[发明专利]用于处理微流体装置的分析仪器

说明书

技术领域

本发明涉及一种分析仪器，用于利用包括免疫测定、基于细胞的测定和PCR的多种技术确定生物和/或生物化学样品的属性。特别地，本发明涉及使用电泳方法分析包含RNA、DNA或蛋白质的样品。

背景技术

很多分析仪器和设备被利用。生物样品的分析被大规模地、广泛地持续进行，并经常需要大量的处理步骤。

在生命科学实验室中被最广泛使用的分析技术之一是基于电泳的凝胶浴(gel bath)。这种方法能够根据它们的电泳迁移率，分离带电分子(诸如核酸或蛋白质等)的复杂混合物。遵循这种方法，组分分子的相对分子量和分子数量可被确定。然而，这种构建好的技术是耗时的、劳力密集的，并且需要大量试验台空间(bench space)。样品准备、样品分析和样品清扫都涉及湿法化学，其中一些使用过的试剂(例如，溴化乙锭)是有毒的，并且需要特殊的处理和处置方法。

使用平板凝胶(slab gel)的用于DNA片段的电泳和分析的通用操作结构包括：

超纯的去除矿物质的水的供给件；

大批的缓冲试剂供给瓶；

化学着色剂或染料；

凝胶粉末；

用于凝胶制备的实验室玻璃器皿；

用于凝胶制备的加热和搅动装置(使用缓冲剂混合粉末)；

凝胶罐和所有它的附件；

电源供应单元；

样品装载移液管；

光盒(light box)，被处理的凝胶在光盒上传输，使得凝胶中的荧光染料可以被激活；以及

凝胶照相机，凝胶照相机的最基本的配置是连接在金属遮光板的一步成像照相机，所述金属遮光板以不漏光的方式装配至光盒。

这种传统方法的有效改进是：

置入(drop-in)标准凝胶罐的预制凝胶(pre-cast gel)，如Invitrogen公司的Novex^牌预制凝胶，或Bio-Rad实验室的ReadyAgarose^牌的预制凝胶。然而，这些凝胶始终需要“湿法化学”处理步骤，依然需要时间和劳力集中。

其它改进包括：

坚硬的凝胶板，使用者能浇注凝胶基体在所述坚硬的凝胶板上；

凝胶罐，所述凝胶罐能同时处理多种预制的或国产的凝胶，但它们需要大量处理和湿法化学制备；

预制凝胶，所述预制凝胶不需要凝胶罐或缓冲剂(buffers)，如Invitrogen公司提供的“E-gel^TM”系统(参见美国专利5,582,702和5,865,924)。

“E-gel^TM”系统会有以下问题：手动装载样品带来不便并且有附加费用，而且需要使用用于分析的单独的图像捕捉站。

在电泳分离和成像过程中，被使用的最普遍的核酸着色剂之一是溴化乙锭。这种着色剂具有的缺点是：需要紫外线(UV)光源以引发电泳成像所依靠的荧光。紫外线成像系统的使用要求是：使用完全封闭的屏蔽光盒或者在暗室中使用护目镜，以防止使用者受紫外线辐射。

常用的配置是使用多种商业上可得到的凝胶成像系统中的一种。凝胶在凝胶浴器中被以传统方式处理，但是接着它被手动地从凝胶浴器转移至容纳在不漏光外壳中的独立光盒的顶面，所述不漏光外壳容纳数字照相机，所述数字照相机通过电缆向外连接至观察器或图像打印装置。可用系统的例子是由UVP公司(品牌名称GelDoc-It)、Bio-Rad实验室(品牌名称Gel Doc)或Sypotics有限公司(品牌名称Syngene)制造的。

类似的解决方案是使用大得足以供人走进去的暗室，该暗室容纳了紫外线光盒和照相机。然而，含有这些成像技术的系统仍需要试剂制备的显著水平，小心的手动样品装载和多件仪器的使用。

使传统平板凝胶处理自动化的系统的例子是Helena Bio-science，美国专利4,954,237和5,147,522。这些系统是相对大的，并且它们的自动操作过程仍包括传统湿法化学平板凝胶的制备、处理和自动管理。

使用毛细电泳(与平板凝胶电泳不同)的完全自动化的电泳装置解决了与凝胶浴电泳相关的一些问题。然而，这些类型的设备是大的和昂贵的，并需要经特殊训练的操作者。它们通常被用来执行核酸的高分辨率分离(下至单个碱基对)或高处理量的单核苷酸多晶现象(SNP)的分析，对于这些分离和分析操作而言自动化是必需的。这种类型的系统的例子是应用生物系统有限公司棱镜3100基因分析仪。这些系统的成本和复杂性通常阻止了它们在小实验室的应用。