樣品裝載盒的制作方法

文檔序號:24728940發布日期:2021-04-16 23:31
樣品裝載盒的制作方法

1.本發明整體涉及一種樣品裝載盒,包括這種樣品裝載盒的裝置以及裝載樣品裝載盒的方法。


背景技術:

2.單細胞生物學的最新發展已清楚表明,同基因細胞在相同條件下生長時在基因表達以及還有行為方面會顯示出較大的差異。由此需要新的裝置來對細胞到細胞的隨時間變化的表型差異進行表征。為了成為培養和監測單細胞中的有效工具,此類裝置需要滿足某些標準。例如,應很容易對這些裝置裝載細胞,使得一個裝置能夠緊接在裝載之后監測表型特性。另外,許多不同的單獨的細胞需要并行地生長以對細胞到細胞的差異進行表征,并且克服通過求平均值對單獨的細胞進行表征的過程中的測量誤差。所述裝置應被設計成使得能夠在恒定的和良好控制的生長條件下在一段較長的時間內培養細胞,以監測例如譜系相關動力學。如果所述裝置使得能夠改變培養條件以響應于新的培養基或測試劑而監測動態變化,則這將是進一步優選的。例如,可能有利的是用不同的培養基并行地對同基因細胞進行測試,或并行地監測不同的細胞菌株對培養基變化的響應。
3.微流體裝置的期望的應用是在靶細胞已被裝載在微流體裝置中之后立即快速且并行地監測生物樣品中的諸如細菌的靶細胞對一組抗生素或其他測試劑的表型響應。在這種應用中,能夠對微流體裝置直接裝載生物樣品以加快分析速度將是有利的。例如,這可通過將微流體裝置連接到樣品裝載盒來管理,該樣品裝載盒可預先裝載有生物樣品和/或計量體積的測試劑。
4.用“母機器(mother machine)”表示的現有技術微流體裝置公開于wang等人,current biology 2010,20:1099
?
1103中。母機器允許并行地監測許多不同的細胞通道中的細胞。然而,這種現有技術微流體裝置具有若干缺點。例如,細胞裝載是復雜的并且很難快速改變微流體裝置中的培養條件。
5.可用于分析生物樣品的另外的微流體裝置被展示于wo 2016/007063和wo2016/007068中。
6.baltekin等人,pnas 2017,114(34):9170
?
9175公開了使用微流體裝置進行的快速抗生素敏感性試驗(ast)測試(fastest)。
7.許多微流體裝置在以簡單的方式將特定體積的樣品或試劑裝載到微流體裝置中的準確性和可重復性方面具有缺陷。因此,對微流體裝置,特別是裝載樣品和試劑方面有改進的空間。


技術實現要素:

8.總體目標是提供一種樣品裝載盒,該樣品裝載盒在以簡單的方式將特定體積的樣品或試劑裝載到例如微流體裝置中方面具有高準確性和一致性。
9.該目標和其他目標通過本文公開的實施方案得以實現。
10.本發明在獨立權利要求中限定。另外的實施方案在從屬權利要求中限定。
11.本發明的用于微流體裝置的樣品裝載盒包括盒主體,該盒主體包括被構造成容納一定體積的液體樣品的樣品貯存器。該樣品裝載盒還包括與樣品貯存器連接并且被構造成接收液體樣品的樣品端口。輸出通道連接到樣品貯存器并從樣品貯存器延伸,而反饋通道連接到樣品貯存器并且連接到樣品端口。該盒主體包括與反饋通道的至少一部分對準的檢測部分,以使得能夠檢測反饋通道中液體樣品的存在。根據本發明,反饋通道的流動阻力低于輸出通道的流動阻力,以使接收在樣品端口中的液體樣品進入反饋通道,而基本上沒有液體樣品進入輸出通道。
12.該裝置包括根據上文的樣品裝載盒和呈基底形式的微流體裝置,該微流體裝置包括多個細胞通道,該多個細胞通道具有與流輸入通道流體連接的相應第一端以及與流輸出通道流體連接的相應第二端。細胞通道包括與相應第二端連接的相應通道限制件,以防止進入細胞通道的靶細胞到達流輸出通道。該樣品裝載盒的輸出通道與流輸入通道流體連接。
13.裝載樣品裝載盒的方法包括布置與根據上文的樣品裝載盒的樣品端口對準的樣品承載裝置。液體樣品通過樣品端口從樣品承載裝置傳送到樣品裝載盒的樣品貯存器中,直到在反饋通道中在盒主體的檢測部分處可檢測到液體樣品。
14.本發明的樣品裝載盒被設計為準確且一致地裝載計量體積的液體樣品??梢允謩踊蜃詣颖O測和驗證樣品裝載盒的正確填充,以確保液體樣品已到達流輸出通道,并在需要的情況下獲得正確體積的液體樣品,該液體樣品可被傳送到下游應用或器具,諸如傳送到微流體裝置。具體地說,如果試劑被混合并且/或者干試劑被溶解在樣品裝載盒中,則準確地確定體積是重要的。
附圖說明
15.通過參考以下結合附圖進行的描述可最好地理解所述實施方案以及其另外的目標和優點,在附圖中:
16.圖1示出了根據一個實施方案的樣品裝載盒;
17.圖2示出了在樣品裝載之前圖1的樣品裝載盒;
18.圖3示出了在樣品裝載期間圖1的樣品裝載盒;
