CN104334725A - 生物分子分离 - Google Patents

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Abstract

本文公开了用于处理样品液、封装液和磁性颗粒的方法、装置和系统。

Description

生物分子分离
相关申请
本申请要求保护2012年1月25日提交的美国临时申请系列号61/590,499的权益，所述申请案通过引用以其整体结合到本文中。
发明背景
生物分子的分离为任何样品处理系统的关键部分。随着自动化分子分析系统的开发，目前最大的限制在于样品的制备以及靶样品的纯化。
对于所有生化过程而言，样品靶标的分离和纯化对其成功极其重要。生化分析过程中的限制是因存在于用于所述分析的反应样品中的靶标的起始浓度以及生化抑制剂的水平所致，所述生化分析过程为焦磷酸测序、核酸连接、聚合酶链式反应、数字PCR、qPCR、核酸测序、蛋白质检测/蛋白质富集、基因珠粒包被、稀有细胞检测和细胞富集，且不限于这些过程。 
对于大多数生化分析，对样品进行一系列的预分析步骤以从初始样品中分离靶标并去除生化抑制剂。这些步骤通常为劳动密集的并且最终降低靶标的起始浓度。 
目前优选的样品纯化方法利用了离心柱(spin column)。然而，离心柱需要许多离心步骤并因此不能与自动化DNA文库制备平台整合。类似地，用于从琼脂糖凝胶纯化核酸片段的纯化技术亦需要离心步骤来实现核酸分离。 
用于样品纯化的一项技术为基于顺磁珠的纯化。此方法提供这样的途径，所述途径可提供改善的DNA回收率以及可用于选择性结合特定DNA片段大小的可调节的缓冲条件。 
所述基于顺磁珠的纯化为静态的孔分批过程。当前方法涉及将珠粒-混合物(顺磁珠和缓冲液)连同初始样品一起移取到微量滴定板的孔中。移取、混合所述溶液并于室温下孵育，以允许DNA与珠粒结合。然后将所述微量滴定板置于磁板上。持有结合DNA的珠粒移动至板的边缘并被磁体留住。然后使用移液器移出上清液(含有废料)并弃去。在此之后，进行许多洗涤步骤以去除存在于珠粒沉淀上的残留废料。将乙醇移取至含有所述珠粒沉淀的平板，孵育并随后使用移液器去除。将此洗涤步骤重复两次。然后加入洗脱缓冲液。将所述平板从磁板移除并经由移液器混合来混合洗脱缓冲液。将所述微量滴定板放回磁板上。然后使用移液器吸取含有纯化DNA的洗脱液。 
所述基于顺磁珠的方案为劳动密集的过程并且因所需的大量移液步骤所致而不容易自动化。大量的移液步骤亦导致较大的初始和最终样品体积，导致每个数据点高的试剂成本。 
一个应用且不限于该应用是为了用于下一代测序平台的改善的样品纯化。许多下一代测序平台要求DNA文库由特定的碱基对长度范围之内的DNA片段组成。此外，这些DNA片段需要用特异性核苷酸序列(连接物)标记，以允许使用PCR扩增所述序列并允许所述文库片段退火至测序仪流动池。当在单个流动池中多路操作样品时，亦可将序列特异性指示物添加到DNA片段中以鉴定各个样品。DNA标签化(tagmentation) (使DNA断裂并用连接物标记)以及常用连接物和指示物的添加用两个单独的生物反应实现。在这些反应之后，将DNA文库净化以去除过量的核苷酸、酶、引物、盐和其它污染物。因此，标签化DNA、纯化标签化的DNA、添加常用连接物和指示物并纯化最终的文库产物所需的工作流为复杂且劳动密集的。 
本文所概述的系统和方法可帮助实现无污染、小体积、高通量、低成本和/或高样品浓度的样品处理。 
发明概述
使用顺磁珠用于生物分子分离和处理的装置、系统和方法。
附图简述
图1为阐述基于连续流动毛细管的纯化系统的图。
图2为阐述基于双向流动毛细管的纯化系统的图。 
图3为阐述用于基于连续流动毛细管的纯化系统的磁性净化步骤的图。 
图4阐述了可作为控制器编程来实施的方法。 
图5阐述了可作为控制器编程来实施的方法。 
图6阐述了可作为控制器编程来实施的方法。 
图7显示分光光度法结果，其表明在对照方案和毛细管净化方案之间有相当的回收率。对基于对照珠粒的纯化和基于毛细管珠粒的纯化二者，均对回收/洗脱的DNA (肌动蛋白-β扩增子)的浓度作图。 
图8显示凝胶图像，其显示对于对照净化和毛细管净化的Nextera产物印迹(smear)。 
图9显示qRCR结果，其显示回收自对照方案和毛细管净化方案的Nextera产物。 
图10显示凝胶结果，其证实在毛细管中使用基于珠粒的纯化回收285bp扩增子。将未纯化产物(泳道102、103)与纯化产物(泳道104、105)进行比较，清楚的是诸如引物二聚体等非特异性产物已成功去除(泳道101为梯条带)。 
图11显示“毛细管的去污-重复使用性”实施例的qPCR结果。 
图12阐述了可作为控制器编程来实施的方法。 
图13阐述了可作为控制器编程来实施的方法。 
图14阐述了带有光学分析的细胞富集的方法，所述方法可作为控制器编程来实施。 
图15阐述了可作为控制器编程来实施的细胞富集的方法。 
图16阐述了使顺磁珠功能化的方法，所述方法可作为控制器编程来实施。 
图17阐述了清洁和去除已使用的顺磁珠的方法，所述方法可作为控制器编程来实施。 
图18阐述了与复合液体池技术相互作用的方法，所述方法可作为控制器编程来实施。 
发明详述
本公开内容在一些实施方案中提供了用于在导管内分离生物分子的系统和方法。所述导管可具有在任一方向上的流动并且受控制器控制。
在参考图1A的一个实施方案中，含有顺磁珠与样品的区段(slug) 2和不互溶流体缓冲液3在导管1内流动。所述样品可包含靶生物分子、生化过程抑制剂和污染物。所述导管在沿长度的一个位置具有产生磁场的源4。参考图1B，所述顺磁珠与样品区段2和洗脱缓冲液区段5通过不互溶流体3隔开。所述顺磁珠与样品区段2到达磁场源4，珠粒在此被捕获到磁场内。参考图1C，所述顺磁珠与样品区段2继续在导管1内流动，而具有结合的靶生物分子的顺磁珠6仍被磁场源捕获。参考图1D，洗脱缓冲液5到达磁场源并包封捕获的顺磁珠。随着洗脱缓冲液沿导管1流动，结合的靶生物分子释放到洗脱缓冲液中。参考图1E，洗脱缓冲液和靶生物分子7在导管1内继续以用于分配或进一步分析。 
在参考图2A的一个实施方案中，在导管20中用洗脱缓冲液24从磁场源22处的顺磁珠23中释放靶生物分子之后，使流动反向。参考图2C，洗脱缓冲液和靶生物分子流过磁场源22捕获的顺磁珠23返回流动中，以回到原始的吸入位置以用于分配。 
