專利名稱：用于dna提取、擴增和分析的微流體設備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微流體樣品處理裝置、方法和系統(tǒng)。更特別地，本發(fā)明涉及具有帶被凝膠支持的樣品和試劑的微通道的微流體樣品處理裝置，以及使用微流體樣品處理裝置的完全集成的便攜式DNA分析器?，F(xiàn)有技術(shù)的微流體裝置有時也被稱為“芯片實驗室(lab-on-chip) ”或“微全分析系統(tǒng)”，通常包括基底以及諸如微通道和口的微結(jié)構(gòu)。這樣的微流體裝置的使用允許使用專用的微通道，專用的微通道的特征是多層例如硅、玻璃和聚合物的材料，因此允許縮小標準尺寸的設備，使其可以被容易攜帶。與標準尺寸的相同類型的裝置相比，這樣的微流體裝置具有各種優(yōu)點，包括以下事實僅需要十分少量的樣品和試劑，所需要的分析時間更短，并且在其中進行的測試的靈敏度高于在它們的標準尺寸的同類產(chǎn)品中進行的測試。此外，更易于可能減少潛在的污染以及可攜帶性更強以便到達進行現(xiàn)場分析的現(xiàn)場。諸如DNA指紋識別的方法通常會耗費約一天或在某些情況下長達一周，并且使用許多不同的裝置來完成程序。因此，難以在犯罪發(fā)生后不久就利用DNA迅速得到如犯罪嫌疑犯的候選名單。然而，存在可以在這樣的現(xiàn)有技術(shù)微流體裝置中進行的各種操作，例如化學反應、合成、純化、提取、制作和/或分析。因此，這些操作可以在許多分析領(lǐng)域和診斷領(lǐng)域中獲得廣泛應用，例如DNA指紋識別、基因分析、臨床診斷、藥物篩選和環(huán)境監(jiān)測。與微流體裝置相關(guān)的制造方法提供了開發(fā)新穎的研究工具的吸引人的途徑，因為它們引入了將不同的過程集成到一個裝置中的可能性，這進而可以導致提高分析測量的可靠性的自動化系統(tǒng)。然而，在某些情況下，由于與不需要將裝置耦合于諸如泵的輔助設備而將不連續(xù)量的樣品從裝置的一個區(qū)域成功輸送至另一個區(qū)域相關(guān)的高度復雜性，因而已經(jīng)證明難以進行集成?，F(xiàn)有技術(shù)的微流體裝置或利用了這些微流體裝置的系統(tǒng)通常全部需要外部的流體動力泵送，除了電泳分離以外，這可能是一種操作數(shù)微升流體的非常低效的方法，因為其需要過度的死體積。此外，現(xiàn)有技術(shù)裝置通常包括基于溶液的技術(shù)，并且因此難以按照將提供對樣品的穩(wěn)定的電動力控制的方式來在微流體裝置內(nèi)制備和儲存試劑，尤其是如果例如氣泡進入系統(tǒng)或溶液干燥的話。特別地，已經(jīng)證明使用實際的輸送機構(gòu)來組合在單一芯片模塊上以便從組織進行 DNA提取和純化、DNA擴增、樣品分離和檢測，使得各步驟可以由微流體連通的部件以連續(xù)方式施行的實際裝置難以有效地制造和操作。有效且一致地定位不同的試劑，有效地設置用于接收實際的溶解的組織樣品的界面以及用于將所提取的樣品恒定地輸送通過芯片的有效的輸送機構(gòu)都具有特定的困難。例如，WO 99/64848描述了部分集成的微流體裝置。通過電動力遷移率(電滲透) 來在液體中進行運動并且特征是以電動力方式注入到進行電泳分離的凝膠中。檢測通過熒光進行并且基于順序的施用。然而，DNA提取和純化仍然在芯片外進行。US2003/190608描述了其中具有優(yōu)良的DNA/RNA序列的珠被容納在凝膠中并且以流體動力方式將樣品泵送通過凝膠的系統(tǒng)。描述了包括熱擴增的混合過程，但是使用泵經(jīng)由儲器來添加試劑，而不是將試劑定位在裝置內(nèi)。熒光檢測在芯片上進行，但是未描述分離或?qū)τ诖颂囟☉脕碚f不需要分離。此外，DNA提取又是在芯片外進行。US2005/161327是基于介電泳泵送而不是電動力泵送的裝置。樣品制備在裝置外進行，試劑加入也在裝置外進行，并且整個過程是基于溶液的。沒有描述分離過程。W02007/133710描述了基于塞或微滴的溶液處理，并且主要集中于微滴操作過程， 例如混合和分離。試劑并未被保持在裝置上。與將提取、擴增以及分離和檢測集成在單一裝置內(nèi)相關(guān)的其中一個主要問題是集成損害了單個過程的已知的操作條件。重新優(yōu)化操作條件是難以實現(xiàn)的，這是因為系統(tǒng)必須作為獨立的復雜過程進行操作，在該過程中，單個過程之間的相互作用應是協(xié)調(diào)的。由于這些原因和其他原因，已經(jīng)證明難以獲得在單一的芯片上進行提取和純化、 擴增、樣品分離和檢測的有效的微流體裝置。發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，提供了基于凝膠的整體式微流體樣品處理裝置，包括基底，基底具有多個微通道，以形成至少一個DNA提取室，所述至少一個DNA提取室與擴增室流體配合，擴增室進而與分離和檢測通道流體配合；所述微通道容納DNA提取材料和對于處理所述樣品來說所必需的基于凝膠的試劑；裝置還包括電接觸(electrical contact)，電接觸用于耦合至外部電源并且能夠引起對整個裝置中的所述基于凝膠的試劑和從所述樣品提取的DNA 的電動力操作。對于術(shù)語“基于凝膠的試劑”，其意指用于純化和洗脫所提取的DNA樣品以及支持 PCR反應的試劑被支持在微流體裝置內(nèi)的凝膠基質(zhì)中。用于微流體裝置的基底優(yōu)選由惰性不導電的且優(yōu)選光學透明的材料形成，所述材料例如玻璃或其他相似的物質(zhì)或材料。基底通常被蓋密封以用于包封界定在其內(nèi)的內(nèi)部微通道。蓋可以通過任何合適的方式被附接或結(jié)合于基底。該裝置可以具有由被放置入其中的分析器決定的尺寸?？蛇x擇地，尺寸在120mm 乘60mm的區(qū)域中，但是高至120mm或更高乘高至60mm或更高的其他尺寸也可以是合適的。 優(yōu)選具有小尺度的裝置，使得裝置適合于在便攜式系統(tǒng)中使用。此外，這樣的裝置可以被容易地制造。DNA提取室可以包括用于將溶解的樣品引入DNA提取室中的工具，例如包括入口。 便利地，所述工具包括樣品接收工具或與樣品接收工具流體連通。樣品接收工具可以適合于提供將溶解的樣品直接引入到DNA提取室中。在優(yōu)選的實施方案中，樣品可以被接收在包括與溶解劑混合的DNA材料的DNA提取室中。因此，樣品接收工具可以適合于提供未溶解的組織樣品的接收、未溶解的組織樣品的溶解以及溶解的樣品引入到DNA提取室中。例如， 樣品接收工具可以包括吸收性構(gòu)件，吸收性構(gòu)件用于在使用中接收組織樣品，預裝載溶解劑以及在使用中適合于被放置為與DNA提取室引入口流體連通，以在被如此放置時向DNA 提取室引入口中接收、溶解和引入溶解的樣品。合適的溶解劑是離液鹽溶液。合適的離液鹽是鹽酸胍，正如除了溶解組織樣品外，這樣的鹽促進DNA隨后結(jié)合至DNA提取材料(如下文討論的)并且使脫氧核糖核酸酶(DNase)失活，否則脫氧核糖核酸酶(DNase)將繼續(xù)酶促消化所提取的DNA。