19.圖4示出了在樣品裝載之后圖1的樣品裝載盒;
20.圖5示出了從上方觀察的圖4的樣品裝載盒;
21.圖6示出了在樣品噴射之前圖1的樣品裝載盒;
22.圖7示出了根據一個實施方案的在樣品噴射期間圖1的樣品裝載盒;
23.圖8示出了根據另一個實施方案的在樣品噴射期間圖1的樣品裝載盒;
24.圖9示出了根據另一個實施方案的樣品裝載盒;
25.圖10示出了根據另一個實施方案的樣品裝載盒;
26.圖11示出了根據又一個實施方案的樣品裝載盒;
27.圖12示出了在樣品裝載期間圖11的樣品裝載盒;
28.圖13示出了根據另一個實施方案的樣品裝載盒;
29.圖14示出了根據又一個實施方案的樣品裝載盒;
30.圖15示出了在樣品噴射期間根據圖14的樣品裝載盒;
31.圖16是示出根據一個實施方案的裝載樣品裝載盒的方法的流程圖;
32.圖17示出根據一個實施方案的裝置;
33.圖18示出了圖17和圖19所示的裝置的基底;
34.圖19示出了根據另一個實施方案的裝置;
35.圖20示出了根據另一個實施方案的樣品裝載盒;并且
36.圖21示出了在樣品噴射期間根據圖20的樣品裝載盒。
具體實施方式
37.在所有附圖中,相同的附圖標記用于相似或對應的元件。
38.本發明整體涉及一種樣品裝載盒,并且具體地涉及這樣的樣品裝載盒,所述樣品裝載盒可用于為多種應用和器具準確且一致地裝載計量體積的液體樣品,包括裝載到微流體裝置中。
39.微流體裝置的特征在于流體通道的尺寸較小,通常在μm和nm范圍內,并且因此在此類微流體裝置中存在微小體積的液體樣品。由于尺寸和體積小,特別是當避免將空氣或其他驅動流體引入微流體裝置中時,以有效且簡單的方式裝載準確計量體積的液體樣品并不是那么簡單。因此,往往需要復雜且笨重的設備來準確地計量正確體積的液體樣品,然后需要該設備或另一種裝置來將所計量的體積的液體樣品裝載到微流體裝置中。
40.本發明的樣品裝載盒使得能夠準確且一致地計量液體樣品的體積,該液體樣品可傳送到多種下游應用和器具,諸如微流體裝置。由于存在反饋通道,并且由于樣品裝載盒的反饋通道和輸出通道的設計,可使用檢測設備或儀器對本發明的樣品裝載盒的正確填充進行容易的手動或自動監測、檢測或驗證。
41.圖1是用于微流體裝置的樣品裝載盒1的實施方案的剖視圖。樣品裝載盒1包括盒主體10,該盒主體包括被構造成容納一定體積的液體樣品的樣品貯存器20。樣品裝載盒1的樣品端口30如圖1所示直接或如圖13所示間接與樣品貯存器20連接。樣品端口30被構造成接收液體樣品。輸出通道40連接到樣品貯存器20并且從該樣品貯存器延伸。樣品裝載盒1還包括反饋通道50,該反饋通道連接到樣品貯存器20,并且如圖1所示直接或如圖13所示間接連接到樣品端口30。盒主體10包括與反饋通道50的至少一部分對準的檢測部分60,以使得能夠檢測反饋通道50中液體樣品的存在。反饋通道50的流動阻力低于輸出通道40的流動阻力,以使接收到樣品端口30中的液體樣品進入反饋通道50,而基本上沒有液體樣品進入輸出通道40。
42.樣品裝載盒1由此包括被構造成裝載有液體樣品的樣品貯存器20。作為說明性但非限制性的實例,樣品貯存器20可具有任何設計,諸如立方體、矩形長方體或圓柱體。樣品貯存器20的體積限定可裝載到樣品裝載盒1中的液體樣品的體積。
43.樣品端口30與樣品貯存器20流體連接,優選地液體連接,以使得當通過樣品端口30或在該樣品端口處進入時,能夠用液體樣品填充樣品貯存器20。在特定實施方案中,樣品端口30呈樣品貯存器20的頂板22中的端口或開口的形式。在圖1中,該端口或開口設置在頂板22中,與樣品貯存器20的端側28連接。這樣的設計通常是優選的,從而允許液體樣品從一端進入樣品貯存器20,而輸出通道40和反饋通道50優選地連接到樣品貯存器20,在樣品貯
存器20的相對端側26處或與所述相對端側連接。然而,所述實施方案并不限于此。例如,樣品端口30可以是頂板22中從端側26之一到相對端側28的任何位置處的端口或開口。還可以使樣品端口30在樣品貯存器20的端側26、28之一或縱向側之一(圖1中未示出)處連接到樣品貯存器20。在這種情況下,樣品端口30優選地通過側26、28在頂板22處或在靠近頂板22的位置處(諸如在側26、28中相對于樣品貯存器20的頂板22和底部24之間的軸線2的高度處)直接或間接連接到樣品貯存器20。
44.作為說明性但非限制性的實例,樣品貯存器20可以具有任何橫截面形狀,諸如圓形、橢圓形、方形或矩形。
45.反饋通道50優選地連接到樣品貯存器20。例如,反饋通道50可在頂板22處從樣品貯存器20延伸,如圖1所示。替代地,反饋通道50可在樣品貯存器20的端側26、28中的任一者或縱向側中的任一者處進入樣品貯存器20。在這種情況下,反饋通道50優選地在頂板22處或附近的側26、28處進入樣品貯存器20。
