無標記高通量生物分子篩選系統(tǒng)和方法【專利摘要】本文描述了無標記高通量生物分子篩選系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法提供了一種獨特的和實用的方案，使得可進行無標記高通量篩選(HTS)，以有助于新藥開發(fā)。在一個實施方式中，該篩選系統(tǒng)能夠進行直接結合試驗，其中，采用與當前制藥工業(yè)中所用的HTS相兼容的試驗體積和濃度檢測化合物(藥物候選物)和生物分子(治療靶標)之間的生物分子間相互作用。該篩選系統(tǒng)還可檢測微板各孔中發(fā)生的生化相互作用，該微板結合了生物傳感器且其表面化學特征能將治療靶標固定在生物傳感器表面上。該篩選系統(tǒng)還包括液體處理和平板處理裝置，以幫助實施自動HTS分析?！緦＠f明】無標記高通量生物分子篩選系統(tǒng)和方法[0001]本發(fā)明專利申請是國際申請?zhí)枮镻CT/US2006/026504、國際申請日為2006年7月6日，進入中國國家階段的申請?zhí)枮?00680026645.6，名稱為“無標記高通量生物分子篩選系統(tǒng)和方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。[0002]相關申請的交叉參考[0003]本申請要求2005年7月20日提交的標題為“無標記高通量生物分子篩選系統(tǒng)和方法”的美國申請系列號60/701445的益處，并將其納入本文作為參考?！?br>技術領域：
】[0004]本發(fā)明涉及使用非標記依賴性光學檢測技術來詢問結合于微板的孔中的生物傳感器的高通量生物分子篩選系統(tǒng)和方法。在優(yōu)選的實施方式中，該高通量生物分子篩選系統(tǒng)包括分配、混合、孵育、微板處理和實施測量方案以提供微板中生物傳感器上發(fā)生的生物分子相互作用的高通量檢測和分析的自動儀器。【
背景技術：
】[0005]如今，生物學研究的許多領域用到無標記檢測技術，以幫助進行敏感的、有時限的分析。典型的分析涉及檢測與位于一次性微板各孔底部的單個光學傳感器(生物傳感器)表面之上的固定分子(治療靶標)結合的化學/生化化合物(藥物候選物)。此外，最近，使用無標記檢測技術在藥物開發(fā)過程中進行高通量篩選(HTS)分析的可能性在以下文章中討論=JohnComley，“無標記檢測——新的生物傳感器促進了更大范圍的藥物開發(fā)應用”(LABEL-FREEDETECT1N-NewB1sensorsFacilitateBroaderRangeofDrugDiscoveryApplicat1ns),DrugDiscoveryWorld,Winter2004/5,第63-74頁。[0006]在此文章中，所描述的一個系統(tǒng)使用到基于表面胞質(zhì)基因共振(SPR)的無標記檢測技術。例如，授予藥物生物傳感器公司(PharmaciaB1sensorAB)的美國專利6313264公開了一種分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用SPR和微射流裝置實時檢測四個傳感區(qū)域中的生物分子相互作用。此外，轉讓給普林克公司(ProlinxIncorporated)的美國專利申請2003/0003018A1公開了使用小型化SPR傳感器以對分子間相互作用進行實時分析的儀器和系統(tǒng)。因為這兩個系統(tǒng)都設計用于實時動態(tài)分析分子間的相互作用，因此它們的多路(multiplexing)性能有限，這限制了它們的通量，使得它們無法用于HTS中。此外，這些系統(tǒng)不使用標準的SBS96、384或1536微板。基于光學檢測原理的篩選系統(tǒng)也存在第一個缺點(見JohnComley的文章)。因此，仍需要提供能在高通量基礎篩選中對藥物化合物和生物分子之間的生化相互作用進行無標記檢測的無標記檢測技術。這些和其它需求可采用本發(fā)明的高通量生物分子篩選系統(tǒng)和方法得以滿足?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0007]本發(fā)明包括篩選系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法提供了一種獨特的和實用的方案，使得可進行無標記高通量篩選(HTS)，以有助于新藥開發(fā)。在一個實施方式中，該篩選系統(tǒng)能夠進行直接結合試驗，其中，采用與當前制藥工業(yè)中所用的HTS相兼容的試驗體積和濃度檢測化合物(藥物候選物)和生物分子(治療靶標)之間的生物分子間相互作用。該篩選系統(tǒng)還可檢測微板的各孔中發(fā)生的生化相互作用，該微板結合了生物傳感器且其表面化學特征能將治療靶標固定于生物傳感器表面上。該篩選系統(tǒng)還包括液體處理和平板處理裝置，以幫助實施自動HTS分析?！緦＠綀D】【附圖說明】[0008]結合下文詳細描述和附圖將能對本發(fā)明有更完整的理解:[0009]圖1A—IC是顯示本發(fā)明幾種不同篩選系統(tǒng)的基本部件的分塊圖。[0010]圖2和3顯示可用于任一圖1A-1C所示本發(fā)明篩選系統(tǒng)的優(yōu)選光學子系統(tǒng)的基本部件。[0011]圖4A和4B顯不可用于任一圖1A一IC所不本發(fā)明篩選系統(tǒng)的優(yōu)選微板排列子系統(tǒng)的基本部件。[0012]圖5顯示可用于任一圖1A—IC所示本發(fā)明篩選系統(tǒng)的優(yōu)選計算機/軟件子系統(tǒng)的基本部件。[0013]圖6A—6B顯示可被任一圖1A—IC所示本發(fā)明篩選系統(tǒng)詢問兩例微板(如多孔板)。[0014]圖7顯示可結合到圖6A-6B所示微板的孔內(nèi)的生物傳感器(如共振波導光柵(RWG)生物傳感器)的基本部件。[0015]圖8A顯示可結合到圖6A-6B所示微板的孔內(nèi)的生物傳感器的另一設計，其中的生物傳感器具有基準結構(fiducials)。[0016]圖8B是結合有384個生物傳感器的微板的基板的頂視圖，其中所述生物傳感器的構造如圖8A所示的生物傳感器。[0017]圖9A—9B顯示微板的另一設計，其中，生物傳感器不具有基準標記，微板內(nèi)形成有基準標記。[0018]圖10是本發(fā)明的一個實施方式的生物傳感器的頂視圖，所示生物傳感器上其具有用表面活性化學物質(zhì)形成的兩個參比區(qū)域和一個反應區(qū)域。[0019]圖1lA-1lC是兩張流程圖和一張圖表，用于幫助解釋可采用任一圖1所示篩選系統(tǒng)實施的不同試驗，它是作為本發(fā)明實施方式之一的試驗進展模式。[0020]圖12—15是不同的圖，用于幫助解釋可采用任一圖1A一IC所示篩選系統(tǒng)實施的HTS試驗，它是作為本發(fā)明實施方式之一的HTS模式。[0021]圖16—17用于幫助描述使用本發(fā)明的篩選系統(tǒng)進行的特定試驗方案及所得結果的圖?！揪唧w實施方式】[0022]參見圖1A-1C，共三個分圖，分別顯示三個篩選系統(tǒng)10aUOOb和100c，各系統(tǒng)可與一個或多個一次性微板一起用于實施采用無標記光學檢測技術進行的藥物化合物文庫的高通量篩選。篩選系統(tǒng)10aUOOb和10c主要產(chǎn)生與化學/生化化合物(藥物候選物)與位于一次性微板各孔底部的各生物光學傳感器(生物傳感器)表面上的固定分子(治療靶標)之間相互結合有關的數(shù)據(jù)。[0023]篩選系統(tǒng)10aUOOb和10c的結構稍有不同，但如下文將討論的，它們都具有相同的能力，都能在一次性微板中采用無標記光學檢測技術實施藥物化合物文庫的高通量篩選。如圖1A所示，篩選相同10a包括孵育室110(消熱差緩沖室110)、進樣鎖定室(loadlockchamber)120、測量室130、接口裝置135和計算機140。在此實施例中，操作消熱差緩沖室110，以接受、存儲和維持一個或多個微板周圍的預定溫度。進樣鎖定室120具有一區(qū)域，微板在從消熱差緩沖室110向測量室130移動以及反過來移動時在此區(qū)域中移動。測量室130維持微板周圍于預定的溫度，它還具有測量巢(nest)132，用于在微板孔內(nèi)生物傳感器接受光學詢問之前高度精確地定位/復位微板。接口裝置135用于在進樣鎖定室130和外部設備之間移動微板(如見圖13)。