ОДНОРАЗОВЫЙ КАРТРИДЖ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ И ИХ ПОСЛЕДУЮЩЕЙ АМПЛИФИКАЦИИ Российский патент 2023 года по МПК B01L3/00 C12Q1/6825 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к устройствам для проведения клинико-диагностических исследований и может быть использовано для автоматического выделения из образца биоматериала нуклеиновых кислот и последующего проведения их амплификации внутри одноразового картриджа.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники картриджи для биохимического анализа известен, в частности, картридж для пробоподготовки для использования с устройством для пробоподготовки (см. US 10857538 B2, опубл. 09.12.2020) (I). Картридж включает в себя корпус, определяющий множество отдельных сегментов-резервуаров, по меньшей мере, один из указанных сегментов содержит фиксированную секцию компонента пипетки; и подвижную головку, содержащую наконечник пипетки, при этом головка конфигурируется с возможностью перемещения между положением, в котором наконечник пипетки находится в герметичном зацеплении с фиксированной частью компонента пипетки, и положением, в котором наконечник пипетки расположен рядом с другой из упомянутых множественных сегментов. С помощью настоящего изобретения можно получить одноразовый картридж для пробоподготовки и соответствующий аналитический считыватель очень экономичным и простым способом, при этом обеспечивая высокое качество подготовки проб для анализа.

Устройство (I) имеет ряд недостатков, такие как, наличие поворотной головки, с функционалом пипетки, поскольку для корректной работы этого узла необходимо наличие дополнительной оси в аналитическом считывателе, который обеспечивает движение пипетки вверх-вниз. Кроме этого, для обеспечения герметичности зацепления поворотной головки со стыковочной частью сегментов-резервуаров, движение поворотной головки верх-вниз должно быть очень точным, поскольку отклонение от вертикальной оси приведет к нарушению герметизации соединения пипетка-резервуар, что приведет либо к недобору жидкости в пипетку при ее наполнении, либо к вытеканию набранной жидкости за пределы резервуара при опорожнении пипетки. В обоих случаях это приведет к искажению пропорций смешивающихся жидкостей и к ложному результату.

Из уровня техники также известна система молекулярной диагностики (см. US 10562030 B2, опубл. 18.02.2020) (II). Здесь представлены улучшенные узлы и способы управления для использования в диагностической аналитической системе, адаптированной для приема картриджа для анализа. Такие подузлы включают в себя: бесщеточный двигатель постоянного тока, механизм открывания / закрывания дверцы и механизм загрузки картриджа, узел механизма привода шприца и клапана, звуковой сигнал, устройство контроля температуры и устройство оптического обнаружения / возбуждения. Такие системы могут дополнительно включать в себя блок связи, сконфигурированный для беспроводной связи с мобильным устройством пользователя, чтобы принимать пользовательский ввод, относящийся к функциональности системы в отношении принятого в ней картриджа для анализа, и передачи результатов диагностики, относящихся к картриджу для анализа. на мобильное устройство.

Устройство-аналог (II) более эффективно, чем аналог (I), однако, в предложенном нами варианте выделение нуклеиновых кислот происходит с использованием магнитных частиц (магнитной силики), что является большим преимуществом по сравнению с выделением на мембране, используемым в данном патенте. Эффективность выделения на мембране ниже, что приводит к снижению чувствительности. Кроме того, по требованиям безопасности, использование данного картриджа вне специализированных лабораторий запрещено, т.к. после открытия крышки картридж становится негерметичным и есть риск протечки находящихся внутри реагентов.

Из уровня техники известна система для подготовки и анализа образца биологического материала, (см. US 10093965 B2, опубл. 2018-10-09) (III), включающая картридж, имеющий первый корпус, определяющий проточную камеру, второй корпус, определяющий центральное пространство, в котором, по меньшей мере, частично расположен первый корпус. Первый корпус может вращаться относительно второго корпуса, а второй корпус определяет множество разнесенных по окружности камер, одна из камер имеет вход для приема пробы, по меньшей мере, одна из камер, содержащая жидкий реагент, и по меньшей мере одна камер, содержащих модуль анализа, причем каждая камера второго корпуса имеет отверстие в центральное пространство. Первый корпус имеет одно или несколько отверстий в центральном пространстве, так что отверстия могут выборочно совмещаться с одним из отверстий в камерах второго корпуса за счет относительного вращения первого корпуса и вторых корпусов.