DNA提取材料可以能夠截留DNA，允許溶解的樣品的剩余的體積經(jīng)過材料，或其可以能夠截留溶解的樣品的主要體積，允許DNA經(jīng)過材料。優(yōu)選地，DNA提取材料被加裝以允許在其中截留DNA，并且位于DNA提取室中。更優(yōu)選地，DNA提取材料是多孔固相提取材料。 固相提取(SPE)能夠預濃縮樣品并除去可能干擾下游的應用，例如聚合酶鏈反應(PCR)，的潛在污染物。此外，SPE還允許DNA的預濃縮，這在處理有限的樣品時是重要的。還更優(yōu)選地，DNA提取材料是基于二氧化硅的提取材料并且例如二氧化硅珠，或更優(yōu)選地是基于二氧化硅的單塊?；诙趸璧奶崛〔牧?，例如基于二氧化硅的單塊，是優(yōu)選的，因為其不僅從溶解的樣品提取DNA而且作為用于電滲透流動(EOF)的泵，由此提高了提取步驟的效率，如下文更詳細討論的。如果DNA提取材料是帶負電荷的，如在基于二氧化硅的單塊中，那么離液劑 (chaotropic agent)，例如離液鹽溶液的存在，無論是在芯片上進行溶解時作為溶解劑，或在芯片外進行溶解時被預裝載入裝置的有關(guān)通道中，都促進溶解的樣品中存在的DNA結(jié)合至DNA提取材料。這是因為離液劑具有高離子強度并且因此能夠減少提取材料的表面處的負電勢。這允許DNA和提取材料表面的脫水以及在DNA/提取材料接觸層內(nèi)的分子內(nèi)氫鍵的形成成為占優(yōu)勢的，由此增強DNA結(jié)合至提取材料。此外，離液劑通過螯合水分子形成水合離子，減輕DNA和提取材料表面的溶劑化。此外，離液劑使DNA變性，允許單鏈(SS)DNA 分子的暴露堿基與提取材料的表面以氫鍵鍵合。在本發(fā)明的優(yōu)選的實施方案中，如果組織樣品的溶解在裝置上進行，那么溶解劑還可以包括載體分子，例如核糖核酸(RNA)。這樣的載體RNA的使用具有對提高DNA提取效率的更大的影響，特別是在樣品中存在較低量的DNA時。認為在提取材料例如基于二氧化硅的單塊上，總是有某些部位將不可逆地結(jié)合核酸。通過在溶解劑中包括載體RNA，其可以犧牲性地與這些部位結(jié)合，以使重要DNA的損失最少，這導致更大的回收率?；诙趸璧膯螇K優(yōu)選被熱活化或光引發(fā)。二氧化硅單塊的熱活化相比于光引發(fā)是優(yōu)選的，因為其提供特別的優(yōu)點，例如容易使用、生產(chǎn)的速度、可重復性以及在所制造的微流體裝置上的精確定位。單塊通常是多孔的并且能夠經(jīng)過單塊內(nèi)或毗鄰單塊的引入口接受溶解的樣品。優(yōu)選地，DNA提取室還包括洗滌入口和與洗滌入口流體連接的洗滌出口。在優(yōu)選的實施方案中，DNA提取室還包括通道，通道容納被支持在凝膠中的洗脫劑，一旦DNA被洗滌后，洗脫劑能夠?qū)NA從DNA提取材料洗脫。優(yōu)選地，洗脫凝膠含有低離子強度的緩沖劑， 例如水。裝置還包括多個另外的通道、入口和出口，多個另外的通道、入口和出口被設置用于引入到裝置周圍或在裝置周圍運動或除去試劑或廢物。優(yōu)選地，至少一個DNA提取室、擴增室以及分離和檢測通道中的每個中的基于凝膠的試劑與在其中發(fā)生的過程的性質(zhì)有關(guān)。這樣的基于凝膠的試劑可以，如果期望的話，根據(jù)它們在裝置中原位形成基質(zhì)的能力被選擇。適合于基于凝膠的電泳并且特別地適合于它們在裝置中原位形成基質(zhì)的能力的已知凝膠包括基于線性多糖的那些凝膠。凝膠優(yōu)選包含至少一種線性多糖，所述線性多糖可以任選地與其他線性多糖和/或至少一種非線性多糖混合?；诃傊堑哪z是特別合適的。因此，至少一種線性多糖優(yōu)選包括瓊脂糖，并且在某些實施方案中瓊脂糖可以是占大部分的或僅存在形成凝膠的材料。
優(yōu)選的用于電泳分離的凝膠可以是基于聚環(huán)氧乙烷(PEO)或線性聚丙烯酰胺 (LPA)。這樣的凝膠中存在的聚合物的程度允許實現(xiàn)受控的流動，使得凝膠在被注入分離通道中之后被定位在分離通道中。優(yōu)選地，聚合物的程度是分離凝膠媒介物的3wt%至 7wt%，因為這些聚合物水平能夠形成聚合物基質(zhì)，以使PCR擴增產(chǎn)物阻滯并且允許成功的分離。因此，基于凝膠的試劑的使用能夠使不同的過程試劑以精確的定位固定在根據(jù)本發(fā)明制造的微流體裝置上。所有階段，即從溶解的樣品提取DNA、DNA擴增(例如使用聚合酶鏈反應(PCR))、分離和檢測可以通過與根據(jù)本發(fā)明的微流體裝置微流體連通的部件以連續(xù)定位的方式被進行。具體來說，通過從溶解的樣品提取DNA的提取室為其中提取、擴增、 分離和檢測的所有階段都可以在單一的裝置上以連續(xù)定位的方式進行的微流體裝置提供更有效的實際界面?；谀z的試劑還可以含有光學探針，光學探針可以附接于被選擇的DNA片段， 因此它們可以在分離過程期間被檢測到。光學探針可以能夠反射或吸收照射至它們所附接于的DNA片段的光，或它們可以能夠發(fā)射光。優(yōu)選地，光學探針是熒光染料或化學發(fā)光染料。更優(yōu)選地，光學探針是附接于DNA片段的5'端的熒光染料并且在擴增期間被結(jié)合入 PCR產(chǎn)物中。合適的探針包括以下熒光染料中的一種或多種5-羧基熒光素(FAM)、5' -二氯-二甲氧基-熒光素(JOE)、四甲基若丹明(TAMRA)和羧基-X-若丹明(R0X)。如本文所使用的，分離應當因此被寬泛地解釋為包括可選擇性地區(qū)分擴增產(chǎn)物的 DNA片段以便進行檢測的所有機理，包括光學分離，例如通過光致發(fā)光技術(shù)，例如使用熒光染料或化學發(fā)光染料的那些，無論是否通過DNA片段的空間和/或時間的物理分離和/或通過與多重試劑一起使用來平行地多次分離DNA片段進行補充。