CN116802476A - 即时微流体体外诊断*** - Google Patents

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Abstract

一种用于在单次运行中检测多种不同分析物的全自动化微流体***(100),包括:远程计算机***(102);微流体分析仪(300),所述微流体分析仪具有照明源和检测模块;以及盒(200),所述盒具有多个灯泡体(224)、样品罐(204)和至少一个试剂罐(210),其中每个灯泡体(224)能够由所述微流体分析仪(300)密封。

Description

即时微流体体外诊断***
技术领域
本发明总体涉及用于检测分析物的***和方法。特别地,本发明的方面涉及一种用于各种生物、化学或诊断测定中的微流体***及其方法。
背景技术
纵观历史,世界经常面临来自多种多样的严重呼吸综合症的大流行的威胁,例如,以香港为例,远近闻名的1957年H2N2亚洲流感和1968年H3N2香港流感,这两者都导致了数百万人死亡。根据世界卫生组织(“WHO”)的数据,季节性流感/流行病估计在全球造成约3百万至5百万例危重病例和约290,000至650,000人死于呼吸疾病。如果在今天发生1918型流感大流行(如西班牙流感),则预计在全球造成1.8亿至3.6亿人死亡。又以香港最近的2018/2019冬季流感季节为例,以甲型流感(H1)为主要病毒,持续了14周。记录了625例危重流感病例,其中357人死亡,并且在高峰期,单日记录了7人死亡。总死亡率为57%,并且特别是65岁或以上年龄组,死亡率高达80%。
新的且有传染性的病毒病原体,包括但不限于1997年禽流感亚型H5N1、2003年SARS、2009年大流行性H1N1(猪流感)、2013年H7N9和最近MERS-CoV,是在过去几十年中出现的,并且这些病原体的死亡率极高,其中SARS CoV的死亡率超过15%,并且H5N1的死亡率甚至高达50%。这些新的且有传染性的病原体导致了数千人住院治疗和数百人死亡。
严重和不太严重的呼吸道感染,诸如常见的上呼吸道和下呼吸道病症,都表现为不加区别的流感样症状,诸如发热、咳嗽、头痛、全身酸痛、鼻塞等,从而使得难以在没有实验室测试的情况下对不同传染性病原体进行鉴别诊断。需要将有疑似症状的患者的样品递送到有分子测试设施的实验室,这些实验室大多数位于政府或医院设施中。整个规程也可能花费数天才能完成。前线执业医师,尤其是在很可能没有病毒测试能力的私人诊所和实验室的那些执业者,难以鉴别患者是否要求住院治疗或甚至隔离。这是因为进行鉴别诊断所需的时间实在太长了。这对临床和公共保健***造成了巨大的影响和压力,并且可能在大流行中大多数不太严重的呼吸道感染病例中引发不必要的公众恐惧。
发明内容
鉴于前述背景技术,时间和可达性成为鉴别诊断的关键因素。
为了缓解该问题,本发明的各方面提供了一种体外诊断(IVD)装置中的具有简单性、易操作性、高速性、成本可承受性而又有高度敏感性和特异性的即时(POC)诊断工具。这种装置可被放置在大多数前线医疗单位(包括诊所、实验室和公共健康设施)中,以允许快速地测试疑似患者并确定他们是否感染传染性病毒中的任一种。本发明的POC诊断工具还提供了一种控制病毒在社区人群中传播的***。
本发明的另外方面是提供一种用于各种生物、化学或诊断测定中的快速、准确、多路复用、低成本、样品到结果、高通量的全自动化***。
本发明的另一方面是将测定工作规程简化为使用完全自动化的一站式解决方案。该一站式解决方案结合了存在于传统测定中的多个复杂工作规程。
本发明的又一方面是提供全自动化测试并在约一小时内在单次运行中检测最多40种呼吸道病原体。
总而言之,本发明有助于解决诊断中的以下挑战:(i)缺乏综合多路复用能力;(ii)缺乏扩展的应变覆盖普遍性;(iii)低的地方或区域显著性;(iv)在装备和测定方面的高成本;(v)复杂的样品到结果处理;(iv)无法识别所检测的病原体单位(即,只能显示定性结果而不是定量结果)。
