RU2758719C1 - Disposable chip cartridge for nucleic acid amplification - Google Patents

Disposable chip cartridge for nucleic acid amplification Download PDF

Info

Publication number
RU2758719C1
RU2758719C1 RU2020142346A RU2020142346A RU2758719C1 RU 2758719 C1 RU2758719 C1 RU 2758719C1 RU 2020142346 A RU2020142346 A RU 2020142346A RU 2020142346 A RU2020142346 A RU 2020142346A RU 2758719 C1 RU2758719 C1 RU 2758719C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plate
chip
chip cartridge
air outlet
wells
Prior art date
Application number
RU2020142346A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Станислав Юрьевич Пауль
Дмитрий Владимирович Каникевич
Евгений Вячеславович Горский
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью «Троицкий инженерный центр» (ООО «ТИЦ»)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью «Троицкий инженерный центр» (ООО «ТИЦ») filed Critical Общество с ограниченной ответственностью «Троицкий инженерный центр» (ООО «ТИЦ»)
Priority to RU2020142346A priority Critical patent/RU2758719C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2758719C1 publication Critical patent/RU2758719C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844Nucleic acid amplification reactions
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/30Staining; Impregnating ; Fixation; Dehydration; Multistep processes for preparing samples of tissue, cell or nucleic acid material and the like for analysis
    • G01N1/31Apparatus therefor

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnology.
SUBSTANCE: proposed is a disposable chip cartridge for nucleic acid amplification. The chip is made in the form of a transparent plate with reaction wells and sealing elements for both sides of the plate. The wells are arranged on the plate in two rows, wherein the filling holes and the air outlet holes are located on opposite sides of each of the reaction wells at an angle to the ends of the plate, the filling holes and the air outlet holes are made stepped. The sealing elements are made in the form of a film with an adhesive working surface, adjoining the plate, the plate is made of a polymer material with high bioinertness, low autofluorescence, and a high level of light transmission.
EFFECT: invention ensures an increase in the versatility and compactness, reliability during research, as well as a possibility of conducting research in the field.
5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области биотехнологии и предназначено для использования в компактном переносном приборе для проведения ПЦР в режиме реального времени.  The invention relates to the field of biotechnology and is intended for use in a compact portable device for real-time PCR.

Из области техники известен прибор для анализа нуклеиновых кислот методом полимеразной цепной реакции в реальном времени, содержащее микрочип с теплопроводной подложкой, имеющей коэффициент теплопроводности более 1 Вт/см · K и коэффициент температуропроводности более 0,6 см2 /с, отделённой от зоны реакции на поверхности микрочипа с помощью промежуточного материала, и слоем жидкости, не смешивающейся с водой, которая удерживается на верхней поверхности теплопроводной подложки с помощью периферийного барьера (см. опубликованную заявку US 2011189683, Кл. C12M 1/34, опубл. в 2011 г.). Такое достаточно сложное устройство предполагает использование составного микрочипа с несколькими барьерами. A device for the analysis of nucleic acids by the method of polymerase chain reaction in real time is known from the technical field, containing a microchip with a heat-conducting substrate having a thermal conductivity coefficient of more than 1 W / cmK and a thermal diffusivity of more than 0.6 cm2 / s, separated from the reaction zone on the surface microchip using an intermediate material, and a layer of liquid immiscible with water, which is held on the upper surface of the thermally conductive substrate by means of a peripheral barrier (see published application US 2011189683, CL. C12M 1/34, published in 2011). Such a rather complex device involves the use of a composite microchip with several barriers.

