CN101203312A - 用于自动医疗诊断的盒体、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于在包含一个或多个核酸序列的样品中检测一种靶核苷酸序列的存在、不存在和/或量的盒体。所述盒体包含一个通用部件以及一或多个分离的应用特异性部件，所述应用特异性部件可以连接至所述通用部件。本发明还公开了一种在包含一个或多个核酸序列的样品中检测一种靶核苷酸序列的存在、不存在和/或量的系统。这个系统包含一个可重复使用的仪器，其中所述仪器设置为容纳一个盒体并控制在所述盒体中的样品中检测一种靶核苷酸序列的存在、不存在和/或量的过程。

Description

用于自动医疗诊断的盒体、系统和方法
本发明涉及一种用于检测特定DNA或RNA序列的存在、不存在或量的盒体(cartridge)。本发明还涉及一种用于检测特定DNA或RNA序列的存在、不存在或量的、任选地具有一个盒体的系统的应用。
从发现DNA以来，涉及检测样品中特定DNA或RNA序列的存在、不存在或量的技术已经发生了巨大的飞跃。特别是PCR(聚合酶链反应)已经为开发所有类型的用于检测DNA或RNA序列的存在或不存在的测试做出了巨大的贡献。目前，已经可以从生物体中收集含有DNA的样品并确定其中某些特定DNA序列(靶序列)的存在、不存在或量。已有同时针对多个靶序列进行这种分析的技术，称为靶序列多元检测(multiplex detection of target sequences)，从而提高通量。
目前，这种类型的分析还不能常规进行，例如在糖尿病情况下测量血糖含量。通常，需要设备非常好的实验室，并且采用小心翼翼的方案以避免交叉污染并确保获得的结果是可靠的，即将测定的假阳性或假阴性读数最小化。然而，由于许多手工工作要求受过充分训练和指导的人员，因此在本领域仍需克服现有DNA或RNA分析方法中的上述缺点。特别是已知RNA分析是非常困难的，这是因为在空气中和熟练的分析者手上存在的微量RNA导致污染非常容易发生。另外，现有分析方法不仅耗力，它们还非常耗时。典型地，常规DNA或RNA分析的一个有效过程需要大约6小时，这是由于例如在各种系统之间取样所进行的全部操作、从样品中分离DNA或RNA、为了分析样品中的靶序列的存在、不存在或量进行的后续测定、处理获得的任何结果以及对所述结果进行相应解释所导致的。
之前已经公开了用于检测DNA的基于盒体的系统。
例如US 5,882,903公开了一种用于检测DNA的系统。所述系统包含具有一或多个反应腔的第一组件(assembly)和包含多个液体腔(fluid chamber)的第二组件。所述液体腔中每一个容纳在检测DNA时使用的液体。这些液体包括漂洗液、裂解液、以及含有扩增缓冲液和适当引物的扩增溶液。所述反应腔用于进行所述检测的不同步骤，例如漂洗、裂解和扩增。
本领域已知的用于检测DNA的其他基于盒体的系统例如公开于US 5,585,069、US 6,168,948和WO97/27324。
已知的基于盒体的系统的一个缺点是这些系统的盒体被设计为一个单一体(single body)。已知的盒体不能根据希望使用所述盒体的应用提供任何可变性，所述应用例如用所述系统检测特异细菌或针对将要在所述盒体中引入的不同类型的样品。
本发明的一个目的是为检测样品中靶核苷酸序列的存在、不存在或量提供一种盒体，并提供这种盒体更为灵活的应用。
这个目的通过权利要求1中的盒体实现。
通过提供可用于广泛应用的通用部件(generic part)和为了用于特定应用而特别设计的一或多个应用特异性部件(application-specificpart)，所述盒体可以基于其将被使用的特定应用而组装。
所述通用部件可以典型地包含液体操作装置(means)例如泵和阀、其应用可以与所述盒体的应用无关的多个处理腔、以及用于不同液体如裂解和漂洗缓冲液的液体贮存和废物收集室。所述盒体的这些部件将在下文进行更为详细的描述。
在一个实施方案中，所述一或多个特异性部件中的一个是具有一或多个热循环腔的PCR体(PCR body)，并含有多个引物。所述盒体可用于不同组的细菌/抗性。通过提供含有多个引物的不同PCR体，可以基于使用所述盒体的应用而选择应用特异性PCR体。例如含有引物的PCR体可基于待检测的细菌/抗性组而选择，所述选择可以特异性地针对特定测试或针对特定地区例如欧洲、亚洲或非洲。还可以基于待检测的细菌/抗性而选择热循环腔的大小或数目。在一个优选的实施方案中所述热循环腔仅用于热循环步骤。在这个实施方案中，所述处理腔特别是引物不受在所述盒体中进行的任何其他步骤的影响。
在一个实施方案中，有两个或更多个热循环腔。在每一个热循环腔中可以引入一定量的处理液，其使得可以进行有效的平行处理。
在一个实施方案中，在所述一或多个热循环腔中的每一个内放置一个引物。通过将引物放置在所述一或多个热循环腔中，所述引物不需要在进行热循环步骤开始前被转移。通过这种方式可以更有效地使用所述引物。另外，这使得可以更简单地设计所述PCR体。
