CN114929388A - 用于分离生物材料的装置、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于分离生物材料例如核酸的装置，该装置包括外壳、滑块和干试剂胶囊，所述外壳包括多个隔室和多个流体通道。每个隔室被配置为流体连接到相应的流体通道，其中所述流体通道具有终止于布置在外壳上的轨道的相应端部。滑块沿轨道可移动，其包括多个延伸穿过其中的连接通道，其中连接通道中所选择的一个连接通道被配置为基于滑块沿轨道的位置连接流体通道中所选择的流体通道的端部。干试剂胶囊被配置为安装到外壳，并且与相应的流体通道原位流体连接。在优选的实施方案中，干试剂包括含有二甲基己二亚酰胺(DMA)的交联剂的冻干珠，并且流体通道包括涂覆有氨基基团的结合通道。

Description

用于分离生物材料的装置、系统和方法
技术领域
本公开广泛但非排他地涉及用于分离如核酸的生物材料的装置、系统和方法。
背景技术
核酸分离是许多现代基因组学技术和应用需要执行的第一步。细胞裂解后，需要分离和纯化脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)，用于后续的下游处理和分析，如PCR和测序。
自动化核酸提取系统有可能改善工作流程并减少基础研究和临床实验室中的可变性。虽然许多自动化系统是商业上可获得的，但大多数系统都基于自动化液体处理技术，该技术包括样品和生物试剂的移液和分配，这可能容易发生交叉污染，并且需要最终用户进行严格的维护，如前后清洁。
因此，需要提供能够解决至少一些上述问题的装置、系统和方法。
发明内容
本公开的方面提供了一种用于从样品中分离生物材料的装置。该装置包括外壳，其限定多个隔室和多个流体通道，其中每个隔室被配置为与相应的流体通道流体连接，并且其中每个流体通道包括终止于布置在外壳上的轨道的相应端部；滑块，其沿轨道可移动，该滑块包括延伸穿过其中的多个连接通道，其中连接通道中所选择的一个连接通道被配置为基于滑块沿轨道的位置连接流体通道中所选择的流体通道的端部；和干试剂胶囊，其被配置为安装到外壳，该干试剂胶囊包括至少一种用于与样品混合的干试剂，其中该干试剂胶囊进一步被配置为与相应的流体通道原位流体连接。
外壳可以包括牢固地连接到第二外壳构件的第一外壳构件，并且第一外壳构件可以包括设置为形成相应流体通道的凹槽。
多个隔室可以包括被配置为接收样品的样品隔室、多个液体试剂隔室和废物隔室。
样品隔室和液体试剂隔室中的每一个隔室可以包括被配置为与气动源连接的相应入口，以控制流入或流出所述隔室的流体。
该装置还可以包括布置在液体试剂隔室中的一个隔室中的第一气动通风口和布置在废物隔室中的第二气动通风口。
多个液体试剂隔室可以预装相应的液体试剂。
在第一位置，滑块可以被配置为将包含水合缓冲液的第一液体试剂隔室与干试剂胶囊的第一室连接，第一室包含第一干试剂，用于将水合缓冲液与第一干试剂混合形成第一溶液。
在第二位置，滑块可以被配置为将第一液体试剂隔室与包含裂解缓冲液的第二液体试剂隔室连接，以将第一溶液与裂解缓冲液混合以形成第二溶液。
在第三位置，滑块可以被配置为：
将第二液体试剂隔室与干试剂胶囊的第二室连接，第二室包含第二干试剂，用于将第二溶液与第二干试剂混合以形成第三溶液；以及
将干试剂胶囊的第二室与样品隔室连接，以将第三溶液与样品混合以形成第四溶液。
流体通道可以包括结合通道，并且在第四位置，滑块可以被配置为将样品隔室与结合通道连接，以将第四溶液储存在结合通道中预定时间段，用于从第四溶液中提取生物材料并使提取的生物材料结合到结合通道的表面。
在第五位置，滑块可以被配置为：
将包含第一洗涤缓冲液的第三液体试剂隔室与结合通道连接以洗涤结合到结合通道表面的生物材料；以及
将结合通道与废物隔室连接，以将不含生物材料的第一废液丢弃到废物隔室。
在第六位置，滑块可以被配置为：
将包含第二洗涤缓冲液的第四液体试剂隔室与结合通道连接以洗涤结合到结合通道表面的生物材料；以及
将结合通道与废物隔室连接，以将不含生物材料的第二废液丢弃到废物隔室。
在第七位置，滑块可以被配置为：
将包含洗脱缓冲液的第五液体试剂隔室与结合通道连接以从结合通道表面洗脱生物材料；以及
将结合通道与出口连接，以收集洗脱的生物材料。
