專利名稱：光度計以及用于混合的方法和液槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明在總體上涉及利用光度計測定微液槽中液體樣品的透光度，該光度計具有液槽支架以及用于測量射向液槽光束的透光度的測量裝置。微液槽具有形成液體樣品毛細層的腔，該毛細層具有橫向于腔主平面延伸的自由液體表面。具體是，該腔使得液體樣品的自由液體表面形成在實際的腔內(nèi)或與該腔連通的腔內(nèi)。在腔內(nèi)起始配備有試劑，以便進行化學(xué)反應(yīng)，這種反應(yīng)影響液體樣品的透光度，使得可以測定樣品中預(yù)定物質(zhì)的濃度。
用于定量測定溶液中物質(zhì)濃度的光學(xué)方法例如吸收光度法或透射光度法是眾所周知的，也為許多文獻所證明。
用于執(zhí)行這種定量測定的光度計也是眾所周知的，一般具有光學(xué)部分、機械部分和電氣部分。光學(xué)部分包括光源以及例如單色器或干涉濾光器，該單色器或濾光器用于產(chǎn)生一束具有預(yù)定波長的光線，還包括光檢測器，該檢測器產(chǎn)生對應(yīng)于透射光束光能的電信號。機械部分包括其中安裝光學(xué)部分的外殼和支架，該支架也配置在外殼內(nèi)，用于將待測樣品放置在光度計中。電氣部分也適于配置在該外殼內(nèi)，包括必需的用于控制光源和處理光檢測器信號的電路以及提供測量結(jié)果的單元?？砂l(fā)送指令的微處理器可以作為基本元件包含在電氣部分內(nèi)。
在EP0 469 097中已公開一種像上面說明的光度計。該專利公開用于測定全血中葡萄糖的光度計。該光度計基于在兩個不同的波長進行測量。其中一個波長是測定波長，另一波長是補償波長，用于例如增加對混濁樣品進行測定的可靠性。該光度計的設(shè)計簡單而耐用。
在例如US-4,088,448中公開一種可隨意使用的微液槽。這些微液槽可進行液體例如血液的取樣，使液體樣品與試劑混合，并直接光學(xué)分析與試劑混合的樣品。該液槽包括具有兩個平行的最好是平的表面的主體，該平的表面可確定光學(xué)波長，彼此相隔預(yù)定距離，形成平的測量腔。該測量腔經(jīng)入口與主體外的環(huán)境連通。另外，測量腔具有預(yù)定體積，設(shè)計成利用毛細作用力使樣品抽入該腔。干的試劑涂在腔的內(nèi)表面上。
基于US-4,088,448發(fā)明的微液池在商業(yè)上取得相當大的成功，現(xiàn)在用于測定全血中的血紅蛋白和葡萄糖。取得這種成功的重要因素是從取樣到獲得響應(yīng)的時間是很短的。響應(yīng)時間很短的一個原因是用于測定血紅蛋白和葡萄糖的試劑成分很容易溶解于吸入微液槽毛細腔中的少量血液中。這種溶解性引起混合，實際上使試劑成分很快地均勻分散。然而已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這些現(xiàn)有技術(shù)微液槽不適于測定這樣的成分，測這些成分時須使用不易溶解的因此需要相當長時間進行溶解的試劑。即使如US-4,088,448所建議的，可以同時搖動微液槽進行樣品和試劑的混和，但這種混和是不充分的。
在US-4,936,687中已提出一種特別用于混合存在于微液槽的薄毛細層中的液體和試劑的方法。在這種方法中，使用作為一種裝置的小磁粒來進行混和，而且用外部磁鐵進行實際的混和操作，這些磁體是特別設(shè)計的，以預(yù)定的方式配置和操作。在混和操作之后，需使磁粒與要分析的那部分試樣分開。
雖然這種方法對某些試樣和試劑的組合起到很好的作用，但是從工業(yè)和商業(yè)觀點看，它不是特別吸引人的，因為需要特殊的磁鐵配置和設(shè)計。使用細小磁粒以及混合后分離這些磁粒都是很費時的工作，這使得該方法很復(fù)雜而且成本相當高。而且還存在化學(xué)干擾樣品和試劑二者的危險。
