用于處理生物材料的裝置的制作方法

專利名稱：用于處理生物材料的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于處理生物材料的設(shè)備，特別是處理生長在懸浮液中的 用于后續(xù)細(xì)胞遺傳的分析的細(xì)胞培養(yǎng)物。
背景技術(shù)：
隨著生物化學(xué)尤其是分子生物學(xué)和細(xì)胞遺傳學(xué)方面的進(jìn)展，使得能夠 對某些類型的疾病或生理狀況進(jìn)行可靠的的測試。測試通常需要長而復(fù)雜 的實驗方法，這些實驗方法中的許多是嚴(yán)才沐賴時間的。大多數(shù)測試時在 患者樣品如活體組織、血液樣品和其他組織樣品上進(jìn)行。這些樣品需要在 分析或作進(jìn)一步處理前進(jìn)行處理。因此，臨床實驗室的科學(xué)家們將大量時 間花費在處理樣品上，而不是分析和處理樣品并形成結(jié)果報告從而允許醫(yī) 師準(zhǔn)確地_珍斷疾病或病癥。實際上，這樣的處理可能是相當(dāng)重復(fù)、單調(diào)乏 味和要求高度的技能，因此存在著樣品處理不正確從而導(dǎo)致實驗室分析不 準(zhǔn)確，以致給患者和患者家庭帶來嚴(yán)重后果的風(fēng)險。另外，許多實驗方法 中涉及危險化學(xué)試劑，使得這些實驗方法必須在通風(fēng)櫥/櫥拒內(nèi)進(jìn)行或要 求進(jìn)行該實驗的臨床實驗室科學(xué)家穿著專門的防護(hù)服。
由臨床科學(xué)家進(jìn)行的涉及臨床樣品的細(xì)胞遺傳學(xué)分析的常見測試包 括，對易染病體質(zhì)的個體的染色體進(jìn)行分類，或測試個體的生理狀況是否 與染色體異常如唐氏綜合征有關(guān)。免疫染色可顯示出在細(xì)胞樣品中生理狀 況的涉及的范圍，例如在胂瘤樣品中內(nèi)皮細(xì)胞的過度生長。熒光原位雜交
技術(shù)(FISH)和原位雜交技術(shù)(ISH)可用于許多細(xì)胞遺傳學(xué)分析，這包 括對基因或細(xì)胞中的蛋白質(zhì)的過度表達(dá)的評估。還有許多測試(以及對那 些討論過的測試進(jìn)4于的改變)可用于測試樣品，且這些測試對本領(lǐng)域r汰術(shù) 人員是顯而易見的。這些測試中的多數(shù)需要在對樣品進(jìn)行測試前進(jìn)行某些 類型的標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞處理和固定，在這些處理和固定中，樣品在載片表面固定 或干燥。這種通過其本身性質(zhì)進(jìn)行的固定通常需要用到危險化學(xué)品如交聯(lián) 劑或有機溶劑，這些物質(zhì)對臨床可削減的健康構(gòu)成了威脅。
通常，在對通過細(xì)胞懸浮技術(shù)培養(yǎng)的細(xì)胞進(jìn)行的細(xì)胞遺傳學(xué)分析中， 首先會收集和培養(yǎng)(用于細(xì)胞生長和分裂)樣品細(xì)胞，以增加可用于測試 的材料的量。在適合的培養(yǎng)基中培養(yǎng)細(xì)胞之后，細(xì)胞的收集是通過引入中 期停頓試劑(如秋水仙酰胺)，這類試劑隨后引起細(xì)胞分裂在中期階段(從 而可在顯微鏡下看到染色體)停止的試劑來首先阻斷有絲分裂紡錘體的形 成來進(jìn)行的。然后細(xì)胞可進(jìn)行低滲處理，這將增加它們的體積，并使細(xì)胞 核成分在顯微鏡載片上干燥時更容易形成單層分布。在置于栽片上進(jìn)行分 析或進(jìn)一步處理步驟前，先用固定劑對細(xì)胞(在懸浮液中)進(jìn)行處理。固 定劑起到從懸浮液中除去水分(除了一些膜材料外)以及在懸浮液被置于 載片上之前使生物材料變硬的作用。用于處理細(xì)胞懸浮液的試劑通常具有 危害性，而且在整個染色體收集過程中，周期性地從懸浮培養(yǎng)物中的細(xì)胞 里分離出試劑涉及離心分離，旋轉(zhuǎn)和/或攪動等步驟。為了使樣品得到正 確的處理，還要求在處理中用試劑進(jìn)行培養(yǎng)的時間要精確。
為了解決上面概述的一些問題以及使得臨床細(xì)胞遺傳學(xué)實驗室更有效 地占用臨床實驗室科學(xué)家的時間，已生產(chǎn)出許多用于樣品處理的自動化機 器。
許多裝置在之前已經(jīng)公開，這些裝置公開了生物樣品可在離心分離機 中直接進(jìn)行開放式處理。盡管這些裝置減少了需采用離心分離步驟來處理 生物材料所需的手動輸入，但如果在處理過程中試管破裂(導(dǎo)致對裝置產(chǎn) 生不可接受的故障期)，則可能對設(shè)備產(chǎn)生污染，此外，這些裝置的操作 單元較大，且樣品管必須逐個手動地放置到離心分離機中的群斗/料罐
(cluster bucket)中。這些裝置目前可由ADSTEch (商品名Hanabi , Japan) 以及Mires ， Italy獲得。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是解決一個或多個與現(xiàn)有技術(shù)處理生物樣品的設(shè)備
和方法有關(guān)的問題。本發(fā)明的另一目的是提供以創(chuàng)意的方式可同時處理多 個樣品的處理生物材料的設(shè)備。這種設(shè)備的優(yōu)勢在需要對大量采用時間相 依培養(yǎng)實驗方法和需要進(jìn)行離心分離的樣品進(jìn)行處理時尤顯突出。并且，
優(yōu)選的情況是本發(fā)明的實施方式提供可用作相對較狹窄空間中且不需放 置在通風(fēng)櫥或有毒生物污染櫥拒中操作的設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于處理生物材料的設(shè)備，其包括一在其上 具有多個樣品接受區(qū)的托盤，各樣品接受區(qū)基本封閉在一夾持裝置內(nèi)，該 設(shè)備還安裝有至少一個液體運載組件，用于向樣品接受區(qū)提供液體和/或 從樣品接受區(qū)除去液體，該托盤和液體運載組件相互之間可移動，從而將 順序的樣品接受區(qū)移入與液體運載組件一致的方向。