Известно устройство для детектирования капельной ПЦР-амплификации на основе микрожидкостного чипа, который представляет собой сэндвич-структуру, включающую основной лист, расположенный над ним верхний покровный лист и нижний лист, причем все три листа соединены и склеены двусторонней лентой (см. патент CN 109652298, Кл. C12M 1/00, опубл. в 2019 г.). В данном устройстве существует необходимость дополнительных реагентов и сложность технологического процесса изготовления чипа.Known is a device for detecting drop PCR amplification based on a microfluidic chip, which is a sandwich structure including a base sheet, an upper cover sheet located above it and a bottom sheet, all three sheets being connected and glued with a double-sided tape (see patent CN 109652298, CL C12M 1/00, published in 2019). In this device, there is a need for additional reagents and the complexity of the technological process of manufacturing a chip.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является одноразовый чип ПЦР, включающий пластину, которая имеет корпус, в котором расположены реакционные камеры, сообщающиеся с каналами; при этом каналы выполнены с возможностью герметизации, а в корпусе расположены шесть реакционных ячеек, каждая реакционная ячейка содержит: реакционную камеру, расширительную камеру, связанную с реакционной камерой, заправочное отверстие и выходное отверстие на лицевой поверхности чипа, заправочный и выходной каналы, герметизирующий клапан, расположенный в каждом канале и включающий толкатель и эластичный герметизирующий элемент, при этом пластина выполнена из поликарбоната или циклических полиолефинов (см. патент RU № 2703776, МПК C12Q 1/6806, опубл. в 2019 году). Каждый канал чипа содержит герметизирующие клапаны, перекрывающие заправочный и выходной каналы в чипе с помощью толкателя, который прижимает эластичный герметизирующий элемент к поверхности чипа. Рабочее положение чипа и термоциклёра вертикальное. Чип прижимается к термоциклёру с усилием 30 кгс (для исключения возможной деформации чипа в процессе термоциклирования). Работа с чипом предполагает его поворот на 90° после заправки для контакта с термоциклером и дополнительных усилий для прижима к нему, чтобы исключить протекание заправленной в реакционные камеры чипа жидкости. Реакционные ячейки расположены в один ряд, что приводит к необходимости увеличения размеров пластины чипа в длину. Специфика чипа и его использования обоснованы ограничивающими конструктивными признаками прибора.The closest analogue to the claimed invention is a disposable PCR chip, comprising a plate that has a housing in which the reaction chambers are located, communicating with the channels; the channels are made with the possibility of sealing, and there are six reaction cells in the housing, each reaction cell contains: a reaction chamber, an expansion chamber connected to the reaction chamber, a filling hole and an outlet on the front surface of the chip, a filling and an outlet channels, a sealing valve, located in each channel and including a pusher and an elastic sealing element, while the plate is made of polycarbonate or cyclic polyolefins (see patent RU No. 2703776, IPC C12Q 1/6806, published in 2019). Each channel of the chip contains sealing valves that close the filling and outlet channels in the chip using a pusher that presses the elastic sealing element against the surface of the chip. The working position of the chip and the thermal cycler is vertical. The chip is pressed against the thermal cycler with a force of 30 kgf (to exclude possible deformation of the chip during thermal cycling). Working with the chip involves turning it through 90 ° after refueling for contact with the thermal cycler and additional efforts to press against it in order to exclude the flow of the liquid charged into the reaction chambers of the chip. The reaction cells are arranged in one row, which leads to the need to increase the size of the chip wafer in length. The specificity of the chip and its use are justified by the limiting design features of the device.

Техническая проблема заключается в том, что описанные устройства не обеспечивают достижения высокой точности исследований при проведении анализа прибором ПЦР в «полевых» (не лабораторных) условиях в режиме реального времени, например, при выезде на дом к больному, в автомобиле, на улице. В них остается нерешенной задача упрощения средств исследования при высокой результативности. Решение данной задачи не должно ограничиваться только возможностью проведения амплификации нуклеиновых кислот в лабораторных условиях. Найденное решение должно давать возможность проводить различные исследования не только в лабораторных условиях, но и в местах, не предназначенных для медицинских целей. The technical problem lies in the fact that the described devices do not ensure the achievement of high accuracy of studies when analyzing with a PCR device in "field" (not laboratory) conditions in real time, for example, when going to a patient's house, in a car, on the street. In them, the problem of simplifying research tools with high efficiency remains unsolved. The solution to this problem should not be limited only by the possibility of carrying out amplification of nucleic acids in laboratory conditions. The found solution should make it possible to carry out various studies not only in laboratory conditions, but also in places not intended for medical purposes.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи повышения универсальности и компактности одноразовых чипов-картриджей с повышением их надежности при проведении различных исследований.The present invention is aimed at solving the technical problem of increasing the versatility and compactness of disposable chip-cartridges with increasing their reliability during various studies.