[0024]如圖1B所示，篩選系統(tǒng)10b包括孵育室110(消熱差緩沖室110)、測量室130、接口裝置135和計算機140。篩選系統(tǒng)10b的結構與篩選系統(tǒng)10a相同，但它不包括無進樣鎖定室120，且該接口裝置135可用于將微板從消熱差緩沖室110移動到測量室130。與之相比，圖1C顯示的篩選系統(tǒng)10c包括測量室130、接口裝置135和計算機140。篩選系統(tǒng)10c的結構與篩選系統(tǒng)10b相同，但消熱差緩沖室110位于測量室130之內(nèi)。在三種不同的篩選系統(tǒng)10aUOOb和10c中，計算機140通過控制篩選系統(tǒng)10aUOOb和10c內(nèi)的各部件和子系統(tǒng)而進行大量不同的無標記試驗。其中一些子系統(tǒng)如下:[0025]1.1光學子系統(tǒng)150[0026]1.2平板找準子系統(tǒng)160[0027]1.3環(huán)境控制子系統(tǒng)170[0028]1.4液體處理和平板轉運子系統(tǒng)180a和180b[0029]1.5計算機/軟件子系統(tǒng)190[0030]1.6將篩選系統(tǒng)100與外部設備1304相關聯(lián)(見圖13)的裝置135。[0031]1.1光學子系統(tǒng)150[0032]圖2和3是闡述一個光學子系統(tǒng)150實施方式中不同部件的圖。光學子系統(tǒng)150工作時主要將光束202傳送到光學傳感器204(顯示位于微板206中)并收集反射光束208。該光學系統(tǒng)150位于測量室130內(nèi)(見圖1A—1C)。[0033]在一個實施方式中，光學子系統(tǒng)150具有光源210(超級發(fā)光二極管(SLD)210),該光源以光纖傳播，與可變光衰減器(VOA)212連接，該可變光衰減器與極化擾頻器214連接。該極化擾頻器214輸出的光束被IX16析光鏡216分入16股光纖218。具有16個通道的1X2析光鏡陣列220將各光纖216分別連接到16個帶尾纖的微透鏡222(光頭222)(見圖3)。各個帶尾纖的微透鏡222將光束202傳送至移動中的傳感器204(或靜止的傳感器204)，并接收反射光束208。通常，反射光束208的波段窄，寬度在I一2nm。反射光束208通過1X2析光鏡陣列220，由16個分光計224中的一個檢測。分光計224用于測量反射光束208的峰值。然后，與反射光束208的該峰值有關的光譜數(shù)據(jù)由個人計算機(PC)226來處理。個人計算機226(可以是計算機140)測定對應于反射光束208峰值的矩心(或正方矩心)的共振波長。或者，PC226可使用自相關法或最大導數(shù)法計算中心波長。[0034]共振波長指示化學/生化化合物(藥物候選物)是否與位于一次性微板206各孔底部的一個生物傳感器204的表面上的固定分子(治療靶標)發(fā)生相互作用。這種生化相互作用，例如結合、吸附等，改變生物傳感器204表面的折射率，從而改變生物傳感器的光學響應，并因此改變測得的波長，由此可直接監(jiān)控無標記試驗中的生物學事件。應注意的是，生物傳感器204檢測到的折射率的增加使反射光208的波長增加。[0035]參見圖3可見，各個帶尾纖的微透鏡222包括單模光纖302、透鏡304、線偏振器306和λ/4平板308?；蛘?，可使用圓偏振器替換線偏振器306和λ/4平板308。這一特定帶尾纖微透鏡222的集光角(angularacceptance)約為5毫弧度,在生物傳感器204上產(chǎn)生的光斑直徑約100μm。而且，該特定的帶尾纖微透鏡222被構造成拒絕微板206發(fā)出的問題菲涅耳反射。但是，由底物706內(nèi)多重反射產(chǎn)生的問題附屬反射可通過圓偏振器(線偏振器306和λ/4平板308)。然而，這些附屬反射可通過信號的數(shù)字過濾或通過分光計224的排列調(diào)整而去除。所述16個帶尾纖的微透鏡222可沿著5個軸(斜度(pitch)、滾動軸(roll)、X、Y和Z)調(diào)整。在一個實施方式中,微板206以一個方向(一維掃描)移動，這樣，多個生物傳感器204和各生物傳感器204內(nèi)的多個區(qū)域可接受詢問。關于這種類型的光學子系統(tǒng)150的詳細討論見下述文獻:[0036]?美國專利申請系列號11/027，547，發(fā)明名稱為“空間掃描光學閱讀系統(tǒng)及其使用方法，，(SpatiallyScannedOpticalReaderSystemandMethodforUsingSame)；[0037]?美國專利申請系列號10/977，520，發(fā)明名稱為“用于生物傳感應用的單纖維發(fā)射/接收系統(tǒng)，，(Single-FiberLaunch/ReceiveSystemforB1sensingApplicat1ns)；[0038]?美國專利申請系列號10/856，572，發(fā)明名稱為“具有減少的附加反射的光學詢問系統(tǒng)和過濾附加反射的方法”(0pticalInterrogat1nSystemsWithReducedParasiticReflect1nsandaMethodforFilteringParasiticReflect1ns)；[0039].美國專利申請系列號11/058，155，發(fā)明名稱為“單模(SM)纖維光學閱讀系統(tǒng)和詢問共振波段光柵傳感器的方法”(SingleMode(SM)FiberOpticalReaderSystemandMethodforInterrogatingResonantWaveguide-GratingSensor(s))。[0040]這些文獻的內(nèi)容被納入本文作為參考。[0041]此外，下述文獻描述了可用于本發(fā)明的其它類型的光學子系統(tǒng)150:[0042]?美國專利申請?zhí)?0/602，304，發(fā)明名稱為“光學詢問系統(tǒng)及其使用方法”(OpticalInterrogat1nSystemandMethodforUsingSame)；[0043].美國專利申請?zhí)?1/019,439，發(fā)明名稱為“陣列式傳感器測量系統(tǒng)及方法”(ArrayedSensorMeasurementSystemandMethod)；[0044]?美國專利號6，785，433，發(fā)明名稱為“波段格柵陣列和光學測量排列”(WaveguideGridArrayandOpticalMeasurementArrangement)；[0045].美國專利申請?zhí)?1/100，199(案卷號SP03-062B)，發(fā)明名稱為“光學詢問系統(tǒng)和用于二維傳感器陣列的方法”(OpticalInterrogat1nSystemandMethodfor2~DSensorArrays)。[0046]這些文獻的內(nèi)容被納入本文作為參考。[0047]1.2平板找準子系統(tǒng)160[0048]圖4A和4B是闡述一個平板找準子系統(tǒng)160例子中的不同部件的圖。平板找準子系統(tǒng)160主要包括X/Y平移平臺(未顯示)和微板固定結構400，該微板固定結構調(diào)整和移動微板206,使其能被光學子系統(tǒng)150正確地掃描。平板找準子系統(tǒng)160位于測量室130之內(nèi)(見圖1)。[0049]在一個實施方式中，平板找準子系統(tǒng)160具有微板固定結構400，該微板固定結構包括具有兩個表面的基底402，其中一個是主表面410，另一個是次表面412。次表面412嵌在端壁414和側壁416上，在基底402內(nèi)形成開口/檢測孔406。次表面412形成一圍繞檢測孔406的凸緣,并限定了巢座(nestingreceptable)420。巢座420形成的區(qū)域將被固定微板206占據(jù)(見圖6A和6B)。界定巢座420的次表面412還可具有三個支撐物430，它們能夠在Z方向平面內(nèi)接觸并支承微板206。但是，優(yōu)選的是，約束結構400具有8個接觸點，以在X、Y和Z平面方向上確立微板206的位置，見圖4B中優(yōu)選約束結構400的頂視圖。此約束結構400中的8個接觸點包括:巢座420中的三個支撐物430，成三角形布局，從表面412突出；和另外5個定位結構，包括位于端壁414上是兩個X方向的接觸點440x，一個位于側壁416上的Y方向的接觸點以440y，和兩個彈簧加壓的接觸點450x和450y，分別位于對面的端壁414和側壁416上。