испытательный планшет с множественными сквозными каналами для высокопроизводительного скрининга

Формула изобретения

1. Испытательный планшет для удержания образцов для анализа, содержащий

пластину, имеющую пару противоположных поверхностей,

множество каналов в пластине, каждый из которых проходит от одной из противоположных поверхностей до другой и имеет постоянный диаметр от одной поверхности до другой, каналы объединены в группы, каждая из которых содержит по меньшей мере два горизонтальных и два вертикальных ряда каналов,

отличающийся тем, что каждый из каналов имеет гидрофильную внутреннюю стенку, диаметр около 1 мм или менее и удерживает от 0,1 до 10 мкл раствора.

2. Планшет по п.1, отличающийся тем, что на по меньшей мере одной из противоположных поверхностей закреплена испарительная пластина.

3. Планшет по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит

накладку, предназначенную для покрытия по меньшей мере одной поверхности пластины,

разделительное средство для обеспечения промежутка между накладкой и множеством сквозных отверстий.

4. Планшет по п.3, отличающийся тем, что разделительное средство содержит прокладку.

5. Планшет по п.3, отличающийся тем, что дополнительно содержит заглубленный участок, где расположены сквозные каналы, при этом разделительное средство представляет собой незаглубленный участок пластины.

6. Планшет по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит участки для доз жидкого образца, удерживаемых поверхностным натяжением в соответствующем множестве каналов.

7. Планшет по п.1, отличающийся тем, что сквозные каналы имеют цилиндрическую форму.

8. Система, содержащая множество испытательных планшетов по п.1, в которой указанные испытательные планшеты размещены в стопку один над другим.

9. Способ анализа, включающий использование испытательной сборки, содержащей пару противоположных поверхностей и множество сквозных каналов в пластине, каждый из которых проходит от одной из противоположных поверхностей до другой, имеет гидрофильную внутреннюю стенку и постоянный диаметр от одной поверхности до другой противоположной поверхности, составляющий около 1 мм или менее, по меньшей мере частичное заполнение множества сквозных каналов множеством доз соответствующего жидкого образца с удержанием их в каналах за счет поверхностного натяжения и анализ по меньшей мере одного из жидких образцов по меньшей мере в одном сквозном канале путем абсорбционного или флуоресцентного анализа на транскрипцию, флуоресцентного анализа выделяемых секретированных ферментов и скрининг-анализа микроорганизмов, причем указанные сквозные каналы объединены в группы, а каждая группа содержит по меньшей мере два горизонтальных и два вертикальных ряда сквозных каналов, по меньшей мере одна из доз соответствующего жидкого образца содержит аналит, который прямо или косвенно проявляет обнаруживаемую характеристику в одном или более анализов, при этом дополнительно определяют, которое из множества сквозных отверстий содержит дозу жидкого образца, включающего указанный аналит.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что на шаге частичного заполнения осуществляют погружение испытательной сборки в жидкий образец.

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что дополнительно размещают в стопку одну испытательную сборку поверх другой испытательной сборки.

12. Способ по п.9, отличающийся тем, что при проведении одного или более первых анализов доз жидкого образца в соответствующем множестве сквозных каналов осуществляют тестирование образца с использованием оптических средств.

13. Способ по п.9, отличающийся тем, что осуществляют взаимодействие доз в соответствующем множестве сквозных отверстий до определения, в котором из указанного множества сквозных отверстий содержится доза жидкого образца, в которой находится указанный аналит.

14. Способ по п.9, отличающийся тем, что после анализа жидких образцов осуществляют инкубацию испытательной сборки при заданной температуре.

15. Способ по п.9, отличающийся тем, что переносят дозы жидкого образца на мембрану и анализируют мембрану для определения заданных свойств доз жидкого образца.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что анализ мембраны включает визуальный анализ.

17. Способ по п.15, отличающийся тем, что анализ мембраны включает Вестерн перенос (обнаружение прорезей).

18. Способ по п.15, отличающийся тем, что

вводят группу клеток в среду в сквозных отверстиях испытательной сборки,

инкубируют испытательную сборку при условиях, подходящих для роста группы клеток,

измеряют свойства группы клеток в испытательной сборке,

выбирают по меньшей мере одну группу клеток на основе требуемых измеренных свойств.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что для измерения свойства группы клеток в испытательной сборке осуществляют измерение активности выраженного белка.

20. Способ по п.18, отличающийся тем, что при введении группы клеток в среду в сквозных отверстиях испытательной сборки осуществляют доставку множества клеток в каждое из сквозных отверстий множества.

21. Способ по п.18, отличающийся тем, что при введении группы клеток в среду в сквозных отверстиях испытательной сборки дополнительно осуществляют доставку указанного реагента совместно с множеством клеток, вводимых в матрицу сквозных отверстий.

22. Способ по п.18, отличающийся тем, что при измерении свойств группы клеток в испытательной сборке осуществляют тестирование множества клеток оптическим средством.

Описание изобретения к патенту

Область техники изобретения

Настоящее изобретение в целом относится к испытательному устройству и, в частности, к испытательному планшету с множественными сквозными каналами для высокопроизводительного скрининга.

Предшествующий уровень техники

Известные испытательные устройства содержат испытательный планшет, имеющий пару противоположных поверхностей и множество лунок. Лунки проходят от одной из противоположных поверхностей, но не достигают другой поверхности. Лунки используют для размещения образцов раствора, подлежащих анализу.