在参考图3A的一个实施方案中，在导管31中用洗脱缓冲液36从磁场源34捕获的顺磁珠35中释放靶生物分子之后，使不互溶流体33之后跟随珠粒去除和清洁区段32。参考图3B，当所述珠粒去除和清洁区段32包封顺磁珠35时，去除(物理上或变成关闭状态)磁场源34。参考图3C，顺磁珠35响应到所述去除和清洁区段32中并作为区段37继续沿导管31流动。此珠粒去除和清洁过程允许导管31的重复使用并防止样品的任何交叉污染。 
在一个实施方案中，所述方法包括使用毛细管、泵和在沿毛细管长度的某个位置的局部磁场。首先，将一段珠粒-混合物和靶生物分子吸入毛细管中，所述珠粒-混合物包含缓冲液和具有生化包被物的珠粒。所述珠粒可以是具有生化包被物的磁珠或者具有顺磁包被物的非磁性珠粒(二氧化硅、陶瓷、聚合物等)。这之后为一段不互溶流体，例如空气或油，并随后接着为离散的(discreet)乙醇、空气、油和洗脱缓冲液区段。所述区段在管内流过局部磁场，顺磁珠在此被捕获到磁场内，而珠粒-混合物区段的其它组分继续沿管流动，从所述顺磁珠中去除所有未结合的分子。区段的连续流动接着带来油或空气区段，所述油或空气区段用作缓冲液以防止珠粒-混合物区段与乙醇区段混合。所述乙醇区段从顺磁珠中清除任何残余的污染物。根据初始的区段拾取顺序(pickup sequence)的方案，可重复此清洁步骤。在乙醇区段通过之后，使油缓冲液在洗脱缓冲液区段之前通过，以防止乙醇沿管的任何痕量成分与洗脱缓冲液区段混合。然后洗脱缓冲液流过顺磁珠，使生物分子靶标从所述顺磁珠释放到洗脱缓冲液区段中。所述区段继续沿管流动以用于进一步的生物处理和分析。 
在一个实施方案中，在洗脱缓冲液区段流过顺磁珠之后，使流动方向倒转，并从系统中分配出含有靶生物分子的洗脱缓冲液。 
在一个实施方案中，在洗脱缓冲液区段通过之后，去除磁场并且随后的乙醇区段使顺磁珠返回到毛细管内的流动。该区段之后为油区段、乙醇区段和油区段，以清洁毛细管并防止下一区段反应物的任何污染。 
在一个实施方案中，乙醇区段之后总是接着空气区段；这帮助确保去除系统内的任何乙醇。所述空气区段允许将乙醇蒸发到空气中。 
生物分子的实例包括(且不限于)细胞、核酸、蛋白质、酶、血液、唾液和有机物质。 
所述珠粒-混合物通常由含珠粒的缓冲溶液组成，所述缓冲溶液包含聚乙二醇(PEG)和盐。 
所述珠粒大小通常在0.1-500微米的范围内。 
所述珠粒为磁性的或具有涂覆的磁性包被物。 
所述珠粒材料可以是具有涂覆的磁性包被物的聚合物、陶瓷或金属。 
在一个实施方案中，将所述珠粒功能化以用于细胞粘附。 
在一个实施方案中，将所述珠粒功能化以用于核酸粘附。 
在一个实施方案中，将所述珠粒功能化以用于或限于粘附酶、试剂、引物或有机物质。 
用于生成不互溶相的油可包括且不限于硅油、全氟化碳油和全氟聚醚油。 
所述洗脱缓冲液可包括且亦不限于：无菌水；具有根据应用加入的pH缓冲液以将pH维持在所需范围内的无菌水。 
所述导管可以是毛细管。 
所述导管材料可以是聚合物、陶瓷或金属。 
所述导管可具有疏水表面。 
所述导管可以是聚合物毛细管，例如PTFE材料毛细管。 
所述导管直径通常在10微米-10毫米直径的范围内。 
在一个实施方案中，所述导管具有至少10微米或更大的壁厚。 
所述导管的内部形状可以是(且不一定限于)这样的剖面，其为圆形、正方形、椭圆形、矩形、具有波形面、具有至少一个平整表面或者具有表面增强特征。 
所述导管内的流速通常在0.00001μL/小时-1000mL/min的范围内。 
所述导管的内部形状可以是(且不一定限于)这样的剖面，其为圆形、正方形、椭圆形、矩形、具有波形面、具有至少一个平整表面或者具有表面增强特征。 
在一个实施方案中，所述导管为蚀刻在基底上的通道。 
在一个实施方案中，所述导管为在芯片上铸造的通道。 
在一个实施方案中，将所述导管整合到基于芯片的分析系统中。 
至少一个或多个磁场沿所述导管的长度定位。所述磁场可通过永磁体或通过一些电磁法产生。 
在一个实施方案中，所述磁场为可控制的，可通过磁体的移动/去除或者电磁场的断开/中和来停用。 
在一个实施方案中，所述磁场源围绕导管呈圆周排列，产生多个极。 
在一个实施方案中，所述磁场源沿导管长度排列以产生多个极。 
在一个实施方案中，所述通过系统的流动通过正压产生。 
在一个实施方案中，所述通过系统的流动通过负压产生。 
在一个实施方案中，所述方法包括使用毛细管、泵和在沿毛细管长度的某一位置的局部磁场。首先，将一段珠粒-混合物(缓冲液和具有生化包被物的珠粒)吸入毛细管中。这之后为一段不互溶流体，例如空气或油，并随后接着为一段用于纯化的样品。在此之后，吸入另外的不互溶区段以及另外的离散的乙醇、空气、油和洗脱缓冲液区段。所述区段在管内流过局部磁场，顺磁珠在此被捕获到磁场内，而珠粒-混合物区段的其它组分继续沿管流动。控制流速和磁场以确保对于待进行的生化过程允许足够的停驻时间。所述流动的流体继续沿导管流动，使产物与珠粒结合并从所述顺磁珠中去除所有未结合的分子。区段的连续流动带来油或空气区段，所述油或空气区段用作缓冲液以防止水基区段混合，所述区段例如且不限于珠粒-混合物、乙醇和洗脱缓冲液区段。所述乙醇区从顺磁珠中清除任何残余的污染物。根据初始区段拾取顺序的方案，可重复此清洁步骤。在乙醇区段通过之后，使油缓冲液在洗脱缓冲液区段之前通过，以防止乙醇沿管的任何痕量成分与洗脱缓冲液区段混合。然后洗脱缓冲液流过顺磁珠，使生物分子靶标从所述顺磁珠释放到洗脱缓冲液区段中。所述区段继续沿管流动以用于进一步的生物处理和分析。 
吸入所述系统的区段可包括且不限于：珠粒-混合物；油；洗脱缓冲液；乙醇；水；空气；样品；生化混合物(试剂、酶等)、珠粒功能化混合物；葡萄糖；缓冲液；添加物；光学标志物；荧光标志物；和细胞。 
在装置内使用的区段顺序包括且不限于下列： 
珠粒混合物和样品-油-洗脱缓冲液。
珠粒混合物和样品-油-洗脱缓冲液。 
珠粒混合物和样品-空气-油-洗脱缓冲液。 
珠粒混合物和样品-空气-乙醇-油-洗脱缓冲液。 
珠粒混合物和样品-油-乙醇-油-洗脱缓冲液。 
珠粒混合物和样品-空气-乙醇-空气-乙醇-空气-油-洗脱缓冲液。 
珠粒混合物和样品-油-乙醇-油-乙醇-空气-油-洗脱缓冲液。 
珠粒混合物和样品-油-乙醇-油-乙醇-空气-油-生化混合物-油-洗脱缓冲液。 