定位接觸點440x/y各自的調(diào)節(jié)器417位于約束結構400的外表面421上。用片簧調(diào)節(jié)器419來調(diào)節(jié)可施加的彈簧力。這種調(diào)節(jié)器417或片簧調(diào)節(jié)器419可以是螺丁之類或者是用于調(diào)節(jié)施加給微板206的力的其它可選裝置?？稍儆闷渌{(diào)節(jié)器以適應不同的微板尺寸(即，支撐物430高度的調(diào)節(jié)機構)。關于這種特定的限制結構400以及其它限制結構的詳細描述的文獻可參見:[0050]?美國陣列申請系列號60/701，452(代理案卷號SP05-086P)，發(fā)明名稱為“運動孔板固定方法”(KinematicWellplateMountingMethod)。[0051]本文將此文獻的內(nèi)容納入作為參考。[0052]1.3環(huán)境控制子系統(tǒng)170[0053]使用環(huán)境控制子系統(tǒng)170來將外部環(huán)境(如溫度波動)在篩選系統(tǒng)100的孵育室110、進樣鎖定室120和測量室130(見圖1)內(nèi)的影響減到最小。在一個實施方式中，環(huán)境控制子系統(tǒng)170包括具有熱電模塊和允許人們將溫度控制在50毫度(3ο，12小時)范圍內(nèi)的空氣循環(huán)裝置的殼體。本實施例所示的環(huán)境控制子系統(tǒng)170位于測量室130內(nèi)(見圖1)。[0054]1.4液體處理和平板轉運子系統(tǒng)180a和180b[0055]液體處理和平板轉運子系統(tǒng)180a和180b用于將一個或多個微板206在測量室系統(tǒng)110中移動。在一個實施方式中，液體處理子系統(tǒng)180a具有移液器(未顯不)，該移液器可在分析微板206和來源微板(未顯示)之間轉運液體。平板轉運子系統(tǒng)180b具有夾持器(未顯示)，該夾持器用于將微板206(分析微板)移動到測量位置，并將另一微板(來源微板)移動到液體處理位置。在一個優(yōu)選實施方式中，平板轉運子系統(tǒng)180b將微板移動進出測量位置。它可包括一個或多個以下部件，如旋轉臂、移板架(platecarriages)、夾持器、升降機構(lifter)和輸送系統(tǒng)(例如)。平板轉運子系統(tǒng)180b主要提供一能使多個微板進入測量室130內(nèi)的工具。例如，當一個微板接受測量時(光學詢問)，另一微板可移動到位以待接下來將被檢測，而先前的微板可移出篩選系統(tǒng)100。關于這些子系統(tǒng)180a和180b的更詳細描述可參見下文關于圖11-15的描述。[0056]1.5計算機140/軟件子系統(tǒng)190[0057]計算機140/軟件子系統(tǒng)190控制著篩選系統(tǒng)100中的設備硬件，同時還協(xié)調(diào)測量并對詢問微板206獲得的數(shù)據(jù)進行處理。計算機140/軟件子系統(tǒng)190和光學子系統(tǒng)150的一個示例性電學結構描述在圖5中。在此實施例中，計算機/軟件子系統(tǒng)190包括PC226(見圖2)和數(shù)據(jù)存儲單元502。PC226具有以下部件:(I)原譜分選和分存(binning)單元504；(2)峰值檢測算法單元506;和(3)分析結合信號單元508(與數(shù)據(jù)存儲單元502連接)。此夕卜，PC226通過光譜數(shù)據(jù)流516與光學子系統(tǒng)150偶聯(lián)。光學子系統(tǒng)150(見圖2)包括分光計I/O板505和分光計224。分光計I/O板505具有下述部件:(I)數(shù)字時標發(fā)生單元510；(2)光束匯總單元512;和(3)頻譜交疊(spectrainterleaving)單元514。此外,分光計I/O板505通過帶狀電纜518與分光計224連接。這些部件各自執(zhí)行如下功能:[0058]1.5.1數(shù)字時標發(fā)生單元510[0059]分光計I/O板505為光學模塊150提供并跟蹤所有實時數(shù)字信號。為了幫助分光計I/o板505做到這點，數(shù)字時標發(fā)生單元510接收來自掃描軸編碼器的正交(quadrature)編碼器輸入信號，所述掃描軸編碼器與平移平臺和移動并支持微板206的約束結構400(見圖4A和4B)相關聯(lián)?；谄揭破脚_的速度，數(shù)字時標發(fā)生單元510調(diào)動分光計224精確定時地獲取光譜。在優(yōu)選的實施方式中，所有16個分光計224同時對它們各自的生物傳感器204區(qū)域采樣。數(shù)字時標發(fā)生單元510還在帶狀光纜518中具有許多控制線，用于驅動各分光計224中CCD陣列和A/D轉換器。CCD陣列將光學信號轉換成電模擬信號，其代表著各給定像素(波長)的能量(power)。A/D轉換器將模擬信號轉換成數(shù)字信號。這些數(shù)字信號被通過112比特的數(shù)據(jù)總線518a提供給分光計I/O板505。[0060]1.5.2112比特數(shù)據(jù)總線518a[0061]各分光計224中的各A/D轉換器將14比特信號提供給分光計1板505。對于各定時像素，存在一個代表該像素的信號水平的14比特數(shù)值。各組(bank)8個分光計的14比特總線被捆在一起，形成112比特的數(shù)據(jù)總線518a。各分光計帶狀光纜包括14比特的A/D數(shù)據(jù)。在分光計1板505上，該112比特數(shù)據(jù)總線518a與112比特FPGA輸入端口(未顯示)相連。兩組的分光計224(每組8個)共享同一根112比特數(shù)據(jù)總線518a。此外，數(shù)字時標發(fā)生單元510使用分組控制線來控制有哪一組分光計224占用112比特數(shù)據(jù)總線518a。在任一給定時刻，僅一組8個分光計224可向112數(shù)據(jù)總線518寫入。[0062]1.5.3光束匯總單元512[0063]隨著由分光計224匯總形成原始廣譜，分光計1板505能夠將該原譜上傳給PC226，或者能夠對像素數(shù)據(jù)執(zhí)行增益(gain)和補償(offset)校準，然后匯總出一原譜系列從而能夠產(chǎn)生較大的“虛擬(virtual)”光束208。[0064]1.5.4頻譜交疊單元514[0065]根據(jù)光譜是如何收集和(任選地)匯總的，可能需要在將數(shù)據(jù)傳送給PC226之前對各分光計224的像素數(shù)據(jù)進行交疊。因此，例如，分光計#1的像素#1、接著是分光計#2的像素#1可能需要先交疊再傳送到PC226。[0066]1.5.5光譜數(shù)據(jù)流516[0067]分光計1板505收集的光譜可通過32MB/秒的火線通道516上傳給PC226。在此例中，主機PC226可具有指導數(shù)據(jù)進入內(nèi)部儲存器(未顯示)的火線卡。[0068]1.5.6原譜分選和分存單元504[0069]根據(jù)數(shù)據(jù)是如何收集的，光譜可能需要恢復成適應各光學通道的光譜波形的形式來存儲。此外，此時可進一步進行類似于之前在分光計1板505上所實施的匯總，以產(chǎn)生較大的“虛擬(virtual)”光束208。[0070]1.5.7峰值檢測算法單元506[0071]然后，使用峰值檢測算法處理各原譜或匯總在一起的原譜系列，該算法意圖分辨各分光計224內(nèi)CXD陣列上的共振位置。[0072]1.5.8分析結合信號單元508[0073]分析結合信號單元508使用峰值檢測算法單元506的輸出值計算插入測量室130的不同類型微板206的試驗結合信號。例如,對于使用自參照(selfreferencing)的孔610,可以將信號衰減波長減去參比衰減波長(padwavelength)后作為結合信號(見圖6A)。此外，對于不使用參照的孔610，可直接采用整個孔的平均波長作為無參比結合信號。[0074]PC226還具有圖形化的用戶界面(未顯示)，在該界面，操作者可在其中給定排的傳感器的反射光峰位置被實時監(jiān)控的試驗進展模式和其中微板被全面掃描并從各個孔產(chǎn)生各自數(shù)據(jù)的高通量篩選模式之間進行選擇。