RU221186U1 - Картридж для детекции молекул - Google Patents

Abstract

Полезная модель может быть использована в микробиологии, медицине, пищевой промышленности и других отраслях. Картридж для детекции молекул в анализируемом образце содержит закрытый плёночным слоем функциональный слой, в котором образованы последовательно связанные каналами ячейки для раствора, выделенного образца и проведения реакции. Ячейки для раствора выполнены с возможностью внесения в них анализируемого образца извне и выделения молекул. Стенки, формирующие ячейки для раствора и для выделенного образца, выполнены с возможностью деформации и сжатия из условия выдавливания в соответствующий канал содержимого соответствующей ячейки. Каналы, связывающие ячейки, выполнены с возможностью перекрытия потока, а канал, связывающий ячейку для раствора с ячейкой для выделенного образца, снабжён изолирующим клапаном с возможностью удаления последнего. Использование картриджа обеспечивает ускорение процедуры детекции молекул в анализируемом образце при отсутствии необходимости применения какого-либо специального лабораторного оборудования для её осуществления. 4 ил.

Description

Полезная модель может быть использована в микробиологии, медицине, пищевой промышленности и т.п. для диагностики инфекционных заболеваний человека, животных, растений, выявления генетических мутаций, выявления нежелательных примесей в продуктах питания, кормах, выявления ГМО и т.д.

Из уровня техники известно, например, устройство для автоматизированного выделения нуклеиновых кислот по патенту РФ на полезную модель № 84381, состоящее из нескольких конструктивных элементов: основная рабочая платформа, содержащая резервуары с реагентами, каналы, микроколонку и резервуар для сбора отходов реакций, верхняя и нижняя панели (крышки), эластичные прокладки. Материал основной рабочей платформы и верхней и нижней панелей картриджа выбирают из группы полимеров, не сорбирующих нуклеиновые кислоты, включающей оргстекло, полипропилен, поликарбонат. Материал прокладок картриджа выбирают из группы эластичных материалов, не сорбирующих НК, включающей силикон, полиэтилен. Например, в одном из воплощений основная рабочая платформа и верхняя и нижняя панели картриджа сделаны из оргстекла, эластичные прокладки - из силикона и полиэтиленовой плёнки. Элементы картриджа скреплены между собой фиксирующими винтами, расположенными по краям панелей. На верхней панели расположены 16 отверстий для поршней клапанов, отверстие для приёмной камеры образца, 4 отверстия для фиксирующих винтов. Коммутация воздушных и жидкостных потоков в картридже осуществляется 16 клапанами с электрическим управлением. После помещения картриджа в блок управления и срабатывания запорного механизма картридж занимает положение, при котором штоки всех 16 соленоидов оказываются точно над соответствующими запорными головками клапанов картриджа. Перемещение реакционных смесей и реагентов в резервуарах картриджа осуществляется подачей давления в соответствующие резервуары с помощью компрессора по системе каналов, причём перераспределение давления по резервуарам и потоки жидкостей по каналам организованы системой клапанов, выполненных с использованием эластичной прокладки картриджа. Компрессор представляет собой мембранный либо плунжерный насос, способный создавать избыточное давление воздуха до 2 атм.

Недостатком известного и других подобных средств детекции является необходимость обеспечения комплекса дорогостоящего оборудования и квалифицированного персонала, обуславливающего, как следствие, длительность процедуры (стандартное время проведения лабораторного ПЦР-теста, например, составляет не менее двух часов) и невозможность её проведения в бытовых условиях.

Таким образом, задача, решаемая при создании заявленного решения, заключается в разработке компактного, простого в использовании устройства детекции, использование которого не требует от пользователя специальных знаний и/или навыков, при этом технический результат, достигаемый при решении такой задачи, состоит в возможности ускорения процедуры детекции (проведения ПЦР-теста) и получения результата без одновременной необходимости применения какого-либо специального лабораторного оборудования для её осуществления.

Для достижения поставленного технического результата предлагается картридж для детекции молекул в анализируемом образце, содержащий закрытый плёночным слоем функциональный слой, в котором образованы следующие, последовательно связанные каналами, ячеистые объёмы (структуры):

ячеистый объём для раствора;

ячеистый объём для выделенного образца;

ячеистый объем для проведения реакции,

при этом ячеистый объём для раствора выполнен с возможностью внесения в него анализируемого образца из вне и выделения молекул, стенки, формирующие ячеистый объём для раствора и ячеистый объём для выделенного образца, выполнены с возможностью деформации и сжатия из условия выдавливания в соответствующий канал содержимого соответствующего объёма, каналы, связывающие объёмы, выполнены с возможностью перекрытия потока, а канал, связывающий объем для раствора и объем для выделенного образца, снабжён изолирующим клапаном с возможностью удаления последнего.