在可选的第一位置，滑块被配置为：
将包含裂解缓冲液的第一液体试剂隔室与干试剂胶囊的室连接，该室包含至少一种干试剂，以将裂解缓冲液与至少一种干试剂混合以形成试剂溶液；以及
将干试剂胶囊的室与样品隔室连接，以将试剂溶液与样品混合以形成样品溶液。
流体通道可以包括结合通道，并且在可选的第二位置，滑块可以被配置为将样品隔室与结合通道连接，以将样品溶液储存在结合通道中预定时间段，用于从样品溶液中提取生物材料并使提取的生物材料结合到结合通道的表面。
在可选的第三位置，滑块可以被配置为：
将包含第一洗涤缓冲液的第二液体试剂隔室与结合通道连接以洗涤结合到结合通道表面的生物材料；以及
将结合通道与废物隔室连接，以将不含生物材料的第一废液丢弃到废物隔室。
在可选的第四位置，滑块可以被配置为：
将包含第二洗涤缓冲液的第三液体试剂隔室与结合通道连接以洗涤结合到结合通道表面的生物材料；以及
将结合通道与废物隔室连接，以将不含生物材料的第二废液丢弃到废物隔室。
在可选的第五位置，滑块可以被配置为：
将包含第三洗涤缓冲液的第四液体试剂隔室与结合通道连接以洗涤结合到结合通道表面的生物材料；以及
将结合通道与废物隔室连接，以将不含生物材料的第三废液丢弃到废物隔室。
在可选的第六位置，滑块可以被配置为：
将包含洗脱缓冲液的第五液体试剂隔室与结合通道连接以从结合通道表面洗脱生物材料；以及
将结合通道与出口连接，以收集洗脱的生物材料。
至少一种干试剂可以包括包含被选择连接到生物材料上的交联剂的冻干珠，并且结合通道的表面可以涂覆有被选择连接到交联剂的官能团。
生物材料可以包括核酸。
本公开的另一方面提供了一种自动化生物材料提取系统，包括：
容器，其被配置为接收上述装置；
压力源，其被配置为控制流入和流出样品隔室和液体试剂隔室中的所选择的隔室的流体；和
致动器，其被配置为使装置的滑块沿轨道移动到预定位置。
该系统还可以包括被配置为在干试剂胶囊上施加力以破坏密封件的机构，该密封件覆盖胶囊的至少一个室，以使胶囊与相应的流体通道原位流体连接。
生物材料可以包括核酸。
本公开的另一个方面提供了一种从样品中分离生物材料的方法，该方法包括：
将样品置于如上所述的装置的样品隔室中；
破坏覆盖干试剂胶囊的至少一个室的密封件，以使胶囊与相应的流体通道原位流体连接；以及
使滑块沿轨道移动到预定位置以：
将液体试剂和至少一种干试剂与样品混合，以从样品中提取生物材料；
使提取的生物材料结合到布置在装置中的结合通道的表面；
纯化结合到结合通道表面的生物材料；以及
洗脱纯化的生物材料。
生物材料可以包括核酸。
附图说明
通过以下书面描述(仅以举例的方式)并结合附图，实施方式对于本领域的普通技术人员来说将被更好地理解并变得显而易见，在附图中：
图1A示出了根据示例实施例的用于分离生物材料的装置的顶部透视图。
图1B示出了图1A的装置的底部透视图。
图1C示出了图1A的装置的分解俯视图。
图1D示出了图1A的装置的分解仰视图。
图2A显示了图1A的装置的第一外壳构件的透视图。
图2B显示了图2A的第一外壳构件的俯视图。
图2C示出了图2A的第一外壳构件的第一仰视图。
图2D示出了图2A的第一外壳构件的第二仰视图。
图2E示出了图2A的第一外壳构件的第三仰视图。
图3A显示了图1A的装置的第二外壳构件的俯视图。
图3B示出了图3A的第二外壳构件的仰视图。
图4显示了图1A的装置的干剂胶囊的各种视图。
图5显示了图1A的装置的滑块的俯视图和仰视图。
图6A至图6J示出了图5的滑块沿轨道的各种位置和相应的流体流。
图7A示出了根据另一个示例实施例的用于分离生物材料的装置的顶部透视图。
图7B示出了图7A的装置的底部透视图。
图8A示出了图7A的装置的第一外壳构件的透视图。
图8B示出了图8A的第一外壳构件的仰视图。
图9示出了图7A的装置的第二外壳构件的顶部透视图。
图10示出了图7A的装置的滑块的仰视图。
图11示出了图7A的装置的干剂胶囊的各种视图。
图12示出了流程图，其阐释根据示例性实施例的从样品中分离生物材料的方法。
具体实施方式
