用于处理液体样本的射流卡盘和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于处理液体样本的射流卡盘和方法，更具体来说，其中所述射流卡盘包括主要通道和接合所述主要通道的一个或多个分支通道。
【背景技术】
[0002]样本制备和分析呈现许多后勤问题。常规地，在没有分析医学样本(例如血液、唾液、尿液以及拭子洗脱液)所必需的设备的局部手术中，许多所述样本被提供给医生，例如，全科医生(GP)或主治医师(PCP)。因此，必须将样本发送到其中分析样本的实验室。测试结果必须随后被核对且返回给GP以分析所述结果且做出诊断。此方法是不适当的。首先，存在样本运送中被丢失或与错误的患者错配的相当大的风险。此外，尽管技术的最近发展已经减少了执行测试所花费的总时间，但将样本发送到实验室所涉及的延迟是不令人满意的。
[0003]然而，在实验室中存在的类型的分析系统是复杂的且通常难以从源样本提供足够量的纯目标以可靠地执行下游分析测定。这通常阻止局部GP手术能够现场执行此类测试。
[0004]然而，近年来，已经努力减小分析系统的大小以使测试运行起来更快且更简单，且需要更小的量的样本。举例来说，“芯片实验室”(LOC)装置(微流体装置的子集)将在医院中执行的几乎所有医疗测试或诊断操作整合在单一微流体芯片上。形成此类微流体装置的通道处理较小流体体积且连接在一起以便实现所希望的功能，例如混合样本、移动样本通过装置、使样本与不同的试剂反应等等。这些芯片可以插入到机器中以控制测试的性能且测量结果。
[0005]然而，已发现处理微流体装置中的样本可能非常困难。在如在常规LOC上存在的此类小通道中，难以施加外部力以将样本从一个位置移动到另一位置以在样本上执行不同的动作。还存在对仅仅使用毛细作用操作的LOC装置的复杂性的限制。此外，由于LOC的较小样本大小，所述装置具有减少的灵敏度且因此目标存在于样本中的概率减小。
[0006]替代的方法是使用射流卡盘。射流卡盘的组件的大小大于微流体装置的组件的大小，并且因此移动样本通过各种不同位置以在其上执行不同的动作变得可能。这使得有可能执行比可以使用典型的LOC装置执行的更加复杂的测试，同时仍提供在局部GP手术中可能使用的分析系统。
[0007]可用于医疗诊断的科学测定已经越来越涉及生物化学过程，例如聚合酶链反应(“PCR”)WCR测定已经提供测定核酸的界定区段的存在的强有力的方法。因此希望在射流卡盘上执行PCR测定。
[0008]将PCR减小到微芯片级对于便携式检测技术和高通量分析系统是十分重要的。所述方法可以用于针对对特定病原体(例如沙眼衣原体细菌、HIV或任何其它病原微生物)具有特异性的核酸的存在测定体液。
[0009]可商购的自动DNA扩增测定的引入已经允许更多实验室引入这些技术以用于试样的常规测试。然而，存在改进用于此目的的射流装置的需要。
[0010]射流装置通常用于样本制备和生物学或化学液体样本的分析。在样本制备期间，样本通常通过样本输入端口进入且在到达其中可以分析它的样本室之前可以沿着主要通道传递或进入到空腔中。另外的试剂、缓冲液、溶液或液体可以沿着通道传递以制备用于分析的样本。例如，当准备用于PCR分析的细菌样本时，裂解缓冲液可以用于裂解细菌，随后洗涤缓冲液可以通过以将任何不希望的样本基质冲刷到废物容器，且随后样本可以重新悬浮于最终洗脱缓冲液中以准备好用于PCR扩增。
[0011]当使此系统自动化时出现问题，因为反应室中用于样本分析(例如PCR扩增)所需的所有试剂都应该被包含在其中可以控制操作插入样本的一个平台上。WO 97/16561提供测定系统，所述测定系统包括:包括反应室的第一组合件、包括热源的第二组合件以及包括多个流体室的第三组合件。所述组合件可以通过滑动或易位相对于彼此移动，因此例如，当第一和第三组合件邻接时导致所述组合件之间的流体联通。如WO 97/16561的实例2中所描述圆盘传送带包含十七个流体室，且当旋转时，这些流体室与反应室对准以便避免试剂的交叉污染。需要腔室完全对准以便允许流体联通，且需要存在足够体积的洗涤缓冲液和清洗溶液以确保去除痕量的杂质。
