Устройство для сбора, хранения и транспортировки биологического материала живых организмов и растений
DEVICE FOR COLLECTING, STORAGE AND TRANSPORTATION OF BIOLOGICAL MATERIAL OF LIVING ORGANISMS AND PLANTS

Изобретение относится к области медицины, ветеринарии, сельскому хозяйству и может быть использовано для сбора, хранения и транспортировки биологических материалов живых организмов и растений.
В настоящее время использование сорбентов для сбора, хранения и транспортировки биологических материалов интенсивно расширяется, особенно в медицинской, ветеринарной и сельскохозяйственной практике.
Сбор и транспортировка биологического материала является начальным и одним из самых ответственных этапов для последующих лабораторных исследований, так как нарушение правил забора биологического материала, получение нерепрезентативных клинических образцов, неправильная и несвоевременная их доставка влияют на результаты исследования.
Сущность сбора, хранения и транспортировки биологических материалов заключается в заборе определенного количества материала, так как его избыток или недостаток влияют на качество выделения ДНК и способствуют ее деградации при хранении к транспортировке. Кроме того, должна соблюдаться стерильность как сбора биологического материала, так и его хранение и транспортировка.
Известен контейнер для пробы крови, содержащий емкость с герметизирующей крышкой, при этом с целью упрощения количественного взятия пробы крови и увеличения сроков ее хранения, на крышке контейнера установлен стержень для крепления гигроскопической бумаги внутри емкости, при этом в нижней части емкости с зазором по отношению к стержню размешен влагопоглотитель, и установлено приспособление для ее фиксации (SU 1017343, 15.05.1983). Однако конструкция данного контейнера сложна и используемая в конструкции гигроскопичная бумага не позволяет учесть объем пробы крови, что имеет важное значение в проведение лабораторного анализа.
2
Известно устройство для получения, хранения и транспортировки высушенных образцов жидкостей, содержащее защитный контейнер, в котором размещен адсорбционный элемент, выполненный с возможностью нанесения на него аликвоты жидкости, анализируемые компоненты. Адсорбционный элемент выполнен из впитывающего влагу пористого материала с адсорбционной емкостью не менее 40 мг воды на см, способного к обратимой десорбции сухих компонентов в растворитель для пробы при погружении, по меньшей мере, рабочей зоны адсорбционного элемента с высушенным образцом в растворитель для пробы с эффективностью не менее 30% по истечении не более 300 с после контакта высушенного образца с растворителем для пробы. Устройство позволяет получать воспроизводимые результаты при анализе биологических жидкостей, а также обеспечивает упрощение конструкции сорбирующего элемента (RU 2519030, 10.06.2014). Недостатками указанного устройства является сложность в его конструкции и узкой области применения, а также ограниченная скорость поглощения биожидкостей.
Известен также довольно простой сбор и транспортировка биологических материалов на бумаге, который был использован в течение нескольких десятилетий, чтобы транспортировать, например, кровь для скрининга новорожденных. Существует стандартный протокол, используемый для выполнения этого (Therrel, В.L., ed., Laboratory Methods for Neonatal Screening, American Public Health Association, Washington D.C., 1993). Существует также стандартная бумага, используемая для сбора проб крови, которая повсеместно используется.
В частности известен абсорбирующий бумажный лист (фильтровальная бумага), имеющий множество выборок зон, каждая выборка зоны в виде круга имеет перфорацию, проходящую, по существу, по всему его периметру, так, чтобы препятствовать перетеканию капиллярного жидкого образца, из одной зоны в другую. Кроме того, поглощающая бумага разделена на куски барьерными перфорациями, расположенными между соседними зонами образцов, с тем, чтобы обеспечить зазор между зонами образцов и создать дополнительный барьер капиллярного потока. Впитывающий бумажный элемент может быть приспособлен для хранения любого желаемого образца в жидкой форме, например образцов крови или ее продуктов, также могут быть выстроены в ряд образцы для целей контроля и калибровки, в соответствии с известной практикой (US 5516487, 14.05.1996). Недостатками абсорбирующего бумажного листа является невозможность точного дозирования количества наносимого образца, сложность в извлечении кружочков мембраны с образцом для их последующей десорбции и его недолговечность.
