CN117242188A - 用于检测生物样品中的核酸的装置和方法 - Google Patents

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史蒂文·迪特尔
罗伯特·阿尔塔维拉
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约翰·C·德特
托德·哈伦
迈克尔·默里
斯科特·罗斯伯勒
杰弗里·舍尔比基
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Abstract

用于扩增和检测生物样品中的核酸的装置，其具有用于接收生物样品的样品端口、固态膜、样品导管、裂解站、洗涤站、洗脱站、废物室、和反应室。样品端口、裂解站和样品导管被配置成混合样品与裂解剂以形成样品裂解混合物，使所述混合物通过固态膜以在其中捕获样品中的核酸，以及将混合物的剩余部分接收在废物室中。洗涤站引导洗涤溶液通过固态膜并进入废物室中以纯化在所述膜中捕获的核酸。洗脱站引导洗脱液通过膜，使所捕获核酸从所述膜洗脱，并使所捕获核酸进入反应室中以扩增并检测所捕获核酸。

Description

用于检测生物样品中的核酸的装置和方法
优先权临时申请的交叉引用
本专利申请要求于2021年1月12日提交的题为“Device and Method forDetecting Nucleic Acids in Biological Samples”的美国临时申请No.63/136,435，于2021年2月26日提交的题为“Device and Method for Detecting Nucleic Acids inBiological Samples”的美国临时申请No.63/154,217，以及于2021年9月10日提交的题为“Device and Method for Detecting Nucleic Acids in Biological Samples”的美国临时申请No.63/243,005，其各自通过引用整体并入本文以作为本公开内容的一部分。
技术领域
本发明涉及用于分离、浓缩、扩增和检测生物样品(例如唾液、血液、或尿样品)中的核酸的装置和方法，并且更特别地涉及包含固态膜和微流控反应室的这样的装置或方法。
背景技术
具有集成固态膜的等温核酸扩增反应器的现有技术示出于美国专利No.9,796,176(“‘176专利”)中。‘176专利公开了将核酸捕获、浓缩、纯化、等温扩增、和实时荧光检测集成到单个反应室中的微流控盒。如‘176专利的图11所示，Flanders TechnologiesAssociates或FTATM膜塞安装在反应室的底部，并且袋1、2和3与FTA膜上方的反应室连接。反应室的总体积为约20μl。将样品材料添加至反应室。通过压缩袋1来将袋1中的裂解缓冲液添加至反应室。将裂解物混合物孵育规定时间，伴随通过可被旋转磁体转动的磁棒任选的搅拌。接下来，将吸收性吸收垫(sink pad)与FTA膜接触，其将裂解的样品芯吸至(wick)吸收性吸收垫。核酸被吸收在FTA膜塞上。接下来，压缩袋2以将洗涤缓冲液添加至反应室。然后，再次将吸收性垫与FTA膜接触以将洗涤缓冲液芯吸至通过膜。接下来压缩袋3以用分子水或去离子水填充该室。然后通过外部加热元件或通过化学加热(放热反应)来加热该室。该加热释放了用于等温核酸扩增的预储存的、封装的试剂。这可通过用低熔点石蜡封装干试剂来实现，其在将反应室加热至期望的孵育温度(例如，60℃)时熔化并释放用于扩增的试剂。扩增步骤在升高的温度下进行约20至60分钟。在扩增之后，将侧流条与反应室的多孔膜塞接触。这由具有低核酸结合的材料制成。该条带装载有扩增产物，条带用抗体或抗原功能化以捕获经标记的扩增子。LF条带装载垫包含报告粒以增强对该条带上捕获的产物的检测。
与上述现有技术相关的一个缺点是，固态膜被固定安装在通往反应室的固定流体导管内，并且生物样品、裂解物混合物和洗涤缓冲液首先被引导进入反应室中，并随后被芯吸通过膜并被吸收性吸收垫吸收。因此，生物样品、裂解物混合物和洗涤缓冲液的体积受反应室和吸收性吸收垫的容量限制。如以上所表明，反应室的总体积为约20μl。这限制了添加更大样品体积的能力，添加更大样品体积是为了提高检测原始样品中可处于小浓度或低浓度的靶标的能力。小体积限制了可测试的样品的量并降低了检测稀释的或低浓度核酸靶标的测试的能力。另一潜在缺点是，反应室可包含封装在低熔点石蜡中的干试剂用于在加热和核酸扩增步骤期间释放。因为裂解的样品和洗涤缓冲液缓冲液必须全部流经反应室，因此必须将冻干试剂密封在石蜡中以防止在反应之前试剂的损失和过早水解。石蜡可破坏试剂的纯度并降低测定的灵敏度。另外，包含在反应室内的封装的试剂还可限制用于用于先前步骤所需的上述流体的反应室的可用体积。因此，较小体积的生物样品可通过膜，并且可捕获、纯化和扩增比期望的更少量的靶核酸。另一个缺点是，捕获、纯化和扩增比期望更少量的靶核酸可导致对这样的靶核酸的检测和测试的灵敏度和/或准确性更低。换言之，期望允许更大体积的生物样品通过这样的膜的装置或方法，继而允许捕获更大量的靶核酸，从而提高检测这样的核酸的能力。不需要石蜡或类似密封剂来防止水解的系统也是期望的。
本发明和/或其当前优选实施方案的一个目的是克服现有技术的一个或更多个上述的缺点和/或不利的点。
发明内容
根据第一方面，本发明涉及用于扩增生物样品(例如唾液)中的核酸的装置，以允许检测这样的经扩增的核酸。该装置包含用于在其中接收生物样品的样品端口、在其中包含裂解剂的裂解室、用于使生物样品与裂解剂混合成样品裂解混合物的混合室、在其中包含洗涤溶液的一个或更多个洗涤站、以及在其中包含洗脱液的洗脱站。固态膜位于混合室、洗涤站和洗脱站的下游，并且被配置成捕获通过膜的生物样品中的核酸。废物室位于固态膜的下游，并且一个更多个反应室也位于固态膜的下游。样品端口、裂解室和混合室被配置成混合样品与裂解剂以形成样品裂解混合物，使样品裂解混合物通过固态膜以捕获固态膜中的生物样品中的核酸，并将样品裂解混合物的剩余部分接收在废物室中。洗涤站被配置成引导洗涤溶液通过固态膜以纯化固态膜中捕获的核酸，并将来自固态膜的洗涤溶液接收在废物室中。洗脱站被配置成使洗脱液通过固态膜，使经捕获的核酸从固态膜洗脱，并使经捕获的核酸进入反应室中以扩增经捕获的核酸。经扩增的核酸可通过可见地观察反应室(例如通过透明窗或反应室的其他部分)来检测以及通过检测指示经扩增的核酸的颜色变化或其他替代标志物来检测。或者，经扩增的核酸可通过反应室或在反应室的外部来检测，例如进入与反应室流体连通的观察窗或室中。
在本发明的一些实施方案中，该装置还包含在样品导管中限定混合室的样品导管。样品导管在样品端口、裂解室和一个或更多个洗涤站中的每一者和固态膜之间流体连通。如果期望的话，可提供在固态膜和每个反应室之间流体连通的冻干重构室。样品端口、裂解站和样品导管被配置成混合样品与裂解剂以形成样品裂解混合物，使样品裂解混合物通过固态膜以在其中捕获生物样品中的核酸，并将样品裂解混合物的剩余部分接收在废物室中。洗涤站被配置成在样品裂解混合物之后将洗涤溶液引导进入样品导管中，使洗涤溶液通过固态膜以纯化其中捕获的核酸，并将来自固态膜的洗涤溶液接收在废物室中。洗脱站被配置成使洗脱液通过固态膜并将所捕获核酸从固态膜洗脱。如果提供一个或更多个冻干重构室，则所捕获核酸通过冻干剂重构室并进入反应室中以扩增所捕获核酸。或者，所捕获核酸可进入组合的反应室和重构室中，其中冻干剂被添加至反应室，用经洗脱的核酸重构，并随后扩增。在一些这样的实施方案中，混合室由位于在样品裂解接合处和固态膜之间流体连通的样品导管内的混合器(例如静态混合器)限定，其将样品与裂解剂混合并在通过固态膜之前形成样品裂解混合物。在一个示例性实施方案中，静态混合器由在样品导管中形成的多个轴向间隔的凹部或凹槽限定。
本发明的一些实施方案还包括(i)裂解段，其在裂解站与样品导管之间流体连通地延伸并被配置成引导裂解剂的流从裂解站进入样品导管中，和(ii)洗涤段，其在洗涤站与样品导管在处于裂解段上游的点位之间流体连通地延伸并且被配置成引导洗涤溶液的流在样品裂解混合物后面从洗涤站进入样品导管中。在一些这样的实施方案中，洗涤段与样品导管在位于样品端口附近的样品洗涤接合处流体连通，并且被配置成使大部分样品流入样品导管中样品洗涤接合处下游处，然后引导洗涤溶液通过洗涤段并进入样品导管中。同样在这样的实施方案中，裂解段与样品导管在位于样品洗涤接合处下游的样品裂解接合处流体连通，并且被配置成使裂解剂与样品混合并形成样品裂解混合物，以及使洗涤溶液在样品裂解混合物后面或上游流入样品导管中。
本发明的一些实施方案还包含与样品导管流体连通并在其中包含第二洗涤溶液的第二洗涤站。第二洗涤站被配置成引导第二洗涤溶液在另一洗涤溶液之后进入样品导管中并使第二洗涤液通过固态膜以纯化在其中捕获的核酸。通过固态膜的第二洗涤溶液也被接收在废物室中。在一些这样的实施方案中，第二洗涤站包含含有第二洗涤溶液的密封的第二洗涤室。第二洗涤段在另一洗涤段下游处在第二洗涤站与样品导管之间流体连通地延伸，并且被配置成引导第二洗涤溶液的流从第二洗涤站进入样品导管中并通过固态膜以纯化在其中捕获的核酸。
在本发明的一些实施方案中，洗脱站包括含有洗脱液的密封的洗脱室和在洗脱站与固态膜之间流体连通地延伸的洗脱段。洗脱室被配置成使洗脱液从洗脱室释放通过洗脱段并通过固态膜，以使所捕获核酸从固态膜洗脱并使所捕获核酸进入反应室中。
