细胞分析装置及方法.pdf

本发明公开了对器皿(220)中的液态培养基所载有的活细胞培养物的一个或多个性能进行测量的装置和方法，且所述装置和方法典型地分析在诸如多孔微板的多个大体平行的孔之类的多个器皿中所载有的多个细胞培养物。所述装置结合有传感器(170)，在进行测量的过程中和在添加一个或多个诸如潜在药物化合物(230)的溶液之类的影响细胞的流体的过程中，所述传感器保持与所述液态细胞培养基平衡，例如保持浸入于所述液态细胞培养基。

1.  一种匣盒，其与限定有多个孔的板相配合，所述匣盒包括：
大体平坦构件，其具有多个区域，所述多个区域与所述板中的所述多个孔的相应多个开口相对应；
位于所述匣盒的多个相应区域中的至少一个由适于对孔中的组分进行分析的传感器或者传感器的一部分以及适于容置所述传感器的开孔所构成的组件；以及
至少一个端口，其形成在所述匣盒中的所述多个区域的至少子集合中，所述端口适于在所述传感器被置于所述孔内的液体中时将测试流体输送到所述板的相应孔中。

2.  如权利要求1所述的匣盒，其中，所述端口形成毛细开孔，以在不借助外力的情况下将测试流体保持在所述端口内。

3.  如权利要求2所述的匣盒，其中，所述外力选自由正压差力、负压差力和离心力构成的群组。

4.  如权利要求1所述的匣盒，其中，所述传感器以可以顺应地变形的方式附着于所述平坦构件。

5.  如权利要求1所述的匣盒，还包括：
第二端口，其形成在所述匣盒中的所述多个区域的至少一个区域中，所述第二端口适于将第二测试流体输送给相应的所述孔。

6.  如权利要求5所述的匣盒，其中，适于通过所述第二端口输送的所述第二测试流体不同于前述的测试流体。

7.  如权利要求1所述的匣盒，其中，所述匣盒形成用于所述多孔板的盖，以减少对所述多孔板中的样本的污染和/或所述多孔板中的样本的挥发。

8.  如权利要求1所述的匣盒，还包括：
位于所述匣盒的多个区域中的至少一个端口以及至少一个由所述传感器和适于容置所述传感器的开孔构成的组件。

9.  如权利要求8所述的匣盒，其中，所有端口流体连通。

10.  如权利要求8所述的匣盒，还包括形成于所述匣盒中的每个区域中的第二端口。

11.  如权利要求10所述的匣盒，其中，所述第二端口之间彼此流体连通，并且所述第二端口不与其它端口流体连通。

12.  如权利要求8所述的匣盒，包括：
与24孔板、96孔板、或384孔板结合使用的24个区域、96个区域、或384个区域，每个区域包括至少一个由所述传感器或所述传感器的一部分和适于容置所述传感器的开孔构成的组件，并且每个区域包括端口组，所述端口组包括2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个端口。

13.  如权利要求12所述的匣盒，还包括与每个端口组流体连通的多路器。

14.  如权利要求13所述的匣盒，其中，所述多路器适于连接于单个气动源，以允许从各端口组顺序地将流体输送给所述孔。

15.  如权利要求1所述的匣盒，其中，所述至少一个由适于对孔中的组分进行分析的传感器或者传感器的一部分以及适于容置所述传感器的开孔所构成的组件包括：
传感器套管结构，其具有透光表面且在所述透光表面上设置有荧光物，所述荧光物的荧光性能取决于所述孔中的组分的存在和/或组分的浓度。

16.  如权利要求15所述的匣盒，其中，所述传感器套管还包括：
用于容置波导件的长壳体，所述波导件用于激励所述荧光物和/或接收来自所述荧光物的荧光发射。

17.  一种用于分析细胞的测量系统，该测量系统包括：
载物台，其用于固定具有多个孔的多孔板；
适于与所述多孔板配合的感测及化合物添加结构，其包括：
大体平坦构件，该大体平坦构件在与所述多孔板中的所述多个孔的多个相应开口相对应的位置处限定出多个区域，每个区域具有：至少一个端口，其适于将测试流体输送给其对应的相应孔；以及传感器，其用于分析置于孔内的培养基中的细胞外组分；
升降机构，用于使所述感测及化合物添加结构相对于所述多孔板移动，从而将所述传感器置于所述培养基内；
用于在所述传感器与所述培养基平衡时从所述端口分配溶液的分配装置；以及
用于控制该测量系统操作的计算机。

18.  如权利要求17所述的测量系统，其中，所述分配装置包括压力源，所述压力源与所述感测及化合物添加结构流体连通，以将所述测试流体从所述端口输送到所述孔中。

19.  如权利要求17所述的测量系统，还包括多路器，其与在所述感测及化合物添加结构中形成的多个端口流体连通。

20.  如权利要求19所述的测量系统，其中，所述多路器与选定的端口组流体连通。

21.  如权利要求17所述的测量系统，还包括控制器，以控制所述升降机构、所述压力源和所述传感器中的至少一个。

22.  如权利要求21所述的测量系统，其中，在从端口将测试流体输送到相应的孔之后，通过利用所述升降机构使柱塞往复运动，所述控制器致动在所述孔内的混合。

23.  如权利要求17所述的测量系统，包括一次性匣盒，该一次性匣盒限定了所述端口，并用作与所述多孔板之间的接口。

24.  如权利要求17所述的测量系统，其中，所述传感器穿过形成在所述感测及化合物添加结构中的开孔设置。

25.  如权利要求17所述的测量系统，其中，所述传感器相对于所述载物台以可以顺应地变形的方式安装。

26.  如权利要求17所述的测量系统，其中，所述传感器包括：
荧光物，其荧光性能取决于所述孔中的特定组分的存在和/或所述孔中的特定组分的浓度；以及
波导件，其用于激励所述荧光物和/或接收来自所述荧光物的荧光发射。

27.  一种对置于多孔板内的培养基中的细胞进行分析的方法，其包括步骤：
将传感器的至少一部分置于所述多孔板的孔内的培养基中；
在所述传感器保持置于所述孔内的所述培养基中的同时，将测试流体输送至所述孔；以及
测量由所述孔内的所述培养基中的细胞吸收或分泌出的组分的存在或浓度。

28.  如权利要求27所述的方法，包括：
将多个传感器的至少一部分置于所述多孔板的对应多个孔中的相应培养基中；
同时将测试流体输送给多个孔；以及
同时在所述多个孔中进行测量。

29.  如权利要求28所述的方法，包括：
测量所述多个孔中的相同组分。

30.  如权利要求28所述的方法，包括：
测量所述多个孔中的多个组分。

31.  如权利要求28所述的方法，其中，相应的测试流体包括相同的测试流体。

32.  如权利要求28所述的方法，还包括：
在第一次测量之后，重复进行所述输送步骤和所述测量步骤。

33.  如权利要求32所述的方法，其中，在所述第一次测量之后，输送不同的测试流体。

34.  如权利要求24所述的方法，包括：
在所述输送步骤中，大体保持所述传感器和所述培养基之间的热平衡和组分浓度平衡。

35.  一种对置于微孔板中的细胞进行分析的仪器，其包括：
载物台，用于定位微孔板；
传感器，用于从所述微孔板的相应孔中采集数据；
控制器，实现将一种或多种试剂添加到一个或多个孔中；以及
与所述控制器和所述探头通讯的系统，其包括存在于计算机上的图形用户界面，所述图形用户界面配置成与电子数据表文件通讯，所述电子数据表文件配置成接收用于多孔试验的设计的指令、以及接收根据执行所述多孔试验而由所述探头采集的数据。

