随机存取自动化分子测试系统技术方案

一种随机存取自动化分子测试系统和方法与平面聚合酶链反应(PCR)芯片一起使用以在小占用空间内提供涵盖多种测定/测试的分子检测。自动输运机构在移液管加载站、密封站与扩增和检测模块之间移动所述PCR芯片以提供生物样品流体的无批次和随机存取扩增和检测。所述PCR芯片包括平面矩形本体、用于接收来自所述入口端口的样品流体的U形通道以及在所述入口端口上方从所述本体的上表面横向延伸以供由所述自动输运机构使用的夹紧特征。一种扩增和检测模块包括加热块、用于固持所述PCR芯片的带有观察窗的夹子以及用于识别所述样品流体的感兴趣内容特性的检测平台。的感兴趣内容特性的检测平台。的感兴趣内容特性的检测平台。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】随机存取自动化分子测试系统
[0001]相关申请此专利申请要求于2020年3月26日提出申请的美国临时专利申请第62/994,924号的优先权。


[0002]本文中的公开内容一般来说涉及分子检测的领域。更特定来说，本公开内容涉及用于快速和低成本装备的设备和方法以及用于自动化分子测试的方法。

技术介绍

[0003]聚合酶链反应(PCR)是一种基因扩增技术，其用于生物样品的分子测试中以识别感兴趣的载体。用于借助PCR实施分子测试的专用装备通常很昂贵，并且仅可由训练有素的医生操作。而且，其通常不能“按需”获得、而是分批运行。分子PCR IVD（体外诊断）行业开始于96孔格式（well format）的批处理。虽然这可以提供大规模并行处理和高吞吐量、尤其是在具有较高重复/批次的情况下，但是大量孔提供较小样品间变化，并且针对小于96孔的某些样品大小可能导致处理延迟。一些公司已经开发出具有较小“批次”的系统，诸如样品制备区段中的4个重复/模块以及扩增检测系统中的12个反应。“扩增
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检测”功能的成本可以通过要求模块内的反应在同步的PCR步骤上进行来分配。
[0004]行业内的另一解决方案是经由机器人进料器的并行多个POC（护理点）模块。这些基于集成样品制备测定盒，其使样品制备与测定组合，并且可能非常昂贵，因为其预先包装有散装液体和试剂。以数种类型的材料制造盒以满足不同加工需求也很困难。虽然每一POC模块在技术上可以单独运行，但是将需要多种盒类型，从而导致非常笨重、庞大和昂贵的测定库存储设施。而且，这些POC系统中的反应体积通常为40μl或以上，并且具有与空气冷却相关联的相当慢斜坡时间（大约2度/秒）。因此，这种系统永远不可能快速和紧凑。例如，这些类型的系统上的定量测定需要每一样品约一小时的周转时间(TAT)。
[0005]大多数PCR系统最多提供“小批量处理”能力，其中测定与类似或相同协议一起运行。这迫使客户积累需要相同协议的测试，因此创建样品队列。在紧急测试（诸如STAT样品）的情况下，通过占用可用批处理过程的一小部分来实现速度。大多数商业系统具有不小于50分钟的周转时间。此总时间包括制备样品或提取核酸（样品制备）的时间和实施PCR的时间。大多数商业系统在扩增和检测区段中具有至少12个样品的批处理能力，并且在样品制备区域中具有四个样品的批处理能力。应该强调，一些系统声称“灵活批处理”过程，但是通常这涉及使用可用反应位点的子集，并且降低每一空间的系统吞吐量并增加成本。大多数商业测定被开发成对50μl PCR反应实施测试，其中一些反应具有低至20至25μl反应。这对PCR的成本效益速度的理论限制具有负面影响。直到现在，不存在能够以具有成本效益的方式并具有将测定递送到低成本耗材中的灵活性在小于15μl的反应体积中真正运行随机存取PCR测试的高吞吐量商业系统。

