CN105969849A - 一种用于保持多个液体样本的聚合酶链式反应的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种用于保持多个液体样本的聚合酶链式反应的方法及其装置，该装置包括具有一对相对表面的测试板，所述测试板上设有多个通孔，每个通孔从一个相对表面延伸至另一个相对表面，每个通孔能够通过毛细作用提供足够的表面张力来保持各自的液体样本。所述测试板为各个液体样本提供独立分区。为了分析液体样本，将所述测试板的一个相对表面与液体样本接触，就能部分地将所述独立分区中的多个通孔填充对应液体样本，在表面张力的作用下，液体样本保持在对应的通孔中。本发明简化了多个液体样本的分析过程，也确保了液体样本保持在测试板中。

Description

一种用于保持多个液体样本的聚合酶链式反应的方法及其装置

技术领域

本发明涉及液体样本测试领域，尤其涉及一种用于保持多个液体样本的聚合酶链式反应的方法及其装置。

背景技术

现有的液体样本筛选装置由具有一对相对表面的测试板构成，测试板的一个表面上均匀排布有用于保持液体样本的通孔。通孔或不延伸至另一个表面，或均匀地延伸至另一个表面。

现有的液体样本筛选装置存在如下问题：

1.当液体被装入不贯通的通孔时，测试孔内的气体难于逸出，从而加大了液体的灌装难度，为了完成液体的装入，必需频繁使用专门的输送装置，如大的定体积比分样系统。

2.当液体被装入贯通的通孔时，由于表面张力的限制，通孔内需涂亲水材料，以保持液体样本，增加了成本。

3.测试板上的各个通孔均匀排布在测试板上，当测试孔的数量较多时，很难对特定通孔的位置进行精确定位，也增加了同时支持多个液体样本的困难。

因此，有必要设计出一种改进的用于液体样本筛选的多通孔测试板。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于保持多个液体样本的聚合酶链式反应的方法，其包括如下步骤：液体样本提供步骤，提供多个液体样本，每个液体样本中至少含有一个用于扩增的目标核酸分子以及使能扩增的其它成分；测试板提供步骤，提供一具有一对相对表面和多个通孔的测试板，每个通孔从一个相对表面延伸至另一个相对表面，所述测试板为各个液体样本提供独立分区；填充步骤，将所述测试板的至少一个相对表面与至少一种液体样本接触，至少部分地将所述独立分区中的多个所述通孔填充对应液体样本，在表面张力的作用下，各个所述液体样本保持在对应的通孔中；分离步骤，将所述测试板的相对表面与所述液体样本分离，使得所述相对表面上大体上没有所述液体样本，从而使得保持在各个所述通孔中的所述液体样本相互隔离。

本发明的另一目的是提供一种用于保持液体样本以供分析的测试装置，其包括具有一对相对表面的测试板，所述测试板上设有多个通孔，每个所述通孔从一个相对表面延伸至另一个相对表面，每个所述通孔能够通过毛细作用提供足够的表面张力来保持各自的液体样本。

本发明的另一目的是提供一种用于分析一个或多个液体样本的方法，其包括如下步骤：测试板提供步骤，提供一具有一对相对表面和多个通孔的测试板，每个所述通孔从一个相对表面延伸至另一个相对表面；填充步骤，将所述测试板的至少一个相对表面与至少一种液体样本接触，至少部分地将多个所述通孔填充对应液体样本，表面张力将对应液体样本保持在对应多个通孔中；分析步骤，分析至少一个所述通孔中的至少一个所述液体样本。

本发明的另一目的是提供一种高通量筛选方法，其包括如下步骤：液体样本提供步骤，提供至少一个液体样本，所述液体样本包括直接或间接产生可检测特性的分析物；测试板提供步骤，提供一具有一对相对表面和多个通孔的测试板，每个所述通孔从一个相对表面延伸至另一个相对表面；稀释步骤，稀释所述的液体样本，以使得其中的被分析物的浓度为：当所述至少一个液体样本被至少部分地装入所述多个通孔中时，大约二分之一至大约四分之一的所述多个通孔中含有至少一个所述被分析物；填充步骤，至少部分地将多个所述通孔填充所述液体样本，其中表面张力将所述液体样本保持在对应多个通孔中；检测步骤，检测出所述多个通孔中含有所述被分析物的液体样本。

本发明提供的保持多个液体样本的聚合酶链式反应的方法及其装置可以将多个待分析的液体样本可以分别装载到测试板中的不同的独立分区。

本发明使操作者更加容易标识装有需要进一步分析的液体样本的通孔。本发明的测试板上的通孔并不是等距均匀排布的，而是把通孔分组排布，每组中包括至少两行两列通孔，又将各个组按独立分区进行排列，每个独立分区至少包括至少两组通孔。组之间的间隔大于组内通孔之间的间隔，独立分区之间的间隔又大于独立分区内部的组与组之间的间隔。因此，操作者容易根据通孔在测试板上所处的独立分区、组、行和列方便地对特定的通孔进行标识。

