使用定量PCR和数字PCR进行核酸检测的新颖方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了用于定量PCR和数字PCR进行核酸检测的新颖方法和系统。

Novel methods and systems for nucleic acid detection using quantitative PCR and digital PCR

The present invention provides a novel method and system for nucleic acid detection by quantitative PCR and digital PCR.

【技术实现步骤摘要】
使用定量PCR和数字PCR进行核酸检测的新颖方法和系统
技术介绍
核酸扩增方法允许从复杂混合物如生物样品中有选择地扩增和鉴定感兴趣的核酸。为了检测生物样品中的核酸，通常对生物样品进行处理，以从生物样品的其他组分和其他可能干扰核酸和/或扩增的其他物质中分离出核酸。在从生物样品中分离出感兴趣的核酸之后，可通过例如扩增方法，如基于热循环的方法(例如，聚合酶链反应(PCR))，对感兴趣的核酸进行扩增。在扩增感兴趣的核酸之后，可以检测扩增产物，并由最终用户解读检测结果。然而，当需要进行多重或多个扩增反应时，所述方法可能是繁琐、冗长而效率低下的。已有报道将小液滴用作容器进行受限体积内的化学和生化反应(例如，核酸扩增)，并已开发了多种方法来生成此类小液滴。然而，这些技术通常具有小液滴大小不一，组成各异，相对较低的通量，和/或无法生成单分散性小液滴等问题。
技术实现思路
本领域存在供分析来自复杂样品类型的核酸的快速、准确和高通量的制剂、方法和装置的需求。这种方法和装置可用于，例如，实现迅速的样品-应答检测(sampletoanswerdetection)和应对可通过其核酸检测的疾病。本专利技术提供了用于有效地扩增核酸，如RNA和DNA分子的方法和系统，特别是用于以高通量和/或平行扩增和分析大量不同核酸分子的方法和系统。扩增的核酸产物可迅速地以高敏感度检测出来。在一个方面，本专利技术提供了一种用于鉴定来自从受试者获得的生物样品的靶核酸分子的存在与否，或相对量的方法。所述方法可包括：(a)生成乳液，所述乳液包含氟化油、电子液体和基于月桂醚的表面活性剂，其中所述乳液包含多个小液滴，所述小液滴包含(i)来自所述受试者的所述生物样品的多个核酸分子，和(ii)进行脱氧核糖核酸(DNA)扩增和任选的逆转录扩增所需的试剂；(b)对所述多个小液滴中的所述多个核酸分子在足以产生所述多个核酸分子的扩增产物的条件下进行所述DNA扩增；以及(c)检测来自所述多个小液滴中的一个或多个小液滴的信号，其中所述信号指示所述多个核酸分子中的所述靶核酸分子的存在与否或相对量。在一些实施方案中，所述DNA扩增是聚合酶链反应(PCR)。在一些实施方案中，所述生物样品从所述受试者直接获得，未经预培养、非选择性富集、选择性富集、铺板于区分培养基、和/或预期性生物医学鉴定。在一些实施方案中，所述生物样品来自所述受试者的组织或流体。在一些实施方案中，(a)中的所述试剂包含生成所述信号的报告剂。在一些实施方案中，所述信号的强度与所述多个核酸分子的所述扩增产物的量成比例。在一些实施方案中，所述报告剂是染料。在一些实施方案中，所述染料是荧光染料。在一些实施方案中，所述小液滴包含包封于油相的水相，其中所述水相包含所述多个核酸分子和所述试剂。在一些实施方案中，所述小液滴在高于95℃的温度下是稳定的，不发生变形或合并。在一些实施方案中，包含于所述多个小液滴的所述多个核酸分子未经提取和/或纯化。在一些实施方案中，所述乳液通过将水性的第一流体和非水性的第二流体混合来生成。在一些实施方案中，所述乳液通过将水性的第一流体和非水性的第二流体混合以产生混合物，接着对所述混合物进行涡旋来生成。在一些实施方案中，所述电子液体是电绝缘液体。在一些实施方案中，所述电子液体是基于氟代烃的液体。在一些实施方案中，所述电子液体包含全氟三戊胺。在一些实施方案中，所述基于月桂醚的表面活性剂是乙醇酸聚氧乙基月桂醚。在一些实施方案中，所述乳液还包含另一种表面活性剂。在一些实施方案中，所述另一种表面活性剂是聚氧乙烯山梨醇酐单月桂酸酯。在一些实施方案中，其中(b)包括与所述DNA扩增平行进行逆转录扩增。在一些实施方案中，其中(b)包括(i)对所述多个核酸分子进行逆转录扩增以产生互补DNA(cDNA)分子，和(ii)对所述cDNA分子的至少一个子集进行与所述逆转录扩增平行的DNA扩增以产生所述扩增产物。