CN102083534A - 细菌/rna提取装置 - Google Patents

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Abstract

用于从流体样品收集靶物质的装置和方法，该流体样品包括含有靶物质的靶种类。该装置包括与滤材(18)连通的流体流导管(12)，该滤材具有适于将靶种类保留在其上且使包含期望的靶物质的溶解产物作为滤液通过的孔径。溶解试剂导管(30)与所述流体流导管相通，并将溶解试剂输送至滤材(18)，以溶解靶细胞，从而释放期望的细胞内靶物质。该溶解试剂可以再循环穿过滤材(18)足够的时间，以允许足够量的溶解产物循环穿过该系统，用于溶解产物的收集和随后的化验。

Description

细菌/RNA提取装置
技术领域
本发明涉及用于收集和溶解微生物种类以释放核酸比如RNA和DNA的装置和方法。
背景技术
在包括卫生保健、环境调节、生物战争、病原体鉴定、食品和药品检验的许多领域和多个工业系统中，微生物的检测和控制很重要。在工业中，不期望的微生物的存在降低了操作设备的效率，最终增加了相关产品或服务的成本。而且，因为微生物繁殖快速，微生物活性的存在也引起公众的健康风险。致病微生物感染的水和加工及引起增加的人、动物和环境卫生风险日益得到关注。
在冷却塔中，可能存在例如水传播的致病微生物，比如军团杆菌属(Legionella sp.)。如果没有用优选的抗微生物剂合适地处理，由于吸入雾化的微生物，包含微生物的雾化颗粒可以引起严重的健康问题，导致疾病比如由嗜肺性军团病杆菌引起的庞蒂亚克热或有时致命的军团病。该微生物及其它微生物的检测困难，特别是在开放的再循环水系统比如冷却塔的情况下，因为低浓度代表严重的健康危险，为了进行期望的分析试验并获得精确而可重复的结果，必须将大的水体积浓缩成较小的样品体积。
发明内容
在一个方面，本发明提供了一种用于从包括靶种类的流体样品中收集靶物质比如核酸的装置，所述靶种类比如为细胞物质或病毒，其中包含靶物质。提供流体流导管，并设置与该流体流导管接触的滤材。该滤材具有适于将该靶种类保留在其上且使包含靶物质的溶解产物作为滤液通过的孔径。首先，滤液的通过除去了靶种类，并将携带未浓缩量的靶物质。溶解试剂导管与流体流导管相通，并且其适于将溶解试剂输送至滤材，以溶解靶种类，从而释放靶物质。
如本文使用的术语“靶种类”可以包括微生物生物体，比如细胞物质和病毒。该细胞物质可以是例如选自细菌、藻类、真菌、原核生物等。如已知的，在细胞生物体中，所述靶物质核酸，比如DNA或RNA位于细胞内。在病毒中，所述靶物质核酸位于衣壳蛋白(protein coat)内。然后，“溶解”是细胞或衣壳蛋白破裂，从而释放出靶核酸。
另一个示例性的实施方案涉及一种用于从流体样品收集期望的靶物质的方法，该流体样品包括其中包含期望的靶物质的靶种类。该流体样品流过滤膜，该滤膜具有适于将该靶种类保留在其上且使包含靶物质的溶解产物作为滤液通过的孔径。使溶解试剂与滤膜以及保留在其上的靶细胞形成接触，从而在病毒物质的情况下使靶细胞或衣壳蛋白破裂，释放出靶物质比如RNA或DNA。期望的靶物质作为滤液流过滤膜，然后可被收集用于分析。
本发明将结合附图进一步描述。
附图说明
图1为根据本发明的装置的横断面示意图。
具体实施方式
转向图1，显示了一种用后即弃型装置2，其用于捕获靶种类比如细菌，且随后溶解细菌以除去RNA。该装置包括主流导管4。该主流导管包括上游进口12，并终止于下游出口14。在主流导管中提供不连续节段6，该不连续节段具有适于隐蔽(snug)接收其中的滤筒16的上游接头8和下游接头10。该接头可以是任何一种或多种常用类型，比如螺纹、球形锁销(bau detent)、Y-T、软管倒钩(hose barb)和其它流体密封连接器。
滤筒中容纳滤材18。如所示的，该滤筒包括优选地由硬质塑料构成且具有进口接头22和出口接头24的壳体20。接头22、24适于隐蔽接纳到主流导管的上游接头8和下游接头10中。在一些情况下，可能期望提供共同或夹物模压(insert mloded)的筒，其中过滤器共同或夹物模压在该壳体中。
再循环导管30优选地具有橡胶或类似的柔性材料。优选地，该导管能够由皮下注射针等穿透。该再循环导管30与主流导管4在上游导管端口32和下游导管端口34处密封地相通。收集区或储器36可以提供在再循环导管中，且其适于被皮下注射器等穿透，以便可以从再循环导管提取物质。备选地，在过滤器的下游可以提供阀来提供到提取管的连接。在再循环导管中提供泵40，其优选地为双向蠕动泵类型。可提及许多不同类型的泵作为示例。非直接接触的泵是期望的，因为再循环回路在使用后可能被处理。
如所示的，可以在再循环导管的上游部分中提供再循环单向阀止回阀70。还在主流导管的进口处提供单向阀止回阀50，并在导导管4的出口处提供另一个单向阀止回阀60，其且该止回阀60经由弹簧62偏置于闭合位置。阀50可以提供有偏置弹簧(spring bias)，以防止在再循环回路由于克服止回阀60上的偏置而形成的任何压力而扩大的情况下的逆流。出口导管14的位置可以不同于附图中所显示的，以确保一部分滤液在溶解前被收集在储器中，从而提供要泵送的介质。以这种方式，可以将浓缩的溶解试剂加入至用于注射到系统中的储器。
滤材18具有选择的孔径，以便将包含期望的靶物质的期望的靶种类作为渗余物捕获在其上。然而，在靶种类溶解或破裂之后，靶物质比如RNA作为滤液穿过膜从细胞或衣壳蛋白中释放。
滤材18可以是设计用于将期望的生物学靶种类保留在其上的各种滤膜的任一种。膜材料的非限制性实例包括尼龙、不锈钢(stainless)、纤维素醚和酯、PTFE、草纤维、聚丙烯、聚氯乙烯、亲水性丙烯酸共聚物、聚醚砜和聚碳酸酯等。这些过滤器的孔径可以为约10nm至约5.0um左右。用于收集嗜肺性军团病杆菌细胞的一种特别优选的膜是可从Millipore获得的玻璃纤维薄膜，其具有约2.7um的孔径。
应当提及的是，在所述方法的另一个示例性实施例中，其中可以提供预过滤步骤，在进入装置2之前，流体样品可以流过一个或多个预过滤器，以除去无机的和大的生物组分，同时使靶种类作为滤液流过。这些膜可以例如由与上述用作滤材18的相同类型的材料制成，但是孔径应当更大，为约1至100um左右，更优选约1至50um左右。具有约20um的上游过滤器孔径和约11um的下游过滤器孔径的串联过滤器对可作为示例被提及。
在操作中，约500ml包含靶种类的样品流体，其又包囊靶材料，通过进口管进入，穿过滤囊(filter capsule)。可以使用真空等通过在出口端处应用真空而帮助将流体抽吸通过过滤器。在一个示例性的实施方案中，滤材的尺寸设置为保留军团杆菌属细菌细胞，然而允许溶解的RNA通过。
在样品流过装置之后，将溶解试剂应用于系统，并通过泵40的驱动作用推动其通过再循环导管30。该溶解试剂可以被容许通过导管进口12，或者可以经由注射器等将其简单地注入再循环导管30。泵可以沿任一方向运行，或者泵可以与另外的止回阀联合以防止初始样品绕过(bypassing)过滤装置。在一段时间之后，来自再循环导管的溶解缓冲液或溶解溶液使俘获在滤材上的靶种类物质破裂，然后，可以通过使用注射器直接从再循环导管比如例如收集区36抽吸流体，或者可以从管出口抽出流体，从该装置除去溶解的细胞RNA。接着，可以通过多种常规化验技术中的任一种分析RNA。可以以多种方式应用溶解试剂。可以将溶解试剂通过12插入、注入储器36、或通过加入到所述回路的另外的端口插入。如果应用大体积的溶解试剂，止回阀60可能打开，这会导致靶物质损失，除非首先通过如上所述的真空方式排空再循环回路。
在进口处的止回阀防止在再循环的循环步骤期间流体流出进口，在出口处的弹簧偏置的止回阀允许密封出口，除非应用低压来抽吸出流体。在止回阀50上的弹簧释放(spring relief)也可能是期望的。操作泵40以便产生压力，从而使得其不克服出口弹簧释放止回阀。
关于采用的溶解试剂，可以使用具有使病毒的细胞膜或衣壳蛋白破裂的作用的任一种。洗涤剂是通常用于破坏脂质双层膜以释放细胞内含物和溶解膜蛋白的化学品的非限制性实例，而溶解化学品的非限制性实例是十二烷基硫酸锂、CHAPS、吐温-20E、NP40、CTAB、PVPP、Triton X系列洗涤剂、胆酸钠和脱氧胆酸钠、氯化胍、或腐蚀剂。促溶剂如胍盐也可以在该系统中充当溶解试剂。洗涤剂和备选的溶解试剂的溶解效率取决于细胞类型和具体应用，但是所有的试验物质都显示出对该试验方法所需的时间内充分的溶解。酶比如溶菌酶、变溶菌素、Labiase、溶葡萄菌素、溶细胞酶、蛋白酶K、内溶菌素和无色肽酶都可以作为溶解试剂或添加剂包括以增强溶解。有机溶剂，比如DMSO、DMF也可作为溶解试剂或添加剂包括以增强溶解。多个生物科学供应商提供适于细胞溶解应用的大量溶解缓冲液的集合。任何物理方法，比如摇动、加热剪切(heating cutting)和均匀化等都可加入该过程以提高溶解效率。目前，包括稀释浓度的十二烷基硫酸锂、壬基-苯酚(40摩尔的乙氧基化)和DMSO的溶解溶液可提及作为再循环穿过该装置的示例性的溶解溶液。
如上所述，在其它不同的实施例中，可以设置出口导管以允许空气从储器逸出，并在溶解试剂应用之前，保留一部分流体滤液。例如，可以将出口导管设置在如附图所示沿着所述装置右手侧的过滤器下游，与导管4相通，并由此成角度地向上延伸。另外，可以提供单独的阀机构，其与流体流导管、溶解试剂导管或储器相通，以提供对期望的靶物质的提取。
虽然我在本文中已经显示和描述了本发明的一些实施方案，其意图在于在其中也涵盖可以在不背离如所附权利要求书中限定的本发明的精神和范围的情况下可做出的任何变化或修改。

