本文描述的技术涉及对诸如生物样本的样本的处理，例如，与从诸如血液的复杂样本提取的核酸的聚合酶链反应结合，例如，从包含在基底上的生物样本分离出污染物。
背景技术：
1、众所周知，可以收集核酸来用于分析测试。从例如血液收集核酸的主要挑战是生物样本常常含有污染物。因此，核酸样本纯化已经变成实验工作流程中的重要步骤，如样本核酸的品质会影响下游应用的性能，尤其是在诸如聚合酶链反应(pcr)的对污染物敏感的应用中。
2、众多常见的核酸纯化技术包括离心、化学分离或基于固相的分离。然而，这些技术是时间和劳动密集型的，并且常常需要使用专业的装备。
3、众所周知的是在生物样本和化学样本的分析中使用微流体。一种此类用法涉及这样一种系统，即，所述系统利用微流体芯片(有时被称为“实验室芯片”)来获得一个或多个样本、对样本进行处理以用于测量并且继而评估成分。然而，样本必须被纯化以去除污染物，从而确保下游应用的品质。
4、pcr是一种下游应用，其需要纯化的核酸样本并且严格控制反应条件以避免交叉污染。在同一微流体芯片上对核酸样本进行多重纯化并且随后对已纯化的样本进行pcr是具有挑战性的，因此需要用于改进此过程的系统和方法。
5、因此，在无需昂贵的且高度专业化的装备的情况下，本领域需要改进纯化生物样本且扩增其中的核酸的过程。
技术实现思路
1、本发明的技术的实施例涉及在插管或试管内以多重形式执行pcr，所述插管或试管也可以用于转移和/或分配样本和试剂以用于以微流体形式分离和纯化样本。本文描述的pcr方法可以与本文描述的分离和纯化技术结合使用，使得样本可以使用相同的仪器在单个测定中被纯化并且从其获得的核酸被扩增。然而，不需要在所述仪器上分离和/或纯化样本，并且本文描述的方法和设备同等地可用于从各种来源获得的预纯化的核酸的pcr。pcr试剂和方法在本领域中是已知的并且在通过引用整体并入的wo 2011/094577中被更详细地描述。
2、一种方法可以被概括为包括：操作泵以将生物样本从孔(well)板的孔通过移液器的移液器尖端抽吸到移液器中；操作第一致动器以使第一阀运动到关闭位置来将移液器内的生物样本与移液器尖端密封；操作泵以对移液器内的生物样本施加正表压；操作第二致动器以使第二阀运动到关闭位置来将移液器内的生物样本与泵密封；以及操作加热器以加热移液器内的生物样本，其中，在第一阀与第二阀之间在移液器内的已加热的生物样本内发生聚合酶链反应。
3、另一种方法可以被概括为包括：操作泵以将生物样本从孔板的孔通过第一移液器尖端抽吸到第一移液器导管中；操作第一致动器以使第一阀运动到关闭位置来将第一移液器导管内的生物样本与第一移液器尖端密封；操作泵以对第一移液器导管内的生物样本施加正表压；操作第二致动器以使第二阀运动到关闭位置来将第一移液器导管内的生物样本与泵密封；以及操作加热器以加热第一移液器导管内的生物样本，其中，在第一阀与第二阀之间在第一移液器导管内的已加热的生物样本内发生化学反应。
4、一种系统可以被概括为包括：第一移液器，其包括第一移液器尖端和沿着第一移液器的第一长度与第一移液器尖端相对的第一移液器的第一端部；第二移液器，其包括第二移液器尖端和沿着第二移液器的第二长度与第二移液器尖端相对的第二移液器的第二端部；三通连接器，其将第一移液器的第二端部流体地连通到第二移液器的第二端部，并且将第一移液器的第二端部和第二移液器的第二端部流体地连通到进给器导管；和加热元件，其热耦接到第一长度和第二长度的至少一部分。
