Instruments and methods for amplifying nucleic acids in samples placed in flexible, independent, essentially closed sample containers.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】独立核酸处理政府利益本专利技术是在美国国防部授予的W911QY-13-D-0080的政府支持下完成的。政府拥有本专利技术的某些权利。相关申请本申请要求2016年7月28日提交的美国临时专利序列号62/368,095以及2017年5月18日提交的美国专利申请序列号62/508,163的权益和优先权，上述申请的全部内容通过引用并入本文。
本公开的实施例总体上涉及用于从样品提取和扩增核酸的方法和装置。
技术介绍
在美国、加拿大和西欧，传染病占人类死亡率的约7％，而在发展中地区，传染病占人类死亡率的40％以上。传染病导致各种临床表现。常见的明显表现包括发烧、肺炎、脑膜炎、腹泻和含血的腹泻。尽管物理表现提示一些病原体并消除其他病原体作为病原因子，但仍存在各种潜在的致病因子，并且明确诊断通常需要进行多种测定。用于诊断病原体的传统微生物学技术可能需要数天或数周，通常会延迟正确的治疗过程。近年来，聚合酶链式反应(PCR)已成为快速诊断感染因子的首选方法。PCR可以是诊断传染病的快速、灵敏和特异的工具。使用PCR作为主要诊断手段的挑战是可能的致病生物或病毒的多样性以及一些病理标本中存在的生物体或病毒的低水平。进行多组PCR测定，每组针对一种可能的致病生物或病毒，通常是不切实际的，其中大多数预计是阴性的。当病原体核酸浓度低并且需要大量样品来收集足够的反应模板时，问题就更加严重。在一些情况下，没有足够的样品来测定所有可能的病原因子。一种解决方案是进行“多重PCR”，其中在单一反应中同时测定样品的多个靶标。尽管已经证明多重PCR在一些系统中是有价值的，但是存在关于高水平多重反应的...
【技术保护点】
1.一种用于处理反应容器中的样品的仪器，其包括：第一支撑构件和第二支撑构件；用于在所述第一支撑构件和所述第二支撑构件之间接收所述反应容器的开口，所述容器包括：多个流体连接的反应区，所述多个流体连接的反应区包括第一多个反应泡状结构和第二多个反应泡状结构，所述反应泡状结构配置用于所述封闭反应容器中的细胞裂解、核酸回收和至少一个核酸扩增反应；多个可密封通道，所述多个可密封通道流体连接所述反应区，其中所述多个可密封通道包括第一多个通道和第二多个通道；多个加压构件，所述多个加压构件可从所述支撑构件中的至少一个延伸，所述加压构件包括：与所述第一多个反应泡状结构关联的第一组相互致动的加压构件，以及与所述第二多个反应泡状结构关联的第二组相互致动的加压构件；多个密封构件，所述多个密封构件可从所述支撑构件中的至少一个延伸，其中所述密封构件与连接所述反应区的所述通道关联，其中所述加压构件和所述密封构件的致动提供所述流体连接的反应区之间的流体的定向移动。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.28 US 62/368,095;2017.05.18 US 62/508,1631.一种用于处理反应容器中的样品的仪器，其包括：第一支撑构件和第二支撑构件；用于在所述第一支撑构件和所述第二支撑构件之间接收所述反应容器的开口，所述容器包括：多个流体连接的反应区，所述多个流体连接的反应区包括第一多个反应泡状结构和第二多个反应泡状结构，所述反应泡状结构配置用于所述封闭反应容器中的细胞裂解、核酸回收和至少一个核酸扩增反应；多个可密封通道，所述多个可密封通道流体连接所述反应区，其中所述多个可密封通道包括第一多个通道和第二多个通道；多个加压构件，所述多个加压构件可从所述支撑构件中的至少一个延伸，所述加压构件包括：与所述第一多个反应泡状结构关联的第一组相互致动的加压构件，以及与所述第二多个反应泡状结构关联的第二组相互致动的加压构件；多个密封构件，所述多个密封构件可从所述支撑构件中的至少一个延伸，其中所述密封构件与连接所述反应区的所述通道关联，其中所述加压构件和所述密封构件的致动提供所述流体连接的反应区之间的流体的定向移动。