Хотя эти испытательные устройства используются в технике, они обладают некоторыми недостатками. Например, лунки этих испытательных устройств трудно заполнить. Для заполнения каждой из лунок образцами раствора требуются особые раздаточные системы, например, большие системы пипетирования. Эти раздаточные системы дороги и сложны в эксплуатации. Их использование приводит к повышению суммарной стоимости проведения испытаний.

Другая проблема указанных испытательных устройств связана с их конструкцией. Дно каждой лунки в таких испытательных планшетах должно быть прозрачным, чтобы свет мог проходить через образцы в ходе испытаний. Однако оставшаяся часть испытательного планшета должна быть выполнена из непрозрачного материала. Конструкция испытательного устройства, обладающего такими характеристиками, обуславливает его сложность и высокую стоимость.

Еще один недостаток известных испытательных устройств состоит в том, что оператор определяет положение отдельной лунки в испытательном устройстве. Обычно подобное испытательное устройство содержит большое количество лунок, находящихся на одинаковом расстоянии друг от друга. Оператору трудно определять положение отдельной лунки в большой совокупности лунок.

Краткое изложение существа изобретения

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания испытательного устройства для высокопроизводительного скрининга улучшенной конструкции.

Способ удержания образцов, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, заключается в том, что используют испытательный планшет, имеющий пару противоположных поверхностей и множество каналов, каждый из которых проходит от одной из противоположных поверхностей до другой, затем по меньшей мере одну из противоположных поверхностей испытательного планшета погружают в анализируемый раствор, при этом часть раствора проникает в каждый из каналов через соответствующие отверстия, расположенные на погруженной поверхности, и всевозможные газы, находящиеся в каналах, выходят из каналов через соответствующие отверстия, расположенные на противоположной поверхности, извлекают испытательный планшет из раствора, причем некоторое количество раствора удерживается в каждом из каналов за счет поверхностного натяжения, противоположные поверхности испытательного планшета размещают над опорной поверхностью и анализируют раствор, содержащийся в по меньшей мере одном из каналов.

Способ идентификации местоположения по меньшей мере одного образца раствора, согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, заключается в том, что используют испытательный планшет, имеющий пару противоположных поверхностей и множество каналов, каждый из которых проходит от одной из противоположных поверхностей до другой, причем каналы, находящиеся в планшете, организованы в группы и каждая группа содержит по меньшей мере два “горизонтальных” ряда и два “вертикальных” ряда каналов, раствор загружают в каналы и анализируют, на основании результатов анализа раствор, находящийся в по меньшей мере одном канале, идентифицируют для дальнейшего изучения. Местоположение идентифицированного канала помечают на основании группы, в которой обнаружен канал.

Способ скрининга образца, согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, заключается в том, что готовят раствор образца для скрининга, используют испытательный планшет, имеющий пару противоположных поверхностей и совокупность каналов, причем каждый из каналов проходит от одной из противоположных поверхностей испытательного планшета до другой, затем по меньшей мере одну из противоположных поверхностей испытательного планшета погружают в раствор, при этом часть раствора проникает в каждый из каналов через соответствующие отверстия, расположенные на погруженной поверхности испытательного планшета, удаляют испытательный планшет из раствора, и по меньшей мере часть раствора удерживается в каналах за счет поверхностного натяжения, анализируют раствор, находящийся в одном или нескольких каналах.

Устройство для удержания образцов раствора, содержащего клетки для анализа, содержит испытательный планшет, имеющий пару противоположных поверхностей и множество сквозных каналов, каждый из которых проходит от отверстия в одной из противоположных поверхностей испытательного планшета до отверстия в другой из противоположных поверхностей и имеет размер, позволяющий вмещать совокупность клеток, участок по меньшей мере одной из противоположных поверхностей испытательного планшета, на котором расположены каналы, заглублен, для формирования зазора между отверстиями испытательного планшета и соответствующей из противоположных поверхностей.

Устройство для удержания образцов для анализа, согласно еще одному варианту осуществления изобретения, содержит испытательный планшет, имеющий пару противоположных поверхностей и множество каналов, каждый из которых проходит от одной из противоположных поверхностей до другой, причем каналы на испытательном планшете объединены в группы, каждая из которых содержит по меньшей мере два “горизонтальных” ряда и два “вертикальных” ряда каналов.

Способ и устройство для удержания образцов для анализа, согласно изобретению, обеспечивают ряд преимуществ. Например, настоящее изобретение упрощает проведение испытаний. Образцы раствора, подлежащие анализу, можно загружать в испытательный планшет, просто утапливая или погружая в раствор одну из поверхностей испытательного планшета. В результате исключается необходимость использования особых раздаточных систем для загрузки раствора в лунки испытательного планшета.

Согласно изобретению также упрощена конструкция испытательного устройства. Единственное требование к конструкции состоит в наличии свободного пространства вблизи одной из противоположных поверхностей испытательного устройства путем использования дополнительных прокладок или механической обработки для создания заглубленного участка и в том, чтобы на заглубленном участке планшета были просверлены множественные каналы. В отличие от известных испытательных устройств настоящее изобретение не требует никаких особых способов изготовления, обеспечивающих прозрачность дна каждой лунки, поскольку каналы проходят через планшет насквозь.

