專利名稱：用于處理流體樣本的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于處理流體樣本的設(shè)備以及相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
可以由于種種原因而對流體樣本(例如，臨床或者環(huán)境樣本)進行分析。目前所關(guān)注的領(lǐng)域是在流體樣本(例如，臨床或者環(huán)境樣本)中正確識別生物材料的方法的發(fā)展。其之所以重要是因為其將有助于病狀的早期診斷，這樣就能進行快速治療和感染控制，或者有助于識別環(huán)境污染物等。盡管對于生物材料的正確識別，核酸擴增(例如，聚合酶鏈反應(yīng)(PCR))是非常有用且常用的方法，但是當(dāng)試圖將其成功地開發(fā)為在日常非實驗室環(huán)境中用于在多種個別的流體樣本中快速識別生物材料時，例如在所關(guān)心的疾病診斷的病人或地點附近時，會出現(xiàn)一些問題。
其中一個關(guān)鍵問題在于，在對典型的臨床或環(huán)境樣本進行核酸擴增之前，需要用試劑進行一系列處理步驟(其中一些是危險的)來純化并濃縮生物材料。然而，核酸擴增只是這樣一種技術(shù)的多種不同的可行示例中的一種，在所述技術(shù)中需要處理樣本(尤其是樣本樣本)，其中涉及大量同時或者連續(xù)的處理步驟。這些處理步驟本身可以很多且可以變化，并且除了可能的稀釋和濃縮步驟外還可包括例如化學(xué)、光學(xué)、電、熱、機械、聲學(xué)、加工、傳感或者監(jiān)測。迄今為止，這種復(fù)雜的處理是在實驗室中進行，其中可依次手動處理樣本，或者通過使用專家機器人設(shè)備并行加工許多不同樣本。然而，存在一些與這些方法相關(guān)的問題。這些問題包括速度慢、資源密集、昂貴、易出錯和易交叉樣本污染。此外，傳統(tǒng)的流體處理系統(tǒng)需要流體樣本順序流過一系列不同的腔室，其中各個腔室依次用于單個步驟，這會導(dǎo)致樣本的損失，并且這些過程的自動化需要使用復(fù)雜的流體組件和處理算法。
這樣，仍需要開發(fā)一種改進的設(shè)備，從而可以使用一系列的預(yù)定的連續(xù)步驟來處理流體樣本，以獲得期望的最終產(chǎn)物。這種設(shè)備應(yīng)該易適用于非實驗室環(huán)境并且由具有很少或沒有實驗室訓(xùn)練的操作者使用，從而其可以在例如通過核酸擴增進行分析之前，用于操縱流體樣本，例如臨床或環(huán)境樣本。這種設(shè)備將確?？梢钥焖佾@得分析結(jié)果、使熟練的工作人員免于重復(fù)任務(wù)并降低成本。另外，這種設(shè)備應(yīng)具有足夠的一致性和準(zhǔn)確度以防止后面試驗的失敗，這種設(shè)備應(yīng)能便宜地生產(chǎn)并且是一次性的，從而使交叉污染的可能性最小化并不必對大量裝置進行消毒。
現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)了US 6,374,684，其中公開了一種流體控制和處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多個腔室和可運動的閥體，該閥體可以用于根據(jù)給定的規(guī)程(protocol)來促進對流體樣本的處理。盡管這為用于處理流體樣本的設(shè)備領(lǐng)域中提供了進展，但是仍存在一些問題。一個問題是，為了使流體樣本順序地暴露于不同的溶液，有必要使閥體旋轉(zhuǎn)以通過一些外部端口將樣本處理腔室與各溶液的容器依次相連。這種設(shè)備并不十分適于由非熟練的實驗室工作人員在非實驗室環(huán)境中使用，這是因為需要將外部端口與各所需溶液的容器相連，而這是不切實際的并且當(dāng)為危險化學(xué)藥品時可能有安全隱患，以及其他原因。此外，這種設(shè)備由于其復(fù)雜性而具有較高的相關(guān)成本，并且不可能作為一次性設(shè)備節(jié)省成本，這導(dǎo)致潛在的交叉樣本污染。另外，該設(shè)備采用單獨的流體移動腔室來依次將各處理溶液傳遞到樣本，并除去任何廢料，這可導(dǎo)致在流體移動腔室中剩余材料的混合以及可能破壞靈敏的處理順序。仍需要開發(fā)一種能克服上述問題的用于處理流體樣本的設(shè)備。
WO 00/62931公開了一種微流體設(shè)備，其具有樣本入口，該入口通過一微通道與檢測模塊相連。在該設(shè)備中的流體運動由接通或斷開施加電場的芯片泵來控制。該設(shè)備可選擇地包括存儲模塊、廢物模塊、反應(yīng)模塊等，并且該申請以示例的方式公開了將該設(shè)備用于核酸擴增反應(yīng)。該設(shè)備可用于對微量體積樣本進行核酸擴增反應(yīng)，但是仍存在關(guān)于如何開發(fā)這樣一種設(shè)備的問題，該設(shè)備可用于這樣的領(lǐng)域中，其中如在臨床或環(huán)境樣本的情況下樣本容積為幾毫升。
另外，US 6,391,541公開了一種用于從流體樣本分離所需分析物的藥筒(cartridge)，該藥筒包括樣本流動通道、樣本溶解腔室、廢物腔室、分析物流動通道以及用于引導(dǎo)流體流動的流動控制器。該專利還以示例的方式公開了將該設(shè)備用于從流體樣本中分離核酸樣本。該設(shè)備還展示了處理流體樣本領(lǐng)域中的進展，但是仍存在一些問題。這些問題包括，為了可以以期望的方式(包括所期望的化學(xué)和物理處理步驟)來處理樣本，該設(shè)備包括復(fù)雜的流體通道。這需要使用多個貫穿設(shè)備的閥，這些閥需要機械打開/關(guān)閉，以確保流體以期望的方式行進。另外，該復(fù)雜的結(jié)構(gòu)可使得一些樣本留在流體藥筒內(nèi)，從而減少了最終處理的樣本量。這在大容量的、保留有低濃度的期望分析物的樣本的情況下會導(dǎo)致不準(zhǔn)確的結(jié)果。最后，該藥筒的復(fù)雜性使得該設(shè)備更難于由該領(lǐng)域中不熟練使用者操作。
已經(jīng)開發(fā)了一種克服上述問題的設(shè)備以及相關(guān)方法。該設(shè)備包括樣本處理腔室，其包括流體入口和流體出口；廢物腔室，其位于樣本處理腔室的下游并與樣本處理腔室的流體出口流體連通，并且其中在樣本處理腔室出口和廢物腔室之間的流體連通包括分叉的分析物流動通道；至少兩個附加腔室，其位于樣本處理腔室的上游并均與樣本處理腔室的流體入口流體連通；用于通過向所需的流動通道施加正壓或負壓，從而按照需要使流體從所述至少兩個附加腔室中的各個腔室運動通過樣本處理腔室，并進入廢物腔室或者分叉的分析物流動通道中的裝置；以及用于限制流體的流動的被動裝置。