本公开提供了一种用于对来自封闭系统中样品的生物材料例如核酸(如脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA))进行提取和纯化的装置。该装置的实例是包含滑阀的一次性盒。试剂流体与箔密封胶囊一起储存在其上，该箔密封胶囊将冻干珠与任何潜在的流体/流体蒸汽隔离开来。当将盒装载到仪器上时，仪器启动滑阀以将特定的通道与试剂井的出口对齐。阀门被配置为在行程(travel)开始和结束时具有“关闭”位置。空气喷嘴置于每个试剂井中并连接到外部压力源/致动器以控制流体流。用疏水滤膜过滤器密封排气喷嘴，以防止液体试剂泄漏，然后用箔封闭通气管(chimney)，防止任何流体浸透保护性疏水性通风口。插入盒时，仪器刺穿该箔。箔密封胶囊包含冻干珠或干试剂。胶囊通过压配合杆(pressfitpost)保持在盒上。当仪器向下驱动时，胶囊的底部箔被牵引(drafted)的柱刺穿，其然后封在(seal on)垂直通道上。这些被滑阀隔离，直到滑阀移动到允许流体流入胶囊的位置。
该装置被配置为处理从样品(如生物样品、环境样品等)中提取和分离核酸。盒被配置为将试剂与用于从样品中提取核酸的样品混合，以结合/分离流体通道中的核酸并洗脱核酸。
在实例中，流体通道涂覆化学官能团(例如氨基(-NH2)基团)以使用交联剂(例如同型双功能亚氨酸酯)捕获提取的核酸。该装置被配置为在核酸结合到表面时洗去细胞和蛋白质残留物、任何其他污染物，并将液体废物储存在盒上的废物井中。该装置被配置为通过用洗脱缓冲液(例如，pH>10.6的缓冲溶液)处理流体通道来洗脱纯化的核酸，这从流体通道释放核酸。然后将洗脱的核酸分配到外部容器中，如Eppendorf管，以用于下游处理和/或分析。
在下面的描述中，描述了与从样品中分离核酸相关的装置和方法，但是应当理解，装置的结构及其工作原理可以应用于其他生物材料的分离.
图1A至图1D示出了根据示例实施例的核酸(NA)提取盒1形式的、用于分离生物材料的装置的各种视图。NA提取盒1包括第一外壳构件10(以下也称为主体10)、第二外壳构件20(以下也称为盖板20)、滑块30(以下也称为滑阀30)和干试剂胶囊40。这些部件通常由塑料制成，包括但不限于丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚乙烯(HDPE或LDPE)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚酰胺、环烯烃共聚物(COC)、热塑性弹性体、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸乙二酯(PETG)、SMMA、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。
主体10包括样品隔室11、试剂库12和废物隔室13。盖14被配置为以流体密封的方式密封样品隔室11，其经由铰链16连接到盒1的主体10。试剂库12的试剂隔室包含用于从样品中提取和纯化NA分子的各种液体试剂(如下文进一步详细描述地)并用箔60密封。箔60包括不透湿膜，其通常是可热封的防潮膜，如聚酯薄膜箔(mylar foil)和金属化塑料膜。出口50被配置为将洗脱的NA分配到容器中，如Eppendorf管。
如以下参照图6A至图6J所讨论的，滑阀30可以沿着滑阀通道或轨道15横向移动到不同位置以允许用于NA提取/纯化过程的不同阶段的流体连接。
NA结合通道18由主体10的NA结合槽17和盖板20的对应NA结合脊22形成。该通道是通过将盖板20结合到主盒10的底面而形成的。可以采用化学(粘合剂)结合、溶剂结合、激光焊接、超声波焊接等各种结合方法来结合两个部件。在可选实施例中，NA结合通道18可以形成在主体10或盖板20上。
排气入口(vented air inlet)覆盖相应的不透液膜70-72，其包括疏水滤膜过滤器以防止液体试剂泄漏，然后用箔63、64密封以防止任何流体在储存期间浸透保护性疏水性通风口。插入盒时，仪器刺穿箔63、64。
在图1A至图1D所示的实施例中，干试剂胶囊40具有两个柱以储存冻干珠。干试剂胶囊40的底面和顶面分别覆盖箔61和62，以提供防潮层，从而在储存期间保护干试剂。一旦盒插入仪器中，仪器向下驱动，并且胶囊40的底部箔61被杆刺穿，其然后封在垂直通道上。