46.在一個優選的實施方案中,樣品端口30連接到樣品貯存器20的頂板22,并且反饋通道50連接到頂板22并且連接到樣品端口30,如圖1所示。
47.輸出通道40優選地在側26、28之一(諸如端側26、28之一或縱向側之一)處連接到樣品貯存器20并從其延伸。在一個實施方案中,輸出通道40連接到樣品貯存器20的端側26、28之一并從其延伸,優選地從與樣品端口30連接到樣品貯存器20的端側28相對的端側26延伸。因此,在一個優選的實施方案中,樣品端口30和輸出通道40優選地在相對端側26、28處沿著在樣品貯存器20的這些端側26、28之間延伸的軸線6連接到樣品貯存器20,如圖1所示。在這種情況下,反饋通道50還優選進入樣品貯存器20,在與輸出通道40相同的端側26處或所述與所述端側連接。
48.此外,輸出通道40優選地在側26、28(優選地為端側26)處,相對于在樣品貯存器20的底部24和頂部22之間延伸的軸線2在頂板22下方的位置處進入樣品貯存器20。這意味著,輸出通道40的入口優選地沿著軸線2布置在反饋通道50的入口下方。例如,輸出通道40可在樣品貯存器20的底部24處或附近從樣品貯存器20的側26、28(優選端側26)延伸。
49.圖2示出了圖1的樣品裝載盒1,其中樣品承載裝置4與樣品端口30對準,諸如連接到該樣品端口。樣品承載裝置4可以是包括液體樣品3的任何裝置,該液體樣品將被裝載到樣品裝載盒1的樣品貯存器20中。例如,作為說明性但非限制性的實例,樣品承載裝置4可以是移液管、注射器、泡罩包裝、具有連接泵的預填充樣品室。
50.根據樣品貯存器20的尺寸,根據不同的實施方案,可以進行用來自樣品承載裝置4的液體樣品3填充該樣品貯存器。
51.在第一實施方案中,樣品貯存器20具有大尺寸,并且因此當填充樣品貯存器20時任何流動阻力都非常低。在這樣的實施方案中,當液體樣品3通過樣品端口30從樣品承載裝置4傳送到樣品貯存器20中時,液體樣品3開始從底部24向上朝向頂板22填充樣品貯存器20。存在于樣品貯存器20中的空氣可以通過反饋通道50逸出,該反饋通道由此也用作通氣孔,并且任選地還通過輸出通道40逸出,這取決于輸出通道40的流動阻力。
52.圖3示出了在樣品貯存器20的填充期間的另一個實施方案。在該實施方案中,樣品貯存器20通常具有較小的尺寸,并且由此對從樣品承載裝置4傳送的液體樣品3具有較高的流動阻力。在該實施方案中,樣品貯存器20從其端側28之一(即,圖3中樣品端口30流體連接
到樣品貯存器20的端側28)開始填充,然后朝向相對端側26前進。
53.在液體樣品填充期間,輸出通道40的高流動阻力防止或限制液體樣品3在填充階段期間進入輸出通道40。形成鮮明對比的是,液體樣品3保留在樣品貯存器20中并填充該樣品貯存器,而空氣通過反饋通道50排出。在樣品貯存器20充滿液體樣品3的時刻,液體樣品3將進入反饋通道50。因此,相對于反饋通道50的流動阻力而言,輸出通道40的相對較高的流動阻力導致在樣品貯存器20充滿諸如液體樣品3之類的流體時,液體樣品3進入反饋通道50,而基本上沒有液體樣品3進入輸出通道40。
54.在一個實施方案中,反饋通道50的流動阻力與輸出通道40的流動阻力之間的比率小于1/10,優選地小于1/100,并且更優選地小于1/1000。
55.在典型的實施方案中,當樣品貯存器3充滿液體樣品3時,液體樣品3開始進入反饋通道50,而基本上沒有液體樣品3進入輸出通道40。在這樣的實施方案中,液體樣品3占據樣品貯存器20的整個體積。在另一個實施方案中,樣品貯存器20可以部分地填充有液體樣品3,然后通過樣品端口3進入另一種流體,以將液體樣品3推入反饋通道50中,而基本上沒有液體樣品3進入輸出通道40。在這樣的實施方案中,液體樣品3僅占據樣品貯存器20的內部體積的一部分,而添加的其他流體占據樣品貯存器20的剩余部分。該另一種流體可以是氣體,包括氣體混合物,諸如空氣。如果液體樣品3是水或水性樣品,則可以使用的流體的另一個實例可以是不溶于液體樣品3并且不與該液體樣品混合的液體,諸如油或油基液體。
56.因此,相對于液體樣品3,輸出通道40中的流動阻力顯著高于反饋通道50中的流動阻力。與反饋通道50相比,輸出通道40的更高的流動阻力可以通過使反饋通道50的橫截面積相比于輸出通道40的橫截面積更大而實現。例如,輸出通道40的直徑(在圓形橫截面形狀的情況下)或邊長(在方形或矩形橫截面的情況下)可以在1μm高至100μm的范圍內,優選地在5μm高至75μm的范圍內,并且更優選地在10μm高至50μm的范圍內。相應地,反饋通道50的通道直徑或邊長可以在250μm高至5mm的范圍內,優選低在250μm高至1mm的范圍內,并且更優選地在250μm高至750μm的范圍內,諸如約500μm。