在一个实施方案中，引物被点样在所述PCR体上。所述点样可以通过任何已知的点样技术例如喷墨打印进行。优选地，在所述一或多个热循环腔中提供所述被点样的引物，但是它们也可以在任何其他适当的位置例如在引导样品进入所述一或多个热循环腔的入口通道中。
在一个实施方案中，所述一或多个应用特异性部件中的一个是一个检测设备(device)。可以使用一些不同的检测方法在DNA/RNA扩增之后检测样品中的扩增子。这些检测方法可以包括光学、电化学、磁性毛细管(magnetic capillary)和凝胶电泳检测方法。根据针对一个特定样品所要使用的检测方法，可以选择所述检测设备或其至少一部分并连接至所述盒体的所述通用部件。
在一个实施方案中，基于为了检测特定细菌/抗性而使用的PCR体选择所述检测设备。特定检测方法典型地与要检测的特异性细菌/抗性相关，并从而与在所述检测方法中使用的引物相关。由此，含有引物的PCR体与检测设备可作为一对选择，即在选择PCR体时也选择检测设备。
也可以仅仅所述检测设备的一个特定部分例如底物和/或底物容器是特异性针对检测特定DNA/RNA的。因此意味着所述应用特异性检测设备可以仅仅是在所述盒体中为了使检测特定DNA/RNA成为可能而使用的实际检测系统的一部分。
在本发明的一个实施方案中，所述一或多个应用特异性部件中的一个是样品导入设备。基于所需样品的量、样品类型、其提供时的状态，可用不同的样品导入设备将样品导入所述盒体中。样品导入设备的应用进一步提供了与所述盒体的容易及安全的连接，并由此容易及可靠地将样品导入所述盒体中。
在一个实施方案中，所述样品导入设备是一个预裂解(pre-lysis)设备，其设置为将样品制备为一种特定状态。所述盒体的通用部件被设计为在特定样品状态例如液态下处理样品。预裂解设备可将样品从其可得的但不能在所述盒体中使用的特定状态处理为所述盒体被设计的可以处理其的状态。这种状态可以是干燥后的液体、存在于固体容器中的液体等等。预裂解中的过程可以在所述预裂解设备与所述通用部件连接之前进行，也可以在这一连接已经建立之后进行。
在一个实施方案中，所述一或多个应用特异性部件中的至少一个具有识别设备。为了避免在选择应用特异性部件中出现错误，对所述应用特异性部件进行识别是有用的，从而可以容易地检查是否正确的应用特异性部件或一组部件与所述通用部件组合。
这种识别设备可以包括标签、条形码、色码、磁性码等等。优选地，使用自动识别系统例如RF标签识别系统。也可以使用更加先进的识别设备追踪所述通用部件和/或应用特异性部件的位置历史。例如一个特定应用特异性部件被冷却可能是重要的。通过使用位置历史追踪系统，可以检查是否所述应用特异性部件尚未离开冷却设备太长时间。在一个优选的实施方案中，所述检测系统的一个控制单元(unit)检查正确的应用特异性部件是否已经与所述通用部件连接，以及所述通用部件和应用特异性部件对于位置历史等等是否仍满足全部要求。
本发明典型地避免手工劳动或使其最小化、避免交叉污染、提供更可靠的更快的结果、对用户更加友好并且更易于适应对不同靶序列的分析。本发明提供一种在任何类型样品，优选血液中分析DNA或RNA的存在、不存在或量的高通量方法。
本发明提供一种适于检测DNA和/或RNA的存在、不存在或量的盒体。所述对DNA和/或RNA的存在、不存在或量的检测可以提示例如一个基因、一个基因的等位基因、一种遗传特征或疾病、一种多态性、一种单核苷酸多态性(SNP)的存在、不存在或量或在生物体中外源DNA或RNA的存在，即在生物体中病原体或细菌的存在、不存在或量。
通过本发明，可以形成合适的疗法以制备用于治疗诊断出的疾病的药品。例如，在来自一个生物体(例如人)的样品(例如血液)中检测到病原体(例如病毒)，可以由此得到诊断和相应治疗(例如抗生素)。
所述盒体可以是可置于可重复使用的仪器(apparatus)中的可更换类型。这种盒体可以是一次性的、可再生的或可以是在清洁之后可重复使用的。对于可更换的盒体，可能与样品发生接触的全部部件在检测过程之后可从仪器中取出，所述盒体可以换为另一个或在下次使用之前进行清洁。在其他实施方案中，所述盒体可以是所述可重复使用的仪器的一个整体部件，在每一次使用之后进行清洁。
在某些实施方案中，所述仪器包含用于控制分离装置、扩增装置和/或检测装置的控制单元。所述控制单元使得自动控制DNA分离、DNA扩增以及检测所扩增的DNA成为可能。
所述盒体包含一或多个在检测过程中容纳样品的腔。这些腔可包括用于将样品导入所述盒体的导入腔、用于裂解样品中的细胞的裂解腔、用于漂洗的漂洗腔、用于扩增DNA的一或多个热循环腔、以及使得检测成为可能的检测腔。也可仅有一个单一腔用于上述关于腔的一或多种功能。在这个实施方案中，所述导入腔、裂解腔、漂洗腔、热循环腔、以及检测腔中的两个或多个可以组合在一个单一腔中。
