[发明专利]用于制备和分析核酸的装置

说明书

本发明提供了集成的“芯片实验室”微流体装置，其用于对含有测试样品的细胞和/或颗粒进行核酸制备和诊断性分析。该装置适合于制备和/或分析来自通用测试样品的DNA或RNA靶，或二者。在不同的实施方案中，在装置上含有核酸样品制备和分析所必需的干燥的和/或液体的试剂，以使该装置仅仅需要加入测试样品。使用粘土矿物和碱性缓冲试剂来克服核酸制备过程中的核酸降解和污染问题。该装置可以进一步包括复合膜，以在测试样品是血液制品时，将血浆或血清与其它血液成分分离开。该微流体装置使用多个微流体通道、进口、阀、膜、泵、和其它部件，它们以不同的配置布置，以操纵液体流动，特别是，为了制备核酸并进行进一步的诊断性分析。

政府权益声明

本文所述的工作由美国陆军医学研究购置活动(U.S.Army Medical ResearchAcquisition Activity)拨款提供部分资金，合同号为W81XWH-10-2-0158。美国政府对本发明享有一定的权利。

背景

技术领域

本发明一般地涉及用于处理样品的微流体装置和方法，所述样品用于分子诊断应用，例如靶核酸序列的检测。

相关技术描述

分子诊断在当今全球医疗环境中具有重要的作用。在发展中国家，95％的死亡是由于缺乏对传染病，即急性呼吸道感染(ARIs)、疟疾、HIV、和肺结核(TB)的正确诊断以及相关的后续治疗(Yager,P et al,Annu Rev Biomed Eng 10:107-144,2008)。最近的大流行病如2009H1N1甲型流感流行增加了对于有效检测和控制传染病的工具的需要。在控制新型传染病的挑战中加入了如“快速病原体突变速度、非人病原体向人病原体的转变、和非人病原体与人病原体的重组”的因素(Kiechle,FL et al.,Clin Lab Med 29(3):555-560,2009)。日益增加的全球流动性帮助传染病从发源地区传播到世界的其它地方，正如在2009H1N1的大流行中所看到的。这种流动性彰显了将快速、便携式诊断(护理点[POC])装置作为预防传染病全球传播的初步手段的一部分的需要。目前的实验室病原体培养方法需要一天或更长时间来提供结果。

对于特定的其他类型的传染病，在发达国家和发展中国家中，需要定期地重复进行诊断性测试，以测量对治疗的反应，并监测疾病状况。一个这样的例子是对于传染病如HIV(人免疫缺陷病毒)和丙型肝炎，监测病毒载量(每毫升血液中病毒颗粒的数量)。南撒哈拉非洲是AIDS流行严重感染地区。在这些地区，缺乏标准实验室设施和受过训练的实验室技术人员是严重的障碍。在美国的医疗条件差的地区存在类似的问题。能够在人群中分发使其易于获得，甚至是可以在家中获得的快速、低成本的诊断工具将会允许更快速地诊断和监测疾病和感染，从而提供实质性的益处。

核酸生物标志物是目标分析物，它用于几种对全球卫生有高度重要性的传染性疾病，包括HIV、HCV、HBV、流行性感冒、和登革热。在开发简单诊断装置以测试多种病毒剂上的主要挑战是：一些病毒的基因组由DNA组成，而其他病毒的基因组由RNA组成。基于RNA的分析物的进一步的挑战是样品处理，所述样品处理要保护这些不稳定分子的完整性。有几种市售产品对后者的问题提出了解决方案。这些产品大部分是昂贵的、技术难度大的、和/或需要某种形式的冷藏。这些要求不容易被小型化的微流体装置满足，所述微流体装置具有盒上试剂库(on-cartridge reagent reservoirs)，所述盒上试剂库被设计用于快速、原地的诊断性分析。而且，这些要求在资源匮乏或远程的情况下难以满足，正如大多数发展中国家的情况。因此，需要有低成本的、无测量的(non-instrumented)、和操作简单的诊断装置，可用于制备核酸的稳定样品，并在护理点(POC)分析DNA和RNA两种生物标志物。