36.  如权利要求35所述的仪器，其中，所述指令包括将一个或多个选定的潜在影响细胞的物质的溶液添加到一个或多个所述孔中。

37.  如权利要求35所述的仪器，其中，所述图形用户界面包括多个显示区，每个显示区对应一个所述孔。

38.  如权利要求37所述的仪器，其中，所述显示区还含有所述试验的至少一个参数。

39.  如权利要求37所述的仪器，其中，所述显示区还含有所述试验的至少一个结果，所述结果至少部分基于由所述传感器采集的所述数据。

40.  如权利要求37所述的仪器，其中，所述多个显示区设置在屏幕周围，且所述屏幕代表所述微孔板。

41.  如权利要求35所述的仪器，其中，所述根据执行多孔试验而由所述传感器采集的数据包括采集多个孔板的数据，且所述图形用户界面还配置成在单个屏幕上显示来自多孔板的数据。

42.  如权利要求35所述的仪器，其中，所述系统还包括：
分析引擎，其配置成生成表示所述探头采集的所述数据的一个或多个图形。

43.  如权利要求42所述的仪器，其中，所述分析引擎还配置成对所述探头采集的数据进行统计分析。

44.  如权利要求35所述的仪器，还包括：
通讯模块，其用于在所述控制器、所述探头和所述系统之间传送所述试验指令和所述探头采集的数据。

45.  如权利要求44所述的仪器，其中，在所述控制器、所述探头和所述系统之间的所述通讯通过数字通讯网络来实现。

46.  一种对置于微孔板中的细胞的反应进行分析的仪器，其包括：
载物台，用于定位微孔板；
传感器，能够定位成从所述微孔板的相应孔中采集数据；以及
与所述探头通讯的系统，其包括位于计算机上的图形用户界面，所述图形用户界面包括多个显示区，每个显示区对应于所述孔中的一个孔，所述图形用户界面配置成与电子数据表文件通讯，所述电子数据表文件配置成：
接收在对应于所述孔中的一个孔的相应显示区中写入的、用于多孔试验设计的指令；以及
接收根据执行所述多孔试验而由所述传感器采集的、用于显示在对应于所述孔中的一个孔的相应显示区中的数据。

47.  如权利要求52所述的仪器，其中，所述传感器包括多个探头。

48.  如权利要求47所述的仪器，其中，所述探头读取光密度、冷光、磷光和荧光中的至少一个。

49.  如权利要求52所述的仪器，其中，所述传感器为平板读取器。

50.  一种用于分析细胞的测量系统，所述测量系统包括：
载物台，用于固定具有多个孔的多孔板；
适于与所述多孔板配合的化合物添加结构，其包括：大体平坦构件，该大体平坦构件在与所述多孔板中的所述多个孔的多个相应开口相对应的位置处限定出多个区域，每个区域具有至少一个端口，所述端口适于将测试流体输送至其对应的相应孔；
传感器，用于分析置于孔内的培养基中的细胞外组分；
用于在所述传感器与所述培养基化学平衡和热平衡时从所述端口分配化合物溶液的分配装置。

51.  如权利要求50所述的测量系统，还包括：
升降机构，用于使所述化合物添加结构相对于所述多孔板移动，由此减少所述孔内的细胞周围的培养基的容积。

52.  如权利要求50所述的测量系统，其中，设置有多个所述传感器，以检测在多个相应孔中的细胞外组分。

53.  如权利要求51所述的测量系统，还包括：
升降机构，用于使所述化合物添加结构相对于所述多孔板移动；
其中，多个所述传感器设置在所述化合物添加结构上，以检测多个相应孔中的细胞外组分，从而所述传感器在溶液被分配至多个孔时置于所述培养基中。