將流體樣本可選擇地通過樣本腔室而引入樣本處理腔室中，其中該樣本腔室可選擇地與功能性試劑相互作用。然后，使一種或多種流體處理溶液同時或順序地從所述附加腔室中的至少一個腔室運動通過樣本處理腔室(在那里它們與流體樣本相互作用)，然后進入廢物腔室中。通過確保兩個附加腔室都與樣本處理腔室連通，可在不必依次形成各個流體連通路徑的情況下使流體運動通過該設(shè)備。通過控制用于使流體運動通過流體連通路徑的裝置，可確保各個流體通過預(yù)定的規(guī)程流動進入樣本處理腔室中，并且如果必要可使各流體在到達樣本處理腔室之前與另一流體的相互作用最小化。通過采用用于施加正壓或負壓以使流體運動通過該設(shè)備的裝置，可以以最小的復(fù)雜性形成正確的流體流動通道，并且通過使用用于限制流體流動的被動裝置，可以簡單地控制流體通道。可以以多種方式來改進該設(shè)備。這些方式可選擇地包括采用施加正壓和負壓(即真空)的組合，以使流體以受控的方式運動通過該設(shè)備；在生產(chǎn)期間使腔室預(yù)先加載任何試劑或流體，因此使得該設(shè)備的使用者不必處理這些材料；使用多個被動閥，以防止流體通過該設(shè)備回流；以及將收集腔室集成入該設(shè)備中，從而可以直接收集處理過的樣本用于進一步使用，例如用于核酸擴增。另外，可以選擇性地使用一個或者多個腔室，使得可以對一種或多種流體(包括流體樣本)進行物理處理，例如熱、聲學(xué)、光學(xué)、電處理、傳感或者監(jiān)測技術(shù)。
本發(fā)明的設(shè)備具有一些優(yōu)點。這些優(yōu)點包括其可被容易地設(shè)計成適應(yīng)多種預(yù)定的處理順序，包括化學(xué)和物理步驟，從而能夠簡單地使用流體處理裝置；該設(shè)備采用單個處理腔室，因此使樣本損失最小；該設(shè)備、包括所有的化學(xué)試劑和任何生成的廢物可完全集成在單個單元中，因此使樣本污染最小化并且減少了使使用者暴露于潛在危險材料的可能性；由于減少了所使用的運動部件的數(shù)量，因此可能提高可靠性和使用簡單性，即使對于具有很少或者沒有實驗室訓(xùn)練的使用者來說也是如此；以及制造廉價，這意味著該設(shè)備可設(shè)計為一次性的，從而進一步減少樣本交叉污染的危險。
本發(fā)明的一個目的是開發(fā)一種用于處理流體樣本的設(shè)備以及相關(guān)方法。本發(fā)明的另一目的是設(shè)計這樣一種設(shè)備，其能夠?qū)α黧w樣本以預(yù)定的順序進行一系列的順序的化學(xué)或物理處理步驟，優(yōu)選在核酸擴增反應(yīng)之前醇化并濃縮流體樣本。本發(fā)明的另一目的是設(shè)計這樣一種設(shè)備，其易于由具有很少或者沒有實驗室訓(xùn)練的使用者在非實驗室環(huán)境下使用。本發(fā)明的又一目的是設(shè)計這樣一種設(shè)備，使得任何所需的化學(xué)藥品或廢棄產(chǎn)物都保持集成在設(shè)備中，以使得使用者暴露于樣本、化學(xué)品或者廢物的可能性最小化。本發(fā)明的又一目的是設(shè)計這樣一種設(shè)備，其制造廉價，從而在一次使用后可被處理掉，因此減少了樣本交叉污染的可能性并不必對大量設(shè)備進行消毒。從如下公開中將明白本發(fā)明的這些和其它目的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種用于處理流體樣本的設(shè)備，其包括(i)樣本處理腔室，其包括流體入口和流體出口；(ii)廢物腔室，其位于樣本處理腔室的下游并與樣本處理腔室的流體出口流體連通，并且其中在樣本處理腔室出口和廢物腔室之間的流體連通包括分叉的分析物流動通道；(iii)至少兩個附加腔室，其位于樣本處理腔室的上游并均與樣本處理腔室的流體入口流體連通；(iv)用于通過向所需的流動通道施加正壓或負壓，從而按照需要使流體從所述至少兩個附加腔室中的各個腔室運動通過樣本處理腔室并進入廢物腔室或者分叉的分析物流動通道中的裝置；以及(v)用于限制流體的流動的被動裝置。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種處理流體樣本的方法，包括(i)將樣本放置在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的樣本處理腔室中；(ii)施加正壓或負壓以使流體運動通過該設(shè)備；(iii)對該樣本進行一個或多個處理步驟；以及(iv)從所述分叉的分析物流動通道收集處理過的樣本。
根據(jù)第三方面，本發(fā)明涉及將根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備用于從流體樣本提純并濃縮核酸材料的用途。
在這里引用的所有出版物除非另有說明，其全部內(nèi)容均已參考的方式在此引用。
這里使用的術(shù)語“流體連通”是指存在于所關(guān)心腔室之間的通道，盡管流體流受到用于限制流體流動的一個或多個被動裝置的限制，但流體可原則上可以流過該通道。
這里使用的術(shù)語“連續(xù)的流體連通”是指始終存在于所關(guān)心腔室之間的通道，流體可流過該通道。
這里使用的術(shù)語“用于限制流體流動的被動裝置”是指限制流體流過給定通道的裝置，但是其中可通過被動地，即純粹地向裝置或者流動通道自身施加正壓或負壓來克服該限制，從而允許流體沿著給定的通道流動。可選地，這些裝置可由被動動作打開或由被動動作關(guān)閉。另外，根據(jù)施加壓力的位置，該裝置可允許流體沿著任一方向流過該裝置所處的流體流動通道，或者該裝置僅允許流體沿著單一方向流過流體流動通道。
這里使用的術(shù)語“流體樣本”是指任何以氣體、液體、包括由溶劑溶解的樣本的溶液、或者包括一個或多個相的流體體系(例如，乳劑)存在的樣本?！傲黧w樣本”還可指這樣的樣本，其最初以固態(tài)或者粘性液體被引入該設(shè)備中，但是然后通過添加一定量的溶劑被稀釋或者溶解。
這里使用的術(shù)語“功能性試劑”是指用于本發(fā)明的設(shè)備或方法中的固態(tài)化學(xué)或物理試劑。其可包括以固態(tài)粉末、小珠、膠囊、壓片等定量的一種或多種化學(xué)試劑，包括與流體樣本相互作用的試劑。這種試劑的適當(dāng)示例包括但并不限于溶解試劑，例如離液序列高的鹽、核酸靶、核酸合成對照物、噬菌體、凍干的酶、染料、清潔劑等。然而，功能性試劑還應(yīng)該理解為包括用于與流體樣本相互作用的物理工具。這些物理工具可包括但并不限于磁力攪拌珠、加熱裝置、包被有抗體的磁性珠等。
下面將更詳細地描述所述設(shè)備的元件。
本發(fā)明涉及一種用于處理流體樣本的設(shè)備，包括樣本處理腔室、廢物腔室、至少兩個附加腔室、和用于通過向所需的流動通道施加正壓或負壓，從而按照需要使流體從所述至少兩個附加腔室中的各個腔室運動通過樣本處理腔室，并進入廢物腔室或者分叉的分析物流動通道中的裝置；其特征在于，所述至少兩個附加腔室中的各個腔室均與樣本處理腔室流體連通，并且樣本處理腔室與廢物腔室流體連通。本發(fā)明的實施方式便于根據(jù)預(yù)定的規(guī)程來處理流體樣本。
樣本處理腔室是在其中對流體樣本自身進行一個或多個處理步驟的設(shè)備區(qū)域。這些處理步驟可包括化學(xué)處理步驟，例如稀釋樣本、使用一種或多種緩沖劑溶液來順序清洗樣本、使樣本與一種或多種化學(xué)試劑反應(yīng)，但是也可包括物理步驟，例如用一種或多種熱輻射來照射流體樣本、對流體樣本進行聲學(xué)處理等。樣本處理腔室可選擇地包括活動部件，優(yōu)選地為從下組中選擇的捕獲元件，該組包括微流體芯片、固相材料、過濾器、過濾器組、親和性基質(zhì)、磁分離基質(zhì)、體積排阻柱、毛細管以及它們的混合物。優(yōu)選地，樣本處理腔室包括能夠捕獲流體樣本中的生物材料的捕獲元件，例如能夠捕獲細胞、孢子、病毒、大分子或小分子、蛋白質(zhì)等。所選擇的正確的捕獲元件將取決于待捕獲材料的性質(zhì)。這里使用的優(yōu)選捕獲元件為玻璃纖維過濾器，其橫跨樣本處理腔室的部分或整個內(nèi)表面區(qū)域延伸。
