用于樣本分離的改進(jìn)的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于將樣本分離為多個(gè)子樣本的方法和裝置。特別地，本發(fā)明涉及一種配置為將所述樣本分置到子反應(yīng)的方法，例如出于進(jìn)行聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)過(guò)程的目的。
【背景技術(shù)】
[0002]在獲利巨大的PCR市場(chǎng)中，數(shù)字PCR(dPCR)是一種強(qiáng)大的新興技術(shù)。在許多生物醫(yī)學(xué)研宄領(lǐng)域和診斷學(xué)領(lǐng)域，PCR，尤其是實(shí)時(shí)PCR是不可缺少的步驟，并且是檢測(cè)核酸(例如RNA和DNA)目標(biāo)的最靈敏的方法。實(shí)時(shí)PCR由于其能夠計(jì)量檢測(cè)到的DNA數(shù)目而普及，檢測(cè)的DNA數(shù)目在例如癌癥診斷的領(lǐng)域中很重要。數(shù)字PCR將實(shí)時(shí)PCR的計(jì)量能力和終點(diǎn)PCR的簡(jiǎn)單性整合在一起。由于數(shù)字PCR能夠檢測(cè)精確到即使是單個(gè)DNA分子，因而其是高度靈敏的，這使得其尤其適用在某些應(yīng)用，例如，檢測(cè)在母本血漿中的胎兒DNA的遺傳畸變，這能夠產(chǎn)生蒙古癥的非損傷性胎兒檢查。
[0003]為了實(shí)施dPCR，將典型的PCR溶液分配到大量的非常小的子反應(yīng)中，以使得每一子反應(yīng)具有至多為僅僅一份的DNA。在完成PCR之后，一些區(qū)域?qū)τ赑CR產(chǎn)物將呈陽(yáng)性，而其它的區(qū)域?qū)⒉怀赎?yáng)性，產(chǎn)生I或者O的結(jié)果，從而符合“數(shù)字”的定義。然后，使用泊松分布能夠計(jì)量最初出現(xiàn)的DNA的數(shù)量。實(shí)時(shí)PCR通過(guò)在時(shí)間上監(jiān)測(cè)PCR(從而符合“實(shí)時(shí)”的定義)，并進(jìn)行校正控制而計(jì)量DNA，與實(shí)時(shí)PCR相比，dPCR通過(guò)在空間上將反應(yīng)分割為微小的體積，并對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)而實(shí)施計(jì)量，不需要校正控制。
[0004]dPCR的靈敏度和準(zhǔn)確度僅僅取決于其將PCR樣本分配到數(shù)以千計(jì)的更小的反應(yīng)中的能力。更大的子反應(yīng)數(shù)目，以及更小的每個(gè)子反應(yīng)的體積，將增強(qiáng)靈敏度和準(zhǔn)確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的第一個(gè)方面提供一種裝置，其包括:由束在一起的微毛細(xì)管筒體形成的毛細(xì)管列；所述束配置為緊緊擠住的形式；所述列的第一端形成樣本接受表面；其中所述裝置配置為通過(guò)毛細(xì)管作用將所述樣本吸引到所述毛細(xì)管列內(nèi)，以使得將樣本分置到在所述筒體內(nèi)的多個(gè)子反應(yīng)中。
[0006]本發(fā)明的第二個(gè)方面提供一種在毛細(xì)管列內(nèi)布置樣本的方法，所述方法包括以下步驟:在所述毛細(xì)管列的樣本接受表面上布置樣本；橫跨樣本接受表面滑動(dòng)分配工具，之后；橫跨所述表面分配樣本，最后；通過(guò)毛細(xì)管作用將所述樣本吸引到所述微毛細(xì)管列的筒體內(nèi)。
[0007]例如，將描述玻璃微毛細(xì)管列。應(yīng)當(dāng)理解，出于本發(fā)明的目的，其它材料可同等適用，包括例如聚碳酸酯的聚合物。
