具有多類處理模塊的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明具有外殼的生物樣品處理裝置。外殼容納了多個樣品處理模塊。每一樣品處理模塊經(jīng)配置為容納可移除樣品盒，并且對相應(yīng)的可移除樣品盒中樣品僅進行樣品處理。每一樣品處理模塊經(jīng)配置為對可移除樣品盒中樣品進行多種測試過程中的至少一種。裝置中至少一個模塊經(jīng)配置為進行核酸擴增和檢測。
【專利說明】具有多類處理模塊的裝置
[0001]發(fā)明背景
[0002]本國際申請要求2012年4月27日提交的美國臨時專利申請61/639，820號的優(yōu)先權(quán)，在此通過引用將這一臨時申請全文并入。
[0003]諸如臨床或環(huán)境樣品的樣品分析通常涉及一系列的處理步驟，其可包括單獨的化學的、光學的、電的、機械的、熱的、或聲學的樣品處理。用于處理樣品的常規(guī)系統(tǒng)通常各自致力于一種類型的測定。這是因為每種類型的測定對于待被測量的目標非常不同，并且還具有具體系列的測試前和測試后步驟。
[0004]因為不同的測定要求不同的配置，常規(guī)系統(tǒng)不是通用的而且并不易于適合不同的方案。因此，用于進行測定的系統(tǒng)如測定本身一樣是不同的。存在著未回應(yīng)的以用戶目前和未來需要而保留靈活性的方式精簡這些系統(tǒng)的需要。
[0005]發(fā)明概述
[0006]本發(fā)明的一些實施方案涉及具有外殼的生物樣品處理裝置。外殼可以容納多個樣品處理模塊。每一樣品處理模塊經(jīng)配置為容納可移除樣品盒并且對相應(yīng)的可移除樣品盒中樣品僅進行樣品處理。每一樣品處理模塊經(jīng)配置為對可移除樣品盒中樣品進行多種測試過程中的至少一種。裝置中至少一個模塊經(jīng)配置進行核酸擴增和檢測。裝置中至少一個模塊可為經(jīng)配置只進行樣品準備的樣品準備模塊。裝置中至少一個模塊可以經(jīng)配置進行用于蛋白檢測的免疫測定。
[0007]在一些實施方案中，至少一個樣品處理模塊可以配置用于使核酸與固相載體上的陣列雜父。
[0008]在一些實施方案中，至少一個樣品處理模塊可以配置用于多孔陣列中的核酸擴增和檢測，其中每一單獨的孔包含單獨的核酸擴增反應(yīng)。在一些實施方案中，多孔陣列的每一單獨的孔都能夠進行多重反應(yīng)(例如巢式PCR)。
[0009]在一些實施方案中，至少一個樣品準備模塊可以配置為準備用于經(jīng)受針對至少一種核酸的樣品處理方案的樣品。
[0010]在一些實施方案中，至少一個樣品處理模塊可以配置用于檢測至少一種蛋白分析物。
[0011]在一些實施方案中，至少一個樣品處理模塊可以配置用于評估至少一種感興趣的基因的染色體拷貝數(shù)。
[0012]在一些實施方案中，至少一個樣品處理模塊可以配置用于進行至少兩種核酸分析物的多重檢測。
[0013]在一些實施方案中，至少一個樣品處理模塊可以配置用于進行至少兩種蛋白分析物的多重檢測。
[0014]在一些實施方案中，至少一個樣品處理模塊可以配置用于進行對核酸分子進行測序和檢測。
[0015]在一些實施方案中，多個樣品處理模塊可以包括至少一個用于檢測在測試盒的生物樣品中所含的至少一種蛋白分析物的模塊，至少一個用于評估在測試盒的生物樣品中所含的至少一種感興趣的基因的染色體拷貝數(shù)的模塊；和至少一個用于進行針對在測試盒的生物樣品中所含的至少一種核酸的樣品處理方案的模塊。
[0016]在一些實施方案中,外殼可以容納至少兩個樣品處理模塊。
[0017]在一些實施方案中，多個樣品處理模塊包括配置用于不同類型的樣品處理的不同模塊。
[0018]在一些實施方案中，多個樣品處理模塊可以包括至少一個可以配置用于使核酸與固相載體上的陣列雜交的模塊和/或至少一個可以配置用于至少一種蛋白分析物的檢測的模塊和/或至少一個可以配置用于評估至少一種感興趣的基因的染色體拷貝數(shù)的模塊和/或至少一個可以配置用于進行至少兩種核酸分析物的多重檢測的模塊和/或至少一個可以配置用于進行至少兩種核酸分析物的多重檢測的模塊和/或至少一個可以配置用于進行至少兩種蛋白分析物的多重檢測的模塊和/或至少一個可以配置用于對核酸分子進行測序及檢測的模塊和/或至少一個可以配置用于進行PCR的模塊和/或至少一個可以配置用于進行快速PCR的樣品處理模塊。
[0019]在一些實施方案中，多個樣品處理模塊可為由模塊組合組成的多達16個樣品處理模塊，其在一些實施方案中，為不同類型的模塊，諸如可以配置用于第一種類型的測定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)和可以配置用于第二種類型的測定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)和/或可以配置用于第三種類型的測定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)和/或可以配置用于第四種類型的測定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)和/或可以配置用于第五種類型的測定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)和/或可以配置用于第六種類型的測定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)和/或可以配置用于第七種類型的測定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)和/或可以配置用于第八種類型的測定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)和/或可以配置用于第九種類型的測定