[发明专利]用于纯化核酸的装置、系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学物质的纯化，更具体而言，涉及用于进行化学纯化和分析的装置、方法和系统。再具体而言，本发明所提供的装置、方法和系统在核酸的纯化和分析方面具有特别有用的应用，尤其是用于进行所述纯化和分析的微流体装置。本发明可用于分析化学、法医化学、微流体和微型装置、医药和公共健康领域中。

背景技术

创造高度小型化化学装置的半导体制造技术的发展(Beach，Strittmatter等2007)已为分析化学带来了革命，所述革命特别是通过提供以极高的精密度和准确度鉴定复杂混合物中以低浓度存在的化学物质的工具而得以实现。该革命对于化学处理、医药、法医科学和国防等领域已经产生了重要影响，在这些领域中，所述装置能够提供快速、便携并且经济的生物检测器。这种装置的实例包括用于收集和鉴定微粒的装置(Wick 2007)、用于检测分子污染物的系统(Knollenberg、Rodier等2007)和用于检测蛋白质的装置(Terry，Scudder等2004；Deshmukh 2006)。其它装置利用自动化系统中的聚合酶链反应(PCR)，使用流体技术分离和/或扩增核酸。这种装置的实例为由Qiagen(德国希尔敦)、Roche(瑞士巴塞尔)、Applied Biosystems(加利福尼亚州福斯特城)、Idaho Technologies(犹他州盐湖城)和Cepheid(加利福尼亚州桑尼维尔)市售的装置。

但是，与任何分析方法一样，处理之前制备样品对于能否获得良好效果至关重要。过多复杂因素的存在和可掩盖所关注的分析物的物质的浓集使得有效的检测几乎不可能实现。当试图分析细胞溶解产物(其为极其复杂的异质混合物)的核酸含量时，这一问题尤其令人关注(Colpan2001)。涉及便携式分析装置时，制备任务变得更为困难，因为这些装置预期用于无法获得常用实验室支持设备如离心机和分离柱等的场合。在这些情况下，一些用于过滤如血样或尿样等原始样品的手段对于提供有意义的结果至关重要。当前的基于流体技术的装置(特别是上述Qiagen装置)使用需要支架的软而柔顺的玻璃过滤器。该过滤器具有通常为约1～3微米的小孔径，以便能够从样品中有效地捕获核酸。由于这种小孔径，该过滤器因而也较薄，通常小于2毫米厚，由此可减小样品受迫穿过小孔径时的流体流动阻力。在Qiagen程序中，通常将样品与如胍等离液剂混合，并且利用离心力使该混合物穿过玻璃过滤器，其中流体只沿一个方向流动。核酸粘在玻璃过滤器上；使用乙醇或异丙醇将其洗下，然后使用10毫摩尔(10mM)pH为约8(pH 8.0)的三羟甲基氨基甲烷(Tris)缓冲液或水将其释放。然而，由于流体流动所产生的阻力和较大流速所产生的堵塞的可能性，小孔径限制了可处理的样品的量。因此，如Qiagen装置等装置可能容易损坏或者容易变得无效。此外，这些特性限制了样品输入量、可检验的样品类型、大体积样品、浓集系数和简单的流体整合。

较大的玻璃过滤器已被用于提供样品的预处理过滤。例如，美国专利第4,912,034号(Kalra、Pawlak等1990)描述了一种检测液体样品中的靶分析物的免疫测定法，其中包括由玻璃纤维制成的可选的预滤器组件。然而，该装置不是微流体装置并且未明示或暗示可使用玻璃料过滤器板(glass frit)作为微小规模的PCR反应之前的过滤器。美国专利第4,923,978号(McCormack 1990)描述了玻璃纤维过滤器的从水性DNA样品中除去不合需要的蛋白质和蛋白质-DNA复合物的在先应用，但以贬低的方式提到这种过滤器具有较低的粘合能力(参见第2列)。的确，美国专利第4,923,978号要求保护的是用于进行这种过滤的截然不同的材料。美国专利第6,274,371号(Colpan 2001)描述了将硅胶、氧化铝和硅藻土作为优选过滤剂，以用于在核酸分析之前从细胞溶解产物中除去不合需要的污染物。美国专利第6,800,752号(Tittgen 2004)描述了使用色谱材料分离包含核酸的混合物，其中，所述材料包含载体和离子交换剂功能，其中所述载体包括位于支持物上的纤维材料，如塑料过滤器板(plastic frit)。

然而，鉴于以上原因，对于提供可克服当前这代装置的缺陷、能够有效地分离和鉴定核酸的流体装置仍存在需求。本发明满足这些需求和其它一些需求。

发明内容