在检测过程的不同步骤中，样品将处于相应的腔内。为了达到这个目的，样品将在两个处理步骤中从一个腔转移至另一个腔。为了使这种转移成为可能，每一个腔都至少与另一个腔通过一个液体通道相连。在至少一个，但优选地每一个液体通道中，可存在阀门装置，所述阀门装置优选地通常关闭所述液体通道，但是基于对所述阀门装置的驱动而打开所述液体通道，从而将相应的两个腔置于液体联系中。所述阀门装置可设计为单向阀门。
在某些实施方案中，所述阀门装置被阀门驱动设备所驱动。这种阀门驱动设备优选地置于所述可重复使用的仪器中。
在某些实施方案中，存在泵装置以将样品或在检测过程中使用的任何其他液体例如裂解缓冲液、试剂、漂洗及分离缓冲液、预扩增缓冲液从一个腔泵入另一个腔中。这些泵装置可被优选地置于所述可重复使用的仪器中的泵驱动装置驱动。
在某些实施方案中，所述系统包含用于数据收集的装置和/或用于数据处理的装置。这些装置被设计为用于分析所检测的DNA和/或解释结果。特别地，在某些实施方案中，所述数据处理装置能够将靶核酸的存在、不存在或量(或其组合)与特定的诊断联系起来。这种数据处理装置例如可以与数据库组合的计算机的形式存在。
在某些实施方案中，所述系统也可以包含用于导入一或多个样品的装置。这些样品导入装置可包含任何合适的设备，例如用于将样品从注射器或移液器等等中导入的容纳或盛放设备，并可例如包含单向入口阀门、隔离件(septum)、滤器、以及溢流管。
在某些实施方案中，所述系统也可以包含裂解设备。在可置于控制单元控制之下的裂解设备中，处理样品以将样品中的任何核酸提供为可从样品中分离的形式。这个裂解步骤典型地包括裂解细胞从而破裂细胞膜和/或核膜以释放其中含有的核酸。可以将物理或机械操作装置用于所述裂解步骤，但是化学装置也可以用于裂解样品中的细胞，例如裂解缓冲液。可以应用用于混和的装置使样品和裂解缓冲液混和。本领域由教科书等可以得知用于裂解细胞的方法。如果需要，可以将这些方法调整为适于在本发明的系统中应用。裂解步骤产生的任何废弃物可以弃于例如废物收集设备。
在某些实施方案中，可以组合所述样品插入设备和裂解设备。
在某些实施方案中，所述系统也可以包含富集设备，任选地置于控制单元的控制之下。所述富集设备使得能够从被裂解的样品中分离DNA。为了达到这个目的，所述富集设备可安装有用于分离DNA的装置，例如磁性颗粒。在这个实施方案中，本发明的DNA或RNA被吸附在磁性颗粒上。被吸附的核酸物质可进行一次或多次漂洗、脱水和/或纯化步骤以除去任何不需要的物质例如样品中含有的生物物质的残留物和非DNA和/或RNA的其他样品成分。当被吸附的DNA或RNA达到所希望的纯度时，可以将其解除吸附或从所述磁性颗粒洗脱。所述富集设备也可以安装有用于对用于混和、分开和分离DNA或RNA的液体进行物理或机械操作的装置。
在某些实施方案中，所述系统也可以包含富集步骤即分离DNA或RNA中必需的试剂，例如缓冲液、漂洗液、水、滤器、磁性珠等等。
在某些实施方案中，所述系统也可以包含废物收集设备以容纳富集步骤中产生的任何废弃产物例如用过的缓冲液、漂洗液等等。
在某些实施方案中，系统中不同的废物收集设备对于每一项不同的目的或体积可以是分离的。在某些实施方案中，可以组合两个或多个本文所述的废物收集设备以容纳本发明的方法所产生的所有废弃物。
在某些实施方案中，所述系统进一步包含任选地置于控制单元控制之下的预扩增设备。所述预扩增设备可用于例如提高待分析的DNA或RNA的总量。对得自分离步骤的DNA或RNA进行预扩增步骤可以提高DNA的总量。特别是在对分离的DNA进行多个检测的多元分析情况下，这对于例如在一个样品中同时检测多个病原体的存在、不存在或量是有利的。本领域已有用于提高DNA的量的合适的技术，通常称为全基因组扩增(Whole Genome Amplification)。
在所述预扩增设备中，分离并纯化的DNA或RNA可用例如一种预扩增缓冲液进行预处理，在全基因组扩增的情况下，用酶和DNTP预处理。所述预扩增设备可与废物收集设备连接以处理废物。
在某些实施方案中，所述预扩增设备也可用于实现某些用于检测特定核酸的测定。例如类OLA-PCR技术如Applera(SNPplex)，Keygene(SNPWave)和MRC-Holland(MPLA)提供的技术。
在某些实施方案中，所述系统包含扩增设备。所述扩增设备可置于控制单元控制之下。任选地经过如本文其他地方所描述的预处理的被分离的DNA被置于所述扩增设备中并在其中进行扩增处理。所述扩增处理包括将被分离的DNA与一组特异于靶核酸的PCR引物、PCR酶例如一或多种聚合酶以及dNTP接触。
在某些实施方案中，所述扩增设备具有多个腔。所述多个腔使得被分离或预扩增的DNA或RNA可以被分为几份分配在所述腔中。在每一个腔中，可以使用不同组引物进行扩增步骤。以这种方式，可以在多元分析中对一个样品分析其中不同靶核酸的存在、不存在或量。在多元分析的情况下，每一个靶核酸的引物组可设有一个可检测的不同的标记，即具有不同的荧光谱。
