用于从体液样本中分离分析物的设备、系统、方法和套件与流程

本发明涉及一种用于从体液样本中分离分析物(其中，所述分析物是包含在所述体液样本中的靶标的部分)并且优选用于检测来自体液样本中的分析物(例如，来自包含在痰液中的细菌的dna)的设备、系统、方法和套件。

背景技术：

为了诊断由如细菌的微生物引起的感染，必须通过显微镜检查、诸如pcr的培养或分子方法来证实有机体的存在。因此，必须分离微生物。尽管能够直接从体液样本进行显微镜检查，但是在实践中，在此之前执行对微生物的分离和浓缩的步骤。常常急需识别微生物以及在包含在微生物中的核酸中发现的特定信息，诸如菌株信息或治疗抗性，以确定恰当的处置过程。

结核病(tb)是一种传染性疾病，尽管有强效抗tb药物，但是每年仍会导致数百万人死亡。由于缺乏能在资源有限的环境中实施的快速并且具有成本效益的诊断测试，阻碍了与tb相关的发病率和死亡率的降低。该疾病是由结核分枝杆菌(mtb)细菌引起的，其主要攻击肺部，并且在感染者咳嗽、打喷嚏或吐痰时传播。

检测mtb感染的最灵敏的方法是扩增和/或检测mtbdna。这也使得能够检测使mtb对特定药物具有抗性的突变。然而，这些md测定需要在扩增/检测之前对dna进行充分纯化，这需要昂贵的器械和训练有素的人员。

最近，已经开发出了具有表现出与核酸特异性结合的表面的磁珠。因此，样本中的核酸的一些特定序列能够与这些磁珠的这些官能化表面相结合。如在ep2128617a1中所公开的，这些磁珠例如能够被用于从样本中纯化核酸或者从样本中除去其他干扰组分。

通常，当在固定磁体处收集时，利用磁珠的自动或手动样本制备方案采用磁珠作为固定阶段，使得能够交换方案中所需的流体。然而，针对在微流体试剂盒中的集成，具有后续缓冲交换的方案本质上是复杂的，因为其需要流体移动并且因此需要试剂盒内的泵、闭合阀以及出口，这总是导致复杂、高成本的试剂盒。结果，在将样本引入到设备中以用于随后的分离之前，当前的微流体设备需要大量的手动准备步骤。微流体设备根据定义被设计用于以微流体规模进行反应和处理。

creecy，amy等人在(plosone10(7)(2015)1-14)描述了样本制备，其中，样本中的核酸被吸附到涂覆有二氧化硅的磁珠的表面上。接下来，通过使用外部磁体拉动磁珠来实现核酸提取，其中，磁珠被从结合缓冲溶液移动到提取溶液。稍后，对核酸进行洗脱以用于扩增。

用于mtb诊断的首选样本是痰液。由于痰液的高粘度和干扰生物材料的高浓度，痰液是一种从中提取dna的极具挑战性的基质，并且mtb细菌难以裂解。因此，针对mtb的样本制备方案比其他样本类型(诸如拭子或血液)更复杂。在dna与二氧化硅珠粒的结合步骤之前，必须利用液化试剂将痰液样本液化，并且然后裂解细胞以用于从结核分枝杆菌细菌释放dna。该步骤尚未被集成，并且需要额外的手动处理步骤。

技术实现要素：

基于该背景，本发明的目的是提供一种设备、系统、方法和套件，其能够从体液样本中分离分析物，其中，所述分析物是包含在体液样本中的靶标的部分，并且优选地，在集成设备中以快速方式从体液样本中检测分析物。因此，分析物的分离必须在没有耗时的预处理的情况下进行。本发明的另一目的是避免额外的方法步骤。

在本发明的第一方面中，提出了一种用于从体液样本中分离分析物的设备，其中，所述分析物是包含在体液样本中的靶标的部分，所述设备包括：至少两种类型的磁性颗粒，其中，第一类型的磁性颗粒能够与靶标相结合以形成用于从体液样本中纯化所述靶标的第一复合物，并且其中，第二类型的磁性颗粒能够与包含在所述靶标中的分析物相结合以形成用于分离分析物的第二复合物；至少三个腔室，其被串联地布置并且被配置为包括流体，以允许磁性颗粒的受控的移动并且防止流体的混合，其中，第一腔室能够通过将第一磁性颗粒与靶标相结合来形成第一复合物，其中，第二腔室能够从靶标释放分析物并且通过将第二磁性颗粒与分析物相结合来形成第二复合物，并且其中，第三腔室能够从第二磁性颗粒中洗脱分析物并且从体液样本中分离分析物；入口，其用于将体液样本引入到所述腔室中的一个腔室；以及至少一种流体，其用于从靶标释放分析物。

在本发明的第二方面中，提出了一种用于从体液样本中分离分析物的系统，其中，所述分析物是包含在体液样本中的靶标的部分，所提供的所述系统包括：用于从体液样本中分离分析物的设备；以及用于施加磁场以使磁性颗粒可控地移动通过腔室的磁体。