附图说明

图1为本发明一个实施例的测试装置的俯视图；

图2为图1中所示的测试装置的A-A剖视图；

图3为本发明的一个实施例的测试板上的通孔的剖视图；

图4为本发明的另一实施例的测试板上的通孔的剖视图；

图5为本发明的另一实施例的测试装置的俯视图；

具体实施方式

图1示出了依照本发明的一个实施例的测试装置10。测试装置10包括具有一对相对表面14和16(表面16在图2中示出)和多个通孔18的测试板20以及支撑测试板20的支架30。通孔18分组24排列，每组包括至少两行和至少两列通孔18。测试装置10具有许多优点，包括简化了将多个液体样本装入到测试装置10的通孔18的过程，简化测试装置10的结构，以及使操作者更容易识别特定通孔18。

参照图1和图2，测试装置10包括测试板20，在该具体实施例中，测试板20由硅、锗等半导体材料制成，在其他实施例中，测试板20也可以使用其他类型的表面反光弱的材料制成。

测试板20包括一对相对表面14和16。在该具体实施例中，相对表面14和16大体上是平坦的，相对表面16与支架30的支撑表面32接触。如果相对表面16上的通孔18的开口23和支撑架30接触，那么通孔18中的液体都会从开口23流出。为避免液体流出，支撑表面32只与测试板20的边缘部分相接触。

测试板20中设有多个通孔18。通孔18从相对表面14上的开口22延伸到相对表面16上的开口23。在该具体实施例中，通孔18大体上为圆柱形，通孔18也可以是其他形状，例如横截面为六边形或圆柱形。在该具体实施例中，每个通孔18的直径约为60微米，可装约850皮升(pL)的液体S或分子，但是每个通孔18可以装载的分子的直径、体积和数量可以根据需要进行调整。

参考图3，所示的是本发明的一个实施例的测试板20上的通孔18的剖视图。溶液S通过表面张力保持在通孔18中。具体而言，通孔18的尺寸可以根据需要分析的溶液S以及该溶液S的表面张力属性而调整。例如，如本领域普通技术人员所理解的，缓冲液具有与含盐的培养基不同的表面张力。

参考图4，所示的是本发明的一个实施例的测试板20上的通孔18的剖视图。通孔18包括上圆柱27和下圆柱28，通孔18位于相对表面14上的开口22的孔径大于位于相对表面16上的开口23的孔径，例如，通孔18位于相对表面14上的开口22的孔径是位于相对表面16上的开口23的孔径的两倍或两倍以上。在没有涂亲水材料的情况下，可以通过调整开口23的孔径大小，既保证通孔18内的气体逸出，又保证溶液S可以保持在通孔18中。具体而言，通孔18的尺寸可以根据需要分析的溶液S以及该溶液S的表面张力属性而调整。通孔18的尺寸包括开口22的孔径、上圆柱27的深度、开口23的孔径及下圆柱28的深度。

参照图1，测试板20上设有2000个通孔18，这些通孔18从相对表面14贯穿至相对表面16。当然，通孔18的数量可以根据具体需要进行调整。为了帮助操作者标识特定的通孔18，在该具体实施例中，通孔18分组24排布，在该具体实施例中，包括80个组24，每组24包括25个成5行5列均匀排布的通孔18。同一组24中，位于同一行或同一列中的相邻两个通孔18之间的间隔约为0.1mm。

参照图5，在另一实施例中，测试板20包括有5个独立分区26。每个独立分区26包含16个组24。在该具体实施例中，相邻独立分区26之间的间隔大约1.0mm，为了更加清楚地识别出不同的独立分区26，相邻所述独立分区26之间设有标识线(未图示)。该具体实例中，同一组24中，位于同一行或同一列中的相邻两个通孔18之间的间隔约为0.05mm。各个独立分区26可以放置不同的液体样品。

通过以独立分区26和组24，方便了操作者标识测试板20中的特定通孔18。独立分区26帮助操作者标识通孔18的所在的大致区域，组24帮助操作者缩小通孔18的位置，组24中的列和行则提供通孔18的精确位置。独立分区26、组24以及行和列之间的间隔不同，以便使得操作者在视觉上更容易标识特定通孔18。