57.在一個實施方案中,輸出通道40的橫截面積與反饋通道50的橫截面積之間的比率優選地等于或小于1/50,優選地等于或小于1/75,并且更優選地等于或小于1/100。
58.與反饋通道50相比,輸出通道40的較高流動阻力還可以或替代地通過將輸出通道40連接到具有在微米或納米范圍內的流動通道的下游微流體裝置來實現。在這種情況下,輸出通道40和下游微流體裝置或通道之間的流體連接導致對輸出通道40中的液體樣品3呈現高流動阻力,即使輸出通道40的尺寸可在高微米范圍內或甚至在毫米范圍內。例如,可使用直徑(在圓形橫截面形狀的情況下)或邊長(在方形或矩形橫截面形狀的情況下)大于100μm,諸如大于250μm或甚至大于500μm的輸出通道40。
59.圖4示出了當樣品承載裝置4中的液體樣品3已經被傳送到樣品裝載盒1時圖1的樣品裝載盒1。從圖中可以看出,樣品貯存器20充滿液體樣品3,并且因此將液體樣品3進一步填充到樣品貯存器20中將導致液體樣品3進入反饋通道50,而基本上沒有液體樣品3進入輸出通道40。當液體樣品3開始填充反饋通道50時,可以在盒主體10的與反饋通道50對準的檢測部分60處檢測到液體樣品3。因此,在反饋通道50中在檢測部分60處檢測到液體樣品3驗證并確認樣品貯存器20已填充有液體樣品3,并且可停止任何進一步的填充。因此,檢測部分60使得能夠有效地驗證樣品貯存器20已經被填充,并且樣品貯存器20以及(如果適用的
話)樣品裝載盒1由此包含正確體積的液體樣品3。
60.檢測部分60的多個實現實施方案是可能的,以便監測或檢測并驗證反饋通道50中液體樣品3的存在,并且由此校正樣品貯存器20的填充。在一個實施方案中,檢測部分60包括與反饋通道50的至少一部分對準的窗口60,以提供對反饋通道50的目視觀察。這在圖5中更清楚地看到,其示出了圖4的樣品裝載盒1的頂視圖。
61.窗口60可以是半透明或透明窗口60的形式,以使得能夠目視觀察反饋通道50的至少一部分。例如,窗口60可以由包括在盒主體10中的半透明或透明材料制成,該窗口與反饋通道50的至少一部分對準。該半透明或透明材料然后使得能夠目視觀察反饋通道50或其至少一部分,即使盒主體10的其他部分12、14、16、18由不透明材料制成。在另一個實施方案中,整個樣品裝載盒1或至少其頂部部分12由半透明或透明材料制成,以允許進入反饋通道50。另一種解決方案是在盒主體10的頂部部分12中具有與反饋通道50的至少一部分對準的開口或凹陷部形式的窗口60。在這種情況下,可以通過開口或凹陷部對反饋通道50進行目視觀察。因此,反饋通道50是盒主體10中的至少部分打開的通道。
62.窗口60可沿著反饋通道50的整個長度延伸,如圖5所示。在另一個實施方案中,窗口60僅沿著反饋通道50的一部分(諸如與反饋通道50進入樣品貯存器20的入口連接的部分,與反饋通道50進入樣品端口30的出口連接的部分或反饋通道50的中間部分)延伸。窗口60可以是單個可能延伸的窗口60的形式。另一種可能是使若干單獨的窗口60沿著反饋通道50的不同部分延伸。
63.在上述公開的實施方案中,反饋通道50中液體樣品3的存在以及由此樣品貯存器20的正確填充可諸如由操作人員目視檢測。當足夠的液體樣品3已經傳送到樣品裝載盒1和樣品貯存器20中時,操作人員由此獲得直接視覺反饋。
64.基于窗口的實施方案還使得能夠自動檢測反饋通道50中液體樣品3的存在,并且由此校正樣品貯存器20的填充。例如,相機或其他光學儀器可監測窗口60以檢測穿過其中的任何液體樣品3。一旦通過窗口60在反饋通道50中檢測到液體樣品3,相機或儀器則可以生成信號,諸如視覺信號或聽覺信號。該信號指示操作人員在樣品貯存器20已經充滿時停止填充樣品裝載盒1。實際上,也可以對來自樣品承載裝置4的液體樣品3進行受控填充,并且其中基于由相機或儀器生成的信號來控制(諸如停止)填充。因此,一旦相機或儀器通過窗口60在反饋通道50中檢測到液體樣品3,它便生成信號并將該信號傳輸到樣品承載裝置4的泵或其他設備或者連接到該樣品承載裝置的泵或其他設備,從而使該泵或其他設備停止將液體樣品3從樣品承載裝置4傳送到樣品貯存器20中。
65.圖9是使用檢測反饋通道50中液體樣品3的存在的另一種技術的樣品裝載盒1的圖示??梢允褂迷撎娲夹g來代替或補充前面描述的基于窗口的解決方案。在圖9所示的實施方案中,檢測部分60包括至少一個電極62、64,在圖中示出了兩個此類電極62、64,其被布置成測量例如至少兩個電極62、64之間的電流。在該實施方案中,液體樣品3是導電的。因此,當液體樣品3進入反饋通道50并電互連至少兩個電極62、64時,可以通過測量至少兩個電極62、64之間的電流來驗證液體樣品3在反饋通道50中的存在。
