[发明专利]微流体样品处理设备和制备生物样品的方法

说明书

本发明提供了用于通过多个样品制备和分析步骤进行生物样品的简单、低功率、自动化处理的方法和装置。所描述的方法和装置便于在无设备、非实验室环境中的复杂诊断测定的即时护理实施。

本申请是申请日为2016年7月25日、申请号为201680055919.8、发明名称为“包括使用线性或旋转运动的磁性和机械致动元件的样品处理设备及其使用方法”的发明专利申请的分案申请。

交叉参照相关申请

本申请要求2015年7月23日提交的美国时间申请号62/196,816、2015 年12月1日提交的美国时间申请号62/261,577以及2016年5月4日提交的美国时间申请号62/331,635的权益；其全部内容以援引结合于此。

背景技术

即时护理(“POC”)设备允许在患者护理现场进行方便快速的测试。因此，集成了微流体技术的POC设备类型的样品到回答和芯片实验室(“LOC”) 系统已变得越来越流行。这些LOC将各种实验室功能，如提取，扩增，检测，解释和报告，以前手动和/或异地执行，都集成在同一台设备上。因为样品到回答和LOC测试是在患者护理场所而不是在实验室设施中进行的，所以这些类型的测试在污染控制方面存在问题，特别是在涉及过程期间人为干预的步骤中。因此，需要在样品到回答的LOC内使样品处理自动化，以最小化人为干预。这些样品到回答和LOC通常为几平方毫米到几平方厘米大小，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诊断设备被归类为高或中等复杂度。这些联邦指导方针通常适用于人类的临床实验室测试仪器，但在某些允许放弃这些指导方针的情况下除外。其中一个条件是当设备或仪器满足某些风险、错误和复杂性要求时。为了使POC诊断测试符合CLIA放弃的，样品制备和流体处理步骤需要最小化。减少这些步骤的一种方法是要将试剂储存在密封的装置中，例如泡袋或爆裂袋以释放。

将试剂输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，注射器或储存器。这些系统不仅难以弄成便携式的，而且由于需要集成在一起的众多部件以及对进入微流体芯片的无泄漏流体接口的需求，这些系统也很复杂。能使流体处理的简单、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，这被看作是妨碍仍在大型临床设施中进行的大多数多步生物测定测试中POC实施的障碍。

需要多个处理步骤(包括但不限于移液、加热、冷却、混合、清洗、孵育、标记、结合和洗脱)的复杂生物测定依赖于昂贵的实验室自动化装备来运行样品到回答序列。用于样品到回答序列自动化的低成本，低功耗，小型化仪器尚未实现，因此，用于运行样品到回答序列的即时护理微流体设备依赖于附加仪器，其采取独立台式或便携式仪器的形式以在微流体设备上进行测定。实施可以自动化微流体盒上的样品处理步骤的单独仪器被看作是保持每次测试的成本并因此使得盒的成本较低的一种方式。在为即时护理应用开发的系统中，这可以采用带有螺线管柱塞、线性致动器、微控制器和电子电路的便携式台式仪器的形式来自动化样品处理序列。虽然这样的仪器可以让用户对样品处理顺序进行控制，但它需要受控的环境和大量的电力来运行。这些即时护理系统在其中没有基础设施运行仪器的低资源环境中，或者在其中外行人看不到需要或无法负担购买昂贵的仪器进行测试时的家庭和非医院环境中，不可行，或者没有接受过培训以操作与测试一起进行的仪器。因此，开发能够直接集成到微流体设备并能够运行自动化样品到回答序列的低功耗、独立、廉价和一次性使用仪器的方法被视为开发可以从样品到答案运行复杂的多步骤核酸、蛋白质和免疫分析的单次使用测试设备的障碍。

一次性测试不需要仪器来运行它们仅限于以下方面：1)简单的单步骤测定，其中样品是唯一的液体，不使用试剂(这些测试通常包括试纸测试，例如尿液测试条和妊娠测试)；和2)以包含试剂瓶和用法说明集的套件形式出售的多步骤测定，其中用户依赖于遵循用法说明并将试剂分配到一次性测试盒的不同区域中(这些设备通常运行不需要样品制备步骤的免疫测定)。