Настоящее изобретение также облегчает работу оператора по идентификации отдельного канала, заполненного образцом, для дальнейшего анализа. Каналы размещаются на испытательном планшете не на равных расстояниях, а, согласно изобретению, размещены группами, содержащими по меньшей мере два “вертикальных” ряда и два “горизонтальных” ряда каналов, а группы сгруппированы в наборы по две или более групп. Расстояние между группами больше, чем расстояние между каналами в каждой группе, а наборы групп удалены друг от друга больше, чем группы в каждом наборе. В результате оператору проще идентифицировать отдельный канал, исходя из того, в каком наборе, в какой группе, в каком “вертикальном” и “горизонтальном” ряду на испытательном планшете размещается канал.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых

Фиг.1 изображает испытательный планшет с множественными сквозными каналами (вид сверху), согласно изобретению;

Фиг.2 - разрез по линии II-II на фиг.1 согласно изобретению;

Фиг.3 - общий вид в перспективе другой испытательного планшета с множественными сквозными каналами (в разобранном виде), расположенный между двумя испарительными пластинами, согласно изобретению;

Фиг.4 - блок-схему испытательного устройства, содержащего испытательный планшет с множественными сквозными каналами, согласно изобретению;

Фиг.5 - вид сверху испытательного планшета со множественными сквозными каналами, согласно изобретению;

Фиг.6 - разрез по линии VI-VI на фиг.5 согласно изобретению;

Фиг.7 - вид сверху испытательного планшета со множественными сквозными каналами, согласно изобретению;

Фиг.8 - вид сверху сборки испытательной платины, согласно изобретению;

Фиг.9 - общий вид сборки, на которой некоторые участки удалены, согласно изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения.

Испытательное устройство 10 (фиг.1), согласно изобретению, содержит испытательный планшет 12, имеющий пару противоположных поверхностей 14 и 16 (поверхность 16 показана на фиг.2) и совокупность сквозных каналов 18. Сквозные каналы 18 расположены на заглубленных участках 20 и 22 соответствующих сторон испытательного планшета 12. Сквозные отверстия 18 также организованы в группы 24, каждая из которых содержит по меньшей мере два “вертикальных” ряда и два “горизонтальных” ряда каналов 18, и в наборы 26, состоящие из двух или более групп каналов 18. Испытательное устройство 10 обеспечивает ряд преимуществ, в том числе, упрощение процедуры загрузки образцов раствора S в каналы 18 испытательного устройства 10, упрощение конструкции испытательного устройства 10 и облегчение работы оператора по идентификации отдельного наполненного канала 18.

Испытательное устройство 10 (фиг.1 и 2) содержит испытательный планшет 12, который выполнен из непрозрачного материала, например, алюминия и полипропилена. Можно использовать и другие материалы, например, тефлон, полистирол, нержавеющую сталь, полиэтилен, любой металл или пластик. Испытательный планшет 12 может также быть выполнен из прозрачных материалов, например, из стекла или прозрачного пластика, если анализ осуществляют неоптическими средствами, например, анализируют материалы, блотированные на мембранах.

Испытательный планшет 12 содержит пару противоположных поверхностей 14 и 16. Согласно описываемому конкретному варианту осуществления, противоположные поверхности 14 и 16 являются практически плоскими, за исключением заглубленных участков 20 и 22. Поверхности 14 и 16 могут иначе располагаться по отношению друг к другу. Каждая из противоположных поверхностей 14 и 16 содержит один из заглубленных участков 20 и 22, созданных путем механической обработки испытательного планшета 12, хотя можно использовать и другие способы формирования заглубленных участков 20 и 22, например, формование или добавление прокладок. Когда какая-либо из противоположных поверхностей 14 и 16 испытательного планшета 12 находится на опорной поверхности 28, заглубленный участок 20 или 22, совместно со множественными каналами 18, находящимися на заглубленном участке 20 или 22, отделены от опорной поверхности 28. Если бы отверстия 30 и 32 каналов 18 контактировали с опорной поверхностью 28, то растворы, находящиеся в каналах 18, вытекали бы из них. Согласно описываемому варианту осуществления, на каждой из противоположных поверхностей 14 и 16 за счет заглубленных участков 20 и 22 образован буртик 34, проходящий по периметру испытательного планшета 12. Хотя каналы 18 отделены от опорной поверхности 28 заглубленными участками 20 и 22, каналы 18 могут быть отделены от опорной поверхности 28 посредством других опорных структур, например, скобок, присоединенных к испытательному планшету, которые поддерживают испытательный планшет 12 и каналы 18 над опорной поверхностью 28.

Изображенное другое испытательное устройство 50, фиг.5 и 6, согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, идентично испытательному устройству 10, за исключением того, что испытательное устройство 50 не содержит пару заглубленных участков. Вместо этого испытательное устройство 50 содержит заглубленный участок 52 и выступающий участок 54. Когда испытательный планшет 51 находится на опорной поверхности, заглубленный участок 52 должен быть обращен к опорной поверхности, чтобы каналы были отделены от опорной поверхности. Противоположные поверхности испытательного планшета 51 могут иметь различные конфигурации. Например, выступающий участок 54 может находиться на одном уровне с верхней поверхностью испытательного планшета 51.

Испытательный планшет 12 (фиг.1-3) также содержит вспомогательную ручку 36 и отверстие 38 на одной стороне для приема одного конца ручки 36. Можно использовать и другие средства присоединения ручки 36 к испытательному планшету 12, например, ручку 36 можно крепить болтами. Ручка 36 выступает из испытательного планшета 12 и используется для манипуляции испытательным планшетом 12 при проведении загрузки и испытаний.

