本申請(qǐng)要求2014年2月5日提交的第61/936,275號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益，該申請(qǐng)通過引用并入本文。

關(guān)于聯(lián)邦資助研究的聲明

本發(fā)明通過美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局根據(jù)合同號(hào)HR0011-11-2-0006在美國(guó)政府的支持下做出。美國(guó)政府在本發(fā)明中具有某些權(quán)利。

背景技術(shù)：

包括核酸分析的現(xiàn)代生物技術(shù)為樣品的分析提供了強(qiáng)有力的工具。來自受試者和環(huán)境源的樣品可針對(duì)各種化合物和有機(jī)體的存在而被分析。針對(duì)疾病，包括傳染性疾病和遺傳性疾病，患者可以被診斷。

然而，許多分析技術(shù)要求集中的實(shí)驗(yàn)室設(shè)施、經(jīng)過培訓(xùn)的技術(shù)人員、樣品制備、冷藏以及其它資源。在醫(yī)療點(diǎn)(point-of-care)環(huán)境下、在有限資源的環(huán)境下、以及在難以獲得必要資源或缺乏必要資源的其它環(huán)境下，這樣的要求可能限制這些技術(shù)的效用。

概述

因此，所需要的是一種簡(jiǎn)單、便宜、穩(wěn)健的方法，該方法基于醫(yī)療點(diǎn)的核酸診斷，具有在衛(wèi)生保健提供者仍然與患者在一起的時(shí)候的結(jié)果的即時(shí)可用性。另外，需要一種方法和設(shè)備，該方法和設(shè)備可以提供準(zhǔn)確的結(jié)果和對(duì)適當(dāng)?shù)姆治黾夹g(shù)，以及對(duì)質(zhì)量控制措施，特別是根據(jù)美國(guó)臨床實(shí)驗(yàn)室改進(jìn)修正法案(CLIA)計(jì)劃將允許放棄的那些措施的方法論的堅(jiān)持。

本文所公開的是用于形成一個(gè)或多個(gè)中斷的流體路徑并且用于使用單個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生壓力的設(shè)備和系統(tǒng)。壓力可以用作從設(shè)備或系統(tǒng)中的不同位置傳輸溶液或者將溶液傳輸?shù)皆O(shè)備或系統(tǒng)中的不同位置的起動(dòng)力(motive force)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)多個(gè)溶液時(shí)，運(yùn)動(dòng)可以同時(shí)連接第一流體路徑并且產(chǎn)生用于流體傳輸?shù)膲毫Γ蝗缓罅硪粋€(gè)運(yùn)動(dòng)可以斷開第一流體路徑、連接第二流體路徑以及產(chǎn)生用于流體傳輸?shù)牧硗獾膲毫Α?/p>

本發(fā)明的一個(gè)方面提供了樣品制備模塊，該樣品制備模塊包括：殼體，其具有內(nèi)表面；中心軸，其包括帶有螺紋的區(qū)段，其中中心軸相對(duì)于殼體旋轉(zhuǎn)；壓力帽以及多個(gè)同軸布置的層，至少一個(gè)層是轉(zhuǎn)子并且一個(gè)層是定子(相對(duì)于轉(zhuǎn)子)。壓力帽包括能夠與殼體的內(nèi)表面接合以形成氣密密封的墊圈和具有螺紋的中心柱，其中該螺紋接合中心軸的帶有螺紋的區(qū)段。同軸布置的層具有以摩擦、密封接合的方式裝配的互補(bǔ)的面對(duì)的表面，每個(gè)層具有至少一個(gè)大體上軸向?qū)R的通道，該通道具有能夠用于連續(xù)地選擇性地置于連通中以在組件內(nèi)建立多個(gè)專門的流動(dòng)路徑的上游入口和下游出口。所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)選擇性地連接不同的同軸層的通道從而依次地形成和中斷多個(gè)流體路徑。另外，第一同軸布置的層與殼體的內(nèi)表面接合以形成氣密密封，從而第一層的表面與殼體和壓力帽一起形成隔室，其中軸相對(duì)于殼體的旋轉(zhuǎn)壓縮隔室從而產(chǎn)生抵著第一同軸布置的層的上游表面的壓力。

在某些實(shí)現(xiàn)方式中，轉(zhuǎn)子與軸直接或間接地接合并且定子與殼體直接或間接地接合。在其它實(shí)現(xiàn)方式中，定子與軸直接或間接地接合并且轉(zhuǎn)子與殼體直接或間接地接合。

在一些實(shí)現(xiàn)方式中，中心軸與驅(qū)動(dòng)器接合。在這樣的實(shí)現(xiàn)方式中，最鄰近驅(qū)動(dòng)器的同軸布置的層可以是部分或完全透明的。

在選定的實(shí)現(xiàn)方式中，壓力帽還包括鍵或鍵槽，該鍵或鍵槽與殼體中的互補(bǔ)的鍵槽或鍵接合從而阻止壓力帽相對(duì)于殼體旋轉(zhuǎn)。壓力帽還可以包括手動(dòng)握持部。

中心柱的螺紋可以具有與軸的帶有螺紋的區(qū)段不同的螺距。在某些實(shí)現(xiàn)方式中，中心軸的帶有螺紋的區(qū)段是外螺紋的并且壓力帽的中心柱是內(nèi)螺紋的。在其它實(shí)現(xiàn)方式中，中心軸的帶有螺紋的區(qū)段是內(nèi)螺紋的并且壓力帽的中心柱是外螺紋的。

在選定的實(shí)現(xiàn)方式中，中心軸包括多個(gè)連接的區(qū)段，每個(gè)區(qū)段與相鄰的區(qū)段接合。

殼體可以永久地附連到同軸布置的層。在各種實(shí)現(xiàn)方式中，殼體包括兩個(gè)或更多個(gè)節(jié)段，該兩個(gè)或更多個(gè)節(jié)段當(dāng)被裝配時(shí)形成氣密的結(jié)合部。殼體的兩個(gè)或更多個(gè)節(jié)段中的一些、全部或沒有一個(gè)可以永久地附連到同軸布置的層。

在許多實(shí)現(xiàn)方式中，同軸布置的層包括試劑層、分離層和接收層。試劑層可以將樣品接收在對(duì)上游表面和下游表面敞開的第一流體路徑中。試劑層可包括對(duì)上游表面和下游表面敞開的第二流體路徑。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，分離層包括使上游表面和下游表面之間的至少一個(gè)通道閉塞的捕獲分離材料，所述分離材料能夠可逆地結(jié)合關(guān)注的分子。該樣品制備模塊還可以包括分析層。分析層可以包括微流控設(shè)備。在某些實(shí)現(xiàn)方式中，至少一個(gè)同軸布置的層包括廢料室，所述廢料室是僅對(duì)層的上游表面敞開的閉端路徑。廢料室優(yōu)選地包含用于廢液的吸收劑。

本發(fā)明的樣品制備模塊還可以包括可重復(fù)密封的樣品入口。

本發(fā)明的另一方面提供了從樣品分離關(guān)注的分析物的方法，該方法包括：a)提供包括壓力帽、中心軸和多個(gè)同軸布置的層的設(shè)備，該多個(gè)同軸布置的層包括試劑層、分離層和接收層，其中試劑層裝載有裂解溶液、洗滌溶液和洗脫溶液，每種溶液占居具有上游入口和下游出口的單獨(dú)的通道，并且其中通道的下游出口中的每一個(gè)在設(shè)備的第一位置處是閉塞的；b)使樣品與試劑層中的裂解溶液組合以形成裂解的混合物；c)將中心軸旋轉(zhuǎn)到第二位置；d)將中心軸旋轉(zhuǎn)到第三位置；以及e)將中心軸旋轉(zhuǎn)到第四位置。將中心軸旋轉(zhuǎn)到第二位置的步驟：1)將試劑層相對(duì)于分離層旋轉(zhuǎn)以使容納裂解混合物的通道的出口與分離層中的通道的上游入口對(duì)齊，分離層中的所述通道被能夠結(jié)合關(guān)注的分析物的捕獲分離材料閉塞；以及2)使壓力帽朝向多個(gè)同軸布置的層移動(dòng)，從而對(duì)裂解的混合物施加正壓力并且將裂解的混合物推動(dòng)到捕獲分離材料上并且穿過捕獲分離材料。將中心軸旋轉(zhuǎn)到第三位置的步驟：1)將試劑層相對(duì)于分離層旋轉(zhuǎn)以使保持洗滌溶液的通道的出口與分離層中的被捕獲分離材料閉塞的通道的上游入口對(duì)齊；以及(2)使壓力帽進(jìn)一步朝向多個(gè)同軸布置的層移動(dòng)，從而施加另外的正壓力以將洗滌溶液推動(dòng)穿過捕獲分離材料。將中心軸旋轉(zhuǎn)到第四位置的步驟：1)將試劑層相對(duì)于分離層旋轉(zhuǎn)以使容納洗脫溶液的通道的出口與分離層中被捕獲分離材料閉塞的通道的上游入口對(duì)齊；2)將分離層相對(duì)于接收層旋轉(zhuǎn)以使被捕獲分離材料閉塞的通道的出口與接收層中的第一通道的上游入口對(duì)齊；以及3)使壓力帽進(jìn)一步朝向多個(gè)同軸布置的層移動(dòng)，從而施加另外的正壓力以將洗脫溶液推動(dòng)穿過捕獲分離材料進(jìn)而使關(guān)注的分析物脫離捕獲分離材料并且將洗脫溶液和關(guān)注的分析物收集在接收層的通道中。

在某些實(shí)現(xiàn)方式中，關(guān)注的分析物是分子。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，關(guān)注的分析物是顆粒。在某些實(shí)現(xiàn)方式中，關(guān)注的分析物是細(xì)胞。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，關(guān)注的分析物是孢子。

本發(fā)明的另一方面提供了從樣品分離關(guān)注的分子的方法，該方法包括：a)提供包括壓力帽、中心軸和多個(gè)同軸布置的層的設(shè)備，該多個(gè)同軸布置的層包括試劑層、分離層和接收層；b)用裂解溶液、洗滌溶液和洗脫溶液裝載試劑層，每種溶液占居具有上游入口和下游出口的單獨(dú)的通道，其中通道的下游出口中的每一個(gè)在設(shè)備的第一位置處是閉塞的；c)使樣品與試劑層中的裂解溶液組合以形成裂解的混合物；d)將中心軸旋轉(zhuǎn)到第二位置；e)將中心軸旋轉(zhuǎn)到第三位置；以及f)將中心軸旋轉(zhuǎn)到第四位置。將中心軸旋轉(zhuǎn)到第二位置的步驟：1)將試劑層相對(duì)于分離層旋轉(zhuǎn)以使容納裂解混合物的通道的出口與分離層中的通道的上游入口對(duì)齊，分離層中的所述通道被能夠結(jié)合關(guān)注的分子的捕獲分離材料閉塞；以及2)使壓力帽朝向多個(gè)同軸布置的層移動(dòng)，從而對(duì)裂解的混合物施加正壓力并且將裂解的混合物推動(dòng)到捕獲分離材料上并且穿過捕獲分離材料。將中心軸旋轉(zhuǎn)到第三位置的步驟：1)將試劑層相對(duì)于分離層旋轉(zhuǎn)以使容納洗滌溶液的通道的出口與分離層中的被捕獲分離材料閉塞的通道的上游入口對(duì)齊；以及2)使壓力帽進(jìn)一步朝向多個(gè)同軸布置的層移動(dòng)，從而施加另外的正壓力以將洗滌溶液推動(dòng)穿過捕獲分離材料。將中心軸旋轉(zhuǎn)到第四位置的步驟：1)將試劑層相對(duì)于分離層旋轉(zhuǎn)以使容納洗脫溶液的通道的出口與分離層中的被捕獲分離材料閉塞的通道的上游入口對(duì)齊；2)將分離層相對(duì)于接收層旋轉(zhuǎn)以使利用捕獲分離材料閉塞的通道的出口與接收層中的第一通道的上游入口對(duì)齊；以及3)使壓力帽還進(jìn)一步朝向多個(gè)同軸布置的層移動(dòng)，從而施加另外的正壓力以推動(dòng)洗脫溶液穿過捕獲分離材料進(jìn)而使關(guān)注的分子脫離捕獲分離材料并且將洗脫溶液和關(guān)注的分子收集在接收層的通道中。

在某些實(shí)現(xiàn)方式中，將中心軸旋轉(zhuǎn)到第二位置還包括，將分離層相對(duì)于接收層旋轉(zhuǎn)以使利用捕獲分離材料閉塞的通道的出口與接收層中的第二通道的上游入口對(duì)齊，所述第二通道構(gòu)造成捕獲廢液。優(yōu)選地，廢液被捕獲在容納在接收層的第二通道中的吸收劑中。

在一些實(shí)現(xiàn)方式中，多個(gè)同軸布置的層包括分析層，并且方法還包括如下步驟：g)將中心軸旋轉(zhuǎn)到第五位置，從而1)將接收層相對(duì)于分析層旋轉(zhuǎn)以使容納洗脫溶液和關(guān)注的分子的通道的出口與分析層中的通道的上游入口對(duì)齊；以及2)使壓力帽進(jìn)一步朝向多個(gè)同軸布置的層移動(dòng)，從而施加另外的正壓力以將洗脫溶液和關(guān)注的分子推動(dòng)到分析層的通道中。在選定的實(shí)現(xiàn)方式中，關(guān)注的分子是核酸并且分析層構(gòu)造成擴(kuò)增核酸。

