CN115427147A - 用于远程测试地点的植物材料的遗传分析的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方案涉及用于分析来自植物样品的生物分子的装置，所述装置包括：用于分析来自植物样品的生物分子的微流控盒，所述微流控盒包括：顶层；和相对于顶层以大致平行的方向与顶层间隔开的底层，所述底层限定了其中的多个孔，这些孔从底层的表面突出；以及用于过滤植物样品的过滤器模块，所述过滤器模块包括过滤器主体，所述主体限定了：包括形成入口通道的入口结构的上部；和被配置为接纳并固定过滤器膜的底部。过滤器主体被配置为接纳微量等分试样的植物样品，底部结构包括在过滤器膜的出口侧上形成出口通道的出口结构，并且所述多个孔中的至少一个包括测定试剂溶液。

Description

用于远程测试地点的植物材料的遗传分析的装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年9月10日递交的第62/898,224号美国临时申请的优先权，其完整内容在此通过引用并入本文中。
政府许可权利
本申请根据国立卫生研究院(the National Institutes of Health)授予的R01Al117032在政府支持下完成。政府享有本发明的某些权利。
背景技术
1.技术领域
当前要求保护的本发明的实施方案的领域涉及用于远程测试地点的植物材料的遗传分析的装置和方法。
2.相关领域的论述
缺乏对植物进行遗传分析的可现场部署的解决方案导致在全球偏远地区进行植物性状筛选的后勤挑战。直接在样品采集现场识别植物遗传性状的能力赋予了更快且更准确地做出决定的能力。例如，监测与疾病易感性相关的性状的生物标志物在监测疾病的流行病学和性状的进化选择方面具有重要作用。在另一个例子中，检测和表征农作物中与重要农艺性状相关的遗传标记是农业工业的一项重要任务。然而，目前的技术水平依赖于实验室限制技术的使用，这些技术阻止了直接在采集现场对植物样品进行测试。特别是，目前从植物样品中提取核酸、纯化和分析的技术需要使用传统的实验室装置，包括离心机、加热块和热循环仪。因此，仍然需要开发用于在不使用大型或昂贵的传统实验室装置的情况下，在远程测试地点快速且有效地进行植物材料的遗传分析的装置和方法。
发明概述
本发明的实施方案涉及用于分析来自植物样品的生物分子的装置，包括：用于分析来自植物样品的生物分子的微流控盒，包括：顶层；相对于顶层在大致平行的方向上与顶层间隔开的底层，该底层限定了其中的从底层的表面突出的多个孔；和用于过滤植物样品的过滤器模块，所述过滤器模块包括限定了以下结构的过滤器主体：包括形成入口通道的入口结构的上部；和配置为接纳并固定过滤器膜的底部。在这样的实施方案中，过滤器主体配置为接纳微量等分试样的植物样品，该底部结构包括在过滤器膜的出口侧上形成出口通道的出口结构，并且所述多个孔中的至少一个包括测定试剂溶液。
本发明的实施方案涉及检测植物样品中的生物分子的方法。方法包括以下步骤：通过使植物样品与裂解缓冲液接触来制备包括植物样品的溶解产物；使用过滤器模块过滤微量等分试样的溶解产物；将过滤的植物样品装载到微流控盒的样品孔中；扩增生物分子；以及检测生物分子。制备溶解产物和过滤微量等分试样的溶解产物的步骤在室温下进行。
本发明的实施方案涉及用于过滤植物样品的过滤器模块，包括限定以下结构的流体密封的过滤器主体：包括形成入口通道的入口结构的上部；和配置为接纳并固定过滤器膜的底部。流体密封的过滤器主体配置为接纳微量等分试样的植物样品。底部包括在过滤器膜的出口侧上形成出口通道的出口结构。而且，出口结构配置为将底部与微流控盒机械连接。
本发明的实施方案涉及用于分析来自植物样品的核酸序列的装置，包括：用于分析来自植物样品的核酸序列的微流控盒；和用于过滤植物样品的过滤器模块。微流控盒包括：形成入口的顶层；和相对于顶层以大致平行的方向与顶层间隔开的底层，该底层限定了其中的从底层表面突出的多个孔。用于过滤植物样品的过滤器模块包括限定了以下结构的流体密封的过滤器主体：包括形成入口通道的入口结构的上部；和配置为接纳并固定过滤器膜的底部。流体密封的过滤器主体配置为接纳微量等分试样的植物样品。底部包括在过滤器膜的出口侧上形成出口通道的出口结构。而且，出口结构配置为将底部与微流控盒顶层的入口机械连接。
附图的简要说明
通过对描述、附图和实例的考虑，其他的目标和优点将变得显而易见。
图1的示意图显示了使用具有根据装置的实施方案的集成过滤器模块的装置的一般方法。
图2A和图2B的示意图显示了根据本发明的实施方案的用于分析来自植物样品的生物分子的装置。
图3A和图3B分别是图2A和图2B的装置的分解的顶部和底视图。
图3C是图2A和图2B的装置的侧视图。
图4显示了示出如何组装顶层和底层以形成根据本发明的实施方案的用于分析来自植物样品的核酸序列的装置的一系列图像。
图5的示意图显示了使用蜡和油(上图)或蜡2101以对存放在根据本发明的实施方案的用于分析来自植物样品的核酸序列的装置的孔中的各种试剂形成密封。
图6A是根据本发明的实施方案的过滤器模块的说明。
图6B是根据本发明的实施方案的过滤器模块的分解视图。
图6C是根据本发明的实施方案的用于分析来自植物样品的核酸序列的装置的说明。
图7的示意图显示了根据本发明的实施方案的用于植物样本的遗传分析的方法。
图8的示意图显示了根据本发明的实施方案的用于植物样本的遗传分析的方法。
图9的表显示了根据本发明的实施方案的冻干的裂解缓冲液相对于新鲜裂解缓冲液的应用之间的比较。
图10的一些图像和图表显示了根据本发明的实施方案的沉淀物的基于过滤的去除。
图11A是根据本发明的实施方案的过滤器模块组装体的分解视图。
图11B是来自图11A的过滤器模块组装体的横截面视图。
图12A是根据本发明的实施方案的过滤器模块组装体的侧视图和透视图。
图12B是来自图12A的过滤器模块组装体的横截面视图。
图13A是根据本发明的实施方案的与微流控盒偶联的过滤器模块组装体的说明。
图13B是图13A的与微流控盒偶联的过滤器模块组装体的横截面视图。
图13C是图13A的与微流控盒偶联的过滤器模块组装体的底视图。
图13D是图13A的与微流控盒偶联的过滤器模块组装体的透视图。
图14的表公开了根据本发明的实施方案的基于过滤的溶解产物制备物的性能。
图15的示意图显示了根据本发明的实施方案的处理生物分子的微流控盒的应用。
图16A至图16C的一系列图表显示了根据本发明的实施方案的手动相对于机械磁珠搅拌的结果。
图17的一系列图表显示了产生根据本发明的实施方案的时间的总体样品。
图18的一系列图表显示了使用玉米样品MO17、SX19和B73的PCR测定，利用根据本发明的实施方案的用于植物溶解产物制备、核酸纯化和分析的完全无实验室的工作流检测水解探针标记。
图19的图显示了根据本发明的实施方案的等位基因分型测定的结果。
图20的图表显示了根据本发明的实施方案的生物标志物定量测定的结果。
图21是根据本发明的实施方案的用于分析来自植物样品的核酸序列的装置的说明。
图22A至图22E是根据本发明的实施方案的用于分析来自植物样品的生物分子的装置的示意图。
图23是根据本发明的实施方案的用于分析来自植物样品的生物分子的装置的分解视图。
图24是图23的装置的底部透视图。
图25是图23的装置的顶视图。
发明详述
下面详细讨论本发明的一些实施方案。在描述实施方案时，为了清楚起见采用了特定术语。然而，本发明并不旨在限于如此选择的特定术语。相关领域的技术人员将认识到，在不背离本发明的宽泛概念的情况下，可以采用其他等效组件并开发其他方法。本说明书中任何地方引用的所有参考文献，包括背景和详细描述部分，都通过引用并入本文中，就好像每一个都单独并入一样。
如通篇所用，术语“生物分子”是指蛋白质、核酸、碳水化合物或脂质中的一种或多种。在一些实施方案中，术语“生物分子”是指蛋白质、氨基酸序列或核酸序列。在一些实施方案中，生物分子从植物样品中获得。
如通篇所用，术语“微量”旨在是从1微升到1000微升范围内的体积。
如通篇所用，术语相对于第二过滤器膜的“前面的方向”是指其中第二过滤器膜设置在过滤器模块中并位于上部和第一过滤器膜之间的构造。
如通篇所用，术语“微流控装置”是指用于接纳和处理来自样品的生物分子的装置。微流控装置的非限制性实例包括微流控盒、磁流控盒、磁流控平台和磁流控装置。在一些实施方案中，微流控装置是一次性的。在一些实施方案中，微流控装置预加载有磁珠和/或用于生化测定如核酸扩增和检测的试剂。
术语“过滤器模块”、“过滤器模块组装体”、“接口装置”在通篇中可互换使用并且通常是指用于过滤样品的装置。在一些实施方案,中，该装置是便携式的。在一些实施方案中，该装置是一件式的。在一些实施方案中，该装置是多组件组装体。在一些实施方案中，过滤器模块组装体包括构建于用于处理和/或制备液体和/或固体样品的系统中的注射器样系统。在这样的实施方案中，注射器样系统包括配置成直接或间接地与微流控装置作用的输出通道。
术语“活铰链(live hinge)”或“活的铰链(living hinge)”在通篇中可互换使用，并且指由与其连接的两个刚性件相同的材料制成的薄柔性铰链(挠性轴承)。它通常被减薄或切割以允许刚性件沿铰链线弯曲。
