使用多序列扩增和同时杂交读取对一组不同核酸序列进行平行检测的装置、系统和方法。一种自动化核酸分析系统，包括在微流体连通中的样品裂解、扩增、PCR和检测模块，其设置成通过多序列扩增和同时微阵列杂交读取来对不同核酸序列进行平行检测。设置高效微粒体电活化聚合物(μEAP)致动器用于细胞分选，其包含封闭端流体腔室，其中腔室的表面是被介电弹性体的EAP层覆盖的电极。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请要求2014年11月18日提交的系列号62/081,525；2014年8月25日提交的系列号62/041,430；和2014年4月14日提交的系列号61/979,377的优先权。本专利技术在合同编号HR0011-14-C-0082的国防部高级研究计划署的政府支持下完成。政府对本专利技术拥有某些权利。引言通过在易用系统中的扩增和检测对样品制备物的整合对于核酸诊断而言仍然是明显挑战[1]。FDA已经批准了多种系统作为用于近-POC应用的“中等复杂”装置[2]，包括赛沛公司(Cepheid)的GeneXpert平台、纳米球公司(Nanosphere)的Verigene平台、BD公司的(Becton,DickinsonandCompany)BDMax系统、和利亚特公司(Liat)的“管中实验室(lab-in-a-tube)”一次性装置。研究文献普遍是病原体检测技术和装置的示例；然而，没人能够开发一种多重、自动化、集成的设置成接受原始生物样品的“从样品到结果”系统[3]。早期示例使用电泳分离和激光诱导的荧光来检测从全血中扩增并提取的病原体DNA的存在[4]。Xu等[5]在扩增期间使用实时荧光读取来检测少至100个拷贝/μl。Ferguson等[6]通过在电催化缓冲液存在下电泳检测与纳米结构的电极上的PNA探针杂交的病毒RNA，而Lam等[7]检测经扩增的ssDNA与沉积在金电极上的氧化还原标记的分子探针的杂交。Ferguson[6]证实获得了等于10TCID50(组织培养感染剂量)的LOD，其比临床效价值低4个数量级。Lam[7]证实获得了1个细菌/μl的LOD，虽然在掺入的尿液样品上进行分析时使用100CFU/μl的浓度。2组使用横向流夹心试验作为其核酸检测的基础[8,9]，并且FraunhoferInstitutesivD-平台[10]使用模块平台。数十年来，国防部(DoD)已经认识到了对现场便携式生物分析的需求。最初，这种需求是为了鉴定生物威胁；然而，随着个性化医疗的进步，除了环境监测以外，DoD也认识到常规健康状态监测的价值以及护理点(POC)诊断的可及性。事实上，DARPA有多种旨在监测生物系统以允许快速介入的程序。然而，尽管已有数十年的投资，还没有在需要地点进行核酸加工的市售仪器。为了填补这项空缺，SRI已经开发并且我们在此公开了一种进行“从样品进入到答案输出”分析的便携式、集成、可快速重构并且自动化的生物检测系统。
技术实现思路
本专利技术提供了用于通过多序列扩增和同时杂交读取对一组不同核酸序列进行平行检测的装置、系统和方法。在一个方面中，本专利技术提供了一种自动化核酸分析系统，包括在微流体连通中的样品裂解、扩增、PCR和检测模块，其设置成通过多序列扩增和同时微阵列杂交读取来对不同核酸序列进行平行检测。在实施方式中，本专利技术提供系统，其中：检测模块包含微阵列检测光学器件，其包含采用渐消波激发的微阵列扫描仪；检测模块包含自动化杂交处理器，其设置成通过温度提供多重严谨性；和/或PCR模块设置成在单次反应中进行逆转录和PCR。在实施方式中，本专利技术提供系统，其中包括包含模块的集成微流体卡和分析仪，所述分析仪包含设置用于接受卡的容器，设置用于操作卡的操作器，和设置用于电子控制操作器的控制器，该操作器包含流体致动器、PCR热循环仪、和自动化杂交处理器以及微阵列检测光学器件。在实施方式中，本专利技术提供系统，其还包括设置成含有并递送试剂至裂解、纯化、PCR和检测模块的试剂模块。在实施方式中，本专利技术提供系统，其是：便携的：小于1000in3并且小于10lbs；快速的：分析低于120分钟；多重的：同时分析超过50种靶序列；和/或自动的：在样品导入和结果展示之间不需要用户介入。在实施方式中，本专利技术提供系统，其中：样品包含蛋白质分析物并且系统进一步设置成用包含核酸序列的标签来标记蛋白质分析物；锚定的探针通过其空间位置限定序列；使用比被分析序列的数目少的引物对数来实现扩增；不同核酸序列是多物种/生物体的；PCR模块包含金属(例如，铝)PCR反应腔室；微流体连通包含经设置用于去除气泡的透气膜，其中透气膜在通道层之下，使得整个通道暴露于大气压中(在一个具体的实施方式中，该膜跨越所述卡，因为与单独的片相比其更易于被制成层，虽然其仅在通道层之下起作用)；扩增完全包含在耗材(例如，无开口管)中；和/或检测是基于探针组而不是引物组(易于构建新的测试)。在实施方式中，本专利技术提供系统，其设置成：在单个容器中扩增(无样品裂解)；接受并处理下述分析物样品：血液、唾液、GI样品、尿液、伤口拭子、脊椎穿剌、鼻拭子、兽医学和农业来源；通过试样收集工具或运输介质接受样品；处理1-100ul的样品体积；是模块化的(模块可互换以支持不同应用)；能够测量(通过通道尺寸和气泡去除进行)；和/或是单向或自封闭的(防止样品交叉污染)。