[0012]在许多生物学分析系统中，具体来说，在使用扩增测定的系统中，重要的是，在执行分析之前从所述系统去除某些试剂。例如，可能极其重要的是，在执行PCR扩增之前去除所有痕量的裂解缓冲液。此外，当微流体装置可以再用于不同的样本时，重要的是，清洗装置以避免交叉污染。WO 2010/149995揭示在再使用之前使用清洗溶液(例如清洁剂、络合剂、碱或酸)或气冲来冲洗反应空腔。空气或气体可以进一步用于在流体通过之间干燥通道或空腔。单一、过长的流体路径长度需要较高压力以推动样本和试剂通过通道，并且还需要较大体积的清洗溶液以确保有效地清洗通道的整个长度以避免流体通过之间的交叉污染风险。
[0013]用于避免使用单一流体通道的替代的设计描述于WO 03/078065和WO 2009/108260中且使用具有若干相交的通道的主要通道。这些通道可以连接到单独的输入端口、从主要通道偏移，且提供用于全自动系统的替代的设计，其中在开始使用时所有试剂都被包含在微流体装置上。所述通道可以替代地连接废液池且通过例如WO 03/078065中的分析区域。WO 2009/108260描述穿过主要通道沖洗清洗溶液以清洗微流体电路且使用空气来推动样本通过主要通道。
[0014]尽管在通过单独不同的通道引入不同的液体或试剂时是有益的，但与主要通道相交的二级通道的引入将总是产生‘盲管段’。盲管段是流体并不流动通过的通道的区段，且被视为污染源。它们通常存在于其中侧通道与主要通道相交处，因为流体可能在盲管段处的相交点处或附近积聚，且留存在那儿直到下一流体通过，从而增加污染风险。
[0015]举例来说，图16示出已知的微流体接合点BllO、出口通道B111以及多个电路单元B112、B113、B114。微流体接合点BllO是用于聚集多种液体的区域。出口通道Blll能够从微流体接合点B110接收流体。出口通道B111包含与微流体接合点B110相连接的第一端、与废液池B115相连接的第二端，以及定位在出口通道Blll的第一端和第二端之间的分析区域BI 16。每个电路单元包含:源通道BI 17，其具有能够接收样本流体的第一端和与微流体接合点BI 10相连接的第二端;分支通道BI 18，其在相交点BI 19处与源通道BI 17相连接；以及分流系统，其能够区别地将流动通过源通道的流体或者引导到微流体接合点BllO中或者引导到分支通道B118中。分支通道B118进一步连接到废液池B120。当流体进入到电路单元B112中时，流体沿着源通道B117流动到相交点B119且或者被引导继续通过源通道B117且进入到微流体接合点B110中，或者被引导到分支通道B118中。被朝向接合点B110引导的液体在接合点BI 10中聚集且流入出口通道B111中、通过分析区域B116且进入到废液池B115中。
[0016]在图16中，若干盲管段B108存在于分支通道B118与源通道B117的相交点处，且存在于源通道B117与出口通道Blll的相交点处。图17进一步图示接合主要通道BlOO的一系列分支通道B10UB102，以及在分支通道BlOl和B102中在或靠近这些相交点处的盲管段B108的存在。
[0017]完全去除盲管段的存在是非常困难的。可以设计专门的阀门以减少盲管段，但仍存在与这些阀门相关联的可能允许流体积聚较小的有限容积。因此，在所属领域中需要提供一种微流体装置，所述微流体装置允许从二级通道将试剂添加到主要通道而没有交叉污染。
【发明内容】
[0018]根据本发明的第一方面，提供一种用于处理液体样本的射流卡盘，其包括:主要通道，其用于穿过其将液体样本从上游端传递到下游端；以及接合所述主要通道的一个或多个分支通道，其用于在液体样本已通过一个或多个分支通道的下游之后将液体和气体引入到主要通道中，所述一个或多个分支通道包含第一分支通道，其中所述第一分支通道包括:气体入口，其用于将气体引入到第一分支通道中；液体入口，其用于将液体引入到第一分支通道中；以及阀门，其经配置以在其中它防止第一分支通道中的液体和气体传递到主要通道中的闭合位置与其中它准许第一分支通道中的液体和气体传递到主要通道中的打开位置之间移动。