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)和/或可以配置用于第十種類型的測定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)和/或可以配置用于第十一種類型的測定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)和/或可以配置用于第十二種類型的測定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)和/或可以配置用于第十三種類型的測定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)和/或可以配置用于第十四種類型的測定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)和/或可以配置用于第十五種類型的測定的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)。
[0020]在一些實施方案中，多個樣品處理模塊可為由至少一個配置用于進行核酸擴增和檢測的模塊和模塊組合組成的多達16個樣品處理模塊，其在一些實施方案中，為不同類型的模塊，諸如可以配置用于使核酸與固相載體上的陣列雜交的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、
12、13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)和/或可以配置用于至少一種蛋白分析物的檢測的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)和/或可以配置用于評估至少一種核酸的染色體核酸拷貝數(shù)的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)和/或可以配置用于進行至少兩種核酸分析物的多重檢測的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)和/或可以配置用于在其中每一單獨的孔包含單獨的核酸擴增反應(yīng)的多孔陣列中進行核酸擴增和檢測的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、
13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)，和/或可以配置用于進行至少兩種蛋白分析物的多重檢測的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)和/或可以配置用于對核酸分子進行測序及檢測的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)和/或可以配置用于進行PCR的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)和/或可以配置用于進行流式細胞術(shù)和/或細胞捕獲的的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、或15個模塊(取決于多個樣品處理模塊中是否包含其他類型的模塊)。
[0021]本發(fā)明的一些實施方案涉及用于操作樣品處理裝置的方法。在這一方法中，可以接收在外殼所容納的多個樣品準備模塊的其中之一處的容納未準備樣品的樣品盒。每一樣品準備模塊可以配置用于對相應(yīng)的可移除樣品盒中樣品僅進行樣品準備?？梢詼蕚溽槍ο鄳?yīng)的生物測試過程的樣品。在外殼所容納的多個樣品處理模塊的其中之一處可以接收容納已準備樣品的至少一個樣品盒。每一樣品處理模塊可以配置用于進行多種生物測試過程的至少一種。然后可以使用相應(yīng)的樣品處理模塊對已準備樣品進行至少一種生物測試過程。
[0022]在一些實施方案中，進行至少一種生物測試過程可以包括對核酸進行測序。
[0023]在一些實施方案中，進行至少一種生物測試過程可以包括檢測核酸分析物。
[0024]在一些實施方案中，進行至少一種生物測試過程可以包括檢測至少一種蛋白分析物。
[0025]在一些實施方案中，進行至少一種生物測試過程可以包括評估至少一種感興趣的基因的染色體拷貝數(shù)。
[0026]在一些實施方案中，進行至少一種生物測試過程可以包括通過與至少兩種核酸分析物的檢測陣列雜交進行多重檢測。
[0027]在一些實施方案中，進行至少一種生物測試過程可以包括通過與至少兩種蛋白分析物的檢測陣列雜交進行多重檢測。
[0028]在一些實施方案中，進行至少一種生物測試過程還可以包括進行核酸擴增和檢測；并且檢測至少一種核酸分析物。
[0029]在一些實施方案中，進行至少一種生物測試過程還可以包括對樣品中混合的細胞群進行流式細胞術(shù)。
[0030]在一些實施方案中，準備樣品可以包括進行用于至少一種核酸的分離或純化的樣品處理方案。
[0031]在一些實施方案中，準備樣品可以包括進行用于從樣品分離或純化特定的細胞類型的樣品處理方案
[0032]在一些實施方案中，至少一個模塊可以配置用于特定細胞類型(例如表達特定的細胞表面標志物的循環(huán)腫瘤細胞)的分離和/或純化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1A顯示了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的樣品處理裝置的示意圖。
[0034]圖1B和IC顯示了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的樣品處理裝置的多個外部和內(nèi)部立體圖。
[0035]圖1D為根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的樣品處理裝置的示意性框圖。