Решение поставленной технической задачи достигается за счет того, что в одноразовом чипе-картридже для проведения амплификации нуклеиновых кислот, выполненном в виде прозрачной пластины, содержащей реакционные лунки, сообщающиеся с заправочными отверстиями и отверстиями для выхода воздуха, и герметизирующие элементы для обеих сторон пластины, реакционные лунки расположены на пластине в два ряда, при этом заправочные отверстия и отверстия для выхода воздуха расположены с противоположных сторон реакционных лунок под углом к торцам пластины, причем заправочные отверстия и отверстия для выхода воздуха выполнены сложной ступенчатой формы, а герметизирующие элементы выполнены в виде плёнки с клейкой рабочей поверхностью, примыкающей к пластине, а пластина выполнена из полимерного материала, обладающего высокой биоинертностью, низкой автофлуоресценцией и высоким уровнем прохождения света. Пластина снабжена распложенными на её верхней поверхности пересекающимися дорожками, расположенными под углом к боковым граням пластины и доходящими до боковых торцов пластины. Чип-картридж снабжен направляющими пазами, предназначенными для фиксации пластины. Пластина снабжена сквозной вертикальной прорезью для отделения рабочей зоны и предназначенной для исключения потерь тепла в реакционных лунках. Чип-картридж изготовлен из полимера MAKROLON 2258. The solution to this technical problem is achieved due to the fact that in a disposable chip-cartridge for carrying out amplification of nucleic acids, made in the form of a transparent plate, containing reaction wells communicating with filling holes and openings for air outlet, and sealing elements for both sides of the plate, reaction the holes are located on the plate in two rows, while the filling holes and openings for the air outlet are located on opposite sides of the reaction holes at an angle to the ends of the plate, and the filling holes and openings for the air outlet are made of a complex stepped shape, and the sealing elements are made in the form of a film with adhesive working surface adjacent to the plate, and the plate is made of a polymer material with high bioinertness, low autofluorescence and high light transmission. The plate is equipped with intersecting tracks located on its upper surface, located at an angle to the side faces of the plate and reaching the side ends of the plate. The chip cartridge is equipped with guiding grooves for fixing the plate. The plate is equipped with a through vertical slot for separating the working area and designed to eliminate heat loss in the reaction wells. The chip cartridge is made of MAKROLON 2258 resin.

Изобретение поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображен одноразовый чип-картридж для проведения амплификации нуклеиновых кислот, в изометрии. На фиг. 2 – то же, вид снизу. На фиг. 3 - то же, вид сверху. На фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 2. На фиг. 5 приведено схематичное изображение устройства для использования одноразового чипа-картриджа при проведении амплификации нуклеиновых кислот. Figure 1 shows a disposable chip cartridge for carrying out amplification of nucleic acids, in isometric view. FIG. 2 - the same, bottom view. FIG. 3 - the same, top view. FIG. 4 - section A-A in Fig. 2. In FIG. 5 shows a schematic diagram of a device for using a disposable chip cartridge when carrying out amplification of nucleic acids.

