JP2020509379A - マイクロ流体デバイスおよび関連する方法 - Google Patents
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- G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
- G01N35/00029—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor provided with flat sample substrates, e.g. slides
- G01N2035/00099—Characterised by type of test elements
- G01N2035/00158—Elements containing microarrays, i.e. "biochip"
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
- G01N35/10—Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
- G01N2035/1027—General features of the devices
- G01N2035/1034—Transferring microquantities of liquid
Abstract
Description
本出願は、2017年2月28日に出願された「マイクロ流体デバイスおよび関連方法」と題する米国特許出願第62/464,576号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、米国保健福祉省により授与されたHHSO100201400011Cの下で政府の支援を受けてなされた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
方法であって、
少なくとも1つの標的ポリヌクレオチド配列を含む標的核酸を含む試料流体をマイクロ流体デバイスに提供することと、
等温条件下で少なくとも1つの標的ポリヌクレオチド配列を増幅することと、
を含み、
増幅することが、
第1の増幅されたポリヌクレオチド配列を含む第1増幅産物を産生するために、標的ポリヌクレオチド配列に対して第1回目の増幅を実行することと、
第2の増幅されたポリヌクレオチド配列を含む第2増幅産物を産生するために、第1の増幅されたポリヌクレオチド配列に対して第2回目の増幅を実行することであって、第2の増幅されたポリヌクレオチド配列は、第1回目の増幅中に生成される第1の増幅されたポリヌクレオチド配列内に完全に含まれるより小さい配列を含む、第2回目の増幅を実行することと、
を含む、方法
を提供する。
いくつかの実施形態では、方法は、第2増幅産物を検出することをさらに含む。いくつかの実施形態において、第2増幅産物を検出することは、フルオロフォアおよびクエンチャに連結された第1オリゴヌクレオチドで第2増幅産物を標識して、標識された第2産物を産生することと、標識された第2増幅産物からクエンチャを切断することと、フルオロフォアからの信号を光学的に検出することであって、検出可能な信号は第2増幅産物の存在を示す、検出することとを含む。いくつかの実施形態において、クエンチャの切断は、ヌクレアーゼを使用して実施される。いくつかの実施形態において、ヌクレアーゼは二本鎖DNAを標的とする。いくつかの実施形態において、ヌクレアーゼはホルムアミドピリミン−DNAグリコシラーゼである。いくつかの実施形態において、増幅するステップは、第1回目の増幅を実行することを含み、増幅はRPAである。いくつかの実施形態において、増幅するステップは、第2回目の増幅を実行することを含み、増幅はRPAである。いくつかの実施形態において、増幅するステップは、増幅がRPAである第1回目の増幅と、増幅がRPAである第2回目の増幅とを実行することを含む。いくつかの実施形態において、サンプルは、血液、痰、粘液、唾液、涙、または尿である。いくつかの実施形態では、方法は、動物からサンプルを取得するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、サンプルは動物から得られ、動物はヒトである。いくつかの実施形態では、標的核酸は、動物病原体の標的核酸である。一部の実施形態では、動物病原体は、一本鎖DNAウイルス、二本鎖DNAウイルス、または一本鎖RNAウイルスである。いくつかの実施形態では、動物病原体は細菌である。いくつかの実施形態において、標的核酸は、二本鎖DNA、一本鎖DNA、またはRNAである。