[0036]圖2A顯示了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的樣品處理裝置的背面立體圖。
[0037]圖2B為根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的與樣品處理模塊相連接的樣品處理裝置方面的示意性框圖。
[0038]圖2C為根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的樣品處理模塊的電子部件的示意性框圖。
[0039]圖3A和3B顯示了圖示根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的用于使用樣品處理裝置的各種方法的流程圖。
[0040]圖3B顯示了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的用于使用樣品處理裝置的方法318。
[0041]圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的樣品處理裝置的各種外部配置。
[0042]發(fā)明詳述
[0043]本發(fā)明的實施方案涉及用于進行多重測定類型和相關(guān)的樣品準備的裝置。裝置可以包括多相測試模塊群，通常具有或能夠具有至少2-15種不同類型的模塊。模塊可以配置用于不同類型的測定(例如，免疫測定，PCR，快速PCR，測序，染色體分析，和流式細胞術(shù)等)，用于檢測不同類型的靶分析物(例如核酸、完整的細胞、DNA、RNA、蛋白、病毒、藥物等)。裝置也可以包括專門用于樣品準備(例如溶解、化學處理、過濾等)的模塊。標準化用于每一類型的模塊的基于盒的樣品架，使得在大多數(shù)情況下每一模塊可以與相同的盒相連接。不管類型如何，模塊都可以共享相同的底盤尺寸和電子接口，從而可容易地改變模塊類型。
[0044]如本文所用的，術(shù)語“生物樣品”(與“受試樣品”或“樣品”可互換)包括可包含感興趣的分析物(例如特定的蛋白或核酸)的任何物質(zhì)，經(jīng)常取自于或衍生于活的有機體?！吧飿悠贰笨砂ǎ幌抻诮M織切片，諸如活體組織切片和實體解剖樣品，和用于組織學或病理學目的所取的冷凍的或石蠟包埋的切片。此類樣品可包括全血、血清、血漿、腦脊髓液、唾液、組織、培養(yǎng)的細胞，例如原代培養(yǎng)物，移植物，轉(zhuǎn)化細胞，大便、尿液、水泡液，粘液和其他身體分泌物，或可用棉簽裝置取樣的組織。而且，在一些情況下，“生物樣品”可為取自其中懷疑有特定的有機體存在的環(huán)境的物質(zhì)(例如水、空氣、土壤等)。
[0045]如本文所用的，術(shù)語“配置的”描述了諸如底盤、加熱器、風扇、光學感應(yīng)器、液力聯(lián)軸節(jié)、液道、微流體、壓電式部件、處理器、包含指令的存儲器、支架電路和/或連接器等的硬件部件的特定安排。
[0046]如本文所用的，術(shù)語“樣品處理模塊”(與“處理模塊”和“模塊”可互換的)定義為測試裝置的模塊化的子部分，其具有與裝置可兼容的特定的規(guī)格，并且包括配置用于對樣品進行特定過程的硬件部件(加熱器、風扇、光學感應(yīng)器、液力聯(lián)軸節(jié)、液道、微流體、壓電式部件、處理器、包含指令的存儲器、支架電路和/或連接器等)。
[0047]如本文所用的，術(shù)語“樣品準備”定義為通常在一種或多種特定測定之前進行的過程。在測定之前，這一過程改變了樣品的物理特征，例如通過物理的、化學的、和/或酶處理(例如通過超聲處理、酶的、清潔劑、溶劑、細胞炸彈等溶解，過濾和/或濃縮)。
[0048]如本文所用的，術(shù)語“樣品準備模塊”定義為樣品處理模塊的子集，并且因此為相同的規(guī)格，其配置只用于進行準備，例如一種或多種感興趣的分析物的分離或濃縮。
[0049]如本文所用的，術(shù)語“測定”(與“測試過程”和“生物測試過程”可互換的)定義為對樣品進行的研究程序，包括但不限于檢測特定分析物的存在/不存在和/或數(shù)量/濃度。
[0050]非限制性示例分析物可以包括任何核酸和/或蛋白，對細菌病原體(例如耐甲氧金黃色葡萄球菌、艱難梭狀芽胞桿菌、肺結(jié)核、B群鏈球菌、衣原體和淋病)、病毒病原體(例如流行性感冒、HIV、HCV和HBV)、腫瘤細胞(例如膀胱癌、肺癌、乳腺癌、結(jié)腸癌和白血病)特異的分析物，生物威脅性分析物，諸如炭疽或蓖麻毒素，染色體改變，諸如基因復(fù)制、基因缺失、或基因轉(zhuǎn)位，表達特異的細胞表面標志的細胞諸如CD4+細胞，基因突變/改變的檢測諸如單核苷酸多態(tài)性(SNPs)和基因的甲基化狀態(tài)。
[0051]如本文所用的，術(shù)語“可移除樣品盒”(與“樣品盒”和“盒”可互換的)指用于配置用于與樣品處理模塊臨時物理性連接的容納樣品的專業(yè)化容器，從而使得樣品處理模塊的控制方面(流體連接、加熱器、壓電式部件、光學感應(yīng)器等)可以直接地或間接地對容器內(nèi)樣品進行過程，其后可以從樣品處理模塊移除可移除樣品盒以進行進一步的樣品的分析，處理或丟棄?？梢瞥龢悠泛信c樣品處理模塊連接和不連接，除了可能需要額外的工具(例如螺絲刀、六角扳手等)幫助移除盒的卡住或其他故障的情況之外，不需要使用此類工具來將可移除樣品盒緊固在樣品處理模塊上，類似于與壁裝電源插座相連接的電插頭。在一些實施方案中，可移除樣品盒可包含或具有接收特定化學物，諸如引物和試劑(包括反應(yīng)物)的物理性質(zhì)。