В указанной системе (III) достаточно сложно обеспечить герметизацию соединения между корпусами: пятно контакта, которое надо герметизировать, большое. Это приводит к увеличению величины усилия прижатия, необходимого для плотного прилегания деталей, что, в свою очередь, приводит к увеличению величины крутящего момента привода, который проворачивает первый корпус. ПЦР чип в данном картридже имеет очень большой объем, что сильно увеличивает расход реагентов. Кроме того, производитель не уточняет способ хранения лиофилизированных ПЦР реагентов, так как при контакте с воздухом срок их хранения сильно снижается и требуется применение дополнительных гидрофильных сорбентов.

Наиболее близким аналогом заявленного устройства, по мнению заявителя, является одноразовый картридж для выделения нуклеиновых кислот и их последующей амплификации (см. RU 2768005C1, опубл. 22.03.2022) (IV). Одноразовый картридж для выделения нуклеиновых кислот и их последующей амплификации, содержащий основание с резервуарами; крышку с капиллярами для движения жидкости и отверстиями для движения воздуха, сверху герметично запаянную пленкой или фольгой и в сборе с резервуарами образующую герметичную емкость, в которой размещены компоненты для выделения ДНК или РНК из анализируемой пробы или лиофилизированные реагенты тест-системы для проведения амплификации, резервуары расположены на основании радиально, на одном расстоянии от геометрического центра окружности с капиллярами и отверстиями для движения воздуха, и загрузочным каналом ячейки для проведения амплификации; поворотный дозатор. Поворотный дозатор выполнен в виде поворотного клапана-золотника, содержащего поворотное основание с первым каналом внутри, начало которого расположено на одном радиусе с капиллярами резервуаров и ячейки, а конец - в буферной емкости золотника, которая выполнена в виде цилиндра на оси золотника, второй канал в основании золотника располагается на одном радиусе с отверстиями для воздуха, при повороте клапана-золотника каналы золотника точно совмещаются с капилляром и отверстием для воздуха в одном резервуаре, а первый канал в его основании совмещается с капилляром в резервуаре картриджа или с загрузочным каналом ячейки для проведения амплификации, создавая при этом герметичное соединение резервуар-цилиндр или ячейка-цилиндр, внутри цилиндра золотника располагается поршень, который обеспечивает при возвратно-поступательном движении внутри цилиндра избыточное или отрицательное давление, которое перемещает жидкость.

Предложенный аналог (IV) наиболее близко подходит к решению проблем, решаемых заявленным изобретением, однако, по мнению заявителя проблема решается не самым эффективным способом, поскольку предполагает запайку емкостей основания с резервуарами с помощью пленки или фольги, которая надрывается перед проведением анализа, что добавляет в процесс проведения анализа дополнительное действие от пользователя - надрыв пленки или фольги, усложняет общую конструкцию картриджа и обуславливает наличие дополнительной технологической операции - приварки пленки или фольги - на стадии сборки картриджа. Кроме этого, капилляры емкостей выполнены в виде отдельной детали - тонкостенной трубки, что обуславливает наличие трудоемкой технологической операции по обрезке и установки трубок в посадочное место каждого резервуара, что усложняет технологический процесс сборки картриджа и снижает надежность его работы. Кроме этого, отверстия для воздуха в основании расположены дальше от геометрического центра окружности, чем капилляры резервуара, что является существенным ограничением для возможного увеличения количества емкостей картриджа, поскольку воздушный канал требует меньше места, чем капилляр.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение направлено на решение технической проблемы, связанной созданием картриджа для автоматизации выделения и последующей амплификации нуклеиновых кислот, имеющего увеличенное количество ячеек, а также более совершенную конструкцию, позволяющую упростить процесс технологической сборки конечных изделий.

Техническим результатом изобретения является создание одноразового картриджа с увеличенным количеством ячеек с реагентами, а также имеющего более совершенную конструкцию, позволяющую упростить процесс его производства.

Технический результат достигается посредством создания одноразового картриджа для выделения нуклеиновых кислот и их последующей амплификации, содержащего основание с емкостями-резервуарами; крышку с капиллярами для движения жидкости и отверстиями для движения воздуха.

