用于核酸扩增和检测的射流卡盘的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于核酸扩增和检测的射流卡盘，更具体来说，其中所述射流卡盘包括用于核酸扩增和检测所必需的试剂。
【背景技术】
[0002]样本制备和分析呈现许多后勤问题。常规地，在没有分析医学样本(例如血液、唾液、尿液以及拭子洗脱液)所必需的设备的局部手术中，许多所述样本被提供给医生，例如，全科医生(GP)或主治医师(PCP)。因此，必须将样本发送到其中分析样本的实验室。测试结果必须随后被核对且返回给GP以分析所述结果且做出诊断。此方法是不适当的。首先，存在样本运送中被丢失或与错误的患者错配的相当大的风险。此外，尽管技术的最近发展已经减少了执行测试所花费的总时间，但将样本发送到实验室所涉及的延迟是不令人满意的。
[0003]然而，在实验室中存在的类型的分析系统是复杂的且通常难以从源样本提供足够量的纯目标以可靠地执行下游分析测定。这通常阻止局部GP手术能够现场执行此类测试。
[0004]然而，近年来，已经努力减小分析系统的大小以使测试运行起来更快且更简单，且需要更小的量的样本。举例来说，“芯片实验室”(LOC)装置(微流体装置的子集)将在医院中执行的几乎所有医疗测试或诊断操作整合在单一微流体芯片上。形成此类微流体装置的通道处理较小流体体积且连接在一起以便实现所希望的功能，例如混合样本、移动样本通过装置、使样本与不同的试剂反应等等。这些芯片可以插入到机器中以控制测试的性能且测量结果。
[0005]然而，已发现处理微流体装置中的样本可能非常困难。在如在常规LOC上存在的此类小通道中，难以施加外部力以将样本从一个位置移动到另一位置以在样本上执行不同的动作。还存在对仅仅使用毛细作用操作的LOC装置的复杂性的限制。此外，由于LOC的较小样本大小，所述装置具有减少的灵敏度且因此目标存在于样本中的概率减小。
[0006]替代的方法是使用射流卡盘。射流卡盘的组件的大小大于微流体装置的组件的大小，并且因此移动样本通过各种不同位置以在其上执行不同的动作变得可能。这使得有可能执行比可以使用典型的LOC装置执行的更加复杂的测试，同时仍提供在局部GP手术中可能使用的分析系统。
[0007]可用于医疗诊断的科学测定已经越来越涉及生物化学过程，例如聚合酶链反应(“PCR”)WCR测定已经提供测定核酸的界定区段的存在的强有力的方法。因此希望在射流卡盘上执行PCR测定。
[0008]将PCR减小到微芯片级对于便携式检测技术和高通量分析系统是十分重要的。所述方法可以用于针对对特定病原体(例如沙眼衣原体细菌、HIV或任何其它病原微生物)具有特异性的核酸的存在测定体液。
[0009]可商购的自动DNA扩增测定的引入已经允许更多实验室引入这些技术以用于试样的常规测试。然而，存在改进用于此目的的射流装置的需要。
【发明内容】
[0010]本发明提供一种用于测定液体样本中的靶核酸序列的卡盘，其包括塑料外壳，所述塑料外壳围封:
[0011]a.塑料射流部分，其包括:将样本入口流体地连接到其中可以进行核酸扩增的至少一个扩增室的通道;将所述扩增室流体地连接到其中可以检测到核酸扩增的结果的至少一个检测室的通道;排气装置；以及连接到气体供应装置的气体入口，所述气体供应装置能够向下游推动所述样本通过所述卡盘，
[0012]其中所述通道和/或腔室包括至少一个气动控制的阀门，
[0013]并且其中在所述扩增室的上游提供:用于细胞裂解和核酸分离的试剂和/或物理组件;在所述扩增室中或所述扩增室的上游但在用于细胞裂解和核酸分离的所述试剂和/或物理组件的下游提供用于核酸扩增的试剂，其包含核酸聚合酶;且在所述检测室中或所述检测室的上游但在所述扩增室的下游提供用于核酸检测的试剂；
[0014]b.塑料气动部分，其包括至少一个气动压力入口和用于传送气动压力的气动回路；
[0015]由此通过所述通道和腔室的流可以通过施加到所述至少一个气动控制的阀门的所述气动压力控制；以及
[0016]c.至少两个电极，其能够提供跨越所述至少一个检测室的电位差以准许电化学活性分子的检测。
【附图说明】
[0017]图1是其中可以提供本发明的示例性射流卡盘的示意图。