[0052]在本申請中，術(shù)語“核酸”或“多核苷酸”指單鏈或雙鏈形式的脫氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)及其多聚物。除非特別地限制，術(shù)語包括含有已知的天然的核苷酸類似物的核酸，其具有與參照核酸相似的結(jié)合特性并且以與天然存在的核苷酸相似的方式新陳代謝。除非另有指明，特定的核酸序列也暗含地包括其保守修飾的變體(例如，簡并密碼子取代)、等位基因、直系同源物、包括點突變的突變、單核苷酸多態(tài)性(SNP)和互補的序列以及明確指明的序列。特別地，通過其中一個或多個選擇的(或所有的)密碼子的第三位置被混合的堿基和/或脫氧肌苷殘基取代產(chǎn)生序列可實現(xiàn)簡并密碼子取代(Batzer等，NucleicAcid Res.19:5081(1991) ;0htsuka 等，J.B1l.Chem.260:2605-2608 (1985);和 Rossolini等，Mol.Cell.Probes 8:91-98 (1994))。術(shù)語核酸與基因、cDNA和基因所編碼的mRNA可互換地使用。
[0053]術(shù)語“基因”意指參與產(chǎn)生多肽鏈的DNA的節(jié)段；它包括參與基因產(chǎn)物的轉(zhuǎn)錄/翻譯和轉(zhuǎn)錄/翻譯的調(diào)節(jié)的編碼區(qū)域之前和之后的區(qū)域(先導(dǎo)與尾隨)，以及單獨的編碼節(jié)段(外顯子)之間的間隔序列(內(nèi)含子)。
[0054]如本文所用的術(shù)語“多核苷酸雜交方法”指用于檢測多核苷酸的存在和/或數(shù)量的方法，基于在適當?shù)碾s交條件下其與已知序列的多核苷酸探針形成沃特森-克里克堿基對的能力。
[0055]在本申請中，術(shù)語“多肽”、“肽”和“蛋白”可互換地使用于指氨基酸殘基的聚合物。術(shù)語應(yīng)用于其中一個或多個氨基酸殘基為相應(yīng)的天然存在的氨基酸的人工化學模擬物的氨基酸聚合物，以及應(yīng)用于天然存在的氨基酸聚合物和非天然存在的氨基酸聚合物。如本文所用的，這些術(shù)語包括任何長度的氨基酸鏈，其包括全長蛋白(即抗原)，其中氨基酸殘基通過共價肽鍵連接。術(shù)語“氨基酸”指天然存在的和合成的氨基酸，以及以與天然存在的氨基酸相似的方式發(fā)揮功能的氨基酸類似物和氨基酸模擬物。天然存在的氨基酸為通過基因密碼所編碼的那些，以及稍后修飾的那些氨基酸，例如羥基脯氨酸，Y-羧基谷氨酸和正磷酸絲氨酸。
[0056]如本文所用的，術(shù)語“多重”和“陣列”指在單次運行/循環(huán)的測定中允許同時的多重分析物的檢測和/或定量(例如，數(shù)十個或更多的相同的或不同的分子)的測定形式。
[0057]如本文所用的，術(shù)語“固相載體”指惰性固體材料，其可為天然材料，諸如玻璃和膠原，或合成材料，諸如丙烯酰胺、纖維素、硝化纖維、硅膠、聚苯乙烯、聚乙酸醋酸乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯、聚硅酸鹽、聚氧化乙烯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、碳氟化合物、尼龍、聚酸酐、聚乙醇酸、聚乳酸、聚正酯、聚丙基延胡索酸酯、葡糖氨基葡聚糖和多聚氨基酸。一實例為用熒光底物預(yù)浸的硅膠?！肮滔噍d體”通常提供用于在本申請的各種裝置進行測定的支承結(jié)構(gòu)。
[0058]1.帶有多相模塊群的樣品處理裝置
[0059]圖1A顯示了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的生物樣品處理裝置100的示意圖。裝置100包括多個，通常是至少兩個處理模塊102a_p。處理模塊群在性質(zhì)上是多相的，因此模塊未必進行相同的處理任務(wù)。在一些實施方案中，裝置100可以包括相同的處理模塊的亞群。例如，處理模塊102a-h每一個可以為PCR處理模塊，處理模塊1021-m可以為陣列模塊，并且處理模塊102m-p可以為專用的樣品準備模塊(例如通過超聲處理、酶的、清潔劑、溶劑、細胞炸彈而溶解)。在一些實施方案中，裝置100包括至少一個專用的樣品準備模塊，其可以配置用于為其它處理模塊進行樣品準備，所述其它處理模塊進而可以配置為只對預(yù)處理的生物樣品進行測定。
[0060]樣品處理模塊102a_p通過通信總線與控制單元104連接?？刂茊卧?04配置用于獨立地操作每一樣品處理模塊102a-p。例如控制單元104可以為通用的或特定目的的計算機?？刂茊卧?04通常包括至少一個處理器和支持電路，及存儲著用于獨立地操作每一樣品處理模塊102a-p指令的存儲器。在一些實施方案中，控制單元104在結(jié)構(gòu)上整合到裝置100。在其他實施方案中，控制單元104經(jīng)由有線的或無線的連接遠程地與裝置連接。
[0061]圖1B顯示了裝置100的立體圖。在一些實施方案中，裝置100包括外罩/外殼107，其配置為半移動式使得它可易于在實驗室環(huán)境中使用，近似于臺式電腦。如所示，外罩107可以為矩形，并且具有提供多個處理模塊102a-p的用戶接入的正面接口面板109。
[0062]通常，每一樣品處理模塊102a_p將共享相同的結(jié)構(gòu)模式并且可以配置為經(jīng)由共享的連接器類型電子地連接外殼。當用戶出現(xiàn)不同的配置需要時，這一安排允許輕易的模塊交換。每一樣品處理模塊102a-p配置為與樣品測試盒111連接，例如，諸如共同轉(zhuǎn)讓的題為“用于進行熱交換、化學反應(yīng)的裝置”的美國專利第6，660，228號的圖1中所公開的容器，在此通過引用并入本文，還諸如例如共同轉(zhuǎn)讓的題為“用于分析流體樣品的裝置”的美國專利第6，391，541號的圖1中所公開的容器，在此通過引用并入本文。因此，在一些實施方案中，可以在任何樣品處理模塊102a-p中使用相同的盒。也可在任何樣品處理模塊中使用題為“流體計量和分布系統(tǒng)”的國際公開W0/2002/18902號，題為“用于傳導(dǎo)化學反應(yīng)的盒”的國際公開W0/2000/072970號，和題為“用于分析流體樣品的裝置和方法”的國際公開W0/2000/073412號的方面。這些參考文獻通過引用并入本文。