在本发明的又另外的方面中，提供了一种用于从体液样本中分离分析物的对应的方法，其中，所述分析物是包含在所述体液样本中的靶标的部分，所述方法包括：接收体液样本，其中，所述体液样本包括靶标，所述靶标包含分析物；并且通过将第一类型的磁性颗粒与靶标相结合来形成第一复合物；将第一复合物从第一腔室移动到第二腔室；从靶标释放分析物；将第二类型的磁性颗粒与分析物相结合来形成第二复合物；将第二复合物从第二腔室移动到第三腔室；并且从第二复合物洗脱分析物以用于分离分析物。

根据另外的方面，本发明的实施方案涉及一种用于从体液样本中分离分析物的套件，其中，所述分析物是被包含在所述体液样本中的靶标的部分，其中，所述套件包括：至少两种类型的磁性颗粒，其中，第一类型的磁性颗粒能够与靶标相结合以形成用于从体液样本中纯化靶标的第一复合物，并且其中，第二类型的磁性颗粒能够与包含在靶标中的分析物相结合以形成用于分离分析物的第二复合物；至少一种或多种流体，其选自以下缓冲溶液的组，特别是液化缓冲液、裂解缓冲液、清洗缓冲液或洗脱缓冲液；以及至少三个腔室，其被串联地布置并且被配置为包括流体，以允许磁性颗粒的受控的运动并且防止流体的混合，其中，第一腔室能够通过将第一磁性颗粒与靶标相结合来形成第一复合物，或者第一腔室能够接收第一复合物，其中，第二腔室能够从所述靶标释放所述分析物并且通过将第二磁性颗粒与分析物相结合来形成第二复合物，并且其中，第三腔室能够从第二磁性颗粒洗脱分析物并且从体液样本中分离分析物。

在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。应当理解，所要求保护的方法、套件和系统具有与所要求保护的设备相似和/或相同的优选实施例，特别是如在从属权利要求中所限定的以及如在本文中所公开的。

所述设备/系统/套件以及所述方法基于相同的概念，即：通过借助于不同类型的磁性颗粒制备体液样本而从体液样本中分离分析物，其中，这些磁性颗粒能够被移动通过不同的腔室。因此，针对所述设备/系统/套件所描述的解释和实施例对于所述方法同样有效，并且反之亦然。

本发明基于这样的想法：使用与特定结合分子特异性结合的不同类型的磁性颗粒来形成复合物，其中，所述复合物能够被移动通过一系列固定流体以用于从体液样本中分离分析物。在分离所述分析物之前，必须激活靶标以释放所述分析物。

发明人已经发现：当使用不同类型的磁性颗粒与分析物或靶标相结合时，作为靶标的部分的分析物的分离能够在单个设备中分别在串联布置的至少三个腔室中与体液样本分离。这提供了优于现有技术的用于制备体液样本的优点。因此，所述制备能够以快速方式以多步骤方式进行。本发明还提供了对低浓度分析物的分离。

如在本文中所使用的术语“分析物”应当指代其浓度或存在自身待确定的任何分子。分析物的范例是生物标志物，诸如蛋白质、肽、激素、dna、rna或酶。“靶标”通常将是感兴趣的微生物，诸如细菌、病毒或细胞。所述分析物是靶标的部分；因此，所述靶标包括诸如核酸的分析物。为了分离所述分析物，必须激活所述靶标以释放分析物，即，通过裂解靶标或者通过激活靶标以释放所述分析物而对自身进行裂解。

术语“体液样本”在本文中以广义使用，并且旨在包括包含靶标的多种生物材料。样本可以是生物来源的任何合适的流体(例如，一滴血液、痰液或尿液)，其中，分析物是靶标的部分。

在本发明的上下文中，体液样本并不限于来自对象的粗制样本，而是可以包括其他试剂，诸如缓冲试剂。在优选实施例中，在体液样本被引入到腔室中之前，所述体液样本可以与缓冲溶液混合，特别是与液化缓冲液混合。

如在本文中所使用的术语“颗粒”指代小的局部物体，其能够被归因于物理性质，诸如体积或质量。在本发明的上下文中，颗粒包括或者由本领域技术人员已知的任何合适的材料组成，例如，颗粒可以包括或者由无机或有机材料组成，或者基本上由无机或有机材料组成。通常，颗粒可以包括或者由或者基本上由金属或金属合金、或者有机材料组成，或者包括或者由或者基本上由碳水化合物元素组成。设想到的材料的范例包括琼脂糖、聚苯乙烯、乳胶、聚乙烯醇、二氧化硅和铁磁金属、合金或者组合物材料。特别优选的是磁性或铁磁性金属、合金或金属成分。可用于本发明的特别优选的颗粒是超顺磁性颗粒。