Известно также устройство для сбора, хранения биологических материалов, включающее носитель карту, имеющую окно, а также стекловолоконную мембрану, размещенную в окне для равномерного поглощения образца капли крови в однородное круглое пятно, с последующим ее высушиванием. Мембрана, выполненная из стекловолокна, используется для обеспечения более качественного анализа для малых молекул с помощью жидкостной хроматографии/масс-спектрометрии. Носитель карта имеет номинальный размер приблизительно 2 дюйма (5,08 см) на 3 дюйма (7,62 см), и может быть выполнена из древесно-стружечной плиты. Окно, выполненное в карте, позволяет пользователю наносить пятна крови непосредственно на стекловолоконную мембрану, не снимая ее с носителя. Пятно крови затем сушат, после чего выбивают из волоконной мембраны и экстрагируют в лаборатории для анализа малых молекул, таких как фармацевтические соединения и наркотические вещества и т.д. (US 2012045792, 23.02.2012). Однако данное устройство имеет узкую область применения, сложную конструкцию и не имеет данных о возможности длительного хранения и транспортировки биообразца. При этом она не обладает в достаточной мере свойствами стерильности и целостности, так как мембрана с нанесенным на нее биоматериалом, открыта для окружающей среды. Данный источник информации принят нами в качестве ближайшего аналога.
Технический результат заявленного изобретения заключается в упрощении конструкции устройства при одновременном расширении области его применения за счет использования в конструкции сорбционной мембраны не только для жидких биологических материалов живых организмов, но и растений и в повышении чувствительности лабораторных методов исследований, за счет увеличения объема поглощаемой жидкости и возможности сохранять при наличии транспортной карты ее целостность и изоляцию от соприкосновения с чем-либо, а также в расширении арсенала средств, для сбора, хранения и транспортировки биологических материалов живых организмов и растений.
2
Технический результат достигается тем, что создано устройство для сбора, хранения и транспортировки биологических материалов живых организмов и растений, содержащее носитель-карту с размещенным в нем сорбционным материалом, выполненным с возможностью нанесения на него биологического материала, содержащего анализируемые компоненты, и последующего его высушивания, при этом в качестве носителя-карты устройство содержит транспортную карту, выполненную из мелованной бумаги плотностью 300 г/м и жесткостью (MD) 15 мНм в форме прямоугольника с двумя сгибами по вертикали и с возможностью сложения его в три слоя, при этом в нижнем слое, образованным после сложения прямоугольника по двум вертикальным сгибам, жестко закреплена сорбционная мембрана, выполненная из влагопоглощающего пористого материала со скоростью впитывания жидкости не менее 1 см/с и капиллярным поднятием не менее 20 мм/мин.
В предпочтительном варианте высушивание жидких биологических образцов, нанесенных на сорбционную мембрану, происходит в течение 1,5 часов.
В другом предпочтительном варианте транспортная карта, с размещенной в ней сорбционной мембраной, обработана ультрафиолетом при длине волны 254 нм в течение не менее 30 минут для сохранения стерильности биоматериала.
В предпочтительном варианте также сорбционная мембрана способна к обратимой десорбции сухих компонентов в воде либо другом растворителе для пробы с эффективностью не менее 80% в течение 10 мин после контакта высушенного образца с растворителем для пробы.
В предпочтительном варианте сорбционная мембрана поглощает не менее 150 мкл жидкости, что позволяет увеличить чувствительность лабораторных исследований.
В другом предпочтительном варианте устройство выполнено с возможностью анализа не только жидких биологических материалов живых организмов, но и растений.
В предпочтительном варианте также сорбционная мембрана имеет высокую прочность на разрыв, что гарантирует целостность мембраны при транспортировке и хранении до цели ее применения в лаборатории.
В предпочтительном варианте сорбционная мембрана выполнена с возможностью отделения кусков с заранее известной площадью.
Также в предпочтительном варианте транспортная карта обеспечивает изоляцию сорбционной мембраны от окружающей среды и сохраняет ее целостность и стерильность.
Кроме того, в предпочтительном варианте устройство является объектом хранения и транспортировки биообразцов до лабораторий любыми доступными транспортными средствами (почтой, курьером, авто или авиа и др.).
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 представлен общий вид транспортной карты, содержащей встроенную в нее сорбционную мембрану.
На фиг. 2 представлена наружная часть заднего слоя транспортной карты, на которой нанесена информация для пользователя.
