Одноразовый чип-картридж для проведения амплификации нуклеиновых кислот



Одноразовый чип-картридж для проведения амплификации нуклеиновых кислот
Одноразовый чип-картридж для проведения амплификации нуклеиновых кислот
Одноразовый чип-картридж для проведения амплификации нуклеиновых кислот
G01N1/31 - Исследование или анализ материалов путем определения их химических или физических свойств (разделение материалов вообще B01D,B01J,B03,B07; аппараты, полностью охватываемые каким-либо подклассом, см. в соответствующем подклассе, например B01L; измерение или испытание с помощью ферментов или микроорганизмов C12M,C12Q; исследование грунта основания на стройплощадке E02D 1/00;мониторинговые или диагностические устройства для оборудования для обработки выхлопных газов F01N 11/00; определение изменений влажности при компенсационных измерениях других переменных величин или для коррекции показаний приборов при изменении влажности, см. G01D или соответствующий подкласс, относящийся к измеряемой величине; испытание

Владельцы патента RU 2758719:

Общество с ограниченной ответственностью «Троицкий инженерный центр» (ООО «ТИЦ») (RU)

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен одноразовый чип-картридж для проведения амплификации нуклеиновых кислот. Чип выполнен в виде прозрачной пластины с реакционными лунками и герметизирующими элементами для обеих сторон пластины. Лунки расположены на пластине в два ряда, при этом заправочные отверстия и отверстия для выхода воздуха расположены с противоположных сторон каждой из реакционных лунок под углом к торцам пластины, заправочные отверстия и отверстия для выхода воздуха выполнены ступенчатой формы. Герметизирующие элементы выполнены в виде примыкающей к пластине плёнки с клейкой рабочей поверхностью, пластина выполнена из полимерного материала, обладающего высокой биоинертностью, низкой автофлуоресценцией и высоким уровнем прохождения света. Изобретение обеспечивает повышение универсальности и компактности, надежности при проведении исследований, а также осуществление исследования в полевых условиях. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области биотехнологии и предназначено для использования в компактном переносном приборе для проведения ПЦР в режиме реального времени. 

Из области техники известен прибор для анализа нуклеиновых кислот методом полимеразной цепной реакции в реальном времени, содержащее микрочип с теплопроводной подложкой, имеющей коэффициент теплопроводности более 1 Вт/см · K и коэффициент температуропроводности более 0,6 см2 /с, отделённой от зоны реакции на поверхности микрочипа с помощью промежуточного материала, и слоем жидкости, не смешивающейся с водой, которая удерживается на верхней поверхности теплопроводной подложки с помощью периферийного барьера (см. опубликованную заявку US 2011189683, Кл. C12M 1/34, опубл. в 2011 г.). Такое достаточно сложное устройство предполагает использование составного микрочипа с несколькими барьерами.

Известно устройство для детектирования капельной ПЦР-амплификации на основе микрожидкостного чипа, который представляет собой сэндвич-структуру, включающую основной лист, расположенный над ним верхний покровный лист и нижний лист, причем все три листа соединены и склеены двусторонней лентой (см. патент CN 109652298, Кл. C12M 1/00, опубл. в 2019 г.). В данном устройстве существует необходимость дополнительных реагентов и сложность технологического процесса изготовления чипа.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является одноразовый чип ПЦР, включающий пластину, которая имеет корпус, в котором расположены реакционные камеры, сообщающиеся с каналами; при этом каналы выполнены с возможностью герметизации, а в корпусе расположены шесть реакционных ячеек, каждая реакционная ячейка содержит: реакционную камеру, расширительную камеру, связанную с реакционной камерой, заправочное отверстие и выходное отверстие на лицевой поверхности чипа, заправочный и выходной каналы, герметизирующий клапан, расположенный в каждом канале и включающий толкатель и эластичный герметизирующий элемент, при этом пластина выполнена из поликарбоната или циклических полиолефинов (см. патент RU № 2703776, МПК C12Q 1/6806, опубл. в 2019 году). Каждый канал чипа содержит герметизирующие клапаны, перекрывающие заправочный и выходной каналы в чипе с помощью толкателя, который прижимает эластичный герметизирующий элемент к поверхности чипа. Рабочее положение чипа и термоциклёра вертикальное. Чип прижимается к термоциклёру с усилием 30 кгс (для исключения возможной деформации чипа в процессе термоциклирования). Работа с чипом предполагает его поворот на 90° после заправки для контакта с термоциклером и дополнительных усилий для прижима к нему, чтобы исключить протекание заправленной в реакционные камеры чипа жидкости. Реакционные ячейки расположены в один ряд, что приводит к необходимости увеличения размеров пластины чипа в длину. Специфика чипа и его использования обоснованы ограничивающими конструктивными признаками прибора.