因此，本發(fā)明提供了可在單一設(shè)備中輕松處理多個生物樣品的設(shè)備。 本設(shè)備可與離心分離機聯(lián)用，且可以是自動的或半自動的。另外，本發(fā)明 也減少了手動操作者產(chǎn)生的可變性，并可在實驗室中更有效地利用受過訓(xùn) 練的和熟練的操作者。
術(shù)語"托盤"應(yīng)理解為包括多種不同結(jié)構(gòu)，例如盤或臂狀件，且實際 上包括任何允許設(shè)備進(jìn)行有效操作的結(jié)構(gòu)。因此，樣品接受區(qū)可以是可移 動的，這樣可在設(shè)備外部加載樣品。術(shù)語"液體"應(yīng)理解為包括含有固體 材料的液體，例如含有交聯(lián)的材料或細(xì)胞膜碎片的液體。
設(shè)備可進(jìn)一步包含離心分離機，以對一個或多個樣品接受區(qū)進(jìn)行離心 分離。樣品接受區(qū)可包括管。夾持裝置可包括夾管器，其可夾持多個管。 本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認(rèn)識到夾管器可容納能夠放置于離心分離機中的 定制的或標(biāo)準(zhǔn)的實驗室用管。如果需要，夾持裝置可經(jīng)調(diào)整或調(diào)節(jié)而接受 不同大小和尺寸的管。夾持裝置將優(yōu)選包括具有一位于其內(nèi)的開口的容 器，其中在相對于該開口的位置有關(guān)閉器用于選擇性地打開和關(guān)閉該容 器。為了能夠進(jìn)入容器內(nèi)部，關(guān)閉裝置優(yōu)選可自動地(當(dāng)需要進(jìn)入時)和 /或手動地(當(dāng)操作者需要進(jìn)入時)通過設(shè)備使其產(chǎn)生動作，從而隨后在關(guān) 閉裝置打開時可將管(或其他樣品容器)放置于夾持裝置中，并在需要時 將容器有效地與環(huán)境密封(當(dāng)關(guān)閉裝置關(guān)閉時)，例如在用有毒試劑培養(yǎng)
樣品時或夾持裝置進(jìn)行離心分離時與環(huán)境隔離。
優(yōu)選地，關(guān)閉裝置包括兩個互補的蓋，它們偏置于(例如通過彈簧) 一關(guān)閉位置。可通過移開位于互補蓋上的突出部/凸出物而將容器打開。因 此，操作者或設(shè)備本身可通過推/拉開突出部打開容器并從而進(jìn)入樣品接受 區(qū)(可包含數(shù)個可移動管)。另外，夾持裝置可經(jīng)調(diào)整而接受于托盤和/或 離心分離機上。夾持裝置可根據(jù)與托盤和/或離心分離機上提供的特征互相 作用/易松開地嚙合的地形特征構(gòu)造進(jìn)行調(diào)整。例如，托盤可在其上具有 一個或多個接受結(jié)構(gòu)，用于接受一個或多個夾持裝置。優(yōu)選地，接受結(jié)構(gòu) 放射狀地分布在托盤表面。如果需要，托盤本身可用作離心分離機的托盤， 或者可提供獨立的離心分離機的托盤。顯然，當(dāng)托盤未被用作離心分離機 的托盤時，可在離心分離其他樣品接受區(qū)的同時，用液體運載器對樣品接 受區(qū)進(jìn)行處理。夾持裝置的另一特征是其內(nèi)部隔壁的構(gòu)造，這種構(gòu)造使得 當(dāng)關(guān)閉裝置處于(缺省的)關(guān)閉位置時，樣品保持其完整性，在樣品處理 步驟中產(chǎn)生的氣溶膠容納其中，且消除了在夾持裝置發(fā)生濺出或振動情況 下樣品接受區(qū)之間的交叉污染。
該設(shè)備可進(jìn)一步包含用于將一個或多個夾持裝置從托盤移至離心分離 機的運轉(zhuǎn)裝置。這種運轉(zhuǎn)裝置可包括現(xiàn)有技術(shù)中常見的摘取臂。當(dāng)采用這 種臂時，最好利用夾持裝置外部的地形特征，從而在托盤和離心分離機之 間移動夾持裝置。該設(shè)備可進(jìn)一步包括容納離心分離機的碗狀物，且優(yōu)選 該碗狀物是由適當(dāng)?shù)挠操|(zhì)材料如金屬或合金制成，從而防止在發(fā)生破裂或 故障的情況下物體飛出離心分離機。
該設(shè)備可進(jìn)一步包括適用于接受托盤的支撐物。該支撐物可以是從"加 載"位置(從而操作者可將托盤加載到設(shè)備中)和"處理"位置(從而設(shè) 備可對樣品進(jìn)行處理)滑入。該支撐物可通過手動或自動產(chǎn)生動作，且在 操作中也可形成可額外用于蓋住離心分離機的蓋。
液體運載組件可包含多個能夠分布試劑和/或從一個或多個位于一個或 多個樣品接受區(qū)內(nèi)的樣品中除去廢棄物的可起動的管和載管器。也可提供 第一管或第一復(fù)數(shù)個管用于分布試劑，以及第二管或第二復(fù)數(shù)個管用于除 去廢棄物，且這些管將連接至試劑并H/試劑混合站以及廢棄物瓶等。此外， 液體運載組件也可進(jìn)一步包含啟動裝置，用于打開互補蓋從而進(jìn)入位于夾
持裝置內(nèi)的樣品接受區(qū)。啟動裝置可包括一個或多個能夠在與互補蓋的管 接觸時將互補蓋上的突出部或柄移開的裝置，從而能夠進(jìn)入夾持裝置。啟 動裝置可包括矛狀體或可回轉(zhuǎn)桿。為了順利一致地打開互補蓋并開始向樣 品接受區(qū)傳送液體，液體運載組件可在基本垂直于樣品接受區(qū)的平面內(nèi)的 運動。如前面所述，夾持裝置的容器可具有一個或多個位于其上的地形特 征，用于與托盤和/或離心分離機和/或液體運載組件的啟動裝置進(jìn)行正嚙 合。