В испытательном планшете 12 сформированы множественные сквозные каналы 18. Каналы 18 проходят от отверстий 30, находящихся на заглубленном участке 20 одной из противоположных поверхностей 14, до отверстий 32, находящихся на заглубленном участке 22 другой из противоположных поверхностей 16. Согласно описываемому конкретному варианту осуществления каналы 18 имеют практически цилиндрическую форму, хотя могут иметь и другую форму, например, шестиугольное поперечное сечение или коническую форму. Каждый из каналов 18 имеет диаметр около одного миллиметра и может вмещать около 5.5 микролитров растворов S и клеток С, хотя диаметр, объем и количество клеток С для каждого канала 18 можно варьировать по необходимости или по желанию. Раствор S совместно с клетками С, находящимися в растворе S, удерживаются в каналах 18 за счет сил поверхностного натяжения, как показано на (фиг.4.). В каждом конкретном случае может потребоваться тот или иной размер каналов 18 в зависимости от анализируемого раствора S и свойств поверхностного натяжения раствора. Например, для специалистов в данной области очевидно, что буферный раствор и культуральные среды, содержащие соль, могут отличаться величиной поверхностного натяжения. Для удержания образцов раствора S в каналах 18 нужно достаточное поверхностное натяжение.

Одно из преимуществ настоящего изобретения состоит в том, что испытательный планшет 12 прост в изготовлении. Планшет, имеющий противоположные поверхности, может содержать требуемое количество просверленных в нем сквозных каналов. Планшет может содержать один или несколько заглубленных участков 20, 22, и сквозные каналы могут проходить через заглубленный участок планшета 12. Поскольку каналы 18 являются сквозными, прозрачное дно для каждого канала 18 не требуется. В ходе испытаний, свет, попадающий в каналы 18, будет проходить через них.

При использовании лунок, как указано в уровне техники, испытательное устройство также должно быть непрозрачным, но, поскольку лунки не проходят через устройство насквозь, дно каждой из лунок должно быть выполнено из прозрачного материала, чтобы свет мог проникать через образец для оптического анализа. Эти известные испытательные устройства отличаются сложной и дорогой конструкцией.

Испытательный планшет 12 (фиг.1) содержит около двух тысяч каналов 18, которые проходят через него от одной поверхности 14 до другой противоположной ей поверхности 16, хотя количество каналов 18 можно варьироваться по необходимости или по требованию. Чтобы оператору было легче идентифицировать отдельный канал 18, согласно описываемому варианту осуществления, каналы 18 организованы в группы и наборы. Каждая группа 24 содержит по меньшей мере два “горизонтальных” ряда и два “вертикальных” ряда каналов 18, а каждый набор 26 содержит по меньшей мере два “горизонтальных” ряда и два “вертикальных” ряда групп 24. Согласно описываемому конкретному варианту осуществления, каждая группа 24 каналов 18 содержит пять “горизонтальных” рядов и пять “вертикальных” рядов каналов 18, и в данном примере имеется восемьдесят групп 24 из двадцати пяти каналов 18, хотя количество можно варьировать по необходимости или по требованию. Каналы 18 отстоят друг от друга, примерно, на 1.5 мм между “горизонтальными” рядами каналов 18 и “вертикальными” рядами каналов 18 в каждой группе 24, хотя это расстояние можно варьировать, и зазор между “горизонтальными” рядами каналов 18 может отличаться от зазора между “вертикальными” рядами каналов 18 в каждой группе 24. Согласно описываемому варианту осуществления каждый набор групп 24 содержит два “горизонтальных” ряда групп 24 и десять “вертикальных” рядов групп 24, и, таким образом, имеется четыре набора 26, каждый из которых содержит двадцать групп 24 каналов 18, хотя количество можно варьировать. Группы 24, входящие в набор 26, разнесены примерно на 2.0 мм, а наборы 26 групп 24 каналов 18 разнесены примерно на 2.5 мм, хотя эти расстояния можно варьировать по необходимости или по желанию.

Благодаря организации каналов 18 в наборы 26 и группы 24 оператору значительно легче идентифицировать отдельный канал 18 в испытательном планшете 12 и отыскивать отдельный образец. С помощью наборов 26 каналов 18 оператор может ориентироваться, в какой области находится канал 18, а с помощью групп 24 оператор может более точно определить местоположение канала 18. “Вертикальный” и “горизонтальный” ряд канала 18 в каждой группе 24 задает точное местоположение канала 18. Промежутки между наборами 26, группами 24 и “вертикальными” и “горизонтальными” рядами отличаются друг от друга, чтобы оператору было легче визуально идентифицировать отдельный канал 18. Когда все каналы 18 находятся на одинаковом расстоянии друг от друга, труднее идентифицировать отдельный канал 18, и оператор может легко перепутать канал и выбрать образец не из того канала 18.

Хотя каналы 18 в испытательных устройствах 10 и 50 организованы в группы 24 и наборы 26, можно использовать и другие схемы организации каналов 18. Например, когда испытательным устройством управляет робот, а не оператор, каналы 18 могут быть расположены на равных расстояниях друг от друга, как показано в другом варианте осуществления испытательного устройства 60 (фиг.7).

Испытательное устройство 60 идентично испытательным устройствам 10 и 50, за исключением того, что каналы 18 находятся на одинаковом расстоянии.

