活動的多孔板安裝方法

專利名稱：活動的多孔板安裝方法
技術領域：
本發明一般地涉及用于將微型板(microplate)保持在固定位置的機構。
技術背景現今,現有技術利用各種儀器來在與化學和生物樣品相關的微型板表面上具體 位置處測量諸如顏色、吸光率、亮度以及光致發光之類的光度特性。例如，光學讀 取器通常用于生物學領域，諸如基因研究、藥品發現、或診斷目的以探測通常沉積 在陣列構造的基片(例如，載玻片)表面上的成百上千的化合物(例如，DNA、 低核苷酸、蛋白質等)。本技術領域還已知有必要將保持樣品的微型板和光學裝置 的光束適當對準以進行許多光度測量。類似地，為了進行圖像分析，諸如光學掃描器/讀取器和顯微鏡之類的裝置要 求提供微型板的已知且精確定位的樣品鏡臺。此外，對于利用傳感器、基片的樣品 表面上的波導光柵或其它微型器件的圖像裝置而言，與光學部件有相互關系的表面 的對準對一致的測量是很關鍵的。許多光度儀器利用多點微型板來制備大量的測試樣品。微型板通常是由玻璃或 塑料制成的矩形結構，各具有多個用于保持樣品材料的井孔。板本身通常廉價、安 全、結實且便于操作。它們是一次性的，但可方便地清洗并可在必要時再使用。隨著化學和生物樣品尺寸的減小，陣列表面上的樣品數量增加，相對于測量儀 器的樣品的對準逐漸變得更加重要。現有的和未來的藥品發現依賴于陣列上的大量 測試點。例如，為了確定具有某種類型感受器的結合事件的特定蛋白質序列，需要 高密度的樣品以將感受器暴露于盡可能多的不同蛋白質排列中。因此，所要化驗的 樣品位于表面的多個離散位置上，每個位置包含一個樣品。標準微型板通常約127.76mm長x85.48mm寬，并可容納高達384或者甚至1536個化驗物。由于分析 樣品的尺寸小且間隔緊密，微型板樣品表面必需精確地且可重復地相對于測量裝置 對準，因此使測量裝置進行樣品的無誤差測量。目前正在開發探測分子種類的結合而不增加標簽的系統。這些系統利用在特定 位置嵌有傳感器的一次性微型板和讀取器以詢問微型板的那些精確位置。使用在這 些系統中進行的化驗依賴于在化驗中步驟之間進行相互影響的連續分析觀察。這 樣，可完成真實的"之前和之后"分析，揭示生物學或化學分子相互反應的發生(或 未發生)。因此，包含在鏡臺內或上的微型板的可重復和一致的對準和/或定位對于 分析詢問是至關重要的且對這些新改進的系統是必要的。目前的測量協議需要四個主要步驟(1)最初/背景測量，(2)板的移除(用于附加化驗步驟)，(3)將板重新插入讀取器，(4)第二次測量，以及(5)第一次 測量和第二次測量的比較。在將微型板放入精確位置之后，可通過光度計/光學儀 器讀取最初測量。 一旦移除了微型板，并完成了其內容物的處理，微型板的檢查就 取決于微型板在讀取器內的精確再定位。因此，第二次/最終測量結果會受到最初 和第二次/最終測量步驟之間微型板位置的最輕微變化、轉動和/或平移的不利影 響。需要一種可減小主動地將微型板再定位所要求的運動范圍的安裝座。此外，還 要求具有可限制微型板的任何運動自由度的機構而將微型板約束在同時受限制于X、 Y、和Z平面中。根據化驗和檢測裝置，微型板在鏡臺上的連續定位的變化不超過1微米的平移或20微弧度的轉動可能是有必要的。此外，能夠允許進行可能的微型板的機械操作的安裝座設計方案對未來高處理量分析是有利的。發明內容本發明的一方面涉及用于約束微型板位置的機構，包括基部，所述基部具有限 定用于微型板的嵌套或嵌入容座；以及至少三個支承件，所述支承件從基部的表面 突出并能夠支承微型板。所要求保護的機構的嵌入容座具有至少兩個側壁和至少兩 個端壁，它們在角處相交以形成矩形，其中壁限定探測孔，以能夠通過探測孔光學 通達微型板的至少一個表面。機構的支承件可具有任何剛性成份，諸如金屬、碳化 物、鉆石或紅寶石之類的無電抗性材料是較佳的。在本發明的另一實施例中，該機構還可包括精密組件，其中基部固定到能夠將 嵌入容座移入或移出光學讀取器的視域的組件。本發明的較佳實施例包括對準系統，其中保持微型板的嵌入容座可精確地定位在光學讀取器/探測器上方的位置， 使得微型板樣品表面能夠可重復地插入嵌入容座的類似的第一和第二位置，每個位 置相對于彼此位于小于約1微米的平移和小于約20微弧度的轉動的范圍之內。