Одноразовый чип-картридж для проведения амплификации нуклеиновых кислот представляет собой плоскую прозрачную пластину 1, изготовленную из полимерного материала, например, из полимерных гранул MAKROLON 2258. Для чипа-картриджа выбран материал с высокой биоинертностью, низкой автофлуоресценцией и высоким уровнем прохождения света. С нижней стороны в пластине выполнены реакционные лунки 2 (реакционные ячейки) для заправки исследуемыми образцами и реагентами. Количество лунок 2 на пластине 1 может варьироваться в зависимости от прибора, в котором будет использован чип-картридж. Каждая реакционная лунка 2 имеет заправочное отверстие 3 и отверстие 4 для выхода воздуха. Предпочтительно, чтобы отверстия 3 и отверстия 4 были расположены с разных сторон лунки 2 под углом к торцам пластины 1, что обеспечивает их максимально удаление друг от друга. Они выполнены сложной ступенчатой формы. Заправочное отверстие 3 может быть снабжено заливной воронкой 5 (фаской) и боковым относительно лунки 2 нижним скосом 6 (см. фиг. 4). Отверстие 4 также имеет боковой относительно лунки 2 нижний скос 7. На верхней поверхности пластины 1 целесообразно выполнить дорожки 8 (проточки). Дорожки 8 выполнены пересекающимися и расположены под углом к боковым граням пластины 1, при этом их концы доходят до боковых торцов пластины 1. Их форма и расположение обусловлены необходимостью исключения перекрестной контаминации между лунками 2 во избежание ложноположительных результатов. Одноразовый чип-картридж может быть снабжен пазами 9, предназначенными для фиксации пластины 1. Их можно разместить в разных местах пластины 1: сверху, снизу, спереди или сбоку в зависимости от конструкции прибора. Рабочая часть чипа-картриджа с лунками 2 может быть отделена от задней нерабочей зоны 10 сквозной вертикальной прорезью 11, предназначенной для исключения потерь тепла в лунках 2. Нижняя плоскость пластины 1 со стороны лунок 2 имеет герметизирующую плёнку (на фигуре не показано), например ПЦР пленку Sovteh P500, плотно прилегающую к поверхности пластины 1 и обеспечивающую полную герметизацию лунок 2 с нижней стороны пластины 1.A disposable chip cartridge for nucleic acid amplification is a flat transparent plate 1 made of polymeric material, for example, from polymer granules MAKROLON 2258. A material with high bioinertness, low autofluorescence and a high level of light transmission was selected for the chip cartridge. On the lower side of the plate, reaction wells 2 (reaction cells) are made for filling with the test samples and reagents. The number of wells 2 on plate 1 may vary depending on the instrument in which the chip cartridge will be used. Each reaction well 2 has a filling hole 3 and an opening 4 for air outlet. It is preferable that the holes 3 and the holes 4 are located on different sides of the hole 2 at an angle to the ends of the plate 1, which ensures their maximum distance from each other. They are made of a complex stepped shape. The filling hole 3 can be equipped with a filling funnel 5 (chamfer) and a lower bevel 6 that is lateral relative to the hole 2 (see Fig. 4). The hole 4 also has a lower bevel 7 lateral relative to the hole 2. It is advisable to make tracks 8 (grooves) on the upper surface of the plate 1. Tracks 8 are made intersecting and are located at an angle to the lateral faces of the plate 1, while their ends reach the side ends of the plate 1. Their shape and location are due to the need to exclude cross-contamination between the wells 2 in order to avoid false positive results. The disposable chip cartridge can be equipped with grooves 9 for fixing the plate 1. They can be placed in different places of the plate 1: top, bottom, front or side, depending on the design of the device. The working part of the chip-cartridge with wells 2 can be separated from the rear non-working zone 10 by a vertical through slot 11, designed to exclude heat loss in the wells 2. The lower plane of the plate 1 from the side of the wells 2 has a sealing film (not shown in the figure), for example, PCR film Sovteh P500, tightly adhering to the surface of plate 1 and ensuring complete sealing of wells 2 from the underside of plate 1.

При изготовлении одноразовых чипов-картриджей проходят несколько важных этапов. Заготовку чипа-картриджа можно получать методом литья под давлением в пресс-формы из полимерных гранул MAKROLON 2258. Этот материал дает возможность получать пластины 1 с высокой прозрачностью и чистотой. После промывки и просушки на нижнюю плоскость пластины 1 с лунками 2 наклеивают герметизирующую плёнку (на фигуре не показано). Готовые чипы-картриджи укладывают в одноразовые фольгированные пакеты, туда кладут кусочек герметизирующей плёнки для верхних отверстий и запечатывают. There are several important steps in the manufacture of disposable chip cartridges. A chip-cartridge blank can be obtained by injection molding into molds from MAKROLON 2258 polymer granules. This material makes it possible to obtain plates 1 with high transparency and purity. After washing and drying, a sealing film (not shown in the figure) is glued onto the lower plane of the plate 1 with wells 2. The finished cartridge chips are placed in disposable foil bags, a piece of sealing film for the upper holes is placed there and sealed.

