CN117999128A - 通用分析盒和使用方法 - Google Patents

Abstract

本文提供了用于为给定流体样品提供机械裂解、化学裂解或二者的样品盒、阀组件和处理方法。该系统可以包括样品处理盒，所述样品处理盒具有配置成在所述样品盒内输送流体样品的处理的阀组件。所述阀组件可以包括阀体和盖，过滤器固定在所述阀体和盖之间，便于流体样品所需的机械或化学裂解剂的流入。还提供了用于在单个通用样品盒的同一工作流程内进行流体样品的机械和化学裂解的分析工作流程。

Description

通用分析盒和使用方法

相关申请的交叉引用

本申请是于2021年7月1日提交的美国临时申请号63/217,672的非临时申请并要求其优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

本发明大体上涉及生物化学分析领域，特别是用于分析流体样品的样品盒。

流体例如临床流体或环境流体的分析通常包括一系列处理步骤，其可以包括流体样品的化学、光学、电学、机械、热或声学处理。无论合并到台式仪器、一次性盒或两者的组合中，这种处理通常涉及复杂的流体组件和处理算法。

用于处理流体样品的常规系统采用一系列室，每个室被配置成用于对流体样品进行特定的处理步骤。当流体样品从室到室依次流过系统时，流体样品经过根据特定方案的处理步骤。因为不同的实验方案需要不同的配置，所以采用这种依次处理配置的传统系统并不是通用的，或不容易适应不同的实验方案。

近年来，在生物测试装置领域已经有了相当大的发展，所述生物测试装置便于操作样品盒内的流体样品，以制备用于通过聚合酶链反应(PCR)进行生物测试的样品。该领域的一个值得注意的发展是Cepheid的GeneXpert样品盒。通过参考发明名称为“流体控制和处理系统”的美国专利号6,374,684和发明名称为“流体处理和控制”的美国专利号8,048,386，可以进一步理解这些类型的盒的配置和操作。虽然这些样品盒在开发时代表了本领域开启的相当大的进步，如同任何精密仪器一样，在这类系统和处理的性能和使用方面存在一定的挑战。此外，不同类型的靶标(例如细菌或病毒)的精确要求通常需要为每种类型或类别的靶标开发专门的装置和盒，使得对与多种疑似疾病或病症相关的一组不同靶标的测试，必须获得多种样品并使用多种盒，这很快变得昂贵、繁琐和耗时。

因此，需要能克服观察到的有关性能的各种挑战的样品盒。进一步需要这样的样品盒，其在对多种不同的靶标进行分析时提供更大的通用性。进一步需要这样的装置，其以稳健且一致的方式执行宽范围的样品处理步骤，并与现有技术兼容以降低成本并改善患者获取途径。

发明内容

本发明涉及样品盒装置和相关组件，特别是能够在同一个盒内对各种不同类型的靶标进行样品制备的样品盒装置，以及相关的使用方法。

在一个方面，本发明提供了样品盒，其用于从样品中分离期望的分析物并保持分析物用于化学反应和光学检测。本发明还涉及仪器模块，其容纳用于样品处理的盒并操作所述盒以进行样品制备和分析测试。期望的分析物通常是细胞内材料(例如，核酸、蛋白质、碳水化合物或脂质)。在优选的应用中，分析物是核酸，盒将其从流体样品中分离并保持进行扩增(例如，使用PCR或等温扩增方法)和光学检测。

在另一个方面，本发明涉及利用阀体平台的样品盒，所述阀体平台允许检测有包膜的和游离的核酸靶标。在一些实施方案中，阀体包括提供热、机械和/或化学裂解的样品处理区域或裂解室。这允许单个盒为多种不同类型的靶标提供裂解，因此可以被认为是“通用分析盒”。在一些实施方案中，样品盒可以进行需要机械裂解的细菌靶标和适于化学裂解的病毒靶标的处理和检测。在一些实施方案中，改进的阀组件提供了能够组合捕获和检测不需要热和/或机械裂解的靶标以及需要热和/或机械裂解的靶标的样品盒。在一些实施方案中，这类阀组件与现有的仪器模块兼容，所述现有的仪器模块当前操作仅针对一种类型裂解的常规样品盒。

在一些实施方案中，阀组件与现有的盒体相接，使得仪器模块对盒的操作与常规的样品盒基本相同或相似。在一些实施方案中，仪器模块包括更新修改的操作指令，以执行样品制备的工作流程，所述样品制备的工作流程执行多个操作，例如用同一样品盒的单个流体样品进行化学裂解、热裂解和机械裂解。在一些实施方案中，仪器模块读取或获得关于正在进行的一组分析的信息，然后根据工作流程操作，所述工作流程取决于正在进行的分析对应于热裂解、机械裂解和化学裂解中的一种或全部。

在另一个方面，本发明涉及阀组件，所述阀组件改善了关于以下任何方面的性能：流体流动和过滤的一致性、力的分布，以及用于机械裂解的填充物(例如玻璃微珠)的分布。阀组件可包括与样品盒的常规阀组件相比改进阀组件的性能和功能的其他部件。

在一些实施方案中，阀组件包括阀体，所述阀体与阀盖相接以在它们之间限定内部样品处理区域或裂解室，阀盖和阀体在它们之间固定过滤器，阀盖的流体入口和阀体的流体出口。在一些实施方案中，与传统设计相比，盖包括与阀体相接且高度降低的凸台部件，以便容纳较厚的过滤材料。在一些实施方案中，已经改进了通过入口和出口以及裂解室或样品处理区域的流体流动路径，以平滑过渡并消除任何锐角，从而改进通过其中的流体流动并减少剩余缓冲液遗留。

在一些实施方案中，将支承部件添加到在样品处理区域内的阀盖和阀体或限定在它们之间的裂解室中，以便提高填充能力并减小过滤器应力。

在一些实施方案中，改进包括在盖中入口端口附近使用一个或多个突起，以便增加任何过滤器和盖之间的间隙，从而改进样品的流体流动和改进用于机械裂解的填充物(例如玻璃微珠)的流动。一个或多个突起可包括在入口或出口的任一侧或两侧上的一个或多个柱。在一些实施方案中，柱是椭圆形的，具有在流动方向上延伸的长轴。使用这些柱部件的实验结果将样品处理区域内玻璃微珠的填充率从70％提高到90％。

在其他实施方案中，改进包括在出口附近从阀体延伸的一个或多个突起或柱，以便通过在过滤器和阀体之间保持适当的间隙来改进流体流过过滤器区域。该部件可以在分析测试期间降低最大压力，例如降低5psi，并避免过滤器的堵塞。在一些实施方案中，柱是椭圆形的，具有在流动方向上延伸的长轴。在一些实施方案中，阀体包括沿着流体流动方向延伸的一系列脊。在实施方案中，在出口附近具有一个或多个柱，脊仅部分地延伸跨过室，例如跨过室大约³/₄或更少，并且柱被设置在一系列脊和出口之间。实验结果表明，包括在出口附近的支承柱的阀体，通过显著降低过滤器的应力，可使过滤器的撕裂率降低高达10％。