本发明的实施方案涉及用于分析来自植物样品的生物分子的装置，包括：用于分析来自植物样品的生物分子的微流控盒，包括：顶层；和相对于顶层以大致平行的方向与顶层间隔开的底层，该底层限定了其中的从底层表面突出的多个孔；和用于过滤植物样品的过滤器模块，包括限定以下结构的过滤器主体：包括形成入口通道的入口结构的上部；和配置为接纳并固定过滤器膜的底部。在这样的实施方案中，过滤器主体配置为接纳微量等分试样的植物样品，该底部结构包括在过滤器膜的出口侧上形成出口通道的出口结构，并且所述多个孔中的至少一个包括测定试剂溶液。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中所述多个孔中的至少一个含有多个磁珠，并且其中所述多个磁珠配置为结合生物分子。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中出口结构配置为将底部结构与微流控盒顶层的入口机械连接。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中过滤器模块被永久地集成到顶层中。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中过滤器模块还包括盖结构，其包括与入口通道互补的柱塞，使得在使用时，柱塞占据入口通道。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中盖结构与过滤器模块机械连接。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中盖结构与包括活铰链的过滤器模块机械连接。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中出口结构具有长度以便延伸到底层中的孔内，而不会到达孔的底部。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中入口结构配置为接纳微量等分试样的植物样品。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中上部还包括设置在其中的外溢通道，该外溢通道与入口通道不同。
本发明的实施方案涉及上述装置，还包括设置在底部中的过滤器膜，其中过滤器膜包括直径达到20微米的平均整体孔径。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中入口结构配置为与样品装载装置机械连接。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中过滤器主体是多组件组装体，包括：用于过滤植物样品且配置为与微流控盒机械连接的过滤器模块，该过滤器模块包括：包括形成入口通道的入口结构的上部；配置为接纳并固定过滤器膜的中间层；和配置为接纳中间层的底部。在这样的实施方案中，上部和底部配置为彼此偶联以形成组装体，使得中间层在使用期间设置在流体密封的组装体内，该流体密封的组装体配置为接纳微量等分试样的植物样品，该底部包括在中间层的出口侧上形成出口通道的出口结构，并且该出口结构配置为将底部与微流控盒顶层的入口机械连接。
本发明的实施方案涉及上述装置，还包括设置在中间层中的过滤器膜，其中过滤器膜包括直径达到20微米的平均整体孔径。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中所述多个孔中的至少一个是配置为在其中容纳植物样品的样品孔，并且其中入口配置为提供通向样品孔的入口。
本发明的实施方案涉及上述装置，还包括设置在中间层中的第二过滤器膜，使得第二过滤器膜在使用期间相对于过滤器膜在前面的方向上。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中第二过滤器膜包括直径达到20微米的平均整体孔径。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中顶层进一步形成泄压开口。在一些实施方案中，泄压开口临近入口。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中入口结构配置为与样品装载装置机械连接。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中所述多个孔中的至少一个是配置为在其中容纳植物样品的样品孔，所述样品孔还包括配置为降至样品装载孔基部下方的保持结构的珠子。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中所述多个孔中的至少一个是测定孔，该测定孔配置为与测定装置的热循环元件可操作地接合。在一些实施方案中，测定孔配置为与装置的热循环元件接合，以进行聚合酶链式反应测定。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中出口结构具有1.1mm-6.0mm的长度。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中出口通道具有0.8mm-3.4mm的直径。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中底部具有10.0mm-25.0mm的内径。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中底部具有11.0mm-26.0mm的外径。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中底部的内径和出口通道的内径具有31.25:1至1:1的比值。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中过滤器膜包括选自尼龙、聚四氟乙烯(PTFE)、醋酸纤维素(CA)的材料。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中装置还包括配置为将过滤器模块与微流控盒机械连接的适配器。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中过滤器膜具有10.0mm-25.0mm的直径。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中生物分子是核酸序列。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中过滤器模块是便携式的。
本发明的实施方案涉及用于过滤植物样品的过滤器模块，包括限定以下结构的流体密封的过滤器主体：包括形成入口通道的入口结构的上部；和配置为接纳并固定过滤器膜的底部。在这样的实施方案中，流体密封的过滤器主体配置为接纳微量等分试样的植物样品，该底部包括在过滤器膜的出口侧上形成出口通道的出口结构，并且该出口结构配置为将底部与微流控盒机械连接。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，还包括设置在底部中的过滤器膜，其中该过滤器膜包括直径达到2微米的平均整体孔径。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中入口结构配置为与样品装载装置机械连接。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中出口结构具有长度以便延伸到微流控盒中的孔内，而不会到达孔的底部。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中流体密封的过滤器主体是多组件组装体，包括：包括形成入口通道的入口结构的上部；配置为接纳并固定过滤器膜的中间层；和配置为接纳中间层的底部。在这样的实施方案中，上部和底部配置为彼此偶联以形成流体密封的组装体，使得中间层在使用期间设置在流体密封的组装体内，该流体密封的组装体配置为接纳微量等分试样的植物样品，该底部包括在中间层的出口侧上形成出口通道的出口结构，并且该出口结构配置为将底部与微流控盒机械连接。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，还包括设置在中间层中的过滤器膜，其中过滤器膜包括直径达到2微米的平均整体孔径。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，还包括设置在中间层中的第二过滤器膜，使得第二过滤器膜在使用期间相对于过滤器膜在前面的方向上。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中第二过滤器膜包括直径达到20微米的平均整体孔径。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中过滤器膜具有10.0mm-25.0mm的直径。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中出口结构具有1.1mm-6.0mm的长度。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中出口通道具有0.8mm-3.4mm的直径。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中底部具有10.0mm-25.0mm的内径。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中底部具有11.0mm-26.0mm的外径。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中底部的内径和出口通道的内径具有31.25:1至1:1的比值。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中过滤器膜包括选自尼龙、聚四氟乙烯(PTFE)、醋酸纤维素(CA)的材料。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中过滤器模块是便携式的。
