CN114364811A

CN114364811A - 具有pcr芯片的样品制备设备和多孔板

Info

Publication number: CN114364811A
Application number: CN202080065654.6A
Authority: CN
Inventors: D·朱; A·H·李
Original assignee: Siemens Healthcare Diagnostics Inc
Current assignee: Siemens Healthcare Diagnostics Inc
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2020-08-18
Publication date: 2022-04-15
Also published as: EP4031680A4; US20220325272A1; EP4031680A1; WO2021056005A1

Abstract

一种用于自动化细胞裂解和核酸纯化和扩增的设备、多孔板和方法。该板包括裂解孔、至少一个洗涤孔、洗脱孔和PCR芯片。该设备包括竖直对准的转子混合器，该转子混合器包括磁性尖端和用于在竖直和水平方向上移动转子混合器的致动器，以将磁珠从一个孔转移到另一个孔。转子混合器用于涡旋裂解混合物，其中涡旋速度足以克服磁珠和混合器尖端之间的磁引力并将磁珠分散在溶液中，以收集洗脱溶液中的核酸（诸如DNA），该洗脱溶液被转移到PCR芯片用于扩增靶序列。

Description

具有PCR芯片的样品制备设备和多孔板

相关申请的交叉引用。

N/A。

技术领域

本文的公开内容总体上涉及细胞裂解和核酸纯化和分离的领域。更特别地，本公开涉及一种新型的转子混合器和多孔托盘，其在分子诊断中的核酸提取领域中具有特定用途。

背景技术

在使用磁珠的典型细胞裂解和核酸分离方案中，通过移液管系统将样品与细胞裂解缓冲液一起且通过一定量的磁珠移动到多孔板内的孔。磁珠被功能化，例如用二氧化硅表面功能化，以允许核酸分子（诸如DNA）的选择性结合。对孔重复一系列外部振动混合、磁珠分离、上清液抽吸和稀释/洗涤步骤。也可以采用加热多孔板的一个或多个孔来促进裂解和/或结合。样品转移、洗涤和洗脱步骤需要单独的抽吸和分配尖端，以避免交叉污染。

由于用于处理多个样品的公共平台，加热和加热时间是有限的且不可定制。单个高架移液系统通常负责处理多孔板内的所有样品。

替代系统和技术涉及使用设置在密封探针内的磁体。探针选择性地设置在相应的孔内，以允许磁珠被位于孔内的磁体吸引到探针。在一个实施例中，探针可以被从一个孔移除并被插入到另一个孔内的流体中。然后，磁体可以从探针内抽出，从而释放将从探针表面释放的磁珠。随后可以进行进一步的处理。

在分子诊断学领域，需要用于裂解细胞和纯化样品以进行扩增子检测的高效且成本有效的系统和方法。

发明内容

为了克服用于细胞裂解和纯化的现有技术自动化过程的不灵活性和费用，本公开提供了一种以磁性尖端为特征的新型转子混合器。转子产生涡旋，用于将生物样品与裂解缓冲液和磁珠结合，以在裂解孔中形成裂解混合物。为了优化磁珠上的核酸吸附，涡旋速度足以克服磁珠和转子混合器的磁性尖端之间的磁引力，并允许磁珠在裂解混合物中自由分散。当涡旋停止时，磁珠重新附着在磁性尖端。结果，转子尖端可以用于将来自裂解混合物的磁珠转移到其它孔中和在其它孔之间转移，在其它孔中磁珠经历洗涤并最终洗脱从样品裂解物收集的核酸。

与使用样品孔外部振动的传统实验室涡旋设备相比，具有磁性尖端的转子混合器提供了用于在孔之间转移磁珠的高效、简单且可靠的方式，并且该设置特别适用于自动化样品制备技术。

还提供了与转子混合器一起使用的一次性多孔板，其具有一系列敞开的流体孔。第一孔用作裂解容器，其中裂解混合物通过转子诱导的涡旋进行处理，并且磁珠结合到核酸分子。其他孔用作洗涤容器，其中用洗涤缓冲液处理磁珠以除去不期望的裂解混合物残余物。在最后一个洗脱孔中，将洗涤过的磁珠浸入洗脱缓冲液中，以从原始样品裂解物中收集核酸分子。如果期望，还提供对一个或多个裂解孔和洗脱孔的选择性、可定制的直接加热，以增强裂解和/或洗脱。