细胞分析装置及方法
相关申请的交叉援引
本申请主张于2006年7月13日递交的序列号为US 11/486,440的权益及优先权，该在先美国专利申请的全部内容通过援引并入本文。
技术领域
广义而言，本发明涉及这样的装置，其测量器皿内的液态培养基中所载有的活细胞培养物的一个或多个性能，且典型地分析盛放于多个器皿(诸如多孔微孔板的大体平行的多个孔)中的多个细胞培养物。更具体而言，本发明涉及这样的装置，其结合有传感器，在进行测量的过程中和在添加一种或多种影响细胞的流体(诸如潜在药物化合物的溶液)的过程中，所述传感器保持与液态细胞培养基平衡(例如保持浸入于液态细胞培物基)。
背景技术
传感器探头可用于测量包围活细胞的液态培养基中的被分析物的浓度，以作为一种了解所述细胞行为的手段，尤其是获知候选药物化合物作用于细胞所引起的所述细胞的行为变化。在美国专利公开US2005/0054028中描述了进行这种类型测量的装置和方法的实例，所述美国专利公开的内容通过援引并入本文。
在采用这种方法时可能遇到的一个问题是，每次将可浸入式传感器探头置于细胞培养基中或相反使可浸入式传感器探头从细胞培养基中露出时，可能要求平衡周期。所述平衡周期是优选的或是需要的，以使探头有时间调节到所述培养基温度，或者使所述传感器或其相关电子器件有时间适应周围空气和所述细胞培养基之间的差异。例如，根据所述传感器和所需的测量灵敏度，这种平衡可能需要数秒、数分钟或数小时。
对于所述装置的使用者而言，所述平衡过程可能不是想要的，这是因为其使得分析所需时间延长，而且如果顺序进行的平衡具有不同的特性，则可能会潜在地导致测量误差。
将传感器探头从细胞培养基中移出的典型原因是能够进行测试化合物(诸如药物候选物)的添加。当传感器探头为含探头阵列的组件的一部分时、以及当例如由自动机器控制并执行的利用诸如移液管之类的阵列输送装置输送所述测试化合物时，这尤其是可能的。
发明内容
在此说明的本发明提供了这样的方法、装置、仪器、匣盒(cartridge)和测量系统，它们用于在传感器探头保持与各器皿或孔内所载有的液体平衡(例如保持浸入于所述液体)的同时将测试化合物添加到所述器皿中或者将多种相同或不同的测试化合物添加到微孔板的多个孔中。因为在化合物输送过程中所述传感器探头保持浸入，所以减少了平衡时间。由此，提供了一种系统和方法，其用于针对每个器皿或孔来存储和分配单一选定的测试化合物或预定浓度的化合物。此外，所述存储及输送装置可由低成本材料制造，所以在使用后便可将其抛弃，以消除从一次使用到另一次使用所造成的交叉污染。
在另一实施方式中，所述装置及方法针对每个孔来存储和输送多种测试化合物，优选地利用来自远程动力源的压缩气体供给来致动所述化合物输送。在优选实施方式中，所述传感器探头和所述测试化合物输送结构均结合于单个的一次性的匣盒内。此外，还公开了气动多路器，其在临时连接于所述匣盒时，允许单个致动器利用自远程动力源供给的压缩气体从多个端口来启动所述测试化合物的输送。
在一个方面，本发明具有适于与具有多个孔的多孔板相配合的匣盒。所述匣盒包括具有多个区域的大体平坦构件，所述多个区域与所述多孔板中的同数量的多个孔的多个相应开口相对应。在所述匣盒的至少一个区域内形成至少一个端口，所述端口适于将测试流体(例如候选药物化合物的水溶液)输送到相应的孔中。所述匣盒还包括至少一个由如下a)和b)特征构成的组件：a)传感器或者传感器的一部分，适于分析孔中的组分；以及b)开孔，适于容置所述传感器，并位于所述匣盒的所述至少一个区域的子区域内。
所述装置及方法可包括下列一个或多个特征。所述端口形成毛细开孔，以在不借助外力的情况下将测试流体保持在所述端口内。所述外力可为正压差力、负压差力和/或离心力。所述传感器(或所述传感器的一部分或者适于容置所述传感器的开孔)优选以可以顺应地变形的方式附着于所述平坦构件，以适应所述探头结构与微孔板的孔之间的稍微不对准。在所述匣盒的所述至少一个区域中形成第二端口，所述第二端口适于将第二测试流体输送给相应的孔。所述第二测试流体可与所述第一测试流体相同或不同，或者可与先前沉积的流体的浓度不同。所述匣盒可形成有用于所述多孔板的盖，以减少在所述多孔板中的样本的污染和/或挥发。优选地，至少一个端口(优选多个端口，例如四个端口)形成于所述匣盒的多个区域中，且在各区域中定位的所述传感器和适于容置所述传感器的所述开孔均为至少一个。在不同区域内的多个端口可流体连通。在所述匣盒的每个区域中可形成第二端口。所述第二端口之间还可彼此流体连通，但不与其它端口流体连通。在所述匣盒的每个区域中可形成相同数量的端口，以及相同数量的端口组。多路器可与所述各组端口流体连通。所述多路器适于连接于单个气动源，以允许从各组端口顺序地将流体输送给所述多个孔。
在优选实施方式中，所述传感器适于对孔内的细胞外组分(诸如CO₂、O₂、Ca⁺⁺、H⁺、或者消耗或分泌的细胞代谢物)进行分析(确定其存在或其浓度)。适于容置所述传感器的所述开孔可包括传感器套管结构，所述传感器套管结构具有与所述多孔板的孔接近的表面。在所述表面上设置有荧光物，所述荧光物具有的荧光性能取决于所述孔中的某种组分的存在和/或其浓度。所述传感器套管可包括用于容置波导件的长壳体，所述波导件用于激励所述荧光物和/或用于接收来自所述荧光物的荧光发射。
在另一方面，本发明提供一种包括用于分析细胞的系统的装置。所述装置包括：载物台，适于容置并定位具有多个孔的板；以及匣盒，与所述多孔板匹配。所述装置还包括升降机构，所述升降机构适于使所述匣盒相对于所述载物台或所述板移动，以将所述传感器置于所述孔内——典型地以将多个传感器同时置于多个孔内。所述匣盒包括具有多个区域的大体平坦构件，所述多个区域对应于在与所述多孔板中的所述孔的多个相应开口，同时每个区域限定至少一个适于将测试流体输送给相应孔的端口。在所述匣盒的每个区域中，定位有适于对孔内的组分进行分析的至少一个传感器。
所述装置可包括下列特征的一个或组合：压力源，适于与所述匣盒流体特性上匹配，以将测试流体从所述匣盒中的端口供给到孔中；多路器，设置在所述压力源和所述匣盒之间，所述多路器适于与在所述匣盒中形成的多个端口流体连通，所述多路器可选择性地与在所述匣盒中形成的专用端口组流体连通；控制器，控制所述升降机构、所述多路器、和/或所述压力源，以在相关的传感器位于孔内时能从给定端口或给定端口组将测试流体输送到相应的孔或相应的孔组。
与孔阵列相对应的传感器阵列可以并优选地与所述匣盒成为一体，但与孔阵列相对应的传感器阵列也可以是与在所述匣盒中形成的开孔匹配并置于在所述匣盒中形成的开孔中的单独构件。所述传感器阵列优选地相对于所述孔板以可以顺应地变形的方式安装。所述传感器优选地包括荧光物以及波导件，其中所述荧光物具有的荧光性能取决于孔内某种组分的存在和/或某种组分的浓度，所述波导件用于激励所述荧光物和用于接收来自所述荧光物的荧光发射。
在又一方面，本发明提供了一种对置于多孔板内的培养基中的细胞进行分析的方法。所述方法包括：将传感器的至少一部分置于所述多孔板的孔内的培养基中；分析与所述孔内的所述培养基中的细胞相关的组分；在所述传感器保持置于所述孔内的所述培养基中的同时，将测试流体输送给所述孔；以及进一步分析所述组分，以确定所述组分中的任何变化。
