专利名称：用于纯化生物物质的系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于纯化流体的系统和方法。本发明还涉及用于分离目标分子与不期望的物质的系统和方法。
背景技术：
已知各个核酸(“NA”)序列(例如DNA序列)中的差异决定着疾病的存在、未来身体状况的倾向、及对特定治疗处理的可能响应。因此，NA的分析正在快速增长。例如， DNA序列分析和其他类型的DNA分析通常使用DNA扩增法进行，最常用的是聚合酶链反应 (“PCR”)，所述DNA扩增法用来增加样品中所需基因序列或“靶物”的量。例如，有效的DNA 测序需要从PCR扩增混合物中纯化特定的DNA靶物，因为未能移除杂质如DNA扩增过程中引入的过量引物和核苷酸(“dNTP”)可能干扰测序化学并可能导致不准确的结果。PCR扩增DNA的纯化在许多其他应用中也是需要的，例如微阵列分析和克隆。2. 1核酸的纯化用于核酸纯化的现有产品通常使用两种不同的纯化技术酶消化和总核酸(例如 DNA)吸附，其各具有严重的缺点。酶消化法涉及加入酶以化学地降解杂质。该方法使用多步程序，需要在两个温度下孵育样品约30分钟或更久以产生适于分析的样品。但由于酶法不移除杂质，而是使其失活，故溶液中失活的杂质的存在将干扰后续的核酸定量方法，即杂质仍将影响常用来量化核酸靶物浓度的UV吸收法。因此，经酶法纯化的靶核酸(例如DNA、 RNA、质粒等)的定量局限于技术如凝胶电泳，凝胶电泳最多不过是半定量的。现有的总吸附法从使杂质以及靶DNA保留在吸附表面如膜或磁性珠子上开始，该方法需要多个复杂、耗时且昂贵的化学-机械过程来纯化和释放所需的靶核酸。后一纯化方法常被称为结合-洗涤-洗脱法。现有的核酸纯化产品常受到使用者的批评，因为在产品中留下太多杂质并因此导致较差的试验结果；成本高(纯化试剂盒购买价格和最终用户劳力两方面)；且缓慢并需要大量“动手做的”时间(每个样品10-20分钟或更多)。特别地，总吸附法需要多个步骤以例如固定所有核酸扩增反应组分和选择性地洗脱(提取)所需的核酸靶物。这些产品的劳力密集性使得实际纯化成本远高于净化单个核酸样品目前所需的$1_$2(USD)的一次性成本并提供了其时操作者出错可能不利地影响纯化过程的许多机会。许多现有核酸纯化产品的使用还涉及溶剂的加入，如果溶剂没有有效地移除，则其可能阻碍核酸分析。从样品纯化过程回收高百分率的流体样品也非常重要，特别是当只可得到小体积的样品时。许多现有的样品纯化过程常常保留高百分率的流体样品，这部分归因于多个纯化工艺步骤的使用，其各可能损失一小部分样品。保持高度的流体样品回收率是任何样品纯化过程的一个重要要求。现有的纯化产品通常以“试剂盒”出售，其通常含制造商的材料，例如具有吸附膜的旋转柱和特殊试剂。最终用户通常提供流体处理耗材(例如移液器吸头)和常用的试剂。2. 2功能性移液器吸头涉及流体的化学反应和分析常在反应或分析过程中使用移液器吸头来操纵流体。 为帮助提高相关工作流的效率和降低相关工作流的成本，制造商常将反应或分析的元件整合在移液器吸头自身中-这通常被称为“功能性”移液器吸头。这些化学反应和分析常包括在移液器吸头内使用经特殊处理的颗粒以改善样品和所述颗粒所提供的化学间的相互作用。用远端和近端布置的颗粒保持器约束颗粒常产生移液器吸头性能问题。一个这样的问题是由于过滤器所产生的流动阻力而减少流体抽吸和分配次数。另一问题在于保持器保留样品流体的倾向，从而减少样品收率。又一问题在于过滤器内孔隙尺寸的可变性，无论过滤器由陶瓷还是聚合物熔合物还是易碎膜组成。现有过滤器设计的再一问题是在多个移液器吸头中的过滤器上流体流动阻力不一致。现有过滤器设计的再一问题是成本高。目前有若干市售的功能性移液器吸头。一个实例为Thermo Fisher Scientifics Aspire 移液器吸头(与 Colpan 等的名称为 “Process and Device for Separating and Cleaning Molecules”的W088/09201中所公开的吸头相似)。该设计有着相当多的性能缺点。一个缺点是样品处理时间长。根本原因包括由于使用了高阻力过滤器以及使用了第二过滤器来在使用之前和过程中容留吸附介质故流体流率低、疏水性的吸附介质需要预先润湿、反应室夹带空气、和过滤器被所需的较大体积吸附介质所堵塞。另一缺点是可靠性差。根本因素包括反应室内夹带空气的可能。另一缺点是固有的较高的产品制造成本。根本因素包括第二过滤器及所需较大体积吸附介质的使用，其还增加被保留的样品流体和增高移液器吸头制造成本。功能性移液器吸头的另一实例为Millipore的Zip-Tip (本领域中已知的相似吸头，参见例如 Kopaciewicz 等的名称为"Cast Membrane Structures for Sample Preparation"的美国专利No. 6，048，457中所公开的吸头)。该设计也有着相当多的性能缺点，包括样品处理时间长。根本原因包括用来容留吸附材料的多孔基体所致的高流体流动阻力。另一缺点是吸附表面积有限。根本原因包括可被固定在所用多孔基体内的吸附材料(例如颗粒)的数量有限以及当吸附材料与表面结合时发生的吸附材料表面积的减小 (例如裸露的颗粒表面积的减小)。
另一缺点是靶物质的收率差的可能。多孔基体相对于例如固定在基体内的吸附颗粒的表面积而言的大表面积可与样品相互作用并移除靶物质，从而降低靶物收率。又一缺点是大量的样品流体可能保留在用来容留吸附材料的多孔基体中。因此本领域中需要一种靶物收率高、可靠性高、样品处理时间短、吸附能力大、样品体积回收率高且制造成本低的流体样品纯化系统。部分2中或本申请的任何其他部分中任何参考文献的引用或提及均不应视为承认这样的参考文献可用以作为本发明的现有技术。
发明内容
本发明提供了一种快速、用户友好且不需要添加或后续移除分析物、试剂、或反应产物的流体样品纯化系统和方法。所述流体样品纯化系统和方法将减少出错的可能并产生花1分钟或以下而移除超过95%的杂质(即引物和未整合的核苷酸)的用户友好过程，同时留下充足的靶生物分子供后续分析用。用于分析的靶生物分子包括但不限于单链核酸如 RNA或PCR引物、双链核酸如DNA (例如基因组DNA、质粒DNA)或PCR引物二聚体、核苷酸如核糖核苷酸、酶如DNA聚合酶、RNA聚合酶、带标记的探针、限制酶或逆转录酶、染料如嵌入剂、水、重金属、毒素如带在血液里的毒素(例如尿素或肌酸酐)、血液组分包括代谢物、电解质、激素或药物、和抗体或抗原。在一个实施方案中，提供了一种用于分离流体样品中目标分子的流体样品纯化系统。所述流体样品纯化系统可包括具有远端和近端的壳体，所述远端具有适于流体通过的远端开口，所述近端具有适于流体通过的近端开口 ；在所述壳体内并在所述远端开口上方的远端保持器；和吸附材料，例如多个官能化颗粒。所述流体样品纯化系统还可包括近端保持器，其中所述近端保持器位于所述壳体内并在所述远端保持器和所述近端开口之间，或者其中所述近端保持器与所述近端开口相邻、接触、覆盖所述近端开口或密封所述近端开口。