技术实现思路

[0006]在第一方面中，随机存取自动化分子测试系统和方法与平面聚合酶链反应(PCR)芯片一起使用以在小占用空间内提供涵盖多种测定/测试的分子检测。自动输运机构在移液管加载站、密封站与扩增和检测模块之间移动所述PCR芯片以提供生物样品流体的无批次和随机存取扩增和检测。
[0007]在另外的方面中，一种用于随机存取自动化分子测试的PCR芯片包括：平面矩形本体；U形通道，所述U形通道具有形成在所述本体的一端内的第一和第二端部；入口端口，所述入口端口用于接收所述样品流体，与所述U形通道相对地形成在所述本体中并通过第一通路连接到所述U形通道的所述第一端部，所述第一通路进一步包括在所述入口端口与所述第一端部之间的第一溢流贮存器；排出端口，所述排出端口与所述U形通道相对地形成在所述本体中并相邻于所述入口端口，所述排出端口通过第二通路连接到所述U形通道的第二端部，所述第二通路进一步包括在所述排出端口与所述第二端部之间的第二溢流贮存器；以及夹紧特征，所述夹紧特征在所述入口端口和所述排出端口上方从所述本体的上表面横向延伸。
[0008]在另一方面中，一种扩增和检测模块包括：加热块，所述加热块可操作地耦接到控制器用于致使控制所述加热块循环通过多个温度；用于相邻于所述加热块固持平面聚合酶链反应(PCR)芯片的夹子，所述平面聚合酶链反应(PCR)芯片将待测试流体等分试样保持在密封通道中，所述夹子包括观察窗；以及检测平台，所述检测平台相邻于所述观察窗并且可操作地耦接到所述控制器用于识别流体等分试样的感兴趣的内容特性。
附图说明
[0009]图1A在实施例中绘示用于随机存取自动化分子测试的PCR芯片的顶部透视图。
[0010]图1B在实施例中绘示图1A的PCR芯片的底部透视图。
[0011]图2A在实施例中绘示图1A和图1B的PCR芯片的顶视图。
[0012]图2B绘示图2A的PCR芯片的横截面视图。
[0013]图2C绘示图2B的PCR芯片的详细视图。
[0014]图3A
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图3D在实施例中绘示图1A和图1B的PCR芯片的内部特征。
[0015]图4A
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图4E在实施例中绘示图1A和图1B的PCR芯片的额外内部特征。
[0016]图5A
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图5B在实施例中绘示用于使用图1A和图1B的PCR芯片实施扩增和检测的系统。
[0017]图6在实施例中绘示在图5A
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图5B的系统中使用的夹具。
[0018]图7A
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图7B在实施例中绘示供在图5A
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图5B的系统中使用的模块。
[0019]图8在实施例中绘示供在图5A
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图5B的系统中使用的一系列模块。
[0020]图9绘示图7A
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图7B的模块的分解图。
[0021]图10在实施例中绘示供在图5A
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图5B的系统中使用的芯片进料器。
[0022]图11在实施例中绘示图示PCR测试的方法的流程图。
具体实施方式
[0023]一般来说，PCR（聚合酶链反应）测试有两个主要过程：样品制备(SP)以及扩增和检
测(AD)。例如，测试和/或识别生物流体样品中的核酸需要样品制备来分离核酸以进行进一步处理。一般来说，样品制备涉及从处于液体状态的样品材料裂解或释放核酸(NA)，然后在可能涉及数个步骤的过程中在洗脱液中分离出NA。
