CN101611302B - 收集和触发释放生物样品的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种收集生物样品的系统，其包括具有至少一个开口端的容器、安装在所述至少一个开口端之上或之中的封闭件、连接于所述封闭件的握持件和沉积有所述生物样品的固体基质，以及任选的至少一种加工助剂，其中通过改变所述基质环境的至少一种物理化学性质，在不破坏所述基质上沉积的所述生物样品中包含的生物分子的情况下，所述固体基质至少部分转化为液态或溶解状态。

Description

收集和触发释放生物样品的装置
技术领域
本发明涉及收集生物样品的系统、收集生物样品的方法、成套工具和沉积生物样品的固体基质。
背景技术
长期以来，在疾病的诊断和治疗、食品和环境分析以及法医研究中，特别是使用组织学和病理学技术进行分析时，生物材料的分析极为重要。近年来技术进展通过简化核酸和蛋白质的分析扩展了这些研究的范围，从而开启了更多的可能性。例如，可通过分析细胞中的RNA，特别是信使RNA(mRNA)直接测定基因活性。通过现代分子生物学方法，例如实时逆转录酶聚合酶链反应(实时RT-PCR)或基因表达芯片分析对细胞内转录模板(mRNA模板)进行的定量分析能够鉴定(例如)不正确表达的基因，以便检测，例如，代谢疾病、感染或癌症的存在。通过分子生物学方法，例如PCR(聚合酶链反应)、RFLP(限制性内切酶片段长度多态性)、ALFP(扩增片段长度多态性)或测序分析细胞的DNA能够，例如，检测遗传缺陷或测定HLA(人白细胞抗原)类型以及其他遗传标记物。也将基因组DNA和RNA的分析用作感染物，例如病毒、细菌等的直接证据。
因为能够分析生物样品的某些组分，例如核酸或蛋白质的优点为人所知，并且分析本身变得更加准确且更容易获得，所以这类分析已成为重要的常用工具，不仅可用于医学和兽医专业，而且可用于广泛的其它领域，例如法医材料、药品和中间体、食品和环境材料的分析。在许多这些领域，维持样品的分子结构的完整性很重要。
目前收集、处理和/或运输生物样品，例如血液、唾液或细胞的方法采用固态基质，例如基于纤维素或棉花的纸张或拭子，其组成和大小明显不同。
对于口颊或阴道涂片，常常使用具有纤维素、棉花或聚合物纤维制成的头部的拭子。例如，具有由棉花或合成纤维制成的头部的拭子和具有可弹射纸质头部的拭子可由各种商业供应商获得。用这类拭子采集生物样品后，通常干燥该拭子，以干燥形式储存和运输，或在含有营养物、抗生素或其它防腐剂的介质中储存或运输。
为了从拭子回收生物样品，通常需要从拭子支持材料上洗下样品。常常通过使拭子接触裂解试剂来洗下样品，而这一步骤通常效率较低、不完全且较烦琐。为了最大程度提高回收的样品量，需要首先将拭子头部的支持材料与杆分离开。根据拭子的类型，可通过手工，剪刀剪切、手术刀或剃须刀剪切，或通过弯曲或弹射来完成分离。涉及剪切的分离过程需要彻底清洁和灭菌剪切装置，或每次使用后丢弃，以避免交叉污染。交叉污染是所有分析方法的共同问题，但对于准备分析核酸的样品，尤其是用扩增方法如聚合酶链反应(PCR)分析时，该问题尤为突出。在最坏的情况下，交叉污染可能导致分析结果失真，甚至完全错误。剪切过程也会对操作者产生很大的伤害风险，这可能导致外来的、可能具感染性的物质的进入。
通过弯曲或按压拭子杆使拭子头部与杆分离的可弹射拭子是一种昂贵的替代方式。
两种拭子类型的共同之处是，携带生物材料的分离的拭子头部在与拭子杆分离后一定要保留在样品试管中。然后，分离的拭子头部吸收运输和/或储存溶液，这会降低试管中可及液体的体积，并妨碍用最少的液体有效回收样品。由于常常只关心很少量，例如纳克级的样品，所以希望尽可能避免样品的任何损失或过度稀释。
其它生物样品如血液通常用经过处理或未经处理的纸张或卡片采集并储存。处理的纸张通常用灭活病原体以及防止微生物生长和DNA降解的几种不同物质处理。为了分离目标生物分子，需要由携带干燥样品材料的纸张打孔获得较小的纸张或卡片部分。该过程需要每次打孔操作后对打孔装置进行清洁和灭菌，以避免交叉污染。可获得一次性打孔装置，但其较为烦琐且价格昂贵。此外，打孔纸张重量较小以及静电和正常空气运动使得难以处理打孔纸张并将其转移至样品制备容器的底部。
而且，为了提高目标生物分子的产率，需要将支持材料切成小块，然后将其引入回收生物样品的过程。剪切过程烦琐且难以自动化，产生另一可能的交叉污染来源并具有给操作者造成伤害的风险。不剪切支持材料导致回收生物样品的产率降低以及下游应用如样品分析的灵敏度受损。
将固体基质转移到回收试剂，通常是裂解试剂中后，通常由固体支持物洗脱目标生物分子。由固体基质洗脱目标生物分子效率低、烦琐且倾向于导致一部分生物分子保留在固体基质上。可通过化学方法、物理方法或酶学方法或其组合进行洗脱。进一步分离目标生物分子时，需要分离固体基质与含有该生物分子的液体。通过吸出液体或去除固体基质完成此操作。除非采用大量溶剂，这两种过程效率低，并可能导致样品材料的损失。它们也难以自动化，因为固体基质可干扰液体操作系统。也难以设计能够从容器中可靠地取出血液斑点或拭子的自动化系统。另一个问题是保持俘获在固体基质中的液体的量。由于这些液体包含目标生物分子，所以随着固体基质的去除会降低产率和灵敏度。
血液卡片或拭子，例如具有纤维素、棉花、涤纶(
Figure G200780048693XD00031
)或其它聚合纤维制成的头部的拭子形式的许多不同的固体基质已知且可购得。也有几种回收和纯化方法可供选择。然而，缺少收集、储存、稳定和纯化生物样品的标准方法和系统。这使得必须进行许多优化工作，以便优化给定组合的支持材料和样品制备方法的产率和性能。
WO 01/60517记载用接受样品，优选血液的容器盛放血样的方法，容器中含有稳定核酸的溶液和能够结合核酸的固相。将样品转移到容器中后，需要通过重复洗涤从固相上取出样品。而且，收集样品需要使用导管将液体样品从来源转移到置于低压下的容器中。这阻碍了使用该容器盛放少量样品，例如手指针刺采血或婴儿脚跟针刺采血的样品，以及不容易通过导管转移的样品，或者只是给样品供者带来些许不适的样品，如唾液、尿液或脑脊液。该容器也不适合固体或半固体样品，因为在固相存在下固体或半固体样品不能与稳定溶液充分混合。
EP 819 696 A2记载了一种由生物样品分离核酸的方法，并提出与样品和离液剂混合的结合核酸的固相，优选二氧化硅的应用。该方法需要大量洗涤、干燥和洗脱步骤，以便首先从溶液中分离固相和与其结合的核酸，然后由固相分离核酸。而且，过多的二氧化硅可能是饱和的，造成超过给定量的二氧化硅，但超过给定量的二氧化硅无法由样品进一步获得样品。
WO 02/072870 A2记载了储存遗传物质的方法和装置。该装置的头部由吸附遗传物质的固体基质和保护遗传物质免于降解的保存结构组成。然而，该装置仅可用于液体样品。而且，必须将固体基质切成较小的部分才能对遗传物质进行分析，这会导致遗传物质的损失和操作者风险。
US 2006/0099567和US 2005/0276728提出生物材料的储存装置，其包括包被样品平板的样品孔的可溶解或可分离的基质材料。干燥与样品一起包被的基质材料，然后再水化以回收样品。所提出的系统特别可用于高通量系统。然而，首先用常规技术采集生物样品，这样，所提出的系统无法解决上面提出的与由收集装置收集样品和回收样品相关的问题。此外，这些文献没有提供有关具有能够在离液盐存在下溶解基质材料的装置的样品系统的益处。
本发明的一个目的是克服现有技术已知的缺点。
本发明的另一个目的是与本领域已知的样品回收相比，由用于收集样品的装置更简单和更快地收集和回收生物样品。
本发明的另一个目的是在由用于收集样品的装置回收生物样品时，在无须使用大量溶剂的情况下，减少生物材料的损失。
本发明的另一个目的是在由收集装置回收生物样品时避免使用剪切和/或打孔装置。
本发明的另一个目的是提供可应用于各种不同类型的生物样品的收集和处理生物样品的系统。
本发明的另一个目的是提供与自动化过程相容的收集和处理生物样品的系统。
本发明的另一个目的是提供集成的采样或收集和储存装置，以及使用或进一步加工这类集成装置的方法。
本发明的另一个目的是提供在基本不破坏所述生物样品中所含生物分子的情况下溶解或液化采样装置的方法。