本发明的实施方案涉及检测植物样品中的生物分子的方法，包括：通过使植物样品与裂解缓冲液接触来制备包括植物样品的溶解产物；使用过滤器模块过滤微量等分试样的溶解产物；将过滤的植物样品装载到微流控盒的样品孔中；扩增生物分子；和检测生物分子。在这样的实施方案中，制备溶解产物和过滤微量等分试样的溶解产物在室温下进行。
本发明的实施方案涉及上述方法，其中过滤器模块包括：包括形成入口通道的入口结构的上部；和配置为接纳并固定过滤器膜的底部。在这样的实施方案中，过滤器组装体配置为在入口通道中接纳微量等分试样的植物样品，该底部包括在过滤器膜的出口侧上形成出口通道的出口结构，并且该出口结构具有长度以便延伸到底层中的孔内，而不会到达孔的底部。
本发明的实施方案涉及上述方法，其中过滤器模块包括：包括形成入口通道的入口结构的上部；配置为接纳并固定过滤器膜的中间层；和配置为接纳中间层的底部。在这样的实施方案中，上部和底部配置为彼此偶联以形成流体密封的组装体，使得中间层在使用期间设置在流体密封的组装体内，该流体密封的组装体配置为接纳微量等分试样的植物样品，该底部包括在中间层的出口侧上形成出口通道的出口结构，并且该出口结构配置为将底部与由微流控盒的顶层形成的入口机械连接。
本发明的实施方案涉及上述方法，其中过滤器模块还包括设置在中间层中的过滤器膜，其中过滤器膜包括直径达到20微米的平均整体孔径。
本发明的实施方案涉及上述方法，其中裂解缓冲液具有3.6-6.5的pH。
本发明的实施方案涉及上述方法，其中制备溶解产物和过滤微量等分试样的溶解产物在1-10分钟内发生。
本发明的实施方案涉及上述方法，其中过滤器模块是便携式的。
本发明的实施方案涉及检测植物样品中的生物分子的方法，包括以下步骤：通过使植物样品与裂解缓冲液接触来制备包括植物样品的溶解产物；使用过滤器模块过滤微量等分试样的溶解产物；将过滤的植物样品装载到微流控盒的样品孔中；扩增生物分子；和检测生物分子。在这样的实施方案中，制备溶解产物和过滤微量等分试样的溶解产物的步骤在室温下进行。
本发明的实施方案涉及上述方法，其中过滤器模块包括：包括形成入口通道的入口结构的上部；配置为接纳并固定过滤器膜的中间层；和配置为接纳中间层的底部。上部和底部配置为彼此偶联以形成流体密封的组装体，使得中间层在使用期间设置在流体密封的组装体中。流体密封的组装体配置为接纳微量等分试样的植物样品。底部包括在中间层的出口侧上形成出口通道的出口结构。出口结构配置为将底部与由微流控盒顶层形成的入口机械连接。
本发明的实施方案涉及上述方法，其中过滤器模块还包括设置在中间层中的过滤器膜。过滤器膜包括直径达到2微米的平均整体孔径。
本发明的实施方案涉及上述方法，其中裂解缓冲液具有3.6-6.5的pH。
本发明的实施方案涉及上述方法，其中制备溶解产物和过滤微量等分试样的溶解产物在1-10分钟内发生。
本发明的实施方案涉及上述方法，其中过滤器模块是便携式的。
本发明的实施方案涉及过滤器模块，其用于过滤植物样品，具有限定以下结构的流体密封的过滤器主体：包括形成入口通道的入口结构的上部；和配置为接纳并固定过滤器膜的底部。流体密封的过滤器主体配置为接纳微量等分试样的植物样品。底部包括在过滤器膜的出口侧上形成出口通道的出口结构。出口结构配置为将底部与微流控盒机械连接。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，还包括设置在底部中的过滤器膜，其中过滤器膜包括直径达到2微米的平均整体孔径。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中入口结构配置为与注射器机械连接。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中出口结构具有长度以便延伸到微流控盒中的孔内，而不会到达孔的底部。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中流体密封的过滤器主体是具有以下结构的多组件组装体：包括形成入口通道的入口结构的上部；配置为接纳并固定过滤器膜的中间层；和配置为接纳中间层的底部。上部和底部配置为彼此偶联以形成流体密封的组装体，使得中间层在使用期间设置在流体密封的组装体中。流体密封的组装体配置为接纳微量等分试样的植物样品。底部包括在中间层的出口侧上形成出口通道的出口结构。出口结构配置为将底部与微流控盒机械连接。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，还具有设置在中间层中的过滤器膜，其中过滤器膜包括直径达到2微米的平均整体孔径。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，还具有设置在中间层中的第二过滤器膜，使得第二过滤器膜在使用期间相对于过滤器膜在前面的方向上。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中第二过滤器膜包括直径达到20微米的平均整体孔径。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中过滤器膜具有10.0mm-25.0mm的直径。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中出口结构具有1.1mm-6.0mm的长度。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中出口通道具有0.8mm-3.4mm的直径。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中底部具有10.0mm-25.0mm的内径。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中底部具有11.0mm-26.0mm的外径。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中底部的内径和出口通道的内径具有31.25:1至1:1的比值。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中过滤器膜包括选自尼龙、聚四氟乙烯(PTFE)、醋酸纤维素(CA)的材料。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中过滤器模块是便携式的。
本发明的实施方案涉及用于分析来自植物样品的核酸序列的装置，其具有：用于分析来自植物样品的核酸序列的微流控盒，其具有：形成入口的顶层；和相对于顶层以大致平行的方向与顶层间隔开的底层，该底层限定了其中的从底层表面突出的多个孔；和用于过滤植物样品的过滤器模块，包括限定以下结构的流体密封的过滤器主体：包括形成入口通道的入口结构的上部；和配置为接纳并固定过滤器膜的底部。流体密封的过滤器主体配置为接纳微量等分试样的植物样品。底部包括在过滤器膜的出口侧上形成出口通道的出口结构。出口结构配置为将底部与微流控盒顶层的入口机械连接。
本发明的实施方案涉及上述装置，还具有设置在底部中的过滤器膜，其中过滤器膜包括直径达到2微米的平均整体孔径。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中入口结构配置为与注射器机械连接。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中出口结构具有长度以便延伸到微流控盒中的孔内，而不会到达孔的底部。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中流体密封的过滤器主体是多组件组装体，包括：用于过滤植物样品且配置为与微流控盒机械连接的过滤器模块，该过滤器模块具有：包括形成入口通道的入口结构的上部；配置为接纳并固定过滤器膜的中间层；和配置为接纳中间层的底部。上部和底部配置为彼此偶联以形成流体密封的组装体，使得中间层在使用期间设置在流体密封的组装体中。流体密封的组装体配置为接纳微量等分试样的植物样品。底部包括在中间层的出口侧上形成出口通道的出口结构。出口结构配置为将底部与微流控盒顶层的入口机械连接。
本发明的实施方案涉及上述装置，还具有设置在中间层中的过滤器膜，其中过滤器膜包括直径达到2微米的平均整体孔径。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中所述多个孔中的至少一个是配置为在其中容纳植物样品的样品孔，并且其中入口配置为提供通向样品孔的入口。