在許多實(shí)現(xiàn)方式中，關(guān)注的分子是核酸或蛋白質(zhì)，更優(yōu)選地是核酸。核酸可以是RNA和/或DNA。

本發(fā)明的又一個(gè)方面提供用于同時(shí)改變流體路徑并且產(chǎn)生壓力的設(shè)備，所述設(shè)備包括：壓力帽；和多個(gè)同軸布置的層，至少一個(gè)層是轉(zhuǎn)子并且至少一個(gè)層是定子，所述同軸布置的層具有以摩擦、密封接合的方式裝配的互補(bǔ)的面對(duì)的表面，每個(gè)層具有至少一個(gè)大體上軸向?qū)R的通道，該至少一個(gè)大體上軸向?qū)R的通道具有能夠用于連續(xù)地選擇性地置于流通中以在組件內(nèi)建立多個(gè)專門的流動(dòng)路徑的上游入口和下游出口，其中第一同軸布置的層與壓力帽接合以產(chǎn)生氣密的隔室，該氣密的隔室在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)是可壓縮的，并且其中所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)選擇性地連接不同的同軸層的通道從而依次地形成和中斷多個(gè)流體路徑。

本發(fā)明還以套件為特征，該套件包括本文所描述的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備和/或系統(tǒng)并且包括收集器(例如，用于收集與設(shè)備或系統(tǒng)使用的樣品，諸如本文中任何所描述的，包括刺血針、毛細(xì)管、針、注射器、拭子、樣品管、收集杯或微管)。在另外的實(shí)施方案中，套件還包括與設(shè)備分開或在設(shè)備內(nèi)的一種或多種物質(zhì)。示例性物質(zhì)包括任何本文所描述的，包括樣品、裂解溶液、洗滌溶液、洗脫溶液、試劑、染料、干燥劑、穩(wěn)定劑、蛋白質(zhì)、核酸、過濾器、薄膜、標(biāo)記和/或容器中的一個(gè)或多個(gè)。

引用條款

本說明書中提及的所有出版物、專利和專利申請(qǐng)通過引用并入本文，其程度如同每個(gè)單獨(dú)的出版物、專利或?qū)＠暾?qǐng)具體地且單獨(dú)地表示為通過引用并入一樣。

附圖簡(jiǎn)述

在所附權(quán)利要求中具體陳述了本發(fā)明的新穎特征。通過參照下面的陳述說明性實(shí)施方案的詳細(xì)描述，將更好地理解本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)，在說明性實(shí)施方案中利用了本發(fā)明的原理，且說明性實(shí)施方案的附圖：

圖1示出了設(shè)備的兩個(gè)層的對(duì)齊的示例性示意圖。

圖2示出了設(shè)備的示例性示意圖，其中壓力帽正在旋轉(zhuǎn)，從而壓縮空氣隔室以形成壓力。

圖3A示出了壓力帽設(shè)備的示例性分解側(cè)視示意圖。

圖3B示出了包括壓力帽和多個(gè)同軸布置的層的設(shè)備的示例性的四分之三的分解示意圖。

圖3C示出了包括壓力帽和多個(gè)同軸布置的層的設(shè)備的示例性的四分之三的上部視圖。

圖3D示出了包括壓力帽和多個(gè)同軸布置的層的設(shè)備的示例性的四分之三的下部視圖。

圖3E示出了包括壓力帽和多個(gè)同軸布置的層的設(shè)備的示例性側(cè)視示意圖。

圖4示出了構(gòu)造有加熱槽的200μL設(shè)備的示例性的四分之三的分解示意圖。

圖5示出了0.5mL設(shè)備的示例性的四分之三的分解示意圖。

圖6示出了先前在圖3中圖示的設(shè)備的示例性橫截面示意圖。

圖7示出了包括壓力帽和多個(gè)同軸布置的層的設(shè)備的示例性分解示意圖，該多個(gè)同軸布置的層包括分析層。

圖8A示出了在第一位置處的樣品制備設(shè)備的示例性示意圖。

圖8B示出了在第二位置處的樣品制備設(shè)備的示例性示意圖。

圖8C示出了在第三位置處的樣品制備設(shè)備的示例性示意圖。

圖8D示出了在第四位置處的樣品制備設(shè)備的示例性示意圖。

圖9示出了被編程或以其它方式配置成實(shí)現(xiàn)本文所提供的方法的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

圖10示出了來自HIV RNA純化和量化的示例性結(jié)果。

圖11示出了來自HIV RNA純化和量化的示例性結(jié)果。

圖12示出了來自流感RNA純化和量化的示例性結(jié)果。

發(fā)明的詳細(xì)描述

定義

如本文使用的“約”意指所引用值的+/-10％。

如本文使用的“或”包括“和/或”。

“之間”是指在其中中間結(jié)構(gòu)將第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)分離的相對(duì)位置。例如，在包括布置在第一基片和第二基片之間的中間基片的設(shè)備中，術(shù)語“之間”提供第一基片、第二基片和中間基片的相對(duì)位置關(guān)系，并且絕不表示第一基片必須是設(shè)備中的頂部基片或最上面的基片。

“接合”是指兩個(gè)部件或結(jié)構(gòu)之間的物理的相互作用。該物理的相互作用可以是直接的(例如，其中第一部件與第二部件相互作用)或間接的(例如，其中第一部件與插入部件(interleaving component)相互作用，該插入部件進(jìn)而與第二部件相互作用)。

如本文所使用的術(shù)語“上游”和“下游”相對(duì)于正壓力，比如由壓力帽產(chǎn)生的正壓力的方向被界定。

設(shè)備

本文所公開的是用于產(chǎn)生和中斷流體路徑并且使用單一運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生壓力的設(shè)備和系統(tǒng)。壓力可以用作從設(shè)備或系統(tǒng)中的不同位置傳輸溶液或其它流體或者將溶液或其它流體傳輸?shù)皆O(shè)備或系統(tǒng)中的不同位置的起動(dòng)力。當(dāng)驅(qū)動(dòng)多個(gè)溶液時(shí)，運(yùn)動(dòng)可以同時(shí)連接第一流體路徑并且產(chǎn)生用于流體傳輸?shù)膲毫?；然后另一個(gè)運(yùn)動(dòng)可以斷開第一流體路徑、連接第二流體路徑以及產(chǎn)生用于流體傳輸?shù)牧硗獾膲毫Α?/p>

一個(gè)實(shí)施方案提供用于同時(shí)修改流體路徑并且產(chǎn)生壓力的設(shè)備，所述設(shè)備包括壓力帽和多個(gè)同軸布置的層，至少一個(gè)層是轉(zhuǎn)子并且至少一個(gè)層是定子，所述同軸布置的層具有以摩擦、密封接合的方式裝配的互補(bǔ)的面對(duì)的表面，每個(gè)層具有至少一個(gè)通道，該至少一個(gè)通道具有上游入口和下游出口，該上游入口和下游出口能夠用于連續(xù)地選擇性地置于連通中以在組件內(nèi)建立多個(gè)專門的流動(dòng)路徑，其中第一同軸布置的層與壓力帽接合以產(chǎn)生氣密的隔室，該氣密的隔室在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)是可壓縮的，并且其中所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)選擇性地連接不同同軸層的通道，從而依次地形成和中斷多個(gè)流體路徑。

另一實(shí)施方式提供了這樣的設(shè)備，即，該設(shè)備包括具有內(nèi)表面的殼體、包括帶有螺紋的區(qū)段的中心軸、壓力帽和多個(gè)同軸布置的層，其中中心軸相對(duì)于殼體旋轉(zhuǎn)。

優(yōu)選地，壓力帽包括能夠與殼體的內(nèi)表面接合以形成氣密密封的墊圈和具有螺紋的中心柱，其中螺紋接合軸的帶有螺紋的區(qū)段。第一同軸布置的層可以與殼體的內(nèi)表面接合以形成氣密密封，從而第一層的表面與殼體和壓力帽一起形成隔室，其中中心軸相對(duì)于殼體的旋轉(zhuǎn)壓縮隔室，從而產(chǎn)生抵著第一同軸布置的層的上游表面壓力。

多個(gè)同軸布置的層中的至少一個(gè)是轉(zhuǎn)子。剩余層中的一個(gè)或多個(gè)是定子(相對(duì)于轉(zhuǎn)子)。轉(zhuǎn)子可以與中心軸直接或間接地接合，然而定子可以與殼體直接或間接地接合。在某些實(shí)施方式中，定子永久地附連到殼體，因而有效地充當(dāng)用于殼體的底座?？蛇x地，定子可以與中心軸直接或間接地接合，然而轉(zhuǎn)子可以與殼體直接或間接地接合。因而，當(dāng)中心軸和殼體相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子和定子也相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)。同軸布置的層具有互補(bǔ)的面對(duì)的表面并且以摩擦、密封接合的方式裝配，每個(gè)層具有至少一個(gè)通道，該至少一個(gè)通道具有上游入口和下游出口，該上游入口和下游出口能夠用于連續(xù)地選擇性地置于連通中以在組件中建立多個(gè)專門的流動(dòng)路徑。在操作期間，所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)選擇性地連接不同同軸層中的通道從而依次地形成和中斷多個(gè)流體路徑。

本發(fā)明的設(shè)備可以包括層，該層布置(例如，同軸地)成允許通過層的運(yùn)動(dòng)(例如，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))連接和斷開一個(gè)或多個(gè)流體路徑。例如，在第一位置，第一層(例如，110)中的一個(gè)或多個(gè)通道(例如，111、112)不連接到第二層(例如，120)中的一個(gè)或多個(gè)通道(例如，121、122)(例如，不與第二層中的一個(gè)或多個(gè)通道流體連通)。當(dāng)使第一層相對(duì)于第二層移動(dòng)時(shí)，第一層的一個(gè)或多個(gè)通道的下游出口與第二層的一個(gè)或多個(gè)通道的入口對(duì)齊并且形成連接(見，例如，圖1)。該運(yùn)動(dòng)可以通過使具有第一通道的第一層相對(duì)于第二層旋轉(zhuǎn)來完成?？蛇x地，該運(yùn)動(dòng)可包括使具有第二通道的第二層相對(duì)于第一層旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)構(gòu)造成手動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，設(shè)備可包括一個(gè)或多個(gè)溝槽、平坦部、止動(dòng)部、臺(tái)階、標(biāo)識(shí)物或設(shè)計(jì)成將旋轉(zhuǎn)引導(dǎo)到所需位置的其它特征部。例如，具有模塊的層可以包括在其外邊緣上的一個(gè)或多個(gè)直邊緣以促進(jìn)多個(gè)層的對(duì)齊(見，例如，圖1)。

設(shè)備的旋轉(zhuǎn)可以手動(dòng)地(例如，通過一個(gè)或多個(gè)使用者的手)執(zhí)行。在一些情況下，通過將設(shè)備(例如，設(shè)備的底座)固定到支撐件(例如，表面，諸如桌子或長(zhǎng)凳的頂部)來輔助旋轉(zhuǎn)。設(shè)備可以包括有助于手動(dòng)握持的一個(gè)或多個(gè)特征部，諸如，脊部、凸片、柄部、溝槽或球狀物(見，例如，圖3，更特別地用于帽中的底座和凹陷部的握持部373)。在一些情況下，握持特征部存在于設(shè)備的頂部和底座上以有助于手動(dòng)旋轉(zhuǎn)，在其它實(shí)施方案中，特征部存在于設(shè)備的頂部和底座之間的環(huán)上。

設(shè)備的旋轉(zhuǎn)可以在機(jī)械力的源，諸如馬達(dá)、彈簧(例如，線性彈簧、螺旋彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧、恒力彈簧)、或彈性帶的幫助下執(zhí)行。機(jī)械力的源(比如馬達(dá))可以由電源驅(qū)動(dòng)。電源的示例包括但不限于電池、太陽能電池板、用于壁插式電源或輸電網(wǎng)電源的連接器或適配器、用于馬達(dá)交通工具電源的連接器或適配器(例如，12伏適配器)、手動(dòng)曲柄和電容器。當(dāng)使用，例如，容納在基站內(nèi)的機(jī)械力時(shí)，設(shè)備可以包括一個(gè)或多個(gè)凸緣、球形突出物、狹槽或適合于與基站的非旋轉(zhuǎn)部分接合以使設(shè)備的某些部分保持固定，從而允許設(shè)備的不同部分相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)的其它結(jié)構(gòu)。在圖3中提供了這樣的凸緣371的一個(gè)示例。

設(shè)備可以包括流體元件或流體結(jié)構(gòu)，諸如通道、貯器、室、泡罩包、槽、過濾器、薄膜、單向閥和試樣管。任何結(jié)構(gòu)(例如，一個(gè)或多個(gè)通道)的尺寸可以被選擇以保持設(shè)備中的流體的特定的體積流動(dòng)速率或線性流動(dòng)速率。例如，該尺寸的選擇對(duì)于控制用特定流體填充設(shè)備或控制這樣的流體穿過路徑、過濾器和/或槽的流動(dòng)速率或控制曝氣以影響液體的混合可能是有用的。

槽、槽道、貯器、室、管或其它結(jié)構(gòu)可包括任何有用的橫截面。橫截面可以具有任何有用的形狀(例如，矩形、方形、圓形、卵形、梯形、三角形或不規(guī)則的橫截面)。橫截面形狀或尺寸可以沿著任何結(jié)構(gòu)的軸線變化。例如，當(dāng)結(jié)構(gòu)是槽道時(shí)，槽道的沿著流體流動(dòng)的軸線的橫截面可從一個(gè)橫截面形狀變化成另一個(gè)橫截面形狀，比如從圓形橫截面變化成矩形橫截面。在另一個(gè)例子中，橫截面的尺寸沿著任何軸線可以是一致的或可以變化，比如沿著流體流動(dòng)的軸線逐漸減小或增大的槽道。

