RU2366717C2 - Multiple use device for nucleic acids hybridisation and application thereof - Google Patents

Multiple use device for nucleic acids hybridisation and application thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2366717C2
RU2366717C2 RU2007106800/13A RU2007106800A RU2366717C2 RU 2366717 C2 RU2366717 C2 RU 2366717C2 RU 2007106800/13 A RU2007106800/13 A RU 2007106800/13A RU 2007106800 A RU2007106800 A RU 2007106800A RU 2366717 C2 RU2366717 C2 RU 2366717C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
compartment
sample
carrier
target
stranded
Prior art date
Application number
RU2007106800/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007106800A (en
Inventor
Гафур Абдулхаевич Зайниев (RU)
Гафур Абдулхаевич Зайниев
Инлик Жумажановна Зайниева (RU)
Инлик Жумажановна Зайниева
Original Assignee
Гафур Абдулхаевич Зайниев
Инлик Жумажановна Зайниева
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Гафур Абдулхаевич Зайниев, Инлик Жумажановна Зайниева filed Critical Гафур Абдулхаевич Зайниев
Priority to RU2007106800/13A priority Critical patent/RU2366717C2/en
Publication of RU2007106800A publication Critical patent/RU2007106800A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2366717C2 publication Critical patent/RU2366717C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention can be used for regeneration of multiple use devices intended for hybridisation of NA, biochips and DNA-chips. The claimed device contains compartment for single-stranded NA consisting of repeating nucleotide sequence being able to join the single-stranded NA-test with formation of double-stranded structure - NA-carrier; compartment for NA-target; NA-carrier confined in NA-carrier compartment containing the liquid contacting with liquid situated in compartment for NA-targets; membrane permeable for single-stranded NA-tests and impermeable for NA-carriers and NA-targets with said membrane separating NA-carrier and NA-targets compartments; device suitable for moving of said NA-tests from said compartment for NA-carrier to said compartment for NA-targets and back.
EFFECT: simplifying and cheapening of work with DNA-test specific for determined genes.
21 cl, 13 dwg

Description

Изобретение относится к процессам и аппаратам для сепарации, изоляции или обнаружения нуклеиновых кислот и в особенности имеет отношение к процессам и аппаратам, пригодным для регенерации устройств многоразового использования для гибридизации нуклеиновых кислот, далее биочипов или ДНК-чипов.The invention relates to processes and devices for the separation, isolation or detection of nucleic acids, and in particular relates to processes and devices suitable for the regeneration of reusable devices for hybridization of nucleic acids, hereinafter biochips or DNA chips.

Гибридизационные ДНК-чипы представляют собой твердый носитель, например стекло, полимерный материал, кремний, на поверхности которого упорядоченно расположены зоны, в каждой из которых иммобилизовано множество копий определенных последовательностей ДНК.Hybridization DNA chips are a solid carrier, for example glass, polymeric material, silicon, on the surface of which zones are arranged in an orderly manner, in each of which many copies of certain DNA sequences are immobilized.

Наиболее важной особенностью технологии ДНК-чипов или биочипов с точки зрения практической пользы является возможность анализа большого количества молекул ДНК или РНК в смеси на наличие уникальных последовательностей.The most important feature of the technology of DNA chips or biochips from the point of view of practical use is the ability to analyze a large number of DNA or RNA molecules in a mixture for the presence of unique sequences.

Современное развитие техники биочипов позволяет определять, какие гены работают в данной клетке на какой-либо стадии развития, а какие находятся в неактивном состоянии. Например, с помощью экспрессионных микрочипов установлены гены, принимающие участие в регуляции цикла деления клеток дрожжей, а также процессов метаболизма в бактерии Escherichia coli.The modern development of biochip technology allows us to determine which genes work in a given cell at any stage of development and which are in an inactive state. For example, using expression microchips, genes were established that are involved in the regulation of the yeast cell division cycle, as well as metabolic processes in Escherichia coli bacteria.

В разработанных экспрессионных микрочипах используют иммобилизованную ДНК двух типов: во-первых, относительно короткие ген-специфичные фрагменты ДНК длиной 20-25 нуклеотидов, например, олигонуклеотидные микрочипы фирмы Affymetrix; во-вторых, крупные фрагменты кодирующей ДНК длиной 300-500 нуклеотидов, получаемые в результате клонирования, ПЦР (полимеразная цепная реакция) - амплификации и очистки ДНК.The developed expression microchips use two types of immobilized DNA: first, relatively short gene-specific DNA fragments with a length of 20-25 nucleotides, for example, Affymetrix oligonucleotide microchips; secondly, large fragments of coding DNA with a length of 300-500 nucleotides obtained by cloning, PCR (polymerase chain reaction) - amplification and DNA purification.

При использовании ДНК-чипов можно одновременно следить за изменением десятков тысяч генов в процессе развития клеток и тканей при различных физиологических и патологических ситуациях, при воздействии терапевтических средств и токсинов. Выявление четких маркеров патологии на уровне экспрессии генов и разработка диагностических ДНК-чипов - одна из приоритетнейших задач медико-биологических исследований. Работа над ней может способствовать решению ряда важнейших проблем здравоохранения.When using DNA chips, you can simultaneously monitor the change in tens of thousands of genes during the development of cells and tissues in various physiological and pathological situations, under the influence of therapeutic agents and toxins. The identification of clear pathology markers at the level of gene expression and the development of diagnostic DNA chips is one of the top-priority tasks of biomedical research. Work on it can contribute to solving a number of critical health problems.

К сожалению, дороговизна и сложность затрудняют использование этой техники.Unfortunately, the high cost and complexity make it difficult to use this technique.

Изобретение решает задачу разработки простых, недорогих и более доступных методов работы с ДНК-пробами, характеризующими определенные гены, чем работа с современными ДНК-микрочипами.The invention solves the problem of developing simple, inexpensive and more affordable methods of working with DNA samples characterizing certain genes than working with modern DNA microarrays.

Предложен процесс идентифицикации нуклеиновой кислоты (НК), комплементарной другой НК. Процесс включает гибридизацию НК-пробы с носителем НК-пробы для того, чтобы сформировать единый комплекс НК-пробы с носителем НК-пробы.A process for the identification of nucleic acid (NK) complementary to another NK is proposed. The process involves hybridization of the NK sample with the NK sample carrier in order to form a single complex of the NK sample with the NK sample carrier.

Указанный комплекс помещают в компартмент (отсек, камеру), ограниченный с одной стороны перегородкой, выполненной из материала, проницаемого для НК-пробы и непроницаемого для указанного носителя НК-пробы и указанного комплекса.The specified complex is placed in a compartment (compartment, chamber), bounded on one side by a partition made of a material permeable to the NK sample and impermeable to the specified carrier NK sample and the specified complex.

Затем указанный комплекс денатурируют и НК-пробу транспортируют сквозь перегородку и приводят в контакт с НК-мишенью. В условиях гибридизации НК-проба гибридизуется с комплементарной НК-мишенью, в результате чего получается двунитчатый комплекс НК-проба - НК-мишень. НК-пробы, которые некомплементарны НК-мишени и по этой причине с ней не связаны, возвращают обратно в исходный компартмент, где обеспечивают условия, в которых указанные НК-пробы гибридизуются обратно на носитель НК-пробы.Then this complex is denatured and the NK sample is transported through the septum and brought into contact with the NK target. Under hybridization conditions, an NK sample hybridizes with a complementary NK target, resulting in a double-stranded complex NK sample - NK target. NK samples that are not complementary to the NK target and, for this reason, are not associated with it, are returned back to the original compartment, where they provide the conditions under which these NK samples hybridize back to the carrier of the NK sample.

Обнаружение комплексов НК-пробы как с НК-мишенью, так и с носителем НК-пробы используют для того, чтобы определить комплементарность НК-пробы к НК-мишени.Detection of complexes of an NK sample with both an NK target and a carrier of an NK sample is used to determine the complementarity of an NK sample to an NK target.

Предложенный НК-гибридизационный чип (устройство) многоразового использования содержит канал. Указанный канал имеет компартмент, в котором находится носитель НК-пробы. Канал обеспечивает контакт жидкостей, которые находятся в отсеке для НК-мишени и в отсеке для носителя НК-пробы. Указанные отсеки отделены от канала перегородками, проницаемыми для НК-пробы и непроницаемыми для НК-мишени и носителя НК-пробы. Носитель НК-пробы не может выйти за пределы компартмента, в котором он находится.The proposed NK-hybridization chip (device) reusable contains a channel. The specified channel has a compartment in which the carrier of the NK-sample is located. The channel provides contact between liquids that are in the compartment for the NK target and in the compartment for the carrier of the NK sample. These compartments are separated from the channel by partitions permeable to the NK sample and impermeable to the NK target and the carrier of the NK sample. The carrier of the NK test cannot go beyond the compartment in which it is located.