在本文中所使用的术语“超顺磁性”描述了一种磁性形式，其出现在小的铁磁性或铁磁性纳米颗粒中。在本领域中已知的是，在足够小的纳米颗粒中，磁化能够在温度的影响下随机地翻转方向。两次翻转之间的时间被称为neel迟豫时间。在没有外部磁场的情况下，当被用于测量纳米颗粒的磁化的时间比neel弛豫时间长得多时，所述磁化似乎是平均为零，即，处于顺磁状态。在这样的状态下，外部磁场能够类似于顺磁体对纳米颗粒进行磁化。然而，所述磁化率远大于顺磁体的磁化率。在另外的优选实施例中，所述材料可以具有特定的性质。所述材料例如可以是磁性的或非磁性的。在其他实施例中，所述材料可以是疏水的或亲水的。在另外的特定实施例中，所述颗粒是塑料颗粒。塑料颗粒的范例包括胶乳或聚苯乙烯珠粒，即通常用于纯化的那些。

在本文中所使用的术语“磁性颗粒”应当指代永久磁性颗粒和/或可磁化颗粒，例如超磁性颗粒。这些磁性颗粒的尺寸通常在3nm与50μm之间。

所述磁性颗粒与复合物中的分析物或靶标之间的结合可以是物理结合(即，粘附)或者优选是化学结合(即，通过杂交或者特异性共价结合)。

最近，由于疏水涂层，已经开发了能够与mtb和相关细菌特异性结合的磁珠(xiaobowang等人，“beadcaptureincreasesthesensitivityofsputummicroscopyforthediagnosisoftuberculosisinbeijing,china”-royalsocietyoftropicalmedicineandhygiene107(11)，2013年9月)。本发明人已经发现：第一磁性颗粒可以被用于与mtb细菌相结合并且例如从痰液样本中提取mtb细菌，使得能够从更清洁的溶液开始随后利用第二磁性颗粒对dna的裂解和提取。

在优选实施例中，所述磁性颗粒可以是具有特定表面涂层等的珠粒，以用于与分析物或靶标的特异性结合。所述磁性颗粒可以包括分析物或靶标能够与之结合或者能够以另一种方式与之反应的以下表面分子或原子(和/或其片段和/或聚集体)中的至少一种：蛋白质和/或片段和/或其聚集体，特别是链霉抗生物素蛋白和/或与分析物或靶标特异性结合的抗体；核酸和/或其片段和/或聚集体(例如，dna、rna、适体)；酶(例如，蛋白酶)；与带相反电荷的分析物或靶标非特异性结合的带电分子或原子；二氧化硅分子；金属原子，诸如金原子；疏水层或亲水层(例如，聚合物)。

所述磁性颗粒可以被储存在设备中的任何地方(例如，在腔室中)，并且可以通过磁力被移动通过所述设备，优选从第一腔室和第二腔室移动到第二腔室和第三腔室，其中，所述磁性颗粒可以与靶标或分析物相结合。

在优选实施例中，所述体液样本可以与第一磁性颗粒一起培养，以在第一腔室中形成第一复合物。

在优选实施例中，所述磁性颗粒可以在引入样本之前被提供在腔室中，或者可以被提供在被称为“磁性颗粒储存装置”的附加腔室中，其中，所述磁性颗粒储存装置被连接到腔室。不同的储存装置可以优选经由阀(例如磁电动阀(mcv))被耦合到腔室。这允许磁性颗粒从储存装置受控地转移到第一腔室、第二腔室或第三腔室中。所述磁性颗粒例如可以以干燥形式储存或者被溶解在流体中。

在优选实施例中，所述磁性颗粒可以与腔室分离地储存，例如，在“样本制备腔室”中。该样本制备腔室可以不被连接到腔室。因此，所述腔室，特别是所述第一腔室，可以被配置为接收与所述磁性颗粒一起培养的体液样本。在这种情况下，所述第一复合物可以在引入到腔室中之前在样本制备腔室中形成。因此，所述培养可以在受控的条件下执行。该实施例有利地使得能够以比在第一腔室中更大的体积中形成所述第一复合物。

所述磁性颗粒特别可以包括可磁化珠粒。因此，所述磁性颗粒能够通过磁性器件可控地移动，例如通过诸如永磁体的磁场发生器。在用户或装置的控制下，所述磁性颗粒特别可以被主动地移动。所述磁性颗粒例如可以通过磁性或电效应器或器件来移动，其中，优选由所述系统包括这样的器件。

根据本发明的腔室被串联地布置并且优选被设计为微流体腔室，其用于容纳和处理少量流体(样本和溶液)。所述腔室通常以这样的方式来连接，使得磁性颗粒(具有或者不具有结合的靶标或分析物)能够可控地移动。所述腔室可以不限于三个腔室。