[0063]圖1C描述了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的裝置100。控制單元104被描述為個人電腦。裝置100具有主板，所述主板帶有用于建立與模塊102a-p的電氣連接的邊緣連接器114。裝置100還優(yōu)選地包括用于冷卻它的電子部件的風扇116。使用任何合適的數(shù)據(jù)連接，諸如通用串行總線(USB)、以太網(wǎng)連接、或串行線，可將裝置100與控制器112連接。目前優(yōu)選的是使用連接控制器112的串行端口的USB?？蛇x擇地，控制器可固定于裝置100上。
[0064]處理模塊102a_p優(yōu)選獨立地可控制的，使得不同的化學反應(yīng)和樣品準備可以同時在裝置100中運行。裝置100優(yōu)選模塊化的，使得可以單獨地將每一處理模塊從裝置100移除而用于檢修、維修或更換。這一模塊性減少了停機時間，因為并不是所有的處理模塊102a-p都脫機來維修一個，并且如有需要裝置100可升級或擴容以增加更多的模塊。
[0065]在其中外接電源例如IlOV AC啟動裝置100的實施方案中，裝置優(yōu)選地包括兩個電源接頭122，124。通過第一接頭122接收功率并且通過第二接頭124輸出功率。相似地，裝置100優(yōu)選地包括網(wǎng)絡(luò)接口入口 118和出口 120，用以通過入口 118接收數(shù)據(jù)連接而通過出口 120輸出數(shù)據(jù)到另外的裝置。
[0066]圖1E為根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的裝置100的示意的框圖。裝置100包括用于為裝置和每一模塊60供應(yīng)功率的電源134。電源134可包括AC/DC轉(zhuǎn)換器,用以從外電源接收功率并且將它轉(zhuǎn)換為直流電，例如，用以接收IlOV AC并且將它轉(zhuǎn)換為12V DC?？蛇x地，電源134可包括電池，例如12V電池。裝置100還包括包含固件用以控制裝置100和模塊60的操作的微處理器或微控制器130。微控制器130通過網(wǎng)絡(luò)接口 132，經(jīng)由例如USB連接器，與控制器電腦相通。
[0067]裝置100還包括加熱器電源和控制電路136、電源分配器138、數(shù)據(jù)總線140和模塊選擇控制電路142。由于專利附圖的空間限制，控制電路136、電源分配器138、數(shù)據(jù)總線140和控制電路142在圖1E的框圖中只顯示一次。然而，裝置100對于每一個處理模塊102可包含一套這四種功能性部件136、138、140、142。因此，在圖1E的實施方案中，裝置100包括16個控制電路136、電源分配器138、數(shù)據(jù)總線140和控制電路142。相似地，裝置100還包括用于與每一個處理模塊102連接的邊緣連接器131，從而使得裝置包括16個邊緣連接器用于圖1E中所示的實施方案。邊緣連接器優(yōu)選為提供從裝置100到每一個模塊60的無纜連接的120pin卡邊緣連接器。每一控制電路136、電源分配器138、數(shù)據(jù)總線140和控制電路142與各自的邊緣連接器之一和微控制器130連接。
[0068]每一加熱器電源與源控制電路136都為功率調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)供應(yīng)給各自模塊60的其中之一的加熱元件的功率量。源控制電路136優(yōu)選DC/DC轉(zhuǎn)換器，從電源134接收+12V輸入并且輸出O至-24V可變電壓。根據(jù)從微控制器130接收的信號，電壓是可變的。每一電源分配器138為各自的模塊60提供-5v，+5V, +12V和接地。因此電源分配器為模塊的電氣部件供能。每一數(shù)據(jù)總線140提供微控制器130與各自的模塊60的其中之一的數(shù)字器件之間并行和串行連接。每一模塊選擇控制器94允許微控制器130處理單個的模塊60以便讀取或?qū)懭肟刂苹驙顟B(tài)信息。
[0069]I1.模塊配置
[0070]圖2A顯示了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的樣品處理模塊200的背面的立體圖。通常，根據(jù)各種處理任務(wù)，例如使用所示的規(guī)格可以配置樣品處理模塊200。這使得用戶能夠相對輕松地定做和/或重新配置模塊。在一些實施方案中，裝置100包括多達15種不同類型的用于進行測定的樣品處理模型，和至少一個樣品準備模塊。
[0071]在一些實施方案中，樣品處理模塊200配置為樣品準備模塊來為稍后的處理準備樣品(例如通過超聲處理溶解)。此類配置的一實例顯示于共同轉(zhuǎn)讓的題為“用于細胞或病毒的快速分裂的裝置和方法”的美國專利第6，739，537號，在此通過引用并入本文。此類配置的另一實例顯示于共同轉(zhuǎn)讓的題為“用于樣品準備控制的方法和裝置”的美國公開第2010/0129827號，在此通過引用并入本文。
[0072]樣品處理模塊200可為配置只進行樣品準備的專用模塊，并且因此不包括進行準備后測定所必需的額外的部件(例如，熱循環(huán)部件，光學感應(yīng)器等)。在一些實施方案中，此類樣品準備模塊可以配置為實施用以核酸檢測的樣品準備方案。在一些實施方案中，樣品準備模塊可以配置為實施用以蛋白分析物檢測的樣品準備方案。在一些實施方案中，樣品準備模塊可以配置為化學地處理和/或過濾細胞或病毒。在一些實施方案中，樣品準備模塊可以配置為實施超過一種類型的樣品處理方案。