珠粒混合物-油-样品-油-乙醇-空气-油-生化混合物-油-洗脱缓冲液。 
珠粒混合物-油-珠粒功能化混合物-油-混悬缓冲液。 
珠粒混合物-油-珠粒功能化混合物-油-样品-油-乙醇-空气-油-生化混合物-油-洗脱缓冲液。 
这些顺序及其它顺序可包含用于从系统中去除珠粒的额外步骤(即区段通过)。此步骤可使用控制器和沿管磁场的扰动来进行。 
在一个实施方案中，在磁场源处使用光学检测。 
在一个实施方案中，在磁场源的上游使用光学检测以用于区段分析。 
在一个实施方案中，在磁场源的下游使用光学检测以用于区段分析。 
在一个实施方案中，使用毛细管的多条平行线通过单个磁场。 
在一个实施方案中，使用毛细管的多条平行线通过多个局部磁场。 
在一个实施方案中，将至少一条或多条导管线装配到盒中以整合到具有泵和控制器的系统中。 
在一个实施方案中，将含有靶分子的洗脱缓冲液分配到复合液体池中用于进一步的生化处理和分析。 
在一个实施方案中，使用一次性毛细管。对于每个样品过程，均更换这些管。 
在一个实施方案中，所述导管为可重复使用的。 
在其中所述导管为可重复使用的一个实施方案中，在系统内使用蒸气来净化和清洁系统。 
在其中所述导管为可重复使用的一个实施方案中，在系统内使用漂白剂来净化和清洁系统。 
在其中所述导管为可重复使用的一个实施方案中，在系统内使用商品化DNA消化酶来净化和清洁系统。 
一些实施方案包括样品处理系统，其具有顺磁珠和样品-流体输入、不互溶流体输入、洗脱缓冲液输入、流体导管、磁场源、液体处理系统、以及与所述液体处理系统和磁场源可操作连接的控制器。在一些实施方案中，所述控制器可编程为：(1)吸取一段顺磁珠和样品(a)通过磁场源，(b)在此处捕获所述顺磁珠和结合的靶生物分子(c)以及剩下的样品内容物继续在所述区段内流动通过磁场源；(2)吸取一段不互溶流体；(3)吸取一段洗脱缓冲液，(a)通过磁场源，(d)此处将结合的靶生物分子从磁场中的顺磁珠释放到洗脱缓冲液中(e)以及所述区段继续在导管内流动以用于分配或进一步分析。示例性流程图在图4-6、12-18中显示。 
在一些实施方案中，所述液体处理系统包含导管和驱动器。在一些实施方案中，所述控制器可编程为开动所述驱动器以使导管执行步骤(1)和(2)，然后吸取用于清洁方案的区段(通常为乙醇区段)，并随后执行步骤(3)和(4) (图5)。在一些实施方案中，所述控制器亦可编程为开动所述驱动器以使导管在步骤(5)之后和步骤(3)之前(6)吸入一段生化试剂(图6)。 
在一些实施方案中，所述磁场源包括固定的磁体。在一些实施方案中，所述控制器可编程为开动所述驱动器以使导管执行步骤(1)、(2)、(3)和(4)以及吸取(a)所述区段通过磁场源(图12)。在一些实施方案中，所述控制器可编程为开动所述驱动器以使导管执行步骤(1)、(2)、(5)、(6)、(3)和(4)，同时进行操作(a) (图13)。 
在一些实施方案中，所述控制器可编程为开动所述驱动器以使导管(7)吸入一段顺磁珠，和(8)吸入一段抗体以及(9)吸入一段生物样品，并随后执行步骤(3)，同时进行操作(a)和(f)在磁场源处的光学检测，接着执行步骤(4) (图14)。在一些实施方案中，所述控制器可不进行操作(f) (图15)。 
在一些实施方案中，所述磁场源包括可变状态磁场源。 
在一些实施方案中，所述控制器可编程为开动所述驱动器以使导管(10)吸入一段顺磁珠并随后(11)吸入一段顺磁珠功能化混合物，同时进行操作(a)，然后(12)吸入一段顺磁珠缓冲液，并且使所述控制器改变磁场源的状态，以进行(f)使所述区段流过呈关闭状态的磁场源，然后(13)使一定体积的功能化的顺磁珠分配到缓冲液中(图16)。 
在一些实施方案中，所述控制器进一步编程为在同时进行(a)的步骤(4)、(5)和(6)之后(12)吸取一段顺磁珠缓冲液并改变磁场源以进行(f)，接着步骤(5)以及随后(6)，然后(14)使一定体积的已使用的顺磁珠分配到缓冲溶液中(图17)。 
在一些实施方案中，所述控制器进一步编程为(15)从封装液输入吸取封装液以及(16)排放吸入的封装液到载液的自由表面上并紧接稳定部件(stabilisation feature)，之后进行步骤(4)。在一些实施方案中，所述控制器可编程为执行步骤(13)或步骤(14)来替代步骤(4)。 
与标准方案相比，基于毛细管珠粒的纯化提供许多优势。净化的自动化模式消除了动手(hands-on)时间，显著减少了总的方案时间。认为的是，所述途径亦可改善DNA纯化步骤的重复性。所述微流体毛细管途径允许纳升体积的净化，而不存在与移取小体积相关的显著体积损失。这允许处理极其小的样品体积并减少试剂消耗。标准纯化方案中的另一个关键因素为由使用者引发的可变性。本发明系统和方法从纯化方案中去除此可变性。 
应用
毛细管净化和复合液体池处理
在一个实施方案中，将含有靶生物分子的洗脱缓冲液分配到不互溶流体池中，所述流体池位于互相不互溶的载体流体的自由表面上。可将所得的复合流体池转移、和/或合并、和/或混合、和/或在其上进行生化处理。
在一个实施方案中，将含有靶生物分子的洗脱缓冲液分配到不互溶流体池中，所述流体池位于具有机械稳定部件的互相不互溶的载体流体的自由表面上。 
在一个实施方案中，吸入导管中的流体顺序，在从所述导管分配到互相不互溶的载体流体的自由表面上时形成复合液体池。 
在一个实施方案中，在导管清洁方案之后将顺磁珠分配到复合液体池中用于表面的重新功能化。 
在一个实施方案中，吸入导管中用于处理的流体为复合液体池。 
在一个实施方案中，吸入所述系统的复合液体池具有顺磁珠和缓冲液。 
在一个实施方案中，吸入所述系统的复合液体池含有初始样品。 
在一个实施方案中，吸入所述系统的复合液体池含有用于释放靶生物分子的洗脱缓冲液。 
在一个实施方案中，吸入所述系统的复合液体池含有用于在导管中在磁场源处的顺磁珠上进行处理的生化混合物。 
在一个实施方案中，复合液体池技术用于使顺磁珠和初始样品合并。复合液体技术防止污染并允许在纯化之前简化样品的处理和/或孵育；和/或储存；和/或转移；和/或混合。 
在一个实施方案中，平行地产生多个复合流体池。 
本发明系统和方法可适用的复合液体池系统的实例在例如PCT/IE2011/000040中公开，所述专利在此通过引用结合到本文中。 