いくつかの実施形態において、標的核酸は、例えば、ゲノムDNA、プラスミドDNA、ウイルスDNA、ミトコンドリアDNA、cDNA、合成二本鎖DNAまたは合成一本鎖DNAから選択される。いくつかの実施形態において、標的核酸はウイルスDNAまたはウイルスRNAである。いくつかの実施形態において、動物病原体は、インフルエンザAウイルス、インフルエンザBウイルス、または呼吸器合胞体ウイルス(RSV)である。いくつかの実施形態において、標的核酸は、2つの標的ポリヌクレオチド配列を含む。いくつかの実施形態において、標的核酸は、3つの標的ポリヌクレオチド配列を含む。いくつかの実施形態において、方法は、サンプルをマイクロ流体デバイスに提供するステップの前に、サンプルをRPA試薬と混合するステップをさらに含む。いくつかの実施形態において、第2増幅産物は、試料をマイクロ流体デバイスに提供するステップの後、約30分未満、約15分未満、約10分未満、または約5分未満で検出される。いくつかの実施形態では、第2増幅産物はリアルタイムで検出される。いくつかの実施形態において、方法は、増幅の前に試料を溶解するステップをさらに含む。いくつかの実施形態において、溶解するステップは、試料を溶解剤と組み合わせるステップを含む。いくつかの実施形態において、溶解剤は酵素である。いくつかの実施形態において、溶解するステップは機械的手段を含む。いくつかの実施形態において、溶解するステップは、試料を加熱することを含む。
方法であって、
少なくとも1つの標的ポリヌクレオチド配列を含む標的核酸を含む試料をマイクロ流体デバイスに提供することと、
少なくとも1つの標的ポリヌクレオチド配列を増幅することと、を含み、増幅することは、第1の増幅されたポリヌクレオチド配列を含む第1増幅産物を産生するために、標的ポリヌクレオチド配列に対して第1回目の増幅を実行することと、
追加の増幅産物を形成するために、第1の増幅されたポリヌクレオチド配列に対して1回または複数回の追加の連続した増幅を実行することであって、各連続したn+1回目の増幅からの増幅産物は、前回のn回目の間に生成された増幅されたポリヌクレオチド配列内に完全に含まれるより小さい配列である増幅されたポリヌクレオチド配列を含む、追加の連続した増幅を実行することと、
最終増幅産物を産生するために、最後から2番目に増幅されたポリヌクレオチド配列に対して最終回の増幅を実行することと、
最終増幅産物を検出することと、
を含む、方法
を提供する。
フルオロフォアとクエンチャに結合した第一のオリゴヌクレオチドで第2増幅産物を標識して標識された第2産物を生成することと、
標識された第2増幅産物からクエンチャを切断することと、
フルオロフォアからの信号(例えば、第2増幅産物の存在を示す)を光学的に検出することと、を含む。
いくつかの実施形態では、消光剤はヌクレアーゼを使用して切断される。いくつかの実施形態では、ヌクレアーゼは二本鎖DNAを標的とする。いくつかの実施形態では、ヌクレアーゼはホルムアミドピリミン−DNAグリコシラーゼである。検出は、約3分〜約10分(例えば、約4分)の期間にわたって、約5秒〜約20秒(例えば、約15秒)ごとに第2反応室150に沿って蓋106およびカートリッジ108に隣接するリーダを使用して実行され得る。
Claims (88)
- マイクロ流体デバイスであって、
試料を受け取るように構成された入口ポートと、
入口ポートに流体的に結合された第1反応室と、
入口ポートに流体的に結合された第1ポンプと、
混合室に流体的に結合された第2ポンプと、
第1反応室および混合室に流体的に結合された計量チャネルと、
混合室に流体的に結合された1つまたは複数の第2反応室と
を備え、
第1ポンプは、流体を、入口ポートから第1反応室におよび第1ポンプから入口ポートに、移動させるように構成されており、
第2ポンプは、流体を、第2ポンプから混合室に第1反応室から混合室におよび混合室から1つまたは複数の第2反応室に、移動させるように構成されている、
マイクロ流体デバイス。 - マイクロ流体デバイス内の流体圧力を調節するように構成された廃棄物リザーバをさらに備えている、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 第1反応室が、第1の増幅試薬セットを含む、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 第1の増幅試薬セットが、リコンビナーゼポリメラーゼ増幅(RPA)試薬を含む、請求項3に記載のマイクロ流体デバイス。
- RPA試薬が、凍結乾燥されている、請求項4に記載のマイクロ流体デバイス。