在一些实施方案中，阀组件利用激光切割的过滤器，该研究已经显示具有减少高达10％的撕裂。传统的方法通常使用机械切割装置，例如模切。

在优选的实施方案中，盒具有用于将样品引入盒中的样品端口，以及从样品端口延伸的样品流动路径。盒还在样品流动路径中具有裂解室。裂解室包含至少一个过滤器，用于在样品流过裂解室时从样品中捕获细胞或病毒。裂解室由至少一个壁限定，所述壁具有用于接触换能器以对裂解室进行声波处理的外表面。微珠可以任选地放置在裂解室中，用于在该室被声波处理时破裂细胞或病毒。盒还可以包括废液室，该废液室经由样品流动路径与裂解室流体连通，用于在样品流过裂解室之后接收剩余的样品流体。盒进一步可以包括通过分析物流动路径连接到裂解室的第三室，用于接收从样品中分离的分析物。第三室优选是用于化学反应和光学检测分析物的反应室。盒还包括至少一个流量控制器(例如，阀)，用于在样品流过裂解室之后将样品导入废液室，并且用于将从样品分离的分析物导入第三室。盒的设计允许对大的样品体积进行有效的处理，以便能够准确地检测低浓度分析物。

在一些实施方案中，样品盒采用旋转阀配置，其允许流体处理区域与多个室之间选择性地流体连通，所述多个室包括例如样品室、废液室、洗涤室、裂解室和主混合物或试剂室。通过调节旋转阀的位置来控制流体处理区域和室之间的流体流动。以这种方式，装置中流体的计量和分配可以根据特定的实验方案而变化。

根据本发明的一些方面，流体控制和处理系统包括具有多个室的外壳和阀体，所述阀体包括与流体排出区域连续地流体连接的第一流体处理区域。流体排出区域是可减压的，以将流体抽入流体排出区域，并且是可加压的，以将流体从流体排出区域排出。阀体包括多个外部端口。第一流体处理区域与至少两个外部端口流体连接。流体排出区域与阀体的至少一个外部端口流体连接。阀体相对于外壳是可调节的，以允许外部端口放置成与多个室选择性地流体连通。多个室中的至少一个是包括至少一个端口的处理室，所述至少一个端口用于与阀体的外部端口中的至少一个选择性地连通。处理室提供额外的流体处理区域。

在一些实施方案中，阀体或处理室中的流体处理区域中的至少一个包含流体处理材料，该流体处理材料是富集材料或消耗材料。流体处理材料可以包括至少一种固相材料。固相材料可包括微珠、纤维、膜、滤纸、玻璃棉、聚合物、纤维素纤维和凝胶中的至少一种。在一些实施方案中，过滤器由玻璃纤维制成以促进与核酸的亲和结合。在一些实施方案中，过滤器具有0.2um至2um，优选0.5um至1um，通常约0.7um的标称孔径。在一些实施方案中，盒包括用于机械裂解的玻璃微珠，玻璃微珠具有约200um或更小，通常约100um的标称直径。在一些实施方案中，过滤器是不含丙烯酸粘合剂的玻璃纤维盘。在一些实施方案中，过滤材料具有400um至450um，通常为约420um的标称厚度。在一些实施方案中，切割过滤器的直径为0.375”至0.400”，标称直径为约0.385”或9779um。流体处理材料可以包括过滤器和微珠，并且在一些实施方案中包括至少两种类型的微珠。在一些实施方案中，使用单一类型的固相材料来执行至少两种不同的功能，所述功能选自细胞捕获、细胞裂解、分析物的结合和不需要的材料的结合。在一些实施方案中，处理室包括用于接收包含富集材料或消耗材料的处理模块的接收区域。在具体实施方案中，至少一个室是含有干燥或冻干试剂的试剂室。在一些实施方案中，流体处理材料包含至少一种液相材料，例如聚蔗糖(ficoll)、葡聚糖、聚乙二醇和蔗糖。流体处理材料通过一个或多个熔块包含在流体处理区域中。在具体实施方案中，外部端口被设置在阀体的大致平的外部端口表面上。

在一些实施方案中，可以对过滤材料(例如玻璃微珠、玻璃纤维)进行化学处理以增强性能。在一些实施方案中，对过滤材料进行化学处理以改进结合和/或分离，用于从通过过滤材料的含有核酸的样品中分离和纯化核酸。在一些实施方案中，化学处理可以包括将化合物结合到过滤材料上。在一些实施方案中，化合物包含DNA结合配体(例如含氨化合物)并且可以用作核酸的分离材料。特别地，玻璃载体表面上的DNA结合配体提供了用于从样品中分离核酸的高核酸结合能力。在一些实施方案中，化合物通过接头(例如通过寡聚乙烯接头或PEG寡聚物)与玻璃材料化学键合。合适的化学处理描述于2022年4月29日提交的发明名称为“利用热易碎硅烷和化学改性固体载体的核酸提取和分离”的美国临时申请号63/337,014中，其全部内容出于所有目的通过引用并入本文。在一些实施方案中，玻璃过滤材料(例如玻璃纤维、微珠)可以与硅烷化基团反应以获得本文公开的分离材料。因此，玻璃纤维的硅烷醇基团可以与式Y-(L)y-SiX3表示的化合物反应，其中每个X独立地选自卤素、烷氧基、二烷基氨基、三氟甲磺酸酯，或直链、支链或环状烷基；L是任选的接头，例如亚烷基、杂亚烷基接头、氰尿酰氯、烷基胺或其组合，并且其可以任选地被取代；以及Y是DNA结合配体，如本文所述。玻璃纤维与本文所述化合物的反应在玻璃纤维表面提供DNA结合基团。DNA结合配体或取代基Y可以包含多个胺基团；多个酰胺基团；或其组合。例如，DNA结合配体或Y可包含至少两个、至少三个、至少四个、至少五个、至少六个胺或酰胺基团，或其组合。在一些实施方案中，DNA结合配体或Y包含烷基胺基团、咪唑基团或其组合。胺基团的代表性实例包括精胺、甲胺、乙胺、丙胺、乙二胺、二亚乙基三胺、1,3-二甲基二丙二胺、3-(2-氨基乙基)氨基丙基、(2-氨基乙基)三甲基铵盐酸盐、三(2-氨基乙基)胺或其组合。在一些实施方案中，过滤材料可以包括氨基丙基(AP)涂覆的玻璃纤维过滤器(AP-GFF)、玻璃微珠、玻璃过滤纤维或本领域技术人员已知的其他合适的固体载体或纤维材料。