用于处理含磁性颗粒的样品液和不互溶封装液的一些方法包括：使封装液在导管中流动；使样品液在导管中流动以使所述样品液(a)被所述封装液包围和(b)位于导管内预定的捕获位点；通过在捕获位点施加磁场使磁性颗粒固定在所述捕获位点；和使洗脱液在导管中流动以使(a)所述洗脱液被封装液包围，(b)样品液流出捕获位点，和(c)所述洗脱液流至捕获位点并包围所述固定的磁性颗粒。可使靶分子与磁性颗粒结合。所述结合可在使样品液流动之前发生在所述样品液中，或者在所述过程的其它点或另一种液体介质中发生。亦可通过用洗脱液包围颗粒，使例如生物分子等靶分子从所述磁性颗粒中游离(释放)。在所述过程期间，可以使所述颗粒运动或不使之运动。例如，当样品液在捕获位点时、当洗脱液在捕获位点时或者当另一种流体在捕获位点时，可使所述颗粒运动。所述方法亦可包括使所述磁性颗粒在洗脱液中运动，并且使所述洗脱液连同磁性颗粒和/或释放的靶分子一起流出捕获位点。亦可使洗脱液与靶分子一起流出捕获位点，而磁性颗粒仍为固定的。 
方法亦可包括使一种或多种清洁流体在导管中流至捕获位点，以使(a)所述清洁流体被封装液包围，和(b)所述清洁流体包围固定的磁性颗粒。当清洁流体在捕获位点时，可使磁性颗粒在所述清洁流体中运动。亦可使清洁流体在导管中流出捕获位点。如果为运动的，则磁性颗粒可随着所述清洁流体移动。或者可使磁性颗粒在捕获位点处于清洁流体中运动，然后再次固定。然后可使所述清洁流体在导管中流出捕获位点，而磁性颗粒仍留在捕获位点。亦可使第二清洁流体在导管中流动。 
用于处理含有磁性颗粒的第一样品液、第二样品液和封装液(两种样品液均与封装液不互溶)的一些方法包括：使封装液在导管中流动；使第一样品液在导管中流动以使所述第一样品液(a)被所述封装液包围和(b)位于导管内预定的捕获位点；通过在捕获位点施加磁场使磁性颗粒固定在所述捕获位点；使第一样品液在导管中流动以使所述第一样品液流出捕获位点，而磁性颗粒仍固定在捕获位点；和使第二样品液在导管中流动以使所述第二样品液(a)被封装液包围和(b)包围所述固定的磁性颗粒。 
所述第二样品液可含有诸如生物分子等靶分子，所述靶分子在第二样品液包围磁性颗粒时与所述磁性颗粒结合。所述磁性颗粒可保持固定在第二样品液中，或者可在第二样品液中运动。方法亦可包括在使第二样品液流动之后，使洗脱液在导管中流动以使(a)所述洗脱液被封装液包围，(b)所述第二样品液流出捕获位点，和(c)所述洗脱液流至捕获位点并包围所述固定的磁性颗粒。使洗脱液流动可包括通过用洗脱液包围磁性颗粒使靶生物分子从所述磁性颗粒中游离。可使所述磁性颗粒在洗脱液中运动或保持固定在洗脱液中。 
方法亦可包括使用清洁流体，例如：在使第二样品液流动之后，使第一清洁液在导管中流动以使(a)所述第一清洁液被封装液包围，(b)所述第二样品液流出捕获位点，和(c)所述第一清洁液流动至捕获位点并包围固定的磁性颗粒；和在使所述第一清洁液流动之后，使洗脱液在导管中流动以使(a)所述洗脱液被封装液包围，(b)所述第一清洁液流出捕获位点，和(c)所述洗脱液流至捕获位点并包围固定的磁性颗粒。 
在任何本文所公开的方法中，在所公开方法期间的某些点或始终，所述样品液和封装液可构成复合液体池。类似地，在任何所公开的方法中，标志物可与靶分子结合使用。这类标志物可通过捕获位点的光学或荧光探询来检测。在任何的这些方法中，所述导管可以是例如毛细管。 
液体处理系统可包含具有预定捕获位点的导管、配置以向导管中的位置施加正压、负压或不施加外部压力的泵、配置以在激活时在捕获位点施加磁场以及在未激活时基本上不施加磁场的磁场源以及控制器，所述控制器与所述泵和磁场源可操作连接以使所述控制器可激活所述泵和/或磁场源。可将所述控制器编程为：激活所述泵以使封装液在导管中流动；激活所述泵以使样品液以这样的方式在导管中流动，所述方式使得所述样品液(a)被所述封装液包围和(b)位于导管内的捕获位点，所述样品液含有磁性颗粒；激活所述磁场源以使所述磁性颗粒固定在捕获位点；和激活所述泵以使洗脱液以这样的方式在导管中流动，所述方式使得(a)所述洗脱液被封装液包围，(b)所述样品液流出捕获位点，和(c)所述洗脱液流至捕获位点并包围所述磁性颗粒。更一般而言，可将所述控制器编程为激活所述泵以及激活和/或撤销所述磁场源，以便于实施任何所公开的方法。所述导管可以是例如毛细管。可配置泵以对导管施加正压和/或负压。例如，可配置泵以使流体在正压下以一个方向在导管内流动，并使流体在负压下以另一个方向在导管内流动。 
测序
许多下一代测序(NGS)平台要求DNA文库由特定的碱基对长度范围之内的DNA片段组成。此外，这些DNA片段需要用特异性核苷酸序列(连接物)标记以允许使用PCR扩增所述序列并允许所述文库片段退火至测序仪流动池。当在单个流动池中多路操作样品时，亦可将序列特异性指示物添加到DNA片段中以鉴定各个样品。DNA的标签化(使DNA断裂并用连接物标记)以及常用连接物和指示物的添加用两个单独的生物反应实现。在这些反应之后，将DNA文库净化以去除过量的核苷酸、酶、引物、盐和其它污染物。因此，标签化DNA、纯化标签化的DNA、添加常用连接物和指示物并纯化最终的文库产物所需的工作流为复杂且劳动密集的。在一个实施方案中，基于毛细管的净化系统可用于使基因测序中所需的样品纯化和DNA分离步骤自动化。此过程的完整实例在下文中公开。
基因测序珠粒包被
基因测序珠粒制备为通过其以应用特异的化学物质包被小珠粒的过程。在一个实施方案中，遗传筛查(genetic screening)之前的珠粒包被通过使珠粒混合物区段以及后接的用于在导管内包被珠粒的特异性引物化学物质流过稳定的磁场来实现。然后使洗脱缓冲液区段通过，其中珠粒浓度可通过所述区段内使用的洗脱缓冲液的体积来控制。去除磁场并使功能化的珠粒混合物沿导管流动以用于进一步处理。
在一个实施方案中，可使导管内的流动反向并将功能化的珠粒混合物分配以用于储存或进一步的生化处理。 
这些方法提供操作和合并亚微升体积的流体的便利方法(这是目前使用常规技术不可能实现的)，从而通过降低反应体积来降低初始样品体积并改善珠粒包被效率。使用PCR以及热循环和基因测序的进一步处理为应用特异的。 
此技术的使用极大地简化了用于这些相对小的靶体积的收集程序。所述系统利于100%体积回收，因为处理中的生物样品不会发生任何的移液损失。这些特征使生化过程的自动化更易于被促进。 
小RNA的大小选择
