)腔室11，并且不會(huì)使工具針13與溶液接觸。順便說一下，在本實(shí)施方式中，在緊接著溶液存儲(chǔ)部分2的腔室下面的位置上，設(shè)有反應(yīng)部分1的相應(yīng)腔室，但是即使在它們之間設(shè)有例如通道，將在緊接著溶液存儲(chǔ)部分2的腔室下面的位置上的相應(yīng)腔室調(diào)換位置也沒有任何危害。
在該實(shí)施方案中，反應(yīng)部分1的腔室和溶液存儲(chǔ)部分2的腔室成一對(duì)一的關(guān)系，但是反應(yīng)部分1的每個(gè)腔室可以設(shè)有多個(gè)溶液存儲(chǔ)腔室。另外在該實(shí)施方案中，溶液從溶液存儲(chǔ)腔室向反應(yīng)部分1的空腔室運(yùn)動(dòng)，但是也可以從溶液存儲(chǔ)部分向已經(jīng)裝有樣本或在處理期間的溶液的反應(yīng)部分的腔室運(yùn)動(dòng)。另外，在該實(shí)施方案中，鋁箔片10用作分隔件，但是在該分隔件設(shè)有普通閥并且該閥處于可刺透狀態(tài)即打開狀態(tài)中以使得溶液能夠流進(jìn)反應(yīng)部分1的腔室中的情況下，分隔件本身可以為不可刺透部件。
接著，測(cè)試人員一旦通過使用機(jī)械手從處理設(shè)備中抽出工具針13并且使該工具針13倒置，之后利用如圖5所示的更長的壓桿13b通過第二階段推壓進(jìn)一步按壓閥桿7。結(jié)果，空氣由上O形環(huán)9密封，從而如后面所述允許反應(yīng)部分1中的溶液運(yùn)動(dòng)。測(cè)試人員針對(duì)所有腔室6a至6m進(jìn)行該步驟。如上所述，可以通過第一階段推壓來使溶液流進(jìn)腔室，并且可以通過第二階段推壓密封該腔室，從而只通過簡(jiǎn)單的推壓操作就可以進(jìn)行使溶液流進(jìn)腔室11，同時(shí)密封該腔室11。另外，上述工具針可以設(shè)在生化反應(yīng)盒中。
圖6為反應(yīng)部分1的平面圖。參照?qǐng)D6，在反應(yīng)部分1的一個(gè)側(cè)面上設(shè)有10個(gè)噴嘴口4a至4j，并且在其另一個(gè)側(cè)面上還設(shè)有10個(gè)噴嘴口4k至4t。相應(yīng)的噴嘴口4a至4t分別通過用于氣流的相應(yīng)空氣通道14a至14t與腔室11a至11t連通，這些腔室是用來存儲(chǔ)溶液或引起反應(yīng)的部分或位置。
但是，在該實(shí)施方案中沒有使用噴嘴口4n、4p、4q和4s，這些噴嘴口沒有與腔室連通而是用作備用口。更具體地說，在該實(shí)施方案中噴嘴口4a至4j分別通過通道14a至14j與腔室11a至11j連通。在另一個(gè)側(cè)面上噴嘴口4k、4l、4m、4o、4r和4t分別通過通道14k、14l、14m、14o、14r和14t與腔室11k、11l、11m、11o、11r和11t連通。
樣本口3與腔室16連通。腔室11a、11b、11c和11k與腔室16連通，腔室11g和11o與腔室17連通，并且這些腔室11h、11i、11j、11r和11t與腔室18連通。另外，腔室16通過通道19與腔室17連通，并且腔室17通過通道20與腔室18連通。腔室11d、11e、11f、11l和11m分別通過通道15d、15e、15f、15l和15m與通道19連通。在腔室18的底部(下表面)處設(shè)有一方形孔。DNA微陣列21連接至該方形孔，在該DNA微陣列上，在例如尺寸為大約1平方厘米的玻璃板的固相的表面上設(shè)置高密度的幾萬至幾十萬的不同種類的DNA探針。
可以通過利用微陣列21與樣品DNA實(shí)現(xiàn)雜交反應(yīng)來同時(shí)測(cè)試大量的基因。