因此,本发明的实施例在一方面涉及一种用于在单次运行中检测多种不同分析物的全自动化微流体***,该全自动化微流体***包括:远程计算机***;微流体分析仪,该微流体分析仪具有照明源和检测模块;以及盒(cartridge),该盒具有多个灯泡体(lightbulb)、样品罐和至少一个试剂罐,其中每个灯泡体能够由该微流体分析仪密封。
又一方面,一种用于在约1小时内在单次运行中检测40种不同分析物的全自动化微流体***,该全自动化微流体***包括:远程计算机***;微流体分析仪,该微流体分析仪具有照明源和检测模块;以及盒,该盒具有多个灯泡体、样品罐和至少一个试剂罐。
附图说明
本领域普通技术人员可以理解,附图中的要素是为了简单和清楚起见才示出,因此并未示出所有的连接和选项。例如,可能通常不会示出商业上可行的实施例中有用或必要的常见但熟知的要素,以便于不太阻碍查看本公开的这些不同实施例。还可以理解,某些动作和/或步骤可以特定发生次序进行描述或示出,而本领域技术人员可了解,实际上并不要求关于顺序的这种特异性。还可了解,除非本文另外阐述了特定含义,否则本文使用的术语和表达针对其对应的相应探究和研究领域进行定义。
图1是根据一个实施例的测定***的示例的示意图。
图2是根据一个实施例的盒的示例的示意图。
图3是根据一个实施例的盒的示例的示意性顶视图。
图4是根据一个实施例的盒的多个试剂罐的示例的示意性底视图。
图5是根据一个实施例的盒的试剂罐接口的示例的示意图。
图6是根据一个实施例的盒的样品端口的示例的示意图。
图7是根据一个实施例的盒的阀的示例的示意图。
图8是根据一个实施例的盒的提取模块的示例的示意图。
图9a是根据一个实施例的盒的第一计量室的示例的示意图。
图9b是根据一个实施例的盒的第二计量室的示例的示意图。
图10是根据一个实施例的盒的反转录聚合酶链反应(RT-PCR)室的示例的示意图。
图11是根据一个实施例的盒的灯泡体定量聚合酶链反应(qPCR)区域的示例的示意图。
图12是根据一个实施例的盒的灯泡体的示例的示意图。
图13a是根据一个实施例的在密封之前的在图11的qPCR灯泡体定量区域中的一排灯泡体的示意图。
图13b是根据一个实施例的在密封之后的在图11的qPCR灯泡体定量区域中的一排灯泡体的示意图。
图14是根据一个实施例的在密封之后的图11的qPCR灯泡体定量区域中的所有灯泡体的示意图。
图15a是根据一个实施例的样品设备的示例的示意图,其中封盖在打开位置。
图15b是根据一个实施例的图15a的样品设备的示意图,其中封盖在关闭位置。
图15c是根据一个实施例的将图15a和图15b的样品设备***盒中的示意图。
图16是根据一个实施例的微流体分析仪的示例的示意图。
图17是根据一个实施例的描绘微流体分析仪的控制***的示例的图示。
图18是根据一个实施例的在微流体分析仪中的密封模块的示例的横截面图。
图19是根据一个实施例的在远程计算机***处的控制应用程序的示例性用户界面。
图20是根据一个实施例的描绘测定的工作流程的流程图。
图21是根据一个实施例的描绘在盒中的测定的工作流程的流程图。
图22a至图22e示出了根据一个实施例的灯泡体的密封步骤。
图23示出了根据一个实施例的在用对照材料的全运行中所有135个灯泡体中的45个可检测灯泡体的扩增曲线。
图24示出了在用20μl含有乙型流感病毒的临床样品的全运行中所有135个灯泡体中的45个可检测灯泡体的扩增曲线。
图25是描绘可应用本发明的微流体***的领域的图表。
具体实施方式
现在可以参考附图更全面地描述实施例,附图构成了本发明的一部分,并通过举例说明了可以实施的具体示例性实施例。这些示图和示例性实施例将以以下理解来描绘,即本公开是一个或多个实施例的原理的示例,并且不旨在限制所示实施例中的任何一个。实施例可以以许多不同的形式体现,并且不应被解释为限于本文所述的实施例;相反,提供这些实施例使得本公开可以是深入和完整的,并且可以将实施例的范围完全传达给本领域技术人员。本发明可以体现为方法、***、计算机可读介质、设备或装置等等。因此,本发明可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。因此,以下详细描述可能不具有限制性意义。
参考图1,测定***100包括盒200、微流体分析仪300、样品设备202、远程计算机***102和通信网络104。微流体分析仪300被配置为接收盒200以执行测定。微流体分析仪300可通过WI-FI热点或其他协议无线链接到远程计算机***102以实现微流体分析仪300与远程计算机***102之间的通信。远程计算机***102可与微流体分析仪300交换数据并根据用户朝向控制应用程序指示的参数控制该微流体分析仪。在一个示例中,用户可操作控制应用程序以输入用于测定的操作参数,并且远程计算机***102可生成命令信号(由控制应用程序引起或触发)以致使微流体分析仪300执行预定操作。远程计算机***102可基于在操作中收集的数据来产生和创建操作报告。远程计算机***102可包括微处理器(未示出)和连接到微处理器(未示出)的计算机可读存储介质或存储器(未示出)。远程计算机***102可连接到打印机106以打印出操作报告。
在一个实施例中,操作报告可含有生物或诊断测定信息。
在一个实施例中,测定***100可不包括打印机106。
在一个实施例中,微流体分析仪300可包括被配置为接收所收集的样品的接口。
在某些示例中,通信网络104可不包括WI-FI热点网络。远程计算机***102可通过任何无线和/或有线通信协议与微流体分析仪300通信。
在一个实施例中,通信网络104是通用串行总线(USB)通信网络。
在一些情况下,远程计算机***102可与云服务器平台(未示出)通信。例如,经由通信信道(不论是经由WI-FI(例如,无线连接)还是经由有线连接),远程计算机***102可将在操作期间收集的数据上传到云服务器平台。云服务器平台可执行分析软件以使得用户能够分析所收集的原始数据。云服务器平台还可基于所收集的数据来产生和创建操作报告。
参照图2,盒200包括盒基座202,其中设置有样品罐204、溶菌罐206、设置在溶菌罐206顶部的插塞208、被配置为接收或容纳用于测定操作的试剂的多个试剂罐210和废物收集槽212。所有流体移动都是通过插塞的竖直移动来实现的(像注射器一样工作)。
参考图3,盒还包括提取模块214、RT-PCR室216、第一计量室218a、第二计量室218b、预-qPCR罐220、包含多个灯泡体224的qPCR灯泡体定量区域222、多个微流体阀226、被配置为将流体引导和转移进出盒200中的部件中的至少一者的多个微流体通道228。通过控制插塞208的移动和阀226的开关,可实现对流体移动的良好控制。
在一个实施例中,盒200由聚合物制成,所述聚合物可包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环状烯烃共聚物(COC)、环烯烃聚合物(COP)、硅氧烷、聚氨酯树脂或它们的组合。
在一个实施例中,盒200通过注射成型制成。
在一个实施例中,二氧化硅珠或锆珠或两者预装载/预涂覆在溶菌罐206中。
在一个实施例中,多个试剂罐被配置为接收和容纳以下试剂中的至少一种:溶菌缓冲液、结合缓冲液、洗涤缓冲液、洗脱缓冲液和主混合物(master mix)。
在一个实施例中,试剂罐210包括含有溶菌缓冲液的溶菌缓冲液试剂罐210a、含有结合缓冲液的结合缓冲液试剂罐210b、两个洗涤缓冲液试剂罐210c和210d、洗脱缓冲液试剂罐210e、RT-PCR主混合物罐210f和实时PCR主混合物罐210g。
在一个实施例中,试剂罐210已经装有所有试剂,包括但不限于缓冲液和主混合物。
参考图4,在一个实施例中,每个试剂罐200还包括设置在试剂罐200顶部的封盖和设置在试剂罐200的下部部分的被配置为使试剂容纳在试剂罐200中的箔211。
参考图5,每个试剂罐200还包括设置在其底部的试剂罐接口230,该试剂罐接口被配置为与箔211相互作用以允许试剂罐210中的试剂流到盒200中的微流体通道228和室。试剂罐接口230包含至少一个挤出特征件232和突出通道234,所述至少一个挤出特征件用于刺穿箔211,所述突出通道被配置为允许试剂从试剂罐210通过箔的穿孔流到突出通道234并流到盒200中的微流体通道228和室。通过控制插塞208的移动,箔211将在测定操作期间朝向至少一个挤出特征件232移动。
参考图6,样品罐204还包括样品端口236,该样品端口包括被配置为在样品设备202的底部处接收密封件的环238和被配置为拆除该密封件的上推件240。所述环被配置为与样品设备202的密封件紧密配合以防止样品泄漏。上推件240还包括被配置为允许样品通过微流体通道228流入盒200中的其他部件中的通道。
参考图7,设置在盒200上的阀226被按压以关闭阀226。这些阀安装在微流体通道228上以在测定操作期间控制流体的流动,如在以下操作模式中所述。
阀以控制方式切换和选择流体路径。这些阀有助于引导盒200中的流体的流动以用于测定操作。
参考图8,提取模块214包括细长泪珠形室,该细长泪珠形室包括被配置为捕获核酸的迎合隔离膜242、除泡器244和设置在细长泪珠形室的每一端处的入口246a和出口246b。入口246a和出口246b二者都连接到微流体通道。在流体通过提取模块214时,室的较长边可减少气泡产生。迎合隔离膜242安装在细长泪珠形室的最宽部分处。提取模块214被配置为连续地接收样品以用于提取并处理毫升体积量的样品。本发明的提取模块214允许更多的样品/分析物进行测定,由此提高***的灵敏度。在一些示例中,提取模块214可处理最多约1ml的样品。
在一个实施例中,隔离膜242由可包括碎玻璃粉末、玻璃纤维、二氧化硅膜、二氧化硅珠、二氧化硅颗粒或它们的组合的材料制成。
参考图9a,第一计量室218a包括细长圆边八边形室,该细长圆边八边形室具有用于计量液体体积的限定结构体积。椭圆形室还包括设置在入口250a附近以防止捕入气泡的多个限流器248。连接到RT-PCR室216的入口的出口250b设置在入口250a的相对端处。
在其他示例中,计量液体体积的限定结构体积是10μl至50μl。
参考图9b,第二计量室218b包括椭圆形室,该椭圆形室具有用于计量液体体积的限定结构体积。椭圆形室还包括设置在该椭圆形室的每一端处的多个孔251。孔251连接到微流体通道。斜面252设置在椭圆形室的两端处,并且该斜面从椭圆形室的底部逐渐升高到椭圆形室的最深深度的约五分之三(3/5)。斜面可防止捕入气泡。
在其他示例中,斜面从椭圆形室的底部逐渐升高到椭圆形室的最深深度的约3/4。
在其他示例中,计量液体体积的限定结构体积是1μl至10μl。
参考图10,RT-PCR室216包括具有限定结构体积以用于限制PT-PCR的反应体积的U形室。该室还包括多个限流器254、入口256a和出口256b,该多个限流器基本上均等地分布在U形室上。入口256a和出口256b设置在U形室的每一端处。入口256a和出口256b连接到微流体通道。斜面258设置在U形室的两端处,并且斜面258从U形室的底部逐渐升高到U形室的最深深度的约二分之一(1/2)。
在其他实施例中,用于限制反应体积的限定结构体积为20μl至100μl。
在一个实施例中,RT-PCR室通过注射成型制成。
参考图11,qPCR灯泡体定量区域222通过微流体通道连接到预-qPCR罐220。qPCR灯泡体定量区域222包括微流体通道260和多个灯泡体224,每个灯泡体224将其入口连接到微流体通道260。
在一个实施例中,有一百二十(120)个灯泡体224连接到微流体通道260。
参照图12,灯泡体224包括可密封入口微流体通道262、连接到可密封入口微流体通道262的灯泡体椭圆形室264和倒置铲形室266,其中倒置铲形室266的顶部/尖端连接到灯泡体椭圆形室264。可密封入口微流体通道262比其他微流体通道228浅以提供可密封功能。灯泡体椭圆形室264的内表面是圆形的,以防止捕入气泡,并且灯泡体椭圆形室264的底表面被抛光以允许从灯泡体224内部最大程度地传输光信号。倒置铲形室266被配置为因液体流入椭圆形室而容纳压缩空气,这导致倒置铲形室266中的压力升高。倒置铲形室266的形状被设计用于使隔室最大化并防止在PCR期间产生气泡。斜面268设置在倒置铲形室266的入口处,并且斜面268在入口处从微流体通道的底部逐渐下降到倒置铲形室266的底部以减少捕入气泡。
每个灯泡体椭圆形室264用引物和探针点样,接着进行干燥过程。当模板和主混合物流入灯泡体224中时,所点样的材料被重新悬浮。
参考图13a和图13b,每个灯泡体262的入口可密封并与在qPCR灯泡体定量区域222内运行的微流体通道断开,由此,可在所隔离的灯泡体224中执行qPCR。如图13a所示的灯泡体224处于未密封配置,并且如图13b中所示的灯泡体224处于密封配置中。灯泡体262的入口由密封线270密封。因此,灯泡体224可彼此断开。这种单独灯泡体224中的模板可根据所指定的引物/探针分别接受单次PCR扩增。
参考图14,qPCR灯泡体定量区域222内的所有成排灯泡体都可密封。
参考图15a,样品设备202包括容器272、密封件274和被配置为关闭容器开口的封盖276。密封件274防止容器中的样品从样品设备202泄漏。密封件274可以如以上所论述的方式通过样品端口236打开。密封件274可由可包括软塑料、橡胶、硅氧烷、热塑性弹性体(TPE)、热塑性聚氨酯(TPU)、热塑性橡胶(TPR)的材料制成。图15b示出了样品设备202,其中封盖276与容器272联接。参考15c,样品设备202可拆卸地附接到样品端口236。样品设备202可拆下以收集样品并在样品端口236处附接到盒200以用于测定。各种类型的样品,诸如痰液、鼻咽拭子和鼻咽抽吸物,可转移到样品设备202。
参考图16,微流体分析仪300包括:(i)罩壳,该罩壳包括电子/控制隔室和操作隔室;(ii)流体致动***,该流体致动***设置在操作隔室中,被配置为操纵盒上的微流体网络内的样品和试剂的转移以进行生化反应和测定操作,(iii)细胞溶菌***,该细胞溶菌***设置在操作隔室中,被配置为分解细胞以释放DNA而不会对其造成损害,(iv)热控制***,该控制***被配置为提供所设计的热条件以进行生化反应;(v)光检测***,该光检测***包括照明源和检测模块,被配置为检测来自灯泡体的荧光信号,例如,由灯泡体中的taqMan探针产生的信号;(vi)电力***,该电力***被配置为向微流体分析仪300的不同部件递送和分配不同电力;(vii)通风***,该通风***被配置为稳定微流体分析仪300的内部温度;(viii)***传感器网络***,该***传感器网络***被配置为监测微流体分析仪300的状态并在观察到异常行为时报告故障;(ix)盒200密封模块,该盒密封模块被配置为密封盒200以形成封闭***;(x)盒处理***,该盒处理***被配置为接收盒200。
盒处理***还包括可伸缩托盘302,其中可伸缩托盘302还包括被配置为接收盒200的盒槽304。在伸出位置,可伸缩托盘302允许用户将盒200装载到其盒槽304上。在缩回位置,可缩回托盘302将盒200带到可执行测定的操作位置。盒200也处于其qPCR灯泡体定量区域222被照明源照明并且从灯泡体224发射的信号被检测模块捕获的位置。
在一个实施例中,照明源发射范围从约250nm(紫外线)至约880nm(红外线)的光或电磁波。在一个示例中,照明源配备有适合于不同设置的过滤器。
在一个实施例中,检测模块是相机。
参考图17,微流体分析仪300还包括连接到通信端口的主板,该通信端口被配置为连接到远程计算机***102。主板还连接到微流体分析仪300中的所有***以执行测定。主板可包括微处理器(未示出)和连接到微处理器的计算机可读存储介质或存储器(未示出)。
流体致动***还包括马达驱动器板、被配置为致动盒的插塞208的插塞马达和被配置为致动盒200上的阀226的阀马达。
细胞溶菌***还包括超声处理控制板和超声处理模头(horn),该超声处理模头被配置为与盒200的溶菌罐206相互作用。
热控制***还包括热控制板、被配置为在TR-PCR和qPCR期间加热盒200中的模板和试剂的热电加热器、温度传感器和风扇。在一些情况下,当热电加热器处于微流体分析仪300中的操作位置时,热电加热器是定位在盒200下方的加热板。
电力***包括电力单元。
***传感器网络***包括检测单元板、定位马达和线性扫描仪外设(outread)。
参考图18,微流体分析仪300还包括灯泡体密封模块306,该灯泡体密封模块包括密封线。当盒200在微流体分析仪300中的操作位置时,密封线设置在靠近灯泡体262的入口的位置处。密封线被配置为产生热以熔化灯泡体262的入口的材料,从而密封灯泡体224的入口。
在一个实施例中,密封线设置在加热板上。在一些示例中,密封线可安装在靠近灯泡体224的入口的任何位置。
在一个实施例中,高温释放层涂覆在密封线上以防止与盒200的塑料材料的粘性接触。
参考图19,示出了根据本发明的一个实施例的在远程计算机***102处的控制应用程序的用户界面。用户界面可提供对微流体分析仪300处的操作(包括但不限于测定及其盒处理***的操作)的控制。用户界面还提供了可在微流体盒***100上执行的测定操作的不同模式。在一些情况下,用户界面是图形用户界面(GUI)。
参考图20,现在转向测定操作400的方法。首先,在样品收集步骤402中,收集样品并将其装载到样品设备202中。然后,在样品***步骤404之后,将样品设备202***盒200上的样品罐204处。然后,在盒装载步骤406中,盒200将转移到在伸出位置的可伸缩托盘302的盒槽304上。可通过用户在远程计算机***处或在微流体分析仪的用户界面处的输入来发起测定步骤408。
参考图21,在测定步骤408中,微流体分析仪的微控制器在盒中引起以下操作:
首先,在溶菌步骤中,将被分析的样品装载到溶菌罐206中。然后,将溶菌罐206中的样品与来自溶菌试剂罐210a的溶菌缓冲液混合。打开超声波模头以剧烈地搅动溶菌罐206中的二氧化硅珠来分解样品中的分析物的表面结构,使得核酸被释放并悬浮在溶菌缓冲液中。
在隔离步骤中,结合试剂槽210b中的结合缓冲液流入溶菌罐206中以增强核酸与隔离膜242的结合能力。然后,混合物通过隔离膜242所在的提取模块214流到废物收集槽212。核酸由膜242捕获并附着该膜。
在分别使用从洗涤缓冲液试剂罐210c和洗涤缓冲液试剂罐210d到隔离膜242的洗涤缓冲液的洗涤步骤1和2之后,在洗脱步骤中,通过使洗脱缓冲液从洗脱缓冲液罐210e流到隔离膜242来洗脱核酸。
在第1阶段RT-PCR步骤中,将来自RT-PCR主混合物罐210f的RT-PCR主混合物与洗脱液一起推到RT-PCR室216并通过第一计量室218a以进行反转录(RT)和第一轮PCR扩增。
在稀释步骤中,将RT-PCR中的扩增子推到第二计量室218b。扩增子的稀释比取决于计量室218的大小。
在第2阶段qPCR步骤中,实时PCR主混合物罐210g中的实时PCR主混合物流过计量室218到达预qPCR罐220。在该步骤中,所稀释的扩增子与PCR主混合物混合以用于第2轮扩增。将预qPCR罐220中的混合物装载到qPCR灯泡体定量区域222,均匀地等分到120个灯泡体224。每个灯泡体224含有针对病原体的单个特异性引物/探针(使用点样机,生产过程之一)。在装载之后,密封灯泡体224。
图22a至图22e示出了密封灯泡体224的过程。首先,将盒200装载到微流体分析仪300中,并且微流体分析仪300将盒200放置在其中的操作位置。在该位置,密封线位于灯泡体262的入口的底部处,如图21a所示。随着测定开始,模板流入灯泡体224中并将其与模板一起装载,如图21b所示。一旦装载了所有灯泡体,就将盒200压靠在密封线上,如图21c所示。同时,电流开始流过密封线并产生热以熔化灯泡体262的入口,由此密封灯泡体224,如图21d至图21e所示。此外,由于盒200压靠在密封线和加热板上,灯泡体224现在与加热位置有良好接触,这为qPCR提供了良好热循环。
