一種處理生物微流體樣本的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種處理生物微流體樣本的方法。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有的競爭性檢測方法，例如免疫檢測法和免疫測量檢測法在臨床化學中應用廣泛。這些方法所達到的專一性和靈敏度是其他分析方法很難或不可能與之比擬的。但仍有兩條理由需進一步提高這種檢測法的專一性。首先，某些感興趣的分析物是以極低的濃度存在的。其次，更靈敏的檢測法能用來更迅速地測試濃度更高的分析物。人們已經(jīng)作出了一些努力，企圖通過使用放射性標記試劑、熒光或化學發(fā)光試劑等最大限度地提高檢測靈敏度。但迄今為止，都沒能使靈敏度、重復性和簡易性理想地結合起來?？梢杂捎诜N種原因而對流體樣本(例如，臨床或者環(huán)境樣本)進行分析。目前所關注的領域是在流體樣本(例如，臨床或者環(huán)境樣本)中正確識別生物材料的方法的發(fā)展。其之所以重要是因為其將有助于病狀的早期診斷，這樣就能進行快速治療和感染控制，或者有助于識別環(huán)境污染物等。盡管對于生物材料的正確識別，核酸擴增(例如，聚合酶鏈反應(PCR))是非常有用且常用的方法，但是當試圖將其成功地開發(fā)為在日常非實驗室環(huán)境中用于在多種個別的流體樣本中快速識別生物材料時，例如在所關心的疾病診斷的病人或地點附近時，會出現(xiàn)一些問題。
[0003]提高檢測靈敏度的一種可選擇的策略是采用放大步驟，即使所產(chǎn)生的在化學計量上不多于分析物的產(chǎn)物去產(chǎn)生濃度顯著升高的第二產(chǎn)物，然后觀察第二產(chǎn)物。文獻中廣泛描述了將酶用于此目的的情況。使酶反復作為催化劑作用，能使放大作用達到成百上千倍。
[0004]從原理上說，使用連續(xù)的雙酶體系能夠達到進一步的放大效果，但實際上這是很難達到的。A.Johannsson 等人(Journal of Immunological Methods，87 (1986) 7-11)描述了 TSH的檢測法，第一催化步驟是NADP脫磷酸而產(chǎn)生MD，NAD通過催化作用活化一個專一的氧化還原循環(huán)，從而產(chǎn)生一種可以觀察的、色彩濃重的化合物。此方法的缺點是使用了體內(nèi)發(fā)生的不穩(wěn)定酶，并涉及到NADP/NAD，因此樣品中含有這些物質(zhì)時不能被采用。
[0005]其中一個關鍵問題在于，在對典型的臨床或環(huán)境樣本進行核酸擴增之前，需要用試劑進行一系列處理步驟(其中一些是危險的)來純化并濃縮生物材料。然而，核酸擴增只是這樣一種技術的多種不同的可行示例中的一種，在所述技術中需要處理樣本(尤其是樣本樣本)，其中涉及大量同時或者連續(xù)的處理步驟。這些處理步驟本身可以很多且可以變化，并且除了可能的稀釋和濃縮步驟外還可包括例如化學、光學、電、熱、機械、聲學、加工、傳感或者監(jiān)測。迄今為止，這種復雜的處理是在實驗室中進行，其中可依次手動處理樣本，或者通過使用專家機器人設備并行加工許多不同樣本。然而，存在一些與這些方法相關的問題。這些問題包括速度慢、資源密集、昂貴、易出錯和易交叉樣本污染。此外，傳統(tǒng)的流體處理系統(tǒng)需要流體樣本順序流過一系列不同的腔室，其中各個腔室依次用于單個步驟，這會導致樣本的損失，并且這些過程的自動化需要使用復雜的流體組件和處理算法。
[0006]這樣，仍需要開發(fā)一種改進的設備，從而可以使用一系列的預定的連續(xù)步驟來處理流體樣本，以獲得期望的最終產(chǎn)物。這種設備應該易適用于非實驗室環(huán)境并且由具有很少或沒有實驗室訓練的操作者使用，從而其可以在例如通過核酸擴增進行分析之前，用于操縱流體樣本，例如臨床或環(huán)境樣本。這種設備將確?？梢钥焖佾@得分析結果、使熟練的工作人員免于重復任務并降低成本。另外，這種設備應具有足夠的一致性和準確度以防止后面試驗的失敗，這種設備應能便宜地生產(chǎn)并且是一次性的，從而使交叉污染的可能性最小化并不必對大量裝置進行消毒。
[0007]現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)了 EPA75379 (Syva)和EPA152254 (Du Pont)描述的免疫檢測法都涉及在固相上結合兩種酶，其中之一與分析物的濃度成比例，一種酶的產(chǎn)物是另一酶的底物。EPA180327 (Amoco)描述的免疫檢測系統(tǒng)涉及這樣的酶，其反應產(chǎn)物能以不同于底物的(液)相存在US 6，374，684，其中公開了一種流體控制和處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多個腔室和可運動的閥體，該閥體可以用于根據(jù)給定的規(guī)程(protocol)來促進對流體樣本的處理。盡管這為用于處理流體樣本的設備領域中提供了進展，但是仍存在一些問題。一個問題是，為了使流體樣本順序地暴露于不同的溶液，有必要使閥體旋轉(zhuǎn)以通過一些外部端口將樣本處理腔室與各溶液的容器依次相連。這種設備并不十分適于由非熟練的實驗室工作人員在非實驗室環(huán)境中使用，這是因為需要將外部端口與各所需溶液的容器相連，而這是不切實際的并且當為危險化學藥品時可能有安全隱患，以及其他原因。此外，這種設備由于其復雜性而具有較高的相關成本，并且不可能作為一次性設備節(jié)省成本，這導致潛在的交叉樣本污染。另外，該設備采用單獨的流體移動腔室來依次將各處理溶液傳遞到樣本，并除去任何廢料，這可導致在流體移動腔室中剩余材料的混合以及可能破壞靈敏的處理順序。仍需要開發(fā)一種能克服上述問題的用于處理流體樣本的設備。
[0008]WO 00/62931公開了一種微流體設備，其具有樣本入口，該入口通過一微通道與檢測模塊相連。在該設備中的流體運動由接通或斷開施加電場的芯片泵來控制。該設備可選擇地包括存儲模塊、廢物模塊、反應模塊等，并且該申請以示例的方式公開了將該設備用于核酸擴增反應。該設備可用于對微量體積樣本進行核酸擴增反應，但是仍存在關于如何開發(fā)這樣一種設備的問題，該設備可用于這樣的領域中，其中如在臨床或環(huán)境樣本的情況下樣本容積為幾暈升。
[0009]另外，US 6, 391,541公開了一種用于從流體樣本分離所需分析物的藥筒(cartridge)，該藥筒包括樣本流動通道、樣本溶解腔室、廢物腔室、分析物流動通道以及用于引導流體流動的流動控制器。該專利還以示例的方式公開了將該設備用于從流體樣本中分離核酸樣本。該設備還展示了處理流體樣本領域中的進展，但是仍存在一些問題。這些問題包括，為了可以以期望的方式(包括所期望的化學和物理處理步驟)來處理樣本，該設備包