可包括下列特征中的一个或多个。所述分析步骤可包括分析与相应孔中的培养基内的各个细胞相关的相应组分。所述相应组分可以是相同的组分。所述输送步骤包括在各个传感器保持置于相应孔内的培养基中的同时将相应的测试流体输送给所述相应孔。所述相应的测试流体可包括相同的测试流体。所述分析步骤包括对与各个孔中的培养基内的相应细胞相关的相应组分进行分析，以确定所述相应组分中的任何变化。所述输送步骤和所述进一步的分析步骤可重复。在多次测量之间可输送不同的测试流体或相同测试流体的附加的等分试样。所述方法可包括在所述输送步骤中大体保持所述传感器和所述培养基之间的平衡，或者在所述输送步骤中大体保持所述测试流体和所述培养基之间的热平衡。
在又一方面，本发明提供了一种对置于微孔板中的细胞进行分析的仪器。所述仪器包括用于定位微孔板和多个探头的载物台，各探头定位成用于从所述微孔板的相应孔中采集数据。所述仪器还包括：控制器，用于实现将一种或多种试剂添加到所述微孔板的一个孔或多个孔中；以及与所述控制器和所述探头通讯的系统，其包括存在于计算机上的图形用户界面。所述图形用户界面配置成接收用于多孔试验设计的指令、以及接收响应所述多孔试验的执行而由所述探头采集的数据。
可包括下列特征的一个或多个。所述指令是将一种或多种选定的潜在细胞影响物质的溶液添加到所述孔中的一个孔或多个孔中。所述图形用户界面包括多个显示区，每个显示区对应于所述孔的一个孔。所述显示区含有所述试验的至少一个参数。所述显示区含有所述试验的至少一个结果，所述结果至少部分基于所述传感器收集的所述数据。所述多个显示区布置在屏幕上，所述屏幕代表所述微孔板。所述响应所述多孔试验的执行而由所述探头采集的所述数据包括采集多孔板的数据，且所述图形用户界面还配置成在单独相应的屏幕上显示来自各多孔板的数据。所述系统还包括分析引擎，所述分析引擎配置成生成表示所述探头采集的所述数据的一个或多个图形。所述分析引擎配置成对所述探头采集的所述数据进行统计分析。所述仪器包括通讯模块，用于在所述控制器、所述探头和所述系统之间传输试验指令和所述探头采集的所述数据。在所述控制器、所述探头和所述系统之间的所述通讯通过数字通讯网络来实现。所述通讯网络包括局域网、广域网、企业内部互联网、互联网、和/或它们的组合。
在另一方面，本发明提供了一种对置于微孔板中的细胞的反应进行分析的仪器。所述仪器包括：载物台，用于定位微孔板；以及传感探头，可定位成用于从所述微孔板的相应孔中采集数据。所述仪器还包括与所述探头通讯的系统，所述系统包括存在于计算机上的图形用户界面并包括多个显示区，每个显示区对应于所述孔的一个孔。所述图形用户界面构造成：接收编写在对应于所述孔中的一个孔的相应区中的、用于多孔试验设计的指令；以及接收响应所述多孔试验的执行而由所述传感器采集的、用于显示在对应于所述孔中的一个孔的相应区中的数据。
可包括下列特征中的一个或多个。所述显示区还含有所述试验的至少一个参数。所述显示区还含有所述试验的至少一个结果，所述结果至少部分基于由所述探头采集的所述数据。所述仪器包括多个所述探头。所述探头读取光密度、冷光、磷光和荧光中的至少一个。所述仪器包括实现将至少一种试剂添加到所述孔的至少一个孔中的控制器和配置成接收用于多孔试验设计指令的所述图形用户界面。所述仪器包括单个探头，可编址给至少一个孔和所述孔的子集。所述系统包括分析引擎，所述分析引擎配置成生成表示所采集的所述数据的一个或多个图形。所述分析引擎还配置成对所采集的所述数据进行统计分析。
所述仪器操作软件既能通过台式应用软件又能通过仪器操作软件，来使用含有由用户输入的试验设计信息(例如，在各孔内是什么材料等)和由所述仪器输入的结果数据的文件。可包括嵌入式分析工具。所述仪器操作软件可结合诸如EXCEL之类的第三方电子数据表包。
附图说明
图1是依据本发明一个实施方式的完整测量系统及装置的示意图；
图2a和图2b分别是依据本发明一个实施方式的多孔板和适于与所述多孔板配合的带盖的匣盒的正向直立分解立体图和颠倒过来的分解立体图；
图3、图4和图5一起示出了本发明一实施方式的装置的示意分离开的且带局部剖视的分解图，其示出了：传感器探头结构部分(图3)，包括内部的光纤束，用于将光传输至荧光感测部位和从荧光感测部位传输光，通过气动多路器插入所述探头结构；匣盒(图4，参见图2a和图2b)，示出了设置在套管外侧面上的荧光传感器的部位以及适于将测试流体输送给所述多孔板的单个孔中的两个端口，所述套管限定了将图3所示的传感探头部分容置的开孔；以及所述多孔板的单个孔(图5，参照图2a和图2b)；
图6a和图6b为图3、图4及图5的探头结构、匣盒部和单个孔在部分升起(混合或平衡)位置和降低(数据采集)位置时的示意剖视图；
图7是微制造工艺制造的气动多路器的四个层的示意俯视图，气动多路器的一部分已示出在图3中；
图8是三个区域的示意剖视图，其中每个区域均包括与图7中的气动多路器结构结合的探头、部分匣盒、以及孔；
图9a为浸入到微孔板的孔内所载有的液态培养基中的传感器探头的示意图；
图9b是一布局的示意图，在此多个药物端口设置成在传感器保持浸入于微孔板的各孔内的培养基中的同时将测试化合物输送给微孔板的多个孔中；
图10是依据本发明一实施方式的系统的框图；
图11是图10所述的一个实施方式的系统上的一个屏幕显示实例；
图12是图10所述的一个实施方式的系统上的另一个屏幕显示实例；以及
图13a、图13b、图13c、图13d是示出了依据本发明一实施方式的代谢率监测结果的曲线图。
具体实施方式
本发明使得能够测量例如处于多孔微孔板的孔中的活细胞的一种或多种性能。本发明的实施方式包括传感器，优选地包括可浸入式传感器，所述传感器能使传感器快速稳定化，由此提高测量处理量。所披露的化合物存储及输送装置、气动多路器、用于同时将流体添加到多个孔的子集合或所有孔中的结构、以及允许对外来流体添加到相应孔中的影响进行非破坏性测量的感测结构结合了快速且重复测量的能力，从而提供了可理想地例如用于药物发现场合的、每次测试成本低廉的、高处理量的细胞化验系统。此外，本发明提供了这样的匣盒结构，对于完全不同的细胞化验而言，其允许重复使用所述装置，而无需中间清洁，同时还消除了测试之间交叉感染的可能性。另外，本发明提供了这样的软件，其用于设计和完成并行运行的多孔细胞化验、以及用于接收和分析所生成的直观且易于使用的数据，所述软件允许多位科学家在相同时间段内来设计并进行并行的多孔化验，且所述软件优选基于科学家非常了解的这一类孔的电子表格程序、并易于与高端LIMS系统集成。
参照图1，示意地示出了所述装置100。装置100包括在壳体(以虚线示出)内的化合物存储及输送装置105，所述化合物存储及输送装置105包括：匣盒110，其限定了多个用于容置传感器结构的开孔和多个顺应安装的流体端口(如图2a和图2b详细所示)；以及载物台或基座130，其适于接收多孔板120(例如细胞培养板)。匣盒110设置在多孔板120的上方并适于与多孔板120配合。可选地，匣盒110可由适于接收匣盒110的匣盒座122夹持。化合物存储及输送装置105还包括安装台140，其可如双箭头所示地进行往复运动，并且优选地由包括升降机构145的电动机(未示出)驱动。升降机构145适于使匣盒110相对于载物台130或孔板120移动。所述安装台包括与压力源(诸如气体供给器或气体存储器160)连接的气体多路器150。气体供给器160与所述匣盒流体连通，并用于推动测试流体从所述匣盒中的端口输送到将在后文披露的多孔板120的孔中。多个传感器探头170适于插入到匣盒110的多个开孔中，并可用于采集表示处于多孔板120的多个孔中的细胞的状态的数据。
化合物存储及输送装置105由控制器175控制，控制器175可与计算机180成为一体，且可控制所述升降机构、所述多路器以及所述压力源。由此，当将相关的传感器置于所述孔中时，控制器175可允许将测试流体从所述端口输送到相应的孔中。