殼體、軸、同軸布置的層以及壓力帽可以由任何有用的材料或材料的組合形成。根據(jù)部件正常運(yùn)行所需的物理和化學(xué)特性來選擇用于形成本發(fā)明的設(shè)備的部件所使用的材料。材料的合適的非限制性示例包括塑料(例如，環(huán)烯烴共聚物(COC))、環(huán)烯烴聚合物(COP)、聚對(duì)酞酸乙二酯(PET)、聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、高抗沖聚苯乙烯(HIPS)、聚酰胺(PA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚乙烯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(PE/ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(PC/ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))、金屬、彈性體(例如，聚二甲基硅氧烷(PDMS))、玻璃(例如，硼硅酸鹽)、陶瓷、以及諸如碳纖維復(fù)合材料的復(fù)合材料。在一些情況下，設(shè)備由金屬或其它磁性材料形成。

設(shè)備或其部件可以通過任何有用的過程形成，該過程包括但不限于模制(例如，注射模制、真空模制或包覆模制)、機(jī)械加工(例如，鉆削、銑削或打磨)、壓花(例如，熱壓花)以及蝕刻(例如，激光蝕刻、深反應(yīng)離子刻蝕、KOH蝕刻或HF蝕刻)。在微流控應(yīng)用中，層可以由能夠形成具有毫米、微米或亞微米尺寸的高分辨率特征部，諸如，微槽道、室、混合特征部以及類似物的材料(例如，PDMS、PMMA、玻璃)制造。可應(yīng)用的精密加工技術(shù)包括但不限于干法刻蝕、濕法腐蝕、激光刻蝕、激光燒蝕、模制、壓花、光刻、軟光刻、層壓或類似的技術(shù)。

壓力帽

旋轉(zhuǎn)設(shè)備可以構(gòu)造成當(dāng)旋轉(zhuǎn)帽時(shí)增加設(shè)備內(nèi)的壓力。例如，圖2示出了設(shè)計(jì)成通過各個(gè)旋轉(zhuǎn)步驟(例如、201、202、203、204和205)來添加另外的壓力的帽。該壓力可通過使設(shè)備的內(nèi)部容積隨著帽朝向底座降低而減小來產(chǎn)生。在一些示例中，這樣的設(shè)備包括帶有螺紋的中心軸(例如，380，圖3A至圖3E)，從而允許帽上的中心柱螺紋連接到中心軸并且隨著旋轉(zhuǎn)擰緊。在其它示例中，殼體或底座的外部部分包括螺紋，帽可以隨著旋轉(zhuǎn)螺紋連接并擰緊到該螺紋上。在一些情況中，一個(gè)或多個(gè)支柱、球形突出物、溝槽、導(dǎo)軌或其它特征部可以引導(dǎo)帽移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施方式中，壓力帽可以包括鍵或鍵槽，該鍵或鍵槽與殼體中的互補(bǔ)的鍵槽或鍵接合從而阻止壓力帽相對(duì)于殼體旋轉(zhuǎn)。帽的移動(dòng)可以以相對(duì)于底座的旋轉(zhuǎn)和向下移動(dòng)的組合的平滑移動(dòng)為特征。在其它示例中，帽的移動(dòng)可以以可變速移動(dòng)為特征，例如導(dǎo)致帽向下移動(dòng)四分之一英寸的第一15°旋轉(zhuǎn)和導(dǎo)致帽向下移動(dòng)半英寸的第二15°旋轉(zhuǎn)。

殼體可以形成為單一結(jié)構(gòu)或可以由兩個(gè)或更多個(gè)節(jié)段，該兩個(gè)或更多個(gè)節(jié)段在裝配時(shí)形成氣密的單元。在一些實(shí)施方式中，殼體永久地附連到設(shè)備的第一(即，最上游的)層。可以通過由單一材料形成殼體和第一層實(shí)現(xiàn)永久性固定，例如共模制在塑料中。可選地，殼體和第一層可以使用本領(lǐng)域已知的任何粘合劑，優(yōu)選地抗空氣和抗流體的粘合劑永久地附接。在其中殼體由兩個(gè)或更多個(gè)節(jié)段形成的那些實(shí)施方式中，那些節(jié)段中的一個(gè)或多個(gè)可以永久地附連到同軸布置的層。在某些實(shí)施方式中，殼體的兩個(gè)或更多個(gè)節(jié)段中的每一個(gè)永久地附連到同軸布置的層。

帽產(chǎn)生的壓力可用于驅(qū)動(dòng)設(shè)備內(nèi)的流體流動(dòng)。例如，溶液可流動(dòng)穿過基質(zhì)或過濾器，或空氣可以被驅(qū)動(dòng)以干燥基質(zhì)或過濾器。與突然地施加壓力相比，通過帽的平滑移動(dòng)產(chǎn)生的壓力的漸進(jìn)施加可以降低泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

帽可以產(chǎn)生至少約1千帕斯卡(kPa)、2kPa、3kPa、4kPa、5kPa、6kPa、7kPa、8kPa、9kPa、10kPa、15kPa、20kPa、25kPa、30kPa、35kPa、40kPa、45kPa、50kPa、55kPa、60kPa、65kPa、70kPa、75kPa、80kPa、85kPa、90kPa、95kPa、100kPa、110kPa、120kPa、130kPa、140kPa、150kPa、160kPa、170kPa、180kPa、190kPa、200kPa、210kPa、220kPa、230kPa、240kPa、250kPa、260kPa、270kPa、280kPa、290kPa、300kPa、310kPa、320kPa、330kPa、340kPa、350kPa、360kPa、370kPa、380kPa、390kPa、400kPa、410kPa、420kPa、430kPa、440kPa、450kPa、460kPa、470kPa、480kPa、490kPa或500kPa的壓力。

帽可以產(chǎn)生許多不同的壓力(例如，用于特定的流體操作或步驟)，包括1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)、6個(gè)、7個(gè)、8個(gè)、9個(gè)、10個(gè)、11個(gè)、12個(gè)、13個(gè)、14個(gè)、15個(gè)、16個(gè)、17個(gè)、18個(gè)、19個(gè)、20個(gè)、25個(gè)或更多個(gè)不同的壓力。

在一些情況中，設(shè)備的致動(dòng)可以在設(shè)備的相對(duì)于該設(shè)備的其余部分的一個(gè)區(qū)域中產(chǎn)生真空或負(fù)壓力。例如，設(shè)備的致動(dòng)可以引起活塞致動(dòng)以向下移動(dòng)，并且，比如在通道中或過濾器下方，產(chǎn)生降低的壓力或負(fù)壓力?？蛇x地，旋轉(zhuǎn)的方向可以被反向，從而擴(kuò)大由壓力帽形成的隔室并且因此產(chǎn)生負(fù)壓力。這樣的負(fù)壓力可用來使流體流暫停或逆轉(zhuǎn)。在某些實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)的方向可以在順時(shí)針和逆時(shí)針之間交替以產(chǎn)生反復(fù)的流動(dòng)以，例如混合溶液或使沉積在通道中固體試劑溶解。在另一個(gè)實(shí)施方式中，設(shè)備的致動(dòng)可以引起扣泵(buckle pump)或膜片的形狀改變。通過使用單向閥或止回閥，局部不同的壓力可以在設(shè)備的不同區(qū)段中實(shí)現(xiàn)。

層

圖3A至圖3E、圖4、圖5、圖6和圖7示出了帶有壓力帽和各個(gè)層的設(shè)備的示例性示意圖。設(shè)備部件可以包括但不限于壓力帽300、殼體310、試劑層320、試劑層儲(chǔ)存器330、分離層340、接收層350、中心帶螺紋的軸380、分析層360、底座370和適合于將其它部件保持在適當(dāng)位置的帶螺紋的連接器390。不是所有的這些部件都需要存在于特定的設(shè)備中。層中的一個(gè)或多個(gè)可以包括加熱，諸如試劑儲(chǔ)存層和/或接收層。層可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能；例如，層可以包括隔膜以用作分離層并且還包括槽以用作接收層。另外，單一的結(jié)構(gòu)可以包括層和另外的結(jié)構(gòu)，諸如殼體或軸。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，設(shè)備包括試劑層、分離層和接收層。

概括的層特征

與其它層相比，每個(gè)層可以具有相似的或不同的幾何結(jié)構(gòu)。層可以是圓的，可以具有多個(gè)直邊緣，或可以包括圓弧邊緣和直邊緣的組合。

每個(gè)層可以包括穿過層的至少一個(gè)完整的流體通道。每個(gè)層可以包括一個(gè)或多個(gè)閉端路徑(dead end paths)，該一個(gè)或多個(gè)閉端路徑在上游側(cè)上具有入口，但不穿過層(例如，槽)。槽可用于諸如保持廢棄產(chǎn)物(例如，在過濾器下方的裂解的細(xì)胞碎片，洗滌液)或接收處理后的產(chǎn)品材料(例如，純化的核酸)的應(yīng)用。

層之間的泄漏可以通過包括但不限于使用密封件(例如，彈性體材料)、密封液(例如，與流經(jīng)設(shè)備的流體不融合的流體)、油脂、軟石蠟和潤(rùn)滑劑(例如，干潤(rùn)滑劑和濕潤(rùn)滑劑)的方法被減輕或阻止。例如，一個(gè)或多個(gè)層可以包括有益于與相鄰的層形成密封的彈性體材料。

為了提高層與相鄰層的密封，在一些實(shí)施方式中，可變形層可以附接到層的頂表面和底表面?？勺冃螌拥牟牧系氖纠ǖ幌抻诠枘z、聚硅氧烷、聚氨酯、橡膠、氯磺化聚乙烯合成橡膠、氯丁橡膠尼龍、膨體聚四氟乙烯(PTFE)、腈基丁二烯橡膠(NBR)、氯丁橡膠、丁腈尼龍和聚二甲基硅氧烷。在示例性實(shí)施方式中，可變形層是硅膠。硅膠或其它合適的材料可以在壓力下變形并且匹配設(shè)備的相鄰層上的結(jié)構(gòu)，例如，入口和/或出口的形狀，從而使當(dāng)前層與相鄰的層可密封地接合。當(dāng)可變形層附接到層的表面時(shí)，通過在相鄰層的表面上提供稍微突起的脊部可以進(jìn)一步增強(qiáng)密封。優(yōu)選地，這樣的脊部界定封閉的形狀，通常包圍該層的表面中的開口。雖然這樣的脊部可以是將增強(qiáng)與相鄰層密封的任何形狀或高度，但脊部可以是約0.05μm、0.075μm、0.1μm、0.11μm、0.12μm、0.13μm、0.14μm、0.15μm。這樣的突起的脊部的內(nèi)含物不會(huì)改變層的表面的互補(bǔ)特性。

本文所描述的設(shè)備中的任何層可以包括一個(gè)或多個(gè)加熱元件，該一個(gè)或多個(gè)加熱元件用于改變或保持穿過該層的一個(gè)或多個(gè)通道中的流體的溫度或用于改變或保持該層中的槽中的流體的溫度。所述加熱元件包括，例如，位于該層中的或與層相鄰放置的珀?duì)柼?Peltier elements)或電阻加熱器。在其它實(shí)施方式中，箔加熱器可以圍繞通道，諸如，裂解槽纏繞以加熱容納在其中的溶液。在其它實(shí)施方式中，加熱器可以放置在通道的內(nèi)部。

在加壓和推動(dòng)樣品進(jìn)入或穿過特定的通道后，通過允許空氣穿過一個(gè)或多個(gè)通道可以釋放額外的空氣壓力。以這種方式，吹氣可用于移除基質(zhì)、室、導(dǎo)管或其它結(jié)構(gòu)中的死體積。在一些實(shí)施方案中，這樣的吹氣可以干燥分離層中的分離材料。在一些實(shí)施方式中，設(shè)備內(nèi)的壓力隨著提供附加力的每個(gè)旋轉(zhuǎn)而增加以將溶液移動(dòng)穿過稍后形成的流體路徑。

在某些實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)層永久地附連到設(shè)備的其它結(jié)構(gòu)。例如，與中心軸接合的層可以永久地附連到(例如，與帶有螺紋的中心軸共模制)帶有螺紋的中心軸。見，例如，圖3的分離層340和中心軸380。類似地，與殼體接合的層可以永久地附連到殼體。見，例如，圖3的殼體310和試劑層320。在其它實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)層可以與中心軸或殼體以可拆卸的方式接合。例如，層可以與一個(gè)或多個(gè)支柱、球形突出物、鍵/鍵槽、溝槽、輪齒、狹槽、導(dǎo)軌、或軸或殼體上的其它特征部接合。