本发明的一些实施方案还包含在废物室与环境大气之间流体连通的废物室通气口。废物室通气口限定打开状态和闭合状态。在打开状态下，通过固态膜的流体接收在废物室内。在闭合状态下，通过固态膜的流体被阻止进入废物室中。在一些这样的实施方案中，在样品裂解混合物和洗涤溶液通过固态膜期间，废物室通气口处于打开状态，并且通过固态膜的样品裂解混合物和洗涤溶液流入废物室中并且被阻止流入反应室中。本发明的一些实施方案还包含可在以下位置之间移动的废物通气口密封件：(i)打开位置，其允许流体流出废物室通气口并且从而允许流体流入废物室，和(ii)闭合位置，其密封通气口并且从而阻止流体流入废物室。
本发明的一些实施方案还包括在固态膜与反应室之间流体连通的反应室阀。(i)当固态膜与反应室阀之间的流体压力低于阀打开压力时，反应室阀是闭合的以阻止流体流入反应室中，以及(ii)当固态膜与反应室阀之间的流体压力高于阀打开压力时，反应室阀是打开的以允许流体流入反应室中。在一些这样的实施方案中，废物室通气口的闭合或者废物室通气口密封件向闭合位置的移动，导致固态膜与反应室阀之间的流体压力超过阀打开压力，并且从而使流体从固态膜流入反应室中并且不流入废物室中。
本发明的一些实施方案还包含用于在其上收集唾液并且可接收在样品端口内的唾液收集拭子，以将唾液直接引导进入样品端口和样品导管中以与裂解剂混合。
本发明的一些实施方案还包含其中固态膜和/或主体可相对于另一者可移动的主体。在一些这样的实施方案中，至少固态膜相对于主体可在以下位置移动：从(i)样品位置，其中固态膜与样品端口流体连通用于接收通过固态膜的生物样品并捕获其中的生物样品中的核酸，至(ii)洗涤位置，其中固态膜与洗涤站流体连通用于使洗涤溶液通过固态膜以纯化在其中捕获的核酸，以及至(iii)至反应位置，其中固态膜与反应室流体连通用于使所捕获核酸从固态膜洗脱到反应室中并扩增所捕获核酸。一些这样的实施方案包含多个洗涤站。在这样的实施方案中，固态膜和/或主体相对于另一者从样品位置可移动至多个连续的洗涤位置。在每个洗涤位置中，固态膜与多个洗涤站中的各自一个流体连通用于使各自的洗涤溶液通过固态膜以纯化在其中捕获的核酸。
在本发明的一些实施方案中，主体还包括与废物室流体连通的吸收性废物垫，并且吸收性废物垫可与处于样品位置中的固态膜接合以在其中吸收通过处于样品位置中的固态膜的流体和/或可与处于洗涤位置的固态膜接合以在其中吸收通过处于洗涤位置中的固态膜的洗涤溶液。一些这样的实施方案还包含废物垫支承件，其可移动地安装在主体上并包含在废物垫支承件上安装的废物垫。废物垫可移动地可与固态膜的下侧接合以促进固态膜与废物垫的接合。本发明的一些实施方案还包含：膜支承件，含有在其上安装的固态膜；限定微流控反应室的微流控芯片和微流控芯片支承件，微流控芯片支承件可移动地安装在主体上并包含在该微流控芯片支承件上安装的微流控芯片。当固态膜移动至反应位置时，微流控芯片可与固态膜和/或膜支承件接合，以促进固态膜与微流控反应室之间的流体连通。在本发明的一些实施方案中，膜支承件和/或主体相对于另一者可从样品位置移动至洗涤位置，以及可从洗涤位置移动至反应位置。在一些这样的实施方案中，膜支承件包含可手动接合的部分(例如旋钮或按钮)，其可手动可接合以将膜支承件和在其上的膜从样品位置移动至洗涤位置，以及从洗涤位置移动至反应位置。
在本发明的一些实施方案中，裂解站、洗涤站和/或洗脱站包含含有裂解剂、洗涤溶液或洗脱液的密封室，和可在非致动位置与致动位置之间移动的致动器(例如按钮致动器或柱塞)。在致动位置中，裂解剂、洗涤溶液或洗脱液从密封室释放。在一些这样的实施方案中，致动器可手动可接合并可从非致动位置移动至致动位置。密封室包含易碎或易破的壁(例如由泡罩或箔形成)，其被处于致动位置中的致动器破坏以从密封室释放裂解剂、洗涤溶液或洗脱液。
在本发明的一些实施方案中，膜支承件和/或主体相对于另一者可从样品位置移动至洗涤位置，以及从洗涤位置移动至反应位置。致动器包含锁定构件，其可在阻止致动器致动的锁定位置与允许致动器从非致动位置移动至致动位置的解锁位置之间移动。锁定构件在相对移动至洗涤位置或反应位置中时与膜支承件可接合，从而将锁定构件从锁定位置移动至解锁位置。在一些这样的实施方案中，锁定构件枢转地或旋转地安装在主体上并且可与膜支承件接合。当膜支承件移动至洗涤位置或反应位置中时，膜支承件使锁定构件从锁定位置旋转至解锁位置，并从而允许在各自位置中致动。
本发明的一些实施方案还包含(i)一次性盒，其包含样品端口、洗涤站、洗脱站、固态膜、废物室和反应室，和(ii)基站，其被配置成在其中接收一次性盒并且包含用于促进微流控反应室中的反应的热源。
本发明的一些实施方案还包含样品接受器，所述样品接受器在其中包含裂解流体并且被配置成在其中接收生物样品以与裂解流体混合。样品接受器包含出口端口，所述出口端口可与样品端口流体连通地连接的以将裂解流体和生物样品混合物释放至样品端口中和固态膜上。样品接受器包含含有裂解流体的密封室以及易碎或易破的壁，该壁被配置成在其中接收生物样品之后破裂以允许裂解流体与生物样品混合。在一些这样的实施方案中，样品接受器包含闭合件，其可在打开位置和闭合位置之间移动，所述打开位置用于允许引导生物样品进入到样品接受器中，所述闭合位置将生物样品和裂解流体密封在接受器内。当闭合件处于闭合位置时，一个或更多个凸角可与易碎或易破的壁接合以破坏所述易碎或易破的壁，并且从而使裂解流体与生物样品混合。样品接受器还可包括泵，其可手动接合以将裂解流体和样品混合物泵出出口端口并泵入到样品端口中。
根据另一个方面，本发明涉及这样的装置，其包含(i)第一设备(mean)，其用于在其中接收生物样品；(ii)第二设备，其用于将裂解剂密封在其中并从其中释放裂解剂用于与生物样品混合；(iii)第三设备，其用于将生物样品和裂解剂混合成样品裂解混合物；(iv)第四设备，其用于将洗涤溶液密封在其中并从其中释放洗涤溶液；(v)第五设备，其用于将洗脱液密封在其中并从其中释放洗脱液；(vi)第六设备，其与第三设备流体连通以接收样品裂解混合物并在其中捕获生物样品中的核酸，其与第四设备流体连通用于在样品裂解混合物之后接收洗涤溶液并使洗涤溶液通过第六设备以纯化在第六设备中捕获的核酸，并且其与第五设备流体连通以接收通过第六设备的洗脱液以将捕获的核酸从第六设备洗脱；(vii)第七设备，其位于第六设备的下游，用于接收通过第六设备的样品裂解混合物的剩余部分和通过第六设备的作为废物的洗涤溶液并将废物储存在其中；和(viii)第八设备，其位于第六设备的下游用于接收从第六设备洗脱的所捕获核酸并用于在其中扩增所捕获核酸。
在一些这样的实施方案中，(i)第一设备是样品端口；(ii)第二设备是密封的裂解室，其在其中包含裂解剂并且包含易破以从壁中释放裂解剂的易碎或易破的壁；(iii)第三设备是可与样品端口流体连通地连接的样品瓶，或者是与样品端口流体连通并且在其中包含静态混合器的样品导管；(iv)第四设备是密封的洗涤溶液室，其在其中包含洗涤溶液，并且包含可破裂以将洗涤溶液从中释放的易碎或易破的壁；(v)第五设备是密封的洗脱液室，在其中包含洗脱液，并包含可破裂以将所述洗脱液从中释放的易碎或易破的壁；(vi)第六设备是固态膜；(vii)第七设备是废物室，其与固态膜流体连通以接收通过固态膜的样品裂解混合物的剩余部分和通过固态膜的作为废物的洗涤溶液并将废物存储在废物室中；以及(viii)第八设备是微流控反应室。
本发明的一些实施方案还包含这样的设备：其用于在其中接收裂解剂和洗涤溶液之后闭合第七设备，并用于打开第八设备以将所捕获核酸从第六设备引导至第八设备中。
根据另一个方面，本发明涉及捕获生物样品中的核酸并在反应室中扩增其中捕获的核酸的方法。该方法包括以下步骤：
(i)使生物样品和裂解流体混合物通过固态膜并在固态膜中捕获生物样品中的核酸；
(ii)阻止通过固态膜的样品裂解混合物的流进入反应室中，并将通过固态膜的样品裂解混合物的剩余部分接收在废物室中；
(iii)使洗涤溶液通过固态膜并纯化在其中捕获的核酸；
(iv)阻止通过固态膜的洗涤溶液的流进入反应室中，并将通过固态膜的洗涤溶液的剩余部分接收在废物室中；以及
(v)使洗脱液通过固态膜并从固态膜洗脱所捕获核酸，引导经洗脱的所捕获核酸从固态膜进入反应室中并且不进入废物室中，并在反应室中扩增其中捕获的核酸。
在本发明的一些实施方案中，步骤(i)包括引导裂解剂进入样品导管中，使裂解剂与样品混合以形成样品裂解混合物，使样品裂解混合物通过固态膜，并在其中捕获生物样品中的核酸。在本发明的一些实施方案中，步骤(iii)和(iv)包括在样品裂解混合物之后引导洗涤溶液进入样品导管中，使洗涤溶液通过固态膜并纯化从其中的样品裂解混合物中捕获的核酸，阻止洗涤溶液的流进入反应室中，以及将通过固态膜的洗涤溶液接收在废物室中。在本发明的一些实施方案中，步骤(v)包括引导洗脱液通过固态膜，使所捕获核酸从固态膜洗脱，基本上阻止所捕获核酸流入废物室中，引导所捕获核酸进入反应室中，以及在反应室中扩增所捕获核酸。
本发明的一些实施方案还包括在废物室中接收裂解剂和洗涤溶液之后闭合通向废物室的通气口，并打开通向反应室的入口阀以引导所捕获核酸从固态膜至反应室中。
在本发明的一些实施方案中，步骤(iii)包括将固态膜和/或第一洗涤站相对于另一者移动至第一洗涤位置中，步骤(v)包括将固态膜和/或微流控反应室相对于另一者移动至反应位置中，将捕获的核酸从固态膜洗脱到微流控反应室中，并在其中扩增所捕获核酸。一些实施方案还包括将固态膜和/或用于固态膜的支承件移动至反应位置。然后，在将固态膜或用于其的支承件移动至反应位置时，将包含微流控反应室的微流控芯片移动至与固态膜和/或用于其的支承件的下侧接合，并且将微流控反应室置于与固态膜流体连通。
本发明的一些实施方案还包括引导包含生物样品和裂解流体、固态膜、洗涤溶液、洗脱液和室的盒进入基站中，用位于基站中的盒进行至少步骤(v)，并在使用之后将盒处理。