本发明的实施方案涉及上述装置，还具有设置在中间层中的第二过滤器膜，使得第二过滤器膜在使用期间相对于过滤器膜在前面的方向上。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中第二过滤器膜包括直径达到20微米的平均整体孔径。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中顶层还包括临近入口的泄压开口。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中入口结构配置为与注射器机械连接。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中过滤器膜具有10.0mm-25.0mm的直径。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中出口结构具有1.1mm-6.0mm的长度。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中出口通道具有0.8mm-3.4mm的直径。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中底部具有10.0mm-25.0mm的内径。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中底部具有11.0mm-26.0mm的外径。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中底部的内径和出口通道的内径具有31.25:1至1:1的比值。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中过滤器膜包括选自尼龙、聚四氟乙烯(PTFE)、醋酸纤维素(CA)的材料。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中装置还包括适配器，所述适配器配置为将过滤器模块与微流控盒机械连接。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中所述多个孔中的至少一个含有多个磁珠，并且其中所述多个磁珠配置为结合核酸序列。
本发明的实施方案涉及上述装置，其中过滤器模块是便携式的。
本发明的实施方案涉及检测植物样品中的生物分子的方法，包括以下步骤：通过使植物样品与裂解缓冲液接触来制备包括植物样品的溶解产物；使用过滤器模块过滤微量等分试样的溶解产物；将过滤的植物样品装载到微流控盒的样品孔中；扩增生物分子；和检测生物分子。在这样的实施方案中，制备溶解产物并过滤微量等分试样的溶解产物的步骤在室温下进行。
本发明的实施方案涉及上述检测植物样品中的生物分子的方法，其中过滤器模块包括：包括形成入口通道的入口结构的上部；配置为接纳并固定过滤器膜的中间层；和配置为接纳中间层的底部。在这样的实施方案中，上部和底部配置为彼此偶联以形成流体密封的组装体，使得中间层在使用期间设置在组装体内，该组装体配置为接纳微量等分试样的植物样品，该底部包括在中间层的出口侧上形成出口通道的出口结构，并且该出口结构配置为将底部与由微流控盒的顶层形成的入口机械连接。
本发明的实施方案涉及上述检测植物样品中的生物分子的方法，其中过滤器模块还具有设置在中间层中的过滤器膜，其中过滤器膜具有直径达到2微米的平均整体孔径。
本发明的实施方案涉及上述检测植物样品中的生物分子的方法，其中裂解缓冲液具有3.6-6.5的pH值。
本发明的实施方案涉及上述检测植物样品中的生物分子的方法，其中制备溶解产物和过滤微量等分试样的溶解产物的步骤在1-10分钟内发生。
本发明的实施方案涉及用于过滤植物样品的过滤器模块，包括：包括形成入口通道的入口结构的上部；配置为接纳并固定过滤器膜的中间层；和配置为接纳中间层的底部。在这样的实施方案中，上部和底部配置为彼此偶联以形成流体密封的组装体，使得中间层在使用期间设置在组装体内，该组装体配置为接纳微量等分试样的植物样品，该底部具有在中间层的出口侧上形成出口通道的出口结构，并且该出口结构配置为将底部与微流控盒机械连接。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，还具有设置在中间层中的过滤器膜，其中过滤器膜包括直径达到2微米的平均整体孔径。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中入口结构配置为与注射器机械连接。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中出口结构具有的长度使得延伸到微流控盒中的孔内，而不会到达孔的底部。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，还具有设置在中间层中的第二过滤器膜，使得第二过滤器膜在使用期间相对于过滤器膜在前面的方向上。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中第二过滤器膜包括直径达到20微米的平均整体孔径。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中过滤器层具有10.0mm-25.0mm的直径。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中出口结构具有1.1mm-6.0mm的长度。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中出口通道具有0.8mm-3.4mm的直径。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中底部具有10.0mm-25.0mm的内径。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中底部具有11.0mm-26.0mm的外径。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中底部的内径和出口通道的内径具有31.25:1至1:1的比值。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中过滤器膜包括选自尼龙、聚四氟乙烯(PTFE)、醋酸纤维素(CA)的材料。
本发明的实施方案涉及上述过滤器模块，其中过滤器在约3.6的pH至约6.5的pH内保持可操作。
本发明的实施方案涉及用于分析来自植物样品的核酸序列的装置，其具有：用于分析来自植物样品的核酸序列的微流控盒，其具有：形成入口的顶层；和相对于顶层以大致平行的方向与顶层间隔开的底层，该底层限定其中的从底层表面突出的多个孔；和用于过滤植物样品且配置为与微流控盒机械连接的过滤器模块，该过滤器模块具有：包括形成入口通道的入口结构的上部；配置为接纳并固定过滤器膜的中间层；和配置为接纳中间层的底部。在这样的实施方案中，上部和底部配置为彼此偶联以形成流体密封的组装体，使得中间层在使用期间设置在组装体内，该组装体配置为接纳微量等分试样的植物样品，该底部包括在中间层的出口侧上形成出口通道的出口结构，并且该出口结构配置为将底部与微流控盒顶层的入口机械连接。
本发明的实施方案涉及上述用于分析来自植物样品的核酸序列的装置，还具有设置在中间层中的过滤器膜，其中过滤器膜具有直径达到2微米的平均整体孔径。
本发明的实施方案涉及上述用于分析来自植物样品的核酸序列的装置，其中所述多个孔中的至少一个是配置为在其中容纳植物样品的样品孔，并且其中入口配置为提供通向样品孔的入口。
本发明的实施方案涉及上述用于分析来自植物样品的核酸序列的装置，其中顶层进一步形成临近入口的泄压开口。在实施方案中，泄压开口是通风孔。
本发明的实施方案涉及上述用于分析来自植物样品的核酸序列的装置，其中入口结构配置为与注射器机械连接。
本发明的实施方案涉及上述用于分析来自植物样品的核酸序列的装置，其中入口结构配置为与注射器机械连接。
本发明的实施方案涉及上述用于分析来自植物样品的核酸序列的装置，其中出口结构具有的长度使得延伸到微流控盒中的孔内，而不会延伸到孔的底部。
本发明的实施方案涉及上述用于分析来自植物样品的核酸序列的装置，还具有设置在中间层中的第二过滤器膜，使得第二过滤器膜在使用期间相对于过滤器膜在前面的方向上。
本发明的实施方案涉及上述用于分析来自植物样品的核酸序列的装置，其中第二过滤器膜包括直径达到20微米的平均整体孔径。
本发明的实施方案涉及上述用于分析来自植物样品的核酸序列的装置，其中过滤器层具有10.0mm-25.0mm的直径。
本发明的实施方案涉及上述用于分析来自植物样品的核酸序列的装置，其中出口结构具有1.1mm-6.0mm的长度。
本发明的实施方案涉及上述用于分析来自植物样品的核酸序列的装置，其中出口通道具有0.8mm-3.4mm的直径。
本发明的实施方案涉及上述用于分析来自植物样品的核酸序列的装置，其中底部具有10.0mm-25.0mm的内径。
本发明的实施方案涉及用于分析来自上述植物样品的核酸序列的装置，其中底部具有111.0mm-26.0mm的外径。
本发明的实施方案涉及上述用于分析来自植物样品核酸序列的装置，其中底部的内径和出口通道的内径具有31.25:1至1:1的比值。
本发明的实施方案涉及上述用于分析来自植物样品的核酸序列的装置，其中过滤器膜包括选自尼龙、聚四氟乙烯(PTFE)、醋酸纤维素(CA)的材料。
本发明的实施方案涉及上述用于分析来自植物样品的核酸序列的装置，其中过滤器在约3.6的pH至约6.5的pH内保持可操作。
本发明的一些实施方案涉及在常规实验室测试地点之外对植物材料进行基因测试的方法，用于包括但不限于等位基因分型和遗传生物标志物量化的应用。此类实施方案的一些特征包括但不限于利用植物材料进行核酸分析的方法，该方法使用三步法，包括以下步骤：1)从起始植物材料，包括但不限于磨碎的种子和打孔的种子植物细胞，裂解和通过使用化学试剂在溶液中表达核酸；2)使用一个或多个过滤装置将含有核酸的溶液与微粒分离；以及3)将来自第二步的溶液用于分析微流控盒中的核酸。
本发明的一些实施方案涉及在没有标准实验室设备的情况下进行等位基因分型和定量核酸测试的方法。
