CZ304581B6 - Způsob archivace DNA vzorků a zařízení k jeho provádění - Google Patents

Abstract

Řešení se týká zařízení pro archivaci DNA vzorků, které sestává z ochranného pouzdra (6) vzorku tvořeného dolní částí (6.1) pouzdra vzorku a horní částí (6.2) pouzdra vzorku, které jsou natěsno do sebe vzájemně vsunuté a vzájemně na obvodové hraně (6.4) hermeticky uzavřené a kde do dutiny (6.3) pouzdra vzorku je vložen DNA modul (5), přičemž k ochrannému pouzdru (6) vzorku je připojen datový modul (7) tvořený vzájemně natěsno spojenou dolní částí (7.1) datového modulu s horní částí (7.2) datového modulu, a kde v dutině (7.3) datového modulu je obsažen optický nosič (8) tvořený mikrofilmem (9) a RFID čipem (10). Takto spojeným ochranným pouzdrem (6) obsahujícím DNA modul (5) s datovým modulem (7) obsahujícím optický nosič (8) je vytvořeno archivační médium (11). Řešení dále popisuje způsob archivace DNA vzorků, při kterém je roztok (3) purifikované DNA přenesen do dolní části (1) nosiče vzorku z inertního materiálu a dále smíchán s chemikáliemi na bázi trehalózy a vysušen ve vakuové odparce po dobu 60 až 120 minut a při teplotě v rozmezí 25 až 35 .degree.C, přičemž je následně přiložena horní část (2) nosiče vzorku, čímž vznikne DNA modul (5) s úložnou komorou (4) vzorku, který se vloží do dutiny (6.3) pouzdra vzorku zařízení podle nároku 1.

Description

Vynález se týká způsobu archivace DNA vzorků a zařízení kjeho provádění, které zajišťuje archivaci DNA vzorků různého původu, jako jsou DNA vzorky humánní, veterinární, rostlinné či mikroorganizmů společně s datovými nosiči obsahujícími informace o uloženém vzorku.

Dosavadní stav techniky

DNA, která je zpracovávána v molekulámě-biologických výzkumných, servisních či znaleckých laboratořích, musí být z důvodu následných experimentů či na základě požadavků ze stran nejrůznějších institucí, jako jsou zdravotnická zařízení, armáda, policie apod. dočasně či dlouhodobě uchovávána.

V současnosti se k archivaci DNA používají základní tři způsoby:

Způsob zamrazením vzorku:

Klasická metoda archivace DNA na dobu mnoha měsíců či let, je založena na technologii zamrazení vzorku pomocí mrazicích boxů při teplotách -70 °C nebo kapalné dusíku při teplotách -196 °C. Nedostatky tohoto řešení spočívají vtom, že se jedná o metodu finančně i technologicky náročnou a zcela závislou na spolehlivosti technického vybavení, neboť dojde-li k výpadku elektrické energie či poruše chladicího zařízení, dochází k nevratnému zničení takto uložených vzorků. Informace o uloženém vzorku se vzhledem k extrémním teplotám omezují pouze na jednoduché kódové označení nosiče vzorku.

Způsob archivace na tzv. FTA katu:

FTA karty se vesměs používají k transportu vzorku DNA z místa odběru do laboratoře. V některých případech se FTA karty používají také jako dočasné archivační médium při pokojových teplotách. Nevýhodou této metody je, že ne vždy bezpečně garantuje dostatečné množství použitelné DNA a vzorky takto dlouhodobě uložené jsou náchylné na destrukci vlivem vnějšího prostředí, jako je vlhkost, mikrobiální kontaminace apod. Další nevýhodou je rozsah informací o uloženém vzorku, který se většinou omezuje na popis vzorku na jednoduchém papírovém formuláři.

Způsob archivace stabilizované DNA v plastových mikrozkumavkách:

Laboratorně zpracovaná DNA se dočasně či dlouhodobě uchovává při teplotách od -20 °C v sériově vyráběných plastových mikro zkumavkách, které svojí konstrukcí a použitým materiálem dostatečně nezajišťují dlouhodobou stabilitu uloženého vzorku, a to zejména s ohledem na afinitu DNA k povrchu zkumavek či hydrolýze. Tyto zkumavky lze poměrně těžko vizuálně identifikovat a systematicky archivovat. Obsah zkumavek není dostatečně chráněn před vlivem vnějšího prostředí, v případě malfunkce mrazícího zařízení dokonce dojde k nezvratné degradaci. Informace o vzorku je omezena rozměrem mikrozkumavky na jednoduché kódové značení, označení čárovým kódem apod.