Одноразовый картридж характеризуется тем, что снабжен обтюратором-уплотнителем, поворотным дозатором-распределителем, поводком и посадочным местом дозатора-распределителя, присоединяемого к исполнительному механизму, крышкой дозатора-распределителя и прижимом с запорным колпачком, крышка с капиллярами для движения жидкости и отверстиями для движения воздуха закрыта сверху обтюратором-уплотнителем, емкости-резервуары расположены на основании радиально, на одном расстоянии от геометрического центра окружности в центре основания и отверстиями для движения воздуха, на основании выполнено посадочное место для установки амплификационного чипа с одной или несколькими ячейками для проведения амплификации, закрытыми пленкой, таким образом, что загрузочные каналы ячеек чипа размещаются на том же расстоянии от геометрического центра окружности, что и капилляры, и отверстия для движения воздуха остальных емкостей-резервуаров.

В одном из вариантов выполнения на основании, по периметру каждой емкости-резервуара, выполнены специальные выступы треугольного сечения для обеспечения надежного и герметичного соединения этой детали с крышкой методом ультразвуковой сварки.

В одном из вариантов выполнения длина капилляров такова, чтобы при соединении или сварке основания и крышки концы капилляров не касались ее дна и находились на таком расстоянии от дна, чтобы через этот капилляр обеспечивался беспрепятственный и наиболее полный отбор жидкости из емкости.

В одном из вариантов выполнения на внешней стороне крышки, в основании каждого капилляра выполнена впадина цилиндрической формы, куда вставляется выступ обтюратора-уплотнителя для обеспечения герметизации соединения капилляра с дозатором-распределителем.

В другом варианте выполнения при соединении или сварке основания и крышки в каждой емкости-резервуаре оказывается один капилляр и одно вентиляционное отверстие.

В другом варианте выполнения на крышке выполнены два отверстия для каждой лунки микрофлюидного чипа, которые попарно располагающиеся на одном луче, исходящем из геометрического центра центрального отверстия крышки.

В другом варианте выполнения радиусы, на которых расположены отверстия крышки совпадают с радиусами расположения капилляров и вентиляционных отверстий таким образом, чтобы при установке микрофлюидного чипа в посадочное место на основании загрузочный канал каждой ячейки чипа совпадал с отверстием, располагающемся на одном радиусе с капиллярами, а вентиляционный канал ячейки чипа - с соответствующим отверстием, располагающемся на одном радиусе с вентиляционными отверстиями в крышке.

В другом варианте выполнения каждая амплификационная камера микрофлюидного чипа содержит химические компоненты, отвечающие за специфичность протекания процесса амплификации, например, но не ограничиваясь, праймеры, зонды.

В другом случае выполнения в крышке выполнено отдельное отверстие, через которое производится загрузка исследуемого образца в картридж.

В другом случае выполнения на обеих сторонах крышки располагаются центрирующие удерживающие штифты, по которым происходит позиционирование крышки при соединении или сварки с основанием и прижимом.

В другом случае выполнения крышка также содержит специальные трапецеидальные выступы, которые служат в качестве защелок для плотного прижима и фиксации дозатора-распределителя к обтюратору.

В другом случае выполнения поводок дозатора- распределителя имеет посадочное место, в которое вставляется приводной вал исполнительного устройства, имеющий проточку формы, комплементарной посадочному месту распределителя таким образом, чтобы обеспечивать надежное сцепление вала и дозатора-распределителя.

В другом случае выполнения проточка на вале исполнительного устройства выполнена таким образом, чтобы обеспечивать единственно правильную ориентацию дозатора- распределителя на приводном валу, исключая возможность установки картриджа в исполнительное устройство с неверным расположением дозатора-распределителя.

В одном из вариантов выполнения дозатор-распределитель содержит посадочные места для двух фильтров, которые обеспечивают фильтрацию воздуха на входе (канал для жидкости) и на выходе (канал для воздуха) из картриджа для предотвращения контаминации исполнительного устройства и окружающего воздуха патогенами, продуктами реакции амплификации и/или прочими сопутствующими факторами.В одном из вариантов выполнения дозатор-распределитель так же содержит одну или несколько отдельных емкостей, в которых размешается осушитель, например силикагель.