2.根据权利要求1所述的仪器，其中所述多个密封构件联接到驱动凸轮，所述驱动凸轮包括在所述驱动凸轮上的多个角位置处的致动构件，用于释放或启动所述密封构件的每一个。3.根据权利要求2所述的仪器，其中所述致动构件在所述驱动凸轮上定位用于在每个角位置处释放或启动零个、一个或两个或更多个密封构件。4.根据权利要求1所述的仪器，其中每个密封构件被单独释放。5.根据权利要求1所述的仪器，其中所述第一多个反应泡状结构布置在第一排中，并且所述第二多个反应泡状结构布置在第二排中。6.根据权利要求5所述的仪器，其中所述第一排的反应泡状结构和所述第二排的反应泡状结构经由所述可密封通道以相对于彼此Z字形方式连接。7.根据权利要求6所述的仪器，其中所述第一组相互致动的加压构件配置成提供所述多个第一排泡状结构中的至少一个和所述多个第二排泡状结构中的至少一个之间的流体的定向移动，并且所述第二组相互致动的加压构件配置成提供所述多个第二排泡状结构中的至少一个和所述多个第一排泡状结构中的至少一个之间的流体的定向移动。8.根据权利要求6所述的仪器，其中所述第一和第二多个通道流体连接所述第一排和第二排反应泡状结构，使得流体能够在所述第一排和第二排反应泡状结构之间流动。9.根据权利要求1所述的仪器，其中所述第一组加压构件通过基本上同时对所有所述第一多个反应泡状结构加压使流体从所述第一多个反应泡状结构的一个泡状结构移动到所述第二多个反应泡状结构的一个泡状结构。10.根据权利要求9所述的仪器，其中一个或多个选定的密封构件的释放允许流体从所述第一多个反应泡状结构的第一泡状结构流动到所述第二多个反应泡状结构的所述一个泡状结构，并且其中未释放的一个或多个选定的密封构件防止流体流动到所述第一多个反应泡状结构的另一泡状结构中。11.根据权利要求9所述的仪器，其中所述第二组加压构件通过基本上同时对所述第二多个反应泡状结构的每一个加压使流体从所述第二多个反应泡状结构的一个泡状结构移动到第一组反应构件的泡状结构。12.根据权利要求11所述的仪器，其中当一个或多个选定的密封构件被释放时，流体能够从所述第二多个反应泡状结构的所述一个泡状结构流动到所述第一多个泡状结构中的一个或多个泡状结构，并且一个或多个选定的密封构件不被释放，使得流体不能流动到所述第一多个反应泡状结构的其他泡状结构中。13.根据权利要求1所述的仪器，其中所述第一组相互致动的加压构件和所述第二组相互致动的加压构件被弹簧驱动以用于对所述反应泡状结构加压，并且联接到驱动凸轮，所述驱动凸轮包括在所述驱动凸轮上的多个角位置处的致动构件，用于独立地致动所述第一组相互致动的加压构件和所述第二组相互致动的加压构件。14.根据权利要求1所述的仪器，其中对所述反应泡状结构的加压由联接到所述第一组相互致动的加压构件和所述第二组相互致动的加压构件的驱动凸轮驱动，并且所述加压构件还包括位置传感器和反馈控制系统，用于控制所述第一组相互致动的加压构件和所述第二组相互致动的加压构件的致动。15.根据权利要求1所述的仪器，其还包括珠磨部件，所述珠磨部件包括驱动电机和搅打器元件，所述搅打器元件在所述仪器中定位和配置用于接触所述封闭反应容器的一部分以从样品生成裂解物。16.根据权利要求1所述的仪器，其还包括磁体系统，用于回收和分离设置在所述反应容器的一个或多个反应泡状结构中的一定量磁珠，其中所述磁珠用于所述反应容器中的核酸回收。17.根据权利要求1所述的仪器，其还包括至少一个加热器，所述至少一个加热器定位在所述仪器中以接触所述反应容器的一个或多个反应泡状结构，其中所述至少一个加热器配置用于在所述反应容器中执行热循环反应。18.