DNA探針以矩陣的形式有規(guī)律地設(shè)置，每個(gè)DNA探針的地址(由矩陣上的行數(shù)和列數(shù)確定的位置)容易被讀取作為信息。要測(cè)試的基因除傳染性病毒、細(xì)菌和疾病相關(guān)性基因之外，包括例如每個(gè)個(gè)體(individual)的遺傳性多態(tài)現(xiàn)象。
在反應(yīng)部分1的腔室11a和11b中，分別存儲(chǔ)有要從溶液存儲(chǔ)部分2的腔室6a和6b移動(dòng)來的第一溶血?jiǎng)┖偷诙苎獎(jiǎng)?。在腔?1c中，存儲(chǔ)要從腔室6c移動(dòng)來的磁性材料的顆粒。在腔室11l和11m中，分別存儲(chǔ)要從腔室6l和6m移動(dòng)的第一提取凈化液體和第二提取凈化液體。在腔室11d中存儲(chǔ)來自腔室6d的洗脫劑，在腔室11g中，存儲(chǔ)來自腔室6g的PCR(聚合酶鏈反應(yīng))所必須的混合液體。在腔室11h和11j中，分別存儲(chǔ)要從腔室6h和6j移動(dòng)的凈化劑。在腔室11i中，存儲(chǔ)要從腔室6i移動(dòng)來的乙醇。
腔室11e是血液DNA之外的廢物積聚的腔室，腔室11f是腔室11l和11m中的第一和第二提取凈化液體的廢物積聚的腔室。腔室11r是第一和第二凈化劑的廢物積聚的腔室，腔室11k、11o和11t是用于防止溶液流到噴嘴口中而設(shè)置的空腔室。
圖7是用于控制在生化反應(yīng)盒內(nèi)的溶液運(yùn)動(dòng)和各個(gè)反應(yīng)的處理設(shè)備的示意圖。
將生化反應(yīng)盒安裝在工作臺(tái)22上。另外，在工作臺(tái)22上，設(shè)置要在從反應(yīng)部分1中的樣本中提取DNA等時(shí)被驅(qū)動(dòng)的電磁體23、在通過例如PCR(聚合酶鏈反應(yīng))的方法來從樣本放大DNA的時(shí)候進(jìn)行溫度控制的珀?duì)柼?Peltier)元件24、以及用于在放大的樣品DNA和反應(yīng)部分1內(nèi)的DNA微陣列上的DNA探針進(jìn)行雜交時(shí)以及在凈化或者清洗沒有雜交的樣品DNA時(shí)進(jìn)行溫度控制的珀?duì)柼?Peltier)元件25，并將它們連接至用于控制整個(gè)處理設(shè)備的控制單元26。另外，該處理設(shè)備設(shè)置有機(jī)械手(未顯示)以及條形碼閱讀器(未示出)，其中，所述機(jī)械手用于如上所述通過移動(dòng)在盒上的預(yù)定腔室之上的工具針13而推下閥桿，所述條形碼閱讀器用于閱讀貼在該盒上的條形碼標(biāo)簽。
在工作臺(tái)22的兩個(gè)側(cè)面上設(shè)有電子(馬達(dá)驅(qū)動(dòng))注射泵27和28以及泵座31和32，每個(gè)泵座為用于通過這些泵27和28排出或吸進(jìn)空氣的端口并且在其側(cè)面上設(shè)有10個(gè)泵吸嘴29或30。在該電子注射泵27和28以及泵吸嘴29和30之間設(shè)有多個(gè)已知的電開關(guān)(選擇器)閥(未示出)，它們與泵27和28一起連接在控制單元26上?？刂茊卧?6連接于測(cè)試人員進(jìn)行輸入的輸入單元33?？刂茊卧?6對(duì)泵吸嘴29和30進(jìn)行控制，從而相應(yīng)的10個(gè)泵吸嘴的每一個(gè)分別對(duì)應(yīng)于電子注射泵27和28選擇性地被打開和關(guān)閉。
當(dāng)使溶液從溶液存儲(chǔ)部分2向反應(yīng)部分1運(yùn)動(dòng)并且輸入處理啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，在反應(yīng)部分1內(nèi)進(jìn)行DNA等的提取和放大。另外，進(jìn)行在放大的樣本DNA和設(shè)置在反應(yīng)部分1中的DNA微陣列上的DNA探針之間的雜交，并將沒有雜交的用熒光標(biāo)記的樣本DNA和熒光標(biāo)簽清除。