[0073]在一些實施方案中，流式細胞術(shù)為可以用于一種或多個樣品處理模塊的檢測方法的其中之一，用于檢測諸如某些細胞類型或表達特定標記的細胞群的預(yù)定目標的存在。用于實踐流式細胞術(shù)的方法和儀器為本領(lǐng)域中已知的，并且可以用于本發(fā)明的實踐。流式細胞術(shù)通常存在包含標記(例如熒光團)細胞或微粒的懸浮液作為流通過激光束，并且通過諸如光電倍增管的檢測器從每一顆粒檢測標記(例如熒光發(fā)射)。文獻中可找到用于流式細胞術(shù)的儀器和方法的詳細描述。實例為McHugh，“用于多重可溶的分析物的定量和同時檢測的流式微球體免疫測定”，細胞生物學中的方法(Methods in Cell B1logy) 42，B部分(學術(shù)出版社，1994) ；McHugh等，“使用流式細胞術(shù)儀器基于微球體的熒光免疫測定”，臨床流式細胞術(shù)(Clinical Flow Cytometry), Bauer, K.D.等，編輯.(Baltimore, Maryland, USA: Williams and Williams, 1993)，pp.535-544 ;Lindmo 等，“ Immunometric AssayUsing Mixtures of Two Particle Types of Different Affinity (使用兩種不同親和力的顆粒類型的混合物免疫計量測定)” J.1mmunol.Meth.126:183-189 (1990) ；McHugh, “基于微球體的熒光免疫測定的流式細胞術(shù)和應(yīng)用”，免疫化學(Immunochemica) 5:116(1991)；Horan等，“流體相顆粒熒光分析:通過激光流式細胞光度術(shù)評估的類風濕因子特異性”，臨床實驗室的免疫測定(Immunoassays in the Clinical Laboratory)，185-189 (Liss1979) ;Wilson等.，“使用流式細胞術(shù)新的基于微球體的免疫熒光測定” J.1mmunol.Meth.107:225-230(1988) ;Fulwyler等，“用于多重可溶的分析物的定量和同時檢測的流式微球體免疫測定”Meth.Cell B1l.33:613-629 (1990) ；Coulter Electronics Inc.,英國專利第1,561,042號(1980年2月13日公開)；和Steinkamp等，科學儀器的綜述(Revies of Scientific Instruments) 44 (9): 1301-1310 (1973)。這些參考文獻在此通過引用并入本文。
[0074]在一些實施方案中，一種或多個樣品處理模塊可以配置用于核酸和/或蛋白的檢測。公開用于核酸和蛋白檢測的通用方法和技術(shù)的基本文本包括Sambrook和Russell,分子克隆，實驗室手冊(第3版，2001) ； Kriegler,基因轉(zhuǎn)移和表達:實驗室手冊(1990);和Ausubel等，編輯，分子生物學實驗指南(1994)。這些參考文獻在此通過引用并入本文。完全建立了各種多核苷酸擴增方法并且在研究中頻繁使用。例如，用于多核苷酸序列擴增的聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)的通用方法為本領(lǐng)域中熟知的并且因此在本文中不詳細描述。對PCR方法、方案、和設(shè)計引物的原則的綜述而言，參見例如Innis等，PCR方案:方法和應(yīng)用指南，學術(shù)出版社，有限公司，紐約，1990年，這在此通過引用并入本文。PCR試劑和方案也可向各種商業(yè)渠道購買。
[0075]圖2B為根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的與樣品處理模塊200連接的裝置100的示意的框圖，樣品處理模塊200可配置為樣品準備模塊。裝置100可以與盒連接，該盒具有用于容納裂解緩沖液的容器470，包含洗滌液的容器472和用于容納流體樣品的樣品容器474。容器470、472和樣品容器474經(jīng)由管與裝置100的注射泵476的閥口連接。容器358的入口也與注射泵476連接。容器358的出口與分配閥478的公共端連接。盒也可包括用于接收從樣品移除的細胞內(nèi)物質(zhì)的收集管480，用于接收廢棄物的廢物容器482。裝置100也可以包括壓力源，諸如泵484。收集管480、廢物容器482和泵484與分配閥478各自的周圍端連接。壓力調(diào)節(jié)器486調(diào)節(jié)泵484所供應(yīng)的壓力。傳感器314優(yōu)選為用于對流體樣品進行聲處理的超聲變幅桿。在一些實施方案中，以20-60kHz范圍內(nèi)的頻率，可以對樣品進行聲處理10-40秒。在一些實施方案中，可以40kHz的頻率對樣品進行聲處理15秒。變幅桿頂端的振幅在20-25 μ m的范圍內(nèi)(測量的峰到峰)。
[0076]圖2C為配置為熱交換模塊的樣品處理模塊200的電氣部件的示意的框圖，如圖2A的最右側(cè)的實施方案中所示。每一樣品處理模塊200包括用于與裝置相應(yīng)的邊緣連接器無纜連接的邊緣連接器80。樣品處理模塊200也包括加熱板50A，50B，每一個都具有如以上所述的熱電阻元件。板50A，50B為并聯(lián)地連電線的用以接收來自于裝置的電源輸入146。板50A，50B也包括溫度感應(yīng)器52，例如，熱敏電阻，其輸出模擬的溫度信號到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器154。轉(zhuǎn)換器154將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并且通過邊緣連接器80將它們路由到裝置100中的微控制器。熱交換模塊也包括冷卻系統(tǒng)，諸如風扇66，用于冷卻板50A、50B。風扇66接收來自于裝置100的功率并且通過轉(zhuǎn)換電源開關(guān)164被激活。電源開關(guān)164進而受邏輯控制塊162所控制，邏輯控制塊162接收來自于裝置中微控制器的控制信號。