根据本发明的另一方面，流体控制和处理系统包括具有多个室的外壳，以及包括流体处理区域的阀体，所述流体处理区域与流体排出区域连续地流体连接。流体排出区域是可减压的，以将流体抽入流体排出区域，并且是可加压的，以将流体从流体排出区域排出。阀体包括至少一个外部端口，流体处理区域与至少一个外部端口流体连接，流体排出区域与阀体的至少一个外部端口流体连接。阀体相对于外壳是可调节的，以允许至少一个外部端口设置成与多个室选择性地流体连通。

在一些实施方案中，样品盒采用旋转阀配置来控制盒内的流体运动，这允许流体样品处理区域和盒中的多个室之间的选择性流体连通。非限制的示例性室可包括样品室、试剂室、废液室、洗涤室、裂解物室、扩增室和反应室。通过调节旋转阀的位置来控制流体样品处理区域和室之间的流体流动。以这种方式，可以根据特定的方案改变盒中流体的计量和分配，这允许样品制备适应于不同的实验方案，例如可以与用于不同类型的分析的特定样品类型或不同类型的样品相关的实验方案。例如，样品盒可以包括用于细胞裂解的方法，例如，声波处理，使得待分析的流体样品中的细菌和细胞可以被裂解。适用于本发明的另外的裂解方法是本领域技术人员公知的，并且可以包括化学裂解、机械裂解和热裂解。在一些实施方案中，样品包括细菌、真核细胞、原核细胞、寄生虫或病毒颗粒。

在一些实施方案中，样品处理包括从初始样品制备步骤、中间处理步骤和进一步处理步骤进行的样品处理步骤，以便于用连接的反应容器检测生物样品中的靶标分析物。例如，样品处理可包括初步制备步骤，例如过滤、研磨、切碎、浓缩、捕获碎片或纯化粗样品，或用于使靶标分析物的DNA或RNA片段化的步骤，例如通过声波处理或其它机械或化学方法。样品处理可以包括各种中间处理步骤，例如过滤、层析，或进一步处理样品中的核酸，包括但不限于层析、亚硫酸氢盐处理、反转录、扩增、杂交、连接，或DNA或RNA的片段化。样品处理可以进一步包括最终处理步骤，例如最终扩增、杂交、测序、色谱分析、过滤和与试剂混合进行反应以检测靶标分析物，该检测可以包括光学、化学和/或电学检测。尽管样品盒通常在连接的反应管或反应容器中进行分析测试，但是应当理解，样品盒也可以使用各种其他装置(例如半导体芯片)。

在一些实施方案中，样品处理装置可以是流体控制和处理系统，用于控制盒内的多个室之间的流体流动，所述盒包括外壳，所述外壳包括阀体，所述阀体具有流体样品处理区域，所述流体样品处理区域与流体排出室连续地流体连接。流体排出室是可减压的，以将流体抽入流体排出室，并且是可加压的，以将流体从流体排出室排出。流体样本处理区域包括多个流体传输端口，每个流体传输端口与阀体的多个外部端口中的一个流体连接。流体排出室与至少一个外部端口流体连接。阀体相对于外壳内的多个室是可调节的，以允许外部端口设置成与多个室选择性地流体连通。在一些实施方案中，阀体相对于具有多个室的外壳是可调节的，以一次将一个外部端口设置成与其中一个室流体连通。

在盒的一些实施方案中，流体样品处理区域可以被设置在流体排出室和至少一个流体传输端口之间。术语“流体处理区域”是指对流体样品进行处理的区域，所述处理包括但不限于化学、光学、电学、机械、热或声学处理。例如，化学处理可以包括化学加工、pH变化或酶处理；光学处理可以包括暴露于UV或IR光；电学处理可以包括电穿孔、电泳或等电聚焦；机械处理可以包括混合、过滤、加压、研磨或细胞破碎；热处理可以包括从环境温度加热或冷却；以及声学处理可以包括使用超声(例如超声裂解)。在一些实施方案中，流体处理区域可以包括活性构件，例如过滤器，以便于流体的处理。适用于本发明的其他活性构件是本领域技术人员公知的。在一些实施方案中，能量传输构件可操作地与流体样品处理区域连接，用于将能量传输到流体样品处理区域，以处理包含在流体样品处理区域中的流体。在一些实施方案中，阀体包括交叉通道，并且阀体相对于多个室是可调节的，以使交叉通道与两个室同时流体连通。

盒外壳包括延伸到一个或多个传输端口的一个或多个分支，反应容器可以连接到所述分支，以便于将流体样品从盒的室传输到反应容器中。在一些实施方案中，反应容器从盒的外壳延伸。可以通过参考美国专利号8,048,386进一步理解这些方面。应当理解，在不同实施方案中，流体可以沿着任一方向流入或流出传输端口，流体流动在不限于任何特定方向。例如，在具有一对传输端口的实施方案中，空气可以从该对传输端口中的一个被泵入或排出，以促进流体样品通过流体传输端口流入反应容器的导管。

在一些实施方案中，用于处理未制备的样品的方法可以包括以下步骤：在模块的盒接收器中接收样品盒，样品盒包括待分析的生物流体样品，多个处理室通过可移动的阀体流体互连；从模块接收将生物样品处理成制备的样品的电子指令；在样品盒中执行样品制备方法，将生物流体样品处理成制备的样品；将制备的样品输送到与样品盒流体连接的反应容器中；以及对反应容器内的生物流体样品进行分析。在一些实施方案中，输送样品可以包括以下步骤：移动盒接口单元以移动阀体，从而改变多个样品处理室之间的流体互连；根据阀体的位置对压力接口单元施加压力，使流体在多个处理室之间流动；以及将制备的样品流体移动到反应容器中。用模块对反应容器内的流体样品进行分析。由模块可以获得分析的任何结果，并根据需要将其传输到各种其他装置。在一些实施方案中，样品盒可以连接到各种其他诊断组件，例如硅芯片，或者可以将制备的流体样品输送到其他外部诊断设备。

附图说明

图1是根据本发明一些实施方案的具有阀组件的样品盒的概览，所述阀组件具有阀、过滤器和阀盖，所述阀组件被配置成用于执行不同的样品处理，包括靶标的化学和机械裂解。

图2示出了由一种类型的常规样品盒执行的超声机械裂解技术和由常规样品盒执行的化学裂解技术，两种技术都可以根据一些实施方案由通用样品盒执行。

图3示出了盒A、B、C的阀组件与用于通用样品盒的通用阀组件进行比较，每个常规样品盒适于单一类型的靶标裂解，通用样品盒能够处理需要不同类型裂解的多种不同类型的分析。