图2A至图2E示出了NA提取盒1的第一外壳构件或主体10的各种视图，图3A至图3B示出了盒1的第二外壳构件或盖板20的各种视图。试剂库12被分成多个隔室或井12a-12f，其中包含预装的各种液体试剂。在实例中，隔室12a包含用于干珠的水合缓冲液，隔室12b包含裂解缓冲液，隔室12c包含DNase，隔室12d包含洗涤缓冲液1，隔室12e包含洗涤缓冲液2，隔室12f包含洗脱缓冲液。在一些应用中，隔室12c可以是空的并且不使用，但是应当理解最终用户可以任选地添加所需的试剂。
如图2A和图2E所示，空气喷嘴80a布置在样品隔室11中，空气喷嘴80b-80f放置在试剂库12的每个试剂井中。空气喷嘴80a-80f从主体10的顶面穿过底面然后从盖板20的顶面到盖板20的底面贯穿提取盒1(图3A和3B)。虽然图中未示出，但空气喷嘴80a-80f连接到外部压力源/致动器，如注射泵或合适的气动源，以控制流入或流出相关井的流体流，从而从/向样品隔室、试剂隔室和NA结合通道推送或抽取液体。此外，通气口81a布置在试剂库12的一个试剂井中，而另一个通气口81b布置在废物隔室13中，以允许流体运动。
也如参照图1所述，在主体10上提供空心杆形式的垂直通道41a-41c，用于与干试剂胶囊40连接。当盒1插入仪器中时，仪器向下致动，并且胶囊40的底部箔被这些空心杆刺穿，所述杆然后封在垂直通道41a-41c上。换言之，示例实施例中的干试剂胶囊40与相应的流体通道原位流体连接。
参照图4，该实例中的干试剂胶囊40包括室51、52，每个室被配置为包含冻干珠形式的相应干试剂。在可选实施例中可以使用不同数量的室。此外，孔53、54和55设置在室51、52的底部，用于分别与垂直通道41a、41b和41c连接。
垂直通道的放置如图2B和图2C所示。多个垂直通道90a-90y从主体10的顶面贯穿到底部。此外，如图2D所示，在主体10的底面限定有多个水平凹槽100a-100l，而在主体10的顶面限定有水平凹槽100m(图2B)。水平流体通道是通过将盖板20结合到主体10的底面而形成的。每个凹槽100a-100m被配置为将垂直通道90a-90k中的所选择的一个垂直通道连接到垂直通道90l-90y中的所选择的一个垂直通道和NA出口50。例如，凹槽100a将垂直通道90a与垂直通道90l连接。
从图2A至2E还可以看出，样品隔室11和试剂库的每个隔室被配置为与相应的流体通道流体连接，并且每个流体通道具有终止于凹槽或轨道15的相应端部，该凹槽或轨道15布置在主体10上。例如，当滑阀30布置在轨道15中时，垂直通道90l-90y位于滑阀30下方。
图5示出了根据示例实施例的滑阀30的各种视图。滑阀30具有与多个垂直通道(90l-90y)对齐的多个不同通道120。滑阀30可以通过支架121的拉动从轨道15的一端滑动到另一端。例如，在自动化系统中，致动器可以用于驱动滑阀30通过精确距离，使得连接通道120中的所选择的一个连接通道120可以基于滑块30沿轨道15的位置连接由水平凹槽100a-100l形成的流体通道中的所选择的流体通道的端部。
参照图6A至图6J，现在描述用于核酸提取和纯化的盒1的示例操作。样品布置在样品隔室11中。在该操作中，连接到空气喷嘴80a-80f(图3A至3B)的外部气动/压力源可以用于实现流体流动。应当理解，该装置还可以用于分离其他生物材料，例如通过适当改变试剂。
在图6A(位置A)中，滑块或滑阀30处于初始或参照位置，其中所有通道都关闭。例如，可以将盒1插入仪器或系统中，其中滑块30处于该位置。从该位置，滑块30可以在一系列不连续的步骤中移动到其他位置。
在随后的操作中，将气压经由空气喷嘴80a-80f平均地施加到试剂井或隔室。然而，液体/试剂仅沿着通过移动滑阀30而打开的某些流体通道流动。
在图6B1和6B2(位置B1和B2)中，滑阀30被定位以在垂直通道90l和垂直通道90m之间形成通道，使得在隔室12a和干试剂室51之间形成流体通道。通过水平通道100a(连接到垂直通道90a和垂直通道90l)、水平通道100b(连接到垂直通道90m和垂直通道90b)和在干试剂胶囊室51底部的孔53(图4)将水合缓冲液从隔室12a推入干试剂室51，以溶解室51中冻干珠形式的第一干试剂(优选二甲基己二亚酰胺化物(DMA)或合适的同型双功能亚氨酸酯交联剂)，然后退回隔室12a。例如，当水合缓冲液到达室51时，在溶液撤回到隔室12a之前，由外部源经由空气喷嘴80b施加的正压和负压的组合可以导致水合缓冲液与干试剂混合。