發(fā)生這樣的光學分離是因為所采用的熒光染料以不同的特征波長發(fā)射。因此，即使熒光染料同時存在，即在分離和檢測通道中的相同位置中時，標準分光計也可以區(qū)分所存在的單獨的探針并且因此檢測被引入到裝置中的DNA樣品的特征曲線。裝置包括多個電極，以電動力操作裝置中所有基于凝膠的試劑和從樣品提取的 DNA和PCR產(chǎn)物；所述電極在一端可密封地連接于裝置，另一端可連接于電源。術(shù)語“電動力地”包括電泳、電滲透流動以及將對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說明顯的任何其他電操作的方式。在優(yōu)選的操作模式中，所提取的DNA在后續(xù)的階段中被操作，直到其通過電滲透到達擴增室。然后，電泳是通常優(yōu)選的。根據(jù)本發(fā)明的進一步的方面，提供了用于分析生物樣品中的DNA的的便攜的整體式系統(tǒng)，包括用于對從所述樣品產(chǎn)生的DNA片段進行提取、純化、擴增、分離和分析的電動力驅(qū)動系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括基于凝膠的微流體樣品處理裝置，基于凝膠的微流體樣品處理裝置包括基底，基底具有多個微通道，以形成至少一個DNA提取室，所述至少一個DNA提取室與擴增室流體配合，擴增室進而與分離和檢測通道流體配合，多個電極被定位在微流體裝置內(nèi)并且耦合于電源，多個電極被配置為電動力操作微流體裝置周圍的基于凝膠的試劑以及DNA和DNA片段，其中微流體裝置適于經(jīng)過DNA提取室接收樣品；系統(tǒng)還包括耦合于或毗鄰微流體樣品處理裝置的加熱元件；被定位為通過可檢測信號檢測DNA片段的檢測器；以及被配置為容納微流體裝置、電動力驅(qū)動系統(tǒng)、檢測器和電源的便攜的殼體。
加熱元件可以包括用于實現(xiàn)DNA片段的熱循環(huán)的任何合適的工具并且可以包括特定的冷卻元件。加熱元件可以是接觸式或非接觸式加熱元件。普遍使用的接觸式加熱元件包括塊加熱器，例如珀爾帖加熱器，或沉積在微流體裝置外部上的薄膜電阻加熱器，例如鉬。雖然珀爾帖加熱器由于產(chǎn)生可靠的熱而被廣泛地用于實現(xiàn)DNA擴增的熱循環(huán)，但是它們存在相對慢的溫度上升速率的不足。被描述用于在微流體系統(tǒng)中進行DNA擴增的非接觸式加熱方法包括使用紅外線燈以及鹵素燈、感應加熱以及被交流電誘導的焦耳加熱。在優(yōu)選的情況下，加熱元件包括微波輻射的源。本發(fā)明的本方面的整體式系統(tǒng)典型地利用本發(fā)明的第一方面的微流體樣品處理裝置，并且系統(tǒng)的優(yōu)選的特征將通過類比被理解。在本發(fā)明的又一個方面，提供了分析DNA的方法，包括a)將樣品引入位于分析器系統(tǒng)中的基于凝膠的微流體樣品處理裝置的DNA提取
室中； b)在DNA提取室內(nèi)對樣品進行電動力操作，以洗滌和純化DNA ；c)將DNA提取室中的DNA洗脫至擴增室；d)在擴增室中擴增DNA片段，以在凝膠內(nèi)形成擴增產(chǎn)物(DNA片段)；e)將所述擴增產(chǎn)物電動力注入分離通道中；以及f)對所述擴增產(chǎn)物進行電動力分離，以形成DNA特征曲線(DNA profile)。優(yōu)選地，樣品在被引入裝置的DNA提取室中之前被溶解。在方法的一個實施方案中，樣品在被引入裝置中之前被溶解?？梢砸氚ㄅc離液鹽混合的DNA的溶解的樣品，例如作為溶液。例如，離液鹽溶液中的溶解的樣品被手動地裝載至垂直于洗滌和洗脫溶液的后續(xù)的流的提取材料結(jié)構(gòu)例如二氧化硅單塊上。在方法的另一個實施方案中，樣品溶解步驟在裝置旁或在裝置上進行。例如，樣品可以通過以下的步驟被引入提供裝載有溶解劑的吸收性構(gòu)件；向吸收性構(gòu)件上施用未溶解的生物樣品；將吸收性構(gòu)件施用在和/或保留在與DNA提取室流體連通的樣品接收部位處，以向DNA提取室中引入溶解的樣品。DNA提取室容納DNA提取材料。當DNA提取材料能夠截留溶解的樣品的剩余的體積且允許DNA片段經(jīng)過材料時，DNA的提取和洗脫可以在一個步驟中進行。可選擇地，如果 DNA提取材料能夠截留DNA片段，那么DNA片段的洗脫將在與提取分開的步驟中進行。DNA提取材料的優(yōu)選的特征在上文提出。特別地，DNA提取材料優(yōu)選是帶電的。更優(yōu)選地，DNA提取材料是固相提取材料。還更優(yōu)選地，DNA提取材料是基于二氧化硅的提取材料，并且，例如，包含至少一個二氧化硅珠或更優(yōu)選地包含基于二氧化硅的單塊。溶解的樣品可以通過電動力操作試劑從DNA提取室的洗滌入口至DNA提取室的洗滌出口被洗滌。在本發(fā)明的優(yōu)選的實施方案中，在裝置的DNA提取室內(nèi)電動力操作洗滌試劑通過電滲透操作來進行。如上文所述的，基于二氧化硅的提取材料的使用是優(yōu)選的，因為其可以作為用于電滲透流動(EOF)的泵，由此增強來自溶解的樣品的DNA的提取和洗滌步驟。這適用于任何帶負電荷的提取材料，并且是基于二氧化硅的提取材料的與例如僅通道的表面積相比的更大的表面積的結(jié)果。EOF是表面效應，并且因此增加的表面積提供增加的泵支持。此外， 這樣的提取材料作為約束樣品的由于在材料內(nèi)的具有對水力壓力流的高毛細血管阻力的小氣孔的存在導致的水力阻力的水力回流的單向閥。對回流的防止是非常重要的，因為如果沒有回流控制，那么樣品的運動迅速減弱，因為由于水力壓力不同，回流迅速抵消向前的 EOF。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案中，將DNA提取室中的DNA洗脫至擴增室通過電動力操作來進行。電滲透操作在步驟b)和c)中是優(yōu)選的，因為其將影響樣品經(jīng)過凝膠和DNA提取材料以從溶解的樣品提取DNA并且將DNA傳遞至擴增室的整體運動。本發(fā)明的本方面的方法典型地利用本發(fā)明的第一方面或第二方面的微流體樣品處理裝置或整體式系統(tǒng)，并且系統(tǒng)的優(yōu)選的特征將通過類比被理解。