CN1039898A - 检测血清抗体免疫酶的生物分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明的装置包括许多个含血清、共轭液，酶作用物、保护液和一个容放液体的井的卡盘，井中包含一个载带抗原的刷子。与先有技术的装置相比，本发明的同时操作卡盘的操作装置大大地减少了反应所需要的时间。

Description

本发明涉及一种通过血清中抗体或抗原的免疫酶检测进行生物分析用的装置。

概要说明，一种已知的间接固相免疫酶方法包括下列步骤：

将想要检测和定量其抗体的血清放入一个用塑料制成的小体积圆筒形井（约1cm高度和5mm直径）;井的内表面预先涂了抗原。停留一段时间使抗体固定到抗原上。

进行第一次洗涤操作以除去血清，并加入酶标记的共轭液，而酶本身也固定在抗原-抗体结合物上。

进行第二次洗涤以除去过量的共轭液。

从这一步骤开始有两种不同的进行方法：

第一种方法利用比色法：加入无色的酶作用物，它与残留的酶发生显色反应，其结果在光度计中读出。

第二种方法利用发光法：加入一种“信号”试剂，利用发光分析仪进行读数。

这些测量的作用是测定病人血清中存在的抗体或抗原的数量。

当按照常规应用这些方法时，将抗体固定到抗原上可能要花费五六个小时，这么长的时间是为了保证固定到抗原上的抗体的数量是足够的。最初的抗原-抗体结合物覆盖住井的表面，从而使后续的抗体较难接近抗原。

本发明的目的是提供一种装置，使分析所需的总时间大大缩短，同时限制操作次数，这些操作当采用先有方法时是十分重要的。

本发明提供一种通过血清中抗体或抗原的免疫酶检测来进行生物分析用的装置，该装置的特征在于，它包括一个同时操作许多个卡盘的操作装置，组合的装置和卡盘安置在一个恒温控制箱内，该操作装置包括：

一个轮毂，它连接了一个具有角度编码器的马达，用于控制轮毂的转动周期，并能够使轮毂进行离心用的快速运动或缓慢的步进运动;

许多个在轮毂上沿径向设置的卡盘支承提升装置和将每个卡盘从高的“卡盘装载”位置送到低的“工作”位置的机构，每个提升装置具有一个敞开的外缘面和大部分敞开的顶面和底面，而且每个提升机构包括为了离心而沿径向锁定相应的卡盘用的可以脱开的机构;

许多个固定在上述轮毂上的读数仪表，其高度与上述提升机构的相应外缘面相等;

本装置的特征同时在于，每个卡盘通常为矩形，包括一个热成形的塑料底部，其上盖了一个透明的塑料薄片，并因此构成：

一个设置在中心位置的收集池，它利用通道连接到位于卡盘端部的血清贮存池，该端部预定安置在上述轮毂的毗邻处;

至少两个位于收集池和上述血清贮存池之间的小池，上述至少两个小池通过各自的通道连接到上述收集池上，用来分别容放一个共轭液小袋和一个酶作用物液小袋，上述收集池在其底部有一个排空液体的小孔，并包含一个大体上为圆筒形的井，它由一个盖子关闭，可以绕一根垂直轴线转动，井的侧壁的一部分形成一个对所有可能在上述通道中流动的液体的倾注或接收斜口，该井包含一个每单位体积具有很大表面积的刷子，它可以绕一个与上述井无关的垂直轴转动，使该刷子的硬毛载带抗原;

一个可以折叠的口袋，用于容放稀释液或保护液，它利用通道连接到上述收集池上，其位置靠近相应提升机构的敞开的外缘面，上述通道用一个可以打破的膜片关闭;

操作装置还包括至少一个位于上述仪表的轨道上的外缘读出组件和一个位于上述卡盘的轨道上方的组件，并装有打破上述分别包含共轭液和酶作用物的小袋的机构，同时也具有打破上述可以打破的膜片的机构。

最好是，上述操作装置与至少一个移液管联用，用于使血清自动充满上述卡盘的相应小池。

上述操作装置也有利地包括一个将卡盘自动装入每个提升机构用的组件，同时包括一个自动卸下卡盘用的组件。

在一个改进方案中，上述操作装置包括一个组件，它装有挤压上述可折叠的口袋并保证其中所含液体均匀化的机构。

在一个有利的实施例中，该刷子的垂直轴固定在一个适合于与上述操作装置的组件配合的小金属星上，该组件装有一个电磁铁，其位置与上述垂直轴的轨道相齐，使刷子围绕其垂直轴规则地转动。这同一个组件也可以包括一个电磁铁，它适合于与上述井的具有外部金属化层的盖子或底部相配合，使上述井围绕其轴线向着使倾注斜口指向上述排水孔的第一位置和使倾注斜口指向连通上述可折叠口袋的通道的第二位置转动。