在图6C(位置C)中，滑阀30被定位以在垂直通道90l和垂直通道90n之间形成通道，使得在隔室12a和隔室12b之间形成流体通道。通过水平通道100a(连接到垂直通道90a和垂直通道90l)和水平通道100c(连接到垂直通道90c和垂直通道90n)将交联剂溶液从隔室12a推入隔室12b(其包含裂解缓冲液)，以与裂解缓冲液混合。经由空气喷嘴80b提供外部压力，并且通气口81a可以通过释放隔室12b内的压力来促进流体运动。
在图6D(位置D)中，滑阀30被定位以在垂直通道90n和90o之间以及在垂直通道90p和90q之间形成通道，使得在隔室12b、干试剂室52和样品隔室11之间形成流体通道。通过水平通道100c(连接到垂直通道90c和垂直通道90n)、水平通道100d(连接到垂直通道90o和垂直通道90d)和在干试剂胶囊室52底部的孔54(图4)将来自隔室12b的交联剂溶液+裂解缓冲液推到干试剂室52，以溶解冻干珠形式的第二干试剂(优选蛋白酶K)。然后，通过孔55(图4)、水平通道100e(连接到垂直通道90e和垂直通道90p)和水平通道100f(连接到垂直通道90f和垂直通道90q)将混合溶液从干试剂室52推到样品隔室11，以与包含在样品隔室11中的样品混合。在该位置，经由空气喷嘴80a施加外部压力。
在图6E(位置E)中，滑阀30被定位以在垂直通道90q和90r之间以及在垂直通道90s和90t之间形成通道，使得在样品隔室11和NA结合通道18之间形成流体通道。通过水平通道100f(连接到垂直通道90f和垂直通道90q)然后经由垂直通道90r将裂解缓冲液+样品的混合溶液从样品隔室11推到NA结合通道18。NA结合通道18通过垂直通道90s然后通过水平通道100g(连接到垂直通道90t和废物隔室13)连接到废物隔室13。在该位置，经由空气喷嘴80a施加外部压力。通气口81b通过释放样品隔室11内的压力来促进流体运动。然后，关闭外部压力源，因此没有液体移动到废物隔室13，并且将样品溶液孵育预定时间(例如10分钟)以裂解细胞并使提取的NA结合到NA结合通道18的表面。通道18可以可选地由位于盒1下方并设有仪器的加热器加热，盒1插入所述仪器中。孵育期可以在可选实施例中变化，例如取决于样品的材料。
在图6F(位置F)中，滑阀30被定位以在垂直通道90u和90r之间以及在垂直通道90s和90t之间形成通道，使得在试剂隔室12c、NA结合通道18和废物隔室13之间形成流体通道。通过水平通道100h(连接到垂直通道90g和垂直通道90u)，然后经由垂直通道90r，将来自试剂隔室12c的液体试剂(DNA酶)推到NA结合通道18，以与表面结合的NA反应。经由垂直通道90s然后通过水平通道100g(连接到垂直通道90t和废物井13)将剩余的样品溶液(裂解样品减去NA分子)从NA结合通道18推至废物室13。在该位置，经由空气喷嘴80c施加外部压力。在一些实施例中，DNA酶处理的使用可以是可选的并且可以被略掉。
在图6G(位置G)中，滑阀30被定位以在垂直通道90v和90r之间以及在垂直通道90s和90t之间形成通道，使得在试剂隔室12d、NA结合通道18和废物隔室13之间形成流体通道。通过水平通道100i(连接到垂直通道90h和垂直通道90v)然后经由垂直通道90r将第一洗涤缓冲液从试剂隔室12d推到NA结合通道18，以洗涤表面结合的NA。经由垂直通道90s然后通过水平通道100g(连接到垂直通道90t和废物井13)将来自NA结合通道18的剩余样品溶液(裂解样品减去NA分子)推到废物隔室13。在该位置，经由空气喷嘴80d施加外部压力。
在图6H(位置H)中，滑阀30被定位以在垂直通道90w和90r之间以及在垂直通道90s和90t之间形成通道，使得在试剂隔室12e、NA结合通道18和废物隔室13之间形成流体通道。通过水平通道100j(连接到垂直通道90i和垂直通道90w)然后经由垂直通道90r将第二洗涤缓冲液从试剂隔室12e推到NA结合通道18，以洗涤表面结合的NA。经由垂直通道90s然后通过水平通道100g(连接到垂直通道90t和废物井13)将来自NA结合通道18的剩余样品溶液(裂解样品减去NA分子)推到废物隔室13。在该位置，经由空气喷嘴80e施加外部压力。