本发明的另一个目的是提供一种溶解或液化采样装置的方法，该方法在基本不破坏所述生物样品中所含生物分子的情况下，改变水分子与所述生物样品中所含生物分子的相互作用。
发明概述
本发明通过收集生物样品的系统对解决由现有技术引起的问题和至少部分克服其缺点作出贡献，所述系统包括：
具有至少一个开口端的容器，
装在所述至少一个开口端之上或之中的封闭件，
连接于所述封闭件的握持件，和
沉积所述生物样品的固体基质，
其中，在至少一种离液剂和任选的至少一种高离子强度物质存在下，通过改变所述基质环境的至少一种物理化学性质，在基本不破坏所述生物样品中所含生物分子的情况下，所述固体基质的材料至少可部分转化成液态或溶解状态。优选地，所述固体基质能够用于直接收集所述生物样品。
发明详述
生物样品可以是由任何生物来源直接收集的样品，优选为任何人、动物和植物材料的生物样品。本发明生物样品通常包括但不限于：不含细胞和包含细胞的样品材料，血浆，体液如血液、痰液、唾液、尿液、脑脊液、精液、血清和细胞，白细胞组分，血沉棕黄层(crusta phlogistica)(暗黄层)，粪便，拭子，吸出物，任何类型的组织样品，组织片段和器官，疫苗，包含游离或结合的核酸或含核酸细胞的食品或环境样品，植物，植物提取物和植物部分，细菌，病毒，酵母和其它真菌或其提取物，其它真核生物和原核生物等等，特别是所有可能的组织样品、组织片段、器官、完整生物体和单个细胞。优选的生物样品包括生物材料，例如任何体液，如血液、唾液、尿液、精液、痰液或脑脊液，上皮细胞，涂片，细菌，病毒，疫苗，细针吸出物，生物活检样品，法医样品，分离细胞，真菌或者真菌的一部分或提取物，植物或者植物的一部分或提取物。
直接收集应理解为在收集生物样品的过程中直接利用所述基质。这类应用的一个非限制性例子是与所述生物样品紧密接触，例如揩拭口腔内部粘膜等的所谓的拭子。相反，非直接收集是利用另一收集装置收集生物样品，然后通过该收集装置将生物样品安置在本发明基质上，例如由所述收集装置洗到所述基质上。这也影响基质材料的选择，必须符合特定目的。显然，选择标准是生物相容性(例如，无毒、对体液稳定、在采样条件下稳定)、适合灭菌、长期稳定性。
生物分子是生物液体中存在的有机分子，例如核酸、蛋白质、酶等，正如本领域一般技术人员所了解的那样。
在一个优选实施方式中，所述生物样品包含蛋白质和/或一种或多种核酸。本文以最广泛的含义使用术语“核酸”，其包括所有可能来源、所有长度和构型，例如双链、单链、环状、线性或分支的核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)。也包括所有亚单位和亚型，例如核苷酸单体、寡聚物、质粒、病毒和细菌核酸以及来自动物和植物细胞或者其它原核或真核生物的基因组和非基因组DNA和RNA、加工和未加工形式的信使RNA(mRNA)、转移RNA(tRNA)、核内异质RNA(hn-RNA)、核糖体RNA(rRNA)、互补DNA(cDNA)、基因组DNA(gDNA)、siRNA、miRNA以及所有其它考虑到的核酸。
水分子与所述生物样品所含生物分子的相互作用的改变应理解为降低或完全破坏水与生物分子，优选核酸的任何相互作用，例如所述生物样品所含生物分子与水分子之间形成水合物壳层或任何其它氢键结构。令人惊讶的是，已发现水分子与生物分子相互作用的所述改变不会导致本发明方法较高的产率和/或较佳的性能。优选地，通过与本发明系统一起提供的化学方式对水分子与生物分子相互作用进行所述改变，例如在试管(如真空收集管
Figure G200780048693XD00061
)内壁涂布或与固体颗粒等一起预填装化学物质如离液物质或盐(一起或单独称作离液剂)等等。也优选以液体或凝胶形式，例如预填装试管(如真空收集管
Figure G200780048693XD00062
)提供所述化学物质。
本发明所述的基本不破坏优选理解为固体基质由固态至少部分转化成溶解状态或液态时生物分子基本保持完整且不降解成其组成部分的方式。然而，它也可以是固体基质由固态至少部分转化成溶解状态或液态时，生物样品的至少一种组分基本保持完整且不降解成其组成部分的方式。
具有至少一个开口端的所述容器可具有适合收集和任选地处理和/或加工的任何形状，优选能够改变水分子与所述生物样品所含的生物分子的相互作用。例如，该容器可以是小瓶、试管、杯、碗、烧瓶、广口瓶或罐的形状。该容器可以是一次性容器，即只能使用一次，或者可以是可重复使用的，优选在适当清洁和灭菌后重复使用。该容器优选至少部分由塑料或玻璃等材料制成，该材料优选对本发明系统所包含的物质和材料，特别是可能接触的试剂和组合物至少呈部分呈惰性。例如，该容器的材料优选对可能用于生物分子，特别是核酸的加工、分离和/或处理，例如在所述生物样品所含的生物分子与样品本身和/或其组分之间形成水合物外壳或任何其它氢键结构的添加剂或物质至少呈部分惰性，优选可加热至，例如本发明装置的固体基质熔化的温度或灭菌温度。该容器材料也优选在由人或装置，如自动化或半自动化装置，特别是高通量装置操作的常规应用中，包括可能的加热、冷却、冷冻、灭菌、运输、储存或其它操作中不可降解。需要时，该容器也可能由可重复使用，优选在适当洗涤和/或灭菌后可重复使用的材料制成。
也考虑到，该容器的材料包含有助于保存生物样品稳定的物质，如抗微生物剂、杀真菌剂或抑制需要稳定的样品或其组分降解的抑制剂，如RNA酶抑制剂，这些物质能够在与液体或生物样品或二者接触后释放。
该容器配有封闭件，装在至少一个开口端之上或之中，以便至少部分封闭该容器。可能的封闭件的例子是本领域技术人员熟知的，可以是，例如，帽、螺旋封闭件、盖等。封闭件可以是一次性的或可重复使用的。
握持件连接于封闭件，优选在封闭件装在容器的至少一个开口末端之上或之中时，使握持件延伸至容器中。优选的是，本发明至少一种固体基质，或本发明的固体基质和握持件可与封闭件分离。本发明握持件也可能永久地连接于封闭件，每次使用时将新的固体基质重新施用于该握持件。本发明握持件可为柔性或刚性，优选为刚性。本发明所述的刚性应理解为，也可存在某种程度的柔性，使得可能通过施加轻微的力，例如由使用该装置的人施加轻微的力，该握持件以较小程度折曲或弯曲，但不再施力时该握持件基本回复并保持其原始形状。
本发明优选的是，握持件是具有尖端、小杯、纸卡或薄片的杆状，优选具有尖端的杆状。本发明握持件优选不是包含一个或多个样品孔的样品板的形式。
如果握持件是具有尖端的杆状，则固体基质可通过任何元件或以本领域技术人员认为合适的任何方式连接于握持件。本发明优选的是，握持件以非机械可分离方式，通过尖端装置连接于固体基质。术语“非机械可分离”指握持件可通过非机械要素，例如改变物理化学性质与固体基质分离开。然而，也不排除机械要素，例如牵拉、扭转、切割、冲压或弯曲作为将固体基质与握持件至少部分分离的替代方式或第二种方式。
考虑到握持件可包括局部加热或冷却固体基质的装置，例如通过握持件延伸到固体基质区域、但不接触固体基质，并运送(例如)能够实现加热的电流或加热物质，或者冷却物质如冷却液，例如冷却液和/或致冷剂的开口件。握持件也可能包括通过握持件延伸到固体基质区域并且也在固体基质中开口的开口件。可利用该开口件加入液体，例如，使液体通过固体基质，以洗涤、冷却，或使其至少部分转化为液态或溶解状态、至少部分释放生物样品或其至少一种组分。
该握持件可以是适合其目的的任何材料，优选是不与实施或帮助固体基质由固态转化为液态的试剂发生反应的材料。还优选，握持件的一种或多种材料不吸收包含生物样品的液体或溶液。握持件的优选材料是塑料，如聚丙烯、聚乙烯或聚氨酯、金属、木材、卡片或经处理以防止其吸收包含生物样品的液态或溶解状态的固体基质材料的卡片。
沉积生物样品的固体基质可具有适合生物样品收集的任何形式或形状。在本发明装置的优选实施方式中，该固体基质是圆形或拉长的球、球泡(bulb)、网、棒、织物球泡、纸张、卡片、颗粒、珠、杆、塞或滤器的形式。