Устройство избирательно перемещает однонитчатую НК-пробу между указанными компартментами, содержащими НК-мишень и носитель НК-пробы.The device selectively moves a single-stranded NK sample between the indicated compartments containing the NK target and the NK sample carrier.

Предложен также процесс копирования описанных в данном изобретении гибридизационных НК-чипов многоразового использования. Внутри камеры, заполненной гелем и содержащей, по крайней мере, один электрод для электрофореза, создают множество копий молекулы НК. После этого камеру контактируют с другой подобной камерой, содержащей, как минимум, один электрод. Прикладывая электрическое поле, обеспечивают переход части копий НК из указанной первой камеры в указанную вторую камеру. После разделения камер получают две камеры, содержащие копии НК. Изобретение позволяет таким образом одновременно копировать множество изолированных друг от друга камер.A process has also been proposed for copying the reusable hybridization NK chips described in this invention. Inside the chamber, filled with a gel and containing at least one electrode for electrophoresis, many copies of the NA molecule are created. After that, the chamber is contacted with another similar chamber containing at least one electrode. Applying an electric field, provide the transition of some copies of NK from the specified first camera to the specified second camera. After separation of the chambers, two chambers are obtained containing copies of the NC. The invention thus allows to simultaneously copy multiple isolated from each other cameras.

Сущность изобретения далее детализирована с помощью следующих чертежей, которые иллюстрируют конкретные варианты воплощений настоящего изобретения. Они не предназначены для того, чтобы ограничить изобретение, описанное выше, а скорее обеспечить иллюстрацию по существу заявляемых пунктов формулы изобретения.The invention is further detailed using the following drawings, which illustrate specific embodiments of the present invention. They are not intended to limit the invention described above, but rather to provide an illustration of the merits of the claimed claims.

Краткое описание.Short description.

Фиг.1(a)-(p) - схематически и по шагам показывают последовательность работы предложенных НК-чипов с подвижными НК-пробами;Figure 1 (a) - (p) - schematically and in steps show the sequence of operation of the proposed NK chips with mobile NK samples;

Фиг.2 - схематически изображает многоканальный НК-чип, предложенный в настоящем изобретении;Figure 2 - schematically depicts a multi-channel NK chip proposed in the present invention;

Фиг.3(a)-(d) - схематически показывают в поперечном сечении различные варианты воплощения НК-чипа, содержащего множество электрофоретических камер, предложенные в настоящем изобретении;Figure 3 (a) - (d) - schematically show in cross section various embodiments of an NK chip containing a plurality of electrophoretic cameras, proposed in the present invention;

Фиг.4 - показывает схематически ряд камер с разводкой проводов, обеспечивающих электрический контакт с каждой парой электродов;Figure 4 - shows schematically a series of cameras with wiring, providing electrical contact with each pair of electrodes;

Фиг.5 - представляет собой разнесенный вид комбинации пластин, которые в совокупности формируют НК-чип, содержащий такие электрофоретические камеры, как показанные на Фиг.4;Figure 5 is an exploded view of a combination of plates that together form an NK chip containing electrophoretic cameras such as those shown in Figure 4;

Фиг.6(a)-(d) - схематически показывают последовательные шаги процедуры копирования НК-чипов, в результате которой происходит перемещение молекул нуклеиновой кислоты из исходного НК-чипа в его копию;6 (a) - (d) - schematically show the successive steps of the procedure for copying NK chips, as a result of which the nucleic acid molecules are transferred from the original NK chip to its copy;

Фиг.7(a)-(r) - схематически показывают последовательные шаги диагностики с использованием такого электрофоретического варианта НК-чипа, предложенного в настоящем изобретении, в котором камеры, содержащие как НК-носители НК-пробы, так и камеры, содержащие НК-мишени, частично или полностью заполнены гелем.7 (a) - (r) - schematically show sequential diagnostic steps using such an electrophoretic variant of an NK chip proposed in the present invention, in which cameras containing both NK carriers of an NK sample and cameras containing NK- the target is partially or completely filled with gel.

Детальное описание предпочтительных вариантов изобретения.Detailed Description of Preferred Embodiments

Существующие НК-чипы можно подразделить на следующие два вида. ДНК-чипы, на поверхности которых ДНК-пробы организованы в виде пятен. Внутри каждого такого пятна однонитчатые ДНК молекулы иммобилизованы одним концом на поверхности НК-чипа. Второй тип НК-чипов это олигонуклеотидные чипы, на поверхности которых иммобилизованы относительно короткие олигонуклеотиды.Existing NK chips can be divided into the following two types. DNA chips, on the surface of which DNA samples are organized in the form of spots. Within each such spot, single-stranded DNA molecules are immobilized at one end on the surface of an NK chip. The second type of NK chips are oligonucleotide chips, on the surface of which relatively short oligonucleotides are immobilized.

Оба типа НК-чипов используют так, что НК-мишень гибридизуют с НК-пробой непосредственно на поверхности НК-чипа. С точки зрения функциональной роли молекул НК, вовлеченных в процедуру диагностики, современные методы используют только два типа молекул нуклеиновой кислоты: НК-пробы и НК-мишени.Both types of NK chips are used so that the NK target is hybridized with the NK probe directly on the surface of the NK chip. From the point of view of the functional role of NK molecules involved in the diagnostic procedure, modern methods use only two types of nucleic acid molecules: NK samples and NK targets.

Настоящее изобретение вводит третий тип молекулы нуклеиновой кислоты, а именно такой носитель однонитчатой НК-пробы, что при соответствующих условиях НК-носитель и НК-проба способны образовать полностью комплементарную двунитчатую нуклеиновую кислоту.The present invention introduces a third type of nucleic acid molecule, namely, a single-stranded NK sample carrier such that, under appropriate conditions, the NK carrier and NK sample are capable of forming a fully complementary double-stranded nucleic acid.

Изобретение использует НК-носитель НК-пробы и тем самым позволяет НК-пробам в определенных условиях существовать в виде свободных молекул в растворе. Одновременно с этим использование НК-носителя НК-пробы позволяет использовать НК-мишени не только в виде свободных молекул в растворе, как это необходимо в существующих методах, но и в виде молекул, иммобилизованных на поверхности или находящихся внутри пористой среды, например в геле, в которую свободные молекулы НК-проб могут легко проникнуть.The invention uses an NK carrier of NK samples and thereby allows NK samples to exist under certain conditions in the form of free molecules in solution. At the same time, the use of an NK carrier of an NK sample allows the use of NK targets not only in the form of free molecules in solution, as is necessary in existing methods, but also in the form of molecules immobilized on the surface or inside a porous medium, for example, in a gel, into which free molecules of NK samples can easily penetrate.

В результате настоящее изобретение позволяет упростить методы использования и изготовления таких НК-чипов, разработать разнообразные простые варианты управления ими и разработать как одноразовые устройства, так и НК-чипы для многоразового использования.As a result, the present invention allows to simplify the methods of use and manufacture of such NK chips, to develop a variety of simple options for managing them and to develop both disposable devices and NK chips for reusable use.

В соответствии с изобретением можно приготовить комплекс НК-носитель с НК-пробой следующим образом. Вначале изготовить длинную двунитчатую молекулу НК, которая имеет повторенную первичную структуру. В этой структуре повторяющейся единицей в одной из нитей является структура НК-пробы, ограниченная последовательностями-сигналами, которые опознает какая-либо однонитчатая рестриктаза таким образом, что после обработки этой рестриктазой в этих местах появятся однонитчатые разрезы. В результате указанная двунитчатая молекула НК превратится в одну длинную однонитчатую НК, к которой последовательно присоединено множество НК-проб.In accordance with the invention, it is possible to prepare a complex of an NK carrier with an NK sample as follows. First, make a long double-stranded NA molecule, which has a repeated primary structure. In this structure, the repeating unit in one of the strands is the structure of the NK sample, limited by sequences of signals that any single-stranded restrictase is recognized in such a way that after processing with this restrictase, single-stranded cuts will appear in these places. As a result, this double-stranded NK molecule will turn into one long single-stranded NK, to which many NK samples are sequentially attached.

Предлагаемые НК-носители обладают способностью специфически и обратимо связывать НК-пробы. В составе НК-чипов (устройств) такие НК-носители НК-проб могут быть локализованы на поверхности или в ограниченном объеме.The proposed NK carriers have the ability to specifically and reversibly bind NK samples. As part of NK chips (devices), such NK carriers of NK samples can be localized on the surface or in a limited volume.

Структура предлагаемых НК-носителей НК-проб позволяет использовать следующий метод получения НК-проб. Однонитчатая НК-проба способна присоединять к себе с образованием двунитчатой структуры только комплементарные последовательности НК. Поэтому в случае обработки такого НК-носителя раствором смеси статистически приготовленных олигонуклеотидов (например, имеющих длину от 5 до 50 оснований), только комплементарные последовательности гибридизуются с НК-носителем и образуют комплекс НК-носителя с НК-пробой.The structure of the proposed NK-carriers of NK-samples allows you to use the following method of obtaining NK-samples. A single-stranded NK sample is able to attach only complementary NK sequences to itself with the formation of a double-stranded structure. Therefore, in the case of processing such an NK carrier with a solution of a mixture of statistically prepared oligonucleotides (for example, having a length of 5 to 50 bases), only complementary sequences hybridize with the NK carrier and form a complex of the NK carrier with an NK probe.