樣本處理腔室包括流體入口和流體出口，并且一方面與至少兩個附加腔室流體連通，另一方面與廢物腔室流體連通。廢物腔室位于樣本處理腔室的下游并與樣本處理腔室的流體出口流體連通，并且至少兩個附加腔室位于樣本處理腔室的上游并均與樣本處理腔室的流體入口流體連通。這些流體連通中的至少一個可以為連續(xù)的流體連通。在樣本處理腔室出口和廢物腔室之間的流體連通包括分叉的分析物流動通道。該流體連通也可以是連續(xù)的流體連通。該設(shè)備還包括這樣的裝置，其用于通過向所需的流動通道施加正壓或負壓，從而按照需要使流體從所述至少兩個附加腔室中的各個腔室運動通過樣本處理腔室，并進入廢物腔室或者分叉的分析物流動通道中。優(yōu)選地，用于使流體從所述兩個附加腔室中的每一個腔室運動通過樣本處理腔室并進入廢物腔室或者分叉的分析物流動通道中的裝置，使流體順序地從至少兩個附加腔室中的第一腔室運動通過樣本處理腔室并進入廢物腔室中，然后從另一附加腔室運動通過樣本處理腔室并進入廢物腔室或者分叉的分析物流動通道中。
用于使流體運動的多種不同裝置都是可接受的。這些裝置通過向期望的流動通道施加正壓或負壓而使流體運動。用于施加負壓的裝置的一個示例為用于產(chǎn)生真空的裝置，該真空通過出口部(例如廢物腔室上的出口部或者分叉的分析物流動通道上的出口部)與該設(shè)備相連，并且能夠按需要吸引流體通過該設(shè)備。該真空可以使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的幾種不同的裝置中的一種與出口部件相連。將真空與出口部相連的一種有效的方法是使用風(fēng)箱，這是因為這些風(fēng)箱可以容易地與甚至較小的出口部相連，可以提供高容忍度并降低了對于非常準(zhǔn)確地處理的需求。如果該設(shè)備將以機械的方式或者由非熟練的工作人員操作，則這種布置尤其有用。優(yōu)選地，設(shè)備的廢物腔室包括一出口部，用于產(chǎn)生真空的裝置可與該出口部相連。這樣的結(jié)果是，真空能夠?qū)⒘黧w從附加腔室中的至少一個腔室引導(dǎo)通過樣本處理腔室并進入廢物腔室中。還優(yōu)選的是，分叉的分析物流動通道包括出口部，從而可以在這里容易地安裝用于產(chǎn)生真空的裝置。也可以多種方式來采用用于產(chǎn)生真空的裝置。例如，其可以適于以預(yù)定順序?qū)⒘黧w引導(dǎo)通過該設(shè)備?？蛇x擇地，該設(shè)備可設(shè)計成包括用于限制流體流過該設(shè)備的被動裝置，從而需要增加的真空力從各個腔室順序釋放流體，由此通過在使用期間增加真空度，可以例如通過控制流體流動通道的尺寸或者通過加入膜或閘門(其需要被動地打開以允許流體流動)，來順序地引導(dǎo)來自第一腔室的流體然后引導(dǎo)來自另一腔室的流體。使用真空也可適于將空氣引導(dǎo)通過該設(shè)備作為在各流體運動之間的中間步驟，從而清理流體連通路徑，并且不同的流體在進入樣本處理腔室之前不會彼此相互作用。這對于非常靈敏的樣本處理規(guī)程是很重要，例如其中在進入樣本處理腔室之前第一緩沖劑與第二緩沖劑的相互作用會中和其效果，或者其中非常少量的材料整體到達樣本是很重要的。如果使用真空，則還優(yōu)選的是考慮可通過真空使設(shè)備內(nèi)的任何材料霧化并從該設(shè)備排出至大氣中。如果該設(shè)備適于與這樣的試劑一起使用，該試劑如果釋放就會造成安全危害，則采用該設(shè)備最小化或者消除霧化材料的釋放是很重要的。這樣一種可行的變化是將過濾膜加入至該設(shè)備中，或者加入至用于施加真空的裝置中，從而使得霧化材料被捕獲并且不會釋放到大氣中。
用于使流體運動通過該設(shè)備的另一合適裝置的示例為這樣的裝置，其用于在流體后面施加正壓或者力。同樣可以通過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的多種裝置來施加這種力。一個示例為在多個附加腔室中的一個使用活塞，該活塞的壓下使得腔室中的任何流體通過流體連通路徑排進樣本處理腔室中，并然后進入廢物腔室中。另外，使用用于在流體后面施加力的裝置，例如使用活塞可適于使得流體從至少兩個附加腔室同時或者順序運動，優(yōu)選從附加腔室順序地通過樣本處理腔室并進入廢物腔室或者分叉的分析物流動通道中。例如，可使一系列活塞中的一個或多個順序地壓下，以使流體順序地從第一附加腔室運動通過樣本處理腔室進入廢物腔室，并且然后從另一附加腔室運動等等。在所述的兩種情況下，可通過使用注射器、活塞、泵等手動地提供用于使流體運動的裝置，或者通過將本發(fā)明的設(shè)備集成至能夠按需要提供動力和裝置的另一設(shè)備中而機械地提供用于使流體運動的裝置。另外，這種用于施加正壓的裝置可以與用于限制流體流過該設(shè)備的被動裝置結(jié)合使用。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的設(shè)備中，采用用于產(chǎn)生真空的裝置以及用于在流體后面施加力的裝置的組合，來使流體從附加腔室中的至少一個腔室運動通過樣本處理腔室并進入廢物腔室中。一起使用這兩個裝置的優(yōu)點在于，在流體后面的初始力促使流體從任何給定腔室釋放，真空可引導(dǎo)流體流動通過該設(shè)備，因此防止其從期望通道轉(zhuǎn)向。這使得所述設(shè)備容易設(shè)計成使得流體可根據(jù)預(yù)定的規(guī)程從附加腔室順序地流過樣本處理腔室。
通過貫穿所述設(shè)備的、以期望的方式連接腔室的一個或多個通道，來提供本發(fā)明的流體連通路徑。該設(shè)備設(shè)計成使得至少兩個附加腔室在流體中通過樣本處理腔室并進入廢物腔室或分叉的分析物流動通道中。例如，可使一系列活塞中的一個或多個順序地壓下，以使流體順序地從第一附加腔室運動通過樣本處理腔室進入廢物腔室，并且然后從另一附加腔室運動等等。在所述兩種情況下，可通過使用注射器、活塞、泵等手動地提供用于使流體運動的裝置，或者通過將本發(fā)明的設(shè)備集成至能夠按需要提供動力和裝置的另一設(shè)備中而機械地提供用于使流體運動的裝置。另外，這種用于施加正壓的裝置可以與用于限制流體流過該設(shè)備的被動裝置結(jié)合使用。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的設(shè)備中，采用用于產(chǎn)生真空的裝置以及用于在流體后面施加力的裝置的組合，來使流體從附加腔室中的至少一個腔室運動通過樣本處理腔室并進入廢物腔室中。一起使用這兩個裝置的優(yōu)點在于，在流體后面的初始力促使流體從任何給定腔室釋放，真空可引導(dǎo)流體流動通過該設(shè)備，因此防止其從期望通道轉(zhuǎn)向。這使得所述設(shè)備容易設(shè)計成使得流體可根據(jù)預(yù)定的規(guī)程從附加腔室順序地流過樣本處理腔室。