在实施方式中，本专利技术提供系统，包括包含模块的集成微流体卡和包含外壳(盒)的分析仪，并且在外壳内包括设置用于接受卡的容器，其中该分析仪：接合卡以进行裂解、纯化、PCT(扩增和标记)、和检测；通过压力(例如，样品运输)、磁场(例如，样品混合)、温度(例如，扩增、严谨性、杂交)和/或光(例如，杂交检测)与样品相互作用；和/或通过将渐消波与样品偶联来进行检测以实时观察杂交和/或确定产生序列信息的可能碱基对错配和动力学。在实施方式中，本专利技术提供了包括包含模块的集成微流体卡(筒)的系统，其中该卡设置成：对疾病类型有特异性(例如，呼吸道疾病)；对患者类型有特异性(例如，小儿)；对病原体类型有特异性(例如，生物战试剂)；对个体有特异性(例如，药物基因组学)；含有针对患者特异性信息的独特标识；用于一次性使用以保持无菌并最小化交叉污染；使用辊到辊(roll-to-roll)生产步骤产生；和/或来自聚碳酸酯底架、金属箔PCR腔室、丙烯酸组分、可呼吸膜材料、和/或聚氨酯密封。在实施方式中，本专利技术提供了功能性集成微流体颗粒分选仪的系统，如荧光-活化细胞分选仪(FACS)，其设置成提供用于颗粒或细胞比对的流体力学和/或惯性聚焦并且包含设置成用于分选的微孔电活性聚合物(EAP)致动器。EAPμ-分选仪可功能性集成或纳入iMFC系统的颗粒-浓缩/分选模块，并且设置成允许系统通过将大体积的稀释颗粒浓度浓缩(例如，以每毫升几个细胞存在于环境样品中的细菌)或从许多细胞的背景中分选出选择细胞(例如，从外周血单核细胞群中分选出活化T细胞)来增加操作区域(operationenvelop)。另外，微孔电活性聚合物致动器适于在分选时的交替应用，包括细胞捕获、流体混合和泵送，并且因此可独立于对象自动核酸分析系统提供、设置和/或操作。本专利技术也提供了使用公开的系统通过多重序列扩增和同时微阵列杂交读取来平行检测不同分析物核酸序列的方法。在另一个方面中，本专利技术提供了设置在流体通道周围的高效微流体电活性聚合物(μEAP)致动器，其中施加于致动器的电压脉冲诱导致动器在流体通道之间产生瞬时交叉流，其将流体通道内的靶颗粒偏转到新路径上，其中该致动器包含封闭端流体腔室，其中腔室的一个或多个表面(例如，壁、底层、顶层)包含由介电弹性体的EAP层覆盖的电极。单个uEAP本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种自动化核酸分析系统，包括在微流体连通中的样品裂解、扩增、PCR和检测模块，其设置成通过多序列扩增和同时微阵列杂交读取来对不同核酸序列进行平行检测。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.14 US 61/979,377;2014.08.25 US 62/041,430;1.一种自动化核酸分析系统，包括在微流体连通中的样品裂解、扩增、PCR和检测模块，其设置成通过多序列扩增和同时微阵列杂交读取来对不同核酸序列进行平行检测。2.如前述或后述权利要求所述的系统，其中：检测模块包含微阵列检测光学器件，其包含采用渐消波激发的微阵列扫描仪。检测模块包含自动化杂交处理器，其设置成通过温度提供多重严谨性；和/或PCR模块设置成在单次反应中进行逆转录和PCR。3.如前述或后述权利要求所述的系统，包括含模块的集成微流体卡和分析仪，所述分析仪包含经设置用于接受卡的容器，经设置用于操作卡的操作器，和经设置用于电子控制操作器的控制器，该操作器包含流体致动器、PCR热循环仪、和自动化杂交处理器以及微阵列检测光学器件。4.如前述或后述权利要求所述的系统，还包括设置成含有并递送试剂至裂解、纯化、PCR和检测模块的试剂模块。5.如前述或后述权利要求所述的系统，其是：便携的：小于1000in3并且小于10lbs；快速的：分析低于120分钟；多重的：同时分析超过50种靶序列；和/或自动的：在样品导入和结果展示之间不需要用户介入。6.如前述或后述权利要求所述的系统，其中：样品包含蛋白质分析物并且系统进一步设置成用包含所述核酸序列的标签来标记蛋白质分析物；锚定的探针通过其空间位置限定序列；使用比被分析序列的数目少的引物对数来实现扩增；不同核酸序列是多物种/生物体的；PCR模块包含金属(例如，铝)PCR反应腔室；微流体连通包含经设置用于去除气泡的透气膜，其中透气膜在通道层之下，使得整个通道暴露于大气压中(在一个具体的实施方式中，该膜跨越所述卡，因为与单独的片相比其更易于被制成层，虽然其仅仅在通道层之下起作用)；扩增完全...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·巴罗格，N·塞克勒，
申请(专利权)人：思研SRI国际顾问与咨询公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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