2
Заявленное устройство для сбора, хранения и транспортировки биологических материалов живых организмом и растений содержит (см. фиг. 1 и 2) транспортную карту (1), выполненную из мелованной бумаги плотностью 300 г/м и жесткостью (MD) 15 мНм, которые обеспечивают бумаге способность противостоять изгибающему усилию и разрывам. Транспортная карта (1) имеет форму прямоугольника, по вертикали которого выполнены два сгиба (2), обеспечивающие возможность сложения его в три слоя (3, 4, 5). В нижнем внутреннем слое (4), образованным после сложения прямоугольной транспортной карты (1) по двум вертикальным сгибам (2), жестко закреплена сорбционная мембрана (6), выполненная из влагопоглощающего пористого материала со скоростью впитывания жидкости не менее 1 см/с и капиллярным поднятием не менее 20 мм/мин. Сорбционная мембрана (6), выполнена с возможностью нанесения на нее биологического материала, содержащего анализируемые компоненты, при этом она в предпочтительном варианте поглощает не менее 150 мкл жидкости, что позволяет увеличить чувствительность лабораторных исследований. Кроме того, она имеет высокую прочность на разрыв не менее Н/17 мм, что гарантирует целостность мембраны при транспортировке и хранении до цели ее применения в лаборатории и возможность отделения кусков с заранее известной площадью, что увеличивает точность лабораторного анализа. Предварительно перед использованием для сохранения стерильности биоматериала транспортную карту, с размещенной в ней сорбционной мембраной обрабатывают ультрафиолетом при длине волны 254 нм в течение не менее 30 минут. Это позволяет поставлять потребителю качественный стерильный продукт. После нанесения на сорбционную мембрану (6) биологического материала ее высушивают в течение не менее 1,5 часов при комнатной температуре. Сорбционная мембрана (6) также способна к обратимой десорбции сухих компонентов в воде либо другом растворителе для пробы с эффективностью не менее 80% в течение 10 мин после контакта высушенного образца с растворителем для пробы. Транспортная карта (1) обеспечивает изоляцию сорбционной мембраны (6) от окружающей среды и сохраняет ее целостность и стерильность. Кроме того, устройство выполнено с возможностью анализа не только жидких биологических материалов живых организмов, но и растений и оно является объектом хранения и транспортировки биообразцов до лабораторий любыми доступными транспортными средствами (почтой, курьером, авто или авиа и другими перевозчиками).
Примеры работы устройства.
Пример 1
2
Для защиты сорбционной мембраны, которая будет содержать в себе биологический материал для исследований, изготавливали транспортную карту из мелованной бумаги плотностью 300 г/м и жесткостью (MD) 15 мНм, которые придают способность бумаге противостоять изгибающему усилию и разрывам. Транспортная карта выполнена в виде прямоугольника, сложенного в три слоя, за счет наличия на прямоугольнике двух сгибов. В нижний внутренний слой вклеена сорбционная мембрана. Защитный элемент - транспортная карта устроена так, что сорбционная мембрана закрыта с 4-х сторон, что позволяет сохранять ее целостность и изолирует ее от соприкосновения с чем-либо. После изготовления транспортную карту с размещенной в ней сорбционной мембраной обрабатывают УФ при длине волны 254 нм в течение 30 минут. Обработанную УФ транспортную карту вкладывают в полиэтиленовый пакет с замком Zip Lock, который предварительно прошел стадию сухой стерилизации, что позволяет поставлять потребителю качественный стерильный продукт и одновременно закрыть транспортную карту от внешних повреждений. Транспортную карту в пакете можно передавать с курьером, отправлять по почте и др. перевозчиками в лабораторию для ее непосредственного использования - нанесения на нее биоматериала, высушивание его и в последующем при необходимости хранения и транспортировки в другую лабораторию для проведения анализа высушенного биоматериала.
Пример 2
2
Для определения капиллярного поднятия аккуратно вертикально погружали кончик сорбционной мембраны на 1-2 мм в воду и определяли расстояние, на которое фронт воды распространиться в течение 1 минуты, величина которого составляла не менее 2 см. При этом удельный вес сорбирующей мембраны равен был 152 г/м, которую определяли взвешиванием тестируемого образца.