图4示出了根据一些实施方案的通用阀组件与常规样品盒中的常规阀组件进行比较，通用阀组件利用适于某些类型的靶标的机械裂解的玻璃微珠。

图5A-5C示出了根据一些实施方案的阀组件的组件。

图6A-6B比较了根据一些实施方案的阀盖与传统设计进行比较。

图7A-7B比较了根据一些实施方案的阀体与传统设计进行比较。

图8A-8B示出了与传统设计相比的滤袋的细节视图。

图9A-9E示出了利用机械裂解的常规样品盒的阀体的不同视图。

图10A-10C示出了利用机械裂解的常规样品盒的阀盖的不同视图。

图11A-11B示出了利用化学裂解的常规样品盒的阀体的不同视图。

图11C-11D示出了利用化学裂解的常规样品盒的阀盖的不同视图。

图12A-12D示出了根据一些实施方案的通用样品盒的阀盖的不同视图。

图13A-13D示出了根据一些实施方案的通用样品盒的阀体的不同视图。

图14A示出了根据一些实施方案的阀组件的剖面图。

图14B示出了根据一些实施方案的阀组件的剖面图。

图14C示出了添加支承柱之前的通用样品盒的阀组件的剖面图。

图14D示出了增加支承柱之后的通用样品盒的阀组件的剖面图。

图15A-15K示出了根据一些实施方案的用于通用样品盒的阀组件的洗涤流分析的不同模型。

图16示出了与常规阀设计相比，根据一些实施方案的通用样品盒的阀组件的应力分布。

图17示出了与常规阀设计相比，根据一些实施方案的通用样品盒的阀组件的过滤器排出量。

图18示出了与常规阀设计相比，根据一些实施方案的通用样品盒的阀组件的剩余缓冲液的冲洗。

图19示出了与常规阀设计相比，根据一些实施方案的通用样品盒的阀组件的缓冲遗留。

图20A-20G示出了根据一些实施方案的通用分析样品盒的阀组件在添加支承柱之前和之后的填充和性能数据的实验结果。

图21描述了根据一些实施方案的各种分析工作流程。

图22A-22D示出了根据一些实施方案的实验结果，其示出了通用盒设计使样品处理时间显著减少。

图23A-23D示出了根据一些实施方案的实验结果，其示出了通用盒设计使采样体积更大。

发明详述

本发明总体上涉及用于流体样品处理和分析的系统、装置和方法，特别是便于生物样品的处理和分析测试的样品盒。

I.系统概述

在一个方面，本发明涉及利用阀体平台的样品盒，所述阀体平台允许检测有包膜的和游离的核酸靶标。在一些实施方案中，阀体包括提供机械和/或化学裂解的样品处理区域或裂解室。这允许单个盒为多种不同类型的靶标提供裂解，因此可以被认为是“通用分析盒”。在一些实施方案中，样品盒可以进行需要机械裂解的细菌靶标和适于化学裂解的病毒靶标的处理和检测。

样品盒装置可以是被配置成执行与根据本文所述的任何方法的生物流体样品的制备和/或分析相关的一个或多个处理步骤的任何装置。在一些实施方案中，样品盒装置配置成至少执行样品制备。样品盒进一步可以被配置成通过使用连接到样品盒的反应管来执行另外的过程，例如在核酸扩增测试(NAAT)(例如聚合酶链反应(PCR)分析)中检测靶标核酸。在一些实施方案中，反应管从盒的主体延伸。流体样品的制备通常包括一系列处理步骤，其可以包括根据特定方案的化学、电学、机械、热、光学或声学处理步骤。这样的步骤可用于执行不同的样品制备功能，例如细胞捕获、细胞裂解、分析物的结合和不需要的材料的结合。

适合于与本发明一起使用的样品盒包括一个或多个传输端口，通过该传输端口可以将制备的流体样品传输到连接的反应容器中进行分析。图1示出了根据一些实施方案的示例性通用样品盒100，其适合于被接收在仪器模块中时进行样品制备和PCR分析测试。样品盒与反应容器1(“PCR管”)连接，反应容器1适于分析在样品盒100内处理的流体样品。在一些实施方案中，反应管从盒体延伸。这种样品盒100包括不同的组件，包括具有用于处理流体样品的一个或多个室的主外壳10，其通常包括分析前的样品制备。仪器模块便于进行样品制备所需的处理步骤，并且将制备的样品通过一对传输端口中的一个传输到连接到样品盒100的外壳上的反应容器1的流体导管中。然后将制备的生物流体样品输送到反应管1的室中，在该室中生物流体样品4进行核酸扩增。在一些实施方案中，扩增是聚合酶链反应。在一些实施方案中，在生物流体样品扩增的同时，将模块的激发部件和光学检测部件用于检测指示靶标核酸分析物(例如细菌、病毒、病原体，毒素或其他靶标分析物)存在或不存在的光学发射。应当理解，这种反应容器可以包括用于检测靶标分析物的各种不同的室、导管或微孔阵列。在一些实施方案中，反应管可以包括彼此隔离的多个单独的反应室，用于检测不同的分析物。在一些实施方案中，反应管可以包括2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个单独的隔离反应室。样品盒可以设置有在输送到反应容器之前进行生物流体样品的制备的部件。病毒或细胞裂解所需的任何化学物试剂，或用于结合或检测感兴趣的分析物(例如试剂微珠)的部件可包含在样品盒的一个或多个室内，并因此可用于样品制备。

于2000年5月30日提交的发明名称为“用于进行化学反应的盒”的共同转让的美国专利申请号6,818,185中描述了用于分析生物流体样品的反应容器的示例性应用，出于所有目的将其全部内容通过引用并入本文。于2000年8月25日提交的发明名称为“流体控制和处理系统”的美国专利号6,374,684和于2002年2月25日提交的发明名称为“流体处理和控制”的美国专利号8,048,386中示出并描述了样品盒和相关模块的实例，出于所有目的将其全部内容通过引用并入本文。

通过参考美国专利号6,374,684，可以进一步理解样品盒100的各个方面，美国专利号6,374,684更详细地描述了样品盒的某些方面。这类样品盒可以包括流体控制机构，例如旋转流体控制阀，其连接到样品盒的室。旋转流体控制阀的旋转允许室和阀之间的流体连通，以便控制沉积在盒中的生物流体样品流入不同的室，在这些室中可以根据特定实验方案提供不同的试剂，以便根据需要准备生物流体样本以供分析。为了操作旋转阀，盒处理模块包括电机，例如步进电机，其通常连接到传动系统，所述传动系统与样品盒中的阀轮廓啮合，以根据所需的样品制备实验方案协调地控制注射器的运动和阀的运动，从而产生流体样品的移动。根据特定的样品制备实验方案的旋转阀的流体计量和分配功能在美国专利号6,374,684中有说明。