此外，位于上述卡盘的轨道上方的上述组件包括可以由电磁铁控制并适合于压平上述小袋的落锤，有一个切割件设置在小袋底部和容放小袋的小池之间，上述组件也包括一个适合于打破上述可以打破的膜片用的落锤。

有利的是，每个读数仪表是由一个大体上为漏斗形状的透明部件构成的，用来将上述可以折叠的口袋沿径向锁定在位置中，上述将卡盘锁定在它们的提升机构中的机构而后被脱开，上述漏斗具有两个以标定距离分开的水平面壁，上述可以折叠的口袋在进行离心操作时压靠着它们。

本发明的其它特征和优点可以从下述实施例的说明中见到，该实施例是作为非限制性的例子给出的。

在附图中：

图1是本发明的分析卡盘的部件分解透视图;

图2是图1卡盘的透视图;

图3是图1和图2所示卡盘中的井的部件分解图;

图4至图6是以三个不同位置表示图3中井的上述卡盘的高度示意的平面图;

图7是卡盘操作装置的示意平面图;

图8是图7的Ⅷ-Ⅷ线上的示意截面图;

图9是图7和图8装置中卡盘支承提升机构的示意透视图;

图10是图9的卡盘支承提升机构中的第一卡盘返回系统的示意侧视图;

图11是图9的卡盘支承提升机构中的第二卡盘返回系统的示意侧视图;

图12是上述操作装置中的组件的示意透视图;

图13至30是表示卡盘中发生的不同反应阶段的图解。

图1、图2和图3是适合于替代先有技术中使用的小管的卡盘1的透视图。此种卡盘结构如下（见图1）。它包括一个用以热成形的塑料如聚乙烯制成的底部2，它的形状通常为矩形，它包括许多个贮存小池：

贮存血清用的位于第一端部的小池3;

贮存酶标记共轭液用的小池4;

贮存能够被上述酶水解的酶作用物用的小池5;

收集池b，它可以通过相应的通道7、8、9与上述小池3、4、5各自相通。除了下面要更详细地说明的井20以外，收集池6还有一个与三个通道7、8、9相面对的侧面，它包括由壁18隔开的两个区域，第一区域通过通道19与下述槽10相通，第二区域通过洞孔30与外部相通，该洞孔30穿过底部2，在图4至6中可见;

分析口袋10，它由区段11折叠叠合到底部2上面形成，区段11是热成形的，有一个凹部12，它沿箭头14的方向绕轴13折叠。分析口袋10在图2中可以较清楚地看到，并且是通过热焊封闭的。最初，口袋10和通道19之间的连通是用可以打破的膜片19′关闭的。在被完全关闭以前，口袋10用稀释液或保护液部分充满。

小池4和5最初在其底上分别放置了用15表示的切割件和分别含共轭液或酶作用物的小袋。图2表示含共轭液的小袋16和含酶作用物的小袋17。

收集池6包含本发明的基本元件，即用塑料制成的井20。它由一个装有底部22的空腔体21组成（见图3），该底部22具有一个啮合在卡盘1的底部2中用的凸出部23;空腔体21的侧壁部分形成一个倾注斜口27，它通常指向血清贮存池3，如图1和图2中所示。斜口27的形状适合于刚巧向上承接通道7、8、9，以便接受从这些通道来的液体。空腔体21的底部22或盖子24具有外部金属包壳，以便与电磁铁配用，使井围绕它的轴线21分别向图5和图6所示的一个或另一个位置转动。在图5中，倾注斜口27指向洞孔;在图6中，倾注斜口27指向通道19。在两种情况下，倾注斜口27和壁18配合，以确定两个明显的倾注区域的界限。

井20的主要部分（见图3）为小瓶刷25，它具有轴29，并固定在小金属星26上。如下所述，小星26响应电磁铁的动作，使刷子25规律地绕它的轴29转动。

当每一样东西都安置在底部2中的各个小池中时，卡盘用Surlyn31薄膜（杜邦公司商标）覆盖闭合，薄膜上有一个位于血清贮存池3上面的开孔32，薄膜被热焊在底部2的非热成形壁上（见图2）。