图2a和图2b示出了当前优选形式的匣盒110和微孔板120，以及它们彼此如何关联的。所述匣盒为大体平坦构件，所述平坦构件包括由例如模制塑料制成的框架200。平坦表面205限定出多个区域210，所述多个区域210对应于(即对准于)在多孔板120中限定的多个孔220的相应多个开口。在所描述的实施方式中，在这些区域210的每个区域内，所述平坦构件限定了第一、第二、第三、及第四端口230、以及中央开孔215；所述端口用作测试化合物存储器，而中央开孔215则连通至套管240。各所述端口适于按需保持测试流体并释放测试流体到相应的位于其下方的对应孔220中。所述端口230的尺寸和位置设置成可四个端口成一组地定位在孔220的上方，且从所述四个端口的任意一个端口可将测试流体输送到的对应孔220中。在其它实施方式中，每个区域中的端口数量可以小于或大于四个。端口230和套管240可相对于微孔板120以可以顺应地变形的方式安装，以允许能适应一定的侧向偏移而套装在所述微孔板中。微孔板的包括顺从区域的构造允许其具有较为宽松的制造公差，并允许所述匣盒与尺寸稍有差异的微孔板结合使用。所述顺从性例如可以通过采用弹性体聚合物来形成平坦构件205来实现，以允许框架200和各区域中的套管及端口之间的相对运动。
各端口230的形状可以为圆柱形、圆锥形或立方体形，顶部穿过平坦构件200敞开，而底部除了典型地位于所述底面中心的小洞(即毛细开孔)之外封闭。所述毛细开孔适于不借助例如正压差力、负压差力或可能的离心力之类的外力的情况下例如通过表面张力将测试流体保持在所述端口内。各端口可由测试化合物不能透过的聚合物材料制造，或者由其它固体材料制成。当构造成与多孔微孔板120结合使用时，在各端口内所容纳的液体容积可处于500μl至低达2μl之间的范围，但是处于所述范围之外的容积也可考虑。
在所描述的实施方式中，多孔板120具有24个孔。在板中的孔220的数量可以在一个至几千个之间变化。在其它实施方式中，可制造几乎任意尺寸的单个孔，或者可制造多个孔，或者以一维或二维排列来制造多个孔。在一个实施方式中，可制造与微孔板的图案及尺寸相对应的二维图案的孔，如微孔板生物分子过滤标准协会(Society forBiomolecular Screening standards)所描述的(于2003年5月20日更新的两个正式推荐的标准＂SBS-I Footprints＂和＂SBS-4 WellPositions＂)，且可制造包含总数为12、24、96、384、1536或其它任何数量的分开的孔。
参照图2b，在匣盒110的每个区域中，适于设置到相应孔220中的浸入式传感器套管或护套240设置在一个或多个端口230之间并与一个或多个端口230关联。传感器套管240在其下表面255上可设置一个或多个用于插入到孔220的培养基中的传感器250。用于此目的的传感器的一个实例是嵌入在氧气可透过的物质(诸如硅橡胶)中的荧光指示器(诸如氧淬灭荧光物)。所述荧光物具有的荧光性能取决于孔220中的某种组分的存在和/或某种组分的浓度。可采用其它公知类型的传感器，诸如电化学传感器、克拉克(Clark)电极等。传感器套管240可限定适于容置传感器的开孔和内部容积。下面参照图3说明可采用的传感器的类型的例子。
匣盒110可连接于传感器套管；或者，匣盒110可靠近所述套管设置但不连接于所述套管，以允许独立地运动。匣盒110可包括化合物存储及输送端口阵列，所述化合物存储及输送端口阵列组装到单个单元中，并与类似的传感器套管阵列相关联。
所述装置还可以具有用于匣盒110或用于多孔板120的可移除盖260。作为用于多孔板120的盖的匣盒110的构造可以帮助防止处于孔220中的样本或培养基的挥发或污染。盖260还可构造成安在匣盒110上，由此以降低处于匣盒110的端口230中的流体的污染或挥发的可能性。
同时参照图3至图6B，示出了各部件优选关系的细节。图3示出了构造成装配在传感器套管240中的固定(优选地不是匣盒的部件并可再使用)式传感器探头结构170。传感器探头结构170包括例如由不锈钢制造的刚性外管315。管315内设置有光纤300，一个或多个荧光物250设置在传感器套管240的透光的下部外侧壁部235上，所述光纤300设置成激励所述荧光物、并接收从所述荧光物发射并穿过所述壁部的荧光。当所述探头处于其低位时，优选地在各孔中形成渐缩的培养基测试容积，例如如图6B所示。作为替代性的方案(未示出)，探头套管240可包括在所述部325下方延伸以限定所述渐缩容积的环形壁部。传感器探头结构和荧光物可构造成读取光密度、冷光、磷光或优选的荧光。在一替代实施方式中，传感器探头结构170可为可独立运作传感器(未示出)，其通过套管240的可传输信号的底壁而采集孔中的数据，或者直接通过所述套管的开口底部采集数据，优选地所述可独立运作传感器密封于所述探头。
根据所进行的分析及选定的构型，可采用不同类型的传感器，包括：氧传感器(诸如氧淬灭荧光传感器)、pH传感器(包括荧光传感器)、采用穿过套管240的底壁235而耦连的电极的ISFET和阻抗传感器、CO₂传感器(包括重碳酸盐缓冲器耦合荧光传感器和氨染料耦合荧光传感器)以及其它CO₂传感器；各种离子和小分子传感器；大分子传感器，包括表面等离子谐振传感器和采用Wood不规则原理的传感器；声敏传感器；以及微波传感器。在某些实施方式中，可采用常规的平板读取器。
优选的传感器为荧光物。现有技术中已经描述了许多荧光感应化合物及制剂，并且许多可以通过商业途径从例如Molecular Probes公司和Frontier Scientific公司购得。当前优选的氧传感器为具有与氧浓度成反比的信号的荧光物，诸如固定化成颗粒或者各向同性分布在透氧聚合物(例如硅橡胶)中的卟啉化合物或若单明化合物。当前优选的化合物为卟啉。当前优选的pH传感器为荧光指示剂染料、荧光素，其信号随着染料的质化作用而减弱，且其或者被诱捕在悬浮于载体聚合物中的颗粒内、或者共价连接于亲水聚合物。可用的荧光CO₂指示剂传感器典型地是基于pH敏感变换器，同时利用由于二氧化碳和水之间的反应所产生的碳酸产物来间接调制荧光。例如参见O.S.Wolfbeis化学年报(Anal.Chem)，第74卷，2002年，2263-2678页。也可采用检测葡萄糖的荧光物，诸如基于非酶解转换，利用络合葡萄糖的硼化物探头产生对所述探头的荧光进行调制的电荷转移；或者是基于将葡萄糖氧化酶耦合于荧光氧传感器的酶解葡萄糖转换器，利用葡萄糖的键合和氧化导致氧传感器的定量调制。此外，在本发明的范围内，可采用对生物分子(诸如以乳酸盐、氨或尿素为例)敏感的荧光物或其它类型的传感器。乳酸盐传感器可以酶解传感器构型为基础，同时乳酸盐氧化酶耦合于荧光氧传感器，而且利用乳酸盐的键合和氧化对氧传感器进行定量调制。氨传感器或氨离子传感器可构造成利用质子化pH指示剂在疏水性可透气聚合物中的固定化、利用与不稳定氨的反应而定量调制荧光输出。尿素传感器可以酶解传感器构型为基础，同时利用尿素酶耦合于荧光氨转换器、且利用尿素键合和尿素还原成氨，导致对氨传感器荧光的调制。
在示出的实施方式中，固定式传感器探头170连接于气动多路器150并垂直于气动多路器150而延伸。对于本领域普通技术人员而言，其它传感器构型将是显而易见的。例如，探头可以设置在待检测的孔内的壁上或者孔的底部半透明表面上。