Техническая проблема заключается в том, что описанные устройства не обеспечивают достижения высокой точности исследований при проведении анализа прибором ПЦР в «полевых» (не лабораторных) условиях в режиме реального времени, например, при выезде на дом к больному, в автомобиле, на улице. В них остается нерешенной задача упрощения средств исследования при высокой результативности. Решение данной задачи не должно ограничиваться только возможностью проведения амплификации нуклеиновых кислот в лабораторных условиях. Найденное решение должно давать возможность проводить различные исследования не только в лабораторных условиях, но и в местах, не предназначенных для медицинских целей.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи повышения универсальности и компактности одноразовых чипов-картриджей с повышением их надежности при проведении различных исследований.

Решение поставленной технической задачи достигается за счет того, что в одноразовом чипе-картридже для проведения амплификации нуклеиновых кислот, выполненном в виде прозрачной пластины, содержащей реакционные лунки, сообщающиеся с заправочными отверстиями и отверстиями для выхода воздуха, и герметизирующие элементы для обеих сторон пластины, реакционные лунки расположены на пластине в два ряда, при этом заправочные отверстия и отверстия для выхода воздуха расположены с противоположных сторон реакционных лунок под углом к торцам пластины, причем заправочные отверстия и отверстия для выхода воздуха выполнены сложной ступенчатой формы, а герметизирующие элементы выполнены в виде плёнки с клейкой рабочей поверхностью, примыкающей к пластине, а пластина выполнена из полимерного материала, обладающего высокой биоинертностью, низкой автофлуоресценцией и высоким уровнем прохождения света. Пластина снабжена распложенными на её верхней поверхности пересекающимися дорожками, расположенными под углом к боковым граням пластины и доходящими до боковых торцов пластины. Чип-картридж снабжен направляющими пазами, предназначенными для фиксации пластины. Пластина снабжена сквозной вертикальной прорезью для отделения рабочей зоны и предназначенной для исключения потерь тепла в реакционных лунках. Чип-картридж изготовлен из полимера MAKROLON 2258.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен одноразовый чип-картридж для проведения амплификации нуклеиновых кислот, в изометрии. На фиг. 2 – то же, вид снизу. На фиг. 3 - то же, вид сверху. На фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 2. На фиг. 5 приведено схематичное изображение устройства для использования одноразового чипа-картриджа при проведении амплификации нуклеиновых кислот.

