УНИВЕРСАЛЬНАЯ СИСТЕМА ПОДГОТОВКИ ОБРАЗЦОВ И ПРИМЕНЕНИЕ В ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ АНАЛИЗА

3
1. Система, которая может быть помещена в корпус объемом не более 10 кубических футов (куб. футов) (0,28 м), включающая:
а) модуль подготовки образца, выполненный с возможностью захвата аналита из немикрожидкостного объема на захватывающей частице и направления захваченного аналита через микрожидкостный канал;
б) реакционный модуль, включающий реакционную камеру, имеющую жидкостное сообщение с микрожидкостным каналом, выполненный с возможностью иммобилизации захваченного аналита и проведения биохимической реакции с аналитом в немикрожидкостном объеме с получением продукта реакции; и
в) модуль анализа, имеющий жидкостное сообщение с реакционной камерой, выполненный с возможностью проведения анализа продукта реакции.
2. Система по п.1, сконфигурированная для захвата аналита, проведения биохимической реакции с аналитом и проведения анализа продукта менее чем за 4 часа.
3. Система по п.1, дополнительно включающая модуль анализа данных, сконфигурированный для получения данных об анализе от модуля анализа и включающий исполняемую программу, преобразующую данные и выводящую результат анализа.
4. Система по п.1, дополнительно включающая модуль обработки, имеющий жидкостное сообщение с реакционной камерой и модулем анализа и выполненный с возможностью (1) направления продукта реакции через второй микрожидкостный канал в немикрожидкостную камеру для обработки, (2) обработки продукта реакции и (3) направления обработанного продукта реакции в модуль анализа.
3
5. Система по п.1, которая может быть помещена в корпус объемом не более 8 куб. футов (0,23 м).
3
6. Система по п.1, которая может быть помещена в корпус объемом не более 5 куб. футов (0,14 м).
3
7. Система по п.1, которая может быть помещена в корпус объемом не более 2,5 куб. футов (0,07 м).
8. Система по п.1, где модуль подготовки образца выполнен с возможностью высвобождения аналита из клетки.
9. Система по п.1, где захватывающая частица представляет собой захватывающую частицу, реагирующую на магнитное поле, и реакционный модуль включает источник магнитного поля, сконфигурированный для иммобилизации захваченного аналита.
10. Система по п.1, где реакционный модуль выполнен с возможностью проведения термоциклирования.
11. Система по п.1, представляющая собой закрытую систему.
12. Система по п.1, работающая от аккумулятора.
13. Система, включающая крышку картриджа, картридж и пневматический распределитель, где картридж может быть присоединен к крышке картриджа и пневматическому распределителю с возможностью отсоединения,
где картридж включает один или более чем один пневматически активируемый клапан и один или более чем один микрожидкостный канал,
где как пневматический распределитель, так и крышка картриджа имеют жидкостное соединение с по меньшей мере одним источником давления, и
где как пневматический распределитель, так и крышка картриджа выполнены с возможностью управления потоком текучей среды в картридже.
14. Система по п.13, где пневматический распределитель выполнен с возможностью активирования пневматически активируемых клапанов, и крышка картриджа выполнена с возможностью подачи давления в одну или более чем одну камеру картриджа.
15. Система, включающая:
а) одноразовый картридж, включающий по меньшей мере одну совокупность жидкостных камер, включающую камеру для образца, камеру для смешивания и камеру для термоциклирования, имеющие жидкостное сообщение друг с другом, и плату с реагентами, содержащую реагенты для проведения химической реакции, включающей термоциклирование, причем указанная плата с реагентами сконфигурирована для переноски на картридже в закрытой конфигурации и для установления жидкостного сообщения с по меньшей мере одной совокупностью жидкостных камер;
б) узел привода, сконфигурированный для перемещения текучих сред между камерами, когда картридж соединен с узлом привода;
в) термоциклер, сконфигурированный для циклического изменения температуры в камере для термоциклирования, когда картридж соединен с узлом привода;
г) блок капиллярного электрофореза, сконфигурированный для получения образца из картриджа, когда картридж соединен с узлом привода, и для проведения капиллярного электрофореза образца; и
д) компьютеризированную систему управления, сконфигурированную для управления узлом привода, термоциклером и блоком капиллярного электрофореза.