在某些实施方案中，所述系统也可以包含用于扩增被分离的DNA的试剂例如酶、DNTP等等。
在某些实施方案中，所述系统也可以包含检测设备。所述检测设备可置于控制单元控制之下。所述检测设备适于检测被扩增的DNA或RNA，优选地适于检测掺入到扩增产物中的标记。
所述检测设备可以基于标记、长度、迁移率、核苷酸序列、质量或其组合而进行检测。在某些实施方案中，检测设备可基于光学、电化学、磁性或迁移率(凝胶电泳)进行检测。理论上，本领域已知的任何合适的检测设备都可以应用。
在某些实施方案中，所述系统还包含数据收集设备以收集得自所述检测设备的数据。
在某些实施方案中，所述系统还包含数据处理设备以处理所述数据。
本发明的一个方面提供了一种用于在含有一或多个核酸序列的样品中检测靶核苷酸序列的存在、不存在和/或量的方法，其中所述方法包括下列步骤：
-提供得自一个生物体的样品；
-进行从所述样品中分离核酸序列的步骤；
-进行扩增(部分)所述核酸序列的步骤从而提供扩增子；
-检测相应于样品中的核酸序列中的靶核苷酸序列的扩增子的存在、不存在和/或量。
在某些实施方案中，所述方法在如本申请中所描述的盒体中进行。
在某些实施方案中，所述靶核苷酸序列可选自由DNA、基因组DNA、RNA、mRNA、cDNA、转基因DNA等等组成的一组。
在某些实施方案中，所述生物体是人、非人动物、微生物或植物。
在某些实施方案中，所述样品是组织、体液例如唾液、精液、血液、尿液、和/或粪便(faces)。
在某些实施方案中，所述靶核苷酸序列是外源序列。
在某些实施方案中，所述靶核酸序列是病原体。
在某些实施方案中，所述包含核酸序列的样品被裂解以释放其中包含的核酸序列。在某些实施方案中，对被裂解的样品进行一系列本领域已知并在标准教科书中描述的漂洗和收集步骤以从所述样品中分离核酸。这些步骤可以在一个单一步骤中进行，或作为一系列的多个步骤进行。从样品中分离核酸之后，对所述核酸可以用选择性的检测靶核酸的引物进行扩增反应。
核酸扩增方法通常使用两个引物、dNTP以及(DNA)聚合酶。用于扩增的一个优选的方法是PCR。“PCR”或“聚合酶链反应”是一种用于体外酶促扩增特异性DNA片段的快速方法。待扩增的DNA通过加热样品被变性。在存在DNA聚合酶和过量三磷酸脱氧核苷酸的情况下，与靶序列特异性杂交的寡核苷酸引发新DNA合成。一轮合成产生确定长度的新链，所述新链与母链相似，可以基于变性和退火与引物杂交。第二轮变性、退火和合成产生两条单链产物，其合起来组成独立的双链产物，精确地具有引物末端之间的长度。这种独立的产物通过每一个成功的扩增循环呈指数累积。在大约20到30个循环的过程中，可以实现所述独立片段几百万倍的扩增。本领域熟知PCR方案，并且描述于标准实验室教科书，例如Ausubel etal.，CurrentProtocols in Molecular Biology，John Wiley & Sons，Inc.(1995)。其他可用的多元和/或等温扩增方法包括例如LCR、自动维持序列扩增(3SR)、Q-β-复制酶介导的RNA扩增(Q-β-replicase mediated RNAamplification)、滚环扩增(RCA)或链置换扩增(SDA)。
检测标记的扩增子通过检测器进行以产生检测数据。所述检测器不仅当然依赖于进行区分靶序列扩增子的一般系统，也依赖于引物上存在的标记，例如荧光或磷光标记。为了区分样品中不同靶序列，优选地使用各自相应扩增子的荧光谱之间的差别。在某些实施方案中，引物中的至少一个包含一个标记，优选地正向引物包含一个标记。所述标记可选自很大的一组，包括但不限于荧光和/或磷光部分例如染料、生色团、或酶、抗原、重金属、磁性探针、磷光部分、放射性标记、化学发光部分或电化学检测部分。在某些实施方案中，所述标记是荧光或磷光染料。这些染料的例子是FAM、HEX、TET、JOE、NED、和(ET-)ROX。染料例如FITC、Cy2、Texas Red、TAMRA、Alexa fluor 488TM、BodipyFL、Rhodamine 123、R6G、Bodipy 530、AlexafluorTM532。
通过使用每一个都含有不同标记的不同引物组，可以通过使用另外的标记来增加样品中可以被区分的靶序列的数目以及样品中可以被检测的靶序列的数目。多元方法中一个样品中可以使用的最大标记数很大程度上由可用的检测平台的检测能力的限制决定。
在某些实施方案中，扩增通过聚合酶链反应进行，所述聚合酶链反应使用选择性地针对靶序列而不针对样品中任何其他序列的至少一个正向引物和至少一个反向引物进行。
在某些实施方案中，所述正向引物或反向引物中的至少一个是被标记的。
在某些实施方案中，所述扩增步骤之前进行检测样品中的核酸的测试，或所述扩增步骤被该测试取代。