Одноразовый чип-картридж для проведения амплификации нуклеиновых кислот представляет собой плоскую прозрачную пластину 1, изготовленную из полимерного материала, например, из полимерных гранул MAKROLON 2258. Для чипа-картриджа выбран материал с высокой биоинертностью, низкой автофлуоресценцией и высоким уровнем прохождения света. С нижней стороны в пластине выполнены реакционные лунки 2 (реакционные ячейки) для заправки исследуемыми образцами и реагентами. Количество лунок 2 на пластине 1 может варьироваться в зависимости от прибора, в котором будет использован чип-картридж. Каждая реакционная лунка 2 имеет заправочное отверстие 3 и отверстие 4 для выхода воздуха. Предпочтительно, чтобы отверстия 3 и отверстия 4 были расположены с разных сторон лунки 2 под углом к торцам пластины 1, что обеспечивает их максимально удаление друг от друга. Они выполнены сложной ступенчатой формы. Заправочное отверстие 3 может быть снабжено заливной воронкой 5 (фаской) и боковым относительно лунки 2 нижним скосом 6 (см. фиг. 4). Отверстие 4 также имеет боковой относительно лунки 2 нижний скос 7. На верхней поверхности пластины 1 целесообразно выполнить дорожки 8 (проточки). Дорожки 8 выполнены пересекающимися и расположены под углом к боковым граням пластины 1, при этом их концы доходят до боковых торцов пластины 1. Их форма и расположение обусловлены необходимостью исключения перекрестной контаминации между лунками 2 во избежание ложноположительных результатов. Одноразовый чип-картридж может быть снабжен пазами 9, предназначенными для фиксации пластины 1. Их можно разместить в разных местах пластины 1: сверху, снизу, спереди или сбоку в зависимости от конструкции прибора. Рабочая часть чипа-картриджа с лунками 2 может быть отделена от задней нерабочей зоны 10 сквозной вертикальной прорезью 11, предназначенной для исключения потерь тепла в лунках 2. Нижняя плоскость пластины 1 со стороны лунок 2 имеет герметизирующую плёнку (на фигуре не показано), например ПЦР пленку Sovteh P500, плотно прилегающую к поверхности пластины 1 и обеспечивающую полную герметизацию лунок 2 с нижней стороны пластины 1.

При изготовлении одноразовых чипов-картриджей проходят несколько важных этапов. Заготовку чипа-картриджа можно получать методом литья под давлением в пресс-формы из полимерных гранул MAKROLON 2258. Этот материал дает возможность получать пластины 1 с высокой прозрачностью и чистотой. После промывки и просушки на нижнюю плоскость пластины 1 с лунками 2 наклеивают герметизирующую плёнку (на фигуре не показано). Готовые чипы-картриджи укладывают в одноразовые фольгированные пакеты, туда кладут кусочек герметизирующей плёнки для верхних отверстий и запечатывают.

Одноразовый чип-картридж для проведения амплификации нуклеиновых кислот используют следующим образом. Чип-картридж заправляют реагентами, содержащими флуорофоры (флуоресцентные красители), с помощью дозатора или шприца с плоской иглой. Заправочное отверстие 3, как и отверстие 4 для выхода воздуха имеют ступенчатую форму. Такая форма отверстий 3 и 4 предотвращает возможное повреждение герметизирующей плёнки дозатором или иглой на нижней стороне пластины 1, которая герметизирует лунки 2. В одну лунку 2 (например, с габаритами: диаметр 7 мм и высотой 0,6 мм) помещается до 24 мкл жидкости (реагентов). Можно заливать и меньше реагентов, при этом не теряется качество полученного сигнала. Габариты лунки 2 могут быть разными: шире, тоньше или глубже, при этом важно, чтобы объем лунки 2 не изменился. Заправочные отверстия 3 расположены таким образом, чтобы иметь максимально возможное расстояния друг от друга во избежание возможной контаминации между лунками 2. Каждый чип-картридж в данном примере, изображенном на фиг. 1 – 3, имеет по шесть лунок 2. Две из них предполагается использовать для положительного и отрицательного контроля. Форма чипа-картриджа, его размеры и количество лунок 2 зависят от оптической системы, в которой будут использованы. После незначительной доработки оптического узла можно адаптировать любое количество лунок 2 на одном чипе-картридже.