16. Картридж, включающий:
а) жидкостный распределитель, включающий сторону жидкостных элементов и сторону платы с реагентами, где жидкостный распределитель включает:
1) по меньшей мере одну совокупность жидкостных камер, где каждая камера включает вход/выход на стороне жидкостных элементов;
2) по меньшей мере одну камеру для термоциклирования, включающую по меньшей мере один вход/выход;
3) по меньшей мере один выход;
4) гнездо на стороне платы с реагентами, выполненное с возможностью присоединения платы с реагентами, включающее множество каналов гнезда, включающих канюли на стороне платы с реагентами и обеспечивающих сообщение между двумя сторонами;
б) по меньшей мере один микрожидкостный чип, включающий:
1) по меньшей мере один жидкостный контур;
2) множество входов/выходов, имеющих жидкостное сообщение с жидкостным контуром;
3) по меньшей мере один пневматически активируемый мембранный клапан, сконфигурированный для регулирования потока текучей среды в жидкостном контуре;
где по меньшей мере один чип соединен с жидкостным распределителем таким образом, что входы/выходы по меньшей мере одного чипа имеют жидкостное сообщение с входами/выходами камер и каналами гнезда, где каждая жидкостная камера имеет жидкостное сообщение с по меньшей мере одной другой жидкостной камерой, и каждая канюля имеет сообщение с жидкостной камерой; и
в) плату с реагентами, вставленную в гнездо, включающую множество камер для реагентов, содержащих реагенты, каждая из которых выровнена с по меньшей мере одной канюлей и адаптирована для первого вставочного положения, где камеры для реагентов не проколоты канюлями, и второго вставочного положения, где камеры для реагентов проколоты канюлями, устанавливая, посредством этого, жидкостное сообщение камер для реагентов с жидкостным контуром.
17. Картридж по п.16, где реагенты включают реагенты для проведения полимеразной цепной реакции (ПЦР).
18. Картридж по п.17, где реагенты включают праймеры для амплификации множества коротких тандемных повторов.
19. Картридж по п.16, где по меньшей мере одна совокупность жидкостных камер представляет собой множество совокупностей жидкостных камер.
20. Картридж по п.16, где жидкостный распределитель дополнительно включает по меньшей мере один дополнительный жидкостный канал на стороне жидкостных элементов распределителя, по меньшей мере один чип представляет собой множество чипов, и жидкостные контуры каждого из множества чипов имеют жидкостное сообщение с жидкостными контурами по меньшей мере одного другого чипа через дополнительный жидкостный канал.
21. Картридж по п.20, дополнительно включающий прокладку между чипами и распределителем, закрывающую каналы распределителя.
22. Картридж по п.16, где жидкостные камеры включают распределительную камеру, камеру для захвата, камеру для образца и очистительную камеру.
23. Картридж по п.16, где по меньшей мере одна жидкостная камера содержит частицы, реагирующие на магнитное поле.
24. Картридж по п.16, где по меньшей мере одна совокупность жидкостных камер представляет собой по меньшей мере 4 совокупности или по меньшей мере 8 совокупностей.
25. Картридж по п.16, где чипы включают по меньшей мере один мембранный клапан.