在气动多路器150内限定有空气通道310，且空气通道310的位置设定成当固定式传感器探头的长颈部315装配到套管240内时，将孔或端口230内的药物输出。气动多路器150用于将来自单个气源的压缩气体输送到多个端口(参见图6a)，其可由电动式或机械式气体调节器或装设阀门来进行控制。可采用其它类型的气动、机械或水压致动器。例如，所述致动器可为套管内的活塞(如Minshew等人的美国专利US 4,498,510所描述的)，或者为受控气体供给器(如Kenney的美国专利US 4,461,328所描述的)，或者为任意其它适于利用外力将液态测试化合物从端口230的底部射出的装置。
为了简化并减少将压缩气体提供给所述装置的部件的数量，可优选采用气动多路器。下面更详细地讨论当前优选的气动多路器150。
参照图4，匣盒110的区域210包括第一及第二端口230。在使用时，在利用移液管或其它装置开始进行分析之前，将测试化合物(诸如药物、药物候选物、毒素等)添加到匣盒110的所述端口230中。所述化合物典型地为浓度已知的水溶液。在优选实施方式中，不管在其底部是否存在着小出口，所述化合物均通过表面张力被保持在各端口内。所述端口的尺寸防止从底部泄露或从顶端泄露(形成防止泄露的弯液面，即使所述装置侧向转动或上下翻转)。所述测试化合物可以通过例如施加加压空气来释放。
有时可能期望采用下述的测试流体来运行所述装置，该测试流体由于粘性或静电性能相对低，所以难以利用毛细作用力来盛放。在这种情况下，在端口230底部的孔洞上可附着并覆盖易碎膜或易碎材料(诸如蜡)，从而在需要时可以使用外力破坏所述膜，从而将所述液体射出。
在图示的实施方式中，可浸入式套管240设置在第一端口和第二端口230之间。传感器(例如荧光物)250设置在所述套管下端的表面325上。可浸入式套管240构造成容置传感器探头170。
传感器套管及化合物存储及输送端口的阵列可以利用低成本制造工艺(诸如注塑成型)制造为单个的组件，以使所述匣盒在使用后可以丢弃。
参照图5，孔220例如由诸如聚苯乙烯或聚丙烯之类的模制塑料制成。在使用时，将细胞培养基500和活细胞510置于孔220中。细胞510可以或不可以粘附在所述孔的底表面520上；并且为了增强粘着，可对所述底表面进行处理或涂覆。可替代地，细胞可悬浮在所述培养基中。
参照图6a和图6b，在使用时，当将相关构件组装之后，它们允许同时感测多个孔内的细胞培养基中的组分，并同时从所述端口输送测试化合物。
如图所示，将固定式探头结构和装载了药物的匣盒组装，以使夹持光纤束的所述外管设置在所述匣盒的所述套管内，且所述组装件可在高位和低位之间进行往复运动：在所述高位，所述探头末端和传感器置于细胞培养基中；所述低位为数据采集位置，其优选地为这样的位置，该位置使得所述细胞周围的培养基容积减少，以提高传感器检测细胞周围的培养基中的被分析物浓度变化的能力(参见US2005/0054028)。在优选实施方式中，在混合步骤、平衡步骤和测量步骤中，设置在传感器套管240的下表面325上的传感器250保持浸入。可分析所述细胞分泌到所述培养基中的一个或多个组分或被所述细胞所吸收的所述培养基中的一个或多个组分。在第一低位(图6a)，从所述端口230中的一个端口将诸如药物样本之类的流体输送给所述细胞培养基，在该实施方式中是利用经由空气通道310连通的空气压力来推动输送的。如上所述，通过设置在端口230底部的小孔洞将所述药物释放出。
在将所述流体分配到所述培养基中之后，在保持传感器套管240浸入在所述培养基中的同时，升降所述传感器套管240一次或多次，以将所述流体和所述培养基混合。在上述分配步骤和混合步骤中，可保持所述传感器250置于所述培养基中，由此缩短稳定化时间段。
在将所述测试流体分配并使所述测试流体与所述培养基混合之后，将传感器250以及传感器套管240降低到孔220内的第二低位。孔220的底部可包括用于传感器套管240的抵靠面，例如在孔220的底平面之上的、限定了台阶面的内部台阶，所述台阶面和所述底面为平行的面。在微孔型微孔板中，所述台阶面在所述底平面之上的高度大体小于约1mm，且典型地小于约50-200μm。可替代地，可采用平底的孔或其它孔构型，且所述荧光物探头可设置于表面255上，所述表面255位于由稍延伸出上述披露的表面的壁而形成的凹部内。在任一情况下，在该实施方式中，当所述组装件置于低位时，在细胞周围形成小容积腔。随着在培养基容积越来越小的区域内进行所述测量，所述组分浓度的相对小的变化便可通过所述荧光物探针测得。保持这种小容积持续一短的时间段，以进行测量；然后向上移动所述组装件，以允许所述细胞暴露于其培养基的全部孔容积。
在替代实施方式中，当所述传感器套管部分升起但依然处于浸入位置时，从所述端口将所述测试流体输送给所述培养基。
在将所述测试流体输送给所述孔的过程中或者在将所述测试流体输送给所述孔之后，可对所述培养基中的所述组分进行分析以确定任何变化，且所述测量可重复进行、并同时中间添加或不添加测试化合物。可分析所述培养基的任何数量的组分，包括溶解的气体、离子、蛋白质、代谢底物、盐以及矿物质。这些组分(例如O₂)可以被所述细胞所消耗，或者由所述细胞以副产物(诸如CO₂和NH₃)或作为分泌的因子(例如胰岛素、细胞因子、趋化因子、激素或抗体)产出。也可分析在细胞的各种代谢过程中细胞分泌或萃取的离子，诸如H⁺、N⁺、K⁺、和Ca⁺⁺。也可分析由细胞消耗或产生的底物，诸如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸、谷氨酸盐、糖原、以及丙酮酸盐。专门的培养基可用于提高所述测量的灵敏度。例如，通过利用具有缓冲容量降低的培养基(诸如无重碳酸盐的培养基)，由细胞外酸化导致的pH值变化可增加。
该方法可用于测量细胞的任意数量的属性及细胞功能。例如，依据耗氧率、细胞外酸化率或其它代谢分析物流量，可以确定细胞生存能力及代谢率。通过将每个细胞的一个或多个被分析物流量与已知的流量进行对比，可以确定细胞数，并由此监测细胞生长率。
可以向所述孔的整个容积，或者可替代地仅向所述孔的渐缩容积中，引入改变环境的组分(诸如化学制品、溶解气体或养分)。在后者的实施方式中，首先使细胞周围的培养基的容积变小，测量所述培养基的组分，然后使所述容积恢复至其原始值。随后，使所述容积再次变小，且通过从四个对应端口中的一个端口添加组分，仅使渐缩容积内的、直接围绕细胞的环境被改变。例如，这可以通过从与所述传感器或所述套管底部接近的端口中将所述组分排出来实现。在所述组分存在的情况下，可对所述渐缩容积进行一次或多次测量。在这种测量循环之后，可将所述渐缩容积内的培养基改换一次或多次，以在将细胞再次暴露于全部原始容积之下前彻底冲洗掉。该方式可提供降低所需化合物的容积的优点。该方式还提供了在整个容积未受污染的情况下研究隔离效果的可行性，由此，实际上是模拟了在微孔板形式的流动系统。
在优选实施方式中，如附图所示，将多个传感器同时或顺序地插入并置于多孔板的相应的多个孔中，并分析与相应孔中的各自细胞培养物相关的组分。所述相应的多个组分可包含相同的组分。在相应的多个传感器与所述相应多个孔中的培养基保持平衡、优选地保持置于所述相应多个孔内的培养基中时，可将相应的多种测试流体输送到所述多个相应的孔中。从所述培养基中将所述传感器的本体移出后的短时间内，这可保持与多个传感器、尤其是荧光物传感器平衡，例如如果所述探头保持湿润，则允许在添加测试流体的同时保持平衡。在一个实施方式中，所述相应的多种测试流体可以是相同的测试流体。可分析与所述多个孔中的培养基内的细胞相关的所述多个相应的组分，以确定所述多个组分中的任何相应变化。这些输送步骤和分析步骤可重复。在另一实施方式中，所述输送步骤的重复采用不同的测试流体。