В одном из вариантов выполнения дозатор-распределитель имеет выступы для позиционирования крышки дозатора-распределителя при ее фиксации, например, ультразвуковой сваркой.

В одном из вариантов выполнения дозатор-распределитель содержит цилиндр и плунжер, изготовленный из эластичного материала.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых:

Фиг. 1 - модель одноразового картриджа в разобранном состоянии;

Фиг. 2 - модель одноразового картриджа в сборе;

Фиг. 3 - модель дозатора-распределителя;

Фиг. 4 - модель крышки и обтюратора-уплотнителя

Фиг. 5 - модель варианта выполнения одноразового картриджа в сборе.

На фиг. 1-5 позиции обозначают следующее:

1 - основание;

2 - емкость-резервуар;

3 - центрирующие штифты чипа;

4 - посадочное место для амплификационного чипа;

5 - амплификационный микрофлюидный чип;

6 - ячейка для проведения амплифиации;

7 - загрузочные и вентиляционные каналы ячеек чипа;

8 - капилляры;

9 - отверстия для движения воздуха;

10 - крышка с капиллярами для движения жидкости и отверстиями для движения воздуха;

11 - центрирующие штифты крышки;

12 - обтюратор-уплотнитель;

13 - уплотнительное кольцо;

14 - дозатор-распределитель;

15 - поводок

16 - крышка дозатора-распределителя;

17 - прижим с запорным колпачком;

18 - фильтр;

19 - выступ;

20 - впадина;

21 - посадочное место исполнительного механизма;

22 - заправочное отверстие;

23 - буферная емкость;

24 - пленка

25 - цилиндр дозатора-распределителя;

26 - плунжер дозатора-распределителя.

Эти чертежи не охватывают и, кроме того, не ограничивают весь объем вариантов реализации данного технического решения, а представляют собой только иллюстративный материал частного случая его реализации.

ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Заявленный одноразовый картридж для выделения нуклеиновых кислот и их последующей амплификации состоит из следующих функциональных узлов: основания (1) с несколькими резервуарами (2); крышки (10) с капиллярами (8) для движения жидкости и отверстиями для движения воздуха (9), сверху закрытой обтюратором-уплотнителем (12), которые в сборе образуют емкости-резервуары (2), в которых размещаются компоненты для выделения ДНК или РНК из анализируемой пробы или реагенты тест-системы или тест-систем для проведения амплификации, в том числе в лиофилизированном виде. Емкости-резервуары (2) расположены на основании радиально, на одном расстоянии от геометрического центра окружности в центре основания с капиллярами и отверстиями для движения воздуха. На основании присутствует специальное посадочное место, куда устанавливается амплификационный чип (5) с одной или несколькими ячейками (6) для проведения амплификации, закрытыми пленкой (24). Заправочные и вентиляционные отверстия микрофлюидных каналов (7) ячеек чипа при этом оказываются расположенными на том же расстоянии от геометрического центра окружности, что и капилляры, и отверстия для движения воздуха остальных емкостей, а также соответствующие отверстия в поворотном дозаторе-распределителе (14).

Основание (1) представляет собой деталь с множественными резервуарами-емкостями (2). Количество и объем емкостей могут меняться в зависимости от используемых реагентов и поставленных задач. Емкости (2) расположены по окружности вокруг общего центрального отверстия и имеют сложную форму усеченной многосторонней пирамиды, для обеспечения стекания жидкости и облегчения полного опорожнения емкости. При этом, положение верхнего основания этой усеченной пирамиды, которое формирует дно емкости, совпадает с положением капилляра (8) крышки (10) таким образом, чтобы при соединении или сварке этих деталей конец капилляра (8) позиционировался строго на дне соответствующей емкости-резервуара (2).

Одна из емкостей (2) расположена на некотором расстоянии от соседних, что необходимо для равномерного нагрева этой емкости в исполнительном устройстве. Основание так же содержит специальное посадочное место (4) с центрирующими штифтами чипа (3) для единообразной установки микрофлюидного чипа.