本发明的一些实施方案涉及用于使用多个磁珠和定位在装置周围的多个磁体来分析核酸序列或其他生物分子的方法和装置。简而言之，在这样的实施方案中，磁珠被存放到样品孔中；这些磁珠被配置为与核酸结合。一旦与磁珠结合，核酸就从样品孔被输送到一个或多个下游孔，用于通过磁体的驱动进行分析。更具体地，一种或多种磁性粒子在二维中被操纵。第一维度由挤压特征的最内部部分和平面疏水基底之间的磁性粒子的横向运动程度定义。第二维度由磁性粒子沿平面疏水基底的纵向运动程度定义。在两个维度的组合中通过磁驱动来促进粒子提取、易位和再悬浮，其中双轴机械操纵器是一个实施方案。此类方法的其他细节在美国专利9,463,461和已公布的国际专利申请PCT/US2019/029937中进行了描述，其在此通过引用并入本文中。
图2A和图2B的示意图显示了根据本发明的实施方案的用于分析来自植物样品的生物分子的装置1801。在图2A和图2B中，装置1801包括顶层1803，和相对于顶层1803以大致平行的方向与顶层1803间隔开的底层1805。底层具有从底层1805的表面突出的一个或多个孔1807。装置还含有永久集成的过滤器模块1809，用于过滤植物样品。过滤器模块具有上部1810，其具有形成入口通道1811的入口结构，和配置为接纳并固定过滤器膜1813的底部1812。过滤器模块1809配置为接纳微量等分试样的植物样品。过滤器模块1809还包括通过活铰链1817与过滤器模块1809机械连接的盖1815。盖1815还具有与入口通道互补且配置为当使用盖结构时填充入口通道的柱塞1819。通过关闭盖1815，用户致动柱塞1819并允许植物样品通过过滤器膜1813并进入孔1807中。顶层1803还包括用于在使用前将硅油装载到装置中的开口1821。过滤器模块1809还包括外溢通道1820，用于允许捕获来自样品引入的置换流体。多个孔中的至少第一个包含用于生物测定的试剂。在一些实施方案中，该孔还包含配置为与生物分子结合的磁珠。
图6A的示意图示出了根据本发明的实施方案的用于过滤植物样品的过滤器模块10。过滤器模块10具有限定以下结构的流体密封的过滤器主体12：包括形成入口通道的入口结构14的上部13；和配置为接纳并固定过滤器膜的底部16(未示出)。流体密封的过滤器主体12配置为接纳微量等分试样的植物样品。底部16包括在过滤器膜的出口侧上形成出口通道的出口结构17。出口结构17配置为将底部16与微流控盒(未示出)机械连接。
图6B的示意图示出了根据本发明的实施方案的过滤器模块101。用于过滤植物样品的过滤器模块101包括上部103，其包括形成入口通道的入口结构105。其还包括配置为接纳并固定过滤器膜109的中间层107。其还包括配置为接纳中间层107的底部111。在这样的实施方案中，上部103和底部111配置为彼此偶联以形成流体密封的组装体，使得中间层在使用期间设置在组装体内。组装体配置为接纳微量等分试样的植物样品。底部111具有在中间层的出口侧上形成出口通道的出口结构113。出口结构配置为将底部与微流控盒(未示出)机械连接。
图6C的示意图示出了本发明的实施方案。图6C显示了用于分析来自植物样品的核酸序列的装置201，其具有用于分析来自植物样品的核酸序列的微流控盒203。微流控盒具有形成入口207的顶层205。微流控盒还具有相对于顶层205以大致平行的方向与顶层205间隔开的底层209。底层209限定了其中的从底层209的表面突出的多个孔211、212。装置201还包括用于过滤植物样品且配置为与微流控盒203机械连接的过滤器模块101。过滤器模块具有包括形成入口通道的入口结构105的上部103。过滤器模块还具有配置为接纳并固定过滤器膜(图6B中示出)的中间层(图6B中示出)。过滤器模块还具有配置为接纳中间层的底部111。在这样的实施方案中，上部103和底部111配置为彼此偶联以形成流体密封的组装体，使得中间层在使用期间设置在组装体内。组装体配置为接纳微量等分试样的植物样品。底部111包括在中间层的出口侧上形成出口通道的出口结构113，并且出口结构配置为将底部111与微流控盒203的顶层205的入口207机械连接。
图21的示意图示出了本发明的实施方案。图21显示了用于过滤植物样品的过滤器模块301，包括上部303，其包括形成入口通道的入口结构305。其还包括配置为接纳并固定过滤器膜309的底部307。在这样的实施方案中，上部303和底部307配置为彼此偶联以形成流体密封的组装体，使得过滤器膜在使用期间设置在组装体内。组装体配置为接纳微量等分试样的植物样品。底部307具有在过滤器膜的出口侧上形成出口通道的出口结构309。出口结构配置为将底部与适配器311机械连接，该适配器继而配置为与微流控盒313连接。微流控盒具有形成入口317的顶层315。微流控盒还具有相对于顶层315以大致平行的方向与顶层315间隔开的底层319。底层319限定了其中的从底层319的表面突出的多个孔320、321、322。适配器311配置为将流体组装体的底部307与微流控盒313的入口317连接。微流控盒313的顶层315还限定了另一开口323，其用作其中在装载微流控盒313期间将过量的空气推出的通风孔。
实施例
下面参考特定实例描述本发明的一些概念。本发明的一般概念不限于所描述的实例。
实施例1
需要一种可以将含有植物溶解产物的容器与测定平台连接起来的装置。在这样的实施方案中，当溶解产物从容器转移到测定平台中时，该装置还应该提供植物溶解产物中沉淀物的去除功能。图2A至图5中描述的实施方案有这些问题。
图2A至图5的装置利用盒中的集成过滤系统，该过滤系统从样品溶液中去除微粒，从而能够经由基于探针的实时核酸扩增测试测定法实时检测DNA标记。所示装置可用于将植物溶解产物输入整合到下游测定平台。
在这样的装置中，过滤系统的实施方案包括测定盒的顶盖。盒的装载孔包含集成的样品过滤基质，其位于进入盒的输入孔中的狭窄的喷嘴尖端上。密封盖包括柱塞，以在关闭时填充装载孔中的空间，以迫使样品通过过滤基质。在筒盖的相对端，有一个开放端口，用于在使用前将硅油装载入盒中。
在一些测定中，磁珠被预加载到盒中，如在过滤器基质上、在过滤器基质之后的喷嘴中，或在喷嘴下方的盒的第一孔中。另外，珠子也可以混入植物溶解产物中。在其中珠子被预加载到盒中的实施方案中，装载孔可以包括另外的珠子保持结构(参见例如图24，结构2401)，其在储存和运输过程中降至装载孔的底部下方并将珠子固定在那个位置。出口通道1823可以最佳地定位在珠子保持结构上方或附近。
为了使用该装置，将植物溶解产物样品加载到过滤器组装体顶部的输入孔中。然后将密封盖插入输入孔中，使用柱塞迫使样品通过过滤器。样品通过过滤器并通过喷嘴沉降到盒的第一个孔的底部中。
在根据本发明的实施方案中，过滤系统材料被改性以避免当样品通过时目标生物分子粘附或积聚在表面上。过滤器膜的孔径和材料取决于特定用途，并且优选的过滤器膜材料应能承受高酸性溶液和低静电荷，以防止核酸损失。在这种使用来自植物溶解产物的核酸进行基因分型的特定用途中，过滤器的孔径不应小于2.0μm，以确保过滤后的核酸产量。此外，可以添加孔径大于第一/较细过滤器膜的第二层过滤器膜，以在溶解产物到达较细的过滤器膜之前去除较大的细胞碎屑。第二过滤器层的材料例如可以是尼龙。
图1的示意图显示了使用具有集成过滤器模块的装置的一般方法。在图1中，样品在通过过滤器模块中的过滤器膜之前与裂解缓冲液接触。然后将样品推入样品孔中。然后使样品通过冲洗孔，并最终进入用于聚合酶链式反应(PCR)的孔中。
图2A和图2B的示意图显示了用于分析来自植物样品的生物分子的装置1801。在图2A和图2B中，装置1801包括顶层1803，和相对于顶层1803以大致平行的方向与顶层1803间隔开的底层1805。底层具有从底层1805的表面突出的一个或多个孔1807。装置还含有永久集成的过滤器模块1809，用于过滤植物样品。过滤器模块具有上部1810，其具有形成入口通道1811的入口结构，和配置为接纳并固定过滤器膜1813的底部1812。过滤器模块1809配置为接纳微量等分试样的植物样品。过滤器模块1809还包括通过活铰链1817与过滤器模块1809机械连接的盖1815。盖1815还具有与入口通道互补且配置为在使用盖结构时填充入口通道的柱塞1819。通过关闭盖1815，用户致动柱塞1819并允许植物样品通过过滤器膜1813并进入孔1807中。顶层1803还包括用于在使用前将硅油装载到装置中的开口1821。过滤器模块1809还包括外溢通道1820，用于允许捕获来自样品引入的置换流体。多个孔中的至少第一个包含用于生物测定的试剂。在一些实施方案中，该孔还包含配置为与生物分子结合的磁珠。
图2A显示了装置的第一构造，其中将盖1815从过滤器模块1809中移除，从而允许进入入口通道1811。图2B显示了装置的第二构造，其中盖1815在放置在过滤器模块1809上的过程中。
图3A和图3B分别是图2A和图2B的装置的分解的顶部和底视图。如在图3B中可见的，装置还包括在过滤器膜的出口侧上形成出口通道1823的出口结构。
如图3C中可见，出口通道1823具有的长度使得延伸到底层1805中的孔1807内，而不会到达孔1807的底部。
图4的一系列图像显示了顶层1803和底层1805如何组合以形成装置1801。首先，最左边的图像显示了没有顶层1803的底层1805。测定试剂被加载到各个孔1807中。接下来，如中间的图所示，顶层1803被放置在底层1805之上，并且顶层1803和底层1805被密封。在一些情况下，使用热来形成密封。形成的密封是流体密封的。最后，如最右图所示，将油加载到开口1821中以密封孔1807，使得测定试剂在运输和/或使用期间不会溢出。
图5的示意图显示了使用蜡2101和油2103(上图)或蜡2101(下图)以在沉积到图2A和图2B的装置的孔1807中的各种试剂2104、2105、2106上形成密封。在一些实施方案中，磁珠被包括在一个或多个孔中。磁珠被配置为与生物分子结合。在这样的实施方案中，样品孔和测定孔被液体(例如，一种或多种试剂、缓冲液或冲洗液)填充约1/3，然后用蜡和/或油覆盖。用于在试剂上形成密封的合适的蜡和油的实例是本领域普通技术人员已知的。这样的合适的蜡和油例如在Sur et al.Immiscible Phase Nucleic Acid PurificationEliminates PCR Inhibitors with a Single Pass of Paramagnetic Particlesthrough a hydrophobic Liquid.Journal of Molecular Diagnostics,Vol.12,No.5(2010)中有论述，其在此通过引用并入本文中。
实施例2
如上文论述的，缺乏用于执行植物遗传分析的可现场部署的解决方案导致在全球偏远地区进行植物性状筛选的后勤挑战。最近经由液滴磁流控技术在测定小型化和集成方面的创新为克服这些技术挑战创造了机会。磁流控技术通过静态离散微升液滴用磁性粒子操纵取代了散装流体传输，从而实现生物测定的集成，而无需复杂的流体盒和支持仪器。磁性粒子能够在小型装置上传输、混合和分离液体试剂，范围从玻璃基板[Zhang et al.,AdvMater 2014]到热塑性盒[Shin et al.,Sci Rep 2017]，促进了将诸如核酸提取等实验室限制方法小型化和集成到单个装置上的新的方法。
本发明的一些实施方案涉及用于在远程测试地点对植物材料进行遗传分析的无实验室方法中的装置。简而言之，通过使用化学裂解试剂将样品预处理成携带植物核酸的液相，然后使用过滤器去除植物碎屑。在一些实施方案中，将过滤的溶液在一次性盒上经由磁流控样品处理进行处理，这使得能够对来自粗制生物样品的核酸靶标进行必要的纯化以获得定量和一致的测定结果。然而，本领域普通技术人员可以容易地设想使用其他合适的微流控装置。
方法和结果
方法概述
实施基因检测的两个主要技术瓶颈包括(i)用于核酸纯化的依赖实验室的样品处理步骤和(ii)需要训练有素的人员来操作用于复杂生物测定的仪器。
本发明的实施方案通过实施以下方案克服了这些问题：(i)用于植物细胞裂解的简化的、与环境温度兼容的方案，该方案由裂解试剂和用于从含核酸溶液中分离大颗粒的过滤器组成；和(ii)通过使用集成微流控方法，如液滴磁流控测定平台，在便携式装置上进行自动化核酸纯化和检测。因此，可能使整个测定过程便携，并将手动测定时间从大于1小时减少到不到10分钟(图7)。
如图7所示，根据本发明的实施方案的植物样本遗传分析方法通过使用以下三个步骤实现了植物生物标志物的无实验室检测：(i)室温下仅由裂解试剂组成的裂解过程，(ii)用于去除碎屑的过滤过程，无需实验室限制的仪器；和(ii)使用便携式液滴磁流控测定装置进行核酸纯化和分析的方法，该方法减少了手动样品处理时间并能够以便携式形式进行分析。
根据本发明的实施方案的植物材料的总体遗传分析在图8中有更全面的描述。简言之，该方法由三个步骤组成：(1)裂解，(2)过滤以去除碎屑，和(3)在便携式仪器上进行核酸提取和分析。更具体地说，这三个步骤包括(1)首先，在植物样品的裂解过程中，酸性缓冲液将在试管中重构预冻干的裂解化学物质。将目标粗制样品添加到试管中。将整个试管混合并孵育以分解植物细胞壁并释放DNA。(2)第二，在过滤去除碎屑的过程中，溶解产物被吸入注射器中，并使用压力驱动的方法通过过滤器模块组装体。在便携式磁流控平台上将过滤器的出口直接连接到待测盒的入口，以进行进一步分析。(3)第三步涉及在便携式仪器上进行核酸提取和分析。
用于连接溶解产物制备物与测定平台的接口装置
为了简化最终用户的裂解过程，涉及裂解步骤的部分化学物质被预冻干。这种试剂制备形式大大减少了用户的移液次数，如图9所示。
通常通过包括研钵和研杵以及超声处理在内的方法经由植物材料的机械分解来制备植物细胞溶解产物。软组织可以直接经由超声波进行处理，而硬材料可能需要额外的处理，如冷冻和研磨。在对植物细胞组织进行处理以形成粉末或冲孔后，添加几种化学物质以分解细胞壁并从植物细胞样品中释放DNA。以这种方式制备的样品经过进一步处理以沉淀出多糖和多酚，它们是核酸分析测定的已知抑制剂。不幸的是，在没有适当去除沉淀物的情况下使用固相萃取纯化的植物样品会导致颗粒物的残留，其导致遗传分析测定受到抑制，如图10所示。
图10的一些图像和图表显示了基于过滤的沉淀物去除。左上图显示了已过滤和未过滤的B73玉米种子样品的照片。右上图显示了暴露于样品的磁性粒子。没有沉淀物的样品(左图)在洗涤后显示出干净的磁性粒子簇，而未过滤的样品(右图)显示出体积大、被污染的粒子簇。下图显示了未经过滤的溶解产物不能被扩增。阳性对照是在微珠提取前使用过滤的样品，没有过滤的样品直接使用微珠提取而不进行预过滤。
因此，本领域需要一种接口装置，其可以将含有植物溶解产物的容器与测定平台连接；同时，该装置可以在将溶解产物从容器转移到检测平台时提供去除植物溶解产物中的沉淀物的功能。
本发明的实施方案通过利用过滤器模块组装体解决了这个问题，该过滤器模块组装体从溶液中去除微粒，从而能够经由基于探针的实时核酸扩增测试测定法实时检测DNA标记。本文所述的装置可用于将植物溶解产物输入整合到下游测定平台。
如图11A、图11B、图12A、图12B和图13A至图13D所示，本文所述的过滤器模块组装体的实施方案包括提供可附接毂602到包含植物化学溶解产物的注射器的上部601、可以结合一系列过滤器膜(未示出)的中间层603，和下部装置部分605，中间层603放置在该下部装置部分605中，并为液滴磁流控试剂支架系统提供可附接的集线器607。上部601通过鲁尔锁或鲁尔滑动连接为注射器602提供可附接的集线器。下部装置部分605包括为放置中间层部分603提供空间的筒状部分和向外的突出部分607，该突出部分607可以通过下游制造过程中的鲁尔滑动或永久连接附接到下游分析小瓶或微流控盒。当使用微流控盒609进行下游分析时，下部装置部分605的向外突出部分607的长度应超过微流控盒609的上盒部分611的厚度一定距离，以避免被过滤的植物样品接触微流控盒中的任何疏水层。
图11A是过滤器模块组件的分解视图，其上部601可以附接到含有植物溶解产物的注射器(未显示)，并且其下部605可以附接到微流控盒609。过滤器模块组装体由三部分组成：上部601、中间层603和下部605。图11B是图11A的组装体的横截面视图。所有尺寸均以毫米(mm)显示，并可根据输入的液体体积进行修改。图12A是图11A和图11B的过滤器模块组装体600的组装侧视图和透视图。图12B是图12A的过滤器模块组装体600的横截面视图。
在根据本发明的实施方案中，上部和下部装置部分的材料被表面改性以避免目标生物分子，例如核酸，粘附到这些组件的表面。该过滤器模块组装体的上部和下部可以是一次性的，或在彻底漂白后重复使用，以消除污染的机会。中间层可以包括一系列过滤膜以提供从植物溶解产物中去除细胞碎屑的功能。过滤器膜的孔径和材料取决于特定用途，并且优选的过滤器膜材料应能承受高酸性溶液和低静电荷，以防止核酸损失。在这种使用来自植物溶解产物的核酸进行基因分型的特定用途中，过滤器的孔径不应小于2.0μm，以确保过滤后的核酸产量。此外，可以添加孔径大于20.0μm的第二层过滤器膜，以在溶解产物到达更细的过滤器膜之前去除较大的细胞碎屑。第二过滤器层的材料例如可以是尼龙。
图12A和图12B中描绘了过滤器模块组装体600的整体组装体。过滤器模块组装体600的尺寸由中间层603中的过滤器膜(未示出)的直径决定。需要收集的滤液体积越大，过滤器膜的直径越大，并且过滤器模块组装体的宽度应越宽。如果要从植物溶解产物中收集多达500μL的滤液，则应使用直径大于13mm的过滤器膜。在其中旨在收集少于150μL滤液或接口装置连接到液滴磁流控辅助样品处理盒的一些特定用途中，过滤器膜的直径可以小于13mm。过滤器膜的直径和接口装置的宽度不应超过导致使得截留体积太大而无法收集足够滤液的情况的尺寸。
为了使用过滤器模块组装体600，将含有植物溶解产物的注射器附接到过滤器模块组装体600的上部601的毂602。下部的向外突出部分607可以在注射器附接之前或之后连接到微流控盒609，如图13A至图13D所示。图13A至图13D是显示过滤器模块组装体600的集成的示意图，其与用于下游核酸提取和分析的微流控盒609的上部611连接。具体地，图13A的说明显示了连接到微流控盒609的过滤器模块组装体600的侧视图。图13B是图13A的过滤器模块组装体600的横截面视图。图13C和图13D分别是图13A的过滤器模块组装体的底视图和透视图。在图13A至图13D中，下装置部分605的向外突出部分607应该超过上盒部分611的厚度。图13C是底视图并且显示上盒部分611具有两个开口；一个开口613是用于插入过滤器模块组装体的向外突起607的入口，另一个开口615用作其中推出过量空气的通风口。
注射器柱塞由用户致动，并且该致动激活植物溶解产物从注射器移动到过滤器模块组装体中。如果装置包括过滤器膜，则溶解产物中大于过滤器膜孔径的颗粒将在中间层顶部分离。然后，透明滤液介质通过过滤器模块组装体进入微流控盒中的样品孔内，并置换占据样品孔的任何空气；空气通过与样品孔相邻的上盒部分处的另一个开口逸出。过滤器模块组装体应该能够承受高达约180PSI的压力。通过与图14所示的基于离心的溶解产物制备过程进行比较来评估过滤器模块组装体的性能。图14是公开了基于过滤的溶解产物制备的性能的表格。上图显示过滤方法的性能通常与所用过滤器的孔径无关，孔径范围为0.45-5微米。中间的图显示，在过滤高达1mL的溶解产物时，直径较大的过滤器膜有助于降低堵塞事件的发生率。下图显示过滤方法的性能不受超过5分钟的孵育时间的影响。
