用于进行低浓度分析物的流动通过捕获的方法和装置制造方法及图纸

本文提供了用于检测样品中的低浓度分析物的方法和装置。该方法包括使样品流动通过涂覆有捕获基质的多孔膜以捕获低浓度分析物。该方法还可以包括检测所捕获的分析物，例如通过进行分析物的原位扩增。

Methods and devices for capturing the flow of low concentration analytes

A method and apparatus for the determination of low concentration analytes in samples are provided. The method includes making the sample flow through a porous membrane coated with a capture matrix to capture low concentration analytes. The method may also include detection of captured analytes, such as in situ amplification of analytes.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于进行低浓度分析物的流动通过捕获的方法和装置相关申请的交叉引用本申请根据35USC119(e)要求2016年7月8日提交的先前的共同未决的美国临时专利申请第62/360,272号的权益，该美国临时专利申请的公开内容通过引用以其整体据此并入。关于联邦赞助的研究或开发的声明本专利技术是在美国政府的支持下根据美国国防部高级研究项目局(DefenseAdvancedResearchProjectsAgency)(DARPA)的合同号HR0011-11-2-0006做出的。政府具有本专利技术中的某些权利。引言从溶液中捕获分析物(例如通过过滤)是常用的生物测定技术。这样的捕获可以包括通过使溶液中的分析物在涂覆支撑结构例如膜的捕获基质(capturematrix)上通过或使溶液中的分析物穿过涂覆支撑结构例如膜的捕获基质来浓缩分析物。捕获基质进而限制分析物远离涂覆的膜的移动，而不限制剩余溶液的移动。分析物捕获的一种实际应用是通过过滤将核酸浓缩成例如几μL的体积，这适于随后的操纵，例如扩增过程，例如PCR和/或LAMP。在这样的情况下，在溶液中具有甚至非常小例如仄摩尔(zeptomolar)的初始浓度的分析物可以从溶液中捕获并且从而浓缩。概述本文提供了用于检测样品中的低浓度分析物的方法和装置。该方法包括使样品流动通过涂覆有捕获基质的多孔膜以捕获低浓度分析物。该方法还可以包括检测所捕获的分析物，例如通过进行分析物的原位扩增。在多个方面中，该方法是检测样品中的低浓度分析物的方法，并且包括使包含低浓度分析物的样品流动通过涂覆有捕获基质的多孔膜，并且从而用该膜捕获分析物。该方法还可以包括检测所捕获的分析物。在某些方面中，分析物在样品中具有500个实体/mL或更小、或100个实体/mL或更小或10个实体/mL或更小的浓度。另外，在某些方面中，流动在1小时或更少或30min或更少或10min或更少内进行。在某些版本中，样品以0.1mL/分钟或更大、0.5mL/分钟或更大或1mL/分钟或更大的速率流动通过涂覆的膜。另外，在多个方面中，样品具有0.1mL或更大、1mL或更大、或20mL或更大的体积。根据某些实施方案，分析物包括核酸、细菌、病毒和/或细胞。另外，在某些方面中，检测捕获的分析物包括进行核酸扩增。在多个方面中，涂覆的膜在容器中并且在捕获的分析物在容器中时进行核酸扩增。在某些实施方案中，膜涂覆有基质，所述基质包含聚合物材料例如聚-L-赖氨酸、和/或壳聚糖。在该方法的多个方面中，使样品流动通过涂覆的膜包括将膜上的样品浓缩1000X或更大。根据多个方面，该方法是对样品进行原位扩增的方法。