66.在圖9中,兩個電極62、64布置在頂板和反饋通道50的底部中,并且由此被構造成測量跨反饋通道50的電流。另一個解決方案可以是將兩個電極62、64布置在反饋通道50的相應縱向側(圖9中未示出)上,以便也測量跨反饋通道50的電流。另外的替代方案包括在頂
板或反饋通道50的底部處布置電極62、64之一并且在縱向側之一處布置另一個電極64、62,或者在頂板處,反饋通道50的底部處或縱向側之一處布置兩個電極62、64。
67.也可將電極62之一布置在反饋通道50中,而將另一個電極64布置在盒主體10中的其他地方,以在電極62、64和液體樣品3之間形成回路。例如,另一個電極64可布置在樣品貯存器20中。
68.代替測量兩個電極62、64之間的電流,可以測量或監測其他電特性,諸如電容、電阻、頻率或電壓,以便檢測反饋通道50中液體樣品3的存在。在這種情況下,在兩個電極62、64之間存在液體樣品3會引起電容、電阻、頻率或電壓的變化,并且其中這樣的變化是對反饋通道50中液體樣品3的存在的驗證。
69.兩個電極62、64可以是在區域上延伸的點狀電極或扁平電極。檢測部分60可包括一對電極62、64或多對(即,至少兩對)電極62、64。在后一種情況下,多對電極62、64可沿著反饋通道50分布,并且由此沿著反饋通道50的長度布置在不同位置處。
70.在另外的實施方案中,檢測部分60包括傳感器66,該傳感器被構造成檢測在反饋通道50的至少一部分中液體樣品3的存在,參見圖10。各種傳感器66可用于檢測反饋通道50中液體樣品3的存在。例如,傳感器66可以是布置在頂板、反饋通道50的底部和/或縱向側(優選地為反饋通道50的底部)中的壓電傳感器66。在這種情況下,當液體樣品3接觸壓電傳感器66時,傳感器66生成指示反饋通道50中液體樣品3的存在以及因此樣品貯存器20的正確填充的電信號。其他傳感器實例包括溫度傳感器、壓力傳感器、磁性傳感器、光學傳感器,諸如熒光傳感器或化學發光傳感器。
71.與上述基于電極的實施方案一樣,一個傳感器66可以沿著反饋通道50的長度布置在任何地方,或者多個傳感器66可以沿著反饋通道50的長度布置在不同位置處。
72.上文結合基于窗口的實施方案描述的當在反饋通道50中檢測到液體樣品3時生成信號和/或自動停止將液體樣品3從樣品承載裝置4進一步填充到樣品貯存器20中的實例也可與基于電極和基于傳感器的實施方案結合使用。
73.在一些實施方案中,樣品裝載盒1可優選地在樣品貯存器20中預裝載有一種或多種試劑,當將液體樣品3添加到樣品貯存器20中時,該試劑溶解在液體樣品3中和/或與該液體樣品混合。在這些情況下,可以使用反饋通道50的檢測部分60中的窗口、電極或傳感器來驗證液體樣品3中試劑的濃度。如果試劑包含染料或熒光團,則這可以例如通過目視檢查來執行,但是如果試劑改變液體樣品3的電化學特性,則其也可以例如通過電感測來完成。
74.如上所述,樣品裝載盒1可以在樣品貯存器20中預裝載有液體樣品3。然后,在將液體樣品3從樣品裝載盒1和樣品貯存器20傳送到一些下游應用或器具(例如微流體裝置)之前,樣品裝載盒1可與液體樣品3一起儲存一段時間。替代地,一旦樣品裝載盒1的樣品貯存器20已經填充有液體樣品3,就可以基本上直接使用該樣品裝載盒來將液體樣品3傳送到下游應用或器具。
75.圖6示意性地示出了在樣品噴射之前圖1的樣品裝載盒。在圖6中,流體流動回路5密封地連接到樣品端口30。如本文所用,“密封地連接”指示在流體流動回路5和樣品裝載盒1之間存在不透流體或基本上不透流體的連接。流體流動回路5由此包括諸如呈o形環形式的密封件6,從而在流體流動回路5與樣品裝載盒1之間,諸如在流體流動回路5與盒主體10的頂部部分12之間提供不透流體的密封。
76.如圖6中的陰影線箭頭所指示,流體流動回路5被布置成提供進入樣品端口30中的流體流。然后,流體流將樣品貯存器20中的液體樣品3通過輸出通道40噴出,如圖7或圖8所示,這取決于樣品貯存器20和反饋通道50的尺寸,或更準確地取決于噴射階段期間的流動阻力。因此,圖7示出了大尺寸的樣品貯存器20的樣品噴射,而圖8示出了小尺寸的樣品貯存器20的樣品噴射。
77.流體流動回路5可以是能夠生成具有足夠壓力的流體流以將液體樣品3噴射通過具有相對較高的流動阻力的輸出通道40噴射的任何回路??梢允褂玫倪@種流體流動回路5的非限制性實例包括festo的流量控制閥和調節器,諸如vemp、veaa、veab、vpcf、vppx、vppm、vppm
?