更 佳的是定位的微型板的第二位置在第一位置的小于約15微弧度的轉動(數值越小 越精確)范圍內。本發明的另一實施例是微型板約束機構，其支承件包含一個或多個匹配結構， 這些匹配結構能夠與一個或多個相應微型板匹配結構相互作用。該機構可另外具有 位于嵌入容座的周界上或外邊緣上的一個或多個引導銷。這些引導銷能夠將微型板 對準在相對于支承件的預限定位置。同樣，本發明的機構的較佳實施例具有位于嵌 入容座的角或側上的一組或多組引導銷，從而這些引導銷能夠將至少一個容器側或 角對準。弓I導銷在微型板的手動或自動運動和操作以輔助微型板的精確定位方面可 能是有利的。引導銷的形狀較佳地形成為可輔助微型板的逐漸定位，從而避免微型 板的突然運動，還防止微型板樣品表面上內容物的破壞。盡管任何形狀或形狀的組 合都是適用的，但較佳實施例在嵌入容座的周界上附連位置處具有圓柱形基部的引 導銷。圓柱形向上漸細成錐形，微型板能夠最初接納在這里。在另一方面，本發明包括微型板，該微型板包括基本上平坦的透明下部板，所 述下部板具有用于樣品井孔陣列的至少一個或多個底部表面。單一上部板可形成用 于樣品井孔的側壁。微型板的框架圍繞樣品井孔的陣列。較佳的框架具有位于下側 表面上的一個或多個微型板匹配結構，該下側表面能夠與從約束機構的基部突出的 一個或多個支承件相互作用。在另一方面，本發明包括微型板組件，該微型板組件包括約束機構，該約束機 構包括基部，該基部具有限定用于微型板的嵌入容座的至少一個表面；從基部突出 以支承微型板的至少三個支承件；以及位于與支承件接觸的嵌入容座內的微型板。 在本發明的一實施例中，適用至少六個約束件以維持微型板在X、 Y和Z平面的 微型板的定位穩定性；而三個微型板匹配結構與支承件的三個匹配結構接觸/配合， 在微型板和約束機構的基部之間形成六個點接觸。該組件的微型板還能夠包括至少 -個井孔，井孔具有位于井孔的底面內的至少一個傳感器。在本發明的另一實施例中，支承件從約束機構的一個或多個副表面突出，而沒 有特定的匹配結構。副表面較佳地插入嵌入容座的端壁和側壁上，還形成探測孔的 周界上的壁架。此外，支承件可包括能夠與微型板的至少一個下側表面接觸的一個 或多個點接觸件。在該替代實施例中，在副表面上使用三個支承件，且多個定位構位于端壁和側壁上以進一步將微型板約束在固定位置。必需提供最少六個點接觸 件以約束六個自由度。可需要更多的接觸件來形成所提供的接觸件上的預載力。一 個這樣的實施例在相應端壁和側壁上包括至少一個X-方向接觸件和至少一個Y-方 向接觸件；而具有X-方向接觸件的端壁垂直于具有Y-方向接觸件的側壁。較佳的 是，除了與所述X-方向接觸件相對的所述端壁上的至少一個彈簧加載接觸件和與 Y-方向接觸件相對的所述壁上至少一個彈簧加載接觸件之外，機構包括分別位于所 述端壁和側壁上的至少兩個X-方向接觸件和至少一個Y-方向接觸件。此外，本發明的機構的實施例形狀設置和構造成能夠自動通達微型板安裝座/ 鏡臺區域，其中微型板定位在基部上而無需笨重的機械臂操作。本發明還包括將微型板的位置約束在光學探測系統內固定位置的方法。該方法 最初包括提供如前所述的約束機構，該約束機構與諸如光學探測器或光學探測系統 之類的分析系統協配。也可在微型板的操作或分析中包含其它儀器系統(即，分配 單元)。最初插入微型板以占據嵌入容座的第一限定位置，由此探測系統可記錄微 型板的最初第一測量。隨后，將微型板從嵌入容座移除。將微型板插入嵌入容座可 建立相對于分析系統的第二相對位置，使得第一位置和第二位置之間的差別小于約 1微米平移且小于約4弧秒(arc second)(較佳地小于3弧秒是更精確的)或20 微弧度轉動(較佳地小于約15微弧度轉動)。然后光學探測系統可記錄在第二限定 位置的微型板樣品表面的第二次測量，以與在第一限定位置的最初讀取進行比較分 析。因而要求提供可減小微型板的活動再定位所要求的運動范圍的機構。此外，還 要求具有限制微型板的運動的機構，同時該機構在連續安裝時將微型板約束在限定位置的X、 Y和Z平面上。對于微型板約束機構來說一致且可重復是尤其有利的。 根據化驗和探測裝置，可能要求微型板在鏡臺上的連續定位的變化不超過1微米平 移或2微弧度轉動。此外，能夠允許微型板可能的自動機械操作的安裝座設計還對 未來高處理量分析是有益的。在考慮了以下說明書和附圖之后，本發明的其它優點 會顯現出來。