EP 75 605還公開一種用于在毛細液體層內(nèi)進行混合的方法。按照這種方法，混和是在反應(yīng)容器內(nèi)進行的，該容器包括兩個平行板，在該平行板之間加有待分析的液體樣品，使液體形成薄層?；旌偷姆椒ㄊ鞘惯@些薄板在垂直于其平面的方向進行相對運動。然而這種混和方法不適合于上述類型的微液槽，因為形成測量腔的兩個平行表面彼此分開預(yù)定的距離。
一種簡單而有效的還適合于試劑溶解性差的混和薄毛細層中液體和試劑的方法將增加在微液槽中進行測定的次數(shù)。結(jié)果，這種微液槽對于到現(xiàn)在還不能進行的分析或以前沒有關(guān)心的分析也是吸引人的。
按照本發(fā)明的一個方面，利用特別設(shè)計的光度計可以解決混合微液槽中薄液體層的問題，該光度計具有后附權(quán)利要求1所述的特征。在相關(guān)的附屬權(quán)利要求中列舉了光度計的優(yōu)選實施例。
本發(fā)明的光度計可以執(zhí)行混和操作，這本身便構(gòu)成本發(fā)明的第二方面，從后附的權(quán)利要求7可以明顯看出其特征。從相關(guān)的附屬權(quán)利要求可以明顯看出這種混和操作的優(yōu)選實施例。
按照第一方面，本發(fā)明涉及一種用于測定微液槽中液體樣品透光度的光度計，該微液槽具有一個形成液體樣品毛細層的腔、該毛細層具有橫向于該腔主平面延伸的自由液體表面。另外，在該腔內(nèi)起始配備有可進行化學(xué)反應(yīng)的試劑，該試劑影響液體樣品的透光度，從而可以測定液體樣品中預(yù)定物質(zhì)的濃度。光度計具有液槽支架以及測量液槽透光度的測量裝置。按照本發(fā)明，該支架裝在可沿一個方向振動的支座上，該方向具有一個位于自由液體表面平面內(nèi)的平行于腔主平面的方向分量。該分量最好是振動方向的主分量，即振動基本上發(fā)生在自由液體表面的平面內(nèi)并且基本上平行于腔的主平面。結(jié)果，可以很快地混和，因此加快了溶解和反應(yīng)。
這種振動使自由液體表面像彈性膜一樣進行波動，這種波動的波長和波幅取決于振動頻率和振幅。
在優(yōu)選實施例中，振動是通過液槽支架實現(xiàn)的，該支架裝在一個支座上，該支座可繞一根軸轉(zhuǎn)動，該軸基本上平行于由測量裝置射向液槽的光束的方向。由液槽支架支承的液槽的腔的主平面可在振動平面上延伸，或者與其形成銳角(或一般地講與振動方向成銳角)，形成銳角的方法是使該主平面沿振動軸線的一個半徑傾斜。
按照第二方面，本發(fā)明涉及在薄液層中進行混和的方法，該薄液層配置在兩個大體平面平行壁之間，該壁彼此間隔毛細作用距離。執(zhí)行混和的方法是使壁大體在液層的平面內(nèi)運動，使該運動與該壁作用在液體上的毛細作用力平衡，并選擇樣品和環(huán)境介質(zhì)之間的界面，使該界面起到彈性膜的作用。上述運動最好是大體往復(fù)運動。
此方法很適合進行上述微液槽的薄液層中的樣品和試劑的混和。然而這種混和方法基本上適合所有位于兩個大體平行壁之間的薄層狀液體的混和，而該平行壁彼此間隔開毛細距離。
毛細作用力取決于壁材料的類型、包含添加劑例如試劑的樣品類型以及壁之間的距離。振動的頻率及振幅參數(shù)必須與個別情況下的毛細作用力平衡，這些參數(shù)必須充分大，足以進行混和而又不存在一部分液體溢出微液槽的危險，如果頻率/振幅太大則可能發(fā)生這種危險。
在液體樣品體積僅受平行壁的限制和該體積不封閉在腔內(nèi)的這種情況下，彈性膜即對著環(huán)境介質(zhì)如空氣的樣品界面具有其長度的上限。其下限根據(jù)樣品液體、試劑、適當?shù)呐念l、腔的深度等用實驗確定。