npt、vpwp、mppes、vppe、mpye和vppl。通常,可以使用來自任何單元或回路5的壓力和/或流體流使液體樣品3從樣品貯存器20中噴射。流體流動回路5可以是經調節的流體流動回路5,其中流體流動可以是受控的。然而,所述實施方案并不限于此。例如,流體流動回路5可以是不一定具有流體流動控制的加壓流體室。
78.代替通過在樣品端口30處提供流體流而從樣品貯存器20中噴射液體樣品3或作為其補充,可以在輸出通道40處施加負壓,由此將液體樣品3“抽吸”通過輸出通道40。
79.由流體流動回路5提供的流體流中的流體可以是與液體樣品3相容的任何氣體、氣體混合物或液體。這種氣體的說明性但非限制性的實例是空氣。
80.在另外的實施方案中,可將柔性膜(未示出)布置在樣品端口30處并覆蓋該樣品端口。在這種情況下,可以通過將流體或機械壓力施加到柔性膜上來引起液體樣品3通過輸出通道40流出。在這種情況下,盒主體10的內部將與產生流動驅動壓力的設備隔離,并且使液體樣品3對設備的任何污染的風險最小化。
81.圖11和圖12示出了樣品裝載盒1的另一個實施方案。在該實施方案中,構成樣品貯存器20的頂板22和反饋通道50的底部的盒主體10的結構15可以是楔形的。在這種情況下,該結構15在面對端側26的端部處的厚度比在面對樣品端口30的端部處的厚度更小。在一個實施方案中,結構15呈單個楔形件的形式,即具有一個基本上平坦的表面和一個傾斜表面。例如,該結構15的底部,即樣品貯存器20的頂板22,可以是傾斜的,而構成反饋通道50的底部的結構15的頂部是平坦的。替代地,結構15的底部可以是平坦的,而結構的頂部可以是傾斜的。在另一個實施方案中,結構15為如圖11所示的具有傾斜的頂部和底部的雙楔形件的形式。
82.如圖12所示,使楔形結構15將樣品貯存器20和反饋通道50分開,有助于在填充樣品貯存器期間通過反饋通道50排出空氣。
83.圖13示出了樣品裝載盒1的另一個實施方案。在該實施方案中,樣品裝載盒1包括插置在樣品端口30和樣品貯存器20之間的溢流貯存器70。在該實施方案中,反饋通道50連接到樣品貯存器20并且連接到溢流貯存器70。因此,在該實施方案中,反饋通道50通過溢流貯存器70與樣品端口30流體連接,但實際上與該樣品端口間接連接。如圖13所示,使得溢流貯存器70插置在樣品端口30和樣品貯存器20之間降低了液體樣品3過度填充樣品裝載盒1的風險。因此,如果樣品貯存器20填充有液體樣品3并且反饋通道50開始填充有液體樣品3,則任何過量的液體樣品3將進入溢流貯存器70并保留在其中。因此,由此降低了過度填充樣品裝載盒1而導致過量的液體樣品3通過樣品端口30逸出的風險。因此,溢流貯存器70降低了在樣品裝載階段期間液體樣品3污染樣品裝載盒1,特別是盒主體10的頂部部分12的風
險。
84.圖14示出了具有降低的過度填充和污染風險的樣品裝載盒1的另一個實施方案。在該實施方案中,樣品端口30包括漏斗形結構35。漏斗形結構35可從盒主體10延伸,如圖14所示。漏斗形結構35有利地周向布置在樣品端口30周圍,從而相對于盒主體10的頂部部分12形成延伸結構,該延伸結構提供了進入樣品端口30的漏斗形開口。在裝載階段期間逸出反饋通道50和/或樣品貯存器20的任何過量液體樣品3然后將包含在漏斗形結構35限定的額外體積中。
85.在另一個實施方案中,漏斗形結構35存在于盒主體10中,并且不必從盒主體10并在盒主體10的頂部部分12上方延伸。這意味著樣品端口30優選地呈漏斗形結構35的形式。
86.圖13和圖14所示的實施方案可以組合。因此,樣品裝載盒1可包括如圖13所示的溢流貯存器70和如圖14所示的漏斗形結構35。此外,此類實施方案中的任一者可包括如圖11和圖12所示的楔形結構15。
87.圖15示出了從圖14的樣品裝載盒1的樣品貯存器20中噴射液體樣品3。在該實施方案中,流體流動回路5優選地布置在漏斗形結構35周圍,并且由此用諸如o形環之類的密封件6封閉該漏斗形結構,該密封件在漏斗形結構35之外周向地布置在盒主體10的頂部部分12上。
88.圖20示出了樣品裝載盒1的另一個實施方案。該實施方案被設計成當使用可用于從不同樣品裝載盒1中噴射液體樣品3的流體流動回路時,防止或至少最小化不同樣品裝載盒1之間的污染。樣品裝載盒包括噴射室80,該噴射室諸如使用將樣品端口和噴射室80互連的噴射通道84與樣品端口30流體連接。這樣的噴射通道84優選地布置在盒主體10的壁的上部部分中,從而將噴射室80與樣品貯存器20分開。作為說明性實例,在圖20中,噴射通道84與反饋通道20基本上對準。然而,所述實施方案并不限于此。
89.在一個實施方案中,噴射室80由隔膜82閉合或密封,該隔膜將噴射室80到樣品裝載盒1外部的開口閉合。