參照附圖閱讀以下詳細說明后就會很好地理解本發明。要強調的是各結構不一 定是按比例繪制的。事實上，為了清楚地進行討論而任意地增大和減小了各尺寸。 圖1是本發明的約束機構的說明性實施例的立體圖。圖1A是本發明的V形匹配結構的放大視圖。圖1B是本發明的約束機構的引導銷的放大視圖。圖2是包含井孔陣列的微型板樣品表面的說明性實施例。圖2A是圖2的井孔陣列的局部切除剖視圖。圖2B是本發明的微型板的下側三維視圖。圖2C是本發明的微型板匹配結構的放大立體圖。圖3是本發明的微型板組件的立體圖。圖3A是圖3的微型板組件的透視俯視圖。圖3B是貫穿剖面線a-a的圖3的放大剖視圖。圖3C是圖3B的角309的配合的匹配結構的放大視圖。圖4是微型板組件的另一說明性實施例。圖4A是從圖4中卸除了微型板的下側立體圖。圖5是使用副表面的約束機構的另一較佳實施例。圖5A是圖5的嵌入容座的放大俯視圖。圖5B是嵌入約束機構的微型板的俯視圖。圖5C是貫穿剖面線b-b的圖5A的放大剖視圖。圖5D是圖5C的角落509的放大局部剖視圖。圖5E是示出了可施加的力的嵌入約束機構的微型板的俯視圖。圖6是包含有附連到精確平移鏡臺的結構的約束機構。
具體實施方式
在以下詳細說明書中，為了解釋而非限制的目的，闡述了揭示具體細節的示例 性實施例以提供對本發明的透徹理解。但是，對本技術領域的技術人員來說很明顯 本發明可實施為與本文所揭示細節不一致的其它實施例。在其它實例中，可省略已 知裝置和方法的詳細說明而不會使本發明的說明不清楚。圖1中示出了根據本發明一實施例的約束機構100。機構100包括結構/基部 101，該結構/基部101具有表面110;以及能夠支承微型板的、從基部101突出的 三個支承件150。兩側壁112和兩端壁114在角116處相交并形成具有開口或探測 孔125的矩形周界。探測孔125使位于機構下面的光學探測器直接通達位于并擱在 機構100內的井孔。機構100還具有幾組位于基部101的表面110上較佳地靠近探 測孔125的引導銷130。在每個角116處有成對的引導銷130，使微型板能夠逐漸地放置在機構100內的位置內以與支承件150對準。本發明的一個方面涉及具有支承件150的約束機構100，支承件150包括V形 匹配結構155 (如圖1A中放大圖所示)。在該較佳實施例中，匹配結構155是包含 在支承件150內的匹配表面155。具有匹配表面155的三個支承件150附連到基部 101并設置在表面110上以支承微型板。支承件150傾向于構造成具有諸如包括陶 瓷、金屬、或碳化物材料之類的材料成份的堅硬、剛性特性。匹配結構設計成式與 微型板上的相對匹配結構相互作用而呈穩定的形式。支承件150中的兩個位于朝向 探測孔125的質心傾斜的角116，且一個支承件150位于相對端壁114上(并平行 于經過兩支承件150和探測孔125的質心之間的質心軸線)。支承件150彼此分別 附連到基部IOI，使得微型板能夠受限制于有限的運動，尤其是沿X或Y方向平 移小于約1微米和圍繞Z方向軸線轉動小于約4弧秒(同樣，更小的數是更精確 的)或小于約20微弧度(較佳地小于約15微弧度)。此外，本發明的另一方面涉及附連到基部101的引導銷130，較佳地構形成能 夠輔助微型板的逐漸定位。盡管任何形狀或形狀的組合都是適用的，但該較佳實施 例具有一組引導銷130，在基部101的表面IIO上的附連件133的位置各具有圓柱 形的基部132。在該實施例中，圓柱形132向上漸細成錐形形狀134，矩形微型板 的角能夠最初接納在該處(見圖1B)。但是，如果使用的話，引導銷130可位于基 部101上的任何位置，而不一定在角位置。支承件150和引導銷130的結構通過在 模制工藝中或通過使用任何化學粘合劑(例如，環氧樹脂)或機械工藝(例如，焊 接)整體地包含這些結構來實現。在其上牢固地支承有微型板的約束結構內的位置 限定嵌入容座。在該實施例中，限定探測孔的周界的頂部表面部分與引導銷和支承 件協配而構成嵌入容座。(參見圖3A，微型板完全占據嵌入容座303。)