Одноразовый чип-картридж для проведения амплификации нуклеиновых кислот используют следующим образом. Чип-картридж заправляют реагентами, содержащими флуорофоры (флуоресцентные красители), с помощью дозатора или шприца с плоской иглой. Заправочное отверстие 3, как и отверстие 4 для выхода воздуха имеют ступенчатую форму. Такая форма отверстий 3 и 4 предотвращает возможное повреждение герметизирующей плёнки дозатором или иглой на нижней стороне пластины 1, которая герметизирует лунки 2. В одну лунку 2 (например, с габаритами: диаметр 7 мм и высотой 0,6 мм) помещается до 24 мкл жидкости (реагентов). Можно заливать и меньше реагентов, при этом не теряется качество полученного сигнала. Габариты лунки 2 могут быть разными: шире, тоньше или глубже, при этом важно, чтобы объем лунки 2 не изменился. Заправочные отверстия 3 расположены таким образом, чтобы иметь максимально возможное расстояния друг от друга во избежание возможной контаминации между лунками 2. Каждый чип-картридж в данном примере, изображенном на фиг. 1 – 3, имеет по шесть лунок 2. Две из них предполагается использовать для положительного и отрицательного контроля. Форма чипа-картриджа, его размеры и количество лунок 2 зависят от оптической системы, в которой будут использованы. После незначительной доработки оптического узла можно адаптировать любое количество лунок 2 на одном чипе-картридже. A disposable chip cartridge for carrying out amplification of nucleic acids is used as follows. The chip cartridge is filled with reagents containing fluorophores (fluorescent dyes) using a dispenser or flat-needle syringe. The filling hole 3, like the air outlet 4, have a stepped shape. This shape of holes 3 and 4 prevents possible damage to the sealing film by the dispenser or the needle on the underside of plate 1, which seals wells 2. One well 2 (for example, 7 mm in diameter and 0.6 mm in height) holds up to 24 μL of liquid (reagents). Fewer reagents can be poured without losing the quality of the received signal. Well 2 can be wider, thinner, or deeper, but it is important that the volume of Well 2 does not change. The filling holes 3 are located so as to have the greatest possible distance from each other in order to avoid possible contamination between the wells 2. Each chip cartridge in this example shown in FIG. 1 - 3, has six wells 2. Two of them are intended to be used for positive and negative controls. The shape of the cartridge chip, its dimensions and the number of wells 2 depend on the optical system in which it will be used. With minor modifications to the optical assembly, any number of 2 wells can be adapted on one chip cartridge.

После заправки всех лунок 2 герметизируют заправочные отверстия 3 и отверстия 4 для выхода воздуха. Для этого используют прозрачную плёнку с тонким слоем клея (на фигуре не показано). Плёнку клеящей стороной прикладывают к верхней поверхности пластины 1 и равномерно разглаживают. Этот метод позволяет с высокой эффективностью герметизировать отверстия 3 и 4, при этом лунки 2 окончательно герметизируются тоже, что позволяет избежать разгерметизации во время амплификации. Благодаря наличию заливных воронок 5 (фасок) в отверстиях 3 практически исключается попадание заливаемой жидкости на верхнюю поверхность пластины 1. After filling all holes 2, fill holes 3 and holes 4 for air outlet are sealed. To do this, use a transparent film with a thin layer of glue (not shown in the figure). The film is applied with the adhesive side to the upper surface of the plate 1 and evenly smoothed out. This method makes it possible to seal holes 3 and 4 with high efficiency, while wells 2 are also finally sealed, which avoids depressurization during amplification. Due to the presence of filling funnels 5 (chamfers) in the holes 3, the ingress of the liquid to be poured on the upper surface of the plate 1 is practically excluded.