槽、室、試劑包以及其它區(qū)域可以以容積為特征。這樣的區(qū)域可以具有相同的容積，或不同的區(qū)域可以具有不同的容積。槽、室、試劑包或其它區(qū)域的容積可以是至少約1納升(nL)、2nL、5nL、10nL、20nL、30nL、40nL、50nL、60nL、70nL、80nL、90nL、100nL、150nL、200nL、250nL、300nL、350nL、400nL、450nL、500nL、600nL、700nL、800nL、900nL、1微升(μL)、2μL、5μL、10μL、20μL、30μL、40μL、50μL、60μL、70μL、80μL、90μL、100μL、200μL、300μL、400μL、500μL、600μL、700μL、800μL、900μL、1毫升(mL)、2mL、3mL、4mL、5mL、6mL、7mL、8mL、9mL、10mL、15mL、20mL、25mL、30mL、35mL、40mL、45mL或50mL。槽、室、試劑包或其它區(qū)域的容積可以是至多約1納升(nL)、2nL、5nL、10nL、20nL、30nL、40nL、50nL、60nL、70nL、80nL、90nL、100nL、150nL、200nL、250nL、300nL、350nL、400nL、450nL、500nL、600nL、700nL、800nL、900nL、1微升(μL)、2μL、5μL、10μL、20μL、30μL、40μL、50μL、60μL、70μL、80μL、90μL、100μL、200μL、300μL、400μL、500μL、600μL、700μL、800μL、900μL、1毫升(mL)、2mL、3mL、4mL、5mL、6mL、7mL、8mL、9mL、10mL、15mL、20mL、25mL、30mL、35mL、40mL、45mL或50mL。槽、室、試劑包或其它區(qū)域的容積可以是約1納升(nL)、2nL、5nL、10nL、20nL、30nL、40nL、50nL、60nL、70nL、80nL、90nL、100nL、150nL、200nL、250nL、300nL、350nL、400nL、450nL、500nL、600nL、700nL、800nL、900nL、1微升(μL)、2μL、5μL、10μL、20μL、30μL、40μL、50μL、60μL、70μL、80μL、90μL、100μL、200μL、300μL、400μL、500μL、600μL、700μL、800μL、900μL、1毫升(mL)、2mL、3mL、4mL、5mL、6mL、7mL、8mL、9mL、10mL、15mL、20mL、25mL、30mL、35mL、40mL、45mL或50mL。

通道

層可以包括一個(gè)或多個(gè)通道。通道可以是槽道、導(dǎo)管、室或其它結(jié)構(gòu)，其中至少一個(gè)完整的路徑橫穿層。通道可以包括沿著其路徑的任何有用的橫截面或多個(gè)橫截面。橫截面可以具有任何有用的形狀(例如，矩形、方形、圓形、卵形、梯形、三角形或不規(guī)則的橫截面)。橫截面形狀或尺寸可以沿著任何結(jié)構(gòu)的軸線變化。例如，通道的沿著流體流動(dòng)的軸線的通道的橫截面可從一個(gè)橫截面形狀或面積變化成另一個(gè)橫截面形狀或面積，比如從圓形橫截面變化成矩形橫截面。在另一個(gè)例子中，橫截面的尺寸沿著任何軸線可以是一致的或可以變化，比如沿著流體流動(dòng)的軸線逐漸減小或增大的通道。

類似地，任何通道的路徑可以是線性的、曲折的、彎曲的、蜿蜒的或任何其它軌跡形狀。曲折或蜿蜒的路徑可以被選擇以促進(jìn)流體成分的混合。通道可以另外包含柱、支柱、凹坑、隆起、堰部、疏水片區(qū)、親水片區(qū)或其它結(jié)構(gòu)以當(dāng)流體通過時(shí)提高流體的混合。其中通道是線性的實(shí)施方式可以在最低壓力下實(shí)現(xiàn)流體的迅速傳輸。通道可以與位于下游開口正上方或幾乎正上方的上游開口大體上軸向地對(duì)齊。可選地，上游開口和下游開口可以任何距離偏移。

通道或槽道可以具有至少約1平方微米、2平方微米、5平方微米、10平方微米、20平方微米、50平方微米、100平方微米、200平方微米、500平方微米、1000平方微米、2000平方微米、5000平方微米、10000平方微米、20000平方微米、50000平方微米或100,000平方微米，或1平方毫米、10平方毫米、20平方毫米、30平方毫米、40平方毫米、50平方毫米、60平方毫米、70平方毫米、80平方毫米、90平方毫米、100平方毫米、200平方毫米、300平方毫米、400平方毫米、500平方毫米、600平方毫米、700平方毫米、800平方毫米、900平方毫米或1000平方毫米的橫截面面積。通道或槽道可以具有至多約1平方微米、2平方微米、5平方微米、10平方微米、20平方微米、50平方微米、100平方微米、200平方微米、500平方微米、1000平方微米、2000平方微米、5000平方微米、10000平方微米、20000平方微米、50000平方微米或100,000平方微米，或1平方毫米、2平方毫米、3平方毫米、4平方毫米、5平方毫米、6平方毫米、7平方毫米、8平方毫米、9平方毫米、10平方毫米、20平方毫米、30平方毫米、40平方毫米、50平方毫米、60平方毫米、70平方毫米、80平方毫米、90平方毫米或100平方毫米的橫截面面積。通道或槽道可以具有約1平方微米、2平方微米、5平方微米、10平方微米、20平方微米、50平方微米、100平方微米、200平方微米、500平方微米、1000平方微米、2000平方微米、5000平方微米、10000平方微米、20000平方微米、50000平方微米100,000平方微米，或1平方毫米、2平方毫米、3平方毫米、4平方毫米、5平方毫米、6平方毫米、7平方毫米、8平方毫米、9平方毫米、10平方毫米、20平方毫米、30平方毫米、40平方毫米、50平方毫米、60平方毫米、70平方毫米、80平方毫米、90平方毫米或100平方毫米的橫截面面積。

對(duì)于通道，尺寸、長(zhǎng)度、橫截面面積、其它幾何因數(shù)、或其任何組合可以被選擇以控制穿過通道的流體流動(dòng)的流動(dòng)速率、壓力或其它特性。

層可以包括用于壓力平衡或均衡而不是用于液體處理的另外的通道。這樣的通道可以圍繞層的邊緣或周邊分布。例如，圖8A至圖8D示出了具有五個(gè)通道的層，這五個(gè)通道是：裂解室321、洗滌室322、洗脫室323和兩個(gè)壓力平衡通道324、325。一個(gè)或多個(gè)壓力平衡通道的內(nèi)含物可以防止或減輕設(shè)備的一側(cè)相對(duì)于另一側(cè)的收縮，該收縮可能導(dǎo)致裂縫或泄露。

每個(gè)層可以包括對(duì)層的上游表面和下游表面敞開的至少一個(gè)通道。另外，開口可以包圍布置在表面上的當(dāng)配合到相鄰的層時(shí)形成導(dǎo)管和/或室的通道或孔口。這些槽道可以通過各種方式，比如通過模制或切入到層形成?？蛇x地，表面中的開口可以由層之間的墊片材料界定。

試劑層

本文所描述的設(shè)備可包括一個(gè)或多個(gè)試劑層。試劑層可以包括能夠容納供在樣品制備期間使用的液體試劑或固體試劑的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管或室。試劑導(dǎo)管或室可以包括形成于設(shè)備層、泡罩包或其它容器中的簡(jiǎn)單的室。

設(shè)備可包括泡罩包層。這樣的泡罩包層可以包括不同大小，例如，1μL至10mL的泡罩。雖然可以采用本領(lǐng)域已知的任何方法，但優(yōu)選地使用熱密封、粘合劑、壓力密封或其它密封機(jī)構(gòu)來形成泡罩。在某些實(shí)施方式中，包括泡罩包的層具有在泡罩下方的刺穿結(jié)構(gòu)，并且另外該層包含一個(gè)或多個(gè)通道以在刺穿后將溶液從泡罩分配到所設(shè)計(jì)的區(qū)域。刺穿結(jié)構(gòu)可以由金屬、塑料、玻璃或陶瓷制造。使用設(shè)備所積聚的壓力可以施加在泡罩上以引起形狀變形，并且刺穿結(jié)構(gòu)可以使泡罩的瓶密封破裂，并且溶液可以穿過流體路徑分配，可選地，設(shè)備可以包括用于使泡罩物理地破裂的機(jī)構(gòu)，諸如從相鄰的層突出的凸輪或支柱。

在一些情況中，試劑層包括適合于接收樣品和裂解細(xì)胞的通道，即，裂解室。裂解室可具有任何合適的形狀和構(gòu)型，但通常將是以具有足夠體積以接收和處理臨床上相關(guān)樣品的槽或室的形式。裂解室可適合于裂解真核細(xì)胞或原核細(xì)胞以及適合于分裂流體樣品中的某些顆粒。

在一個(gè)實(shí)施方式中，試劑層接收對(duì)上游表面和下游表面敞開的第一流體路徑中的樣品。試劑層可包括對(duì)上游表面和下游表面敞開的第二流體路徑。

在某些示例中，設(shè)備包括多個(gè)試劑儲(chǔ)存層。例如，模塊可以包括容納與核酸分離相關(guān)的試劑的第一試劑儲(chǔ)存層和容納與核酸擴(kuò)增有關(guān)的試劑的第二試劑儲(chǔ)存層。在這樣的實(shí)施方案中，第一試劑儲(chǔ)存層將通常放置在分離層的上游并且第二試劑儲(chǔ)存層將放置在分離層的下游。

在某些實(shí)施方式中，試劑層可以包括布置為分裂單元的通道。在一些方法中，作為樣品預(yù)處理步驟，DNA或RNA的隨機(jī)分裂可能是期望的或甚至是必需的。分裂可以使用限制性內(nèi)切酶生物化學(xué)地實(shí)現(xiàn)，或通過施加物理力破壞分子來實(shí)現(xiàn)。在本文所描述的設(shè)備操作期間由壓力帽產(chǎn)生的正壓力可用于，當(dāng)樣品經(jīng)過短的緊縮部時(shí)(例如，通過剪切應(yīng)力或其它應(yīng)力)使核酸分裂。在一些實(shí)施方式中，DNA和/或RNA當(dāng)推動(dòng)通過窄的孔口時(shí)，由于分子迅速拉伸而在機(jī)械力下破裂。壓力驅(qū)動(dòng)流可以導(dǎo)致剪切力，該剪切力導(dǎo)致核酸分裂。

試劑可以預(yù)裝載在設(shè)備上。試劑還可以通過使用者裝載。在一些情況中，一些試劑通過預(yù)裝載在設(shè)備上來提供而一些(例如，易腐試劑)在操作前通過使用者來提供。試劑可以以濕形式或干形式提供。在一些示例中，試劑儲(chǔ)存層預(yù)裝有一種或多種試劑。在這樣的示例中，可以利用構(gòu)造成在模塊操作期間被刺穿或破裂的薄膜來容納試劑。在一些示例中，薄膜包括箔、層壓板和/或塑料。在其它示例中，在使用設(shè)備之前，干試劑通過使用者再水化。例如，使用者可以將水裝入到設(shè)備中以使試劑再水化，并且然后使用者可以將樣品裝入到設(shè)備中并且操作設(shè)備。

示例性試劑可包括但不限于，裂解溶液、洗滌溶液、洗脫溶液、再水化溶液、酶溶液(例如，核酸擴(kuò)增酶、聚合酶、限制性內(nèi)切酶)、緩沖劑、液體、粉末、丸粒、凝膠、微珠、探測(cè)劑、引物、核酸、DNA、RNA、多肽、核苷三磷酸(NTPs)、抗體、犧牲試劑或其任何組合。犧牲試劑可包括水溶液、潤(rùn)滑劑、油、與水不溶混的液體、凝膠、氣體、氟碳油、表面活性劑、氣體、空氣或其任何組合。例如，空氣可用于產(chǎn)生氣泡以用于混合。作為另一個(gè)示例，空氣和不溶混液體可用于清除基質(zhì)中的殘余溶液(死體積)。試劑可以被混合以改變其成分。例如，一種類型的緩沖劑可以與另一種緩沖劑或干試劑混合以將其成分變化成另一種緩沖劑。

設(shè)備可以包括至少1種、2種、3種、4種、5種、6種、7種、8種、9種、10種、15種、20種、25種、30種、35種、40種、45種、50種或更多種不同的試劑。設(shè)備可包括多種體積的試劑，該各種體積各自包括至少約1納升(nL)、2nL、5nL、10nL、20nL、30nL、40nL、50nL、60nL、70nL、80nL、90nL、100nL、150nL、200nL、250nL、300nL、350nL、400nL、450nL、500nL、600nL、700nL、800nL、900nL、1微升(μL)、2μL、5μL、10μL、20μL、30μL、40μL、50μL、60μL、70μL、80μL、90μL、100μL、200μL、300μL、400μL、500μL、600μL、700μL、800μL、900μL、1毫升(mL)、2mL、3mL、4mL、5mL、6mL、7mL、8mL、9mL、10mL、15mL、20mL、25mL、30mL、35mL、40mL、45mL或50mL。

分離層

本文所描述的設(shè)備可包括一個(gè)或多個(gè)分離層。分離層可以包括用分離材料341閉塞的一個(gè)或多個(gè)通道，所述分離材料能夠結(jié)合關(guān)注的分析物，諸如分子或細(xì)胞。

本文所描述的系統(tǒng)或設(shè)備可以包括可位于分離層上的過濾器、隔膜、凝膠以及其它分離材料。分離材料在通道、開放的室、或?qū)Ч苤械拇嬖诳稍黾恿鲃?dòng)經(jīng)過該結(jié)構(gòu)的阻力。分離材料的參數(shù)可以選擇成提供特定阻力以控制使樣品或試劑進(jìn)入到分離材料中或穿過分離材料所需的操作時(shí)間和壓力。分離材料的參數(shù)可包括材料的厚度、密度、孔隙度、孔隙尺寸、潤(rùn)濕性或疏水性、親和性或電荷。例如，具有較大厚度或較小孔隙尺寸的分離材料可以以較大的流動(dòng)阻力為特征并且可能增加流體或試劑從先前層分配所需的時(shí)間或壓力的量。另一方面，具有較小厚度或較大孔隙尺寸的分離材料可以以較小的流動(dòng)阻力為特征并且可能減少流體或試劑從先前層分配的時(shí)間量。