После заправки всех лунок 2 герметизируют заправочные отверстия 3 и отверстия 4 для выхода воздуха. Для этого используют прозрачную плёнку с тонким слоем клея (на фигуре не показано). Плёнку клеящей стороной прикладывают к верхней поверхности пластины 1 и равномерно разглаживают. Этот метод позволяет с высокой эффективностью герметизировать отверстия 3 и 4, при этом лунки 2 окончательно герметизируются тоже, что позволяет избежать разгерметизации во время амплификации. Благодаря наличию заливных воронок 5 (фасок) в отверстиях 3 практически исключается попадание заливаемой жидкости на верхнюю поверхность пластины 1.

После герметизации чип-картридж вставляют в прибор для проведения амплификации нуклеиновых кислот. На фиг. 5 схематически показано использование одноразового чипа-картриджа. Пластину 1 с предварительно заправленными исследуемой пробой для анализа лунками 2 загружают в прибор через специальное отверстие, находящееся на передней панели амплификатора. При этом специальные пазы 9 на чипе-картридже должны совпасть с аналогичными пазами, расположенными на нагревательной пластине термоциклёра (на фигуре не показано). Чип-картридж плотно фиксируется внутри прибора специальным прижимным механизмом (на фигуре не показано), таким образом чтобы реакционные ячейки плотно прилегали к системе термоциклирования (на фигуре не показано). В процессе работы прибора после каждого цикла термоциклирования производят измерение уровня флуоресценции специальных флуоресцентных меток в исследуемом образце, при этом интенсивность излучения говорит о первоначальном количестве интересующих молекул в исследуемом образце. В приборе целесообразно использовать оптическую систему с узкополосными светодиодами 12, имеющими минимальный угол расходимости излучения. Светодиоды 12 расположены вдоль обоих боковых торцов прозрачного чипа-картриджа напротив каждой лунки 2, при этом во время амплификации происходит торцевое возбуждение флуорофоров. Для спектрального разделения возбуждающего излучения и излучения флуорофоров между светодиодами 12 и торцом пластины 1 установлены интерференционные светофильтры 13 с максимумами пропускания в диапазонах длин волн, соответствующих длинам волн поглощения красителей. В оптической системе обеспечено минимальное расстояние между возбуждающими светодиодами 12 и торцами пластины 1 для увеличения количества полезного излучения, проникающего внутрь чипа-картриджа.

Прием сигнала флуоресценции осуществляют с помощью оптической фокусирующей системы, расположенной непосредственно над лунками 2 и содержащей одну или несколько плоско-выпуклых линз 14, предназначенных для фокусировки излучения в плоскости фотоприёмного устройства 15. В приемном канале устройства 15 установлен интерференционный светофильтр со спектром пропускания, соответствующим спектрам излучения флуоресцентных красителей, и блокировки паразитного излучения светодиодов 12. Сигнал регистрируют фотоприёмным устройством 15. Он поступает в плату обработки сигнала, встроенный компьютер обрабатывает данные и выводит их на дисплей в виде графика (на фигуре не показано).

Одноразовый чип-картридж для проведения амплификации нуклеиновых кислот может быть использован в молекулярной диагностике. Его использование обеспечивает быстрое проведение исследования с большим количеством биологических компонентов, например, разных праймеров. Повышению эффективности исследования с одноразовым чипом-картриджем способствует материал пластины 1 с высокой биоинертностью, низкой автофлуоресценцией и высоким уровнем прохождения света, обеспечивающий возможность использования узкополосных светодиодов 12 с боковых торцов пластины 1. Что, в свою очередь, дает возможность значительно уменьшить габариты оптической системы и прибора в целом. Горизонтальное расположение чипа-картриджа в процессе проведения исследований способствует повышению равномерности прогревания и охлаждения образцов, исключает стекание жидкости в реакционных лунках 2 в одну сторону.

Таким образом, технический результат, достигаемый с использованием заявленного изобретения, заключается в повышении универсальности и компактности одноразовых чипов-картриджей с повышением их надежности при проведении различных исследований. Одноразовый чип-картридж способствует значительному уменьшению размеров прибора и дает возможность проводить различные исследования не только в лаборатории, но и в полевых условиях, например у постели больного в режиме реального времени.