В емкости-резервуары (2) разливаются реагенты для выделения нуклеиновых кислот, а также реагенты для проведения амплификации, в том числе в лиофилизированном виде. Для загрузки анализируемой пробы в картридж в одном из резервуаров предусмотрено отверстие (22), которое герметично закрывается запорным колпачком прижима (17).На основании, по периметру каждой емкости-резервуара (2), выполнены специальные выступы треугольного сечения для обеспечения надежного и герметичного соединения этой детали с крышкой (10), например, (но не ограничиваясь) методом ультразвуковой сварки.

Крышка (10) представляет собой пластину с выступающими строго на определенную глубину (длину) капиллярами (8) с отверстиями внутри. Количество капилляров (8) соответствует количеству емкостей-резервуаров (2) на основании (1) и их глубине. Длина капилляров (8) такова чтобы при соединении или сварке основания (1) и крышки (10) концы капилляров (8) не касались ее дна и находились на таком расстоянии от дна, чтобы через этот капилляр (8) обеспечивался беспрепятственный и наиболее полный отбор жидкости из емкости-резервуара (2). Капилляры (8) располагаются на крышке (10) на определенном радиусе, соосно центральному отверстию и через определенные промежутки таким образом, чтобы при соединении или сварке основания (1) и крышки (10) капилляр (8) позиционировался строго у дна каждой емкости. На внешней стороне крышки (10), в основании каждого капилляра имеется впадина (19) цилиндрической формы, куда вставляется выступ (19) обтюратора (12) для обеспечения герметизации соединения капилляра с дозатором-распределителем (14).

Кроме этого, на крышке (10) присутствует еще один ряд вентиляционных отверстий-отверстий для движения воздуха (9), располагающихся по определенному радиусу соосно расположению капилляров (8) и центральному отверстию таким образом, чтобы их центр и центр отверстий в капиллярах оказались на одном луче, исходящем из геометрического центра центрального отверстия крышки (9). Количество этих отверстий (9) равно количеству капилляров (8). При соединении или сварке основания (1) и крышки (10) в каждом емкости-резервуаре (2) оказывается один капилляр (8) и одно вентиляционное отверстие (9).

Вентиляционные отверстия (9) служат для формирования воздушного канала для выравнивания атмосферного давления при движении жидкостей, а также для загрузки в емкости соответствующих реагентов на этапе сборки картриджа.

Также, на крышке (10) присутствуют по два отверстия для каждой лунки микрофлюидного чипа, попарно располагающиеся на одном луче, исходящем из геометрического центра центрального отверстия крышки. Причем радиусы, на которых расположены эти отверстия совпадают с радиусами расположения капилляров (8) и вентиляционных отверстий (9) таким образом, чтобы при установке микрофлюидного чипа (5) в специальное посадочное место (4) на основании (1) загрузочный канал каждой ячейки чипа совпадал с отверстием (7), располагающемся на одном радиусе с капиллярами (8), а вентиляционный канал ячейки чипа (9) - с соответствующим отверстием, располагающемся на одном радиусе с вентиляционными отверстиями в крышке (10). Крышка (10) также содержит одно отверстие, через которое производится загрузка исследуемого образца в картридж.

Кроме этого, на обеих сторонах крышки (10) располагаются центрирующие удерживающие штифты (11), по которым происходит позиционирование крышки (10) при соединении или сварки с основанием (1) и прижимом (17).

Крышка (10) также содержит специальные трапецеидальные выступы, которые служат в качестве защелок для плотного прижима и фиксации дозатора-распределителя (14) к обтюратору (12).

Обтюратор (12) представляет собой деталь, изготовленную из биоинертного эластичного материала, например, (но не ограничиваясь) термоэластопласта или силикона. Обтюратор (12) служит для обеспечения герметичности соединения дозатора-распределителя (14) с каналами емкостей (2) и/или микрофлюидного чипа (5). Сторона обтюратора (12), по которой происходит перемещение дозатора-распределителя (14), выполнена плоской, на обратной стороне имеются цилиндрические выступы (19), расположение которых строго соответствует впадинам (19) у основания капилляров (8), вентиляционных отверстий (9) и отверстий для микрофлюидного чипа в крышке (10). Диаметр этих выступов (19) больше соответствующих впадин (19) и отверстий в крышке (10) для обеспечения герметичности. В центре каждого выступа (19) имеется сквозное отверстие для формирования герметичных каналов между дозатором-распределителем и емкостью или микрофлюидным чипом (5).