在該實(shí)施方案中，當(dāng)測(cè)試人員用注射器或注入器將作為樣本的血液穿過橡膠帽注入到反應(yīng)部分1中時(shí)，該血液流進(jìn)腔室16。之后，測(cè)試人員將反應(yīng)盒安放在工作臺(tái)22上，并且利用一機(jī)構(gòu)(未示出)通過操縱一未示出的桿來使泵座31和32沿著在圖7中所示的箭頭方向運(yùn)動(dòng)，由此將泵吸嘴29和30插入到反應(yīng)部分1的相應(yīng)噴嘴口4中。
如參照?qǐng)D6所述一樣，噴嘴口4聚集在該生化反應(yīng)盒的兩個(gè)表面即兩個(gè)側(cè)面處，從而可以簡(jiǎn)化這些電子注射泵27和28、電子開關(guān)閥、包含有泵吸嘴29和30的泵座31和32等的形狀和布置。另外，在確保必要的腔室和通道的同時(shí)，通過進(jìn)行將該盒夾在泵座31和32之間這樣一種簡(jiǎn)單操作，可以插入這些泵吸嘴29和30并且可以簡(jiǎn)化這些泵座31和32的結(jié)構(gòu)。另外，所有噴嘴口4a至4t設(shè)置在相同的水平面處，即線性布置，由此與這些噴嘴口4a至4t連接的通道14a至14t的所有高度都彼此相等。因此，這些通道14a至14t的準(zhǔn)備變得容易。
另外，在圖7中所示的處理設(shè)備中，在泵座31和32的長度對(duì)應(yīng)于串連布置n個(gè)生化反應(yīng)盒時(shí)的n個(gè)盒而增加至原始長度的n倍的情況下，可以同時(shí)對(duì)所有n個(gè)盒進(jìn)行必要的步驟。因此，可以利用非常簡(jiǎn)單的設(shè)備結(jié)構(gòu)在大量生化反應(yīng)盒中進(jìn)行生化反應(yīng)。
當(dāng)測(cè)試人員進(jìn)行參照?qǐng)D4和5所述的使溶液流進(jìn)腔室并且密封該腔室的步驟然后在輸入單元33處輸入處理啟動(dòng)指令時(shí)，首先通過處理設(shè)備的條形碼閱讀器(未示出)讀出貼在該生化反應(yīng)盒的條形碼標(biāo)簽。在該處理設(shè)備中預(yù)先存儲(chǔ)了對(duì)于相應(yīng)類型的盒所需要的處理序列。當(dāng)通過讀出的條形碼辨認(rèn)出盒的類型時(shí)，該盒所需要進(jìn)行的處理的內(nèi)容和程序就自動(dòng)地確定而起動(dòng)。當(dāng)不能讀出該條形碼或者所讀出的條形碼不是預(yù)定的條形碼時(shí)，測(cè)試人員也可以通過輸入單元33手動(dòng)輸入處理步驟。
由圖8A和8B構(gòu)成的圖8為用于說明在該實(shí)施方案中的處理設(shè)備中的處理程序的一實(shí)施例的流程圖。參照?qǐng)D8，在步驟S1中，通過如參照?qǐng)D4和5所述進(jìn)行溶液注射和密封，使第一溶血?jiǎng)娜芤捍鎯?chǔ)腔室6a向反應(yīng)部分1的腔室11a運(yùn)動(dòng)。在步驟S2中，控制單元26只打開噴嘴口4a和4b，空氣從電子注射泵27排出并且從電子注射泵28吸進(jìn)反應(yīng)部分1中，由此從腔室11a將第一溶血?jiǎng)┳⑷脒M(jìn)裝有血液的腔室16。這時(shí)，通過控制從泵28的吸氣，在從泵27開始進(jìn)行排氣之后開始經(jīng)過10-200毫秒，溶液可以平穩(wěn)地流動(dòng)，而不會(huì)引起濺射或在其前端處出現(xiàn)散射，盡管它取決于溶血?jiǎng)┑恼扯群屯ǖ赖淖枇Α?br> 如上所述，通過改變給氣和吸氣的時(shí)間以控制加壓和減壓的方式，可以使溶液平穩(wěn)地流動(dòng)。