此外，機 構100的支承件150和引導銷130可具有任何剛性成份，雖然堅硬、無電抗的材料 (碳化物、金屬、鉆石等)是較佳的。圖2中示出了能夠放置在約束機構100內的微型板200 (例如多孔板)。具有 井孔210陣列的微型板200通常是兩部件結構，包括上部板202和下部板203。上 部板202包括外圍裙部/框架204、頂部表面206以及側壁208，以形成井孔210陣 列的輪廓，每個井孔210能夠接納要化驗的樣品的等分部分。下部板203形成用于 每個樣品井孔210的基本上且較佳地扁平透明底壁/表面213 (如圖2A所示)，其 中位于微型板200下方的光學探測器具有到井孔210的陣列的直接通路。傳感器可 探測井孔內或者井孔底部表面上發生的活動。在一實施例中，該板具有位于至少一些井孔底部內的生物學傳感器或光柵/波導光學結構。此外，微型板200較佳地具有從下側表面214 (圖2B)突出并能夠與約束機 構的三個匹配結構對準的三個微型板匹配/結構265。微型板匹配結構265較佳地位 于能夠穩定地支承微型板200的構造內；具體地說，兩個匹配結構265位于靠近兩 個相應角246內的一端壁且一個匹配結構265位于靠近相對端壁247。改進的微型 板200的該較佳實施例中的微型板匹配結構265是具有球形匹配點268的圓柱形結 構266 (圖2C)，球形匹配點能夠與約束機構的每個匹配結構點接觸，形成總共六 個點接觸。較佳的是，微型板200符合用于微型板的工業標準；也就是說，微型板200 由外圍裙部204定邊界，較佳地布置有96 (相互垂直的8乘12行)個井孔210、 384個樣品井孔(相互垂直的16乘24行)，以及高達1536個井孔(相互垂直的32 乘48行)。此外，微型板200的高度、長度和寬度較佳地符合工業標準。但是，本 發明可實施于任何數量的井孔且不限于任何特定尺寸和構型。其它已知和可商業購 得的微型板設計也可同樣起作用，包括具有不透明和/或單件模制表面的那些。圖3示出了本發明的一實施例300，示出了位于機構302上方的微型板301。較佳的是，本發明的約束機構302具有位于每個角(或側)316上的四對/組引導銷330，從而使每組引導銷330能夠對準四個微型板角313中的每個。引導銷330在人工操作或自動機械運動以及微操作型板302以輔助約束微型板301方面是有利的。角313定位成將具有V形匹配結構355的三個支承件350與微型板301的三個相應球形點接觸微型板匹配結構365對準(如圖3A中與機構302配合的微型板301的透視俯視圖中所示)。貫穿圖3A中線3B-3B的剖視切割提供了圖3B中所示的切開橫截面，還示出了與約束機構302的三個相應匹配結構355中的兩個配合的三個微型板匹配結構365中的兩個的細節。圓柱形微型板匹配結構365與約束機構302的V形匹配結構355配合。具體地說，圖3C示出了微型板匹配結構365的球形點接觸件368與約束機構302的V形匹配結構355內三個接觸點358相互作用。因此，當三個微型板匹配結構365與三個匹配結構355配合時， 一共六個接觸點約束微型板301的運動。根據眾所周知的原理，對于完全固定在空間中的剛性本體來說，除了分解和再組裝，六個自由度都需要約束。換言之，必需相對于一些任意固定坐標系限制三種平移和三種轉動。當六個自由度都被約束時的安裝被稱為是可活動的。因此，活動的安裝具有至少六個獨立的約束件或接觸點。同樣，較佳的是本發明的約束機構能夠具有活動安裝。但是，任何數量的匹配結構355和微型板匹配結構365可提供穩定構造以約束微型板301。同樣，接觸點的數量會取決于匹配結 構355和微型板匹配結構365的總數。匹配結構355和微型板匹配結構365允許在諸如化學和生物分析物添加到微型 板301的樣品表面304或從其移除之類的操作之后定位和再定位微型板301。微型 板301最初設置在精確的第一位置，在該位置由光學探測系統最初讀取微型板301 。 最初定位應當是可重復的，以使微型板從約束機構302的手動或自動移除(以進行 樣品表面304的操作)應當允許微型板301再定位到約束機構302內的第二位置，使得第一限定的位置與第二限定的位置之差小于約1微米的平移和小于約4弧秒 (可行的是4-5弧秒，較佳的是3-4弧秒、或更加的是0-3弧秒)或小于約20微弧 度(較佳地小于約15微弧度的轉動)。