本发明包含握持件和固体基质的组件可以是本领域技术人员认为合适的任何形状。本发明特别优选的是，由握持件支撑固体基质，本发明包含握持件和固体基质的组件为杆状。本发明所述的杆状应理解为延长形状，例如可以是基本呈圆柱形的延长形状，杆的直径不一定在整个长度上一致。包括握持件和固体基质的杆状组件优选包括较短的第一部分和比第一部分长的第二部分，第一部分的平均直径优选大于第二部分的平均直径。第二部分的直径优选为0.1mm(毫米)-10mm，更优选0.5mm-8mm，更优选1mm-5mm，更优选1.5mm-4mm，最优选2mm-4mm。第一部分的平均直径优选大于第二部分的直径，其比例因子是1.5-20，优选2-15，更优选2-12，更优选2-10。在本发明的优选方面，该组件的第二部分是握持件，该组件的第一部分是固体基质。
在优选实施方式中，本发明包括握持件和固体基质的组件为拭子、纸张或卡片形式。拭子可以是，例如，口颊、鼻、咽、眼、子宫颈、肛门、泄殖腔或其它拭子。
在本发明系统中，优选在至少一种离液剂存在下，基质环境的至少一种物理化学性质改变时，沉积有生物样品的固体基质的材料可由固态至少部分转化为溶解状态或液态，以便在基本不破坏基质上沉积的生物分子的情况下至少部分释放收集的生物样品。术语“固态”应理解为固体基质的物理状态。另一方面，本发明固体基质的溶解状态或液态可以是溶液、分散体、悬浮液、乳液或熔融体的形式。本发明所用术语“至少部分可转化”应理解为，至少一部分，优选大部分，最优选所有本发明方法中的固体基质可由固态转化为溶解状态或液态。本发明优选的是，改变至少一种物理化学性质引发至少一部分，优选至少10wt.％，更优选至少50wt.％，更优选至少75wt.％，最优选完全转化为所述液态或溶解状态。由固态向溶解状态或液态的转化优选为分散、乳化、悬浮、溶解或熔化形式，优选分散、溶解或熔化形式，根据本发明优选通过改变至少一种物理化学性质进行转化。
本发明所述的基本不破坏优选理解为固体基质由固态至少部分转化成溶解状态或液态时生物样品中所含的所有生物分子基本保持完整且不降解成其组成部分的方式。然而，它也可以是固体基质由固态至少部分转化成溶解状态或液态时，生物样品的至少一种组分基本保持完整且不降解成其组成部分的方式。
经改变而导致固态基质至少部分转化为溶解状态或液态的物理化学性质包括例如，使该固体基质接触至少能部分溶解该固体基质的液体，或使该固体基质接触包含能提高或引起该固体基质转变为液态或溶解状态的至少一种组分的试剂或组合物，或对该固体基质施以一定温度或压力使其熔化。这些物理化学性质可单独起效或联合起效，或者与改变时能引起、催化或以任何方式提高固体基质向液态或溶解状态转化的其它物理化学性质联合起效。
本发明优选的是，在用于收集生物样品的收集条件下，所述固体基质应至少部分为固态、优选基本为固态、更优选完全为固态。从来源直接收集样品时这特别优选。收集条件可以是由活生物体收集样品，例如由人、动物或植物收集样品时的生理条件。生理条件通常是物理化学性质的典型条件，例如温度、pH、电解质浓度、酶或其它组分的存在等在生物体、特别是作为样品收集的生物体部分中的天然状态。因此，例如，对于健康人而言，生理温度会发生波动，但通常范围是36℃-38℃。病人的生理温度可能发生改变，例如高达44℃或低至30℃。通常认为人的生理pH是7.4。然而，不同身体部位的pH可能不同，例如胃中的pH通常为1.5-3。
固态和液态的固体基质优选在环境温度和湿度条件下能稳定储存，以尽可能防止需要特殊包装来保护该系统，并延长该系统的寿命。如果该系统需要无菌，则可使用优选保持该系统的无菌性，特别是固体基质的无菌性的任何必需的包装。
本发明特别优选的是，通过使固体基质直接接触生物样品，优选将生物样品由来源直接收集到固体基质上，从而将生物样品施加于固体基质(参见直接收集)。优选不将生物样品倾倒在本发明固体基质上。
优选在至少一种离液剂存在下，优选在携带该生物样品的固体基质的稳定、转移或储存过程的至少一个过程中，或者在加工生物样品的过程中，例如由固体基质纯化目标生物分子时，至少一种固体基质由固态转化为溶解状态或液态。生物样品不在固体基质上干燥是有利的。因此，例如，用于稳定生物样品的稳定材料，优选稳定液体形式的稳定材料本身可引发或提高固体基质的至少部分溶解以至少部分释放样品或其组分，或者可包含能够引发或提高固体基质的溶解以至少部分释放样品或其组分的物质。然后，在样品的稳定、运输、处理或储存过程中，包含生物样品的固体基质与稳定材料，优选稳定液体相接触时，可发生固体基质的至少部分溶解。
另一种可能性是，在加工生物样品的过程中，例如分离和/或制备用于分析的生物样品或其组分的过程中，或分离和/或纯化目标生物分子的过程中，应用能引起或提高固体基质的溶解的物质，它优选但不一定是液体形式。也可能在与生物样品相接触的固体基质的稳定、运输、加工和储存的至少一个步骤中提高或降低温度，优选提高温度。这会引起在基本不破坏本发明生物样品的情况下，可熔固体基质由固态至少部分转化为液态，优选至少部分释放生物样品或其组分。
在本发明系统的一个优选实施方式中，固体基质的材料至少部分可溶于至少一种溶剂中。在此实施方式中，固体基质优选部分可溶，优选完全可溶，以至少部分释放所收集的生物样品。在此实施方式中，改变所述基质环境的物理化学性质包括加入溶剂。
在本发明的一个方面，可以至少一种有机溶剂作为试剂，至少部分溶解所述固体基质。在这种情况下，所述固体基质优选是可被至少一种有机溶剂至少部分溶解的聚合物，优选为选自下组的聚合物：包含至少一个含羧酸单体的聚合物；包含至少一个含羧酸基团的单体和至少一个烯键式不饱和单体的聚合物；包含至少一个含有至少一个酸基团和至少一个烯键式不饱和基团的单体的聚合物；包含至少一个含有至少一个环系统，优选至少一个具有至少一个杂原子的环系统，优选至少一个含氧环的单体的聚合物；包含至少一个酯基的聚合物。优选聚合物的例子是可溶于异丙醇的酸性聚甲基丙烯酸酯，可溶于丙酮的乙酸邻苯二甲酸纤维素，易溶于二氯甲烷且非常易溶于丙酮的巴豆酸共聚物，如乙酸乙烯酯，易溶于90％乙醇的聚乙酸乙烯邻苯二甲酸酯，或易溶于丙酮的乙酸琥珀酸羟丙基甲基纤维素。
在本发明系统的一个方面，优选在至少一种离液剂存在下，通过提高温度，至少部分熔化所述固体基质的材料。
固体基质在收集生物样品的温度下呈固态是有利的。如果由活的人体或动物体收集样品，则优选的是，该固体基质在生理温度下呈固态，该固体基质在生理温度以上，优选超过45℃，优选45℃-95℃，优选45℃-85℃，更优选45℃-75℃，甚至更优选45℃-70℃，最优选45℃-65℃时转变为液态。优选的是，可以在不损伤或降解的情况下释放该生物样品。因此，该固体基质优选在不破坏或降解生物样品和其组分的温度下可熔化。如果由死亡的人体或动物体，或由植物、真菌、食物或环境中收集样品，则固体基质可以在较低温度下熔化，只要它在收集样品的温度下呈固态。该固体基质优选具有明确熔点，即它在很小的温度范围中，优选在小于5℃的温度范围中，更优选在小于4℃的温度范围中，甚至更优选在小于3℃的温度范围中，最优选在小于2℃的温度范围中熔化。
适合用作本发明易熔固体基质的材料是，例如，在生理温度下为固体的脂肪，例如可可脂和棕榈脂。本发明更优选的易熔固体基质是熔点高于45℃且在正常环境温度下为塑料结构的蜡。合适的蜡可以是动物蜡和/或昆虫蜡，例如蜂蜡。例如角蜡介壳虫(coccus ceriferus)产生的白蜡、来自胭脂虫(coccus lacca)的紫胶蜡、来自抹香鲸头腔和鲸脂的鲸蜡，以及来自绵羊皮脂腺的羊毛脂(羊毛蜡)。合适的植物蜡的例子是杨梅(bayberry shrub)浆果表面的杨梅蜡、来自墨西哥灌木小烛树(Euphorbia cerifera)和蜡大戟(E.antisyphilitica)的坎德里萨蜡(candelissa wax)、来自巴西棕榈叶的巴西棕榈蜡、蓖麻巴西棕榈(Castor carnauba palm)、蓖麻蜡、催化氢化的蓖麻油、西班牙草造纸副产物西班牙草蜡、日本蜡、来自火炬树(Rhus)和漆树(Toxicodendron)浆果的植物脂(非真蜡)、由希蒙得木(jojoba bush)种子压榨的霍霍巴油(鲸蜡替代品)、来自巴西羽叶棕榈的小冠巴西棕榈蜡和获自米糠的米糠蜡。矿物蜡也适合用作本发明易熔固体基质，例如纯地蜡、由褐煤和褐色煤提取的褐煤蜡、褐煤层中发现的石蜡和泥煤蜡。适合用作本发明固体基质的另一类材料是高分子量烷烃，例如石蜡，它是典型熔点为47-65℃的无臭无味的石油蜡。适合的还有合成蜡，例如基于聚乙烯的聚乙烯蜡、费-托蜡(Fischer-Tropsch wax)或化学改性的蜡-通常是酯化或皂化的蜡，取代酰胺蜡和聚合α-烯烃。其它可能的固体基质是单萜，如麝香草酚或莰烯，麝香草酚是在麝香草油中发现的、提取为具有愉悦芳香气味和强烈防腐性的白色结晶物质，熔点为48-52℃，而莰烯是熔点为51-52℃的双环单萜。另一类易熔固体基质包括糖，即与水性裂解缓冲液结合的蔗糖。另一可能的固体基质是熔点低于65℃的低熔点琼脂糖。