本系统和方法使得能够提供多孔板，其孔由制造商预装缓冲液，从而加快整个过程并降低操作员出错的可能性。替代地，可以以堆叠的配置大量提供多个托盘，任选地，其中每个裂解孔具有相应预装载的磁珠。

当前公开的系统和方法的其他独特特征包括提供一次性保护套筒，以在核酸分离过程的涡旋和其他步骤期间保护转子的磁性尖端。任选地，保护套筒可以通过增强涡旋的特征来装配，诸如螺旋桨形突出物或桨叶。

附图说明

下文参照所附附图详细描述了所公开技术的说明性实施例，附图通过引用并入本文，并且其中：

图1是根据本公开的样品裂解和核酸提取设备的透视图；

图2图示了在磁珠存在的情况下，通过图1的设备对裂解混合物的涡旋；

图3图示了将外部磁场应用于多孔板的裂解孔；

图4图示了从多孔板移除图3的外部磁场并降低磁性尖端以收集磁珠；

图5图示了从裂解孔中移除具有磁性地附着到其上的磁珠的转子混合器尖端；

图6图示了将图1设备的转子混合器尖端及磁性地附着到其上的磁珠朝向洗涤孔地水平移动；

图7是根据本公开的多孔板的透视图；

图8是图7的多孔板的侧视截面图；

图9是图7的多孔板的俯视图；

图10是图7的多孔板的后视图；

图11是图7的多孔板的前视图；

图12是图7的多孔板的侧视图；

图13是图7的多孔板的仰视图；并且

图14是样品裂解、纯化和洗脱方法的流程图；

图15是根据本公开的装配有PCR芯片的多孔板的透视图；

图16图示了在图15的多孔板的裂解孔内存在磁珠的情况下，通过图1的设备进行的裂解混合物的涡旋；

图17图示了在图15的多孔板的洗涤孔中洗涤图16的磁珠；

图18图示了向图15的多孔板的洗脱孔施加外部磁场；

图19图示了在外部磁场的作用下，磁珠在洗脱孔的侧壁上聚集；

图20图示了磁珠聚集在洗脱孔的侧壁上，从而留出了转子混合器尖端和洗脱孔底部处的孔口之间的空间；

图21图示了通过装配有O形环密封件的一次性套筒的竖直运动施加的泵送作用；和

图22是核酸样品裂解、纯化、洗脱、PCR扩增和荧光监测的方法的流程图。

具体实施方式

本文公开了一种用于从生物样品提取核酸（诸如DNA分子）的设备。使用目前公开和描述的设备使得能够以特别适合于自动化样品制备技术的方式在孔之间简化、容易和可靠地转移磁珠。

图1图示了根据本公开的设备100的示例性实施例。设备100包括转子混合器102，该转子混合器102具有磁性尖端104，诸如封装在惰性聚合物涂层内的铁磁材料，该磁性尖端104经由转子轴106连接到转子毂108。一次性保护套筒（在这种情况下是图2所示的圆锥形透明塑料套筒107）保护磁性尖端104和转子轴106免受核酸提取中使用的缓冲液和混合物的内容物的影响。当使流体和诸如磁珠的其他成分的混合物进行涡旋时，转子引擎110为转子混合器102提供动力。当转子混合器102不进行涡旋时，磁珠磁性地附着到磁性尖端104。因此，当核酸分离过程的一个步骤完成时，附着到磁性尖端104的磁珠可以容易地转移到另一个容器，在那里进行下一个步骤。为此，该设备装配有竖直致动器112，该致动器112被配置成沿着竖直轨道114在向上或向下的方向上移动转子混合器102，并且装配有水平致动器（未示出），用于将转子混合器102从一个容器重新定位到另一个容器。此外，该设备100可以包括外部磁体116，该外部磁体116可以选择性地平移到和远离容器的侧壁，以便分别吸引和释放设置在容器内的磁珠。外部磁体也可以选择性地相对于容器竖直地平移，这将在随后讨论。