本发明和/或其实施方案的一个优点是，裂解混合物和样品通过固态膜以及洗涤溶液通过固态膜，都在将固态膜与微流控反应室流体连通地连接之进行。因此，生物样品的体积以及通过固态膜的裂解剂和/或洗涤溶液的体积不受微流控反应室的相对小的体积和/或单个吸收性垫的容量限制，如在上述现有技术中遇到的。因此，本发明的装置和方法允许更大体积的生物样品并提供了对靶核酸的相对更多的捕获。这继而允许对靶核酸进行更灵敏的检测以及对这样的核酸进行更准确的测试。又一优点是，与现有技术的装置和方法相比，特别是与现有技术的手持的或移动的装置或方法相比，本发明的装置和方法和/或其实施方案允许甚至显著地更大量的生物样品、裂解流体和/或洗涤溶液。又一优点是，本装置和方法的部件可在盒中提供，可将所述盒安装在基站中以加热微流控反应室和/或以其他方式促进对所捕获核酸的扩增和检测。还有另一优点是，可在使用之后将每个盒处理并且可将基站重复使用与另外的盒一起进行另外的测试。另一个优点是，可避免使用由上述现有技术所要求的用于防止反应之前试剂的损失以及过早水解的石蜡或类似密封剂。
鉴于以下实施方案和附图的详细描述，本发明和/或其实施方案的其他目的和优点将变得更加明显。
附图描述
图1包括实现本发明的装置的透视图，其包括接收在基站内用于扩增和检测生物样品中核酸的一次性盒；
图2A至2C包括(i)在图2A中，用于生物样品收集和裂解的样品接受器或小瓶的透视图，其包括示出了小瓶打开的左视图和示出了小瓶闭合的右视图，(ii)在图2B中，用于扩增和检测生物样品中核酸的一次性盒的透视图以及悬挂在盒上方并准备向盒提供样品和裂解混合物用于测试的闭合样品小瓶的透视图，和(iii)在图2C中，盒的透视图，所述盒包含与盒的样品端口流体连通地连接的样品小瓶及其出口端口，并且所述盒接收在基站内用于捕获、浓缩、纯化、扩增和检测生物样品中的靶核酸；
图3A至3I是图1和2的盒和样品小瓶的一系列透视图，其示出了以下程序步骤：(i)在图3A和3B中，将唾液样品从样品小瓶装载到盒的样品接受器中，(ii)在图3C和3D中，洗涤样品，(iii)在图3E和3F中，再次洗涤样品，(iv)在图3G和3H中，将DNA/RNA洗脱到反应室中，以及(v)在图3I中，孵育反应室，例如在约62℃下持续约20分钟，并随后将反应室流体的颜色与测试芯片进行比较以确定是否检测到靶核酸；
图4A至4E包括图1和2的盒和样品小瓶的一系列透视剖视图，其示出了以下程序步骤：(1)在图4A中，样品小瓶接收在盒的样品端口中，并且在图4B中，样品废物贮槽(wastesump)/废物垫与固态膜滑动件(slider)的下侧接合用于从固态膜中的样品中捕获核酸；(2)在图4C中，膜滑动件朝第一洗涤站手动前进，并且样品废物贮槽/废物垫从其中脱离；(3)在图4D中，当膜滑动件在第一洗涤站中手动移动时泡罩柱塞在其中旋转，以及当第一洗涤废物垫接收在第一洗涤站中时第一洗涤废物垫与膜滑动件的下侧的接合；以及(4)在图4E中，第一洗涤站中的泡罩柱塞解锁，其继而允许手动压下第一泡罩柱塞以破坏泡罩并在第一洗涤站中洗涤固态膜中的所捕获核酸；
图5A至5E包括图1和2的盒和样品小瓶的一系列透视剖视图，其示出了以下另外的程序步骤：(5)在图5A中，样品小瓶接收在盒的样品端口中，以及在图5B中，膜滑动件从第一洗涤站朝向第二洗涤站手动移动，以及第一洗涤废物垫从膜滑动件的下侧脱离；(6)在图5C中，膜滑动件向第二洗涤站手动前进以及膜滑动件与第二洗涤站泡罩和废物贮槽/垫对齐；(7)在图5D中，第二洗涤站中第二泡罩柱塞解锁，其继而允许手动压下第二泡罩柱塞以破坏泡罩并在第二洗涤站中洗涤固态膜中的所捕获核酸；以及(8)在图5E中，第二洗涤废物垫从膜滑动件的下侧脱离，以及膜滑动件从第二洗涤站朝向与反应室流体连通的反应位置手动移动，在反应室中第三泡罩柱塞被压下；
图6A是图1和2的盒的透视剖视图，图6B是微流控芯片和微流控芯片载体的单独透视图，图6C是每个洗涤站中的泡罩柱塞和泡罩组件的示例性透视截面图；以及图6D是图1和图2的盒和样品小瓶的另一透视图；
图7A至7G是图1和2的盒的一系列透视局部截面图，其示出了(1)在图7A中，与样品端口流体连通的膜滑动件，(2)在图7B中，膜滑动件向第一洗涤站中移动，(3)在图7C中，第一洗涤站中的泡罩柱塞解锁以及第一废物垫与膜滑动件的下侧接合用于在第一洗涤站中吸收洗涤溶液，(4)在图7D中，第一洗涤废物垫脱离以及膜滑动件从第一洗涤站向第二洗涤站移动，(5)在图7E中，第二洗涤站中的泡罩柱塞解锁以及第二洗涤废物垫与膜滑动件的下侧接合用于在第二洗涤站中吸收洗涤溶液，(6)在图7F中，第二洗涤废物垫脱离以及膜滑动件从第二洗涤站向反应位置中移动，(7)在图7G中，泡罩柱塞在反应位置中解锁以及微流控反应室与膜滑动件的下侧接合用于将微流控反应室置于与反应位置中的固态膜流体连通；
图8A和8B是在图1和2中示出的盒类型的示例性正面的顶部俯视图，其中箭头指示泡罩柱塞的旋转方向和样品端口，以及在图8A中示出了指示阴性测试结果的盒的测试窗口，以及在图8B中示出了指示阳性测试结果的盒的测试窗口；
图9是示出了当用图1和2的装置进行测试时(例如用于Covid-19的测试)的临床工作流程的流程图；
图10A至10G是一系列以下视图：(1)图10A和10B分别是当接收以及准备接收样品时样品小瓶的透视图和透视截面图，(2)图10C是在其中接收样品(例如唾液样品)之后并且其闭合件处于打开位置的样品小瓶的透视截面图，(3)图10D和10E分别是其闭合件处于闭合位置的样品小瓶的透视图和透视截面图；(4)图10F是在闭合件的凸角或刺穿构件破坏包含裂解流体的小瓶的密封室并对其进行温和搅拌以在在小瓶内混合样品和裂解流体之后的样品小瓶的截面图，以及(5)图10G是示出了以下的透视截面图：将样品小瓶的出口端口和阀插入到图1和2的盒的样品端口中使得闭合件的圆顶状泵可被压下，继而将样品裂解流体混合物泵到样品端口和与其流体连通的固态膜中；
图11A和11B是图1和2的盒和基站的两个透视图，其包括在图11A中插入到基站中之前的盒，以及在图11B中插入到基站中的盒；
图12A至12C包括用于扩增和检测生物样品中核酸的盒和基站的另一个实施方案的透视图，其中盒包含在其远端附近的固态膜，并且基站包含洗涤站和微流控反应室(未示出)，并且在图12A中示出了在插入到基站中之前的盒，在图12B中示出了该盒自身，以及在图12C中示出了插入到基站中的盒；
图13A是图1至7的装置的膜滑动件并且包含在其中安装的固态膜的透视图，图13B是图13A的膜滑动件和固态膜的截面图，并且图13C是图13A的膜滑动件和固态膜的透视截面图；
图14A和14B分别包括了实现本发明的装置的上部透视图和下部透视图，所述装置包含接收在基站内用于扩增和检测生物样品中的核酸的一次性盒；
图15A和15B分别包括了图14A和14B的装置的上部透视图和下部透视图，并且图15C是唾液收集注射器型装置的局部透视图，其可接收在图14A和14B的装置的装置样品端口内，用于引导唾液样品至其中；
图16是图14A和14B的装置的简略(somewhat)示意图，其示出了通过样品端口引入唾液样品，其中该装置包含第一洗涤站、裂解站、混合室、第二洗涤站、洗脱站、固态膜、废物室和微流控反应室，其中将裂解和洗涤溶液接收在废物室内，其继而产生了足够的背压来打开固态膜与微流控反应室之间的单向阀以允许洗脱流体和靶核酸流经单向阀并流入微流控反应室中；
图17A和17B是图14A和14B的装置的毛细管LAMP反应芯片的透视图，其中微流控反应芯片包含三个反应室；以及
图18是图14A和14B的装置的毛细管LAMP反应芯片的替代实施方案的透视图，其中微流控反应芯片包含五个反应室。
具体实施方案
在图1中，实现本发明的用于扩增和检测生物样品中的核酸的装置一般由附图标记10表示。装置10可用于识别与靶病原体或宿主遗传序列(包括在生物或环境样品中的任何遗传靶标)相对应的靶核酸序列。识别通过核酸的分离、浓缩、等温扩增和检测来完成。可同时识别多个靶标。用途的实例包括但不限于：(i)检测唾液、拭子、尿、或粪便中的感染原(例如SARS-CoV-2)；(ii)检测血液样品中的特定突变；和(iii)从表面拭子中检测感染原。图1中的装置10包含主体或测试盒12、基站14、以及样品接受器或小瓶16。将生物样品置于样品小瓶16中并与促进细胞裂解的裂解化学物组合，从生物样品中的细胞释放任意核酸。将样品小瓶16插入到测试盒12的样品端口18中。将样品和裂解化学混合物从样品小瓶16挤出到测试盒12的样品端口18中。
图2更详细地示出了样品小瓶16和测试盒12。样品小瓶16包含小瓶主体20和小瓶闭合件或帽22。当将小瓶帽22插到小瓶主体20上时，小瓶帽22将样品小瓶16密封。样品小瓶16的小瓶帽22包含圆顶状泵24，其可用于将样品混合物泵送通过样品小瓶16中的出口端口26。当将样品小瓶16插入到测试盒12的样品端口18中时，样品将移动通过样品小瓶16的出口端口26以进入测试盒12。将测试盒12插入到基站14中用于分离、浓缩、和扩增样品中的任意靶核酸。
图3至7更详细地示出了示例性装置10的机构和操作。一旦样品小瓶16插入到测试盒12的样品端口18中时，则样品小瓶16的出口端口26将被置于与固态膜28的顶部流体连通(如图4中示出)并且废物垫30将与固态膜28的下侧接合。出口端口26与固态膜28流体连通并且固态膜28与废物垫30流体连通。流体可通过固态膜28(例如通过毛细作用)，并因此出口端口26与废物垫30流体连通。圆顶状泵24用于将样品裂解混合物泵到测试盒12中并通过固态膜28。样品裂解混合物的部分将被吸收至固态膜28上并从混合物的剩余部分中分离，所述剩余部分将被废物垫30吸收。固态膜28由结合核酸的捕获材料制成，这导致了对生物样品中的核酸的吸收。在所示的实施方案中，膜由固态结构限定(即，其不包含移动部件)，并且包含但不限于固态过滤器基质。固态过滤器基质可由二氧化硅、玻璃纤维、纤维素或其他当前已知的、或之后变得已知的用于这样的目的的材料形成。示例性的捕获材料是来自Pall Corporation的不含黏合剂的Pall A/E硼硅酸盐玻璃膜(Pall A/E BorosilicateGlass Membrane)。这样的膜由结合核酸的硼硅酸盐玻璃纤维制成或者包含结合核酸的硼硅酸盐玻璃纤维。然而，如可由相关领域的那些普通技术人员基于本文中的教导所认识到的，固态膜28可由许多不同材料的任一者制成并且可采取当前已知的和/或之后变得已知的许多不同配置的任一者。