这样的方法可以包括使具有第一浓度的分析物的样品流动通过容器中的涂覆有捕获基质的多孔膜，并且从而用该膜捕获分析物以提供具有第二浓度的分析物的捕获的样品，所述第二浓度比第一浓度大1000X或更大。这样的方法还可以包括扩增容器内的分析物，其中流动和扩增在1小时或更少内进行。在这样的方法中，第一浓度可以是100个实体/mL或更小或10个实体/mL或更小。另外，根据某些方面，该方法包括在30min或更少例如在10min或更少内进行流动和/或扩增。在多个方面中，样品以0.1mL/分钟或更大或0.5mL/分钟或更大或1mL/分钟或更大的速率流动通过涂覆的膜。另外，在某些版本中，样品具有0.1mL或更大、或1mL或更大、或20mL或更大的体积。根据该方法的实施方案，扩增分析物包括进行核酸扩增。另外，在某些方面中，膜涂覆有基质，所述基质包括壳聚糖和/或聚合物材料，例如聚-L-赖氨酸。在某些版本中，该方法是用涂覆有捕获基质的多孔膜进行核酸的流动通过捕获(flow-throughcapture)的方法。这样的方面可以包括使包含核酸并具有第一浓度的核酸扩增样品流动通过涂覆有捕获基质的多孔膜，并且从而用基质捕获一种或更多种核酸，以提供捕获的样品。在某些方面中，捕获的样品具有第二浓度，所述第二浓度比第一浓度大1000X或更大，和/或在某些方面中，流动在30min或更少内，例如在10min或更少内进行。根据多个方面，该方法包括通过进行核酸扩增来检测捕获的样品中的核酸。另外，在某些方面中，涂覆有捕获基质的多孔膜在容器中并且在不从容器中除去捕获的核酸的情况下进行核酸扩增。膜可以涂覆有基质，所述基质包括壳聚糖和/或聚合物材料，例如聚-L-赖氨酸。在某些实施方案中，膜是圆柱形的并且具有2mm或更小的膜半径。另外，在多个方面中，膜具有在从0.5μm至20μm的范围内的孔半径和/或在从0.3μm至3500μm的范围内的厚度。根据该方法的某些方面，样品以0.1mL/分钟或更大、例如0.5mL/分钟或更大、例如1mL/分钟或更大的速率流动通过涂覆的膜。此外，主题实施方案还包括装置，所述装置包括低浓度分析物捕获装置。在多个方面中，该装置包括壳体和/或涂覆的膜，所述涂覆的膜可操作性地耦接至壳体并且被配置成在一时间段内诸如在30min或更少内从流动通过其中的样品中捕获分析物并且从而将分析物浓缩1000X或更大。在多个方面中，壳体包括容器，并且涂覆的膜被定位在容器中。附图简述在结合附图回顾本专利技术的具体实施方案的以下描述后，本专利技术的这些以及其他方面和特征对本领域普通技术人员将变得明显，在附图中：图1A-图1C提供了用于流动通过捕获的理论模型和数值模拟。更具体地，图1A提供了示意图，该示意图示出了从流动通过多孔膜(其已经涂覆有捕获基质)的样品中捕获核酸的过程。图1B提供了作为数(Da)的函数的在孔壁处捕获的分子的百分比的预测。图1C提供了作为Péclet数(Pe)的函数的在孔壁处捕获的分子的百分比的预测。Pe通过改变速率(U)、孔长度(δm)或孔直径(Rp)而变化；所有都导致捕获百分比对Pe的相似依赖性。图2提供了流动通过模拟几何结构的示意图。标记为“A和B”的阴影部分代表涂覆在孔壁的表面，例如内表面上的捕获基质(γ)。图3A和图3B提供了用于实现高流量同时还保持合理的压降(ΔP)和低Péclet数(Pe)的膜半径、孔半径和膜厚度折衷(tradeoff)的图。更具体地，图3A提供了对于不同的膜厚度，保持Pe<1的膜半径、孔半径和流量的组合。表面曲率以下的任何点具有Pe<1。图3B提供了膜半径和孔半径对压降的影响，其中通过膜的流量保持恒定在1mL/min。在每个图的左上(Pe<1)处的三角和黑暗区域的重叠代表在合理的压降(ΔP<1atm)下有效且迅速的捕获。白色区域表示导致对实现1mL/min必要的极其大的压降(ΔP>1atm)的膜半径和孔半径的组合。图4提供了图示出捕获效率(captureefficiency)如何取决于流量的图。图5提供了壳聚糖涂覆的膜的DNA结合能力的图。图6A和图6B提供了壳聚糖膜与PCR和LAMP扩增的相容性的图。