参照图1及图2所示的测试装置10，讨论本发明在一个具体实施例中，用于保持多个液体样本的聚合酶链式反应的方法。在该具体实施例中，将含有核酸分子的反应液稀释到每850皮升含有一个或多个核酸分子，其中包括0个，1个或多个待扩增的目标区域，然后使用PCR仪器对核酸分子进行扩增处理。一旦核酸分子扩增了，包含在反应液中的荧光或者发色底物显色，通过该显色反应检测出含有被扩增核酸分子的通孔18。对此实施例来说，将具有核酸分子的反应液称作溶液S。因此，核酸分子将随机地分布在通孔18中，许多通孔18将包含一个或多个核酸分子。

虽然公开了制备溶液S和核酸分子的例子，但如本领域普通技术人员容易理解的那样，可以使用其他方法和技术准备用于测试装置10的样品。

接下来，提供具有一对相对表面14和16及多个通孔18的测试板20，每个通孔18从相对表面14延伸到相对表面16。将测试板20的相对表面中的一个相对表面14浸入准备好的溶液S中。溶液S进入测试板20中的每个通孔18的开口22，并且通孔18中的气体从开口23逸出。

本发明的优点之一是可以容易地将溶液S装入到每个通孔18中。如上所述，在相对较短的时间内，可以在不用任何类型的专用溶液输送系统的情况下，将溶液S装入测试板20中的所有通孔18。现有的带孔的测试装置需要用溶液输送系统，例如大型顶体积比分样设备，才能将溶液装入到每个孔中。

参照图5，该实施例中，装有五个不同的溶液S，只需要使用一个简单的溶液输送系统对五个独立分区26进行同时装入即可。

溶液S被吸入通孔18后，把测试板20从溶液S中取出。表面张力将溶液S保持在每个通孔18中。在该具体实施例中，如图3所示，每个孔18的孔径大约为60微米，可以保持大约850皮升的溶液S和核酸分子。当然，每个通孔18的孔径和体积可以如具体需要进行调整。

将测试板20从溶液S中取出后，可以将测试板20置于支撑架30的支撑表面32上。由于绝大部分通孔18的开口16与支撑表面32未接触，表面张力使得溶液S保持在通孔18中。优选地，将测试装置10放入容器中，并注入植物油覆盖整个测试装置10，然后对容器进行密封处理以防止测试板20中的溶液S蒸发或者被污染。在该具体实例中，将该容器放入受控温箱中进行扩增。在核酸分子扩增后，可通过其发出的荧光进行分析。

虽然公开了处理测试板20中的溶液S的一个例子，但是也可使用本领域普通技术人员所知的其他处理和分析样本的方法和技术。

接下来，根据本发明的一个具体实施例，提供了一种高通量筛选方法。该方法可筛选至少一个含待分析的目标成分或物质的液体样品。在这里，要分析的目标成分或物质可以称为“被分析物”。被分析有可检测性。例如，被分析物自身可能表现出荧光特性。在液体样本至少部分地装入至多个所述通孔18中之后，通过确定哪些通孔18中含有存在荧光特性的样品，就可以检测出含有所述被分析物的那部分液体样本。

依照所述高通量筛选方法，液体样本部分被装入到具有一对相对表面和多个通孔的测试组件中，每个通孔从一个相对表面延伸到另一个相对表面。优选地，用至少部分液体样本至少部分地装入至多个通孔，在表面张力的作用下，各个通孔保持相应的液体样本。也可以将多种液体样本装入到到各个独立分区的通孔中，于是所述多个样本在各个独立分区的通孔中表现出可检测属性。

根据本发明的实施例，优选地，高通量筛选组件包括至少约10000个通孔，更优选地至少大约20000个通孔。待筛选的分析物可以是，例如核酸分子、生物细胞或酶。可检测性可以是，例如荧光或者吸附属性。在将液体样本装入高通量筛选组件之前，可以利用适当的稀释剂稀释液体样本，以使得其中的被分析物的浓度为：当所述至少一个液体样本被至少部分地装入所述多个通孔中时，大约二分之一至大约四分之一的所述多个通孔中含有至少一个所述被分析物。

在某些情况下，即使该核酸分子与其他溶液的混合物进入到多个通孔。在这样的情况下，可以在装入之前稀释该混合物，使得每个通孔中进入几个核酸分子。使用这种稀释技术可能检测到被分析物的存在。例如，可以从许多核酸分子及其突变体中检测到某个特定的突变体。

于是，例如，一个样本含有1000000个核酸分子，它们之中只有一个是称为“被分析物”的目标突变体，使用具有10000个通孔的测试板，样品被稀释为当把1000000个核酸分子随机装入通孔中时，每个通孔大约包含大约100个核酸分子。在一次检测中即可从99.99％的样本中分离出被分析物。