1. Одноразовый чип-картридж для проведения амплификации нуклеиновых кислот, выполненный в виде прозрачной пластины, содержащей реакционные лунки, сообщающиеся с заправочными отверстиями и отверстиями для выхода воздуха, и герметизирующие элементы для обеих сторон пластины, отличающийся тем, что реакционные лунки расположены на пластине в два ряда, при этом заправочные отверстия и отверстия для выхода воздуха расположены с противоположных сторон каждой из реакционных лунок под углом к торцам пластины, причем заправочные отверстия и отверстия для выхода воздуха выполнены ступенчатой формы, как отражено на фиг. 4, а герметизирующие элементы выполнены в виде плёнки с клейкой рабочей поверхностью, примыкающей к пластине, а пластина выполнена из полимерного материала, обладающего высокой биоинертностью, низкой автофлуоресценцией и высоким уровнем прохождения света.

2. Чип-картридж по п.1, отличающийся тем, что пластина снабжена распложенными на её верхней поверхности пересекающимися дорожками, расположенными под углом к боковым граням пластины и доходящими до боковых торцов пластины.

3. Чип-картридж по п.1, отличающийся тем, что он снабжен направляющими пазами, предназначенными для фиксации пластины.

4. Чип-картридж по п.1, отличающийся тем, что пластина снабжена сквозной вертикальной прорезью для отделения рабочей зоны и предназначенной для исключения потерь тепла в реакционных лунках.

5. Чип-картридж по п.1, отличающийся тем, что он изготовлен из полимера MAKROLON 2258.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к определению содержания серы, хлора и фтора в нефтепродуктах, и может быть использовано для анализа сырой нефти, бензина, керосина, дизельного топлива, минеральных масел и других нефтепродуктов. Способ подготовки проб для количественного определения серы, хлора и фтора в нефтях и нефтепродуктах включает фотолиз проб в присутствии реагентов, перевод образующихся сульфат-, хлорид- и фторид-анионов в водную фазу для последующего анализа полученного раствора, причем фотохимическую обработку проб проводят водным раствором, содержащим сильные неорганические основания, спирты и кетоны при массовом соотношении основание:спирт:кетон:исследуемая проба, составляющем 1:5:3:1000, при нагревании до температуры 60-95 ºС в течение 30 или 40 минут в условиях воздействия ультрафиолетового излучения с длиной волны ≤ 254 нм и перемешивании с образованием эмульсии с последующим разделением водной и органической фаз для определения образовавшихся анионов в водной фазе известными аналитическими методами.

Настоящее изобретение относится к области иммунологии. Предложено антитело, способное к специфическому связыванию с полипептидным эпитопом HNL.