分離材料可以是用于結(jié)合一個(gè)或多個(gè)關(guān)注的分子的任何有用的材料。分離材料可以是用于結(jié)合一個(gè)或多個(gè)其它關(guān)注的分析物(例如，細(xì)胞、孢子、顆粒)的任何有用的材料。示例性材料包括過濾器、基質(zhì)、聚合物、電荷轉(zhuǎn)換材料、凝膠和薄膜(例如，硅膜、玻璃纖維膜、纖維素膜、硝酸纖維素膜、聚砜膜、尼龍膜、聚偏氟乙烯膜、乙烯共聚物膜或離子交換膜，包括任何本文所描述的)、纖維(例如，玻璃纖維)、或顆粒(例如，硅顆粒、珠、親和樹脂或離子交換樹脂)。在某些實(shí)施方式中，分離材料可以包括捕獲部分。適合的捕獲部分包括諸如染料和三嗪的小有機(jī)分子和諸如多肽、蛋白質(zhì)(包括抗體及其片段)、多核苷酸、低聚糖或油脂的生物聚合物。本發(fā)明的捕獲部分可以是具有100千道爾頓(KDa)分子量或更多分子量的分子，諸如抗體，但優(yōu)選是是具有10KDa范圍內(nèi)的分子量，更優(yōu)選地在1KDa左右的分子量，理想地小于1Kda，例如，小于750Da、500Da,或250Da的分子量的小分子。理想地，捕獲部分聯(lián)接到不溶解的微?；蚓酆喜牧稀Ｃ總€(gè)不溶解的微粒優(yōu)選地承載有相同捕獲部分的數(shù)個(gè)拷貝，其中每種顆粒類型聯(lián)接不同的捕獲部分。

分離材料，諸如薄膜和過濾器，可以以至少約0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1.0μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm、1.6μm、1.7μm、1.8μm、1.9μm、2.0μm、2.1μm、2.2μm、2.3μm、2.4μm、2.5μm、2.6μm、2.7μm、2.8μm、2.9μm、3.0μm、3.1μm、3.2μm、3.3μm、3.4μm、3.5μm、3.6μm、3.7μm、3.8μm、3.9μm、4.0μm、4.1μm、4.2μm、4.3μm、4.4μm、4.5μm、4.6μm、4.7μm、4.8μm、4.9μm、5.0μm、約10μm、約15μm、約20μm或約25μm的孔隙尺寸或平均孔隙尺寸為特征。在一些情況中，分離材料的孔隙尺寸或平均孔隙尺寸是從約0.7μm至約4.0μm。

分離材料可以具有約0.1μm、0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm或更大的厚度。分離材料可以具有約1平方微米、2平方微米、5平方微米、10平方微米、20平方微米、50平方微米、100平方微米、200平方微米、500平方微米、1000平方微米、2000平方微米、5000平方微米、10000平方微米、20000平方微米、50000平方微米100,000平方微米，或1平方毫米、2平方毫米、3平方毫米、4平方毫米、5平方毫米、6平方毫米、7平方毫米、8平方毫米、9平方毫米、10平方毫米、20平方毫米、30平方毫米、40平方毫米、50平方毫米、60平方毫米、70平方毫米、80平方毫米、90平方毫米或100平方毫米，或更大的面積。

接收層

接收層可以包括一個(gè)或多個(gè)室或槽以接收流體。例如，接收室可以包括一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)物槽以接收產(chǎn)物，諸如純化的核酸。接收層可以包括一個(gè)或多個(gè)廢料槽以接收廢液，諸如、洗滌緩沖劑。廢料槽可包括一個(gè)或多個(gè)吸附物。吸附物可用于吸附諸如廢液的流體。示例性吸附物包括但不限于墊料、尿布聚合物(諸如聚丙烯酸變型)、粉末、顆粒、丸粒、凝膠、紙、織物、纖維、毛細(xì)管和干燥劑。

接收層上的導(dǎo)管、室、槽以及其它結(jié)構(gòu)可以是開放的或封閉式的。開放式的導(dǎo)管可允許關(guān)注的流體運(yùn)輸?shù)胶竺娴膶?，諸如分析層。界定通道，例如，導(dǎo)管、室、槽或其它結(jié)構(gòu)的材料和基片的至少一部分可以是透明的、半透明的、或另外與內(nèi)部的樣品的測(cè)量(例如，光學(xué)測(cè)量)相容。在一些情況中，整個(gè)層可以是透明的或半透明的。在一些實(shí)施方式中，特別地在通過基站執(zhí)行檢測(cè)的那些實(shí)施方式中，最鄰近驅(qū)動(dòng)軸的層是部分地或完全透明的。見，例如，圖3D的觀察窗口372。

接收層中的室或槽可以包括允許材料回收的出口，或連接到允許材料回收的出口。例如，可以回收純化的核酸以用于后續(xù)脫離設(shè)備使用。

分析層

本文所描述的模塊、設(shè)備和系統(tǒng)可以與其它設(shè)備結(jié)合以允許多步過程。例如，樣品制備模塊可通過利用芯片(SlipChip)設(shè)備的模式化而包括在設(shè)備中，以便在儲(chǔ)存前制備樣品。示例包括但不限于，用于核酸提取的多步方案的設(shè)備，和使用薄膜從全血中分離血漿的過濾元件，和/或整體過濾元件，比如設(shè)備中的幾何特征部(例如，層之間的限制部或間隙)。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，分析層包括微流控設(shè)備。

分析層可包括比如通過核酸擴(kuò)增，用于分析樣品的室或其它特征部。分析層可包括用于分析的試劑，諸如核酸試劑；可選地，分析層可接收來自試劑層的分析試劑。

分析可以指示關(guān)注的分析物的存在、不存在或數(shù)量。例如，核酸擴(kuò)增可以提供有關(guān)樣品的定性信息或定量信息，諸如，細(xì)胞、細(xì)胞類型、病原體(例如，細(xì)菌、病毒)、毒素、污染物、致病原、基因、基因表達(dá)產(chǎn)物、甲基化產(chǎn)品、基因突變或生物標(biāo)記(例如，核酸、蛋白質(zhì)或小分子)的存在、不存在或豐富度。

關(guān)注的分析目標(biāo)可包括病或疾病的指標(biāo)，該病或疾病諸如遺傳病、呼吸道疾病、心血管疾病、癌癥、神經(jīng)病、自身免疫病、肺病、生殖病、胎兒病、阿爾茨海默病、牛海綿狀腦病(瘋牛病)、衣原體、霍亂、隱孢子蟲病、登革熱、賈第蟲、淋病、人體免疫缺損病毒(HIV)、肝炎(例如，A型肝炎、B型肝炎或C型肝炎)、皰疹(例如，口腔或生殖器)、人乳頭狀瘤病毒(HPV)、流行性感冒、日本腦炎、瘴氣、麻疹、腦膜炎、耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)、中東呼吸綜合征(MERS)、盤尾絲蟲病、肺炎、輪狀病毒、血吸蟲病、志賀氏桿菌、鏈球菌性喉炎、梅毒、肺結(jié)核、毛滴蟲、傷寒和黃熱病。分析目標(biāo)可包括生物標(biāo)記，該生物標(biāo)記指示創(chuàng)傷性腦損傷、腎病、心血管病、心血管事件(例如，心臟病、中風(fēng))、或某些致病原(諸如，細(xì)菌或病毒)對(duì)某些治療劑的易感性。分析目標(biāo)可包括基因標(biāo)記，諸如多態(tài)性(例如，單核苷酸多態(tài)性(SNPs)、拷貝數(shù)變異)、基因表達(dá)產(chǎn)物、特異性蛋白質(zhì)或變型(例如，蛋白質(zhì)的糖基化或翻譯后處理)。

協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)

協(xié)調(diào)的加壓和旋轉(zhuǎn)可以簡(jiǎn)化設(shè)備的操作或操縱。設(shè)備可以由單一的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)并且切換流體路徑和加壓可以同時(shí)地實(shí)現(xiàn)。設(shè)備可以由通過彈簧、馬達(dá)或通過手動(dòng)提供動(dòng)力的單一的運(yùn)動(dòng)完全自主地驅(qū)動(dòng)。通過協(xié)調(diào)，本設(shè)備可以提供比需要多個(gè)起動(dòng)力的系統(tǒng)更多的可靠性，因?yàn)?，多個(gè)力中的任何一個(gè)失效將致使設(shè)備無效。

層的運(yùn)動(dòng)可以是圍繞共同的起動(dòng)軸。圍繞起動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)可以是圍繞中心軸的。軸可以包括單個(gè)軸。軸可以包括多個(gè)連接的軸。

軸可以包括螺紋(例如，在其外表面上)或用于與另一個(gè)表面接合的其它結(jié)構(gòu)。軸可以與另一個(gè)表面，諸如壓力帽接合。例如，軸的外表面上的螺紋可以與壓力帽套筒的內(nèi)表面上的螺紋接合。螺紋可以圍繞中心軸的整個(gè)外周延伸，或在圍繞軸的外周的螺紋部中可以具有中斷。中心軸與其接合的表面，比如壓力帽套筒，可以具有圍繞其外周的全部或僅一部分延伸的螺紋。在一個(gè)實(shí)施方式中，軸的外螺紋區(qū)段位于中心軸與驅(qū)動(dòng)器接合的位置的遠(yuǎn)側(cè)。在其它實(shí)施方式中，壓力帽包括帽上的外螺紋并且軸包括沿著軸的長(zhǎng)度的至少一部分的內(nèi)螺紋。

螺紋可具有可變螺距，壓力帽每旋轉(zhuǎn)一度，可變螺距可以按壓力帽旋轉(zhuǎn)的度數(shù)導(dǎo)致可變的壓縮。例如，螺紋螺距可以沿著軸、帽或其它表面的長(zhǎng)度變化。類似地，帽的螺紋的螺距不一定與軸的螺距或帽的螺紋與其接合的其它表面的螺距相同。例如，壓力帽的中心柱的螺紋可以具有與軸的帶有螺紋的區(qū)段不同的螺距。

在一些情況中，軸包括多個(gè)連接的區(qū)段，其中每個(gè)區(qū)段與其相鄰的(例如，近側(cè)或遠(yuǎn)側(cè))區(qū)段接合以形成堆疊的軸的布置。軸區(qū)段可以直接連接，使得每個(gè)區(qū)段以相同的速率旋轉(zhuǎn)。軸區(qū)段可以經(jīng)由齒輪連桿連接。齒輪連桿可以實(shí)現(xiàn)相鄰軸區(qū)段之間的不同的旋轉(zhuǎn)速率。相鄰軸區(qū)段之間的旋轉(zhuǎn)可以以成比例的運(yùn)動(dòng)、不成比例的運(yùn)動(dòng)或不連續(xù)的運(yùn)動(dòng)為特征。

可旋轉(zhuǎn)的層可以與軸或軸區(qū)段直接接合?？尚D(zhuǎn)的層可以間接地與軸或軸區(qū)段間接地接合，諸如，通過經(jīng)由另一個(gè)可旋轉(zhuǎn)層介導(dǎo)的接合，或通過與表面，諸如壓力帽套筒上的外螺紋接合?？尚D(zhuǎn)層可以永久地附接到軸。

層的角旋轉(zhuǎn)可以與軸的(例如，中心軸)的角旋轉(zhuǎn)相同?？蛇x地，層的角旋轉(zhuǎn)可以不同于軸(例如，中心軸)的角旋轉(zhuǎn)。軸上的一些層可以具有與軸相同的角旋轉(zhuǎn)，而其它層具有不同的角旋轉(zhuǎn)。層和軸之間的角旋轉(zhuǎn)可以是成比例的(例如，3:1或1:3)。

基站

本公開的設(shè)備可以結(jié)合基站使用。在一些示例中，同軸布置的層具有最少的主動(dòng)的機(jī)械部件或電子部件或不具有主動(dòng)的機(jī)械部件或電子部件。當(dāng)進(jìn)行測(cè)定時(shí)，這樣的機(jī)械或電子功能可以通過手動(dòng)旋轉(zhuǎn)或通過基站提供。

首先，基站可以與設(shè)備的中心軸接合并且提供旋轉(zhuǎn)的起動(dòng)力和控制。設(shè)備的旋轉(zhuǎn)可以在機(jī)械力的源，諸如馬達(dá)、彈簧(例如，線性彈簧、螺旋彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧、恒力彈簧)、或彈性帶的幫助下執(zhí)行。機(jī)械力的源，比如馬達(dá)，可以由電源驅(qū)動(dòng)。電源的示例包括但不限于電池、太陽能電池板、用于壁插式電源或輸電網(wǎng)電源的連接器或適配器、用于馬達(dá)交通工具電源的連接器或適配器(例如，12伏適配器)、手動(dòng)曲柄和電容器。

基站可以提供另外的功能。例如，基站可以具有用于測(cè)量所產(chǎn)生的發(fā)光的一個(gè)或多個(gè)光檢測(cè)器?？梢允褂玫墓鈾z測(cè)器包括但不限于光電倍增管、雪崩光電二極管、光電二極管、光電二極管陣列、CCD芯片、CMOS芯片、膠片。光檢測(cè)器可以包括在光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)，該光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)還包括鏡頭、過濾器、快門、光圈、光纖、光導(dǎo)、照明光源或其它部件。

