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用于处理和检测核酸的系统和方法
用于处理和检测来自生物样品的集合的核酸的系统和方法,包括:捕获板和捕获板模块,被配置为帮助生物样品的集合内的核酸结合至磁珠;分子诊断模块,被配置为接收被结合于磁珠的核酸,分离核酸以及分析核酸,包括盒接收模块、加热/冷却子系统和被配置为帮助核酸分离的磁体、被配置为控制流过用于处理核酸的微流体盒的流体的阀致动子系统以及用于分析核酸的光学子系统;流体操纵系统,被配置为把样品和试剂递送至系统的部件以帮助分子诊断方案;以及测定带,被配置为把核酸样品与分子诊断试剂组合以便分析核酸。
【专利说明】用于处理和检测核酸的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及分子诊断领域,并且更具体地涉及用于处理和检测核酸的改进的系统和方法。
[0002]背景
[0003]在过去25年内,分子诊断是快速发展的实验室学科。其起源于基础的生物化学和分子生物学研究过程,但是现在已经成为集中于核酸(NA)的日常分析的独立学科,包括用于医疗保健中的诊断用途以及需要核酸分析的其他领域的脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。生物样品的分子诊断分析可以包括在试样中存在的一种或多种核酸材料的检测和
/或监测。所进行的具体分析可以是定性的和/或定量的。分析方法可以涉及核酸材料的分离、纯化和扩增,并且聚合酶链反应(PCR)是用于扩增核酸的常用技术。通常所获得的待分析的核酸样品的量、品质和/或纯度是不适当的,妨碍诊断技术的可靠实施。目前的样品处理方法和分子诊断技术还是劳动力/时间密集的、低处理量的并且高成本的,并且分析的系统是不适当的。此外,分离、处理和扩增的方法对于某些样品基质和/或核酸类型通常是特异性的并且并不是对常见的样品和核酸类型都适用。
[0004]由于目前的分子诊断系统和方法的这些和其他的缺陷,因此存在对用于处理和检测核酸的改进的系统和方法的需要。本发明提供这样的系统和方法。
[0005]附图简述
[0006]图1A-1B描绘了用于处理和检测核酸的系统的实施方案;
[0007]图2A-2B描绘了用于处理和检测核酸的系统的实施方案的分别是元件的实施方案以及系统工作台的实施方案的俯视图;
[0008]图3A-3B描绘了用于把样品与磁珠组合的捕获板的实施方案;
[0009]图4描绘了用于帮助生物样品的溶解和生物样品与磁珠的组合的捕获板模块的实施方案;
[0010]图5A-5B描绘了捕获板的可选择的实施方案;
[0011]图6A-6B描绘了用于处理和检测核酸的分子诊断模块的实施方案;
[0012]图7A-7E描绘了由分子诊断模块的实施方案的元件进行的操作的序列;
[0013]图8描绘了微流体盒的实施方案和盒平台的实施方案;
[0014]图9A-9B描绘了分子诊断模块的实施方案的线性致动器的配置;
[0015]图10A-10B描绘了分子诊断模块的阀致动子系统的实施方案的元件;
[0016]图11A-11C描绘了分子诊断模块的阀致动子系统的实施方案;
[0017]图12A-12D描绘了分子诊断模块的光学子系统的实施方案的元件;
[0018]图13描绘了用于处理和检测核酸的分子诊断模块的可选择的实施方案的侧视图;
[0019]图14A-14C描绘了用于处理和检测核酸的系统的流体操纵系统的实施方案;
[0020]图15描绘了流体操纵系统的元件的实施方案;
[0021]图16A-16C是描绘了用于处理和检测核酸的示例性方法的示意图;
[0022]图17A-17B示出了在用于处理和检测核酸的系统中使用的消耗品和试剂的实施方案;
[0023]图18A-18B描绘了用于帮助分析含有核酸的样品的测定带(assaystrip)的实施方案;
[0024]图19描绘了测定带夹持器的实施方案;
[0025]图20描绘了测定带托架(carrier)的实施方案;
[0026]图21A-21B分别地示出了测定带夹持器和测定带的可选择的实施方案;
[0027]图22示出了用于帮助核酸的处理和检测的过滤器的实施方案;
[0028]图23示出了用于帮助核酸的处理和检测的过滤器夹持器的实施方案;以及