固态膜28被包含在膜支承件31内，所述膜支承件31继而安装在膜滑动件32上，所述膜滑动件32可移动地安装在测试盒12上。如图1至7和14中所示，膜滑动件32可手动接合并且可通过在主体12中形成的轴向伸长的狭槽33朝向平行于测试盒12的伸长侧的方向移动。如可由相关领域的那些普通技术人员基于本文中的教导所认识到的，根据当前已知的或之后变得已知的多种不同的机构或配置的任一种，固态膜28可被安装在测试盒内并可在测试盒内移动，或者测试盒相对于固态膜可移动。例如，可将固态膜安装在可旋转地安装在盒上的支承件上以允许膜从一个站或位置旋转至下一站。或者，如以下所述，可将固态膜固定地安装在测试盒或装置上，即在装置上不可移动或可移动地安装。
如图4至6中所示出的，膜滑动件32在样品位置34中开始，移动至多个洗涤位置36中的每一个并在反应位置38处结束。膜滑动件32包含可手动可接合的部分或旋钮40，其可手动可接合并可通过轴向伸长的狭槽33在测试盒12中移动以将膜滑动件32和其上的膜28从样品位置34移动至第一洗涤位置36，从第一洗涤位置移动至第二洗涤位置36，以及从第二洗涤位置36移动至反应位置38。多个废物垫支承件42,42可枢转地安装在测试盒12上以在样品位置34和洗涤位置36,36中的每一者处支持废物垫30,30。当膜滑动件32位于样品位置34处或洗涤位置36中的任一者时，将位于各自位置的废物垫支承件42(包含在其上可枢转地安装的废物垫30)枢转以与固态膜28的下侧接合。每个废物垫30与固态膜28的接合促进了废物垫30在固态膜28上的有效毛细作用。当滑动件32远离样品位置34或洗涤位置36中的任一者前进时，位于该位置处的各自的废物垫支承件42和废物垫30从固态膜28脱离。如可由相关领域的那些普通技术人员基于本文中的教导所认识到的，废物垫30,30和废物垫支承件42,42可采取任何当前已知的或之后变得已知的许多不同配置中的任一者，并且该装置可包含任何期望数目的废物垫和/或废物垫支承件。例如，虽然示例性实施方案包含用于样品位置34和洗涤位置36,36中的每一者的单独的废物垫30和废物垫支承件42，但是该装置可包含跨越多个位置的废物垫和废物垫支承件、单个位置处的多个废物垫、单个废物垫支承件上的多个废物垫、由多个废物垫支承件所支持的单个废物垫、或其任意组合。例如，可采用跨越样品位置和两个洗涤位置的单个废物垫和废物垫支承件。或者，如以下所述，该装置可包含无任意废物垫的废物室或者接受器。
当膜滑动件32到达每个洗涤位置36,36时，固态膜28将在那个位置处完成洗涤站44。如图4至7中所示，每个洗涤站44包含固态膜28、位于固态膜28上方的联锁55、安装在联锁55内并且包含洗涤溶液的密封室或泡罩46、安装在联锁55上并可在非致动位置50与致动位置52之间移动的致动器或泡罩柱塞48、在泡罩46周围延伸并将泡罩密封在联锁55内的上密封件或密封垫54A(图6C)、以及由位于固态膜下侧的废物垫支承件42所支持并可枢转地安装在废物垫支承件42上的废物垫30。可以看出，位于每个洗涤站36处的致动器或泡罩柱塞48可手动可接合并且从非致动位置50压下至致动位置52中。当致动器或泡罩柱塞48移动至致动位置52时，致动器或泡罩柱塞48的较低端接合并破坏泡罩46的密封室以释放其中的洗涤溶液。由泡罩柱塞48所施加的力将洗涤溶液推到固态膜28中并且废物垫30的毛细作用将洗涤溶液拉到废物垫30中从而通过从固态膜洗去未结合的物质来纯化和分离在固态膜28上吸收的核酸。
如图6C中所示，密封室或泡罩46包含易碎或易破的壁56，其被配置成当致动器或泡罩柱塞48移动至致动位置52中时破坏，从而将洗涤溶液从密封室46中释放并允许其通过固态膜28以纯化在其中捕获的核酸。柱塞48从非致动位置50移动至致动位置52使致动器或泡罩柱塞48在密封室或泡罩46上施加压力。泡罩破裂销(未示出)位于易碎壁56下方并且当泡罩致动器48被压缩时其与易碎壁接触并冲击易碎壁，以将洗涤溶液释放至固态膜28上。上密封垫54A对于洗涤溶液是不可渗透的并且其是充分可压缩的以确保联锁55与膜滑动件32之间的流体紧密密封。在一些配置中，当将泡罩柱塞48压下到完全致动位置52中时上密封垫54A是充分可压缩的以促进泡罩46的基本完全排空。本领域一名普通技术人员将认识到，虽然在图6C中上密封垫54A与致动器连接，但是如果与膜滑动件32或其他结构连接其可提供相同的功能益处。
在图4和5中所示的示例性实施方案中，致动器48,48的每一者包含可在锁定位置60和解锁位置62之间移动的锁定构件58，锁定位置60阻止致动器48致动，解锁位置62允许致动器48从非致动位置50移动至致动位置52。每个锁定构件58开始或通常位于锁定位置60。当膜滑动件32移动至各自的清洗位置36,36或反应位置38中时，相应的锁定构件58由膜滑动件32接合以将锁定构件58从锁定位置60移动至解锁位置62。锁定构件58可枢转地或可旋转地安装在测试盒12上并可与膜滑动件32接合，使得膜滑动32件致使锁定构件58从锁定位置60旋转至解锁位置62。虽然在此示例性实施方案中，每个旋转的锁定构件58均是各自致动器48的一部分，但是相关领域的一名普通技术人员将认识到，可使用替代的锁定配置，包括例如这样的配置：其中锁定构件和致动器是分离的部件，或者其中根本不采用锁定构件。
每个废物垫30,30由相关领域的那些普通技术人员已知类型的吸收性材料制成，以拉动样品、洗涤物、和其他液体通过和/或穿过固态膜28。这样的材料允许由毛细力所驱动的流体流动。将样品小瓶泵24压至致动位置52和/或将致动器48,48压至致动位置52的动作本身可能不产生足够的推力来推动液体穿过或通过固态膜28。因此，废物垫30,30促使毛细力将液体拉动通过固态膜28。否则(在不与吸收垫30接触的情况下)膜28可阻挡液体流动，并且在无吸收性废物垫30的情况下，液体可能不会完全或充分地通过固态膜28。在图6和7中所示的示例性实施方案中，每个废物垫30在其移出各自的洗涤站30时被降低或脱离出与膜支承件40和/或固态膜28的接合。
虽然所示的示例性实施方案允许滑动件的可手动接合处部分40的手动移动和由装置的操作员对每个致动器的手动接合，但是相关领域的一名普通技术人员将认识到，该装置可由任何数目的手动或自动操作的机构制成以实现相同或基本上相同的功能，包含驱动机构例如螺旋或齿轮驱动器，其可与电动机连接或可不与电动机连接，或者与电动机是可连接的或不可连接的。
图6示出了可枢转地安装在芯片载体66上并且包含多个微流控反应室68,68的示例性微流控芯片64。微流控芯片64可包含多个反应室68,68，优选约三至七个反应室，并且在示出的实施方案中包含了三个反应室68,68。芯片载体66可枢转地安装至主体12使得当膜滑动件32移动至反应位置38时，微流控芯片64接合固态膜28的下侧。类似于洗涤站44,44，在反应位置38处的反应站69(在图7中示出)由固态膜28向反应位置38中移动来完成。反应站69包含固态膜28、安装在处于固态膜28下面的芯片载体66上的微流控芯片64、位于固态膜28上方的联锁55、安装在联锁55内并且包含洗脱缓冲液的密封室或泡罩46、安装在联锁55上并且可在非致动位置50与致动位置52之间移动的致动器或泡罩柱塞48、以及在密封室或泡罩46周围延伸并将泡罩46密封在联锁55内的上密封件或密封垫54A。随着致动器或泡罩柱塞48移动至致动位置52，当柱塞的较低端接合密封容器或泡罩46时洗脱缓冲液被释放，破坏泡罩并从而释放在其中的洗脱缓冲液。由压下泡罩柱塞48所产生的压力和由微流控芯片64所引起的毛细作用使洗脱缓冲液通过固态膜28并进入用于扩增和识别的微流控芯片的反应室中。当洗脱缓冲液通过时，其释放了从固态膜28吸收的、纯化的核酸，将核酸洗脱到洗脱缓冲液中并将核酸携带到微流控反应室68,68中。
如图6C中所示，密封室或泡罩46包含易碎或易破的壁56，其被配置成当致动器48移动至致动位置52中时破坏，将洗脱缓冲液从密封室46释放并允许其通过固态膜28并携带在其中捕获的核酸。泡罩柱塞48从非致动位置50移动至致动位置52导致柱塞在泡罩46上施加压力。泡罩破裂销(未示出)位于易碎壁56的下方，并且当泡罩致动器48被压缩时其与易碎壁接触并冲击易碎壁，以释放洗脱缓冲液使其通过固态膜28。上密封垫54A对于洗脱缓冲液是不可渗透的并且是充分可压缩的以确保联锁55与膜滑动件32之间的流体紧密密封。在一些配置中，上密封垫54A是充分可压缩的以促进密封室46的基本上完全排空。
将核酸扩增试剂(包含引物和酶)以干燥和稳定试剂(例如冻干试剂)的形式在反应室68,68中提供，当洗脱缓冲液进入微流控芯片64并流入到反应室68,68中时，核酸扩增试剂将被水解。装置10的所示实施方案采用环介导的等温扩增(“LAMP”)的扩增方法。然而，如可由相关领域的那些普通技术人员基于本文中的教导所认识到的，可采用当前已知的或之后变得已知的其他扩增方法。