優(yōu)選地，從樣品提取的DNA的為了形成DNA片段的擴增通過聚合酶鏈反應(PCR) 進行。擴增產(chǎn)物的為了形成DNA特征曲線的電動力注入和分離可以通過電泳進行。電泳分離是優(yōu)選的方法，因為其涉及離子在電場中的位移，由此影響DNA片段的為了得到DNA特征曲線的分離(典型地基于片段的尺寸)。方法可以還包括檢測由電動力分離產(chǎn)生的DNA特征曲線的步驟。然后，通過檢測 DNA特征曲線產(chǎn)生的檢測信號可以被傳遞至輸出工具，使得特征曲線可以被圖形地察看。此外，方法可以包括以下步驟將所產(chǎn)生的特征曲線與已知的特征曲線，例如在英國國家法醫(yī)科學服務處(UK National Forensics Science Service)內(nèi)保存的DNA數(shù)據(jù)庫或相似的數(shù)據(jù)庫中保存的那些比較。雖然本發(fā)明意在具有在法醫(yī)領(lǐng)域中的特別的應用，例如用于在犯罪現(xiàn)場使用，但是也設想其他的應用，例如與食品可靠性相關(guān)聯(lián)的遺傳特性的測定、親子案件、細菌/病毒感染以及菌種識別以及基于DNA的安全標記。根據(jù)本發(fā)明的完全整體式的便攜式DNA分析器允許在例如“犯罪現(xiàn)場”取得的DNA 樣品的處理就地地在約一個小時內(nèi)經(jīng)受DNA指紋識別，并且有減少的或沒有污染問題。通過其診斷和分析過程的流程，這是可能的。診斷和分析過程的速度也使這樣的裝置適合于在許多其他的“現(xiàn)場分析”是關(guān)鍵的情況下使用，例如在拘留室中以及在機場安全保衛(wèi)設施中。特別地，使用這樣的分析器的DNA分析是成功的，因為細胞收集在微流體裝置的外部， 而DNA提取、DNA片段的擴增以及擴增產(chǎn)物的分離，以及在可選擇的情況下還有樣品溶解階段的至少一部分，全部在微流體裝置中進行。分析器系統(tǒng)的特別的緊湊性質(zhì)允許每個過程步驟之間的協(xié)調(diào)，并且很大地加快了其中DNA片段被可選擇地加熱和冷卻的擴增程序。因此，整體式分析器系統(tǒng)可以在約1小時內(nèi)完成從DNA提取至分析的整個過程(即通常的特征描繪)。本發(fā)明的DNA分析器系統(tǒng)利用基于凝膠的微流體樣品處理裝置并且因此利用試劑，DNA和PCR產(chǎn)物在微流體裝置內(nèi)的電動力流體運動實現(xiàn)DNA分析。此外，以DNA提取材料的方式的被支持材料和基于凝膠的試劑的在基于凝膠的微流體樣品處理中的結(jié)合為市場上的使用僅在液體/溶液相中的試劑和樣品的的那些現(xiàn)有技術(shù)裝置提供了優(yōu)良的結(jié)果。凝膠或凝膠基質(zhì)在微流體裝置中的形成能夠在長時期內(nèi)支持在其中的試劑并且提供對溶解的樣品和DNA和擴增的DNA片段的更穩(wěn)定的電動力控制，即使在系統(tǒng)中可能存在氣泡時。此外，這樣的裝置允許溶解的樣品向裝置的引入，然后借助于相繼的提取和/或純化、擴增和分離在裝置內(nèi)經(jīng)歷多重處理，這樣的處理主要通過與在其中的基于凝膠的試劑的相繼的相互作用對溶解的樣品和/或DNA的電動力操作來實現(xiàn)。這與在某種程度上是 “單一步驟”裝置的現(xiàn)有技術(shù)裝置形成對比。雖然已經(jīng)在分析生物樣品中的DNA片段的方面描述了本發(fā)明，但是技術(shù)人員將理解，本發(fā)明可以同樣地應用于任何核酸材料例如RNA的分析，其中過程將涉及逆轉(zhuǎn)錄，以形成適合于在PCR中使用的DNA。因此，方法可以涉及進行逆轉(zhuǎn)錄，并且設備可以因此包括用于進行該步驟的合適的試劑?，F(xiàn)在將僅以實例的方式參照附圖描述本發(fā)明的實施方案，在附圖中

圖1示出了本發(fā)明的系統(tǒng)的容納第一部件，即硬件，的容納工具；圖2示出了本發(fā)明的系統(tǒng)的具有原位的微流體裝置的容納工具；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的微流體裝置的關(guān)鍵部分；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的微流體裝置的示意圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施方案的微流體裝置，包括可選擇的樣品引入裝置；圖6是80%乙醇洗滌溶液(ν/ν)和在凝膠中的80%乙醇洗滌溶液(ν/ν)通過電滲透流動穿過根據(jù)本發(fā)明的微流體裝置中的基于二氧化硅的單塊的運動的圖解圖示；圖7示出了通過本發(fā)明的方法且尤其是通過DNA向PCR試劑中的電動力運動獲得的PCR產(chǎn)物的UV透照儀圖像，其中穩(wěn)定性測試1由在室溫下靜置30分鐘的凝膠組成并且穩(wěn)定性測試2由在室溫下靜置1小時的凝膠組成。圖示出了在凝膠濃縮物的穩(wěn)定性測試中獲得的PCR產(chǎn)物的UV透照儀圖像；以及圖8b示出了通過本發(fā)明的方法由在4°C下儲存了 4周的凝膠的穩(wěn)定性測試獲得的 PCR產(chǎn)物的UV透照儀圖像；圖9示出了從與表2中看到的幾何構(gòu)型相關(guān)聯(lián)的由外加電壓得到的電動力運動的可視化圖形，其中A和B分別表現(xiàn)了兩個最有效的幾何構(gòu)型且根據(jù)本發(fā)明的方法；圖10示意性地闡釋了根據(jù)本發(fā)明的微流體裝置，以及來自由瓊脂糖凝膠填充的 T形截面的樣品電動力注入到由聚氧化乙烯分離介質(zhì)填充的毛細管電泳分離通道中，其中 A-D表示鉬電極的位置；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明方法的在瓊脂糖凝膠基質(zhì)中的不成功的電動力注入的可視化圖形；圖12a圖示了根據(jù)本發(fā)明方法的從TE溶液中的EK注入獲得的特征曲線；以及圖12b圖示了根據(jù)本發(fā)明方法的從1.5%瓊脂糖凝膠中的EK注入獲得的特征曲線；圖13圖示了根據(jù)本發(fā)明方法的從1. 