在本发明系统的另一实施方式中，通过加入至少一种试剂，优选在至少一种离液剂的存在下，固体基质的材料至少可部分转化成液态或溶解状态，优选可溶，优选完全可溶，以至少部分释放收集的生物样品。在这个实施方式中，改变基质环境的物理化学性质优选可包括添加溶剂和任选的至少一种选自下组的化合物：试剂、酶、酸和碱。改变环境的物理化学性质也可能包括加入选自试剂和任选的溶剂的至少一种化合物。
试剂可包括至少一种螯合剂或其盐、酶、酸和碱，任选在一种或多种液体存在下。
因此，该固体基质优选可通过以下步骤之一溶解，例如优选在至少一种离液剂存在下，与能溶解它的液体相接触，或与能够引发、催化或提高其溶解度的试剂或组合物相接触。也考虑到，例如，固体基质可与不溶解它的液体相接触，然后通过进一步接触试剂或组合物至少部分溶解。也可先使固体基质接触试剂或组合物，然后再接触液体。所述试剂或组合物可以是固体或液体形式。术语“液体形式”应理解为至少一种溶剂，或本领域技术人员认为合适的任何溶剂或溶剂混合物中的至少一种溶液，或者在所需操作温度下是液体的试剂或组合物，以及熔体。
在本发明的一个方面，优选在至少一种离液剂存在下，作为试剂的至少一种有机溶剂，至少可部分溶解固体基质。在这种情况下，该固体基质优选为聚合物，优选为选自下组的聚合物：包含至少一个含羧酸单体的聚合物；包含至少一个含羧酸基团的单体和至少一个烯键式不饱和单体的聚合物；包含至少一个含有至少一个酸基团和至少一个烯键式不饱和基团的单体的聚合物；包含至少一个含有至少一个环系统，优选至少一个具有至少一个杂原子的环系统，优选至少一个含氧环的单体的聚合物；包含至少一个酯基的聚合物。优选聚合物的例子是可溶于异丙醇的酸性聚甲基丙烯酸酯，可溶于丙酮的乙酸邻苯二甲酸纤维素，易溶于二氯甲烷且非常易溶于丙酮的巴豆酸共聚物，如乙酸乙烯酯，易溶于90％乙醇的聚乙酸乙烯邻苯二甲酸酯，或易溶于丙酮的乙酸琥珀酸羟丙基甲基纤维素。
本发明试剂可包括至少一种螯合剂或其盐。因此，在溶剂或任选的一种或多种上述液体存在下，该固体基质在至少一种螯合剂或其盐作为试剂的辅助下可至少部分转化成液态或溶解状态。适用于本发明的螯合剂至少包含2、3、4、5、6、7或8个配位位点，优选2-6，更优选4-6个结合位点。
试剂可包括至少一种离子强度剂和/或离液稳定剂，优选至少一种离液盐，它们优选为有机或无机溶剂中的溶液形式，其中优选的有机溶剂是上述用作溶剂的有机溶剂，优选的无机溶剂是水。另外，优选的是，固体基质在至少一种离液剂和任选的至少一种高离子强度溶液作为试剂的存在下至少部分转化成液体或溶解状态。溶液的离子强度I是溶液中存在的所有离子的浓度的函数。以重量摩尔浓度计，
I m = 1 2 Σ m B z B 2
其中对所有离子B求和，是离子B的电荷数。(参见例如IUPAC化学术语纲要(Compendium of Chemical Terminology)电子版，http://goldbook.iupac.org/I03180.html)。
本领域技术人员已知高离子强度溶液，这种溶液的离子强度范围是0.1-50，优选5-30，特别优选7-24。由US-5,234,809和其它相关专利获知离液剂，根据美国专利实践通过引用将这些专利纳入本文。离液剂是引起分子结构，特别是通过非共价力如氢键、盐桥和疏水作用形成的分子结构被破坏的物质。离液剂优选胍盐，特别优选异硫氰酸胍或盐酸胍。溶液，优选水溶液中优选存在至少一种离液剂，其浓度范围是0.01-15(mol/l)，优选1-6M(mol/l)，更优选2-5.9M，甚至更优选3-5.8M，最优选4-5.7M。因此，在本发明方法的这个方面，可通过与引起、催化或提高水结构破坏力的物质或组合物相接触将固体基质至少部分转化成液态或溶解状态。
本发明另一方面也考虑，通过在至少一种离液剂存在下与至少一种酶相接触，将固体基质至少部分转化成液态或溶解状态。因此，该固体基质可包含在至少一种酶存在下可以由固态至少部分转化成溶解状态或液态的至少一种材料。
该酶优选为选自下组的至少一种酶：蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶、聚糖酶、壳多糖酶、溶菌酶、脂肪酶、酯酶、果胶酶、溶果胶酶、琼脂水解酶，它们可单独使用或与至少一种其它酶、试剂、酸或碱联用。
本发明优选的是，固体基质包括肽、酯、多糖和纤维素中的至少一种和/或其中至少一种的衍生物。如果准备在至少一种酶的存在下使固体基质转化成溶解状态或液态，那么这些优选材料特别有利。它们也优选能够在至少一种其它物理化学性质改变时，溶解或至少部分转化成液态或溶解状态。优选的固体基质的例子是可由蛋白酶降解的肽键连接的物质；可通过酯酶和/或pH改变降解的酯键连接的物质材料；可由多糖降解酶如淀粉酶、壳多糖酶、纤维素酶或者其它酶或试剂降解的糖苷键连接的多醣。
本发明优选的固体基质包含或具有含有基于棉花的材料的表面。本发明“棉花”优选理解为天然的纤维素聚合物，优选为通过1-4种糖苷键连接的100-10,000个β-D-葡萄糖分子组成的多糖。本发明纤维素在水溶液中不溶，但通过将聚合物降解成β-D-葡萄糖则变得可溶。这种降解优选由纤维素酶，例如购自诺瓦公司(Novozyme)或西格玛公司(Sigma)的纤维素酶介导。
本发明优选的另一固体基质包含或具有含有基于淀粉的材料的表面。本发明所用“淀粉”优选理解为两种聚合的碳水化合物(多醣)的组合，优选为直链淀粉和支链淀粉的组合。本发明淀粉在水中不溶。它们可通过水解，优选淀粉酶催化的水解消化，裂解淀粉多糖的“α-葡萄糖”构件之间的糖苷键。然后，可进一步利用酶，如麦芽糖酶加工得到的糖。
本发明优选的另一固体基质包含或具有含有基于聚酯的材料的表面。基于聚酯的材料可通过酯酶或脂肪酶孵育而溶解。
本发明优选的另一固体基质包含或具有含有基于壳多糖或壳多糖衍生物的材料的表面。本发明“壳多糖”优选理解为，由乙酰葡糖胺单位，具体是N-乙酰-D-葡糖-2-胺以β-1，4方式连接构建的材料。壳多糖可通过溶菌酶或壳多糖酶，例如来自芽孢杆菌(Bacillus sp.)PI-7S的酶的孵育而被消化。
在本发明固体基质的另一个优选方面，它可包含或具有含有至少一种二肽、寡肽或多肽材料的表面。可通过用蛋白酶，如蛋白酶K孵育降解和溶解基于肽的材料。蛋白酶K是在脂族、芳族或疏水性氨基酸的羧基侧切割肽键的胞浆溶解性(endolytic)蛋白酶。可利用其它蛋白酶，例如胶原酶、纤溶酶、枯草杆菌蛋白酶，这取决于固体基质的基础和表面。
固体基质也可包含或具有含有至少一种果胶或其衍生物的表面。果胶优选理解为主要含有可无规乙酰化和甲基化的α-(α-(1，4)-聚半乳糖醛酸主链。可通过用果胶酶和/或溶果胶酶孵育来降解和溶解基于果胶的材料。果胶酶催化果胶和其它聚半乳糖醛酸中1-4-α-D-半乳糖苷醛酸连接(1-4-α-D-galactosiduronic linkage)的随机水解。溶果胶酶催化(1，4)-α-D-聚半乳糖醛酸甲酯的消除性切割，得到非还原端具有4-脱氧-6-O-甲基-α-D-半乳糖-4-醛酸基团的寡糖。
本发明优选的另一固体基质包含或具有含有琼脂或琼脂糖或其衍生物的表面。基于琼脂的材料可通过与琼脂水解酶(琼脂糖3-葡聚糖水解酶(3-glycanohydrolase))孵育而溶解。