在图6I(位置I)中，滑阀30被定位以在垂直通道90x和90r之间以及在垂直通道90s和90y之间形成通道，使得在试剂隔室12f、NA结合通道18和出口50之间形成流体通道。通过水平通道100k(连接到垂直通道90j和垂直通道90x)然后经由垂直通道90r将洗脱缓冲液从试剂隔室12f推到NA结合通道18，以从结合通道18洗脱NA。然后，经由垂直通道90s然后通过水平通道100l(连接到垂直通道90k和垂直通道90y)和水平通道100m(连接到垂直通道90k和NA出口50)将洗脱的NA从NA结合通道18推到NA出口50。可以通过合适的方式在出口50处收集洗脱的NA。在该位置，经由空气喷嘴80f施加外部压力。
在图6J(位置J)中，其处于过程的终点，滑阀30处于关闭所有垂直通道的位置。在该位置，盒1可以从仪器中撤回并适当地处理。
图7A至图7B示出了根据可选实施例的核酸(NA)提取盒700形式的、用于分离生物材料的装置的顶部和底部透视图。NA提取盒700与以上参照图1至图6描述的NA提取盒非常相似，并且包括第一外壳构件710(以下也称为主体710)、第二外壳构件720(以下也称为盖板720)、滑块730(以下也称为滑阀730)、干试剂胶囊740和盖750。图8A至图8B示出了第一外壳构件710的透视图和仰视图。图9示出了第二外壳构件720的顶部透视图。图10示出了滑块730的仰视图，图11示出了干试剂胶囊740的各种视图。
参照图8A，第一外壳构件710与上述第一外壳构件10的不同之处在于若干特征。首先，第一外壳构件710的试剂隔室或井的数量减少到五个。在实例中，隔室712a包含裂解缓冲液，隔室712b包含第一洗涤缓冲液，隔室712c包含第二洗涤缓冲液，隔室712d包含第三洗涤缓冲液，并且隔室712e包含洗脱缓冲液。换言之，在该实施例中不需要水合缓冲液室。其次，设置在第一外壳构件710上用于与干试剂胶囊740连接的空心杆形式的垂直通道的数量从三个减少到两个(参见图8A中的741a和741b)，因为干试剂囊740的干试剂室的数量是一个(参见图10中的751)。例如，室751可以包含冻干珠形式的至少一种干试剂(例如第一和第二干试剂)。因此，第一壳体构件710的水平通道和滑块730的连接通道的数量和位置被改造以适应上述变化。
与NA提取盒10相比，NA提取盒700的其他变化包括通过第二外壳构件720中的凹槽722(参见图9)而不是脊来形成NA结合通道718。
NA提取盒700的操作类似于NA提取盒10的操作，不同之处在于上文参照图6B1至6B2、6C和6D描述的步骤组合成单个步骤。在该步骤中，通过相应的流体通道和它们之间的连接通道将来自隔室712a的裂解缓冲液推到干试剂室751，其中裂解缓冲液可以溶解室中存在的一种或多种干试剂。例如，当裂解缓冲液到达室751时，在溶液撤回到样品隔室711以与样品隔室711中包含的样品混合之前，由外部源经由空气喷嘴施加的正压和负压的组合可以导致裂解缓冲液与干试剂混合。垂直通道741a、741b中的一个垂直通道用于将裂解缓冲液注入室751中，而另一个用于从室751中撤出混合溶液。本实施例中的裂解缓冲液可以是例如图1至图6中实施例的裂解缓冲液和水合缓冲液的混合物，或者是能够溶解冻干珠并裂解样品中的生物分子的新配方。换言之，本实施例可以通过选择合适的裂解缓冲液和干试剂的组合来简化试剂溶液的制备，从而减少两个步骤。
此后，NA提取盒700可以以与NA提取盒10相同的方式操作。在该实施例中，可以跳过DNA酶处理步骤(如上文参考图6F所讨论的)，并根据需要用额外的洗涤步骤代替，即分别使用第一、第二和第三洗涤缓冲液的3个洗涤步骤。洗涤缓冲液的组成可因样品中存在的目标分子和体液而异。洗涤缓冲液在该实施例和图1至图6的第一实施例之间是可互换的，尤其是当第一实施例中用于DNA酶处理步骤的样品隔室用于包含洗涤缓冲液时。为简洁起见，这里不再重复洗涤和洗脱步骤。
图12示出了说明根据示例实施例的、从样品中分离生物材料的方法的流程图1200。在步骤1202，将样品布置在如上所述的装置的样品隔室中。在步骤1204，破坏覆盖干试剂胶囊的至少一个室的密封件，以将胶囊与相应的流体通道原位流体连接。在步骤1206，将滑块沿轨道移动到预定位置，以将至少一种液体试剂和至少一种干试剂与样品依次混合，以从样品中提取生物材料，使提取的生物材料结合到布置在装置中的结合通道的表面，纯化结合到结合通道表面的生物材料，并洗脱纯化的生物材料。
如所描述的，核酸的分离可以使用紧凑且自包含(compact and self-containing)的装置来进行，该装置是盒形式的，该盒可以在该过程之前插入仪器中并且一旦该过程完成就从该仪器中移除。换言之，相关的液体和干试剂已经存在于装置中，不需要外部液体处理。可以显著减少交叉污染和维护。此外，使用具有集成连接通道的单个滑块，连同滑块的线性运动，以选择性地连接装置的流体通道，可以减少移动部件的数量并实现自动化操作。
本领域技术人员将理解，可以对如具体实施例中所示的本发明进行多种变化和/或修改，而不背离广泛描述的本发明的范围。例如，可以对试剂或操作顺序进行适当的调整，以使装置适用于分离不同类型的生物材料。因此，本申请的实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (26)

1.一种用于从样品中分离生物材料的装置，所述装置包括：
外壳，其限定多个隔室和多个流体通道，其中每个隔室被配置为流体连接到相应的流体通道，并且其中每个流体通道包括终止于布置在所述外壳上的轨道的相应端部；
滑块，其沿轨道可移动，所述滑块包括延伸穿过其中的多个连接通道，其中所述连接通道中所选择的一个连接通道被配置为基于所述滑块沿所述轨道的位置连接所述流体通道中所选择的流体通道的端部；和
干试剂胶囊，其被配置为安装到所述外壳，所述干试剂胶囊包括至少一种用于与所述样品混合的干试剂，其中所述干试剂胶囊还被配置为与相应的流体通道原位流体连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述外壳包括牢固地连接到第二外壳构件的第一外壳构件，并且其中所述第一外壳构件包括设置为形成相应流体通道的凹槽。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个隔室包括被配置为接收所述样品的样品隔室、多个液体试剂隔室和废物隔室。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述样品隔室和液体试剂隔室中的每一个隔室包括被配置为连接到气动源的相应入口，以控制流入或流出所述隔室的流体。
5.根据权利要求4所述的装置，还包括布置在所述液体试剂隔室中的一个隔室中的第一气动通风口和布置在所述废物隔室中的第二气动通风口。
6.根据权利要求3所述的装置，其中所述多个液体试剂隔室预装有相应的液体试剂。
7.根据权利要求3所述的装置，其中在第一位置，所述滑块被配置为将包含水合缓冲液的第一液体试剂隔室与所述干试剂胶囊的第一室连接，所述第一室包含第一干试剂，以将所述水合缓冲液与所述第一干试剂混合以形成第一溶液。
8.根据权利要求7所述的装置，其中在第二位置，所述滑块被配置为将所述第一液体试剂隔室与包含裂解缓冲液的第二液体试剂隔室连接，以将所述第一溶液与所述裂解缓冲液混合以形成第二溶液。
9.根据权利要求8所述的装置，其中在第三位置，所述滑块被配置为：
将所述第二液体试剂隔室与所述干试剂胶囊的第二室连接，所述第二室包含第二干试剂，以将所述第二溶液与所述第二干试剂混合以形成第三溶液；以及
将所述干试剂胶囊的所述第二室与所述样品隔室连接，以将所述第三溶液与所述样品混合以形成第四溶液。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述流体通道包括结合通道，并且其中在第四位置，所述滑块被配置为将所述样品隔室与所述结合通道连接，以将所述第四溶液储存在所述结合通道中预定时间段，以从所述第四溶液中提取所述生物材料并使提取的生物材料结合到所述结合通道的表面。
11.根据权利要求10所述的装置，其中在第五位置，所述滑块被配置为：
将包含第一洗涤缓冲液的第三液体试剂隔室与所述结合通道连接以洗涤结合到所述结合通道表面的所述生物材料；以及