5、本文描述的分离和纯化技术可以与pcr分开地执行或在pcr之前执行，本文描述的分离和纯化技术使用电场和/或凝胶(例如，聚醚化合物)从包含在基底上的生物样本分离出诸如核酸的生物分析物。根据该技术的第一示例，一种用于分离生物分析物的方法包括：提供经由微通道彼此连接的第一孔和第二孔。在其中放置有生物样本的第一孔中提供诸如缓冲液的流体。然后，磁珠(例如，基于聚乙烯醇的磁性颗粒)(m-pva磁珠)被引入第一孔中。m-pva磁珠的表面可以借助许多不同的组被功能化并且通过各个可调谐(tunable)的载荷进行修改。在一个示例中，m-pva磁珠可以被调谐以分离生物样本中的核酸，所述生物样本会包括血液。
6、m-pva磁珠分离生物样本中的核酸，并且将目标分子吸到m-pva磁珠。然后，将电场施加到第一孔，所述电场与缓冲液中的带负电荷的污染物相互作用。然后，使位于第一孔外部的磁体靠近第一孔。磁体起到吸引m-pva磁珠的作用，以便当磁体在外部朝向微通道运动时，m-pva磁珠连同被其吸引的目标分子一起被拉向微通道并拉入微通道中。然而，带负电荷的污染物的大部分由于它们与电场的相互作用而被维持在第一孔中。磁体继续沿着其在微通道中的路径朝向第二孔运动，将m-pva磁珠和目标分子拉入第二孔中。微通道也容纳缓冲液，并且m-pva磁珠通过微通道中的缓冲液的运动进一步起到从目标分子脱落污染物的作用，以便在m-pva磁珠到达第二孔的时候目标分子本质上没有污染物。
7、此时，m-pva磁珠可以在仍然粘附有目标分子的情况下从第二孔撤回，并且m-pva磁珠可以被放置到腔室中，在所述腔室处m-pva磁珠可以被去调谐(de-tuned)以脱落目标分子并且继而被去除。该结果是本质上没有污染物的非常干净的生物样本。不需要例如对于离心、化学分离或基于固相的分离所需的昂贵的或专业的装备。反而，该技术可以以简单的微流体芯片形式实施，所述简单的微流体芯片形式具有较少的运动部件并且不需要广泛的功率需求。
8、在一些示例中，第三孔可以经由第二微通道与第二孔连接。在这种配置中，一旦磁体已经使带有目标分子的m-pva磁珠运动到第二孔中，磁体就继而可以朝向第二微通道运动，从而将m-pva磁珠从第二孔中拉出而使其进入第二微通道中。然后，磁体可以朝向第三孔运动，以便使m-pva磁珠被拉入第三孔中。这种配置为生物样本提供了另一个清洁阶段，用于需要所述清洁阶段的应用(例如，pcr)。
9、在一些示例中，应认为，可以通过创建从第二孔朝向第一孔的缓冲液的流动来实现生物样本的额外的清洁。这可以通过在孔之间的简单的流体体积差来实现。在一个示例中，可以为第二孔提供比在第一孔中提供的流体更大体积的流体。例如，可以提供在20％至50％的范围内的流体体积差，这可以产生期望的流速。该额外的体积可以在生物样本被插入第一孔中之后添加，以便在m-pva磁珠从第一孔运动到第二孔期间发生流体从第二孔通过微通道流入第一孔中。这种流体流动将起到把从第一孔逃逸的任何污染物携带离开微通道而返回到第一孔中的作用。
10、在一些示例中，通过应用第一电导体和第二电导体将电场施加到第一孔或腔室。电源被连接到第一电导体和第二电导体，用于在电导体之间创建电势能差。此外，可以使用软件来控制电源，从而在导体之间发展出期望的电压。应预料到，该软件可以主动地控制横过导体的电压的大小。
11、在一些示例中，该系统可以进一步包括与第一电导体耦接并且适于使第一电导体运动进出第一孔的马达。同样，该系统可以进一步包括与第二电导体耦接并且适于使第二电导体运动进出第一孔的马达。
12、在一些示例中，该系统可以包括与输送系统耦接的马达，所述输送系统用于将m-pva磁珠插入第一孔中并且用于磁体的全自动运动，所述磁体的全自动运动起到将m-pva磁珠从第一孔拉入微通道中和拉入第二孔中的作用。同样，该系统可以进一步包括与磁体耦接的马达，以将m-pva磁珠从第二孔撤回并且用于将其插入腔室中。