容器可以以一次性多孔板或保持器中的过程孔的形式提供，以用于细胞裂解和核苷酸纯化。与目前实践的方法相比，使用目前公开和描述的多孔板实现了简化且更快的细胞裂解和核苷酸提取。图7-13图示了根据本公开的多孔板200的实施例，该多孔板200具有主体构件和从主体构件的底板沿向下方向延伸的多个孔。在该实施例中，主体构件是通道202，并且过程孔包括裂解孔204、洗涤孔206、208、210、212、214和洗脱孔216。该通道可以有助于阻止工作流体意外流出多孔板。

裂解孔204设置在多孔板的第一端201处，而洗涤孔设置在第一端和洗脱孔216所在的相对的第二端203中间。每个孔从通道202的底板沿基本正交的方向延伸，并且具有经由通道底板中的孔口与通道连通的内部容积。图示的孔口是圆形的，并且与底板表面共面，尽管也可以考虑不同形状和取向的实施例。这些孔口也基本上沿着底板表面共线，并且以多孔板的纵向轴线218为中心。

在一个实施例中，孔预填充有适当的缓冲液和其他成分，并且然后密封，例如用在使用时移除的剥离层密封。在另一个实施例中，每个孔都具有渐缩的下部范围。这使得多个多孔板能够被竖直堆叠，由此第一保持器的裂解孔的外表面被接收在下部第二保持器的裂解孔内。类似地，第一保持器的洗涤孔的外表面每个都被接收在下部第二保持器的相应洗涤孔内。

为了优化涡旋和磁珠收集性能，裂解孔204的下部范围可具有能够接收磁性尖端104的几何形状。如例如在图8的侧视截面图中所见，裂解孔204可以具有比洗涤孔更大的容积，以便为生物样品、裂解缓冲液和磁珠提供足够的空间。相反地，洗脱孔216可以具有比洗涤孔更小的容积，以便最小化最终核酸产物的稀释，并且可以以圆锥形横截面为特征，以便于用移液器或用于转移流体的其他装置移除产物。

多孔板200的裂解孔204可经受加热，这取决于用其实施的裂解过程的特性。例如，裂解孔204的下部范围的外表面可以被配置成被接收在该整体式结构外部的加热器内。这种加热器可以是放置在保持器下方的加热块118，在所需或所期望的时间段内接收其内的裂解孔的下部范围的外表面。类似地，多孔板200的洗脱孔216可以用该整体式结构外部的另一个加热器加热，诸如加热块120，这取决于用其实施的洗脱过程。

多孔板200可设置有固持特征，诸如从通道202的上边沿突出的突出部220或在多孔板200任一侧上从多孔板延伸的其他横向突出物。在诸如加热和涡旋的过程期间，当外部装置相对于多孔板200移动时，固持特征可以选择性地由外部夹持机构接合，从而将多孔板保持在相对于外部装置的固定位置中。当移液系统向下压洗脱孔216的内表面时，在将样品、缓冲液、磁珠或其它成分引入孔或洗脱产物回收期间，固持特征也可以是有用的。替代地，多孔板和相关联的加热块和支撑结构（即板保持器222）可以被配置成相对于转子混合器102横向水平平移，从而消除了实现转子混合器和相关联部件的水平平移的需要。

现在结合图2-6和图14，对结合图7-13的多孔板使用图1的系统的非限制性示例性方法进行描述。根据实施例，并非所有步骤都需要按下述顺序实施，也不需要完全利用。首先，在步骤300中，提供诸如上文描述的多孔板，并将其放入板保持器222中。在步骤302中，将一种或多种洗涤缓冲液装载到洗涤孔中，将洗脱缓冲液装载到洗脱孔216中，并将裂解缓冲液装载到裂解孔204中。

如在步骤304中，也将磁珠402引入裂解孔204中。在一个示例中，磁珠的材料可以被优化用于从血液样品中提取基因组DNA，但是其组成可以变化以适合其他类型的体液或组织或者用于提取其他类型的核酸，诸如RNA。然后将生物样品装载到裂解孔中（步骤306），从而产生准备用于涡旋的裂解混合物。典型的样品包括血液、唾液、毛发和其他体液和组织，任选地例如通过冷冻、匀浆或研磨进行预处理。本领域技术人员将认识到，缓冲液和其他反应物的选择可以根据样品和磁珠的类型而变化，以提供用于核酸提取的最佳条件。虽然该图示的过程描绘了装载裂解孔以形成裂解混合物的特定顺序，但是可以采用其他顺序，诸如在添加磁珠之前将样品置于裂解孔中。