基站可包括部件，這些部件包括但不限于，加熱器、傳感器、檢測(cè)器、混合設(shè)備(比如聲學(xué)機(jī)構(gòu)或振動(dòng)機(jī)構(gòu))、條碼讀取器或RFID讀取器以及其它部件。這些部件可用于檢驗(yàn)流體的存在。這些部件可用于將流體保持在適當(dāng)控制的溫度下?；究捎糜趦?chǔ)存和提供搭載在站本身上的或來自單獨(dú)的測(cè)定試劑瓶或測(cè)定試劑儲(chǔ)存設(shè)備的測(cè)定試劑?；究梢跃哂杏糜诳刂茩C(jī)械子系統(tǒng)和/或電子子系統(tǒng)、分析獲取的數(shù)據(jù)和/或提供圖形使用者界面(GUI)的微處理器。基站還可以包括用于連接到樣品制備設(shè)備的電連接器、機(jī)械連接器和/或光學(xué)連接器。

檢測(cè)器可以存在于本公開的設(shè)備或系統(tǒng)(例如，基站)中。例如，成像部件或傳感器部件可用于通過這樣的技術(shù)來記錄或岑亮設(shè)備內(nèi)的反應(yīng)，即，該技術(shù)包括但不限于光學(xué)檢測(cè)、X光檢測(cè)、吸收光譜測(cè)定、基質(zhì)輔助激光解吸/電離(MALDI)、質(zhì)譜法、拉曼光譜法、熒光相關(guān)光譜法(FCS)、熒光偏振/熒光相關(guān)光譜法(FP/FCS)、熒光檢測(cè)、比色檢測(cè)、化學(xué)發(fā)光、生物體發(fā)光、散射、表面等離子共振、電化學(xué)檢測(cè)、pH感測(cè)、溫度感測(cè)、電泳、激光、或熒光成像板讀數(shù)器(例如，分子設(shè)備)測(cè)定。

傳感器或檢測(cè)器可以包括任何固態(tài)圖像傳感器，該固態(tài)圖像傳感器包括電荷耦合設(shè)備(CCD)、電荷注入設(shè)備(CID)、光電二極管陳列(PDA)或互補(bǔ)金屬氧化半導(dǎo)體(CMOS)。傳感器或檢測(cè)器可包括光電倍增管(PMT)。

傳感器可用于質(zhì)量控制。例如，傳感器可以指示設(shè)備是否已經(jīng)經(jīng)受可能致使其不能操作的條件(例如，有損預(yù)裝載的試劑或儲(chǔ)存的處理后的樣品的極端溫度)。在另一個(gè)示例中，樣品、廢料或其它流出物的一個(gè)或多個(gè)性質(zhì)可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，諸如，pH來測(cè)量和驗(yàn)證。

設(shè)備或基站可以包括定時(shí)單元，諸如計(jì)時(shí)器。定時(shí)單元可以允許自動(dòng)控制設(shè)備的操作(例如，旋轉(zhuǎn))。定時(shí)單元可以引導(dǎo)使用者手動(dòng)操作設(shè)備，諸如通過指示等待步驟所需的時(shí)間量已經(jīng)過去并且指示使用者可以進(jìn)行下一步驟。

本公開提供了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，該計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)被編程以實(shí)施本公開的方法。圖9示出了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)901，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)901被編程或以其它方式構(gòu)造成操作設(shè)備或分析來自本公開的設(shè)備的結(jié)果。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)901可以調(diào)節(jié)本公開的設(shè)備操作的各個(gè)方面，諸如，例如，設(shè)備旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)步驟之間的定時(shí)以及設(shè)備上的反應(yīng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)901可以是與使用者有關(guān)的電子設(shè)備或是相對(duì)于電子設(shè)備遠(yuǎn)程地定位的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。電子設(shè)備可以是移動(dòng)電子設(shè)備。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)901包括中央處理單元(CPU，本文也稱為“處理器”和“計(jì)算機(jī)處理器”)905，中央處理單元可以是單核處理器或多核處理器、或用于并行處理的多個(gè)處理器。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)901還包括存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)位置910(例如，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、閃速存儲(chǔ)器)、電子存儲(chǔ)單元915(例如，硬盤)、用于與一個(gè)或多個(gè)其它系統(tǒng)通信的通信接口920(例如，網(wǎng)絡(luò)適配器)、以及外圍設(shè)備925，諸如緩存、其它存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和/或電子顯示的適配器。存儲(chǔ)器910、存儲(chǔ)單元915、接口920以及外圍設(shè)備925通過諸如主板的通信總線(實(shí)線)與CPU905通信。存儲(chǔ)單元915可以是用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元(或數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)901可以在通信接口920的幫助下可操作地聯(lián)接到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(“網(wǎng)絡(luò)”)930。網(wǎng)絡(luò)930可以是互聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和/或外聯(lián)網(wǎng)、或與互聯(lián)網(wǎng)通信的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)和/或外聯(lián)網(wǎng)。在一些情況中，網(wǎng)絡(luò)930是遠(yuǎn)程通信和/或數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)930可以包括一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)服務(wù)器，該一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)服務(wù)器可以促進(jìn)分布式計(jì)算，諸如云計(jì)算。在一些情況中，網(wǎng)絡(luò)930在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)901的幫助下可以實(shí)施點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，該點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)可以使聯(lián)接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)901的設(shè)備能夠起客戶端或服務(wù)器的作用。

CPU905可以執(zhí)行一系列的機(jī)器可讀指令，這些機(jī)器可讀指令可以體現(xiàn)在程序或軟件中。指令可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)位置，諸如存儲(chǔ)器910中。指令可以指向CPU 905，指令可以隨后編程或以其它方式配置CPU 905以實(shí)施本公開的方法。由CPU 905執(zhí)行的操作的示例可以包括提取、解碼、執(zhí)行和寫回。

CPU 905可以是電路，諸如，集成電路，的一部分。系統(tǒng)901的一個(gè)或多個(gè)其它部件可以包括在電路中。在一些情況中，電路是專用集成電路(ASIC)。

存儲(chǔ)單元915可以存儲(chǔ)文件，諸如驅(qū)動(dòng)程序、程序庫程序和保存的程序。存儲(chǔ)單元915可以存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，例如，用戶偏好和用戶程序。在一些情況中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)901可以包括一個(gè)或多個(gè)另外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，該一個(gè)或多個(gè)另外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)901的外部，比如，位于通過內(nèi)聯(lián)網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)901通信的遠(yuǎn)程服務(wù)器上。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)901可以通過網(wǎng)絡(luò)930(例如，有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò))與一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信。例如，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)901可以與用戶的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的示例包括個(gè)人計(jì)算機(jī)(例如，便攜式PC)、板型PC或平板PC(例如，iPad、Galaxy Tab)、電話、智能手機(jī)(例如，iPhone、支持Android的設(shè)備、)或個(gè)人數(shù)字助理。用戶可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)930訪問計(jì)算機(jī)系統(tǒng)901。

本文所描述的方法可以借助于存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)901的電子存儲(chǔ)位置上，諸如，例如，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器910或電子存儲(chǔ)單元915上的機(jī)器(例如，計(jì)算機(jī)處理器)可執(zhí)行代碼來實(shí)施。機(jī)器可執(zhí)行代碼或機(jī)器可讀代碼可以以軟件的形式提供。在使用期間，代碼可以由處理器905執(zhí)行。在一些情況中，代碼可以由處理器905從存儲(chǔ)單元915檢索到，并且存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器910以便迅速訪問。在一些情況中，電子存儲(chǔ)單元915可以被排除，并且機(jī)器可執(zhí)行指令存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器910上。

代碼可以被預(yù)編譯和配置以便與具有適合于執(zhí)行代碼的處理器的機(jī)器一起使用，或可以在運(yùn)行時(shí)間期間被編譯。代碼可以以編程語言的形式提供，該編程語言可以被選定為使代碼能夠以預(yù)編譯的形式或依照所編譯的形式執(zhí)行。

本文提供的系統(tǒng)，諸如，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)901和方法的方面可以在編程中體現(xiàn)。技術(shù)的各個(gè)方面可以被認(rèn)為是“產(chǎn)品”或“制造的物品”，該“產(chǎn)品”或“制造的物品”通常是承載于或體現(xiàn)在一種類型的機(jī)器可讀介質(zhì)上的機(jī)器(或處理器)可執(zhí)行代碼和/或關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的形式。機(jī)器可執(zhí)行代碼可以存儲(chǔ)在電子存儲(chǔ)單元上，諸如存儲(chǔ)器(例如，只讀存儲(chǔ)器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、閃速存儲(chǔ)器)或硬盤?！按鎯?chǔ)”類型的介質(zhì)可包括計(jì)算機(jī)、處理器或類似物的有形存儲(chǔ)器、或其關(guān)聯(lián)模塊，諸如，各種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁帶驅(qū)動(dòng)器、磁盤驅(qū)動(dòng)器以及類似物中的任何一個(gè)或全部，其可以隨時(shí)為軟件編程提供非暫時(shí)性存儲(chǔ)。軟件的全部或部分有時(shí)可以通過互聯(lián)網(wǎng)或各種其它遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)通信。例如，這樣的通信可以使軟件能夠從一個(gè)計(jì)算機(jī)或處理器裝載到另一個(gè)中，例如，從管理服務(wù)器或主機(jī)裝載到應(yīng)用服務(wù)器的計(jì)算機(jī)平臺(tái)中。因而，可以承載軟件元件的另一種類型的介質(zhì)包括光波、電波和電磁波，如橫跨本地設(shè)備之間的物理接口、通過有線和光學(xué)的陸上通信網(wǎng)絡(luò)、以及在各種空中鏈路上所使用的。承載這樣的波的物理元件，諸如有線鏈路或無線鏈路、光鏈路或類似物還可以被認(rèn)為是承載軟件的介質(zhì)。如所使用的，除局限于非暫時(shí)性的、有形的“存儲(chǔ)”介質(zhì)外，諸如計(jì)算機(jī)或機(jī)器“可讀介質(zhì)”的術(shù)語是指參與為處理器提供指令以用于執(zhí)行的任何介質(zhì)。

因此，機(jī)器可讀介質(zhì)，諸如計(jì)算機(jī)可執(zhí)行代碼，可以采取任何形式，包括但不限于，有形存儲(chǔ)介質(zhì)、載波介質(zhì)或物理傳輸介質(zhì)。非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)包括例如光盤或磁盤，該光盤或磁盤諸如在任何計(jì)算機(jī)或類似物中的存儲(chǔ)設(shè)備中的任一個(gè)、諸如可用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的等，如圖中所示的。易失性存儲(chǔ)介質(zhì)包括動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，諸如這樣的計(jì)算機(jī)平臺(tái)的主存儲(chǔ)器。有形傳輸介質(zhì)包括同軸電纜；包括線材的銅線和光纖包括處在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的總線。載波傳輸介質(zhì)可以采取電信號(hào)或電磁信號(hào)的形式或者聲波或光波的形式，諸如在射頻(RF)和紅外線(IR)數(shù)據(jù)通信期間所產(chǎn)生的那些。因此，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的常見形式包括例如：軟盤、可折疊磁盤、硬盤、磁帶、任何其它的磁性介質(zhì)；CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其它的光學(xué)介質(zhì)；穿孔卡紙帶、利用孔的模式的任何其它的物理存儲(chǔ)介質(zhì)；RAM、ROM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其它的存儲(chǔ)芯片或存儲(chǔ)盒；傳輸數(shù)據(jù)或指令的載波、傳輸這樣的載波的電纜或鏈路、或計(jì)算機(jī)可以從其中讀取編程代碼和/或數(shù)據(jù)的其它任何介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的許多這些形式可以涉及到將一個(gè)或多個(gè)指令的一個(gè)或多個(gè)序列輸送到處理器以用于執(zhí)行。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)901可包括電子顯示器935或可以與電子顯示器935通信，電子顯示器935包括用于提供例如定時(shí)信息或分析結(jié)果的用戶界面(UI)940。UI的示例包括但不限于，圖形用戶界面(GUI)和基于Web的用戶界面。

本公開的方法和系統(tǒng)可以借助于一個(gè)或多個(gè)算法實(shí)現(xiàn)。算法在由中央處理單元905執(zhí)行時(shí)可以借助于軟件實(shí)現(xiàn)。算法可以例如，控制設(shè)備上的溫度、處理分析結(jié)果或操作設(shè)備。

樣品處理

在一些情況中，設(shè)備還包括樣品入口端口或樣品輸入槽?？紤]到本文所描述的設(shè)備固有的增壓性，樣品入口優(yōu)選是氣密的。在某些實(shí)施方式中，樣品入口構(gòu)造成是打開的以允許添加樣品并且然后在樣品裝載到設(shè)備后重新密封?？蛇x地，樣品可以經(jīng)由可刺穿的隔膜或大的單向閥裝載。設(shè)備可以包括集成的樣品裝載器，諸如可用于將樣品裝載到設(shè)備中的球狀物(hulb)或注射器。設(shè)備可以與諸如注射器、球管、棉簽、刮器、活檢穿孔器的樣品收集設(shè)備或用于使用者收集樣品的其它工具封裝在一起。