После герметизации чип-картридж вставляют в прибор для проведения амплификации нуклеиновых кислот. На фиг. 5 схематически показано использование одноразового чипа-картриджа. Пластину 1 с предварительно заправленными исследуемой пробой для анализа лунками 2 загружают в прибор через специальное отверстие, находящееся на передней панели амплификатора. При этом специальные пазы 9 на чипе-картридже должны совпасть с аналогичными пазами, расположенными на нагревательной пластине термоциклёра (на фигуре не показано). Чип-картридж плотно фиксируется внутри прибора специальным прижимным механизмом (на фигуре не показано), таким образом чтобы реакционные ячейки плотно прилегали к системе термоциклирования (на фигуре не показано). В процессе работы прибора после каждого цикла термоциклирования производят измерение уровня флуоресценции специальных флуоресцентных меток в исследуемом образце, при этом интенсивность излучения говорит о первоначальном количестве интересующих молекул в исследуемом образце. В приборе целесообразно использовать оптическую систему с узкополосными светодиодами 12, имеющими минимальный угол расходимости излучения. Светодиоды 12 расположены вдоль обоих боковых торцов прозрачного чипа-картриджа напротив каждой лунки 2, при этом во время амплификации происходит торцевое возбуждение флуорофоров. Для спектрального разделения возбуждающего излучения и излучения флуорофоров между светодиодами 12 и торцом пластины 1 установлены интерференционные светофильтры 13 с максимумами пропускания в диапазонах длин волн, соответствующих длинам волн поглощения красителей. В оптической системе обеспечено минимальное расстояние между возбуждающими светодиодами 12 и торцами пластины 1 для увеличения количества полезного излучения, проникающего внутрь чипа-картриджа. After sealing, the chip cartridge is inserted into the nucleic acid amplification apparatus. FIG. 5 schematically shows the use of a disposable chip cartridge. Plate 1 with pre-filled test sample for analysis with wells 2 is loaded into the device through a special hole located on the front panel of the thermocycler. In this case, special grooves 9 on the chip cartridge must coincide with similar grooves located on the heating plate of the thermal cycler (not shown in the figure). The chip cartridge is tightly fixed inside the device by a special clamping mechanism (not shown in the figure), so that the reaction cells fit tightly to the thermal cycling system (not shown in the figure). During the operation of the device, after each cycle of thermal cycling, the fluorescence level of special fluorescent labels in the test sample is measured, while the radiation intensity indicates the initial number of molecules of interest in the test sample. In the device, it is advisable to use an optical system with narrow-band LEDs 12 having a minimum angle of radiation divergence. LEDs 12 are located along both lateral ends of the transparent cartridge chip opposite each well 2, and during amplification, fluorophores are side-excited. For the spectral separation of the exciting radiation and the fluorophore radiation, interference filters 13 are installed between the LEDs 12 and the end of the plate 1 with transmission maxima in the wavelength ranges corresponding to the absorption wavelengths of the dyes. In the optical system, a minimum distance is provided between the driving LEDs 12 and the ends of the plate 1 to increase the amount of useful radiation entering the inside of the cartridge chip.

Прием сигнала флуоресценции осуществляют с помощью оптической фокусирующей системы, расположенной непосредственно над лунками 2 и содержащей одну или несколько плоско-выпуклых линз 14, предназначенных для фокусировки излучения в плоскости фотоприёмного устройства 15. В приемном канале устройства 15 установлен интерференционный светофильтр со спектром пропускания, соответствующим спектрам излучения флуоресцентных красителей, и блокировки паразитного излучения светодиодов 12. Сигнал регистрируют фотоприёмным устройством 15. Он поступает в плату обработки сигнала, встроенный компьютер обрабатывает данные и выводит их на дисплей в виде графика (на фигуре не показано). The fluorescence signal is received using an optical focusing system located directly above the wells 2 and containing one or more plano-convex lenses 14 intended for focusing radiation in the plane of the photodetector 15. An interference filter with a transmission spectrum corresponding to the spectra is installed in the receiving channel of the device 15 emission of fluorescent dyes, and blocking of parasitic radiation of LEDs 12. The signal is recorded by the photodetector 15. It enters the signal processing board, the built-in computer processes the data and displays them on the display in the form of a graph (not shown in the figure).

Одноразовый чип-картридж для проведения амплификации нуклеиновых кислот может быть использован в молекулярной диагностике. Его использование обеспечивает быстрое проведение исследования с большим количеством биологических компонентов, например, разных праймеров. Повышению эффективности исследования с одноразовым чипом-картриджем способствует материал пластины 1 с высокой биоинертностью, низкой автофлуоресценцией и высоким уровнем прохождения света, обеспечивающий возможность использования узкополосных светодиодов 12 с боковых торцов пластины 1. Что, в свою очередь, дает возможность значительно уменьшить габариты оптической системы и прибора в целом. Горизонтальное расположение чипа-картриджа в процессе проведения исследований способствует повышению равномерности прогревания и охлаждения образцов, исключает стекание жидкости в реакционных лунках 2 в одну сторону.The disposable chip cartridge for nucleic acid amplification can be used in molecular diagnostics. Its use provides a quick study with a large number of biological components, for example, different primers. An increase in the efficiency of research with a disposable chip-cartridge is facilitated by the material of the plate 1 with high bioinertness, low autofluorescence and a high level of light transmission, which makes it possible to use narrow-band LEDs 12 from the side ends of the plate 1. This, in turn, makes it possible to significantly reduce the dimensions of the optical system and the device as a whole. The horizontal arrangement of the chip-cartridge in the process of research helps to increase the uniformity of heating and cooling of the samples, excludes the flow of liquid in the reaction wells 2 in one direction.