在步骤308中，通过连续地抑或间歇地旋转转子混合器102，使裂解混合物涡旋，如图2中所例示。对于涡旋步骤的至少一部分，转子混合器102以足以克服磁珠402和磁性尖端104之间的吸引力的速率旋转，从而释放磁珠以围绕裂解混合物起漩涡，并在细胞裂解后与分散在其中的核酸分子结合。在示例性实施例中，转子混合器以每分钟约5000至约10000转的速度旋转。

当涡旋停止时，磁珠402附着到磁性尖端104。在一些或所有磁珠未能附着并保持漂浮或吸附到孔壁的情况下，外部磁体116可以通过操作平移构件117（图3）平移到裂解孔204的侧壁。转子混合器102暂时向上移动到裂解混合物的更高水平，同时由外部磁体116在孔的外表面上施加的磁场将磁珠402形成粘附到孔壁的簇。仍然压靠裂解孔204的侧面上的外部磁体116被平移构件首先向下移动，然后远离孔壁（图4），从而移除其磁场并留下静置在孔204底部并准备收集的磁珠402（步骤310）。然后将转子混合器降低到裂解孔204中，由此磁珠402抵靠磁性尖端104聚集。

在磁珠洗涤步骤312中，竖直致动器112沿向上方向移动转子混合器102，如图5所示，从而从裂解孔204中抽出尖端104和附着到其上的磁珠402。图6示出了将转子轴106与一个洗涤孔（例如洗涤孔206）对准的水平致动器（未示出）。外部磁体116也可以与转子102协调地水平移动。替代地，板保持器222可以相对于转子和外部磁体平移多孔板200。一旦正确对准，竖直致动器112沿向下方向移动转子混合器102，以将磁性尖端104和附着到其上的磁珠402浸入包含在洗涤孔206中的洗涤缓冲液中。然后可以进行类似于在裂解孔204内执行的过程，包括将外部磁体116移动到邻近洗涤孔的位置，旋转转子以将磁珠释放到洗涤缓冲液中并允许磁珠聚集在邻近外部磁体的洗涤孔壁上，移除外部磁体，再次旋转转子以将磁珠重新悬浮在洗涤缓冲液中，然后停止旋转以允许磁珠重新附着到转子磁性尖端104。该过程还可以包括在重新引入转子和磁性尖端之前，竖直地操纵外部磁体以将磁珠聚集在洗涤孔的底部。该程序可以在任何或所有其他洗涤孔208、210、212和214中重复。在完成所期望次数的洗涤步骤后，竖直和水平致动器将磁性尖端104和磁珠402浸入洗脱孔216中，在此核酸从磁珠402洗脱到洗脱缓冲液中（步骤314）。

如所预期的，在所示的将外部磁场施加到裂解孔的外表面的步骤310之前，可加热裂解孔204的内容物。在移除磁珠402之后，裂解孔和洗涤孔中的液体残余物可以通过移液系统抽吸并分配到废物接收器中。类似地，洗脱孔216可以在移除最终核苷酸产物溶液之前的任何点处进行加热。

在另一方面，洗脱孔216中的DNA样品可直接转移至独立的聚合酶链式反应（PCR）芯片，用于原位扩增和分析。这种方法允许廉价且快速的传染病和基因组图谱的现场（POC）测试，其可以自动化，并且因此比传统的诊断实验室程序需要更少的操作者监督。

为了便于操作，PCR芯片可以是多孔板的一体部分。图15图示了多孔板500，其具有从板的第一端延伸到相对的第二端的主体构件502。除了裂解孔504、洗涤孔506、508、510、512、514和洗脱孔516之外，该板还包括PCR芯片518。在这种情况下，PCR芯片由用（一个或多个）塑料膜密封的通道和腔室形成，但是本领域技术人员将理解，其几何形状和相关特征适合于该装置的其他部件的任何类型的独立PCR芯片也可以用于相同的目的。