由于一些實驗方法將要求溶液受到攪動(例如用于將細(xì)胞重新懸浮于 試劑中)，故設(shè)備可進(jìn)一步包括用于搖動樣品接受區(qū)的裝置。托盤優(yōu)選通
過馬爾特機構(gòu)間歇傳動輪(Geneva wheel)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
設(shè)備可在操作期間容納于基本上是密封的外殼中。可通過透明的/半透 明的門進(jìn)入內(nèi)部，這種門例如可由聚碳酸酯材料制成。試劑和廢棄物也可 經(jīng)設(shè)備內(nèi)的門進(jìn)行評估，這樣可在需要時對它們進(jìn)行補充或替換。因此， 在進(jìn)行處理期間可在外殼內(nèi)對多個參數(shù)進(jìn)行控制。例如，可對環(huán)境氣氛進(jìn) 行控制，從而在實驗方法的步驟之間或在材料的處理后期根據(jù)需要獲得對 離心分離的細(xì)胞小球或重新懸浮的細(xì)胞小球的得到正確干燥速率。也可對 環(huán)境氣氛進(jìn)行調(diào)解，使其抵消設(shè)備外部的環(huán)境溫度效果，實際上，設(shè)備的 環(huán)境氣氛可控制到可對樣品或樣品托盤附近或周圍的局部環(huán)境加以控制。 全部設(shè)備(或托盤附近)的環(huán)境氣氛可通過調(diào)節(jié)以下一個或多個的可變因 素來控制溫度、相對濕度、空氣壓力和空氣體積流速。這些可變因素 可在存放樣品的敏感區(qū)域得到精確控制。對局部環(huán)境的控制可利用位于液 體運載組件附近或與之相連的空氣調(diào)節(jié)裝置，這樣，可使單個樣品或單次 試劑供應(yīng)處于特定實驗方法要求的局部環(huán)境條件下。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容 易看出，所有的這些可變因素均可通過目前可獲得的空氣調(diào)節(jié)裝置(盡管 是小型裝置)來控制，且可按需要在樣品接受區(qū)、托盤或外殼內(nèi)部通過帶 隔板的管或類似擴散裝置提供調(diào)節(jié)的空氣?？諝庹{(diào)節(jié)(包括樣品的干燥(如 果需要的話))可以是自動的和/或連接到中央處理單元。為了輔助進(jìn)行自 動空氣調(diào)節(jié)，可使用傳感器將調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)傳遞到中央處理單元按需要而對可 變因素進(jìn)行調(diào)整。中央處理單元可根據(jù)使用的實驗方法對可變因素進(jìn)行調(diào) 整和/或為定制的操作或?qū)嶒灧椒ㄟM(jìn)行調(diào)整。 此外，傳感器也可包含濁度監(jiān)控器，其整合到設(shè)備中用于評價樣品或 成批樣品，以確保所有的樣品均受到正確的處理和處理條件，并由后面的 滑動滴下/千燥步驟中提供最佳質(zhì)量的產(chǎn)出。該設(shè)備也可包含小球監(jiān)控器來 評估小球內(nèi)材料的量，以用于在一定量的試劑中得到最佳的再懸浮。優(yōu)選 地，該設(shè)備位于基本上可密封的外殼內(nèi)。并且，外殼也可使試劑釋放的任 何煙霧基本局限于設(shè)備內(nèi)。外殼還可以連接至抽氣裝置(其可包括置于通 風(fēng)櫥內(nèi))以從設(shè)備中將潛在的有毒有機蒸氣煙霧清除到外部的或整體式蒸 氣出口，這些出口本身包含有用于中和(或"凈化")的活性材料。抽氣 裝置也可包含位于設(shè)備內(nèi)部或外部的生物或微生物污染煙霧處理裝置(例
如HEPA過濾器)，通常這類裝置被稱作提取和凈化和HEPA過濾器裝置。 優(yōu)選的情況是氣流由裝置的頂部流經(jīng)裝置的底部或者沿相同方向流動。氣 流也可在外殼內(nèi)再循環(huán)。該煙霧處理裝置可以是抽風(fēng)機，其將煙霧送至一 煙霧吸收材料，然后再將處理過的空氣排放到周圍環(huán)境中和/或?qū)ζ渥鲞M(jìn)一 步處理。煙霧吸收材料可以是催化劑或吸收不期望化合物如有機蒸氣的材 料(例如堿石灰柱)。處理過的空氣可再循環(huán)回裝置內(nèi)，例如可用于調(diào)節(jié) 空氣以輔助干燥的進(jìn)行，從而可降低設(shè)備所需的整體功率輸入。試劑也可 容納于外殼中，使該設(shè)備成為一完整的處理單元。通過外殼上單獨的門可 進(jìn)入試劑，從而能夠進(jìn)行替換和清洗設(shè)備。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然可在設(shè)備中使用多種試劑，而具體采 用的試劑將取決于對生物材料實施的實驗方法。例如，在處理用于細(xì)胞遺 傳學(xué)分析時所用的細(xì)胞懸浮物時，可用到三種試劑細(xì)胞周期停頓試劑(如 秋水仙酰胺)、低滲試劑以及在需要進(jìn)行洗滌步驟時的固定劑。特定的試 劑可事先混合好，或可在設(shè)備內(nèi)用于生物材料之前配制。對于一些保存限 期不長的試劑而言，優(yōu)選釆用后面的方法配制。特定試劑的溫度也可通過 設(shè)備來控制。例如，如果樣品的實驗方法中需要進(jìn)行固定時，固定劑可由 設(shè)備進(jìn)行混合而分布到樣品上。優(yōu)選地，所需的固定劑或者是自動預(yù)先混 合好的，或是在將固定劑以適合的比率和量進(jìn)行分布前立即在線混合的， 具體情況將取決于樣品尺寸和類型以及收集過程的實驗方法，以獲得對樣
品的正確處理。固定劑的組成可由設(shè)備使用者定義或由設(shè)備根據(jù)釆用的實 驗方法來自動選擇。并且，可以根據(jù)收集過程實驗方法的要求在分布試劑
