[发明专利]用于复杂样品处理的自动化现场测试装置及其使用方法

说明书

本发明提供了用于通过多个样品制备和测定步骤简单、低功率、自动化处理生物样品的方法和装置。所描述的方法和装置有助于在无设备、非实验室环境中现场实施复杂的诊断测定。本发明包括微流体装置，其包括试剂分配单元、样品提取装置和样本处理单元。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年12月01日提交的美国临时专利申请No.62/428,976的优先权；其全部内容通过引用整体并入本文。

背景技术

现场测试(point of care,“POC”)装置允许在患者护理现场进行方便和快速的测试。因此，样品到答案(sample-to-answere)和芯片实验室(“LOC”)系统(集成微流体技术的POC装置类型)已经变得越来越流行。这些LOC在同一装置上集成了所有各种实验室功能，例如先前手动和/或异地执行的提取、放大、检测、解释和报告功能。由于样品到答案和LOC测试是在患者护理现场而不是在实验室设施中进行的，因此，这些类型的测试在污染控制方面存在问题，特别是过程中涉及人员的相互作用的步骤中。因此，需要在样品到答案LOC内自动化处理样本，以最小化人员交互。这些样品到答案和LOC通常具有几平方毫米到几平方厘米的尺寸，并且通常是微机电系统(“MEMS”)的类型。能够检测和分析诸如此处的生物材料的MEMS通常被称为Bio-MEMS。

根据临床实验室改进修正案(“CLIA”)，市场上的大多数POC诊断装置被分类为高或中等复杂性。这些联邦指南通常适用于人体临床实验室检测仪器，但允许放弃这些指南的某些条件除外。其中一个条件是装置或仪器满足某些风险、错误和复杂性要求。为了使POC诊断测试符合CLIA免除标准，需要尽量减少样品制备和流体处理步骤。使这些步骤最小化的一种方法是将试剂储存在密封装置中(例如泡罩或爆裂囊)以便释放。将试剂递送到微流体芯片中通常包括使用泵(例如注射泵或蠕动泵)以及外部试剂填充的瓶子、注射器或贮存器。这些系统不仅难以制成便携式，而且由于必须集成在一起的众多部件以及对微流体芯片的无泄漏流体界面的需要而是复杂的。实现流体处理的简单、小型化和低功率自动化的方法尚未在商业现有技术中成功实施。因此，这被视为在大多数临床设施中仍在进行的大多数多步骤生物测定测试中阻止POC实施的障碍。

需要多个处理步骤的复杂生物测定，包括但不限于移液、加热、冷却、混合、洗涤、培养、标记、结合和洗脱，依靠昂贵的实验室自动化设备来运行样品到答案序列。用于样品到答案序列自动化的低成本、低功耗、小型化仪器尚未实现，因此，用于运行样品到答案序列的现场测试微流体装置依赖于采用独立台式或便携式仪器的形式的额外的仪器，以在微流体装置上运行测定。实施可以使微流体盒上的样品处理步骤自动化的单独仪器被视为保持每次测试的低成本以及因此盒的低成本的方式。在为现场测试应用开发的系统中，这可以采用便携式台式仪器的形式，其具有螺线管柱塞、线性致动器、微控制器和电子电路，以自动化样品处理序列。虽然该仪器使用户能够控制样品处理序列，但它需要受控环境和大量电力才能运行。这些现场测试系统在没有基础设施运行仪器的低资源环境中不可行，或者在家庭和非医院环境中不可行，在家庭和非医院环境中，外行人不需要或者无力购买昂贵的测试仪器或者没有经过培训来操作与测试一起进行的仪器。因此，开发可以直接集成到微流体装置上并且可以运行自动化样品到答案序列的低功率、独立、廉价和一次性仪器的方法，被视为将可以运行复杂的多步核酸、蛋白质和免疫测定的单次使用测试装置开发为样品到答案方式的障碍。