DNA样品递送通道522将洗脱孔516底端处的孔口520与PCR芯片连接。具体地，通道522与第一加热区524连通，第一加热区524进而液压地连接到第二加热区526。每个加热区可以被加热到PCR过程的给定步骤的温度，例如借助于添加到设备100的PCR芯片加热元件（未示出）。在一个实施例中，第一加热区被加热至与PCR变性阶段相关联的温度，通常在约85℃至约95℃之间，而第二加热区被加热至与PCR退火阶段相关联的温度，通常在约50℃至约60℃之间。中间通道528连接第一加热区和第二加热区，并且位于两者之间的中间位置，可被加热至与PCR延伸步骤相关联的温度，通常在65℃至75℃之间。通道530将第二加热区与扩展腔室532连接。

在一个实施例中，生物样品中待测定的DNA模板的PCR扩增所需的所有成分都包括在PCR芯片中。PCR成分通常包括Taq DNA聚合酶、脱氧核苷酸三磷酸（dNTPs）、辅因子（诸如MgCl₂）、和特异于作为诊断程序对象的DNA序列的PCR引物，例如传染病的基因组DNA或携带致癌突变的患者DNA。PCR成分可以作为溶液或以干混合物523的形式提供，并且它们相应的量通常在加入洗脱溶液后被校准以优化PCR产量。

多孔板的特征还在于套筒储存孔517，保护套筒532保持在此处以准备使用。为了提供足够的空间来容纳套筒，套筒储存孔可以具有比洗涤孔更大的容积。保护套筒532包括O形环密封件534，如下所示，当套筒沿其竖直轴线移动时，O形环密封件534使得能够通过套筒实现泵送作用。在一个实施例中，用适当的缓冲液和其它成分预填充500的孔，并且然后将其密封，例如用在使用时去除的剥离层密封。

多孔板500可设置有固持特征，诸如从主体构件502突出的突出部或在多孔板500任一侧上从多孔板延伸的其他横向突出部。在诸如加热、涡旋和PCR的过程期间，当外部装置相对于多孔板500移动时，固持特征可以选择性地由外部夹持机构接合，从而将多孔板保持在相对于外部装置的固定位置。当套筒532向下压在洗脱孔516的底端时，在将样品、缓冲液、磁珠或其他成分引入孔或洗脱产物泵送期间，固持特征也可以是有用的。替代地，多孔板和相关联的加热块和支撑结构（即板保持器222）可以被配置成相对于转子混合器102横向水平平移，从而消除了实现转子混合器和相关联的部件的水平平移的需要。

现将结合图16-22描述结合图15的多孔板使用图1的系统的非限制性示例性方法。取决于实施例，并非所有步骤都需要按下述顺序实施，也不需要完全利用。首先，在步骤600中，提供如上所述的多孔板，并将其放入板保持器222中。在步骤602中，将一种或多种洗涤缓冲液装载到洗涤孔中，将洗脱缓冲液装载到洗脱孔516中，并将裂解缓冲液装载到裂解孔504中。

如步骤604，还将磁珠402引入裂解孔504中。在一个示例中，磁珠的材料可以被优化以用于从血液样品提取基因组DNA，但是其组成可以变化以适合其他类型的体液或组织或者用于提取其他类型的核酸，诸如RNA。然后将生物样品装载到裂解孔中（步骤606），从而产生准备进行涡旋的裂解混合物。典型的样品包括血液、唾液、毛发和其他体液和组织，任选地例如通过冷冻、匀浆或研磨进行预处理。本领域技术人员将认识到，缓冲液和其他反应物的选择可以根据样品和磁珠的类型而变化，以提供用于核酸提取的最佳条件。虽然该图示的过程描绘了装载裂解孔以形成裂解混合物的特定顺序，但是可以采用其他顺序，诸如在添加磁珠之前将样品置于裂解孔中。

在步骤608中，通过连续地抑或间歇地旋转转子混合器102来涡旋裂解混合物，如图16中所例示的。对于涡旋步骤的至少一部分，转子混合器102以足以克服磁珠402和磁性尖端104之间的吸引力的速率旋转，从而释放磁珠以围绕裂解混合物起漩涡，并在细胞裂解后与分散在其中的核酸分子结合。在示例性实施例中，转子混合器以每分钟约5000至约10000转旋转。