[0019]这允许在开始使用时将测试试剂等液体包含在射流卡盘上，且允许从独立于主要通道的通道引入液体，因此避免主要通道的污染。此外，可以将气体引入到分支和主要通道中以清洁所述通道并且还推动液体和样本通过所述主要通道。
[0020]优选地，一个或多个分支通道进一步包括接合在第一分支通道下游的主要通道的第二分支通道，其中所述第二分支通道包括:气体入口，其用于将气体引入到第二分支通道中；液体入口，其用于将液体引入到第二分支通道中；以及阀门，其经配置以在其中它防止第二分支通道中的液体和气体传递到主要通道中的闭合位置与其中它准许第二分支通道中的液体和气体传递到主要通道中的打开位置之间移动。
[0021]第二分支通道可以用于将不同的液体或试剂引入到主要通道中，且经安置使得可以在第一液体从第一分支通道通过之后引入第二液体。
[0022]—个或多个分支通道上的所述或每一气体入口优选地包括用于防止液体和气体从分支通道流动通过气体入口的气体入口阀门。所述气体入口阀门减少气体入口被来自液体入口的液体污染的风险。
[0023]优选地，一个或多个分支通道中的所述或每一阀门与主要通道间隔开，由此在分支通道中形成在阀门和主要通道之间的盲管段。与主要通道相交的二级通道的引入通常将产生‘盲管段’。这些盲管段充当污染风险。在一个或多个分支通道上气体入口和气体入口阀门的存在提供一种通过确保可以在下一液体的每一通过之前清除通道中的液体样本和/或液体来解决所述风险的方法。
[0024]—个或多个分支通道中的所述或每一阀门可以位于分支通道和主要通道之间的接合点处。这可以减小分支通道的长度(因为不需要容纳另外的阀门)，且因此节省射流装置上的空间。
[0025]优选地，一个或多个分支通道上的所述或每一液体入口耦合到液体室。所述腔室包含射流卡盘上的液体，且防止将不利地影响装置的使用的液体的泄漏。
[0026]优选地，所述或每一液体室是可收缩泡罩，所述可收缩泡罩经调适以在其收缩时将其中包含的液体喷出通过液体入口、进入到分支通道中且进入到主要通道中，以用于在液体样本已通过一个或多个分支通道的下游之后将液体引入到主要通道中。所述泡罩包含液体且提供用于在操作期间将液体释放到射流装置中的机构，所述机构不涉及外部引液组件。
[0027]所述或每一液体室优选地包含试剂或缓冲液，例如裂解缓冲液、洗涤缓冲液或洗脱缓冲液。这些试剂可能能够执行细胞裂解且清洗样本以及确保样本准备好用于分析。
[0028]优选地，当第一和第二分支通道接合主要通道时，耦合到第一分支通道中的液体入口的液体室包含洗涤缓冲液，并且其中耦合到第二分支通道中的液体入口的液体室包含洗脱缓冲液。因为洗涤缓冲液对于随后的下游反应是‘有毒的’(具体来说，它们防止洗脱缓冲液的动作)，所以洗涤缓冲液首先通过且随后可以用气体通过来清洗/排空分支和主要通道。洗脱缓冲液随后可以通过通道且朝向下游到液体样本。
[0029]优选地，射流卡盘包括用于连接到正压和/或表压的源的气动接口，所述气动接口包括多个端口，并且其中一个或多个分支通道中的所述或每一阀门或气体入口阀门是气动致动的阀门，其耦合到气动接口中的至少一个端口使得其可以由正压和/或表压的源致动。优选地，对应地在第一和第二分支通道中的第一和第二气体入口阀门耦合到气动接口中的相同端口，使得第一和第二气体入口阀门可以同时被致动。这简化卡盘的操作。
[0030]—个或多个分支通道上的所述或每一气体入口优选地耦合到气动接口以用于连接到气体供应装置。
[0031]优选地，一个或多个分支通道上的所述或每一气体入口耦合到气动接口以用于连接到气体供应装置以用于传递气体通过气体入口、进入到分支通道中且进入到主要通道中，以用于在液体样本已通过一个或多个分支通道的下游之后将气体引入到主要通道中。气体通过分支和主要通道有效地排空盲管段且清洁通道。气体可以进一步干燥通道中的液体残渣。