[0018]图2是其中可以提供本发明的示例性射流卡盘的俯视图。
[0019]图3是图2的示例性射流卡盘的分解视图。
[0020]图4是图2的示例性射流卡盘的外壳的透视图。
[0021 ]图5是图2的示例性射流卡盘的泡罩子组合件的透视图。
[0022]图6A是图2的示例性射流卡盘的气动层的俯视图。
[0023]图6B是图2的示例性射流卡盘的气动层的底视图。
[0024]图7是图2的示例性射流卡盘的气动箔片的俯视图。
[0025]图8A是图2的示例性射流卡盘的射流层的俯视图。
[0026]图8B是图2的示例性射流卡盘的射流层的底视图。
[0027]图9是图2的示例性射流卡盘的射流箔片的俯视图。
[0028]图10是图2的示例性射流卡盘的电极层的俯视图。
[0029]图11是可以形成隔离的发明性方面的有利的阀门布置的截面视图。
[0030]图12是可以形成隔离的发明性方面的另一有利的阀门布置的截面视图。
[0031]图13a是可以形成隔离的发明性方面的有利的入口端口布置的截面视图。
[0032]图13b是图13a的入口端口布置的透视截面视图。
[0033]图14a是可以形成隔离的发明性方面的有利的捕获柱布置的截面视图。
[0034]图14b是图14a的捕获柱布置的一部分的透视截面视图。
[0035]图15a是可以形成隔离的发明性方面的有利的废物室布置的截面视图。
[0036]图15b是图15a的废物室布置的透视截面视图。
【具体实施方式】
[0037]本发明的卡盘包括:射流部分，样本流动通过所述射流部分且其中进行核酸扩增和检测;气动部分，其控制通过射流部分的流；以及至少两个电极，其提供用于所关注的经扩增核酸的检测的电位差。射流部分和气动部分可以由射流层、射流箔片、气动层以及气动箔片构造，例如下文关于示例性卡盘描述的那些射流层、射流箔片、气动层以及气动箔片。然而，射流部分未必仅由射流层和射流箔片构成且气动部分未必仅由气动层和气动箔片构成。确切地说，所述层可以相互作用以产生射流部分和气动部分，使得所述层中的全部或一些的各部分构成每个部分。射流部分是指卡盘的提供允许受控样本流的功能的特定区域，且气动部分是指卡盘的提供控制通过射流部分的流的功能的特定区域，而非指卡盘的特定层。
[0038]外壳、射流部分和气动部分由塑料制成。塑料意指可以在较软时成形且随后被硬化的合成或天然有机材料，包含树脂、树脂状物质、聚合物、纤维素衍生物、酪蛋白材料以及蛋白质塑料。可以构造卡盘的塑料的实例包含但不限于热塑性塑料，例如聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、环烯烃共聚物(例如黄宝石、丙烯腈丁二烯苯乙烯)；以及热塑性弹性体，例如聚丙烯。塑料外壳、射流部分和气动部分可以包含不由塑料制成的组件(例如，由金属箔制成的泡罩、在样本入口处的金属嵌件)，但所述组件主要由塑料形成。塑料材料的使用促进卡盘的经济制造。
[0039]尽管气动和射流箔片可以由金属箔制成，但优选的材料是塑料，包含上述塑料。具体来说，优选的是，箔片是聚对苯二甲酸乙二酯/聚丙烯复合物。
[0040]靶核酸序列是将在样本中检测到的任何核酸。将在卡盘中被扩增且检测到的靶核酸将通常是DNA，但还可能扩增且检测RNA。在一些实施例中，卡盘可以准许DNA和RNA靶两者的扩增和/或检测。
[0041]液体样本是被引入到卡盘以便确定所关注的靶核酸是否存在的组成。所述样本可以是其中待检测的核酸疑似存在的组成(例如，用于临床诊断)，或可以是其中待检测的核酸有可能存在的组成(例如，用于污染测试)。
[0042]液体样本可以具有各种来源。举例来说，所述液体样本可以是从动物或植物获得的材料(例如，用于感染的诊断或用于基因分型)。此类样本可以在微创或无创的情况下获得，例如，所述样本可以使用拭子从动物获得，或可以是体液。作为替代方案，所述样本可以是从食品或水获得的材料(例如，用于污染测试)。所述样本将通常包含细胞，且靶核酸(如果存在)可以从卡盘内的这些细胞提取。所属领域的技术人员将了解，样本在被引入到卡盘之前可以被稀释或以其它方式进行处理，但优选的是，卡盘可以处理尚未以此方式进行预处理的材料。
