[发明专利]数字流体样品分离设备和用于一步定量样品分析的方法

说明书

本发明展示了一种用于分离、数字化和分析流体样品的数字分离(DS)芯片。所述DS芯片包括制备和区室化所述流体样品以进行分析的流体层。邻近孔的峭壁结构撇取所述流体样品，并且防止可干扰流体样品分析的颗粒进入所述孔。撇取后的流体样品分析在所述孔中进行，并且可收集终点数据，且将所述数据用于非常快地确定所述流体样品中所需组分的初始浓度。使用所述的设备和方法，可制备、数字化、区室化、测定流体样品，并在大约30分钟内收集所述终点数据。可易于改造所述设备和方法，以提供样品的平行处理。

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求提交于2013年8月9日的美国临时专利申请序列号61/864,346的优先权和权益，该临时专利申请全文以引用方式并入本文。

关于联邦资助研究或开发的声明

不适用

计算机程序附录以引用方式并入

不适用

背景技术

1、技术领域

本发明整体涉及一步法样品制备和分析，更具体地讲涉及悬浮液分离、多重区室化以及分离溶液中组分的数字扩增和/或检测的整合，其中可使用脱气驱动流使该系统自动化。

2、背景探讨

实时PCR目前是用于定量检测体液样品中的核酸(NA)的标准方法。生物体(通常是血液)中的病毒载量或病毒数量是指示抗病毒疗法的有效性和疾病累进的最重要标记之一。美国食品药品监督管理局(US Food and Drug Administration)批准的常规HIV病毒载量监测试验使用实时聚合酶链式反应(实时PCR)测定法。该方法通常涉及昂贵的设备(例如实时热循环仪)，2-3小时的测定时间，需要受过训练的技术人员的多个人工步骤并且需要制备样品以移除污染物。例如，在标准实时PCR测定中，样品(例如血液)需要纯化，因为由于血红蛋白和IgG的螯合性质会破坏Fe3+浓度，它们可抑制聚合酶活性。

由于血液细胞的不透明性会阻碍光学检测路径，从而可妨碍诊断测定，因此血浆分离是血液类蛋白和其他样品组分诊断的共同步骤。从裂解的红细胞释放的血红蛋白可通过螯合离子抑制其他酶反应，因此在进行几乎所有测定之前希望移除血细胞。

样品纯化可通过酚/氯仿提取或硅胶离心柱进行。标准血浆分离技术通过离心进行，这需要电源和庞大的设备。膜过滤和机械过滤方法也是流行的，然而，它们通常会阻塞或导致溶血作用。其他利用水动抬升力、Zweifach-Fung效应或惯性力的方法需要外部泵来精确控制流量。使用外部场例如声学、电渗流和磁力的主动分离已得到利用。然而，这些分离还需要外部电源，具有高度复杂的芯片设计，并且需要外部设备。

还存在沉淀方法，例如错流过滤、滤塞中的沉淀以及重力引起的分层。由于对红细胞的低剪切应力，这些沉淀系统的主要优点是显著减少溶血作用。然而，在所有讨论的纯化或分离方法中，尚待实现这些技术与样品区室化的结合，以实现快速的一步法数字流体样品分析。

可使用其他NA测定法，例如转录介导扩增或分支DNA测试，但受到与实时PCR相同的限制，即需要多个样品制备步骤，大约3-6小时的测定时间和受过高强度训练的技术人员。此外，这些技术均需要中心实验室的测试，因此必须传送样品，这可导致样品降解。中心化还限制了遥远的、资源匮乏的地点的使用机会。

还开发了较新的基于ELISA(酶联免疫吸附测定)的技术。虽然它们可降低测试成本(大约5-23美元)并且是更简单的、可执行的测定法，但仍然是耗时的，需要大量的人工处理时间(6-72小时)。最新的侧流试纸条已证实可检测NA。然而，仍然需要多个人工步骤，并且这些测定法通常提供定性而非定量NA检测。

希望将快速样品制备和定量测定终点结果输出结合到同一诊断芯片中，以简化、降低成本并缩短流体样品分析所需的步骤。

发明内容