樣品可以從受試者(例如，人類受試者)、食物樣品(例如，包括有機(jī)體)或環(huán)境樣品(例如，包括一個(gè)或多個(gè)有機(jī)體)獲取。示例性非限制性樣品包括血液、血漿、血清、痰液、尿液、排泄物(例如，糞便樣品)、拭子、汗液、脊髓液、羊水、間質(zhì)液、淚液、骨髓、組織樣品(例如，皮膚樣品或活檢樣品)、頰漱口樣品、氣霧(例如由咳嗽產(chǎn)生的)、核酸、細(xì)胞(例如，腫瘤細(xì)胞、血液中的胎兒細(xì)胞、干細(xì)胞、細(xì)菌和真菌細(xì)胞、T細(xì)胞或B細(xì)胞)、蛋白質(zhì)、酶、土壤、水、堆肥、糞堆、沉淀物(例如，海水沉淀物或淡水沉淀物)、水樣品、空氣樣品、巖石、植物樣品、食物樣品或腸樣品。樣品可包括待檢測(cè)、過濾、濃縮和/或處理的任何有用的目標(biāo)或分析物。

在一些情況中，所有的樣品都在設(shè)備內(nèi)分析。在其它情況中，樣品中的一些(例如，純化的核酸)在設(shè)備內(nèi)分析并且一些被保留以供以后使用。在其它情況中，所有的樣品都被保留以供以后使用。樣品，諸如，純化的核酸可以儲(chǔ)存在設(shè)備上或可以排放到諸如管或瓶的樣品容器中。樣品容器可以被密封。樣品容器可以是無菌的。

樣品可以被標(biāo)記、編號(hào)或貼標(biāo)簽以識(shí)別其來源。標(biāo)記可以包括編碼，諸如在設(shè)備上或樣品容器上的字母數(shù)字編碼或光學(xué)條碼。標(biāo)記可以包括電子標(biāo)記，諸如在RFID標(biāo)簽或其它電子介質(zhì)中的數(shù)據(jù)或指示符。標(biāo)記可以包括與樣品混合在一起的唯一的標(biāo)識(shí)符，諸如核酸條碼，或包括可以以后(例如，通過擴(kuò)增、DNA芯片讀出、或測(cè)序)被識(shí)別的顆粒。標(biāo)記，諸如核酸條碼可以包括測(cè)序適配器(例如，Illumina適配器)。

方法

在一些方面，本公開提供了一種分離生物分子的方法，該方法包括：(i)提供本文提供的方面或?qū)嵤┓桨傅哪K或設(shè)備或系統(tǒng)；(ii)將樣品引入設(shè)備或系統(tǒng)中，其中樣品包括一個(gè)或多個(gè)關(guān)注的分子；(iii)將樣品順序地穿過一個(gè)或多個(gè)同軸布置的層；以及(iv)洗脫一個(gè)或多個(gè)生物分子，從而獲得洗脫的樣品。

一個(gè)方面提供了從樣品中分離關(guān)注的分子的方法，該方法包括：a)提供包括壓力帽、中心軸和多個(gè)同軸布置的層的設(shè)備，該多個(gè)同軸布置的層包括試劑層、分離層和接收層(見，例如圖8A)；b)用裂解溶液，洗滌溶液和洗脫液裝載試劑層，每種溶液占居具有上游入口和下游出口的單獨(dú)的通道，其中通道的下游出口中的每一個(gè)在設(shè)備的第一位置處是閉塞的；c)使樣品與試劑層中的裂解溶液組合以形成裂解混合物；d)將中心軸旋轉(zhuǎn)到第二位置；e)將中心軸旋轉(zhuǎn)到第三位置；以及f)將中心軸旋轉(zhuǎn)到第四位置。將中心軸旋轉(zhuǎn)到第二位置(見，例如，圖8B)：1)將試劑層相對(duì)于分離層旋轉(zhuǎn)以使容納裂解混合物的通道的出口與分離層中的通道的上游入口對(duì)齊，分離層中的所述通道由能夠結(jié)合關(guān)注的分子的分離材料閉塞；以及2)使壓力帽朝向多個(gè)同軸布置的層移動(dòng)，從而對(duì)裂解的混合物施加正壓力并且將裂解的混合物推動(dòng)到分離材料上并且穿過分離材料。將中心軸旋轉(zhuǎn)到第三位置(見，例如，圖8C)：1)將試劑層相對(duì)于分離層旋轉(zhuǎn)以使容納洗滌溶液的通道的出口與分離層中的被分離材料閉塞的通道的上游入口對(duì)齊；以及(2)使壓力帽進(jìn)一步朝向多個(gè)同軸布置的層移動(dòng)，從而施加另外的正壓力以將洗滌溶液推動(dòng)穿過分離材料。將中心軸旋轉(zhuǎn)到第四位置(見，例如，圖8D)：1)將試劑層相對(duì)于分離層旋轉(zhuǎn)以使容納洗脫溶液的通道的出口與分離層中被分離材料閉塞的通道的上游入口對(duì)齊；2)將分離層相對(duì)于接收層旋轉(zhuǎn)以使被分離材料閉塞的通道的出口與接收層中的第一通道的上游入口對(duì)齊；以及3)使壓力帽進(jìn)一步朝向多個(gè)同軸布置的層移動(dòng)，從而施加另外的正壓力以將洗脫溶液推動(dòng)穿過分離材料進(jìn)而使關(guān)注的分子脫離分離材料并且將洗脫溶液和關(guān)注的分子收集在接收層的通道中。

在一些實(shí)施方式中，將中心軸旋轉(zhuǎn)到第二位置還包括，將分離層340相對(duì)于接收層旋轉(zhuǎn)以使被捕獲材料閉塞的通道的出口與接收層中的第二通道的上游入口對(duì)齊，所述第二通道構(gòu)造成捕獲廢液。構(gòu)造成捕獲廢液的通道可以是閉端路徑，即，廢料槽。在某些實(shí)施方案中，廢液被捕獲在容納在廢料槽中的吸收劑中。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，多個(gè)同軸布置的層包括分析層，并且該方法還包括如下步驟：g)將中心軸旋轉(zhuǎn)到第五位置，從而1)將接收層相對(duì)于分析層旋轉(zhuǎn)以使容納洗脫溶液和關(guān)注的分子的通道的出口與分析層中的通道的上游入口對(duì)齊；以及2)使壓力帽進(jìn)一步朝向多個(gè)同軸布置的層移動(dòng)，從而施加另外的正壓力以將洗脫溶液和關(guān)注的分子推動(dòng)到分析層的通道中。分析層可以構(gòu)造成使是核酸的關(guān)注的分子擴(kuò)增。

在一些實(shí)施方式中，試劑或樣品可以在設(shè)備的操作(例如，旋轉(zhuǎn)和加壓)的中途被添加。在一些實(shí)施方式中，給定的樣品可以多次穿過設(shè)備或在設(shè)備中被多次處理。

示例

示例1：200μL樣品制備設(shè)備

樣品制備模塊設(shè)計(jì)有加壓帽，該加壓帽可以利用每個(gè)旋轉(zhuǎn)提供近似6psi的正壓力。具有螺紋的中心柱隨著每個(gè)旋轉(zhuǎn)向下推動(dòng)帽，并且通過壓縮室中的空氣產(chǎn)生正空氣壓力。該正壓力可以驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)槽中的溶液穿過分離材料，并且經(jīng)由空氣的通過還使過濾器干燥。

樣品制備模塊(見，例如，圖4)設(shè)計(jì)成處理近似200μL的樣品，加上600μL的裂解試劑、500μL的洗滌緩沖劑和50μL的洗脫緩沖劑。大體積的樣品允許在低濃度下高靈敏度地檢測(cè)目標(biāo)分子，這提高了較低的檢測(cè)限和動(dòng)態(tài)范圍。所洗脫的核酸在其穿過分離材料后被捕獲在底層上的槽374中。

模塊還設(shè)計(jì)成將電溫度控制模塊集成到旋轉(zhuǎn)的樣品制備設(shè)備中以使樣品溶液能夠加熱到所需的溫度(63±2℃)。樣品槽由導(dǎo)熱材料制造而成，并且箔加熱器和控制熱敏電阻器放置在槽的外側(cè)壁上。該槽直接附接在旋轉(zhuǎn)樣品制備設(shè)備中的試劑層上。加熱模塊由電子控制單元控制，并且利用熱探針(Thorlabs)測(cè)量性能，熱探針直接放置在被測(cè)試溶液包圍的槽中。以1秒的間隔通過使用Thorlabs溫度傳感器探針TSP 01軟件來記錄數(shù)據(jù)。在室溫下，使用4.58伏電壓的插入式電源、用800μL的水來評(píng)估設(shè)備。設(shè)備被測(cè)試三次，且溶液可在140秒內(nèi)加熱到所需溫度(63±2℃)，其中在測(cè)試階段期間，標(biāo)準(zhǔn)差小于0.3℃。當(dāng)在室溫下使用四個(gè)AA電池作為電源重復(fù)時(shí)，溶液可以在150秒內(nèi)加熱到所需的溫度，其中，在測(cè)試階段期間，標(biāo)準(zhǔn)偏差小0.1℃。

因?yàn)榱黧w的熱性能改變，在室溫下，利用4.58伏電壓的插入式電源、使用200μL的人血漿和600μL的ZR病毒RNA裂解緩沖劑(Zymo病毒RNA套件)來評(píng)估被加熱的槽的性能。設(shè)備被測(cè)試三次，并且溶液可以在約180秒內(nèi)加熱到所需的溫度，其中剛在測(cè)試期間標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.3℃。當(dāng)在室溫下使用四個(gè)AA電池作為電源重復(fù)時(shí)，溶液可以在130秒內(nèi)加熱到所需的溫度，其中，在測(cè)試階段期間，標(biāo)準(zhǔn)偏差小0.12℃。

示例2：高濃度HIV制備

使含有5×10⁵拷貝/mL HIV病毒顆粒的200μL人血漿樣品與600μL的ZR病毒RNA裂解緩沖劑(Zymo Research公司)和30μL的Triton X100混合，并且在室溫下、在Eppendorf管中混合以形成裂解后的樣品。接下來，溶液轉(zhuǎn)移到旋轉(zhuǎn)設(shè)備中的樣品槽。500μL的病毒RNA洗滌緩沖劑(含有80％的乙醇，Zymo Research公司)和50μL的洗脫溶液(水)預(yù)裝載在設(shè)備上的指定的槽中。帽被施加，并且然后通過握持頂部抓持部并且使底部盤旋轉(zhuǎn)將設(shè)備旋轉(zhuǎn)到設(shè)計(jì)位置。隨著旋轉(zhuǎn)，另外的正空氣壓力通過向下推動(dòng)帽并且使空氣室中的空氣壓縮而被施加。過濾層旋轉(zhuǎn)80度到達(dá)裂解位置，旋轉(zhuǎn)另外的114度到達(dá)洗滌位置以及旋轉(zhuǎn)另外的102度到達(dá)洗脫位置，在每個(gè)旋轉(zhuǎn)位置產(chǎn)生近似6psi的正空氣壓力。裂解溶液、洗滌溶液和洗脫溶液被按順序推動(dòng)穿過分離材料。在室溫下，每個(gè)步驟花費(fèi)近似1至2分鐘。在每種溶液穿過分離材料后，空氣(在室中的正壓力)被推動(dòng)穿過分離材料槽以干燥過濾器并且最小化死體積。含有目標(biāo)核酸的洗脫溶液收集在底層中的槽處。

對(duì)照實(shí)驗(yàn)通過使用離心法依據(jù)制造商Zymo Research公司的標(biāo)準(zhǔn)方案(病毒RNA)和優(yōu)化方案(利用另外的5％的Triton X100)并行執(zhí)行。實(shí)時(shí)qPCR用于量化目標(biāo)核酸的濃度。與在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的關(guān)于ZR病毒RNA方案的30.77±0.40Cq相比，在設(shè)備上的關(guān)于ZR病毒RNA方案的來自實(shí)驗(yàn)(n≥2)的結(jié)果是32.74±0.42Cq(定量周期)。與關(guān)于實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)照的28.86±0.88Cq相比，利用Triton X100方案(ZR-T)的ZR病毒RNA的結(jié)果是29.86±1.48Cq(見，例如，圖10)。

示例3：低濃度HIV制備

利用具有低濃度HIV病毒顆粒的血漿進(jìn)一步驗(yàn)證了樣品制備設(shè)備的性能。載體RNA(Roche公司)添加到樣品(ZR-T-C)，因?yàn)橐呀?jīng)證實(shí)，載體RNA可以在低濃度的目標(biāo)分子下改善性能。樣品制備設(shè)備中的槽用1mg/mL的BSA覆蓋至少10分鐘以進(jìn)一步減少對(duì)目標(biāo)分子的非特異性吸附。

含有濃度為5×10³拷貝/mL的病毒顆粒的200μL血漿與600μL的病毒RNA裂解緩沖劑(Zymo Research公司)、30μL的Triton X100和1.5μL的載體RNA(5mg/mL)混合。溶液可以在Eppendorf管中在室溫下混合以形成裂解后的樣品。然后，裂解后的樣品轉(zhuǎn)移到旋轉(zhuǎn)設(shè)備中的樣品槽中。500μL的病毒洗滌緩沖劑(Zymo Research公司，含有80％的乙醇)和50μL的洗脫溶液(水)預(yù)裝載到設(shè)備上的指定的槽中。對(duì)照實(shí)驗(yàn)利用離心方案在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上執(zhí)行。設(shè)備如前述示例中所描述的被操作。