當選定正確的運動條件時，該界面起著彈性膜的作用，該膜迫使樣品液體中的化合物和已溶解或正溶解的試劑成分隨同液體的運動一起運動，這樣便造成薄液層中樣品液體和試劑的混和。
如上所述，本發(fā)明的混合方法適合于在用毛細作用力吸入樣品的一次性微液槽中進行混和。
這種微液槽一般包括具有測量腔的主體，該主體的邊界表面包括兩個基本上平行的最好是平的表面，該表面形成光線透過微液槽的路徑，并彼此間隔開預(yù)定距離，形成通過微液槽的光程長度(光程長)。測量腔具有預(yù)定體積和間隙寬度，毛細入口使該腔與主體外部的環(huán)境連通。樣品可在毛細作用力的作用下經(jīng)入口吸入到測量腔。將預(yù)定量的干試劑配置在測量腔內(nèi)，例如涂在腔的表面上。
液槽體積可在0.1μl～1ml之間變化，薄層厚度可在0.01～2.0mm之間變化，最好在0.1～1.0mm之間。在液槽入口或開口處的壁之間的距離最好在0.01～1mm之間，該距離最好大于測量腔內(nèi)壁之間的距離。
即使在液槽內(nèi)可以涂加任何類型的試劑，但是在使用相當難溶的試劑例如蛋白質(zhì)和碳水化合物時也能得到許多特殊的優(yōu)點。
按照本發(fā)明，混和操作這樣執(zhí)行，即，使裝有液體樣品和試劑的液槽基本上在液層的平面內(nèi)運動，運動的時間和速度以達到充分混和為準。這種運動可以是轉(zhuǎn)動，但最好是往復(fù)運動。也可以聯(lián)合這些運動。新的混和法的重要特征是，使運動與毛細作用力相平衡，使得液體不溢出液槽。毛細作用力由樣品的類型以及液槽壁的材料決定。平衡操作最好用實驗確定。如上所述，關(guān)鍵的特征是，選擇樣品和環(huán)境之間的界面，使得該界面可以起到彈性膜的作用，在這種情況下，運動最好也在界面的平面內(nèi)進行或至少在該界面上具有一個運動分量。當使用一次性微液槽時，在入口內(nèi)的樣品和空氣之間的界面僅在這樣的條件下起彈性膜的作用，即該入口的長度要充分長，或者如果微液槽還包含至少一個基本上為非毛細的并可以形成另一彈性膜的腔。在后一種情況下，液槽入口不需要大于測量腔平行壁之間的距離，而在前一種情況下，即當樣品溶液的體積僅對環(huán)境介質(zhì)(空氣)形成連續(xù)的界面(連續(xù)膜)時，入口長度至少應(yīng)當5倍于最好10倍于測量腔中液層的深度。
按照優(yōu)選實施例，基本非毛細腔靠近包含干試劑的毛細測量腔配置，并基本上與入口和測量腔成一直線。當此實施例中的液體樣品抽入微液槽并按照本發(fā)明混合時，在測量腔中的液體和介質(zhì)即通常存在于非毛細腔中的空氣便形成也起彈性膜作用的另外的界面。
下面參考附圖詳細說明本發(fā)明光度計的實施例以及與其一起使用的微液槽，這些附圖是

圖1是本發(fā)明光度計實施例的示意圖，該光度計處于關(guān)閉狀態(tài)；圖2是處于打開狀態(tài)的光度計的相應(yīng)透視圖；圖3是圖2所示光度計的頂視平面圖；圖4是沿圖3的IV-IV線截取的橫截面圖；圖5是平行于圖3頂視平面圖的橫截面圖，位于圖4的V-V線的水平面上；圖6是本發(fā)明光度計第二實施例的對應(yīng)于圖2的透視圖7是微液槽的透視圖；圖8是圖7所示微液槽的橫截面圖；圖9是具有兩個腔的微液槽的透視圖；圖10是圖9所示微液槽的橫截面圖。
附圖1～5所示光度計實施例具有外殼1以及可用蓋3關(guān)閉的測量艙室2。蓋3可樞轉(zhuǎn)地裝在軸4的支座上，在關(guān)閉位置時該蓋由鉤部件固定，按壓外殼1頂表面上的按鈕5便可使該鉤部件脫開，與蓋3配合的彈簧可打開蓋，將其打開到圖2所示的向上轉(zhuǎn)的位置或打開的位置。
液槽支架6配置在測量艙室2中。微液槽7被示出定位于液槽支架6上的可以被測量的位置，位于裝在測量艙室底部8上的光檢測器9的上面，該光檢測器位于放在液槽支架6上的微液槽7的下面。
蓋3由兩部分組成，該兩部分彼此可伸縮地安裝，使得在關(guān)閉位置成為下部的那部分由彈簧作用力壓在測量艙室2的底部8上，因而光檢測器9和蓋3下部的光源10在每次蓋3關(guān)閉后便占據(jù)彼此相對的預(yù)定位置。在蓋3的關(guān)閉位置，光源10和光檢測器9總是彼此相隔預(yù)定的距離，而且處于彼此相對的預(yù)定取向。這意味著，盡管蓋3是可動的，但卻可以極好的重復(fù)性進行光度計的測量。
液槽支架6可樞轉(zhuǎn)地裝在軸11上的支座上，該軸垂直于放在液槽支架6上的微液槽7的薄腔主平面延伸。當軸11上的液槽支架6轉(zhuǎn)動時，微液槽7中的腔將在其自身的平面內(nèi)運動。液槽支架6還具有臂12，該臂在軸11的與液槽支架6上微液槽7的直徑相對側(cè)延伸。臂12的自由端與曲軸13的第一端部活動連接，曲軸的另一端部連接于曲軸臂14，該曲軸臂固定在馬達16的軸15上。在這種情況下，曲軸臂14為圓盤形狀，該圓盤與軸15同心，并偏心地連接于曲軸13的另一端部。
當馬達16驅(qū)動曲軸臂14，使其繞軸15轉(zhuǎn)動時，便使曲軸13的第一端部，因而使臂12的自由端部振動，這樣，液槽支架6便進行繞軸11的振動，因而微液槽7在其腔的主平面內(nèi)振動。
重要的特征是，微液槽7在液槽支架6上具有這樣的位置，使得微液槽7腔中的樣品液體其自由液體表面的平面基本上與軸11的切向平面重合，即液槽支架6上的微液槽7的振動應(yīng)當沿著一個方向，該方向與自由液體表面的平面重合或至少在該平面上具有一個方向分量，并且該方向分量基本上平行于腔的主平面。這樣便造成樣品液體和試劑的有效混和，這種混和加速了使透光度發(fā)生改變的化學(xué)反應(yīng)，這種透光度決定測量結(jié)果。
在實際的透光度測量中，停止馬達16的轉(zhuǎn)動。為對于每次測量達到同一的測量位置，馬達16最好是步進馬達，該馬達適合于使曲軸13的運動停在一個區(qū)域，在該區(qū)域中，曲軸13的位移只造成液槽支架6的最小的位移。如果使臂12定位在離馬達軸15最遠的位置或最近的位置便是這種情況。
可以隨時間測定透光度的改變，方法是，使液槽支架6相對于光源10射向微液槽的光束的直徑以較小的可以為幾毫米的振幅振動，使得透過微液槽7的透光度的測量在任何情況不會受到干擾，而可以在振動期間連續(xù)進行測量。這樣便可以在獲得充分混和達到要測量的正確透光度值時進行測定。
圖6示出本發(fā)明光度計的第二實施例，在此實施例中，光源和光檢測器配置在測量橋9′內(nèi)，該橋固定在外殼1′上，并伸到液槽支架6′的上方，該支架可轉(zhuǎn)動地裝在軸11上，安裝方式與圖1～5所示實施例的安裝方式相同，該支架也可利用馬達使其振動。然而在這種情況下，液槽支架6′相對于軸11′的半徑傾斜一個小角度，使得放在液槽支架11′上的微液槽7的測量腔主平面不垂直于在測量橋9′中產(chǎn)生的射向微液槽7的光束。這種情況的基本特征是，與垂直位置的偏離不超過允許進行有效混和的偏離。例如，已發(fā)現(xiàn)約10°的偏離是很適用的。
為了用不同方式達到這一點，在這種情況下，可使測量腔的主平面與振動平面(或一般地，與振動方向)形成銳角。而在圖1～5所示的實施例中，同樣的主平面卻平行于振動平面(和振動方向)。
圖7和8示出具有毛細入口21的微液槽20。當樣品被吸入液槽20后，基本上與入口21的開口重合的樣品自由界面便對著外界空氣形成彈性膜。很明顯，該自由界面基本上是平的，其長度L(可以見到，它平行于微液槽的主平面)大于其寬度B(可以見到，它垂直于上述主平面)。然而自由界面不一定是平的，而可以多少有些彎曲，在彎曲的情況下，界面的平面可以理解為界面的普通平面。
與此相應(yīng)，在圖9和10所示的微液槽22中形成兩個彈性膜，該微液槽具有毛細入口23和具有較大深度的腔24，上述腔基本上是非毛細腔。
本發(fā)明的攪動可以舉例如下攪動可以看作為腔深度和拍頻的函數(shù)。使用同一設(shè)計的液槽。
結(jié)果顯示，攪動取決于拍頻和腔的深度二者。因而在400μm深的液槽中在60拍/S時可獲得良好的攪動，但在30拍/S時沒有攪動。如果腔深度低于15拍/S，則不發(fā)生任何攪動。
按照本發(fā)明，使用的拍頻最好在30～60拍/S之間。另外，測量腔適合于設(shè)計成樣品液體薄層的液體深度在10～1000μm之間，最好在400～600μm之間。
本發(fā)明很適合用于例如基于抗原—抗體反應(yīng)的測定方法。這種方法的例子是測定尿中的μ清蛋白，在這種情況下，使抗人體清蛋白的抗體與尿樣中的清蛋白進行反應(yīng)。將預(yù)定量的抗體以及輔助物質(zhì)例如PEG6000涂在腔內(nèi)并干燥。當樣品進入液槽腔時，與溶解的抗體反應(yīng)，形成造成混濁的團粒，然后用分光光度法測量這種濁度，該濁度正比于清蛋白的濃度。本發(fā)明的最好在上述類型光度計中執(zhí)行的混合操作是獲得快速和重現(xiàn)響應(yīng)的重要條件。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以看出，在所附權(quán)利要求書確定的本發(fā)明的范圍內(nèi)可以改變本發(fā)明的上述實施例。
圖1～5所示實施例的光檢測器9可以安裝成偏離光源10射出光束的中心線，即可以說成是，光通過液體樣品散射到預(yù)定角度后測量光源10射出的光的透光度。
另外，在圖1～5所示的實施例中，可以調(diào)節(jié)光檢測器9距光束中心線的距離，使得可以測量散射到不同角度的透光度。如果光檢測器包括許多與上述光束中心相距不同距離的光檢測元件，則也可以達到測量不同角度透光度的目的。當然，相應(yīng)的裝置也可配置在圖6所示的第二實施例中。
最后，應(yīng)當強調(diào)，光度計可以設(shè)計成在其顯示單元上顯示測量的透光度或光的散射度或?qū)?yīng)于該測量透光度的吸光度。不用說，該光度計還可使輸出信號輸送到打字機等上。
權(quán)利要求
1.一種用于測量微液槽(7，20，22)中液體樣品透光度的光度計，該微液槽具有形成液體樣品毛細層的腔，該液體樣品的自由液體表面橫向地沿腔的主平面延伸，在該腔內(nèi)起始配備有實現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的試劑，該反應(yīng)可以影響液體試樣的透光度，從而測定試樣中預(yù)定物質(zhì)的量，上述光度計具有微液盒的支架(6；6′)以及測量射向微液槽光束的透光度的測量裝置(9，10；9′)，其特征在于，液槽支架(6；6′)裝在沿一個方向振動的支座上，該方向具有一個方向分量，該分量位于自由液體表面的平面內(nèi)并平行于腔的主平面，因此可以進行混和操作，以加速溶解和反應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的光度計，其特征在于，上述分量是振動方向的主分量，即振動基本上發(fā)生在自由液體表面的平面內(nèi)并在基本上平行于腔的主平面。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光度計，其特征在于，液槽支架(6；6′)裝在可繞一根軸(11)振動的支座上，該軸基本上平行于測量裝置(9，10；9′)射向微液槽(7，20，22)的光束方向。