Ячеистый объём для раствора может быть связан с ячеистым объёмом для выделенного образца через первый дополнительный ячеистый объём для сорбента, при этом канал, связывающий объем с сорбентом с объёмом для выделенного образца, выполнен с разветвлениями, первое из которых связывает объем для сорбента с объёмом для выделенного образца, второе - связывает объем для сорбента со вторым дополнительным ячеистым объёмом для отходов.

Ячеистый объём для проведения реакции и ячеистый объём для отходов могут быть дополнительно связаны с соответствующими отверстиями для выхода воздуха.

Ячеистый объём для проведения реакции может быть дополнительно последовательно связан с буферной ячейкой.

Изолирующий клапан может быть сформирован посредством плёночного слоя, а сам клапан может быть выполнен с возможностью удаления посредством разрыва.

В ячеистом объёме для проведения реакции могут находиться реагенты для проведения ПЦР.

Возможность достижения поставленного результата в заявленной конструкции обусловлена тем, что, по существу, в одном устройстве скомпонованы все необходимые средства для проведения соответствующих тестов - начиная с выделение тотальной ДНК/РНК из биологического образца (см. ячеистые объёмы для раствора и выделенного образца, соответственно), и заканчивая амплификацией и детекцией продуктов выделения (см. ячеистые объёмы для проведения реакции). В свою очередь, выполнение стенок ячеистых объёмов для раствора и выделенного образца, соответственно, с возможностью деформации и сжатия, позволяет пользователю путём простого нажатия на такие объёмы, в том числе, нажатия с использованием соответствующих механических устройств, легко перемещать содержимое соответствующих объёмов в другие структуры картриджа, а наличие разрывных клапанов позволяет предварительно, на стадии заводского изготовления картриджа, разместить в соответствующих объёмах все необходимые реагенты для проведения тестов. Совокупность всего вышесказанного, как следствие, позволяет провести соответствующий тест в бытовых условиях с получением достоверного результата в течении не более тридцати-сорока минут.

На фиг.1 представлен вид в плане на функциональный слой картриджа, при этом, исключительно для удобства восприятия,

на фиг.1а представлен вид, содержащий позиции с 1-17,

на фиг.1б - тот же вид, содержащий позиции 18, 19;

на фиг.2 показана трехмёрная проекция функционального слоя;

на фиг.3 показан вид в плане на плёночный слой;

на фиг.4 - вариант практического и исполнения (в разрезе).

Заявленный картридж предназначен для выделения специфических и неспецифических молекул ДНК и РНК из различных биологических образцов с последующей полимеразной цепной реакцией (ПЦР) для детекции специфических молекул ДНК или РНК. В общем виде картридж представляет собой плоскую многослойную деталь, изготовленную из пластика, состоящую из нескольких слоёв - функционального слоя или слоя с ячейками, плёночного слоя в виде плёнки с термоклеем, плёночного слоя с двусторонним адгезивом (опционально) и слоя основы.

Функциональный слой (слой с ячейками) изготовлен из прозрачного пластика (ПВХ, ПЭТ и другие) толщиной от 0,1 до 0,5 мм методами вакуумной формовки, литья на термопластавтомате, формования нагретыми матрицами и содержит в своём составе все необходимые структуры, обеспечивающие функционирование картриджа, в том числе, со ссылкой на фиг.1:

поз.1-8 - ячеистый объем для проведения реакции или реакционные ячейки;

поз.9-11 - ячеистый объём для раствора или ячейки для растворов;

поз.12 - ячеистый объём (ячейка) для выделенного образца.

Ячейки для растворов служат для хранения и перемещения различных жидкостей, используемых для выделения ДНК/РНК внутри картриджа; объем ячеек может варьировать от 0,2 до 2 мл, при этом их стенки выполнены с возможностью деформация путём нажатия на них с целью уменьшения объёма и соответствующего выдавливания содержимого в каналы для перемещения в другие структуры картриджа. На выходе ячейки снабжены разрываемыми клапанами 17, размещёнными в соответствующих каналах. Клапаны служит для изолирования содержимого ячеек от других структур картриджа.