作为例子，卡盘可以是50mm长，15mm宽，比10mm稍许高一些。井20内径7mm，高10mm。Surlyn薄膜厚约40微米，小池3、4、5分别用来接受：

100至200微升血清;

100微升共轭液;

100微升酶作用物。

口袋10可以接受250微升保护液或其它溶液。

对上述卡盘提供有识别机构，卡盘预定在如图7至12所示的装置40中操作，并构成一个小型实验室。装置通常为矩形盒50的形状，具有300mm侧边的矩形底面，高约200mm。它被安置在恒温控制的容器内，温度最好为37℃。

装置40的主要部件如下（见图7和图8）。

一个轮毂41能够利用马达43通过传输系统在轴46上转动，传输系统用42图示，它包括一个齿带和两个齿轮。马达是一个直流马达，连接了一个测量转动周期用的角度编码器45。轮毂41固定了12个卡盘支承提升机构如51，它们沿径向围绕轮毂均匀分布。每个卡盘支承提升机构51与一个控制系统53连接，用来将卡盘支承提升机构51从用虚线表示的升高位置51′移动到用实线表示的降低位置。控制系统53可以由与杆55连接的可控电磁铁54组成。电磁铁和杆的用虚线表示的位置54′和55′对应于卡盘支承提升机构51的位置51′。在提升机构51和轮毂41的顶面57之间装有返回弹簧56。

当提升机构处在位置51′时，一个卡盘1可以如图8所示沿箭头100用手动插入。这种插入最好用自动装载组件101完成（利用以102图示的传动装置）。同样地有一个沿箭头104指示的方向运行的自动卸载组件103，它示于图7。

图9较详细地图示一个提升机构51，它包括一个T形部件58，后者在轮毂41的相应的槽沟59中滑动。在对面，提升机构51的入口面是敞开的，而其两侧部分形成通道截面的轨道61。提升机构51的顶面也是大开的。其底部也是如此，卡盘转位盘62穿过底部伸入，该转位盘适合于在固定于轮毂41的棒63上滑动，并与返回弹簧64配合，这一点在图10中可以更清楚地见到。图10也图示了一个设置在卡盘1中的凹口74，转位盘62就容放在凹口74中。这一系统适合于沿箭头69方向向着提升机构51的出口面驱动卡盘1。相反，图11中表示的系统与卡盘1的小孔70配合，用来当卡盘位于由实线表示的位置时使卡盘保持靠近轮毂的中心。这个系统由一个与返回弹簧75连接的活动臂72构成，并由可控的电磁铁71驱动。臂72可以取位置72′，此时它的原先插入小孔70的端部73就取位置73′，从而脱离小孔。于是卡盘1就受图10中表示的系统的驱动，该系统沿径向向着装置40的外缘引导卡盘1。

在装置40的外缘和每个提升机构51的入口面的高度上，有一个光学读出器仪表65，它固定在轮毂41上（例如利用棒66）。每个仪表65由一个大体上为漏斗形的部分构成（见图7和图9），它的两端是开放的，它在侧壁67和68之间有一个精确测定的间隙。它可以是一个由完全透明的注塑聚碳酸酯制成的部件。

图7示出组件80，用于通过仪表65来读出由比色法或发光法或任何别的合适方法产生的反应。图7也示出组件81和组件82，组件81罩住用来使卡盘1中的井20转动的电磁铁，组件82在图12中更详细地示出。组件82首先包括一个沿箭头84方向转动的转轮83，它固定在围绕轴线86摇动的臂85的端部上，可以使滚轮83缩回。臂85受电磁铁87的控制，而一个返回弹簧88被固定在组件82上，滚轮83位于口袋10位置的上方。组件82也包括落锤91和92，它们在电磁铁95和96的控制下分别绕各自的轴93和94摇动。这些落锤位于小袋16和17的上面，小袋16和17含有试剂并位于切割件15的上面。另一个落锤97位于可以打破的膜片19′位置的上方，用于需要时打破该膜片。

最后，装置40包括一个固定的环形排水箱110，它位于提升机构51的下面（见图8），连接到可以移动的水箱111上。

在操作装置40中使用卡盘1的不同步骤说明如下。

当卡盘1通过自动装载组件101插入位于位置51′的卡盘支承提升机构中时（见图8），它处于图2所示的状态，也就是小袋16和17都在位置中，可以折叠的口袋10中存在保护液120，刷子25位于井20中，使抗原固定在刷子的硬毛上。因为刷子25的有效表面积比先有技术的井的表面积要大得多，所以井20包含了分布在大得多的面积上的抗原量。