在一些情形下，可以在一时间段之后重复所述输送及分析。更特别地，可对一组细胞以预定时间间隔顺序地进行测量，以分析临时添加的化合物的影响，例如来确定可能受到药物、化学物或毒素的影响。在该方法中，首先使围绕所述细胞的培养基的容积变小，接着测量所述培养基的组分，最后将所述容积恢复至其原始值。其次，诸如通过添加一种或多种预定浓度的激活横跨膜接受器的配合基、改变溶解的氧的水平、或者添加养分，改变围绕所述细胞的环境。随后，利用所述临时减小容积的方法，进行一个或多个另外的测量循环，以分析改变后的细胞外环境的影响。
在所述输送步骤中，可保持所述传感器和所述培养基之间的平衡。在所述输送步骤中，可大体保持所述测试流体和所述培养基之间的热平衡。
参照图7和图8，示出了当前优选形式的多路器150。所述多路器150包括由多个层700构成的层叠组件，所述层叠组件夹在盖板800和面向匣盒的垫板810之间，所述层叠组件中的每个层700由平面状聚合物板材料制成并含有加工出的用于气体流动的通道710。一个这样的布置是采用四层，例如四个加工出的置于不同方位的块，以获得能从匣盒的每个区域内设置的四个端口中的任一个端口将液体进行分配的气动多路器。所述多路器能从单个气体入口将气体输送至多个出口。在使用时，所述多路器设置在压力源和所述匣盒之间，同时所述多路器适于与在所述匣盒中形成的多个端口流体连通。所述多路器可以选择性地与在所述匣盒中形成的一组专用端口流体连通。
参照图9，所绘制的传感器探头170浸入到微孔板孔220内盛放的液态培养基中。所述药物输送装置示出为利用来自加压气体供给器160的气体压力而致动，从而从端口230将药物输送到所述培养基。
图10示意地示出了本发明的一个实施方式，其实施为利用任意上述技术进行各种试验过程下的细胞分析的仪器和软件。本发明的关键构件是由在嵌入式仪器计算机上运行的仪器操作系统和在用户个人台式计算机上运行的桌面软件所共享的数据文件。
如图10所示，桌面软件900含有用户界面，所述用户界面允许用户将试验设计信息输入到数据文件901中。试验设计信息可包括：各微孔板的孔中所含有的细胞类型、细胞数量、药物类型、以及药物浓度；所需要的测量时间；培养基混合时间；待化验的被分析物；或对将由所述仪器运行的试验的属性进行定义的其它数据。
仪器操作系统软件902不仅接收来自数据文件901的试验设计信息，而且将试验结果存储于数据文件901。操作系统软件902还包括用于浏览和修改试验设计信息以及用于浏览试验结果的用户界面。
基于所述数据文件中所提供的设定，所述仪器操作系统软件提供对电动机、加热器或其它装置的致动和控制。在每个测量循环内，所测得的数据可被显示在用户界面上并可被同步添加到所述数据文件中。在整个试验结束时，所述数据文件(包含试验定义数据)和所测得的传感器数据可被存储并传送至用户的台式计算机中，以用于分析。用户可采用由所述数据文件进行数据绘图的第三方分析软件包。合适的第三方分析软件的例子包括MICROSOFT EXCEL(微软公司)、JMP(SAS公司)、和SIGMA PLOT(Systat公司)。
在优选实施方式中，数据文件901为电子数据表形式。
在另一优选实施方式中，数据文件901含有分别作为一个电子数据表文件中的单独工作表的试验设计信息和试验结果。
在又一优选实施方式中，数据文件901含有试验设计信息、试验结果、以及数据分析工具，它们各作为一个电子数据表文件中的单独工作表。
数据文件901可以以工作薄文件的形式供诸如Microsoft Excel之类的电子数据表应用软件使用。
另外，在所述数据文件的优选实施方式中，所述试验定义信息和仪器生成数据可被复制并以机器可读的二进制格式另存储于所述文件中的单独隐藏的受口令保护的区域中。在用户为了分析做出各种变换的同时，这种性能保留了原始数据的完整性。
在再一实施方式中，可将专有的二进制数据包直接传送给采用定制图形用户界面及分析区域进行编码的其它软件配置。这些替代的软件环境可包括传统的Windows或Macintosh应用软件、带有植入的二进制数据的单机可执行文件、配置成上载并显示所述数据的网页浏览器应用软件、或其其它浏览环境。
参照图11和图12，所述系统包括图形用户界面，所述图形用户界用于接收与试验相关的指令并从所述图形用户界面上呈现结果。具体而言，且在一个实施方式中，图形用户界面1100包括多个显示区(例如，在电子数据表程序中的细胞，在该程序中，利用行列指示符可对各细胞单独进行寻址)。例如，每个显示区可以代表微孔板中的多个孔中的一个孔，由此提供各个孔中的细胞所特有的数据；而且，在一些情形中，各显示区还含有例如基于从探头170上接收到的信号的各种试验参数和/或试验结果。在同时(或大体同时)使用多个微孔板的实施方式中，可以利用多个电子数据表(诸如在EXCEL中列表的工作表)来呈现输入、试验参数和/或来自不同孔板的试验结果。
在一些实施方式中，所述系统还包括分析模块，用于生成由所述探头采集、并在所述用户界面上呈现的所述数据的图形表示和/或统计分析。参照图12，在用户界面1200上还可表示试验结果以及输出(图形方式以及文本方式)。例如，显示区的各个图标、图像(例如GIF文件、JPEG文件)或着色可用来表示当前(或最近测量的)化验的pH值，而图形显示可用于表示所述同一(或其它)测量随时间的变化。
在优选实施方式中，试验结果可以以图表形式呈现给用户，所述图表将来自两个传感器中的各传感器的数据示出在两个轴中的每一轴上。例如，在纵坐标上可显示耗氧率，而在横坐标上可显示细胞外酸化率。如图12所示，图表1210以带有相关标记加误差条设置的圆点来显示多孔试验的各个孔的数据。
实例
下列实例将示出本发明当时的某些示范性和优选实施方式以及应用，但不是用来说明所有的实施方式和应用。
实例1
96孔药物输送匣盒以及气动多路器的评估
利用注塑由聚苯乙烯材料制造结合有四个药物孔或端口的探头。随后利用弹性体板将24个探头结合在一起，以形成单个4＂×6＂匣盒单元，其适于用作一次性测量及药物输送组件。通过在四个聚苯乙烯块中加工出气体通道来制造气动多路器，然后将这些层结合在一起并盖上盖。随后将所述多路器夹到所述匣盒上。
利用自动吸液系统(Biotec 2000)将50μl含有有色染料的水导入到96药物孔的各孔中。气体(空气)蓄能器加压至15磅/平方英寸。气体软管用于将空气从所述蓄能供给到四个电致动的电磁阀。各阀安装在所述多路器上，且所述多路器的气体通道布置成单个电磁阀的致动会将气流提供给96药物孔中的24个孔。
随后，将匣盒及多路器组件放置在24孔微孔板存储器(InnovativeMicroplate)的上方。电驱动电路构造成致动每个电磁阀250微秒，以从所述药物孔将所述流体进行输送。
随着第一电磁阀的致动，在24个孔中的20个孔中观察到水几乎完全输送。随后致动第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀，获得类似的结果。
随后，在所述多路器和所述匣盒之间插入硅橡胶密封件，并重复上述试验。
当第一电磁阀和第二电磁阀致动时，观察到液体从24个孔完全注入。在第三电磁阀和第四电磁阀致动的几个孔中，看到一些残留的水。
随后，将蓄能器的压力减至5磅/平方英寸，并且在第一电磁阀至第四电磁阀的电磁阀顺序致动之间进行再充电。随后调整所述电路，以使致动时间增加到275微秒。在这种情况下，对于96药物孔中的各孔而言，发现水完全注入。