当涡旋停止时，磁珠402附着到磁性尖端104。在一些或所有珠未能附着并保持漂浮或吸附到孔壁的情况下，可以通过平移构件117的操作，以类似于上文参考图3所述的方式，将外部磁体116平移到裂解孔204的侧壁。转子混合器102暂时向上移动到裂解混合物的更高水平，同时由外部磁体116在孔的外表面上施加的磁场使磁珠402形成粘附到孔壁的簇。以类似于上文参考图4所述的方式，仍然压靠在裂解孔504的侧面上的外部磁体116被平移构件首先向下移动，然后远离孔壁，从而移除其磁场并留下静置在孔504底部处并准备收集的磁珠402（步骤610）。然后将转子混合器降低到裂解孔504中，由此磁珠402抵靠磁性尖端104聚集。

在磁珠洗涤步骤612中，竖直致动器112沿向上方向移动转子混合器102，从而从裂解孔504中抽出尖端104和附着于其上的磁珠402。然后，水平致动器（未示出）将转子混合器102与一个洗涤孔对准，例如洗涤孔514。外部磁体116也可以与转子混合器102协调地水平移动。替代地，板保持器222可以相对于转子混合器和外部磁体平移多孔板500。然后可以进行类似于在裂解孔504内执行的过程，包括将外部磁体116移动到邻近洗涤孔的位置，旋转转子混合器以将磁珠释放到洗涤缓冲液中并允许磁珠聚集在邻近外部磁体的洗涤孔壁上，移除外部磁体，再次旋转转子以将磁珠重新悬浮在洗涤缓冲液中，然后停止旋转以允许磁珠重新附着到转子磁性尖端104（图17）。该过程还可以包括在重新引入转子和磁性尖端之前，竖直地操纵外部磁体以将磁珠聚集在洗涤孔的底部中。该程序可以以任何顺序在任何或所有其他洗涤孔506、508、510和512中重复。在完成所期望次数的洗涤步骤后，竖直和水平致动器将磁性尖端104和磁珠402浸入洗脱孔516中，在此处核酸从磁珠402洗脱到洗脱缓冲液中（步骤614）。

如所预期的，在所示的将外部磁场施加到裂解孔外表面的步骤610之前，可加热裂解孔204的内容物。在移除磁珠402之后，裂解孔和洗涤孔中的液体残余物可以通过移液系统抽吸并分配到废物接收器中。类似地，在将洗脱样品536泵送到PCR芯片518之前，洗脱孔516可以在任何点处经历加热。

图18图示了步骤616，其中外部磁体116应用于洗脱孔516的侧壁，由此磁珠402抵靠侧壁聚集（图19）。如图20所示，磁珠的这种聚集留出了转子尖端104和孔口520之间的空间。通过将套筒532设置成沿洗脱孔516的竖直轴线往复运动，泵送作用被施加在洗脱样品536上（图21），由此洗脱样品流过孔口520并沿通道522行进并进入到PCR芯片中（步骤618），在那里它与干混合物523结合以形成在第一加热区524和第二加热区526中收集的PCR溶液。O形环密封件534密封洗脱孔的内部，由此套筒532的向下移动在密封件下方增加洗脱孔内的压力，从而迫使洗脱样品进入PCR芯片中。因此，套筒的向上移动倾向于在密封件下方降低洗脱孔内的压力，从而使样品在PCR芯片内沿相反方向前进。

此外，如上文所预期的，设备100装配有一个或多个PCR加热块（未显示），其配置成加热PCR芯片的一个或多个加热区，使得PCR溶液在第一加热区524中经历变性，在第二加热区526中经历退火，并在其间的通道528中经历延伸。套筒532进行的进一步泵送作用在PCR芯片的不同部段之间重新分配PCR溶液的内容物，从而使其内容物经历足够次数的PCR循环，以从生物样品中扩增DNA靶序列（步骤620）。

靶DNA的扩增可在PCR期间通过也称为定量PCR（“qPCR”）的实验室技术定量抑或半定量地实时监测。在qPCR中用于检测PCR产物的两种常用方法是（1）与任何双链DNA嵌入的非特异性荧光染料，和（2）由用荧光报告分子标记的寡核苷酸组成的序列特异性DNA探针，其使得能够在探针与其互补序列杂交后进行检测。在这两种情况下，PCR芯片可以包括在荧光报告分子染料的吸收和发射范围内透明的一个或多个部分，以便使得能够对PCR进行实时荧光监测（步骤622）。在图21的示例性实施例中，荧光测定发射可以借助于荧光计（未示出）收集第一弯曲区域525和/或第二弯曲区域527中报告分子染料发射的光来定量。