卡盘1装上后利用小孔70和凹口74（见图10）啮合住图10和图11中表示的系统。一旦卡盘支承提升机构回到位置51，马达43使轮毂41转过一圈的十二分之一，以便可以装载下一个卡盘（图7和图8）。在装载第二个卡盘时，最好将血清121放入第一个卡盘的小池3中。这一步可以自动完成，如如使用本申请人的法国专利申请No.87    15688中说明的移液管，卡盘而后处在图13表示的状态中。

一旦所有的卡盘都装上后，转动轮毂41进行离心，以使血清121沿通道7流入井20内（图14和15）。而后血清与抗原接触。血清中可能存在的任何抗体被固定到抗原上。这一步操作花费数十分钟。此时，轮毂41均匀地转动，使得卡盘接续地在组件81下面停止（图7），组件的电磁铁使小金属星26转过一圈的五分之一，从而此使始终浸没约一半的刷子25转动。由于这种转动，刷子25的每根硬毛穿过浸没位置，使其能收集抗体，而后到达非浸没位置，在那里硬毛完全脱去抗体贫乏的血清。这种血清搅拌运动和非常大的刷子表面积使得有可能在比先有方法短得多的时间内固定抗原-抗体（参见图15）。

在几十分钟以后，卡盘1通过组件81，组件中一个电磁铁被操作从而转动井20，如图16所示，因此井的倾注斜口27指向洞孔30，抗体贫乏的血清121通过洞孔30排空。血清在环形水箱110中排完（图8）。在排完而仍然在组件81下面时，卡盘1使它的井20回到初始位置。而后利用移液管（未图示），向小池3中加入几十微升洗涤水。卡盘而后进行离心（见图17），水122进入井20。

轮毂21继续转动，每次它通过组件81时，刷子围绕其轴心转动，使得所有硬毛都受到洗涤。在几分钟以后，卡盘停止在组件81下面，如图16所示，以便使井20转动而指向洞孔30，从而排空洗涤水122（见图18）。

卡盘1而后在组件82下面通过（见图12），电磁铁95作用在落锤91上，落锤对着切割件5挤压小袋17。小袋17破袋，酶标记的共轭液123可以逸出。离心作用使共轭液进入井20，共轭液在井中与刷子上的硬毛接触）（见图19和20）。刷子在这里又一次围绕它的轴线转动几分钟，使得共轭液123可以固定在所有的抗原-抗体结合物上。

其后，通过转动井20使其指向洞孔30来清除共轭液123（见图21）。

在图22至24中出现的接续步骤中，重复图17和18的洗涤操作。

当卡盘1转回到组件82下面（见图12），落锤92作用在小袋16上，小袋16如小袋17一样破裂，从而释放酶作用物124。离心作用使这些酶作用物与刷子25接触（见图25和26）。一个显色反应发色几分钟，在此期间刷子25围绕其轴线转动。在通过组件82时（见图12），落锤97打破可以打破的膜片19′，使小池6和可以折叠的口袋10之间开放连通。井20转动，使其倾注斜口27指向通道19，在又一次离心操作后，液体124通入口袋10，在那里反应的颜色固定下来（见图27）。

这些各个不同的接续的离心操作具有消除刷子硬毛上的混润效果和接着清除放入井中的所有过量液体的优点。

当卡盘1通过组件82时（见图12），由于电磁铁87和臂85的作用，滚轮83挤压口袋10，并在其轴线上转动，使混合物125均匀化（见图28至30）。卡盘1而后准备检验。

而后图11的电磁铁作用在臂72上，臂72取位置72′，从而释放卡盘1，卡盘1而后由图10所示的弹簧64推向装置的外缘。在离心作用的效果下，部分充满了液体125的可以折叠的口袋10挤压与其连接的仪表65中以标定的距离隔开设置的平面壁67和68（见图9）。而后当卡盘1通过测量组件80时用比色法或发光法或任何其它合适的方法进行测量。

装置40的操作用编制程序的电子计算机控制。与卡盘1连接的装置40因此能够可靠而准确地自动完成免疫酶检测所需的全部操作，而且它可以在比先有技术装置所需的时间要短得多的时间内做到这一点。抗体在抗原上的固定现在只需要几十分钟，而其它步骤每一个都只需要几分钟。