13、在一些示例中，m-pva磁珠被调谐以吸引脱氧核糖核酸，而在其它示例中，m-pva磁珠被调谐以吸引核糖核酸。然后，已分离和纯化的核酸可以任选地经由如本文描述的pcr被扩增。
14、在一个示例中，提供了一种用于从生物样本去除污染物的方法，所述方法包括以下步骤：提供经由微通道彼此连接的第一孔和第二孔，以及在第一孔、第二孔和微通道中提供流体。该方法进一步包括以下步骤：将生物样本放置到第一孔中，将磁珠引入第一孔中，以及将生物样本内的目标分子吸到磁珠。该方法又进一步包括以下步骤：向第一孔施加电场，电场与污染物相互作用，将产生磁场的磁体引入到第一孔附近，磁场与磁珠相互作用并且使磁体朝向微通道运动，磁珠随着磁体的运动而被吸引，使得磁珠和目标分子被吸入微通道中。该方法被提供为使得电场作用在污染物上，从而在磁珠和目标分子运动到微通道中时将污染物维持在第一孔中。最后，该方法包括以下步骤：使磁体朝向第二孔运动，磁珠和目标分子随着磁体的运动而被吸引，使得磁珠和目标分子被吸入第二孔中。任选地，在这样的方法中获得样本的已纯化的核酸经由如本文描述的pcr被进一步扩增。
15、在另一个示例中，提供了一种用于从生物样本去除污染物以例如制备用于pcr的样本的系统，所述系统包括适于容纳流体且接收生物样本的第一孔、适于容纳流体的第二孔以及在第一孔和第二孔之间延伸的微通道。该系统被提供为使得磁珠适于被引入第一孔中，磁珠被调谐以吸引生物样本中的目标分子。该系统进一步包括电源和耦接到电源的两个探针，所述两个探针适于将电场施加到第一孔。该系统被提供为使得当向两个探针施加电力时这两个探针适于在它们之间产生电场，其中污染物与电场相互作用。该系统又进一步包括适于运动到第一孔附近的磁体，所述磁体适于产生磁场以与磁珠相互作用。该系统进一步被提供为使得磁体被提供为朝向微通道运动，使得磁珠随着磁体的运动而被吸入微通道中。另外地，电场适于与污染物相互作用，使得污染物被维持在第一孔中，并且磁体适于朝向第二孔运动，使得磁珠和目标分子被吸入第二孔中。
16、m-pva磁珠分离生物样本中的核酸，并且将目标分子吸到m-pva磁珠。然后，使位于第一孔外部的磁体靠近第一孔。磁体起到吸引m-pva磁珠的作用，以便当磁体朝向微通道运动时，m-pva磁珠连同被其吸引的目标分子一起被拉向微通道并拉入微通道中。微通道被填充有聚醚化合物，例如，聚乙二醇(peg)，所述聚醚化合物根据其分子量也被称为聚环氧乙烷或聚氧乙烯。污染物是带负电荷的粒子。当带负电荷的污染物被吸入peg中时，peg起到阻塞这些带负电荷的物质通过微通道前进的作用。
17、磁体继续沿着其在微通道中的路径朝向第二孔运动，将m-pva磁珠和目标分子拉入第二孔中。在m-pva磁珠到达第二孔的时候，目标分子本质上没有污染物，所述污染物已经在peg中脱落。
18、此时，m-pva磁珠可以在仍然粘附有目标分子的情况下从第二孔撤回，并且m-pva磁珠可以被放置到腔室中，在所述腔室处m-pva磁珠可以被去调谐以脱落目标分子并且继而被去除。该结果是本质上没有污染物的非常干净的生物样本。不需要例如对于离心、化学分离或基于固相的分离所需的昂贵的或专业的装备。反而，该技术可以以简单的微流体芯片形式实施，所述简单的微流体芯片形式具有较少的运动部件或者需要广泛的功率需求。
19、在一些示例中，第三孔可以经由第二微通道与第二孔连接。在这种配置中，一旦磁体已经使带有目标分子的m-pva磁珠运动到第二孔中，磁体就继而可以朝向第二微通道运动，从而将m-pva磁珠从第二孔中拉出而使其进入第二微通道中。第二微通道也可以包括peg。然后，磁体可以朝向第三孔运动，以便使m-pva磁珠被拉入第三孔中。这种配置为生物样本提供了另一个清洁阶段，用于需要所述清洁阶段的应用。