根据本发明所使用的测试板20可以包括亲水材料或涂层、疏水材料或涂层或者其组合，以方便将液体样本部分装入到通孔中。例如，所述组件的相对表面可以由疏水材料制成或者利用疏水材料处理，使得除了相对表面上紧邻通孔的开口的区域之外，液体样本倾向于与相对表面排斥。依照这样的实施例，通过毛细作用将液体样本部分吸入通孔而不浸湿到测试板20的相对表面。因此，测试板20装入液体样本并且与液体样本分离后，各通孔之间不存在流体的连通，对被隔离的液体样本的污染最小。按照本发明的一些实施例，通孔可以由亲水材料制成，或者在其内壁涂敷亲水材料，该亲水材料容易被含水样本浸润。每个通孔的整个内壁可以由亲水材料制成或由亲水材料处理。有亲水材料的通孔内壁和疏水材料的相对表面的测试板20提供了极好的手段，可同时约束、隔离或者限制测试板的通孔内的液体样本的位置，同时保持相对表面上大体没有液体样本。

上述描述了本发明的基本构思，对于本领域技术人员来说，所述详细描述仅仅是举例，而非限制性的。各种不同的替代、改进和修改将出现，并且是本领域技术人员所预期的，虽然其未在本文明确叙述，这些变更、改进和修改属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于保持多个液体样本的聚合酶链式反应的方法，其特征在于，其包括如下步骤：

液体样本提供步骤，提供多个液体样本，每个液体样本中至少含有一个用于扩增的目标核酸分子以及使能扩增的其它成分；

测试板提供步骤，提供一具有一对相对表面和多个通孔的测试板，每个通孔从一个相对表面延伸至另一个相对表面，所述测试板为各个液体样本提供独立分区；

填充步骤，将所述测试板的至少一个相对表面与至少一种液体样本接触，至少部分地将所述独立分区中的多个所述通孔填充对应液体样本，在表面张力的作用下，各个所述液体样本保持在对应的通孔中；

分离步骤，将所述测试板的相对表面与所述液体样本分离，使得所述相对表面上大体上没有所述液体样本，从而使得保持在各个所述通孔中的所述液体样本相互隔离。

2.权利要求1所述的方法，其特征在于：所述通孔成组排布，每个所述组包括至少两行和至少两列通孔；所述组成批排布，每批形成一个所述独立分区，相邻所述独立分区之间设有标识线。

3.一种用于保持液体样本以供分析的测试装置，其特征在于：

其包括具有一对相对表面的测试板，所述测试板上设有多个通孔，每个所述通孔从一个相对表面延伸至另一个相对表面，每个所述通孔能够通过毛细作用提供足够的表面张力来保持各自的液体样本。

4.如权利要求3所述的用于保持液体样本的测试装置，其特征在于：所述通孔在所述测试板的一个相对表面上的开口的孔径大于所述通孔在所述测试板的另一个相对表面上的开口的孔径。

5.如权利要求4所述的用于保持液体样本的测试装置，其特征在于：所述通孔在所述测试板的一个相对表面上的开口的孔径至少为所述通孔在所述测试板的另一个相对表面上的开口的孔径的两倍。

6.如权利要求3所述的用于保持液体样本的测试装置，其特征在于：其还包括通过表面张力保持在至少多个所述通孔中的液体样本。

7.一种用于分析一个或多个液体样本的方法，其特征在于：其包括如下步骤：

测试板提供步骤，提供一具有一对相对表面和多个通孔的测试板，每个所述通孔从一个相对表面延伸至另一个相对表面；

填充步骤，将所述测试板的至少一个相对表面与至少一种液体样本接触，至少部分地将多个所述通孔填充对应液体样本，表面张力将对应液体样本保持在对应多个通孔中；

分析步骤，分析至少一个所述通孔中的至少一个所述液体样本。

8.如权利要求7的所述的方法，其特征在于：所述多个液体样本中的每一个液体样本均包含用于扩增的目标核酸分子以及使能扩增的其它成分。

9.一种高通量筛选方法，其特征在于，其包括如下步骤：

液体样本提供步骤，提供至少一个液体样本，所述液体样本包括直接或间接产生可检测特性的分析物；

测试板提供步骤，提供一具有一对相对表面和多个通孔的测试板，每个所述通孔从一个相对表面延伸至另一个相对表面；

稀释步骤，稀释所述的液体样本，以使得其中的被分析物的浓度为：当所述至少一个液体样本被至少部分地装入所述多个通孔中时，大约二分之一至大约四分之一的所述多个通孔中含有至少一个所述被分析物。

填充步骤，至少部分地将多个所述通孔填充所述液体样本，其中表面张力将所述液体样本保持在对应多个通孔中；

检测步骤，检测出所述多个通孔中含有所述被分析物的液体样本。

10.权利要求9的方法，其特征在于，所述可检测性为荧光或吸附特性，所述分析物为核酸分子、聚合酶或者微生物中的至少一种。