通過貫穿所述設(shè)備的、以期望的方式連接腔室的一個或多個通道，來提供本發(fā)明的流體連通路徑。該設(shè)備設(shè)計成使得至少兩個附加腔室與樣本處理腔室流體連通。這些腔室可選擇地設(shè)計成各自具有單獨的流出通道，它們在進入樣本處理腔室之前在同一點處相連。優(yōu)選地，只有一個用于使溶液進入樣本處理腔室中的進入點，即樣本處理腔室入口，以降低設(shè)計的復(fù)雜性。這樣，優(yōu)選地，來自各個附加腔室的流出通道在進入樣本處理腔室之前匯合然后流入共同的樣本處理通道中。這些流體連通中的一個或多個可以為連續(xù)的流體連通。
為了使以不適當(dāng)?shù)姆绞搅鬟^腔室的流動最小化，優(yōu)選地該設(shè)備包括用于限制流體流動通過該設(shè)備的被動裝置，該設(shè)備設(shè)計成具有這樣的特征其限制任何特定流體流動路徑直到需要該流動路徑之時。否則，將導(dǎo)致流體從多個腔室同時流動，并因此會破壞樣本處理順序或者可導(dǎo)致流體從廢物腔室回流通過該設(shè)備。控制這種流動的合適方法的示例包括使用一個或多個覆蓋通道的膜，當(dāng)在它們后面或前面施加壓力時所述膜將破裂；使用極小直徑的通道，在不施加力的情況下流體由于其表面張力而不能流過所述通道；使用抽吸力預(yù)先填充任何包括緩沖劑溶液的腔室，該抽吸力可用于將這種流體保持在適當(dāng)?shù)奈恢弥钡绞┘俞尫潘牧Γ皇褂秘灤┰撛O(shè)備的閥，其通過真空、壓力、磁體等操作；將流體連通路徑設(shè)計成包括需要完全填充以形成流體連通的較小的容器，該流體連通允許在沒有溢出的情況下容納較小的泄漏，等等。優(yōu)選地，該設(shè)備包括這些特征中的一個或多個，以確保適當(dāng)?shù)牧黧w流動。在本發(fā)明的設(shè)備中，優(yōu)選地，用于限制流體流動的被動裝置包括一容器，該容器位于在至少兩個附加腔室中的至少一個腔室與樣本處理腔室之間的流體連通中。還優(yōu)選地，用于限制流體流動的被動裝置包括較小直徑的流體通道，從而流體不會在沒有施加正壓或負壓的情況下流過該通道，該流體通道位于在至少兩個附加腔室中的至少一個腔室與樣本處理腔室之間的流體連通中。更優(yōu)選地，在至少兩個附加腔室中的至少一個腔室與樣本處理腔室之間的連續(xù)流體連通包括這兩個特征。用于限制流體流動的被動裝置的該示例允許在設(shè)備內(nèi)形成連續(xù)流體連通通道，同時控制設(shè)備內(nèi)的流體流動。這還進一步降低了設(shè)備的復(fù)雜性。
樣本處理腔室同樣通過廢物通道與廢物腔室流體連通。還重要的是，在廢物腔室中的材料不能流回到樣本腔室中。因此，優(yōu)選地將該設(shè)備設(shè)計成在樣本處理腔室和廢物腔室之間加入用于限制流體流動的被動裝置。優(yōu)選包括被動閥(優(yōu)選為單向閥)，其位于樣本處理腔室和廢物腔室之間的流體連通中，以防止這種回流。優(yōu)選地，該被動閥位于分叉的分析物流動通道的下游。一種簡單的方案為采用小珠，例如玻璃珠，其位于流體通道中將其與樣本處理腔室相連的點處的廢物腔室的開口中。當(dāng)該設(shè)備處于使用中且流體從樣本處理腔室運動到廢物腔室時，流體的流動或者使用真空將會從開口釋放小珠，因此允許流體流動。當(dāng)沒有流體流動時，小珠將返回座在廢物腔室的開口中，因此防止了液體回流通過該設(shè)備。優(yōu)選地，采用通過廢物腔室的真空來操作該閥。
用于限制流體流動的被動裝置的另一示例為使用重力來控制流體的流動。優(yōu)選地，在進入樣本處理腔室之前，優(yōu)選用真空引導(dǎo)流體向上通過預(yù)處理通道。然后，流體從上方(在那里其可通過重力而落下經(jīng)過該腔室)進入樣本處理腔室。還優(yōu)選地，當(dāng)流體通過廢物通道離開樣本處理腔室時，其再次向上流動并從頂部進入廢物腔室。這種結(jié)構(gòu)也可以防止流體回流通過該設(shè)備，例如從廢物腔室進入樣本處理腔室以及從樣本處理腔室進入附加腔室。根據(jù)所關(guān)心的特定用途，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員能夠?qū)⒃撛O(shè)備設(shè)計成包括任何從那些所述的以及其它機構(gòu)中選擇的必需的流體流動控制機構(gòu)。
來自樣本處理的廢料被收集在廢物腔室中。優(yōu)選地，將該廢物腔室完全集成至本發(fā)明的設(shè)備中，從而不需要額外的瓶子來收集并然后處理掉這種廢物。如果所關(guān)心材料是危險的或者有傳染性的，那么這是尤為優(yōu)選的，因為這使得對于使用者處理的需要最小化。廢物腔室應(yīng)具有足夠的容積，以能夠容易地保持在樣本處理過程中使用的所有流體。優(yōu)選地，廢物腔室容納在該設(shè)備內(nèi)的任何多余空間中，所述空間位于樣本處理腔室和至少兩個附加腔室之間和周圍。這使得能夠最有效地利用空間，因此將設(shè)備的整體尺寸保持為最小。如前所述，優(yōu)選地，廢物腔室包括一出口，該出口可與用于產(chǎn)生真空的裝置相連，從而可以向該設(shè)備施加真空以將流體流直接引導(dǎo)通過該設(shè)備并進入廢物腔室中。
該設(shè)備還包括至少兩個附加腔室。根據(jù)該設(shè)備的用途，這些附加腔室可以起到多種作用。這種腔室的可能示例可包括緩沖劑腔室或者樣本腔室，該緩沖劑腔室包括在樣本處理規(guī)程中所需要的緩沖劑溶液或者水，流體或者固體樣本可以最初引入該設(shè)備的樣本腔室中并且該樣本腔室可選擇地包括與樣本相互作用的第一試劑，或者在該樣本腔室中固體樣本最初溶解在溶劑中，或者可選地將樣本在其中進行物理處理。在制造期間，這些腔室可預(yù)先填充有所需溶液或試劑。這具有一些優(yōu)點，包括使用者不必關(guān)心從大量化學(xué)溶液中準(zhǔn)確地測量等分試樣，腔室自身不必安裝在溶液的容器上，并且腔室可以預(yù)載填充有氣泡，當(dāng)吸引流體通過該設(shè)備時，該氣泡可跟隨流體流動，以確保在使用隨后的流體之前清理流體通道。這些腔室可選擇地包括內(nèi)部局部障礙物，例如延伸通過內(nèi)部腔室的一部分的塑料心軸，如果施加真空或者力，則該心軸可用于使腔室內(nèi)的固體試劑的運動最小化。同樣，這些腔室可包括膜，以防止在在前樣本處理步驟期間所包含物被過早釋放，或者例如通過污染或汽化而破壞了包含物。在本發(fā)明的一個實施例中，優(yōu)選地，至少兩個附加腔室中的至少一個腔室預(yù)填充有從下組中選擇的緩沖劑溶液，該組包括乙酸鉀和三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽的水溶液，或者乙酸鉀和三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽的乙醇水溶液。還優(yōu)選地，至少兩個附加腔室中的至少一個腔室用作樣本腔室，其包括一入口部，樣本可通過該入口部被引入該設(shè)備中。另外，優(yōu)選地，該樣本腔室包括一試劑，優(yōu)選地為包括溶解試劑的試劑，更優(yōu)選地為離液序列高的鹽。其可以為固體珠的形式或者被凍干到腔室內(nèi)的一個或多個表面上。