5%瓊脂糖凝膠中的優(yōu)化的EK注入獲得的特征曲線的實施例；圖14示出了根據(jù)本發(fā)明方法的在(a)存在氣泡和(b)不存在氣泡的瓊脂糖凝膠基質(zhì)中的成功的電動力注入的可視化圖形，并且用于圖14的工作電壓和時間在表1中給出；圖15示出了微流體裝置的示意圖，該示意圖示出了整體式的DNA提取室和擴增室以及用于電滲透泵送的電極的位置；圖16圖示了在洗脫步驟期間從單塊回收的DNA的量與先加入到圖15的裝置中的 DNA的量的比較；圖17a示出了瓊脂糖凝膠的可視化圖形，示出了由圖15的系統(tǒng)生成的PCR產(chǎn)物；圖17b圖示了由圖15的系統(tǒng)生成的Amelogenin PCR產(chǎn)物，其通過毛細管電泳被分析以進行精確的分級；圖18是穿過適合于將熱循環(huán)施加于根據(jù)本發(fā)明的微流體裝置的微波加熱器的橫截面；圖19是來自網(wǎng)絡分析器的圖形輸出，顯示了反射功率的下降，這表明微流體裝置的精確的共振頻率以便確定圖18的加熱器的操作參數(shù)；以及圖20是從圖18的加熱器獲得的熱循環(huán)。提供了具有微通道的微流體樣品處理裝置。微通道被蝕刻入基底中，基底優(yōu)選是玻璃，但是也可以是塑料或其他合適的物質(zhì)?；诇y得為120mm乘60mm的區(qū)域，或可以具有其他合適的尺寸，取決于使用其的應用或系統(tǒng)。基底可以另外包括在其微通道內(nèi)的基于凝膠的分離介質(zhì)和試劑；以及將基底耦合于電源和/或在DNA分析器系統(tǒng)內(nèi)起作用所必需要求的電接觸?；谀z的分離介質(zhì)和試劑以流體動力泵送的方式被預加載入裝置的微通道中，以流體靜力方式，例如通過吸力或壓力控制注入。然后玻璃基底被結(jié)合于玻璃基底的蓋密封，以包封被界定在其中的內(nèi)部微通道。其他附接蓋的方式也可以是合適的，并且不排除通過除了結(jié)合之外的方式附接蓋。優(yōu)選的用于微流體裝置的基底材料是玻璃，因為玻璃技術(shù)已經(jīng)非常成熟并且已經(jīng)良好地表征了其對大多數(shù)反應的化學響應。微流體裝置(300)包括三個主要部件，即DNA提取室(302)、PCR室(303)以及分離和檢測通道(304)，所有這些都可以在圖3和4中看到并且所有這些彼此流體連接/彼此流體配合。如上文提到的，與現(xiàn)有技術(shù)不同，本發(fā)明的微流體裝置(300)在使用在例如DNA分析器系統(tǒng)中期間不需要外部泵送。相反地，多個電極被用于通過電滲流或電泳以電動力方式操作流體，以攪動微通道內(nèi)基于凝膠的試劑結(jié)構(gòu)內(nèi)的帶電的化學物質(zhì)的總體流動或者不連續(xù)運動。本申請示出了使用七個電極，但是更多的或更少的也是可能的。本發(fā)明的微流體裝置(300)被專門設計成通過將所有硬件要求保持在微流體裝置的外部來使其制造成本低。這允許微流體裝置保持經(jīng)濟性，并且因此對于單次使用分析來說是理想的，這在其中可能需要使用過的微流體裝置形成證據(jù)基礎的法醫(yī)或犯罪現(xiàn)場勘查的領(lǐng)域中當然是特別有利的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與基于溶液(現(xiàn)有技術(shù))的方法相比，在本發(fā)明的微流體裝置(300) 中，用于支持過程試劑和樣品DNA的由凝膠填充的通道或毛細管的使用提供在對樣品DNA 的電動力控制方面增強的穩(wěn)定性，即使在系統(tǒng)中存在氣泡時也是這樣。凝膠可以呈基質(zhì)的形式，但是無論其以什么形式存在，凝膠都應當能夠在長時期內(nèi)將不同的過程試劑以精確的定位固定在微流體裝置中。在包括微通道的微流體裝置(300)可以被使用之前，其必須被按照下文詳細描述的方式制備，并且特別參照圖4的微流體裝置的示意圖微流體裝置制備單塊制備在微流體裝置(300)的六邊形提取室(30 中通過將10 1比的硅酸鉀和甲酰胺的溶液壓力注入到樣品引入口(301)中來形成基于二氧化硅的提取單塊。周圍的通道被3%甘油羥基乙基纖維素(HEC)凝膠填充，確保二氧化硅溶液在95°C下固化12小時期間保持在六邊形提取室(30 中。在固化過程之后，使用水洗滌來自通道的HEC凝膠。 基于二氧化硅的單塊由硅酸鉀(9% Κ20,21% SiO2)和甲酰胺(98% )制造。通道A的制備通過將低熔點瓊脂糖凝膠溶解在去離子水中以得到3% (w/v)的濃度(100 μ 1去離子水中0. 0030g瓊脂糖)并且加熱至75°C來制備瓊脂糖洗滌遞送凝膠。 當凝膠已經(jīng)形成但是仍然呈熔融形式時，將80%乙醇和20% IM氯化鈉溶液加入、混合并且壓力注入口 A中，以填充從口 A處的入口至被定位在提取室(302)中的單塊的通道長度。通道B的制備將低熔點瓊脂糖溶解在不含DNA/RNA的水中，并且加熱至75°C，保持lOmin，將凝膠的濃度保持在低水平，使得大容量的水自由地運動經(jīng)過凝膠。當凝膠已經(jīng)形成但是仍然呈熔融形式時，將凝膠壓力注入口 B中，以填充從口 B處的入口至被定位在提取室(302)中的單塊的通道長度。通道C的制備將低熔點瓊脂糖溶解在不含DNA/RNA的水中，并且加熱至75°C，保持lOmin。在仍然呈熔融形式時，將凝膠壓力注入口 C中。分離通道(304)的制備通過長時期攪動的方法，將聚環(huán)氧乙烷(PEO)凝膠制備成IXTris-EDTA緩沖劑中高達2. 5%的濃度；然后，通過壓力注入口 G中，將聚環(huán)氧乙烷 (PEO)凝膠引入裝置中。凝膠的粘性使對流速的控制能夠被實現(xiàn)，使得注入僅被朝向通道 D-F的交叉處進行。在可選擇的實施方案中，具有合適粘性的其他凝膠可以在分離通道中采用，例如具有IXTris TAPS EDTA(TTE)緩沖劑中6M尿素的線型聚丙烯酰胺(LPA)。PCR室(303)的制備將低熔點瓊脂糖溶解在不含DNA/RNA的水中，并且加熱至 75°C，保持lOmin。當凝膠已經(jīng)形成并且仍然呈熔融形式時，將PCR試劑加入(NH4緩沖劑、 BSA、正向引物和反向引物、dNTP、MgCl2* Taq聚合酶)并且混合。在“PCR凝膠”仍然呈熔融形式時，將“PCR凝膠”通過壓力注入口 D中來注入到PCR室(303)中，填充通道D-F并且至口 E。然后用導電聚合物塞閉合口 A-G，將導電聚合物塞連接于電極并由電源供電，電源可以位于整體式分析器系統(tǒng)的第一部件中。