实例2
96个孔药物输送匣盒以及气动多路器的性能测试
除了盐溶液和酒石黄的混合物代替了药物孔中的水之外，采用实例1中所述的成分和方法来进行测试。将流体注入到微孔板储存器中，并随后利用Molecular Devices Versamax公司的微孔板读取器测量所述存储器中的各孔的内含物的吸光率。吸光率读数间接地测量染料注入容积并表明注入性能。
所述试验是在多路器和匣盒之间设置和不设置柔性密封件的条件下进行，且注入了三个容积(50μl、75μl和100μl)的盐/酒石黄混合物。表E1给出了获得的吸光率值。
                    表E1 利用气动多路器将酒石黄染料注入到水中的吸光率测量
                      注射性能测试1                           注射性能测试2
                           列                                     列
行    A      B      C      D      E      F       行     A      B      C      D      E      F
               50μl酒石黄                                        50μl酒石黄
1   0.223  0.222  0.269  0.244  0.223  0.219      1   0.222  0.222  0.234  0.220  0.216  0.223
2   0.225  0.232  0.226  0.228  0.221  0.229      2   0.221  0.225  0.223  0.226  0.226  0.223
3   0.225  0.216  0.219  0.219  0.221  0.222      3   0.211  0.216  0.220  0.215  0.237  0.230
4   0.219  0.219  0.221  0.248  0.223  0.222      4   0.222  0.222  0.225  0.223  0.221  0.223
               75μl酒石黄                                        75μl酒石黄
1   0.305  0.300  0.282  0.289  0.326  0.296      1   0.326  0.300  0.320  0.317  0.319  0.314
2   0.292  0.282  0.292  0.581  0.285  0.292      2   0.311  0.309  0.310  0.310  0.314  0.308
3   0.277  0.279  0.274  0.284  0.282  0.281      3   0.308  0.301  0.310  0.307  0.314  0.318
4   0.282  0.279  0.329  0.282  0.284  0.293      4   0.308  0.308  0.313  0.319  0.317  0.307
               100μl酒石黄                                      100μl酒石黄
1   0.349  0.345  0.343  0.343  0.339  0.335      1   0.358  0.385  0.357  0.348  0.350  0.356
2   0.340  0.332  0.338  0.340  0.343  0.342      2   0.365  0.343  0.359  0.348  0.353  0.357
3   0.342  0.342  0.338  0.335  0.339  0.337      3   0.349  0.346  0.351  0.349  0.357  0.353
4   0.345  0.295  0.345  0.344  0.355  0.348      4   0.358  0.349  0.357  0.355  0.353  0.352
      平均                                                平均
酒石黄量   吸光率    标准偏差    热值             酒石黄量   吸光率    标准偏差    热值
(qty)      (absorb)  (Std Dev)  (CV)             (qty)      (absorb)  (Std Dev)  (CV)
50μl       0.23      0.0118     5.2％            50μl       0.22      0.0056     2.5％
75μl       0.29      0.0139     4.8％            75μl       0.31      0.0061     2.0％
100μl      0.34      0.0108     3.2％            100μl      0.35      0.0083     2.3％
实例3
96孔药物输送匣盒以及气动多路器的代谢率化验
利用实例1中所述的成分和24孔微孔板进行测试，其中每个孔含有30×10³个HEP-G2人体肝细胞的肝癌细胞。采用4分钟的测量周期、11分钟间隔，对细胞耗氧率(OCR)以及细胞外酸化率(ECAR)三个初始的“基线”测量。
随后利用实例1中所述的方法，从四个注射端口中的一个端口将75μl的FCCP添加到含有630μl培养基和细胞的各孔中，随后测量OCR和ECAR。利用第二个注入端口、第三个注入端口和第四个注入端口重复另外三次这种过程。仅用载色剂注射两个控制列A和F四次。列B、C、D和E包含于三个平行测定孔中，所述三个平行测定孔接收低剂量(图13a，水绿色)、中剂量-1(图13b，橙色)、中剂量-2(图13c，紫色)、或高剂量(图13d，蓝色)系列的FCCP的四个注入。在该孔中的FCCP最终浓度示出在针对各注射A-D的各图中。紧随OCR和ECAR测量的各注入端口的FCCP浆料浓度的累积加和能在各孔中生成四点剂量曲线。
FCCP引起线粒体分解并促使细胞增加代谢率，并由此增加OCR和ECAR。如图13所证实的，根据FCCP的所述最终浓度，各系列产生无OCR和ECAR反应或者产生增加较大的OCR和ECAR反应直到达到毒性，如在高剂量系列中所证实的(图13d)。通过同时测量OCR和ECAR，可以确定HepG2细胞的总代谢率和容量。在所有基于细胞化验中使内在的孔对孔变化最小化的同时，通过能对FCCP的增加浓度进行累积加和，可在单个化验中产生几个剂量曲线。
在不脱离本发明的精神或本质特性下，本发明可以以其它具体形式实施。因此，无论从哪一点来看，前述实施方式被视为是在此说明的本发明的例证。对于本领域的普通技术人员而言，在不同组合和置换中，可采用不同实施方式的各种特征和构件，这将是显而易见的。由此，本发明的范围由随附的权利要求而不是前述的说明书表述，而且所有落入权利要求的等同含义及等同范围内的变化将被包含在此。