Использованный в изобретении термин "носитель НК-пробы" определен как некое вещество, которое способно специфически и обратимо связываться с НК-пробой и, в частности, включает в себя комплементарные НК-пробе однонитчатые нуклеиновые кислоты, другие органические молекулы и пористые структуры. В настоящем изобретении такой носитель рассматривается как комплексный носитель, который может быть использован как свободные молекулы в растворе, иммобилизованные молекулы и пористые структуры.As used herein, the term “NK probe carrier” is defined as a substance that can specifically and reversibly bind to an NK probe and, in particular, includes single-stranded nucleic acids, other organic molecules and porous structures complementary to the NK probe. In the present invention, such a carrier is considered as a complex carrier, which can be used as free molecules in solution, immobilized molecules and porous structures.

Разнообразие молекул другой природы, нежели нуклеиновая кислота, способных присодиняться к НК-носителю НК-проб в соответствии с настоящим изобретением, практически неограничено. Эти молекулы могут нести в своем составе такие группы, которые обеспечивают такие функции, как специфическое опознавание и связывание с различными субстратами и НК-пробами, спектроскопически активные метки и их комбинации.The variety of molecules of a different nature than nucleic acid, capable of attaching to the NK carrier of NK samples in accordance with the present invention, is practically unlimited. These molecules can carry groups that provide functions such as specific recognition and binding to various substrates and NK samples, spectroscopically active labels, and combinations thereof.

Расположение носителей НК-пробы не только на плоскости, но и в пространстве предоставляет новые возможности как изготовления, так и функционирования предлагаемых ПК-чипов (устройств).The location of the NK-sample carriers not only on the plane, but also in space provides new opportunities for both manufacturing and functioning of the proposed PC chips (devices).

Например, НК-носители могут быть последовательно соединены конец в конец, образуя длинную нитевидную структуру, в которой многократно повторены одинаковые НК-носители или заранее определенная комбинация разных НК-носителей. Эта структура может включать в себя специальные разграничительные участки, которые, например, устраняют возможные стерические припятствия в работе соседних НК-носителей и позволяют, при необходимости, заменять одни НК-носители на другие без повреждения этих НК-носителей.For example, NK carriers can be connected end-to-end in series, forming a long filamentary structure in which identical NK carriers or a predetermined combination of different NK carriers are repeatedly repeated. This structure may include special demarcation sites, which, for example, eliminate possible steric hindrances in the operation of neighboring NK carriers and, if necessary, replace one NK carrier with another without damaging these NK carriers.

Изобретение учитывает, что для НК-носителей НК-проб такими разграничителями могут быть сайты опознавания рестриктаз.The invention takes into account that for NK carriers of NK samples, restriction sites can be such delimiters.

Использование НК-носителей НК-проб, представляющих собой длинные однонитчатые молекулы НК, позволяет исключить проблемы, возникающие при попытках гибридизовать однонитчатые молекулы НК в непосредственной близости к той поверхности, к которой одна из этих молекул иммобилизована. В результате предлагаемые НК-носители НК-проб должны быть полезны при использовании особенно длинных НК-проб, например, при длинах НК-проб более чем 60 оснований.The use of NK carriers of NK samples, which are long single-stranded NK molecules, eliminates the problems that arise when trying to hybridize single-stranded NK molecules in close proximity to the surface to which one of these molecules is immobilized. As a result, the proposed NK carriers of NK samples should be useful when using particularly long NK samples, for example, when the length of NK samples is more than 60 bases.

Предлагаемые НК-носители НК-проб могут быть иммобилизованы на поверхности НК- чипа таким же образом, как на обычных ДНК-чипах (в виде пятен). Использование предлагаемых НК-носителей позволяет осуществить переход от двумерного расположения молекул НК-проб к расположению в пространстве. В настоящее время такой переход происходит при изготовлении гелевых чипов, существенным ограничением для которых является то, что молекулы ДНК-мишеней должны диффундировать внутрь геля, для того чтобы гибридизоваться с ДНК-пробами, иммобилизованными внутри этого геля. Настоящее изобретение учитывает возможность иммобилизации носителей не только на какой-либо поверхности, но и в объеме геля или пористого материала.The proposed NK carriers of NK samples can be immobilized on the surface of an NK chip in the same way as on ordinary DNA chips (in the form of spots). The use of the proposed NK carriers allows the transition from a two-dimensional arrangement of molecules of NK samples to an arrangement in space. Currently, such a transition occurs in the manufacture of gel chips, a significant limitation of which is that the target DNA molecules must diffuse inside the gel in order to hybridize with DNA samples immobilized inside this gel. The present invention takes into account the possibility of immobilization of carriers not only on any surface, but also in the volume of the gel or porous material.

Для идентификации предлагаемых НК-носителей НК-проб можно использовать не только их пространственное позиционирование. Например, эти НК-носители НК-проб могут упорядоченно двигаться сквозь детектор, который их опознает. Опознавание может осуществляться по различным признакам, например, размеры и конформация молекул, различные метки и разные комбинации этих признаков. Детектор может также определять время или последовательность прохода носителей сквозь детектор.To identify the proposed NK carriers of NK samples, one can use not only their spatial positioning. For example, these NK carriers of NK samples can orderly move through a detector that recognizes them. Identification can be carried out by various signs, for example, the size and conformation of molecules, various labels and different combinations of these signs. The detector may also determine the time or sequence of media passing through the detector.

Благодаря тому что однонитчатые НК-мишени согласно предлагаемому изобретению взаимодействуют не с иммобилизованными комплементарными им НК, но со свободными НК-пробами, появляется возможность упростить процедуру подготовки НК-мишени к процедуре гибридизации. Например, можно использовать для гибридизации НК-мишени, которые находятся внутри геля или иммобилизованы на поверхности частиц. Например, это могут быть парамагнитные, металлические, полупроводниковые и полимерные частицы. В частности, это могут быть парамагнитные частицы, которые общепринято использовать в процедурах очистки и амплификации НК.Due to the fact that single-stranded NK targets according to the invention interact not with immobilized NK targets complementary to them, but with free NK samples, it becomes possible to simplify the procedure for preparing a NK target for the hybridization procedure. For example, can be used to hybridize NK targets that are located inside the gel or immobilized on the surface of the particles. For example, it can be paramagnetic, metal, semiconductor and polymer particles. In particular, these can be paramagnetic particles, which are commonly used in purification and amplification of nanocrystals.

В одном из режимов использования предлагаемых НК-чипов предложено гибридизовать однонитчатые НК-пробы с однонитчатой НК-мишенью в растворе и после этого отделить двунитчатые комплексы мишень-проба от однонитчатых НК-проб. Эти свободные однонитчатые НК-пробы предложено гибридизовать в другом месте с НК-носителями для получения двунитчатых комплексов носитель-проба.In one of the modes of using the proposed NK chips, it was proposed to hybridize single-stranded NK samples with a single-stranded NK target in solution and after that to separate the double-stranded target-sample complexes from single-stranded NK samples. It was proposed to hybridize these free single-stranded NK samples at a different location with NK carriers to obtain double-stranded carrier-sample complexes.

Изобретение учитывает, что в таком режиме работы НК-мишени могут быть иммобилизованы на поверхности другого НК-чипа, например, изготовленного для работы с другими НК-пробами; на поверхности парамагнитных частиц, которые широко используют при сепарации и амплификации НК; а также внутри геля, как это бывает при электрофорезе нуклеиновых кислот.The invention takes into account that in this mode of operation, NK targets can be immobilized on the surface of another NK chip, for example, made to work with other NK samples; on the surface of paramagnetic particles, which are widely used in the separation and amplification of nanocrystals; and also inside the gel, as is the case with nucleic acid electrophoresis.

Результаты гибридизации можно определять, анализируя появление или отсутствие комплексов как НК-мишень с НК-пробой, так и комплексов НК-носитель с НК-пробой. Возможно также обнаружение свободных НК-проб, которые находятся или движутся между НК-мишенью и НК-носителем.Hybridization results can be determined by analyzing the appearance or absence of complexes of both the NK target with the NK probe and the complexes of the NK carrier with the NK probe. It is also possible to detect free NK samples that are located or move between the NK target and the NK carrier.