所述流体样品纯化系统还可包括壳体和吸附材料，但不包括远端或近端保持器。在一个实施方案中，所述壳体为移液器吸头。在另一实施方案中，所述壳体为柱， 例如毛细管、旋转柱或多孔微量滴定板。在另一实施方案中，所述系统可包括多个壳体。在另一实施方案中，所述吸附材料为多个官能化颗粒，其中所述多个官能化颗粒位于所述壳体内并被约束在所述远端保持器和所述近端保持器之间。在另一实施方案中，所述多个官能化颗粒将吸附不期望的物质、不为目标分析物的物质、或待与目标分子分离的物质。在另一实施方案中，所述多个官能化颗粒为不同地官能化的颗粒，即所述多个颗粒可包含两种或更多种类型的官能化颗粒。在另一实施方案中，所述吸附材料被施加或涂布在所述壳体的内部上。在另一实施方案中，松散地容留的吸附材料(例如颗粒)容留在所述移液器吸头或柱内。另一实施方案中使用紧密堆积或被约束的吸附材料。在另一实施方案中，吸附材料被固定在流体可接触表面上或位于流体可接触表面中或上的纳米孔隙或其他部件中。在另一实施方案中，所述流体样品纯化系统在所述壳体内含有吸附材料，其中所述吸附材料被固定在颗粒上或位于所述颗粒中或上的纳米孔隙或其他部件中。
在另一实施方案中，所述吸附材料是多孔的。在一个特定的实施方案中，所述官能化颗粒是多孔的，从而提供具有有效地清除较大量杂质的能力的较大吸附表面积，同时足够小以使被保留的流体样品的体积最小化，同时还足够大以使过滤器或保持器的堵塞最小化。在一个实施方案中，所述多孔颗粒显著提高(即10-20倍)吸附能力。在另一实施方案中，所述吸附材料或所述多个官能化颗粒拒绝(或排除)目标分子。在另一实施方案中，流体样品中不期望的物质被吸附而同时流体样品中目标分子或期望的物质被排斥或拒绝。在另一实施方案中，所述远端保持器和近端保持器间隔足够远以在所述多个官能化颗粒的存在下形成空隙，且其中所述空隙被制成一定尺寸，以使得官能化颗粒可在所述空隙内自由行进，从而当流体样品在空隙中时可允许官能化颗粒与流体样品间的充分混
I=I O在另一实施方案中，所述远端保持器和近端保持器间隔足够近以将所述多个官能化颗粒约束为紧密堆积构型，从而在所述多个官能化颗粒的成员间几乎不形成空隙或不形成空隙。在另一实施方案中，所述系统包括与远端保持器连接的流体流动导管。流体流动导管可在壳体的内表面和插件上或壳体的内表面和插件中轴向延伸。在一个特定的实施方案中，轴向延伸的流体流动导管和插件形成远端保持器。在另一实施方案中，轴向延伸的流体流动导管由壳体和插件间的空间形成。在另一实施方案中，流动导管的宽度选择为使流体流动阻力最小化。在另一实施方案中，插件由插件定位翼片定位在壳体内，从而形成轴向延伸的流体流动导管，其中所述轴向延伸的流体流动导管和所述插件形成远端保持器。在另一实施方案中，轴向延伸的流体流动导管定位在壳体的内壁中，其中所述流动导管的宽度选择为使流体流动阻力最小化。在另一实施方案中，轴向延伸的流体流动导管为在远端和远端保持器间产生的半球形导管，所述导管为流体流动提供大通流面积和低阻力。在另一实施方案中，轴向延伸的流体流动导管产生的流体流动阻力小于相等厚度的多孔材料所产生的流体流动阻力且流动限制器的厚度被最小化。在另一实施方案中，各个导管的长度小于导管的直径，且其中导管的长度为远端保持器的尺寸的10%至50%。在另一实施方案中，远端保持器具有a.足够小的孔隙尺寸或流体流动导管以保留所述多个官能化颗粒，和b.在所需的施加压力下足够高的流体样品流率以避免损伤目标分子。在另一实施方案中，壳体内的吸附材料在单个步骤中吸附不期望的物质(例如未整合的核酸扩增引物和核苷酸)而同时拒绝期望的物质(例如PCR扩增子)。在另一实施方案中，流体样品纯化系统优先吸附(或结合)或拒绝不同类型的目标分子，例如生物分子如单链核酸如RNA或PCR引物、双链核酸如DNA (例如基因组DNA、质粒DNA)或PCR引物二聚体、核苷酸如核糖核苷酸、酶如DNA聚合酶、RNA聚合酶、带标记的探针、限制酶或逆转录酶、染料如嵌入剂、水、重金属、毒素如带在血液里的毒素(例如尿素或肌酸酐)、血液组分包括代谢物、电解质、激素或药物、和抗体或抗原。
在一个实施方案中，流体样品纯化系统包含的官能化颗粒尺寸足够小以避免在溶液中快速沉降，而同时足够大以便能使用高流率过滤器并避免在产品制造过程中悬浮在空气中(即“成尘”)。在另一实施方案中，远端或近端保持器可包含选自如下的材料多孔聚合物或陶瓷基体；经穿孔的聚合物、陶瓷或金属(例如实心保持器或“塞”)；多孔聚合物、玻璃或金属织物；和羊毛形式的多孔聚合物、玻璃、或金属长丝。在另一实施方案中，流体样品纯化系统可包括这样的远端保持器，其流动导管或流动通道尺寸将有效保留上述优化的颗粒尺寸而同时在可得到的施加压力下允许高流体样品流率并避免损伤靶物质(例如ds-DNA)。在一个实施方案中，远端保持器为过滤器，过滤器孔隙尺寸为10-40 μ m。在另一实施方案中，流体样品纯化系统可包括这样的远端保持器(例如过滤器)， 其尺寸足够大以提供低施加压力下一致的流体流动阻力，即吸头到吸头的阻力变化小，而同时尺寸足够小以使被保留的样品的体积最小化并通过更靠近壳体的远端(例如移液器吸头吸嘴)布置而使壳体内的样品死体积最小化。在一个实施方案中，保持器(或过滤器) 的物理尺寸为直径1. 0至2. 0mm。在另一实施方案中，流体样品纯化系统可包括这样的远端保持器，其含有易于润湿的(例如亲水性的)材料(或经用这样的材料处理)，所述材料实现低的流体侵入压力 (即最小化使流体开始流过保持器所需的压力)和低的流体挤出压力(即最小化使流体从保持器出来所需的压力)而不吸附靶物。在另一实施方案中，吸附材料(例如多孔的官能化颗粒)经处理以提高可润湿性。在另一实施方案中，吸附材料为多孔的可分解材料。在另一实施方案中，流体样品纯化系统包括这样的远端保持器，其使用的孔隙尺寸可实现低的流体侵入和挤出压力而不通过官能化颗粒。在另一实施方案中，流体样品纯化系统包括这样的远端保持器材料，其既提供高结构强度又满足使用者要求如较大的孔隙尺寸和高流率、尺寸、及化学特性。在另一实施方案中，流体样品纯化系统包括这样的移液器吸头，其整合颗粒与保持器(或过滤器)而同时使样品死体积、内部空气总体积和DNA吸附最小化。在另一实施方案中，近端保持器为近端过滤器。在另一实施方案中，近端保持器为可刺穿的箔密封件或帽。在另一实施方案中，不期望的物质比目标分子优先地与官能化颗粒结合。在另一实施方案中，优先吸附基于的是尺寸、疏水性、电荷或亲和性。在另一实施方案中，靶物质可以是期望的或不期望的物质，例如单链核酸、双链核酸、基因组DNA、质粒DNA、PCR引物二聚体、核苷酸、核糖核苷酸、带标记的探针、酶、染料、嵌入剂、水、重金属、毒素、代谢物、电解质、激素、药物、抗体或抗原。在另一实施方案中，壳体为包含玻璃或廉价或日用塑料的移液器吸头或柱。在另一实施方案中，廉价或日用塑料为聚烯烃材料。在另一实施方案中，聚烯烃材料为聚乙烯、 聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、或聚苯乙烯。在另一实施方案中，所述系统是一次性的。在另一实施方案中，官能化颗粒的尺寸足够小以避免在溶液中快速沉降。