整個分析方法的各階段(至少在細胞溶解之后)發(fā)生在上述類型的密封的微流體裝置(300)內(nèi)。在用于分析器系統(tǒng)中之前，微流體裝置(300)必須用具有對于所需階段中的每一階段來說合適的化學性質(zhì)的試劑進行預加載，并且裝置優(yōu)選被在4°C下儲存。在一種操作模式中，一旦使用者“就位”，那么溶解的樣品隨后就可以被手動加載到微流體裝置(300) 上。在另一種操作模式中，樣品的溶解也可以在裝置上或裝置處進行。這些替代形式在下文更詳細地討論。控制溶解的樣品和DNA向毛細管通道中的注入對于獲得可重復的分離和可靠的檢測分辨率來說是非常重要的。向微流體裝置中的注入可以通過吸力、壓力或重力以流體靜力方式進行控制，或以電動力方式進行控制，電動力方式固有地比流體動力系統(tǒng)更適于精確且準確地控制樣品引入，同時不再需要外部的泵、致動器、閥門等。在本實施方案中，樣品的裝載經(jīng)由樣品引入口(301)進行，例如通過將幾微升的溶解的樣品用滴管移入樣品引入口(301)中，或通過將樣品施用于被溶解劑浸泡過的海綿(501)并且將海綿(501)施用或保持在樣品引入口(如圖5所示)。從樣品引入口處，樣品滲入DNA提取室(502)中的二氧化硅多孔單塊中。然后用帽狀物密封引入口，并且通過向被定位在A-G處的并且如圖 4中所示的電極施加電場來在室和通道內(nèi)操作樣品。系統(tǒng)自身包括完全集成的便攜式DNA分析器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括容納裝置(如圖1 和2所示)，容納裝置具有兩個分立的但是互相配合的部件。第一部件是控制單元，控制單元容納所有為控制諸如熱循環(huán)和檢測的過程所必需的硬件和軟件。第二部件或另外的部件是微流體裝置，微流體裝置容納樣品和有關(guān)的處理試劑。細胞溶解之后的整個分析方法在上述類型的密封微流體裝置(300)內(nèi)發(fā)生。在優(yōu)選的情況下，細胞溶解在裝載有溶解劑的海綿(501)中進行，并且該階段也可以在裝置 (500)上發(fā)生。容納裝置的第一部件包括所有用于控制樣品運動、PCR擴增和分析的硬件， 容納裝置的第一部件在微流體裝置(300、500)的外部。系統(tǒng)的包括第一部件，即硬件的容納裝置可以在圖1中看到，而微流體裝置可以原位地在圖2中的系統(tǒng)的容納裝置內(nèi)看到。本發(fā)明的分析器系統(tǒng)通過觸摸屏控制面板控制并且是完全自動化的，使得一旦蓋被閉合，分析過程將運行直至完成，產(chǎn)生所需要的DNA特征曲線。一旦微流體裝置(300、 500)裝載有樣品/溶解的樣品，那么將微流體裝置(300、500)放置在系統(tǒng)內(nèi)，并且在電極 A和C之間施加電偏壓，以用醇溶液洗滌來自溶解的樣品中的DNA，如在上文的通道A的制備中描述的，以除去可能潛在地干擾過程的細胞碎片和其他材料，例如在血液樣品中存在的血紅素分子。然后在口 B和D之間施加偏壓(bias)，該偏壓將水從通道B泵送穿過裝置 (300,500)的提取室(302、502)中的二氧化硅單塊，由此將DNA洗脫入由凝膠填充的PCR 室(303)中。在PCR室內(nèi)，在已知合適的試劑的存在下，經(jīng)過三個PCR溫度，將DNA循環(huán)約 25至30次，以擴增DNA特征曲線所需要的DNA的片段。這些試劑還可以含有熒光染料，熒光染料可以附接于所選擇的DNA片段，使得它們可以在分離過程期間被檢測到。然后，已擴增的片段(例如，由擴增用于標準DNA指紋識別的十一個基因座產(chǎn)生的PCR產(chǎn)物)以電動力方式被牽拉至分離通道(304)的頸部，在分離通道(304)的頸部處，將確定的少量引入分離通道(304)中。這也使用電場進行，其中在電極G和E處，將大的電偏壓施加于分離通道 (304)，使得擴增產(chǎn)物的DNA片段在隨分離通道(304)向下運動時分離。電極接頭通常呈具有約500 μ m直徑的形式，并且鉬絲是優(yōu)選的。更優(yōu)選地，導電聚合物，例如碳填充的聚苯乙烯，被用作裝置的電極接頭，并且涂覆金的銅電極用于將控制單元電源連接至聚合物電極。當擴增產(chǎn)物的DNA片段穿過凝膠基質(zhì)時，它們的分離受到它們的電荷和尺寸的影響。它們的遷移時間實質(zhì)上決定它們的尺寸。核酸片段基于尺寸的電泳分離過程是眾所周知的技術(shù)并且在此不需要進一步解釋。在本發(fā)明的本實施方案中，使用至少兩個激光器和兩個分光計來進行這些片段的檢測。對檢測器的唯一要求是知道激光器發(fā)射具有非常精確的波長的光，使得光可以區(qū)別于用于標記核酸片段的熒光染料的四種頻率。簡而言之，兩個激光器激發(fā)熒光染料(在這種情況下，四種)，以允許兩個分光計或檢測器(二者被要求允許系統(tǒng)對于2個激光器的光是“盲的”但是仍然看到四種熒光染料)識別片段經(jīng)過靠近口的檢測窗的時間，由此使DNA特征曲線或指紋識別能夠被描繪。在運行完成時，機器以類似于通常由ABI (Applied Biosystems Ltd，Warhngton，英國)生成的商用序列的圖形的形式輸出特征曲線。用于在分析器系統(tǒng)中使用微流體裝置的方法還在下文更詳細地提供和描述。實質(zhì)上，待測試的溶解的樣品被手動地引入微流體裝置中，或待測試的樣品被引入裝載有用于在裝置上溶解待測試的樣品的溶解劑的海綿上。然后，溶解的樣品被吸收至二氧化硅單塊上，然后在二氧化硅單塊上原位提取DNA并且洗滌，接著洗脫DNA并使用PCR方法擴增，之后分離出DNA的熒光標記的片段以獲得基因指紋。系統(tǒng)的輸出結(jié)果與保存在英國國家法醫(yī)科學服務處內(nèi)的DNA數(shù)據(jù)庫是兼容的，但是可以被容易地改變結(jié)構(gòu)，以與其他國家的那些數(shù)據(jù)庫兼容，如果需要的話。在分析器系統(tǒng)中使用本發(fā)明的微流體裝置的方法將再次參照圖4在下文更詳細地進行描述a)利用樣品引入口(301)將10_50微升的樣品溶解產(chǎn)物和鹽酸胍手動加載到位于微流體裝置(300)的DNA提取室(302)內(nèi)的二氧化硅單塊上。