前述说明已涉及特定实施例。然而，可以对所描述的实施例进行其他变化和修改，同时获得它们的一些或全部优点。本领域普通技术人员将进一步理解，在不脱离本文公开的概念的情况下，可以对上述系统和方法进行修改。因此，本发明不应被视为受所公开的实施例的限制。此外，可以使用所描述的实施例的各种特征，而无需相应地使用其他特征。因此，该描述应该被理解为仅仅是对各种原理的说明，而不是对本发明的限制。

根据上文包含的教导，本领域技术人员可对本文描述和说明的部分和步骤的细节、材料和布置进行许多变更。应当理解，某些特征和子组合是有用的，并且可以在不参考其他特征和子组合的情况下使用，并且被认为在权利要求的范围内。因此，应当理解，以下权利要求不限于本文公开的实施例，并且可以包括除了那些具体描述的实践之外的实践，并且应当在法律允许的范围内被广义地解释。此外，并不是各个附图中列出的所有步骤都需要按照所描述的特定顺序来执行。

Claims

1.一种用于执行核酸分离的多孔板，包括：

（i）从所述多孔板的第一端延伸到相对的第二端的主体构件，

一系列多个过程孔，包括：

靠近所述第一端的裂解孔，

在所述第一端和所述第二端中间的至少一个洗涤孔，和

洗脱孔，

每个孔从所述主体构件延伸并具有内部容积和孔口，所述孔口延伸到相应的孔内部容积中；以及

（ii）PCR芯片，其连接到所述洗脱孔并且靠近所述主体构件的第二端，包括：

第一加热区，

第二加热区，和

连接所述第一加热区和所述第二加热区的中间通道。

2.根据权利要求1所述的多孔板，其中，每个孔从所述主体构件基本向下延伸。

3.根据权利要求1所述的多孔板，其中，每个孔孔口基本上是圆形的，并且与所述主体构件共面。

4.根据权利要求1所述的多孔板，其中，所述洗脱孔和所述PCR芯片通过DNA样品递送通道连接。

5.根据权利要求1所述的多孔板，还包括靠近所述主体构件的固持特征，使得能够通过所述多孔板外部的可释放夹持机构选择性固持所述多孔板。

6.根据权利要求1所述的多孔板，进一步包括一个或多个附加的洗涤孔。

7.根据权利要求1所述的多孔板，其中，所述裂解孔的下部范围被配置成接收转子混合器的至少尖端。

8.根据权利要求1所述的多孔板，其中，所述多个孔在所述多孔板的第一端和第二端之间沿着所述主体构件的对称轴线性对准。

9.根据权利要求1所述的多孔板，其中，所述PCR芯片还包括PCR成分，所述PCR成分包含Taq DNA聚合酶、脱氧核苷酸三磷酸和PCR引物。

10.根据权利要求9所述的多孔板，其中，所述PCR成分包含在干混合物中。

11.根据权利要求1所述的多孔板，还包括位于所述裂解孔和第一端之间的套筒储存孔。

12.根据权利要求11所述的多孔板，其中，所述套筒储存孔包含一次性保护套筒，所述保护套筒包括O形环密封件。

13.根据权利要求1所述的多孔板，在至少一个孔中还包含缓冲溶液。

14.根据权利要求13所述的多孔板，进一步包括密封所述孔内缓冲液的可剥离层。

15.一种样品裂解、核酸提取和扩增设备，包括：

（i）用于固持多孔板的基座，所述多孔板包括：裂解孔、至少一个洗涤孔和洗脱孔；

（ii）包括磁性尖端的竖直对准的转子混合器；

（iii）转子混合器竖直致动器，其被配置成赋予所述转子混合器的升降运动，以选择性地将转子混合器磁性尖端插入多孔板的孔或从多孔板的孔移除，

（iv）转子混合器水平致动器，其被配置成选择性地赋予转子混合器在所述多孔板的任何两个孔之间的水平运动，以及

（v）PCR加热块，被配置成加热PCR芯片中的一个或多个加热区。

16.根据权利要求15所述的设备，还包括磁性构件，所述磁性构件被配置成相对于与所述多孔板相邻的第一位置选择性地水平延伸和缩回磁体，并且选择性地赋予所述磁体沿着多孔板孔的表面的升降运动。