之前將其冷凍或加熱。為了從樣品中逐步洗脫掉試劑，可采用多步清洗步 驟。例如，在樣品進(jìn)行完整的固定試劑步驟前，可能會需要多步清洗步驟 或預(yù)固定步驟來除去細(xì)胞膜成分。同樣地，也可能需要多步清洗步驟來洗 脫樣品中的殘留下的試劑?？赏ㄟ^適當(dāng)?shù)谋脕矸植荚噭┖?或除去廢料。這 類泵優(yōu)選為電動控制的泵，這樣可確保在測量的時間間隔內(nèi)分布正確的試 劑量。優(yōu)選的情況是，液體運載組件能夠向樣品分布計量的試劑，且可 向樣品提供已知量的單滴可控的試劑。如前面所描述的，移動組件可連接 至位于設(shè)備內(nèi)的廢棄物槽，或連接至位于設(shè)備外的廢棄物處理裝置。當(dāng)廢 棄物槽已填滿或接近填滿時，將發(fā)出警報(例如提供聲音或視覺警報)來 提醒使用者這種情況。同樣地，當(dāng)試劑供料容器已填滿或變空時，設(shè)備極 有可能產(chǎn)生試劑儲備不足用來完成使用者選擇的處理實驗方法中給定數(shù) 目的樣品的處理的危險，此時將發(fā)出警報以提醒使用者這種情況?；蛘?， 也可提供與槽內(nèi)廢棄材料的量相關(guān)或與供料瓶內(nèi)試劑量相關(guān)的指示器。對 本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然在某些試劑中出現(xiàn)相互不相容時(例如它們在 一起發(fā)生不利反應(yīng))，可能需要分開廢棄物槽。
樣品接受區(qū)和/或夾持裝置可在其上設(shè)置有識別裝置，例如條形碼、點 碼或射頻發(fā)射器。裝置可進(jìn)一步包含傳感器，用于探測樣品的存在和/或確
認(rèn)樣品。優(yōu)選的傳感器是光學(xué)傳感器或RF傳感器。用于探測樣品的存在
和/或確認(rèn)樣品的傳感器的另一個例子是磁傳感器。對本領(lǐng)域技術(shù)人員而 言，顯然可在現(xiàn)有設(shè)備中使用多個傳感器，例如反射式光學(xué)傳感器或掃描 激光傳感器即為兩例。傳感器可被提供用于檢測處理過的生物材料的性質(zhì)。
樣品可在其上設(shè)置有識別裝置，以輔助使用者識別正確的樣品。這種 識別裝置可包括對樣品進(jìn)行獨特識別的條形碼、點碼或射頻微電路。適合 的讀取識別裝置的傳感器可以是用于讀取條形碼的激光掃描器，或用于讀 取射頻發(fā)射器的射頻掃描器。對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然在除傳感器之 外使用識別裝置分析結(jié)果將迅速和自動地收集多個樣品的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)
可被復(fù)制或連接到樣品數(shù)據(jù)庫例如實驗室信息管理系統(tǒng)(Laboratory Information Management System (LIMS))，以進(jìn)行存檔、審核和樣品追蹤和 /或進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析。因此，該設(shè)備將大大減少臨床科學(xué)家進(jìn)行和監(jiān) 控生物樣品的處理和分析而承擔(dān)的重復(fù)任務(wù)所需的時間和要求。
為了增加裝置的自動化程度，該設(shè)備可額外包括電子控制單元/中央處 理單元來控制裝置的組件。裝置的組件可包括泵、托盤、液體運載組件、 線性的和旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動臂、傳感器和相關(guān)的組件。這樣的電子控制單元可以
是可編程的。電子控制單元可以是EPROM (可擦除的可編程只讀存儲器) 裝置。傳感器可將信息傳遞至電子控制單元，且可進(jìn)一步與打印機和/或計 算機相互作用。因此，該裝置可以是按不同實驗室要求而定制的操作實驗 方法預(yù)先編程的。這種預(yù)先編程可通過手持輸入裝置及屏幕或通過連接至 該設(shè)備的計算機進(jìn)行。該計算機可具有有利于對該設(shè)備進(jìn)行編程的適合的 用戶界面，且該計算機可通過標(biāo)準(zhǔn)電纜如USB、串行端口電纜或并行端口 電纜而連接至計算機。
對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然可將該設(shè)備用于生物材料的多個不同檢 測步驟如FISH、 ISH、報告分子、免疫染色、細(xì)胞遺傳學(xué)、用于毒性分析 的化合物的高通量篩選、細(xì)胞培養(yǎng)以及細(xì)胞培養(yǎng)優(yōu)化實驗等的預(yù)分析步驟
部的以適當(dāng)形式存在的樣品。優(yōu)選地，在將染色體展開之前，使用該設(shè)備 來處理在懸浮培養(yǎng)基中生長的細(xì)胞。細(xì)胞遺傳學(xué)分析進(jìn)行的材料處理可涉
組或等位基因突變等。細(xì)胞遺傳學(xué)分析中通常使用的技術(shù)是通過 G/Q/R/T/C-顯帶和NOR銀染色進(jìn)行，然而也可使用其他的染色體染色和染 色體顯帶技術(shù)。對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然存在也可用于本發(fā)明的設(shè)備 的仍有待開發(fā)的新技術(shù)。通常，進(jìn)行分析的細(xì)胞是在處理前處于中期細(xì)胞 周期的細(xì)胞，但是，處于其他階段的細(xì)胞也可使用，例如在FISH檢驗中 使用的是分裂的中間期的細(xì)胞。
該設(shè)備可冷凍或加熱一些或所有的試劑，從而能夠更好地控制它們與 樣品的反應(yīng)時間。例如，由于固定劑僅在混合后的很短時間內(nèi)有效，因此 如果設(shè)備的設(shè)置不支持在線固定劑混合，則冷凍的固定劑可允許成批混合 的固定劑使用較長的一段時間。