26. Система, включающая:
а) пневматический блок, включающий:
1) пневматический распределитель, выполненный с возможностью присоединения картриджа по п.16 со стороны жидкостных элементов с возможностью отсоединения, включающий множество пневматических входов/выходов, сконфигурированных для соединения с пневматическими каналами по меньшей мере одного микрожидкостного чипа и активации мембранных клапанов; и
2) источник давления, сконфигурированный для подачи положительного или отрицательного давления в пневматические каналы;
б) блок активации картриджа, выполненный с возможностью присоединения картриджа со стороны платы с реагентами, включающий:
1) пневматический распределитель реагентов, включающий сторону пневматических элементов и сторону платы с реагентами, где пневматический распределитель реагентов включает каналы пневматического распределителя реагентов, обеспечивающие сообщение между двумя сторонами и включающие канюлю на стороне платы с реагентами;
2) источник давления, сконфигурированный для подачи положительного или отрицательного давления в каналы пневматического распределителя реагентов; и
3) зажим, сконфигурированный для перемещения платы с реагентами из первого вставочного положения во второе вставочное положение, где фиксация зажимом приводит к прокалыванию камер для реагентов канюлями пневматического распределителя реагентов и установлению сообщения камер для реагентов с источником давления;
в) термоциклер, сконфигурированный для циклического изменения температуры в по меньшей мере одной камере для термоцикпирования, когда картридж зафиксирован зажимом;
г) блок капиллярного электрофореза, включающий:
1) по меньшей мере один сепарационный канал, имеющий жидкостное сообщение с выходом, когда картридж зафиксирован зажимом; и
2) оптический подблок, сконфигурированный для детекции сигнала от по меньшей мере одного сепарационного канала; и
д) компьютеризированную систему управления, сконфигурированную для управления пневматическим блоком, блоком активации картриджа, термоциклером и блоком капиллярного электрофореза.
27. Система по п.26, где фиксация зажимом приводит к соединению входов/выходов камер и каналов гнезда с по меньшей мере одним микрожидкостным чипом.
28. Система по п.26, где блок активации картриджа дополнительно включает по меньшей мере один нагреватель, сконфигурированный для нагревания по меньшей мере одной из жидкостных камер, когда пневматический распределитель реагентов соединен с картриджем.
29. Система по п.26, где блок активации картриджа дополнительно включает подвижные магниты, сконфигурированные для перемещения в положение и из положения, где магниты воздействуют магнитным полем на по меньшей мере одну жидкостную камеру.
30. Система по п.26, где блок активации картриджа дополнительно включает сенсоры, сконфигурированные для детекции присутствия образца в камере для образца жидкостного распределителя.
31. Система по п.26, где термоциклер включает элемент Пельтье.
32. Система по п.26, содержащаяся в переносном контейнере.
3
33. Система по п.32, где контейнер имеет внутренний объем не более 10 куб. футов (0,28 м).
3
34. Система по п.32, где контейнер имеет внутренний объем не более 8 куб. футов (0,23 м).
3
35. Система по п.32, где контейнер имеет внутренний объем не более 2,5 куб. футов (0,07 м).
36. Продукт в машиночитаемой форме, включающий программу для управления системой по п.26.
37. Способ, включающий получение из образца, содержащего по меньшей мере одну клетку, содержащую ДНК, машинного файла, идентифицирующего множество маркеров коротких тандемных повторов (STR-маркеров) в ДНК, осуществляемый менее чем за 4 ч.
38. Способ по п.37, осуществляемый менее чем за 3 ч.
39. Способ по п.37, осуществляемый менее чем за 2 ч.
40. Способ по п.37, где получение включает выделение ДНК из по меньшей мере одной клетки, амплификацию STR-маркеров с использованием ДНК, проведение капиллярного электрофореза амплифицированных маркеров, детектирование амплифицированных маркеров и проведение компьютерного анализа детектированных амплифицированных маркеров для идентификации маркеров.
41. Способ по п.37, где множество STR-маркеров представляет собой по меньшей мере 5 STR-маркеров.
42. Способ по п.37, где множество маркеров представляет собой STR-маркеры, входящие в систему CODIS (Combined DNA Index System, Объединенная система данных ДНК).
43. Способ по п.42, где множество STR-маркеров представляет собой по меньшей мере 5, 10 или 13 STR-маркеров, входящих в систему CODIS.
44. Способ по п.37, где по меньшей мере одна клетка представляет собой множество клеток.
45. Способ по п.37, где образец представляет собой образец для судебной экспертизы.
46. Способ по п.37, осуществляемый на месте сбора образца.
47. Способ по п.37, где образец включает кровь.
48. Способ по п.37, где образец включает буккальный мазок.
49. Способ по п.37, осуществляемый системой по любому из пп.1-15 или 26-35.
