CN104321442A - 具有多类处理模块的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明具有外壳的生物样品处理装置。外壳容纳了多个样品处理模块。每一样品处理模块经配置为容纳可移除样品盒,并且对相应的可移除样品盒中样品仅进行样品处理。每一样品处理模块经配置为对可移除样品盒中样品进行多种测试过程中的至少一种。装置中至少一个模块经配置为进行核酸扩增和检测。
Description
发明背景
本国际申请要求2012年4月27日提交的美国临时专利申请61/639,820号的优先权,在此通过引用将这一临时申请全文并入。
诸如临床或环境样品的样品分析通常涉及一系列的处理步骤,其可包括单独的化学的、光学的、电的、机械的、热的、或声学的样品处理。用于处理样品的常规系统通常各自致力于一种类型的测定。这是因为每种类型的测定对于待被测量的目标非常不同,并且还具有具体系列的测试前和测试后步骤。
因为不同的测定要求不同的配置,常规系统不是通用的而且并不易于适合不同的方案。因此,用于进行测定的系统如测定本身一样是不同的。存在着未回应的以用户目前和未来需要而保留灵活性的方式精简这些系统的需要。
发明概述
本发明的一些实施方案涉及具有外壳的生物样品处理装置。外壳可以容纳多个样品处理模块。每一样品处理模块经配置为容纳可移除样品盒并且对相应的可移除样品盒中样品仅进行样品处理。每一样品处理模块经配置为对可移除样品盒中样品进行多种测试过程中的至少一种。装置中至少一个模块经配置进行核酸扩增和检测。装置中至少一个模块可为经配置只进行样品准备的样品准备模块。装置中至少一个模块可以经配置进行用于蛋白检测的免疫测定。
在一些实施方案中,至少一个样品处理模块可以配置用于使核酸与固相载体上的阵列杂交。
在一些实施方案中,至少一个样品处理模块可以配置用于多孔阵列中的核酸扩增和检测,其中每一单独的孔包含单独的核酸扩增反应。在一些实施方案中,多孔阵列的每一单独的孔都能够进行多重反应(例如巢式PCR)。
在一些实施方案中,至少一个样品准备模块可以配置为准备用于经受针对至少一种核酸的样品处理方案的样品。
在一些实施方案中,至少一个样品处理模块可以配置用于检测至少一种蛋白分析物。
在一些实施方案中,至少一个样品处理模块可以配置用于评估至少一种感兴趣的基因的染色体拷贝数。
在一些实施方案中,至少一个样品处理模块可以配置用于进行至少两种核酸分析物的多重检测。
在一些实施方案中,至少一个样品处理模块可以配置用于进行至少两种蛋白分析物的多重检测。
在一些实施方案中,至少一个样品处理模块可以配置用于进行对核酸分子进行测序和检测。
在一些实施方案中,多个样品处理模块可以包括至少一个用于检测在测试盒的生物样品中所含的至少一种蛋白分析物的模块,至少一个用于评估在测试盒的生物样品中所含的至少一种感兴趣的基因的染色体拷贝数的模块;和至少一个用于进行针对在测试盒的生物样品中所含的至少一种核酸的样品处理方案的模块。
在一些实施方案中,外壳可以容纳至少两个样品处理模块。
在一些实施方案中,多个样品处理模块包括配置用于不同类型的样品处理的不同模块。
在一些实施方案中,多个样品处理模块可以包括至少一个可以配置用于使核酸与固相载体上的阵列杂交的模块和/或至少一个可以配置用于至少一种蛋白分析物的检测的模块和/或至少一个可以配置用于评估至少一种感兴趣的基因的染色体拷贝数的模块和/或至少一个可以配置用于进行至少两种核酸分析物的多重检测的模块和/或至少一个可以配置用于进行至少两种核酸分析物的多重检测的模块和/或至少一个可以配置用于进行至少两种蛋白分析物的多重检测的模块和/或至少一个可以配置用于对核酸分子进行测序及检测的模块和/或至少一个可以配置用于进行PCR的模块和/或至少一个可以配置用于进行快速PCR的样品处理模块。
在一些实施方案中,多个样品处理模块可为由模块组合组成的多达16个样品处理模块,其在一些实施方案中,为不同类型的模块,诸如可以配置用于第一种类型的测定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块)和可以配置用于第二种类型的测定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块)和/或可以配置用于第三种类型的测定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块)和/或可以配置用于第四种类型的测定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块)和/或可以配置用于第五种类型的测定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块)和/或可以配置用于第六种类型的测定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