對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然上面描述的該設(shè)備可以可操作地連接至 用于在載片上展開染色體的裝置，這樣處理生物樣品(從細(xì)胞懸浮液)的
過程就可達(dá)到高度自動化。
以下將通過實施例并參照或按以下附圖中的描述來對本發(fā)明進(jìn)行描述。
附固說明


圖1是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的透視剖面圖2是該設(shè)備內(nèi)的滑動環(huán)形的傳送裝置的透視圖。
圖3是用于本發(fā)明設(shè)備中的在關(guān)閉位置帶有蓋的夾管器的透視圖4是圖3中所示夾管器的側(cè)-現(xiàn)圖。
圖5是在打開位置帶有蓋的夾管器的透視圖6是圖5中所示夾管器的側(cè)視圖。
圖7是在其上分布有多個夾管器的環(huán)形的傳送裝置的透視圖； 圖8是一排設(shè)置于環(huán)形的傳送裝置上的夾管器之上的分布管的透視圖； 圖9示出了一排插入到在本發(fā)明環(huán)形的傳送裝置上設(shè)置的夾管器之內(nèi) 的管中的分布管。
圖IO是處于第一種布局的設(shè)置在夾管器之上的分布管的透視圖；以及 圖11是圖IO的分布管和夾管器處于第二布局種時的透視圖。
具體實施例方式
參見圖1~9，提供了用于處理生物材料的設(shè)備IO，其具有外殼12，在 外殼12內(nèi)設(shè)置有環(huán)形的傳送裝置14，該環(huán)形的傳送裝置14經(jīng)調(diào)整可接受 數(shù)個夾管器16。外殼12容納有可使環(huán)形的傳送裝置14在離心機轉(zhuǎn)鼓20 內(nèi)旋轉(zhuǎn)的離心分離機構(gòu)18。環(huán)形的傳送裝置14可滑動地安裝在可滑動托 盤22上，通過該可滑動托盤22可正確地;改置環(huán)形的傳送裝置14。在外殼 12的外側(cè)提供了 一對聚碳酸酯的半透明門24，從而進(jìn)入設(shè)備10的內(nèi)部， 并允許才乘作者看到工作中的"i殳備。在外殼12的外部還提供了一試劑門26， 可通過其補充試劑/輻射瓶(未示出)以及根據(jù)需要進(jìn)行維護(hù)。
環(huán)形的傳送裝置14另外還具有一中心手柄28，用以在需要時在實驗室
周圍轉(zhuǎn)移環(huán)形的傳送裝置以及輕松地將環(huán)形的傳送裝置放置到可滑動的
托盤22上。環(huán)形的傳送裝置14另外還具有多個呈徑向配置的翅片30，這 樣每對平行的翅片形成一定位組件，從而夾管器16可正確地置于其上。 圖中示出的翅片30具有三個結(jié)構(gòu)件32，其有助于對翅片提供強度。翅片 還可采取的形狀是它們可由位于夾管器16任何一側(cè)的兩個v-型定位組件 34接受。與翅片30 —樣，v-型定位組件34也含有數(shù)個結(jié)構(gòu)件36以增加 它們的強度。
夾管器16具有一外殼38，該外殼38有4個可容納一處理管42的開孔。 夾管器外殼38具有兩個互補的"蛤殼式"蓋44，其由彈簧加載從而可處 于關(guān)閉位置(如圖3和4所示)。在每個互補蓋的端部有突出部46,其被 用作打開蓋的一種方式從而可進(jìn)入夾管器16的內(nèi)部。連同定位組件48, 突出部48也突出于夾管器外殼38的外部，該定位組件48不僅用于在對 管42進(jìn)行處理時正確放置夾管器16,而且還用于穩(wěn)定夾管器16。另外， 每個夾管器16也具有一開口 40用于接收一管42，且當(dāng)互補蓋44處于關(guān) 閉位置時，即邊緣70, 71密封住開口 42的邊緣72時，每個開口均為自 持的，并將各個管分隔開來。從而降低了管之間的交叉污染，并且當(dāng)管發(fā) 生破裂時，可將裝置內(nèi)的液體除去并置入新的管，而無需再次取樣。
設(shè)備10也具有多個處理臂50，它們除連接至廢棄物管道等(未示出) 之外，還連接至試劑和/或處理液體(也未示出)。各處理臂50均具有兩根 管52， 54，其中之一被用于分布試劑等，而另一根被用于除去多余的試劑 或從處理管42內(nèi)盛放的生物樣品中除去流體。處理臂的排列可使得復(fù)數(shù) 次分布管和廢棄物移除管52， 54可在單一操作中處理多個處理管42。處 理臂50在垂直平面56內(nèi)的運動4吏得能夠借由互補蓋44上的突出部46壓 住兩4產(chǎn)形件60的傾斜表面58來推開彈簧加載的互補蓋，從而進(jìn)入到夾管 器16內(nèi)部。隨后，當(dāng)處理臂50提升時，隨著伊形件60平滑地與夾管器 16上的突出部46的接觸脫離，互補蓋44自動關(guān)閉。并且，在鏟形件60 的基部有一槽口 62，當(dāng)鏟形件60位于互補蓋44的突出部46之間時，該 槽口 62正確地定位夾管器外殼38的定位組件48?；蛘?，在需要時，各處 理臂均用作分布特定的試劑或除去廢棄材料。
使用當(dāng)中，該設(shè)備被用于處理特定生物樣品在細(xì)胞遺傳學(xué)分析的中間
處理步驟中的生物材料的細(xì)胞懸浮液。然而，該設(shè)備也可用于其他生物研 究領(lǐng)域，在這些領(lǐng)域中使用液體試劑來處理生物樣品。設(shè)備10可根據(jù)其 構(gòu)型而可以是自立式的或安裝在實驗臺上或位于通風(fēng)櫥里。盡管在圖中沒 有示出，該設(shè)備額外還具有通過管道從設(shè)備底部輸送至頂部的真空泵和
HEPA過濾器，以除去和處理任何可由試劑和/或處理步驟中遺漏的可能有 害的煙霧。如前面所述，該設(shè)備另外包括數(shù)個位于試劑門26后的試劑/廢 棄物容器(未示出)，這些容器向處理臂50的分布和移動管52, 54提供 適合的試劑以及用于存放廢棄材料的容器。