這兩種模式將在下文描述圖11-15時有詳細的描述。[0075]1.6裝置135[0076]裝置135起到與例如高通量篩選(HTS)線1304的外部設備(如圖13所示)連接的作用。裝置135可包括但不限于:旋轉臂、拔取工具(drawer)、升降機構(lifter)、夾持器、導軌上的移板架、或傳送帶。它的主要功能是移動微板206進出篩選系統(tǒng)100。它還可將微板傳送至孵育室110或測量室130。[0077]下文將提供關于可被篩選系統(tǒng)100詢問的不例性一次性微板206的描述。圖6A和6B是兩張闡述能被定位在約束結構400(見圖4A和4B)中的示例性一次性微板206(如多孔板)的圖。所示的微板206具有孔610陣列，其結構包括兩個部分，即上部板602和下部板603。上部板602包括外圍邊緣/框架604、上表面606，并以孔610外輪廓作為側壁608。各孔610能夠接收待分析的等分樣品。下部板603形成基本上且優(yōu)選平整的各孔610的透明底壁/表面613，其中形成或放置有生物傳感器204(見圖6B)。生物傳感器204用于檢測孔610內(nèi)或孔610的底表面上發(fā)生的生物分子活動。雖然所示的微板206具有96個孔610，應理解，在優(yōu)選的實施方式中，可使用具有384個孔的微板206。下文是微板206內(nèi)部分部件的詳細描述:[0078]2.1生物傳感器204[0079]2.2生物傳感器基板603[0080]2.3上部(有孔的)板602和基板603組件[0081]2.4生物傳感器的表面連接化學特征[0082]2.5生物傳感器的信號/參比區(qū)域。[0083]2.1生物傳感器204[0084]在一個實施方式中，生物傳感器204是共振波導光柵(RWG)生物傳感器204,其具有如圖7所示的結構。生物傳感器204包括置于復制衍射光柵(replicateddiffract1ngrating)704之上的高折射率波導層702，該光柵704置于玻璃基底706之上。例如，衍射光柵704可以是3mmX3mm的正方形，其具有柵距為500nm、深度為50nm和50%占空比的復制線性光柵。優(yōu)選的是，優(yōu)化波導層702的厚度和折射率以及衍射光柵704的特性(柵距、深度和占空比)，以產(chǎn)生針對生物傳感器204頂部分析物708和靶標710的相互作用引起的折射率變化的最高敏感性。這種敏感性定義為相對于折射率變化的反射光712的偏移(nm/折射率單位)。因為感測原理涉及從生物傳感器204發(fā)出的攸逝波714的相互作用，因此被感容積通常局限于最貼近波導管702表面上的150-200nm。[0085]關于生物傳感器204的結構和功能的更詳細討論，可參見以下文獻:[0086].美國專利4，815，843，發(fā)明名稱為“用于選擇性檢測物質(zhì)和/或檢測氣體、液體、固體和多孔樣品中的折射率變化的光學傳感器”(OpticalSensorforSelectiveDetect1nofSubstancesand/orfortheDetect1nofRefractiveIndexChangesinGaseous,Liquid,SolidandPorousSamples):[0087].美國專利5，738，825，發(fā)明名稱為“光學生物傳感器基質(zhì)”(OpticalB1sensorMatrix)。[0088]這些文獻的內(nèi)容被納入本文作為參考。[0089]圖8A和8B是闡述其上具有準線802的生物傳感器204的另一設計的圖。在此實施例中，除ImmXImm的中心區(qū)域外，4mmX4mm的生物傳感器204在對角線上具有4條0.2mm的準線802。這些準線802使人們可監(jiān)測微板206相對于光學子系統(tǒng)150的定位。這是重要的，基于此，如果微板206從測量室110中移出然后重新插入的話，平板找準子系統(tǒng)160能夠正確地定位微板206(見圖1)。另一可選例子是圖9A和9B，它們是闡述未使用圖8A和8B所示的孔內(nèi)基準線802取而代之的是形成于微板206之上的有翼狀基準902的另一設計的圖。關于這些和幾種其它類型的基準是如何可用來正確地將微板206定位到測量室130中的更詳細討論可參見以下文獻:[0090].美國專利申請?zhí)?1/027，547，發(fā)明名稱為“空間掃描光學閱讀系統(tǒng)及其使用方法，，(SpatiallyScannedOpticalReaderSystemandMethodforUsingSame)；[0091].美國專利申請?zhí)?1/210，920(代理案卷號SP04-149A/WJT003-0082)，發(fā)明名稱為“用于監(jiān)控和校正非標記依賴性生物傳感器的橫向和角狀誤排列的光學閱讀系統(tǒng)和方法，，(OpticalReaderSystemandMethodforMonitoringandCorrectingLateralandAngularMisalignmentsofLabelIndependentB1sensors)。[0092]這些文獻的內(nèi)容被納入本文作為參考。[0093]2.2生物傳感器基板603[0094]在此實施方式中，微板206具有光學基板603，該基板由玻璃基底706制得，其上覆蓋有UV固化的樹脂(如丙烯酸酯類制劑)涂層，其中，衍射光柵結構704是重復排列的(見圖7、8B和9B)。在該UV固化樹脂層之上沉積波導層702，它由高折射率透明絕緣體如無機氧化物(如Nb2O5或Ta2O5)制成?？刹捎脴藴实臑R射技術沉積光學波導層702。離子槍可用作輔助手段，但并非必需，雖然優(yōu)選的實施方式采用了離子槍輔助手段。還可在波導層702之上再沉積一層S12薄層，以提高波導層702上表面的生物學結合能力。雖然可使用由塑料或玻璃制得的任何足夠平坦且光學透明的基底706，但在優(yōu)選的實施方式中，該玻璃基底706是康寧(Corning’s)的代碼為1737F或G的鋁硅酸鹽玻璃。優(yōu)選玻璃基底706呈117.3_X76.1_(LXW)，厚0.7_。圖8B和9B是基板603的頂視圖，所示基板603具有結合于其中的384個生物傳感器204，所示傳感器看起來如圖8A和9B所示的生物傳感器204。[0095]2.3上部(有孔的)板602/基板603組件[0096]如圖6A—6B所示，通過將具有孔610的上部(有孔的)板602與光學基板603相連制得優(yōu)選的微板206。在優(yōu)選的實施方式中，上部(有孔的)板602通過注模COC-TiconaTopas?TKX-0001而獲得。優(yōu)選的(有孔的)上部板602具有384個圓孔610，各孔610具有以下尺寸:頂部直徑3.40mm+/-0.05，底部直徑2.80mm+/-0.05，高度10.92mm，容積82.6μI。此外，優(yōu)選的上部(有孔的)板602滿足以下標準:[0097].ANSI/SBS1-2004足跡尺寸[0098].ANSI/SBS2-2004高度尺寸(板的總高度是14.22mm)[0099].ANSI/SBS3-2004底部外緣尺寸[0100].ANSI/SBS4-2004孔位置。[0101]此外，在優(yōu)選的實施方式中，使用粘附劑(如UV陽離子環(huán)氧樹脂一Loctite?3340)將光學基板603與有孔板602粘合。關于優(yōu)選微板206和優(yōu)選粘合組裝方法的詳細描述可參考以下文獻:[0102]?美國專利申請?zhí)?003/0031829A1，發(fā)明名稱為“具有透明的孔底部的多孔板和制造該多孔板的方法”(MultiwellPlatehavingTransparentWellBottomsandMethodforMakingtheMultiwellPlate)；[0103].美國專利號6，767，607B2，發(fā)明名稱為“具有透明孔底部的多孔板”(MultiwellPlatehavingTransparentWellBottoms)；[0104].美國專利申請?zhí)?1/046，427，發(fā)明名稱為“多孔板和使用低細胞毒性、可光致固化的粘附劑制備多孔板的方法”(MultiwellPlateandMethodforMakingMultiwellPlateUsingALowCytotoxicityPhotocurableAdhesive)。