如果需要可以將該設(shè)備的腔室(包括一個或多個附加腔室和/或樣本處理腔室)自身設(shè)計成，使得在處理順序中可以對腔室的包含物實施物理步驟。例如，腔室壁可包括加熱元件，用于加熱其包含物，它們可以為柔性的以允許聲學(xué)處理，它們可以透過一種或多種波長的光以允許光學(xué)處理、傳感或者監(jiān)測等。優(yōu)選地，該設(shè)備腔室中的至少一個腔室涂覆有例如在WO 98/24548中披露的導(dǎo)電聚合物。如果需要這種物理處理，則該設(shè)備應(yīng)設(shè)計成將腔室定位成易于并有效地接近物理處理源。例如，該腔室可定位成朝向設(shè)備的外表面，或者可在設(shè)備主體的外側(cè)局部或完全延伸從而該腔室的一部分能夠與物理處理源(例如，光源或者熱源)相互作用。優(yōu)選地，該設(shè)備的至少一個腔室位于設(shè)備主體的外部，且保持與樣本處理腔室流體連通，并且還優(yōu)選地該腔室具有壁，這些壁至少部分涂覆有導(dǎo)電聚合物?？蓛?yōu)選地位于設(shè)備主體外部的腔室的示例包括其中需要加熱分析物或任何緩沖劑的任何腔室。
另外，該設(shè)備也可設(shè)計成包括一個或多個過濾膜。如前所述，優(yōu)選地，樣本處理包括捕獲元件。同樣如前所述，如果該設(shè)備包括與用于產(chǎn)生真空的裝置相連的出口，則優(yōu)選地將一過濾器加入至該設(shè)備中或者用于產(chǎn)生真空的裝置中，從而防止霧化材料被釋放進大氣中。另外，該設(shè)備可包括例如在連通路徑中的其它過濾器，以防止固體顆粒導(dǎo)致阻塞。過濾器的另一可選用途是，在進入設(shè)備前在樣本腔室的入口部過濾樣本?；蛘?，如果該設(shè)備包括一入口部，通過該入口部將空氣從大氣引入該設(shè)備中，則有必要使用過濾膜，以確保來自大氣的任何污染不會進入設(shè)備中并潛在地污染所處理的樣本。優(yōu)選地，該樣本腔室入口部包括過濾膜，該濾膜可以在將樣本引入樣本處理腔室之前或之后安置。
本發(fā)明的設(shè)備可選擇地包括收集腔室，處理過的樣本可直接收集在該收集腔室中。該腔室可以集成至在該設(shè)備中，或者如果需要該設(shè)備可設(shè)計成使得該腔室簡單且可靠地夾在適當(dāng)?shù)奈恢?。?dāng)適當(dāng)時，該腔室可位于分析物流動通道的下游并與分叉的分析物流動通道出口連通并因此與樣本處理腔室流體連通?？蛇@樣操作該設(shè)備，使得可使用用于使流體在設(shè)備內(nèi)運動的裝置來將樣本引入該腔室中。例如，該設(shè)備還可設(shè)有用于使處理過的樣本從樣本處理腔室運動進入收集腔室中的裝置。因此，可通過與用于使流體運動進入廢物腔室中的裝置斷開連接并連接用于使流體運動進入收集腔室中的裝置，而將流體從樣本處理腔室引入收集腔室中。優(yōu)選地，這種裝置包括用于產(chǎn)生真空的裝置，該裝置通過第二出口與收集腔室相連，在這種情況下真空路徑從樣本處理腔室流過收集腔室，因此將來自廢物腔室的任何流體轉(zhuǎn)向而進入收集腔室中。如前所述，如果使用真空，則有利地將過濾膜裝配在該設(shè)備中真空的上游，以防止來自樣本的霧化材料進入大氣。與其它腔室一樣，收集腔室可設(shè)計成可以對其進行物理處理、傳感或監(jiān)測，并且可在設(shè)備主體外側(cè)完全或部分地延伸，從而便于收集腔室與物理處理源相互作用。高度優(yōu)選收集腔室適用于核酸擴增。因此，優(yōu)選地，收集腔室位于設(shè)備主體的外部，其包括至少部分涂覆有導(dǎo)電聚合物的壁以便于樣本的熱循環(huán)，并且還包括透明部分，通過該透明部分可以用光學(xué)的方式(優(yōu)選地通過熒光)監(jiān)測核酸擴增反應(yīng)?；蛘?，收集腔室是可拆卸的，從而一旦收集了處理過的樣本，則可將其移除以用于別處。集成(如果可拆卸)的收集腔室的其中一個主要優(yōu)點在于，可以在無需任何介入或額外設(shè)備的情況下收集處理過的樣本。另外，這對于使用者簡化了該設(shè)備，使交叉樣本污染最小化并使使用者暴露于樣本的可能性最小。然而，如果收集腔室預(yù)先定量有降解試劑，則有用的是單獨存儲收集腔室，并且如果需要則將其安裝在設(shè)備上。這種試劑的示例包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的、對于核酸擴增反應(yīng)和檢測體系所需的試劑，例如，核酸引物、核酸探針、熒光染料、酶緩沖劑、核苷酸、鎂鹽、牛血清白蛋白、變性劑等。
在一些情況下，一旦主樣本處理規(guī)程完成，則樣本有必要在被收集到收集腔室中之前進一步與另一試劑相互作用。可通過選擇性地在該設(shè)備中包括附加腔室、在樣本處理腔室和收集腔室之間的后處理腔室來實現(xiàn)該最后步驟。在已經(jīng)從樣本處理洗提出處理過的樣本后，其進入后處理腔室并與試劑相互作用，該試劑例如是在逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)核酸擴增中逆轉(zhuǎn)錄酶步驟中所需的試劑?；蛘?，該設(shè)備可設(shè)有后處理腔室，其位于收集腔室的下游并包含所關(guān)心的最終試劑。然后，可施加真空以將處理過的樣本從樣本處理腔室引導(dǎo)通過收集腔室并進入后處理腔室中，從而允許處理過的樣本進一步與其中的任何試劑相互作用，然后斷開真空并將通過廢物腔室重新施加真空，以將完全處理的樣本引導(dǎo)回到收集腔室中。與其它腔室一樣，優(yōu)選地，該設(shè)備可定量有任何這種試劑，以使得使用者必須處理這些材料的必要性最小化。當(dāng)該設(shè)備用于制備用于核酸擴增的樣本時，優(yōu)選地所述試劑包括從下組中選擇的一種或多種試劑，該組包括核酸引物、核酸探針、熒光染料、酶緩沖劑、核苷酸、鎂鹽、牛血清白蛋白、變性劑等。
該設(shè)備自身可具有多種不同的設(shè)計、形狀、尺寸，并且可根據(jù)特定用途而由多種不同的材料制成。為了使設(shè)備成本最小并且確保對于單一用途而經(jīng)濟可行地生產(chǎn)，優(yōu)選地，該設(shè)備由諸如熱塑性材料的廉價材料制成，例如聚乙烯或聚丙烯、聚碳酸脂、丙烯酸、尼龍或丁二烯-苯乙烯共聚物或者它們的混合物。優(yōu)選地，該設(shè)備由盡可能少的元件制成。這樣，優(yōu)選地，設(shè)備主要部分制成為單獨的注塑單元，包括腔室和主要通道。優(yōu)選地，通過將注塑單元的基底超聲焊接到包括通道路徑的板上而形成復(fù)雜的通道。稍后增加任何活塞(可以為蓋子)，以防止在使用后任何材料泄漏以及污染廢物的逃逸。進一步優(yōu)選該設(shè)備由可焚化的材料制成，從而在使用后，可容易地處理包括任何廢物的該設(shè)備，而不會增加廢物或者使得使用者暴露于所涉及化學(xué)制品的任何危險。該設(shè)備可以為透明或者半透明的。有利地，也可以對任何活塞進行顏色標(biāo)記，以幫助指導(dǎo)不熟練的使用者正確使用該設(shè)備。
該設(shè)備還可選擇地設(shè)計成，使其可以與另一額外設(shè)備集成，該額外設(shè)備例如可以為流體樣本瓶，從而一旦從病人或者環(huán)境收集流體樣本，就可以將其引入流體處理設(shè)備中而不會有任何溢出，或者該額外設(shè)備是樣本收集錐形物，從而樣本可以直接收集在流體處理設(shè)備中。這兩個設(shè)備可通過使用密封件(例如，快速配合密封件、螺釘密封件或其它裝置)而集成在一起。如果本發(fā)明的設(shè)備由塑料模制而成，則這些密封裝置可以容易地結(jié)合成形。這種集成進一步簡化了在非實驗室環(huán)境中具有很少或者沒有科學(xué)訓(xùn)練的人員對該設(shè)備的使用，并且還使得使用者與樣本本身的相互作用最小。