Таким образом, технический результат, достигаемый с использованием заявленного изобретения, заключается в повышении универсальности и компактности одноразовых чипов-картриджей с повышением их надежности при проведении различных исследований. Одноразовый чип-картридж способствует значительному уменьшению размеров прибора и дает возможность проводить различные исследования не только в лаборатории, но и в полевых условиях, например у постели больного в режиме реального времени.Thus, the technical result achieved with the use of the claimed invention is to increase the versatility and compactness of disposable chip-cartridges with an increase in their reliability in carrying out various studies. The disposable chip cartridge significantly reduces the size of the device and makes it possible to conduct various studies not only in the laboratory, but also in the field, for example, at the patient's bedside in real time.

Claims (5)

1. Одноразовый чип-картридж для проведения амплификации нуклеиновых кислот, выполненный в виде прозрачной пластины, содержащей реакционные лунки, сообщающиеся с заправочными отверстиями и отверстиями для выхода воздуха, и герметизирующие элементы для обеих сторон пластины, отличающийся тем, что реакционные лунки расположены на пластине в два ряда, при этом заправочные отверстия и отверстия для выхода воздуха расположены с противоположных сторон каждой из реакционных лунок под углом к торцам пластины, причем заправочные отверстия и отверстия для выхода воздуха выполнены ступенчатой формы, как отражено на фиг. 4, а герметизирующие элементы выполнены в виде плёнки с клейкой рабочей поверхностью, примыкающей к пластине, а пластина выполнена из полимерного материала, обладающего высокой биоинертностью, низкой автофлуоресценцией и высоким уровнем прохождения света.1. A disposable chip cartridge for carrying out amplification of nucleic acids, made in the form of a transparent plate containing reaction wells communicating with filling holes and openings for air outlet, and sealing elements for both sides of the plate, characterized in that the reaction wells are located on the plate in two rows, wherein the filling holes and the air outlet openings are located on opposite sides of each of the reaction wells at an angle to the ends of the plate, and the filling openings and the air outlet openings are made of a stepped shape, as shown in FIG. 4, and the sealing elements are made in the form of a film with an adhesive working surface adjacent to the plate, and the plate is made of a polymer material with high bioinertness, low autofluorescence and a high level of light transmission. 2. Чип-картридж по п.1, отличающийся тем, что пластина снабжена распложенными на её верхней поверхности пересекающимися дорожками, расположенными под углом к боковым граням пластины и доходящими до боковых торцов пластины. 2. Chip cartridge according to claim 1, characterized in that the plate is provided with intersecting tracks located on its upper surface, located at an angle to the side faces of the plate and reaching the side ends of the plate. 3. Чип-картридж по п.1, отличающийся тем, что он снабжен направляющими пазами, предназначенными для фиксации пластины. 3. Chip cartridge according to claim 1, characterized in that it is provided with guide grooves for fixing the plate. 4. Чип-картридж по п.1, отличающийся тем, что пластина снабжена сквозной вертикальной прорезью для отделения рабочей зоны и предназначенной для исключения потерь тепла в реакционных лунках. 4. Chip cartridge according to claim 1, characterized in that the plate is provided with a through vertical slot for separating the working area and designed to eliminate heat loss in the reaction wells. 5. Чип-картридж по п.1, отличающийся тем, что он изготовлен из полимера MAKROLON 2258.5. Chip cartridge according to claim 1, characterized in that it is made of MAKROLON 2258 polymer.
RU2020142346A 2020-12-22 2020-12-22 Disposable chip cartridge for nucleic acid amplification RU2758719C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020142346A RU2758719C1 (en) 2020-12-22 2020-12-22 Disposable chip cartridge for nucleic acid amplification

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020142346A RU2758719C1 (en) 2020-12-22 2020-12-22 Disposable chip cartridge for nucleic acid amplification

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2758719C1 true RU2758719C1 (en) 2021-11-01

Family

ID=78466812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020142346A RU2758719C1 (en) 2020-12-22 2020-12-22 Disposable chip cartridge for nucleic acid amplification

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2758719C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU216488U1 (en) * 2022-12-01 2023-02-07 Общество с ограниченной ответственностью "Троицкий инженерный центр" STATION FOR DISPOSABLE CARTRIDGE FOR ISOTHERMAL AMPLIFICATION