在一些实施方案中，所述方法还包括将关于所述扩增产物的量的信息输出至接收者。在一些实施方案中，其中所述信息作为报告输出。在一个方面，本专利技术提供了一种用于鉴定来自从受试者获得的生物样品的靶核酸分子的存在与否，或相对量的系统。所述系统可包括：小液滴生成器，其生成乳液，所述乳液包含氟化油、电子液体和基于月桂醚的表面活性剂，其中所述乳液包含多个小液滴，所述小液滴包含(i)来自所述受试者的所述生物样品的多个核酸分子，和(ii)进行脱氧核糖核酸(DNA)扩增和任选的逆转录扩增所需的试剂；控制器，其与所述小液滴生成器可操作地连接，其中所述控制器被编程为(i)对所述多个小液滴中的所述多个核酸分子在足以产生所述多个核酸分子的扩增产物的条件下进行所述DNA扩增；以及(ii)检测来自所述多个小液滴中的一个或多个小液滴的信号，其中所述信号指示所述多个核酸分子中的所述靶核酸分子的存在与否或相对量。在一些实施方案中，所述系统进一步包括检测器，所述检测器用于检测所述信号，其中所述控制器可操作地连接至所述检测器，并操纵所述检测器检测信号。在一些实施方案中，所述乳液通过将水性的第一流体和非水性的第二流体混合来生成。在一些实施方案中，所述乳液通过将水性的第一流体和非水性的第二流体混合以产生混合物，接着对所述混合物进行涡旋来生成。在一些实施方案中，所述电子液体是电绝缘液体。在一些实施方案中，所述电子液体是基于氟代烃的液体。在一些实施方案中，所述电子液体包含全氟三戊胺。在一些实施方案中，所述基于月桂醚的表面活性剂是乙醇酸聚氧乙基月桂醚。在一些实施方案中，所述乳液还包含另一种表面活性剂。在一些实施方案中，所述另一种表面活性剂是聚氧乙烯山梨醇酐单月桂酸酯。在一些实施方案中，所述控制器被编程为(i)对所述多个小液滴中的所述多个核酸分子在足以产生所述多个核酸分子的扩增产物的条件下进行所述DNA扩增，其中与所述DNA扩增平行进行逆转录扩增；以及(ii)检测来自所述多个小液滴中的一个或多个小液滴的信号，其中所述信号指示所述多个核酸分子中的所述靶核酸分子的存在与否或相对量。在一些实施方案中，所述控制器被编程为(i)对所述多个核酸分子进行逆转录扩增以产生互补DNA(cDNA)分子，和对所述cDNA分子的至少一个子集进行与所述逆转录扩增平行的DNA扩增以产生所述扩增产物；以及(ii)检测来自所述多个小液滴中的一个或多个小液滴的信号，其中所述信号指示所述多个核酸分子中的所述靶核酸分子的存在与否或相对量。在一些实施方案中，所述控制器还包括输出模块，所述输出模块用于将关于所述扩增产物的量的信息输出至接收者。在一些实施方案中，所述信息作为报告输出。在一个方面，本专利技术提供了一种用于小液滴或生物样品检测的系统。所述系统可包括：样品支持器，其被配置用于在检测多个小液滴的子集或所述子集中的一个或多个生物样品期间，沿单个平面保持所述多个小液滴；检测单元，包括：(i)至少一个激发源，其被配置用于将激发光引向所述单个平面中的多个检测区域中的给定检测区域，和(ii)光学检测器，其被配置用于在所述给定检测区域中沿光学窗口检测所述多个小液滴的所述子集或所述一个或多个生物样品；以及至少一个致动器，其被配置用于使所述光学窗口沿所述多个检测区域相对移动。在一些实施方案中，所述至少一个致动器是所述检测单元的一部分。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于小液滴或生物样品检测的系统，其包括：样品支持器，其被配置用于在检测多个小液滴的子集或所述子集中的一个或多个生物样品期间，沿单个平面保持所述多个小液滴；检测单元，包括：(i)至少一个激发源，其被配置用于将激发光引向所述单个平面中的多个检测区域中的给定检测区域，和(ii)光学检测器，其被配置用于在所述给定检测区域中沿光学窗口检测所述多个小液滴的所述子集或所述一个或多个生物样品；以及至少一个致动器，其被配置用于使所述光学窗口沿所述多个检测区域相对移动。

【技术特征摘要】