Испытательное устройство 10 (фиг.3) может также содержать пару вспомогательных испарительных пластин 40 и 42. Испарительные пластины 40 и 42 прикреплены к соответствующим противоположным поверхностям 14 и 16 испытательного планшета 10. Испарительные платины 40 и 42 прикреплены к испытательному планшету 12 болтами, зажимами или иными механическими средствами. Когда испарительные пластины 40 и 42 прикреплены к испытательному планшету 12 поверх заглубленных участков 20 и 22, благодаря наличию заглубленных участков 20 и 22 на противоположных поверхностях 14 и 16 испытательного планшета 12 отверстия 30 и 32 сквозных каналов 18 остаются на некотором удалении от испарительных пластин 40 и 42. Испарительные пластины 40 и 42 способствуют предохранению образцов раствора S, находящихся в каналах 18 испытательного планшета 12, от испарения и загрязнения.

Вместо планшета 12 с заглубленным участком можно предложить сборку, в которой между испытательным планшетом и испарительными пластинами находятся прокладки, благодаря которым отверстия сквозных каналов отделены от испарительных пластин. Помимо прокладок между испытательным планшетом и испарительными пластинами или вместо них, в испарительных пластинах можно обеспечить заглубленные участки. Для обеспечения промежутка между отверстиями сквозных каналов и испарительными пластинами можно использовать заглубленные участки на испытательном планшете, заглубленные участки на испарительных пластинах или прокладки в любых комбинациях.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, предусмотрена стопка испытательных планшетов, в которой между испытательными планшетами могут дополнительно располагаться испарительные пластины. Испытательные планшеты, входящие в состав стопки, могут иметь заглубленные участки, или же в испарительных пластинах, находящихся между испытательными пластинами, могут быть предусмотрены заглубленные участки. Чтобы в стопке испытательных планшетов каждая испытательная пластина была отделена от поверхности соседнего испытательного планшета, испарительной пластины или их вместе, можно использовать заглубленные участки в испытательных планшетах, заглубленные участки в испарительных пластинах или прокладки в любых комбинациях.

Рассмотрим один пример использования заявленного изобретения.

В этом примере клетки С мутагенезируют под действием ультрафиолетового излучения, химического мутагенеза или с применением иной технологии мутагенеза. Клетки С выращивают с возможностью разделения. Вырастив клетки С, их разводят до концентрации одна клетка С на десять микролитров в среде, содержащей субстрат, индуцирующий флуоресценцию, или хромогенный субстрат. Применительно к данному примеру в качестве среды с клетками С рассматривается раствор S. В результате клетки произвольным образом распределяются по каналам 18, и многие каналы 18 содержат одну или несколько клеток С.

Хотя рассмотрен один пример приготовления раствора S с клетками С, специалистам в данной области очевидно, что можно использовать и другие способы и приемы приготовления образцов, подлежащих исследованию с помощью испытательного устройства 10 (фиг.1-4).

Используют испытательный планшет 12, содержащий пару противоположных поверхностей 14 и 16 и каналы 18, которые проходят от одной из противоположных поверхностей 14 к другой из противоположных поверхностей 16. По меньшей мере одну из противоположных поверхностей 14 испытательного планшета погружают в приготовленный раствор S. Раствор S проникает в отверстия 30 и 32 каждого из каналов 18 испытательного планшета 12, и различные газы, находящиеся в каналах 18, могут выходить через отверстия 30 и 32 на противоположном конце каналов 18. Альтернативно испытательный планшет 12 можно погрузить в раствор S так, чтобы раствор S вошел через верхнее отверстие 30 каждого канала 18.

Одно из преимуществ настоящего изобретения состоит в простоте загрузки раствора S в каждый из каналов 18. Согласно вышеприведенному описанию загрузить образцы раствора S во все каналы 18 испытательного планшета 12 можно в течение относительно короткого периода времени и без применения какой-либо специализированной системы раздачи раствора. Известные испытательные устройства, снабженные лунками, требуют использования специальной системы раздачи раствора, например, громоздких приспособлений для пипетирования, посредством которых загружают раствор в каждую из лунок. Эти специализированные системы раздачи раствора сложны в использовании и дорого стоят.

После того, как раствор S втянулся в каналы 18, испытательный планшет 12 извлекают из раствора S. Поверхностное натяжение удерживает раствор S в каждом из каналов 18. Согласно описываемому конкретному варианту, каждый канал 18 имеет диаметр около одного миллиметра и вмещает около 5.5 микролитров раствора S с клетками С (фиг.4), хотя диаметр и объем каждого канала 18 можно варьировать по необходимости или по желанию в зависимости от конкретного применения. Ручку 36 можно использовать для управления положением испытательного планшета 12 в ходе вышеописанных операций.

После извлечения испытательного планшета 12 из раствора S его помещают на опорную поверхность 28. Поскольку каналы 18 расположены на заглубленном участке 22 испытательного планшета 12, отверстия 32 каналов 18 отделены от опорной поверхности 28, поэтому раствор S, удерживаемый силами поверхностного натяжения, остается в каналах 18. К противоположным поверхностям 14 и 16 испытательного планшета 12 можно присоединить пару испарительных пластин 40 и 42, которые предохраняют образцы раствора S в испытательном планшете от испарения и загрязнения.

Испытательный планшет 12 можно после этого инкубировать, поддерживая температуру около 37°С и влажность около 70%, хотя температуру и влажность можно варьировать в зависимости от конкретного применения. В процессе инкубирования клетки размножаются и производят нужный белок (клетки могут производить фермент, антитела или метаболит, подлежащие изучению). Анализируют способность белка, например, фермента, гидролизовать субстрат, например, путем измерения групп, индуцирующих флуоресценцию, или хромогенных групп, освобожденных при гидролизе.

