用于容纳生物样本的箱体以及相对应的使用方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及用于观察、测试和/或分析一或多个生物样本的系统、装置以及方法，且更详细地说涉及用于观察、测试和/或分析生物样本阵列的系统、装置以及方法。
【背景技术】
[0002]用于生物反应和生物化学反应的系统已经被用来实时地且在后运行或终点分析法期间监测、测量和/或分析此类反应。此类系统可以包含光学阅读机，其通常用于测序、基因分型、聚合酶链反应(PCR)以及其它生物化学反应中以监测进展并且提供定量数据。例如，光激发光束可以用于实时PCR(qPCR)反应以照射杂交探针或分子信标从而提供指示靶基因或其它核苷酸序列的量的萤光信号。另外，终点光学阅读机可以用来在已经完成反应之后提供数据以例如用于数字PCR(dPCR)分析。对每次测试或实验提供更大数目的反应的需求增加已经产生能够同时进行更多数目的反应的仪器。
[0003]分析、测试或实验中的采样位点数目的增加已经导致微量滴定板以及提供更小样本体积的其它样本格式。另外，例如dPCR等技术已经增加了对用以在大量测试样本的所有或大部分中含有或者零个或者一个靶核苷酸序列的更小样本体积的需求。存在对将以高密度样本格式提供可靠数据的系统以及样本格式的需要。
【附图说明】
[0004]本发明的实施例可以在结合附图阅读时从以下详细描述中得到更好的理解。仅仅用于说明性目的此类实施例描绘了本发明的新颖且非显而易见的方面。附图包含以下图式:
[0005]图1是根据本发明实施例的用于处理多个生物样本的系统。
[0006]图2是包括多个通孔的根据本发明实施例的样本保持器。
[0007]图3是容纳图2中示出的样本保持器的根据本发明实施例的箱体的透视图。
[0008]图4是容纳图2中示出的样本保持器的根据本发明实施例的箱体的底座的透视图。
[0009]图5是根据本发明实施例的箱体的横截面图，其示出了设置在底座与盖子之间的样本保持器。
[0010]图6是图4中示出的不具有样本保持器的底座的透视图。
[0011]图7是图6中示出的底座的顶视图。
[0012]图8是图6中示出的底座的底视图。
[0013]图9是根据本发明实施例的盖子的底部的透视图。
[0014]图10是图9中示出的盖子的顶部的透视图。
[0015]图1lA是图9中示出的盖子的底视图。
[0016]图1lB到IlD是图1lA中示出的盖子的部分的截面视图。
[0017]图12A到12C是根据本发明实施例的塞子组合件的透视图。
[0018]图13是根据本发明实施例的箱体的透视图，其示出了图12C中示出的塞子组合件的附接。
[0019]图14是根据本发明实施例的且容纳图5中示出的箱体的托架的顶部的透视图。
[0020]图15是图14中示出的且容纳图4中示出的四个底座和样本保持器的托架的顶视图。
[0021]图16是根据本发明的方法的流程图。
[0022]图17是根据本发明的另一个实施例的箱体的分解透视图。
[0023]图18是图17中示出的箱体的透视图。
[0024]图19是图17中示出的箱体的正视图。
[0025]图20是图17中示出的底座的正视图，其示出了附接到底座上的样本板。
[0026]图21是图20中示出的不具有样本板的底座的正视图。
[0027]图22是图21中示出的底座的截面视图。
[0028]图23是根据本发明的另一个实施例的箱体的透视图。
[0029]图24是图23中示出的箱体的正视图。
[0030]图25是图23中示出的底座的截面视图。
[0031]图26是图23的箱体中示出的不具有样本板的底座的透视图。
[0032]图27是图26的箱体中示出的具有样本板和附加密封件的底座的透视图。
[0033]图28是图23的箱体中示出的盖子的正视透视图。
[0034]图23是图23的箱体中示出的盖子的透视图，其示出了盖子的内表面。图30是结合根据本发明实施例的箱体使用的光学阅读机。
【具体实施方式】
[0035]本发明的实施例大体上涉及用于监测或测量大量小样本或溶液的生物反应的装置、仪器、系统以及方法。实施例包含聚合酶链反应(PCR)过程或方案的使用，PCR方法或方案可以包含但不限于等位基因特异性PCR、不对称PCR、连接介导PCR、多重PCR、巢式PCR、实时PCR(qPCR)、基因组步移、桥式PCR、数字PCR(dPCR)等。
[0036]尽管根据本发明实施例的装置、仪器、系统以及方法适用于处理大量样本或溶液的任何PCR过程或方案，但是本发明实施例尤其较好的适用于dPCR。在dPCR中，含有相对少量的靶多核苷酸或核苷酸序列的溶液被细分为大量极小的测试样本或体积，使得这些样本或体积的绝大部分或者含有靶核苷酸序列的一个分子或者不含有任何靶核苷酸序列。当样本随后在PCR方案、程序或实验中进行热循环时，含有靶核苷酸序列的样本大大扩增且产生正检测信号，而不含有靶核苷酸序列的样本不扩增且不产生检测信号或产生低于预定阈值的信号。使用泊松(Poisson)统计，原始溶液中的靶核苷酸序列的数目可以与产生正检测信号的样本的数目相关。在一些实施例中，qPCR以及dPCR过程或方案均使用相同的装置、仪器、系统和方法来实施。