在另一实施方案中，官能化颗粒的尺寸足够大以便能使用高流率过滤器作为远端保持器并避免官能化颗粒在产品制造过程中悬浮在空气中。在另一实施方案中，远端保持器具有足够小的孔隙尺寸以保留所述多个官能化颗粒，而同时足够大以实现在所需的施加压力下高的流体样品流率并避免损伤目标分子。在另一实施方案中，远端保持器具有足够的尺寸以提供在所需的低施加压力下低的吸头到吸头流体流动阻力变化、使被保留的样品的体积最小化、和移液器吸头内的样品死体积最小化。在另一实施方案中，远端保持器具有足够大的孔隙尺寸以实现低的流体侵入和挤出压力以及足够小的孔隙尺寸以防止官能化颗粒通过。在另一实施方案中，内部空气总体积低于约200 μ 1。在另一实施方案中，内部空气总体积不超过样品体积的8-10倍。在另一实施方案中，所述系统在壳体内包括反应室，反应室位于远端保持器和近端保持器之间的空间中。还提供了用于使用流体样品纯化系统分离目标分子的方法。在一些实施方案中， 所述方法包括检测分离出的目标分子。在一个实施方案中，所述方法可包括a.提供待试验目标分子的存在的流体样品；b.提供本发明的流体样品纯化系统；c.将所述流体样品吸入所述流体样品纯化系统中；d.使所述多个官能化颗粒或吸附材料与所述流体样品接触；和e.用使流体流率保持一致并一致地高的抽吸/分配周期和流体流率抽吸和分配所述流体样品，从而从所述流体样品纯化系统排出所述流体样品。所述方法可还包括从排出的流体样品回收目标分子的步骤。在一个特定的实施方案中，提供了一种用于分离目标分子的方法，所述方法包括下述步骤a.提供流体样品纯化系统，其中所述系统包括i.具有远端和近端的壳体，所述远端具有适于流体通过的远端开口，所述近端具有适于流体通过的近端开口；ii.在所述壳体内并在所述远端开口上方的远端保持器；iii.近端保持器，其中所述近端保持器位于所述壳体内并在所述远端保持器和所述近端开口之间，或者与所述近端开口相邻、接触、覆盖所述近端开口或密封所述近端开口 ；禾口iv.多个官能化颗粒，其中所述多个官能化颗粒位于所述壳体内并被约束在所述远端保持器和所述近端保持器之间，所述多个官能化颗粒吸附不期望的物质，且所述多个官能化颗粒为不同地官能化的颗粒；b.将流体样品吸入所述流体样品纯化系统中；c.使所述多个官能化颗粒与所述流体样品接触；和
d.用使流体流率保持一致并一致地高的抽吸/分配周期和流体流率抽吸和分配所述流体样品；从而从所述流体样品纯化系统排出所述流体样品。在一个实施方案中，获得的目标分子的收率至少为70%。在另一实施方案中，获得的目标分子的收率至少为95%。
本文中参考附图1-48来描述流体样品纯化系统，在附图中，相似的标号在整个若干视图中代表相似的元件。应理解，在一些情况下，本发明的各种方面可能被夸大或放大地示出以便于理解本发明。图1 表格，示出了流体样品纯化系统的特定子系统部件与性能好处间的关系。图2 现有技术移液器吸头的横截面示意图。图3 其中纯化DNA的流体样品纯化系统和方法的一个实施方案的示意图。左侧略图描绘PCR溶液中靶DNA ( “蓝色符号”)、未扩增的PCR引物(“黑色符号”)和未整合的核苷酸(“绿色圆点”)向含吸附颗粒的室中的抽吸。右手侧略图中的排出溶液含靶DNA而无杂质(例如引物和核苷酸)。图4:用本发明的系统纯化流体样品时来自原液的扩增子(1956bp)、“引物二聚体”(ds 7bp)、单链物(ss 20bp)和dNTPs的保留。每组4个结果条带(% DNA剩余)的顺序为B (蓝)、R (红)、G (绿)、P (紫)。X轴上列出的每组记录均重复此“BRGP”顺序。图如-b。移液器吸头形式的流体样品纯化系统的实施方案。(a)其中珠子直径大于移液器吸头的远端(吸嘴端)的实施方案。(b)其中吸头具有肋和塞作为抗堵塞部件以 “设计”或引导流体样品在吸头壳体中的流动的实施方案。图6a_b。“移液器吸头形式”(即包括为移液器吸头的壳体)的流体样品纯化系统的一个实施方案。图7a。包括为移液器吸头的壳体和可刺穿的密封件或帽的流体样品纯化系统的一个实施方案。该特定的实施方案在密封件中具有预先形成的穿孔。图7b。包括为移液器吸头的壳体和可拆卸的帽的流体样品纯化系统的一个实施方案。图8。对单一溶液进行的PCR纯化，以比较现有技术(“竞争者Q”、“竞争者I”)纯化产品的性能与本发明的移液器吸头(“Diffinity吸头”)形式和柱(“Diffinity管”) 形式的流体样品纯化系统的实施方案的性能。图9。PCR原液自经纯化的PCR扩增子和杂质(462ng/ μ 1 dNTP、2. 4ng/μ 1引物) 制备。然后用现有技术产品(Q、I、和Ε)或用流体样品纯化系统的一个实施方案(功能性吸头或旋转柱)使该原液经受PCR纯化。图10。Sanger测序是经纯化的PCR溶液的一种定量功能试验。用若干竞争者的产品(Q、I、和E)以及用Diffinity吸头和旋转柱按制造商的说明纯化未经纯化的模拟PCR 溶液。左序列质量的两个定量量度，上面画出了连续读长(CRL)和质量值(QV20)，各栏代表两个相同的独立序列反应的平均值。较长、较高质量的读长具有较高的值，而未经纯化的样品用作阴性对照并具有较低的值。右来自已有序列的中间区域的序列色谱图可见地示出了未经纯化的和大多数经纯化的样品间峰质量的改进，如改进的信噪比所显示的。这些结果代表了在超过5个类似实验中所观察到的那些。图11。用对照系统和本发明的流体样品纯化系统的一个实施方案纯化后的序列比较。在5个位点处独立地进行β测试以比较移液器吸头形式的流体样品纯化系统的实施方案(“Diffinity功能性PCR纯化吸头”)与各个测试实验室目前所使用的方法。将PCR 样品分成与对照(80. 92+/-6. 59% )或 Diffinity (80. 99+/-6. 51% )PCR 纯化系统一起使用。测序后将连续读长(CRL)归一化为预期读长的百分数并对各组进行平均。所示为30 个试验的平均值，加了标准误差棒。图12a-c。随着其抽吸和分配水，市售Hiermo Fisher Scientific Aspire 移液器吸头(“现有技术吸头”)内典型的样品抽吸和分配压力。图13a_c。随着其抽吸和分配水，本发明的流体样品纯化系统的移液器吸头内典型的样品抽吸和分配压力。图14。其中壳体为一个或多个流体管道(例如柱或毛细管毛细管#1、毛细管 #1+M(整数)、毛细管#N(整数)等)的流体样品纯化系统实施方案。A-A截面图示出了多个嵌套的流体管道的横截面。毛细管半径r在远端右下角示出。图15a。流体样品纯化系统的一个实施方案中使用的非圆形载体的示意图。在此特定的实施例中，壳体为移液器吸头且载体的宽度(示为“最小载体宽度”)宽于移液器孔口的直径。图15b。其中球形颗粒由非圆形(椭圆形)移液器吸嘴保留的流体样品纯化系统的一个实施方案的示意图。在此特定的实施方案中，颗粒的最小直径大于椭圆形吸嘴的短轴的最大长度。图 16。用 Bird、Stewart 禾口 Lightfoot(1960，Transport Phenomena,John Wiley & Sons，ISBN 047107392X)所描述的方法计算预计的颗粒沉降时间。