然后光學探測系統可記錄在第二限定位置的 微型板樣品表面304 (和其內容物)的第二次測量，以進行與最初第一次測量的比 較。微型板301相對于約束機構302的這種可重復定位可允許化學或生物樣品的更 精確的儀器詢問。在藥品發現中，例如可將各種類型的生物或化學材料添加到微型板301的樣品 表面304 (即，井孔)上的精確位置。微型板301能夠通過設置在約束機構302下 方的光學讀取器詢問以產生最初讀數/結果。當從最初位置移除微型板301時，對 樣品表面304進行操作(可能是添加特定的藥品候選物)。可精確地進行比較附加 測量；如較佳實施例中那樣，將微型板301如最初讀取樣品表面304那樣重新插入 約束機構302的第二位置是非常重要的。具體地說，可精確地比較樣品表面304 上每個樣品的測量結果來確定在表面304的每個具體位置上藥品與特定生物或化 學分子的可能結合或未結合。如果操作微米級的更小分子，則微型板301的(再) 定位變得越發重要。在底部表面包含有傳感器/光柵的樣品井孔的分析詢問的較佳 實施例中，將微型板定位在最初位置，即相對于光學探測器重復定位在同一精確位 置是至關重要的。此外，匹配結構355和微型板匹配結構365可模制(或注模)、機加工、膠合 或以各種方式附連到相應約束機構302和/或微型板301 ，只要這些附連可提供微型 板301擱置在約束機構301上的剛性穩定構造。另外，匹配結構355可凹進基部 303以與要與凹進匹配結構355配合的從微型板301的下側突出的微型板匹配結構 365對準。同樣，約束機構301的匹配結構355和微型板匹配結構365可僅由單一 的幾何形狀或與多種幾個形狀的組合組成，只要一旦配合，該板就保持在穩定位置 即可。這些幾何形狀可包括錐形、V形、球形、八角形、矩形、圓柱形、三角形、或任何其它幾何形狀。列出匹配結構355和微型板匹配結構365的形狀和/或構造 僅是為了示例目的而非限制。當三個匹配結構355能夠與三個微型板匹配結構365 (總共六個接觸件)相互作用時，可能有多種幾何布置，包括以下中的任何組合或 置換a)三個突出球/珠抵靠三個V形結構，b)三個突出的球抵靠一個圓錐表面、 一個V形結構和一個平坦表面，c)三個突出球面抵靠兩個V形結構和一個平坦表 面，d)三個突出圓柱形表面抵靠三個V形結構，或任何其它幾何形狀的突出表面 抵靠匹配的對應部件，匹配的對應部件具有各幾何表面的一種或組合。本發明的另一實施例(圖4)包括微型板組件400，該組件包括設置在約束機 構402內的微型板401。約束機構402的嵌入容座具有能夠與微型板401配合的匹 配結構455。匹配結構455是從約束機構402的表面410突出的圓柱形結構455。 如圖4A所示，微型板401的下側具有微型板V形凹陷465那樣的匹配結構465。 凹陷465可包含在微型板的模具中、機加工、或膠合到微型板的下側。在該較佳實 施例中，能夠使用環氧樹脂或其它粘合劑制作凹陷的微型板匹配結構465。但是， 所示實施例并不限于微型板微型凹陷465而可以是如前所述的各種形狀。此外，本 發明的約束機構402并不限于位于僅兩個角466以及一端壁448的約束機構402 的匹配結構455 (以及微型板401的相應微型板匹配結構465);任何數量的匹配結 構455可設置在約束機構402上的其它位置，從而使微型板401的相應微型板匹配 結構465能夠與約束機構402配合。該組件400的微型板401還能夠包括上述井孔 陣列，每個井孔具有位于每個井孔的底部表面上的傳感器或光柵。每個井孔的傳感 器或光柵較佳地能夠與一個或多個光束對準。有助于該實施例的是包括孔作為嵌套 /嵌入容座的一部分，以從下側進行微型板的分析；但是，不依賴于從板下面的光 學觀察/分析的各種其它分析技術或方法不一定要有孔。無論怎樣要求板的約束， 都可與該機構配合。盡管本文描述的活動的安裝座/約束機構一般往往用于矩形微型板，也可類似 地約束其它形狀(卵形、圓形、多邊形等)的板。此外，使用確定的、活動的約束 件來安裝的改良板可能不需要任何側壁和角。