[0008]因此，當(dāng)溶液樣本施加到微毛細(xì)管列的一個(gè)表面上時(shí)，溶液樣本接觸到在其下面的微毛細(xì)管筒體。由于毛細(xì)管作用，這些筒體立即吸引溶液，這是液體由于附著力和表面張力而被吸引到狹窄管內(nèi)的趨勢(shì)。由于微毛細(xì)管筒體非常狹窄，因而毛細(xì)管作用足夠強(qiáng)烈，以吸進(jìn)溶液并充滿整個(gè)筒體。由于毛細(xì)管作用，大量的這些筒體被同時(shí)充滿。最終的結(jié)果是，溶液被分配到一系列較小的子反應(yīng)中。當(dāng)被組裝到容器內(nèi)，例如具有相對(duì)可密封的蓋帽的管內(nèi)時(shí)，這就形成了本發(fā)明的裝置。
[0009]該裝置也可以包括分配工具，或者僅僅包括配置為橫跨所述表面滑動(dòng)的滑塊，以在所述表面上形成所述樣本的薄膜。分配工具可以通過(guò)表面張力布置樣本，即使用表面張力、附在分配工具上的吸引力，促使該工具與樣本接觸。之后，通過(guò)橫跨表面滑動(dòng)工具，而橫跨表面“拉”動(dòng)樣本，促使樣本與筒體的更大部分接觸，從而增加有效的子反應(yīng)數(shù)目。替換地，分配工具可以橫跨表面推樣本，從而橫跨表面分配樣本，與筒體的更大部分接合。
【附圖說(shuō)明】
[0010]將參考隨附的附圖方便地對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的描述，所述的附圖示意出本發(fā)明可能的布置形式。本發(fā)明可能具有其它的布置形式，并且方便地，不應(yīng)當(dāng)將隨附附圖的特殊性理解為替代本發(fā)明在先描述的一般性。
[0011]圖1A和圖1B是應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的裝置的微毛細(xì)管列的圖解視圖；
[0012]圖1C是應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施方式的裝置的微毛細(xì)管列的圖解視圖；
[0013]圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的分配工具的按次序的視圖；
[0014]圖2B是圖2A中的分配工具的俯視圖；
[0015]圖3A是根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施方式的分配工具的按次序的正視圖；
[0016]圖3B是圖3A中的分配工具的俯視圖；
[0017]圖4A和圖4B是根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施方式的裝置的各種視圖；
[0018]圖5A至圖5C是根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施方式的裝置的各種視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]圖1A和圖1B示出本發(fā)明的基本原理。這里的微毛細(xì)管列，例如玻璃微毛細(xì)管列(GCA) 5包括一束微毛細(xì)管筒體7，微毛細(xì)管筒體7配置為提供能夠在上面放置樣本20的表面8。設(shè)定微毛細(xì)管筒體7的尺寸，以將樣本20向下15吸引到筒體7的筒腔10內(nèi)。在圖1B中示出的結(jié)果是將樣本加入到在GCA5內(nèi)的子反應(yīng)25中，以用于隨后的處理。在圖1C中可以看出實(shí)際的實(shí)施方式，其中裝置35包括容納在殼體40內(nèi)的GCA30。通過(guò)示例的方式，每一筒體可以具有100微米的直徑，該直徑可以進(jìn)一步地減少到10微米。使用玻璃的目的在于，能夠?qū)⑼搀w向下拉到在每一筒體內(nèi)獲得所需容積的尺寸，這最易通過(guò)玻璃來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0020]所述束配置為高密度形式，例如配置為擠滿的封閉六邊形形式。將每個(gè)筒體束在一起形成CGA形式，可以提供敞開區(qū)域比例，該敞開區(qū)域比例為筒體直徑與總面積的比例，為80%。敞開區(qū)域比例減少至30%，裝置內(nèi)的GCA仍然可以為有效的。受到每一筒體的所需容積的影響，GCA可以具有Imm長(zhǎng)或者更長(zhǎng)的深度。因此，每個(gè)10微米直徑、Imm深度的筒體將具有0.1納升的容積。