在優(yōu)選實(shí)施方案中，通過進(jìn)行這樣一種控制可以使溶液進(jìn)一步平穩(wěn)地流動(dòng)，即從電子注射泵28的吸氣程度從泵27開始進(jìn)行排氣開始線性增加。另外，可以通過結(jié)合進(jìn)行加壓和減壓來緩解在反應(yīng)部分1中所產(chǎn)生的壓力。因此，還可以實(shí)現(xiàn)這樣一種效果，即防止溶液在非所期望的情況下流進(jìn)分支通道或腔室中從而停止運(yùn)動(dòng)。在其后的液體運(yùn)動(dòng)也是如此。
通過電子注射泵27和28可以很容易實(shí)現(xiàn)給氣控制。更具體地說，在只有噴嘴口4a和4o打開之后，通過注射泵27和28交替地重復(fù)進(jìn)行排氣和吸氣，腔室6的溶液在通道19中進(jìn)行反復(fù)的流動(dòng)和回流，因此攪拌了該溶液。或者，溶液可以在泵28進(jìn)行連續(xù)排氣以產(chǎn)生出氣泡的同時(shí)得到攪拌。
圖9為在圖6中所示的反應(yīng)部分1的沿著與腔室11a、16和11k相交的橫截面的剖視圖，并且顯示出這樣一種狀態(tài)，即噴嘴口4a被插入在其中的泵吸嘴29增壓而噴嘴口4k被插入在其中的泵吸嘴30降壓，由此在腔室11a中的第一溶血?jiǎng)┝鬟M(jìn)裝有血液的腔室16。
再參照?qǐng)D8，在步驟S4中，只有噴嘴口4b和4k是打開的，并且按照與在第一溶血?jiǎng)┑那闆r相同的方式使腔室11b中的第二溶血?jiǎng)┝鬟M(jìn)腔室16。同樣，在步驟S5中，使在腔室11中的磁性顆粒在從腔室6c移動(dòng)到腔室11之后流進(jìn)腔室16。在步驟S4和S6中，按照與在步驟S2中相同的方式進(jìn)行攪拌。在步驟S6中，從在步驟S2中的細(xì)胞溶解得到的DNA附著到磁性顆粒上。
之后，在步驟S7中，接通電磁鐵23，并且只打開噴嘴口4e和4k。然后空氣從電子注射泵28排出并且從泵27吸入，從而使溶液從腔室16向腔室11e運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁性顆粒和DNA被收集在電磁鐵23上的通道19中。由泵27和28進(jìn)行的吸氣和排氣交替地反復(fù)進(jìn)行以使溶液在腔室16和11e之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)兩次，由此改善了DNA的收集效率。收集效率可以通過加大往復(fù)運(yùn)動(dòng)的次數(shù)進(jìn)一步提高，但是在該情況中，由于這么多次，所以需要花費(fèi)更長的處理時(shí)間。
如上所述，通過利用磁性顆粒在流動(dòng)狀態(tài)中將DNA收集在寬度大約為1-2mm并且高度大約為0.2-1mm的這么小的通道上，可以高效地收集DNA。這對(duì)于RNA和蛋白質(zhì)也一樣。
然后，在步驟S8中，使第一提取凈化液體從腔室6l向腔室11l運(yùn)動(dòng)，在步驟S9中，切斷電磁鐵23，并且只打開噴嘴口4f和4l。之后，空氣從電子注射泵28排出并且從泵27吸入，從而使第一提取凈化液體從腔室11l向腔室11f運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，在步驟S7中所收集的磁性顆粒和DNA與該提取凈化液體一起運(yùn)動(dòng)，由此進(jìn)行凈化。在按照與在步驟S7中相同的方式進(jìn)行兩次往復(fù)運(yùn)動(dòng)之后，接通電磁鐵23，并且同樣進(jìn)行兩次往復(fù)運(yùn)動(dòng)以將這些磁性顆粒和DNA回收在電磁鐵23上的通道19中，并且使該溶液返回腔室11l。