Еще одним режимом работы может быть такой, при котором НК-носитель иммобилизован на открытой поверхности или внутри пор пористого тела и гибридизован с НК-пробой, образуя двунитчатую НК. Предложено денатурировать такой комплекс НК-носитель с НК-пробой и высвобождать НК-пробу для того, чтобы она в свободном состоянии обнаруживала НК-мишень и гибридизовалась с ней. Способами денатурации, например, могут быть нагрев, изменение pH среды и приложение электрического поля.Another mode of operation may be one in which the NK carrier is immobilized on the open surface or inside the pores of the porous body and hybridized with the NK sample, forming a double-stranded NK. It was proposed to denature such a NK carrier complex with an NK probe and to release the NK probe so that it could detect the NK target and hybridize with it in a free state. Denaturation methods, for example, can be heating, changing the pH of the medium, and applying an electric field.

На Фиг.1 показана последовательность шагов работы одиночного канала НК-чипа (устройства), предложенного в настоящем изобретении.Figure 1 shows the sequence of steps of a single channel NK chip (device), proposed in the present invention.

Изобретение учитывает, что хотя на Фиг.1 показано, что весь раствор перемещается из одного компартмента в другой, существует возможность, приложив к компартментам, заполненным электролитом, электрическое поле, перемещать между компартментами только заряженные молекулы. Аналогично этому возможно использовать электрическое поле для случая, показанного на Фиг.2.The invention takes into account that although Fig. 1 shows that the entire solution moves from one compartment to another, it is possible, by applying an electric field to the compartments filled with an electrolyte, to move only charged molecules between the compartments. Similarly, it is possible to use an electric field for the case shown in FIG. 2.

В тех случаях, когда для перемещения молекул используют электрическое поле, возможно обойтись без использования оптических и других методов визуализации молекул, которые требуют специфически модифицировать нуклеиновые кислоты. Вместо этого можно измерять такие параметры, как ионный ток и другие неспецифические характеристики движущихся электрически заряженных полимерных молекул нуклеиновых кислот.In cases where an electric field is used to move the molecules, it is possible to do without the use of optical and other methods of visualizing molecules that require specific modification of nucleic acids. Instead, parameters such as ion current and other non-specific characteristics of moving electrically charged polymer nucleic acid molecules can be measured.

Канал, показанный на Фиг.1, это одноканальное устройство, которое в общем виде обозначено как 10. Устройство 10 имеет канал 2, заполненный жидкостью и имеющий пористую перегородку 14, которая проницаема для НК-проб 28 и непроницаема для НК-носителей 30 и НК-мишеней 32. Одна сторона пористой перегородки 14 обозначена как 16, а вторая 18. Пористая перегородка 14 отделяет содержащий НК-носители компартмент 20 от содержащего НК-мишени компартмента 22. Если необходимо, содержащий НК-носители компартмент 20 отгорожен проницаемой для жидкости пористой перегородкой 24, которая непроницаема для НК-носителей 30, НК-проб 28 и НК-мишеней 32. Подобным образом, если необходимо, содержащий НК-мишени компартмент 22 отгорожен проницаемой для жидкости пористой перегородкой 24', которая непроницаема для НК-носителей, НК-проб и НК-мишеней. Аппарат 26, индуцирующий движение нуклеиновых кислот, необходим для того, чтобы обеспечивать перемещение НК-проб 28 из компартмента 20 в 22 и обратно. Природа аппарата 26 может быть различной в зависимости от того, какова природа сил, выбранных для перемещения нуклеиновых кислот между компартментами. Например, в тех случаях, когда НК-пробы 28 перемещаются между компартментами 20 и 22 вместе с потоком жидкости, аппарат 26 представляет собой насос.The channel shown in FIG. 1 is a single-channel device, which is generally designated as 10. The device 10 has a channel 2 filled with liquid and having a porous partition 14 that is permeable to NK samples 28 and impermeable to NK carriers 30 and NK targets 32. One side of the porous septum 14 is designated 16 and the other 18. The porous septum 14 separates the compartment containing the NK carriers compartment 20 from the compartment containing the NK targets 22. If necessary, the compartment containing the NK carriers compartment 20 is enclosed by a liquid-permeable porous partition 24, which is impermeable to NK carriers 30, NK samples 28 and NK targets 32. Similarly, if necessary, the compartment 22 containing the NK targets is enclosed by a liquid permeable porous septum 24 ', which is impermeable to NK carriers, NK probe and NK targets. The apparatus 26, inducing the movement of nucleic acids, is necessary in order to ensure the movement of NK samples 28 from compartment 20 to 22 and vice versa. The nature of the apparatus 26 may be different depending on the nature of the forces chosen to move the nucleic acids between the compartments. For example, in cases where NK samples 28 move between compartments 20 and 22 together with the fluid flow, apparatus 26 is a pump.

Альтернативно, в тех случаях, когда НК-пробы 28 перемещаются между компартментами 20 и 22 под влиянием электростатического потенциала, аппарат 26 представляет собой источник питания с электродами, которые индуцируют электрическое поле между перегородками 24 и 24'. Для иллюстративных целей аппарат 26 показан, как насос, перемещающий НК-пробы 28 вместе с потоком жидкости.Alternatively, in cases where NK samples 28 move between compartments 20 and 22 under the influence of electrostatic potential, apparatus 26 is a power source with electrodes that induce an electric field between partitions 24 and 24 '. For illustrative purposes, apparatus 26 is shown as a pump moving NK samples 28 along with a fluid stream.

На Фиг.1(a) показано множество копий НК-пробы 28, которые гибридизованы с НК-носителем 30 и находятся в компартменте 20. Изобретение учитывает, что НК-носитель 30 может находиться в компартменте 20 в виде молекул, свободных в растворе, молекул, иммобилизованных на перегородке 24 или/и перегородке 14 со стороны 16, или находится внутри пористых перегородок 24 или/и 14.Figure 1 (a) shows many copies of the NK-sample 28, which are hybridized with the NK-carrier 30 and are in the compartment 20. The invention takes into account that the NK-carrier 30 can be in the compartment 20 in the form of molecules free in solution, molecules immobilized on the partition 24 or / and the partition 14 from the side 16, or located inside the porous partitions 24 or / and 14.

Как показано на Фиг.1(b), комплекс НК-пробы 28 с НК-носителем 30 денатурирован, чтобы освободить НК-пробу 28 в объем раствора компартмента 20. Денатурацию комплексов НК-проб 28 с НК-носителем 30 можно осуществить разными методами, например нагреванием, изменением pH, электрическим полем.As shown in FIG. 1 (b), the complex of the NK-sample 28 with the NK-carrier 30 is denatured to release the NK-sample 28 into the volume of the solution of the compartment 20. The complexes of the NK-samples 28 with the NK-carrier 30 can be denatured using different methods, for example by heating, changing pH, electric field.

На Фиг.(1c) показано, что НК-пробы 28 перемещены в компартмент 22. Как изображено на этом чертеже, такое перемещение может быть обеспечено за счет накачивания жидкости в компартмент 22 с помощью насоса через канал 2 или за счет отсасывания жидкости из компартмента 22.In Fig. (1c) it is shown that NK samples 28 are moved to compartment 22. As shown in this drawing, such movement can be achieved by pumping liquid into compartment 22 using a pump through channel 2 or by sucking liquid from compartment 22 .

Как показано на Фиг.1(d), молекулы НК-мишени 32 вносят в компартмент 22 с помощью диспенсера 34, который, например, может быть микропипеткой, микродиспенсером или другим подобным устройством. Изобретение учитывает, что однонитчатые молекулы НК-мишени 32 могут быть помещены в компартмент 22 до того, как туда помещают НК-пробы 28. В варианте, показанном на Фиг.1, молекулы однонитчатых НК-проб 32 иммобилизованы на парамагнитных частицах 36.As shown in FIG. 1 (d), the NK target molecules 32 are introduced into the compartment 22 using a dispenser 34, which, for example, can be a micropipette, microdispenser, or other similar device. The invention takes into account that single-stranded NK target molecules 32 can be placed in compartment 22 before NK samples 28 are placed there. In the embodiment shown in FIG. 1, single-stranded NK samples 32 molecules are immobilized on paramagnetic particles 36.

На Фиг.1(e) показано, что молекулы НК-пробы 32, иммобилизованные на парамагнитных частицах 36, взаимодействуют с множеством копий НК-пробы 28. Как это видно на Фиг.1(f), взаимодействие происходит в условиях гибридизации, которые позволяют образование двунитчатых комплексов между комплементарными НК-мишенями и НК-пробами. Методы и условия гибридизации хорошо известны и, например, могут быть обеспечены за счет специальных режимов изменения температуры, pH, ионной силы.Figure 1 (e) shows that the molecules of the NK-sample 32, immobilized on paramagnetic particles 36, interact with many copies of the NK-sample 28. As can be seen in Figure 1 (f), the interaction occurs under hybridization conditions that allow the formation of double-stranded complexes between complementary NK targets and NK samples. Hybridization methods and conditions are well known and, for example, can be provided due to special regimes of changes in temperature, pH, and ionic strength.