[0032]优选地，所述或每一气动致动的阀门包括具有连接到分支通道的第一和第二开口的阀门室；以及柔性膜，其可在其中所述柔性膜密封第一和第二开口以防止流体流动通过分支通道的闭合位置与其中所述柔性膜与第一和第二开口间隔开以准许流体流动通过分支通道的打开位置之间移动。
[0033]优选地，所述或每一阀门进一步包括具有在阀门室中的开口的流体通道，所述开口通过柔性膜与第一和第二开口分开，其中所述流体通道耦合到气动接口中的端口以用于在阀门室中施加正压或表压以在打开和闭合位置之间移动柔性膜。阀门室中的流体通道控制腔室的压力，从而使得柔性膜能够充当阀门。
[0034]优选地，气动接口包括第一到第三端口，并且其中所述第一到第三端口对应地耦合到:i)第一分支通道中的阀门；i i)第二分支通道中的阀门；以及iii)第一分支通道中的气体入口阀门和第二分支通道中的气体入口阀门；使得对应的阀门可以由通过对应的端口作用的正压和/或表压的源致动。第一和第二分支通道上的气体入口阀门的耦合使得能够同时控制这些阀门。
[0035]根据本发明的第二方面，提供一种处理射流卡盘中的液体样本的方法，所述卡盘包括主要通道和接合主要通道的一个或多个分支通道，包含第一分支通道，其包括气体入口、液体入口以及阀门，所述方法包括:a)传递液体样本通过主要通道;b)将气体供应到气体入口； c)打开第一分支通道上的阀门，且从气体入口传递气体通过第一分支通道且进入到主要通道中以排空第一分支通道中的任何残余的液体样本;d)停止气体的供应;e)从液体入口传递液体通过第一分支通道且进入到主要通道中；f)将气体供应到气体入口；以及
g)从气体入口传递气体通过第一分支通道且进入到主要通道中以从第一分支通道排空任何残余的液体。此方法尤其有效，因为使用者可以依赖于气体通过分支和主要通道来排空存在的任何盲管段，以及清理通道中的任何残余的液体样本或液体。
[0036]优选地，射流卡盘进一步包括第一分支通道上的气体入口阀门，且将气体供应到气体入口的方法步骤(b)和(f)进一步包括打开气体入口阀门，并且其中停止气体的供应的步骤(d)进一步包括在停止气体的供应之前闭合气体入口阀门。这防止当液体从液体室喷出时液体从液体入口传递到气体入口中。
[0037]根据本发明的另一方面，提供一种处理射流卡盘中的液体的方法，所述卡盘包括具有上游端和下游端的主要通道以及接合主要通道的一个或多个分支通道，包含第一分支通道和在第一分支通道下游的第二分支通道，每个分支通道包括气体入口、气体入口阀门、液体入口以及阀门，所述方法包括:a)传递液体样本通过主要通道;b)将气体供应到第一分支通道上的气体入口和第二分支通道上的气体入口；c)打开第一和第二分支通道上的阀门和气体入口阀门，且从第一和第二分支通道上的气体入口传递气体通过第一和第二分支通道且进入到主要通道中以排空第一和第二分支通道中的任何残余的液体样本;d)闭合第二分支通道上的阀门和气体入口阀门以及第一分支通道上的气体入口阀门；e)停止气体到第一分支通道上的气体入口和第二分支通道上的气体入口的供应;f)从第一分支通道上的液体入口传递液体通过第一分支通道且进入到主要通道中；g)将气体供应到第一分支通道上的气体入口和第二分支通道上的气体入口； h)打开第二分支通道上的阀门和气体入口阀门和第一分支通道上的气体入口阀门，且从第一和第二分支通道上的气体入口传递气体通过第一和第二分支通道且进入到主要通道中以排空第一和第二分支通道中任何残余的液体；
i)闭合第一分支通道上的阀门和气体入口阀门以及第二分支通道上的气体入口阀门；j)停止气体到第一分支通道上的气体入口和第二分支通道上的气体入口的供应;k)从第二分支通道上的液体入口传递液体通过第二分支通道且进入到主要通道中；I)将气体供应到第二分支通道上的气体入口且打开第二分支通道上的气体入口阀门；以及m)从第二分支通道上的气体入口传递气体通过第二分支通道且进入到主要通道中以排空第二分支通道中的任何残余的液体。此方法允许两种液体试剂和液体样本通过主要通道。样本和液体在单独的步骤中的通过(气体在其间通过)确保在下一液体通过之前排空通道且清除存在的任何盲管段。这减少污染风险。