根据权利要求1所述的仪器，其还包括光学阵列，所述光学阵列定位在所述仪器中并且配置用于在所述反应容器的一个或多个反应泡状结构中激发荧光并用于记录来自所述反应容器的所述一个或多个反应泡状结构的荧光。19.根据权利要求1所述的仪器，其还包括计算装置，所述计算装置配置用于控制所述加压构件和所述密封构件。20.根据权利要求1所述的仪器，其中所述第一支撑构件和所述第二支撑构件中的一个包括门，所述门可以被打开以用于在其间接收所述封闭反应容器。21.一种用于制备样品裂解物的珠搅打仪器，其包括：开口，所述开口用于在第一支撑构件和第二支撑构件之间接收包含流体样品的挠性样品容器，与所述第一或第二支撑构件关联的珠磨部件，所述珠磨部件包括可操作地联接到至少两个交替桨叶元件的往复驱动构件，所述至少两个交替桨叶元件从所述第一或第二支撑构件延伸以反复地和连续地接触所述挠性样品容器以从样品生成裂解物。22.根据权利要求21所述的珠搅打仪器，其中所述往复驱动构件包括电机驱动的凸轮轴，所述电机驱动的凸轮轴具有机械地联接到所述至少两个桨叶的至少两个偏心驱动凸角。23.根据权利要求22所述的珠搅打仪器，其中所述凸轮轴包括接触所述桨叶的轴承构件。24.根据权利要求22所述的珠搅打仪器，其中所述桨叶各自包括凸轮从动件，所述凸轮从动件接触所述凸轮轴的相应偏心驱动凸角。25.根据权利要求21所述的珠搅打仪器，其中所述往复驱动构件包括与每个桨叶关联的机械致动器，其中所述机械致动器延伸以延伸关联的桨叶。26.根据权利要求21所述的珠搅打仪器，其中每个桨叶包括偏置构件，所述偏置构件定位和配置成使每个桨叶朝向或离开所述裂解区偏置。27.根据权利要求21所述的珠搅打仪器，其中所述至少两个桨叶尺寸确定成和定位成基本上接触整个挠性样品容器。28.根据权利要求21所述的珠搅打仪器，其中所述流体样品包括一定量的锆裂解珠。29.根据权利要求21所述的珠搅打仪器，其中所述容器包括多个流体连接的反应区，所述多个流体连接的反应区包括裂解区、用于从所述裂解区中产生的裂解物提取核酸的提取区、核酸扩增区、以及流体连接到所述反应区的一个或多个可密封端口。30.根据权利要求29所述的珠搅打仪器，其还包括定位用于控制所述核酸扩增区的温度的加热器。31.根据权利要求29所述的珠搅打仪器，其还包括用于分离设置在所述挠性样品容器的裂解区中的一定量的磁珠的磁体系统。32.根据权利要求21所述的珠搅打仪器，其还包括光学阵列，所述光学阵列被配置用于在所述挠性样品容器的至少一个区域中激发和记录荧光。33.根据权利要求21所述的珠搅打仪器，其还包括计算装置。34.一种用于扩增样品中的核酸的仪器，其包括：用于接收容器的开口，所述容器包括：多个流体连接的反应区，所述多个流体连接的反应区包括裂解区、提取区和扩增区；以及流体连接到所述反应区的一个或多个可密封端口，所述可密封端口提供从所述容器的外部到反应泡状结构的唯一通路，使得当所有所述一个或多个可密封端口被密封时，所述容器完全关闭，珠磨部件，所述珠磨部件用于在裂解泡状结构中生成裂解物，提取区，所述提取区用于从所述提取区中的样品提取核酸，并且使提取的核酸移动到所述扩增泡状结构，以及加热器，所述加热器定位用于控制所述扩增区中的核酸的温度。35.根据权利要求34所述的仪器，其中所述珠磨部件是驱动壳体的电机，所述壳体包括位于所述壳体中的多个轴承，使得当所述电机被启动时，所述多个轴承被轴向地施力以接触所述裂解区。36.根据权利要求35所述的仪器，其中所述轴承是弹簧加载的。37.根据权利要求34所述的仪器，其中所述珠磨部件是驱动至少三个搅打棒的电机。38.根据权利要求34所述的仪器，其还包括所述容器和所述珠磨部件之间的屏障，其中所述屏障包括挠性膜。39.根据权利要求34所述的仪器，其中所述一个或多个可密封端口的每一个与加载附件连通，所述加载附件包括：加载筒，由所述加载筒的缘边限定的开口，用于将所述加载附件附接到所述可密封端口的夹子，以及与所述加载筒连接的空心斜面针。40.根据权利要求39所述的仪器，其中所述斜面针还包括钝跟部。41.根据权利要求40所述的仪器，其中所述斜面针配置用于在使用附接夹子附接时插入所述可密封端口中。