b)使用位于微流體裝置(300)的口 A和C處的電極，通過將80 %的乙醇溶液從洗滌入口(口 A)穿過容納基于二氧化硅的提取單塊的DNA提取室(302)移動至洗滌出口( 口 C)來洗滌含有DNA的溶解的樣品。這通過在口兩側(cè)施加偏壓并且攪動電滲透流(EOF)來實現(xiàn)。攪動EOF的典型電壓是50-150v/cm(見表1)。80%乙醇溶液洗滌單塊的細胞碎片和不需要的基質(zhì)，以實現(xiàn)溶解的樣品內(nèi)含有的DNA的回收。c)然后，通過在微流體裝置(300)的口 B和D之間施加偏壓由此攪動EOF流，使用 H20將保留在二氧化硅單塊上的DNA洗脫入PCR室(303)中(見表1)。d)使用聚合酶鏈反應(PCR)擴增DNA，以形成DNA片段。將PCR室(303)循環(huán)加熱過3個離散的溫度；結(jié)果，所選擇的DNA片段被指數(shù)地擴增。合適的探針用于提供所關(guān)心的擴增片段。在完成25至30次PCR過程循環(huán)時，允許含有擴增產(chǎn)物的凝膠凝固，即恢復至環(huán)境溫度。e)以電泳方式將含有DNA片段的PCR產(chǎn)物從PCR室(303)移動至分離通道(304) 的頸部，在分離通道(304)的頸部使用本領(lǐng)域眾所周知的捏注入(pinched injection)技術(shù)以電動力方式注入微流體裝置(303)的分離通道(304)中。以這種方式，一小部分含有 DNA片段的PCR產(chǎn)物被牽拉入分離通道(304)中持續(xù)受控的時間(見表1)，然后將電壓施加于電極D、E和F，以將沒有被注入分離通道(304)中的PCR產(chǎn)物牽拉回來，由此形成注入的PCR產(chǎn)物的不連續(xù)的條。然后，將電壓施加于電極D、E、F和G(如表1中詳細描述的)， 以在分離開始之前集中PCR產(chǎn)物的不連續(xù)的條的帶電的DNA片段。f)通過在口 D-G之間施加偏壓，將注入的PCR產(chǎn)物的DNA片段沿微流體裝置(300) 的分離通道(304)進行電泳分離(見表1)。表1-用于試劑和DNA片段遷移率的施加電壓和時間
權(quán)利要求
1.一種基于凝膠的整體式微流體樣品處理裝置，包括基底，所述基底具有多個微通道， 以形成至少一個DNA提取室，所述至少一個DNA提取室與擴增室流體配合，所述擴增室進而與分離和檢測通道流體配合；所述微通道容納DNA提取材料和對于處理所述樣品來說所必需的基于凝膠的反應試劑；所述裝置還包括電接觸，所述電接觸用于耦合于外部電源并且能夠引起對整個裝置中的所述基于凝膠的試劑和從所述樣品提取的DNA的電動力操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述基底由惰性不導電材料形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述基底由玻璃或類似物形成。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中所述裝置的尺寸在120mm乘60mm的區(qū)域中。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中所述DNA提取材料是位于所述DNA提取室中的帶電材料。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中所述DNA提取材料是位于所述DNA提取室中的固相提取材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述固相提取材料是多孔的基于二氧化硅的固相提取材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述基于二氧化硅的固相提取材料是基于二氧化硅的單塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述基于二氧化硅的單塊是熱引發(fā)的基于二氧化硅的單塊。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中所述至少DNA提取室、擴增室以及分離和檢測通道包括在它們中的基于凝膠的試劑，所述至少DNA提取室、擴增室以及分離和檢測通道的每一個中的所述基于凝膠的試劑與在其中發(fā)生的過程的性質(zhì)有關(guān)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中多個另外的通道、入口和出口被設置用于引入到所述裝置周圍或在所述裝置周圍運動或除去基于凝膠的試劑。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中所述DNA提取室包括樣品引入口。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述樣品引入口包括樣品接收工具或與所述樣品接收工具流體連通，以提供溶解的樣品的引入。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述樣品接收工具適于提供將溶解的樣品直接引入到所述DNA提取室中。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述樣品接收工具適于提供未溶解的生物樣品的接收、所述未溶解的生物樣品的溶解以及將所述溶解的樣品引入到所述DNA提取室中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述樣品接收工具包括吸收性構(gòu)件，所述吸收性構(gòu)件用于在使用中接收樣品，預裝載溶解劑以及適于被放置為與DNA提取室引入口流體連通，以在被如此放置時向所述DNA提取室引入口中接收、溶解和引入樣品。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中所述DNA提取室包括洗滌入口和與所述洗滌入口流體連接的洗滌出口。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中所述基底被蓋密封以用于包封在其中界定的內(nèi)部微通道。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中所述裝置包括多個電極，以電動力操作整個裝置中被支持在凝膠內(nèi)的試劑、溶解的樣品和所提取的DNA和DNA片段；所述電極在一端可密封地連接于所述裝置，并且遠離所述裝置的那些端可連接于電源。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中所述基于凝膠的反應試劑包括光學探針。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述光學探針是熒光染料。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述光學探針是化學發(fā)光染料。