图17a_d。从移液器吸头抽吸和分配流体的周期时间，该吸头装载了 2. 5或10. O 毫克具有疏水表面的未经官能化颗粒。然后从吸头抽吸和分配流体。图18a_d。示出在移液器吸头形式的流体样品纯化系统的一个实施方案中在样品分配周期过程中压紧在远端保持器(过滤器)的表面上的颗粒的结果的实验。尺寸小于 53μπκ为 53-74 μ m、为 74-100 μ m 和为 105-149 μ m 的颗粒分别产生了 3. 4KPa、3. lKPa、 3. OKPa和2. 5KPa的最大分配压力。图19。包括远端和近端保持器以保留颗粒、珠子或其他吸附材料的移液器吸头形式的流体样品纯化系统的一个实施方案的示意图。该示意图中示出了近端保持器和远端保持器。(a)为移液器吸头的放大视图，示意了远端保持器。图20a。包括远端和近端保持器以保留颗粒、珠子或其他吸附材料的移液器吸头形式的流体样品纯化系统的一个实施方案的示意图。该示意图中示出了近端多孔基体保持器和远端多孔基体保持器。左侧为移液器吸头的放大视图，示出了远端保持器。图20b。移液器吸头形式的流体样品纯化系统的一个实施方案的示意图，示出了使用与壳体成一体的保持元件(肋)来保持远端保持器。图20c。移液器吸头形式的流体样品纯化系统的一个实施方案的示意图，示出了使用与壳体成一体的保持元件(折翼)来保持远端保持器。
图20d。移液器吸头形式的流体样品纯化系统的一个实施方案的示意图，示出了颗粒空隙体积与移液器吸头自由体积的关系，其中自由体积>颗粒空隙体积。图21。包括与壳体成一体的保持元件(肋)来保持内部过滤器的流体样品纯化系统的一个实施方案。图22。包括远端保持器(过滤器)保持元件(肋)的流体样品纯化系统的另一实施方案。图23。移液器吸头形式的流体样品纯化系统的一个实施方案。保持器可用内部凸起的元件如倒钩固定就位于壳体内，所述内部凸起的元件利用机械干预来固定保持器。图24。其中使用过滤材料(如陶瓷)提供可靠地维持孔隙尺寸所需的结构强度的流体样品纯化系统的一个实施方案。该图示出了加在过滤器上的强力和因此对高过滤器结构强度的需要。图25。移液器吸头形式的流体样品纯化系统的一个实施方案。移液器吸头‘A’含厚度为‘t’、由插件定位翼片‘C’定位在移液器吸头‘A’内的插件‘B’，从而产生宽度为 ’ 的流体流动导管‘D’。通过移液器吸头‘A’的A-A横截面图示出了流体的流动通过由移液器吸头‘A’与插件‘B’间的空间所形成的轴向延伸流体流动导管‘D’。导管宽度 ’由插件‘B’中的凹进精确确定，例如由在移液器吸头注塑过程中精确地形成所述件的该特征的注模精确确定。流动导管‘D’的宽度 ’选择为使流体流动阻力最小化，同时在一个应用中防止较大的物体(例如颗粒)进出移液器吸头‘A’。图沈。移液器吸头形式的流体样品纯化系统的一个实施方案。移液器吸头‘A’含厚度为‘t’、由插件定位翼片‘C’定位在移液器吸头内的插件‘B’，从而产生宽度为 ’的流体流动导管‘D’。与图25中所示的流体样品纯化系统的实施方案不同，流动导管在移液器吸头‘A’的内壁中产生。通过移液器吸头‘A’的A-A横截面图示出了流体的流动通过形成进移液器吸头‘A’的壁中的轴向延伸流体流动导管‘D’。导管宽度 ’由在移液器吸头注塑过程中精确地形成移液器吸头‘A’的内表面的移液器吸头注模的“芯”精确确定。同前面一样，流动导管‘D’的宽度 ’选择为使流体流动阻力最小化，同时在一个应用中防止较大的物体(例如颗粒)进出移液器吸头‘A’。图27。由于过滤器孔隙尺寸小而无DNA损伤。经用移液器吸头形式的流体样品纯化系统的一个实施方案(“Diffinity RapidTip"实施方案)处理的DNA在15或30个抽吸-分配周期后没有剪切损伤的迹象。图^a-f。包含各种形式的颗粒或珠子的移液器吸头形式的流体样品纯化系统的实施方案的示意图。(a)珠子大包装。(b)珠子小包装。(c)单个(大)珠子体。(d)多个 (小)珠子体。(e)含多种吸附剂的多个(小)珠子体，每个珠子体一种吸附剂。(f)多个 (小)珠子体，每个珠子体上多种吸附剂。图29。其中在壳体(即移液器吸头)的内表面上施加或涂布了吸附剂的移液器吸头形式的流体样品纯化系统的实施方案。图30。其中向压缩薄膜中或长丝中引入了吸附剂并插入壳体内的移液器吸头形式的流体样品纯化系统的实施方案。图31。其中加入了一个或多个部件以增强壳体(移液器吸头)的内部润湿表面积的移液器吸头形式的流体样品纯化系统的实施方案。吸附材料或吸附剂附着于在移液器吸头内用来增大可润湿表面积的多个部件上，例如多个内部轴向延伸的肋，例如该图中所示的那些。A-A截面图为所述部件的横截面视图，在该实施方案中，其为表面积增强肋。图32。容纳了具有较大横截面积并因此具有较低流体流动阻力、同时使样品死体积最小化的过滤器的流体样品纯化系统的一个实施方案。所述移液器吸头在移液器吸嘴处具有小膛径且移液器吸头的内径快速增大以容纳较大的过滤器。图33。包括容器并在样品溶液中包含吸附材料或吸附剂的流体样品纯化系统的实施方案。根据该实施方案，吸附材料或吸附剂被置于珠子或颗粒上，所述珠子或颗粒或被加到含待纯化的样品的容器如试管或PCR反应容器中，或在加入样品流体之前即已含在容器中，由此，吸附材料或吸附剂可附着于待从溶液中移除的物质。图34。其中吸附材料或吸附剂附着于置于壳体(例如移液器吸头)内的膜的表面的流体样品纯化系统的实施方案。优选所述膜卷成柱(例如螺旋)以提供大的膜表面积。 卷的直径优选大于移液器吸嘴的直径以容留所述膜于移液器吸头内。A-A截面图示出了卷的横截面视图。图35。“多孔介质保持器”即管(这里为毛细管)或柱形式的流体样品纯化系统的实施方案。可使吸附材料或吸附剂附着于大表面积材料，例如一个或多个多孔介质体的内表面和/或外表面。然后使待纯化的样品流体与多孔介质保持器的远端接触。图36。包括自给式纯化包的流体样品纯化系统的实施方案。根据该实施方案，将含吸附材料(例如颗粒)的包插在样品流体中并搅动，例如借助搅拌或反复插入和取出，以增强流体流过样品容器的运动，从而提高与待吸附的物质相遇的可能性，由此提高其吸附效率并缩短做到这所需的时间。图37。各种类型的过滤材料对DNA的保留(吸附)。图38。各种过滤器孔隙尺寸对DNA的保留。图39。各种市售塑料移液器吸头与DNA的相互作用。自若干供应商获得移液器吸头并用来反复地抽吸和分配DNA溶液，持续90秒。处理前后用260nm下的吸光度测定DNA 浓度并以％初始(处理后[]/处理前[]*100)给出。数据以三次重复试验的平均值示出， 并以误差棒示出标准偏差。图40a_b。(a)具有典型的移液器吸头尺寸的常规移液器吸头设计。(b)包括具有反应(或混合)室的移液器吸头的流体样品纯化系统的一个实施方案，并示出这种移液器吸头设计的尺寸产生优选约1. 0的内部长细比(即高度与直径的比率)。图41。使移液器吸头剩余体积最小化的移液器吸头形式的流体样品纯化系统实施方案。