在步驟S11中，結(jié)合噴嘴口4f和4m，利用在步驟S10中從腔室6m移動(dòng)到腔室11m之后的在腔室11m中的第二提取凈化液體，按照與在步驟S5中一樣的方式進(jìn)行進(jìn)一步凈化。
在步驟S12中，使洗脫劑從腔室6d向腔室11d運(yùn)動(dòng)。在步驟S13中，只有噴嘴口4d和4o打開，同時(shí)電磁鐵23保持接通，空氣從泵27排出并且從泵28吸入，由此使腔室11d中的洗脫劑向腔室17運(yùn)動(dòng)。
這時(shí)，通過洗脫劑的作用使磁性顆粒和DNA分開，從而只有DNA與洗脫劑一起向腔室17運(yùn)動(dòng)，并且磁性顆粒停留在通道19中。如此，實(shí)現(xiàn)了DNA的提取和凈化。如上所述，裝有提取凈化液體的腔室11l、11m和裝有凈化之后的廢液的腔室11l分開設(shè)置，從而可以在該生化反應(yīng)盒中實(shí)現(xiàn)DNA的提取和凈化。
接著在步驟S14中，使PCR試劑從腔室6g向腔室11g運(yùn)動(dòng)。在步驟S15中，只有噴嘴口4g和4o是打開的，空氣從電子注射泵27排出，并且從泵28吸入，從而使得在腔室11g中的PCR試劑流進(jìn)腔室17。進(jìn)而，只有噴嘴口4g和4t是打開的，并且通過泵27和28交替反復(fù)地進(jìn)行排氣和吸氣，從而使得在腔室16中的溶液流進(jìn)腔室20。之后，反復(fù)進(jìn)行回流操作以進(jìn)行攪拌。然后，控制珀?duì)柼?4以將腔室17中的溶液保持在96℃下10分鐘。之后，重復(fù)進(jìn)行在96℃/10秒、55℃/10秒和72℃下/1分鐘的循環(huán)30次，如此使該洗脫的DNA進(jìn)行PCR以放大DNA。
在步驟S16中，只有噴嘴口4g和4t打開，空氣從電子注射泵27排出并且從泵28吸入以使腔室17中的溶液向腔室18運(yùn)動(dòng)。進(jìn)而，通過控制珀?duì)柼?5，使腔室18中的溶液保持在45℃下2個(gè)小時(shí)以實(shí)現(xiàn)雜交。這時(shí)，通過泵27和28反復(fù)交替地進(jìn)行排氣和吸氣以使腔室18中的溶液向通道15t運(yùn)動(dòng)。之后，在通過反復(fù)進(jìn)行回流操作來進(jìn)行攪拌的同時(shí)，進(jìn)行雜交。
然后，在第一凈化液體在步驟S17中從腔室6h運(yùn)動(dòng)至腔室11h之后，在步驟S18中，在將溫度保持在45℃下的同時(shí)，只有噴嘴口4h和4r是打開的，空氣從電子注射泵27排出并且從泵28吸進(jìn)以使得腔室11h中的第一凈化液體通過腔室18流進(jìn)腔室11r，同時(shí)使腔室18中的溶液向腔室11r運(yùn)動(dòng)。通過泵27和28反復(fù)交替地進(jìn)行吸氣和排氣以使溶液在腔室11h、18和11r之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)兩次，并且使該溶液最終返回至腔室11h。如此，將沒有雜交的用熒光標(biāo)記的樣本DNA和熒光標(biāo)簽清除。
圖10為在圖6中所示的反應(yīng)部分1的沿著與腔室11h、18和11r相交的橫截面的剖視圖。通過將泵吸嘴29插入到噴嘴口4h中來給反應(yīng)部分1加壓，并且通過將泵吸嘴30插入到噴嘴口4r中來給反應(yīng)部分1減壓。圖10顯示出這樣一種狀態(tài)，即，使得第一凈化液體通過腔室18流進(jìn)腔室11r。腔室11h實(shí)際上與溶液存儲(chǔ)部分2連通，但是在圖10中為了便于說明，通過提供其天花板顯示為其沒有與溶液存儲(chǔ)部分2連通。