II.示例性通用分析盒和阀组件

A.概述

图1示出了与反应容器1流体连接的通用样品盒装置100。流体样品盒100适于插入到具有仪器接口的模块的舱中，所述仪器接口被配置成通过操纵流体样品盒对包含在流体样品盒内的流体样品执行一个或多个处理步骤。处理步骤可以包括与样品制备、流体样品的传输和分析测试相关的任何步骤。将模块的仪器接口结合到容纳盒100的舱内的模块中。右侧，示出了样品盒组件的分解视图，其包括盒体10、垫圈20、注射器12、阀体30、过滤器40、阀盖50和盒底座60。虽然这些组件的基本功能可以类似于常规样品盒的功能，但是已改进阀组件以显著改进性能并且用相同的样品进行多种类型的样品制备(例如，机械和化学裂解)，这用常规样品盒是不可能的。

B.通用分析盒的示例性分析

在一个方面，本文所述的通用样品盒可以进行目前由常规样品盒进行的用于分析的样品制备和分析测试。例如，如图2所示，一个常规样品盒(盒A)被配置成对包括细菌、孢子和坚硬细胞的靶标进行分析检测，这些靶标需要机械裂解(例如，超声、声波处理)，从而可以物理地捕获和检测所释放的核酸。另一种常规样品盒(盒C)被配置成对靶标进行分析检测，所述靶标包括病毒、游离DNA和易碎细胞，其可以容易地用化学试剂裂解以释放核酸。通常，这些盒利用核酸结合。当前，每种样品配置的能力使得每种只能对那些指定的靶标执行样本制备。有利地，本文所述的通用样品盒可以单独、顺序或组合地执行这两种样品制备任务，使得样品盒可以代替常规样品盒，并且执行通过单个样品盒无法实现的复杂的分析组。

例如，通用样品盒可用于同时检测热带性发热分析组中未分化发热疾病(UFI)的主要病毒、寄生和细菌病因，所有这些均可通过利用本文所述的改进的阀组件的样品盒进行。导致UFI的可能的靶标生物的裂解需求包括需要化学裂解的病毒靶标，可能需要机械裂解的寄生和细菌靶标。这种测试的示例示于下表中。

表1：热带性发热试验

^*在Xpert热带性发热测试技术可行性期间评估机械裂解对最佳检测的依赖性

可以与通用样品盒一起使用的另外的多靶标分析组可以包括胃肠道(GI)组、乳腺癌组和细菌试剂或任何混合靶标组。如所示，单个组中的不同靶标可以包括病毒靶标、真菌靶标、寄生靶标和细菌靶标中的任一种，或它们的任意组合。

C.示例性阀组件

图3示出了根据本发明的方面的通用样品盒的阀组件与常规盒(A、B、C)中的阀组件进行比较。盒A仅对较坚硬的靶标进行机械裂解，而盒B和C仅对病毒、游离NA或较易碎的靶标进行化学裂解。在所有这样的盒中，阀组件包括注射器管12、阀体30和阀盖50。在一个方面，通用样品盒的阀组件的连接功能部分地依赖于过滤器、阀体和盖的特征，以及由模块的仪器接口执行的特定工作流程顺序。

在一些实施方案中，如图4所示，过滤器被配置成容纳玻璃微珠以进一步促进坚硬靶标的机械裂解。在该实施方案中，过滤器40由玻璃纤维制成并具有0.7um的孔径。与之相比，盒A使用的过滤器为聚合物膜(即PCTE)制成的盘，其虽然适于机械裂解，但不适于化学裂解。通过使用孔径为0.7um的过滤器，过滤器适合于接收适当大小的玻璃微珠用于机械裂解。利用玻璃纤维制成的过滤器促进与化学裂解释放的游离核酸的亲和结合。因此，这种过滤器适用于机械和化学裂解。

图5A-5C示出了根据一些实施方案的通用样品盒的阀组件的阀盖50、阀体30和过滤器40。阀盖50和阀体30包括在其周边上的互锁部分，所述互锁部分彼此啮合，使得内部圆形区域接合以形成样品处理区域或裂解室。盖和阀体包括内部圆形区域31、51，其接合以形成内部样品处理区域或裂解室。过滤器40的大小被设计成固定在阀盖和阀体之间。

图6A-6B示出了根据一些实施方案的阀盖。图6A示出了根据一些实施方案的阀盖50’，图6B示出了具有类似设计的阀盖50，进一步包括一对柱。如所示，阀盖包括内部圆形区域51和流体入口52，当与阀体接合时，内部圆形区域51限定裂解室，流体样品和任何玻璃微珠填充物通过流体入口52进入裂解室。在图6B的设计中，阀盖进一步包括一对突起或柱53，其将过滤器压离入口，以改善玻璃填充物穿过过滤器的一致性，从而改善机械裂解。

图7A-7B示出了根据一些实施方案的阀体。图7A示出了根据一些实施方案的阀体30’，图7B示出了具有类似设计的阀盖30，进一步包括一对柱。如所示，阀体包括内部圆形区域31和流体出口32，当与阀盖接合时，内部圆形区域31限定裂解室，流体样品通过流体出口32离开裂解室。在图7B的设计中，阀体进一步包括一对突起或柱33，其抑制过滤器朝向出口的偏转，从而减少过滤器上的压力峰值并减少撕裂。

图8A和图8B示出了根据一些实施方案的常规阀组件的阀体(图8A)和改进阀组件的阀体(图8B)的剖面图。可以看出，室或滤袋的边缘已经被平滑处理，从而消除了尖锐的边缘，这减少了通过室的不均匀的流动和压力分布，并促进了通过裂解室的均匀的流动。

图9A-9E示出了利用机械裂解的常规样品盒的阀体的不同视图，并且图10A-10C示出了利用机械裂解的常规样品盒的阀盖的不同视图，用于与本文描述的改进阀组件进行比较。

图11A-11B示出了利用化学裂解的常规样品盒的阀体的不同视图，图11C-11D示出了利用化学裂解的常规样品盒的阀盖的不同视图，用于与本文描述的改进阀组件进行比较。

图12A-12D示出了根据一些实施方案的用于通用样品盒的阀盖50的不同视图。可以在入口52附近看到两个柱53。图13A-13D示出了根据一些实施方案的用于通用样品盒的阀体30的不同视图。可以在出口32附近看到两个柱33，并且一系列支承脊34支承出口上游的过滤器。

图14A示出了根据一些实施方案的阀组件的剖面图，其示出了过滤器和盖之间的间隙，在间隙中填充用于机械裂解的任何玻璃微珠，用于与图14B中所示的常规阀组件进行比较。在图14A的设计中，如前文所述，为了改善过滤器和盖之间的空隙区域的填充，对盖和阀体进行了改进。在图14B中，已经使用较薄的过滤材料来产生较大的空隙，以便于玻璃填充。在图14A的改进设计中，使用较厚的过滤材料，使得过滤器和盖之间的空隙较小，同时包括间隙上的柱维持适当的间隙，以便于玻璃填充过程。