在优选实施例中，所述腔室可以被配置为具有另外的入口，其用于引入流体、磁性颗粒等。

根据本发明，除了上文所提到的部件之外，所述设备和套件通常包括另外的腔室、通道、入口、出口，阀和/或泵送元件等。所述设备和套件还可以包括用于扩增、例如用于扩增核酸的器件。优选的扩增手段是能够用于pcr的那些，诸如lamp。因此，必须调节所述系统。

本发明的设备和套件通常可以是用于从体液样本中单次分离分析物的便宜的、一次性试剂盒的形式，例如，一次性微流体试剂盒(“芯片上实验室”)。这样的设备非常适合于快速分离分析物以及优选检测分析物。因此，本发明的设备和套件为相对未经训练的人员建立可靠的即时诊断的坚实基础，尽管其也可以在临床实验室环境中以更大的幅度使用。

在优选实施例中，所述腔室经由磁毛细管阀相连接，所述磁性颗粒能够通过磁毛细管阀被可控地移动。

在本文中所使用的术语“磁毛细管阀”(magneto-capillaryvalve,mcv)指代被设置在两个腔室之间的元件或部件，并且所述磁性颗粒能够通过磁力而移动通过所述元件或部件。该mcv的中心区域通常对于被处理的流体是排斥的(例如，如果处理含水流体则是疏水的)。因此，相邻腔室的流体不会穿过阀并混合，而是磁性响应物质，例如磁珠，能够通过施加磁力被主动传递通过所述阀。

mcv在本领域中是众所周知的，并且在科学和专利文献中有充分描述，例如remco等人在labchip，2013，13，106上的“magneto-capillaryvalveforintegratedpurificationandenrichmentofnucleicacidsandproteins”一文或wo2015/197659中。

在另一优选实施例中，所述设备还包括选自以下缓冲溶液组的一种或多种流体，特别是液化缓冲液、裂解缓冲液、清洗缓冲液或洗脱缓冲液。

术语“缓冲溶液”通常可以被理解为具有ph稳定作用的多种试剂，并且优选定义渗透友好的溶液。

特别地，“液化缓冲液”通常可以被理解为多种试剂，其被设计用于对粘性体液样本(例如，痰液样本)的液化。因此，样本被均匀化。优选的液化缓冲液可以包括n-乙酰基-l-半胱氨酸-氢氧化钠(nalc-naoh)。

在优选实施例中，体液样本在进入腔室之前、特别是当使用套件时，与液化缓冲液一起培养。

术语“裂解缓冲液”通常可以被理解为用于破坏开放细胞的多种试剂。当使用裂解缓冲液dna时，细胞中的糖和其他区室在所谓的裂解物中组合。因此，可以从剩余的裂解物中提取细胞的区室，例如，分离细菌的dna。优选的裂解缓冲液可以是裂解/结合缓冲液，并且例如包括tris-hcl、guscn、tritonx-100，并且可以具有为6.4至7.6的ph值。

术语“清洗缓冲液”通常可以被用于清洁样本，例如用于清除结合的磁性颗粒与靶标或分析物的复合物。优选的清洗缓冲液可以包括甘氨酸-hcl并且可以具有为3.5的ph值。

术语“洗脱缓冲液”通常可以被理解为多种试剂，其可以被用于将复合物分解成例如磁性颗粒和分析物的组分。优选的洗脱缓冲液可以包括tris-hcl，并且可以具有为8.5的ph值。

缓冲溶液的不同特性实现了分离分析物的快速处理。因此，缓冲溶液可以以有用的次序顺序地储存在腔室中或者储存在靠近所述腔室的流体储存装置中。这样的次序是本领域技术人员已知的。

该实施例有利地使得能够在设备中分离分析物而无需用户对设备进行任何准备。否则，在使用设备之前，设备的用户可能必须将所需的流体填充到腔室中，尤其是在将体液样本引入到设备的入口中之前。

所述缓冲溶液也可以与腔室分离地储存。因此，当使用所述套件或设备时，用户能够将这些缓冲溶液填充到腔室中或者腔室旁边的流体储存装置中。

在又一优选实施例中，所述设备还包括被连接到腔室的流体储存装置，以用于储存流体和/或磁性颗粒。

该实施例有利地使得能够在需要时流体受控地流入到腔室中。该实施例还有利地防止流体从设备流出。

根据本发明的优选实施例，所述流体储存装置是包含流体和任选的磁性颗粒的泡罩(blister)，并且可破裂以将流体排放到腔室。泡罩可以容易地并且廉价地生产，同时提供泡罩的期望的和限定的破裂点，用于将流体排出到腔室中。否则，流体和任选的磁性颗粒能够通过在施加的压力下刺穿泡罩而从泡罩释放。

在另一优选实施例中，至少一种流体是被储存在第二腔室中和/或被储存在与第二腔室相连接的流体储存装置中的裂解缓冲液，其用于裂解靶标以释放分析物。

该实施例有利地使得能够在腔室内部裂解所述靶标。当靶标在裂解缓冲液中溶解，即与第一磁性颗粒结合为第一复合物时，该实施例还有利地使得能够释放分析物。因此，当在第二腔室中可用时，分析物可以与第二磁性颗粒相结合，以形成包括分析物和第二磁性颗粒的第二复合物。

在优选实施例中，所述第一磁性颗粒被储存在所述第一腔室中或者被储存在与所述第一腔室相连接的流体储存装置中，和/或其中，所述第二磁性颗粒被储存在所述第二腔室中或者被储存在与所述第二腔室相连接的流体储存装置中。

该实施例有利地使得能够快速并且有效地从来自体液样本的靶标中分离分析物，因为所述磁性颗粒处在所述腔室中，其中，所述磁性颗粒与所述分析物或所述靶标相结合或者靠近以下腔室：其在所述腔室中形成第一复合物和第二复合物并且能够被快速地移动到这些腔室中。

在另一优选实施例中，所述分析物选自以下细胞组分的组：例如蛋白质、抗体、脂质、酶、诸如dna或rna的核酸以及其任何混合物。

该实施例有利地使得能够分离例如细菌的dna。这是有利的，因为可以检测细胞组分的突变。如果出于诊断原因执行对分析物的分离，这可能是有用的。因此，对分析物的分离导致恰当的处置过程。另外，对诸如核酸的分析物的分离可以实现对其的扩增。

在优选实施例中，所述靶标选自以下项的组：细胞、病毒、细菌，特别是结核分枝杆菌。

该实施例有利地使得能够分离细胞、病毒、细菌或结核分枝杆菌以及其组分(分析物)。对在这样的细菌中以及在上文列出的组中的组分的分离可以被用在诊断方法中。例如，结核分枝杆菌是致病细菌和结核病的致病因子。对结核分枝杆菌的分离以及对例如结核分枝杆菌dna的随后的分离有利地使得能够确定耐药性菌株并且因此使得能够进行适当的医学处置。

在另一优选实施例中，所述磁性颗粒具有用于与靶标特异性结合的涂层，诸如用于与结核分枝杆菌相结合的疏水涂层，或者用于与核酸相结合的二氧化硅涂层。

该实施例有利地使得能够与结核分枝杆菌细菌、具有疏水表面的微生物和核酸相结合。

任选地，所述疏水珠粒包括承载多个极(例如，离子位点)的长烃链。所述多个极或离子位点可以一起位于链的一个部分处(例如，端部)处，或者可以沿着所述链间隔开，如其在p-dadmac中。

疏水珠粒可以是阴离子的，但是优选是阳离子的，如在p-dadmac的情况下，并且优选是聚二烯丙基二甲基氯化铵(dadmac)自身。由于大多数细菌细胞带负电荷，因此p-dadmac与分枝杆菌蜡质涂层相结合的效果是细胞被转化为净正电荷。这是有利的，因为其确保了不与p-dadmac相结合的其他有机体保持带负电荷，并且因此不会变得与复合物相结合。另外，疏水性不足的有机体将不与p-dadmac涂层的表面相结合，因此对有机体捕获类型提供一定程度的选择性。

在优选实施例中，所述体液样本选自以下项的组：痰液、血液、血浆、血清、哺乳产品、羊水、唾液、尿液、精液、脑脊液、支气管抽吸物、汗液、粘液、液化粪便样本、滑液、淋巴液、泪液、气管抽吸物以及其任何混合物。

该实施例有利地使得能够分离体液样本的宽谱的不同类型的分析物。

在另一优选实施例中，所述设备还包括第四腔室，在第四腔室中，能够清洗第一复合物和/或第二复合物。该实施例有利地使得能够纯化所述复合物并且导致以纯净方式分离分析物。

在另一优选实施例中，所述系统还包括检测单元，所述检测单元用于检测与靶标或分析物相结合的磁性颗粒，其中，所述检测单元优选检测与第二磁性颗粒相结合的分析物。

上文所提到的“检测单元”可以特别地包括光学器件，其中，这些器件可以包括光源，诸如激光器或led，利用所述光源，流体中包括磁性颗粒的斑点结合为复合物并且能够被照射。能够通过本领域中已知的任何直接或间接方法来确保检测。具体的检测方法基于颗粒的磁性特性(诸如gmr)或者基于磁性颗粒的光学特性(诸如利用受抑全内反射的检测)。

可以通过在相对于腔室(在其中可以执行对复合物的检测)的主平面倾斜取向的平面中扫描流体样本来执行检测。这些检测技术在本领域中是公知的，并且在专利文献中(例如，在wo2010/063293中)有充分描述。

为了检测，所述磁性颗粒可以包括标记物。如在本文中所使用的，术语“标记物”指代能够产生指示结合的靶标或结合的分析物的存在的可检测信号的组合物。合适的标记物包括荧光分子、放射性同位素、核苷酸发色团、酶、底物、化学发光部分、生物发光部分等。因此，标记物是能通过波谱分析、光化学、生物化学、免疫化学、电学、光学或化学方法检测的任何组合物。例如，所述磁性颗粒能够利用可检测的标签来标记，诸如c-myc、ha、vsv-g、hsv、flag、v5或his，其能够使用对例如抗-c-myc抗体的标记物特异性的抗体来检测。

示例性荧光标记具有在300nm与800nm之间的波长区域中具有荧光吸收。荧光标记是将荧光团共价地附着到另一分子(诸如蛋白质或核酸)的过程。例如，荧光标记物包括但不限于：羟基香豆素、琥珀酰亚胺酯、氨基香豆素、甲氧基香豆素、级联蓝、酰肼、太平洋蓝、马来酰亚胺、太平洋橙、荧光黄、nbd、r-藻红蛋白(pe)或其缀合物、fluorx、荧光异硫氰酸酯(fitc)、bodipy-fl、tritc、x-罗丹明(xritc)、别藻蓝蛋白(apc)或者其缀合物、alexafluor。

已知许多定量技术利用荧光的独特特性，包括：直接荧光测量、荧光共振能量转移(fret)、荧光偏振或各向异性(fp)、时间分辨荧光(trf)、荧光寿命测量(flm)、荧光相关性波谱分析(fcs)以及荧光光漂白恢复(fpr)。

在另一优选实施例中，所述套件还包括样本制备腔室，其中，所述样本制备腔室能够通过所述第一磁性颗粒与所述体液样本中的靶标的结合来形成第一复合物。

在优选实施例中，所述样本制备腔室可以包括所述第一磁性颗粒。该实施例有利地使得所述体液样本与所述第一磁性颗粒分离地培养以形成第一复合物。该实施例还有利地使得能够在样本制备腔室中预先制备体液样本，例如，对样本的液化。此外，该实施例有利地使得能够在受控条件下并且任选地以更大的体积进行培养。

附图说明

根据下文所描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得以阐明。在以下附图中：

图1示出了根据本发明的设备的第一实施例；

图2示出了根据本发明的来自不同视图的设备的第一实施例；

图3示出了根据本发明的设备的第二实施例；

图4示出了根据本发明的系统和设备的第一实施例；并且

图5示出了根据本发明的套件的第一实施例。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的设备100的第一实施例。图1中所示的设备100包括用于接收体液样本4的样本入口24。除了样本入口24之外，设备100还包括第一腔室16、第二腔室18和第三腔室20，其中，这些腔室经由阀相连接，优选经由磁毛细管阀22相连接。

在优选实施例中，第一腔室16可以包括第一磁性颗粒8，并且第二腔室18可以包括第二磁性颗粒12。在本发明的另外的优选实施例中，所述磁性颗粒没有被储存在腔室16和腔室18中，或者被储存在磁性颗粒储存装置中，其中，这些储存装置被布置在腔室16和腔室18的旁边(也参见图3)。

设备100还可以包括流体，其中，至少一种流体用于从靶标6释放分析物2(未示出)。

在本发明的另外的优选实施例中，设备100可以包括：在所述第一腔室中的液化缓冲液、在所述第二腔室中的裂解缓冲液以及在所述第三腔室中的洗脱缓冲液(未示出)。因此，对分析物2的分离可以利用以下步骤执行(也参见图4)：

在第一步骤中，例如痰液的体液样本4被引入到设备100中。如果体液样本4被填充在第一腔室16中，则体液样本4可以由液化缓冲液均质化和液化。随后，第一类型的磁性颗粒8可以与靶标6相结合以形成第一复合物10。靶标6是体液样本4的部分，其中，分析物2再次是靶标6的部分。在培养时间之后，大部分第一磁性颗粒8作为第一复合物10存在。

在第二步骤中，第一复合物10通过磁体32被从第一腔室16移动通过阀22到第二腔室18，在第二腔室18中能够储存第二磁性颗粒12。当第一复合物12到达第二腔室18时，在第二腔室18中可以储存裂解缓冲液，与磁性颗粒8相结合的靶标6可以被裂解并且由此释放分析物2。备选地，用于释放分析物2的流体可以被储存在靠近第二腔室18的腔室中(也参见图3)。如果分析物2在被包含在第二腔室18中的缓冲溶液中被溶解，则分析物2可以与第二磁性颗粒12相结合以形成第二复合物14。在另外的培养时间之后，大多数靶标6被裂解并且大多数分析物2被结合为第二复合物14。

备选地，在未示出的实施例中，第一复合物10可以从第一腔室16被移动到清洗腔室，其中，所述清洗腔室被布置在第一腔室16与第二腔室18之间。在该清洗腔室中，能够例如在清洗缓冲液中清洗复合物10，并且然后可以将其移动到第二腔室18(未示出)。