Изобретение учитывает, что на этой стадии содержимое компартмента 22 можно извлечь и исследовать вне описываемого устройства различными хорошо известными методами для того, чтобы определить результаты гибридизации НК-мишени и НК-пробы.The invention takes into account that at this stage the contents of compartment 22 can be extracted and examined outside the described device by various well-known methods in order to determine the results of hybridization of the NK target and NK sample.

Однако в предпочтительном варианте, как изображено на Фиг.1(g), раствор переводят из компартмента 22 обратно в компартмент 20, ожидая следующий результат. Если НК-проба 28 комплементарна хотя бы части НК-мишени 30, то НК-пробы 28 останутся в компартменте 22 в составе комплекса НК-мишени с НК-пробой, для которого перегородка 14 непроницаема.However, in a preferred embodiment, as shown in FIG. 1 (g), the solution is transferred from compartment 22 back to compartment 20, awaiting the following result. If the NK-sample 28 is complementary to at least part of the NK-target 30, then the NK-samples 28 will remain in compartment 22 as part of the complex of the NK-target with the NK-sample, for which the partition 14 is impermeable.

Непосредственное обнаружение НК-носителя 30 в условиях гибридизации обычными методами, например, с использованием флуоресцентных красителей, может позволить определить, вернулись ли НК-пробы 28 в компартмент 20. Если окажется, что НК-проба 28 вернулась в компартмент 20 и образовала двунитчатые комплексы с НК-носителем 30, то это будет означать, что НК-пробы 28 некомплементарны НК-мишени 32. В том случае, если НК-пробы 28 некомплементарны НК-мишени 32, удаление этой мишени и в случае необходимости дополнительная промывка компартмента 22 вернут канал 10 к исходному состоянию, показанному на Фиг.1(а). В случае, если НК-проба оказалась комплементарна тестируемой НК-мишени, то перед удалением НК-мишени из компартмента 20 понадобится денатурация комплекса НК-мишени с НК-пробой и перемещение освобожденной НК-пробы в компартмент 22.Direct detection of an NK carrier 30 under hybridization conditions by conventional methods, for example, using fluorescent dyes, can make it possible to determine whether NK samples 28 returned to compartment 20. If it turns out that the NK sample 28 returns to compartment 20 and forms double-stranded complexes with NK-carrier 30, this will mean that NK-samples 28 are not complementary to NK-targets 32. If NK-samples 28 are not complementary to NK-targets 32, removal of this target and, if necessary, additional washing of compartment 22 will return channel 10to the initial state shown in FIG. 1 (a). If the NK sample turned out to be complementary to the tested NK target, then before removing the NK target from compartment 20, it will be necessary to denature the complex of the NK target with the NK sample and move the released NK sample to compartment 22.

Таким образом, в случае, если НК-пробы 28 комплементарны НК-мишени 30, компартмент 22 необходимо вновь заполнить жидкостью, как это показано на Фиг.1(h). Денатурацию двунитчатых комплексов НК-пробы с НК-мишенью, показанную на Фиг.1(i), можно осуществить в тех же условиях, что описаны для Фиг.1(b).Thus, in the event that the NK samples 28 are complementary to the NK targets 30, the compartment 22 needs to be re-filled with liquid, as shown in Figure 1 (h). The denaturation of double-stranded complexes of the NK sample with the NK target, shown in Figure 1 (i), can be carried out under the same conditions as described for Figure 1 (b).

Последующие шаги обеспечивают разделение НК-мишени 32, которая была помещена в компартмент 22 так, как это показано на Фиг.1(d), и НК-проб 28, которые в результате денатурации были освобождены из комплекса с НК-мишенью. Изобретение учитывает, что такое разделение может быть обеспечено вне канала 10 хорошо известными методами, например, такими, как электрофорез и хроматография, а также за счет использования парамагнитных частиц, на которых НК-мишень иммобилизована. Однако в предпочтительном варианте, показанном на Фиг.1(j), освобожденные НК-пробы 28 перемещают из компартмента 22 в компартмент 20. После этого в компартменте 20 обеспечивают гибридизацию НК-пробы 28 с НК-носителем 30, как это показано на Фиг.1(k). После этого компартмент 22 заполняют жидкостью так, чтобы молекулы НК-мишеней 32, иммобилизованные на парамагнитных частицах 36, оказались плавающими в растворе, как это показано на Фиг.1(l).The following steps ensure the separation of the NK target 32, which was placed in compartment 22 as shown in Fig. 1 (d), and NK samples 28, which, as a result of denaturation, were released from the complex with the NK target. The invention takes into account that such separation can be achieved outside of channel 10 by well-known methods, for example, such as electrophoresis and chromatography, as well as through the use of paramagnetic particles on which the NK target is immobilized. However, in the preferred embodiment shown in FIG. 1 (j), the released NK samples 28 are transferred from compartment 22 to compartment 20. Thereafter, in compartment 20, the NK sample 28 is hybridized with the NK carrier 30, as shown in FIG. 1 (k). After this, the compartment 22 is filled with liquid so that the molecules of the NK targets 32 immobilized on paramagnetic particles 36 are floating in solution, as shown in Figure 1 (l).

На Фиг.1(m) показано, что в компартмент 22 введен магнит 40, к поверхности которого прилипли все парамагнитные частицы 36. На следующей Фиг.1(n) показано, что магнит 40, удаленный из компартмента 22, унес на своей поверхности все парамагнитные частицы 36 и иммобилизованные на них НК-мишени 32. Как показано на Фиг.1(o), удаление раствора из компартмента 22 возвращает канал 10 к исходному состоянию, показанному на Фиг.1(a).Figure 1 (m) shows that a magnet 40 is inserted into compartment 22, to which all paramagnetic particles 36 are adhered. On the next Figure 1 (n) it is shown that magnet 40 removed from compartment 22 has carried away all paramagnetic particles 36 and NK targets 32 immobilized thereon. As shown in FIG. 1 (o), removal of the solution from compartment 22 returns channel 10 to the initial state shown in FIG. 1 (a).

Последующая денатурация комплекса НК-носитель 30 с НК-пробой 28 и заполнение компартмента 22 раствором, содержащим НК-пробу 22, подготавливает канал 10 к работе со следующей НК-мишенью 32'. Как показано на Фиг.1(p), следующая НК-мишень 32' может быть, например, иммобилизована на парамагнитных частицах.Subsequent denaturation of the NK-carrier complex 30 with the NK-probe 28 and filling the compartment 22 with a solution containing the NK-probe 22 prepares channel 10 for operation with the next NK-target 32 '. As shown in FIG. 1 (p), the next NK target 32 ′ may, for example, be immobilized on paramagnetic particles.

На Фиг.2 показан схематически многоканальный НК чип (устройство), в котором отдельные каналы функционируют так, как это было описано для Фиг.1. Номера на Фиг.2. имеют те же объяснения, что и на Фиг.1.Figure 2 shows schematically a multi-channel NK chip (device), in which individual channels operate as described for Figure 1. The numbers in FIG. 2. have the same explanations as in figure 1.

Множество пар компартментов НК-носителей 20 и НК-мишеней 22 образуют двумерный или трехмерный НК-чип (устройство). Преимуществом многоканального НК-чипа (устройства) 50, схематически показанного на Фиг.2, является то, что наличие множества пар компартментов 20 и 22 позволяет автоматизировать устройство и повысить производительность его работы.Many pairs of compartments of NK carriers 20 and NK targets 22 form a two-dimensional or three-dimensional NK chip (device). An advantage of a multi-channel NK chip (device) 50, schematically shown in FIG. 2, is that the presence of a plurality of pairs of compartments 20 and 22 allows you to automate the device and increase its performance.

Существенной особенностью изобретения является то, что НК-пробы курсируют между компартментами 20 и 22 и не расходуются. Предложенный НК-чип является простым устройством для многоразового использования, пригодным для разработки множественных вариантов недорогой и надежной массовой диагностики.An essential feature of the invention is that NK samples run between compartments 20 and 22 and are not consumed. The proposed NK chip is a simple reusable device suitable for developing multiple options for low-cost and reliable mass diagnostics.

Множество вариантов многоканального использующего электрофорез НК-чипа (устройства) показано на Фиг.3(a)-3(d). Указанный многоканальный НК-чип (устройство) имеет компартмент для НК-носителя 60, ограниченный торцевым электродом 62. Компартмент 60 предназначен для НК-носителей или НК-мишеней. Пористый материал 64 практически непроницаем для НК-носителей и НК-мишеней, но проницаем для НК-проб. Компартмент 60 может быть полностью или частично заполнен гелем 66, в котором могут быть заключены длинные и по этой причине практически не сдвигаемые в электрическом поле молекулы НК-носителей или НК-мишеней. При неполном заполнении компартмента 60 гелем 66 и при использовании пористого материала 64 компартмент 60 содержит также раствор 63. Компартмент 60 содержит также два (или больше) расположенных по бокам компартмента электрода 68 и 70.Many variants of a multichannel electrophoresis-based NK chip (device) are shown in FIG. 3 (a) -3 (d). The specified multi-channel NK chip (device) has a compartment for the NK carrier 60, limited by the end electrode 62. The compartment 60 is designed for NK carriers or NK targets. Porous material 64 is practically impermeable to NK carriers and NK targets, but permeable to NK samples. The compartment 60 can be completely or partially filled with a gel 66, in which long and for this reason molecules of NK carriers or NK targets can be enclosed in an electric field that are practically not shifted in the electric field. If the compartment 60 is incompletely filled with gel 66 and when porous material 64 is used, compartment 60 also contains solution 63. compartment 60 also contains two (or more) electrodes 68 and 70 located on the sides of the compartment.