如图11A和11B中所表明，装置10可用于检测SARS-COV-2，使用在基站14中的加热元件(未示出)以确保当将盒插入到基站中时，反应室68,68维持在基本恒定的温度以用于期望温度(例如约63℃)下的LAMP反应。基站14将LAMP反应温度维持设定的时间段，在示例性实施方案中针对SARS-COV-2的LAMP实施方案检测的时间段是约28分钟。如图8中所示，在此时间段结束时，测试的结果通过结果窗口70将是可见的。结果窗口70包含阴性对照72、阳性对照74、和样品指示剂76。如果样品指示剂76的颜色与阴性对照72的颜色一致，则测试指示阴性结果。如果样品指示剂76的颜色与阳性对照74的颜色一致，则测试指示阳性结果。检测方法是可由装置10的使用者容易看出的比色染料或荧光染料。如可由相关领域的那些普通技术人员基于本文中的教导所认识到的，不同的反应溶液、扩增反应、和检测方法可具有不同或非等温的理想反应温度。因此，基站14可适合于提供不同的可比环境温度或室温更高或更低的反应温度，包括聚合酶链式反应(“PCR”，polymerase chain reaction)扩增或者当前已知的或之后变得已知的用于进行这样的功能的其他温度设置所需的更高和更低温度的循环变化。
图10A至10G更详细地示出了样品接受器或小瓶16的实施方案。样品小瓶16包含在其中含有裂解流体78的小瓶主体20，并且被配置成在其中接收生物样品80用于与裂解流体78混合。样品接受器16的出口端口26被配置成插入到测试盒12的样品端口18中用于将裂解流体和生物样品混合物82释放到样品端口18中并使其通过处于样品位置34中的固态膜28。样品接受器16包含含有裂解流体78的密封室84，和易碎或易破的壁86，该易碎或易破的壁86被配置成在其中接收生物样品80之后破裂以允许裂解流体78与生物样品80混合。样品接受器16包含可在打开位置90和闭合位置92之间移动的帽或闭合件22，打开位置90允许将生物样品80引导进入样品接受器20中，闭合位置92将生物样品80和裂解流体78密封在接受器内。当闭合件22处于闭合位置92中时，一个或更多个凸角或刺穿构件94可与易碎或易破的壁86接合以破坏易碎或易破的壁86，并且从而使裂解流体78与生物样品80混合。可能需要手动搅拌以确保样品80与裂解流体78的充分混合。帽或闭合件22包含弹性的圆顶状泵24和在泵下方的安装在其上刺穿构件94。可以看出，帽或闭合件22包含四个刺穿构件94,94，它们彼此之间间隔相等并且放射状地向内延伸。每个刺穿构件的端部均包含向下突出的尖的凸角或尖端。当闭合件22移动至闭合位置中时，刺穿构件94,94的尖端接合密封室并破坏其易碎的壁以将裂解流体置于与样品流体连通并允许其在密封小瓶16中混合。泵24可手动接合以将混合物82泵送通过出口端口26并泵进样品端口18中。可以看出，泵24包含近似圆顶状或半球状的柔性壁，可将其手动接合并可压下以泵送裂解流体和生物样品混合物82。相关领域的一名普通技术人员将认识到，替代的泵配置可实现相同或相似的结果，并且密封室84的易碎或易破的壁86可使用替代的机构或配置来破坏。样品接受器16包含与小瓶主体20流体连通的出口阀(未示出)。出口阀限定阻止流体通过出口端口从接受器内部释放的通常闭合位置，和允许流体从接受器内部流经出口端口的打开位置。出口阀可包含可在闭合位置与打开位置之间移动的阀构件。样品端口18可包含阀接合构件，当出口端口26与样品端口18流体连通时其接合阀构件以将阀构件从闭合位置移动至打开位置。
如图13A至13C中所示，膜滑动件32包含含有在其中安装的固态膜28的膜支承件31。可以看出，在所示的实施方案中，固态膜28包含在膜支承件31中的孔98内接收的两层玻璃材料28A、28B。将多孔支承件100安装在膜支承件31下方，并位于膜材料层28A、28B下面以支持膜支承件31内的膜28。在所示的实施方案中，多孔支承件100由相对刚性的塑料制成以支持其上覆盖的膜材料层28A、28B，但其充分的多孔以允许流经膜的任何流体经其通过。多孔支承件100在样品位置34、洗涤位置36,36和反应位置38中接合各自的废物垫30,30和微流控芯片64，以促进流体的流通过毛细作用通过膜28，通过多孔支承件并进入废物垫30,30或微流控芯片64中。如可由相关领域的那些普通技术人员基于本文中的教导所认识到的，固态膜28可包含任意期望数目的层，并且这些层可采取许多不同厚度中的任一者，并且多孔支承件100可采取许多不同熔接物、筛、格栅或任何当前已知的或之后变得已知的用于进行这些部件的功能的或类似结构中任一者的形式。上周边密封件54A安装在膜支承件31的上侧并围绕固态膜28，并且下周边密封件54B安装在膜支承件的下侧并围绕膜和多孔支承件的下侧。如上所述，上周边密封件54A在样品位置34中密封地接合样品小瓶16的出口端口26，并且在泡罩46周围延伸并在每个洗涤位置36,36和反应位置38中将泡罩46密封在联锁55内。下周边密封件54B在样品位置34和洗涤位置36,36中的每一者中密封地接合废物垫30,30和/或废物垫支承件42,42，并且在反应位置38中密封地接合微流控芯片64和/或芯片载体66。下周边密封件54B的构造和特征可与如上所述的上周边密封件54A的构造和特征相同或基本类似。在所示的实施方案中，每个周边密封件54A,54B均是橡胶垫圈。然而，如可由相关领域的那些普通技术人员基于本文中的教导所认识到的，密封件可采取许多不同配置中的任一者并且可由许多不同材料中的任一者制成，并且该装置可包含任何期望数目的当前已知的或之后变得已知的密封件。另外，与其将上密封件和下密封件安装在膜支承件上，不如将他们安装在接合膜支承件的装置的其他部件(例如致动器/泡罩组件、废物垫、废物垫支承件、微流控芯片和/或芯片载体)上。
装置10的示例性操作包括以下程序步骤：
1)将约100μl至约460μl的生物样品80收集在样品接受器16中。样品可以是唾液、尿、血液、或缓冲溶液中的拭子。
2)将样品接受器帽22闭合并密封，使生物样品80与细胞裂解溶液78混合。细胞裂解溶液78可以是任何当前已知的或之后变得已知的用于进行此功能的许多不同裂解缓冲液(包含洗涤剂、盐溶液、离液剂、或高张溶液)中的任一者。
3)将样品接受器16插在测试盒14中，并且使用接受器的闭合件或帽22中的可手动操作的泵24将样品接受器16的基本上完整的内容物82从接受器16分配到测试盒14中。
4)当样品混合物82被分配到测试盒14中时，其通过固态膜28(随着溶液82通过膜，固态膜28从样品80吸收核酸)并进入在测试盒14中含有的废物垫30中。然后将固态膜28连续移动至使用洗涤溶液纯化所捕获核酸的两个洗涤位置36,36。
5)然后将固态膜28移动至使用低张溶液洗脱吸收至膜28的所捕获核酸的最终反应位置38。溶液和核酸流入微流控反应室68,68中。洗脱体积为约15μl至约100μl。
6)洗脱溶液进入反应室68,68的移动使反应室中的干燥储存的试剂水解。
7)然后使用基站14中的通用或定制的外部加热装置(未示出)将装置10加热至预先确定的温度。可针对任何数目的等温扩增化学品对温度进行优化。
8)扩增的靶标(或其缺失)通过与比色染料或荧光染料结合或相互作用的扩增的靶核酸来确定。
9)产生的颜色变化或其缺失允许使用者确定原始样品80中靶标的存在或不存在。
在图9中，进一步详细地示出了使用装置10用于收集和测定生物样品80的示例性临床工作流程。首先在步骤9-1中，使用插入到受试对象口中并对其上含有唾液的表面进行摩擦的棉拭子或等效装置来收集样品80。在步骤9-2中，一旦拭子充分浸透，则将拭子在小瓶16的裂解缓冲液78中搅拌以破坏样品中的细胞壁并释放样品中包含的核酸。接下来在步骤9-3中，将拭子置于测试盒12的样品端口18中并置于位于样品位置34中的固态膜28上以将裂解的样品82转移至固态膜28上。在步骤9-4中，操纵膜滑动件32的旋钮40以将膜滑动件32移动至第一洗涤位置36中并将膜28移动至第一洗涤站44中。然后还在步骤9-4中，在第一致动器48的锁定构件58移动至解锁位置62的情况下，手动压下第一致动器或柱塞48，在第一洗涤站处从泡罩46释放洗涤溶液以在第一洗涤位置36处洗涤固态膜28。接下来在步骤9-5中，膜滑动件32的滑动旋钮40用于推动膜滑动件至第二洗涤位置36中并且移动膜28至第二洗涤站44中。然后还在步骤9-5中，在第二柱塞48的锁定构件58移动至其解锁位置62的情况下，第二柱塞被压下，从第二泡罩46释放洗涤溶液以在第二洗涤位置36处洗涤固态膜32。在步骤9-6中，然后使用滑动旋钮40将膜滑动件32推动至反应位置38中并且相应地将膜28移动到反应站69中。然后还在步骤9-6中，在第三柱塞48的锁定构件58移动至其解锁位置62的情况下，第三柱塞48被压下，破坏泡罩46并将其洗脱缓冲液释放至固态膜28上以通过毛细作用将反应位置36处的样品核酸洗脱到微流控反应室66,66中。然后在步骤9-7中，将测试盒12插入到基站14中，激活基站中的加热元件以提供用于扩增反应的适当的温度。在步骤9-8中，将反应室加热设定的时间段(例如约20分钟)以用于LAMP扩增反应。然后在步骤9-9中，可从基站移除测试盒，并且测试的结果通过结果窗口70是可见的。在步骤9-10中，如果样品指示剂76的颜色与阴性对照72的颜色一致，则测试指示阴性结果。如果样品指示剂76的颜色与阳性对照74的颜色一致，则测试指示阳性结果。
下表1在第一列中包含了步骤编号，在第二列中包含了使用图1和2的装置测定生物样品的程序步骤，在第三列中包含了在每个这样的步骤所进行的主要功能，并且在第四列中包括了在每个这样步骤中的待被控制的变量。
表1