核酸纯化和分析
本发明的实施方案利用如图15所示的液滴磁流控装置来促进从未纯化的液体样品中进行核酸纯化和分析的自动化便携式方法。图15所示的盒包含预加载磁珠、洗涤缓冲液和PCR反应混合物液滴的三个孔。测定开始于将过滤的植物细胞溶解产物从过滤器模块组装体的出口通过盒中的端口直接注入第一孔中。该第一孔包含预加载的磁珠。静电力导致磁珠和溶液中带负电的核酸之间的结合。如图16A至图16C所示，借助具有磁体的机械臂，在第一孔中搅拌珠子代替了手动混合滤液中的珠子和核酸。在从滤液中捕获DNA后，结合DNA的磁珠从DNA结合缓冲液孔到洗涤缓冲液孔，且最后到聚合酶链式反应(PCR)孔。
珠子通过洗涤缓冲液孔的转移确保来自样品的抑制性组分从珠子上解吸，同时pH保持珠子上的正电荷，用于随后将捕获的核酸转移到PCR溶液中。PCR本质上是在更碱性的溶液(pH＝8-9)中进行的，这会中和磁珠电荷以将样品核酸洗脱到溶液中。然后将磁珠从孔中转移出来，然后按照下游分析技术的要求进行热控制和光学检测。如图17所示，从样品到结果的总时间约为30分钟。
等位基因分型测定
接下来，使用水解探针PCR测定测试三个玉米种子样品。该测定的总体工作流与图7中所示的方案相平行，使用基于过滤的溶解产物制备和液滴磁流控测定集成的组合。如图18所示，结果表明可能准确地区分对于目标生物标志物是阳性纯合子或杂合子的样品。图18显示的图表示出了使用用于植物溶解产物制备、核酸纯化和分析的完整的无实验室工作流，利用玉米样品MO17、SX19和B73的PCR测定法，来检测水解探针标记物。样品MO17(标记的纯合VIC阳性的)、SX19(标记的纯合FAM阳性的)和SX19(标记的杂合)都产生如从其基因型所预期的荧光信号。
溶解产物制备方案单独表征以验证使用该方法获得的核酸样品适用于等位基因分型。如图19所示，发现结果与植物样品的常规Hot Shot DNA提取方法一致。
生物标志物定量测定
接下来，测试了量化不同数量的核酸靶标的能力。以十倍稀释度制备样品，并直接在用于水解探针PCR扩增的磁流控测定盒上进行测试。如图20所示，所得信号显示扩增阈值循环每十个循环延迟3-4个循环，这与从定量PCR测定的典型观察结果一致。图20的图显示了使用从MO17玉米系提取的基因组DNA，在液滴磁流控支架装置中使用DNA稀释度评估植物生物标志物定量能力。对于每个1:10稀释，循环阈值在3-4个循环左右的变化表明使用定量PCR测定检测目标生物标志物浓度变化的能力。
实施例3
图22A至图22E是用于分析来自植物样品的生物分子的装置2201的示意图。在图22A至图22E中，装置2201包括顶层2203、相对于顶层2203以大致平行的方向与顶层2203间隔开的底层2205，和配置为附接至底层2205的底侧的保护层2206。底层具有从底层2205的表面突出的一个或多个孔2207。装置还含有集成过滤器模块2209，用于过滤植物样品。过滤器模块具有形成入口通道(未示出)的入口结构，且配置为接纳并固定过滤器膜(未示出)。过滤器模块配置为接纳微量等分试样的植物样品。过滤器模块还包括与过滤器模块2209连接的盖2215。顶层2203还包括用于装载一种或多种试剂的多个开放端口2221，和用于在使用前将硅油装载到装置中的开放端口2222。具体地，图22A是装置的侧视图。图22B是装置的底视图。图22C是装置的顶视图。图22D是装置的底层2205的底视图。图22E是保护层2206的底部透视图。如图22E中所示，保护层2206配置为从底层2205接纳一个或多个孔。装置成线性配置。
实施例4
图23至图25的示意图显示了用于分析来自植物样品的生物分子的装置2301。装置2301包括顶层2303，和相对于顶层2303以大致平行的方向与顶层2303间隔开的底层2305。底层具有从底层2305的表面突出的一个或多个孔2306、2307、2308。装置还含有用于过滤植物样品的永久集成的过滤器模块2309。过滤器模块具有上部2310，其具有形成入口通道2311入口结构，和配置为接纳并固定过滤器膜(未示出)的底部2312。过滤器模块2309配置为接纳微量等分试样的植物样品。顶层2303还包括用于在使用前将硅油装载到装置中的开放端口2321，和用于将一种或多种试剂装载到多个孔中的一系列试剂装载端口2322。多个孔中的至少第一个含有用于生物测定的试剂。在一些实施方案中，该孔还含有配置为结合生物分子的磁珠。
相对于多个孔的规格，侧壁是光滑的且呈锥形的，其中底部横截面小于顶部。对于样品2306和冲洗孔2307，孔通常为方形，且对于测定孔2308，孔通常为圆形。测定孔2308配置为可操作地连接到PCR测定装置。正方形的长轴平行于磁珠的流动方向。孔的深度是有限的，因此磁铁可以在孔的顶部外部和底部外部移动珠子。
样品孔2306配置为容纳具有50-250ul体积的样品。如图24所示，样品孔2306的底部可以形成珠子保持结构2401，该珠子在储存和运输期间保持结构2401降至样品孔2306的底部下方并将珠子固定在适当位置。孔的侧面可以相对于样品分配尖端和仪器中盒的方向倾斜。样品孔2306包含侧面装载通道2403，其具有通向样本孔2306底部的凹槽。侧面装载通道具有倾斜设计以允许试剂从相应的试剂装载端口2322流动到样品孔的底部。
冲洗孔2307配置为容纳具有50-200ul体积的样品。如图24所示，冲洗孔包含侧面装载通道2405，其具有通向冲洗孔2307底部的凹槽。侧面装载通道具有倾斜设计以允许试剂从相应的试剂装载端口2322流动到冲洗孔的底部。
测定孔2308配置为容纳具有10-50ul体积的样品。如图24所示，测定孔包含侧面装载通道2407，其具有通向测定孔2308底部的凹槽。侧面装载通道具有倾斜设计以允许试剂从相应的试剂装载端口2322流动到测定孔的底部。
在一些测定中，将磁珠预加载到装置中，如在过滤器基质上、在过滤器基质之后的喷嘴中或在样品孔2306中。在其中将珠子预加载到装置中的实施方案中，样品孔2306包括另外的珠子保持结构2401，该结构在储存和运输期间降至装载孔的底部下方并将珠子固定在该位置。出口通道(参见例如图3B和图3C中的结构1823)可以最佳地定位在珠子保持孔上方或附近。
图25显示了图23和图24的装置的顶视图。该装置包括油装载端口2501和排油口2503。试剂装载端口2322的定位使得它们从一个或多个孔的底部偏移。这种偏移配置允许将试剂加载到各个孔中的每一个的侧面装载通道2403、2405、2407中。
本说明书中说明和讨论的实施方案仅旨在教导本领域技术人员如何制造和使用本发明。在描述本发明的实施方案时，为了清楚起见采用了特定的术语。然而，本发明并不旨在限于如此选择的特定术语。如本领域技术人员根据以上教导理解的，本发明的上述实施方案可以在不脱离本发明的情况下进行修改或变化。因此应当理解，在权利要求及其等同物的范围内，本发明可以以不同于具体描述的方式实施。

Claims (50)

1.用于分析来自植物样品的生物分子的装置，所述装置包括：
用于分析来自植物样品的生物分子的微流控盒，所述微流控盒包括：
顶层；和
底层，其相对于所述顶层以大致平行的方向与所述顶层间隔开，所述底层限定了其中的从所述底层的表面突出的多个孔；以及
用于过滤所述植物样品的过滤器模块，所述过滤器模块包括限定了以下结构的过滤器主体：
上部，其包括形成入口通道的入口结构；和
底部，其被配置为接纳并固定过滤器膜，
其中所述过滤器主体被配置为接纳微量等分试样的所述植物样品，
其中所述底部结构包括在所述过滤器膜的出口侧上形成出口通道的出口结构，并且
其中所述多个孔中的至少一个包括测定试剂溶液。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述多个孔中的至少一个含有多个磁珠，并且其中所述多个磁珠被配置为结合所述生物分子。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述出口结构被配置为将所述底部结构与所述微流控盒顶层的所述入口机械连接。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述过滤器模块被永久地集成到所述顶层中。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述过滤器模块还包括盖结构，所述盖结构包括与所述入口通道互补的柱塞，使得在使用时，所述柱塞占据所述入口通道。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述盖结构与所述过滤器模块机械连接。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述盖结构与包括活铰链的所述过滤器模块机械连接。
8.如权利要求7所述的装置，其中所述出口结构具有的长度使得延伸到所述底层中的孔内，而不会到达所述孔的底部。
9.如权利要求1所述的装置，其中所述入口结构被配置为接纳微量等分试样的植物样品。
10.如权利要求1所述的装置，其中所述上部还包括设置在其中的外溢通道，所述外溢通道与所述入口通道不同。
11.如权利要求1所述的装置，其还包括设置在所述底部中的过滤器膜，其中所述过滤器膜包括直径达到20微米的平均整体孔径。