圖5-5E中示出了本發明的又一實施例。在該實施例中，約束機構500包括具有兩個表面的基部502， 一個主表面510和一個副表面512。副表面512嵌入在形成基部502內的開口/探測孔506的端壁514和側壁516中。副表面512形成探測孔506外圍的壁架512，并限定嵌入容座520。如前述各實施例那樣，由受約束的微型板501占據的面積形成嵌入容座520 (如圖5中的約束機構500的透明俯視圖中所示)。嵌入容座520由其上牢固地支承微型板的約束機構500內的定位來限定。 嵌入容座520還由副表面512限定，該副表面512在Z方向平面具有能夠支承和 接觸微型板501的三個支承件530。但是，對于該實施例中的約束機構500，較佳 的是具有八個接觸點以建立微型板在X、 Y和Z平面方向的位置，如圖5A中較佳 約束機構的俯視圖所示。較佳約束機構500的八個接觸點包括在嵌入容座520 內以三角形構造設置并從表面512突出的三個支承件，以及五個附加定位結構位 于端壁514上X-方向上兩接觸件540x、位于側壁516上Y方向一接觸件、以及位 于相對端壁514和側壁516上的兩個彈簧-加載接觸件550x和550y，這兩個接觸 件分別與來自X-方向和Y-方向接觸件的力相對。在該實施例中，嵌入容座520包 括五個所述附加定位結構。用于這些定位接觸件540x/y中每個的調節件517位于 約束機構500的外部表面521上。利用片簧調節件519來調節可施加的彈簧力。這 種調節件517或片簧調節件可以是調節施加到微型板的力的螺釘或其它裝置。可利 用附加調節件來適應其它的微型板尺寸(即，用于支承件530的高度的調節件)。在圖5B中可見約束在機構500內的微型板501的透視俯視圖。微型板501受 到以下八個接觸點的約束三個支承件530以建立沿Z方向的微型板傳感器平面， 三個接觸件540x/540y以建立微型板501的角507的X方向和Y方向位置，以及 兩個彈簧加載接觸件550x和550y以分別適應X-方向接觸件540x和Y-方向接觸件 540y位置上的預載力。在圖5C中約束在機構500中的微型板的放大橫截面圖揭示 了貫穿5C-5C (從圖5A)切開的截面。球形支承件530、球形X-方向接觸件540x 以及彈簧加載接觸件550x與受約束的微型板501接觸。支承件530將微型板501 穩定和支承在約束機構500的嵌入容座520內。通常，支承件530以及定位結構 540x、 540y、 550x和550y由諸如碳化物之類的堅硬、剛性、無抗電性材料制成。 此外，較佳的是具有能夠與微型板501點接觸的球形支承件530和球形定位結構 540x/y和550x/y。在片簧550x和550y上包含有球形碳化物珠551 。在圖5D中示 出放大的角509以進一步說明與微型板501的下側表面511接觸的支承件530的點 接觸件531。此外，定位結構540x的點接觸件541與微型板框架/凸緣521的外部 側壁513 (或凸緣)接觸。另外，外部側壁513通常具有大約兩度的傾斜角。前述 定位結構540x/y和550x/y的可施加力還適應于該傾斜角，具體地在放大圖中由Y-方向接觸件540y示出。但是，這些可施加力能夠調節成輔助安裝具有各種側壁傾 斜角的微型板。接觸件540x/y、 550x/y以及551的減小的表面面積產生單位面積 的高負載并還產生法向力(見圖5E的透視俯視圖)以約束微型板501。盡管通過它們的球形形狀內在的減小了接觸點540x/y、 550x/y以及551的表面面積，但也可適用其它形狀。通過圖5E所示的可施加力更詳細地解釋微型板501的定位和約束。僅為了說 明目的，從俯視觀點透視地觀察微型板501來解釋其在平面接觸件531上的最初放 置。可將微型板框架521插入嵌入容座520以最初地接觸和擠壓彈簧加載接觸件 550x/550y，接下來釋放微型板501以輕輕地接觸兩個靜止X接觸件540x和一個Y 接觸件540y;各力分布成使微型板501能夠可重復地定位和再定位到精確的分析 位置[其第一位置和第二位置的變化小于約1微米平移和小于約20微弧度內(較佳 地小于約15微弧度)的轉動]。同樣，來自Y-方向接觸件540y的力Fey被來自彈 簧550y的相反力Fsy平衡。