90.圖21示出了在噴射階段期間的圖20的樣品裝載盒1。在該實施方案中,流體流動回路5包括密封件6,諸如一個或多個o形環,其密封地接觸盒主體10的頂部部分12并與之接合。更詳細地,優選地提供密封件6以封閉樣品端口30和噴射室80的開口。流體流動回路5優選地包括針85或其他中空的穿透結構,該針或其他中空穿透結構被帶入噴射室80的開口并穿過隔膜82,如圖21所示。然后,流體流動回路5可以將流體通過針82噴射并進入噴射室80中,并且進一步通過噴射通道82噴射并進入樣品貯存器20中,由此通過輸出通道40噴射液體樣品3。
91.在樣品裝載盒1的這種設計中,流體流動回路5從不與樣品貯存器20或其中存在的液體樣品3接觸。形成鮮明對比的是,流體流動回路5僅穿透到沒有任何液體樣品3的噴射室80中。這意味著與當流體流動回路被設計成通過樣品端口30將流體直接噴射到樣品貯存器20中時的情況相比,當使用一個樣品流體流動回路5來噴射包含在不同樣品裝載盒1的樣品貯存器20中的液體樣品3時交叉污染的風險被最小化或至少顯著降低。因此,如圖20和圖21所示的實施方案在交叉污染應當最小化的應用中是優選的。
92.可以將圖20和圖21所示的實施方案與圖12至圖14所示的實施方案中的任一者結合。
93.樣品裝載盒1可以用于裝載任何液體樣品3。樣品可以是例如包含感興趣的分子(諸如脫氧核糖核酸(dna)分子,核糖核酸(rna)分子和/或蛋白質),并且/或者包含感興趣的細胞的生物樣品。例如,作為說明性但非限制性的實例,生物樣品可以是血液樣品、血漿樣品、尿液樣品、唾液樣品、糞便樣品、腦脊液樣品、羊水樣品、乳汁樣品、痰來源的樣品或淋巴樣品。替代地,裝載在樣品裝載盒1中的液體樣品3可以是液體樣品,諸如緩沖液樣品或水性樣品,其包含一種或多種藥物,測試劑或化學品,諸如抗生素;化學治療劑;標記,諸如化學發光標記、熒光標記、放射性標記和染料;抗體等。
94.樣品裝載盒1的樣品貯存器20在填充有液體樣品3之前可以是空的。在另一個實施方案中,樣品貯存器20在填充有液體樣品3之前可以包括至少一種試劑。這種試劑可以是例如凍干劑、干燥劑和/或包含這種試劑的墊。一旦液體樣品3進入樣品貯存器20并接觸至少一種試劑,則試劑將溶解在液體樣品3中或至少懸浮在液體樣品3中。
95.作為實例,至少一種試劑可以是可以在檢測部分60中檢測到的熒光團或其他可檢測試劑。
96.在樣品裝載盒1的實施方案中,檢測部分60是任選的,并且因此可以省略。這樣的實施方案不允許任何可檢測的反饋來驗證樣品貯存器20已經正確地填充有液體樣品3。然而,由于存在與輸出通道40相比具有較低流動阻力的反饋通道50,該實施方案仍然受益于液體樣品3的有效填充。這意味著反饋通道50及其較低的流動阻力有效地防止或至少顯著降低了在填充階段期間液體樣品3進入輸出通道40的風險。
97.樣品裝載盒1可以是僅旨在用于一次使用的一次性盒1。在這種情況下,一旦預裝載到樣品貯存器20中的液體樣品3已通過輸出通道40噴射,便丟棄樣品裝載盒1。替代地,樣品裝載盒1可用于多次使用應用,即重復使用至少一次。因此,在這種情況下,樣品裝載盒1的樣品貯存器20可以經受樣品裝載和樣品噴射的多個循環。
98.樣品裝載盒1可以被制造為一件或若干件,該若干件例如使用超聲或激光焊接、膠合或其他形式的粘結連接在一起以形成樣品裝載盒1。用于樣品裝載盒1及其盒主體10的材料的說明性但非限制性實例包括塑料,例如聚酰胺(pa)、聚碳酸酯(pc)、聚酯(pes)、聚乙烯(pe)、高密度聚乙烯(hdpe)、低密度聚乙烯(ldpe)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚丙烯(pp)、聚苯乙烯(ps)、聚氨酯(pu)、聚氯乙烯(pvc)、聚偏二氯乙烯(pvdc)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)、聚環氧化物、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚四氟乙烯(ptfe)、苯酚甲醛(pf)、三聚氰胺甲醛(mf)、脲醛(uf)、聚醚醚酮(peek)、馬來酰亞胺/雙馬來酰亞胺、聚醚酰亞胺(pei)、聚酰亞胺、塑性淀粉材料、聚乳酸(pla)或它們的混合物。其他聚合物也可以用作用于樣品裝載盒1及其盒主體10的材料,諸如苯乙烯
?
乙烯
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丁烯
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苯乙烯(sebs)聚合物和苯乙烯
?
丁二烯
?