随着热循环开始,检测模块移动穿过qPCR灯泡体定量区域222以在每个循环中从灯泡体224拾取荧光信号,即,定量实时PCR可在光学检测步骤中实现。
在一个示例中,在单次运行中的总循环数为40。
荧光由照明源以所需波长引发并且由检测模块捕获。
在数据采集步骤中,图像或光谱数据之后被发送到远程计算机***以进行进一步数据分析。
在一个实施例中,检测模块放置在其视野覆盖整个qPCR灯泡体定量区域222的距离处。检测模块不移动越过qPCR灯泡体定量区域222,而是在每个循环中一次拾取来自所有灯泡体224的所有荧光信号。
在一个实施例中,所需波长的范围为从约250nm(紫外线)至约880nm(红外线)。在一个示例中,照明源配备有适合于不同设置的过滤器。
在一些示例中,三个灯泡体224一起用作一组来检测单一种类的病原体。这意味着,所有这三个灯泡体224都含有针对病原体的相同特异性引物/探针。在该设置中,可在持续约一个小时的单次运行中检测40种不同病原体。
在一些示例中,一个灯泡体224用于检测单一种类的病原体。在该设置中,可在持续约一个小时的单次运行中检测120种不同病原体。
在一个具体实施例中,测定***可一次检测25种不同病毒和12种不同细菌。要检测的病毒和细菌从表1的列表中挑选(请注意,更新了新的表):
表1
为了证明本发明的测定***的可用性,将对照材料分配在样品设备202中并仅由***本身自动地处理。图23示出了优异扩增曲线,其中获得了与台式操作一致的Ct值。上曲线和下曲线分别代表FAM(探针)和Cy5(被动参比染料)针对qPCR过程中的每个热循环的荧光信号。
参考图24,扩增曲线从用于用20μ1临床样品进行的运行的盒的每个灯泡体获得。通过台式规程确认了该临床样品含有乙型流感病毒。该实验的细节是将20μl NPA样品悬浮在780μl VTM中。NPA样品先前已被证实感染了乙型流感。从S.Pombe和B-Sub质粒中提取的RNA分别用作提取和第1阶段扩增的对照。运行相当顺利。从含有乙型流感、GAPDH和其他三种对照(即,qPCR、SUC-1和B-sub)的引物和探针的灯泡体中成功地获得可辨别地精细形状的扩增曲线。另一方面,从含有对病原体非特异性的引物和探针的其他灯泡体获得不规则图案的信号。这一结果证明了全自动化***检测到真实临床样品中的病原体。
图25示出了可应用本发明的测定***的领域。尽管以上公开的实施例与生物/诊断测定有关,但是本发明可用于检测其他非生物分析物,只要灯泡体用适当探针进行点样即可。因此,本发明提供了一种用于检测不同领域中的分析物的快速、准确、多路复用、低成本、样品到结果、全自动化***平台。
示例实施例可包括在所示那些之外的附加装置和网络。另外,被描述为由一个装置执行的功能可以是分布式的并由两个或更多个装置执行。多个装置还可组合为单个装置,该单个装置可执行组合装置的功能。
本文描述的各种参与者和要素可操作一个或多个计算机设备来促成本文描述的功能。以上描述的附图中的要素中的任一者(包括任何服务器、用户装置或数据库)可使用任何合适数量的子***来促成本文描述的功能。
本申请中描述的软件部件或功能中的任一者可实现为可由至少一个处理器使用任何合适的计算机语言(例如像Java、C++或Python)、使用例如常规技术或面向对象技术来执行的软件代码或计算机可读指令。
软件代码可作为一系列指令或命令存储在非暂时性计算机可读介质上,所述非暂时性计算机可读介质诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、磁性介质(诸如硬盘驱动器或软盘)或光学介质(诸如CD-ROM)。任何此类计算机可读介质都可驻留在单个计算设备上或在其内部,并且可存在于***或网络内的不同计算设备上或其内部。
可理解,如上所述的本发明可使用计算机软件以模块化或整合方式实现为控制逻辑的形式。基于本公开和本文提供的教导,本领域普通技术人员可知晓和了解使用硬件、软件或硬件与软件的组合来实现本发明的其他方式和/或方法。