23.一種用于分析生物樣品中的DNA的便攜的整體式系統(tǒng)，包括用于對來自所述樣品的DNA片段進行提取和純化、擴增、分離和分析的電動力驅(qū)動系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括基于凝膠的微流體樣品處理裝置，所述基于凝膠的微流體樣品處理裝置包括基底，所述基底具有多個微通道，以形成至少一個DNA提取室，所述至少一個DNA提取室與溶解室和擴增室流體配合，所述溶解室和所述擴增室進而與分離和檢測通道流體配合，多個電極被定位在所述微流體裝置內(nèi)并且耦合于電源，所述多個電極被配置為電動力操作所述微流體裝置周圍的基于凝膠的試劑以及DNA和DNA片段，其中所述微流體裝置適于經(jīng)過所述DNA提取室接收所述樣品；所述系統(tǒng)還包括加熱元件，其耦合于或毗鄰所述微流體樣品處理裝置； 檢測器，其被定位為通過可檢測信號檢測DNA片段；以及便攜的殼體，其被配置為容納所述微流體裝置、電動力驅(qū)動系統(tǒng)、所述檢測器和所述電源。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述加熱元件是非接觸式加熱元件。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的系統(tǒng)，其中所述加熱元件包括微波輻射的源。
26.根據(jù)權(quán)利要求23至25中任一項所述的系統(tǒng)，還包括用于以圖形形式顯示所述DNA 可檢測信號的輸出工具。
27.一種分析DNA的方法，包括a)將樣品引入位于分析器系統(tǒng)中的基于凝膠的微流體樣品處理裝置的DNA提取室中；b)在所述DNA提取室內(nèi)對所述樣品進行電動力操作以提取DNA；c)將所述DNA提取室中的所述DNA電動力洗脫至擴增室；d)在所述擴增室中擴增所述DNA，以在凝膠內(nèi)形成擴增產(chǎn)物；e)將所述擴增產(chǎn)物電動力注入分離通道中；f)對所述擴增產(chǎn)物進行電動力分離，以形成DNA特征曲線。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述樣品在被引入所述DNA提取室中之前被溶解。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的方法，其中所述樣品在被引入所述裝置中之前被溶解。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的方法，其中所述樣品在離液鹽溶液中被引入所述裝置中。
31.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的方法，其中樣品溶解步驟在所述裝置旁或在所述裝置上進行。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述樣品通過以下步驟被引入 提供裝載有溶解劑的吸收性構(gòu)件；向所述吸收性構(gòu)件上施用未溶解的生物細胞的樣品；將所述吸收性構(gòu)件施用在和/或保留在與所述DNA提取室流體連通的樣品接收部位處，以向所述DNA提取室中引入溶解的樣品。
33.根據(jù)權(quán)利要求27至32中任一項所述的方法，其中將所述DNA提取室中的所述DNA 洗脫至所述擴增室通過電動力操作來進行。
34.根據(jù)權(quán)利要求27至33中任一項所述的方法，其中所述樣品通過將洗滌溶液從所述 DNA提取室的洗滌入口運動至所述DNA提取室的洗滌出口被電動力純化。
35.根據(jù)權(quán)利要求27或34中任一項所述的方法，其中在所述DNA室內(nèi)對所述樣品的所述電動力操作借助于電滲透操作所述樣品來進行。
36.根據(jù)權(quán)利要求27至35中任一項所述的方法，其中所述DNA片段的擴增通過聚合酶鏈反應(PC 來進行。
37.根據(jù)權(quán)利要求27至36中任一項所述的方法，其中所述擴增產(chǎn)物的所述電動力分離通過電泳分離來進行。
38.根據(jù)權(quán)利要求27至37中任一項所述的方法，其中所述方法還包括以下步驟檢測所述DNA特征曲線并且將所述檢測信號傳遞至輸出工具，使得能夠以圖形方式觀察所述特征曲線。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述方法還包括將所述特征曲線與已知的特征曲線進行比較。
40.一種基于凝膠的微流體樣品處理裝置，其如在本文中并參考圖3、4、10和11大體描述的。
41.一種用于分析生物樣品中的DNA的便攜的整體式系統(tǒng)，其如在本文中并參考圖1和 2大體描述的。
42.一種分析DNA的方法，其如在本文中參考實施例大體描述的。
全文摘要
一種適合于在犯罪現(xiàn)場的法醫(yī)調(diào)查的基于凝膠的整體式微流體樣品處理裝置，包括基底，基底具有多個微通道，以形成至少一個DNA提取室，所述至少一個DNA提取室與擴增室流體配合，擴增室進而與分離和檢測通道流體配合；所述微通道容納DNA提取材料和對于處理所述樣品來說所必需的基于凝膠的反應試劑；裝置還包括電接觸，電接觸用于耦合于外部電源且能夠引起對整個裝置中的所述基于凝膠的試劑和從所述樣品提取的DNA的電動力操作。
文檔編號B01L7/00GK102245305SQ200980149637
公開日2011年11月16日 申請日期2009年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月10日
發(fā)明者斯蒂芬·約翰·哈斯韋爾 申請人:赫爾大學