在某些实施方案中，所述扩增子基于标记、长度、迁移率、核苷酸序列、质量或其组合而被检测。
在某些实施方案中，所述扩增子基于光学、电化学、或磁性检测而被检测。
图1示出了本发明的一个实施方案的系统的透视图；
图2示出了本发明的系统的一个实施方案的结构的示意框图；
图3示出了本发明的盒体的一个实施方案的横截面示意图(图4中B-B)；
图4示出了图3的实施方案的俯视/横截面示意图(图3中A-A)。
图1示出了用于在包含一或多个核酸序列的样品中检测靶核苷酸序列的存在、不存在和/或量的系统的一个实施方案，用参考数字1指示。所述系统包含具有外罩3(部分打开)的可重复使用的仪器2。
在仪器2中有凹进部4。可更换的盒体5被可移动地置于这个凹进部4。所述盒体5可以重复使用、循环使用或一次性丢弃。
为了使检测成为可能，所述盒体5包含用于导入样品的导入装置、用于分离DNA的分离装置、用于扩增DNA的扩增装置、以及用于检测扩增的DNA的检测装置。所述导入装置、分离装置、扩增装置和/或检测装置可置于所述盒体上和/或在所述可重复使用的仪器内。一般而言，优选地在仪器2中放置系统1的通常不与样品接触的全部部件。样品在整个检测过程中置于作为盒体工作的盒体内。
下文描述了放置所述导入装置、分离装置、扩增装置和/或检测装置的一个优选的实施方案。然而，其他实施方案也是可能的。
仪器2包含控制单元7以自动控制检测过程的不同步骤，如下文所述。
进一步地，所述仪器2包含一或多个驱动设备以驱动盒体中放置的不同元件。这些驱动设备可包含一或多个泵装置驱动设备以驱动一或多个用于泵液体的泵装置、一或多个阀门驱动设备以驱动盒体内置于液体通道内的一或多个阀门，以及其他驱动设备例如机械驱动设备以提供例如盒体的一或多个部件的旋转或平移运动。
在所述仪器中有检测设备，其可检测DNA的存在、不存在和/或量。为此目的，DNA可置于盒体上设置的检测腔内。所述检测设备可基于本领域已知的光学、电化学或磁性原理工作。任何其他合适的检测方法也可以应用。
所述仪器可进一步包含数据收集设备和数据处理设备以分别收集得自检测设备的数据并处理这些数据。
仪器2包含载体6以支持盒体5。所述载体6可以在一个较低位置(载体示于此位置)和一个较高位置之间的垂直方向移动。在所述较低位置，盒体5可被放置在载体6上或自载体6上取走。所述较高位置是工作位置，盒体5在检测过程中置于此位置。在这个较高位置，所述盒体被夹在载体6和盒体上放置的多个设备之间，所述设备例如泵装置、阀门、机械装置，并且一个检测腔可以与置于仪器2内的相应设备例如泵装置、阀门和其他机械驱动设备、以及检测设备协同工作。
在另一个实施方案中，包含相应设备的仪器2的一个部件能够朝向或者远离置于仪器2中的盒体移动也是可以的。
在图2中示出示意框图，其中示出了使用本发明的方法的检测过程的不同处理步骤。此图用于解释盒体5的主要结构以及仪器2和盒体5之间的关系。
在第一步中(“样品插入”)中，样品被导入盒体5中。为此目的，盒体5包含一个导入设备，通过其可以将样品导入盒体5中。所述导入设备可以例如是任何用于将样品从注射器或移液器等中导入的合适设备，并且可以包含容纳或盛放设备、单向入口阀门、隔离件、滤器、以及溢流管。样品导入之后，这个样品可以被引导至导入腔。
在第二步中(“裂解”)中，处理样品以将样品中的任何核酸提供为其可被从所述样品中分离的形式。这个裂解步骤典型地包括裂解细胞从而破裂细胞膜和/或核膜以释放其中含有的核酸。所述裂解步骤在裂解腔中进行，所述裂解腔是裂解设备的一部分。针对样品，这个裂解腔与导入设备通过例如液体通道的方式存在液体交流。可以存在泵装置以将样品从导入腔泵至裂解腔。
在优选的实施方案中，所述导入腔和裂解腔是同一个腔。
在一个实施方案中，所述裂解设备包含物理或机械操作装置以进行所述裂解步骤。在另一个实施方案中，或同一实施方案中，(也)可以应用化学方法裂解样品中的细胞，例如裂解缓冲液。所述裂解缓冲液可以在使用之前贮存于一个分离的裂解缓冲液容器中，所述容器与裂解腔存在液体交流。可以在连接裂解缓冲液容器和裂解腔的液体通道中设置一个阀门，优选单向阀门。
可以设置混和装置以混和样品和裂解缓冲液。这些混和装置可由所述仪器驱动。
裂解以及可能的混和在仪器2的控制单元的控制下进行。阀门和泵装置由设置在仪器2中的阀门和泵装置驱动设备驱动。
可以将裂解步骤中产生的任何废弃液体丢弃至例如在盒体中存在的废物收集设备中。所述废物收集设备可作为废物腔设置，与裂解腔存在液体交流。
在第三步中(“富集”)中，设置在盒体中的富集设备使得DNA从裂解的样品中分离。为此目的，所述富集设备可设置有用于分离DNA的设备，例如磁性颗粒。
所述富集步骤在富集腔中进行，所述富集腔与裂解腔存在液体交流。在裂解腔和富集腔之间的液体通道中，设置一个阀门以使得可以仅当需要时可以有通过所述液体通道的液流。所述阀门可以由仪器中的阀门驱动装置驱动。