在已湿的壳体(移液器吸头)中，远端保持器(或过滤器)将被保留在远端保持器的远端和移液器吸头的远端之间(如尺寸“X”所示)的流体的体积最小化。优选颗粒保持器轴向布置为使“死体积”不大于被抽吸进移液器吸头中的样品流体的总体积的10%。图42a。用来取得成功纯化的代表性混合方案。除混合方案外的所有实验条件均相同。方案C具有更快、更强力的混合，其导致最短的纯化时间。图42b。方案改变影响纯化时间。试验A、B和C使用了相同的DNA溶液和移液器吸头形式流体样品纯化系统实施方案，唯一的不同在于混合方案。处理过程中通过^Onm 下的吸光度测定DNA浓度并归一化为处理前浓度的百分数。对于各个试验，垂直点线标示获得充分纯化(剩余杂质< 10% )所需的时间。由于进行了方案改进，故纯化时间从试验A中的2分钟降到试验B中的75秒并最后降到试验C中的45秒。图43。约束在图20b中所示的“大膛径”移液器吸头中的官能化颗粒的结合动力学。将2. 5mg官能化颗粒松散地插入移液器吸头中并用容积为50 μ 1的移液器处理25 μ 1 DNA溶液。图44。包括低内部体积功能性移液器吸头的流体样品纯化系统的一个实施方案。图45。包括过滤柱和帽的流体样品纯化系统的一个实施方案。图46。包括过滤柱、整合的试剂和帽的流体样品纯化系统的另一实施方案。图47a_b。来自6. 1部分(实施例1)中所讨论的流体样品纯化系统实施方案的两个试验的性能数据。所述系统在多个抽吸和分配周期上表现出非常一致的流体抽吸和分配压力。图48。关于一系列移液器吸头吸嘴或颗粒保持器穿孔直径(列)和流体流率(行) 的流体剪切速率的汇总表。详情参见5. 7部分(移液器吸嘴和颗粒保持器孔口尺寸及流体分配速度)。
具体实施例方式提供了用于使用吸附材料纯化流体的系统、装置和方法。还提供了用于容留和操作待纯化的流体的系统、装置和方法。在一个实施方案中，提供了一种用于分离流体样品中目标分子的流体样品纯化系统。所述流体样品纯化系统包括具有远端和近端的壳体，所述远端具有适于流体通过的远端开口，所述近端具有适于流体通过的近端开口 ；在所述壳体内并在所述远端开口上方的远端保持器；近端保持器，其中所述近端保持器位于所述壳体内并在所述远端保持器和所述近端开口之间，或者与所述近端开口相邻、接触、覆盖所述近端开口或密封所述近端开口 ；和多个官能化颗粒。在一个实施方案中，所述壳体为移液器吸头。在另一实施方案中，所述壳体为柱或管(例如毛细管)。在另一实施方案中，所述流体样品纯化系统包括壳体(例如容器或管)但既不具有远端保持器也不具有近端保持器。壳体中的一个或多个开口可适于流体通过。流体可以是液体或气体形式。根据本发明，任何流体均可被纯化，由此，流体中的组分可按尺寸、电荷、疏水性或亲水性、或对其他分子的亲和性加以区分。还提供了用于总体地优化和整合吸附系统部件的方法以提供这样的流体样品纯化系统，其将获得不进行这样的部件级和系统级优化和整合将不能获得的系统性能水平。 根据本发明，通过优化和整合多个相互依赖的子系统部件以满足通常矛盾的设计限制条件而获得了更高水平的系统级性能。在一个实施方案中，待通过本发明的流体样品纯化系统和方法纯化的流体样品为生物流体。生物流体为位于生物体或生物体的组分内或由生物体或生物体的组分所产生的流体。生物体的主要组分可包括但不限于细胞和大分子。细胞可包括但不限于真细菌、 古细菌和真核生物。生物体的亚细胞组分可包括但不限于胞核、线粒体和叶绿体、内质网、 和微体。为大分子的组分可包括蛋白质和核酸、多糖、脂质及大分子的复杂组装体如核蛋白 (即核酸与蛋白质的缔合体)和糖蛋白(即蛋白质与碳水化合物的缔合体)。核酸可以是本领域已知的任何核酸，例如脱氧核糖核酸(DNA)，包括质粒；和核糖核酸(RNA)，包括mRNA、 tRNA、rRNA、snRNA、其他非编码RNA、PCR引物、核酸探针等。蛋白质可以是本领域已知的任何蛋白质，例如多肽、肽、氨基酸、和抗体。本发明还提供了用于纯化其他类型的流体样品的系统和方法。本发明的流体样品纯化方法可基于所用的纯化过程(例如为纯化核酸)与目前可用的颗粒过滤区别开来，原因在于这些其他纯化过程将既吸附靶核酸又吸附杂质并利用所需靶物与杂质的溶解度差异通过使用一系列化学-机械过程来选择性地和顺序地洗脱杂质和所需靶物，再使杂质和/或所需靶物通过过滤膜。比较起来，本发明的流体样品纯化系统通过仅吸附杂质而允许所需靶物通过流体样品纯化系统而在单个步骤中起作用。通过该部件级和系统级优化所获得的好处包括样品处理时间非常短、靶物收率高、靶物质量高、吸附能力提高、样品体积回收率高、运行可靠性及产品制造的容易性和成本得到改善。图1中示出了特定子系统部件与系统性能好处间的关系。与上面所描述并为本领域所已知的现有技术和产品大不相同，本发明的流体样品纯化系统在一个实施方案中仅使用单个一次性件和单个处理步骤而无试剂的添加或后续移除。该单步法将减少操作者出错的可能并使得过程非常快速、易于使用且成本低。当例如应用于从PCR溶液纯化DNA时，该过程花约30-60秒完成(现有技术和产品需要15-30 分钟)并移除90%以上的杂质(即未整合的引物和核苷酸)，同时留下充足的靶DNA供后续分析用。其他系统性能好处将在后文中描述。在单次暴露于样品溶液的过程中(单次“暴露”可包括多个流体抽吸和分配周期)，优选吸附材料选择性地吸附不期望的物质而同时拒绝期望的物质。在一个实施方案中，由于例如尺寸、疏水性、电荷或亲和性的不同，不期望的物质比目标分子优先被官能化颗粒所结合、吸引或吸附。取决于应用，被区别性地吸附(或拒绝)的物质可以是例如单链核酸如RNA或PCR 引物、双链核酸如DNA(例如基因组DNA、质粒DNA)或PCR引物二聚体、核苷酸如核糖核苷酸、酶如DNA聚合酶、RNA聚合酶、带标记的探针、限制酶或逆转录酶、染料如嵌入剂、水、重金属、毒素如带在血液里的毒素(例如尿素或肌酸酐)、血液组分包括代谢物、电解质、激素或药物、和抗体或抗原。表1描述了其中可采用本发明的流体样品纯化系统和方法的各种示例性应用。表1生命科学应用被吸附的物质被拒绝的物质PCR纯化核苷酸引物引物二聚体聚合酶ds-DNA(PCR扩增子)基因组DNA提取RNA 蛋白质细胞碎片基因组DN A质粒制备基因组DN A RNA 蛋白质细胞碎片质粒DNARNA纯化DNA 蛋白质细胞碎片靶RNA凝胶回收琼脂糖溴化乙锭插层染料ds-DNA(PCR扩增子)下一代测序 Barcoded 样品引物/引物二聚体核苷酸酶ds-DNA(PCR扩增子)
权利要求
1.一种用于分离流体样品中目标分子的流体样品纯化系统，所述系统包括具有远端和近端的壳体，所述远端具有适于流体通过的远端开口，所述近端具有适于流体通过的近端开口；在所述壳体内并在所述远端开口上方的远端保持器； 近端保持器，其中所述近端保持器位于所述壳体内并在所述远端保持器和所述近端开口之间，或者与所述近端开口相邻、接触、覆盖所述近端开口或密封所述近端开口 ；和多个官能化颗粒，其中所述多个官能化颗粒在所述壳体内并被约束在所述远端保持器和所述近端保持器之间，所述多个官能化颗粒吸附不期望的物质，且所述多个官能化颗粒为不同地官能化的颗粒。