在随后的步骤中，第二复合物14可以从第二腔室18被移动到第三腔室20。在优选实施例中，清洗腔室30被布置在第二腔室18与第三腔室20之间，用于清洗第二复合物14。在第三腔室20中，分析物2从磁性颗粒12洗脱，用于分离分析物2。因此，所述洗脱缓冲液可以被储存在第三腔室20中或者被储存在与第三腔室相连接的流体储存装置中。在优选实施例中，分析物2可以由检测单元34来检测。可以通过检测分析物2或者通过在洗脱之前检测与第二磁性颗粒12相结合的分析物2来执行所述检测。

被填充在第三腔室20中的分离的分析物2可以进一步被用于扩增或分析所述分析物2。在优选实施例中，第三腔室20被布置用于分析所述分析物2。例如，第三腔室20或者被布置在第二腔室18后方的任何其他腔室，在其内表面上包括一个或多个结合斑点。所述结合斑点包括第二复合物14能够与之相结合的结合位点。该结合继而能够利用适当的表面特异性检测流程(诸如受抑全内反射)来检测。备选地，第三腔室20被布置成在内部执行检测测定。

图2从不同视图示出了根据本发明的设备100的第一实施例。图2示意性示出了在图1中所示的设备100的俯视图。

图2示出了磁毛细管阀技术。因此，所述腔室被布置成使得可以被储存在腔室16、18或20中的流体是静止的并且由于mcv22而不能够彼此混合。并非在该设备100中移动流体，而是在设备100中的固定位置处存在不连续的流体腔室，并且在各流体之间对磁性颗粒8和12进行致动。mcv概念的特征在于：使用在毛细管相互距离处的两个平面表面，利用通过毛细管力限制流体的特定特征，并且使用分离静止流体的气体或相变材料。mcv在本领域中是众所周知的，并且在科学和专利文献中有充分描述(remcoc.dendulk、kristianea.schmidt、gwenolasabatte'、susanaliébana、mennowjprins：“magneto-capillaryvalveforintegratedpurificationandenrichmentofnucleicacidsandproteins”，labchip，2013，13，106)。

在优选实施例中，阀22被配置为空气阀。该技术允许低成本的集成试剂盒，因为仅有的移动部件是外部磁体。

设备100优选为用于从体液样本4中单次分离分析物2的便宜的一次性试剂盒的形式，例如，一次性微流体试剂盒(“芯片上实验室”)。设备100可以由任意种类的材料制成，只要其与要对体液样本4执行的分离相容即可。优选的材料是通过注塑成型得到的玻璃或塑料，尤其是考虑到这样的设备100的可丢弃性和/或生产期间的成本。设备100的主要功能是提供能够执行分离的入口。

图3示出了根据本发明的设备100的第二实施例。除了在图1和图2中所示的设备100的第一实施例的各元件之外，设备100的第二实施例还包括储存装置28和26，在所述储存装置中储存磁性颗粒8和12。

在优选实施例中，储存装置26和28被布置为流体储存装置，在所述流体储存装置中可以储存流体以及磁性颗粒8和12。如果这些腔室包含流体，则腔室28与16以及26与28之间的连接阀对于流体是可渗透的。如果储存装置仅包括磁性颗粒，则阀所述可以被配置为mcv。

在优选实施例中，磁性颗粒8和12可以被储存在相同的腔室或储存装置中。这是可能的，因为磁性颗粒对靶标或分析物具有特异性结合亲和力。

图4示出了根据本发明的系统200和设备100的第一实施例。除了在图1至图3中所示的设备100的第一实施例和第二实施例的元件之外，系统200的实施例还包括用于使所述磁性颗粒移动通过腔室16、18、30和20的磁体32以及用于检测分析物2(与磁性颗粒结合或未结合)的检测单元34。

上文描述了能够在设备100中执行的方法。设备100和系统200可以被用于分离分析物2以及用于扩增和检测分析物2。因此，可以布置系统200和设备100。

能够在设备100中执行的备选方法可以描述如下：

在具有板载试剂、流体等的设备100中，针对第二腔室18的流体储存装置可以被填充有裂解缓冲液和磁性二氧化硅颗粒。所述缓冲液能够从流体储存装置释放，所述流体储存装置通过在施加的压力下刺穿而形成为泡罩。在该优选实施方案中，体液样本4是痰液，并且分离的靶标可以是mtb细菌，并且分析物可以是mtbdna。

在填充有液化缓冲液的第一腔室中将mtb细菌作为靶标6与作为第一磁性颗粒8的tb珠粒相结合时，可移位永磁体32的磁场可以被用于将形成为第一复合物10的tb颗粒转移到第一清洗腔室中。

任选地，现在能够通过使用混合磁体将tb颗粒10扩散到腔室的整个底板上。当第一复合物10到达第二腔室18并且磁体32被移除时，通过将所述流体储存装置的内容物排空到第二腔室18中来发起裂解过程。由于流体的运动，作为悬置在裂解缓冲液中的第二磁性颗粒12的二氧化硅颗粒可以跨整个流体腔室分布，并且能够有效地从裂解的细菌中捕获作为分析物2的核酸。通过仅在输送tb珠粒8之后填充第二腔室18，磁体32可以在输送步骤期间不干扰二氧化硅颗粒12的悬置。