12.如权利要求1所述的装置，其中所述入口结构被配置为与样品装载装置机械连接。
13.如权利要求1所述的装置，其中所述过滤器主体是包括以下结构的多组件组装体：
过滤器模块，所述过滤器模块用于过滤植物样品且被配置为与所述微流控盒机械连接，所述过滤器模块包括：
上部，其包括形成入口通道的入口结构；
中间层，其被配置为接纳并固定过滤器膜；和
底部，其被配置为接纳所述中间层，
其中所述上部和所述底部被配置为彼此偶联以形成组装体，使得所述中间层在使用期间设置在所述流体密封的组装体内，
其中所述流体密封的组装体被配置为接纳微量等分试样的植物样品，
其中所述底部包括在所述中间层的出口侧上形成出口通道的出口结构，并且
其中所述出口结构被配置为将所述底部与所述微流控盒顶层的所述入口机械连接。
14.如权利要求13所述的装置，其还包括设置在所述中间层中的过滤器膜，其中所述过滤器膜包括直径达到20微米的平均整体孔径。
15.如权利要求13所述的装置，其中所述多个孔中的至少一个是被配置为在其中容纳植物样品的样品孔，并且
其中所述入口被配置为提供通向所述样品孔的入口。
16.如权利要求13所述的装置，其还包括设置在所述中间层中的第二过滤器膜，使得所述第二过滤器膜在使用期间相对于所述过滤器膜在前面的方向上。
17.如权利要求16所述的装置，其中所述第二过滤器膜包括直径达到20微米的平均整体孔径。
18.如权利要求13所述的装置，其中所述顶层还形成泄压开口。
19.如权利要求13所述的装置，其中所述入口结构被配置为与样品装载装置机械连接。
20.如权利要求1所述的装置，其中所述多个孔中的至少一个是配置为在其中容纳植物样品的样品孔，所述样品孔还包括配置为降至所述样品装载孔的基部下方的珠子保持结构。
21.如权利要求1所述的装置，其中所述多个孔中的至少一个是测定孔，所述测定孔配置为与测定装置的热循环元件可操作地接合。
22.如权利要求1所述的装置，其中所述底部具有10.0mm至25.0mm的内径。
23.如权利要求1所述的装置，其中所述底部具有11.0mm至26.0mm的外径。
24.如权利要求1所述的装置，其中所述底部的内径和所述出口通道的内径具有31.25:1至1:1的比值。
25.如权利要求1所述的装置，其中所述过滤器膜包括选自尼龙、聚四氟乙烯(PTFE)、醋酸纤维素(CA)的材料。
26.如权利要求1所述的装置，其中所述装置还包括被配置为将所述过滤器模块与所述微流控盒机械连接的适配器。
27.如权利要求1所述的装置，其中所述过滤器膜具有10.0mm至25.0mm的直径。
28.如权利要求1所述的装置，其中所述生物分子是核酸序列。
29.如权利要求1所述的装置，其中所述过滤器模块是便携式的。
30.用于过滤植物样品的过滤器模块，其包括限定以下结构的流体密封的过滤器主体：
上部，其包括形成入口通道的入口结构；和
底部，其被配置为接纳并固定过滤器膜，
其中所述流体密封的过滤器主体被配置为接纳微量等分试样的所述植物样品，
其中所述底部包括在所述过滤器膜的出口侧上形成出口通道的出口结构，并且
其中所述出口结构被配置为将所述底部与微流控盒机械连接。
31.如权利要求30所述的过滤器模块，其还包括设置在所述底部中的过滤器膜，其中所述过滤器膜包括直径达到2微米的平均整体孔径。
32.如权利要求30所述的过滤器模块，其中所述入口结构被配置为与样品装载装置机械连接。
33.如权利要求30所述的过滤器模块，其中所述出口结构具有的长度使得延伸到所述微流控盒中的孔内，而不会到达所述孔的底部。
34.如权利要求30所述的过滤器模块，其中所述流体密封的过滤器主体是包括以下结构的多组件组装体：
上部，其包括形成入口通道的入口结构；
中间层，其被配置为接纳并固定过滤器膜；和
底部，其被配置为接纳所述中间层，
其中所述上部和所述底部被配置为彼此偶联以形成流体密封的组装体，使得所述中间层在使用期间设置在所述流体密封的组装体内，
其中所述流体密封的组装体被配置为接纳微量等分试样的植物样品，
其中所述底部包括在所述中间层的出口侧上形成出口通道的出口结构，并且
其中所述出口结构被配置为将所述底部与微流控盒机械连接。
35.如权利要求34所述的过滤器模块，其还包括设置在所述中间层中的过滤器膜，其中所述过滤器膜包括直径达到2微米的平均整体孔径。
36.如权利要求35所述的过滤器模块，其还包括设置在所述中间层中的第二过滤器膜，使得所述第二过滤器膜在使用期间相对于所述过滤器膜在前面的方向上。
37.如权利要求36所述的过滤器模块，其中所述第二过滤器膜包括直径达到20微米的平均整体孔径。
38.如权利要求30所述的过滤器模块，其中所述过滤器膜具有10.0mm至25.0mm的直径。
39.如权利要求30所述的过滤器模块，其中所述出口结构具有1.1mm至6.0mm的长度。
40.如权利要求30所述的过滤器模块，其中所述出口通道具有0.8mm至3.4mm的直径。
41.如权利要求30所述的过滤器模块，其中所述底部具有10.0mm至25.0mm的内径。
42.如权利要求30所述的过滤器模块，其中所述底部具有11.0mm至26.0mm的外径。
43.如权利要求30所述的过滤器模块，其中所述底部的内径和所述出口通道的内径具有31.25:1至1:1的比值。
44.如权利要求30所述的过滤器模块，其中所述过滤器膜包括选自尼龙、聚四氟乙烯(PTFE)、醋酸纤维素(CA)的材料。
45.如权利要求30所述的过滤器模块，其中所述过滤器模块是便携式的。
46.检测植物样品中的生物分子的方法，其包括：
通过使所述植物样品与裂解缓冲液接触来制备包括所述植物样品的溶解产物；
使用过滤器模块过滤微量等分试样的所述溶解产物；
将过滤的植物样品装载到微流控盒的样品孔中；
扩增所述生物分子；以及
检测所述生物分子，
其中所述制备所述溶解产物和所述过滤所述微量等分试样的所述溶解产物在室温下进行。
47.如权利要求46所述的方法，其中所述过滤器模块包括：
上部，其包括形成入口通道的入口结构；和
底部，其被配置为接纳并固定过滤器膜，
其中所述过滤器组装体被配置为在所述入口通道中接纳微量等分试样的所述植物样品，
其中所述底部包括在所述过滤器膜的出口侧上形成出口通道的出口结构，并且
其中所述出口结构具有的长度使得延伸到所述底层中的孔内，而不会到达所述孔的底部。
48.如权利要求46所述的方法，其中所述过滤器模块包括：
上部，其包括形成入口通道的入口结构；
中间层，其被配置为接纳并固定过滤器膜；和
底部，其被配置为接纳所述中间层，
其中所述上部和所述底部被配置为彼此偶联以形成流体密封的组装体，使得所述中间层在使用期间设置在所述流体密封的组装体内，
其中所述流体密封的组装体配置为接纳微量等分试样的所述植物样品，
其中所述底部包括在所述中间层的出口侧上形成出口通道的出口结构，并且
其中所述出口结构配置为将所述底部与由所述微流控盒顶层形成的入口机械连接。
49.如权利要求48所述的方法，其中所述过滤器模块还包括设置在所述中间层中的过滤器膜，其中所述过滤器膜包括直径达到20微米的平均整体孔径。
50.如权利要求46所述的方法，其中所述制备溶解产物和所述过滤微量等分试样的所述溶解产物在1至10分钟内发生。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018102783A1 (en) * 2016-12-01 2018-06-07 Novel Microdevices, Llc Automated point-of-care devices for complex sample processing and methods of use thereof

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9817795D0 (en) * 1998-08-14 1998-10-14 Genosis Inc A method and device for separation and detection of spermatozoa in a sample
JP5627886B2 (ja) * 2006-05-16 2014-11-19 フルイディウム コーポレーション 生物学的な高速解析および高速識別のための、ｐｃｒを使用しない試料調製および検出システム
GB2446204A (en) * 2007-01-12 2008-08-06 Univ Brunel A Microfluidic device
CN102224260B (zh) * 2008-09-24 2015-11-25 施特劳斯控股公司 用于检测分析物的试剂盒和装置
KR101019085B1 (ko) * 2010-10-19 2011-03-07 (주)패스텍 세포 채취용 필터 용기
US10227556B2 (en) * 2015-09-04 2019-03-12 Wayne State University Cell culture devices for biomimetic and pathomimetic cell cultures

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018102783A1 (en) * 2016-12-01 2018-06-07 Novel Microdevices, Llc Automated point-of-care devices for complex sample processing and methods of use thereof

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