更具体地，图6A提供了被润湿到壳聚糖膜上或被放置到没有膜的孔板中的λDNA的稀释物；添加PCR混合物并经由解链曲线分析(meltcurveanalysis)检测扩增。在每次稀释时运行六个平行测定(replicate)；示出了对于λDNA产物为阳性的平行测定的百分比(n＝6)。图6B提供了λDNA的20个拷贝被润湿到孔板中的壳聚糖膜上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检测样品中低浓度分析物的方法，所述方法包括：a.使包含所述低浓度分析物的样品流动通过涂覆有捕获基质的多孔膜，并且从而捕获所涂覆的膜上的分析物；以及b.检测所捕获的分析物，其中所述分析物在所述样品中具有500个实体/mL或更小的浓度，并且其中所述流动在1小时或更少内进行。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.08 US 62/360,2721.一种检测样品中低浓度分析物的方法，所述方法包括：a.使包含所述低浓度分析物的样品流动通过涂覆有捕获基质的多孔膜，并且从而捕获所涂覆的膜上的分析物；以及b.检测所捕获的分析物，其中所述分析物在所述样品中具有500个实体/mL或更小的浓度，并且其中所述流动在1小时或更少内进行。2.如权利要求1所述的方法，其中所述分析物在所述样品中具有100个实体/mL或更小的浓度。3.如权利要求1所述的方法，其中所述分析物在所述样品中具有10个单位/mL或更小的浓度。4.如权利要求1所述的方法，其中所述流动在30min或更少内进行。5.如权利要求1所述的方法，其中所述流动在10min或更少内进行。6.如权利要求1所述的方法，其中所述样品以0.1mL/分钟或更大的速率流动通过所述涂覆的膜。7.如权利要求1所述的方法，其中所述样品以0.5mL/分钟或更大的速率流动通过所述涂覆的膜。8.如权利要求7所述的方法，其中所述样品以1mL/分钟或更大的速率流动通过所述涂覆的膜。9.如权利要求1所述的方法，其中所述样品具有0.1mL或更大的体积。10.如权利要求9所述的方法，其中所述样品具有1mL或更大的体积。11.如权利要求10所述的方法，其中所述样品具有20mL或更大的体积。12.如权利要求1所述的方法，其中所述分析物包括核酸。13.如权利要求1所述的方法，其中检测所述捕获的分析物包括进行核酸扩增。14.如权利要求13所述的方法，其中所述涂覆的膜在容器中并且所述核酸扩增在所述捕获的分析物在所述容器中时进行。15.如权利要求1所述的方法，其中所述涂覆的膜包括包含聚合物材料的基质。16.如权利要求15所述的方法，其中所述涂覆的膜包含壳聚糖。17.如权利要求15所述的方法，其中所述聚合物材料包括聚-L-赖氨酸。18.如权利要求1所述的方法，其中使所述样品流动通过所述涂覆的膜包括将所述膜上的所述样品浓缩1000X或更大。19.如权利要求1所述的方法，其中所述分析物包括细菌。20.如权利要求1所述的方法，其中所述分析物包括病毒。21.如权利要求1所述的方法，其中所述分析物包括细胞。22.一种对样品进行原位扩增的方法，所述方法包括：a.使包含第一浓度的分析物的所述样品流动通过容器中的涂覆有捕获基质的多孔膜，并且从而用所涂覆的膜捕获分析物以提供包含第二浓度的分析物的捕获的样品，所述第二浓度比所述第一浓度大1000X或更大；以及b.扩增所述容器内的所述分析物，其中所述流动和所述扩增在1小时或更少内进行。23.如权利要求22所述的方法，其中所述第一浓度是100个实体/mL或更小。24.如权利要求22所述的方法，其中所述第一浓度是10个实体/mL或更小。25.如权利要求22所述的方法，其中所述流动和所述扩增在30min或更少内进行。26.如权利要求22所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢斯特曼·F·伊斯马吉洛夫，特拉维斯·S·施拉皮，斯蒂芬妮·E·麦卡拉，内森·G·舍普，
申请(专利权)人：加州理工学院，
类型：发明
国别省市：美国,US