1.一种用于小液滴或生物样品检测的系统，其包括：样品支持器，其被配置用于在检测多个小液滴的子集或所述子集中的一个或多个生物样品期间，沿单个平面保持所述多个小液滴；检测单元，包括：(i)至少一个激发源，其被配置用于将激发光引向所述单个平面中的多个检测区域中的给定检测区域，和(ii)光学检测器，其被配置用于在所述给定检测区域中沿光学窗口检测所述多个小液滴的所述子集或所述一个或多个生物样品；以及至少一个致动器，其被配置用于使所述光学窗口沿所述多个检测区域相对移动。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个致动器是所述检测单元的一部分。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个致动器是多个致动器。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个致动器耦合至所述检测单元。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个致动器耦合至所述样品支持器。6.根据权利要求1所述的系统，其中能量的所述激发源被配置用于将所述激发光引向所述给定检测区域。7.根据权利要求1所述的系统，其还包括一个或多个计算机处理器，其可操作地耦合至所述检测单元和所述至少一个致动器，其中所述一个或多个计算机处理器单独地或总体地被编程用于：(i)引导所述至少一个致动器，以便当所述多个小液滴沿所述单个平面相邻于所述样品支持器时，使得所述光学窗口沿所述多个检测区域相对移动，其中所述相对移动将所述光学窗口定位于所述给定检测区域中，(ii)引导所述至少一个激发源将所述激发光引向所述给定检测区域，和(iii)引导所述光学检测器来检测所述给定检测区域中的所述光学窗口内的所述多个小液滴的所述子集或所述一个或多个生物样品。8.根据权利要求7所述的系统，其中所述一个或多个计算机处理器单独地或总体地被编程用于引导所述至少一个致动器，以便使得所述光学窗口按顺序的沿所述多个检测区域的各个检测区域相对移动。9.根据权利要求7所述的系统，其中所述一个或多个计算机处理器单独地或总体地被编程用于：(i)使用所述光学检测器从所述多个检测区域收集至少一个照明校正图像，和(ii)使用所述至少一个照明校正图像来补偿或校正来自于所述多个检测区域中的所述多个小液滴的照明非均匀性。10.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个激发源是多个激发源。11.根据权利要求10所述的系统，其中所述多个激发源是多个发光二极管(LED)。12.根据权利要求11所述的系统，其中所述多个LED的各个LED发射不同频率的光。13.根据权利要求11所述的系统，其中所述多个LED产生白光。14.根据权利要求10所述的系统，其中所述多个激发源产生多种颜色的光。15.根据权利要求14所述的系统，其中所述多种颜色包括至少三种颜色。16.根据权利要求15所述的系统，其中所述多种颜色包括至少四种颜色。17.根据权利要求16所述的系统，其中所述多种颜色包括至少五种颜色。18.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个激发源包括发光二极管(LED)。19.根据权利要求18所述的系统，其中所述LED发射范围在390纳米(nm)到700纳米范围内的光。20.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个激发源包括散热器。21.根据权利要求20所述的系统，其中所述散热器是散热片。22.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个激发源包括一个或多个光学单元，用于将所述激发光引向和/或聚焦在所述给定检测区域内。23.根据权利要求22所述的系统，其中所述一个或多个光学单元包括聚焦透镜。24.根据权利要求22所述的系统，其中所述一个或多个光学单元包括定向反射镜。25.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测单元不包括分光镜。26.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测单元进一步包括一个或多个滤光器，其用于选择由所述光学检测器进行检测的给定频率或频率范围的光。27.根据权利要求26所述的系统，其中所述一个或多个滤光器是多个滤光器。28.根据权利要求27所述的系统，其中所述多个滤光器包括可旋转地选择的各个滤光器。29.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海肃，格雷戈里·金茨，李耀辉，李晨，
申请(专利权)人：卡尤迪生物科技宜兴有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32