按照本发明系统的另一方面，固体基质包括通过改变其环境pH，优选在至少一种离液剂和任选的至少一种高离子强度溶液存在下，可转化成溶解状态或液态的至少一种材料。优选的是，固体基质在pH不是7时，优选pH为1-6、优选2-6、更优选3-6、更优选4-6、甚至更优选5-6，或者pH为8-14、优选8-13、更优选8-12、更优选8-11、更优选8-10、甚至更优选8-9时至少部分可溶。因此，在pH不是7时至少可部分转化为可溶状态的固体基质的材料通过与借助试剂pH改变诱导和/或催化转化为固体基质的液体或溶解状态的试剂相接触，至少可部分转化为液态或溶解状态。在优选实施方式中，固体基质在酸性介质中不溶，而在中性和/或碱性介质中可溶。在另一实施方式中，固体基质在碱性介质中不溶，而在中性和/或酸性介质中可溶。在另一实施方式中，固体基质在中性或生理pH介质中不溶，而在酸性和/或碱性pH下可溶。本领域技术人员已知许多由酸或碱的存在，例如H3O+或OH-离子浓度引发的pH依赖性反应。
可以pH依赖方式转化成溶解状态或液态的合适的固体基质是，例如，在第一pH范围内稳定或基本稳定至少30秒且在不同pH范围内溶解的亚稳态材料。本发明优选的这种类型的材料是聚合物，例如已知用于药物包封或释放，优选延迟释放的聚合物。适合用作本发明固体基质的聚合物优选是含有烯键式不饱和单体，如甲基丙烯酸、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、乙酸乙烯酯及其衍生物或盐的共聚物，以及含有天然产生的聚合物，如纤维素及其衍生物或盐的共聚物。优选的是包含两种或多种上述单体的共聚物，例如包含两种或多种烯键式不饱和单体和/或其衍生物或盐的共聚物，包含两种或多种天然产生的聚合物和/或其衍生物或盐的共聚物，包含至少一种烯键式不饱和单体和/或至少一种其衍生物或盐以及至少一种天然产生的聚合物和/或至少一种其衍生物或盐的共聚物。特别优选的是摩尔比为1∶1或1∶2的甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯的共聚物，例如商品名为
Figure G200780048693XD00171
L100(释放pH为6.0)或
Figure G200780048693XD00172
S100(释放pH为7.0)的共聚物(罗门公司(GmbH))；摩尔比为1∶1的甲基丙烯酸和丙烯酸乙酯的共聚物，例如商品名为L100-55(释放pH 5.5)的聚合物(罗门公司)；乙酸琥珀酸羟丙基甲基纤维素，例如商品名为
Figure G200780048693XD00175
的释放pH依赖于链长度，例如释放pH为5.0(HPMCAS-LF)、5.5(HPMCAS-MF)或为7.0(HPMCAS-HF)的物质(SES制药公司(ShinEtsu Synthapharm))；纤维素衍生物，如乙酸邻苯二甲酸纤维素，例如商品名为
Figure G200780048693XD00176
的释放pH为6.2-6.5的纤维素衍生物(FMC公司)；比例为9∶1的乙酸乙烯酯和甲基丙烯酸的共聚物，例如商品名为
Figure G200780048693XD00177
VAC的释放pH为5.8-6.0的共聚物(BASF)；或者聚乙烯衍生物，例如聚乙酸乙烯邻苯二甲酸酯，例如商品名为
Figure G200780048693XD00178
的释放pH为4.5-5.5的物质(克罗有限公司(Colorcon Ltd.))。释放pH是所述聚合物开始溶解的pH。在释放pH下溶解不是快速过程，因此，即使释放pH低于唾液pH(pH 6-8)，也可将该材料用于拭子。pH值低于释放pH时，聚合物基本不溶。
按照本发明的另一方面，也可能发生由酸和碱催化固态基质至少部分转化成溶解状态或液态的反应。例如，如果固体基质包含酰胺和/或酯连接键，则可利用酸或碱催化酰胺、酯等的水解。而且，许多多糖，如淀粉和纤维素均不溶于水。然而，纤维素和淀粉可通过酸水解或碱水解降解成水溶性的单糖或寡糖。因此，pH由中性pH改变为酸性或碱性pH导致淀粉或纤维素的溶解。
优选通过使用合适的缓冲体系调节pH。本领域技术人员知道适合所需pH范围并且任选与生物样品相容的缓冲体系。
本发明系统，具体是包括握持件和固体基质的组件，可通过本领域技术人员认为合适的任何方法制备。一种可能的方法是首先提供任选连接于本发明封闭件的本发明握持件，随后将固体基质施加于该握持件。将固体基质施加于握持件可以是以下形式，例如将含有固体基质的溶液或液体施加于本发明握持件至少一次，然后蒸发固体基质的溶剂和/或对其进行干燥，以获得基本干燥和/或固态的，优选固态的固体基质，其中施加和/或干燥步骤可视需要任选地重复多次，例如以获得给定大小或形式的固体基质。如果固体基质是可熔固体基质，那么可以在固体基质是液体、半液体或软化和/或可成型的温度下将该固体基质施加于握持件，然后冷却至可熔固体基质是固体的温度。也可能通过支持物、模板、模型或模具中至少一种的帮助将固体基质施加于握持件，例如，以获得所需尺寸或形式的固体基质。也考虑让固体形式的固体基质与握持件相接触并与其结合。在此种情况下，首先，例如，将溶液、液体或半液体形式，或者软化和/或可成型材料形式的固体基质施加于支持物、模板、模型或模具中的至少一种。然后，通过上述方法使该固体基质基本干燥和/或形成固体形式，优选固体形式。然后，优选让固体基质和握持件互相接触，优选结合在一起，以形成本发明装置。固体基质的结合优选是物理结合，即固体基质和握持件之间没有形成化学键。然而，也考虑到在固体基质和握持件之间形成化学键，或者用粘合剂或其它结合助剂提高或促进固体基质与握持件的结合。在采用粘合剂或其它结合助剂的情况下，优先选择不与生物样品或包含生物样品的溶液或液体的任何部分发生反应或吸收所述物质的粘合剂或其它结合助剂。在这种情况下，也优选粘合剂或其它结合助剂不与将固体基质转化为液态或溶解状态的试剂发生反应，也不会阻碍固体基质转化为液态或溶解状态。
本发明系统也可能还包括至少一个元件，其在基本不破坏生物样品中的生物分子的情况下将固体基质的材料至少部分转化为液态或溶解状态。
所述将固体基质的材料由固态至少部分转化为液态或溶解状态的至少一个其它元件可包含，例如通过至少部分溶解或破坏固体基质帮助或引起生物样品至少部分释放的至少一种释放助剂，例如上述改变pH、粒子强度或温度的物质，或者包含至少一种酶或至少两种上述物质的组合。
特别优选的是，可利用本领域技术人员认为合适的至少一种上述试剂或组合物或其任意组合将固体基质转化为溶解状态或液态，它们优选在不对进一步处理产生破坏、损坏或降解或其它不利改变的情况下释放生物分子。
当然，也可能将固体基质材料至少部分转化成液态或溶解状态的任何上述方式组合在一起。因此，固体基质可通过与使其溶解的溶剂接触，与提高其溶出度，优选在温度升高或降低的情况下提高其溶出度的试剂、酶、pH调节剂或其它要素相接触中的至少一种方式得以溶解。也考虑到，例如，固体基质可与不能使其溶解的溶剂相接触，然后任选在升高或降低的温度下，通过与试剂、酶、pH调节剂或其它要素进一步接触而至少部分溶解。固体基质也可先接触试剂、酶、pH调节剂或其它要素，然后任选在升高或降低的温度下与溶剂相接触。试剂、酶、pH调节剂或其它要素可以是固体或液体形式。术语“液体形式”应理解为至少一种溶剂，或本领域技术人员认为合适的任何溶剂或溶剂混合物中的至少一种溶液，或者在所需操作温度下是液体的试剂或组合物，以及熔体。
包括以下构件的收集生物样品的系统也能进一步实现上述目的：
具有至少一个开口端的容器，
装在所述至少一个开口端之上或之中的封闭件，
连接于所述封闭件的握持件，和
沉积所述生物样品的固体基质，和
至少一种加工助剂，
其中优选在至少一种离液剂和任选的至少一种高离子强度物质存在下，通过改变所述基质环境的至少一种物理化学性质，在不破坏所述基质上沉积的生物样品的情况下，所述固体基质的材料至少可部分转化成液态或溶解状态。
关于生物样品、容器、封闭件、握持件和固体基质的详细描述参见上文中给出的容器、封闭件、握持件和固体基质的说明。