再參照?qǐng)D8，在第二凈化液體在步驟S19中從腔室6j運(yùn)動(dòng)到腔室11j之后，在步驟S20中，在使溫度保持在45℃下的同時(shí)，通過結(jié)合噴嘴口4j和4r，采用在腔室11j中的第二凈化液體，按照與在步驟S10中相同的方式進(jìn)行進(jìn)一步凈化，并且使該溶液最終返回至腔室11j。如上所述，裝有凈化液體的腔室11h、11j和裝有在凈化之后的廢液的腔室11r分開設(shè)置，從而可以在該生化反應(yīng)盒中實(shí)現(xiàn)DNA微陣列21的提取和凈化。
在步驟S21中乙醇從腔室6i運(yùn)動(dòng)至腔室11i，之后，在步驟S22中，只有噴嘴口4i和4r打開，空氣從電子注射泵27排出，并且從泵28吸進(jìn)，從而使腔室11i中的乙醇通過腔室18運(yùn)動(dòng)至腔室11r。之后，只有噴嘴口4i和4t打開，空氣從泵27排出并且從泵28吸進(jìn)，從而將腔室18內(nèi)部干燥。
之后，當(dāng)測(cè)試人員操縱桿(未示出)時(shí)，泵座31和32移動(dòng)離開生化反應(yīng)盒。結(jié)果，將泵吸嘴29和30從盒的噴嘴口4移開。然后測(cè)試人員該盒安裝在用于DNA微陣列的讀取器中，例如一種用來進(jìn)行測(cè)量和分析的已知掃描儀。
在上述實(shí)施方案中，通過采用條形碼標(biāo)簽來進(jìn)行盒的標(biāo)識(shí)，但是也可以通過采用二維條形碼、IC芯片、PFID(無線電頻率標(biāo)識(shí))等來進(jìn)行。另外，可以按照各種方式根據(jù)盒的外部尺寸例如高度和長度、設(shè)在盒的側(cè)面、上表面和下表面上的凹槽或凸起的數(shù)量及其組合來識(shí)別出該盒的類型。結(jié)果可以獲得類似的效果。
在上面的實(shí)施方案中，進(jìn)行了盒的識(shí)別，并且根據(jù)所識(shí)別出的盒類型設(shè)定了處理步驟。但是，也可以根據(jù)寫入二維條形碼等中的有關(guān)處理步驟的內(nèi)容和程序的信息來設(shè)定處理序列。另外，在改變測(cè)試條件例如盒與盒的反應(yīng)時(shí)間時(shí)，將不同的處理步驟寫入二維條形碼中，并且將該條形碼貼在該盒上，由此可以可靠地進(jìn)行所要求的反應(yīng)步驟。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的生化反應(yīng)盒具有反應(yīng)部分和溶液存儲(chǔ)部分，其中，所述反應(yīng)部分包括腔室和通道，所述溶液存儲(chǔ)部分與反應(yīng)部分隔離或分開，用于存儲(chǔ)溶液例如試劑或凈化劑，該生化反應(yīng)盒包括這樣一種部件將其分隔以便使溶液從溶液存儲(chǔ)部分向反應(yīng)部分運(yùn)動(dòng)，并且該部件是可刺透的，或者是一種設(shè)置在位于相互接觸的溶液存儲(chǔ)部分和反應(yīng)部分之間的邊界壁部處的可刺透部件。結(jié)果，在反應(yīng)處理步驟之前一刻可以用該生化反應(yīng)盒制備出相應(yīng)的溶液，從而該生化反應(yīng)盒的優(yōu)點(diǎn)在于，即使在采用另一種溶液進(jìn)行處理步驟期間出現(xiàn)環(huán)境變化或振動(dòng)時(shí)，也不會(huì)使腔室中的試劑流進(jìn)通道或另一個(gè)腔室，從而可以正確地進(jìn)行所期望的反應(yīng)。
另外尤其是采用了在使用該溶液之前一刻使在存儲(chǔ)部分中的每種溶液向反應(yīng)部分運(yùn)動(dòng)的步驟，從而可以進(jìn)行可靠的反應(yīng)，并且即使在任一步驟處理期間出現(xiàn)處理設(shè)備振動(dòng)或者出現(xiàn)壓力控制錯(cuò)誤時(shí)也不會(huì)使該溶液流進(jìn)相鄰的腔室和通道。