块)和/或可以配置用于第七种类型的测定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块)和/或可以配置用于第八种类型的测定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块)和/或可以配置用于第九种类型的测定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块)和/或可以配置用于第十种类型的测定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块)和/或可以配置用于第十一种类型的测定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块)和/或可以配置用于第十二种类型的测定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块)和/或可以配置用于第十三种类型的测定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块)和/或可以配置用于第十四种类型的测定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块)和/或可以配置用于第十五种类型的测定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块)。
在一些实施方案中,多个样品处理模块可为由至少一个配置用于进行核酸扩增和检测的模块和模块组合组成的多达16个样品处理模块,其在一些实施方案中,为不同类型的模块,诸如可以配置用于使核酸与固相载体上的阵列杂交的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块)和/或可以配置用于至少一种蛋白分析物的检测的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块)和/或可以配置用于评估至少一种核酸的染色体核酸拷贝数的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块)和/或可以配置用于进行至少两种核酸分析物的多重检测的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块)和/或可以配置用于在其中每一单独的孔包含单独的核酸扩增反应的多孔阵列中进行核酸扩增和检测的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块),和/或可以配置用于进行至少两种蛋白分析物的多重检测的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块)和/或可以配置用于对核酸分子进行测序及检测的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块)和/或可以配置用于进行PCR的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块)和/或可以配置用于进行流式细胞术和/或细胞捕获的的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15个模块(取决于多个样品处理模块中是否包含其他类型的模块)。
本发明的一些实施方案涉及用于操作样品处理装置的方法。在这一方法中,可以接收在外壳所容纳的多个样品准备模块的其中之一处的容纳未准备样品的样品盒。每一样品准备模块可以配置用于对相应的可移除样品盒中样品仅进行样品准备。可以准备针对相应的生物测试过程的样品。在外壳所容纳的多个样品处理模块的其中之一处可以接收容纳已准备样品的至少一个样品盒。每一样品处理模块可以配置用于进行多种生物测试过程的至少一种。然后可以使用相应的样品处理模块对已准备样品进行至少一种生物测试过程。
在一些实施方案中,进行至少一种生物测试过程可以包括对核酸进行测序。
在一些实施方案中,进行至少一种生物测试过程可以包括检测核酸分析物。
在一些实施方案中,进行至少一种生物测试过程可以包括检测至少一种蛋白分析物。
在一些实施方案中,进行至少一种生物测试过程可以包括评估至少一种感兴趣的基因的染色体拷贝数。
在一些实施方案中,进行至少一种生物测试过程可以包括通过与至少两种核酸分析物的检测阵列杂交进行多重检测。
在一些实施方案中,进行至少一种生物测试过程可以包括通过与至少两种蛋白分析物的检测阵列杂交进行多重检测。
在一些实施方案中,进行至少一种生物测试过程还可以包括进行核酸扩增和检测;并且检测至少一种核酸分析物。
在一些实施方案中,进行至少一种生物测试过程还可以包括对样品中混合的细胞群进行流式细胞术。
