[发明专利]用于核酸定量的微流体虹吸阵列

说明书

在一些方面，本公开内容提供了用于扩增和定量核酸的方法。用于扩增和定量核酸的方法包括将包含核酸分子的样品分离到多个微室中、对所述多个微室执行聚合酶链反应、以及分析所述聚合酶链反应的结果。在一些方面，本公开内容提供了与本文方法一致的装置。

交叉引用

本申请要求于2016年4月4日提交的美国临时专利申请序列号62/317,993和于2016年11月29日提交的美国专利申请序列号15/363,896的权益，这些申请中各自通过引用整体并入本文。

政府利益声明

本发明在国立卫生研究院授予的小企业创新研究资助号1R43OD023028-01下由政府支持下完成。美国政府对本发明享有一定权利。

发明背景

微流体装置是含有小规模处理流体的结构的装置。通常，微流体装置以亚毫米级操作并处理微升、纳升或更少量的流体。在微流体装置中，主要的污染机制是微结构内残存的空气或气泡。当使用热塑性材料来产生微流体结构时，这可能特别成问题，因为热塑性塑料的透气性非常低。

为了避免残存空气的污染，先前的微流体结构使用具有热塑性材料的简单直通道或分支通道设计，或者使用高透气性材料如弹性体来制造装置。然而，简单的设计限制了微流体装置可能的功能，并且特别是在规模上，弹性体材料的制造困难且昂贵。

微流体结构的一个应用是数字聚合酶链反应(dPCR)。dPCR将核酸样品稀释为提供许多分区阵列的微流体结构的每个分区中的一个或更少核酸模板，并在整个阵列上执行PCR反应。通过计数模板被成功PCR扩增的分区并将泊松统计应用于结果来定量靶核酸。与流行的通过将未知样品的PCR扩增速率与一组已知qPCR标准物的速率进行比较来定量模板的定量实时PCR(qPCR)不同，dPCR已被证明具有更高的灵敏度、更高的精确度和更好的再现性。

对于基因组研究人员和临床医生而言，dPCR在稀有突变检测、拷贝数变体定量和下一代测序文库定量中特别有用。在无细胞DNA液体活检和病毒载量定量临床环境中的潜在用途进一步增加了dPCR技术的价值。现有的dPCR解决方案已经使用了弹性体阀阵列、硅通孔方法和在液滴油中的微流体包封。尽管可用的dPCR平台数目越来越多，但与依赖于计数PCR扩增循环数的旧qPCR技术相比，dPCR一直处于劣势。通量、易用性、表现和成本的组合是dPCR在市场上获得采用的主要障碍。

发明内容

本文提供了可用于扩增和定量核酸的方法和装置。本公开内容提供了可通过使用dPCR实现样品制备、样品扩增和样品分析的方法、系统和装置。与其他系统和方法相比，这可使核酸能够以降低的成本和复杂性被扩增和定量。

在一个方面，本公开内容提供了微流体装置，包含：至少一个微通道，其包含至少一个入口和至少一个出口；多个微室和多个虹吸孔，其中所述多个微室通过所述多个虹吸孔与所述至少一个微通道流体连通；以及邻近所述微流体装置的表面安置的热塑性薄膜，使得所述热塑性薄膜覆盖所述多个微室，其中所述热塑性薄膜在跨越所述热塑性薄膜施加的压差下至少部分透气。

在一些实施方案中，所述至少一个微通道进一步包含与交叉通道流体连通的多个子通道，并且其中所述多个微室通过所述多个虹吸孔与所述多个子通道流体连通。在一些实施方案中，所述多个子通道基本上彼此平行，使得所述多个微室处于网格配置。

在一些实施方案中，所述热塑性薄膜覆盖所述至少一个微通道和/或所述多个虹吸孔。在一些实施方案中，所述多个虹吸孔具有约10微米(μm)至约20μ的深度。