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如表1中所示，首先将生物样品80收集并置于样品小瓶16中。使样品80与小瓶中的裂解缓冲液78一起搅拌以破坏细胞壁并释放其中包含的核酸。接下来，将样品接受器16置于测试盒14的样品端口18中并且将泵24压下一次或更多次，以将样品裂解混合物82挤出样品端口18并通过放置在样品位置34中的固态膜28。然后将滑动旋钮40向前推动以将膜滑动件32移动至第一洗涤位置36中并相应地将膜28移动至第一洗涤站44中。然后将第一致动器或柱塞48压下，从密封室或泡罩46释放洗涤溶液以在第一洗涤位置36处洗涤样品或所捕获核酸。接下来，推动滑动旋钮40以将膜滑动件32移动至第二洗涤位置36中并相应地将膜28移动至第二洗涤站44中。然后将第二致动器或柱塞48压下，从密封室或泡罩46释放洗涤溶液以在第二洗涤位置36处洗涤样品或所捕获核酸。在第二次洗涤之后，使固态膜干燥。如果期望的话，可操纵滑动旋钮40以将膜滑动件32移动至干燥位置中。例如，干燥位置可位于第二洗涤位置36与反应位置38之间。接下来，推动滑动旋钮40以将膜滑动件32移动至反应位置38中并相应地将膜28移动至反应站69中。然后，在第三致动器或柱塞48的锁定构件58移动至解锁位置62中的情况下，第三致动器或柱塞48被压下，从密封室或者泡罩46释放洗脱缓冲液以将反应位置处的样品核酸洗脱到微流控芯片64中。最后，将测试盒12插入到基站14中以开始核酸扩增。当插入测试盒12时，反应室的入口和出口端口可通过石蜡密封件来闭合。基站中的加热元件(未示出)提供了对于LAMP反应适当的温度，如在所示的实施方案中所示出的，该温度为约63℃。如果必要的话，该温度足以熔化石蜡密封件并打开各自的入口和/或出口端口。在此步骤期间，在设定的时间段(例如约28分钟)之后，测试的结果将通过结果窗口70可见。结果窗口70包含阴性对照72、阳性对照74、和样品指示剂76。如果样品指示剂76的颜色与阴性对照72的颜色一致，则测试指示阴性结果。如果样品指示剂76的颜色与阳性对照74的颜色一致，则测试指示阳性结果。
转至图14A和14B，包含一次性盒的装置的另一个实施方案一般由附图标记110所指示，所述一次性盒被接收在基站内用于扩增和检测生物样品中的核酸。图14A至14B的装置110与以上所描述的盒的不同之处在于：它是真正的微流控“芯片实验室装置”(“Lab OnChip Device”)。图14A至14B的装置110不需要移动的膜滑动件、废物垫或芯片部件。更确切地说，它是包含每个测定功能的无源单片的装置。可以看出，装置110是智能流体通道设计，其中泡罩激活序列和无源阀根据需要控制每个测定操作。固有地，当按合适的顺序激活时，流体通道将在每个顺序的步骤之前用小股的空气将残留流体从固态膜吹除(purge)，而无需额外供应空气。有毒的裂解缓冲液安全地包含在泡罩中并与其使用者隔离开。如图15中所示，现成的吸收性样品收集装置112(Super-SAL)与装置110的集成的注射器主体型样品端口114一起工作。
如图16中所示，将唾液或其他生物样品插入到样品端口114中(例如通过样品收集装置112)，其中液体样品进入微流控装置110的微流控导管113中。样品收集装置112包含用于在其上收集唾液的唾液收集拭子109和注射器型柱塞111，柱塞111用于压缩在样品端口114内的唾液收集拭子109以将唾液从其中释放并使唾液进入微流控导管113中。然后将包含裂解缓冲泡罩118的裂解站116和包含洗涤缓冲泡罩122的第一洗涤站120同时压下。如图16中所示，这将样品溶液和裂解缓冲液从裂解泡罩118推动至静态混合器124中用于使样品与裂解缓冲液混合。如图16中所示，然后样品裂解混合物通过固态RNA/DNA捕获膜126并进入建于装置110内的废物容器128中。此时，靶RNA或DNA被捕获在固态膜126上。然后用来自第一洗涤站120的第一洗涤泡罩122的第一洗涤溶液洗涤膜126，所述第一洗涤溶液也通过膜126并进入废物容器128中。来自第一洗涤泡罩122的第一洗涤溶液与样品/裂解混合物通过空气袋分开，空气袋是当第一洗涤泡罩122被压下时产生的。然后，包含第二洗涤泡罩132的第二洗涤站130被压下，并且第二溶液通过固态膜126并进入废物容器128中。第一洗涤溶液和第二洗涤溶液也通过空气袋分开。此时，废物容器128是满的并且产生了背压，该背压通过在固态膜126与反应室134,134之间流体连通的单向阀136将随后的流体(即洗脱液)转移至反应室134,134中。然后包含洗脱液泡罩140的洗脱液站138被压下，其继而导致洗脱液从洗脱液泡罩140通过膜126，并将所捕获的RNA或DNA释放到相应的反应室134,134中。在所示的实施方案中，装置110包含两个反应室134,134；然而，如可由相关领域的那些普通技术人员基于本文中的教导所认识到的，该装置可包含任何期望数目的反应室，包含约一个至约五个反应室，或任何其他数目的室。在单独的流体路径中，包含阴性对照泡罩144的阴性对照站142被压下以释放阴性对照流体并填充阴性对照室146。如可由相关领域的那些普通技术人员基于本文中的教导所认识到的，装置110或用于接收装置110的基站可包含与每个泡罩均相关的致动器或柱塞，其可与以上所示的那些相同或类似，并且其可手动或以其他方式接合以压下和破裂泡罩，并且继而如本文中所示的期望顺序释放其流体。
转至图17A和17B，其示出了图14A至14B的装置110内包含的毛细管LAMP反应芯片148。LAMP反应实验室测定试剂盒对热梯度、材料相互作用以及反应室的不完全填充敏感。玻璃毛细管具有优异的导热性，是化学惰性的，并且具有毛细管填充特性，这使得该结构当用在LAMP反应装置中时比其他选择表现更佳。
图17A至17B中示出的毛细管LAMP反应芯片148利用了三个玻璃毛细管150，其被包覆模制或共同模制到聚合物树脂底盘152中，可以看出，聚合物树脂底盘152集成了毛细管、模制的流体通道以及用于辅助部件的特征。集成设计允许使用洗脱液同时填充内部对照室和CV-19或其他反应室134,134，而如图14A至14B中所示以及以上所描述的，阴性对照146被从分离的泡罩144填充。
在三个通道150,150中的每一者中均包含了在组装期间将稳定的主混合物试剂置于其中的独特的重构室154,154。在图17B中，每个重构室154,154均显示被加帽或密封以将主混合物试剂(例如冻干的主混合物沉淀)保留在其中。底盘152限定在阴性对照站142(图16)与阴性对照反应室146之间流体连通的阴性对照入口156，和在固态膜126(图16)与内部对照反应室134以及CV-19或其他反应室134之间流体连通的另一入口158。如图17A中所示，底盘152限定在入口158与用于反应室134,134的两个重构室154,154之间的分开的流体路径160。当在使用时，在洗脱期间，重构室154,154中的每一者填充并同时将每个主混合物液圈重构为均质混合物，其被直接递送到反应室134,134和146中进行完全混合并准备用于LAMP反应。如图17A和17B中所示，通气口162,162位于底盘152内每个反应室134,134和146的下游端处并且与各自的反应室流体连通。当每个管150,150被洗脱液填充时，每个通气口162被允许空气或其他气体从其中通过但不允许液体从其中通过的物质(例如疏水通气膜)填充或堵塞以将洗脱液和反应组分保留在每个各自的室中。
更一般地，玻璃提供了毛细管之外的替代实施方案。例如，也可采用层合玻璃结构组件。这些实施方案在层合结构中使用平面(如显微镜载片)玻璃元件，所述层合结构中内部微流控通道是通过常见的玻璃制造和结合过程制造的。这些结构也可以是玻璃与聚合物复合材料组件。
在图18中，可安装在图14A至14B的装置110内的另一毛细管LAMP反应芯片148包含五个反应室，而不是如以上图17A至17B的装置中所示的三个反应室。可以看出，图18的LAMP反应芯片包含一个阴性对照反应室146和四个反应室134,134。在所示的实施方案中，反应室134,134的每对均包括内部对照反应室和CV-19或其他反应室。如可由相关领域的那些普通技术人员基于本文中的教导所认识到的，可采用任何期望数目的玻璃毛细反应管室。玻璃反应管的一个优点是这二者：他们能改善反应并且，如所可见的，其允许从其通过的有颜色的测试结果的可视化。
如图16中所示出，装置110还包含裂解段164，其在裂解站116与样品导管113之间流体连通地延伸并被配置成将裂解剂的流从裂解站/泡罩引导进入到样品导管113中。第一洗涤段166在第一洗涤站120与样品导管113在处于裂解段164上游的点位之间流体连通地延伸，并且被配置成引导第一洗涤溶液的流在样品裂解混合物之后从第一洗涤站/泡罩进入样品导管113中。可以看出，第一洗涤段166与样品导管113在位于样品端口114附近的样品洗涤接合处168处流体连通，并且被配置成允许样品的大部分流入样品导管113中样品洗涤接合处168下游处，然后将第一洗涤溶液引导通过第一洗涤段166并进入样品导管113中。裂解段164与样品导管113在位于样品洗涤接合处168下游的样品裂解接合处170处流体连通，并且被配置成允许裂解剂与样品混合并形成样品裂解混合物并且允许第一洗涤溶液在样品裂解混合物后面或上游流入样品导管中。
如图16中所示，静态混合器124在样品裂解接合处170与固态膜126之间流体连通以在通过固态膜126之前将样品与裂解剂混合并形成样品裂解混合物。如在图16中所示意地指示的，在示例性实施方案中，静态混合器124限定样品导管中形成的多个轴向间隔开的凹部或凹槽172,172以促进在其中混合样品与裂解物。然而，如可由相关领域的那些普通技术人员基于本文中的教导所认识到的，混合器可采取当前已知的或之后变得已知的多种不同混合器(包括静态混合器)中任一者的形式，例如如脉动流混合器、旋转流混合器、和组合式微混合器。