小RNA分子的测序因反转录之后压倒性数量的背景非特异性产物而复杂化，所述背景非特异性产物的长度稍小于小型靶分子的长度。目前通过切下所需的凝胶电泳条带对小型靶cDNA分子(反转录自RNA)进行大小选择。通常从凝胶切片中提取DNA，添加到PCR反应中并随后使用基于离心柱的方法净化。所述工作流为劳动密集的并且DNA产率/回收率很低。
在一个实施方案中，通过将必需的试剂泵入毛细管中来实现纯化和大小选择。吸入特定体积的DNA珠粒溶液、乙醇、空气和洗脱缓冲液并使之在导管内流动。随着所述DNA-珠粒溶液流过磁场，珠粒和结合的DNA被从溶液中移除，在导管壁形成沉淀。随着后续的乙醇区段流过固定的沉淀，洗涤所述珠粒-DNA沉淀。然后随着洗脱缓冲液流过珠粒沉淀，使DNA从珠粒上洗脱并进入溶液。使泵反向并回收含有纯化DNA的洗脱液，以用于NGS文库制备工作流的后续步骤。 
在一个实施方案中，将顺磁珠与cDNA产物混合。通过选择特定的缓冲条件(可通过使用不同的缓冲条件结合不同大小的DNA)利用磁珠的大小选择特性，小cDNA分子可唯一地与珠粒结合，而其余分子仍留在溶液中并递送至废料。然后小型靶分子随着洗脱缓冲液通过固定的珠粒沉淀而被洗脱。 
在一个实施方案中，不使用乙醇区段进行所述大小选择过程。 
用于NGS测序的DNA文库的大小选择
各种下一代测序仪均具有最佳的读取长度(碱基对)。在文库构建期间，DNA断裂成具有广泛的碱基对长度范围的DNA分子。大小选择目前使用顺磁珠在微量滴定板上进行，为劳动密集的且因移液误差和使用者方案变动而受低效率所累。基于毛细管的导管系统可用于DNA文库的大小选择。
核酸纯化
基于毛细管的导管系统可用于在PCR之前和/或之后纯化和/或分离样品。所述顺磁珠用作用于核酸纯化和/或分离的部位。
顺磁珠可用于在PCR之后去除过量的未掺入的三磷酸脱氧核苷酸、盐和酶。需要有效去除这些污染物以确保诸如基因分型、sanger和下一代测序等下游应用的成功。基于珠粒的纯化提供扩增子的高回收率、污染物的有效去除以及在净化上的柔性。一些可能的实施方案方法的实例在下文中给出。 
蛋白质富集
蛋白质富集亦可使用基于毛细管的导管系统进行。所述顺磁珠用作富集靶蛋白质的部位。
所述珠粒经对抗体具有高亲和力的介质包被。将对靶蛋白质特异的抗体添加到珠粒中，与位于珠粒表面的结合位点偶联。然后加入含有靶蛋白质的生物样品，粘附至所述抗体。施加磁场允许自含有背景分子的生物样品中的分离和隔离。弃去上清液并加入洗脱缓冲液，得到纯化的靶蛋白质。所述基于珠粒的蛋白质富集方法可使用所述基于毛细管的系统实现，允许以自动化的高通量模式进行蛋白质富集。 
构建合成的核酸结构：
可将顺磁珠用于类似于本文所概述系统的系统，以辅助装配核酸结构(寡核苷酸)。
磁珠提供大的表面/体积比，这对于暴露相关的结合的化学物质很重要。通过向增长链的5’-端逐步添加核苷酸残基直至装配所需序列，来进行寡核苷酸合成。步骤包括在偶联之前去封闭(脱三苯甲基化)，其中通过酸溶液去除官能团。偶联引入并结合核苷亚磷酰胺以构建下一个碱基。然后加帽确保阻止进一步的链延伸。这常常通过用乙酸酐和1-甲基咪唑处理固体支持物来进行。然后进行氧化以增加稳定性。 
细胞富集/分离
顺磁珠可用于自生物样品中分离和富集靶细胞。此方法直接从生物样品中富集细胞而无需使用柱，确保高的细胞活力和产率。这对于在诸如微小残留病的肿瘤细胞分析等应用中尤其重要，在所述疾病中靶细胞极其稀少。
通过向生物样品中添加使用针对特异性细胞标志物的抗体包被的顺磁珠来实现富集。使用磁体使靶细胞与珠粒结合并分离。然后弃去含有背景细胞的上清液。然后可回收所述靶细胞用于分析。此基于顺磁珠的细胞分离和富集方法可使用基于毛细管的系统实施，允许自动化的细胞富集以及与其它微流体技术整合，以用于下游分析。 
实施例
以下实施例阐述了具体实施方案，但不应视为限制所公开主题的范围。 
285bp扩增子的纯化和回收
本实施例显示了来自GenCell Biosystems的基于毛细管的核酸纯化系统的数据。进行此实验以证实毛细管纯化系统能够纯化和回收PCR产物。
将靶向肌动蛋白-β基因上的285bp片段的正向和反向引物用于使用PCR扩增预期产物。然后将此产物用于评价所述基于毛细管的顺磁珠纯化仪器的性能。将18μL的珠粒-缓冲液混合物(AMPure Xp, Agencourt)移取至PCR管中的10μL PCR产物中。1.8×珠粒-混合物浓度确保回收大于100bp的片段。将所述珠粒-DNA混合物用移液器混合并于室温孵育5分钟以允许DNA与珠粒结合，如AMPure Xp方案所推荐。将28μL珠粒-DNA溶液吸入PTFE毛细管(400微米内径)，接着为2个5μL 70%乙醇区段、10μL空气区段、2.5μL聚二甲基硅氧烷油和10μL洗脱缓冲液(无核酸酶水)。使用注射泵(PHD 2000, Harvard Apparatus)以10μL/min的恒定流速泵送DNA-珠粒混合物、乙醇、空气、油和洗脱缓冲液区段的序列。所述试剂的顺序模拟AMPure Xp方案规定的纯化步骤。随着溶液通过磁体，珠粒和结合的靶DNA从珠粒-DNA溶液中移至毛细管壁。乙醇区段通过此时固定的DNA-珠粒沉淀，洗涤所述沉淀并去除残留的污染物。然后将空气和油区段递送通过所述沉淀，去除残留的乙醇。在纯化过程的最终步骤中，随着洗脱缓冲液区段通过珠粒沉淀，其使靶DNA从珠粒上洗脱并进入溶液中。使泵反向并将洗脱液(elutant)收集到无菌PCR管中用于分析。此实验一式两份进行。然后使用凝胶电泳分析所述洗脱液。 
将两个洗脱液样品与未纯化的285-bp肌动蛋白-β产物进行比较的凝胶电泳结果可见于图10。观察图10，清楚的是所述毛细管纯化技术成功回收所述385bp。将洗脱液条带与未净化的PCR产物条带进行比较，显然所述纯化程序去除了诸如引物二聚体等非特异性产物。 
DNA回收率：与常规DNA分离方案的比较
此实施例显示了来自GenCell Biosystems毛细管核酸纯化系统的数据，其在基于常规珠粒的纯化方案和基于毛细管珠粒的纯化方案之间比较回收率。这些实验用于评价基于毛细管珠粒的纯化方法的性能。
将285bp肌动蛋白-β扩增子用作DNA模板用于纯化。按照在上文实施例“285bp扩增子的纯化和回收”中所概述的基于毛细管珠粒的纯化方案，纯化和回收扩增子。此实验一式四份进行，并储存洗脱液样品用于分析。 