來自X方形接觸件540x的力F^xFe2x被來自彈簧550x 的相反力F^平衡。除了彈性接觸件550x/550y，還具有突出的球形接觸表面551 以使與微型板框架521的接觸最小。盡管本發明的一實施例可利用片簧550x/550y， 但其它替代形式可釆用壓縮彈簧/巻簧或替代的彈簧系統以對抗施加的力。不過， 來自彈簧加載接觸件550x和550y的較輕的彈簧力已經顯示出微型板501更加可重 復的定位，由此可產生更加可重復的光學測量。本發明的一實施例(圖6)包含安裝到精密組件或平移鏡臺的約束機構600。 利用約束機構600的基部602來作為活動的安裝座600，由此當插入微型板601時， 通過多余與其的六個接觸點來約束六個自由度；"活動"是指將微型板601移除和 再插入光學讀取器的視域的主動過程。同樣，活動的安裝座600可方便地移動和再 定位到光學探測器上方的精確位置。約束機構或活動的安裝座600通過為螺釘或其 它附連裝置分配的附連件空間607而固定到精密組件或平移鏡臺(未示出)。精密 組件用作用于支承和穩定約束機構600的結構組件，約束機構600還能夠將微型板 601約束在嵌入容座620的約束位置。平移鏡臺使保持微型板601的約束機構600 能夠在分別光學探測器或分配系統上方或下方沿X和Y平面方向移動，盡管也可 包含其它儀器系統(在約束機構上方或下方)。此外，可改進平移鏡臺以適應包含 約束機構600的三維運動的Z平面方向性。僅為了示例目的而非限制，使用諸如 空氣軸承之類的精密組件以熟練地將約束機構600的嵌入容座620放置成與光學讀 取器在十分之一弧秒內對準。本發明的較佳實施例包括空氣軸承(使用加壓空氣) 來控制約束機構600穿越光學探測系統的前后運動，其中保持微型板601的嵌入容 座可精確地定位在光學讀取器/探測器上的位置。此后，微型板601能可重復地插 入第一位置、移除和再插入嵌入容座620的類似第二位置，每個位置彼此的角/間距/滾動在小于約1微米平移和小于約20微弧度轉動范圍內。此外，該實施例不要求特別改進的微型板，并可采用現有技術目前通用的標準、 庫存板。事實上，在該實施例中的額外接觸點[與先前實施例中討論的六個接觸件相比是八個接觸件]示例性地用于標準微型板。此外，本發明的約束機構600的較 佳實施例的形狀設置并構造成能夠自動通達約束機構600的基部602，其中微型板 601設置在基部602的嵌入容座620內，而不需要笨重的機械臂操作。或者，約束機構可以是靜止的，而光學部件具有約束機構上方或下方的活動性。 因此，本發明并不限于使用微型板下方的光學探測系統，并可用在要求微型板的約 束或固定的任何顯然的系統中。盡管這樣描述了本發明，但已受益于本發明的本技 術領域的普通技術人員可以多種方式對其進行改變。這些改變不認為是偏離本發明 的精神和范圍，且意指這些對本技術領域的技術人員很明顯的改進應包括在以下權 利要求書和它們的法律同等物范圍內。
權利要求
1.一種用于約束微型板位置的機構，該機構包括基部，所述基部具有限定用于所述微型板的嵌入容座的至少一個表面；以及從所述基部突出的至少三個支承件，所述支承件能夠支承所述微型板。
2. 如權利要求1所述的機構，其特征在于，所述嵌入容座具有至少兩個側壁和至少兩個端壁，所述至少兩個側壁和所述至少兩個端壁在角處相交以形成矩形，所 述壁還限定探測孔，由此能夠通過所述探測孔光學通達所述微型板的至少一個表面。
3. 如權利要求1所述的機構，其特征在于，所述支承件由包括陶瓷、碳化物和 /或金屬成份的無電抗性材料制成。
4. 如權利要求1所述的機構，其特征在于，還包括精密組件，所述基部固定到 所述精密組件。
5. 如權利要求2所述的機構，其特征在于，所述支承件還包括一個或多個匹配 結構，所述匹配結構能夠與一個或多個微型板匹配結構相互作用。
6. 如權利要求5所述的機構，其特征在于，至少一個引導銷位于所述嵌入容座的周界上，所述至少一個引導銷能夠將所述微型板與所述支承件對準。
7. 如權利要求6所述的機構，其特征在于， 一組或多組引導銷位于所述嵌入容 座的所述角上，使得所述引導銷能夠與至少一個微型板的角對準。