Как показано на Фиг.4, первая пластина, подобная 72, которая представлена на Фиг.3d, содержит набор компартментов, к которым подведены электропроводящие провода 74, обеспечивающие контакт жидкости в компартментах с электродами 68 и 70, которые были показаны также на Фиг.3.As shown in FIG. 4, the first plate, similar to 72, which is shown in FIG. 3d, contains a set of compartments to which conductive wires 74 are connected, providing fluid contact in the compartments with electrodes 68 and 70, which were also shown in FIG. 3 .

На Фиг.5 представлен разнесенный вид комбинации пластин 72 и 78, которые совместно образуют электрофоретические камеры, описанные на Фиг.3.Figure 5 presents an exploded view of a combination of plates 72 and 78, which together form the electrophoretic chamber described in Figure 3.

На Фиг.6(a)-6(d) схематически показана процедура копирования НК-чипа (устройства), каждый компартмент которого содержит множество копий какого-либо НК-носителя НК-пробы или НК-мишени. Цифровые обозначения совпадают с описанными для Фиг.3-5.6 (a) -6 (d) schematically shows the procedure for copying an NK chip (device), each compartment of which contains many copies of any NK carrier of an NK sample or NK target. Digital designations are the same as described for Fig.3-5.

НК 80 амплифицирована с использованием полимеразной цепной реакции (ПЦР) внутри компартмента 60 таким образом, что он содержит множество копий этой нуклеиновой кислоты. После этого НК-чип (устройство) 72, который содержит в компартментах 60 множество копий НК, погруженных в гель 66, приводят в соприкосновение с таким же НК-чипом 72' и 78', который имеет концевые электроды 62'. Как показано на Фиг.6(b), в электрическом поле, сформированном между электродами 62 и 62', часть НК 80 будет перемещаться из компартмента 60 в компартмент 60'. После перемещения части НК 80 в компартмент 60' пластины 70 и 72 разъединяют, как это показано на Фиг.6(c). После этого с помощью ПЦР небольшое количество ПК 80, которое было перемещено в компартменты 60', размножают до количеств, соответствующих количеству этих НК 80 в НК-чипе (устройстве), образованном пластинами 72 и 78. Таким образом получают полную копию исходного НК-чипа (устройства).NK 80 is amplified using polymerase chain reaction (PCR) inside compartment 60 so that it contains many copies of this nucleic acid. After that, the NK chip (device) 72, which contains in the compartments 60 many copies of the NK immersed in gel 66, is brought into contact with the same NK chip 72 'and 78', which has end electrodes 62 '. As shown in FIG. 6 (b), in an electric field formed between the electrodes 62 and 62 ', a portion of the NK 80 will move from compartment 60 to compartment 60'. After moving part of the NK 80 to the compartment 60 ', the plates 70 and 72 are disconnected, as shown in Fig.6 (c). After that, using PCR, a small amount of PC 80, which was transferred to compartments 60 ', is expanded to the amounts corresponding to the number of these NK 80 in the NK chip (device) formed by plates 72 and 78. Thus, a complete copy of the original NK chip is obtained (devices).

На Фиг.7(a)-(r) показаны последовательные этапы диагностики для случая, когда НК-носитель НК-проб и НК-мишени погружены каждый в своем компартменте внутрь геля так, что под действием электрического поля НК-пробы могут входить в и выходить из соответствующего компартмента, в то время как НК-носители и НК-мишени практически не будут сдвигаться с места.Figures 7 (a) - (r) show successive diagnostic steps for the case when the NK carrier of NK samples and NK targets are each immersed in their compartment inside the gel so that, under the influence of the electric field, NK samples can enter and exit the corresponding compartment, while NK carriers and NK targets will practically not budge.

Диагностический НК-чип, который состоит из пластин 72 и 78, содержащих концевой электрод 62 и боковые электроды 68 и 70, в соответсвии с описаниями, приведенными для предыдущих чертежей, имеет компартмент 60, содержащий множество копий коротких НК-проб 28, гибридизованных с длинными однонитчатыми НК-носителями 30. Компартмент 60, заполненный гелем 66, обозначен на чертеже как 86.The diagnostic NK chip, which consists of plates 72 and 78 containing the end electrode 62 and side electrodes 68 and 70, in accordance with the descriptions given for the previous drawings, has a compartment 60 containing many copies of short NK samples 28 hybridized with long single-stranded NK-carriers 30. The compartment 60, filled with gel 66, is indicated in the drawing as 86.

Компартмент, содержащий НК-мишень 30, помещенную в гель 66, обозначен как 88. Как показано на Фиг.7(b), комплекс НК-пробы 28 и НК-носителя 30 помещен в условия, при которых он денатурирует с образованием однонитчатых НК-пробы 28 и НК-носителя 30.The compartment containing the NK target 30 placed in gel 66 is designated 88. As shown in FIG. 7 (b), the complex of the NK sample 28 and the NK carrier 30 is placed under conditions under which it denatures to form single-stranded NK- Samples 28 and NK carrier 30.

На Фиг.7(d) показано, что пластину 90 вместе с присоединенной к ней пластиной 78' приводят в контакт с пластиной 72 и прикладывают электрические потенциалы к электродам 62 и 62', в результате чего НК-пробы 28 начинают перемещаться из компартмента 86 в компартмент 88, который содержит НК-мишени. На Фиг.7(e) показано, что в результате электрофореза все НК-пробы 28 покидают компартмент 86 и скапливаются в компартменте 88. После этого, как это показано на Фиг.7(f), пластину 90 отделяют от пластины 72.Fig. 7 (d) shows that plate 90, together with plate 78 'attached to it, is brought into contact with plate 72 and electric potentials are applied to electrodes 62 and 62', as a result of which NK samples 28 begin to move from compartment 86 to compartment 88, which contains NK targets. Fig. 7 (e) shows that, as a result of electrophoresis, all NK samples 28 leave compartment 86 and accumulate in compartment 88. After that, as shown in Fig. 7 (f), plate 90 is separated from plate 72.

Далее пластину с компартментами 88 помещают в условия гибридизации, при которых могут образоваться комплексы НК-проб 28 с НК-мишенями 34. Комплементарные НК-пробы 28 и НК-мишени 34 в результате гибридизации образуют двунитчатые комплексы, как это показано на Фиг.7(g). После этого пластину 90 вновь контактируют с пластиной 72, как показано на Фиг.7(h), и проводят электрофорез в направлении, обратном тому, что показано на Фиг.7(d), с целью вернуть все свободные НК-пробы 28 из компартмента 88 обратно в компартмент 86 с НК-носителями.Next, the plate with compartments 88 is placed under hybridization conditions, in which complexes of NK samples 28 with NK targets 34 can form. Complementary NK samples 28 and NK targets 34 form double-stranded complexes as a result of hybridization, as shown in Fig. 7 ( g) After that, the plate 90 is again contacted with the plate 72, as shown in Fig. 7 (h), and electrophoresis is carried out in the direction opposite to that shown in Fig. 7 (d) in order to return all free NK samples 28 from the compartment 88 back to compartment 86 with NK carriers.

Как показано на Фиг.7(i), пластина 90 вновь отделена от пластины 72 и в компартментах 86 организовано горизонтальное электрическое поле, для того чтобы двигать свободные НК-пробы 28. После этого направление горизонтального электрофореза меняют на обратное, как это показано на Фиг.7(k). В обоих случаях электрофорез организован так, что позволяет измерять электрические характеристики движущихся НК-проб 28, например, величину ионного тока. После этого как показано на Фиг.7(l) в компартментах 86 обеспечивают условия гибридизации для образования комплексов между НК-пробами 28 и НК-носителями 30.As shown in FIG. 7 (i), the plate 90 is again separated from the plate 72 and a horizontal electric field is organized in compartments 86 in order to move the free NK samples 28. After that, the direction of the horizontal electrophoresis is reversed, as shown in FIG. .7 (k). In both cases, electrophoresis is organized so that it is possible to measure the electrical characteristics of moving NK samples 28, for example, the magnitude of the ion current. After that, as shown in Fig. 7 (l), compartments 86 provide hybridization conditions for the formation of complexes between NK samples 28 and NK carriers 30.