在单独的实验中，按照AMPure Xp方案净化含有285bp扩增子的10μL模板溶液。向含有10μL模板溶液的96-孔微量滴定板的孔中移取入18μL AMPure Xp珠粒混合物。将DNA-珠粒混合物用移液器混合并于室温孵育5分钟。将所述微量滴定板置于磁板上以从溶液中分离含有结合DNA的珠粒。使用移液器吸取上清液并弃去。向珠粒沉淀中加入200μL 70%乙醇并于室温孵育30秒。然后使用移液器吸出乙醇并弃去。将此重复，总共2次洗涤。在最终洗涤步骤之后，使沉淀干燥以确保已去除所有的乙醇痕迹。向孔中加入10μL洗脱缓冲液(无核酸酶水)并移取至脱离磁板的珠粒沉淀，使DNA从珠粒上洗脱并进入溶液。将所述微量滴定板置于磁板上并将洗脱液转移至新板。此实验一式三份进行，并储存样品用于分析。 
使用紫外-可见光分光光度测定法(NanoDrop 2000, Thermo Scientific)对回收自常规净化方案和毛细管净化方法的洗脱液进行定量。所述紫外-可见光分光光度法定量结果可见于图7。图7中所示的定量结果表明，毛细管净化回收率与使用常规方案达到的回收率相同。此结果证实，所述DNA回收率等于使用常规AMPure Xp方案达到的回收率。本文所概述的毛细管DNA纯化方法提供了高度自动化的纯化而没有在性能上的折衷。 
DNA文库制备
此实施例阐述了可如何将基于毛细管珠粒的纯化并入用于下一代测序的DNA文库制备方案。本文所示数据表明，可使用毛细管净化方法替代目前DNA文库制备方案中在各种生物过程之后进行的纯化步骤，为用于下一代测序仪的DNA文库制备提供完全自动化的高通量方法。
在此实施例中，执行毛细管净化来替代目前用于Nextera Sample Prep Kit (Illumina)的净化步骤。制备9μL标签化反应物。此反应物含有对照基因组DNA、高分子量缓冲液、Nextera酶混合物和无核酸酶水。在此反应中，使DNA断裂并用连接物标记。制备所述标签化反应物并于55℃孵育5分钟。标签化之后，使用基于毛细管珠粒的纯化系统替代推荐的Zymo DNA clean and Concentrator Kit (Zymo Research)来纯化样品。向16.2μL AMPure Xp珠粒溶液中加入9μL标签化产物，用移液器混合并于室温孵育5分钟。然后将DNA-珠粒溶液吸入PTFE毛细管(400微米内径)中。然后使所述毛细管载入2.5μL空气、10μL DNA结合缓冲液区段、2.5μL空气区段、经2.5μL空气区段隔开的2个5μL乙醇区段、10μL空气区段、2.5μL油区段和15μL洗脱缓冲液(无核酸酶水)区段。使用注射泵(PHD2000, Harvard)以10μL/min泵送试剂区段的序列。随着溶液通过磁体，珠粒和结合的靶DNA从珠粒-DNA溶液中移至毛细管壁。然后使DNA-结合缓冲液(Zymo Clean and Concentrator Kit, Zymo Research)通过固定的珠粒沉淀，使转座酶(已知的PCR抑制剂)从断裂的靶DNA解离。在此之后，使乙醇洗涤步骤通过所述珠粒-DNA沉淀，这去除残留的污染物。然后使空气和油区段通过所述沉淀，这去除残留的乙醇。最终，随着洗脱缓冲液流过沉淀，将标签化的DNA从珠粒上洗脱。使泵反向并回收洗脱缓冲液用于Nextera文库制备方案的后续步骤。 
向PCR反应物(25μL终体积)中加入11μL洗脱液。然后根据Nextera方案所规定的热循环条件，使用GeneAmp PCR System 9700 (Applied Biosystems)进行有限循环PCR。将PCR反应物加热至72℃ 3分钟，95℃ 30秒，接着9个循环的95℃ 10秒，62℃ 30秒，72℃ 3分钟。在PCR步骤期间，将桥式PCR兼容位点和特异性指标添加到标签化DNA的末端。在所述有限循环PCR步骤之后，使用基于毛细管珠粒的净化替代推荐的Zymo DNA Clean and Concentrator Kit (Zymo Research)或AMPure Xp纯化试剂盒来纯化DNA文库产物。向25μL AMPure Xp珠粒溶液中加入25μL PCR反应物中的15μL，用移液器混合并于室温孵育5分钟。将珠粒-DNA溶液吸入PTFE毛细管(400微米内径)中。然后使所述毛细管载入2.5μL空气、经空气区段隔开的2个5μL乙醇区段，接着为10μL空气区段、2.5μL油区段和15μL洗脱缓冲液(无核酸酶水)区段。随着溶液通过磁体，珠粒和结合的靶DNA从珠粒-DNA溶液中移至毛细管壁。在此之后，使乙醇洗涤步骤通过珠粒-DNA沉淀，这去除残留的污染物。然后使空气和油区段通过所述沉淀，这去除残留的乙醇。最终，随着洗脱缓冲液流过沉淀，使DNA文库序列从珠粒上洗脱。使泵反向并回收洗脱缓冲液用于分析。此实验一式两份进行。 
使用凝胶电泳分析回收的DNA文库。凝胶电泳结果可见于图8。检验所述凝胶结果，清楚的是应用到Nextera方案中的两个毛细管净化步骤成功净化并纯化了文库序列。对应于大于200bp的DNA文库片段的印迹带可见于图8，表明所述基于毛细管珠粒的净化对于在标签化之后去除转座酶以及在标签化和有限循环PCR之后纯化产物为有效的。这证实所述基于毛细管珠粒的净化系统为DNA文库制备方案中的常规纯化步骤的可行的备选方案。 
DNA文库制备：与常规DNA纯化方案的比较
此实施例针对在DNA文库制备方案方面的应用确认了所述基于毛细管珠粒的纯化系统。按照方案以及使用毛细管净化步骤实施DNA文库制备方案。然后将来自两个实验的最终文库产物进行比较，证实所述毛细管净化步骤替代常规净化步骤的有效性。
在标签化之后和有限循环PCR之后使用所述毛细管净化步骤实施Nextera文库制备方案，如在先前实施例“DNA文库制备”中所述。此实验一式两份进行，将最终文库产物回收并储存用于分析。 
根据推荐方案实施Nextera文库制备方案，有一处变更为使用AMPure Xp纯化试剂盒进行标签化后的净化。如在先前实施例“DNA文库制备”中所述制备标签化反应物。然后使用AMPure Xp纯化试剂盒纯化9μL标签化反应物。向微量滴定板的孔内的16.2 μL AMPure Xp珠粒溶液中加入9μL标签化产物，用移液器混合并于室温孵育5分钟。将所述微量滴定板置于磁板上以从溶液中分离含结合DNA的珠粒。使用移液器吸取上清液并弃去。向珠粒沉淀中加入200μL DNA结合缓冲液并于室温孵育60秒，以使转座酶从标签化DNA上解离。向所述珠粒沉淀中加入200μL 70%乙醇并于室温孵育30秒。然后使用移液器吸出乙醇并弃去。将此重复，总共2次洗涤。在最终洗涤步骤之后，使沉淀干燥以确保已去除所有的乙醇痕迹。向孔中加入15μL洗脱缓冲液(无核酸酶水)并移取至珠粒沉淀，将所述珠粒沉淀从磁板移除以允许珠粒重悬浮在洗脱缓冲液中，使DNA从珠粒上洗脱并进入溶液。将所述微量滴定板放回磁板上，将珠粒和洗脱液分离并将洗脱液转移至PCR反应物(25μL终体积)。 