[0029]图24A-24D描绘了用于处理和检测核酸的方法的实施方案。
[0030]优选的实施方案的描述
[0031]本发明的优选实施方案的以下描述不意图把本发明限制于这些优选的实施方案,而是意图使任何本领域的技术人员能够制造和使用本发明。
[0032]
[0033]如在图1A-1B和7A中示出的,用于处理和检测核酸的系统100的实施方案包括:捕获板110,被配置为帮助生物样品内的核酸结合至磁珠的集合
119;分子诊断模块130,包括微流体盒接收模块140、加热和冷却子系统150、磁体160、阀致动子系统170、光学子系统180;以及测定带190,被配置为帮助混合分子诊断试剂与核酸体积。系统100的其他的实施方案可以还包括以下中的至少一个:被配置为支撑捕获板110的捕获板模块120;过滤器200和过滤器夹持器205,用于帮助样品制备;微流体盒210,被配置为帮助样品处理;测定带夹持器230;测定带托架240;液体操纵系统250,被配置为帮助将气体和流体递送至系统100的不同元件;处理器,被配置为分析来源于系统100的运行的数据;以及用户界面,被配置为允许用户与系统100交互。系统100因此用以接收含有核酸的生物样品(即不纯的核酸样品),把核酸与生物样品分离,并且根据至少一个分子诊断方案(例如PCR)分析核酸样品。优选地,系统100是简单工作的系统,用户通过其加载含有核酸的生物样品的集合并且接收来源于分子诊断方案的数据的集合,而无需用户任何进一步的样品操纵。可选择地,系统100帮助用于分子诊断方案的样品准备的方面,且某些样品操纵由用户进行。
[0034]在系统100的一个示例性工作流程中,液体操纵系统250抽吸含有核酸的生物样品的集合(即不纯的核酸样品),并且通过捕获板模块120把生物样品的集合分配入捕获板110中,以被溶解并且与磁珠(含有专有的亲合力涂层以把核酸结合于磁珠
)组合。液体操纵系统250然后从捕获板110抽吸与磁珠组合的溶解的生物样品的集合(即磁珠-样品的集合)中基本上全部每个样品,并且把磁珠-样品的集合分配入微流体盒210中,微流体盒210在分子诊断模块130的盒接收模块140内被对准并且被配置为被分子诊断模块130操纵。分子诊断模块130的加热和冷却子系统150、磁体160和阀致动子系统170然后帮助核酸的集合与磁珠-样品分离,因为液体操纵系统250在合适的阶段分配洗涤溶液、释放溶液(releasesolut1n)和/或空气。液体操纵系统250然后从被容纳在分子诊断模块130内的微流体盒210抽吸核酸的集合,使用测定带190把核酸的集合与分子诊断试剂的集合组合,并且把与分子诊断试剂的集合组合的核酸的集合(即核酸-试剂混合物的集合)分配入分子诊断模块130内的微流体盒210中。分子诊断模块130的检测室加热器157、光学子系统180和阀致动子系统170然后通过被配置为把信息显示在用户界面上的处理器帮助分析核酸-试剂混合物的集合。
[0035]如所述的,上文的工作流程仅是系统100的一个示例性工作流程,并且处理和检测核酸样品的系统100和方法的其他的工作流程在下文的章节2中进一步描述。-。
[0036]-捕获板和捕获板模块
[0037]如在图3A和3B中示出的,捕获板110包括含有孔的集合112和可刺穿的箔密封件115的捕获板基板111,并且用以帮助生物样品内的核酸结合至磁珠的集合119。优选地,整个的捕获板110被配置为是消耗品(即一次性的),使得捕获板110的每个孔可以仅被使用一次,而其余的未使用的孔可以在系统100的另外的运行期间被使用。可选择地,捕获板110的至少一部分被配置为是可反复使用的,使得另外的混合或试剂加入可以被进行并且捕获板110的各部分可以被用于系统100的多次运行。在捕获板110的一个变化形式中,捕获板基板111是可反复使用的,而可刺穿的箔密封件115是一次性的并且在系统100的每次运行之后被更换。
[0038]捕获板基板111被配置为使得捕获板110能够置于平坦的表面上,可以与另一个捕获板110堆叠,并且还可以被用于操纵微量滴定板的工业标准仪器部件操纵。捕获板基板还用以界定孔的集合112并且用以耦合于可刺穿的箔密封件115。捕获板基板111优选地包含可以被热处理以耦合于可刺穿的箔密封件115的与PCR相容的聚合物,但是可以可选择地包含任何合适的可以含有流体并且被结合于可刺穿的箔密封件115的材料。