17.根据权利要求15所述的设备，其中，所述基座包括多个槽，其中，每个槽被配置成接收多孔板的孔并与其接合。

18.根据权利要求15所述的设备，进一步包括裂解孔加热块，其被配置成加热所述多孔板的裂解孔。

19.根据权利要求15所述的设备，还包括洗脱孔加热块，其被配置成加热所述多孔板的洗脱孔。

20.根据权利要求15所述的设备，其中，所述转子混合器磁性尖端覆盖有包括O形环密封件的一次性保护套筒。

21.根据权利要求15所述的设备，进一步包括荧光计。

22.一种用于从生物样品分离和扩增核酸的系统，包括权利要求15的设备和多孔板，所述多孔板包括：裂解孔、至少一个洗涤孔、洗脱孔和PCR芯片。

23.一种从生物样品分离和扩增目标核酸的方法，包括：

提供用于执行核酸分离和扩增的多孔板，所述多孔板包括：

（i）在所述多孔板的第一端和相对的第二端之间的一序列多个过程孔，所述序列包括：

靠近所述多孔板第一端的裂解孔，

位于所述多孔板第一端和第二端中间的至少一个洗涤孔，

靠近所述多孔板第二端的洗脱孔；和

（ii）PCR芯片，其连接到所述洗脱孔并靠近所述主体构件的第二端，包括：

第一加热区，

第二加热区，和

连接所述第一加热区和所述第二加热区的中间通道；

在裂解孔中，由包含生物样品、裂解缓冲液和磁珠的组成部分形成裂解混合物；

用包括磁性尖端的转子混合器涡旋所述裂解混合物，其中，涡旋速度足以将磁珠分散在裂解混合物中；

从所述裂解孔移除具有磁性附着到其上的磁珠的转子混合器尖端，并将所述转子混合器尖端插入所述至少一个洗涤孔中，其中，所述至少一个洗涤孔包含洗涤缓冲液，以洗涤磁珠；

从所述至少一个洗涤孔移除所述转子混合器，并将具有磁性附着到其上的磁珠的转子混合器尖端浸入洗脱孔中，其中，所述洗脱孔包含洗脱缓冲液，以从磁珠中洗脱核酸并形成洗脱溶液，

将所述洗脱溶液从所述洗脱孔转移到PCR芯片，以形成PCR溶液，并且

在PCR芯片中通过PCR来扩增PCR溶液中的靶核酸。

24.根据权利要求23所述的方法，还包括：

向所述洗脱孔的侧壁施加磁场，以将所述磁珠吸引到所述侧壁，由此所述磁珠抵靠所述侧壁聚集，并将所述洗脱溶液从所述洗脱孔泵送到所述PCR芯片中。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述转子混合器尖端覆盖有包括O形环密封件的一次性保护套筒，并且所述泵送通过将所述套筒设置成沿所述洗脱孔的竖直轴线往复运动来实现。

26.根据权利要求23所述的方法，其中，所述PCR芯片包括第一加热区、第二加热区以及在所述第一加热区和第二加热区之间的中间通道。

27.根据权利要求25所述的方法，包括进一步泵送包括O形环密封件的保护套筒，以在所述第一加热区、所述第二加热区和中间通道之间重新分配PCR溶液的内容物。

28.根据权利要求23所述的方法，进一步包括对所述目标核酸的扩增进行定量。

29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述定量是通过荧光测定方法进行的。

30.根据权利要求29所述的方法，其中，荧光测定方法包括通过非特异性染料和序列特异性DNA探针中的至少一者来测量荧光发射。

31.根据权利要求29所述的方法，其中，所述PCR芯片包括对荧光发射产生的电磁辐射透明的部分。

32.根据权利要求25所述的方法，其中，所述保护套筒还包括涡流增强装置，所述涡流增强装置选自包括以下各者的组：螺旋桨形突出物、桨叶及其组合。