在一些实施方案中,准备样品可以包括进行用于至少一种核酸的分离或纯化的样品处理方案。
在一些实施方案中,准备样品可以包括进行用于从样品分离或纯化特定的细胞类型的样品处理方案
在一些实施方案中,至少一个模块可以配置用于特定细胞类型(例如表达特定的细胞表面标志物的循环肿瘤细胞)的分离和/或纯化。
附图说明
图1A显示了根据本发明的一些实施方案的样品处理装置的示意图。
图1B和1C显示了根据本发明的一些实施方案的样品处理装置的多个外部和内部立体图。
图1D为根据本发明的一些实施方案的样品处理装置的示意性框图。
图2A显示了根据本发明的一些实施方案的样品处理装置的背面立体图。
图2B为根据本发明的一些实施方案的与样品处理模块相连接的样品处理装置方面的示意性框图。
图2C为根据本发明的一些实施方案的样品处理模块的电子部件的示意性框图。
图3A和3B显示了图示根据本发明的一些实施方案的用于使用样品处理装置的各种方法的流程图。
图3B显示了根据本发明的一些实施方案的用于使用样品处理装置的方法318。
图4显示了根据本发明的一些实施方案的样品处理装置的各种外部配置。
发明详述
本发明的实施方案涉及用于进行多重测定类型和相关的样品准备的装置。装置可以包括多相测试模块群,通常具有或能够具有至少2-15种不同类型的模块。模块可以配置用于不同类型的测定(例如,免疫测定,PCR,快速PCR,测序,染色体分析,和流式细胞术等),用于检测不同类型的靶分析物(例如核酸、完整的细胞、DNA、RNA、蛋白、病毒、药物等)。装置也可以包括专门用于样品准备(例如溶解、化学处理、过滤等)的模块。标准化用于每一类型的模块的基于盒的样品架,使得在大多数情况下每一模块可以与相同的盒相连接。不管类型如何,模块都可以共享相同的底盘尺寸和电子接口,从而可容易地改变模块类型。
如本文所用的,术语“生物样品”(与“受试样品”或“样品”可互换)包括可包含感兴趣的分析物(例如特定的蛋白或核酸)的任何物质,经常取自于或衍生于活的有机体。“生物样品”可包括,但不限于组织切片,诸如活体组织切片和实体解剖样品,和用于组织学或病理学目的所取的冷冻的或石蜡包埋的切片。此类样品可包括全血、血清、血浆、脑脊髓液、唾液、组织、培养的细胞,例如原代培养物,移植物,转化细胞,大便、尿液、水泡液,粘液和其他身体分泌物,或可用棉签装置取样的组织。而且,在一些情况下,“生物样品”可为取自其中怀疑有特定的有机体存在的环境的物质(例如水、空气、土壤等)。
如本文所用的,术语“配置的”描述了诸如底盘、加热器、风扇、光学感应器、液力联轴节、液道、微流体、压电式部件、处理器、包含指令的存储器、支架电路和/或连接器等的硬件部件的特定安排。
如本文所用的,术语“样品处理模块”(与“处理模块”和“模块”可互换的)定义为测试装置的模块化的子部分,其具有与装置可兼容的特定的规格,并且包括配置用于对样品进行特定过程的硬件部件(加热器、风扇、光学感应器、液力联轴节、液道、微流体、压电式部件、处理器、包含指令的存储器、支架电路和/或连接器等)。
如本文所用的,术语“样品准备”定义为通常在一种或多种特定测定之前进行的过程。在测定之前,这一过程改变了样品的物理特征,例如通过物理的、化学的、和/或酶处理(例如通过超声处理、酶的、清洁剂、溶剂、细胞炸弹等溶解,过滤和/或浓缩)。
如本文所用的,术语“样品准备模块”定义为样品处理模块的子集,并且因此为相同的规格,其配置只用于进行准备,例如一种或多种感兴趣的分析物的分离或浓缩。
如本文所用的,术语“测定”(与“测试过程”和“生物测试过程”可互换的)定义为对样品进行的研究程序,包括但不限于检测特定分析物的存在/不存在和/或数量/浓度。
非限制性示例分析物可以包括任何核酸和/或蛋白,对细菌病原体(例如耐甲氧金黄色葡萄球菌、艰难梭状芽胞杆菌、肺结核、B群链球菌、衣原体和淋病)、病毒病原体(例如流行性感冒、HIV、HCV和HBV)、肿瘤细胞(例如膀胱癌、肺癌、乳腺癌、结肠癌和白血病)特异的分析物,生物威胁性分析物,诸如炭疽或蓖麻毒素,染色体改变,诸如基因复制、基因缺失、或基因转位,表达特异的细胞表面标志的细胞诸如CD4+细胞,基因突变/改变的检测诸如单核苷酸多态性(SNPs)和基因的甲基化状态。
如本文所用的,术语“可移除样品盒”(与“样品盒”和“盒”可互换的)指用于配置用于与样品处理模块临时物理性连接的容纳样品的专业化容器,从而使得样品处理模块的控制方面(流体连接、加热器、压电式部件、光学感应器等)可以直接地或间接地对容器内样品进行过程,其后可以从样品处理模块移除可移除样品盒以进行进一步的样品的分析,处理或丢弃。可移除样品盒与样品处理模块连接和不连接,除了可能需要额外的工具(例如螺丝刀、六角扳手等)帮助移除盒的卡住或其他故障的情况之外,不需要使用此类工具来将可移除样品盒紧固在样品处理模块上,类似于与壁装电源插座相连接的电插头。在一些实施方案中,可移除样品盒可包含或具有接收特定化学物,诸如引物和试剂(包括反应物)的物理性质。
在本申请中,术语“核酸”或“多核苷酸”指单链或双链形式的脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)及其多聚物。除非特别地限制,术语包括含有已知的天然的核苷酸类似物的核酸,其具有与参照核酸相似的结合特性并且以与天然存在的核苷酸相似的方式新陈代谢。除非另有指明,特定的核酸序列也暗含地包括其保守修饰的变体(例如,简并密码子取代)、等位基因、直系同源物、包括点突变的突变、单核苷酸多态性(SNP)和互补的序列以及明确指明的序列。特别地,通过其中一个或多个选择的(或所有的)密码子的第三位置被混合的碱基和/或脱氧肌苷残基取代产生序列可实现简并密码子取代(Batzer等,Nucleic AcidRes.19:5081(1991);Ohtsuka等,J.Biol.Chem.260:2605-2608(1985);和Rossolini等,Mol.Cell.Probes 8:91-98(1994))。术语核酸与基因、cDNA和基因所编码的mRNA可互换地使用。
术语“基因”意指参与产生多肽链的DNA的节段;它包括参与基因产物的转录/翻译和转录/翻译的调节的编码区域之前和之后的区域(先导与尾随),以及单独的编码节段(外显子)之间的间隔序列(内含子)。
如本文所用的术语“多核苷酸杂交方法”指用于检测多核苷酸的存在和/或数量的方法,基于在适当的杂交条件下其与已知序列的多核苷酸探针形成沃特森-克里克碱基对的能力。
在本申请中,术语“多肽”、“肽”和“蛋白”可互换地使用于指氨基酸残基的聚合物。术语应用于其中一个或多个氨基酸残基为相应的天然存在的氨基酸的人工化学模拟物的氨基酸聚合物,以及应用于天然存在的氨基酸聚合物和非天然存在的氨基酸聚合物。如本文所用的,这些术语包括任何长度的氨基酸链,其包括全长蛋白(即抗原),其中氨基酸残基通过共价肽键连接。术语“氨基酸”指天然存在的和合成的氨基酸,以及以与天然存在的氨基酸相似的方式发挥功能的氨基酸类似物和氨基酸模拟物。天然存在的氨基酸为通过基因密码所编码的那些,以及稍后修饰的那些氨基酸,例如羟基脯氨酸,γ-羧基谷氨酸和正磷酸丝氨酸。
如本文所用的,术语“多重”和“阵列”指在单次运行/循环的测定中允许同时的多重分析物的检测和/或定量(例如,数十个或更多的相同的或不同的分子)的测定形式。
如本文所用的,术语“固相载体”指惰性固体材料,其可为天然材料,诸如玻璃和胶原,或合成材料,诸如丙烯酰胺、纤维素、硝化纤维、硅胶、聚苯乙烯、聚乙酸醋酸乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯、聚硅酸盐、聚氧化乙烯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、碳氟化合物、尼龙、聚酸酐、聚乙醇酸、聚乳酸、聚正酯、聚丙基延胡索酸酯、葡糖氨基葡聚糖和多聚氨基酸。一实例为用荧光底物预浸的硅胶。“固相载体”通常提供用于在本申请的各种装置进行测定的支承结构。
I.带有多相模块群的样品处理装置
图1A显示了根据本发明的一些实施方案的生物样品处理装置100的示意图。装置100包括多个,通常是至少两个处理模块102a-p。处理模块群在性质上是多相的,因此模块未必进行相同的处理任务。在一些实施方案中,装置100可以包括相同的处理模块的亚群。例如,处理模块102a-h每一个可以为PCR处理模块,处理模块102i-m可以为阵列模块,并且处理模块102m-p可以为专用的样品准备模块(例如通过超声处理、酶的、清洁剂、溶剂、细胞炸弹而溶解)。在一些实施方案中,装置100包括至少一个专用的样品准备模块,其可以配置用于为其它处理模块进行样品准备,所述其它处理模块进而可以配置为只对预处理的生物样品进行测定。
样品处理模块102a-p通过通信总线与控制单元104连接。控制单元104配置用于独立地操作每一样品处理模块102a-p。例如控制单元104可以为通用的或特定目的的计算机。控制单元104通常包括至少一个处理器和支持电路,及存储着用于独立地操作每一样品处理模块102a-p指令的存储器。在一些实施方案中,控制单元104在结构上整合到装置100。在其他实施方案中,控制单元104经由有线的或无线的连接远程地与装置连接。
图1B显示了装置100的立体图。在一些实施方案中,装置100包括外罩/外壳107,其配置为半移动式使得它可易于在实验室环境中使用,近似于台式电脑。如所示,外罩107可以为矩形,并且具有提供多个处理模块102a-p的用户接入的正面接口面板109。
通常,每一样品处理模块102a-p将共享相同的结构模式并且可以配置为经由共享的连接器类型电子地连接外壳。当用户出现不同的配置需要时,这一安排允许轻易的模块交换。每一样品处理模块102a-p配置为与样品测试盒111连接,例如,诸如共同转让的题为“用于进行热交换、化学反应的装置”的美国专利第6,660,228号的图1中所公开的容器,在此通过引用并入本文,还诸如例如共同转让的题为“用于分析流体样品的装置”的美国专利第6,391,541号的图1中所公开的容器,在此通过引用并入本文。因此,在一些实施方案中,可以在任何样品处理模块102a-p中使用相同的盒。也可在任何样品处理模块中使用题为“流体计量和分布系统”的国际公开WO/2002/18902号,题为“用于传导化学反应的盒”的国际公开WO/2000/072970号,和题为“用于分析流体样品的装置和方法”的国际公开WO/2000/073412号的方面。这些参考文献通过引用并入本文。
图1C描述了根据本发明的一些实施方案的装置100。控制单元104被描述为个人电脑。装置100具有主板,所述主板带有用于建立与模块102a-p的电气连接的边缘连接器114。装置100还优选地包括用于冷却它的电子部件的风扇116。使用任何合适的数据连接,诸如通用串行总线(USB)、以太网连接、或串行线,可将装置100与控制器112连接。目前优选的是使用连接控制器112的串行端口的USB。可选择地,控制器可固定于装置100上。
处理模块102a-p优选独立地可控制的,使得不同的化学反应和样品准备可以同时在装置100中运行。装置100优选模块化的,使得可以单独地将每一处理模块从装置100移除而用于检修、维修或更换。这一模块性减少了停机时间,因为并不是所有的处理模块102a-p都脱机来维修一个,并且如有需要装置100可升级或扩容以增加更多的模块。
在其中外接电源例如110V AC启动装置100的实施方案中,装置优选地包括两个电源接头122,124。通过第一接头122接收功率并且通过第二接头124输出功率。相似地,装置100优选地包括网络接口入口118和出口120,用以通过入口118接收数据连接而通过出口120输出数据到另外的装置。
图1E为根据本发明的一些实施方案的装置100的示意的框图。装置100包括用于为装置和每一模块60供应功率的电源134。电源134可包括AC/DC转换器,用以从外电源接收功率并且将它转换为直流电,例如,用以接收110V AC并且将它转换为12V DC。可选地,电源134可包括电池,例如12V电池。装置100还包括包含固件用以控制装置100和模块60的操作的微处理器或微控制器130。微控制器130通过网络接口132,经由例如USB连接器,与控制器电脑相通。
装置100还包括加热器电源和控制电路136、电源分配器138、数据总线140和模块选择控制电路142。由于专利附图的空间限制,控制电路136、电源分配器138、数据总线140和控制电路142在图1E的框图中只显示一次。然而,装置100对于每一个处理模块102可包含一套这四种功能性部件136、138、140、142。因此,在图1E的实施方案中,装置100包括16个控制电路136、电源分配器138、数据总线140和控制电路142。相似地,装置100还包括用于与每一个处理模块102连接的边缘连接器131,从而使得装置包括16个边缘连接器用于图1E中所示的实施方案。边缘连接器优选为提供从装置100到每一个模块60的无缆连接的120pin卡边缘连接器。每一控制电路136、电源分配器138、数据总线140和控制电路142与各自的边缘连接器之一和微控制器130连接。
每一加热器电源与源控制电路136都为功率调节器,用于调节供应给各自模块60的其中之一的加热元件的功率量。源控制电路136优选DC/DC转换器,从电源134接收+12V输入并且输出0至-24V可变电压。根据从微控制器130接收的信号,电压是可变的。每一电源分配器138为各自的模块60提供-5v,+5V,+12V和接地。因此电源分配器为模块的电气部件供能。每一数据总线140提供微控制器130与各自的模块60的其中之一的数字器件之间并行和串行连接。每一模块选择控制器94允许微控制器130处理单个的模块60以便读取或写入控制或状态信息。
II.模块配置
图2A显示了根据本发明的一些实施方案的样品处理模块200的背面的立体图。通常,根据各种处理任务,例如使用所示的规格可以配置样品处理模块200。这使得用户能够相对轻松地定做和/或重新配置模块。在一些实施方案中,装置100包括多达15种不同类型的用于进行测定的样品处理模型,和至少一个样品准备模块。
在一些实施方案中,样品处理模块200配置为样品准备模块来为稍后的处理准备样品(例如通过超声处理溶解)。此类配置的一实例显示于共同转让的题为“用于细胞或病毒的快速分裂的装置和方法”的美国专利第6,739,537号,在此通过引用并入本文。此类配置的另一实例显示于共同转让的题为“用于样品准备控制的方法和装置”的美国公开第2010/0129827号,在此通过引用并入本文。
样品处理模块200可为配置只进行样品准备的专用模块,并且因此不包括进行准备后测定所必需的额外的部件(例如,热循环部件,光学感应器等)。在一些实施方案中,此类样品准备模块可以配置为实施用以核酸检测的样品准备方案。在一些实施方案中,样品准备模块可以配置为实施用以蛋白分析物检测的样品准备方案。在一些实施方案中,样品准备模块可以配置为化学地处理和/或过滤细胞或病毒。在一些实施方案中,样品准备模块可以配置为实施超过一种类型的样品处理方案。
在一些实施方案中,流式细胞术为可以用于一种或多个样品处理模块的检测方法的其中之一,用于检测诸如某些细胞类型或表达特定标记的细胞群的预定目标的存在。用于实践流式细胞术的方法和仪器为本领域中已知的,并且可以用于本发明的实践。流式细胞术通常存在包含标记(例如荧光团)细胞或微粒的悬浮液作为流通过激光束,并且通过诸如光电倍增管的检测器从每一颗粒检测标记(例如荧光发射)。文献中可找到用于流式细胞术的仪器和方法的详细描述。实例为McHugh,“用于多重可溶的分析物的定量和同时检测的流式微球体免疫测定”,细胞生物学中的方法(Methods in Cell Biology)42,B部分(学术出版社,1994);McHugh等,“使用流式细胞术仪器基于微球体的荧光免疫测定”,临床流式细胞术(Clinical Flow Cytometry),Bauer,K.D.等,编辑.(Baltimore,Maryland,USA:Williams and Williams,1993),pp.535-544;Lindmo等,“Immunometric Assay Using Mixtures of TwoParticle Types of Different Affinity(使用两种不同亲和力的颗粒类型的混合物免疫计量测定)”J.Immunol.Meth.126:183-189(1990);McHugh,“基于微球体的荧光免疫测定的流式细胞术和应用”,免疫化学(Immunochemica)5:116(1991);Horan等,“流体相颗粒荧光分析:通过激光流式细胞光度术评估的类风湿因子特异性”,临床实验室的免疫测定(Immunoassays in the Clinical Laboratory),185-189(Liss 1979);Wilson等.,“使用流式细胞术新的基于微球体的免疫荧光测定”J.Immunol.Meth.107:225-230(1988);Fulwyler等,“用于多重可溶的分析物的定量和同时检测的流式微球体免疫测定”Meth.Cell Biol.33:613-629(1990);Coulter Electronics Inc.,英国专利第1,561,042号(1980年2月13日公开);和Steinkamp等,科学仪器的综述(Revies ofScientific Instruments)44(9):1301-1310(1973)。这些参考文献在此通过引用并入本文。
在一些实施方案中,一种或多个样品处理模块可以配置用于核酸和/或蛋白的检测。公开用于核酸和蛋白检测的通用方法和技术的基本文本包括Sambrook和Russell,分子克隆,实验室手册(第3版,2001);Kriegler,基因转移和表达:实验室手册(1990);和Ausubel等,编辑,分子生物学实验指南(1994)。这些参考文献在此通过引用并入本文。完全建立了各种多核苷酸扩增方法并且在研究中频繁使用。例如,用于多核苷酸序列扩增的聚合酶链反应(PCR)的通用方法为本领域中熟知的并且因此在本文中不详细描述。对PCR方法、方案、和设计引物的原则的综述而言,参见例如Innis等,PCR方案:方法和应用指南,学术出版社,有限公司,纽约,1990年,这在此通过引用并入本文。PCR试剂和方案也可向各种商业渠道购买。
图2B为根据本发明的一些实施方案的与样品处理模块200连接的装置100的示意的框图,样品处理模块200可配置为样品准备模块。装置100可以与盒连接,该盒具有用于容纳裂解缓冲液的容器470,包含洗涤液的容器472和用于容纳流体样品的样品容器474。容器470、472和样品容器474经由管与装置100的注射泵476的阀口连接。容器358的入口也与注射泵476连接。容器358的出口与分配阀478的公共端连接。盒也可包括用于接收从样品移除的细胞内物质的收集管480,用于接收废弃物的废物容器482。装置100也可以包括压力源,诸如泵484。收集管480、废物容器482和泵484与分配阀478各自的周围端连接。压力调节器486调节泵484所供应的压力。传感器314优选为用于对流体样品进行声处理的超声变幅杆。在一些实施方案中,以20-60kHz范围内的频率,可以对样品进行声处理10-40秒。在一些实施方案中,可以40kHz的频率对样品进行声处理15秒。变幅杆顶端的振幅在20-25μm的范围内(测量的峰到峰)。