在本实施方案中，本发明的DNA或RNA被吸附在磁性颗粒上。被吸附的核酸物质可进行一次或多次漂洗、脱水和/或纯化步骤以除去任何不需要的物质例如样品中含有的生物物质的残留物和非DNA和/或RNA的其他样品成分。这个漂洗和纯化步骤在图2中示出为第四步“漂洗和纯化”。然而，所述“漂洗和纯化”步骤也可视为所述“富集”步骤的一部分。当被吸附的DNA或RNA达到所希望的纯度时，可以将其解除吸附或从所述磁性颗粒上洗脱。所述漂洗和纯化步骤在漂洗腔内进行。在本实施方案中，这个漂洗腔与富集腔是同一个腔。然而，在其他实施方案中，也可以是分离的腔。
盒体5中设置一或多个漂洗缓冲液和洗脱缓冲液容器以分别容纳漂洗缓冲液和洗脱缓冲液。每一个漂洗缓冲液和洗脱缓冲液容器都与漂洗腔存在液体交流，同样地，提供这种液体交流的每一个液体通道都设置一个阀门，优选单向阀门。可以设置相似的容器用于所述富集步骤即分离DNA或RNA必需的任何其他试剂。
富集设备的阀门由仪器中2的阀门驱动设备驱动，并且可以置于控制单元7的控制之下。
在另一个实施方案中，所述富集设备也可设置有液体的物理或机械操纵装置以混和、分开及分离DNA或RNA。所述物理或机械操纵装置可由仪器中2的驱动设备驱动，并且可以置于所述仪器的控制单元7的控制之下。
可以将富集步骤中产生的任何废弃产物如使用过的缓冲液、漂洗液等等引导至废物收集设备。所述废物收集设备是所述盒体的一部分，可与在裂解设备中描述的废物收集装置是同一个。或者裂解步骤和富集步骤中的废物收集装置针对每个不同的目的或体积可以是分离的。
在第五步中(“预扩增”)中，待分析的DNA或RNA的总量可以通过使用预扩增设备提高。对得自分离步骤的DNA或RNA进行预扩增步骤可以提高DNA的总量。特别是在对分离的DNA进行多个检测的多元分析情况下，这对于例如在一个样品中同时检测多个病原体的存在、不存在或量是有利的。
预扩增设备包含一个在其中进行预扩增的预扩增腔。所述预扩增腔可与富集腔和/或漂洗腔是同一个腔或者是不同的腔。所述预扩增设备置于控制单元7的控制之下。
在所述预扩增设备中，分离并纯化的DNA或RNA可用例如一种预扩增缓冲液进行预处理，并且在全基因组扩增的情况下，用酶和DNTP预处理。在使用之前，所述预扩增缓冲液贮存在一个缓冲液容器中，所述容器与前一个处理腔例如漂洗腔存在液体交流。提供所述液体交流的液体通道中可以有一个阀门。
所述预扩增设备可与废物收集设备连接以丢弃废物。
在第六步中(“扩增”)中，任选地经过如本文其他地方所描述的预处理的被分离的DNA被置于扩增设备中进行扩增处理。所述扩增处理包括将被分离的DNA与一组特异于靶核酸的PCR引物、PCR酶例如一或多种聚合酶以及dNTP接触。
为此目的，所述扩增设备包含多个扩增腔。所述多个扩增腔使得被分离或预扩增的DNA或RNA可以被分为几份分配在所述腔中。在每一个腔中，可以使用不同引物组进行扩增步骤。以这种方式，可以在多元分析中对一个样品分析其中不同靶核酸的存在、不存在或量。在多元分析的情况下，每一个靶核酸的引物组可设有一个可检测的不同标记，即具有不同的荧光谱。
所述盒体也可以包含试剂容器以贮存用于扩增被分离的DNA的试剂例如酶、DNTP等等。
在最后一步(“检测”)中，被扩增的DNA或RNA，优选地掺入到扩增产物中的标记被检测。为此目的，系统1包含检测设备。所述检测设备包含置于盒体5中的检测腔。所述检测设备的其他部件可置于如前文所述的可重复使用的仪器2中。所述检测腔与一或多个扩增腔存在液体交流以从所述一或多个扩增腔中同时或顺序导出DNA或RNA。在连接检测腔与所述一或多个扩增腔的液体通道中可以设置阀门。
所述检测设备可置于控制单元7的控制之下。所述检测设备可以基于标记、长度、迁移率、核苷酸序列、质量或其组合而进行检测。在某些实施方案中，检测设备可基于光学、电化学、磁性或迁移率(凝胶电泳)进行检测。理论上，本领域已知的任何合适的检测设备都可以应用。
检测到的信息可由数据收集装置收集并由数据处理装置处理以得出例如某些诊断。
在所述盒体内部的所有液体流动可通过盒体内的泵装置获得。所述泵装置可基于压缩或扩张盒体内的空间工作，所述空间特别是各个处理腔即导入腔、裂解腔、预扩增腔、漂洗及纯化腔、扩增腔和检测腔、以及各个试剂容器之间的空间。这些泵装置也可以是任何其他合适的类型。
所述盒体中的泵装置由仪器2中的泵装置驱动设备驱动。这些泵装置驱动设备置于控制单元7的控制之下。
在不同处理腔即导入腔、裂解腔、预扩增腔、漂洗及纯化腔、扩增腔和检测腔、以及各个试剂容器之间的液体路径或通道内，可以设置阀门以仅当需要时允许有液流。由于多数液体仅单向通过所述液体通道，所以所述阀门优选单向阀门。
所述阀门可由优选地设置在仪器2内的阀门驱动设备驱动。
上文描述的所有步骤可置于控制单元7的控制之下。
图3和图4更详细地示出了所述盒体的一个实施方案，以参考数10指示，上文描述的方法可在其中进行。所述盒体包含具有多个处理腔的通用部件11，以及下文将要描述的液体处理系统。