苯乙烯(sbs)聚合物??捎糜跇悠费b載盒1的其他材料包括金屬和金屬合金,諸如鋁、銅、鈦、鈷、鎳、鋅及其合金,鋼和其他鐵合金、鎂合金、cop合金、coc合金和nas合金。
99.圖16是示出了裝載樣品裝載盒1的方法的流程圖。該方法包括在步驟s1中布置與根據實施方案中的任一者的樣品裝載盒1的樣品端口30對準的樣品承載裝置4。該方法還包括在步驟s3中通過樣品端口30將液體樣品3從樣品承載裝置4傳送到樣品裝載盒1的樣品貯存器20中,直到在反饋通道50中在盒主體10的檢測部分60處可檢測到液體樣品3。
100.在一個實施方案中,該方法還包括任選步驟s2,該步驟包括監測盒主體10的檢測部分60以確定或驗證在反饋通道50中在檢測部分60處是否存在任何可檢測的液體樣品3。
步驟s2中的該監測可以根據如本文所公開的實施方案中的任一者,諸如由操作人員視覺地,由例如相機光學地,使用電測量或傳感器讀數來執行。如果在步驟s2的監測中沒有檢測到液體樣品3,則該方法繼續到步驟s3,在該步驟中,液體樣品3從樣品承載裝置4傳送到樣品貯存器20中。步驟s2和s3的循環優選地繼續,直到步驟s2中的監測確定在反饋通道50中在檢測部分60處可檢測到液體樣品3,并且由此樣品貯存器20被正確地填充有液體樣品3。在這種情況下,該方法反而直接或在稍后的時間點繼續到步驟s4。該步驟s4包括將流體流動回路5密封地連接到樣品端口30,諸如圖6、圖7、圖8或圖15所示。該方法的該實施方案還包括在步驟s5中提供從流體流動回路5到樣品端口30中的流體流,以通過樣品裝載盒1的輸出通道40將樣品貯存器20中的液體樣品3噴出??梢匀鐖D7、圖8或圖15所示執行該步驟s5。
101.在一個實施方案中,步驟s4包括將包括針85的流體流動回路5密封地連接到如圖21所示的樣品裝載盒1的樣品端口30以及噴射室80的開口,使得針85穿透隔膜82。在該實施方案中,步驟s5包括提供s5從流體流動回路5到噴射室30中的流體流,以通過樣品裝載盒1的輸出通道40將樣品貯存器20中的液體樣品3噴出。
102.液體樣品3可以從輸出通道40噴射到任何下游應用或器具,諸如微流體裝置。
103.圖17示出了根據實施方案中的任一者的包括樣品裝載盒1的裝置100的實施方案。參見圖18,裝置100還包括呈基底110形式的微流體裝置,該微流體裝置包括多個細胞通道120,該多個細胞通道具有與流輸入通道130流體連接的相應第一端122以及與流輸出通道140流體連接的相應第二端124。細胞通道120包括與相應第二端124連接的相應通道限制件125,以防止進入細胞通道120的靶細胞到達流輸出通道140。樣品裝載盒1的輸出通道40與流輸入通道130流體連接。
104.基底110中的細胞通道120以及優選地還有流輸入通道130和流輸出通道優選地為微通道。因此,基底110優選地為微流體基底或裝置。
105.可以如wo 2016/007063、wo 2016/007068以及baltekin等人,pnas 2017,114(34):9170
?
9175中的任一項所公開的那樣設計裝置100的基底110。
106.在優選的實施方案中,流輸入通道130具有與第一輸入端口131流體連接的第一端132,該第一輸入端口繼而與輸出通道40流體連接。流輸入通道130還具有第二端134,該第二端可任選地與第二輸入端口133流體連接?;?10中的流輸出通道140與輸出端口141流體連接。
107.在另一個實施方案中,參見圖19,流輸入通道130的第一輸入端口131與包括第一液體樣品的第一樣品裝載盒1的輸出通道40流體連接。流輸入通道130的第二輸入端口133然后可與包括第二液體樣品的第二樣品裝載盒1的輸出通道40流體連接。第一液體樣品和第二液體樣品可以是相同類型的液體樣品或不同的液體樣品。例如,第一液體樣品可以是包含測試劑(諸如抗生素)的生物樣品,諸如尿液樣品,而第二液體樣品是缺乏測試劑的生物樣品。
108.在這些實施方案中的任一者中,輸出端口141可與第三樣品裝載盒1的輸出通道40流體連接。
109.在一些實施方案中,基底110可包括至少兩組細胞通道120,其具有相應的流輸入通道130和流輸出通道140。在這種情況下,至少流輸入通道130的相應的第一輸入端口131可與包括第一液體樣品的公共樣品裝載盒1的輸出通道40流體連接。至少兩個流輸入通道
130的相應第二輸入端口133然后優選地與包括第二液體樣品、第三液體樣品等的不同樣品裝載盒1的輸出通道40流體連接。因此,公共樣品裝載盒1連接到每個第一輸入端口131,而相應的第二輸入端口133反而與相應的樣品裝載盒1流體連接。第一液體樣品、第二液體樣品和/或第三液體樣品可以是相同類型的液體樣品或不同的液體樣品。例如,第一液體樣品可以是生物樣品,諸如包含細菌的尿液樣品,而第二液體樣品是包含測試劑(諸如抗生素)的生長培養基,而第三液體樣品是缺乏測試劑的生長培養基。
110.在操作中,并且如果樣品貯存器20預裝載有包含靶細胞的生物樣品,則該生物樣品從樣品貯存器20噴射通過輸出通道40并進入流輸入通道130的第一輸入端口131中。迫使生物樣品流過細胞通道120,并且進一步進入流輸出通道140,并通過輸出端口141流出。細胞通道120中的相應通道限制件125然后將有效地防止或至少限制或抑制生物樣品中存在的靶細胞通過相應通道限制件125并進入流輸出通道140。因此,存在于生物樣品中的靶細胞被捕獲在細胞通道120中。
111.上文描述的實施方案應被理解為是本發明的幾個說明性實例。本領域技術人員將理解,可在不脫離本發明的范圍的情況下對所述實施方案進行各種修改、組合和改變。具體地說,在技術上可行的情況下,不同實施方案中的不同的局部解決方案可組合在其他配置中。然而,本發明的范圍由隨附權利要求限定。
再多了解一些
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