Дозатор-распределитель (14) представляет собой буферную емкость (23), через которую происходит перенос жидкостей во время анализа. Дозатор-распределитель (14) базируется по центральному отверстию обтюратора (12) специальным круговым выступом и прижимается к нему посредством прижима (17).

Поводок (15) дозатора-распределителя (14) имеет посадочное место (21), в которое вставляется приводной вал исполнительного устройства (не показано), имеющий проточку специальной формы, комплементарной посадочному месту дозатора-распределителя (14) таким образом, чтобы обеспечивать надежное сцепление вала и распределителя (14) с минимальным люфтом при вращении по часовой стрелке и в обратном направлении. Форма этой проточки также обеспечивает единственно правильную ориентацию дозатора-распределителя на приводном валу, исключая возможность установки картриджа в исполнительное устройство с неверным расположением дозатора-распределителя (14). В посадочном место распределителя (14) также установлено приставочное уплотнительное кольцо (13), которое обеспечивает герметичность соединения полого приводного вала исполнительного устройства с картриджем.

Основная буферная емкость (23) дозатора-распределителя (14) может иметь объем от 500 до 3000 мкл. В буферной емкости также находится колодец с установленным внутрь фильтром (18) и со сквозным отверстием на дне для беспрепятственного поступления воздуха в вентиляционный канал и защиты от возможной протечки реагентов за пределы картриджа в окружающую среду. Дозатор-распределитель (14) так же содержит одну или несколько отдельных емкостей, в которых размешается осушитель, например, силикагель. В транспортировочном положении емкости, посредствам специальных отверстий в дозатора-распределителе (14), соединены с резервуарами с лиофилизированными реагентами, что обеспечивает дополнительную защиту реагентов от действия влаги воздуха. В центральной части дозатора-распределителя (14) располагается фильтр (18), препятствующий контаминации исполнительного устройства и окружающей среды патогенами, продуктами реакции амплификации и/или прочими сопутствующими факторами. Дозатор-распределитель (14) имеет выступы для позиционирования крышки (16) при ее фиксации или сварки, например, методом ультразвуковой сварки.

При вращении полого приводного вала исполнительного устройства (не показано) дозатор-распределитель (14) позиционируется в одном из рабочих положений над емкостью - резервуаром (2) или микрофлюидным чипом (5). При этом сливное отверстие буферной емкости дозатора-распределителя (14) оказывается над отверстием в капилляре крышки (10), герметизированное Обтюратором, и формирует герметичный канал для движения жидкости. А отверстие на дне колодца дозатора-распределителя (14) оказывается над вентиляционным отверстием и формирует герметичный канал для движении воздуха. Таким образом образуется общий герметичный канал, который, посредством магистральной трубки и полого приводного вала, соединяет шприцевой насос исполнительного устройства с одной из емкостей (2) основания (1) или микрофлюидным чипом (5) картриджа. Разрежение, которое создает насос, приводит к перетеканию жидкости из емкости основания (2) в буферную емкость распределителя, а давление в этой емкости уравнивается с атмосферным через вентиляционный канал. Последующий поворот приводного вала и позиционирование дозатора-распределителя (14) в другом рабочем положении обеспечивает формирование аналогичного герметичного канала. обратный ход поршня шприцевого насоса приводит к передавливанию жидкости из дозатора-распределителя (14) в другую емкость (2) или в канал микрофлюидного чипа (5). Таким образом происходит перемещение жидкостей внутри картриджа при приведении анализа.

Дозатор-распределитель (14) фиксируются внутри картриджа с помощью прижима (17). Прижим (17) имеет прямоугольные отверстия с бортом который входит в зацепление с трапецеидальными выступами на крышке (10) и плотно прижимает распределитель (14) к обтюратору (12). Прижим (17) так же имеет запорный колпачок, который служит для герметизации заправочного отверстия (22) после загрузки пробы в картридж.