2.一种用于分离流体样品中目标分子的流体样品纯化系统，所述系统包括具有远端和近端的壳体，所述远端具有适于流体通过的远端开口，所述近端具有适于流体通过的近端开口；在所述壳体内并在所述远端开口上方的远端保持器； 禾口吸附材料；其中所述吸附材料在所述壳体内并被约束在所述远端保持器和所述近端开口之间， 所述吸附材料吸附不期望的物质，且所述吸附材料被不同地官能化。
3.一种用于分离流体样品中目标分子的流体样品纯化系统，所述系统包括具有远端和近端的壳体，所述远端具有适于流体通过的远端开口，所述近端具有适于流体通过的近端开口； 禾口吸附材料，其中所述吸附材料在所述壳体内并位于所述远端开口和所述近端开口之间， 所述吸附材料吸附不期望的物质，且所述吸附材料被不同地官能化。
4.根据权利要求2所述的系统，所述系统还包括近端保持器，其中所述近端保持器位于所述壳体内并在所述远端保持器和所述近端开口之间，或者与所述近端开口相邻、接触、 覆盖所述近端开口或密封所述近端开口。
5.根据权利要求2所述的系统，所述系统包括多个壳体。
6.根据权利要求2所述的系统，其中所述吸附材料被施加或涂布在所述壳体的内部上。
7.根据权利要求1、2或3所述的系统，其中使用小壳体半径(“r”)以使质量输送扩散路径长度和扩散时间最小化从而使被抽吸的流体样品中的物质到达所述壳体的内表面并被吸附所需的时间最小化。
8.根据权利要求2所述的系统，其中所述壳体为移液器、柱或管。
9.根据权利要求1、2或3所述的系统，其中所述目标分子为生物分子。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述官能化颗粒是非球形的。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述官能化颗粒是多孔的。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述孔隙尺寸为5nm-150nm。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述多孔官能化颗粒的内表面(或孔隙表面)被官能化以吸附小分子而外表面被官能化以抑制较大分子的吸附。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述较大的分子为双链PCR扩增子。
15.根据权利要求1所述的系统，其中相对于相同尺寸的实心颗粒而言，所述多孔颗粒提供非常高的颗粒表面积与体积的比。
16.根据权利要求1所述的系统，其中所述多孔官能化颗粒经处理以提高可润湿性。
17.根据权利要求1所述的系统，其中所述官能化颗粒包含i)涉及一种特定杂质吸附和靶物拒绝化学的单一类型颗粒，ii)涉及超过一种杂质吸附和/或靶物拒绝化学的单一类型颗粒，iii)各涉及一种杂质吸附和靶物拒绝化学的多种类型颗粒，或iv)各涉及超过一种杂质吸附和/或靶物拒绝化学的多种类型颗粒。
18.根据权利要求2或3所述的系统，其中所述吸附材料为官能化颗粒。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述官能化颗粒包含i)涉及一种特定杂质吸附和靶物拒绝化学的单一类型颗粒，ii)涉及超过一种杂质吸附和/或靶物拒绝化学的单一类型颗粒，iii)各涉及一种杂质吸附和靶物拒绝化学的多种类型颗粒，或iv)各涉及超过一种杂质吸附和/或靶物拒绝化学的多种类型颗粒。
20.根据权利要求1所述的系统，其中所述官能化颗粒为不同地官能化的颗粒。
21.根据权利要求2或3所述的系统，其中所述吸附材料包含不同地官能化的颗粒。
22.根据权利要求1、2或3所述的系统，其中所述流体样品中不期望的物质被吸附，和同时所述流体样品中目标分子或期望的物质被排斥或拒绝。
23.根据权利要求2或3所述的系统，其中所述吸附材料是多孔的。
24.根据权利要求2或3所述的系统，其中所述吸附材料为可分解的多孔材料。
25.根据权利要求2或3所述的系统，其中负载所述吸附材料的颗粒的尺寸为1.0至 1000 μ HIo
26.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个官能化颗粒拒绝所述目标分子。
27.根据权利要求2或3所述的系统，其中所述吸附材料拒绝所述目标分子。
28.根据权利要求1所述的系统，其中所述官能化颗粒具有足够大的尺寸以清除杂质并具有足够小的尺寸以使被保留的流体样品的体积最小化。
29.根据权利要求1所述的系统，其中所述远端保持器和所述近端保持器间隔足够远以在所述多个官能化颗粒的存在下形成空隙，且其中所述空隙被制成一定尺寸，以使得官能化颗粒可在所述空隙内自由行进，从而当所述流体样品在所述空隙中时可实现所述官能化颗粒与所述流体样品间的充分混合。
30.根据权利要求1所述的系统，其中所述远端保持器和所述近端保持器间隔足够近以将所述多个官能化颗粒约束为紧密堆积构型，从而在所述多个官能化颗粒的成员间几乎不形成空隙或不形成空隙。
31.根据权利要求1所述的系统，所述系统在所述壳体内还包括反应室，所述反应室位于所述远端保持器和所述近端保持器之间的空间中。
32.根据权利要求31所述的系统，所述系统包括位于所述反应室中比重大于1.0的吸附颗粒。
33.根据权利要求1所述的系统，其中所述吸附颗粒是亲水的。
34.根据权利要求2或3所述的系统，其中所述吸附材料为多个颗粒且所述颗粒是亲水的。
35.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述远端保持器包含选自如下的材料多孔聚合物或陶瓷基体；经穿孔的聚合物、陶瓷或金属塞；多孔聚合物、玻璃或金属织物；和羊毛形式的多孔聚合物、玻璃、或金属长丝。
36.根据权利要求1所述的系统，所述系统包括与所述远端保持器连接的流体流动导管。
37.根据权利要求1所述的系统，所述系统包括在所述壳体的内表面和插件上或所述壳体的内表面和插件中轴向延伸的流体流动导管，其中所述轴向延伸的流体流动导管和所述插件形成所述远端保持器。
38.根据权利要求37所述的系统，其中所述轴向延伸的流体流动导管由所述壳体和所述插件间的空间形成。
39.根据权利要求37所述的系统，其中所述流动导管的宽度选择为使流体流动阻力最小化。
40.根据权利要求37所述的系统，其中所述插件由插件定位翼片定位在所述壳体内， 从而形成轴向延伸的流体流动导管；其中所述轴向延伸的流体流动导管和所述插件形成所述远端保持器。
41.根据权利要求37所述的系统，其中所述轴向延伸的流体流动导管定位在所述壳体的内壁中，且其中所述流动导管的宽度选择为使流体流动阻力最小化。
42.根据权利要求37所述的系统，其中所述轴向延伸的流体流动导管为在所述远端和所述远端保持器间产生的半球形导管，且其中所述导管为流体流动提供大通流面积和低阻力。
43.根据权利要求37所述的系统，其中所述轴向延伸的流体流动导管产生的流体流动阻力小于相等厚度的多孔材料产生的流体流动阻力且其中流动限制器的厚度被最小化。