[0077]樣品處理模塊200還包括至少4種光源，諸如LED100，用于反應(yīng)混合物中的熒光標記的激發(fā)，和至少4種檢測器102，優(yōu)選光電二極管，用于檢測來自于反應(yīng)混合物的熒光發(fā)射。模塊也包括可調(diào)節(jié)的電流源150，其用于為每一 LED供應(yīng)可變的電流量(例如0-30mA的范圍內(nèi))從而改變LED的亮度。在可調(diào)節(jié)的電流源150與裝置的微控制器之間連接數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器152，用以允許微控制器數(shù)字地調(diào)節(jié)電流源。可使用可調(diào)節(jié)的電流源150來確保當激活時每一 LED具有大約相同的亮度。由于大規(guī)模生產(chǎn)的差異，當提供了相同量的電流時，許多LED具有不同的亮度。在熱交換模塊的大規(guī)模生產(chǎn)期間可測試每一 LED的亮度，校準數(shù)據(jù)儲存在模塊的存儲器160中。校準數(shù)據(jù)提示提供每一 LED正確的電流量。微控制器讀取來自存儲器160的校準數(shù)據(jù)并且因此控制電流源150。微控制器也可根據(jù)檢測器102所接收的光反饋控來制電流源150以調(diào)節(jié)LED100的亮度。
[0078]樣品處理模塊200還包括包含放大器、開關(guān)、電子濾波器、和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的信號調(diào)節(jié)/增益選擇/補償調(diào)整塊156。塊156調(diào)節(jié)來自檢測器102的信號以增加增益、補償、和減少噪音。裝置中的微控制器通過數(shù)字輸出寄存器158控制塊156。輸出寄存器158接收來自微控制器的數(shù)據(jù)并且輸出控制電壓到塊156。塊156通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器154和邊緣連接器80輸出調(diào)節(jié)過的檢測器信號到微控制器。模塊也包括存儲器160，優(yōu)選地，串行的EEPR0M，用于存儲對模塊特異的數(shù)據(jù)，諸如針對LED100，熱敏板50A、50B，和溫度感應(yīng)器52的校準數(shù)據(jù)，以及針對以下所詳述的演算法的校準數(shù)據(jù)。
[0079]再提到圖1C，裝置100可配置用于操作員人工填充和增壓每一反應(yīng)管12。裝置100的人工用途適合于較低的生產(chǎn)量實施方案。
[0080]在一些實施方案中，樣品處理模塊200配置用于進行核酸擴增和檢測的測定。然而，在此類配置中，樣品處理模塊200可為配置只進行核酸擴增和檢測所必需的熱循環(huán)和感應(yīng)的專用模塊，并且不包括進行樣品準備所必需的額外的部件(例如超聲傳感器)。
[0081]在一些實施方案中，樣品處理模塊200配置用以進行蛋白分析物檢測的測定。然而，在此類配置中，樣品處理模塊200可為配置只進行蛋白分析物的檢測的專用模塊，并且不包括進行樣品準備所必需的額外的部件(例如超聲傳感器)。
[0082]在一些實施方案中，樣品處理模塊200配置用以進行評估核酸的染色體核酸拷貝數(shù)的測定。然而，在此類配置中，樣品處理模塊200可為配置只評估核酸的染色體核酸拷貝數(shù)的專用模塊，并且不包括進行樣品準備所必需的額外的部件(例如超聲傳感器)。
[0083]在一些實施方案中，樣品處理模塊200配置用以進行一種或多種核酸分析物的多重檢測的測定。然而，在此類配置中，樣品處理模塊200可為配置只進行一種或多種核酸分析物的多重檢測的專用模塊，并且不包括進行樣品準備所必需的額外的部件(例如超聲傳感器)。
[0084]在一些實施方案中，樣品處理模塊200配置用以進行一種或多種蛋白分析物的多重檢測的測定。然而，在此類配置中，樣品處理模塊200可為配置只進行一種或多種蛋白分析物的多重檢測的專用模塊，并且不包括進行樣品準備所必需的額外的部件(例如超聲傳感器)。
[0085]在一些實施方案中，樣品處理模塊200配置用以進行對核酸分子進行測序和檢測的測定。然而，在此類配置中，樣品處理模塊200可為配置只進行對核酸分子進行測序和檢測的專用模塊，并且不包括進行樣品準備所必需的額外的部件(例如超聲傳感器)。
[0086]II1.樣品準備的方法
[0087]圖3A顯示了圖示用于使用諸如圖1A的裝置100的樣品處理裝置的方法300的流程圖。在操作302處，獲得諸如血液的樣品。在操作304處，將第一試劑添加至樣品準備盒。在操作306處，將第二試劑添加至樣品準備盒。在操作308處，例如使用移液管將樣品添加至樣品準備盒，并且盒在操作310處關(guān)閉。在操作312處，樣品準備方案已經(jīng)準備好為配置樣品處理裝置，建立了用于追蹤盒的關(guān)聯(lián)的條形碼。在操作314處，將盒插入到裝置的樣品處理模塊，操作裝置用以啟動樣品處理方案。在操作316處，完成樣品處理方案，并且將盒移除以用移液管將已準備樣品移出。
[0088]圖3B顯示了用于使用諸如圖1A的裝置100的樣品處理裝置的方法。在操作320處，獲得諸如血液的樣品。在方法318中，不需要添加試劑至樣品準備盒，因為在一些實施方案中，樣品準備盒具有所需的試劑，或不需要額外的試劑。在操作322處，例如使用移液管將樣品添加至樣品準備盒，并且盒在操作324處關(guān)閉。在操作326處，樣品準備方案已經(jīng)準備好為配置樣品處理裝置，建立了用于追蹤盒的關(guān)聯(lián)的條形碼。在操作328處，將盒插入到裝置的樣品處理模塊，操作裝置用以啟動樣品處理方案。在操作330處，完成樣品處理方案，并且將盒移除以用移液管將已準備樣品移出。