20、又进一步预期，第一孔和第二孔可以包含诸如peg的凝胶，其将起到又进一步清洁生物样本的作用。
21、在一些示例中，应认为，可以通过创建从第二孔朝向第一孔的凝胶的流动来实现生物样本的额外的清洁。这可以通过在孔之间的凝胶的简单的流体体积差来实现。在一个示例中，可以为第二孔提供比在第一孔中提供的凝胶更大体积的凝胶。该额外的体积可以在生物样本被插入第一孔中之后添加，以便在m-pva磁珠从第一孔运动到第二孔期间发生凝胶从第二孔通过微通道流入第一孔中。这种流体流动将起到把从第一孔逃逸的任何污染物携带离开微通道而返回到第一孔中的作用。
22、在一些示例中，该系统可以包括与输送系统耦接的马达，所述输送系统用于将m-pva磁珠插入第一孔中并且用于磁体的全自动运动，所述磁体的全自动运动起到将m-pva磁珠从第一孔拉入微通道中和拉入第二孔中的作用。同样，该系统可以进一步包括与磁体耦接的马达，以将m-pva磁珠从第二孔撤回并且用于将其插入腔室中。
23、在一些示例中，m-pva磁珠被调谐以吸引脱氧核糖核酸，而在其它示例中，m-pva磁珠被调谐以吸引核糖核酸。
24、在一个示例中，提供了一种用于从生物样本去除污染物以例如制备用于如本文描述的pcr的样本的方法，所述方法包括以下步骤：提供经由微通道彼此连接的第一孔和第二孔，在第一孔、第二孔和微通道中提供流体，以及将生物样本放置到第一孔中。该方法进一步包括以下步骤：将磁珠引入第一孔中，将生物样本内的目标分子吸到磁珠，以及将产生磁场的磁体引入到第一孔附近，磁场与磁珠相互作用。该方法又进一步包括以下步骤：使磁体朝向微通道运动，磁珠随着磁体的运动而被吸引，使得磁珠和目标分子被吸入微通道中，以及在微通道中提供凝胶，其中凝胶与污染物相互作用。该方法被提供为使得凝胶与污染物相互作用。最后，该方法包括以下步骤：使磁体朝向第二孔运动，磁珠和目标分子随着磁体的运动而被吸引，使得污染物与目标分子分开，如污染物被维持在凝胶内并且磁珠和目标分子被吸入第二孔中。
25、在另一个示例中，提供了一种用于从生物样本去除污染物的系统，所述系统包括适于容纳流体且接收生物样本的第一孔、适于容纳流体的第二孔、在第一孔和第二孔之间延伸的微通道以及位于微通道内的凝胶。已纯化的生物样本可以任选地根据本文描述的方法经受pcr。该系统被提供为使得磁珠适于被引入第一孔中，磁珠被调谐以吸引生物样本中的目标分子。该系统进一步包括适于运动到第一孔附近的磁体，磁体适于产生磁场以与磁珠相互作用。该系统进一步被提供为使得磁体被提供为朝向微通道运动，其中磁珠随着磁体的运动而被吸入微通道中，并且凝胶适于与污染物相互作用，以便当磁珠通过凝胶运动时污染物的至少一些被捕获在凝胶内。最后，该系统被提供为使得磁体朝向第二孔运动并且磁珠和目标分子被吸入第二孔中。
26、一种系统可以被概括为包括：水平致动器；托盘，其耦接到水平致动器；孔板，其耦接到托盘；微流体芯片，其耦接到孔板；竖直致动器；移液器，其耦接到竖直致动器；加热器或加热元件，其机械地和/或热地耦接到移液器以控制移液器内的流体的温度；泵，其耦接到移液器以控制移液器内的流体的运动；和控制器，其通信地耦接到水平致动器以控制托盘、孔板和微流体芯片的水平运动、通信地耦接到竖直致动器以控制移液器的竖直运动、通信地耦接到泵以控制泵并且通信地耦接到加热器以控制加热器。