图2C为配置为热交换模块的样品处理模块200的电气部件的示意的框图,如图2A的最右侧的实施方案中所示。每一样品处理模块200包括用于与装置相应的边缘连接器无缆连接的边缘连接器80。样品处理模块200也包括加热板50A,50B,每一个都具有如以上所述的热电阻元件。板50A,50B为并联地连电线的用以接收来自于装置的电源输入146。板50A,50B也包括温度感应器52,例如,热敏电阻,其输出模拟的温度信号到模拟数字转换器154。转换器154将模拟信号转换为数字信号并且通过边缘连接器80将它们路由到装置100中的微控制器。热交换模块也包括冷却系统,诸如风扇66,用于冷却板50A、50B。风扇66接收来自于装置100的功率并且通过转换电源开关164被激活。电源开关164进而受逻辑控制块162所控制,逻辑控制块162接收来自于装置中微控制器的控制信号。
样品处理模块200还包括至少4种光源,诸如LED100,用于反应混合物中的荧光标记的激发,和至少4种检测器102,优选光电二极管,用于检测来自于反应混合物的荧光发射。模块也包括可调节的电流源150,其用于为每一LED供应可变的电流量(例如0-30mA的范围内)从而改变LED的亮度。在可调节的电流源150与装置的微控制器之间连接数字模拟转换器152,用以允许微控制器数字地调节电流源。可使用可调节的电流源150来确保当激活时每一LED具有大约相同的亮度。由于大规模生产的差异,当提供了相同量的电流时,许多LED具有不同的亮度。在热交换模块的大规模生产期间可测试每一LED的亮度,校准数据储存在模块的存储器160中。校准数据提示提供每一LED正确的电流量。微控制器读取来自存储器160的校准数据并且因此控制电流源150。微控制器也可根据检测器102所接收的光反馈控来制电流源150以调节LED100的亮度。
样品处理模块200还包括包含放大器、开关、电子滤波器、和数字模拟转换器的信号调节/增益选择/补偿调整块156。块156调节来自检测器102的信号以增加增益、补偿、和减少噪音。装置中的微控制器通过数字输出寄存器158控制块156。输出寄存器158接收来自微控制器的数据并且输出控制电压到块156。块156通过模拟数字转换器154和边缘连接器80输出调节过的检测器信号到微控制器。模块也包括存储器160,优选地,串行的EEPROM,用于存储对模块特异的数据,诸如针对LED100,热敏板50A、50B,和温度感应器52的校准数据,以及针对以下所详述的演算法的校准数据。
再提到图1C,装置100可配置用于操作员人工填充和增压每一反应管12。装置100的人工用途适合于较低的生产量实施方案。
在一些实施方案中,样品处理模块200配置用于进行核酸扩增和检测的测定。然而,在此类配置中,样品处理模块200可为配置只进行核酸扩增和检测所必需的热循环和感应的专用模块,并且不包括进行样品准备所必需的额外的部件(例如超声传感器)。
在一些实施方案中,样品处理模块200配置用以进行蛋白分析物检测的测定。然而,在此类配置中,样品处理模块200可为配置只进行蛋白分析物的检测的专用模块,并且不包括进行样品准备所必需的额外的部件(例如超声传感器)。
在一些实施方案中,样品处理模块200配置用以进行评估核酸的染色体核酸拷贝数的测定。然而,在此类配置中,样品处理模块200可为配置只评估核酸的染色体核酸拷贝数的专用模块,并且不包括进行样品准备所必需的额外的部件(例如超声传感器)。
在一些实施方案中,样品处理模块200配置用以进行一种或多种核酸分析物的多重检测的测定。然而,在此类配置中,样品处理模块200可为配置只进行一种或多种核酸分析物的多重检测的专用模块,并且不包括进行样品准备所必需的额外的部件(例如超声传感器)。
在一些实施方案中,样品处理模块200配置用以进行一种或多种蛋白分析物的多重检测的测定。然而,在此类配置中,样品处理模块200可为配置只进行一种或多种蛋白分析物的多重检测的专用模块,并且不包括进行样品准备所必需的额外的部件(例如超声传感器)。
在一些实施方案中,样品处理模块200配置用以进行对核酸分子进行测序和检测的测定。然而,在此类配置中,样品处理模块200可为配置只进行对核酸分子进行测序和检测的专用模块,并且不包括进行样品准备所必需的额外的部件(例如超声传感器)。
III.样品准备的方法
图3A显示了图示用于使用诸如图1A的装置100的样品处理装置的方法300的流程图。在操作302处,获得诸如血液的样品。在操作304处,将第一试剂添加至样品准备盒。在操作306处,将第二试剂添加至样品准备盒。在操作308处,例如使用移液管将样品添加至样品准备盒,并且盒在操作310处关闭。在操作312处,样品准备方案已经准备好为配置样品处理装置,建立了用于追踪盒的关联的条形码。在操作314处,将盒插入到装置的样品处理模块,操作装置用以启动样品处理方案。在操作316处,完成样品处理方案,并且将盒移除以用移液管将已准备样品移出。