在另外的优选实施例中，体液样本4可以包括革兰氏阴性细菌作为靶标6，其以低浓度存在。在这样的情况下，设备100可以首先利用非常大量的疏水性珠粒作为第一磁性颗粒8而从大体积中提取细菌。之后，作为适合于以非常小的体积最终洗脱的第二磁性颗粒12的少量二氧化硅颗粒可以与分析物2相结合。因此，高浓度的分析物2是可能的。

能够分离的分析物2可以是生物标记物，诸如肽、蛋白质、激素以及优选核酸，例如dna。靶标6可以是诸如细菌的微生物。

在优选实施例中，第一磁性颗粒8是tb-珠粒，并且因此，与作为优选靶标6的mtb特异性结合。在另外的优选实施例中，第二磁性颗粒12是二氧化硅珠粒并且与作为分析物2核酸特异性结合。

在优选实施例中，体液样本4是痰液样本。在分离分析物2之前，该体液样本4可以优选被液化并且因此被均质化。所述液化可以通过液化缓冲液进行，例如使用n-乙酰基-l-半胱氨酸-氢氧化钠(nalc-naoh)。备选地，也可以通过施加热、物理破坏方法(诸如超声)或者通过化学处理来实现液化。

图5示出了根据本发明的套件300的第一实施例。在图5中所示的套件300包括样本制备腔室36，其能够通过将第一磁性颗粒8与体液样本4中的靶标6相结合来形成第一复合物10。套件300还包括至少三个腔室16、18、20，其被串联地布置的并且被配置为包括流体。第一腔室16能够通过将第一磁性颗粒8与靶标6相结合来形成第一复合物10，或者第一腔室16能够接收第一复合物10。第二腔室18能够从靶标6释放分析物2并且通过将第二磁性颗粒12与分析物2相结合来形成第二复合物14。第三腔室20能够从第二磁性颗粒12洗脱分析物2并且将分析物2从体液样本4分离。

在优选实施例中，套件300包括至少三个腔室16、18和20。在从体液样本4中分离分析物之前，这些腔室可以是空的；因此，套件300的用户可以将所述磁性颗粒和所述流体放置到所述腔室中。

第一腔室16包括用于接收体液样本4的样本入口24。在优选实施例中，第二腔室18或第三腔室20还包括用于流体或磁性颗粒的入口。

至少三个腔室16、18和20的主要功能是提供入口，其中，能够类似于设备100地执行分离。样本制备腔室36的主要功能是将体液样本4与第一磁性颗粒8一起培养，并且任选地，利用例如液化缓冲液的流体来制备体液样本4。

至少三个腔室16、18和20以及样本制备腔室36可以具有所有“板载”试剂(磁性颗粒和流体)。在该优选实施例中，第一腔室16可以包括第一磁性颗粒8，并且第二腔室18可以包括第二磁性颗粒12。在本发明的另一实施例中，所述磁性颗粒没有被储存在腔室16、18和20中，而是分离地储存。因此，套件300的用户可以将所述磁性颗粒放置到所述腔室中；这也适用于流体。套件300的腔室还可以包括一种或多种流体，其选自以下缓冲溶液的组：特别是液化缓冲液、裂解缓冲液、清洗缓冲液或洗脱缓冲液。

第一磁性颗粒8可以被储存在样本制备腔室36中。此外，样本制备腔室36可以不与所述第一腔室相连接。因此，所述套件的用户可以将体液样本从样本制备腔室36手动地放置到所述第一腔室。

上文针对设备100和系统200描述了能够利用套件300执行的方法；这也适用于套件300的使用。能够利用套件300执行的备选方法可以描述如下：

在第一步骤中，例如痰液的体液样本4与第一磁性颗粒一起培养。所述培养可以在第一腔室16中或者在样本制备腔室36中执行。此外，体液样本4可以通过液化缓冲液来均质化和液化。

随后，第一类型的磁性颗粒8可以与靶标6相结合以形成第一复合物10。靶标6是体液样本4的部分，其中，分析物2再次是靶标6的部分。在培养时间之后，大多数第一磁性颗粒8作为第一复合物10存在。在使用样本制备腔室36的情况下，可以将体液样本4引入到第一腔室16中。上文描述了后续步骤。

在另外的优选实施例中，设备100、系统200和套件300可以被用作针对小样本体积的快速、稳健并且易于使用的即时诊断测定。生物标记物(分析物)的分离以及随后的检测可以直接在床边，或者在医师的办公室或者甚至在家中执行。

尽管已经在附图和前文的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是说明性或示例性的而非限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附的权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以实现权利要求中所记载的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中陈述特定措施的仅有事实并不指示不能够使用这些措施的组合以获益。