Claims (20)

1.一种用于从流体样品收集靶物质的装置，所述流体样品包括其中包含所述靶物质的靶种类，所述装置包括：
(a)流体流导管，其具有上游进口和下游出口；
(b)在所述流体流进口和所述下游出口之间的滤材；所述滤材具有适于将所述靶种类保留在其上且使包含所述靶物质的溶解产物作为滤液通过的孔径；
(c)溶解试剂导管，其适于将溶解试剂输送至所述滤材，以溶解所述靶种类，从而释放所述靶物质。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述溶解试剂导管包括再循环导管，所述再循环导管具有与位于所述滤材上游的所述流体流导管相通的第一端口，以及与位于所述滤材下游的所述流体流导管相通的第二端口。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括可操作地连接到所述溶解试剂再循环导管上的泵，用于将所述溶解试剂泵送至所述滤材，并使所述溶解产物再循环穿过所述装置。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流体流导管包括具有上游接头和下游接头的不连续节段，所述装置还包括容纳所述滤材且限定具有进口接头和出口接头的筒的壳体，所述进口接头和出口接头分别流体密封地接纳在所述不连续节段的所述上游接头和所述下游接头中。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述溶解试剂再循环导管包括扩大收集区。
6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述溶解试剂再循环导管包括能够由皮下注射器穿透的柔性材料。
7.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述泵包括双向泵。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述滤材包括具有尺寸为约10nm至5.0um范围内的孔。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述滤材为玻璃纤维过滤器。
10.一种用于从流体样品收集靶物质的方法，所述流体样品可包括其中包含所述靶物质的靶种类，所述方法包括：
(a)使所述流体样品流过滤膜，所述滤膜具有适于将所述靶种类保留在其上且使包含所述靶物质的溶解产物作为滤液通过的孔径；
(b)提供与所述滤膜相通的溶解试剂导管；
(c)使溶解试剂流过所述溶解试剂导管，以接触和溶解所述靶种类；由此所述溶解的靶种类释放所述靶物质；和
(d)收集所述靶物质。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述溶解试剂穿过再循环流管线被泵送至所述过滤构件，所述方法包括穿过所述滤膜再循环所述溶解试剂。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，通过用皮下注射针穿透所述溶解试剂导管提取所述靶物质来收集所述靶物质。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述滤膜具有约10nm至5um的孔径，且所述靶种类包括嗜肺性军团病杆菌。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述滤膜为玻璃纤维滤膜。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述靶物质是RNA或DNA。
16.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述靶种类是细胞生物体。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述细胞生物体选自细菌、藻类、真菌和原核生物。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述靶物质包括细胞内物质。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述靶物质包括核酸。
20.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述靶种类是病毒物质，并且其中所述靶物质被包封在衣壳蛋白中，所述靶物质是核酸。
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