[0038]优选地，方法步骤(I)和(m)进一步包括:将气体供应到第一分支通道上的气体入口且打开第一分支通道上的气体入口阀门，且从第一分支通道上的气体入口传递气体通过第一分支通道且进入到主要通道中以排空第一分支通道中任何残余的液体。在洗脱缓冲液可能已经在上游通过的不太可能的事件中，此步骤确保第一分支通道也清除了任何洗脱缓冲液，这在样本和试剂体积被控制时是尤其重要的。
[0039]当在使用中时，射流卡盘可以优选地进一步包括用于连接到正压的源的气动接口，并且其中一个或多个分支通道上的所述或每一气体入口耦合到气动接口以用于连接到气体供应装置，其中从气体入口传递气体的步骤中的一个或多个包括将气体从正气压的供应装置传递到分支通道中。
[0040]优选地，从一个或多个分支通道上的气体入口传递气体且传递到主要通道中的步骤中的一个或多个进一步包括从主要通道清除残余的液体样本和/或残余的液体。这确保总体积的液体样本和/或液体被传递到主要通道的下游端，这如先前所陈述在液体体积将被精确控制时是非常重要的。
[0041 ]优选地，一个或多个分支通道上的所述或每一液体入口耦合到液体室，并且其中从液体入口传递液体的步骤中的一个或多个包括将液体从液体室排出到分支通道中。所述或每一液体室可以优选地是可收缩泡罩，并且其中从液体入口传递液体的步骤中的一个或多个包括收缩可收缩泡罩且由此喷出液体内容物通过液体入口、进入到分支通道中且进入到主要通道中。
[0042]优选地，从第一分支通道上的液体入口传递液体的步骤包括通过液体入口将洗涤缓冲液从液体室排出到第一分支通道中且到主要通道中；并且其中从第二分支通道上的液体入口传递液体的步骤包括通过液体入口将洗脱缓冲液从液体室排出到第二分支通道中且到主要通道中。这些步骤确保洗涤缓冲液和洗脱缓冲液独立地传递到主要通道的下游端，且因此避免缓冲液的任何污染(所述污染将导致洗脱缓冲液变成非活性的)。
【附图说明】
[0043]图1是其中可以提供本发明的示例性射流卡盘的示意图。
[0044]图2是其中可以提供本发明的示例性射流卡盘的俯视图。
[0045]图3是图2的示例性射流卡盘的分解视图。
[0046]图4是图2的示例性射流卡盘的外壳的透视图。
[0047]图5是图2的示例性射流卡盘的泡罩子组合件的透视图。
[0048]图6A是图2的示例性射流卡盘的气动层的俯视图。
[0049]图6B是图2的示例性射流卡盘的气动层的底视图。
[0050]图7是图2的示例性射流卡盘的气动箔片的俯视图。
[0051 ]图8A是图2的示例性射流卡盘的射流层的俯视图。
[0052]图8B是图2的示例性射流卡盘的射流层的底视图。
[0053]图9是图2的示例性射流卡盘的射流箔片的俯视图。
[0054]图10是图2的示例性射流卡盘的电极层的俯视图。
[0055]图11是可以形成隔离的发明性方面的有利的阀门布置的截面视图。
[0056]图12是可以形成隔离的发明性方面的另一有利的阀门布置的截面视图。
[0057]图13a是可以形成隔离的发明性方面的有利的入口端口布置的截面视图。
[0058]图13b是图13a的入口端口布置的透视截面视图。
[0059]图14a是可以形成隔离的发明性方面的有利的捕获柱布置的截面视图。
[0000]图14b是图14a的捕获柱布置的一部分的透视截面视图。
[0061]图15a是可以形成隔离的发明性方面的有利的废物室布置的截面视图。
[0062]图15b是图15a的废物室布置的透视截面视图。
[0063]图16是示出盲管段的问题的互连通道的示例性系统。
[0064]图17是示出盲管段的问题的通道的另一图示。
[0065]图18a是根据本发明的第一实施例的在射流卡盘内