50. Система, сконфигурированная для осуществления способа, включающего получение из образца, содержащего по меньшей мере одну клетку, содержащую ДНК, машинного файла, идентифицирующего множество STR-маркеров в ДНК, где способ осуществляют менее чем за 4 ч.
51. Способ, включающий:
а) предоставление системы, включающей:
1) одноразовый картридж, включающий по меньшей мере одну совокупность жидкостных камер, включающую камеру для образца, камеру для смешивания и камеру для термоциклирования, имеющие жидкостное сообщение друг с другом, и плату с реагентами, содержащую реагенты для проведения химической реакции, включающей термоциклирование, причем плата с реагентами сконфигурирована для переноски на картридже в закрытой конфигурации и для установления жидкостного сообщения с по меньшей мере одной совокупностью жидкостных камер;
2) узел привода, сконфигурированный для перемещения текучих сред между камерами, когда картридж соединен с узлом привода;
3) термоциклер, сконфигурированный для циклического изменения температуры в камере для термоциклирования, когда картридж соединен с узлом привода;
4) блок капиллярного электрофореза, сконфигурированный для получения образца из картриджа, когда картридж соединен с узлом привода, и для проведения капиллярного электрофореза образца; и
5) компьютеризированную систему управления, сконфигурированную для управления узлом привода, термоциклером и блоком капиллярного электрофореза;
б) установление жидкостного сообщения платы с реагентами с по меньшей мере одной совокупностью жидкостных камер;
в) внесение образца, содержащего молекулу нуклеиновой кислоты, в камеру для образца; и
г) управление системой для амплификации и детектирования по меньшей мере одной последовательности нуклеиновой кислоты в образце.
52. Способ по п.51, включающий внесение каждого из множества образцов в отдельную камеру для образца.
53. Способ по п.51, где время проведения стадий (б)-(г) составляет менее 4 часов.
54. Способ по п.51, включающий амплификацию и детектирование множества последовательностей нуклеиновых кислот в образце.
55. Способ по п.54, где множество последовательностей нуклеиновых кислот включает короткие тандемные повторы.
56. Способ по п.55, где короткие тандемные повторы включают множество маркеров, входящих в систему CODIS (Combined DNA Index System, Объединенная система данных ДНК).
57. Способ по п.56, где маркеры, входящие в систему CODIS, включают множество маркеров, выбранных из AMEL, D3S1358, THO1, D21s11, D18s51, D5s818, D13s317, D7s820, D16s539, CSF1PO, vWA, D8S1179, ТРОХ и FGA.
58. Способ по п.51, где система представляет собой систему по п.26.
59. Способ по п.51, где образец представляет собой образец для судебной экспертизы.
60. Способ по п.51, где образец выбран из буккального мазка, крови, волоса или семенной жидкости.
61. Способ по п.51, где образец представляет собой необработанный образец.
62. Способ по п.51, дополнительно включающий транспортировку системы на место проведения судебной экспертизы.
63. Оптическая система, включающая:
а) множество оптически прозрачных каналов;
б) источник света, сконфигурированный для направления в множество оптически прозрачных каналов;
в) дисперсионный элемент, рассеивающий свет, проходящий через оптически прозрачные каналы зависимым от длины волны образом; и
г) детектор, сконфигурированный для реагирования на рассеянный свет.
64. Система по п.63, где множество оптически прозрачных каналов включает по меньшей мере восемь капилляров.
65. Система по п.63, где оптически прозрачные каналы выровнены в первой плоскости, и дисперсионный элемент рассеивает свет по второй плоскости, где первая плоскость и вторая плоскость различны.
66. Система по п.65, где первая плоскость перпендикулярна второй плоскости.
67. Оптическая система, включающая:
а) источник возбуждения, сконфигурированный для направления света возбуждения на объект;
б) носитель для объекта, излучающего свет, отличный от света возбуждения, при возбуждении энергией возбуждения;
в) заграждающий фильтр, сконфигурированный для отфильтровывания энергии возбуждения и пропускания излученного света;
г) визуализирующую линзу, сконфигурированную для фокусировки излученного света;
д) дихроичное зеркало, по существу пропускающее энергию возбуждения и сконфигурированное для отражения излученного света на детектор;
е) систему фокусировки, включающую по меньшей мере одну линзу, сконфигурированную для фокусировки света, отраженного от дихроичного зеркала;и
ж) фотодетектор (камеру на приборе с зарядовой связью, CCD-камеру), сконфигурированный для реагирования на отраженный свет.