Хотя рассмотрен один пример обработки образцов раствора S в испытательном планшете 12, можно использовать и другие способы обработки и анализа образцов, известные специалистам в данной области.

Затем образцы раствора S с клетками С, находящиеся в каналах 18, испытывают с использованием анализатора изображения, снабженного источником света 44 и детектором 46. Свет распространяется от источника света 44 по направлению к отверстиям 30 каналов 18 испытательного планшета 12 и через раствор S, находящийся в каналах 18 испытательного планшета 12. Детектор 46 расположен на противоположной стороне испытательного планшета 12 и регистрирует свет, прошедший через раствор S, находящийся в каналах 18. На основании различий между зарегистрированным светом и излучаемым светом можно получить информацию о характеристиках отдельных образцов раствора S способами, известными специалистам в данной области. Анализатор изображения способен определять, какие каналы 18 содержат раствор 3 с наибольшей концентрацией преобразованного субстрата и, следовательно, наибольшим количеством фермента. Задача в этом случае состоит в выявлении клеток С, производящих наибольшее количество фермента. Аналогичным образом можно идентифицировать клетки, которые выделяют наибольшее количество нужного белка или химиката.

Хотя рассмотрен пример оптического анализа образцов раствора S в испытательном планшете 12, можно использовать и другие способы анализа образцов, в частности, неоптические. Например, планшет, содержащий образцы раствора S с клетками С можно блотировать на мембрану и использовать для осуществления блот-анализа Вестерна или, альтернативно, образцы S с клетками С можно блотировать на субстрат, содержащий материал, что дает возможность визуально измерять модификацию субстрата. В результате, когда для анализа образцов раствора в испытательном планшете 12 используются неоптические средства, испытательный планшет 12 может быть выполнен из прозрачного материала.

Затем оператор отыскивает образцы раствора S с наивысшей концентрацией преобразованного субстрата. Каналы 18, в которых находится раствор S с наивысшей концентрацией преобразованного субстрата, можно идентифицировать на основании того, в каком наборе 26 групп 24, в какой группе 24 и в каком “горизонтальном” и “вертикальном” ряду в каждой группе 24 расположен каждый идентифицируемый канал 18. Одно из преимуществ настоящего изобретения состоит в том, что каналы 18 организованы в группы 24 и наборы 26, что позволяет оператору легко идентифицировать отдельный канал 18 на испытательном планшете 12. После отыскания нужных образцов оператор может проводить дальнейший анализ этих образцов известными способами.

Можно использовать и другие способы и примеры отыскивания образцов. Например, если для определения местоположения и отыскания отдельного образца используется робот, можно использовать другое испытательное устройство 60 (фиг.7). Роботу не требуется, чтобы каналы 18 были организованы в группы 24 и наборы 26 каналов 18, хотя такая организация может помочь даже роботу идентифицировать и отыскивать нужные образцы.

Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, испытательный планшет имеет вид сборки или основы. Например, планшет может содержать совокупность отдельных компонентов, которые вместе образуют сборку, имеющую противоположные поверхности и совокупность сквозных каналов, проходящих от одной поверхности к другой. На фиг.8 и 9 показан пример воплощения настоящего изобретения, когда испытательный планшет, содержащий сборку, представляет собой планшет, выполненный из пучка капиллярных трубок.

Планшет, основа или сборка 70 содержит пучок капиллярных трубок 72, связанных воедино с помощью бандажа 74. Сквозные каналы сборки, согласно этому варианту осуществления, представляют собой каналы, проходящие в продольном направлении через центр каждой капиллярной трубки. Бандаж 74 может иметь противоположные поверхности 76 и 78, которые являются практически плоскими и параллельными друг другу. Бандаж может быть выполнен из металла, пластика, стекла, резины, эластомерного или любого другого подходящего материала. Каждая капиллярная трубка 72 имеет первый конец 80 и второй конец 82. Первые концы 80 капиллярных трубок образуют поверхность 84 основы или сборки 70, а вторые концы 82 капиллярных трубок 72 образуют поверхность 86 основы или сборки.

Каждая капиллярная трубка 72 пучка, составляющая основу или сборку 70, имеет длину, измеряемую от ее первого конца 80 до ее второго конца 82, которая по меньшей мере в два раза больше среднего диаметра каждой трубки. Предпочтительно, чтобы длина каждой трубки более чем в четыре раза превосходила средний диаметр каждой трубки и предпочтительно, чтобы она во много раз превосходила средний диаметр. Каждая капиллярная трубка может представлять собой, например, микрокапиллярную трубку или полое волоконно-оптическое волокно.

Капиллярные трубки могут иметь форму полого цилиндра или закругленные, овальные или многоугольные поперечные сечения.

Средний диаметр каждой капиллярной трубки предпочтительно составляет от около 0.001 мм до около 1 мм, а длина каждой трубки предпочтительно составляет от около 1 мм до около 1 см. Размеры капиллярных трубок предпочтительно таковы, что каждая трубка может вмещать от около 0.0001 микролитра до около 10 микролитров жидкого образца, например, 5.5 микролитров, хотя диаметры, длины и вместимости капиллярных трубок можно варьировать по необходимости или по желанию. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, для совместного удержания капиллярных трубок в пучке не обязательно использовать бандаж, поскольку трубки можно соединять плавлением или связывать, склеивать для поддерживания вместе в пучке.

