[发明专利]用于进行化学或生物反应的方法和系统

说明书

本文公开了用于分析核酸和用于进行化学和/或生物反应的方法和系统。还公开了用于液滴生成、引导和分离的方法和系统。

发明背景

核酸扩增方法可允许从复杂混合物如生物样品中有选择地扩增和鉴定感兴趣的核酸。为了检测生物样品中的核酸，通常对生物样品进行处理，以从生物样品的其他组分和其他可能干扰核酸和/或扩增的物质中分离出核酸。在从生物样品中分离出感兴趣的核酸之后，可通过例如核酸扩增，如基于热循环的方法(例如，聚合酶链式反应(PCR))，对感兴趣的核酸进行扩增。在扩增感兴趣的核酸之后，可以检测扩增产物，并由终端用户解读检测结果。然而，当需要进行多个或大量扩增反应时，这是枯燥、耗时且低效的。

已提出用液滴作为分区以在约束的容积中进行化学和生化反应(例如，核酸扩增)，并已开发了多种方法来生成这类液滴。然而，这些技术通常具有与不均匀的液滴大小和组成、相对较低的通量和/或不能生成单分散液滴相关的问题。

另外，在适当的试剂反应体系中，核酸扩增可以非常快速地发生。事实上，聚合酶链式反应(PCR)中核酸分子的扩增可以在每个循环中发生一到两秒，或甚至短于一秒。因此，在许多情况下，PCR扩增的速度受到仪器(例如热循环仪)的性能而不是生物反应本身的限制。

发明内容

在此认识到需要快速、准确和高通量的方法、系统和装置以生成均匀大小、形状和组成的液滴，在一些情况下，重点在于用于分析核酸的液滴。这样的方法、系统和装置可用于例如实现可经由核酸检测的疾病的快速样品-反馈检测和管理。

本公开内容的一个方面提供了用于促进生物样品的化学或生物反应的方法，其包括：(a)使第一流体相(例如，连续流体)沿着流体流动路径通过柔性膜中的至少一个开口向所述膜的下游的室流动；(b)使第二流体相(例如，包含生物样品的流体和/或与所述第一流体不混溶的流体)沿着所述流体流动路径通过所述膜中的至少一个开口向包含所述第一流体相的所述室流动；(c)在所述第二流体相与所述第一流体相接触时在所述室中生成多个液滴。所述多个液滴中的给定液滴可包含所述生物样品(或其部分)以及所述化学或生物反应所必需的试剂。

在一些实施方案中，使用流动控制器引导所述第一流体相和/或所述第二流体相。在一些实施方案中，使用正压力引导所述第一流体相和/或所述第二流体相。在一些实施方案中，使用负压力引导所述第一流体相和/或所述第二流体相。在一些实施方案中，使用正压力和负压力的组合引导所述第一流体相和/或所述第二流体相，其中所述正压力和负压力的组合在时间上(例如，第一次为第一压力且第二次为第二压力)或空间上(例如，使用第一压力如正压力引导第一通道中的第一流体相，并使用第二压力如负压力引导第二通道中的第二流体相)进行分布。在一些实施方案中，在通常为层流的流动下沿着流体流动路径引导所述第一流体相或所述第二流体相或两者，但局部湍流区域也是允许的。在一些实施方案中，在斯托克斯流下沿着流体流动路径引导所述第一流体相或所述第二流体相或两者。

一些实施方案的所述第一流体相包含化学或生物反应所必需的试剂。一些实施方案的所述第二流体相包含化学或生物反应所必需的试剂。在一些实施方案中，所述第一流体相包含油。在一些实施方案中，所述第一流体相包含表面活性剂。在一些实施方案中，所述第一流体相或所述第二流体相或两者是液相。

本公开内容的一些实施方案具有的化学或生物反应是核酸扩增。因此，在一些实施方案中，促进化学或生物反应所必需的试剂包括一种或多种引物以及至少一种聚合酶。在一些实施方案中，核酸扩增是聚合酶链式反应(PCR)。在一些实施方案中，所述核酸扩增是等温扩增。本公开内容的一些实施方案包括两种或更多种类型的核酸扩增。用于促进生物样品的化学或生物反应的方法可以进一步包括在由所述给定液滴中的所述生物样品或其部分生成扩增产物所必需的条件下，使所述给定液滴经历核酸扩增。在这样的情况下，所述核酸扩增是聚合酶链式反应(PCR)，或者所述核酸扩增是等温扩增或两种上述核酸扩增技术和/或本领域技术人员已知的任何其他技术的组合。促进生物样品的化学或生物反应的方法可以进一步包括检测所述给定液滴中或来自所述给定液滴的扩增产物。