本发明的至少一种加工助剂优选是帮助处理固体基质或生物样品或者生物样品的至少一种组分，或者帮助维持生物样品或其至少一种组分，例如一个或多个细胞或其组分、核酸或蛋白质的完整性的物质。“加工固体基质”优选理解为使固体基质的材料转化为液态或溶解状态。“加工生物样品或其至少一种组分”优选理解为处理、制备或初步处理和/或制备生物样品或其组分用于(例如)储存、分析或其它处理。加工助剂可以是，例如，涉及生物样品的稳定、处理或加工，或者影响固体基质性质或固体基质的液态或溶解状态的性质的物质。所述至少一种加工助剂优选选自下组：离子强度和/或离液稳定剂、温度调节剂和酶、细胞的稳定剂、细胞组分的稳定剂、核酸的稳定剂、蛋白质的稳定剂、大分子的稳定剂、组织稳定剂、裂解剂、抑制核酸和/或蛋白质分解的抑制剂、抑制损伤大分子的物质的抑制剂和对抗或降低蛋白酶、RNA酶、DNA酶或介导生物样品和/或其组分降解反应的其它酶的活性的调节剂。其它可能的加工助剂可以是蛋白质调节剂，例如至少一种乙酰化试剂、卤化剂、核苷酸、核酸类似物、氨基酸或氨基酸类似物、碳二亚胺或酰亚胺、卤代乙酸酯(haloacetate)、卤代乙酰胺、乙酰水杨酸或酸酐。也可考虑其它加工助剂，例如离子或非离子去污剂，还原剂如2-巯基乙醇、二硫苏糖醇、抗坏血酸，抗微生物剂，螯合剂如乙二胺四乙酸(EDTA)和除用作加工助剂的物质以外的缓冲剂，如HEPES或MOPS。
通过以下收集生物样品的方法提供上述目的的解决方案，所述方法包括使生物样品与固体基质相接触，所述固体基质连接于握持件，握持件连接于封闭件，封闭件装配在具有至少一个开口端的至少一个容器之上或之中(所述封闭件安装在之中或之上)；在不破坏所述基质上沉积的生物样品的情况下，通过改变所述基质环境的至少一种物理化学性质，所述固体基质由固态至少部分转化为液态或溶解状态。
所述生物样品与本发明固体基质的接触优选是，使该固体基质接触唾液、血液、脑脊液、尿液或其它体液的样品，或由活的或死亡的生物体，特别是人体或动物体分离的细胞，例如上皮细胞。
生物样品和本发明固体基质的接触优选在由天然环境中取出样品的同时或之后立即进行。术语“取出后立即”表明该生物样品优选在从天然环境中取出2小时内，优选在取出1小时内，更优选在取出30分钟内，最优选在取出10分钟内与装置接触。如果在由天然环境取出样品的同时进行接触，那么优选通过接触本发明固体基质而由天然环境取出样品。如果在由天然环境取出样品之后使生物样品与固体基质相接触，那么优选由天然环境取出样品和样品与固体基质相接触之间的时间间隔小于10小时、优选小于2小时、更优选小于1小时、更优选小于30分钟、甚至更优选小于10分钟、最优选小于1分钟。然而，明确不排除的是，本发明装置也可用于由天然环境取出较长时间的样品。可用于本发明的样品包括法医学工作样品等。
可通过本领域技术人员认为适合样品类型的任何元件进行接触。因此，例如，如果样品是体液，如唾液、尿液、汗液、血液、精液等的样品，或者是可通过装置触碰、刮削或揩拭收集的样品，例如上皮细胞或涂片时，可简单地用该装置从天然环境中直接取出样品实现接触。对许多液体样品而言，优选可吸收液体的固体基质。对于其它类型的样品，例如，细针吸出物或组织样品，例如生物活检样品或血液样品而言，可能需要在该生物样品与本发明装置接触之前，先用不同的收集元件如针头或插管，或通过切割样品而收集样品。
本发明特别优选的是，通过使固体基质直接接触生物样品，优选将生物样品由来源直接收集到固体基质上，从而将生物样品施加于固体基质。优选不将生物样品倾倒在本发明固体基质上。
本发明优选的是，生物样品不在固体基质上干燥。
通过改变基质环境的至少一种物理化学性质，将固体基质的材料至少部分转化为液态或溶解状态。在本发明中，固体基质的材料至少部分转化为液态或溶解状态优选导致该固体基质至少部分释放生物样品。
其它详情如上所述。
改变至少一种物理化学性质引发固体基质的材料至少部分，优选至少10wt.％，更优选至少50wt.％，更优选至少75wt.％，最优选完全转化为液态或溶解状态。可改变并且在本文中优选的物理化学性质是上文中有关本发明系统的那些性质。
优选的是，改变的至少一种物理化学性质是选自下组的物理化学性质的至少一种改变：加入至少一种溶剂、提高温度、加入至少一种试剂、加入至少一种酶和改变pH。因此，例如，加入至少一种溶剂优选引起固体基质至少部分溶于溶剂；提高温度优选引起固体基质至少部分熔化；加入至少一种试剂和/或至少一种酶和/或改变pH优选引起固体基质至少部分变为液态或溶解。本发明优选的溶剂、温度、试剂、酶和pH值可参见上文中有关本发明系统的那些描述。
本发明方法特别优选的是，通过加入选自酶、溶剂、酸或碱、试剂的至少一种组分使固体基质至少部分转化为液态或溶解状态。
按照本发明，也可应用上述物理化学性质改变的任何组合。因此，考虑到基本同时改变上述一种以上物理化学性质，例如与提高或降低pH和/或加入至少一种溶剂、试剂和/或酶基本上同时升高或降低温度，从而启动生物样品的释放。
也考虑到，本发明方法包括稳定生物样品或其至少一种组分，优选通过加入稳定剂实现。本领域技术人员熟知稳定剂和其它稳定生物样品的物质。稳定剂也可能能够实现或帮助本发明固体基质由固态转化为液态或溶解状态。优选在收集期间或之后，优选在本发明固体基质转化为液态或溶解状态之前或期间，但也考虑之后，尽快稳定生物样品或其至少一种组分。
本发明方法也可能还包括运输与本发明固体基质相接触的生物样品材料的步骤。如果生物样品应该在与本发明固体基质接触后运输，则可能通过在运输过程中改变至少一种物理化学性质使固体基质由固态至少部分转化为液态或溶解状态。在本文中，运输可以是从样品来源地运输到分析和/或储存样品或制备或加工样品的地点。因此，运输可以是，例如由患者向工作站的简单运输，可以是同一房间或邻近房间的运输。也可以是由样品来源地运输到分析中心和/或储存工厂，这可能包括在收集样品后延迟和/或旅行数个小时或数天，但优选在24小时内运输。
本发明方法也可能还包括由生物样品分离一种或多种生物组分的步骤。可以在固体基质的材料转化为液态或溶解状态期间或之后，优选在固体基质的材料转化为液态或溶解状态之后，由生物样品分离一种或多种生物组分。本发明也考虑将本领域技术人员已知的所有分离和纯化技术用于分离和/或纯化生物样品。例如，优选在固体基质的材料转化为液态或溶解状态之后分离核酸，其中样品优选由固体基质释放，并用裂解试剂处理，优选通过基于珠状膜或二氧化硅膜的技术进行处理。这些方法特别容易自动化，例如形成自动化或半自动化的系统，优选高通量系统。
本发明固体基质由固态至少部分转化为液态或溶解状态，和由与其接触的固体基质至少部分释放生物样品优选在稳定、运输和储存携带生物样品的固体基质的至少一个步骤中，或者在加工和/或纯化本发明方法收集的生物样品的过程中，优选在稳定和运输过程中，更优选在运输过程中进行。这代表了本发明方法在效率和节约时间方面的特别优势。
在任何上述组合和优选的实施方式中，特别优选的是，固体基质在至少一种离液剂和任选的至少一种高离子强度溶液的存在下至少部分转化为液态或溶解状态。
本发明也涉及包括至少一个本发明系统的成套工具。本发明成套工具的设计可以但不一定是：便携式，例如用于在医疗或兽医机构内或外或者户外使用，例如在医院、医生手术室中、药房、工作场所、家庭、执法机构、法医应用、环境样品采集、食品采样、植物采样中使用。所述成套工具还可包括一种或多种适合稳定和/或处理各种生物样品和/或将本发明装置的固体基质由固态转化成液态的组合物。所述成套工具也可能包括为具体样品或样品类型特别设计的组合物。便携式成套装置优选也包括适合携带该成套装置的载体，以及任选地能够加热或冷却该成套装置，特别是包含样品的成套装置的一个或多个便携式装置。本发明成套装置优选还包括使用该成套装置的说明书。该成套工具也可能还包括其它组件，例如对于完成执法工作中法定用途、建立因果关系或工作场所检测所必需的组件。这些组件可包括录音带或其它防篡改密封件和/或法律文书。
优选的是，本发明系统和/或成套工具与至少部分自动化的系统相容，该系统可以是自动化系统或半自动化系统，例如高通量系统。至少部分自动化的系统可涉及生物样品的储存、提取、加工、纯化和分析中的至少一个操作。
本发明的特别优势是，它能够高效、快速和可重现地收集(特别是样品损失少)、稳定、加工和/或分析大量生物样品。
当然，本发明的实施方式和方面可本领域技术人员明白的任何方式相互组合，以实现本发明目的。
由下面的非限制性附图和实施例进一步说明本发明。
附图简述
图1显示不同形状的杆状单元，其包括封闭的握持件和固体基质：
a)圆形头部；
b)延长的头部；
c)球泡形头部；
d)纸张；
e)奶嘴形头部；