另外，處理設(shè)備自動(dòng)地讀出貼在生化反應(yīng)盒上的條形碼標(biāo)簽并且識(shí)別出該盒的類型，從而自動(dòng)地設(shè)定所需的處理步驟。因此，由于該操作不必對(duì)多種類型的盒的所有情況設(shè)定復(fù)雜的處理程序，所以可以簡(jiǎn)單可靠地進(jìn)行該處理。
另外，由于本發(fā)明的生化反應(yīng)盒具有上述結(jié)構(gòu)，所以可以按要求在其中制備出溶液。結(jié)果，該生化反應(yīng)盒消除了補(bǔ)充試劑的不方便性并且降低了在選擇試劑類型中的錯(cuò)誤。另外，即使當(dāng)存儲(chǔ)和輸送時(shí)出現(xiàn)環(huán)境變化或振動(dòng)時(shí)，在腔室中的試劑也不會(huì)流進(jìn)通道或另一個(gè)腔室。因此，該生化反應(yīng)盒可以正確地產(chǎn)生所期望的反應(yīng)。
雖然已經(jīng)參照在這里所披露的結(jié)構(gòu)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明并不限于所給出的這些細(xì)節(jié)，該申請(qǐng)意欲覆蓋落入在改進(jìn)目的和其權(quán)利要求的范圍內(nèi)的種種改變或變化。
權(quán)利要求
1.一種生化反應(yīng)盒，它包括反應(yīng)部分，它包括腔室和通道，用來進(jìn)行生化反應(yīng)；以及溶液存儲(chǔ)部分，它與所述反應(yīng)部分隔離或分開，用來將溶液存儲(chǔ)在與所述腔室對(duì)應(yīng)的位置中，其中所述盒設(shè)有設(shè)在所述溶液存儲(chǔ)部分和所述反應(yīng)部分之間的可刺透分隔件，以便使所述溶液從所述溶液存儲(chǔ)部分向所述反應(yīng)部分的腔室運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的盒，其中可以通過推壓使閥桿穿透所述分隔件。
3.如權(quán)利要求2所述的盒，其中通過具有工具針的閥桿的第一階段推壓使所述腔室向外打開，從而使在所述溶液存儲(chǔ)部分中的溶液向所述腔室運(yùn)動(dòng)，并且通過具有工具針的閥桿的第二階段推壓來密封所述腔室。
4.如權(quán)利要求3所述的盒，其中所述分隔件設(shè)有兩個(gè)壓桿，它包括供在第一階段推壓中使用的較短的壓桿和供在第二階段推壓中使用的較長的壓桿。
5.如權(quán)利要求4所述的盒，其中所述較短和較長的壓桿彼此相反地同軸設(shè)置。
6.如權(quán)利要求1所述的盒，其中所述盒具有用來表示關(guān)于處理序列的信息的代碼，所述處理序列包括所述分隔件的刺透順序。
7.如權(quán)利要求1所述的盒，其中所述盒具有用來表示盒類型的標(biāo)識(shí)碼。
8.一種使用生化反應(yīng)盒的生化處理方法，該生化反應(yīng)盒包括反應(yīng)部分，它包括至少一個(gè)腔室和多個(gè)通道；溶液存儲(chǔ)部分，它包括多個(gè)與所述反應(yīng)部分隔離或分開的存儲(chǔ)腔室，用來將溶液存儲(chǔ)在與所述至少一個(gè)腔室相對(duì)應(yīng)的位置中；以及設(shè)置在所述溶液存儲(chǔ)部分和所述反應(yīng)部分之間的至少一個(gè)可刺透分隔件，所述方法包括第一步，通過刺透所述至少一個(gè)分隔件，使溶液從相應(yīng)的存儲(chǔ)腔室向所述反應(yīng)部分的對(duì)應(yīng)的腔室運(yùn)動(dòng)；第二步，用移動(dòng)到反應(yīng)部分的腔室的溶液進(jìn)行處理；第三步，通過選擇性地刺透除了用在所述第一步中的分隔件之外的至少一個(gè)第二分隔件，使在除了在所述第一步中溶液從中移動(dòng)出的腔室之外的存儲(chǔ)腔室中的溶液運(yùn)動(dòng)；以及第四步，用在所述第三步中移動(dòng)到所述存儲(chǔ)腔室的溶液進(jìn)行處理。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述盒具有用來表示關(guān)于處理序列的信息的代碼，該處理序列包括所述分隔件的刺透順序。