如图16中所示，第二洗涤站130被配置成在第一洗涤溶液之后引导第二洗涤溶液进入到样品导管113中，并使第二洗涤溶液通过固态膜126以纯化在其中捕获的核酸。第二洗涤溶液通过固态膜126并被接收在废物室128中。第二洗涤段174在第二洗涤站130与样品导管113在第一洗涤段166下游处之间流体连通，并且被配置成引导第二洗涤溶液的流从第二洗涤站/泡罩进入到样品导管113中。第二洗涤溶液从第二洗涤泡罩132室释放通过第二洗涤段174并进入样品导管113中，通过固态膜126以纯化在其中捕获的核酸，并接收在废物室128中。
洗脱站138包含限定含有洗脱液的密封洗脱液室的洗脱泡罩140。洗脱段176在洗脱站138与固态膜126之间流体连通地延伸。当压下洗脱泡罩140时，洗脱液从洗脱泡罩140室释放通过洗脱段176并通过固态膜126以洗脱从固态膜捕获的核酸并使所捕获核酸进入反应室134,134中。
如图16中所示，废物室128包含在废物室与环境大气之间流体连通的废物室通气口178。废物室通气口178限定打开状态和闭合状态。在打开状态下，通过固态膜126的流体接收在废物室128内。在闭合状态下，通过固体构件126的流体被阻止进入废物室128中。在样品裂解混合物与第一洗涤溶液和第二洗涤溶液通过固态膜126期间，废物室通气口178处于打开状态，并且通过固态膜的样品裂解混合物和洗涤溶液流入废物室128中并且被阻止流入反应室134,134中。如可由相关领域的那些普通技术人员基于本文中的教导所认识到的，废物室通气口可采取当前已知的或之后变得已知的用于进行如本文中所述的废物室通气口的功能的许多不同配置的任一种。例如，废物室通气口可包含可在打开位置与闭合位置之间移动的阀，或者可包含疏水膜，以便于产生足够的背压来引导通过固态膜126的洗脱液的流通过反应室阀136并进入反应室134,134中。
如图16中所示，(i)当固态膜126与反应室阀136之间的流体压力低于阀打开压力时，反应室阀36闭合以阻止流体流至反应室134,134中，并且(ii)当固态膜126与反应室阀136之间的流体压力高于阀打开压力时，反应室阀打开以允许流体流入反应室134,134中。在所示的实施方案中，废物室通气口178的闭合使在固态膜126与反应室阀136之间的流体压力超过阀打开压力，并且从而允许流体从固态膜126流至反应室134,134中而不流至废物室128中。
如以上所指示的，流体激活/从泡罩释放的顺序将在每个顺序的步骤之前用小股(burst of)空气将残留流体从固态膜126吹除。在所示的实施方案中，该股空气由在每个各自的站与样品导管113和/或固态膜126之间延伸的段164、166、174和176提供。换言之，每个这样的段被空气填充使得当各自的泡罩被压下并且流体被释放通过各自的段时，段中的空气形成空气间隙，其在空气间隙的任一侧上将流体分开。如果期望的话，这些空气袋或空气股也会经过固态膜并可促进干燥或蒸发来自膜的化学成分。
如可由相关领域的普通技术人员基于本文中的教导所认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可对本发明的以上所描述的和其他实施方案做出许多改变、改进、修改、添加和删除。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，装置的部件可采取许多不同的配置中的任一者，并且可由任何当前已知的或之后变得已知的许多材料中的任一者制成，并且可向其中添加特征或从其中移除特征。相应地，应将本实施方案的具体实施方案理解为举例说明性的而不是限制性意义的。

Claims (38)

1.装置，其包含：
样品端口，其用于在其中接收生物样品；
裂解室，其在其中包含裂解剂；
混合室，其用于使所述生物样品与裂解剂混合成样品裂解混合物；
洗涤站，其在其中包含洗涤溶液；
洗脱站，其在其中包含洗脱液；
固态膜，其位于所述混合室、洗涤站和洗脱站的下游，并且被配置成捕获通过所述膜的所述生物样品中的核酸；
废物室，其位于所述固态膜的下游；和
反应室，其位于所述固态膜的下游；
其中所述样品端口、裂解室和混合室被配置成使所述样品与裂解剂混合以形成样品裂解混合物，使所述样品裂解混合物通过所述固态膜以在其中捕获所述生物样品中的核酸，并将所述样品裂解混合物的剩余部分接收在所述废物室中，所述洗涤站被配置成引导所述洗涤溶液通过所述固态膜以纯化在其中捕获的核酸，并将来自所述固态膜的洗涤溶液接收在所述废物室中，并且所述洗脱站被配置成使所述洗脱液通过所述固态膜，使所捕获核酸从所述固态膜洗脱，并使所捕获核酸进入所述反应室中以扩增所捕获核酸。
2.权利要求1所述的装置，其还包含在所述样品端口、所述裂解室和所述洗涤站中的每一者与所述固态膜之间流体连通的样品导管，其中所述样品导管在其中包含所述混合室，所述样品端口、裂解站和样品导管被配置成使所述样品与裂解剂混合以形成所述样品裂解混合物，使所述样品裂解混合物通过所述固态膜以在其中捕获所述生物样品中的核酸，并将所述样品裂解混合物的剩余部分接收在所述废物室中，所述洗涤站被配置成在所述样品裂解混合物之后引导所述洗涤溶液进入到所述样品导管中，使所述洗涤溶液通过所述固态膜以纯化在其中捕获的核酸，并将来自所述固态膜的洗涤溶液接收到所述废物室中，并且所述洗脱站被配置成使所述洗脱液通过所述固态膜，使所捕获核酸从所述固态膜洗脱，并使所捕获核酸进入所述反应室中以用于扩增所捕获核酸。
3.权利要求2所述的装置，其中所述混合室由在样品裂解接合处与所述固态膜之间流体连通的所述样品导管内的静态混合器来限定，以使所述样品与裂解剂在通过所述固态膜之前混合并形成所述样品裂解混合物。
4.权利要求2所述的装置，其还包含在所述固态膜与所述反应室之间流体连通的冻干重构室，其中所述洗脱站被配置成使所述洗脱液通过所述固态膜，使所捕获核酸从所述固态膜洗脱，使所捕获核酸通过所述冻干剂重构室和反应室以用于扩增所捕获核酸。
5.权利要求2所述的装置，其还包含(i)裂解段，其在所述裂解站与所述样品导管之间流体连通地延伸并且被配置成引导所述裂解剂的流从所述裂解站进入所述样品导管中，和(ii)洗涤段，其在所述洗涤站与所述样品导管在处于所述裂解段上游的点位之间流体连通地延伸，并且被配置成引导所述洗涤溶液的流在所述样品裂解混合物的后面从所述洗涤站进入所述样品导管中。
6.权利要求5所述的装置，其中(i)所述洗涤段与所述样品导管在位于所述样品端口附近的样品洗涤接合处流体连通，并且被配置成使所述样品的大部分流入所述样品导管中所述样品洗涤接合处的下游，然后引导所述洗涤溶液通过所述洗涤段并进入所述样品导管中；并且(ii)所述裂解段与所述样品导管在位于所述样品洗涤接合处的下游的样品裂解接合处流体连通，并且被配置成使所述裂解剂与所述样品混合并形成所述样品裂解混合物，并使所述洗涤溶液在所述样品裂解混合物的后面或上游流入所述样品导管中。
7.权利要求6所述的装置，其还包含与所述样品导管流体连通并在其中包含第二洗涤溶液的第二洗涤站，其中所述第二洗涤站被配置成引导所述第二洗涤溶液在另一洗涤溶液之后进入所述样品导管中，并使所述第二洗涤溶液通过所述固态膜以纯化在其中捕获的核酸，并且其中通过所述固态膜的第二洗涤溶液接收在所述废物室中。
8.权利要求7所述的装置，其中所述第二洗涤站包含含有所述第二洗涤溶液的密封的第二洗涤室、第二洗涤段，所述第二洗涤段在另一洗涤段下游处在所述第二洗涤站与所述样品导管之间流体连通地延伸，并且被配置成引导所述第二洗涤溶液的流从所述第二洗涤站，通过所述第二洗涤段，进入所述样品导管中，并通过所述固态膜以纯化在其中捕获的核酸，并且其中所述第二洗涤溶液接收在所述废物室中。
9.权利要求2所述的装置，其中所述洗脱站包含含有所述洗脱液的密封的洗脱液室、在所述洗脱站与所述固态膜之间流体连通地延伸的洗脱段，其中所述洗脱液室被配置成使所述洗脱液从所述洗脱液室释放通过所述洗脱段并通过所述固态膜，以使所捕获核酸从所述固态膜洗脱并使所捕获核酸进入所述反应室中。
10.权利要求1所述的装置，其还包含在所述废物室与环境大气之间流体连通的废物室通气口，其中所述废物室通气口限定打开状态和闭合状态，在所述打开状态下，通过所述固态膜的流体接收在所述废物室内，并且在所述闭合状态下，通过所述固态膜的流体被阻止进入所述废物室中。
11.权利要求10所述的装置，其中在所述样品裂解混合物和洗涤溶液通过所述固态膜期间，所述废物室通气口处于打开状态，并且通过所述固态膜的样品裂解混合物和洗涤溶液流入所述废物室中并且被阻止流入所述反应室中。
12.权利要求11所述的装置，其还包含可在打开位置与闭合位置之间移动的废物通气口密封件，所述打开位置允许流体流出所述废物室通气口并且从而允许流体流入所述废物室中，所述闭合位置密封所述通气口并且从而阻止流体流入所述废物室中。
13.权利要求12所述的装置，其还包含在所述固态膜与所述反应室之间流体连通的反应室阀，其中(i)当所述固态膜与所述反应室阀之间的流体压力低于阀打开压力时，所述反应室阀是闭合的以阻止流体流入所述反应室中，以及(ii)当所述固态膜与所述反应室阀之间的流体压力高于所述阀打开压力时，所述反应室阀是打开的以允许流体流入所述反应室中。
14.权利要求13所述的装置，其中所述废物室通气口密封件向所述闭合位置的移动导致所述固态膜与所述反应室阀之间的流体压力超过所述阀打开压力并且从而允许流体从所述固态膜流入所述反应室中。
15.权利要求2所述的装置，其还包含用于在其上收集唾液并且可接收在所述样品端口内的唾液收集拭子，以引导所述唾液直接进入所述样品端口和样品导管中用于与所述裂解剂混合。
16.权利要求1所述的装置，其还包含主体，其中所述固态膜或所述主体中的至少一者相对于另一者可在以下位置移动：从(i)样品位置，其中所述固态膜与所述样品端口流体连通以接收通过所述固态膜的生物样品并在其中捕获所述生物样品中的核酸，至(ii)洗涤位置，其中所述固态膜与所述洗涤站流体连通以使洗涤溶液通过所述固态膜以纯化在其中捕获的核酸，以及至(iii)反应位置，其中所述固态膜与所述反应室流体连通以使所捕获核酸从所述固态膜洗脱到所述反应室中并扩增所捕获核酸。