f)具有含有液体或固体的空心杆的延长头部；
g)流过杆和固体基质的封闭环路。
图2显示不同形状的杆状组件，其包含在固体基质中开口的空心杆形式的握持件：
a)基本结构；
b)含有流过空心杆的液体的基本结构；
图1所示的实施方式代表本发明系统1的优选形式。固体基质3连接于杆形握持件4，在该杆的尖端相连。该杆可以是实心或空心的，如果是空心，则在头部的固体基质3中封口。
图1f)列举了一种系统，其包括作为握持件的空心杆，该空心杆与头部相反的一端具有较大的开口6，以允许液体7流入，以便(例如)冷却或加热，并且任选地用作液体7的储库。
图1g)显示另一种实施方式，其中由或通过杆提供在固体基质3中封口的环路9，以供冷却剂或加热剂流动或电流(current)通过来加热头部的固体基质3。
图2a)和b)描述的另一方面显示在头部的固体基质3中开口的作为握持件的空心杆。可利用该空心杆提供的空腔8，例如通过提供释放助剂来实现或帮助固体基质3由固态转化为液态或溶解状态。
图2b)显示液体7，例如冷冻剂或释放助剂通过杆的流动，至少流入，优选流过头部。
实施例
实施例1：利用离液溶液由可溶性口颊拭子提取DNA
利用拭子形式的乙酸纤维素纤维由人供者获得口颊拭子。将拭子切成大小相等的两块(A和B)，用不同方案提取DNA。
方案1
在室温下，通过温和搅拌5分钟将乙酸纤维素拭子部分A溶解于800μl缓冲液AVL(来自凯杰公司(QIAGEN)的含有胍盐的高盐缓冲液)。将560μl悬浮液转移至2ml微量离心管中，将560μl乙醇加入含有该悬液的试管中。涡旋混合，然后将样品转移到带膜的柱(来自凯杰公司的QIAamp小抽柱)上。8,000rpm离心该柱1分钟，以使核酸结合于膜。第一次用500μl AW1缓冲液(含有胍盐和乙醇的缓冲液，购自凯杰公司)洗涤该柱，然后8000rpm离心1分钟。然后，用500μl AW2缓冲液(含有乙醇的缓冲液，购自凯杰公司)第二次洗涤该柱，然后8000rpm离心1分钟。在干燥步骤中，将该柱转移至新的收集管中，14,000rpm离心3分钟。在洗脱中，将150μl AE缓冲液(购自凯杰公司的低盐洗脱缓冲液)分配到干燥膜上，然后14,000rpm离心1分钟。
用实时PCR定量测定洗脱液中的基因组DNA。方案1的平均产量为8.7ng DNA。
方案2
在室温下，通过温和搅拌5分钟将乙酸纤维素拭子部分B溶解于800μl缓冲液AVL水溶液(来自凯杰公司(QIAGEN)的含有胍盐的高盐缓冲液)。将400μl悬浮液转移到2ml微量离心管中。将720μl去离子水和20μl蛋白酶K(购自凯杰公司)加入含有该悬液的试管中。涡旋混合，56℃培育该样品10分钟。再加入456μl购自凯杰公司的缓冲液AVL和800μl乙醇，涡旋混合。然后，将样品转移到柱(购自凯杰公司的
Figure G200780048693XD00261
小抽柱)上。8,000rpm离心该柱1分钟，以使核酸结合于膜。第一次用500μl缓冲液AW1(购自凯杰公司)洗涤该柱，然后8000rpm离心1分钟。然后，用500μl缓冲液AW2(购自凯杰公司)第二次洗涤该柱，然后8000rpm离心1分钟。在干燥步骤中，将该柱转移至新的收集管中，14,000rpm离心3分钟。在洗脱中，将150μl缓冲液AE(购自凯杰公司的低盐洗脱缓冲液)分配到干燥膜上，然后14,000rpm离心1分钟。
用实时PCR定量测定洗脱液中的基因组DNA。方案2的平均产量为50.9ng DNA。
实施例2：乙酸邻苯二甲酸纤维素在不同缓冲液中的溶解度
研究了乙酸邻苯二甲酸纤维素(CAP)在不同缓冲液中的溶解度。
将50mg(+/-1mg)CAP转移到2ml微量离心管中。加入1ml缓冲液。封闭该试管，脉冲涡旋10秒以混合其内容物。然后，在室温下观察该试管30小时。
所用缓冲液是ATL(细菌的裂解缓冲液)、AVL(裂解缓冲液)、MTL(裂解和结合缓冲液)、ML(裂解和结合缓冲液)和RLT(裂解缓冲液)，它们均可由凯杰公司购得。
结果总结在下表1中。
表1
  缓冲液   30分钟   1h   3h   10h   24h   30h
  ATL   CAP珠未受影响   未溶胀，略有溶解   未溶胀，明显溶解   只能看到少数小珠   CAP珠完全溶解   CAP珠完全溶解
  AVL   CAP珠粘在一起，溶胀   明显溶解   几乎完全溶解   CAP珠完全溶解   CAP珠完全溶解   CAP珠完全溶解
  MTL   CAP珠粘在一起，溶胀   明显溶解   CAP珠完全溶解   CAP珠完全溶解   CAP珠完全溶解   CAP珠完全溶解
  ML   CAP珠粘在一起，溶胀   明显溶解   CAP珠完全溶解   CAP珠完全溶解   CAP珠完全溶解   CAP珠完全溶解
  RLT   CAP珠粘在一起，溶胀   CAP珠粘在一起，溶胀   在缓冲液RLT上形成稠厚的粘性层   在缓冲液RLT上形成稠厚的粘性层   在缓冲液RLT上形成稠厚的粘性层   在缓冲液RLT上形成稠厚的粘性层
实施例3：利用离液溶液由可熔性拭子提取DNA
利用头部由石蜡(Paraplast-XTRA，熔点52℃，麦克可米科学公司(McCormick Scientific))构成的拭子由HeLa细胞获取样品。在含有或不含离液盐的不同溶液中，70℃熔化拭子。用QIAamp DNA(凯杰)方案提取DNA。
方案
用PBS洗涤生长为单层的HeLa细胞两次。用头部由Paraplast-XTRA制成、刮刀形状的拭子采集细胞样品。将拭子头部溶解于包含500μl含有或不含离液盐的不同试剂(表2，试剂组成)的2ml微量离心管中。72℃温和搅拌培育10分钟以使拭子头部熔化。全速离心1分钟(14,000rpm)后，石蜡(paraplast)在液态溶液上方形成固体层。取得400μl液体溶液，将其转移到新的2ml微量离心管中。
加入20μl蛋白酶K并于56℃培育10分钟后，加入200μl乙醇(99.5％)。涡旋混合，然后将样品转移到带膜的柱(来自凯杰公司的QIAamp小抽柱)上。8,000rpm离心该柱1分钟，以使核酸结合于膜。第一次用500μl缓冲液AW1(QIAamp DNA，购自凯杰公司)洗涤该柱，然后8000rpm离心1分钟。第二次用500μl缓冲液AW2(QIAamp DNA，购自凯杰公司)洗涤该柱，然后8000rpm离心1分钟。在干燥步骤中，将该柱转移至新的收集管中，14,000rpm离心1分钟。在洗脱中，将100μl水性缓冲液AE(QIAamp DNA，购自凯杰公司)分配到干燥膜上，然后10,000rpm离心1分钟。
通过琼脂糖凝胶电泳分析总DNA的完整性和大小。将10μl洗脱液与4μl加样缓冲液(含有50％甘油和溴酚蓝)混合。将该样品施加于1x TBE缓冲液中的1％琼脂糖凝胶中。以约2伏特/厘米电泳室长度电泳150分钟。通过溴化乙啶染色观察DNA(实验3附图)。
用实时定量PCR在ABI序列检测系统ABI PRISM 7700上分析PCR的表现(表2，一式三份进行的两次独立提取的CT值和标准差)。在以2μl样品作模板、含有引物和探针的25μl测定溶液中，利用QuantiTect探针PCR试剂盒(凯杰公司)在人
Figure G200780048693XD00271
-肌动蛋白基因的外显子3内扩增294bp片段(正向引物5′-TCA CCC ACA CTG TGC CCA TCT ACG A-3′，反向引物5′-CAGCGG AAC CGC TCA TTG CCA ATG G-3′，探针5′-(FAM)ATG CCC TCCCCC ATG CCA TCC TGC GT(BHQ)-3′)。
由在含有离液盐的溶液中熔化的拭子头部提取的DNA为高分子量DNA，片段长度约为23kb，在琼脂糖凝胶中呈现为独立条带(实验3附图，第1-5道)。这些DNA样品可通过实时PCR扩增，产生27-29的CT值范围(表2，A-C)。
相反，当拭子头部熔化在不含离液盐的溶液中并用上述方法分离时，没有观察到DNA条带(实验3附图，第6和7道)。与该结果相一致的是，在试剂溶液D的情况下，实时PCR中的CT值为6-7个循环之后，或者在试剂溶液E的情况下根本没有扩增(表2)。
表2