盒体10的不同部件在下文中将以当进行用于在包含一或多个核酸序列的样品中检测靶核苷酸序列的存在、不存在和/或量的检测方法时它们的使用顺序进行描述。
盒体10中包含的第一个应用特异性部件是预裂解设备12。所述预裂解设备12被设置为将样品处理为可被盒体10处理的某种状态。
例如所述样品可能以固体状态提供，例如干燥血液，然而所述盒体被设计为处理处于液体状态的样品。在这种情况下，所述样品在其能够在所述盒体中被处理之前必须转变为液体状态。这种处理可以通过在预裂解设备12中提供处于合适培养基中的合适的酶进行。本领域已知这些处理，例如胰蛋白酶处理。通过设置可与通用部件11连接的预裂解设备，可以将样品处理至所需要的状态而无需将所述样品在处理后转移，从而避免任何污染的可能。将样品处理至所需要的状态可以在将所述预裂解设备与所述通用部件11连接之前或之后进行。
当无需对样品进行任何处理时，即样品已经处于可以由所述盒体进行处理的状态时，所述预裂解设备也可以视为样品导入设备。然后所述样品导入设备被用于将样品导入至所述盒体内而无需冒任何污染的风险，因为所述样品导入设备被设计为与通用部件11相连以用于将样品导入盒体10中。
当样品被导入所述盒体10中时，其可被泵至裂解腔13。盒体10的通用部件11包含液体处理装置，包括泵和阀门以将样品泵至不同的处理腔。一般说来，所述通用部件11包含两个主要零件14和15，它们彼此倚靠，中间插入可变形膜16。所述两个主要零件14和15包含多个凹进部，可与所述可变形膜16共同构成泵腔、阀门、液体通道、液体贮存处等等。
在图中示出的盒体中，样品主要在所述可变形膜上，而泵17和阀门18主要从所述可变形膜16的底侧被驱动。可通过移动所述可变形膜以增加或减少腔内的空间而分别将液体泵进或泵出所述腔。所述可变形膜可例如通过将空气或液体导入进所述可变形膜16和零件15之间的空间而移动。所述空气或液体可通过通道19被导入。其他泵腔可以相应的方式被用作泵腔。也可以使用用于移动所述可变形膜的其他装置例如机械驱动器。所述阀门可由空气或液体压力、机械驱动或任何其他合适的驱动设备驱动。所述可变形膜16相对零件14的移动也可用于打开或关闭阀门座，由此例如在阀门的关闭位置，所述可变形膜16倚靠住零件14的通道端。
就其本身而言，具有泵17和阀门18以如所描述的处理液体的类型的基于盒体的系统在之前已经被公开，但并非用于本发明的目的。参考例如但不限于US 6156270、USD 37164、USD 351913、US6382923、US 6663359、US 6416293、US 4865584和US 4479760。
在裂解腔13中，样品如上述参考图2步骤2中所描述的被裂解。设置裂解贮存室20以在被泵进裂解腔之前贮存裂解缓冲液。
在裂解步骤之后，样品可被泵进第二个处理腔21中，在这里样品可根据上述步骤3富集并根据上述步骤4漂洗并纯化。设置液体贮存室22以贮存在漂洗和纯化步骤中可能使用的不同的漂洗和纯化缓冲液。这些液体贮存室22通过阀门与第二个处理腔21存在液体交流。
在可能的预扩增(如图2步骤6中所描述的)(也可在第二个处理腔21或腔23中进行)之后，样品可被导入PCR体24中。
所述PCR体24是所述盒体的第二个应用特异性部件。所述PCR体24是环形、盘状的，与通用部件11通过卡扣配合连接(click-fitconnection)25相连。
所述PCR体25包含六个热循环腔26，因此对样品可以同时进行六个PCR处理。这种PCR扩增处理在本文中如图2中步骤6所描述。每一个热循环腔26中有至少一个特异性引物。
所述PCR体25可选自一组不同类型的PCR体，所述PCR体中每一个包含一组不同的引物、不同数目的腔和/或不同大小或几何形状的腔。例如包含引物的所述PCR体可基于待检测的细菌/抗性组选择，所述选择可特异性针对一种独特的测试或独特的地区，例如欧洲、亚洲或非洲。
所述引物例如通过喷墨打印方法被点样在所述热循环腔的壁上，从而在PCR体的保存过程中，不需要采用特殊措施避免引物流出所述PCR体，这例如当使用液体状态的引物时是可能发生的情况。在这种情况下可以使用密封装置或分别密封的腔以在使用前容纳引物和任何其他应用特异性液体。
在扩增步骤之后，被扩增的DNA或RNA以及优选地掺入到扩增产物中的标记被泵至检测设备27。所述检测设备或其至少一部分是盒体10的第三个应用特异性部件，其是一个分离的部件并可连接至所述通用部件11。在示出的实施方案中，所述检测设备通过卡扣配合连接连接至所述通用部件11。
基于检测方法和/或检测装置的类型(如本申请所描述的；特别是图2步骤6所述的)，可从一系列针对每一种不同检测方法特殊设计的不同的应用特异性检测设备中选出一个检测设备。
在一些情况下，在盒体11中使用的检测设备的类型取决于用于扩增过程的PCR体的类型。这时对PCR体的选择则自动产生对检测设备的选择。