[0024]通过将来自生物样品的核酸浓缩成更小洗脱体积的随机存取测试和低试剂用量提供PCR测定的更低标准成本和更快TAT。在实施例中，来自标准工作体积（例如，50μl）的核酸被浓缩成更小液体体积，诸如大约5至10μl。换句话说，如果较大体积的洗脱液包含100个靶核酸分子并在50μl PCR反应中进行处理，则本文中公开的随机存取自动化分子测试系统在更小的5或10μl反应体积中对相同100个分子进行操作。因此，不存在灵敏度损失，因为样品中的所有可用核酸都像在较大洗脱液中一样被高效地捕获。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种扩增和检测模块，其包括：加热块，所述加热块可操作地耦接到控制器用于控制所述加热块循环通过多个温度；用于相邻于所述加热块固持平面聚合酶链反应(PCR)芯片的夹子，所述平面聚合酶链反应(PCR)芯片将待测试的流体等分试样保持在密封通道中，所述夹子进一步包括观察窗；以及检测平台，所述检测平台相邻于所述观察窗并且可操作地耦接到所述控制器用于识别所述流体等分试样的感兴趣特性。2.根据权利要求1所述的模块，其中所述加热块和所述夹子由铝制成。3.根据权利要求1所述的模块，其进一步包括温度感测元件，用于将来自所述加热块的反馈提供到所述控制器。4.根据权利要求1所述的模块，其中所述检测平台进一步包括互补金属氧化物半导体(CMOS)相机。5.根据权利要求1所述的模块，其中所述检测平台进一步包括光电二极管。6.根据权利要求1所述的模块，其中所述夹子进一步包括被动弹簧。7.一种自动化分子测试系统，其包括：用于保持待测试的流体等分试样的平面聚合酶链反应(PCR)芯片；多个扩增和检测(AD)模块，所述扩增和检测(AD)模块包括：加热块，所述加热块可操作地耦接到控制器，用于控制所述加热块循环通过多个温度；用于相邻于所述加热块固持所述平面PCR芯片的夹子，所述夹子进一步包括观察窗；以及检测平台，所述检测平台相邻于所述观察窗并且可操作地耦接到所述控制器，用于识别所述流体等分试样的感兴趣特性；用于将所述流体等分试样添加到所述平面PCR芯片的移液管加载站；用于密封所述平面PCR芯片的密封站；以及用于选择性地固持所述平面PCR芯片并在所述移液管加载站、密封器和至少一个AD模块之间输运所述平面PCR芯片的输运机构。8.根据权利要求7所述的系统，其中所述输运机构是自动控制的。9.根据权利要求7所述的系统，其中所述输运机构可操作以将所述平面PCR芯片插入到所述至少一个AD模块中。10.根据权利要求9所述的系统，其中所述多个AD模块共面，并且所述输运机构可操作以将所述平面PCR芯片设置到所述多个AD模块中的任一者中。11.根据权利要求7所述的系统，其中能够单独控制所述多个AD模块。12.根据权利要求7所述的系统，其中作为一群组控制所述多个AD模块的子集。13.根据权利要求7所述的系统，其进一步包括用于将PCR芯片提供到所述输运机构的进料器。14.根据权利要求7所述的系统，其中所述多个AD模块中的至少一者进一步包括仅检测模块。15.根据权利要求7所述的系统，其中所述多个AD模块中的至少一者进一步包括仅扩增模块。
16.一种用于随机存取自动化分子测试的平面聚合酶链反应(PCR)芯片，其包括：平面矩形本体；U形通道，所述U形通道具有形成在所述本体的一端内的第一和第二端部；入口端口，所述入口端口与所述U形通道相对地形成在所述本体中并通过第一通路连接到所述U形通道的所述第一端部，所述第一通路进一步包括在所述入口端口与所述第一端部之间的第一溢流贮存器；排出端口，所述排出端口与所述U形通道相对地形成在所述本体中并相邻于所述入口端口，所述排出端口通过第二通路连接到所述U形通道的第二端部，所述第二通路进一步包括在所述排出端口与所述第二端部之间的第二溢流贮存器；以及夹紧特征，所述夹紧特征在所述入口端口和所述排出端口上方从所述本体的上...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：美国西门子医学诊断股份有限公司，
类型：发明
国别省市：