另外，該設(shè)備可集成有機械設(shè)備。這是由于多個原因，包括為了用物理設(shè)備(例如，真空或者活塞壓下)將該設(shè)備用于使流體運動，或者用于對設(shè)備的一個或多個腔室實施物理處理步驟，例如熱、光學(xué)或聲學(xué)處理、傳感或監(jiān)測。如果需要這種集成，則重要的是確保該設(shè)備設(shè)計成使其可有效地與這樣的額外物理設(shè)備相集成。還重要的是，確保這種集成盡可能的簡單，以使其可由非熟練工作人員有效地使用。這可包括將該設(shè)備設(shè)計成使其僅可沿單一取向被集成，使用色標(biāo)來幫助取向等。
本發(fā)明還涉及一種處理流體樣本的方法，包括(i)將樣本放置在根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的樣本處理腔室中；(ii)施加正壓或負壓以使流體運動通過該設(shè)備；(iii)使該樣本經(jīng)受一個或多個處理步驟；以及(iv)從所述分叉的分析物流動通道收集處理過的樣本。
所述處理步驟可以為化學(xué)步驟或物理步驟。
根據(jù)第三方面，本發(fā)明涉及將根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備用于從流體樣本純化并濃縮核酸材料。優(yōu)選可以這樣制備這種樣本，以使其可經(jīng)受核酸擴增，例如聚合酶鏈反應(yīng)擴增。


現(xiàn)在將參照在下列附圖中示出的本發(fā)明設(shè)備的具體實施方式
來描述本發(fā)明，其中圖1從側(cè)面顯示了設(shè)備的立體圖；圖2從底部顯示了設(shè)備的立體圖；圖3從頂部顯示了設(shè)備的立體圖，其中移除了頂板從而可看到內(nèi)部腔室；圖4顯示了設(shè)備底板的內(nèi)部視圖；圖5是沿著A-A的設(shè)備的剖視圖，顯示了對于PCR使用該設(shè)備來處理流體樣本的第一步驟；圖6是沿著B-B的設(shè)備的剖視圖，顯示了對于PCR使用該設(shè)備來處理流體樣本的第二步驟；
圖7是沿著C-C的設(shè)備的剖視圖，顯示了對于PCR使用該設(shè)備來處理流體樣本的第三步驟；圖8是沿著D-D的設(shè)備的剖視圖，顯示了對于PCR使用該設(shè)備來處理流體樣本的第四步驟；以及圖9是沿著E-E的設(shè)備的剖視圖，顯示了對于PCR使用該設(shè)備來處理流體樣本的第五步驟。
具體實施例方式
圖1顯示出本發(fā)明的設(shè)備2，其包括樣本腔室4、具有第一活塞8的第一緩沖劑腔室6、具有第二活塞12的第二緩沖劑腔室10。第一活塞8和第二活塞12包括插口34，以允許它們與外部設(shè)備集成從而在使用過程中使活塞運動。設(shè)備2還包括小容積水腔室14，其延伸超過設(shè)備2的主體。該小容積水腔室可包括環(huán)繞該腔室的膜密封件，從而腔室中的水不會在存儲期間或者樣本處理的初期階段汽化。該膜例如為0.1-0.2mm的薄塑料片，由丙烯腈丁二烯苯乙烯制成表層。該設(shè)備還包括第一出口部16和第二出口部18，通過這些出口可以將一個或多個真空與設(shè)備2相連。樣本腔室4包括蓋20，其通過臂22安裝在設(shè)備2的主體上，臂22可繞著栓24樞轉(zhuǎn)。在將樣本(未示出)引入樣本腔室4中后，將蓋20繞著栓24樞轉(zhuǎn)到將樣本腔室4密封的位置。蓋20還包括入口26，空氣可通過該入口借助泵(未示出)而被引入設(shè)備2中。設(shè)備2還包括通道28，該通道從設(shè)備2的底部延伸到頂部，并且位于設(shè)備2主體的外部。該通道28形成了該設(shè)備的流體連通網(wǎng)的一部分。將設(shè)備2的底板30和設(shè)備2的頂板32作為單獨的單元制造，并且在制造的最后階段裝配在設(shè)備2上。
參照圖2，設(shè)備2包括頂板32、底板30以及外部通道28。該視圖顯示出該設(shè)備具有三個容器50、52和54，它們也位于設(shè)備2的主體的外部。容器50在樣本腔室的下方，容器52在第一緩沖劑腔室的下方，而容器54在第二緩沖劑腔室的下方。這些容器(50、52和54)用作機構(gòu)的一部分，以防止來自這些腔室每一個的樣本或緩沖劑以不適當(dāng)?shù)姆绞搅鬟^該設(shè)備的流體連通網(wǎng)。設(shè)備2的底板30還包括收集腔室56，該收集腔室也位于設(shè)備2主體的外部。一旦流體樣本(未示出)已經(jīng)完全純化，則其就進入分叉的分析物流動通道并然后進入收集腔室56，在那里可以對其進行PCR擴增反應(yīng)。優(yōu)選地，收集腔室56涂覆有導(dǎo)電聚合物(未示出)，并且包括兩個透明的面58，通過這些面可以監(jiān)測核酸擴增反應(yīng)。
參照圖3，設(shè)備2包括樣本腔室4、第一緩沖劑腔室6和第二緩沖劑腔室10。設(shè)備2包括廢物腔室100，該廢物腔室是在設(shè)備主體中包圍其它內(nèi)部腔室的死空間。該設(shè)備包括樣本處理腔室102。該腔室通過預(yù)處理通道104與樣本腔室4和緩沖劑腔室6、10流體連通。樣本處理腔室102通過廢物通道28與廢物腔室100流體連通，該廢物通道通過廢物端口106與廢物腔室100相連。該設(shè)備還包括后處理腔室108，其與第二真空出口部(18，在該立體圖中未示出)相連并且還與樣本處理腔室102相連(連通未示出)。
參照圖4，底板30包括樣本容器50、第一緩沖劑容器52和第二緩沖劑容器54。底板還包括樣本通道152、第一緩沖劑通道154和第二緩沖劑通道156，其提供了分別從樣本腔室、第一緩沖劑腔室和第二緩沖劑腔室(未示出)通過預(yù)處理通道到樣本處理腔室(未示出)的流體連通，該預(yù)處理通道的基底如158所示。樣本處理腔室的基底160與廢物腔室的基底162流體連通。樣本處理腔室的基底160也通過分叉的分析物流動通道和收集腔室(未示出)與后處理腔室的基底164流體連通。
參照圖5，樣本200通過樣本腔室4被引入設(shè)備2中。一旦處于樣本腔室中，就關(guān)閉樣本腔室蓋20。該蓋包括過濾器202，該過濾器防止來自空氣的污染物進入設(shè)備中并還防止霧化樣本離開設(shè)備。在樣本腔室中，該設(shè)備與第一試劑珠204相互作用，該試劑珠包括溶解試劑，該溶解試劑包含離液序列高的鹽(例如，鹽酸胍)，以溶解樣本中的任何細菌。第一試劑可選擇地包括核酸靶，其在后來能夠用作使隨后的PCR擴增反應(yīng)的效率規(guī)格化的手段。在樣本與第一試劑相互作用后，通過第一真空出口部向設(shè)備施加真空(在該剖視圖中示出了真空，但是沒有示出第一真空出口部16)。該真空首先將樣本引入樣本腔室容器50中，沿著樣本通道152到達預(yù)處理通道的基底158。然后樣本被沿著預(yù)處理通道104向上引入樣本處理腔室102中。樣本處理腔室102包括過濾裝置206，例如玻璃纖維過濾器，在樣本經(jīng)過該過濾器時該過濾裝置能夠從樣本中分離任何核酸。然后，真空將樣本從過濾器引出到樣本處理腔室的基底160、到達廢物通道的基底162并然后向上進入廢物通道28中。在廢物通道的頂部處，已經(jīng)在此除去了所有核酸的樣本通過廢物通道出口106進入廢物腔室100中。該圖并沒有顯示在廢物腔室中的廢料。該廢物通道包括小珠208，該小珠位于廢物通道的基底162中。當(dāng)施加真空時，小珠208在廢物通道28中上升，使得流體通過通道28進入廢物腔室100中。當(dāng)除去真空時，小珠208下降并覆蓋廢物通道的基底162，因此密封了入口。這防止了廢物流體回流到樣本處理腔室102中。該設(shè)備的視圖還顯示出水腔室14、第一緩沖劑腔室6和活塞8、后處理腔室108、以及后處理腔室出口部18，但是在該視圖中沒有顯示這些腔室之間的流體連通。
