[发明专利]使用声学液滴喷射从样品中提取目标部分的系统和方法

说明书

提供了一种使用声学喷射技术从样品中提取目标分析物的方法和系统。该方法涉及将聚焦的声能施加至容纳流体组合物的流体储藏器，所述流体组合物含有目标分析物并且包括上部区域和下部区域，其中上部区域中的目标分析物的浓度与下部区域中的目标分析物的浓度不同。聚焦的声能以有效地使得流体液滴从流体组合物喷射到液滴接收器中的方式施加，其中液滴中的分析物的浓度对应于上部区域中的分析物的浓度或下部区域中的分析物的浓度，并且其中分析物的浓度在整个液滴是基本上均匀的。流体组合物可包含用于提取离子目标分析物的离子液体。还提供了相关的方法和声学提取系统。

发明背景

(1)技术领域：

本发明总体上涉及使用声学液滴喷射从流体组合物中提取目标分析物的系统和方法。本发明可用于许多领域，包括化学和生物学。

(2)相关技术的描述

从混合物中提取分子是许多技术领域中所采用的方法中的必不可少的步骤，这些领域包括合成有机化学、材料科学、药物研究与开发以及分子生物学。尽管现在在许多情况下都需要，但是就生物分子(例如核酸和蛋白质)的提取而言特别具有挑战性，因为它们通常包含在复杂的主体(host)环境(例如细胞、组织和血液)中。然而，在许多方法和产品中，高效并且有效地提取DNA、RNA和蛋白质是必需的。诊断试剂盒(kits，工具包)、识别和相关性测试、病原体检测、组织分型和基因研究只是几个实例。

DNA的纯化可涉及从生物环境中分离和移出染色体和/或线粒体DNA，或其可在分离重组DNA构建体(即，含有重组序列的DNA，例如质粒)的情况下进行。DNA的聚合酶链反应(PCR)扩增、诊断测试程序以及敏感的分析主体都需要高度的纯度。DNA样品中的污染物可抑制诊断或分析程序中的一个或多个关键步骤。例如，某些污染物可抑制聚合酶链反应或抑制限制性酶的作用。

任何DNA纯化方法都需要(1)有效破坏含有目标DNA的生物主体环境，例如细胞或组织；(2)使用蛋白酶和/或变性剂使蛋白质和核蛋白复合物变性；(3)使内源性核酸酶失活；和(4)从样品中移出目标DNA。分离的目标DNA应不含最初存在的任何化合物或物质，例如蛋白质、脂质、RNA、其他核酸等，并且在大多数情况下，纯化过程必须避免由机械剪切或污染物的存在而导致的DNA片段化(断裂)。RNA的分离甚至更加复杂，因为RNA固有地不稳定，必须使用强变性剂来抑制内源性RNA酶，RNA酶是热稳定的并且在热变性后会重新折叠，并且难以使缺乏辅因子的RNA酶则失活。

在核酸纯化中，通常使用清洁剂破坏细胞膜的脂质双层来进行细胞或组织的破坏。清洁剂会破坏细胞膜中的脂质-脂质和脂质-蛋白质相互作用，从而能够使膜组分溶解。对于除细胞膜之外还含有细胞壁的生物体，可需要另外的处理；例如，必须用溶菌酶处理以消化革兰氏阳性细菌的肽聚糖细胞壁，并且需要用溶细胞酶(裂解酶)或消解酶(酶解酶)处理以破坏酵母的多糖细胞壁。

蛋白质和核蛋白的变性涉及通过破坏二级结构来改变蛋白质构象，并且使用蛋白质变性剂(例如离子清洁剂、离液剂(促溶剂)、还原剂、热和/或蛋白酶)来进行。在哺乳动物细胞中，DNA被组蛋白压在大分子核蛋白结构(即染色质)中，并且变性能够使得染色体DNA从核蛋白复合物中释放。螯合剂(例如乙二胺四乙酸(EDTA))典型地用于使核酸酶失活，蛋白酶K也是如此。某些商业系统需要逐步处理，即细胞裂解、变性和核酸酶失活，而其他系统提供了单一解决方案，其含有用于进行所有三个上述步骤的组件。

最终，必须从经处理的生物样品中分离目标DNA，该样品可能会含有蛋白质、蛋白质片段、脂质、碳水化合物、盐和细胞碎片。从历史上看，DNA通过液-液提取纯化。将水性细胞水解产物与苯酚-氯仿混合物(任选地含有一些异戊醇以抑制RNA酶活性)一起振摇。该混合物分成两层，其中疏水的氯仿-苯酚下部相含有蛋白质、脂质、碳水化合物和细胞碎片，而核酸保留在上部水相中。收集上部相的DNA水溶液，从上清液中沉淀DNA，并且清洗DNA沉淀物并且用缓冲液溶解。然而，该技术麻烦且耗时，并且，如已广泛指出的，氯仿具有剧毒并且苯酚也是易燃的、腐蚀性的和有毒的。