試劑容納于試劑容器(未示出)內(nèi)，并將連接至適合的泵的供應(yīng)管插 入于容器中，在需要時，泵進(jìn)一步向分布管尖部提供試劑。蠕動泵也是 通過電子控制裝置進(jìn)行電子控制的。還提供了廢棄物容器以接受來自清除 管中的廢棄材料，這些清除管也連接至適合的泵并由電子控制單元控制。
由于環(huán)形的傳送裝置14可從設(shè)備中拆除，其通常由實驗室技師在外殼 12的外部通過將已含有特定樣品的處理管42置于夾管器16的開口 40內(nèi) 而加載。為了打開夾管器，兩個手柄47被擠壓到一起，使得兩個互補蓋 44打開。除了處理管(其僅以某些取向插到環(huán)形的傳送裝置上)的每個位 置之外，對環(huán)形的傳送裝置14上的每一個位置均加以編號，這樣技師就 可精確地知道哪個樣品與哪個處理管相對應(yīng)?；蛘?，可向各夾管器16提 供易于用外部裝置讀取的條形碼，或者設(shè)備10本身可進(jìn)行對單個和/或批 量樣品的正確識別。也可使用RFID來確保正確的樣品位置等。在環(huán)形的 傳送裝置14完全(或部分)加載了夾管器16后，將其放置在可滑動托盤 22上。如上面已討論過的，該可滑動托盤22具有定位裝置，通過該裝置 環(huán)形的傳送裝置僅可以特定方式插入，從而設(shè)備10分辨出每個夾管器16 的精確位置。
當(dāng)環(huán)形的傳送裝置14位于設(shè)備內(nèi)時，生物樣品根據(jù)特定的實驗方案進(jìn) 行處理，該實驗方案將受由用戶定義的計算機控制(未示出)。因此，使 用該i殳備可對諸如試劑培養(yǎng)時間，離心分離速度和時間，攪動和試劑序列 等參數(shù)進(jìn)行定義并加以實施。這樣， 一旦設(shè)備加載了環(huán)形的傳送裝置，則 可由設(shè)備的操作者啟動實驗方案，而所有的處理步驟均由該設(shè)備順次自動 進(jìn)行。
在生物樣品的處理過程中，環(huán)形的傳送裝置14可繞由一把手28限定 的軸旋轉(zhuǎn)，這樣每一個處理臂50均可處理容納于特定夾管器16的處理管 42內(nèi)的生物樣品。在實踐操作中，處理臂50可根據(jù)其是否需要進(jìn)入夾管 器16而在垂直軸56內(nèi)運動。
當(dāng)處理臂50朝夾管器16向下運動時，突出部46壓住兩伊形件60的 傾斜表面58，推開將互補蓋壓在一起的彈簧機構(gòu)(未示出)，從而將互補 蓋44打開。位于伊形件60末端的槽口 62靠夾管器外殼38的定位組件48 進(jìn)行正確定位，其起到在處理步驟中穩(wěn)定夾管器16的作用。然而，由于 v-型定位組件34和翅片30的排列關(guān)系，發(fā)生輕微移動是允許的。這樣， 試劑可通過分布管54進(jìn)行分布，或廢棄流體通過廢棄物管56從處理管42 中吸出廢棄材料而除去。如果需要，可通過移動伊形件60或用其他裝置 直接或間接地接觸夾管器16而對夾管器產(chǎn)生攪動。當(dāng)生物樣品進(jìn)入相關(guān) 處理步驟時，處理臂會自動升高，4產(chǎn)形件會脫離與互補蓋44的突出部46 的接觸，從而彈簧將使蓋子合到一起，而夾管器基本上被關(guān)閉。
當(dāng)生物材料的處理步驟中包括離心分離步驟時，可將環(huán)形的傳送裝置 14降低到離心機轉(zhuǎn)鼓20內(nèi)，從而啟動離心分離機構(gòu)18以施力于夾管器 16?；蛘咭部梢允褂谜”?6來從環(huán)形的傳送裝置14上移除夾管器16， 這樣夾管器可被直接加栽到離心分離機構(gòu)18中。該摘取臂46具有兩個爪 66,均在其中具有開口以接受單個夾管器16的定位組件48,從而每個夾 管器均可獨立地從環(huán)形的傳送裝置14上取下并加載到離心分離機構(gòu)18 上。每個夾管器16均具有一個v-型件34,其可接受位于離心分離機中的 圓柱狀突出物。當(dāng)離心分離機開始旋轉(zhuǎn)時，夾管器16可突起運動從而確 保處于水平位置。當(dāng)旋轉(zhuǎn)結(jié)束后，夾管器16恢復(fù)到垂直位置?？苫瑒油?盤22額外提供一用于離心分離機構(gòu)的"蓋"，以保護(hù)實驗室技師。然而， 當(dāng)離心分離機構(gòu)18位于鋼鼓20內(nèi)時，在自持的裝置中蓋是不需要的。在 離心分離步驟之后，使用摘取臂46將各夾管器16放回到環(huán)形的傳送裝置 14的正確位置，并根據(jù)需要完成進(jìn)一步的處理步驟。
在一可替代的實施方式中，處理臂50具有一對轉(zhuǎn)動桿80， 82,它們通 過彈簧84， 86偏置于關(guān)閉結(jié)構(gòu)(圖10)。桿80， 82分別由一對位于"蛤 殼式"蓋44上的柄88, 90和88', 90、妄受。在垂直平面92內(nèi)向下移動臂50
可進(jìn)入到夾管器16的內(nèi)部桿80, 82與柄88, 90和88', 90'進(jìn)4亍嚙合， 并且一旦克服了使蓋44保持在一起的彈簧84, 86和彈簧機構(gòu)(未示出) 的偏壓，則桿80, 82轉(zhuǎn)到它們的打開位置(圖11),并推開彈簧加載的蓋 44。
如圖中所示，環(huán)形的傳送裝置14可含有12個夾管器16，每個夾管器 16中可放置4個樣品，因而在任何給定時間可處理72個樣品。實際上， 在放置于離心分離機構(gòu)內(nèi)的多個夾管器受到相關(guān)的離心力的同時，其他的 的夾管器可進(jìn)行試劑步驟。實際上，如果需要，夾管器16也可在離心分 離機構(gòu)18內(nèi)直接被處理。
由于夾管器，特別是互補蓋44的構(gòu)造，處理管42自持于夾管器外殼 38內(nèi)，這就進(jìn)一步減少了對實驗室技師發(fā)生濺漏等危險。對本領(lǐng)域技術(shù)人 員而言，顯然在離心分離期間通常樣品管會裂開，導(dǎo)致裝置在徹底清潔前 無法使用，但如果處理管42在夾管器16內(nèi)破裂，則設(shè)備10將處于其自 身的固定器中，從而不會受到這種濺漏的影響。