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030064507A1 (en) * 2001-07-26 2003-04-03 Sean Gallagher System and methods for mixing within a microfluidic device
US7442542B2 (en) * 2003-03-24 2008-10-28 Agency For Science, Technology And Research Shallow multi-well plastic chip for thermal multiplexing
RU2562572C2 (en) * 2010-10-27 2015-09-10 Байонир Корпорейшн Automatic real-time pcr system for various analysis of biological sample
US20170101667A1 (en) * 2000-02-18 2017-04-13 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Apparatus and Methods for Parallel Processing of Microvolume Liquid Reactions
RU2658600C1 (en) * 2017-11-20 2018-06-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России) Construction of the cartridge working area for carrying out a polymerase chain reaction
RU2699612C2 (en) * 2015-05-29 2019-09-06 Иллюмина, Инк. Sample cassette and analytical system for carrying out certain reactions
RU2703776C9 (en) * 2019-01-25 2020-02-18 Российская Федерация в лице Министерства здравоохранения One-time chip for pcr analysis

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170101667A1 (en) * 2000-02-18 2017-04-13 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Apparatus and Methods for Parallel Processing of Microvolume Liquid Reactions
US20030064507A1 (en) * 2001-07-26 2003-04-03 Sean Gallagher System and methods for mixing within a microfluidic device
US7442542B2 (en) * 2003-03-24 2008-10-28 Agency For Science, Technology And Research Shallow multi-well plastic chip for thermal multiplexing
RU2562572C2 (en) * 2010-10-27 2015-09-10 Байонир Корпорейшн Automatic real-time pcr system for various analysis of biological sample
RU2699612C2 (en) * 2015-05-29 2019-09-06 Иллюмина, Инк. Sample cassette and analytical system for carrying out certain reactions
RU2658600C1 (en) * 2017-11-20 2018-06-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России) Construction of the cartridge working area for carrying out a polymerase chain reaction
RU2703776C9 (en) * 2019-01-25 2020-02-18 Российская Федерация в лице Министерства здравоохранения One-time chip for pcr analysis

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU216488U1 (en) * 2022-12-01 2023-02-07 Общество с ограниченной ответственностью "Троицкий инженерный центр" STATION FOR DISPOSABLE CARTRIDGE FOR ISOTHERMAL AMPLIFICATION

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2505331T3 (en) Mounting for chemical reaction with heat exchange and optical interrogation
ES2365305T3 (en) ASSEMBLY FOR CHEMICAL REACTION WITH HEAT EXCHANGE AND OPTICAL INTERROGATION, AND REACTION CONTAINER.
ES2930133T3 (en) Biochip with reagent storage
US8591836B2 (en) Caps for sample wells and microcards for biological materials
CA2364381C (en) Flow-thru chip cartridge, chip holder, system and method thereof
CN1308681C (en) Slide cassette for fluidic injection
US11607684B2 (en) Microfluidic sample chip, assay system using such a chip, and PCR method for detecting DNA sequences
CN106661533B (en) Multiplex PCR chip and multiplex PCR device comprising same
US9248448B2 (en) Multisample bionanochip platform
US20110124094A1 (en) Fluid cell and gene sequencing reaction platform and gene sequencing system
RU2703776C9 (en) One-time chip for pcr analysis
JP2017508956A (en) Microfluidic chip and real-time analyzer using the same
CN110551622A (en) quick PCR reaction chip and quick fluorescence quantitative detector
CN210945600U (en) Quick PCR reaction chip and quick fluorescence quantitative detector
US8551761B2 (en) Cartridge and device for analyzing biological samples using temperature-controlled biological reactions
CN115058314A (en) PCR device based on rotary valve and detection method
KR101513273B1 (en) A rotary type PCR machine and a PCR chip
RU2758719C1 (en) Disposable chip cartridge for nucleic acid amplification
CN113164963A (en) Method and system for temperature monitoring of biochemical reaction vessels
US11602752B2 (en) Apparatus for amplificating nucleic acid and fluorescence-detecting device
WO2004024330A2 (en) Thermocycler and sample holder
RU2757987C1 (en) Device for carrying out amplification of nucleic acids
US20230053732A1 (en) Sample holders, pcr station assemblies, and methods of operating pcr testing system
KR102003784B1 (en) micro chip for polymerase chain reaction and real-time PCR device comprising the same
RU2757988C1 (en) Optical system for carrying out amplification of nucleic acids