Микрофлюидный чип (5) благодаря центрирующим штифтам (3) вставляется в посадочное место основания (1) и плотно фиксируется между основанием (1) и крышкой (10). Выступы с на чипе вставляются в соответствующие отверстия на крышке (10) плотно прижимаются с обтюратором (12). Чип имеет одну или несколько амплификационных камер (6), которые с помощью каналов (7) соединяются через обтюратор (12) с дозатором-распределителем (14). Каждая камера (6) может содержать в себе соответствующие химические компоненты, отвечающие за специфичность протекания процесса амплификации, например, но не ограничиваясь, праймеры, зонды и т.п.

С нижней стороны чипа располагается тонкая пленка, герметизирующая амплификационную камеру и микрофлюидные каналы чипа.

В одном из вариантов, шприц, с помощью которого осуществляется дозировка жидкостей, является принадлежностью картриджа. В этом случае дозатор-распределитель (14) конструктивно содержит цилиндр (25) и плунжер (26), изготовленный из эластичного материала, например, (но не ограничиваясь) термоэластопласта. Исполнительное устройство (не показано) поворачивает дозатор-распределитель (14) между аналогичными рабочими положениями, а также осуществляет возвратно-поступательные движения плунжера, а именно: при движении плунжера вниз внутри дозатора-распределителя создается разрежение, которое приводит к перетеканию жидкости из емкости основания (1) в буферную емкость дозатора-распределителя (23), а давление в этой емкости уравнивается с атмосферным через вентиляционный канал. Последующий поворот приводного вала и позиционирование дозатора-распределителя (14) в другом рабочем положении обеспечивает формирование аналогичного герметичного канала. Обратный ход плунжера (26) приводит к передавливанию жидкости из дозатора-распределителя (14) в другую емкость или канал микрофлюидного чипа (5). Таким образом происходит перемещение жидкостей внутри картриджа при приведении анализа.

ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Предложенные устройства предназначены для ряда применений, включающих применение одноразового картриджа для выделения нуклеиновых кислот и их последующей амплификации в медицине и биотехнологической промышленности.

Изобретение относится к устройствам для проведения клинико-диагностических исследований и может быть использовано для автоматического выделения из образца биоматериала нуклеиновых кислот и последующего проведения их амплификации внутри одноразового картриджа. Одноразовый картридж для выделения нуклеиновых кислот и их последующей амплификации содержит основание с емкостями-резервуарами, крышку с капиллярами для движения жидкости и отверстиями для движения воздуха, обтюратор-уплотнитель, поворотный дозатор-распределитель, поводок и посадочное место дозатора-распределителя, присоединяемого к исполнительному механизму, крышку дозатора-распределителя и прижимом с запорным колпачком. Крышка с капиллярами для движения жидкости и отверстиями для движения воздуха закрыта сверху обтюратором-уплотнителем, емкости-резервуары расположены на основании радиально, на одном расстоянии от геометрического центра окружности в центре основания и отверстиями для движения воздуха. На основании выполнено посадочное место для установки микрофлюидного чипа с одной или несколькими ячейками для проведения амплификации, закрытыми пленкой, таким образом, что загрузочные каналы ячеек чипа размещаются на том же расстоянии от геометрического центра окружности, что и капилляры, и отверстия для движения воздуха остальных емкостей-резервуаров. Техническим результатом изобретения является создание одноразового картриджа с увеличенным количеством ячеек с реагентами, а также имеющего более совершенную конструкцию, позволяющую упростить процесс его производства. 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Одноразовый картридж для выделения нуклеиновых кислот и их последующей амплификации, содержащий основание с емкостями-резервуарами; крышку с капиллярами для движения жидкости и отверстиями для движения воздуха, отличающийся тем, что он снабжен обтюратором-уплотнителем, поворотным дозатором-распределителем, поводком и посадочным местом дозатора-распределителя, присоединяемого к исполнительному механизму, крышкой дозатора-распределителя и прижимом с запорным колпачком, крышка с капиллярами для движения жидкости и отверстиями для движения воздуха закрыта сверху обтюратором-уплотнителем, емкости-резервуары расположены на основании радиально, на одном расстоянии от геометрического центра окружности в центре основания и отверстиями для движения воздуха, на основании выполнено посадочное место для установки микрофлюидного чипа с по меньшей мере одной ячейкой для проведения амплификации, закрытой пленкой, таким образом, что загрузочные каналы ячеек чипа размещаются на том же расстоянии от геометрического центра окружности, что и капилляры, и отверстия для движения воздуха остальных емкостей-резервуаров.