Изобретение относится к области радиационных экспериментальных исследований в условиях космоса. Способ включает изготовление из исследуемого материала цилиндрического контейнера с толщиной стенки, равной пробегу протонов с энергией 50 МэВ в данном материале.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для измерения процентного состава кислородно-водородных и других газовых смесей, применяемых для испытания работоспособности авиационной и космической техники. Пробоотборник постоянного давления поршневого типа состоит из вертикально расположенного цилиндрического корпуса с герметичным нижним фланцем.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для контроля массовой концентрации 1,1-диметилгидразина и продуктов его деградации в пробах растений. Способ определения массовой концентрации 1,1-диметилгидразина и продуктов его деградации в пробах растений включает выделение 1,1-диметилгидразнна и продуктов его деградации из пробы растений и определение концентраций их в пробах растений, при этом выделение 1,1-диметилгидразина и продуктов его деградации осуществляют путем смыва с поверхности листьев растений площадью 0,5 м2, используя 50-200 см3 дистиллированной воды, полученный водный раствор осветляют путем добавления по 1 см3 1% раствора КОН и 1% раствора Zn2SO4, раствор фильтруют через бумажный фильтр с диаметром пор 1,0-2,5 нм, после очистки проводят реакции образования окрашенных комплексов: для определения концентрации 1,1-диметилгидразина и добавляют спиртовой раствор п-нитробензальдегида, в щелочной среде образуется комплекс желтого цвета, при определении массовой концентрации диметиламина добавляют раствор 1,2-нафтохинон-4-сульфокислоты, натриевая соль (НХСН) образует комплекс оранжево-коричневого цвета, при определении содержания нитрит-ионов применяют реактив Грисса, нитрат-ионов - смешанный реактив сегнетовой соли и едкого натра; при определении формальдегида применяют ацетилацетон; тетраметилтетразена - спиртовой раствор биндона, измеряют оптическую плотность с помощью спектрофотометра относительно раствора сравнения, не содержащего определяемый ингредиент, концентрацию вещества устанавливают по предварительно построенному градуировочному графику.
Изобретение относится к области медицины, в частности к онкогематологии, и предназначено для прогнозирования развития рецидива диффузной В-крупноклеточной лимфомы. В периферической крови больных на этапах обследования после или до очередного курса противоопухолевой терапии проводят общий анализ крови, определяют содержание элементов красной и белой крови, рассчитывают соотношение нейтрофилов к лимфоцитам (N/L).

Изобретение относится к области медицины. Описан способ оценки эритроцитарного химеризма при исследовании антигенов АВО, включающий формирование шкалы-идентификатора процента донорского химеризма, типирование антигенов АВО эритроцитов донора и реципиента, определение информативных антигенов, мониторинг эритроцитарного химеризма после трансплантации аллогенных гемопоэтических стволовых клеток.

Группа изобретений относится к способу проникновения в подледниковый водоём с отбором стерильных керновых проб и к устройству для отбора стерильных проб. Способ проникновения в подледниковый водоём с отбором стерильных керновых проб включает бурение скважины и заливку в неё экологически безопасной жидкости, уравновешивающей горное давление, с последующим откачиванием части объема заливочной жидкости для поступления воды из подледникового водоёма в скважину на высоту от 10 до 15 метров, спуск в скважину герметичного доставочного модуля с нагревательными элементами и его остановку на расстоянии от 1 до 2 метров до поверхности подледникового водоёма, спуск из герметичного доставочного модуля бурового снаряда с керноотборником и отбор проб донных отложений.

Изобретение относится к области световозвращающих материалов, используемых для изготовления лакокрасочных материалов для применения в сфере дорожной и городской инфраструктуры, и касается способа оценки световозвращающей способности стеклянных микросфер с нанесенным металлическим покрытием. Технический результат заключается в упрощении способа измерения коэффициента световозвращения как отдельных микросфер, так и светоотражающих покрытий.

Изобретение относится к области медицины. Предложен способ прогнозирования эффективной мобилизации аутологичных гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) в периферическую кровь пациентов с множественной миеломой.

Изобретение относится к области медицины, в частности к онкологии и эпигенетике. Предложен способ прогноза прогрессирования заболевания у больных раком желудочно-кишечного тракта после проведенного лечения.

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен одноразовый чип-картридж для проведения амплификации нуклеиновых кислот. Чип выполнен в виде прозрачной пластины с реакционными лунками и герметизирующими элементами для обеих сторон пластины. Лунки расположены на пластине в два ряда, при этом заправочные отверстия и отверстия для выхода воздуха расположены с противоположных сторон каждой из реакционных лунок под углом к торцам пластины, заправочные отверстия и отверстия для выхода воздуха выполнены ступенчатой формы. Герметизирующие элементы выполнены в виде примыкающей к пластине плёнки с клейкой рабочей поверхностью, пластина выполнена из полимерного материала, обладающего высокой биоинертностью, низкой автофлуоресценцией и высоким уровнем прохождения света. Изобретение обеспечивает повышение универсальности и компактности, надежности при проведении исследований, а также осуществление исследования в полевых условиях. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх