本发明提供可任意处理、半可再用或一次性使用的具有集成光学元件的反应容器，其与基于衍射的分析系统一起使用。该分析分析物液体的容器包括具有至少一个在其中容纳液体的腔或孔的外壳和与外壳整体形成的光学元件，用来将入射光束导向孔或腔，和在光束与存在于液体中的分析物相互作用之后引导光束离开腔。容器可以是测试管，例如血液收集管，可以有或没有光学元件，但是具有位于管壁内表面上的分析物特异性受体图案，使得当液体被引入到测试管内部时，存在于液体中的分析物能够与分析物特异性受体图案结合。
1.一种利用基于衍射的分析方法来分析分析物液体的容器，包括：
外壳部分，包括至少一个在其中容纳液体的腔，所述腔包括至少一个位于所述至少一个腔的内表面上的分析物特异性受体的预选图案，使得当将所述液体引入到所述腔中时，存在于所述液体中的分析物能够与至少一个分析物特异性受体图案结合；
至少一个与外壳部分整体形成的光学元件，在所述光学元件和所述外壳部分之间没有界面，所述光学元件用于将入射光束导向所述内表面以照射所述分析物特异性受体的预选图案和在光束已经与存在于所述液体中的分析物相互作用之后引导光束离开所述内表面，并且其中已经与所述分析物特异性受体的预选图案及其所结合的分析物相互作用的光束是衍射光束。
2.根据权利要求1的容器，其中具有至少一个腔的外壳部分是具有九十六(96)个腔的标准微滴定板。
3.根据权利要求2的容器，包括位于九十六(96)个腔的内表面上的分析物特异性受体的预选图案，使得当液体被引入到所述腔中时，存在于液体中的分析物能够与分析物特异性受体的图案结合。
4.根据权利要求1、2或3的容器，其中与外壳部分整体形成的光学元件是三角形光学元件。
5.根据权利要求1的容器，其中与外壳部分整体形成的光学元件是位于所述至少一个腔下方的三角形光学元件，并且其中分析物特异性受体的预选图案位于所述至少一个腔的底表面上。
6.根据权利要求2的容器，其中九十六(96)个腔以行列形式排列，并且其中与外壳部分整体形成的光学元件是位于各行或列的腔下方的拉长三角形光学元件，使得拉长三角形光学元件的总数等于容器中的行或列数。
7.根据权利要求1的容器，其中与外壳部分整体形成的光学元件是位于所述至少一个腔的下方的半球形光学元件，并且其中分析物特异性受体的预选图案位于所述至少一个腔的底表面上。
8.根据权利要求1的容器，其中与外壳部分整体形成的光学元件是位于所述至少一个腔的下方的锥形光学元件，并且其中分析物特异性受体的预选图案位于所述至少一个腔的底表面上。
9.根据权利要求1的容器，其中具有至少一个腔的外壳部分包括腔阵列，用于容纳相互分立的多个液体样品。
10.一种利用基于衍射的分析方法来分析分析物液体的容器，包括：
外壳部分，其包括至少一个在其中容纳液体的腔，所述腔包括至少一个位于所述至少一个腔的内表面上的分析物特异性受体的预选图案，使得当将液体引入到所述腔中时，存在于所述液体中的分析物能够与至少一个分析物特异性受体图案结合，其中所述外壳部分包括拉长的外壳部件，并且其中所述至少一个腔是由拉长的外壳部件限定的拉长的腔，并且其中所述外壳部分包括具有液体进口和液体出口的盖部件，当将盖部件与拉长的外壳部件组装时，在液体进口和液体出口之间产生穿过拉长的外壳部件的毛细流动通道；和至少一个与所述外壳部分整体形成的光学元件，在所述光学元件和所述外壳部分之间没有界面，所述光学元件用于将入射光束导向所述内表面以照射所述分析物特异性受体的预选图案和在光束已经与存在于所述液体中的分析物相互作用之后引导光束离开所述内表面，并且其中已经与所述分析物特异性受体的预选图案及其所结合的分析物相互作用的光束是衍射光束。
11.根据权利要求10的容器，其中至少一个分析物特异性受体的预选图案沿拉长的腔的底部排列。
12.根据权利要求10或11的容器，其中与基底整体形成的光学元件是位于拉长的腔的下方、沿着拉长的腔的长度方向延伸的拉长三角形光学元件。
13.一种利用基于衍射的分析方法来分析分析物液体的容器，包括：
外壳部分，其包括至少一个在其中容纳液体的腔，所述腔包括至少一个位于所述至少一个腔的内表面上的分析物特异性受体的预选图案，使得当将液体引入到所述腔中时，存在于所述液体中的分析物能够与至少一个分析物特异性受体图案结合，其中所述外壳部分包括通常为圆形的基底，并且其中所述至少一个用来在其中容纳液体的腔是置于圆形基底中央的第一腔，所述外壳部分包括从第一腔径向排列的多个腔，同时通过连接多个腔中的每一个和第一腔的相关流动通道，使多个腔中的每一个均与第一腔流动连通；和至少一个与所述外壳部分整体形成的光学元件，在所述光学元件和所述外壳部分之间没有界面，所述光学元件用于将入射光束导向所述内表面以照射所述分析物特异性受体的预选图案和在光束已经与存在于所述液体中的分析物相互作用之后引导光束离开所述内表面，并且其中已经与所述分析物特异性受体的预选图案及其所结合的分析物相互作用的光束是衍射光束，其中所述至少一个光学元件包括位于多个腔中的每一个的下方的相关光学元件。
14.根据权利要求13的容器，其中分析物特异性受体的预选图案包括位于所述多个腔中的每一个的底表面上的受体图案，使得当液体被引入到所述腔中时，存在于液体中的分析物能够与分析物特异性受体图案结合，并且其中已经与分析物特异性受体的预选图案及其所结合的分析物相互作用的光束是衍射光束。
15.根据权利要求13或14的容器，其中外壳包括将容器安装在转动驱动机械装置上以使容器旋转的底座。
16.根据权利要求1、2、3、5、6、7、8、9、10、11、13或14中任一项的容器，其中所述容器由模塑塑料制成。
17.根据权利要求1的容器，其中与外壳整体形成的至少一个光学元件相对于在其上存在预选图案的内表面定位，以使由所述至少一个光学元件引导的光发生全内反射。
18.根据权利要求6的容器，其中拉长三角形的光学元件相对于相关列的腔的腔底表面定位，使得由所述拉长三角形光学元件引导的光发生全内反射。
19.根据权利要求2或3的容器，其中与外壳部分整体形成的光学元件是位于九十六(96)个腔的每一个的下方的半球形光学元件，并且其中分析物特异性受体的预选图案位于所述九十六(96)个腔的每一个的底表面上。
20.根据权利要求2或3的容器，其中与外壳部分整体形成的光学元件是位于九十六(96)个腔的每一个的下方的锥形光学元件，并且其中分析物特异性受体的预选图案位于所述九十六(96)个腔的每一个的底表面上。
外壳部分，包括在外壳部分的上表面中的用于在其中容纳液体的至少一个腔；
分析物特异性受体的预选图案，位于所述至少一个腔的内表面上，以使当所述液体被引入到所述至少一个腔中时，存在于所述液体中的分析物能够与分析物特异性受体图案结合，其中当分析物与所述分析物特异性受体的预选图案结合时，入射在所述分析物特异性受体的预选图案上的光束被衍射；和与外壳部分整体形成的光学元件，在所述光学元件和所述外壳部分之间没有界面，所述光学元件用来将入射光束导向所述至少一个腔的内表面以照射所述分析物特异性受体的预选图案，和在光束与所述分析物特异性受体的预选图案及其所结合的分析物相互作用之后引导衍射光束离开所述内表面。
22.根据权利要求21的容器，其中具有至少一个腔的外壳部分是具有九十六(96)个腔的标准微滴定板。
23.根据权利要求22的容器，包括与外壳部分整体形成的光学元件，位于九十六(96)个腔的每一个的下方，用来将入射光束导向各腔，和在光束与分析物特异性受体的预选图案及其所结合的分析物相互作用之后引导衍射光束离开所述腔。
24.根据权利要求23的容器，其中九十六(96)个腔的每一个均包括位于九十六(96)个腔的每一个的底表面上的分析物特异性受体的预选图案。
25.根据权利要求23或24的容器，其中九十六(96)个腔以行列形式排列，并且其中与基底整体形成的光学元件是位于各行或列的腔下方的拉长三角形光学元件，使得拉长三角形光学元件的总数等于容器中的行或列数。
具有集成光学元件的可任意处理的反应容器
技术领域
[0001] 本发明涉及可任意处理、半可再用或一次性使用的具有集成光学元件的反应容器，其与基于衍射的分析系统一起使用。
背景技术
[0002] 随着经济、便携和有效的生物分析的快速发展，能够快速分析大量样品已经变得必要。
[0003] 在利用衍射技术光学识别液体样品的特定领域中，该系统使用中存在的困难之一是需要在反应基底和用于引导入射光束和衍射光束的光学元件(当采用全内反射时通常为棱镜)之间建立高质量的光耦合。在邻近反应基底的棱镜表面或在邻近棱镜的基底表面上的任何缝隙或表面缺陷至多将产生作为光学噪声而存在的散射光，并因此增加背景噪声。通常对于分析系统，这种增加的背景噪声或者限制检测的灵敏度或者需要附加的物理或数学手段来移除背景，从而增强对所期望的信号的检测。
[0004] 目前有几种方法用来避免这些问题。可以将配合的光学表面制造成具有非常高标准的平坦度和表面光洁度。这使得所提及的有害影响最小化，但是提供这样的表面成本很高并且该表面在常规使用中易于遭受损坏。可能遇到的最常见问题是界面的擦伤，尤其是棱镜。
[0005] 固有缺陷和后续缺陷都可以利用与配合表面上的流体相匹配的折光指数来减轻。这种流体将填充在小缝隙和擦痕中并且使由这些缺陷所引起的散射最小化。但是，流体耦合存在问题。由于这些流体(例如硅氧烷流体和全氟碳流体)高度耐溶剂并且牢固粘附表面，因此这些流体就其本性而言是肮脏和难以移除的。这些性质使得难以清洁光学表面和周围区域。而且，棱镜表面上的任何残留流体很可能夹带灰尘颗粒。这些颗粒也会在光学信号中产生散射，并因此增加噪声和降低灵敏度。此外，使用界面流体的要求使得系统较不易为用户接受并且较不易自动控制分析过程。
[0006] 因此，提供消除这种需要的用于样品分析的经济和易用的分析腔将是有利的。 [0007] 发明内容
[0008] 为了解决上述问题，本发明将光学元件如棱镜(或其它光学元件)与反应腔集成，以消除二者之间的界面和由此而导致的相关问题。集成棱镜的反应腔的成本基本与简单反应腔的成本相同。
[0009] 在本发明的一个方面，提供用于分析分析物液体的容器，包括： [0010] 外壳部分，包括至少一个用于在其中容纳液体的腔，所述腔包括至少一个位于所述至少一个腔的内表面上的分析物特异性受体的预选图案，使得当将液体引入所述腔中时，存在于液体中的分析物能够与至少一个分析物特异性受体图案结合；和 [0011] 至少一个与外壳部分整体形成的光学元件，用于将入射光束导向所述内表面和在光束已经与存在于液体中的分析物相互作用之后引导光束离开所述内表面，并且其中已经与分析物特异性受体的预选图案及其所结合的分析物相互作用的光束是衍射光束。 [0012] 在本发明的另一方面，提供利用光衍射分析分析物液体的容器，包括： [0013] 外壳部分，包括在所述外壳部分的上表面的至少一个用于在其中容纳液体的腔；和
[0014] 分析物特异性受体的预选图案，位于所述至少一个腔的内表面上，使得当液体被引入到所述至少一个腔的内部时，存在于液体中的分析物能够与分析物特异性受体图案结合，其中当分析物与分析物特异性受体的预选图案结合时，入射在分析物特异性受体的预选图案上的光束被衍射。
[0015] 本发明还提供测试管，包括：
[0016] 圆柱管，具有包围内部的管壁和一封闭端和一开口端，用于在圆柱管的内部容纳液体；
[0017] 分析物特异性受体的预选图案，位于管壁的内表面上，使得当液体被引入到所述测试管的内部时，存在于液体中的分析物能够与分析物特异性受体图案结合。 [0018] 本发明还提供测试管，包括：
[0019] 圆柱管，具有包围内部的管壁和一封闭端和一开口端，用于在圆柱管的内部容纳液体；
[0020] 分析物特异性受体的预选图案，位于管壁的内表面上，使得当液体被引入到所述测试管的内部时，存在于液体中的分析物能够与分析物特异性受体图案结合；和 [0021] 至少一个与测试管壁整体形成的光学元件，用于将入射光束导向所述至少一个腔和在光束已经与液体中所存在的分析物相互作用之后引导光束离开所述至少一个腔。 附图说明
[0022] 以下仅通过实施例说明根据本发明构造的具有集成光学元件的可任意处理的反应容器，必须参考以下附图，其中：
[0023] 图1是具有集成光学元件的可任意处理的反应容器的透视图，其在单一反应腔中具有分析物特异性图案，在反应腔底部整体形成有棱镜；
[0024] 图2是具有拉长的反应腔的可任意处理反应容器的另一实施方案的透视图，沿反应腔底部具有分析物特异性图案的线性阵列，沿包含反应腔的外壳底部整体形成的拉长棱镜；
[0025] 图3(a)是具有标准微滴定板的可任意处理反应容器的另一实施方案的侧视图，所述标准微滴定板具有多个单独的溶液孔，并且沿每个孔的底部整体形成有单独的棱镜； [0026] 图3(b)是图3a的可任意处理反应容器的顶视图；
[0027] 图4是根据本发明构造的可任意处理反应容器的另一实施方案的顶视图； [0028] 图5(a)表示具有从受体点对点递送样品的微流体通道的可任意处理反应容器的另一实施方案的顶视图；
[0029] 图5(b)表示沿图5(a)的箭头b的侧视图；
[0030] 图5(c)表示沿图5(a)的箭头c的作为替代方案的棱镜构型的高密度阵列的侧视图；和
[0031] 图6表示具有形成在测试管内表面上的分析物特异性受体图案的测试管。 具体实施方式
[0032] 本发明的许多实施方案可期待用于不同的应用。在一个实施方案中，具有整体棱镜的单一反应腔可用于需要分析一个或两个分析物的小型装置。图1表示具有集成光学元件的可任意处理的反应容器10的这样一个实施方案。反应容器10包括包围孔或腔14的外壳12。外壳12具有内部底表面16，其上形成有分析物受体的预选图案18，用于检测任意数目的分析物。在外壳12的外部底表面20上是与外壳12的其余部分整体形成的棱镜22。具有集成棱镜22的外壳12可由任意合适的塑料制造，一般是在所用波长上清澈透明的塑料，以通过棱镜22照射图案。
[0033] 对于多种分析格式使用多种分析物特异性图案但使用一个反应腔，本发明具体例示为图2所示的可任意处理的反应容器40，其包括包围孔或腔44的外壳部分42，同时外壳具有内部底表面46，沿该内部底表面46形成分析物特异性受体图案48的线性阵列，并且沿外壳42的外部底表面整体形成拉长的单一棱镜50，从而提供具有拉长棱镜的单一消耗品。可任意处理的反应容器40包括具有流体进口56和流体出口58的外壳盖54。当外壳42与盖54组装时，含有待分析的分析物流体可以流过流体进口56和通过流体出口58流出。在一个实施方案中，当盖54与外壳42组装时，内腔44的容积使得形成穿过进口56与出口58之间的腔的毛细流动通道。这种具有集成光学元件的可任意处理的反应容器40的实施方案适合用于需要小型消耗品和至多需要约三十(30)个分立分析的情况中。 [0034] 参考图3(a)和3(b)，具有集成光学元件的可任意处理的反应容器的另一实施方案一般地示为70。该可任意处理的反应容器70通常反映标准微滴定板72的格式，具有各自用于容纳分立溶液的各反应孔74的阵列。在可任意处理的反应容器70中，棱镜76(示于图3(a))模制在类似于标准微滴定板的阵列格式中的每一反应孔74的底部。分析物特异性图案78形成在各反应孔的底表面80上。可任意处理的反应容器70具有的优点是与标准实验室流体处理装置(例如Tecan、Beckman或Hamilton实验室机器人)兼容和提供用于大量的分立分析或对多个样品或其组合进行相同的分析。因此，可任意处理的反应容器70将适合用于进行从96至1536反应，不过当然可以延伸到更高或更低的密度。 [0035] 参考图4，具有集成光学元件的可任意处理的反应容器的另一实施方案一般地示为90并且包括高密度阵列，其创建格式允许对单一样品进行大量分析。可任意处理 的反应容器90包括将样品引入其中的中央孔92。样品通过毛细通道100利用毛细作用从样品孔92向外递送至单独的孔94。各个孔94的底部形成有分析物特异性受体分子98的预选图案。在将样品引入到样品孔92并通过毛细管100递送时，位于各毛细通道100末端的孔
96允许空气从毛细管中逸出。可任意处理的反应容器90包括位于利用分析物特异性受体
98图案化的各位点下方的棱镜(未示出)。当仅使用一个光源-检测器系统时，可任意处理的反应容器90可以以旋转模式使用。也就是说，反应容器90可以旋转，以使与每一反应位点相关的关学元件出现在检测装置的发射和检测光学器件的面前。根据操作模式和相关设备的具体情况，反应容器可停下来以允许读取或在容器旋转时以“实时模式”读取。 [0036] 为了方便起见，附图中图示的光学元件的构型示为传统的三角形，但是本领域技术人员将理解可使用作为替代方案的设计来优化光路径和可制造性。
[0037] 图5(a)表示具有从受体点对受体点递送液体样品的微流体通道的高密度阵列的顶视图。图5(b)和5(c)显示使用三角形148、锥形146和半球形142的光学元件来引导入射光至图案并将光衍射至检测器。图5(b)以清晰视图示出高密度阵列120的前视图和三角棱镜148、锥形棱镜146和半球棱镜142的前视图。样品被引入到样品输入孔124并通过毛细作用将样品通过样品通道128抽送。样品抽送穿过样品通道128，经过多个利用受体分子130图案化的区域，并流出样品出口126。图5(b)还示出样品通道128的前视图。图5(c)示出高密度阵列120的侧视图，显示三角棱镜134、锥形棱镜140和半球形棱镜136的侧视图。在该视图中，可以看出样品通道128的深度。
[0038] 图6示出具有形成在测试管内表面152上的分析物特异性受体图案151的测试管150。可见，入射(incedendent)激光束153接近分析物特异性受体151，同时所示衍射激光束154离开分析物特异性受体151。将被引入到测试管150中的样品最多达到分析物特异性受体151的水平，并被置入读取器装置中以便进行分析。测试管可以是血液收集管，如常用于收集患者血液的血液收集管。测试管或血液管可含有适合于更简单地作为界面连接测试管和读取器光学元件的集成光学元件。
[0039] 位于腔的内表面、优选腔底部的分析物特异性受体的预选图案可利用微压印装置制造，这种微压印装置描述在与本专利申请同时提交的题为“METHOD AND APPARATUS FOR MICRO-CONTACT PRINTING”的美国专利申请No.US2005-0139103 A1中，其内容全部并入本文。所述图案可以是规则的等间隔平行线或可以是更复杂的图案，如公开在美国专利申请No.US 2002-0025534 A1和US2003-0049693 A1中的图案，二者内容全部通过引用并入本文。
[0040] 本文中，术语“包含”、“包括”应理解为包括在内并且是开放的而不是排他的。具体来说，当用于包括权利要求的本说明书中时，其变化方案是指包括具体特征、步骤或组成部分。这些术语不应理解为排除其它特征、步骤或组成部分的存在。
[0041] 已经给出对本发明的优选实施方案的前述说明，以说明本发明的原理，而不是将本发明限制为所述具体实施方案。意图是本发明的范围由包含在所附权利要求及其等价物以内的所有实施方案限定。