进行有限循环PCR，如在实施例“DNA文库制备”中所述。PCR之后，向微量滴定板的孔内的25μL AMPure Xp珠粒溶液中加入25μL PCR反应物中的15μL。将DNA-珠粒混合物用移液器混合并于室温孵育5分钟。将所述微量滴定板置于磁板上以从溶液中分离含结合DNA的珠粒。使用移液器吸取上清液并弃去。向珠粒沉淀中加入200μL 70%乙醇并于室温孵育30秒。然后使用移液器吸出乙醇并弃去。将此重复，总共2次洗涤。在最终洗涤步骤之后，使沉淀干燥以确保已去除所有的乙醇痕迹。向孔中加入15μL洗脱缓冲液(无核酸酶水)并移取至珠粒沉淀，将所述珠粒沉淀从磁板移除以允许珠粒重悬浮在洗脱缓冲液中，使DNA从珠粒上释放并进入溶液。将所述微量滴定板放回磁板上以从溶液中分离珠粒，并将含有最终文库产物的洗脱液转移至新板用于分析。此实验一式两份进行。 
使用凝胶电泳分析用常规方案以及具有并入的毛细管净化步骤的方案回收的最终文库产物。凝胶结果可见于图8。检验此凝胶结果，清楚的是回收自毛细管净化方案的印迹强度和产物大小近似等于使用常规方案制备的文库的印迹强度和产物大小。这表明将所述基于毛细管珠粒的纯化步骤实施到方案中得到与使用常规方案获得的回收率和文库质量类似的回收率和文库质量。所述基于毛细管的方法提供无劳动力的高通量方法，其可与其它开放式体系结构技术整合以提供完全自动化的DNA文库制备系统。 
小体积DNA文库制备：与常规DNA纯化方案的比较
此实施例强调了所述基于毛细管珠粒的纯化系统在制备小体积DNA文库上的有效性。针对减小的反应体积，按照方案以及使用毛细管净化步骤实施DNA文库制备方案。然后将来自两个实验的最终文库产物进行比较，证实在制备小体积DNA文库时采用毛细管净化步骤替代常规净化步骤的优势。
在此实验的第一部分，制备2.5μL标签化反应物并于55℃孵育5分钟。标签化之后，向4.5μL AMPure Xp珠粒溶液中加入所述2.5μL标签化反应物，用移液器混合并于室温孵育5分钟。使用AMPure Xp方案(有加入DNA结合缓冲液的步骤)纯化所述溶液，如在先前实施例中所述。用1.1μL无核酸酶水洗脱标签化产物并添加到PCR反应物中。然后根据AMPure Xp方案纯化2.5μL PCR反应物，用4μL无核酸酶水洗脱最终文库产物并储存用于分析。在此实验的第二部分，使用毛细管净化步骤纯化相等的体积，如在先前实施例中所述。两种方法均一式两份进行。 
向20μL PCR反应物中加入最终DNA文库产物并使用定量PCR (qPCR)分析。正向和反向引物对添加到DNA文库片段末端的连接物为特异的，确保仅定量为测序仪准备好的片段(sequencer ready fragment)。使用SYBR绿检测化学物质。亦在相同的qPCR平板上运行KAPA Biosystems提供的标准品，这允许对回收的文库产物的绝对定量。根据KAPA Biosystems Library Quant Kit，使qPCR板经历40个循环(ABi StepOne, LifeTechnologies)。 
qPCR结果可见于图9。使用所述毛细管净化回收的两个文库比使用常规方案回收的文库更早具有定量循环(Cq)值。Cq定义为荧光信号超过背景荧光水平时的循环数，并且与起始产物的量有关。毛细管净化的产物的Cq值为2.8和2.9。使用常规方法净化的产物的Cq值为3.6和4.0，显著迟于毛细管净化的产物。这表明当从小体积制备DNA文库时，毛细管净化提供更佳的回收率。这可能是由于与其中移液误差显著的常规方案相比，与所述毛细管方法相关的样品损失减少所致。 
与所述毛细管净化相关的更佳的DNA文库回收率在下一个实施例中进一步得到支持。 
使用基于毛细管珠粒的分离从小样品体积回收DNA
此实施例证实所述毛细管净化方法在操作小DNA文库体积时具有极佳的回收率。在此实施例中，进行大量实验以研究使用所述毛细管净化的DNA文库的回收。
按照常规方案进行完整的Nextera方案。将最终DNA文库产物储存并用作模板。向4.5μL AMPure Xp珠粒溶液中加入2.5μL DNA文库，用移液器混合并使之经历在先前实施例中所概述的毛细管净化程序。然后将回收的产物加入PCR反应物中。一式三份运行含有2.5μL模板的阳性对照并进行分析。使用qPCR分析回收的文库产物和阳性对照。阳性对照和洗脱液Cq值在表1中显示。阳性对照Cq值代表在任何纯化过程之前的DNA文库产物的起始量。因为将2.5μL DNA文库产物用于阳性对照并输入小体积毛细管净化过程中，所以二者的Cq值应为相等的(假设回收效率100%)。检验阳性对照和洗脱液的Cq值，清楚的是在使样品经历所述基于毛细管珠粒的净化之后，回收了大部分(如果并非全部)的文库产物。洗脱液Cq值近似等于阳性对照，表明DNA文库产物的有效回收。 
此实施例证实，所述毛细管净化方法能够有效地从小体积回收DNA文库。 
表1 
  试验1 试验2 试验3 试验4
描述 Cq Cq Cq Cq
阳性对照1 4.8 5.0 4.5 5.4
阳性对照2 5.1 4.9 4.4 5.3
阳性对照3 5.0 5.1 4.4 5.2
平均阳性对照 4.96 5.0 4.43 5.3
洗脱液 4.7 4.7 6.0 5.3
毛细管的去污——重复使用性
在先前实施例中所概述的毛细管净化程序通常纯化诸如PCR产物或DNA文库等高浓度样品。不可避免的是，随着珠粒从溶液中分离并保留在毛细管壁，毛细管被少量的靶DNA污染。在不处理管线的情况下，这将导致在样品之间的携带污染。明显这是非常不合乎需要的。此实施例表明，一系列洗涤步骤充分地去除或破坏在进行基于毛细管珠粒的纯化之后留在毛细管中的任何核酸——这允许毛细管的重复使用性。
