[发明专利]使用光钳自动提取和纯化样品

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2004年12月10日提交的序列号60/635,164和2004年 12月13日提交的序列号60/634,980的美国临时专利申请的优先权，通 过引用将其全文并入本文。

发明背景

1.技术领域

本发明涉及使用光钳(optical tweezer)自动提取和纯化样品。具体 而言，本发明涉及使用全息光学捕捉(optical trapping)自动提取和纯 化来自样品-尤其是性侵犯的法医样品(即拭样、织物等)的精子。

2.相关技术

法医鉴定需要严格仔细保持保管的连续性。此外，在诸如法医DNA 鉴定等领域，适当处理证据能够防止污染DNA样品，允许来自分离细胞 的DNA的有效PCR(聚合酶链反应)扩增以及允许STR(短串联重复) 分析。

由于强奸案件中样品收集的特点，例如，分离受害者DNA与犯人DNA 对于实施鉴定是必需的。鉴定时，来自受害者的上皮细胞所含DNA经常 与犯人精子内的DNA混合，干扰鉴定结果。目前，广泛应用的从上皮细 胞中分离精子的现有技术是一系列的洗脱步骤，其被设计用来选择性的拆 开一种或另一种细胞类型的细胞膜，接着从该细胞类型中洗脱出DNA，然 后溶解(lysing)第二细胞类型，收集第二DNA样品。由于此技术的不严 密性，以及细胞和细胞/样品历史的多样性，这种溶解/洗脱技术经常给出 混杂了受害者与加害者二者特征的STR结果。如果加害者未知，则利用 DNA/STR数据库来查找/识别加害者。对于这些情况，混杂的STR特征妨 碍数据库的使用，也妨碍将法医数据与(a)其它犯罪和(b)潜在加害者 相联系。

因此，需要一种能够对大量物体进行高精度三维处理的方法和装置， 其能远距离移动物体，如细胞，或者旋转物体以从多个角度分析。还希望 对样品的处理过程进行视觉记录，例如通过摄像和/或录像。具有一种能在 密闭室中进行该操作的方法和装置也是有利的，例如避免交叉感染的可能 性以及不造成物体的损伤。此外，为了贮存和在以后某一时间潜在的进一 步分析，保藏所有收集的材料也是有益的。

发明概述

本发明建立了使用光钳作为自动分离方法的核心的应用，该分离方 法可实际应用于从样品中分离精子的法医工作、遗传分析或者其它法医 应用。具体而言，本发明涉及一种自动化仪器，其利用光学捕捉或全息 光学捕捉(HOT)从包含精子、上皮细胞和其它物质的复杂样品中分离 出纯化的精子样品，以鉴定精子DNA的基因组成。

具体而言，全息光学捕捉(HOT)技术可以通过高速处理、大量平 行分选来自动分离精子与上皮细胞而使法医样品的处理发生革命。

具体地，HOT将单束激光束全息分成多个由计算机控制(因此可定 位与可移动)的三维光阱。HOT系统通过使用空间光调节器(通常是 液晶装置)编码全息图而完成上述工作。计算机界面输入所需全息图案 至空间光调节器。接着，激光束从空间光调节器弹出，在进入显微镜物 镜时，分裂成所需的光阱图案。计算机产生的图案可迅速更新，以产生 激光光阱的活动序列，沿用户规定的路径拉动颗粒。全息控制甚至允许 调整光阱的类型和特性以使得可以处理类似金属的颗粒或吸附颗粒。净 结果是完全的微米处理或纳米处理系统，为用户提供沿三维任意路径同 时移动大量细胞或其它颗粒的能力。CCD照相机和图像处理的加入提 供了机器视觉引导系统，其能自动执行复杂的处理。

因为可创建大型光阱阵列，所以HOT可被用于创建光过滤器，其 优点远超过标准的基于材料的过滤器。这些光过滤器能扫除不想要的物 质，纯化或分选样品以提供所需的组分。HOT过滤器永不堵塞，无背 压，并且可被调节至不损伤材料，例如细胞。此外，计算机控制的过滤 器的全能性意味着可以分选广泛的材料。

因此，HOT系统结合了两种强大的技术-激光和全息摄影术-使得 能够高精度地三维处理大量物体。例如细胞的样品可被长距离移动，或 者旋转以从多个角度分析。由于激光束被用于有效地使物体飘浮空中， 因而处理可发生在密闭室中，使得交叉污染最小化或被消除。此外，光 对有生命或无生命物质的处理非常温和，因而使对颗粒产生损伤的影响 最小化。全息激光处理系统也可被用于用户交互模式或可对事实上无限 的处理任务组进行编程。