所述通用部件11和应用特异性部件设置有鉴别设备，因此在组装所述通用部件和应用特异性部件后可以检查是否组合正确。可以使用更先进的鉴别系统，例如包含可以被自动检查的鉴别标签的RF-标签，甚至可以追踪历史。所述检查和历史追踪可以由所述可以重复使用的仪器的控制单元控制，作为在所述盒体中处理样品的程序中的一个步骤。
本发明的具有一个通用部件和一或多个应用特异性部件的盒体的另一个构造上的优点是在所述通用部件和每一个应用特异性部件之间的连接可以很容易地制成气密性的，从而在所述盒体中使用样品和其他液体的整个空间可以封闭于外部环境。通过这种方式，避免了在将样品导入至所述盒体以及进行处理的过程中样品的污染，并且由于样品处于一个具有其自身内部压力的封闭环境，所述样品的处理可以不依赖于环境的气压而进行，同时也不依赖于其他环境条件例如湿度。这使得更加可靠的处理样品成为可能。
可以预期本发明的盒体可以包含上述描述中给出的应用特异性部件之外的其他应用特异性部件。在所述盒体中的此类其他独立的应用特异性部件的应用视为也落入本发明的范围内。这些应用特异性部件的实例可以包括含有用于特定应用的液体例如酶、试剂、以及其他化学物质的液体容器、用于特定应用的具有不同几何形状或大小的混和设备和其他机械操纵设备，以及其他。
本发明也可用于所述盒体的特定部件，如果所述部件需要预处理或需要保持在某个所述盒体的其他部件不希望或不需要的温度下。例如，提供可用于预处理或保存在一个不同的地点并且可以接下来在使用前与所述盒体的通用部件连接的一个独立的液体容器可能是非常有用的，因为避免了那个部件特别是其中的液体被污染的风险，因为所述液体不需要在开放环境下从一个容器中转移至所述盒体。
这种独立部件的应用在本发明的意义中被认为是应用特异性的，即使同一个部件被用于多个不同的应用。这种独立部件的一个实例是用于所谓的PCR主混和物(master mix)的独立的液体容器，所述主混和物需要在用于所述盒体之前保存在低温下。仅在所述盒体被导入至所述可重复使用的仪器之前，将所述独立液体容器与所述盒体的通用部件例如通过卡扣配合连接进行连接。

Claims (17)

1.一种用于在包含一个或多个核酸序列的样品中检测靶核苷酸序列的存在、不存在和/或量的盒体，特征在于所述盒体包含一个通用部件以及一或多个分离的应用特异性部件，所述应用特异性部件可以连接至所述通用部件。
2.权利要求1的盒体，其中所述一或多个特异性部件中的一个是具有一或多个热循环腔的PCR体并含有多个引物。
3.权利要求2的盒体，其中在所述一或多个热循环腔中的每一个内放置至少一个引物。
4.权利要求2或3的盒体，其中所述多个引物中的至少一个被点样在所述PCR体上。
5.权利要求2-4任一项的盒体，其中所述PCR体是盘状的。
6.权利要求2-5任一项的盒体，其中所述PCR体包含一或多个热质。
7.权利要求1-6任一项的盒体，其中所述一或多个应用特异性部件中的一个是检测设备。
8.权利要求2和7任一项的盒体，其中所述检测设备基于所述PCR体中的引物而选择。
9.前述权利要求中任一项的盒体，其中所述一或多个应用特异性部件中的一个是样品导入设备，其设置为将样品制备为一种特定状态。
10.权利要求9的盒体，其中所述样品导入设备是一个预裂解设备，其设置为将样品制备为一种特定状态。
11.前述权利要求中任一项的盒体，其中所述一或多个应用特异性部件中的至少一个与主体可通过卡扣配合连接进行连接。
12.前述权利要求中任一项的盒体，其中所述通用部件和所述一或多个应用特异性部件中用于容纳样品或其部分的每一个空间是气密性的。
13.前述权利要求中任一项的盒体，其中所述一或多个应用特异性部件中的至少一个设置有鉴别设备。
14.权利要求12的盒体，其中所述一或多个应用特异性部件和所述通用部件中的每一个都设置有鉴别设备。
15.用于在包含一个或多个核酸序列的样品中检测一种靶核苷酸序列的存在、不存在和/或量的系统，所述系统包含一个可重复使用的仪器，其中设置所述仪器以容纳一个前述权利要求中任一项的盒体并控制检测在所述盒体中的样品中一种靶核苷酸序列的存在、不存在和/或量的过程。
16.一种用于在包含一或多个核酸序列的样品中检测靶核苷酸序列的存在、不存在和/或量的方法，其中所述方法包括下列步骤：
-提供得自一个生物体的样品；
-进行从所述样品中分离核酸序列的步骤；
-进行扩增(部分)所述核酸序列的步骤从而提供扩增子；
-检测相应于样品中的核酸序列中的靶核苷酸序列的扩增子的存在、不存在和/或量，
特征在于所述方法在权利要求1-14任一项的盒体中进行。
17.权利要求16的方法，其中所述方法进一步包括选择一或多个应用特异性部件以及将所述应用特异性部件设置在所述盒体的通用部件上。
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