Количество ячеек для растворов может варьироваться в зависимости от назначения картриджа (от 1 до 5), при этом, независимо от такого назначения, данный ячеистый объем выполнен с возможностью внесения в него снаружи раствора, далее - Раствор, содержащего биологический образец и компоненты для высвобождения ДНК/РНК из клеток человека, растений, животных. Под анализируемыми образцами или Растворами в контексте данной заявки следует понимать кровь, сыворотку/плазму крови, мочу, молоко, смывы с поверхности, смывы с растений, смывы с органов, гомогенат частей растений, гомогенат органов, мазки с буккальным эпителием и т.п. субстанции.

Со ссылкой на фиг.1, в одном из вариантов практического воплощения, в качестве соответствующей ячейки для внесения Раствора служит ячейка для лизирующего раствора 9. После внесения раствора с биологическим образцом ячейка нагревается до заданной температуры и инкубируется в течение заданного времени, а удаление раствора из ячейки осуществляется путём нажатия на неё с разрывом клапана 17 и выхода раствора.

В случае, если соответствующий Раствор содержит магнитные частицы для выделения с их помощью ДНК/РНК, связывание таких частиц происходит в ячеистом объёме или ячейке для сорбента 16 за счёт воздействия магнитного поля от неодимового или любого другого магнита, располагаемого под ней (не показан); ячейка 16 также может служить для размещения в ней стеклянного фильтра для сорбции на его поверхности ДНК/РНК из Раствора; по завершении необходимых процессов остатки из ячейки 16 попадает в ячеистый объёмом для отходов (ячейку) 13, предназначенную для сохранения в ней лизирующего и/или промывочного растворов после их использования. Ячейка 13 может иметь любую форму, однако очевидно, что её объем должен быть не меньше, чем суммарный объем ячеек для лизирующего и промывочного растворов.

В случае необходимости промывки упомянутых магнитных частиц или стеклянного фильтра от различных примесей, ячеистый объём для раствора может содержать соответствующую ячейку 10, предназначенную для хранения соответствующего промывочного раствора, помещаемого в неё в процессе изготовления картриджа. Удаление раствора из ячейки осуществляется путём нажатия на неё, далее, по аналогии выше, происходит разрыв соответствующего клапана 17 и выход раствора из ячейки, который проходит через ячейку 16 и, далее - в ячейку 13.

Для хранения раствора для элюции ДНК/РНК с поверхности магнитных частиц или стеклянного фильтра, ячеистый объём для раствора может содержать соответствующую ячейку 11. Соответствующий элюирующий раствор также помещается в неё в процессе изготовления картриджа. Перед удалением раствора ячейка, в случае необходимости, может быть нагрета до необходимой температуры, а удаление раствора осуществляется по аналогии с удалением раствора из ячейки 10.

Для целей соответствующего перетекания из одного объёма в другой в заданном порядке, каналы, соединяющие между собой различные объёмы (структуры) картриджа, снабжены технологическими сужениями 18, 19, предназначенными для пережимания, в том числе, последовательного пережимания, каналов и управления потоками жидкостей. В сечении каналы могут быть полукруглыми, прямоугольными, иметь ширину и глубину в широком диапазоне.

Перетекание элюирующего раствора после смывания ДНК/РНК с поверхности магнитных частиц или стеклянного фильтра происходит в ячеистый объём или ячейку для выделенного образца 12. Дальнейшее удаление раствора из неё осуществляется по аналогии выше путем нажатия, а раствор заполняет ячеистый объем для проведения реакции.

Ячейки ячеистого объёма для проведения реакции предназначены для непосредственного проведения в них ПЦР. На фиг.1 указанные ячейки обозначены поз.1-8, однако, очевидно, что количество таких ячеек в практических вариантах воплощения картриджа может быть различным, и определяться количеством одновременно выявляемых видов специфических молекул ДНК/РНК. Реакционные ячейки соединены между собой каналами последовательно и/или параллельно. Объем каждой ячейки может составлять от 10 до 300 мкл. Ячейки могут иметь как круглое, овальное, прямоугольное или любое другое сечение. Одна из сторон ячеек может быть плоской в случае снятия флуоресцентного сигнала. В случае снятия колориметрического или турбидиметрического сигналов противоположные стенки реакционной ячейки могут быть плоскими и параллельными друг другу. В реакционных ячейках располагаются реакционные смеси для проведения ПЦР - в жидком, высушенном или лиофилизированном виде. При хранении в жидком виде поверх реакционной смеси наслаивается парафин для предотвращения вытекания жидкости из ячейки. При хранении в высушенном или лиофилизированном виде парафин не используется.