После этого компартменты 88, содержащие двунитчатые комплексы НК-мишеней 34 с НК-пробами 28, помещают в условия денатурации. Пластины 90 и 72 вновь контактируют и организуют электрическое поле между электродами 62 и 62' в том же направлении, как на Фиг.7(h), для того чтобы обеспечить перемещение НК-проб 28, комплементарных НК-мишени 34, обратно в компартмент 86. На Фиг.7(o) показано, что после того как все НК-пробы 28 вернутся в компартмент 86, электрическое поле выключают.After that, compartments 88 containing double-stranded complexes of NK targets 34 with NK samples 28 are placed under denaturation conditions. The plates 90 and 72 again contact and organize an electric field between the electrodes 62 and 62 'in the same direction as in Fig. 7 (h), in order to allow the transfer of NK samples 28, complementary to the NK target 34, back to compartment 86 In Fig. 7 (o), it is shown that after all NK samples 28 have returned to compartment 86, the electric field is turned off.

Пластины 90 и 72 после этого разъединяют. Содержимое компартментов 88 в пластине 90 становится таким же, как оно было в начале процедуры на Фиг.7(a).Plates 90 and 72 are then disconnected. The contents of the compartments 88 in the plate 90 becomes the same as it was at the beginning of the procedure in Fig. 7 (a).

На Фиг.7(q) показано, что в компартментах 86 обеспечены условия гибридизации, в результате чего все НК-пробы 28, которые комплементарны НК-мишени 34, образовали двунитчатые НК комплексы с НК-носителями 30. Таким образом на Фиг.7(r) показано, что НК-чип (устройство), содержащее компартменты 86, полностью готово к диагностике другой НК-мишени; аналогично компартменты 88 готовы для тестирования других НК-проб.Figure 7 (q) shows that compartments 86 provide hybridization conditions, as a result of which all NK samples 28 that are complementary to the NK targets 34 form double-stranded NK complexes with NK carriers 30. Thus, in Fig. 7 ( r) it is shown that the NK chip (device) containing compartments 86 is fully prepared for the diagnosis of another NK target; similarly, compartments 88 are ready for testing other NK samples.

Claims (21)

1. Устройство многоразового использования, предназначенное для проведения реакции гибридизации нуклеиновых кислот (НК), отличающееся тем, что оно содержит:
компартмент для однонитчатой НК, состоящей из повторяющейся последовательности нуклеотидов, которая способна присоединять к себе однонитчатую НК-пробу с образованием двунитчатой структуры - НК-носитель;
компартмент для НК-мишени;
НК-носитель, заключенный в компартмент для НК-носителей, при этом указанный компартмент содержит жидкость, которая контактирует с жидкостью, находящейся в компартменте для НК-мишеней;
перегородку, проницаемую для однонитчатых НК-проб и непроницаемую для НК-носителей и НК-мишеней, при этом указанная перегородка отделяет компартмент для НК-носителей от компартмента для НК-мишеней;
устройство, пригодное для перемещения указанных НК-проб из указанного компартмента для НК-носителей в указанный компартмент для НК-мишеней и обратно.
1. The device is reusable, designed for the reaction of hybridization of nucleic acids (NK), characterized in that it contains:
a compartment for a single-stranded NK, consisting of a repeating sequence of nucleotides, which is able to attach to itself a single-stranded NK-sample with the formation of a double-stranded structure - NK-carrier;
compartment for the NK target;
NK-carrier enclosed in a compartment for NK-carriers, wherein said compartment contains a liquid that is in contact with a liquid located in the compartment for NK-targets;
a partition that is permeable to single-stranded NK samples and impermeable to NK carriers and NK targets, while this partition separates the compartment for NK carriers from the compartment for NK targets;
a device suitable for moving said NK samples from said compartment for NK carriers to said compartment for NK targets and vice versa.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, по крайней мере, один из указанных компартментов для НК-носителей и для НК-мишеней содержит гель.2. The device according to claim 1, characterized in that at least one of these compartments for NK carriers and for NK targets contains a gel. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанный НК-носитель находится в компартменте для НК-носителей в одном из следующих видов: иммобилизован на поверхности геля, погружен внутрь геля, комбинация двух предыдущих состояний.3. The device according to claim 1, characterized in that the NK-carrier is located in the compartment for NK-carriers in one of the following types: immobilized on the surface of the gel, immersed inside the gel, a combination of the two previous conditions. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанный компартмент для НК-носителей и указанный компартмент для НК-мишеней содержат электроды, которые создают электрическое поле между этими компартментами.4. The device according to claim 1, characterized in that said compartment for NK carriers and said compartment for NK targets contain electrodes that create an electric field between these compartments. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что компартмент для НК-носителей и указанный компартмент для НК-мишеней содержат дополнительные электроды, создающие электрическое поле внутри указанного компартмента.5. The device according to claim 4, characterized in that the compartment for the NK carriers and the specified compartment for the NK targets contain additional electrodes that create an electric field inside the specified compartment. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанное устройство для перемещения НК-проб представляет собой насос, перемещающий жидкость между указанными компартментами для НК-носителей и НК-мишеней.6. The device according to claim 1, characterized in that said device for moving NK samples is a pump that moves liquid between these compartments for NK carriers and NK targets. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит множество пар, соединенных друг с другом указанных компартментов для НК-носителей и НК-мишеней, расположенных в виде плоского тела.7. The device according to claim 1, characterized in that it contains many pairs connected to each other of these compartments for NK carriers and NK targets located in the form of a flat body. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит множество пар, соединенных друг с другом указанных компартментов для НК-носителей и НК-мишеней, расположенных в виде трехмерного тела.8. The device according to claim 1, characterized in that it contains many pairs connected to each other of these compartments for NK carriers and NK targets located in the form of a three-dimensional body. 9. Способ сравнения двух последовательностей нуклеиновых кислот (НК), определяемых как НК-проба, НК-мишень и однонитчатая НК, которая состоит из повторяющейся последовательности нуклеотидов и которая способна присоединять к себе однонитчатую НК-пробу с образованием двунитчатой структуры - НК-носитель, методом гибридизации, характеризующийся тем, что проводится при наличии двух компартментов № 1 и № 2, которые разделены перегородкой и содержат жидкость, позволяющую перемещать НК-пробу сквозь перегородку, и включает следующие этапы:
гибридизацию НК-пробы комплементарной НК-мишени с таким НК-носителем, которому НК-проба комплементарна, и получение таким образом двунитчатого комплекса НК-пробы с НК-носителем;
помещение двунитчатого комплекса НК-пробы с НК-носителем в компартмент № 1, ограниченный стороной 1 перегородки, которая имеет сторону 1 и сторону 2, ограничивающую компартмент № 2, и является проницаемой для указанной НК-пробы и непроницаемой для указанного НК-носителя и указанного комплекса НК-пробы с НК-носителем;
помещение однонитчатой НК-мишени в компартмент № 2, ограниченный стороной 2 перегородки, имеющей сторону 1 и сторону 2, и проницаемой для указанной НК-пробы и непроницаемой для указанной НК-мишени;
денатурацию указанного комплекса НК-пробы с НК-носителем и возвращение всех копий указанной НК-пробы в компартмент № 1;
обеспечение возможности прохождения указанной НК-пробы сквозь указанную перегородку со стороны 1 на сторону 2 указанной перегородки;
обеспечение контакта комплементарной НК-мишени с указанной НК-пробой в компартменте № 2;
обеспечение таких условий гибридизации, при которых указанная НК-проба будет иметь возможность гибридизоваться с комплементарной НК-мишенью с образованием комплекса НК-пробы с НК-мишенью;
обеспечение возможности перемещения НК-проб, негибридизованных с НК-мишенью на сторону 1 перегородки в компартмент №1 после обеспечения условий для гибридизации указанных проб с комплементарной НК-мишенью;
обеспечение возможности гибридизации указанной НК-пробы с указанным НК-носителем в компартменте № 1 после возвращения указанной пробы из компартмента № 2 сквозь указанную перегородку;
определение комплементарности указанной НК-пробы и указанной НК-мишени путем определения, является ли указанная НК-проба частью комплекса НК-пробы с НК-мишенью в компартменте №2 или НК-пробы с НК-носителем в компартменте №1.
9. A method for comparing two sequences of nucleic acids (NK), defined as an NK probe, a NK target and a single-stranded NK, which consists of a repeating nucleotide sequence and which is capable of attaching a single-stranded NK sample to form a double-stranded structure - an NK carrier, hybridization method, characterized in that it is carried out in the presence of two compartments No. 1 and No. 2, which are separated by a partition and contain a liquid that allows you to move the NK sample through the partition, and includes the following steps:
hybridization of the NK sample of a complementary NK target with such an NK carrier to which the NK sample is complementary, and thus obtaining a double-stranded complex of the NK sample with an NK carrier;
placing the double-stranded complex of an NK-sample with an NK-carrier in compartment No. 1, limited by side 1 of the partition, which has side 1 and side 2, bounding compartment No. 2, and is permeable to the specified NK-sample and impermeable to the specified NK carrier and the specified NK-sample complex with NK-carrier;
placing a single-stranded NK target in compartment No. 2, limited by side 2 of the partition having side 1 and side 2, and permeable to the indicated NK sample and impermeable to the specified NK target;
denaturation of the indicated complex of the NK sample with the NK carrier and the return of all copies of the indicated NK sample to compartment No. 1;
providing the possibility of passing the specified NK-test through the specified partition from side 1 to side 2 of the specified partitions;
providing contact of a complementary NK target with the indicated NK sample in compartment No. 2;
providing such hybridization conditions under which the specified NK-sample will be able to hybridize with a complementary NK-target with the formation of a complex of NK-samples with an NK-target;
providing the ability to move NK samples that are not hybridized with the NK target to side 1 of the partition to compartment No. 1 after providing conditions for hybridization of these samples with a complementary NK target;
enabling hybridization of the indicated NK sample with the indicated NK carrier in compartment No. 1 after the return of the indicated sample from compartment No. 2 through the specified partition;
determining the complementarity of the indicated NK sample and the indicated NK target by determining whether the indicated NK sample is part of the complex of the NK sample with the NK target in compartment No. 2 or the NK sample with the NK carrier in compartment No. 1.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что проводят денатурацию указанного комплекса НК-пробы с НК-мишенью и возвращение всех копий указанной НК-пробы на сторону 1 указанной перегородки и образование комплекса НК-пробы с НК-носителем.10. The method according to claim 9, characterized in that the denatured complex of the NK sample with the NK target is denatured and all copies of the indicated NK sample are returned to side 1 of the specified partition and the NK sample complex is formed with the NK carrier. 11. Способ по п.9, отличающийся тем, что указанная НК-проба мигрирует сквозь указанную перегородку со стороны 1 на сторону 2 и обратно вместе с потоком жидкости.11. The method according to claim 9, characterized in that the NK-sample migrates through the specified partition from side 1 to side 2 and back together with the fluid flow. 12. Способ по п.9, отличающийся тем, что указанная НК-проба мигрирует сквозь указанную перегородку со стороны 1 на сторону 2 и обратно, используя электрическое поле, которое проходит сквозь указанную перегородку за счет разности электрических потенциалов по обе стороны указанной перегородки.12. The method according to claim 9, characterized in that said NK sample migrates through said partition from side 1 to side 2 and vice versa, using an electric field that passes through said partition due to the difference in electric potentials on both sides of said partition. 13. Способ по п.9, отличающийся тем, что комплекс НК-носителя с НК-пробой детектируют флуоресцентными методами после того, как обеспечивают условия для гибридизации и образования комплекса НК-пробы с НК-мишенью.13. The method according to claim 9, characterized in that the complex of the NK carrier with the NK sample is detected by fluorescence methods after the conditions for hybridization and the formation of the complex of the NK sample with the NK target are provided. 14. Способ по п.9, отличающийся тем, что комплементарная НК-мишень иммобилизована на парамагнитной частице.14. The method according to claim 9, characterized in that the complementary NK target is immobilized on a paramagnetic particle. 15. Способ по п.9, отличающийся тем, что комплементарная НК-мишень погружена внутрь гелеобразной среды.15. The method according to claim 9, characterized in that the complementary NK target is immersed inside a gel-like medium. 16. Способ по п.9, отличающийся тем, что комплементарная НК-мишень несет на себе какую-либо метку, которую можно обнаружить внешним детектором.16. The method according to claim 9, characterized in that the complementary NK target carries any mark that can be detected by an external detector. 17. Способ по п.9, отличающийся тем, что все шаги, описанные в п.9, происходят одновременно во множестве изолированных друг от друга компартментах, каждый из которых содержит один вид НК-пробы, отличающийся от НК-проб в остальных компартментах.17. The method according to claim 9, characterized in that all the steps described in clause 9 occur simultaneously in a plurality of isolated compartments, each of which contains one type of NK sample, different from the NK samples in the other compartments. 18. Способ копирования множества изолированных друг от друга камер, содержащих электрод для электрофореза, гель и копии однонитчатой нуклеиновой кислоты, состоящей из повторяющейся последовательности нуклеотидов, которая способна присоединять к себе однонитчатую НК-пробу с образованием двунитчатой структуры, включающий:
копирование нуклеиновой кислоты с образованием множества копий в компартменте, содержащем гель и электрод;
контактирование указанного компартмента с другим компартментом, содержащим гель и электрод;
обеспечение электрофоретического перемещения части копий указанной НК из одного указанного компартмента в другой указанный компартмент;
разъединение указанных компартментов.
18. A method of copying multiple isolated from each other chambers containing an electrophoresis electrode, a gel and a copy of a single-stranded nucleic acid consisting of a repeating nucleotide sequence that is capable of attaching a single-stranded NK sample to itself with the formation of a double-stranded structure, including:
copying a nucleic acid to form multiple copies in a compartment containing a gel and an electrode;
contacting said compartment with another compartment containing a gel and an electrode;
providing electrophoretic movement of part of the copies of the specified NK from one specified compartment to another specified compartment;
separation of these compartments.
19. Способ по п.18, отличающийся тем, что указанная нуклеиновая кислота является однонитчатой нуклеиновой кислотой, состоящей из повторяющейся последовательности нуклеотидов, которая способна присоединить к себе однонитчатую НК-пробу с образованием двунитчатой структуры.19. The method according to p. 18, characterized in that the nucleic acid is a single-stranded nucleic acid, consisting of a repeating nucleotide sequence, which is able to attach a single-stranded NK-sample with the formation of a double-stranded structure. 20. Способ по п.18, отличающийся тем, что во втором указанном компартменте после разделения устройств осуществляют амплификацию тех копий НК, которые были перемещены из первого указанного компартмента.20. The method according to p. 18, characterized in that in the second specified compartment after separation of the devices, amplification of those copies of NK that were moved from the first specified compartment is carried out. 21. Способ по п.20, отличающийся тем, что амплификацию НК выполняют с помощью полимеразной цепной реакции. 21. The method according to claim 20, characterized in that the amplification of the NK is performed using a polymerase chain reaction.
RU2007106800/13A 2007-02-22 2007-02-22 Multiple use device for nucleic acids hybridisation and application thereof RU2366717C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007106800/13A RU2366717C2 (en) 2007-02-22 2007-02-22 Multiple use device for nucleic acids hybridisation and application thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007106800/13A RU2366717C2 (en) 2007-02-22 2007-02-22 Multiple use device for nucleic acids hybridisation and application thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007106800A RU2007106800A (en) 2008-09-10
RU2366717C2 true RU2366717C2 (en) 2009-09-10