處理管42可以是定制的尺寸，或也可以是目前用于實驗室環(huán)境內(nèi)的標(biāo) 準(zhǔn)管尺寸。盡管須仔細(xì)地正確稱量離心分離機構(gòu)18的重量，但如果需要 的話，夾管器外殼38可以調(diào)整成接受不同尺寸和形狀的處理管42。另外， 處理臂50和/或摘取臂64可連接至碰撞探測系統(tǒng)，從而在臂未正確置于相 對于夾管器處時，該系統(tǒng)將向?qū)嶒炇壹紟焾蟾驽e誤，且裝置將停止運轉(zhuǎn)以 防止任何損害的產(chǎn)生。設(shè)備的內(nèi)部環(huán)境例如濕度和溫度也可經(jīng)控制而使得 每個生物樣品均以相同的方式和在最佳條件下被處理。環(huán)形的傳送裝置可 在設(shè)備內(nèi)通過馬爾特機構(gòu)間歇傳動輪而旋轉(zhuǎn)，或者通過任何現(xiàn)有技術(shù)中顯 而易見的機構(gòu)而旋轉(zhuǎn)。處理臂，優(yōu)選那些在每次相應(yīng)的離心分離步驟后抽 吸試劑的臂也可升高、旋轉(zhuǎn)和降低，從而進(jìn)入在線清洗站而清洗試劑管和 載管器尖，以維持各細(xì)胞培養(yǎng)物的完整性和消除可能的"遺留物"或順次 處理的管中培養(yǎng)物之間的交叉污染，清洗材料中的物質(zhì)根據(jù)在處理中各具 體階段采用的試劑而改變。
該設(shè)備是通過在電子控制設(shè)備內(nèi)編制的程序來控制的，在需要時刻對 該電子控制設(shè)備進(jìn)行重新編程，且該電子控制設(shè)備可具有多個可選擇的實 驗方案。使用者可在進(jìn)行成批處理前通過連接至電子控制單元的鍵盤(未
示出)輸入他們自己的實驗方案?；蛘?，該電子控制單元可通過一界面而 連接至計算機，從而對設(shè)備進(jìn)行重新編程。在向設(shè)備加載了數(shù)個待處理的 樣品后，由開始運行選擇的實驗方案(通過在連接至電子控制單元的鍵盤
(未示出)上選擇)來啟動處理。在完成的實驗方案被應(yīng)用于每個樣品， 機器自動停止，如果需要，可對實驗室技師發(fā)出提示。
如前面已說明的，該設(shè)備將通常用于處理細(xì)胞遺傳學(xué)分析中使用的生 物樣品，因此其中使用的試劑可包括秋水仙堿溶液、低滲溶液和固定劑， 例如曱醇和乙酸的混合物)。由于這些試劑的儲存壽命相對較短(其通常 需要在使用前混合)，因此如果需要的話，該設(shè)備也可提供在處理臂50對 各種試劑進(jìn)行混合。
在本申請中，該設(shè)備被用在細(xì)胞周期中的細(xì)胞周期中期停頓階段的懸 浮細(xì)胞培養(yǎng)物的制備中。常見的用于細(xì)胞遺傳學(xué)分析中的細(xì)胞包括那些衍 生自纖維原、胎盤細(xì)胞中胚層和羊水細(xì)胞、血液、骨髓、淋巴結(jié)核和固體 肺瘤組織的細(xì)胞。本實驗方法被用于在將這些細(xì)胞固定在栽片上以及對染
色體內(nèi)的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行突出處理前制備細(xì)胞培養(yǎng)物(例如對染色體進(jìn)行G-帶顯示的實驗方法)。該設(shè)備基本上是防漏的，此外主要的邏輯和控制電 路以及大多數(shù)傳動器都位于與液體分離的隔間內(nèi)，從而提供了 一可靠的設(shè) 備。
權(quán)利要求
1.一種用于處理生物材料的設(shè)備，其包括一在其上具有多個樣品接受區(qū)的托盤，各樣品接受區(qū)基本封閉在一夾持裝置內(nèi)，該設(shè)備還安裝有至少一個液體運載組件，用于向樣品接受區(qū)提供液體和/或從樣品接受區(qū)除去液體，該托盤和液體運載組件之間可相互移動，從而將順序的樣品接受區(qū)移入與液體運載組件一致的方向。
2. 權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該設(shè)備進(jìn)一步包含離心分離機，以對一個或多個樣品接受區(qū)進(jìn)行離心分離。
3. 權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其中該托盤能夠相對于該液體運載組件轉(zhuǎn)動。
4. 前述任一項權(quán)利要求中的設(shè)備，其中該樣品接受區(qū)包括管。
5. 前述任一項權(quán)利要求中的設(shè)備，其中該夾持裝置包括夾管器。
6. 前述任一項權(quán)利要求中的設(shè)備，其中該夾持裝置包括具有一位于其 上的開口的容器，其中在相對于該開口的位置有關(guān)閉裝置用于選擇性地打 開和關(guān)閉該容器。
7. 權(quán)利要求6的設(shè)備，其中可通過該設(shè)備或手動地開動該關(guān)閉裝置， 以進(jìn)行選擇性打開和關(guān)閉該容器。
8. 權(quán)利要求6或7的設(shè)備，其中該關(guān)閉裝置包括兩個互補的蓋，它們 偏置于關(guān)閉位置。
9. 權(quán)利要求8的設(shè)備，其中通過位于該互補的蓋上的突出部被移開而 將容器打開。
10. 權(quán)利要求2~9中任一項的設(shè)備，其中該夾持裝置經(jīng)調(diào)整而接受于 4乇盤和/或離心分離才幾上。
11. 前述任一項權(quán)利要求中的設(shè)備，其中在該托盤上具有一個或多個接 受結(jié)構(gòu)，用于接受一個或多個夾持裝置。
12. 權(quán)利要求ll的設(shè)備，其中該接受結(jié)構(gòu)放射狀地分布在托盤表面。