42.根据权利要求34所述的仪器，其中所述珠磨部件包括可操作地联接到至少两个交替桨叶元件的往复驱动构件，所述至少两个交替桨叶元件从所述第一或第二支撑构件延伸以反复地和连续地接触所述挠性样品容器以从样品生成裂解物。43.一种用于从样品提取核酸的方法，其包括：将样品置于细胞裂解区中，在所述裂解区中珠磨样品持续第一段时间以释放可能存在于样品中的第一部分核酸，捕获所述第一部分核酸并将所述捕获的核酸储存在核酸提取区中，在所述裂解区中珠磨所述样品持续第二段时间以释放可能存在于样品中的第二部分核酸，以及捕获所述第二部分核酸并将所述捕获的核酸储存在所述核酸提取区中。44.根据权利要求43所述的方法，其还包括：在所述裂解区中珠磨样品持续第三段时间以释放可能存在于样品中的第三部分核酸，以及捕获所述第三部分核酸并将所述捕获的核酸储存在所述核酸提取区中。45.根据权利要求43所述的方法，其中所述细胞裂解区和核酸区是密封容器内的腔室。46.一种用于进行反应的容器，所述容器包括：挠性材料，所述挠性材料包括结合在一起以在其中限定多个流体连接区域的至少两层挠性材料，所述区域通过通道流体连接，其中至少第一区域包括包含在其中的一种类型的多个珠，并且第二区域在其中不包含所述类型的任何珠；配置成接收样品的端口；以及在所述多个通道中的一个或多个中的过滤器元件，其中所述过滤器元件结合在所述通道中以防止液体和珠在过滤器周围流动以允许液体通过所述通道进入相邻区域并防止所述类型的珠通过所述通道进入相邻区域。47.根据权利要求46所述的容器，其中所述类型的珠选自由裂解珠和磁珠组成的组。48.根据权利要求46所述的容器，其中所述过滤器元件具有在约5至100μm的范围的孔径，使得所述过滤器元件足够大以使除了所述珠以外的所述容器中的液体中的基本上所有材料通过。49.根据权利要求46所述的容器，其中所述过滤器元件由与用于形成所述容器的材料相容的材料制成，使得所述过滤器元件能够在所述多个通道中的一个或多个中热密封，而不损害所述容器或所述过滤器。50.根据权利要求46所述的容器，其中所述过滤器元件在所述至少两层挠性材料之间的通道中在所述过滤器元件的顶部边缘处、在底部边缘处以及在顶部表面和底部表面上密封，以防止液体和珠在所述过滤器元件周围流动。51.根据权利要求46所述的容器，其中所述过滤器元件在所述至少两层挠性材料之间的通道中在顶部边缘处、在底部边缘处密封，第一密封件施加到在所述至少两层挠性材料中的一个上的所述过滤器元件的第一端部，并且第二密封件施加到所述至少两层挠性材料中的相对的一个上的所述过滤器元件的相对的第二端部。52.根据权利要求51所述的容器，其中所述过滤器元件的第一和第二端部或顶部和底部边缘密封到挠性材料的一个或多个附加层，然后所述过滤器元件结合在所述至少两层挠性材料之间，以形成所述通道和所述容器。53.一种用于扩增样品中的核酸的仪器，其包括：具有第一侧和第二侧的开口，所述开口用于在所述第一侧和所述第二侧之间接收封闭反应容器，其中所述容器配置用于核酸扩增，所述容器包括：多个流体连接的反应区，所述反应区包括包含多个裂解珠的裂解区和下游核酸扩增区；设置在所述侧中的一个处的与所述裂解区关联的至少一个加压构件；以及设置在所述侧中的一个处的珠磨部件，其中所述珠磨部件包括驱动电机和三个或更多个搅打器元件，所述搅打器元件在所述仪器中定位和配置用于接触所述裂解区以生成裂解物。54.一种使用根据权利要求53所述的仪器进行核酸扩增的方法，其包括以下步骤：提供包含待分析的样品和多种试剂的封闭反应容器；在裂解区中珠磨样品持续一段时间以释放可能存在于样品中的第一部分核酸，其中所述珠磨包括用珠磨装置珠磨样品，同时用与所述裂解区关联的加压构件使样品脉冲；回收从样品释放的核酸，洗涤核酸，以及进行PCR反应。55.根据权利要求54所述的方法，其还包括使用设置在所述封闭反应容器中的一定量的磁珠和移动磁体系统从所述裂解区中的样品回收核酸，其中所述方法还包括：将所述磁珠分散在裂解物中；邻近所述裂解区扫过所述移动磁体以回收所述磁珠；以及用与所述裂解区关联的所述加压构件对所述裂解区加压以将所述磁珠驱赶到下游核酸回收区。