Určitým zajištěním stabilizace DNA vzorku a jeho uchováním se zabývá užitný vzor CZ 23488 Ul, kde je popsáno pouzdro pro archivaci DNA materiálu, avšak jedná se o pouzdro samostatné, které není uzpůsobeno k rozsáhlejším archivacím a s nedostatečnými možnostmi pro vkládání do zásobníků a jeho jednoduché zpětné vyhledávání.

- 1 CZ 304581 B6

Účelem vynálezu je proto vytvořit systém k archivaci DNA vzorků, který splňuje následující požadavky:

- umožňuje časově neomezenou archivaci DNA vzorků

- umožňuje archivaci DNA vzorků při běžných pokojových teplotách bez nutnosti použití chladicích zařízení

- ke zpracování a archivaci DNA jsou použity standardní biochemické postupy a běžně dostupné materiály a chemikálie

- garantuje dostatečné množství a kvalitu archivované DNA pro následné rozbory

- vzorek je identifikován DNA profilem, získaným v rámci přípravy vzorku k archivaci

- umožňuje snadné a rychlé následné zpracování vzorku bez nutnosti použití zvláštních chemikálií, jako je forma uložení READY-2B-TESTED

- splňuje podmínky dlouhodobé ochrany vzorku před vnějšími vlivy, kam patří zejména vlhkost, UV záření, kontaminace jinou DNA apod. a zároveň před nepříznivým vlivem samotného materiálu nosiče, na kterém je DNA uložena

- splňuje podmínky nezávislosti na energetickém zdroji

- rozměry archivačního média umožňují tvorbu rozsáhlých archivů

- mechanická konstrukce archivačního média umožňuje automatizovanou obsluhu robotickými mechanismy

- v nouzovém stavu je možno archivovanou DNA zpracovávat manuálně a data uložená na nosičích získat bez použití nákladných zařízení

- systém je propojitelný s elektronickou datovou sítí

- systém umožňuje v rámci technického vývoje obměnu datových nosičů bez porušení nosiče DNA vzorku

- součástí přípravy DNA je určení DNA profilu, který je jednoznačným identifikátorem vzorku.

Podstata vynálezu

Shora uvedené nedostatky ve velké míře odstraňuje a účel vynálezu splňuje zařízení pro archivaci DNA vzorků, sestávající z ochranného pouzdra vzorku tvořeného dolní částí pouzdra vzorku a horní částí pouzdra vzorku, které jsou natěsno do sebe vzájemně vsunuté a vzájemně na obvodové hraně hermeticky uzavřené a kde do dutiny pouzdra vzorku je vložen DNA modul podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že k ochrannému pouzdru vzorku je připojen datový modul tvořený vzájemně natěsno spojenou dolní částí datového modulu s horní částí datového modulu, přičemž v dutině datového modulu je obsažen optický nosič tvořený mikrofilmem a RFID čipem, přičemž takto spojeným ochranným pouzdrem obsahujícím DNA modul s datovým modulem obsahujícím optický nosič je vytvořeno archivační médium.

Způsob archivace DNA vzorků, při kterém je ze vzorku biologického materiálu, jako je krev, ster z dutiny ústní, části tkání, části rostlin nebo mikroorganizmů získána purifikovaná DNA proce-2CZ 304581 B6 sem purifikace spočívajícím v degradaci buněčných struktur, degradaci proteinů a vyvázání DNA na silikátovou či podobnou fázi a kdy je DNA po eluci pufrem připravena pro archivaci podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že roztok purifikované DNA je přenesen do dolní části nosiče vzorku z inertního materiálu a dále smíchán s chemikáliemi na bázi trehalózy a vysušen ve vakuové odparce po dobu 60 až 120 minut a při teplotě v rozmezí 25 až 35 °C, přičemž je následně přiložena horní část nosiče vzorku, čímž vznikne DNA modul s úložnou komorou vzorku, který se vloží do dutiny pouzdra vzorku zařízení.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Test vlivu materiálu nosiče na uloženou DNA

Ověřovací pokusy spočívaly v uložení vzorku se standardní DNA o známé koncentraci do úložné komory 4 DNA vzorku po dobu 20 dní při stabilní laboratorní teplotě a 10 dní při střídajících se teplotách (2 h laboratorní teplota, 72 h -26 °C, 48 h +65 °C, 48 h -26 °C, 72 h +65 °C) a bylo zjištěno, že použitý materiál nosiče při těchto podmínkách žádným způsobem neovlivňuje kvalitu a kvantitu stabilizované DNA.

Příklad 2

Test vlivu chloroformu na uloženou DNA

Ověřovacími pokusy se standardní DNA o známé koncentraci, kdy byl vzorek po dobu 7 dní vystaven uvnitř laboratorní mikrozkumavky přímému působení roztoku chloroformu. Bylo zjištěno, že použití roztoku chloroformu nijak neovlivnilo kvalitu a kvantitu stabilizované DNA.