[0105]這些文獻的內(nèi)容被納入本文作為參考。[0106]2.4生物傳感器的表面連接化學特征[0107]如圖7所示，優(yōu)選的生物傳感器204具有連接表面716，該表面用于結合生物分子710(祀標710)。例如,可使用一聯(lián)結層(tielayer)將反應性聚合物共價結合到波導層702的上表面從而形成連接表面716。將靶標710固定后，可使用阻斷分子消除反應性聚合物上的未反應基團。阻斷分子還可用于在生物傳感器204上形成參比區(qū)域(見圖10)。[0108]在優(yōu)選的實施方式中，聯(lián)結層可由氨基丙基硅倍半氧烷(APS)或Y-氨基丙基硅烷(GAPS)制成，其中APS采用溶液法沉積，而GAPS則采用蒸氣法沉積。反應性聚合物可由乙烯與馬來酐的交替共聚物(poly(ethylene-alt-maleicanhydride),EMA)和甲基乙烯醚與馬來酐的交替共聚物(poly(methylvinylether-alt-maleicanhydride),MAMVE)制得。此外，任何能消除上表面未反應基團的化合物都可用作阻斷劑，如乙醇胺(ethaloamine)和0，0’_二(2—氨基丙基)聚乙烯醇1900。這種表面化學特征允許多種靶標610的結合，所述靶標包括但不限于:小肽、配體或蛋白質(zhì)、抗體、酶、受體和細胞。[0109]關于表面結合化學的詳細描述可參見以下文獻:[0110]?美國專利申請系列號10/996，952，發(fā)明名稱為“用于結合生物分子的聚合物包涂的基底及其制備和使用方法”(Polymer-CoatedSubstratesforBindingB1moleculesandMethodsofMakingandUsingThereof)；[0111]?美國專利申請系列號11/027，509，發(fā)明名稱為“用于在生物傳感器上產(chǎn)生參比區(qū)域和樣品區(qū)域的方法和所產(chǎn)生的生物傳感器”(MethodforCreatingAReferenceReg1nandaSampleReg1nonaB1sensorandtheResultingB1sensor)。[0112]這些文獻的內(nèi)容被納入本文作為參考。[0113]2.5生物傳感器的信號區(qū)/參比區(qū)[0114]在優(yōu)選的微板206中，各孔610/生物傳感器204具有參比區(qū)域，該參比區(qū)域通過連接化學特征與阻斷分子反應而形成于局部?；趲讉€理由該參比區(qū)域是需要的。首先，基于它可消除環(huán)境變化如溫度、背景變化(如緩沖液折射率的不同)產(chǎn)生的影響，消除將微板206移走和重新插入光學閱讀器150引起的復位變化產(chǎn)生的影響。其次，它還可以就非特異性結合提供參照。[0115]在優(yōu)選的實施方式中，通過用阻斷劑在孔610的底部規(guī)畫出參比區(qū)域。有幾種接觸和非接觸方法可對孔610進行規(guī)畫，例如，接觸方法之一是將阻斷劑針印(pinprint)到孔610中。此外，各孔610可具有許多不同的參比區(qū)規(guī)劃，如:1)左/右半側被阻斷；2)衍射光柵的中心被阻斷；和3)阻斷區(qū)域成交替的條帶或方塊。不論如何，孔610的規(guī)劃應如圖10所示沿著衍射光柵704的軸排列，以避免參比區(qū)域1002和反應區(qū)域1004之間的串話。[0116]關于參比區(qū)域1002的產(chǎn)生和使用的詳細討論，可參見前述美國專利申請系列號11/027,509。此外，下述文獻描述了可用于本發(fā)明的幾種類型的自參照生物傳感器204:[0117]?美國專利申請?zhí)?0/947，021，發(fā)明名稱為“自參照波導光柵傳感器，，(Self-ReferencingWaveguideGratingSensors)。[0118]此文獻的內(nèi)容被納入本文作為參考。[0119]下文將提供關于如何使用篩選系統(tǒng)10aUOOb和100c來實施不同類型的測量分析的描述。但是，在討論幾種示例性測量分析之前，先提供關于篩選系統(tǒng)100主要部件的功能的簡要討論。再次參見圖1A-1C，它們顯示了闡述篩選系統(tǒng)10aUOOb和10c的不同結構的分塊圖。如圖所示，具有受控內(nèi)部環(huán)境的孵育室110(消熱差緩沖室110)為大量的微板206到達熱平衡提供了緩沖。這使得微板206以未受控制的溫度從篩選系統(tǒng)100外部進入，然后達到熱平衡。孵育室110優(yōu)選足夠大，以允許多個微板206達到平衡而不限制篩選系統(tǒng)100的通量。進樣鎖定室120(僅在圖1A中顯示，包括旋轉臂135(接口裝置135)、多軌系統(tǒng)120b和條形碼閱讀器120c)是孵育室110和測量室130之間的轉移區(qū)域。進樣鎖定室120基本上是個前庭(vestibule)，微板206由此通過進入測量室130。受熱控制的測量室130是微板206接受光學詢問的地方。測量室130包括:(I)測量模塊150；(2)液體處理模塊(移液器)180a；(3)環(huán)境控制設備170;和(4)微板處理模塊(夾持器或導軌)180b。[0120]篩選系統(tǒng)100a、10b和10c起到光學詢問位于微板206的孔610底部上的生物傳感器204的作用。在優(yōu)選的結構中，篩選系統(tǒng)10aUOOb和100c使用一柱光束202掃描移動中的微板206的一排孔610/生物傳感器204(見圖2)。在一個實施方式中，光學詢問光束202掃描過移動中的孔610/生物傳感器204，檢測并記錄孔610/生物傳感器204的反應區(qū)域和阻斷區(qū)域的讀數(shù)?；蛘?，可移動光頭222，使光學詢問光束202掃描過靜止的孔610/生物傳感器204。為了檢測結合事件，需要在將靶標710固定到孔610/生物傳感器204上之后進行第一次掃描。并且，需要在將生物材料708(分析物708)加到孔610/生物傳感器204上的固定靶標710上之后進行第二次掃描。如果需要，可在實施第二次掃描之前先利用基準點802(見圖8和9)進行微板206在測量室130中的復位。下文是關于如何使用篩選系統(tǒng)100a、100b和10c實施不同類型的測量分析的詳細描述:[0121]3.1試驗模式[0122]3.2HTS模式。[0123]3.1試驗模式[0124]以試驗模式工作的篩選系統(tǒng)10aUOOb和10c實時獲得生化相互作用數(shù)據(jù)。圖1lA和IlB是兩種用于幫助描述可用篩選系統(tǒng)100a、100b和10c實施的兩種不同類型的試驗的流程圖。在下文的描述中，來源微板存儲將被轉移到測試微板206的材料。而測試微板206則具有嵌埋于孔610底部的生物傳感器204。[0125]圖1lA是顯示用篩選系統(tǒng)10a(例如)以試驗進展模式(assaydevelopmentmode)實施的一個連續(xù)法IlOOa的步驟的流程圖。從步驟1102a開始，治療靶標710被固定在測試微板206的孔610的內(nèi)部,測試微板206此時位于篩選系統(tǒng)100之外。在固定了革巴標710后，將一緩沖劑加到微板206的孔610中。在步驟1104a，測試微板206被插入孵育室110，消除熱差?？赡苄枰ㄙM30分鐘的時間使測試微板206達到熱平衡，這取決于測試微板206的周邊溫度。在步驟1106a，測試微板206從孵育室110移出，通過進樣鎖定室120進入測量室130的測試位置上。在測量室130中，測試微板206中的生物傳感器204接受詢問，由此獲得測量基線。然后，在步驟1108a，來源微板被插入孵育室110中消除熱差。應注意的是，來源微板可在測試文本206插入孵育室110的同時插入孵育室110中。經(jīng)過一段時間后，來源微板從孵育室110中移出，通過進樣鎖定室120進入測量室130中。在步驟111a,測量室130中的液體處理模塊(移液器)180a將分析物708(測試化合物708)從來源微板的孔中轉移到測試微板206的孔610中。然后，詢問測試微板206中的生物傳感器204，在測試微板206孵育過程中獲得許多不同的測量值。測試微板206被詢問之后，在步驟1112a，測試微板206和來源微板都從篩選系統(tǒng)100中移出。這些步驟可不斷重復，以連續(xù)地詢問任意數(shù)量的測試微板206。