Пример 3
На сорбционную мембрану, размещенную в транспортной карте и предварительно обработанной УФ при длине волны 254 нм в течение 30 мин, наносили биоматериал, смешанный с заранее подсчитанными клонированными плазмидными структурами до полного впитывания. Высушивали мембрану при комнатной температуре от 20°С до 25°С в течение 1,5 часов. Высушенные сорбционные мембраны разрезали ножницами по начертанным на них линиям с заранее известной площадью. Линии помогают безошибочно разрезать сорбционную мембрану на части нужного размера так, чтобы кусочки уместились в 1,5 мл пробирку и полностью погрузились в 300 мкл раствора либо воды, которые участвуют в процессе элюирования. Элюирование происходило в течение 10 мин при периодическом перемешивании на вортексе при комнатной температуре. Затем центрифугировали в течение 20 с при 10 тыс. об/мин. Полученную жидкость переносили в чистую пробирку и использовали в проведении количественной ПЦР. Количественный анализ ПЦР позволил подсчитать клонированные плазмидные структуры, сравнивая первоначальное нанесенное их количество на мембрану с элюированными с нее. Результаты, отраженные в таблице 1 показали, что первоначальное количество плазмидных структур от конечного отличались на 15-18%. Это позволяет сделать вывод, что перевод сухого материала в жидкую фазу происходит с эффективностью не менее 80% в течение 10 мин после контакта высушенного образца с растворителем.
Пример 4
Для проверки степени поглощения жидкости описываемой сорбционной мембраны готовили мембрану большего размера, чем сорбционная мембрана из транспортной карты. Внутри общей сорбционной мембраны карандашом рисовали площадь, соответствующую сорбционной мембране из транспортной карты. По центру на нее вносили 150 мкл подкрашенной воды. Наблюдали визуально распределение жидкости по мембране. Переливание жидкости через начертанные границы не наблюдалось. В процессе визуального наблюдения обнаружилось, что на сорбционной мембране остались места, не заполненные водой. Это говорит о том, что сорбционная мембрана, упакованная в транспортную карту, позволяет поглощать не менее 150 мкл жидкости. В стандартных методах выделения ДНК и РНК используется 100 мкл. Следовательно, количество жидкости, нанесенной на сорбционную мембрану, является достаточным для проведения исследования с высокой чувствительностью.
Пример 5.
Транспортные карты клали нижним наружным слоем на твердую поверхность (стол), аккуратно раскрывали третий и пятый слои, так, чтобы сорбционные мембраны находилась в свободном доступе и на расстоянии в 1 см от внутреннего нижнего слоя транспортной карты. Затем на них наносили биологические образца человека и животных (кровь, урогенитальные мазки), а также свежевыжатый сок растений, отобранный механическим способом (выжиманием). В течение 1,5 часов образцы на сорбционной мембране высушивали при комнатной температуре. Затем закрывали слоями сорбционную мембрану, образовывая транспортную карту, которую в свою очередь помещали в полиэтиленовый пакет с замком и осушителем. Часть транспортных карт были отправлены на исследование в стороннюю организацию, через транспортную компанию. Транспортная карта была проверена на разрыв методом ASTM D 828-87 "Стандартный метод определения прочности на разрыв бумаги и картона при растяжении». После проверки на поверхности бумаги сохраняются превосходные механические свойства. Транспортная карта и сорбционная мембрана, при доставке ее транспортной компанией в город, находящейся за 800 км от места упаковки и нанесения образов, сохранили свою целостность, а другую часть транспортных карт с биообразцами оставили на хранение в бытовом холодильнике на месяц. Жидкие образцы, наносившиеся на сорбционные мембраны аликвотили. Жидкую аликвоту исследовали в тот же день.
Через месяц проводили элюирования высушенного материала с сорбционной мембраны. Для этого с использованием ножниц аккуратно разрезали носитель по линиям, разделяющим ее на заранее известные площади, позволяющие умещать сорбционную мембрану в 1,5 мл пробирку, содержащую 300 мкл раствора или воды. Пробирку оставляли при комнатной температуре на 10 минут, периодически встряхивая на вортексе. Затем центрифугировали пробирку, отбирали надосадочную жидкость и переносили ее в чистую пробирку. Полученную жидкую пробу использовали в дальнейшей работе для выделения ДНК и последующей постановки ПЦР. Результаты исследований жидких и сухих образцов представлены в таблице 2.
Пример 6
Стерильность транспортной карты и сорбционной мембраны проверяли посредством бактериологического высева. Для этого сорбционную мембрану погружали в бактериологические мясной бульон и агар. Затем их ставили при 37°С на трое суток. Через трое суток бульон и агар проверяли на бактериальные выросты. Никаких проростов обнаружено не было. Стерилизация транспортной карты и мембраны УФ при длине 254 нм в течение 30 минут и полиэтиленового пакета методом сухой стерилизации позволяют иметь стерильный продукт до цели его применения.
Таким образом, заявленное изобретение компактно, удобно в использовании, обеспечивает как высокую чувствительность в проведении лабораторного анализа, так и хорошую сохранность и транспортировку биообразца на большие и малые расстояния в течение длительного времени.