- 第1反応室が、触媒試薬をさらに含む、請求項3に記載のマイクロ流体デバイス。
- 触媒試薬が、マグネシウムを含む、請求項6に記載のマイクロ流体デバイス。
- 第1の増幅試薬セットが、オリゴマーを含む、請求項3に記載のマイクロ流体デバイス。
- 混合室が、第2の増幅試薬セットを含む、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 第2の増幅試薬セットが、RPA試薬を含む、請求項9に記載のマイクロ流体デバイス。
- RPA試薬が、凍結乾燥されている、請求項10に記載のマイクロ流体デバイス。
- 第2の増幅試薬セットが、オリゴマーを含む、請求項9に記載のマイクロ流体デバイス。
- 1つまたは複数の第2反応室が、それぞれ第2の増幅試薬セットを含む、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 第2の増幅試薬セットが、RPA試薬を含む、請求項13に記載のマイクロ流体デバイス。
- RPA試薬が、凍結乾燥されている、請求項13に記載のマイクロ流体デバイス。
- 第2の増幅試薬セットが、オリゴマーを含む、請求項13に記載のマイクロ流体デバイス。
- 第1ポンプが、第1緩衝液を含む、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 第1ポンプが、第1緩衝液および溶解剤を含む、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 第2ポンプが、第2緩衝液を含む、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 第2ポンプが、第2緩衝液および溶解剤を含む、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 第1ポンプが、触媒試薬を含む、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 第2ポンプが、触媒試薬を含む、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 触媒試薬が、マグネシウムを含む、請求項21または請求項22に記載のマイクロ流体デバイス。
- 1つまたは複数の第2反応室の各々が、検出室である、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 各々の検出室の一部が、光学的に透明である、請求項24に記載のマイクロ流体デバイス。
- 第1反応室が、加熱ユニットに結合されるように構成されている、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 入口ポートが、加熱ユニットに結合されるように構成されている、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 第1反応室が、混合手段を備えるか、または混合手段に結合されている、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 混合室が、混合手段を含むか、または混合手段に連結されている、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 1つまたは複数の第2反応室が、それぞれ混合手段を備えるか、または混合手段に結合されている、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 混合手段が、磁石である、請求項28、請求項29、または請求項30に記載のマイクロ流体デバイス。
- 混合手段が、音響ストリーミングによって動作する、請求項30に記載のマイクロ流体デバイス。
- 入口ポートが、試料を含み、第1ポンプが、第1緩衝液を含み、第1ポンプが、第1緩衝液を第1ポンプから入口ポートに送って試料および第1緩衝液を含む希釈試料を生成するように構成されている、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 第1反応室が、第1の増幅試薬セットを含み、第1ポンプが、希釈試料の一部を入口ポートから第1反応室に提供して、希釈試料と第1の増幅試薬セットとを含む第1反応混合物を生成するように構成されている、請求項33に記載のマイクロ流体デバイス。
- 第2ポンプが、計量チャネルを介して、第1反応室から混合室に第1反応混合物の一部を提供するように構成されている、請求項34に記載のマイクロ流体デバイス。
- 第2ポンプが、第2緩衝液を含み、第2ポンプが、計量チャネルを介して第2ポンプから混合室に第2緩衝液を送るように構成されており、第2緩衝液は第1反応混合物の一部と結合して、希釈された第1反応混合物を生成する、請求項35に記載のマイクロ流体デバイス。
- 1つまたは複数の第2反応室が、それぞれ第2の増幅試薬セットを含み、第2ポンプが、混合室から1つまたは複数の第2反応室のそれぞれに、希釈された第1反応混合物の一部を送って希釈された第1反応混合物および第2の増幅試薬セットを含む第2反応混合物を生成するように構成されている、請求項36に記載のマイクロ流体デバイス。
- 第2の増幅試薬セットが、オリゴマーを含む、請求項37に記載のマイクロ流体デバイス。
- 混合室が、第2の増幅試薬セットを含み、第2試薬室が、第2緩衝液を含み、第2ポンプが、第2試薬室から計量チャネルを介して混合室に第2緩衝液を送るよう構成され、第2緩衝液が、第1反応混合物の一部および第2の増幅試薬セットと結合して第2反応混合物を生成する、請求項35に記載のマイクロ流体デバイス。
- 第2ポンプが、第2反応混合物の一部を1つまたは複数の第2反応室のそれぞれに送るように構成されている、請求項39に記載のマイクロ流体デバイス。
- 1つまたは複数の第2反応室の各々がオリゴマーを含む、請求項40に記載のマイクロ流体デバイス。
- マイクロ流体デバイスが、2つ、3つ、4つ、5つ、6つ、7つ、または8つの第2反応室を備えている、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 一連のバルブをさらに備えている、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 試料を処理するとともに試料をマイクロ流体デバイスに送るように構成されたリーダにマイクロ流体デバイスを接続するための位置合わせ穴をさらに備えている、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 接続ポートがリーダと係止可能に係合するように構成されている、請求項44に記載のマイクロ流体デバイス。
- マイクロ流体デバイスが使い捨てカートリッジである、請求項41に記載のマイクロ流体デバイス。
- 第1ポンプおよび第2ポンプがシリンジポンプである、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 入口ポートがキャップを含む、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- キャップが、ガスケットシールリブを含むガスケットを含む、請求項48に記載のマイクロ流体デバイス。
- キャップが、キャップを開位置に固定するための戻り止め機能を備えている、請求項48に記載のマイクロ流体デバイス。
- 請求項1に記載のマイクロ流体デバイスを受け取るように構成されたリーダであって、1つまたは複数の第2反応室内の第2反応産物の存在を検出するように構成された検出器を備えているリーダ。
- マイクロ流体デバイスまたはリーダが、キャップの閉鎖またはキャップの漏れを検出するように構成されたキャップ位置検出コンポーネントを備えている、請求項51に記載のリーダ。
- キャップ位置検出コンポーネントが、光学キャップ閉鎖センサおよび圧力センサからなる群から選択される1つまたは複数のコンポーネントを備えている、請求項52に記載のリーダ。
- 光学式キャップ閉鎖センサが、キャップが閉じた密封位置にあるときに遮断される光ビームを含む、請求項53に記載のリーダ。
- 圧力センサが、キャップの圧力に耐える能力を評価する、請求項54に記載のリーダ。
- 圧力が、デバイスのポンプを使用して生成される、請求項55に記載のリーダ。
- 所定の範囲外の圧力が、密閉されていないキャップを示す、請求項55に記載のリーダ。
- キャップが密閉されていると識別されない場合、リーダまたはマイクロ流体デバイスの動作を停止するように構成されている、請求項52に記載のリーダ。
- 方法であって、
少なくとも1つの標的ポリヌクレオチド配列を含む標的核酸を含む試料流体をマイクロ流体デバイスに提供することと、
等温条件下で少なくとも1つの標的ポリヌクレオチド配列を増幅することと、を含み、増幅することが、
第1の増幅されたポリヌクレオチド配列を含む第1増幅産物を産生するために、標的ポリヌクレオチド配列に対して第1回目の増幅を実行することと、
第2の増幅されたポリヌクレオチド配列を含む第2増幅産物を産生するために、第1の増幅されたポリヌクレオチド配列に対して第2回目の増幅を実行することであって、第2の増幅されたポリヌクレオチド配列は、第1回目の増幅中に生成される第1の増幅されたポリヌクレオチド配列内に完全に含まれるより小さい配列を含む、第2回目の増幅を実行することと、