44.根据权利要求37所述的系统，其中所述各个导管的长度小于所述导管的直径，且其中所述导管的长度为所述远端保持器的尺寸的10%至50%。
45.根据权利要求1所述的系统，其中所述远端保持器具有a.足够小的孔隙尺寸或流体流动导管以保留所述多个官能化颗粒，和b.在所需的施加压力下足够高的流体样品流率以避免损伤所述目标分子。
46.根据权利要求2所述的系统，其中所述远端保持器具有a.足够小的孔隙尺寸或流体流动导管以保留所述吸附材料，和b.在所需的施加压力下足够高的流体样品流率以避免损伤所述目标分子。
47.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述远端保持器具有足够的尺寸以a.提供在所需的低施加压力下低的吸头到吸头流体流动阻力变化，b.使被保留的样品体积最小化，和c.使所述壳体内的样品死体积最小化。
48.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述远端保持器a.包含允许低的流体侵入和挤出压力的亲水或易于润湿的材料，和b.拒绝所述目标分子。
49.根据权利要求1所述的系统，其中所述远端保持器具有a.足够大的孔隙尺寸或流体流动导管以实现低的流体侵入和挤出压力，和b.足够小的孔隙尺寸或流体流动导管以阻挡官能化颗粒的进入。
50.根据权利要求2所述的系统，其中所述远端保持器具有a.足够大的孔隙尺寸或流体流动导管以实现低的流体侵入和挤出压力，和b.足够小的孔隙尺寸或流体流动导管以阻挡吸附材料的进入。
51.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述远端保持器包含提供高结构强度的过滤材料。
52.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述远端保持器或所述近端保持器为过滤ο
53.根据权利要求1所述的系统，其中所述近端保持器为可刺穿的密封件、帽或膜。
54.根据权利要求53所述的系统，其中所述可刺穿的密封件、帽或膜为箔。
55.根据权利要求1或2所述的系统，所述系统包括用于所述远端保持器的保持元件。
56.根据权利要求1所述的系统，所述系统包括用于所述近端保持器的保持元件。
57.根据权利要求2或3所述的系统，其中所述吸附材料被粘结在一起以形成单个体。
58.根据权利要求2或3所述的系统，其中所述吸附材料被载体所负载，其中所述载体比所述远端开口的直径宽。
59.根据权利要求1、2或3所述的系统，其中所述远端开口是非圆形的。
60.根据权利要求1所述的系统，其中所述不期望的物质比所述目标分子优先与所述官能化颗粒结合。
61.根据权利要求60所述的系统，其中所述优先结合基于尺寸、疏水性、电荷或亲和性。
62.根据权利要求2或3所述的系统，其中所述不期望的物质比所述目标分子优先与所述吸附材料结合。
63.根据权利要求62所述的系统，其中所述优先结合基于尺寸、疏水性、电荷或亲和性。
64.根据权利要求1、2或3所述的系统，其中所述不期望的物质为单链核酸、双链核酸、 基因组DNA、质粒DNA、PCR引物二聚体、核苷酸、核糖核苷酸、酶、染料、嵌入剂、水、重金属、 毒素、代谢物、电解质、激素、药物、抗体或抗原。
65.根据权利要求1、2或3所述的系统，其中所述壳体为移液器吸头、管或柱。
66.根据权利要求1、2或3所述的系统，其中所述壳体包含玻璃或廉价或日用塑料。
67.根据权利要求66所述的系统，其中所述廉价或日用塑料为聚烯烃材料。
68.根据权利要求67所述的系统，其中所述聚烯烃材料为聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、或聚苯乙烯。
69.根据权利要求1所述的系统，其中所述官能化颗粒的尺寸足够小以避免在溶液中快速沉降。
70.根据权利要求1所述的系统，其中所述官能化颗粒的尺寸足够大以便能使用高流率过滤器作为所述远端保持器并避免所述官能化颗粒在产品制造过程中悬浮在空气中。
71.根据权利要求1所述的系统，其中样品死体积和内部空气总体积低于约200μ1。
72.根据权利要求71所述的系统，其中所述样品死体积和内部空气总体积不超过所述样品体积的8-10倍。
73.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述壳体包括用于保持远端或近端保持器的保持肋。
74.根据权利要求1所述的系统，其中所述壳体包括一个或多个轴向延伸的肋以保持所述多个官能化颗粒。
75.根据权利要求2或3所述的系统，其中所述壳体包括一个或多个轴向延伸的肋以保持所述吸附材料。
76.根据权利要求1所述的系统，其中所述轴向延伸的肋形成流体流动导管。
77.根据权利要求2或3所述的系统，其中所述轴向延伸的肋形成流体流动导管。
78.根据权利要求1或2所述的系统，所述系统包括在所述壳体中远端布置的抗堵塞O
79.根据权利要求2或3所述的系统，其中所述吸附材料包含珠子或被施加到珠子，且其中所述珠子直径大于所述远端开口。
80.根据权利要求2或3所述的系统，其中所述吸附材料被附着于膜的表面，且其中所述膜布置在所述壳体内。
81.根据权利要求1所述的系统，其中所述壳体为移液器吸头且所述吸头中官能化颗粒的重量为10. Omgo
82.根据权利要求1或2所述的系统，所述系统包括内部一体式设计部件以使所述远端保持器保持在所述壳体内而无需高的保持器插入力。
83.根据权利要求1或2所述的系统，所述系统包括近端布置的内部膜以保留吸附材料或颗粒，所述膜能在吸附材料或颗粒被置于所述壳体中之后坍塌而锁在一起。
84.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述远端保持器为可压缩性差或不可压缩的陶瓷过滤器或塞。
85.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述壳体为移液器吸头，所述远端保持器为过滤器，其中所述过滤器具有范围在20 μ m-40 μ m的孔隙，直径为0. 8-1. 2mm,长度为1. Omm至1. 5mm。
86.根据权利要求1或2所述的系统，所述系统包括设计的流动导管，其中所述远端保持器为实心保持器。
87.根据权利要求86所述的系统，其中所述壳体为移液器吸头，所述移液器吸头的内径为2-6mm，和所述实心保持器厚0. 10至1. 0mm。
88.根据权利要求1、2或3所述的系统，其中所述官能化颗粒或吸附材料被附着于位于所述壳体内用来增大可润湿表面积的多个部件上。
89.根据权利要求88所述的系统，其中所述部件为内部轴向延伸的肋。
90.根据权利要求89所述的系统，其中所述肋是所述壳体的一体式部分或者是被放置在壳体内的预成型构件。
91.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述壳体为移液器吸头，所述移液器吸头的远端是小膛径的且所述移液器吸头快速增大内径以容纳较大的远端保持器。