当然，本发明不限于上面说明的实施例。任何机构都可以用等价的机构代替而不超出本发明的范围。例如，刷子可以用一个具有等价的使用表面积的部件来代替。

为了使附图清楚，只图示了12个卡盘支承提升机构，但上述尺寸实际上为18个卡盘留下了余地，但这一数目也仅仅是举例。

Claims (9)

1、一种通过血清中抗体或抗原的免疫酶检测来进行生物分析用的装置，该装置的特征在于，它包括一个同时操作许多个卡盘的操作装置，组合的装置和卡盘安置在一个恒温控制箱内，该操作装置包括：

一个轮毂，它连接了一个具有角度编码器的马达，用于控制轮毂的转动周期，并能够使轮毂进行离心用的快速运动或缓慢的步进运动；

许多个在轮毂上沿径向设置的卡盘支承提升装置和将每个卡盘从高的“卡盘装载”位置送到低的“工作”位置的机构，每个提升装置具有一个敞开的外缘面和大部分敞开的顶面和底面，而且每个提升机构包括为了离心而沿径向锁定相应的卡盘用的可以脱开的机构；

许多个固定在上述轮毂上的读数仪表，其高度与上述提升机构的相应外缘面相等；

本装置的特征同时在于，每个卡通盘常为矩形，包括一个热成形的塑料底部，其上盖了一个透明的塑料薄片，并因此构成；

一个设置在中心位置的收集池，它利用通道连接到位于卡盘端部的血清贮存池，该端部预定安置在上述轮毂的毗邻处。

至少两个位于收集池和上述血清贮存池之间的小池，上述至少两个小池通过各自的通道连接到上述收集池上，用来分别容放一个共轭液小袋和一个酶作用物液小袋，上述收集池在其底部有一个排空液体的小孔，并包含一个大体上为圆筒形的井，它由一个盖子关闭，可以围绕一根垂直轴线转动，井的侧壁的一部分形成一个对所有可能在上述通道中流动的液体的倾注或接收斜口，该井包含一个每单位体积具有很大表面积的刷子，它可以绕一个与上述井无关的垂直轴转动，使该刷子的硬毛载带抗原；

一个可以折叠的口袋，用于容放稀释液或保护液，它利用通道连接到上述收集池上，其位置靠近相应提升机构的敞开的外缘面，上述通道用一个可以打破的膜片关闭；

操作装置还包括至少一个位于上述仪表的轨道上的外缘读出组件和一个位于上述卡盘的轨道上方的组件，并装有打破上述分别包含共轭液和酶作用物的小袋的机构，同时也具有打破上述可以打破的膜片的机构。

2、一种如权利要求1所述的装置，其特征在于，上述操作装置与至少一个移液管联用，用于使血清自动充满上述卡盘的相应小池。

3、一种如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，上述操作装置也包括一个将卡盘自动装入每个提升机构用的组件。

4、一种如权利要求1至3中任何一项所述的装置，其特征在于，上述操作装置还包括一个自动卸下卡盘用的组件。

5、一种如上述任何一项权利要求所述的装置，其特征在于，上述操作装置包括一个组件，它装有挤压上述可折叠的口袋并保证其中所含液体均匀化的机构。

6、一种如权利要求1所述的装置，其特征在于，上述刷子的垂直轴固定在一个适合于与上述操作装置的组件配合的小金属星上，并装有一个电磁铁，其位置与上述垂直轴的轨道相齐，使刷子围绕其垂直轴规则地转动。

7、一种如权利要求6所述的装置，其特征在于，使上述刷子运动的组件也包括一个电磁铁，它适合于与上述井的具有外部金属化层的盖子或底部相配合，使上述井围绕其轴线向着使倾注斜口指向上述排水孔的第一位置和使倾注斜口指向连通上述可折叠口袋的通道的第二位置转动。

8、一种如上述权利要求中任何一项所述的装置，其特征在于，位于上述卡盘的轨道上方的上述组件包括可以由电磁铁控制并适合于压平上述小袋的落锤，有一个切割件设置在小袋底部和容放小袋的小池之间，上述组件也包括一个适合于打破上述可以打破的膜片用的落锤。

9、一种如上述权利要求中任何一项所述的装置，其特征在于，每个读数仪表是由一个大体上为漏斗形状的透明部件构成的，用来将上述可以折叠的口袋沿径向锁定在位置中，上述将卡盘锁定在它们的提升机构中的机构而后被脱开，上述漏斗具有两个以标定距离分开的水平面壁，上述可以折叠的口袋在进行离心操作时压靠着它们。

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