27、该系统可以进一步包括：旋转致动器；和磁体，其耦接到旋转致动器；其中，控制器通信地耦接到旋转致动器以控制在托盘下方的磁体的旋转。孔板可以包括位于微流体芯片下方的多个导电引线。移液器可以包括由支撑臂保持在竖直取向中的移液器尖端，并且与移液器尖端相对的移液器的端部可以被保持在筒盒(cartridge)内。加热器可以包括固定侧壁和通过铰链可旋转地耦接到固定侧壁的铰接侧壁。固定侧壁可以包括第一凹槽并且铰接侧壁可以包括第二凹槽，移液器可以通过第一凹槽和第二凹槽在固定侧壁和铰接侧壁之间延伸。固定侧壁可以包括第一杆和第二杆，所述第一杆是可从固定侧壁朝向铰接侧壁向外运动以在接近固定侧壁的第一侧的第一位置处夹住移液器，所述第二杆是可从固定侧壁朝向铰接侧壁向外运动以在接近与固定侧壁的第一侧相对的固定侧壁的第二侧的第二位置处夹住移液器。
28、一种方法可以被概括为包括：在孔板中的第一孔中接收生物样本；在孔板中的第二孔中接收另一种试剂；操作泵以将生物样本从孔板的第一孔抽吸到移液器中；操作致动器以使移液器从孔板第一孔运动到微流体芯片的第一孔；操作泵以将生物样本从移液器驱排到微流体芯片的第一孔中；操作致动器以使移液器从微流体芯片的第一孔运动到微流体芯片的第二孔；操作泵以将生物样本从微流体芯片的第二孔抽吸到移液器中；操作致动器以使移液器从微流体芯片的第二孔运动到孔板的第二孔；操作泵以将所述另一种试剂从孔板的第二孔抽吸到移液器中；操作加热器以加热移液器内的生物样本和所述另一种试剂；以及操作泵以将生物样本从移液器驱排到孔板中的第三孔中。该方法任选地包括在如本文描述的样本的纯化之后执行pcr。
29、生物样本可以包括dna、rna、mrna或蛋白质。可以从微流体芯片中的生物样本去除污染物。可以在移液器内发生聚合酶链反应。
1.一种系统，包括:
2.根据权利要求1所述的系统，其中，加热元件包括热联接到第一移液器的第一长度的至少一部分的第一加热元件、和热联接到第二移液器的第二长度的至少一部分的第二加热元件。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，第一加热元件和第二加热元件能够独立地操作。
4.根据权利要求1所述的系统，还包括被构造成密封第一移液器的第一长度的第一阀、被构造成密封第一移液器的第一长度的第二阀、被构造成密封第二移液器的第二长度的第三阀、和被构造成密封第二移液器的第二长度的第四阀。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，加热元件包括热联接到第一移液器的第一长度的至少一部分的第一加热元件、和热联接到第二移液器的第二长度的至少一部分的第二加热元件。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，第一加热元件和第二加热元件能够独立地操作。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，第一加热元件热联接到在第一阀与第二阀之间的第一移液器的第一长度的至少一部分，并且第二加热元件热联接到在第三阀与第四阀之间的第二移液器的第二长度的至少一部分。
8.一种系统，包括:
9.根据权利要求8所述的系统，其中，第一加热元件和第二加热元件能够独立地操作。
10.根据权利要求8所述的系统，还包括被构造成密封第一移液器的第一长度和第三移液器的第三长度的第一阀、被构造成密封第一移液器的第一长度和第三移液器的第三长度的第二阀、被构造成密封第二移液器的第二长度和第四移液器的第四长度的第三阀、和被构造成密封第二移液器的第二长度和第四移液器的第四长度的第四阀。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，第一加热元件和第二加热元件能够独立地操作。
12.根据权利要求10所述的系统，其中，第一加热元件热联接到在第一阀与第二阀之间的第一移液器的第一长度和第三移液器的第三长度的至少一部分，并且第二加热元件热联接到在第三阀与第四阀之间的第二移液器的第二长度和第四移液器的第四长度的至少一部分。