Family

ID=39866272

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007106800/13A RU2366717C2 (en) 2007-02-22 2007-02-22 Multiple use device for nucleic acids hybridisation and application thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2366717C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007106800A (en) 2008-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. SlipChip for immunoassays in nanoliter volumes
US9149806B2 (en) Microfluidic devices and methods for cell sorting, cell culture and cells based diagnostics and therapeutics
EP2016091B1 (en) Droplet-based biochemistry
KR20110008174A (en) Microfluidic chip devices and their use
JP2010533840A (en) Methods and apparatus using electric fields for improved biological assays
WO2012047889A2 (en) Systems and methods for automated reusable parallel biological reactions
JP2017079766A (en) Microfluidic device for nucleic acid extraction and fractionation
US20120160689A1 (en) On-chip hybridization coupled with ITP based purification for fast sequence specific identification
US9862987B2 (en) Label free molecular detection methods, systems and devices
Jayamohan et al. Advances in microfluidics and lab-on-a-chip technologies
MXPA02001437A (en) Microfluidic devices for the controlled manipulation of small volumes.
US20090286694A1 (en) Nucleic acid array with releaseable nucleic acid probes
JP6665090B2 (en) Microfluidic devices and arrangements for supplying reagents and biological samples to such devices
WO2020243077A1 (en) Flow cell with one or more barrier features
Lien et al. Miniaturization of molecular biological techniques for gene assay
O’Keefe et al. Highly efficient real-time droplet analysis platform for high-throughput interrogation of DNA sequences by melt
US20070148678A1 (en) Device and method for carrying out a nucleic acid test, and method for producing such a device
US20190071722A1 (en) Modular Flow Cells And Methods Of Sequencing
US20070051626A1 (en) Cataphoresis apparatus cataphoresis method, and detection method for organism-related material using the apparatus and the method
US20030087290A1 (en) Bio-affinity porous matrix in microfluidic channels
RU2366717C2 (en) Multiple use device for nucleic acids hybridisation and application thereof
CN108291251A (en) System and method for foranalysis of nucleic acids
US20080044821A1 (en) Nucleic acid array having fixed nucleic acid anti-probes and complementary free nucleic acid probes
US20020179439A1 (en) Microelectronic system and method of use and fabrication
US20100056388A1 (en) Nucleic acid array having fixed nucleic acid anti-probes and complementary free nucleic acid probes

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120223

RH4A Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation

Effective date: 20141021