图14C示出了在添加柱之前的样品盒的阀组件的剖面图，示出在某些条件下过滤器和阀盖之间不一致的最小间隙。图14D示出了添加柱的阀组件，其提供了更一致的扩大间隙，以便于玻璃填充。

III.性能特性的实验结果

图15A-15K示出了根据一些实施方案的用于通用样品盒的阀组件的不同模型。具体地，模型表明了通过阀组件的流动路径改进剩余缓冲液的冲洗，参见图15B-15K。在一些实施方案中，通过使穿过阀组件的入口和出口的流体流动路径流线化来实现改进缓冲液的洗涤流和减少缓冲液遗留。在该实施方案中，通过平滑处理任何过渡并消除任何锐角(例如90度)来使流体流动路径流线化。

图16示出了改进的阀设计支承突起相对于常规设计在过滤器应力方面的显著优势。如图16中的有限元分析所示，阀体中出口附近的一对支承柱的峰值应力比没有任何支承柱的常规设计中的峰值应力更低8％。

图17示出了改进的阀设计具有支承突起相对于常规设计在过滤器的垂直排出方面的显著优势。如图16中的有限元分析所示，由出口附近的一对支承柱支承的过滤器中的峰值排出量比没有任何支承柱的常规设计中更低10％。

图18表明，在改进的阀设计中使用支承柱不会显著影响剩余缓冲液的冲洗。从图18的计算流体动力学分析中可以看出，在常规设计中存在0.28％的剩余缓冲液和0.15％的出口浓度，而在改进的阀体设计中，其是0.38％和0.28％的出口浓度。这些结果表明两种设计的冲洗和剩余缓冲液类似。

图19示出了根据一些实施方案的，多分析样品盒的阀组件与常规阀设计相比的缓冲液遗留的实验结果。如图所示，结果表明添加柱不会显著影响缓冲液的遗留。

图20A-20G示出了根据一些实施方案的通用分析样品盒的阀组件在引入支承柱之前和之后的填充和性能数据的实验结果。图20A示出了利用具有支承柱部件的阀设计使玻璃填充能力提高超过90％，所述支承柱部件使过滤器与盖保持间隙放置，从而改善填充。图20B示出过滤器的完整性和捕获能力不受所添加的支承部件的影响。图20C示出了两种盖设计之间的类似的功能性能。图20D示出玻璃填充能力不受所添加柱负面影响。图20E示出过滤器的完整性和捕获能力不受所添加的支承部件的影响。图20F示出了两种阀体设计之间的类似的功能性能。图20G示出了添加支承部件的新设计使最大压力降低了5psi。

IV.分析工作流程

在一个方面，如本文所述，具有改进的阀组件的样品盒能够执行多种工作流程：靶标的化学裂解、靶标的机械裂解，或两者。因此，样品盒可以执行与常规专用盒相关的现有工作流程，或者可以执行同时进行两者的全新工作流程。

在图21中示出了根据一些实施方案的可用单个通用盒执行的示例性分析工作流程。在任何这些实施方案中，过滤器可以由玻璃过滤器形成，以促进核酸(NA)与玻璃纤维的亲和结合和并且孔径适于化学裂解。在任何这些工作流程中，核酸扩增可以是PCR、实时PCR、等温扩增(包括但不限于基于核酸序列的扩增、环介导的等温扩增、解旋酶依赖性扩增、滚环扩增、多重置换扩增、全基因组扩增或重组酶聚合酶扩增)或本领域技术人员已知的其他核酸扩增方法。

在工作流程A中，样品任选地受到样品处理或化学裂解，然后经处理或裂解的流体样品流过过滤器，在过滤器中捕获靶标。在一些实施方案中，使用样品处理来削弱细胞壁或使样品失活或使其不太粘以便于通过过滤器进行处理。然后洗涤过滤器，将靶标留在过滤器上。接下来，将靶标分子机械裂解，例如通过声波处理，以释放核酸(NA)。在一些实施方案中，机械裂解包括沿着过滤器填充玻璃微珠以帮助靶标的机械裂解。接着，从过滤器中洗脱NA，然后进行核酸扩增。

在工作流程B中，使样品化学裂解以获得NA靶标。在一些实施方案中，在化学裂解后，NA通过沉淀和结合试剂的存在而与过滤器结合。接着，用漂洗试剂洗涤过滤器，同时NA保持与过滤器结合。通常，洗涤试剂具有一定量的盐，其仍然促进NA与过滤器的结合，同时允许除去非靶标物质。接下来，洗脱过滤器以除去NA靶标。在一些实施方案中，用pH中性缓冲液或碱性缓冲液流体进行洗脱。然后将靶标NA递送至连接的反应容器以进行核酸扩增。

在工作流程C中，流体样品受到样品处理和/或化学裂解靶标。接着，将通过化学裂解释放的NA结合到过滤器上。该步骤可以利用沉淀和结合试剂。接着，用漂洗试剂洗涤过滤器，同时NA保持与过滤器结合。通常，洗涤试剂具有一定量的盐，其仍然促进NA与过滤器的结合，同时允许除去非靶标物质。接下来，在过滤器中捕获的靶标被加热和/或机械裂解。这可以利用声波处理，并且进一步可以利用玻璃微珠来促进选择的靶标的机械裂解。然后，将裂解的靶标NA从过滤器中洗脱出来。在一些实施方案中，用pH中性缓冲液或碱性缓冲液流体进行洗脱。然后将靶标NA递送至连接的反应容器以进行核酸扩增。因此，在该工作流程中，工作流程允许裂解多个不同的靶标，一些只需要化学裂解(例如病毒靶标)，而其他需要机械裂解(例如细菌、孢子等)，使得所有这些靶标NA可以从单个样品中释放出来并由相同的样品盒测试。虽然上文的工作流程描述了化学裂解之后的机械裂解，但是应当理解，可以使用其它工作流程，其中化学裂解在机械裂解之后发生，而在其他工作流程中，化学裂解和机械裂解可以同时发生。