10.如權(quán)利要求8所述的盒，其中所述盒具有用來表示盒類型的標(biāo)識(shí)碼。
11.一種生化處理設(shè)備，包括容納單元，其中安裝有一生化反應(yīng)盒，該盒包括反應(yīng)部分，它包括至少一個(gè)腔室和至少一個(gè)通道，用來實(shí)現(xiàn)生化反應(yīng)；以及溶液存儲(chǔ)部分，它與所述反應(yīng)部分隔離或分開，用來將溶液存儲(chǔ)在與所述至少一個(gè)腔室相對(duì)應(yīng)的位置中；驅(qū)動(dòng)部件，用于驅(qū)動(dòng)用于刺透安裝在所述容納單元中的生化反應(yīng)盒的分隔件的刺透部件；以及反應(yīng)處理部件，通過作用在所述生化反應(yīng)盒上而使在所述生化反應(yīng)盒中的樣本進(jìn)行反應(yīng)，其中所述生化反應(yīng)設(shè)備還包括用來連續(xù)驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)部件和所述反應(yīng)處理部件的控制部件。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述刺透部件設(shè)在所述生化反應(yīng)盒中。
13.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述刺透部件設(shè)在所述生化處理設(shè)備上。
14.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述生化處理設(shè)備還包括用于讀取設(shè)在生化反應(yīng)盒上的識(shí)別碼的代碼讀取部件。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述生化處理設(shè)備還包括用來預(yù)先存儲(chǔ)所述驅(qū)動(dòng)部件的與所述識(shí)別碼相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)序列的存儲(chǔ)部件。
全文摘要
一種生化反應(yīng)盒，包括反應(yīng)部分，包括腔室和通道，用來實(shí)現(xiàn)生化反應(yīng)；以及溶液存儲(chǔ)部分，其與所述反應(yīng)部分隔離或分開，用來將溶液存儲(chǔ)在與所述腔室對(duì)應(yīng)的位置中。所述盒設(shè)有設(shè)在所述溶液存儲(chǔ)部分和所述反應(yīng)部分之間的可刺透分隔件，以便使所述溶液從所述溶液存儲(chǔ)部分向所述反應(yīng)部分的腔室運(yùn)動(dòng)。該生化反應(yīng)盒裝在生化反應(yīng)設(shè)備中。
文檔編號(hào)B01L9/00GK1534296SQ20041003421
公開日2004年10月6日 申請(qǐng)日期2004年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者沼尻泰幸, 清水英, 伊藤宏, 田中信也, 也 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社