[0043]从其获得样本的动物可以是脊椎动物或非脊椎动物。脊椎动物可以是哺乳动物。哺乳动物的实例包含但不限于小鼠、大鼠、猪、狗、猫、兔、灵长类动物或类似者。所述动物可以是灵长类动物，且优选地是人。因此卡盘可以用于人类样本的临床诊断。
[0044]除分析样本之外，卡盘还可以分析阳性和/或阴性对照以提供卡盘如预期一般起作用的确认。对照组可以由使用者引入到卡盘中，或可以在使用之前包含在卡盘内。
[0045]包含内部的阳性对照核酸允许使用者识别是否已经获得样本的阴性结果，因为核酸扩增已经失败(假阴性)。如果尽管阳性对照核酸存在于扩增室中，但在检测室中未能检测出所述核酸，那么使用者将能够将测试识别为可能的假阴性结果，且可以执行另一测试。
[0046]包含内部的阴性对照组允许使用者识别是否已经由于污染的存在错误地获得阳性结果。阴性对照可以包括在没有必需的组分的情况下在其中不提供核酸或其中样本经受扩增反应的腔室中执行PCR，例如没有引物的PCR。如果尽管核酸既定不存在于扩增室中，但仍在检测室中检测到所述核酸，那么使用者将能够将测试识别为可能的假阳性结果，且可以执行另一测试。
[0047]阳性对照核酸可以是将未在用于卡盘中的样本中发现的任何核酸。内部对照DNA可以从细菌获取，所述细菌并不对动物致病且包含高度特定针对所述细菌的核酸。从其可以获取动物样本的对照核酸的可能的细菌的一个实例是黑胫病菌，但可以使用将不存在于样本中的任何对照核酸。
[0048]卡盘的射流部分包括样本流动通过的通道和腔室。通过卡盘的样本流在两种方式被控制。首先，射流部分具有气体入口。所述气体入口连接到气体供应装置，且气体经由此入口注入到射流部分中允许朝向检测室将样本向下游推动通过卡盘。气体供应装置可以由阅读器(reader)提供。作为替代方案，气体供应装置可以是机载气体供应装置。优选地，气体供应装置由外部源提供且气体入口连接到气动回路，使得气体供应装置经由卡盘上的气动入口提供。第二，至少一个气动控制的阀门控制样本通过射流部分的局部移动。所述气动控制的阀门可以独立于其它气动控制的阀门而被控制，且可以独立于大体上导致样本经由气体入口的下游移动的气体供应装置而被控制。气体入口和气动控制的阀门还准许样本冲过射流部分(例如)以排除过量体积的材料。射流部分还具有排气装置，所述排气装置允许空气和废料离开射流部分的通道和腔室而没有压力的积聚出现在卡盘中。优选地，排气装置包括废物室和/或废物出口。
[0049]卡盘的射流部分包含用于细胞裂解和核酸分离的试剂和/或物理组件。这些试剂和/或物理组件可以是能够裂解细胞且使核酸与细胞碎片以及其它细胞组分分离的任何试剂或物理组件。举例来说，它们可以包括(i)裂解缓冲液，其能够导致可能存在于样本中的靶细胞裂解，例如包含壬基苯氧基聚乙氧基乙醇(可用作NP-40)或叔辛基苯氧基聚乙氧基乙醇(可用作曲通X 100)等清洁剂或包含异硫氰酸胍的缓冲液，和/或(ii)捕获支架或柱，其专门地结合核酸但不结合其它不希望的细胞组分(例如，蛋白质和脂质)。捕获柱包括捕获过滤器且可以另外包括深度过滤器。过滤器可以由玻璃纤维制成(可用作惠特曼过滤器)，或可以由二氧化硅制成，但可以使用能够使核酸与其它细胞组分分离的任何柱或支架。可以进行使用洗涤缓冲液去除细胞碎片和其它细胞组分的洗脱，其后是使用洗脱缓冲液从捕获支架或柱洗脱分离的核酸的洗脱，使得捕获柱可以使核酸与细胞碎片和其它细胞组分分呙。
[0050]样本流动通过的通道将样本入口流体地连接到其中可以进行核酸扩增的至少一个扩增室。扩增室的目的是准许存在于样本中的任何所关注的靶核酸(以及，当存在时，任何阳性对照核酸)的扩增。可以使用任何核酸扩增方法且下文关于示例性卡盘更详细描述这些。所需用于不同核酸扩增方法的不同的核酸扩增试剂是所属领域中众所周知的。这些试剂提供于扩增室中或提供于扩增室的上游，使得样本(和任何阳性对照组)一旦到达扩增室就包含用于核酸扩增的所有必需的试剂。根据待检测靶核酸的核酸扩增方法的调适也是所属领域中众所周知的(例如，引物的设计)。技术人员因此将能够相应地调适用于核酸扩增的试剂。术语“腔室”不指示任何特定的大小或几何结构，而是意指在射流部分内经设计以准许发生核酸扩增的区域。因此，举例来说，所述腔室可以是其中当发生所需用于核酸扩增的步骤(例如，热循环等)时样本可以流