将所述结合通道与所述废物隔室连接，以将不含所述生物材料的第一废液丢弃到所述废物隔室。
12.根据权利要求11所述的装置，其中在第六位置，所述滑块被配置为：
将包含第二洗涤缓冲液的第四液体试剂隔室与所述结合通道连接以洗涤结合到所述结合通道表面的所述生物材料；以及
将所述结合通道与所述废物隔室连接，以将不含所述生物材料的第二废液丢弃到所述废物隔室。
13.根据权利要求12所述的装置，其中在第七位置，所述滑块被配置为：
将包含洗脱缓冲液的第五液体试剂隔室与所述结合通道连接以从所述结合通道的表面洗脱所述生物材料；以及
将所述结合通道与出口连接，以收集洗脱的生物材料。
14.根据权利要求3所述的装置，其中在第一位置，所述滑块被配置为：
将包含裂解缓冲液的第一液体试剂隔室与所述干试剂胶囊的室连接，所述室包含至少一种干试剂，以将所述裂解缓冲液与所述至少一种干试剂混合以形成试剂溶液；以及
将所述干试剂胶囊的所述室与所述样品隔室连接，以将所述试剂溶液与所述样品混合以形成样品溶液。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述流体通道包括结合通道，并且其中在第二位置，所述滑块被配置为将所述样品隔室与所述结合通道连接，以将所述样品溶液储存在所述结合通道中预定时间段，以从所述样品溶液中提取所述生物材料并使提取的生物材料结合到所述结合通道的表面。
16.根据权利要求15所述的装置，其中在第三位置，所述滑块被配置为：
将包含第一洗涤缓冲液的第二液体试剂隔室与所述结合通道连接以洗涤结合到所述结合通道表面的所述生物材料；以及
将所述结合通道与所述废物隔室连接，以将不含所述生物材料的第一废液丢弃到所述废物隔室。
17.根据权利要求16所述的装置，其中在第四位置，所述滑块被配置为：
将包含第二洗涤缓冲液的第三液体试剂隔室与所述结合通道连接以洗涤结合到所述结合通道表面的所述生物材料；以及
将所述结合通道与所述废物隔室连接，以将不含所述生物材料的第二废液丢弃到所述废物隔室。
18.根据权利要求17所述的装置，其中在第五位置，所述滑块被配置为：
将包含第三洗涤缓冲液的第四液体试剂隔室与所述结合通道连接以洗涤结合到所述结合通道表面的所述生物材料；以及
将所述结合通道与所述废物隔室连接，以将不含所述生物材料的第三废液丢弃到所述废物隔室。
19.根据权利要求18所述的装置，其中在第六位置，所述滑块被配置为：
将包含洗脱缓冲液的第五液体试剂隔室与所述结合通道连接以从所述结合通道的表面洗脱所述生物材料；以及
将所述结合通道与出口连接，以收集洗脱的生物材料。
20.根据权利要求10或15所述的装置，其中所述至少一种干试剂包括冻干珠，所述冻干珠包含选择附着至所述生物材料的交联剂，并且其中所述结合通道的表面涂覆有选择附着至所述交联剂的官能团。
21.根据权利要求1所述的装置，其中所述生物材料包括核酸。
22.一种自动化生物材料提取系统，所述系统包括：
容器，其被配置为接收根据权利要求3所述的装置；
压力源，其被配置为控制流入和流出所述样品隔室和液体试剂隔室的所选择隔室的流体；和
致动器，其被配置为使所述装置的滑块沿所述轨道移动到预定位置。
23.根据权利要求22所述的系统，还包括被配置为在所述干试剂胶囊上施加力以破坏密封件的机构，该密封件覆盖所述胶囊的至少一个室，以使胶囊与相应的流体通道原位流体连接。
24.根据权利要求23所述的系统，其中所述生物材料包括核酸。
25.一种用于从样品中分离生物材料的方法，所述方法包括：
将所述样品置于根据权利要求6所述的装置的所述样品隔室中；
破坏覆盖所述干试剂胶囊的至少一个室的密封件，以使所述胶囊与所述相应的流体通道原位流体连接；以及
使所述滑块沿所述轨道移动到预定位置以：
将所述液体试剂和所述至少一种干试剂与所述样品混合，以从所述样品中提取所述生物材料；
使所述提取的生物材料结合到布置在所述装置中的结合通道的表面；
纯化结合到所述结合通道表面的所述生物材料；以及
洗脱所述纯化的生物材料。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述生物材料包括核酸。
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