68. Оптическая система по п.63, где свет возбуждения включает свет с длиной волны от 0,3 мкм до 1 мкм.
69. Оптическая система по п.67, где носитель включает ряд капилляров, и объект включает флуоресцентные частицы.
70. Оптическая система по п.67, где зеркало отражает излученный свет, и угол падения составляет от приблизительно 5° до приблизительно 10°.
71. Оптическая система по п.67, где дихроичное зеркало дополнительно включает блок, пропускающий по существу весь свет.
72. Оптическая система по п.67, где система фокусировки включает по меньшей мере одно складывающееся зеркало.
73. Оптическая система по п.67, где фотодетектор включает CCD-камеру.
74. Оптическая система по п.67, дополнительно включающая призму, расположенную между объектом и визуализирующей линзой.
75. Оптическая система, включающая:
а) ряд капилляров, где капилляры выровнены по существу параллельно и по существу в одной плоскости;
б) блок возбуждения, включающий источник возбуждения и сконфигурированный для доставки света возбуждения от источника возбуждения к ряду капилляров, где блок доставки света сконфигурирован (1) для доставки тонкого пучка света, накрывающего ряд капилляров, и (2) для доставки света к ряду капилляров под углом к плоскости, отличным от 90°;
в) собирающую линзу, сконфигурированную для собирания света от ряда капилляров, излученного объектами в ряде капилляров, возбужденными светом возбуждения;
где блок возбуждения и собирающая линза сконфигурированы относительно ряда капилляров таким образом, что свет возбуждения, проходящий через ряд капилляров, по существу не попадает в собирающую линзу.
76. Оптическая система по п.75, где угол составляет от приблизительно 10° до приблизительно 85°.
77. Прибор, включающий:
а) микрожидкостный компонент, включающий множество пересекающихся микрожидкостных каналов и по меньшей мере один регулируемый клапан, сконфигурированный для регулирования потока текучей среды между пересекающимися каналами; и
б) немикрожидкостный компонент, включающий множество нем и крожид костных камер, каждая из которых имеет жидкостное соединение с по меньшей мере одним из микрожидкостных каналов;
где прибор сконфигурирован для перемещения текучей среды из по меньшей мере одной немикрожидкостной камеры в другую немикрожидкостную камеру через микрожидкостный канал, и где поток регулируют с помощью по меньшей мере одного клапана.
78. Прибор по п.77, где множество нем и крожид костных камер включает по меньшей мере три камеры, и по меньшей мере один клапан селективно направляет текучую среду из одной камеры в любую из по меньшей мере двух других камер.
79. Прибор по п.77, дополнительно включающий насос для подачи текучей среды из немикрожидкостной камеры в микрожидкостный канал.
80. Прибор по п.77, где по меньшей мере один клапан представляет собой мембранный клапан.
81. Прибор по п.80, где насос представляет собой диафрагменный насос, включающий группу из трех мембранных клапанов.
82. Прибор по п.77, где микрожидкостный компонент включает монолитный блок.
83. Прибор по п.77, где комбинация микрожидкостного компонента и немикрожидкостного компонента определяет жидкостный контур, и прибор включает множество жидкостных контуров.
84. Прибор по п.77, где немикрожидкостный компонент дополнительно включает захватывающий агент в форме частиц.
85. Прибор по п.84, где частицы реагируют на магнитное поле, и прибор дополнительно включает магнит, сконфигурированный для иммобилизации частиц.
86. Устройство, включающее множество немикрожидкостных камер, имеющих жидкостное соединение с общим микрожидкостным каналом.