參照圖6，設(shè)備2的第一緩沖劑腔室6包括第一緩沖劑252，例如乙酸鉀/三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽的水溶液，例如可在Promega WizardTM試劑盒中獲得的緩沖劑。通過廢物腔室出口部(未示出，但是在圖5中顯示)向設(shè)備施加真空。同時，活塞8在第一緩沖劑腔室6內(nèi)壓下，這促使第一緩沖劑252流過容器52，并通過在預(yù)處理通道的基底158處相連的第一緩沖劑通道154和預(yù)處理通道104而進入樣本處理腔室102中。第一緩沖劑通道154設(shè)計成在其離開第一緩沖劑容器52的點處具有非常窄的直徑。這確保了由于第一緩沖劑的表面張力而使其不能夠泄漏到第一緩沖劑通道154中直到活塞8壓下為止。一旦處于樣本處理腔室102中，緩沖劑就與樣本一樣流過過濾裝置206，因此在過濾膜上清洗核酸材料。然后通過真空(未示出)引導(dǎo)第一緩沖劑252經(jīng)過廢物通道28以及廢物通道出口部106，以進入廢物腔室100(沒有顯示在廢物通道中的廢料)。
參照圖7，第二緩沖劑腔室10包括第二緩沖劑302，例如乙酸鉀/三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽的乙醇水溶液，例如可在Promega WizardTM試劑盒中獲得的緩沖劑。通過廢物腔室出口部(未示出，但是在圖5中顯示)向設(shè)備施加真空。同時，活塞12在第二緩沖劑腔室10內(nèi)壓下，這促使第二緩沖劑302流過容器54，并通過在預(yù)處理通道的基底158處相連的第二緩沖劑通道156和預(yù)處理通道104而進入樣本處理腔室102中。與前面一樣，第二緩沖劑通道156設(shè)計成在其離開第二緩沖劑容器54的點處具有非常窄的直徑。這確保了第二緩沖劑302不會泄漏。同樣，一旦處于樣本處理腔室102中，緩沖劑就再次流過過濾裝置206，從而在過濾膜上清洗核酸材料。然后通過真空(未示出)引導(dǎo)第二緩沖劑302經(jīng)過廢物通道28以及廢物通道出口部106，以進入廢物腔室100(沒有顯示在廢物通道中的廢料)。
參照圖8，構(gòu)造該設(shè)備以風(fēng)干包括經(jīng)純化的核酸的過濾膜，以從過濾器除去任何過多的溶劑。為了實現(xiàn)這一點，通過第一真空出口部16(未示出)向設(shè)備2施加真空。這使得空氣通過樣本腔室蓋20中的入口部26而被引入設(shè)備中。該空氣經(jīng)過過濾器202以除去空氣中的物質(zhì)，因此防止了樣本污染。然后其通過真空被引導(dǎo)通過樣本腔室4、樣本腔室容器50、樣本腔室通道152、預(yù)處理通道104、樣本處理腔室102、過濾裝置206、廢物通道28，并且通過廢物腔室100而引出設(shè)備。然后除去用于通過出口部16向設(shè)備2施加真空的裝置。
參照圖9，小容積腔室14包括純凈水，優(yōu)選地為大約100μl。使用用于加熱的外部裝置(未示出)對其加熱，直到水溫優(yōu)選地大于80℃。然后通過第二真空出口部18向設(shè)備施加第二真空。將活塞305壓下，以將加熱的水從水腔室14釋放進入樣本處理腔室102中。錐形物315用于將小量水直接引導(dǎo)到過濾裝置206。將水引導(dǎo)通過過濾裝置206，當(dāng)其經(jīng)過時洗提出純化的核酸物質(zhì)，并通過第二真空進入收集腔室56中。第二真空還將水引導(dǎo)通過分叉的分析物流動通道、收集腔室56并進入后處理腔室108中。后處理腔室108包含有第二固體試劑310，該第二固體試劑310包括另一PCR試劑，例如探針、熒光染料和另一核酸對照物。將該試劑310溶解在溶液中。然后除去第二真空，以允許溶液由于重力而落進收集腔室56中。或者，可再次施加第一真空，以將溶液引導(dǎo)回到收集腔室56中。
一旦處于收集腔室中，準(zhǔn)備對核酸就進行實施PCR擴增所需的熱循環(huán)。收集腔室優(yōu)選地設(shè)計成使其壁由導(dǎo)熱聚合物制成。然后收集腔室可在原地經(jīng)受熱循環(huán)，或者被除去并放置在另一設(shè)備中以進行循環(huán)。
該設(shè)備的實施方式已經(jīng)被開發(fā)出來以從10ml的流體樣本中純化核酸材料。設(shè)備的主體具有從大約70到大約80mm的高度，并且具有從大約70到大約80mm的直徑。樣本腔室具有大約20ml的容積，并且第一和第二緩沖劑腔室具有大約30ml的容積。小容積水腔室具有大約500μl的容積，而樣本處理腔室具有大約2ml的容積并且具有大約5mm的直徑。預(yù)處理通道和廢物通道各自具有大約3mm的直徑。由主體內(nèi)的的死空間形成的廢物腔室具有大約120ml的容積。通過將成形的底板超聲焊接到腔室的底側(cè)而形成流體連通通道。這些通道具有大約1mm的直徑。在通道離開樣本容器的點處，該直徑減少到大約0.6mm，以防止不期望的流體從腔室流到樣本處理腔室中。
權(quán)利要求
1.一種用于處理流體樣本的設(shè)備，該設(shè)備包括(i)樣本處理腔室，其包括流體入口和流體出口；(ii)廢物腔室，其位于樣本處理腔室的下游并與樣本處理腔室的流體出口流體連通，并且其中在樣本處理腔室出口和廢物腔室之間的流體連通包括分叉的分析物流動通道；(iii)至少兩個附加腔室，其位于樣本處理腔室的上游并與樣本處理腔室的流體入口流體連通；(iv)用于通過向所需的流動通道施加正壓或負壓，從而按照需要使流體從所述至少兩個附加腔室中的各個腔室運動通過樣本處理腔室并進入廢物腔室或者分叉的分析物流動通道中的裝置；以及(v)用于限制流體的流動的被動裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于使流體從所述至少兩個附加腔室中的至少一個腔室運動通過樣本處理腔室的裝置包括用于產(chǎn)生真空的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述廢物腔室包括一出口部，該出口部與所述用于產(chǎn)生真空的裝置相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述分析物流動通道包括一出口部，該出口部與所述用于產(chǎn)生真空的裝置相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于使流體從所述至少兩個附加腔室中的至少一個腔室運動通過樣本處理腔室的裝置包括活塞，該活塞能夠壓下以從至少一個附加腔室中排出流體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于使流體從所述至少兩個附加腔室中的至少一個腔室運動通過樣本處理腔室的裝置還包括用于產(chǎn)生真空的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于使流體從所述兩個附加腔室中的每一個運動通過樣本處理腔室的裝置，使流體順序地從所述至少兩個附加腔室中的第一腔室運動通過樣本處理腔室，并進入廢物腔室中，然后從所述至少兩個附加腔室中的第二腔室運動通過樣本處理腔室，并進入廢物腔室或者分叉的分析物流動通道中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于限制流體流動的被動裝置包括閥，該閥位于在所述樣本處理腔室和廢物腔室之間的流體連通中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述閥位于分叉的分析物流動通道的下游。