Příklad 3

Test odolnosti ochranného pouzdra a hermetického uzávěru

Ochranné pouzdro 6 bylo po vložení nosiče se standardní DNA spojeno chloroformem a vystavováno střídajícím se teplotám (2 h laboratorní teplota, 72 h -26 °C, 48 h +65 °C, 48 h -26 °C, 72 h +65 °C). Po této proceduře zůstalo ochranné pouzdro 6 neporušeno a po jeho opětovném otevření bylo zjištěno, že kvalita a kvantita stabilizované DNA nebyla nijak negativně ovlivněna.

Přehled obrázků na výkresech

Na připojených obrázcích jsou zakresleny základní použité a konstrukční prvky zařízení, kde obr. 1 představuje mikrofilm s biometrickými znaky, obr. 2 znázorňuje mikrofilm uložený do pouzdra, obr. 3 znázorňuje RFID čip s daty uloženými na čipu. Na obr. 4 je znázorněno provedení tiskového terče a na obr. 5 je tento tiskový terč znázorněn v příčném řezu.

Na obr. 6 je znázorněna příprava DNA vzorku na nosiči DNA a obr. 7 představuje uzavřený nosič DNA.

Obr. 8 znázorňuje uložení nosiče DNA v ochranném pouzdru, obr. 9 znázorňuje provedení datového modulu a obr. 10 představuje sestavené archivační médium.

-3 CZ 304581 B6

Obr. 11 představuje zásobník DNA vzorků.

Příklad provedení zařízení podle vynálezu

Na obr. 1 je znázorněn mikrofilm 9 s biometrickými znaky, který obsahuje základní identifikační tabulku s daty o původu vzorku, kde je vyznačeno kódové značení, DNA profil vzorku, název, datum a případně další potřebné údaje. Mikrofilm 9 jako fotografický datový nosič obsahuje textovou a grafickou informaci o uloženém vzorku. Podklady pro obsah mikrofilmu 9 jsou získávány standardními metodami, jako jsou skenery, fotoaparát, rentgen apod. a jsou mikrograficky zpracovány, zmenšeny na potřebný rozměr a přeneseny na filmový materiál. Vzhledem ktomu, že je mikrofilm 9 uložen v hermeticky uzavřeném ochranném pouzdře, nepodléhá vlivu vnějšího prostředí a jeho životnost je prakticky neomezena. Typ a rozsah uložených dat uložených na mikrofilmu 9 je dán účelem, za jakým je vzorek DNA archivován.

Jde-li například o archivaci DNA vzorku osoby, jsou na mikrofilmu 9 uložena základní data jako jméno, příjmení, datum narození, výška, barva očí, datum odběru apod.

Další tabulka obsahuje DNA profil získaný rozborem vzorku, jako specifický identifikační kód jedince.

V grafické formě jsou uloženy nej důležitější biometrické znaky, fotografie, RTG snímek chrupu, kompletní otisky všech prstů, fotografie obou očních duhovek apod.

Jiný obsah má mikrofilm 9 určený k archivaci DNA v oblasti humánní či veterinární medicíny, archeologického výzkumu apod.

Obecně je plocha mikrofilmu 9 rozdělena na tři oblasti sestávající z identifikační oblasti, která obsahuje základní identifikační tabulku a je identická s daty uloženými na tiskovém terči 21 patrném z obr. 4, dále z grafické oblasti tvořené fotografiemi s biometrickými znaky a textové oblasti s podrobným textovým popisem vzorku.

Obr. 2 představuje uložení mikrofilmu 9 do ochranného pouzdra 6 patrného z obr. 8, kde jsou data přivrácena k průhlednému dnu ochranného pouzdra 6.

Na obr. 3 je znázorněn bezdotykový čip RFID 10 slouží k rychlé identifikaci a získání informací o vzorku, které jsou obsaženy v základní identifikační datové tabulce s označením původu vzorku, DNA profil vzorku, datum a místo odběru apod., které jsou identické s daty v identifikační oblasti mikrofilmu 9.

Obr. 4 představuje tiskový terč 21 s daty zatavený v průhledné fólii 22 a obr. 5 zobrazuje tiskový terč 21 zatavený v průhledné fólii 2 v příčném řezu.

Na obr. 6 je znázorněna dolní část i nosiče DNA vzorku s roztokem 3 purifikované DNA, což ve své podstatě tvoří stabilní DNA vzorek a obr. 7 představuje uzavřený DNA modul 5 s dolní částí 1 nosiče DNA vzorku a horní částí 2 nosiče DNA vzorku a s úložnou komorou 4 DNA vzorku.