2. Одноразовый картридж по п.1, отличающийся тем, что на основании, по периметру каждой емкости-резервуара, выполнены выступы треугольного сечения для обеспечения надежного и герметичного соединения этой детали с крышкой методом ультразвуковой сварки.

3. Одноразовый картридж по п.1, отличающийся тем, что длина капилляров такова, чтобы при соединении или сварке основания и крышки концы капилляров не касались ее дна и находились на таком расстоянии от дна, чтобы через этот капилляр обеспечивался беспрепятственный и полный отбор жидкости из емкости.

4. Одноразовый картридж по п.1, отличающийся тем, что на внешней стороне крышки, в основании каждого капилляра выполнена впадина цилиндрической формы, куда вставляется выступ обтюратора-уплотнителя для обеспечения герметизации соединения капилляра с дозатором-распределителем.

5. Одноразовый картридж по п.1, отличающийся тем, что при соединении или сварке основания и крышки в каждой емкости-резервуаре оказывается один капилляр и одно вентиляционное отверстие.

6. Одноразовый картридж по п.1, отличающийся тем, что на крышке выполнены два отверстия для каждой лунки микрофлюидного чипа, попарно располагающиеся на одном луче, исходящем из геометрического центра центрального отверстия крышки.

7. Одноразовый картридж по п.6, отличающийся тем, что радиусы, на которых расположены отверстия крышки, совпадают с радиусами расположения капилляров и вентиляционных отверстий таким образом, чтобы при установке микрофлюидного чипа в посадочное место на основании загрузочный канал каждой ячейки чипа совпадал с отверстием, располагающимся на одном радиусе с капиллярами, а вентиляционный канал ячейки чипа - с соответствующим отверстием, располагающимся на одном радиусе с вентиляционными отверстиями в крышке.

8. Одноразовый картридж по п.1, отличающийся тем, что каждая амплификационная камера микрофлюидного чипа содержит химические компоненты, отвечающие за специфичность протекания процесса амплификации, например, но не ограничиваясь, праймеры, зонды.

9. Одноразовый картридж по п.1, отличающийся тем, что в крышке выполнено отдельное отверстие, через которое производится загрузка исследуемого образца в картридж.

10. Одноразовый картридж по п.1, отличающийся тем, что на обеих сторонах крышки располагаются центрирующие удерживающие штифты, по которым происходит позиционирование крышки при соединении или сварки с основанием и прижимом.

11. Одноразовый картридж по п.1, отличающийся тем, что крышка также содержит трапецеидальные выступы, которые служат в качестве защелок для плотного прижима и фиксации дозатора-распределителя к обтюратору.

12. Одноразовый картридж по п.1, отличающийся тем, что поводок дозатора- распределителя имеет посадочное место, в которое вставляется приводной вал исполнительного устройства, имеющий проточку формы, комплементарной посадочному месту распределителя таким образом, чтобы обеспечивать надежное сцепление вала и дозатора-распределителя.

13. Одноразовый картридж по п.1, отличающийся тем, что проточка на валу исполнительного устройства выполнена таким образом, чтобы обеспечивать единственно правильную ориентацию дозатора-распределителя на приводном валу, исключая возможность установки картриджа в исполнительное устройство с неверным расположением дозатора-распределителя.

14. Одноразовый картридж по п.1, отличающийся тем, что дозатор-распределитель содержит посадочные места для двух фильтров, которые обеспечивают фильтрацию воздуха на входе и на выходе из картриджа для предотвращения контаминации исполнительного устройства и окружающего воздуха патогенами, продуктами реакции амплификации и/или прочими сопутствующими факторами.

15. Одноразовый картридж по п.1, отличающийся тем, что дозатор-распределитель так же содержит по меньшей мере одну отдельную емкость, в которой размешается осушитель, например, силикагель.

16. Одноразовый картридж по п.1, отличающийся тем, что дозатор-распределитель имеет выступы для позиционирования крышки дозатора-распределителя при ее фиксации, например, ультразвуковой сваркой.

17. Одноразовый картридж по п.1, отличающийся тем, что дозатор-распределитель содержит цилиндр и плунжер, изготовленный из эластичного материала.