图3B显示了用于使用诸如图1A的装置100的样品处理装置的方法。在操作320处,获得诸如血液的样品。在方法318中,不需要添加试剂至样品准备盒,因为在一些实施方案中,样品准备盒具有所需的试剂,或不需要额外的试剂。在操作322处,例如使用移液管将样品添加至样品准备盒,并且盒在操作324处关闭。在操作326处,样品准备方案已经准备好为配置样品处理装置,建立了用于追踪盒的关联的条形码。在操作328处,将盒插入到装置的样品处理模块,操作装置用以启动样品处理方案。在操作330处,完成样品处理方案,并且将盒移除以用移液管将已准备样品移出。
方法300或方法318之后,可以将样品准备全部或已准备样品的一部分添加至一个或多个处理盒。随后,装置可以准备好实施一种或多种过程,诸如任何本文所公开的过程。然后可以将处理盒插入到各自的样品处理模块并且操作装置以实施那些盒的特定过程。因此装置进行过程并收集关联的数据。可选地,用于样品准备的盒也可以用于进行测定,因此使得已准备样品不需要转移。
图4显示了样品处理装置的实施方案,样品处理装置可以具有可变的样品处理模块量。在一些实施方案中,装置可以具有2个、4个、16个、24个、32个、40个、48个,或80个样品处理模块。然而,本发明不限于那些实例,也可以应用不同的模块量。
尽管以上的描述包含了许多特异性,这些不应解释为本发明范围的限制,而只是一些目前优选的实施方案的图示。基于本公开内容的考虑,本发明许多可能的变化和修改对本领域中技术人员而言是显而易见的。
Claims (20)
1.生物样品处理装置,包括:
外壳;
外壳所容纳的多个样品处理模块,每一样品处理模块经配置为容纳可移除样品盒并且对相应的可移除样品盒中样品仅进行样品处理;
每一样品处理模块经配置为对可移除样品盒中样品进行多种测试过程中的至少一种;
其中装置中至少一个模块经配置进行核酸扩增和检测;
其中装置中至少一个模块为配置只进行样品准备的样品准备模块。
2.如权利要求1所述的样品处理装置,其中至少一个模块配置为用于使核酸与固相载体上的阵列杂交。
3.如权利要求2所述的样品处理装置,其中至少一个样品准备模块配置为准备用于针对至少一种核酸的样品处理方案的样品。
4.如权利要求1所述的样品处理装置,其中至少一个样品处理模块配置为检测至少一种蛋白分析物。
5.如权利要求1所述的样品处理装置,其中至少一个样品处理模块配置用于评估至少一种核酸的染色体核酸拷贝数。
6.如权利要求1所述的样品处理装置,其中至少一个样品处理模块配置用于进行至少两种核酸分析物的多重检测。
7.如权利要求1所述的样品处理装置,其中至少一个样品处理模块配置用于进行至少两种蛋白分析物的多重检测。
8.如权利要求1所述的样品处理装置,其中至少一个样品处理模块配置用于对核酸分子进行测序和检测。
9.如权利要求1所述的样品处理装置,其中多个样品处理模块还包括至少一个用于检测测试盒中生物样品所含的至少一种蛋白分析物的模块,至少一个用于评估测试盒中生物样品所含的至少一种核酸的染色体核酸拷贝数的模块;和至少一个用于进行测试盒中生物样品所含的至少一种核酸的样品处理方案的模块。
10.如权利要求1所述的样品处理装置,其中所述外壳容纳至少两个样品处理模块。
11.用于操作样品处理装置的方法,该方法包括:
在外壳所容纳的多个样品准备模块的其中之一处接收容纳未准备样品的样品盒,每一样品准备模块被配置用于对相应的可移除样品盒中样品仅进行样品准备;
准备用于相应的生物测试过程的样品;
在外壳所容纳的多个样品处理模块的其中之一处接收容纳已准备样品的至少一个样品盒,每一样品处理模块被配置用于进行多种生物测试过程的至少一种;以及
使用相应的样品处理模块对已准备样品进行所述至少一种生物测试过程。
12.如权利要求11所述的方法,其中进行所述至少一种生物测试过程包括对核酸进行测序。
13.如权利要求11所述的方法,其中进行所述至少一种生物测试过程包括检测核酸分析物。
14.如权利要求11所述的方法,其中进行所述至少一种生物测试过程包括检测至少一种蛋白分析物。
15.如权利要求11所述的方法,其中进行所述至少一种生物测试过程包括评估至少一种核酸的染色体核酸拷贝数。
16.如权利要求11所述的方法,其中进行所述至少一种生物测试过程包括通过与检测阵列杂交进行至少两种核酸分析物的多重检测。
17.如权利要求11所述的方法,其中进行所述至少一种生物测试过程包括通过与检测阵列杂交进行至少两种蛋白分析物的多重检测。
18.如权利要求11所述的方法,其中进行所述至少一种生物测试过程包括进行核酸扩增和检测;和检测至少一种核酸分析物。
19.如权利要求11所述的方法,其中准备样品包括进行针对至少一种核酸的样品处理方案。
20.如权利要求11所述的方法,其中进行所述至少一种生物测试过程包括使核酸与固相载体上的阵列杂交。
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