以上描述是说明性的,而不是限制性的。在查阅本公开之后,实施例的许多变化对于本领域技术人员可能变得显而易见。因此,实施例的范围不应当参考以上描述来确定,而是替代地应当参考待决权利要求书及其等同物的整个范围来确定。
在不脱离范围实施例的情况下,可将来自任何实施例的一个或多个特征与任何其他实施例的一个或多个特征组合。除非具体地指明相反,否则“一个”、“一种”或“所述”的陈述意图表示“一个或多个”。除非具体地指明相反,否则“和/或”的陈述意图表示术语的最具包含性意义。
当前***的元件中的一者或多者可作为用于完成特定功能的装置而受权利要求书保护。在此类装置加功能要素用于描述所要求保护的***的特定元件的情况下,本领域普通技术人员在本说明书、附图和权利要求书面前可理解,对应结构包括计算机、处理器或微处理器(视情况而定),它们被编程来在专门编程之后使用存在于计算机中的功能和/或通过实现一个或多个算法以实现如权利要求书或以上描述的步骤中陈述的陈述功能而执行特定陈述的功能。如本领域普通技术人员将理解,算法在本公开内可作为数学公式、流程图、叙事文和/或以为本领域普通技术人员提供足够结构来实现所陈述的过程及其等同物的任何其他方式进行表达。
虽然本公开可以许多不同形式体现,但是在理解本公开是一个或多个发明的原理的例举并且不意图将任一个实施例限制于所示的实施例的情况下呈现附图和论述。
本领域技术人员可容易地想到以上描述的***和方法的另外优点和修改。
因此,本公开在其更宽泛的方面不限于以上示出和描述的特定细节、代表性***和方法以及说明性示例。在不脱离本公开的范围或精神的情况下,可对以上说明书进行各种修改和变化,并且本公开意图覆盖所有此类修改和变化,只要这些修改和变化落在权利要求书及其等同物的范围内即可。

Claims (13)

1.一种用于在单次运行中检测多种不同分析物的全自动化微流体***,包括:
远程计算机***;
微流体分析仪,所述微流体分析仪与所述远程计算机***连接,并且具有照明源和检测模块;以及
盒,所述盒具有多个灯泡体、样品罐和至少一个试剂罐,其中每个灯泡体能够由所述微流体分析仪密封。
2.如权利要求1所述的全自动化微流体***,其中所述检测模块包括相机。
3.如权利要求1所述的全自动化微流体***,其中所述盒包括容纳最多40种呼吸道病原体的空间。
4.如权利要求3所述的全自动化微流体***,其中所述远程计算机***在约一小时内完成分析。
5.一种用于在约一小时内在单次运行中检测40种不同分析物的全自动化微流体***,包括:
远程计算机***;
微流体分析仪,所述微流体分析仪与所述远程计算机***连接,并且具有照明源和检测模块;以及
盒,所述盒具有多个灯泡体、样品罐和至少一个试剂罐。
6.如权利要求5所述的全自动化微流体***,其中所述检测模块包括相机。
7.如权利要求5所述的全自动化微流体***,其中所述盒包括容纳最多40种呼吸道病原体的空间。
8.如权利要求7所述的全自动化微流体***,其中所述远程计算机***在约一小时内完成分析。
9.一种用于检测具有不同生物内容物的多种分析物的基本上自动化微流体***,包括:
远程计算机***;
微流体分析仪,所述微流体分析仪与所述远程计算机***连接,并且具有照明源和检测模块;
盒,所述盒具有多个灯泡体、样品罐和至少一个试剂罐,其中每个灯泡体能够由所述微流体分析仪密封;以及
其中所述远程计算机***在所有的与所述盒相关联的所述多种分析物正在进行处理的同时分析所述分析物。
10.如权利要求9所述的全自动化微流体***,其中所述检测模块包括相机。
11.如权利要求9所述的全自动化微流体***,其中所述盒包括容纳最多40种呼吸道病原体的空间。
12.如权利要求9所述的全自动化微流体***,其中所述远程计算机***在约一小时内完成分析。
13.一种用于分析根据权利要求9所述的多种分析物的方法。
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