13. 權(quán)利要求2~12中任一項的設(shè)備，其中該托盤被用作離心分離機的 托盤。
14. 權(quán)利要求2~12中任一項的設(shè)備，其中該設(shè)備進(jìn)一步包含用于將一 個或多個夾持裝置從托盤移至離心分離機的運轉(zhuǎn)裝置。
15. 權(quán)利要求14設(shè)備，其中該運轉(zhuǎn)裝置包括摘取臂。
16. 權(quán)利要求2~15中任一項的設(shè)備，其中該設(shè)備進(jìn)一步包括容納離心 分離機的碗狀物。
17. 前述任一項權(quán)利要求中的設(shè)備，其中該設(shè)備進(jìn)一步包括可滑動蓋在 其上接受該托盤。
18. 權(quán)利要求2~17中任一項的設(shè)備，其中該可滑動蓋被用作離心分離 機的蓋。
19. 前述任一項權(quán)利要求中的設(shè)備，其中該液體運載組件包含多個能夠 分布試劑和/或從一個或多個位于一個或多個樣品接受區(qū)內(nèi)的樣品中除去 廢棄物的管。
20. 權(quán)利要求19的設(shè)備，其中提供第一管用于分布試劑，以及第二管 用于除去廢棄物。
21. 權(quán)利要求19或20的設(shè)備，其中該液體運載組件進(jìn)一步包含啟動裝 置，用于打開互補蓋從而進(jìn)入位于夾持裝置內(nèi)的樣品接受區(qū)。
22. 權(quán)利要求21的設(shè)備，其中該啟動裝置包括一個或多個能夠在與互 補蓋的管接觸時將互補蓋上的突出部移開的矛狀體。
23. 前述任一項權(quán)利要求中的設(shè)備，其中該液體運載組件相對樣品接受 區(qū)，在基本垂直的平面內(nèi)運動。
24. 權(quán)利要求21~23中任一項的設(shè)備，其中夾持裝置的容器具有一個 或多個位于其上的地形特征，用于與托盤和/或離心分離機和/或液體運載 組件的啟動裝置進(jìn)行正嚙合。
25. 前述任一項權(quán)利要求中的設(shè)備，其中該設(shè)備進(jìn)一步包括包括用于搖 動樣品接受區(qū)的裝置。
26. 前述任一項權(quán)利要求中的設(shè)備，其中托盤通過馬爾特機構(gòu)間歇傳動 輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
27. 前述任一項權(quán)利要求中的設(shè)備，其中該設(shè)備容納于基本上是密封的 外殼中。
28. 前述任一項權(quán)利要求中的設(shè)備，其中該外殼連接至抽氣和/或過濾裝置。
29. 前述任一項權(quán)利要求中的設(shè)備，其中該樣品接受區(qū)和/或夾持裝置 在其上設(shè)置有識別裝置。
30. 權(quán)利要求29的設(shè)備，其中該識別裝置包括條形碼、點碼或射頻。
31. 前述任一項權(quán)利要求中的設(shè)備，其中該設(shè)備進(jìn)一步包含傳感器，用 于探測樣品的存在和/或確認(rèn)樣品。
32. 前述任一項權(quán)利要求中的設(shè)備，其中該設(shè)備進(jìn)一步包含傳感器，用 于探測處理的生物材料的性質(zhì)。
33. 前述任一項權(quán)利要求中的設(shè)備，其中該設(shè)備進(jìn)一步包括空氣調(diào)節(jié)裝置。
34. 前述任一項權(quán)利要求中的設(shè)備，其中該設(shè)備進(jìn)一步包括濁度監(jiān)控 器，用于評價樣品的濁度。
35. 前述任一項權(quán)利要求中的設(shè)備，其中該設(shè)備進(jìn)一步包括小球監(jiān)控器 來評估小球內(nèi)材料的量，以用于在一定量的試劑中得到最佳的再懸浮。
36. 前述任一項權(quán)利要求中的設(shè)備，其中電子控制單元/中央處理單元 控制著該設(shè)備的組件。
37. 權(quán)利要求35或36的設(shè)備，其中該傳感器將信息傳遞到該單元。
38. 權(quán)利要求35 ~ 37中任一項的設(shè)備，其中該控制單元可與打印機和/ 或計算機連接。
39. 前迷任一項權(quán)利要求中的設(shè)備，其中該設(shè)備被用于處理細(xì)胞遺傳分 析中使用的生物材料。
40. 前述任一項權(quán)利要求中的設(shè)備，其中該設(shè)備用于制備在載片上染色 體的展開前對細(xì)胞培養(yǎng)物進(jìn)行處理。
41. 前述任一項權(quán)利要求中的設(shè)備，其中該設(shè)備可操作地連接至用于制 備在載片上染色體的展開的裝置。
42. 任一項權(quán)利要求中的參考附圖并實質(zhì)進(jìn)行描述的裝置。
43. 權(quán)利要求21的設(shè)備，其中該啟動裝置包括一個或多個桿，當(dāng)該一 個或多個桿與該互補蓋接觸時，可移動該互補蓋開將它們分開。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于處理生物材料的設(shè)備，其包括一在其上具有多個樣品接受區(qū)的托盤，各樣品接受區(qū)基本封閉在一個夾持裝置內(nèi)，該設(shè)備還安裝有至少一個液體運載組件，用于向樣品接受區(qū)提供液體和/或從樣品接受區(qū)除去液體，該托盤和液體運載組件之間可相互移動，從而將順序的樣品接受區(qū)移向與液體運載組件一致的方向。本發(fā)明特別適用于處理用于細(xì)胞遺傳學(xué)分析的生物材料(特別是細(xì)胞懸浮液)。
文檔編號C12M1/26GK101365780SQ200680049064
公開日2009年2月11日 申請日期2006年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月26日
發(fā)明者勞倫斯·卡爾·克里斯 申請人:吉耐爾基因方案解決有限公司