Obr. 8 znázorňuje ochranné pouzdro 6 tvořené dolní části 6.1 pouzdra a horní částí 6,2 pouzdra, které jsou natěsno do sebe vzájemně vsunuté a vzájemně po obvodové hraně 6.4 hermeticky utěsněné a v jehož dutině 6.3 je vložen DNA modul 5, který je uložen spodní plochou na tiskovém terči 2L Dolní část 6.1 pouzdra a horní část 6.2 pouzdra jsou vytvořeny z průhledného materiálu a jsou navzájem hermeticky uzavřeny.

-4CZ 304581 B6

Obr. 9 představuje datový modul 7 tvořený vzájemně natěsno spojenou dolní částí 7.1 datového modulu a horní částí 7.2 datového modulu, který obsahuje ve své dutině 7.3 optický nosič 8, nesoucí mikrofilm 29, RFID čip 10 a tiskový terč 2E

Vzhledem k tomu, že tento datový modul 7 podléhá rychlému technickému vývoji a dá se tudíž v budoucnosti předpokládat jeho výměna za techniky dokonalejší typ, je tento datový modul 7 umístěn vně ochranného pouzdra 6 z toho důvodu, aby při jeho případné výměně nebylo nutno porušit hermeticky uzavřené ochranné pouzdro 6. RFID čip 10 je pro možnost vizuální identifikace obsahu opatřen stejným tiskovým terčem, jako je tiskový terč 21 uložený uvnitř ochranného pouzdra 6.

Obr. 10 představuje archivační médium 11 tvořené ochranným pouzdrem 6 obsahujícím DNA modul 5 spojeným s datovým modulem 7 obsahujícím optický nosič 8.

Obr. 11 znázorňuje půdorysný pohled na zásobník 12 DNA vzorků, kde je patrné uspořádání jednotlivých archivačních médií 11.

Průmyslová využitelnost

Využití vynálezu je určeno především pro státní instituce, zejména pro armádu, policii, letectvo, apod., dále pak pro archivaci DNA společně s biometrickými znaky, tvorbu velkých archívů s minimální náročností na prostor při zachování garance kvality a množství uložené DNA, časově neomezené stability vzorku a nezávislosti na energetických zdrojích. Další využití vynálezu je namířeno na zdravotní instituce, kliniky, nemocnice a laboratoře, READY-2B-TESTED, snadné zpětné zpracování v každé DNA laboratoři, garanci kvality a množství uložené DNA, archivaci DNA společně s fotodokumentací a textovou informací. V neposlední řadě je využití vynálezu směřováno k vědeckým institucím, výzkumným ústavům, též pro muzea a historická bádání a řešení umožňuje sdílení informací v elektronické podobě včetně internetových přenosů dat.

Claims (2)

1. Zařízení pro archivaci DNA vzorků, sestávající z ochranného pouzdra (6) vzorku tvořeného dolní částí (6.1) pouzdra vzorku a horní částí (6.2) pouzdra vzorku, které jsou natěsno do sebe vzájemně vsunuté a vzájemně na obvodové hraně (6.4) hermeticky uzavřené a kde do dutiny (6.3) pouzdra vzorkuje vložen DNA modul (5), vyznačující se tím, že k ochrannému pouzdru (6) vzorku je připojen datový modul (7) tvořený vzájemně natěsno spojenou dolní částí (7.1) datového modulu s horní částí (7.2) datového modulu, přičemž v dutině (7.3) datového moduluje obsažen optický nosič (8) tvořený mikrofilmem (9) a RFID čipem (10), přičemž takto spojeným ochranným pouzdrem (6) obsahujícím DNA modul (5) s datovým modulem (7) obsahujícím optický nosič (8) je vytvořeno archivační médium (11).

2. Způsob archivace DNA vzorků, při kterém je ze vzorku biologického materiálu, jako je krev, stěr z dutiny ústní, části tkání, části rostlin nebo mikroorganizmů získána purifikovaná DNA procesem purifikace spočívajícím v degradaci buněčných struktur, degradaci proteinů a vyvázání DNA na silikátovou či podobnou fázi a kdy je DNA po eluci pufrem připravena pro archivaci, vyznačující se tím, že roztok (3) purifikované DNA je přenesen do dolní části (1) nosiče vzorku z inertního materiálu a dále smíchán s chemikáliemi na bázi trehalózy a vysušen ve vakuové odparce po dobu 60 až 120 minut a při teplotě v rozmezí 25 až 35 °C, přičemž je následně přiložena horní část (2) nosiče vzorku, čímž vznikne DNA modul (5) s úložnou komorou (4) vzorku, který se vloží do dutiny (6.3) pouzdra vzorku zařízení podle nároku 1.