按照在“使用基于毛细管珠粒的分离从小样品体积回收DNA”实施例中所概述的原样方案，使用毛细管净化方法纯化PCR产物。然后使9μL毛细管阴性区段(无核酸酶水)沿毛细管通过并回收，以研究管线是否被污染。在此之后，使毛细管充满清洁试剂(LookOut DNA Erase, SigmaAldrich)达3分钟。将所述清洁试剂泵入废料并用无菌水冲洗管线。去污之后，使2个无菌的9μL毛细管阴性区段沿毛细管通过，以研究洗涤步骤之后的污染水平。将回收的洗脱液和毛细管阴性区段(negatives)加入PCR反应物中。亦制备了阳性和无模板对照并使用qPCR分析(ABi StepOne, LifeTechnologies)。qPCR结果可见于图11。检验图11，清楚的是在进行毛细管净化之后，毛细管即被显著污染。在所述去污步骤之后，毛细管阴性区段Cq值降至无模板对照Cq值以内。无模板对照和毛细管阴性区段所显示的Cq值对应于引物二聚体产物。所述毛细管阴性区段对于靶产物而言仍为阴性的，表明在洗涤所述毛细管之后的有效去污。 
实施所述洗涤步骤允许管线在各纯化/大小选择实验之后的重复使用性。 
定义
在本公开内容中，使用的术语“区段”与术语“节段(plug)”为可互换的，并且表示在导管内流动的离散体积的流体。

Claims (23)

1. 一种用于处理含磁性颗粒的样品液和封装液的方法，所述样品液和封装液为不互溶的，所述方法包括：
使所述封装液在导管中流动；
使所述样品液在导管中流动以使所述样品液(a)被所述封装液包围和(b)位于导管内预定的捕获位点；
通过在捕获位点施加磁场使磁性颗粒固定在所述捕获位点；和
使洗脱液在导管中流动以使(a)所述洗脱液被所述封装液包围，(b)所述样品液流出捕获位点，和(c)所述洗脱液流至捕获位点并包围所述固定的磁性颗粒。
2. 权利要求1的方法，其进一步包括：
在使所述样品液在导管中流动之前使靶生物分子与所述磁性颗粒结合；和
其中使所述洗脱液流动进一步包括通过用所述洗脱液包围所述磁性颗粒使所述靶生物分子从磁性颗粒中游离。
3. 权利要求1的方法，其进一步包括通过在使所述洗脱液流动之后移除磁场，使所述磁性颗粒在洗脱液中运动。
4. 权利要求3的方法，其进一步包括使含有所述运动的磁性颗粒的洗脱液流出捕获位点。
5. 权利要求2的方法，其进一步包括使含有所述游离的靶生物分子的洗脱液流出捕获位点，而磁性颗粒仍被施加的磁场固定。
6. 权利要求5的方法，其进一步包括：
使第一清洁液在导管中流至捕获位点以使(a)所述清洁液被所述封装液包围，和(b)所述第一清洁液包围所述固定的磁性颗粒；
通过移除磁场使所述磁性颗粒在所述第一清洁液中运动；和
使含有固定的磁性颗粒的第一清洁液在导管中流出捕获位点。
7. 权利要求6的方法，其进一步包括使第二清洁液在导管中流动。
8. 权利要求5的方法，其进一步包括：
使第一清洁液在导管中流至捕获位点以使(a)所述清洁液被所述封装液包围，和(b)所述第一清洁液包围所述固定的磁性颗粒；
通过移除磁场使所述磁性颗粒在所述第一清洁液中运动；
通过再施加磁场固定所述运动的磁性颗粒；和
使所述第一清洁液在导管中流出捕获位点和固定的磁性颗粒。
9. 权利要求8的方法，其进一步包括使第二清洁液在导管中流动。
10. 一种用于处理含磁性颗粒的第一样品液、第二样品液和封装液的方法，两种样品液均与封装液不互溶，所述方法包括：
使所述封装液在导管中流动；
使所述第一样品液在导管中流动以使所述第一样品液(a)被所述封装液包围和(b)位于导管内预定的捕获位点；
通过在捕获位点施加磁场使所述磁性颗粒固定在所述捕获位点；
使所述第一样品液在导管中流动以使所述第一样品液流出捕获位点，而所述磁性颗粒仍固定在捕获位点；和
使所述第二样品液在导管中流动以使所述第二样品液(a)被所述封装液包围和(b)包围所述固定的磁性颗粒。
11. 权利要求10的方法，其中所述第二样品液含有靶生物分子，当所述第二样品液包围固定的磁性颗粒时，所述靶生物分子与所述磁性颗粒结合。
12. 权利要求10的方法，其进一步包括在使所述第二样品液流动之后，使洗脱液在导管中流动以使(a)所述洗脱液被封装液包围，(b)所述第二样品液流出捕获位点，和(c)所述洗脱液流至捕获位点并包围所述固定的磁性颗粒。
13. 权利要求12的方法，其中使所述洗脱液流动进一步包括通过用所述洗脱液包围所述磁性颗粒，使所述靶生物分子从磁性颗粒中游离。
14. 权利要求12的方法，其进一步包括通过在使所述洗脱液流动之后移除磁场，使所述磁性颗粒在洗脱液中运动。
15. 权利要求10的方法，其进一步包括：
在使所述第二样品液流动之后，使第一清洁液在导管中流动以使(a)所述第一清洁液被封装液包围，(b)所述第二样品液流出捕获位点，和(c)所述第一清洁液流动至捕获位点并包围所述固定的磁性颗粒；和
在使所述第一清洁液流动之后，使洗脱液在导管中流动以使(a)所述洗脱液被封装液包围，(b)所述第一清洁液流出捕获位点，和(c)所述洗脱液流至捕获位点并包围所述固定的磁性颗粒。
16. 权利要求10的方法，其进一步包括通过在使所述第二样品液流动之后移除磁场，使所述磁性颗粒在第二样品液中运动。
17. 权利要求10的方法，其中所述第二样品液和所述封装液构成复合液体池。
18. 权利要求11的方法，其进一步包括通过捕获位点的光学或荧光探询来检测是否存在标志物。
19. 权利要求1的方法，其中所述导管为毛细管。
20. 一种液体处理系统，其包含具有预定捕获位点的导管、配置以向导管中的位置施加正压、负压或不施加外部压力的泵、配置以在激活时在捕获位点施加磁场以及在未激活时基本上不施加磁场的磁场源以及控制器，所述控制器与所述泵和磁场源可操作连接，以使所述控制器可激活所述泵和/或磁场源，将所述控制器编程为：
激活所述泵以使封装液在导管中流动；
激活所述泵以使样品液以这样的方式在导管中流动，所述方式使得所述样品液(a)被所述封装液包围和(b)位于导管内的捕获位点，所述样品液含有磁性颗粒；
激活所述磁场源以使所述磁性颗粒固定在捕获位点；和
激活所述泵以使洗脱液以这样的方式在导管中流动，所述方式使得(a)所述洗脱液被封装液包围，(b)所述样品液流出捕获位点，和(c)所述洗脱液流至捕获位点并包围所述磁性颗粒。
21. 权利要求20的系统，其中所述导管为毛细管。
22. 权利要求20的系统，其中通过所述泵施加给导管的负压使所述封装液、样品液和洗脱液流动。
23. 权利要求20的系统，其中通过所述泵施加给导管的正压使所述封装液、样品液和洗脱液流动。
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