可以看出，這種模式?jīng)]有通量要求，因此不需要像HTS模式(見圖12—15)那樣使多個測試微板206同時進入和同時移出篩選系統(tǒng)100。再次提請注意的是，篩選系統(tǒng)10b和10c不具有進樣鎖定室120，且篩選系統(tǒng)10c具有包括了消熱差緩沖室110的測量室130。但是，篩選系統(tǒng)10b和10c也可實施上述類型的試驗。[0126]圖1lB是顯示可使用篩選系統(tǒng)10a(例如)以試驗進展模式實施的另一種連續(xù)方法IlOOb的流程圖。從步驟1102b開始，測試微板206(其上沒有固定靶標710)和第一來源微板(含有靶標710)都插入孵育室110中消除熱差。微板206達到熱平衡可能需時30分鐘，這取決于微板206的周邊溫度。在步驟1104b，測試微板206和第一來源微板從孵育室110中移出，通過進樣鎖定室120進入測量室130。在步驟1106b，液體處理模塊(移液器)180a將治療靶標710從第一來源微板的孔中移到測試微板206的孔610中。在步驟1108b，第一來源微板從篩選系統(tǒng)100中移出，插入第二來源微板到孵育室110中消除熱差。在步驟1110b，從測量室130中移出測試微板206，通過進樣鎖定室120進入孵育室110，這樣，治療靶標710可被孵育并固定在測試微板206的孔610內(nèi)。然后，在步驟1112b，測試微板從孵育室110移出，通過進樣鎖定室120進入測量室130內(nèi)的測量位置。此時，從微板206的孔610中除去未結合的靶標710，加入緩沖液。然后，詢問測試微板206內(nèi)的生物傳感器204，獲得測量基線。然后，在步驟1114b，將第二來源微板移出孵育室110，通過進樣鎖定室120進入測量室130。在步驟1116b，液體處理模塊(移液器)180a將測試化合物708從第二來源微板的孔中轉移到測試微板206的孔610中。然后，詢問測試微板206的生物傳感器204，在測試微板206孵育期間獲得許多不同測量值。詢問完測試微板206后，在步驟1118b，測試微板206和第二來源微板一起移出篩選系統(tǒng)100。這些步驟可不斷重復，從而連續(xù)地詢問任意數(shù)量的測試微板206。可以看出，這種模式?jīng)]有通量要求，因此不需要像HTS模式(見圖12—15)那樣使多個測試微板206同時進入和同時移出篩選系統(tǒng)100。再次提請注意的是，篩選系統(tǒng)10b和10c不具有進樣鎖定室120，且篩選系統(tǒng)10c具有包括了消熱差緩沖室110的測量室130。但是，這些篩選系統(tǒng)10b和10c也可實施上述類型的試驗。[0127]下文將提供關于人們?nèi)绾螌袠?10加到測試微板206中以及如何實施結合試驗的詳細描述。[0128]3.1a加入靶標710:[0129]來源微板首先由自動內(nèi)部平板處理模塊180a和180b轉移到測量室130內(nèi)的來源板位置上(見步驟1104b)。測試微板206也被放置到測量室130的測量位置上。然后移動來源平板到移液器之下，移液器下移到來源微板，將液體吸入到移液管的端頭。接著，移動測試微板206到移液器之下，該移液器下移到該測試微板206，并將液體從從移液器端頭轉移到測試微板206。測量系統(tǒng)130中的液體處理設備180a和180b還能夠通過將一定量的液體抽回到移液器端頭、然后將其重新放回到微板206的孔610中從而將加入的液體與測試微板206的孔610中原有的液體混合?；旌蠒r間可根據(jù)需要而定。將測試微板206返還到孵育室110中進行孵育(通常30—90分鐘)。靶標710結合到生物傳感器204的表面上之后，將測試微板206移動到移液器下，該移液器下移到測試微板206，并將含有未結合的靶標710的余下液體移除。然后，將折射率匹配的緩沖液加到孔610中以稀釋孔610中剩余的液體。然后將其除去。重復以上過程，直到測試微板206的孔610上不殘留游離靶標710，而僅留下結合的靶標710。[0130]3.1b實施結合試驗[0131]將裝有測試化合物708的來源微板從孵育室110中移到測量室130的來源板位置上(見步驟1114b)。將表面上結合了靶標710的測試微板206移到測量室130的測試微板位置上(見步驟1112b)。將該來源微板移到移液器端頭下，移液器端頭下移到來源微板使移液器的末頭充滿測試化合物708。然后，將測試微板206移到測量位置。對表面上結合有靶標710的孔610進行基線掃描(見步驟1112b)。之后，將移液器移到測試微板206的上方，將測試化合物708加到測試微板206中。將內(nèi)容物混合一段時間，該時間由使用者控制。然后掃描位于測量位置上的測試微板206(見步驟1116b)。掃描后，孔610的內(nèi)容物可再次混合，從而使得反應不受擴散限制?；旌仙婕皩⒁后w吸入移液器端頭，再將液體射回到孔610中。通常，混合時間約為各試驗開始時的6分鐘。獲得作為時間函數(shù)的結合信號，直到試驗結束。這個時間范圍可以是20分鐘到60分鐘，取決于試驗的性質(zhì)。這會將384孔測試微板206的處理速度(throughputrate)限制在每8個小時約3000-10000孔。但是，這并不是問題，因為試驗進展模式并沒有預設的通量要求。[0132]由此類試驗進展運行模式獲得的數(shù)據(jù)例子顯示在圖1lC中。該圖顯示同時獲得的作為時間函數(shù)的多個孔610(孔A、B……P)的響應。在響應飽和區(qū)(例如第1000秒)選擇終點，然后確定有分析物708的孔610與陰性對照孔610(即孔G、H、L、O和P)之間的差異，由此獲得總體結合信息。[0133]3.1HTS模式[0134]篩選系統(tǒng)100包括幾個部件和特征，共同允許高通量地運行直接結合、無標記試驗。在HTS模式中，必須明白:進行無標記直接結合試驗的微板206不能整個試驗期間都滯留在篩選系統(tǒng)100中。因為，如果典型的無標記直接結合試驗需時20分鐘(包括化合物加入、但不包括靶標固定)，那么，如果384孔微板206在篩選系統(tǒng)100內(nèi)滯留的話，最大速率只能達到?9200孔/8小時。遠低于40000孔/8小時的目標速率，該目標速率在本文中定義為高通量。篩選系統(tǒng)100通過將終點試驗與384孔微板206移入和移出篩選系統(tǒng)100結合達到40000孔/8小時的高通量篩選目標。[0135]圖12是闡述可采用(例如)本發(fā)明的篩選系統(tǒng)10a實施的HTS方法1000的步驟的流程圖。首先，384孔微板206具有連接于生物傳感器204表面的靶標710，在孔610加入折射率與分析物緩沖液的折射率匹配的緩沖液(步驟1202和1204)。在優(yōu)選的實施方式中，步驟1202和1204在篩選系統(tǒng)10a的外面實施。然后將微板206放到孵育室110中，以使其達到熱平衡，這通?；ㄙM大約30分鐘，但該時間取決于周圍外部溫度(步驟1206)。然后，將微板206從孵育室110通過進樣鎖定室120轉移到測量室130內(nèi)(步驟1208)。在優(yōu)選的實施方式中，由與進樣鎖定室120相連的旋轉臂將微板206移出孵育室110，然后用夾持器將微板206轉移到進樣鎖定室120的移板架上。然后移板架將微板206移到測量室130，該室的溫度保持在孵育室110溫度的正負0.1°C范圍內(nèi)。應理解，測量室130中也可具有幾個消熱差位置，微板206可在這些位置上進一步消除熱差。如果孵育室110的熱環(huán)境與測量室130的不同，這將是需要的。實施完所有這些步驟之后，另一夾持器將微板206插入測量巢400中，移動微板206經(jīng)過光學讀數(shù)器140從而在約20秒內(nèi)獲得微板206的基線測量值(步驟1208)。在完成微板206的基線掃描后，從測量位置上移出微板206，將其置于第二移板架上。然后旋轉臂將微板206轉移到外部設備，有該外部設備將分析物708加入微板206的孔610(如見圖13)。此時，微板206可返回孵育室110進行孵育，或者可在外部設備中孵育(步驟1210)。通常，直接結合試驗需要孵育約30分鐘。之后，將微板206返回孵育室110，以使其再一次達到熱平衡(步驟1212)。然后，將微板206通過進樣鎖定使120送回測量室130，并再次詢問(步驟1214)。再次，可能用約240秒來掃描微板206。之后，從篩選相同100中移出生物206(步驟1216)。然后用計算機140由兩次讀數(shù)的差異計算出結合信號(見步驟1218)。