92.根据权利要求1、2或3所述的系统，其中所述壳体为移液器吸头，所述流体样品体积为5-50 μ 1，所述远端保持器直径为1. 0-3. 0mm。
93.根据权利要求1所述的系统，其中所述壳体内颗粒的自由体积大于或等于所述颗粒周围的空隙体积。
94.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述壳体为移液器吸头且其中采用移液器吸头吸嘴、远端颗粒保持器穿孔直径和/或流体流率的容许组合来避免损伤所述流体样品中的 DNA。
95.根据权利要求1、2或3所述的系统，所述系统包括载体，所述载体包含所述官能化颗粒或吸附材料，其中所述载体的表面积优选为0. 001至0. 500平方米/50 μ 1流体样品体积。
96.根据权利要求1、2或3所述的系统，其中官能化颗粒或吸附材料被附着于包含粘结的颗粒的可分解的多孔介质体的内表面或外表面，其中所述可分解的多孔介质能向溶液中释放所述粘结的颗粒。
97.根据权利要求1、2或3所述的系统，其中所述目标分子为DNA且其中所述官能化颗粒或吸附材料在6. 0至9. 0的ρΗ下具有中性或负表面电荷。
98.根据权利要求1、2或3所述的系统，其中所述目标分子为DNA且其中所述远端保持器为具有40 μ m或更大孔隙尺寸的过滤器。
99.根据权利要求1所述的系统，其中所述目标分子为DNA且所述吸附材料选择为吸附较少量的DNA。
100.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述远端保持器位于所述壳体的远端附近以使容留在所述壳体的远端与所述保持器的远端之间的流体的体积最小化，并且其中所述壳体的本体在所述远端过滤器和所述远端处直径非常小的样品获取部件之间的短过渡区上快速地逐渐变细。
101.一种用于分离流体样品中目标分子的流体样品纯化系统，所述系统包括 具有开口的容器，所述开口适于流体通过，和吸附材料，其中 所述吸附材料在所述容器内， 所述吸附材料吸附不期望的物质，和所述吸附材料被不同地官能化。
102.根据权利要求1、2或3所述的系统，其中所述吸附材料在所述壳体内的多孔包装中。
103.根据权利要求101所述的系统，其中所述吸附材料在所述容器内的多孔包装中。
104.根据权利要求102所述的系统，其中所述多孔包装含官能化颗粒的混合物，其中各个官能化颗粒或包含不同的吸附材料或是单个颗粒上包含多种吸附材料。
105.根据权利要求103所述的系统，其中所述多孔包装含官能化颗粒的混合物，其中各个官能化颗粒或包含不同的吸附材料或是单个颗粒上包含多种吸附材料。
106.根据权利要求102所述的系统，其中两个或更多个多孔包装被置于所述壳体内， 且其中各个包装含与被置于所述壳体内的其他包装中所含吸附材料在官能性上不同的单一吸附材料。
107.根据权利要求103所述的系统，其中两个或更多个多孔包装被置于所述容器内， 且其中各个包装含与被置于所述容器中的其他包装中所含吸附材料在官能性上不同的单一吸附材料。
108.一种用于分离流体样品中目标分子的方法，所述方法包括步骤a.提供待试验目标分子的存在的流体样品；b.提供根据权利要求1所述的流体样品纯化系统；c.将所述流体样品吸入所述流体样品纯化系统中；d.使所述多个官能化颗粒与所述流体样品接触；和e.用使流体流率保持一致并一致地高的抽吸/分配周期和流体流率抽吸和分配所述流体样品，从而从所述流体样品纯化系统排出所述流体样品。
109.一种用于分离流体样品中目标分子的方法，所述方法包括步骤a.提供待试验目标分子的存在的流体样品；b.提供根据权利要求2或3所述的流体样品纯化系统；c.将所述流体样品吸入所述流体样品纯化系统中；d.使所述吸附材料与所述流体样品接触；和e.用使流体流率保持一致并一致地高的抽吸/分配周期和流体流率抽吸和分配所述流体样品，从而从所述流体样品纯化系统排出所述流体样品。
110.一种用于分离流体样品中目标分子的方法，所述方法包括步骤a.提供待试验目标分子的存在的流体样品；b.提供根据权利要求101所述的流体样品纯化系统；c.将所述流体样品置于所述流体样品纯化系统中；d.使所述吸附材料与所述流体样品接触；e.在所述系统中混合所述流体样品；和f.从所述系统移除所述流体样品。
111.根据权利要求108或109所述的方法，所述方法还包括从排出的流体样品回收所述目标分子的步骤。
112.根据权利要求110所述的方法，所述方法还包括从移除的流体样品回收所述目标分子的步骤。
113.一种用于分离流体样品中目标分子的方法，所述方法包括步骤a.提供一种流体样品纯化系统，其中所述系统包括i.具有远端和近端的壳体，所述远端具有适于流体通过的远端开口，所述近端具有适于流体通过的近端开口； .在所述壳体内并在所述远端开口上方的远端保持器；iii.近端保持器，其中所述近端保持器位于所述壳体内并在所述远端保持器和所述近端开口之间，或者与所述近端开口相邻、接触、覆盖所述近端开口或密封所述近端开口 ；和iv.多个官能化颗粒，其中所述多个官能化颗粒在所述壳体内并被约束在所述远端保持器和所述近端保持器之间，所述多个官能化颗粒吸附不期望的物质，和所述多个官能化颗粒为不同地官能化的颗粒；b.将流体样品吸入所述流体样品纯化系统中；c.使所述多个官能化颗粒与所述流体样品接触；和d.用使流体流率保持一致并一致地高的抽吸/分配周期和流体流率抽吸和分配所述流体样品，从而从所述流体样品纯化系统排出所述流体样品。
114.根据权利要求113所述的方法，所述方法还包括从排出的流体样品回收所述目标分子的步骤。
115.根据权利要求113所述的方法，其中获得的目标分子的收率至少为70%。
116.根据权利要求113所述的方法，其中获得的目标分子的收率至少为95%。
117.—种试剂盒，所述试剂盒包括 壳体；和吸附材料。
118.根据权利要求117所述的试剂盒，所述试剂盒包括流体样品纯化系统。
119.根据权利要求117所述的试剂盒，所述试剂盒还包括使用说明。
120.根据权利要求117所述的试剂盒，所述试剂盒包括远端或近端保持器。
121.根据权利要求117所述的试剂盒，所述试剂盒包括用于流体样品纯化的试剂。
全文摘要
本发明提供了用于分离流体样品中目标分子的流体样品纯化系统和方法。所述流体样品纯化系统具有壳体，所述壳体具有远端和适于流体通过的远端开口及近端和适于流体通过的近端开口。远端保持器位于所述壳体内并在所述远端开口上方。近端保持器位于所述壳体内所述远端保持器和所述近端开口之间，或者与所述近端开口相邻、接触、或在所述近端开口上。所述系统还包含吸附材料，例如官能化颗粒，所述吸附材料在所述壳体内并被约束在所述远端保持器和所述近端保持器之间。所述吸附材料吸附不期望的物质，而同时拒绝期望的物质。还提供了用于使用所述流体样品纯化系统分离目标分子的方法。
文档编号C12M1/00GK102439128SQ201080016874
公开日2012年5月2日 申请日期2010年2月13日 优先权日2009年2月14日
发明者李安农·R·加布雷斯基, 杰弗里·L·赫尔飞, 莫里斯·A·希达尔 申请人:第菲尼特基因组学公司