在一些实施方案中，样品盒包括标识符，所述标识符具有关于特定分析组所需的适当工作流程的信息，以便接收样品盒的仪器模块根据指定的工作流程操作。

图22A-23D示出了实验结果，其显示了与用于测试病毒和游离DNA的常规盒(如图11A-11D所示)相比，如图1和图5A-5C所示的改进盒设计的性能的显著改进。在这些实验中，将通用盒A+和常规盒C用于在测试条件下检测NATROL SARS-CoV-2，所述测试条件使用盒内的不同流体流速。这些方法的目的是通过减少样品制备时间来减少得到结果的时间，或者目的是处理更大的样品体积以提高测试试剂盒的灵敏度。每个盒包含裂解缓冲液、洗涤缓冲液、洗脱缓冲液、聚乙二醇和三个用于检测SARS-CoV-2的不同微珠。在GeneXpert 16模块系统上运行盒。用这种分析进行的先前实验揭示了可以用盒C处理的最大流体体积是300uL，在该体积下，大约50％的时间发生压力中断(100psi或更大)，因此将盒C中的体积减少并限于125uL以避免压力中断。这些实验的流速对于盒C为每秒10uL，对于盒A+为每秒100uL。

图22A-22D示出与常规盒C相比，通用盒A+允许显著更快的样品处理时间。盒A+和盒C中的过滤处理从鼻/鼻咽拭子、裂解缓冲液和聚乙二醇的混合物中分离核酸。盒A+的特性使这一过程更快，这与阀组件的设计、过滤材料以及过滤器的宽度和深度有关。这些属性的组合使在过滤器上和通过过滤器的流速更快，同时保持压力和性能。这种材料通过降低样品处理时间同时保持分析灵敏度而赋予过滤器优于其他过滤方法的优点。从图22A-22D的前两个数据组可以看出，当制备125uL样品时，通用盒A+的样品处理时间为2分钟，25秒，而常规盒C的样品处理时间为4分钟，8秒。因此，盒A+处理和盒C相同体积的样品，盒A+大约需盒C的一半时间和一半压力。也可以看出，通用盒A+对于300uL和500uL样品具有相似地减少的样品处理时间，而处理125uL样品时保持与盒C相似的压力。

图23A-23D示出通用盒A+设计允许处理比常规盒C设计更大的样品体积，导致更高的灵敏度。在该盒中的过滤处理从鼻/鼻咽拭子、裂解缓冲液和聚乙二醇的混合物中分离核酸。允许处理更大体积的盒A+的属性与阀组件设计和过滤材料有关，包括过滤器的宽度和深度。两种盒的流速均受压力限制，但是盒A+的配置允许流速高达至少每秒100uL，而盒C的流速被限制为约每秒10uL，因此，与盒C相比，用盒A+在较短的时间内能够处理更多的总样品，同时保持可行压力低于100psi。这导致更多靶标可供检测，如与盒C相比，盒A+中较低的CoV Ct和较高的CoV EPF所证明的。如上文所述，这些盒的最大允许压力为100psi。先前未示出的盒C的数据已经证明，对于300uL的分析样品体积，导致大致为50％的时间常规盒C的压力中止，停止样品处理。盒A+允许更大的样品体积(例如300uL、700uL和1,000uL)，而不会达到或超过允许的最大压力(100psi)，如图所示。

在前述的说明书中，参考本发明的具体实施方案描述了本发明，但是本领域的技术人员将认识到本发明并不限于此。上述发明的各种特征、实施方案和方面可以单独或联合使用。此外，在不脱离本说明书的更宽的精神和范围的情况下，可将本发明用于除这里描述的那些环境和应用之外的任何数量的环境和应用中。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。应当认识到，本文所用的术语“包括”、“包含”和“具有”特别旨在被理解为开放式的技术术语。所提及的出版物、专利或专利申请出于所有目的通过引用以其整体并入本文。

Claims (52)

1.用于处理和/或分析测试生物流体样品的样品盒，所述样品盒包括：

盒体，所述盒体中具有多个室，其中至少一个室被配置为接收流体样品；

裂解室，所述裂解室具有流体入口和流体出口；和

过滤器，所述过滤器设置在所述裂解室内，

其中所述过滤器由玻璃纤维构成以促进与游离核酸的亲和结合，

其中所述过滤器具有为容纳相应大小的玻璃微珠以促进机械裂解而选择的孔径。

2.根据权利要求1所述的样品盒，其中所述盒包括在多个室中的多个玻璃微珠，所述玻璃微珠的大小对应于所述过滤器的孔径。

3.根据权利要求1所述的样品盒，其中所述孔径为0.2um至2um。

4.根据权利要求1所述的样品盒，其中所述孔径为约0.7um。

5.根据权利要求1所述的样品盒，其中所述裂解室包括：

阀体；和

阀盖，

其中所述阀体与所述阀盖相接以在它们之间限定所述裂解室，

其中所述过滤器保持在固定于所述阀体和所述阀盖之间的裂解室内。

6.根据权利要求5所述的样品盒，其进一步包括：

注射器，所述注射器是可移动的，以通过压力的波动促进流体流入和流出所述裂解室。

7.根据权利要求5所述的样品盒，其进一步包括：

其中所述阀体包括离开所述裂解室的出口，并且所述阀盖包括进入所述裂解室的入口。

8.根据权利要求7所述的样品盒，其中所述盖被配置为使得所述盖和所述过滤器之间的间隙为0.003”或更大。

9.根据权利要求7所述的样品盒，其中所述盖和所述阀体被配置为使得它们之间的流体流动路径没有任何90度角，以便阻止沿所述流动路径遗留任何缓冲液。

10.根据权利要求7所述的样品盒，其中所述盖和/或所述阀体包括一个或多个支承突起，所述支承突起在所述入口和/或所述出口附近延伸到所述样品处理区域中，以便促进流体样品一致且均匀地流过所述样品处理区域进行化学裂解，和/或穿过所述过滤器填充裂解剂以促进所述系统的机械裂解。

11.根据权利要求7所述的样品盒，其中所述一个或多个突起包括椭圆形柱。

12.根据权利要求7所述的样品盒，其中所述阀盖包括至少一对突起或柱，所述至少一对突起或柱在所述入口附近延伸到所述裂解室中，以将所述过滤器压离所述入口，从而促进玻璃微珠更好地填充到所述裂解室中。

13.根据权利要求12所述的样品盒，其中所述阀体包括至少一对突起或柱，所述至少一对突起或柱在所述出口附近延伸到所述裂解室中，以将所述过滤器压离所述出口，从而促进流体更好地流动并减小所述过滤器上的应力。

14.根据权利要求7所述的样品盒，其中所述阀体包括至少一对突起或柱，所述至少一对突起或柱在所述出口附近延伸到所述裂解室中，以将所述过滤器压离所述出口，从而促进流体更好地流动并减小所述过滤器上的应力。