對(duì)照實(shí)驗(yàn)通過使用離心法依據(jù)Zymo Research公司的病毒RNA套件的標(biāo)準(zhǔn)方案和優(yōu)化方案(利用另外的5％的Triton X100)并行執(zhí)行。與用于實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)照(n≥2)的34.93±0.69Cq相比，在設(shè)備上的關(guān)于ZR病毒RNA方案(ZR)的結(jié)果是37.39±2.05Cq。與用于實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)照(n≥2)的33.83±0.47Cq相比，在設(shè)備上關(guān)于利用Triton X100和載體RNA(ZR-T-C)的優(yōu)化方案的結(jié)果是33.77±0.55Cq(見，例如，圖11)。結(jié)果表明，添加非離子表面活性劑，諸如Triton X100，和載體RNA可以提高在5×10³拷貝/mL的低濃度下從血漿提取HIV病毒RNA的性能。

示例4：0.5mL樣品制備設(shè)備

利用3D打印設(shè)計(jì)和制造出能夠利用0.5mL樣品執(zhí)行核酸樣品制備的設(shè)備(見，例如，圖5)。該設(shè)備可處理：1)0.5mL樣品，諸如尿液或血漿，具有多達(dá)1.5mL的裂解緩沖劑；2)600μL洗滌緩沖劑；3)50μL至100μL洗脫緩沖劑。當(dāng)純化的核酸在50μL洗脫緩沖劑中洗脫時(shí)，其將核酸從0.5mL輸入樣品濃縮達(dá)到10倍。

示例5：流感RNA提取

用于實(shí)時(shí)qPCR的A型流感病毒培養(yǎng)(PR8株)和引物被獲得。QIAamp病毒RNA迷你型套件(試劑盒)作為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照用于病毒RNA樣品制備。如上面示例4所描述的設(shè)備預(yù)裝載有自病毒RNA套件(Zymo Research公司)的600μLZR病毒裂解緩沖劑、500μL病毒洗滌緩沖劑和100μL水。在設(shè)備上進(jìn)行的樣品制備的性能用濃度為1×10⁴pfu/mL和10pfu/mL的含有0.2％的BSA和PR8病毒的200μL的PBS來驗(yàn)證。

病毒RNA的量化使用實(shí)時(shí)qPCR執(zhí)行。初步結(jié)果表明，樣品制備設(shè)備可以執(zhí)行流感病毒RNA樣品制備快至3分鐘(見，例如，圖12)。

示例6：細(xì)菌RNA提取

細(xì)菌核酸的提取和純化用含有沙眼衣原體(C.trachomatis)的1×PBS緩沖劑評(píng)估，在20拷貝/mL(copies/mL)、50拷貝/mL和500拷貝/mL(對(duì)應(yīng)于10拷貝/測(cè)定、25拷貝/測(cè)定和250拷貝/測(cè)定)下驗(yàn)證。摻入沙眼衣原體的0.5mL PBS緩沖劑與1mL裂解緩沖劑(Zymo病毒RNA套件)混合。0.8mL的洗滌緩沖劑(Zymo病毒RNA套件)用于純化核酸和去除抑制劑。純化的核酸在100μL的水中洗脫，并且使用Roche lightcycler實(shí)時(shí)qPCR來量化性能。具有已知濃度的非傳染性沙眼衣原體樣品(NATtrol^TM)購自ZeptoMetrix公司。一組引物設(shè)計(jì)成用于沙眼衣原體的16S基因。測(cè)定在每個(gè)濃度下執(zhí)行至少三次，并且以250拷貝/測(cè)定在所有三次實(shí)驗(yàn)中檢測(cè)16S核酸，以25拷貝/測(cè)定在所有五次實(shí)驗(yàn)中檢測(cè)16S核酸，以及以10拷貝/測(cè)定在五次實(shí)驗(yàn)中的四次中檢測(cè)16S核酸。擴(kuò)增在陰性對(duì)照中沒有觀察到，陰性對(duì)照不包含目標(biāo)細(xì)菌核酸。

單獨(dú)地，來自包含沙眼衣原體的生物體的0.5mL人尿液樣品(Lee Biosolutions公司)的細(xì)菌核酸使用上面描述的0.5mL設(shè)備被純化。病毒RNA洗滌緩沖劑(0.8mL，含有80％乙醇，Zymo Research)和洗脫溶液(0.1mL水)在實(shí)驗(yàn)前預(yù)裝載在設(shè)備中。尿液樣品(0.5mL)在室溫下與ZR病毒RNA裂解緩沖劑(1mL，Zymo Research公司)在管中混合并且然后轉(zhuǎn)移至樣品槽。裂解后的樣品、洗滌溶液以及洗脫溶液通過手動(dòng)旋轉(zhuǎn)設(shè)備順序地推動(dòng)穿過樣品制備基質(zhì)。純化的核酸在100μL水中洗脫，這將使目標(biāo)核酸從500μL的輸入樣品濃縮5倍。通過使用具有設(shè)計(jì)成用于沙眼衣原體的16S基因的引物的Roche LightCycler實(shí)時(shí)qPCR來量化純化后的核酸。

用濃度為20拷貝/mL、50拷貝/mL和500拷貝/mL的含有沙眼衣原體血清變型D(NATtrol Chlamydia trachomatis D-UW3External Run Controls，ZeptoMetrix公司)的0.5mL人尿液樣品重復(fù)實(shí)驗(yàn)四次。對(duì)于250拷貝/測(cè)定4次中有4次被檢測(cè)，對(duì)于25拷貝/測(cè)定4次中有4次被檢測(cè)，以及對(duì)于10拷貝/測(cè)定4次中有4次被檢測(cè)。用于檢測(cè)的閾值是Cq<40。對(duì)于陰性對(duì)照實(shí)驗(yàn)，沒有擴(kuò)增被檢測(cè)到，其中核酸從對(duì)沙眼衣原體已知是陰性的尿液樣品提取。

使用0.5mL設(shè)備的核酸純化通過使用不同的衣原體感染對(duì)照的源、含有從美國(guó)病理學(xué)會(huì)(CAP)獲取的沙眼衣原體的0.5mL人尿液樣品來確認(rèn)。對(duì)于不同的實(shí)驗(yàn)室和儀器，CAP樣品通常用于能力驗(yàn)證。CAP尿液樣品用陰性人尿液稀釋成為1:9(v/v)。工作流程與前面對(duì)于含有NATtrolTM對(duì)照樣品的尿液樣品所描述的相同。三種CAP陽性樣品中的三種被檢測(cè)，然而對(duì)于陰性對(duì)照試驗(yàn)沒有觀察到擴(kuò)增。

雖然，實(shí)驗(yàn)臺(tái)上裂解對(duì)于設(shè)備的初始測(cè)試是方便的，但設(shè)備上的裂解方案和脫離設(shè)備的裂解方案已經(jīng)針對(duì)從含有被稀釋成1:9(v/v)的CAP樣品的0.5mL尿液樣品的細(xì)菌核酸的樣品制備進(jìn)行了比較。對(duì)于設(shè)備上的裂解方案，1mLZR病毒裂解緩沖劑(Zymo Research)、0.8mL病毒RNA洗滌緩沖劑(Zymo Research)和0.1mL洗脫緩沖劑(水)在實(shí)驗(yàn)前預(yù)裝載在設(shè)備中；0.5mL尿液樣品通過移液方式引入到樣品槽中并且與裂解緩沖劑混合。通過手動(dòng)旋轉(zhuǎn)設(shè)備，裂解后的樣品、洗滌緩沖劑以及洗脫緩沖劑被順序地推動(dòng)穿過樣品制備基質(zhì)。整個(gè)工作流程可以在5分鐘內(nèi)完成。Roche實(shí)時(shí)qPCR已經(jīng)用于量化設(shè)備上的裂解方案和脫離設(shè)備的方案的性能。學(xué)生氏t檢驗(yàn)表明，在設(shè)備上的裂解方案和脫離設(shè)備的裂解方案之間沒有明顯的不同(p>0.4)。

示例7：自動(dòng)樣品制備

基站由廉價(jià)的現(xiàn)成部件構(gòu)成：改進(jìn)的伺服馬達(dá)、具有1度分辨率的編碼器、6V可再充電的電池組、主板和來自Arduino的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器、以及具有用于用戶友好界面的單個(gè)觸摸按鈕的簡(jiǎn)單的控制面板。電池充一次電允許至少十個(gè)完整的運(yùn)行。中心驅(qū)動(dòng)器將與樣品制備滑片芯片設(shè)備的過濾層接合以完成核酸樣品的制備方案。三個(gè)定位槽將與滑片芯片設(shè)備的基底層上的鎖定結(jié)構(gòu)接合，并且在操作期間將設(shè)備保持在正確的位置處(見，例如，圖3D和圖3E)。

基站使在滑片芯片設(shè)備上的核酸樣品制備的“單觸摸”式操作成為可能。工作流程可以如下完成(試劑在實(shí)驗(yàn)前預(yù)裝載到設(shè)備)：1)使用者將0.5mL液體樣品引入到樣品槽中；2)使用者關(guān)閉設(shè)備帽并且將設(shè)備放置在基站上；3)使用者觸摸“啟動(dòng)”按鈕。基站被編程以在2分鐘和40秒內(nèi)完成工作流程：首先，將設(shè)備旋轉(zhuǎn)130度到達(dá)裂解位置并且保持1分鐘，然后旋轉(zhuǎn)80度到達(dá)洗滌位置并且保持1分鐘，以及最后旋轉(zhuǎn)93度到達(dá)洗脫位置并且保持30秒。洗脫物可以從基底層回收以用于進(jìn)一步分析。

為了證明自動(dòng)樣品制備的可行性，0.5mL樣品制備設(shè)備的性能用含有NATtrol^TM沙眼衣原體的尿液樣品通過基站來操作。為了擴(kuò)大檢測(cè)的限度，0.5mL尿液用作輸入樣品體積，并且每測(cè)定含有10拷貝、25拷貝、250拷貝的NATtrol^TM沙眼衣原體的樣品在設(shè)備上被測(cè)試。病毒RNA洗滌緩沖劑(0.8mL，Zymo Research)和洗脫溶液(0.1mL水)在實(shí)驗(yàn)前預(yù)裝載在設(shè)備中。尿液樣品與脫離設(shè)備的1mLZR病毒RNA裂解緩沖劑(Zymo Research)在轉(zhuǎn)移到設(shè)備中的樣品槽中前混合。樣品制備設(shè)備然后放置在基站上，并且使用者按動(dòng)“啟動(dòng)”按鈕以啟動(dòng)方案?；咀詣?dòng)地操縱設(shè)備：順序地將設(shè)備旋轉(zhuǎn)到正確的位置，并且將設(shè)備保持在裂解位置1分鐘、保持在洗滌位置1分鐘、以及保持在洗脫位置30秒。純化后的細(xì)菌RNA從設(shè)備的基底層被回收。

對(duì)于每種濃度的NATtrol^TM沙眼衣原體執(zhí)行三個(gè)運(yùn)行，并且基站利用電池組的單次充電成功地操作樣品制備滑片芯片設(shè)備所有9個(gè)運(yùn)行。通過使用Roche lightcycler實(shí)時(shí)qPCR來量化純化后的沙眼衣原體RNA的濃度。對(duì)于10拷貝/測(cè)定3個(gè)運(yùn)行中的2個(gè)，對(duì)于25拷貝/測(cè)定(Cq值35.6±0.4)3個(gè)運(yùn)行中的3個(gè)，對(duì)于250拷貝/測(cè)定(Cq值30.4±0.2)3個(gè)運(yùn)行中的3個(gè)被測(cè)定。利用陰性人尿液樣品三個(gè)陰性對(duì)照實(shí)驗(yàn)也在設(shè)備上測(cè)試，并且沒有觀察到擴(kuò)增。

示例8：加壓

在每個(gè)步驟設(shè)備內(nèi)所產(chǎn)生的內(nèi)部壓力的再現(xiàn)性在0.5mL樣品量的設(shè)備上測(cè)試(見示例4)并且通過使用基站來操作設(shè)備(見示例7)。每個(gè)設(shè)備在樣品槽中預(yù)裝載有以水溶液形式的1.5mL的20％的甘油，在洗滌槽中預(yù)裝載有0.8mL的70％的乙醇，以及在洗脫槽中預(yù)裝載有0.1mL的洗脫緩沖劑(水)。然后，設(shè)備放置在基站上，并且使用者按動(dòng)“啟動(dòng)”按鈕一次以啟動(dòng)工作流程序列。設(shè)備連接到壓力計(jì)以記錄壓力和，并且電壓也在開始時(shí)記錄以顯示站利用單次電池充電完成全部10個(gè)運(yùn)行。三個(gè)設(shè)備被評(píng)估，并且每個(gè)設(shè)備用三個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行來測(cè)試(見，表1)。結(jié)果表明了具有多個(gè)運(yùn)行的單個(gè)設(shè)備的再現(xiàn)壓力以及在不同設(shè)備中相似的壓力性能。

表1

盡管已經(jīng)在本文示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案，但是對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將明顯的是，僅以示例的方式提供了這些實(shí)施方案。本領(lǐng)域技術(shù)人員目前將想到許多變形、改變及替代方案而不偏離本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解，在實(shí)踐本發(fā)明時(shí)可采用本文描述的本發(fā)明的實(shí)施方案的各種可選擇方案。意圖是，以下權(quán)利要求界定本發(fā)明的范圍并且從而應(yīng)涵蓋在這些權(quán)利要求及其等同形式的范圍內(nèi)的方法和結(jié)構(gòu)。