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述閥包括小珠，該小珠通過施加正壓或負壓而打開。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于限制流體流動的被動裝置包括容器，該容器位于在所述至少兩個附加腔室中的至少一個腔室和樣本處理腔室之間的流體連通中。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于限制流體流動的被動裝置包括小直徑的流體通道，從而流體不會在沒有施加正壓或負壓的情況下而流過該通道，該流體通道位于在所述至少兩個附加腔室中的至少一個腔室和樣本處理腔室之間的流體連通中。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括收集腔室，該收集腔室位于所述分析物流動通道的下游并與分析物流動通道出口流體連通。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述收集腔室包括試劑，該試劑優(yōu)選地為包括一種或多種核酸擴增試劑的試劑，更優(yōu)選地為從下組中選擇的試劑，該組包括核酸引物、核酸探針、熒光染料、酶緩沖劑、核苷酸、鎂鹽、牛血清白蛋白和變性劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述收集腔室包括出口部，該出口部可選擇地與用于產(chǎn)生真空的裝置相連。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括后處理腔室，所述后處理腔室位于所述收集腔室的下游并與收集腔室出口流體連通，并且其自身可選擇地包括出口，該出口可以與用于產(chǎn)生真空的裝置相連。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述樣本處理腔室包括活動元件，所述活動元件優(yōu)選地為從下組中選擇的捕獲元件，該組包括微流體芯片、固相材料、過濾器、過濾器組、親和性基質(zhì)、磁分離基質(zhì)、體積排阻柱、毛細管及它們的混合物。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，所述樣本處理腔室包括玻璃纖維過濾膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少兩個附加腔室中的至少一個腔室預(yù)填充有緩沖劑溶液，優(yōu)選地為從下組中選擇的緩沖劑溶液，該組包括乙酸鉀和三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽的水溶液，或者乙酸鉀和三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽的乙醇水溶液。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少兩個附加腔室中的至少一個腔室用作樣本腔室，所述樣本腔室包括入口部，通過該入口部將樣本引入設(shè)備中。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其特征在于，所述樣本腔室入口部包括過濾膜。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的設(shè)備，其特征在于，所述樣本腔室包括試劑，所述試劑優(yōu)選地為包括溶解試劑的試劑，更優(yōu)選地為離液序列高的鹽。
23.根據(jù)權(quán)利要求1至22中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括至少一個位于設(shè)備主體外部的腔室。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其特征在于，所述位于設(shè)備主體外部的腔室為所述收集腔室。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其特征在于，所述位于設(shè)備主體外部的腔室為所述至少兩個附加腔室中的至少一個腔室。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其特征在于，位于外部的至少一個腔室具有涂覆有導(dǎo)電聚合物的壁。
27.一種處理流體樣本的方法，包括(i)將樣本放置在根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備的樣本處理腔室中；(ii)施加正壓或負壓以使流體運動通過該設(shè)備；(iii)對該樣本進行一個或多個處理步驟；以及(iv)從所述分叉的分析物流動通道收集處理過的樣本。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述設(shè)備的用途，用于從流體樣本中純化并濃縮核酸材料。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的用途，其特征在于，然后對所述核酸材料進行聚合酶鏈反應(yīng)擴增。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于處理流體樣本的設(shè)備，其包括(i)樣本處理腔室，其包括流體入口和流體出口；(ii)廢物腔室，其位于樣本處理腔室的下游并與樣本處理腔室的流體出口流體連通，并且其中在樣本處理腔室出口和廢物腔室之間的流體連通包括分叉的分析物流動通道；(iii)至少兩個附加腔室，其位于樣本處理腔室的上游并與樣本處理腔室的流體入口流體連通；(iv)用于通過向所需的流動通道施加正壓或負壓，從而按照需要使流體從所述至少兩個附加腔室中的各個腔室運動通過樣本處理腔室并進入廢物腔室或者分叉的分析物流動通道中的裝置；以及(v)用于限制流體的流動的被動裝置。本發(fā)明還涉及一種方法及其用途。
文檔編號C12Q1/68GK1717280SQ200380104518
公開日2006年1月4日 申請日期2003年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月28日
發(fā)明者邁克爾·愛德華·貝斯特, 馬丁·艾倫·李, 大衛(wèi)·詹姆斯·斯奎勒爾, 布賴恩·托馬斯·克羅夫特 申請人:英國國防部