Для запуска реакции в реакционные ячейки 1-8 поступает раствор из ячейки 12, содержащий ДНК/РНК из образца. При использовании высушенной или лиофилизированной реакционной смеси происходит их растворение и последующая ПЦР при нагреве ячеек до целевой температуры. При использовании жидкой реакционной смеси, запечатанной парафином, при нагреве ячеек до целевой температуры происходит расплавление парафина в ячейках, его всплывание и последующее перемешивание раствора с ДНК/РНК и реакционной смеси.

Функциональный слой дополнительно также может быть снабжён технологическими отверстиями 14, предназначенными для выхода воздуха при движении жидкостей по каналам картриджа, а также буферной ячейкой 15, предназначенной для выливания в неё избыточного объёма раствора с выделенной ДНК

Плёночный слой картриджа (фиг.2) представляет собой пластиковую плёнку с нанесённым на одну или обе стороны клеевым слоем, в качестве которого может выступать как обычный адгезив, так и как клей, активируемый давлением или температурой. Задача данного слоя - закрывание всех структур (ячеек) функционального слоя картриджа, однако в теле слоя, над зоной, определяющей расположение ячеистого объёма для раствора, в частности, над ячейкой 9, может быть выполнено технологическое отверстие для внесения анализируемого образца. Толщина слоя может находиться в пределах от 0,02 до 0,5 мм, однако для специалиста очевидно, что толщина, прозрачность, материал и т.п. факторы не являются существенными с точки зрения функциональных характеристик картриджа.

Опциональный плёночный слой с двусторонним адгезивом (толщина плёнки, прозрачность и материал также не определяют функциональных характеристик картриджа) используется в случае применения для изготовления картриджа плёночного слоя с односторонним слоем адгезива. В этом случае задача опционального плёночного слоя сводится к склеиванию функционального и плёночного слоёв со слоем основы - см. ниже. В случае использования, опциональный плёночный слой также снабжён соответствующим технологическим отверстием.

Слой основы представляет собой пластиковую деталь, снабжённую, например, фланцем с резьбой над зоной, определяющей расположение ячеистого объёма для раствора, в частности, над ячейкой 9. Резьба служит для навинчивания герметичной крышки. Сам слой может быть изготовлен на термопластавтомате, при этом материал слоя не влияет на функциональные характеристики картриджа; в частности, может быть использован непрозрачный пластик чёрного цвета. Толщина слоя основы составляет ≥1 мм, а его задача - обеспечение жёсткости всей конструкции. К одной из сторон основы приклеивают все упомянутые выше слоя картриджа в соответствующем порядке, ко второй - этикетку с информацией.

Claims (6)

1. Картридж для детекции молекул в анализируемом образце, содержащий закрытый плёночным слоем функциональный слой, в котором образованы следующие последовательно связанные каналами ячейки: ячейки для раствора; ячейка для выделенного образца; ячейки для проведения реакции, при этом ячейки для раствора выполнены с возможностью внесения в них анализируемого образца извне и выделения молекул, стенки, формирующие ячейки для раствора и ячейку для выделенного образца, выполнены с возможностью деформации и сжатия из условия выдавливания в соответствующий канал содержимого соответствующей ячейки, каналы, связывающие ячейки, выполнены с возможностью перекрытия потока, а канал, связывающий ячейки для раствора и ячейки для выделенного образца, снабжён изолирующим клапаном с возможностью удаления последнего.

2. Картридж по п.1, в котором ячейки для раствора связаны с ячейкой для выделенного образца через первую дополнительную ячейку для сорбента, при этом канал, связывающий ячейку для сорбента с ячейкой для выделенного образца, выполнен с разветвлениями, первое из которых связывает ячейку для сорбента с ячейкой для выделенного образца, второе – связывает ячейку для сорбента со второй дополнительной ячейкой для отходов.

3. Картридж по п.2, в котором ячейки для проведения реакции и ячейка для отходов дополнительно связаны с соответствующими отверстиями для выхода воздуха.

4. Картридж по п.3, в котором ячейки для проведения реакции дополнительно последовательно связаны с буферной ячейкой.

5. Картридж по любому из пп.1-4, в котором изолирующий клапан сформирован посредством плёночного слоя, при этом клапан выполнен с возможностью удаления посредством разрыва.

6. Картридж по любому из пп.1-4, в котором в ячейках для проведения реакции находятся реагенты для проведения ПЦР.