4.如權(quán)利要求3所述的光度計，其特征在于，馬達(16)配置成可經(jīng)曲軸(13)使液槽支架(6；6′)振動。
5.如權(quán)利要求4所述的光度計，其特征在于，為進行測量，該馬達適合于使運動的曲軸(13)停在一個區(qū)域，在該區(qū)域中，曲軸的位移引起液槽支架(6；6′)最小的位移。
6.如權(quán)利要求1～5中任一項所述的光度計，其特征在于，相對于用于測量微液槽(7，20，22)透光度的由測量裝置(9，10；9′)產(chǎn)生的光束直徑，該液槽支架(6；6′)適合于以小振幅振動，使得在振動期間可以連續(xù)地測量微液槽的透光度。
7.一種在薄液層中進行混和的方法，該薄液層形成在大體平行的彼此相隔毛細距離的壁之間，其特征在于，用下列步驟進行混和操作使該壁基本上在液層平面內(nèi)運動；使該運動與壁作用在液體上的毛細力相平衡；選擇液層和周圍介質(zhì)之間的界面，使得該界面起到彈性膜的作用。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該運動基本上為往復(fù)運動。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，該方法用于混合具有毛細出口的一次性微液槽中的試樣和試劑，該毛細入口使液槽的測量腔與微液槽外邊的環(huán)境連通，可利用毛細力的作用經(jīng)該毛細入口將液體樣品吸入測量腔。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在15～60拍/S，最好在30～60拍/S的拍頻條件下在液層的平面內(nèi)進行運動。
11.一種如權(quán)利要求7～10中任一項所述的適合于在薄層中進行混合的微液槽，其特征在于，測量腔被設(shè)計成使液體試樣薄層的液體深度在10～1000μm之間，最好在400～600μm之間。
12.如權(quán)利要求11所述的微液槽，其特征在于，入口的長度(L)至少5倍于，最好10倍于液層深度(B)。
13.如權(quán)利要求11或12所述的微液槽，包括試劑，該試劑選自由蛋白質(zhì)和碳水化合物組成的一組試劑。
14.一種如權(quán)利要求7～10中任一項所述的適合于在薄層中進行混合的微液槽，其特征在于，大體非毛細腔(24)靠近毛細測量腔配置，該非毛細腔與入口和測量腔大體在一直線上。
全文摘要
一種用于測量微液槽(7,20,22)中液體樣品透光度的光度計,該微液槽具有形成液體樣品毛細層的腔,該液體樣品的自由液體表面橫向于腔的主平面延伸。該腔內(nèi)起始配備有可進行化學(xué)反應(yīng)的試劑,該反應(yīng)改變液體試樣的透光度,該透光度表示樣品中預(yù)定物質(zhì)的量。光度計具有微液槽支架(6)和用于測量射向微液槽光束透光度的測量裝置(9、10)。液槽支架(6)裝在可沿一個方向振動的支座上,該方向具有一個方向分量,該分量在自由液體表面的平面內(nèi)延伸并平行于腔的主平面,由此可以達到混和,加速溶解和反應(yīng)。提供了一種在薄液層中進行混合的方法,該薄液層形成在彼此相隔毛細距離的大體平行的壁之間,混合的步驟如下:使壁基本上在液層平面上運動;使該運動與壁作用在液體上的毛細力平衡;選擇液層和周圍介質(zhì)之間的界面,使得該界面起到彈性膜的作用。
文檔編號B01F11/00GK1288516SQ99802179
公開日2001年3月21日 申請日期1999年1月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月14日
發(fā)明者約翰尼·斯文松, 貝蒂爾·尼爾松, 珀·烏爾松, 拉爾斯·揚松, 博·榮松 申請人:海莫庫公司