を含む、方法。 - 第2増幅産物を検出することをさらに含む、請求項59に記載の方法。
- 第2増幅産物を検出することが、
標識された第2産物を産生するために、フルオロフォアおよびクエンチャに連結された第1オリゴヌクレオチドで第2増幅産物を標識することと、
標識された第2増幅産物からクエンチャを切断することと、
フルオロフォアからの信号を光学的に検出することであって、検出可能な信号は第2増幅産物の存在を示す、検出することと
を含む、請求項59に記載の方法。 - クエンチャの切断が、ヌクレアーゼを使用して行われる、請求項61に記載の方法。
- ヌクレアーゼが、二本鎖DNAを標的とする、請求項61に記載の方法。
- ヌクレアーゼが、ホルムアミドピリミン−DNAグリコシラーゼである、請求項61に記載の方法。
- 増幅するステップが、第1回目の増幅を実行することを含み、増幅はRPAである、請求項59に記載の方法。
- 増幅するステップが、第2回目の増幅を実行することを含み、増幅はRPAである、請求項59に記載の方法。
- 増幅するステップが、増幅がRPAである第1回目の増幅と、増幅がRPAである第2回目の増幅とを実行することを含む、請求項59に記載の方法。
- 試料が、血液、痰、粘液、唾液、涙、または尿である、請求項59に記載の方法。
- 試料を動物から取得するステップをさらに含む、請求項59に記載の方法。
- 試料が、動物から得られ、動物はヒトである、請求項69に記載の方法。
- 標的核酸が、動物病原体の標的核酸である、請求項59に記載の方法。
- 動物病原体が、一本鎖DNAウイルス、二本鎖DNAウイルス、または一本鎖RNAウイルスである、請求項71に記載の方法。
- 動物病原体が細菌である、請求項71に記載の方法。
- 標的核酸が、二本鎖DNA、一本鎖DNA、またはRNAである、請求項59に記載の方法。
- 標的核酸が、ゲノムDNA、プラスミドDNA、ウイルスDNA、ミトコンドリアDNA、cDNA、合成二本鎖DNAおよび合成一本鎖DNAからなる群より選択される、請求項59に記載の方法。
- 標的核酸が、ウイルスDNAまたはウイルスRNAである、請求項59に記載の方法。
- 動物病原体が、インフルエンザAウイルス、インフルエンザBウイルス、または呼吸器合胞体ウイルス(RSV)である、請求項71に記載の方法。
- 標的核酸が、2つの標的ポリヌクレオチド配列を含む、請求項59に記載の方法。
- 標的核酸が、3つの標的ポリヌクレオチド配列を含む、請求項59に記載の方法。
- 試料をマイクロ流体デバイスに提供するステップの前に、試料をRPA試薬と混合するステップをさらに含む、請求項59に記載の方法。
- 第2増幅産物が、マイクロ流体デバイスに試料を提供するステップの後、約30分未満、約15分未満、約10分未満、または約5分未満で検出される、請求項59に記載の方法。
- 第2の増幅産物が、リアルタイムで検出される、請求項81に記載の方法。
- 増幅の前に試料を溶解するステップをさらに含む、請求項59に記載の方法。
- 溶解するステップが、試料を溶解剤と結合させるステップを含む、請求項83に記載の方法。
- 溶解剤が、酵素である、請求項84に記載の方法。
- 溶解するステップが、機械的手段を含む、請求項83に記載の方法。
- 溶解するステップが、試料を加熱することを含む、請求項83に記載の方法。
- 方法であって、
少なくとも1つの標的ポリヌクレオチド配列を含む標的核酸を含む試料をマイクロ流体デバイスに提供することと、
少なくとも1つの標的ポリヌクレオチド配列を増幅することと、を含み、
増幅することが、
第1の増幅されたポリヌクレオチド配列を含む第1増幅産物を産生するために、標的ポリヌクレオチド配列に対して第1回目の増幅を実行することと、
追加の増幅産物を形成するために、第1の増幅されたポリヌクレオチド配列に対して1回または複数回の追加の連続した増幅を実行することであって、各連続したn+1回目の増幅からの増幅産物は、前回のn回目の間に生成された増幅されたポリヌクレオチド配列内に完全に含まれるより小さい配列である増幅されたポリヌクレオチド配列を含む、追加の連続した増幅を実行することと、
最終増幅産物を産生するために、最後から2番目に増幅されたポリヌクレオチド配列に対して最終回の増幅を実行することと、
最終増幅産物を検出することと、
を含む、方法。
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