[0037]在各种实施例中，本文所描述的装置、仪器、系统以及方法可以用来检测含有所关注生物组分的样本或溶液中所含有的一或多种类型的所关注生物组分。这些所关注生物组分可以是任何合适的生物靶，包含但不限于，DNA序列(包含无细胞DNA)、RNA序列、基因、寡核苷酸、分子、蛋白质、生物标记、细胞(例如，循环肿瘤细胞)，或任何其它合适的靶生物分子。在各种实施例中，此类生物组分可以在以下应用中结合一或多种PCR方法或系统来使用:例如，胎儿诊断、多重dPCR、病毒检测和定量标准、基因分型、测序验证、突变检测、转基因生物体检测、稀有等位基因检测和/或拷贝数变化。
[0038]根据本发明的实施例，含有一或多个生物靶的样本或溶液可以包含于多个小样本体积或反应体积中，例如，当每一体积是从I微微升到I微升时。用于本文所揭示的本发明实施例的样本或溶液通常图示为包含于位于衬底材料中的通孔中；然而，可以使用其它形式的样本或反应位点，包含位于在衬底中形成的孔或凹口内的反应体积、分布在衬底表面上的溶液的斑点，或其它类型的反应腔室或格式，例如，位于测试位点或微流体系统的体积内、或位于小珠粒或球体内或其上的样本或溶液。
[0039]为了进行根据本发明实施例的dPCR方案、程序、过程或实验，可以用简单且经济的方式将初始样本或溶液划分成数万、数十万或甚至数百万个反应位点，每一反应位点具有几纳升、约一纳升或小于一纳升(例如，微微升的10’S或100’S或更小)的体积。因为靶核苷酸序列的数目可能极小，在此类情况下还可能重要的是初始溶液的全部含量占正被处理的样本体积或腔室中的一者且包含于其中。例如，当在初始溶液中仅存在几个靶核苷酸(例如，少于1000、100，或10个靶核苷酸)时，这些靶核苷酸的许多或全部可能潜在地包含于没有被成功加载到反应位点中的一者中的小的残留流体体积中。因此，初始溶液的有效转移有助于减少稀有等位基因或靶核苷酸的计数中的误算的几率，或甚至更糟地因为稀有等位基因或靶核苷酸均未分布到指定反应位点中的一者中而完全遗漏这些靶的几率。因此，可以使用本发明的实施例来以使样本或溶液的全部或基本上全部包含于预定反应位点中的一者中的方式将初始样本溶液有效地分布且加载到大量反应位点或通孔中。
[0040]参考图1，用于生物分析的系统100包括样本保持器、衬底、或板102，其经配置以保持多个生物样本。在某些实施例中，系统100可以进一步包括以下组件中的任何或全部:用于固持、定位和/或支撑样本保持器102的托架或支撑框架104、用于接收样本保持器102的底座或支架103、用于监测和/或测量生物样本的一或多个生物过程的光学系统106、用于维持和/或循环生物样本和/或样本保持器102的热环境的热控制器108、设置在样本保持器之上用于生物样本和/或样本保持器102周围或其内的环境控制的经加热的盖109，以及具有相关联电子存储器和算法的用于控制、监测和/或测量生物样本中发生的一或多个生物过程的一或多个电子处理器110。在各种实施例中，系统100包括仪器，所述仪器包含以下组件中的一些或全部的组合:托架104、底座103、光学系统106、热控制器108、经加热的盖109和/或一或多个电子处理器110。
[0041]在某些实施例中，系统100和样本保持器102适合于在多个生物样本上执行实时PCR过程。在其它实施例中，系统100和样本保持器102适合于执行其它生物或生物化学过程，例如测序或基因分型测量。在所图示的实施例中，光学系统106包括用于照射样本保持器102和相关联生物样本的激发系统112，以及用于接收来自生物样本的发射的发射光学系统114，所述发射例如由于存在于生物样本中的一或多个荧光染料或探针分子且响应于激发光束而产生的萤光信号导致。激发光学系统112包含激发源118、透镜120、122、124，以及分束器128。激发光学系统112还可以包含一或多个滤光器130，其用于限制由生物样本接收的光的波长范围。发射光学系统114包含光学传感器132、透镜124、134、分束器128。发射光学系统114还可以包含一或多个滤光器138，其用于限制由光学传感器132接收的光的波长范围。另外，光学系统106可以包含一或多个窗140，其经配置以隔开系统100的多个部分从而例如减少或消除在生物样本处理期间不必要的热或光效应。
[0042]在某些实施例中，样本保持器102设置在罩壳、外壳或箱体150内，罩壳、外壳或箱体可以经密封以例如减少或防止生物样本的蒸发。在某些实施例中，一或多个样本保持器102或样本箱150通过托架104固持、定位和/或支撑，所述托架经配置以用于在系统100内对准和/或传输样本保持器102。
[0043]参考图2，样本保持器102可以包含包括相对表面的衬底以及设置在一个或两个表面上方的多个反应区、孔或瓶体154。在图2中示出的所图示实施例中，反应区154包括设置在样本保持器102的相对表面之间的多个通孔。在某些实施例中，通孔154沿着二维阵列彼此均匀间隔开。替代地，通孔154可以被分组在多个子阵列158中(例如)以便于将样本加载到不同组通孔中。例如，在图2中示出的所图示实施例中，样本保持器102包括4X12个子阵列，而每一子阵列包括8X8个个体通孔154，在样本保持器102上总共3072个通孔154。通孔154可以经设定尺寸使得含有生物样本和/或参比染料的液体通过表面张力或毛细作用力保持在通孔154内，如图2的放大视图中所图示。可以通过用亲水涂层涂覆通孔154的壁来增强此效果。在某些实施例中，样本保持器102的外表面包括疏水材料或涂层，其经配置以减少或消除在位于不同通孔154中的样本之间的交叉污染或混合。用于支撑生物样本的通孔布置的各种方面以及优点在USPN6，306，578,USPN 6，893，877,USPN7，682，565中进一步