17.权利要求16所述的装置，其还包含多个洗涤站，其中所述固态膜或所述主体中的至少一者相对于另一者可从所述样品位置移动至多个连续的洗涤位置，并且在每个洗涤位置中，所述固态膜与所述多个洗涤站中的各自一个流体连通以使各自的洗涤溶液通过所述固态膜以纯化在其中捕获的核酸。
18.权利要求16所述的装置，其中所述主体还包含吸收性废物垫，所述吸收性废物垫与所述废物室流体连通，并且可与处于样品位置的固态膜接合以在其中吸收通过处于样品位置的固态膜的流体和/或可与处于洗涤位置的固态膜接合以在其中吸收通过处于洗涤位置的固态膜的洗涤溶液。
19.权利要求18所述的装置，其还包含废物垫支承件，所述废物垫支承件可移动地安装在所述主体上并且包含在废物垫支承件上安装的废物垫，并且其中所述废物垫可移动地可与所述固态膜的下侧接合以促进所述固态膜与废物垫的接合。
20.权利要求17所述的装置，其还包含：膜支承件，包含其上安装的所述固态膜；限定微流控反应室的微流控芯片、和微流控芯片支承件，所述微流控芯片支承件可移动地安装在所述主体上，并且包含在该微流控芯片支承件上安装的所述微流控芯片，其中当所述固态膜移动至所述反应位置中时，所述微流控芯片可与所述固态膜或膜支承件中的至少一者接合以促进所述固态膜与所述微流控反应室之间的流体连通。
21.权利要求16所述的装置，其还包含膜支承件，其含有在该膜支承件上安装的所述固态膜，其中所述膜支承件或主体中的至少一者相对于另一者可从所述样品位置移动至所述洗涤位置，以及从所述洗涤位置移动至所述反应位置，并且所述膜支承件包含可手动接合的部分，所述可手动接合的部分可手动接合以使所述膜支承件和在其上的膜从所述样品位置移动至所述洗涤位置，以及从所述洗涤位置移动至所述反应位置。
22.权利要求1所述的装置，其中所述洗涤站或洗脱站中的至少一者包含：含有洗涤溶液或洗脱液的密封室，和可在非致动位置与致动位置之间移动的致动器，其中在所述致动位置中，所述洗涤溶液或洗脱液从所述室释放。
23.权利要求22所述的装置，其中所述致动器是可手动接合的并且可从所述非致动位置移动至所述致动位置，并且所述密封室包含易碎或易破的壁，其可被处于致动位置的致动器破坏以使所述洗涤溶液或洗脱液从所述密封室释放。
24.权利要求23所述的装置，其中所述可手动接合的致动器是柱塞，并且所述密封室由在其中包含所述洗涤溶液或洗脱液的泡罩限定，并且所述柱塞从所述非致动位置向所述致动位置的移动导致所述柱塞破坏所述泡罩并释放所述洗涤溶液或洗脱液。
25.权利要求16所述的装置，其中所述洗涤站或洗脱站中的至少一者包含含有洗涤溶液或洗脱液的密封室，和可在非致动位置与致动位置之间移动的致动器，其中在所述致动位置中，所述洗涤溶液或洗脱液从所述室释放，并且所述装置还包含膜支承件，其含有在该膜支承件上安装的所述固态膜，其中所述膜支承件或主体中的至少一者相对于另一者可从样品位置移动至洗涤位置，以及从洗涤位置移动至反应位置，并且其中所述致动器包含锁定构件，所述锁定构件可在阻止所述致动器致动的锁定位置与允许所述致动器从非致动位置移动至致动位置的解锁位置之间移动，并且所述锁定构件在相对移动至所述洗涤位置或反应位置时可与所述膜支承件接合，以使所述锁定构件从锁定位置移动至解锁位置。
26.权利要求25所述的装置，其中所述锁定构件枢转地或可旋转地安装在所述主体上并且可与所述膜支承件接合，并且当所述膜支承件移动至所述洗涤位置或反应位置中时，所述膜支承件使所述锁定构件从所述锁定位置旋转至所述解锁位置。
27.权利要求1所述的装置，其还包含(i)一次性盒，其包含所述样品端口、洗涤站、洗脱站、固态膜、废物室和反应室，和(ii)基站，其被配置成在其中接收所述一次性盒并且包含用于促进所述微流控反应室中的反应的热源。
28.权利要求1所述的装置，其还包含样品接受器，所述样品接受器在其中包含裂解流体并且被配置成在其中接收所述生物样品以用于与所述裂解流体混合，并且所述样品接受器包含出口端口，所述出口端口可与所述样品端口流体连通地连接以使裂解流体和生物样品混合物释放到所述样品端口中并释放至所述固态膜上，并且所述样品接受器包含含有所述裂解流体的密封室和易碎或易破的壁，所述易碎或易破的壁被配置成于在其中接收所述生物样品之后破裂以允许所述裂解流体与生物样品的混合。
29.权利要求28所述的装置，其中所述样品接受器包含：闭合件，其可在打开位置与闭合位置之间移动，所述打开位置用于允许引导所述生物样品进入所述样品接受器中，所述闭合位置将所述生物样品和裂解流体密封在所述接受器内；至少一个凸角，当所述闭合件处于所述闭合位置中时，所述至少一个凸角可与所述易碎或易破的壁接合以破坏所述易碎或易破的壁，并且从而使所述裂解流体与所述生物样品混合；以及泵，其可手动接合以将所述裂解流体和样品混合物泵送通过所述出口端口并进入所述样品端口中。
30.装置，其包含：
第一设备，其用于在其中接收生物样品；
第二设备，其用于将裂解剂密封在其中并从其中释放所述裂解剂以用于与所述生物样品混合；
第三设备，其用于将所述生物样品与裂解剂混合成样品裂解混合物；
第四设备，其用于将洗涤溶液密封在其中并从其中释放所述洗涤溶液；
第五设备，其用于将洗脱液密封在其中并从其中释放所述洗脱液；
第六设备，其与所述第三设备流体连通以用于接收所述样品裂解混合物并在其中捕获所述生物样品中的核酸，其与第四设备流体连通以用于在所述样品裂解混合物之后接收所述洗涤溶液并使所述洗涤溶液通过所述第六设备以纯化在其中捕获的核酸，并且其与第五设备流体连通以用于接收通过所述第六设备的洗脱液以将所捕获核酸从所述第六设备洗脱；
第七设备，其位于所述第六设备的下游，以用于接收通过所述第六设备的样品裂解混合物的剩余部分和通过所述第六设备的作为废物的洗涤溶液并将所述废物储存在其中；和
第八设备，其位于所述第六设备的下游，以用于接收从所述第六设备洗脱的所捕获核酸并用于在其中扩增所捕获核酸。
31.权利要求30所述的装置，其中所述第一设备是样品端口；所述第二设备是密封的裂解室，其在其中包含裂解剂并且包含可破裂以将所述裂解剂从中释放的易碎或易破的壁；所述第三设备是可与所述样品端口流体连通地连接的样品小瓶，或与所述样品端口流体连通并在其中包含静态混合器的样品导管；所述第四设备是密封的洗涤溶液室，其在其中包含洗涤溶液，并包含可破裂以将所述洗涤溶液从中释放的易碎或易破的壁；所述第五设备是密封的洗脱液室，其在其中包含洗脱液并且包含可破裂以将所述洗脱液从中释放的易碎或易破的壁；所述第六设备是固态膜；所述第七设备是废物室，其与所述固态膜流体连通以接收通过所述固态膜的样品裂解混合物的剩余部分和通过所述固态膜的作为废物的洗涤溶液并将所述废物储存在其中；并且所述第八设备是微流控反应室。
32.权利要求30所述的装置，所述装置还包含这样的设备：用于在其中接收所述裂解剂和洗涤溶液之后闭合所述第七设备，并用于打开所述第八设备以将所捕获核酸从所述第六设备引导至第八设备中。
33.捕获生物样品中的核酸并在反应室中扩增其中捕获的核酸的方法，所述方法包括以下步骤：
(i)使生物样品和裂解流体混合物通过固态膜并在所述固态膜中捕获所述生物样品中的核酸；
(ii)阻止通过所述固态膜的样品裂解混合物的流进入所述反应室中，并将通过所述固态膜的样品裂解混合物的剩余部分接收在废物室中；
(iii)使洗涤溶液通过所述固态膜并纯化在其中捕获的核酸；
(iv)阻止通过所述固态膜的洗涤溶液的流进入所述反应室中，并将通过所述固态膜的洗涤溶液的剩余部分接收在所述废物室中；以及
(v)使洗脱液通过所述固态膜并使所捕获核酸从所述固态膜洗脱，将洗脱的所捕获核酸从所述固态膜引导至所述反应室中并且不进入所述废物室中，并在所述反应室中扩增其中捕获的核酸。
34.权利要求33所述的方法，其中步骤(i)包括引导裂解剂进入样品导管中，使所述裂解剂与所述样品混合以形成样品裂解混合物，使所述样品裂解混合物通过所述固态膜并在其中捕获所述生物样品中的核酸；步骤(iii)和(iv)包括在所述样品裂解混合物之后引导洗涤溶液进入所述样品导管中，使所述洗涤溶液通过所述固态膜并纯化从其中的样品裂解混合物中捕获的核酸，阻止所述洗涤溶液的流进入所述反应室中，以及将通过所述固态膜的洗涤溶液接收在所述废物室中；以及步骤(v)包括引导洗脱液通过所述固态膜并使所捕获核酸从所述固态膜洗脱，基本上阻止所捕获核酸流入所述废物室中，引导所捕获核酸进入所述反应室中，并在所述反应室中扩增所捕获核酸。
35.权利要求34所述的方法，其还包括在所述废物室中接收所述裂解剂和洗涤溶液之后闭合通向所述废物室的通气口，并打开通向所述反应室的入口阀以引导所捕获核酸从所述固态膜至所述反应室中。
36.权利要求33所述的方法，其中步骤(iii)包括使所述固态膜或第一洗涤站中的至少一者相对于另一者移动至第一洗涤位置中，步骤(v)包括使所述固态膜或微流控反应室中的至少一者相对于另一者移动至反应位置中，并且使所捕获核酸从所述固态膜洗脱到所述微流控反应室中并在所述微流控反应室中扩增所捕获核酸。
37.权利要求36所述的方法，其还包括使所述固态膜或用于所述固态膜的支承件中的至少一者移动至反应位置中，并且当所述固态膜或用于所述固态膜的支承件移动至所述反应位置中时，使包含所述微流控反应室的微流控芯片移动至与所述固态膜或用于所述固态膜的支承件中的至少一者的下侧接合，并且使所述微流控反应室置于与所述固态膜流体连通。
38.权利要求33所述的方法，其还包括引导包含所述生物样品和裂解流体、固态膜、洗涤溶液、洗脱液和室的盒进入到基站中，用位于所述基站中的所述盒进行至少步骤(v)，并在使用之后将所述盒处理。
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