必要時，計算機140還可利用孔內(nèi)參照除去與分析物708與靶標710的結合不相關的系統(tǒng)波長偏移。如圖12所示，可通過使多個微板206同時進入和同時移出篩選系統(tǒng)100而重復該方法多次，以滿足所需的HTS要求。再次提請注意的是，篩選系統(tǒng)10b和10c不具有進樣鎖定室120，且篩選系統(tǒng)10c具有包括了消熱差緩沖室室110的測量室130。但是，這些篩選系統(tǒng)10b和10c也可實施上述HTS分析。[0136]此外，為了幫助達到所需的HTS要求，篩選系統(tǒng)100可具有多個位置(停放位置)，這樣，微板206可放置于這些位置排隊等待接下來的步驟或測量而不需要將它們從孵育室110移到測量室130所耗費的時間。例如，在靠近進樣鎖定室120的旋轉臂的位置可有一個停放位置，用于處理進出篩選系統(tǒng)100的微板206，還可存在移板架形式的另一停放位置，用于將微板206移入、移出測量室130。[0137]如所看到的，為了實施此HTS方案，需將特定的功能整合到篩選系統(tǒng)100中。這些功能包括:[0138].用于將微板206移入和移出篩選系統(tǒng)100的板處理系統(tǒng)；[0139].持續(xù)時間短于最小需求/允許試驗持續(xù)時間的板處理/數(shù)據(jù)點閱讀循環(huán)；[0140].能夠跟蹤并計算終點試驗數(shù)據(jù)的板ID和數(shù)據(jù)處理方案；[0141].允許平板多路傳送以實現(xiàn)HTS的目標速率的所有前述三者的系統(tǒng)執(zhí)行。[0142]此外，篩選系統(tǒng)100具有用于幫助執(zhí)行上述HTS方案的另一些部件:[0143].具有孔內(nèi)參照的微板206/傳感器204，孔內(nèi)參照通過參比提示殘留光學/機械找準誤差、傳感物質(zhì)漂移(sensormaterialdrift)、和環(huán)境/熱力學引起的漂移；[0144].對由于平板出入導致的輕微失準不敏感的光學/機械平臺400；[0145].能使生物傳感器204的參比區(qū)域和信號區(qū)域都受到詢問的光學讀數(shù)器150和微板子系統(tǒng)設計。[0146]應注意的是，上述篩選系統(tǒng)100僅僅是可用于實施這些功能以實現(xiàn)前述HTS方案的一個【具體實施方式】。還應注意的是，該HTS方案并不限于基于微板的無標記檢測，它還可用于其它不基于微板的平臺(微陣列等)。[0147]如上所述，篩選系統(tǒng)10aUOOb和10c可能需要與外部設備如高通量篩選(HTS)線相互作用，以幫助實施該HTS方案。圖13提供了一分塊圖，闡述了篩選系統(tǒng)100在旋轉臂1302的幫助下如何與例舉的HTS線1304相互作用的一個例子。例舉的HTS線1304包括機械手1306a、熒光閱讀器1306b、疊式停放架/暫停處1306c、移液器1306d、孵育器1306e(顯示了2個)和夾持移液器1306f(例如)。[0148]圖14是闡述篩選系統(tǒng)10a(例如)與HTS線1304相互作用以實施HTS方案(見圖12和13)的一個方式的根特圖表。該表闡述了單個微板206在檢測過程的不同時間內(nèi)在篩選系統(tǒng)10a和HTS線1304中的位置。再次，旋轉臂1302是篩選系統(tǒng)100和HTS線1304的接口。[0149]圖15是用于闡述篩選系統(tǒng)10a(例如)如何穩(wěn)態(tài)運行以達到40000孔/小時的掃描速率的圖表。該圖表顯示了多個384孔微板206是如何在不同的位置最有效地相互交錯從而最大限度利用篩選系統(tǒng)10a和HTS線1304中的每個儀器。應注意的是，存在許多不同形式和類型的可與篩選系統(tǒng)10a接合的HTS線。[0150]下文描述的是使用篩選系統(tǒng)100實施以下試驗的示例性方案，所述試驗為熒光素生物素(83IDa)708與固定在384孔微板206的孔610底部的鏈霉親和素(60kDa)710結合。雖然此方案設計為全板試驗，但是可實施任意數(shù)量的列以滿足各種不同的需求。此試驗使用孔間參照來計算結合導致的波長偏移。用于實施該檢測的步驟如下:[0151]A.測試板制備(見圖16)[0152]I)將15μI含50μg/mL鏈霉親和素的20mM醋酸緩沖液(pH5.5)加到微板206的孔A-F、1、J、M和N中；[0153]2)將15μI含20mg/mLPEG-胺的10mM硼酸鹽緩沖液(pH9)加到孔G、H、K、L、0和P中。這些孔用做陰性對照。[0154]3)通過重復吸/放而將溶液混合，在室溫孵育20分鐘，然后再混合；[0155]4)從所有孔中移出溶液，用緩沖液重復清洗；[0156]5)將20μI含200mM乙醇胺的150mM硼酸鹽緩沖液(pH9.2)加到所有孔中，并混合；從所有孔中移出該溶液并廢棄；[0157]6)將20μI含200mM乙醇胺的150mM硼酸鹽緩沖液(pH9.2)加到所有孔中，并混合；孵育5分鐘，用緩沖液重復混合和清洗；[0158]7)實施結合試驗前使平板在PBS緩沖液中浸泡4小時。[0159]B.來源板的制備[0160]I)將250μI含200ηΜ熒光素生物素的IXPBS溶液加到V底96孔微板的各孔中；[0161]2)用鋁密封膜或塑料蓋子蓋住微板，以避免蒸發(fā)；在進行結合檢測之前30分鐘移去蓋子(見以下注意I)。[0162]C.儀器試驗方法[0163]注意1:為了獲得最優(yōu)的性能，來源板和測試板應被引入篩選系統(tǒng)100內(nèi)無覆蓋地靜置30分鐘，以在試驗前達到熱平衡。[0164]注意2:在將平板引入篩選系統(tǒng)100之前先在測試板上加入15μIlXPBS。[0165]I)獲取微板206的基線測量值；[0166]2)加入15μI的200ηΜ熒光素生物素；[0167]3)通過吸/放混合孔610中的溶液；[0168]4)測量光學信號。[0169]D.檢測結果/數(shù)據(jù)分析[0170]測定原始讀數(shù)(在第200秒)和最終讀數(shù)(在第1200秒)之間的響應差值用于計算各孔610的波長偏移。然后通過從每列各孔中減去該列對照孔的波長平均偏移而對數(shù)據(jù)進行參比處理(以校正漂移、整體(bulk)折射率影響等)。圖17是顯示檢測結果的圖。[0171]E.結論[0172]以試驗進展模式在13塊板上運行上述方案的篩選系統(tǒng)100就3091個反應孔和1872個參比孔的離散系數(shù)(coefficientofvariance)為7.9%。有59個孔因為與平均響應值的離散值大于3σ被作為界外值而不予考慮。[0173]以下是本發(fā)明的一些優(yōu)點、特征和用途:[0174]1.篩選系統(tǒng)100a、10b和10c可用于包括HTS篩選在內(nèi)的多種試驗。它可用于需要檢測生物學結合的各種應用。這些其它應用包括但不限于診斷、食物安全和國防安全。[0175]2.無標記檢測與放射性和熒光檢測相比:現(xiàn)有技術的HTS檢測技術在生化酶學反應中使用標記物或生色化合物，如在ELISA(酶聯(lián)免疫吸附測定)使用的那些。已開發(fā)了可在HTS中利用熒光強度、熒光偏振、熒光共振能量轉移(包括時間分辨技術)檢測藥物化合物與治療靶標之間的相互作用的熒光標記物以及標記策略。出版了關于這些技術的綜述(見A.J.Pope等，“微型HTS的均勻突光讀數(shù):理論和實踐”(HomogeneousfluorescencereadoutsforminiaturizedHTS:theoryandpractice),DrugDiscoveryToday,4,1999，350)。周知標記物可能是影響篩選結果可靠性的人工制品來源。此外，用于HTS的標記和檢測策略之間的比較顯示，所鑒定的“活性”化合物在數(shù)量和性質(zhì)方面存在顯著不同(如M.A.Sills等比較HTS中檢測酪氨酸激酶分析的技術產(chǎn)生不同結果"(ComparisonofAssayTechnologiesforaTyrosineKinaseAssayGeneratesDifferentResultsinHTS),J.B1molecularScreening,7，2002，191)。本發(fā)明的無標記檢測方法相比放射性檢測也具有優(yōu)點，因為不存在處理和處置放射性材料的難題。[0176]3.