Количество капиллярных трубок предпочтительно составляет от около 100 до около 1000 и более, капиллярных трубок, например, от около 500 до около 1500. Предпочтительно, чтобы трубки были выстроены “горизонтальными” рядами, а ряды были выстроены с образованием “вертикальных” рядов. Хотя пучок капиллярных трубок 72 (фиг.8, 9) имеет круглое поперечное сечение, и бандаж 74 имеет форму кольца, объем настоящего изобретения предусматривает также другие формы пучка и бандажа. Например, можно предусмотреть прямоугольный или квадратный массив капиллярных трубок, окруженный бандажом, и бандаж в этом случае также предпочтительно имеет прямоугольную или квадратную форму. Благодаря прямоугольной или квадратной форме массивов капиллярных трубок различные “горизонтальные” ряды и “вертикальные” ряды капиллярных трубок можно легко идентифицировать, что облегчает идентификацию одной капиллярной трубки в массиве.

Бандаж 74, окружающий пучок капиллярных трубок, имеет длину, измеряемую между противоположными поверхностями 76 и 78, которая превышает длину, измеряемую между противоположными концами 80 и 82 капиллярных трубок. Благодаря этому связанную сборку можно помещать на поверхность, например, аналитического прибора и при этом концы капиллярных трубок не будут касаться поверхности. Кроме того, сборки можно укладывать в стопки, не оказывая влияния на силы поверхностного натяжения, действующие в сквозных каналах.

Сборку (фиг.8 и 9), как и планшеты (фиг.1-7), можно загружать или наполнять исходным жидким образцом для получения множества образцов, каждый из которых составляет порцию исходного жидкого образца. Альтернативно сборку можно загружать несколькими исходными жидкими образцами, причем каждый исходный жидкий образец заполняет по меньшей мере один из сквозных каналов. В данном случае слова “загружать” или “заполнять” означают, что заполняют по меньшей мере частично, но не обязательно полностью. Сквозные каналы можно загружать или заполнять, например, погружая сборку или планшет в жидкий образец, приводя в контакт по меньшей мере одну из противоположных поверхностей сборки или планшета с жидким образцом или приводя в контакт внутренние стенки соответствующих сквозных каналов с жидким образцом или с соответствующими жидкими образцами.

Контакт жидкого образца с одной из противоположных поверхностей можно осуществлять путем погружения, утапливания, пипетирования, капанья или иначе, загружая или по меньшей мере частично заполняя совокупность капиллярных трубок или сквозных каналов таким образом, чтобы, благодаря капиллярному эффекту, порции жидкого образца втягивались в соответствующие капиллярные трубки или сквозные каналы. После удаления или разрыва контакта жидкого образца со сборкой или планшетом противоположные поверхности сборки или планшета предпочтительно очищают от жидкого образца, чтобы порции образца, оставшиеся внутри соответствующих капиллярных трубок, были изолированы друг от друга.

Можно использовать автоматизированные приспособления для наполнения, и они предпочтительны, если важно, чтобы соответствующие жидкие образцы или порции жидкого образца соприкасались только со внутренними стенками сквозных каналов, и необходимо избегать соприкосновения с противоположными поверхностями сборки.

Согласно другим вариантам осуществления изобретения, предусмотрен способ высокопроизводительного скрининга. Способ позволяет скринировать по меньшей мере один жидкий образец, который содержит целевой компонент или вещество, подлежащее анализу. В данном случае целевой компонент или вещество, подлежащее анализу, называют “аналит”. Аналит может представлять собой, хотя и не обязательно, биологический образец. Аналит проявляет обнаружимое свойство или проявляет обнаружимую характеристику в присутствии индикатора или подобного вещества или в результате реакции с ним. Например, аналит может самостоятельно проявлять свойство флуоресценции. После того, как жидкий образец по меньшей мере частично заполнил множество сквозных каналов, порции жидкого образца, содержащие аналит, можно детектировать и определить, какой из сквозных каналов содержит порцию образца, проявляющую свойство флуоресценции.

В другом примере аналит сам по себе не проявляет обнаружимого свойства, но вместо этого может обуславливать проявление указанного свойства у индикатора в результате реакции с ним. Согласно такому варианту осуществления, сквозные каналы испытательной сборки могут быть заранее загружены или впоследствии загружены одним или несколькими индикаторами, в результате чего после загрузки жидкого образца в совокупность сквозных каналов порции образца, содержащие аналит, могут реагировать с индикатором и, таким образом, обуславливать проявление обнаружимого свойства индикатором. В этом случае, хотя аналит сам не проявляет обнаружимого свойства, возможно косвенное обнаружение аналита, поскольку присутствие аналита обуславливает обнаружимое свойство индикатора, которое, в свою очередь, можно обнаруживать непосредственно. При этом способы, отвечающие настоящему изобретению, обеспечивают разделение и изоляцию аналитов от исходного жидкого образца.

Согласно способу высокопроизводительного скрининга, порции жидкого образца загружают в испытательную сборку, имеющую пару противоположных поверхностей и множество сквозных каналов, причем каждый из сквозных каналов проходит от одной из противоположных поверхностей до другой. Загрузка приводит к по меньшей мере частичному заполнению совокупности сквозных каналов порциями жидкого образца, и поверхностное натяжение удерживает соответствующие порции в соответствующем множестве сквозных каналов. Альтернативно можно загружать множественные жидкие образцы в соответствующие сквозные каналы. Способ также предусматривает обнаружение, какая из порций образца в сквозных каналах проявляет обнаружимое свойство.

Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения сборка для высокопроизводительного скрининга предпочтительно содержит по меньшей мере около 100 сквозных каналов, более предпочтительно по меньшей мере около 500 сквозных каналов и, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, до 1000000 сквозных каналов. В высокопроизводительном скрининге можно использовать указанное устройство, что позволяет производить анализ свыше 100000000 образцов или порций образца в день при помощи одной сборки.

Аналит, подлежащий скринингу, может представлять собой, например, биологическую клетку, смесь биологических клеток, мутантную клетку, секретированный белок, фермент, микроорганизм, смесь микроорганизмов, загрязнение или их комбинации. Аналит может представлять собой популяцию случайных мутантов одного или нескольких организмов. Если аналит представляет собой смесь биологических клеток, то он может представлять собой случайный образец, изолированный от естественной среды.

Обнаружимое свойство может представлять собой, например, свойство флуоресценции или поглощения. До заполнения высокопроизводительной сборки жидкий образец можно развести подходящим разбавителем, чтобы получить такую концентрацию аналита в жидком образце, при которой в результате заполнения множества сквозных каналов образцом доля сквозных каналов, куда попал по меньшей мере один из аналитов, составляла от четверти до половины сквозных каналов.

В некоторых случаях можно идентифицировать организм с нужными свойствами, даже если организм попал в сквозные отверстия в смеси с другими организмами. В таких условиях смесь других организмов, например, смесь биологических клеток, можно до заполнения развести таким образом, чтобы несколько организмов или клеток попали в каждый сквозной канал. Используя такой способ разведения, можно обнаружить присутствие аналита. Например, можно обнаружить одного конкретного мутанта в скоплении многих биологических клеток и их мутантов вместо того, чтобы иметь много клеток в смеси, присутствующей в каждом канале. Таким образом, например, если образец содержит 1000000 клеток и только одна из них является целевой мутантной клеткой, которую мы называем “аналит”, и применяется испытательный планшет с 10000 сквозных каналов, то образец можно развести так, чтобы 1000000 клеток попали в сквозные каналы с порциями образца, и при этом каждая порция содержала около 100 клеток. В случаях, когда характеристика аналита обнаружима, несмотря на наличие в том же сквозном канале многих других клеток, имеется возможность изолировать аналит от 99.99% образца за один анализ.

Испытательные планшеты, используемые в соответствии с настоящим изобретением, в том числе планшеты, изображенные на фиг.1-1, и сборки, изображенные на фиг.8 и 9, могут содержать гидрофильные материалы или покрытия, гидрофобные материалы или покрытия или их комбинацию для облегчения загрузки порций жидкого образца в сквозные каналы. Например, противоположные поверхности сборки могут быть выполнены из гидрофобного материала или обработаны им с тем, чтобы жидкие образцы вытеснялись с поверхности за исключением областей, непосредственно примыкающих к отверстиям сквозных каналов на одной из противоположных поверхностей. Согласно такому варианту осуществления, порции жидкого образца могут втягиваться в сквозные каналы за счет капиллярного эффекта, не смачивая противоположные поверхности планшета. В результате, когда планшет загружен и отделен от жидкого образца, между отдельными сквозными каналами не возникает никакой жидкостной связи и загрязнение разделенных порций образца сводится к минимуму. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, внутренние стенки сквозных каналов могут быть выполнены из гидрофильного материала или покрыты им, поскольку этот материал может легко смачиваться водным образцом или водной средой. Внутренние стенки сквозных каналов могут быть полностью выполнены из гидрофильного материала или обработаны им, а могут быть частично выполнены из такого материала или обработаны им. Планшеты, имеющие гидрофильные внутренние стенки сквозных каналов и гидрофобные противоположные поверхности, представляют собой хорошее средство удержания, изоляции или ограничения позиции жидких образцов в сквозных каналах испытательного планшета и одновременно сохранения примыкающих участков противоположных поверхностей практически свободными от жидкого образца.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, чтобы способствовать капиллярному эффекту, желательно разместить гидрофильный материал в непосредственной близости к отверстию каждого сквозного канала на одной из противоположных сторон, в то же время, поддерживая или обеспечивая гидрофобию или отсутствие гидрофилии в оставшейся области той же поверхности. Одна из противоположных поверхностей испытательного планшета или они обе могут быть выполнены из гидрофобного, гидрофильного или обоих материалов или обработаны ими, как обсуждалось выше, хотя, если сквозные каналы подлежат загрузке погружением, предпочтительно, чтобы одна из противоположных поверхностей, которая входит в контакт с жидким образцом, была обработана гидрофобным материалом или выполнена из него за исключением участков, непосредственно прилегающих к отверстиям сквозных каналов на этой поверхности и предпочтительно окружающих их.

Способы высокопроизводительного скрининга, которые можно использовать с применением сборок и других планшетов, согласно настоящему изобретению, позволяют осуществлять абсорбционный анализ на транскрипцию, флуоресцентный анализ на транскрипцию, флуоресцентный анализ секретированных ферментов и скрининг-анализ микроорганизмов. Эти и другие подходящие анализы, для которых может быть полезно применение планшетов и способов, отвечающих настоящему изобретению, описаны, например, в Arndt et al." A rapid genetic screening system for Identifying gene-specific suppression constructs for use in human cells", Nucleic Acids Res., 28(6):E15(2000), или Rolls et al." A visual screen of a GFP-fusion library Identifies a new type of nuclear envelope membrane protein", J.Cell Boil, 146(1): 29-44 (1999), или Sieweke," Detection of transcription factor partners with a yeast one hybrid screen". Methods Mol. Biol., 130:59-77 (2000); и публикации WO 97/37036.