[发明专利]一种用于自动化和定点照护核酸扩增测试的方法和装置

说明书

这项工作提供了一种使用磁阻(MR)检测在定点照护进行定量的和灵敏的多重核酸检测的方法和设备。MR传感器元件的温度校准是对每个元件执行的，而不是假设相同的校准参数适用于MR传感器阵列的每个元件。它可以包括允许自动清洗和试剂注射的数控流体系统、实现芯片上聚合酶链式反应(PCR)的芯片上温度管理系统以及便携式磁阻传感器平台。除了添加样本和简单的顶级控制之外，这种方法需要最少的用户参与，这使得它非常适合定点照护应用。

技术领域

本发明涉及核酸扩增(nucleic acid amplification)和磁性生物传感设备和技术。

背景技术

基于聚合酶链反应(PCR)的生物测定是用于以高特异性和敏感性检测生物样本的重要工具。PCR中结合样本(bound sample)的检测通常通过荧光检测进行。然而，本领域还考虑了用于PCR测定的磁性检测。PCR中的磁性检测依赖于磁阻(MR)传感器，该磁阻(MR)传感器的电阻取决于磁场。因此，由于磁性纳米颗粒对附近磁场的影响，可以磁性地检测也与磁性纳米颗粒结合的结合样本。然而，MR传感器的电阻还取决于它们的温度。因此，对温度的准确控制和测量对于用于PCR测定的MR检测是重要的。

US 2018/0313789中考虑的MR检测中的温度管理方法是确定用于零场电阻率的校准方程R＝R₀(1+α(T-T0))中的参数R₀和α。一旦完成，MR传感器本身就可用作温度传感器。这项工作的重要特点是，它涉及MR传感器阵列，并且隐含地假设相同的α和R₀可用于阵列中的每个传感器。

我们发现，这一假设在实践中可能不合理。因此，为PCR测定中的MR检测提供改进的温度管理将是本领域的进步。

发明内容

在这项工作中，执行对MR传感器的每个元件温度校准，以便它们能够更准确地提供用于控制PCR循环的温度测量。

一个示例性实施例是用于分别经由PCR和磁生物感测进行便携式芯片上核酸扩增和终点或实时检测的设备。该优选实施例的特征包括以下各项单独或任意组合。

1)焦耳加热网络包括表面安装电阻器，用于在热循环期间实现受控加热。物理地位于印刷电路板(PCB)的底层的电阻器网络的示意图如图7A-7C所描绘的。如图8所示，由电阻器生成的热量通过插接通孔被传递到金属化加热板(位于顶层上)。这种配置使得热量能够更有效地垂直传递和均匀分布到包含PCR溶液的区域。

2)一种温度感测机制，其依赖于由温度变化引起的磁传感器的电阻的测得的变化。

3)一种磁性传感器阵列，用于对感兴趣分析物执行终点检测或实时检测。

4)一种定制电路系统，具有用于驱动和从磁传感器阵列读取的模拟前端、用于数字化传感器数据的模数转换器模块以及用于控制不同模块并对所采集信息进行频率分析的微控制器。

5)一种移动电话应用，用于实现对热循环和终点读出参数的用户指定。对于热循环部件，用户可以指定：与每个步骤相关联的温度和时间长度以及与扩增处理相关联的循环次数。对于读出部件，用户能够指定：孵育时间和读出时间。在完成测定后，向用户展示他们的个人测定结果以及将那些结果转发给他们的医疗保健提供者的机会。

利用该装置的示例性终点PCR方法包括扩增芯片上DNA，然后使用磁性感测对所得PCR产物进行定量。优选的终点测定的显著特征包括以下各项的单独或任意组合。

1)该设备允许在同一芯片上进行温度循环和磁阻信号读取。

2)用生物素官能化的DNA寡核苷酸引物(正向引物或反向引物)，以允许最终与磁性纳米颗粒表面上的链霉亲和素结合。