直接結合分析成為可能:標記物的使用通常導致無法直接檢測藥物化合物與感興趣治療靶標之間的直接相互作用，因為對靶標進行標記可能影響到其生化活性。HTS試驗因此被稱為“功能性”試驗，其中天然配體或底物(在用酶的情況下)至少被標記一次并被允許與靶標相互作用以產(chǎn)生陰性或基線信號。通過這種基線信號的變化來檢測藥物化合物與靶標或其配體的相互作用。可以看到的，HTS的這種功能性試驗難以被開發(fā)成強大的和結果明確的篩選方法。但是，無標記的HTS篩選系統(tǒng)100能夠在一次簡單的試驗檢測到化合物單獨與生物分子治療靶標之間的相互作用。[0177]4.靈敏度高而變差小:HTS篩選系統(tǒng)10aUOOb和10c的靈敏度足以檢測化合物與固定在各孔中傳感器表面上的大生物分子靶標之間的直接相互作用。[0178]5.與平板進/出相結合的孔內(nèi)參照可實現(xiàn)終點試驗和平板多路輸送，以實現(xiàn)高通量:HTS檢測技術和試驗設計通常基于檢測步驟過程中的終點讀數(shù)。HTS篩選系統(tǒng)100a、10b和10c可實現(xiàn)96孔和384孔微板206的終點讀數(shù)，包括在孵育步驟之前的基線讀數(shù)，其允許化合物708與靶標710在孵育步驟中相互作用選定的時間而不影響到總體通量。[0179]6.標準SBS格式微板與傳感器芯片相比:HTS篩選系統(tǒng)10aUOOb和10c使用SBS標準(ANSI/SBS1到4-2004)尺寸微板而不是專用傳感芯片。這是重要的，因為專用傳感芯片與現(xiàn)有的自動液體處理裝置和平板處理裝置難以兼容或完全兼容。[0180]7.標準液體處理和平板處理單元的整合:HTS篩選系統(tǒng)100的微板和讀數(shù)部件可與多個液體處理和平板處理儀器整合，從而增加了模塊性。[0181]8.在同一系統(tǒng)上即能進行試驗進展測量模式(實時)又可進行HTS(終點)模式:篩選系統(tǒng)100a、10b和10c可實現(xiàn)實時獲得數(shù)據(jù)的試驗進展模式(見圖1lA—11C)和通過兩次測量獲得數(shù)據(jù)的HTS模式(見圖12—15)之間的無縫運行。[0182]雖然已在附圖和前述詳細描述中描述了本發(fā)明的幾個實施方式，但是應理解本發(fā)明并不限于所公開的這些實施方式。本發(fā)明可有大量的重排、修改和替代，而不偏離下述權利要求所描述和定義的精神。【權利要求】1.一種篩選系統(tǒng),它包括:包含一個用于在微板孔內(nèi)的生物傳感器接受光學詢問之前定位/復位多塊微板的測量巢的測量室；包含用于微板消熱差的消熱差緩沖室的自動儀器；包含用于將微板從消熱差緩沖室移到測量室并起到移動微板進出篩選系統(tǒng)以與外部設備連接的作用的接口裝置的自動儀器；包含用于將微板移入、移出測量室的移板架的自動儀器；包含所述接口裝置和多軌系統(tǒng)的進樣鎖定室，其中，所述進樣鎖定室是所述消熱差緩沖室和所述測量室之間的轉移區(qū)域，所述進樣鎖定室具有多個停放位置，這樣，微板被放置于這些位置排隊等待接下來的步驟或測量而不需要將它們從消熱差緩沖室移到測量室，其中，一個停放位置用于處理進出篩選系統(tǒng)的微板，和另一停放位置包括用于將微板移入、移出測量室的另一移板架；和用于實施基線測量和終點測量，從而實現(xiàn)無標記檢測所述微板的孔內(nèi)的生物傳感器上發(fā)生的生物分子相互作用的自動儀器。2.如權利要求1所述的篩選系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括多個用于在所述微板的孔內(nèi)分配液體和混合液體的自動儀器。3.如權利要求2所述的篩選系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括操控所述多個自動儀器運行的計算機。4.如權利要求1所述的篩選系統(tǒng)，其特征在于，所述微板上各自具有基準標記，所述基準標記用于將所述微板在所述測量室中正確定位/復位。5.如權利要求1所述的篩選系統(tǒng)，其特征在于，所述接口裝置包括:旋轉臂；拔取工具；升降機構；夾持器；移板架；導軌；或傳送帶。6.如權利要求1所述的篩選系統(tǒng)，其特征在于，所述用于執(zhí)行終點測量的自動儀器是光學詢問系統(tǒng)。7.如權利要求3所述的篩選系統(tǒng)，其特征在于，所述測量室還包含光學子系統(tǒng)，所述光學子系統(tǒng)包含:與多個分光計連接的分光計I/o板，其中，所述分光計I/O板包含數(shù)字時標發(fā)生單元和頻譜交疊單元，其中，所述數(shù)字時標發(fā)生單元與掃描軸編碼器連接，而掃描軸編碼器與測量巢相關聯(lián)；與光學子系統(tǒng)操作性連接的計算機，其中，所述計算機還包含試驗數(shù)據(jù)存儲單元、分析結合信號單元、峰值檢測算法單元和原譜分選和分存單元，其中，所述試驗數(shù)據(jù)存儲單元與分析結合信號單元連接，而所述分析結合信號單元與所述峰值檢測算法單元連接，所述峰值檢測算法單元與原譜分選和分存單元連接，所述原譜分選和分存單元與所述光學子系統(tǒng)連接；所述數(shù)字時標發(fā)生單元接收來自掃描軸編碼器的編碼器輸入信號，并調(diào)動分光計定時地獲取光譜；所述頻譜交疊單元基于所述光譜，對各分光計的像素數(shù)據(jù)進行交疊，并將交疊的像素數(shù)據(jù)傳送到所述計算機；所述原譜分選和分存單元接收所述交疊的像素數(shù)據(jù)，并將所述像素數(shù)據(jù)恢復成適應與所述分光計相關的各光學通道的光譜波形；所述峰值檢測算法單元處理所述光譜波形，分辨各分光計內(nèi)電荷耦合元件(CCD)陣列上的共振位置；所述分析結合信號單元使用來自所述峰值檢測算法單元的指示各分光計內(nèi)CCD陣列上的分辨的共振位置的輸出值計算插入測量巢的微板類型的試驗結合信號。8.如權利要求7所述的篩選系統(tǒng)，其特征在于，所述分光計I/O板還包含光束匯總單元，所述光束匯總單元用于匯總分光計提供的一系列光譜。9.如權利要求3所述的篩選系統(tǒng)，其特征在于，所述計算機用于控制所述多個自動儀器和所述測量室以實施以下操作:將多塊平板中的一塊放置到消熱差緩沖室中，其中，該塊微板具有粘附于所述生物傳感器表面的靶標，所述孔加有緩沖液；將該塊微板從所述消熱差緩沖室經(jīng)由該進樣鎖定室轉移到所述測量室，其中，使用與進樣鎖定室相連的接口裝置從該消熱差緩沖室中移出該塊微板，然后經(jīng)由夾持器將該塊微板轉移到該進樣鎖定室的移板架，然后該移板架將該塊微板移到該測量室；使用另一夾持器將該塊微板插入測量巢中；獲得該塊微板的基線測量值；獲得該塊微板的基線測量值之后，從測量巢中移出該塊微板，并將其置于另一移板架上；使用接口裝置將該另一移板架上的該塊微板轉移到外部設備；從該外部設備接收該塊微板，其中該塊微板的孔內(nèi)現(xiàn)在具有分析物；將該塊微板放置到消熱差緩沖室中；將該塊微板從消熱差緩沖室經(jīng)由進樣鎖定室轉移到所述測量室，其中，使用與進樣鎖定室相連的接口裝置從該消熱差緩沖室中移出該塊微板，然后經(jīng)由夾持器將該塊微板轉移到該進樣鎖定室的移板架，然后該移板架將該塊微板移到該測量室；使用另一夾持器將該塊微板插入測量巢中；獲得該塊微板的終點測量值；獲得該塊微板的終點測量值之后，從測量巢中移出該塊微板，并將其置于另一移板架上；使用接口裝置將該另一移板架上的該塊微板轉移到外部設備；使用計算機由該塊微板上各生物傳感器的基線測量值和終點測量值之間的差值計算出結合信號；和通過使該塊微板和所述多塊微板同時進入和同時移出篩選系統(tǒng)而對所述多塊微板重復實施在該塊微板上進行的各操作。10.如權利要求9所述的篩選系統(tǒng)，其特征在于，當所述微板是384孔板時，所述計算機用于使該塊微板和所述多塊微板同時進入和同時移出篩選系統(tǒng)，以達到每8小時篩選.40000孔的目標速率?！疚臋n編號】G01N35/02GK104076162SQ201410331175【公開日】2014年10月1日申請日期:2006年7月6日優(yōu)先權日:2005年7月20日【發(fā)明者】S·J·卡拉奇,V·H·?？ㄌ?A·G·弗魯托斯,M·F·克羅爾,T·C·摩爾,D·A·帕斯泰爾,G·M·謝爾德申請人:康寧股份有限公司
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