[0089]方法300或方法318之后，可以將樣品準備全部或已準備樣品的一部分添加至一個或多個處理盒。隨后，裝置可以準備好實施一種或多種過程，諸如任何本文所公開的過程。然后可以將處理盒插入到各自的樣品處理模塊并且操作裝置以實施那些盒的特定過程。因此裝置進行過程并收集關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。可選地，用于樣品準備的盒也可以用于進行測定，因此使得已準備樣品不需要轉(zhuǎn)移。
[0090]圖4顯示了樣品處理裝置的實施方案，樣品處理裝置可以具有可變的樣品處理模塊量。在一些實施方案中，裝置可以具有2個、4個、16個、24個、32個、40個、48個，或80個樣品處理模塊。然而，本發(fā)明不限于那些實例，也可以應(yīng)用不同的模塊量。
[0091]盡管以上的描述包含了許多特異性，這些不應(yīng)解釋為本發(fā)明范圍的限制，而只是一些目前優(yōu)選的實施方案的圖示。基于本公開內(nèi)容的考慮，本發(fā)明許多可能的變化和修改對本領(lǐng)域中技術(shù)人員而言是顯而易見的。
【權(quán)利要求】
1.生物樣品處理裝置，包括: 夕卜殼； 外殼所容納的多個樣品處理模塊，每一樣品處理模塊經(jīng)配置為容納可移除樣品盒并且對相應(yīng)的可移除樣品盒中樣品僅進行樣品處理； 每一樣品處理模塊經(jīng)配置為對可移除樣品盒中樣品進行多種測試過程中的至少一種； 其中裝置中至少一個模塊經(jīng)配置進行核酸擴增和檢測； 其中裝置中至少一個模塊為配置只進行樣品準備的樣品準備模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的樣品處理裝置，其中至少一個模塊配置為用于使核酸與固相載體上的陣列雜交。
3.如權(quán)利要求2所述的樣品處理裝置，其中至少一個樣品準備模塊配置為準備用于針對至少一種核酸的樣品處理方案的樣品。
4.如權(quán)利要求1所述的樣品處理裝置，其中至少一個樣品處理模塊配置為檢測至少一種蛋白分析物。
5.如權(quán)利要求1所述的樣品處理裝置，其中至少一個樣品處理模塊配置用于評估至少一種核酸的染色體核酸拷貝數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的樣品處理裝置，其中至少一個樣品處理模塊配置用于進行至少兩種核酸分析物的多重檢測。
7.如權(quán)利要求1所述的樣品處理裝置，其中至少一個樣品處理模塊配置用于進行至少兩種蛋白分析物的多重檢測。
8.如權(quán)利要求1所述的樣品處理裝置，其中至少一個樣品處理模塊配置用于對核酸分子進行測序和檢測。
9.如權(quán)利要求1所述的樣品處理裝置，其中多個樣品處理模塊還包括至少一個用于檢測測試盒中生物樣品所含的至少一種蛋白分析物的模塊，至少一個用于評估測試盒中生物樣品所含的至少一種核酸的染色體核酸拷貝數(shù)的模塊；和至少一個用于進行測試盒中生物樣品所含的至少一種核酸的樣品處理方案的模塊。
10.如權(quán)利要求1所述的樣品處理裝置，其中所述外殼容納至少兩個樣品處理模塊。
11.用于操作樣品處理裝置的方法，該方法包括: 在外殼所容納的多個樣品準備模塊的其中之一處接收容納未準備樣品的樣品盒，每一樣品準備模塊被配置用于對相應(yīng)的可移除樣品盒中樣品僅進行樣品準備； 準備用于相應(yīng)的生物測試過程的樣品； 在外殼所容納的多個樣品處理模塊的其中之一處接收容納已準備樣品的至少一個樣品盒，每一樣品處理模塊被配置用于進行多種生物測試過程的至少一種；以及 使用相應(yīng)的樣品處理模塊對已準備樣品進行所述至少一種生物測試過程。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中進行所述至少一種生物測試過程包括對核酸進行測序。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中進行所述至少一種生物測試過程包括檢測核酸分析物。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中進行所述至少一種生物測試過程包括檢測至少一種蛋白分析物。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中進行所述至少一種生物測試過程包括評估至少一種核酸的染色體核酸拷貝數(shù)。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其中進行所述至少一種生物測試過程包括通過與檢測陣列雜交進行至少兩種核酸分析物的多重檢測。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其中進行所述至少一種生物測試過程包括通過與檢測陣列雜交進行至少兩種蛋白分析物的多重檢測。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其中進行所述至少一種生物測試過程包括進行核酸擴增和檢測；和檢測至少一種核酸分析物。
19.如權(quán)利要求11所述的方法，其中準備樣品包括進行針對至少一種核酸的樣品處理方案。
20.如權(quán)利要求11所述的方法，其中進行所述至少一種生物測試過程包括使核酸與固相載體上的陣列雜交。
【文檔編號】G01N33/48GK104321442SQ201380022244
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月27日
【發(fā)明者】約翰·L.·畢少普 申請人:塞弗德公司