[发明专利]用于核酸分析的具有集成的测定对照的微流体盒及设备

说明书

背景

技术领域

本发明总体上涉及用于诊断测定的具有集成的测定对照的微量测定盒和具有光学、热、机械和气动液压系统的紧凑型荧光检测仪器。

相关领域的描述

分子诊断的作用在当今全球医疗保健环境中至关重要。在发展中国家，95％的死亡是由于缺乏对传染病的适当诊断和相关后续治疗造成的；例如急性呼吸道感染(ARI)、疟疾、HIV和结核病(TB)(Yager,P等，Annu Rev Biomed Eng 10:107-144,2008)。最近的流行病(诸如2009年H1N1流感大流行)强调了对有效检测和控制传染病的工具的需要。包括快速病原体突变率、非人病原体至人病原体的转化以及非人病原体与人病原体的重组的因素已经加大了管理新型传染病的挑战(Kiechle,FL等，Clin Lab Med 29(3):555-560,2009)。增加的全球流动性有助于传染病从原发地区迅速传播到世界其他地区，如2009年H1N1大流行期间所见。检测感染性病原体所需的当前实验室培养方法花费一天或更多时间来提供结果。这些问题突出了在入境口岸对快速、便携式诊断现场护理(point-of-care，POC)设备的需要，以防止感染的全球传播。

在发达和发展中世界中，对某些类型的感染的诊断测试需要定期重复，以测量对治疗的反应和监测疾病状况。一个这样的情况是监测如HIV(人免疫缺陷病毒)和丙型肝炎的感染的病毒载量(每毫升血液的病毒颗粒数)。撒哈拉以南非洲是受艾滋病大流行严重影响的地区。该地区缺乏标准实验室设施和训练有素的实验室技术人员是严重的瓶颈。在美国医疗服务不足的地区也存在类似的问题。可以分散在整个社区(甚至可能家中)以方便获取的快速、低成本的诊断工具，将通过允许更快速地诊断和监测疾病和感染提供实质性的好处。

自从其出现以来，微流体已显示出巨大的潜力成为体外诊断(IVD)的重要工具。基于微流体的IVD的“圣杯”是提供手持式或便携式，独立的，自校准的，自动化的和廉价的装置，其能够使用最少量的原始样品对多种分析物进行快速，特异性，灵敏的和定量的测试。然而，到目前为止，只有非常有限的微流体装置已被成功地开发并商业化用于此类应用。独立微流体装置的发展面临的一个显著技术挑战是系统集成，其需要将气动、流体、机械、电子和光学单元组合至有限的空间中。将这些功能单元接口和集成至可高效地制备测试样品以用于分析和精确检测靶分析物的单个稳健的微流体装置中仍然是一个持续的挑战。

其他挑战涉及测定验证和质量控制。监管机构规定的当前标准要求通过使用对照来监测和验证基于诊断的健康护理决策中使用的所有测定程序的准确性和可靠性。这些对照包括过程对照和功能性验证提取、扩增和诊断过程的阳性和阴性对照。对相同样品并在与测试测定相同的测试孔中进行过程对照，但使用不同的引物和/或探针组来检测总是存在于测定样品中的对照靶。相反，阳性和阴性对照使用与测试样品相同的引物和/或探针以及嵌入孔中的已知量的测定靶(在阴性对照的情况下为零)在分开的测定孔中来进行。虽然几个商购可得的微流体诊断系统，诸如BD Diagnostics BC MAX^TM系统和Cepheid系统运行在卡(on-card)过程对照，但是两个系统都不提供具有集成的阳性和阴性对照的测试卡。外部对照可由测试制造商作为附属对照试剂盒(来源于如产品包装插页中指定的第三方供应商)提供，或由采购实际样品的客户提供。

在运行外部阳性和阴性测定对照的需要中存在几个显著的不利方面。当阳性和阴性测定对照不是集成测试盒的一部分时，固有的批次间试剂变化和/或降解可能损害测定结果的验证。对于终端用户，需要额外的成本和时间来获得另外的对照试剂和装置并进行分开的对照测定。此外，通常由终端用户决定对照测试的适当频率，这给用户带来额外的负担。当运行多重测定时，这些缺点变得越来越显著，并且在资源贫乏的环境中受到特别关注。

另一个挑战是便携性。虽然使用荧光团作为体外诊断测定的探针的益处是众所周知的，但用于此类测定的最常见可用形式的装备是大的，使用复杂的，相对缓慢的并且依赖昂贵的共聚焦光学器件。这些属性使得许多设备不适合于偏远地区和现场护理的全面集成的“采样-应答”测试，在那里需要此类设备是坚固、快速、紧凑、便宜且易于使用的。

这些联锁问题的同时解决只有通过通常在这种高度不可预测的技术中通过试错来指导的充分实验和开发来实现。因此，本领域需要许多改进，其要素是本文公开内容的主题。

概述