8. 如權利要求7所述的機構，其特征在于，具有圓柱形的所述引導銷在所述周 界上的附連點處向上漸細成錐形，由此能夠接納所述微型板的框架。
9. 如權利要求5所述的機構，其特征在于，所述匹配結構是一種幾何形狀或多 種幾何形狀的組合，還包括錐形、V形、球形、八角形、圓柱形、或任何幾何形狀。
10. 如權利要求5所述的機構，其特征在于，三個所述匹配結構能夠以多種幾 何布置與三個所述微型板匹配結構相互作用，所述幾何布置包括以下的任何排列三個突出球抵靠三個V形結構，三個突出球抵靠一個錐形表面、 一個V形結構以及一個平坦表面， 三個突出球形表面抵靠兩個V形結構和一個平坦表面，或者 三個突出圓柱形表面抵靠三個V形結構。
11. 一種微型板，包括基本上平坦的透明下部板，所述下部板具有用于樣品井孔陣列的至少一個底部表面；形成用于樣品井孔的側壁的單一上部板；以及由框 架圍繞的所述樣品井孔陣列，所述框架具有位于下側表面上的一個或多個微型板匹 配結構，其中，微型板匹配結構能夠與從約束機構的基部突出的一個或多個支承件相互作用。
12. —種微型板組件，包括約束機構，所述約束機構具有基部，所述基部具有限定用于微型板的嵌入容 座的至少一個表面；以及從所述基部突出的至少三個支承件，微型板，所述微型板位于所述嵌入容座內，并包括基本上平坦的透明下部板， 所述下部板具有用于樣品井孔陣列的至少一個底部表面；形成用于樣品井孔的側壁 的單一上部板；以及由框架圍繞的所述樣品井孔陣列。
13. 如權利要求12所述的微型板，其特征在于，所述微型板還包括在至少一側壁的所述底部表面內的至少一個傳感器，所述傳感器能夠與一個或多個光束對準。
14. 如權利要求2所述的機構，其特征在于，所述嵌入容座具有一個或多個副 表面，其中所述支承件從所述副表面突出。
15. 如權利要求14所述的機構，其特征在于，所述副表面在所述端壁和所述側 壁上縮進，從而在所述探測孔的周界上形成壁架，其中所述支承件包括一個或多個 點接觸件。
16. 如權利要求15所述的機構，其特征在于，還包括位于所述端壁和所述側壁 上的多個定位結構，所述定位結構包括至少一個X-方向接觸件和至少一個Y-方向 接觸件。
17. 如權利要求16所述的機構，其特征在于，還包括位于所述端壁和所述側壁上的至少兩個X-方向接觸件和至少一個Y-方向接觸 件，以及與所述X-方向接觸件相對的所述端壁上的至少一個彈簧加載接觸件，以及與 所述Y-方向接觸件相對的所述側壁上的至少一個彈簧加載接觸件。
18. 如權利要求17所述的機構，其特征在于，還包括一個或多個調節件來定位 所述微型板，所述調節件包括 一個或多個X-方向接觸件調節件、 一個或多個Y-方向接觸件調節件、 一個或多個彈簧加載調節件、和/或用于所述支承件的至少一 個調節件。
19. 一種用于約束微型板的位置的方法，所述方法包括提供基部和從所述基部突出的至少三個支承件，所述基部具有限定所述微型板的嵌入容座的至少一個表面，提供微型板，所述微型板包括基本上平坦的透明下部板，所述下部板具有用于多個樣品井孔的至少一個底部表面；形成用于樣品井孔的側壁的單一上部板；以 及由框架圍繞的所述多個樣品井孔， 提供光學探測系統，以及將所述微型板插入所述嵌入容座，所述微型板占據第一限定位置。 20.如權利要求19所述的方法，其特征在于，還包括-從所述嵌入容座移除所述微型板，以及在第二限定位置將所述微型板重新插入所述嵌入容座，所述第二限定位置從所 述第一限定位置的變化小于約1微米平移和小于約4弧秒或20微弧度轉動。
全文摘要
揭示了一種約束微型板位置的機構。該機構由基部限定，所述基部具有至少一個表面，該表面有用于將微型板插入基部的容器。基部的表面上的支承件和/或定位結構具有點接觸件以在穩定位置約束微型板的運動，以進行可重復的光學探測測量。支承件和/或定位結構允許微型板插入以進行最初測量、移除微型板以進行分析操作、以及將微型板再插入到精確位置以通過光學讀取器進行精確比較測量的分析。
文檔編號G01N35/02GK101228445SQ200680026603
公開日2008年7月23日 申請日期2006年7月6日 優先權日2005年7月20日
發明者J·C·托馬斯, J·J·柯斯特洛三世, M·J·珀珀羅斯基 申請人:康寧股份有限公司