试剂溶液  试剂组成                       β-肌动蛋白qPCR
                                         CT值
A         缓冲液AL(含胍盐裂解缓冲液，    27.5+/-0.6
          QIAamp DNA，凯杰公司)，与PBS
          1∶1混合
B         缓冲液AL，与PBS 3∶2混合       28.6+/-0.3
C         缓冲液AL，与PBS 3.5∶1.5混合   28.5+/-0.4
D         磷酸盐缓冲盐水(PBS)            34.4+/-1.0
E         二甲苯                         40.0+/-0.0
实验3附图：参见图3
在试剂A(1)、B(2和4)、C(3和5)、D(6)和E(7)中熔化的石蜡(paraplast)拭子的洗脱液的琼脂糖凝胶电泳。M:λHind III分子量标记物。
实施例4：利用离液溶液由可溶性拭子提取核酸
利用头部由乙酸纤维素制成的拭子蘸取唾液以及含有不同病毒和细菌病原体的混合物。将拭子溶解于丙酮或含有离液剂的缓冲液(缓冲液AVL，凯杰公司)中。用QIAamp病毒RNA(凯杰公司)方案提取核酸。
方案
制备沙眼衣原体(Chlamydia trachomatis)和甲肝病毒(HAV)的病原体混合物。将5ml唾液收集到50ml试管中。将100μl等份的唾液和40μl等份的病原体混合物蘸到乙酸纤维素拭子上。将拭子转移到含有3ml丙酮或3ml AVL缓冲液的15ml试管中。上下颠倒3次后，将样品在室温下保存24小时。
保存后，将560μl  醇(99.5％)加入700μl样品中。涡旋混合，然后将630μl样品转移到带膜的柱(来自凯杰公司的QIAamp小抽柱)上。8,000rpm离心该柱1分钟，以使核酸结合于膜。将剩余样品转移到QIAamp小抽柱上，8,000rpm离心该柱1分钟。第一次用500μl缓冲液AW1(购自凯杰公司)洗涤该柱，然后8000rpm离心1分钟。第二次用500μl缓冲液AW2(凯杰公司)洗涤该柱，然后8000rpm离心1分钟。在干燥步骤中，将该柱转移至新的收集管中，14,000rpm离心3分钟。在洗脱中，将100μl水性缓冲液AVE(凯杰公司)分配到干燥膜上。培育1分钟后，10,000rpm离心1分钟。
用不同实时PCR分析提取的核酸的PCR-表现。
用artus沙眼衣原体TM PCR试剂盒(凯杰公司)在ABI序列检测系统ABI PRISM 7900上，按照生产商所述分析由溶解拭子提取的沙眼衣原体DNA。
用artus HAV LC RT-PCR试剂盒(凯杰公司)在罗氏轻质循环仪(LightCycler)1.0上，如生产商所述分析由溶解拭子提取的HAV-RNA。
在丙酮和AVL中，所有样品在1小时内溶解。表3中显示了一式三份提取的四个样品的平均CT值和标准差。
与溶解于丙酮的样品相比，溶解于缓冲液AVL中的样品的沙眼衣原体目标DNA的CT值较低(ΔCT＝-2.70)。掺入PCR反应的内标的CT相等，这表明PCR的抑制不是丙酮样品的目标CT值较高的原因。
与沙眼衣原体数据相吻合的是，在artus HAV LC RT-PCR中，与丙酮样品相比溶解于AVL的样品的CT值较低(ΔCT＝-1.87)。
表3：实时PCR结果
试剂组成         artus               artus           artus
                 沙眼衣原体TM PCR    沙眼衣原体TM    HAV LC
                 试剂盒              PCR试剂盒       RT-PCR试剂盒
                 目标DNA             内部对照        目标RNA
丙酮             34.4+/-1.0          25.3+/-0.2      35.25+/-1.0
AVL              31.7+/-0.5          25.4+/-0.1      33.38+/-0.3

Claims (15)

1.一种由生物来源直接收集生物样品的系统，其包括：
具有至少一个开口端的容器，
装在所述至少一个开口端之上或之中的封闭件，
连接于所述封闭件的握持件，
沉积所述生物样品的固体基质，和
至少一种加工助剂，所述加工助剂帮助使固体基质的材料转化为液态或溶解状态，所述固体基质在运输过程中由固态至少部分转化为液态或溶解状态，所述生物样品至少部分从与其接触的固体基质上释放，在固体基质的材料转化为液态或溶解状态期间或之后，由生物样品分离一种或多种生物组分。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述容器还包括至少一种离液剂和任选的至少一种高离子强度物质。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述固体基质的材料至少部分可溶于至少一种溶剂中。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，提高温度至少可部分熔化所述固体基质的材料。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，通过加入至少一种试剂，所述固体基质的材料至少可部分转化为液态或溶解状态。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，通过加入至少一种酶，所述固体基质的材料至少可部分转化为液态或溶解状态。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，通过改变pH，所述固体基质的材料至少可部分转化为液态或溶解状态。
8.一种收集生物样品的系统，其包括：
具有至少一个开口端的容器，
装在所述至少一个开口端之上或之中的封闭件，
连接于所述封闭件的握持件，
沉积所述生物样品的固体基质，和
至少一种加工助剂，
其中，通过改变所述基质环境的至少一种物理化学性质，在不破坏所述基质上沉积的所述生物样品中包含的生物分子的情况下，所述固体基质至少可部分转化为液态或溶解状态，其特征在于，所述加工助剂帮助使固体基质的材料转化为液态或溶解状态，所述固体基质在运输过程中由固态至少部分转化为液态或溶解状态，所述生物样品至少部分从与其接触的固体基质上释放，在固体基质的材料转化为液态或溶解状态期间或之后，由生物样品分离一种或多种生物组分。
9.如权利要求8所述的系统，还包括至少一种离液剂和任选的至少一种高离子强度物质。
10.如权利要求8所述的系统，还包括用于将所述固体基质的材料由固态至少部分转化为液态或溶解状态的至少一种元件。
11.一种收集生物样品的方法，所述方法包括使生物样品与固体基质相接触，所述固体基质连接于握持件，所述握持件连接于封闭件，所述封闭件安装在具有至少一个开口端的至少一个容器之上或之中；其中在不破坏所述基质上沉积的生物样品的情况下，通过改变所述基质环境的至少一种物理化学性质，所述固体基质由固态转化为液态或溶解状态，所述固体基质在运输过程中由固态至少部分转化为液态或溶解状态，所述生物样品至少部分从与其接触的固体基质上释放，在固体基质的材料转化为液态或溶解状态期间或之后，由生物样品分离一种或多种生物组分。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法在至少一种离液剂和/或任选在至少一种高离子强度物质的存在下进行。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，通过加入选自酶、溶剂、酸或碱、试剂中至少一种组分，使所述固体基质至少部分转化为液态或溶解状态。
14.一种成套工具，其包括至少一个权利要求1所述的系统。
15.一种成套工具，其包括至少一个权利要求8所述的系统。
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