56.一种用于处理样品的仪器，其包括：第一支撑构件和第二支撑构件；用于在所述第一支撑构件和所述第二支撑构件之间接收挠性反应容器的开口，其中所述容器配置用于接收样品，所述容器包括：加载附件，所述加载附件包括样品区和多个试剂区；以及多个流体连接的反应区；以及包括多个机械致动活塞的推送系统，所述多个机械致动活塞在所述仪器中定位和配置用于使样品和试剂从所述加载附件移动并进入到所述流体连接的反应区中。57.根据权利要求56所述的仪器，其中所述推送系统包括：包括多个活塞的壳体；开口，用于至少接收所述容器的所述加载附件；可旋转凸轮轴和多个凸轮凸角，其中一个凸轮凸角对应于所述多个活塞的每一个，其中所述凸轮轴的旋转顺序地致动所述多个活塞以从所述加载附件推送流体并进入到所述反应容器的选定反应区中。58.根据权利要求57所述的仪器，其中所述凸轮轴大致垂直于所述多个活塞的近端地定位在所述壳体内，并且其中所述凸轮凸角的每一个定位成使得所述凸轮凸角的每一个的平面大致平行于所述活塞的每一个的长轴。59.根据权利要求57所述的仪器，其中所述活塞的每一个配置成与所述加载附件的相应柱塞接触。60.根据权利要求59所述的仪器，其中与所述柱塞的远端接触的突片配置成在使杆旋转时在所述柱塞的远端上施加旋转力，由此使所述柱塞被致动。61.根据权利要求56所述的仪器，其中所述推送系统包括：螺纹构件；螺纹连接到所述螺纹构件上的穿梭机构；并且通过所述穿梭机构沿着所述螺纹构件的水平平移致动所述多个活塞，其中所述螺纹构件的旋转使所述穿梭机构顺序地接触所述活塞的每一个的近端，使所述活塞的每一个的远端顺序地推送所述加载附件中的相应的多个柱塞以使流体从所述加载附件移动到所述反应容器的选定反应区中。62.根据权利要求56所述的仪器，其中所述推送系统包括：多个螺栓，每个螺栓包括；近端和远端，并且其中所述近端与横杆连通并且所述远端与活塞连通；其中每个横杆的旋转使所述活塞的每一个的远端顺序地推送所述加载附件中的相应的多个柱塞以使流体从所述加载附件移动到所述反应容器的选定反应区中。63.根据权利要求62所述的仪器，其中第一螺栓上的横杆配置成当使所述第一螺栓旋转时与相邻螺栓上的横杆接触，由此使相邻螺栓旋转，并且其中以每个螺栓和每个相邻螺栓顺序地重复该过程。64.根据权利要求56所述的仪器，其中所述推送系统包括：壳体，所述壳体包括多个活塞、轨道、围绕所述轨道的周边定位的链条、以及驱动所述链条围绕所述轨道移动以顺序地致动所述多个活塞的每一个的驱动系统；所述链条还包括至少一个凸起链节，所述至少一个凸起链节配置成接触所述活塞中的一个的近端并将所述一个活塞推出所述壳体，其中所述链条围绕所述轨道的移动导致所述凸起链节接触每个活塞的近端以将每个活塞推出所述壳体以顺序地接触所述加载附件中的多个柱塞中的相应一个以使流体从所述加载附件移动到所述反应容器的选定反应区中。65.根据权利要求64所述的仪器，所述多个活塞的第一活塞还包括，柱，所述柱包括近端和远端，与所述近端连通的大致平坦的平台，以及...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·E·琼斯，O·D·布林霍尔，J·J·波利蒂斯，L·M·泰勒，M·A·摩恩，D·D·库里，K·M·赖里，A·D·韦尔内雷尔，T·S·齐默尔曼，A·C·张伯伦，C·P·巴斯科，P·L·赖利，S·M·福登，D·R·尼尔森，M·B·德里克，G·J·安托尼尼，C·R·米勒，K·A·阿诺特，D·G·布朗，K·K·约翰逊，M·K·弗兰德森，G·P·杰克逊，
申请(专利权)人：拜奥法尔诊断有限责任公司，拜奥法尔防护有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US
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