87. Способ, включающий:
а) предоставление устройства, включающего:
1) микрожидкостный компонент, включающий множество пересекающихся микрожидкостных каналов и по меньшей мере один регулируемый клапан, сконфигурированный для регулирования потока текучей среды между пересекающимися каналами; и
2) немикрожидкостный компонент, включающий множество немикрожидкостных камер, каждая из которых имеет жидкостное соединение с по меньшей мере одним из микрожидкостных каналов;
где прибор сконфигурирован для перемещения текучей среды из по меньшей мере одной немикрожидкостной камеры в другую немикрожидкостную камеру через микрожидкостный канал, и поток регулируют с помощью по меньшей мере одного клапана;
и где первая немикрожидкостная камера содержит первый объем образца, содержащего аналит;
б) внесение некоторого количества захватывающего агента в форме частиц в первую немикрожидкостную камеру для связывания выбранного количества аналита из образца;
в) перемещение захватывающего агента в форме частиц, связанного с аналитом, через микрожидкостный канал микрожидкостного устройства во вторую немикрожидкостную камеру;
г) приведение захватывающего агента в форме частиц, связанного с аналитом, в контакт с реагентом во второй немикрожидкостной камере; и
д) проведение химической реакции с аналитом с использованием реагента.
88. Способ по п.87, где приведение в контакт включает перемещение реагента из третьей немикрожидкостной камеры через микрожидкостный канал микрожидкостного устройства во вторую немикрожидкостную камеру.
89. Способ по п.87, где частицы реагируют на магнитное поле, и указанный способ дополнительно включает иммобилизацию захватывающего агента в форме частиц, связанного с аналитом, в приборе магнитным полем.
90. Способ по п.87, включающий суспендирование захватывающего агента в форме частиц, связанного с аналитом, в приборе в объеме, который по меньшей мере на порядок величины меньше, чем объем образца.
91. Способ, включающий:
а) проведение первой химической реакции с аналитом в первой камере, представляющей собой немикрожидкостную камеру, с получением продукта первой реакции; и
б) перемещение продукта первой реакции через микрожидкостный канал во вторую камеру, представляющую собой немикрожидкостную камеру, и проведение второй химической реакции с первым продуктом с получением продукта второй реакции.
92. Способ, включающий:
а) проведение первой химической реакции с аналитом в первой камере, представляющей собой немикрожидкостную камеру, с получением продукта первой реакции; и
б) перемещение продукта первой реакции через микрожидкостный канал во вторую камеру, представляющую собой микрожидкостную камеру, и проведение второй химической реакции с первым продуктом с получением продукта второй реакции.
93. Способ, включающий:
а) проведение первой химической реакции с аналитом в первой камере, представляющей собой микрожидкостную камеру, с получением продукта первой реакции; и
б) перемещение продукта первой реакции через микрожидкостный канал во вторую камеру, представляющую собой немикрожидкостную камеру, и проведение второй химической реакции с первым продуктом с получением продукта второй реакции.
94. Способ по любому из пп.91-93, включающий очистку продукта первой реакции перед его перемещением во вторую камеру.
95. Способ по любому из пп.91-93, дополнительно включающий по меньшей мере однократное перемещение продукта реакции через микрожидкостный канал в следующую немикрожидкостную камеру и проведение следующей химической реакции с продуктом реакции с получением продукта следующей реакции.
96. Способ по любому из пп.91-93, дополнительно включающий, перед перемещением продукта реакции в немикрожидкостную камеру, по меньшей мере однократное перемещение продукта реакции через микрожидкостный канал в микрожидкостную камеру и проведение следующей химической реакции с продуктом реакции с получением продукта следующей реакции.
97. Устройство, включающее:
а) канал для образца, имеющий вход в канал и выход из канала;
б) электрофорезный капилляр, имеющий вход в капилляр и выход из капилляра, где капилляр содержит электропроводящую среду и имеет сообщение с каналом для образца в точке соединения;
в) анод и катод, сконфигурированные для приложения напряжения между входом в капилляр и выходом из капилляра, где один из анода или катода включает разветвленный электрод, ветви которого имеют электрическое сообщение с каналом для образца по разные стороны от точки соединения; и
г) второй электрод, имеющий электрическое сообщение с каналом для образца по существу напротив точки соединения.
98. Устройство по п.97, где второй электрод представляет собой третью ветвь разветвленного электрода.