[0039]捕获板基板111的孔的集合112用以接收含有或被怀疑潜在地含有核酸的至少一种生物样品,并且用以帮助生物样品与磁珠的集合
119组合。优选地,孔113每个被配置为不仅容纳生物样品,而且被配置为帮助生物样品与磁珠的集合119混合(例如使用移液管,液体操纵系统250或其他的设备),其优选地被预加载在孔112中,或可选择地可以被操作者加入。优选地,孔也比它们的宽度深以允许具有临床上有关的样品体积的大量的孔112(例如24个),并且被均匀地间隔以帮助多种生物样品的抽吸、递送和/或混合(例如使用多端头移液管)。可选择地,孔比它们的深度宽以帮助用于把生物样品与磁珠119混合的较大的装置。孔的集合112的每个孔113也优选地具有圆锥形形状的底部区,如在图3A中示出的,以帮助从孔完全地抽吸流体。可选择地,每个孔113可以不具有圆锥形形状的底部区。此外,在图3A中示出的取向中,孔的集合112中的每个孔113的顶部优选地形成从捕获板基板111突出的升高的边缘,以帮助每个孔113被可刺穿的箔密封件115密封。可选择地,孔的集合112中的每个孔113的顶部可以不形成从捕获板基板111突出的升高的边缘。磁珠优选地是聚合物珠,其被与用于结合于核酸的配体预耦合并且包含超顺磁性的组分。此外,磁珠可以被处理为是带正电荷的。然而,磁珠可以可选择地是被配置为帮助生物磁性分离的任何合适的磁珠(例如磁性的、顺磁性的或超顺磁性的)。
[0040]每个量的磁珠119可以伴随有溶解试剂(例如蛋白酶
K)以及包含用于DNA和RNA的核酸序列的样品过程对照(sampleprocesscontrol),其用以溶解生物样品并且用以提供通过其样品过程对照可以在之后被检测以验证处理准确度和测定精确度的机构。包含用于DNA和RNA的核酸序列的样品过程对照允许捕获板的一个形式帮助涉及DNA和RNA检测的测定。优选地,所述量的磁珠119、溶解试剂和样品过程对照在每个孔内被干燥以改进保存期限;然而,所述量的磁珠119、溶解试剂和样品过程对照可以可选择地呈液体形式。
[0041]可刺穿的箔密封件115用以分隔孔的集合112的每个孔113,防止孔的集合112中的每个的内容物被污染,保护磁珠119和被储存在孔112中的其他试剂不变劣,并且提供识别捕获板110的信息。可刺穿的箔密封件115优选地密封捕获板110的每个孔113,并且被配置为被外部元件刺穿(例如被移液管端头),使得每个孔在被刺穿之前被密封。在一个变化形式中,可刺穿的箔密封件115还形成围绕刺穿其的元件的密封件,并且在另一个变化形式中,可刺穿的箔密封件115不形成围绕刺穿其的元件的密封件,以防止气锁。可刺穿的箔密封件115还优选地被包括制造商信息、捕获板内容物、内容物的批次、到期日期和提供更多的信息的唯一的电子标签(例如条形码或二维码)中的至少一个的识别信息标记。优选地,可刺穿的箔密封件115不延伸超出捕获板110
的占地面积,但是可选择地,可刺穿的箔密封件115可以是任何合适的大小和/或包括帮助捕获板的操纵的突起特征(例如凸台)。
[0042]在一个变化形式中,捕获板110可以至少被磁珠119预包装,使得孔的集合112中的每个孔113被特定量或浓度的磁珠定义的磁珠的集合119预包装。孔的集合112可以然后被可刺穿的箔密封件115密封,可刺穿的箔密封件115被配置为被递送待与磁珠119混合的一定体积的生物样品的外部元件刺穿。在另一个变化形式中,捕获板110可以不被磁珠119预包装,但是捕获板的孔113可以仍然被可刺穿的箔密封件115密封。在本变化形式中,可刺穿的箔密封件115被配置为被至少一个外部元件刺穿,用于意图被组合的生物样品和磁珠的共同递送。
[0043]捕获板110’的变化形式可以还包括带插槽的橡胶膜116,如在图5A和5B中示出的,被配置为提供经过可刺穿的箔密封件115至孔的集合112的通路(acess)。带插槽的橡胶膜116因此用以防止或减少孔的集合112的内容物的飞溅、蒸发和/或气溶胶化。优选地,带插槽的橡胶膜116包含自密封的且位于孔的集合112的井上的中心的插槽,并且进一步不延伸超出捕获板110的占地面积。可选择地,带插槽的橡胶膜116的插槽可以不是自密封的,和/或带插槽的橡胶膜116可以是任何合适的大小并且包括延伸超出捕获板