15.用于处理和/或分析测试生物流体样品的样品盒，所述样品盒包括：

盒体，所述盒体中具有多个室，其中至少一个室被配置为接收流体样品；

注射器，所述注射器延伸穿过所述盒体的中心区域，以通过所述注射器的运动促进流体沿着流动路径流过所述盒；

阀体，所述阀体与所述注射器相接；

阀盖，所述阀盖与所述阀体相接以形成样品处理区域；和

过滤器，所述过滤器固定于所述阀体和所述阀盖之间，以促进从所述样品处理区域内的流体样品中收集DNA；

其中所述样品盒被配置为从所述流体样品中机械裂解和化学裂解靶标。

16.根据权利要求15所述的样品盒，其中所述阀体和所述阀盖一起限定裂解室，所述裂解室具有在所述阀盖中的入口和在所述阀体中的出口之间的流体流动路径，所述流体流动路径流体连接到所述阀体的流体排出区域，其中所述流体排出区域可通过所述注射器的运动而减压，以将流体抽入所述流体排出区域，并且可通过所述注射器的运动而加压，以将流体从所述流体排出区域排出。

17.根据权利要求15所述的样品盒，其中所述阀盖和/或所述阀体包括一个或多个支承突起，所述支承突起沿着所述入口和/或所述出口延伸到所述样品处理区域中，以便促进流体样品一致且均匀地流过所述样品处理区域，从而促进化学裂解，和/或穿过所述过滤器填充裂解剂，以促进所述系统的机械裂解。

18.根据权利要求15所述的样品盒，其中所述阀盖包括与所述过滤器接合的一个或多个支承突起，从而在所述阀盖和所述过滤器之间形成一致的间隙。

19.根据权利要求18所述的样品盒，其中所述阀盖和所述一个或多个突起被配置为使得所述阀盖和所述过滤器之间的间隙为0.003”或更大。

20.根据权利要求18所述的样品盒，其中所述阀盖的形状大体为圆形，并且所述样品处理区域的形状大体为圆形。

21.根据权利要求18所述的样品盒，其中所述一个或多个突起被设置在所述阀盖的入口处附近。

22.根据权利要求21所述的样品盒，其中所述一个或多个突起包括一对柱。

23.根据权利要求22所述的样品盒，其中所述柱是椭圆形的，具有沿流动方向延伸的长轴。

24.根据权利要求15所述的样品盒，其中所述阀体包括一个或多个支承突起，以将所述过滤器与所述出口隔开。

25.根据权利要求24所述的样品盒，其中所述阀体包括沿着所述样品处理区域的入口和出口之间的流动方向延伸的一系列脊。

26.根据权利要求24所述的样品盒，其中所述阀体的形状大体为圆形，并且所述样品处理区域的形状大体为圆形。

27.根据权利要求24所述的样品盒，其中所述一个或多个突起被设置在所述阀体的出口处附近。

28.根据权利要求24所述的样品盒，其中所述一个或多个突起包括一对柱，所述一对柱相对于所述流动路径位于所述一系列脊和所述出口之间。

29.根据权利要求15所述的样品盒，其中所述一对柱相对于所述流动路径分立在所述出口两边。

30.根据权利要求15所述的样品盒，其中所述柱是椭圆形的，具有沿流动方向延伸的长轴。

31.根据权利要求15所述的样品盒，其中所述阀体包括多个端口，其中所述多个端口中的至少一个端口流体连接到所述流体排出区域。

32.根据权利要求31所述的样品盒，其中所述阀体相对于所述外壳是可调节的，以允许所述多个端口被放置为与所述多个室选择性地流体连通。

33.根据权利要求15所述的样品盒，其中所述多个室中的至少一个室包括用于裂解来自病毒靶标的DNA的化学裂解剂和至少一个其他室具有用于裂解来自生物靶标的DNA的裂解剂。

34.根据权利要求33所述的样品盒，其中所述多个室中的至少一个其他室包括用于裂解来自所述流体样品的靶标的机械裂解剂。

35.根据权利要求33所述的样品盒，其中所述机械裂解剂包括玻璃微珠。

36.根据权利要求15所述的样品盒，其中所述过滤器包括具有标称孔径的玻璃纤维。

37.根据权利要求36所述的样品盒，其中所述标称孔径为0.5um至1um。

38.根据权利要求36所述的样品盒，其中所述过滤器具有约0.7um的标称孔径。

39.根据权利要求35所述的样品盒，其中至少一个其他室的多个玻璃微珠进行机械裂解，其中所述多个玻璃微珠具有与所述过滤器的标称孔径相对应的标称直径。

40.利用样品盒处理流体样品的方法，所述样品盒包括具有多个室的盒主体，被配置为促进流体样品沿着所述盒的流动路径移动的注射器，以及其中具有样品处理区域的可旋转阀组件，其中所述方法包括：

通过协调注射器的运动和阀体的旋转来控制设置在所述多个室的室中的流体样品流入所述多个室中的一个或多个其他室，从而：

将所述流体样品暴露于设置在所述盒体的另一室内的处理和/或化学裂解剂，以从所述流体样品中释放核酸；

将经处理和/或化学裂解的流体样品导入所述阀组件的样品处理区域，并用所述阀组件的过滤器结合来自化学裂解的靶标的核酸；

机械裂解所述过滤器中捕获的靶标以从所述流体样品中释放另外的核酸；

洗脱所述核酸以从所述过滤器中除去所述核酸；以及

对所述洗脱的核酸进行PCR。

41.根据权利要求所述40所述的方法，其中机械裂解所述靶标包括声波处理所述靶标。

42.根据权利要求41所述的方法，其中声波处理所述靶标包括将玻璃微珠引入所述样品处理区域并向所述样品处理区域施加超声能量。

43.根据权利要求42所述的方法，其中所述过滤器由玻璃纤维构成，以促进与释放核酸的亲和结合。

44.根据权利要求43所述的方法，其中所述过滤器具有与所述玻璃微珠的标称直径相对应的标称孔径。

45.根据权利要求43所述的方法，其中所述过滤器的标称孔径为0.2um至2um。

46.根据权利要求45所述的方法，洗涤所述过滤器以除去非靶标材料。

47.根据权利要求46所述的方法，洗涤所述过滤器包括引入含有盐的洗涤流体以促进核酸与所述过滤器的结合，同时除去非靶标物质。

48.根据权利要求45所述的方法，其中洗脱所述核酸包括将中性或碱性缓冲液流体引入样品处理区域。

49.根据权利要求45所述的方法，进行PCR包括将所述洗脱的流体样品输送到连接的反应容器中，并扩增、光学激发和光学检测反应容器中的多个靶标。

50.根据权利要求45所述的方法，其中所述多个靶标包括用于特定类型的疾病或病症的分析组。

51.根据权利要求40所述的方法，其进一步包括：

将所述样品盒容纳在具有用于操作所述样品盒的仪器接口的模块内；

读取或接收关于通过所述样品盒进行检测多个靶标的组分析的信息；

选择对应于分析组的工作流程，其中所述工作流程包括分析组的多个靶标的不同靶标所需的机械裂解和化学裂解。

52.根据权利要求1或权利要求15所述的样品盒，其进一步包括从所述样品盒体延伸的反应管。