[0021]例如，毛細(xì)管列可以包含至少200個(gè)筒體，并因此進(jìn)行多達(dá)200個(gè)子反應(yīng)。然而，本發(fā)明更有益的實(shí)施方式可以包括多達(dá)5000個(gè)筒體，從而達(dá)到多至5000個(gè)子反應(yīng)。也可能形成甚至更大的毛細(xì)管列，例如包含10000個(gè)筒體或者甚至100，000個(gè)筒體。
[0022]每個(gè)筒體可以具有50納升的最大容積。如上文中計(jì)算的，有用的容積可以為小至0.1納升，本發(fā)明包括低至0.01納升的筒體容積。
[0023]微毛細(xì)管筒體在其兩端均敞開，利用毛細(xì)管作用將溶液吸引到筒體內(nèi)并填充筒體，使得溶液分配到較小的子反應(yīng)內(nèi)。進(jìn)一步地，由于GCA由玻璃基體制成，因而每一微毛細(xì)管筒體可以做得很狹窄。該玻璃基體也可以使得微毛細(xì)管筒體非常緊湊地?cái)D在一起，從而形成在每平方厘米內(nèi)具有數(shù)以千計(jì)的筒體的高密度列。這是由于在筒體之間的壁面可以很薄。
[0024]毛細(xì)管具有100微米或者更小的直徑，以及I毫米或者更大的深度，每一微毛細(xì)管筒體可以具有較高的深徑比。應(yīng)該理解所述深度也可以小于I毫米。這產(chǎn)生很強(qiáng)大的毛細(xì)管作用。
[0025]進(jìn)一步地，玻璃基體為親水的，使得通過(guò)毛細(xì)管作用輕易地將溶液吸引到每一微毛細(xì)管筒體內(nèi)，并且保持在每一微毛細(xì)管筒體內(nèi)。
[0026]緊緊擠在一起的微毛細(xì)管允許進(jìn)行大量的子反應(yīng)，并在筒體之間存在微少的樣本損失。這可以使得對(duì)所有的溶液進(jìn)行分配，并且可以使得在dPCR內(nèi)對(duì)100%的樣本進(jìn)行分析。
[0027]筒體能夠具有較高的深徑比，其產(chǎn)生強(qiáng)大的毛細(xì)管作用，并且也增加了能夠在dPCR之后得以檢測(cè)的信號(hào)量(這是由于傳感器沿著每一筒體的深度而檢測(cè)信號(hào))。
[0028]圖2和圖3示出用于實(shí)施筒體的“向下吸引”作用的可替換的實(shí)施方式。
[0029]通常當(dāng)將樣本60、100施加到GCA50、90的表面上時(shí)，并且在筒體底下填滿后，仍然存在多余的樣本。為了克服這個(gè)問題，一種方式是通過(guò)增加筒體的深度而增加其容積。然而，對(duì)于dPCR來(lái)說(shuō)，增加每一子反應(yīng)的體積是不可取的。因此，必須將樣本分布在GCA上，以使得所有的樣本都分配到子反應(yīng)中，沒有任何多余的體積。這也使我們?cè)黾右┘拥臉颖倔w積，增加子反應(yīng)的數(shù)量，這相應(yīng)地增強(qiáng)dPCR的靈敏度和準(zhǔn)確度。本發(fā)明的另一個(gè)關(guān)鍵方面涉及用于在GCA表面上分布樣本的方法。此處，我們描述“滑塊方法(sliderapproach)”。
[0030]在這種方法中，在GCA的上方放置滑塊?？梢詫⒒瑝K57、85按照如下方式放置，即其置在GCA50、90上，或者在滑塊與GCA之間存在縫隙，將樣本施加到GCA上的指定區(qū)域。在圖2A和2B示出的實(shí)施方式中，在施加樣本時(shí)，樣本接觸到滑塊57的一端。當(dāng)滑塊57沿著GCA50移動(dòng)65時(shí)，由于在滑塊與樣本之間的表面張力75，滑塊向前“拉”樣本。其目的是，沿著GCA的表面分布70樣本，從而使得微毛細(xì)管筒體由于毛細(xì)管作用而被填滿。這是一種快捷、簡(jiǎn)單的填充GCA的方式，不形成任何的死體積。更進(jìn)一步地，由于GCA筒體被迅速填滿，因而可以更快速