ОДНОРАЗОВЫЙ КАРТРИДЖ ДЛЯ ИЗОТЕРМАЛЬНОЙ АМПЛИФИКАЦИИ Российский патент 2023 года по МПК C12Q1/6825 C12Q1/6816 C12M1/38 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к устройствам для проведения диагностических исследований и может быть использовано для проведения их изотермальной амплификации внутри одноразового картриджа.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники известен картридж для тестирования (см. US2022073975A1, опубл. 10.03.2022) (1). Тестовые лунки картриджа могут быть снабжены одними и теми же или разными сухими компонентами. Эти компоненты могут быть гидратированы жидкостью, поступающей в испытательную лунку (например, жидкостью из блистерной упаковки, смешанной с нанесенным образцом) и, таким образом, активированы для процедуры испытания. Преимуществом является предоставление жидких компонентов в блистерной упаковке отдельно от сухих твердых компонентов в лунках для испытаний, что позволяет хранить картридж перед использованием, содержащий компоненты, необходимые для процесса амплификации, а также откладывать начало амплификации до тех пор, пока образец не был применен.

Устройство (1) имеет ряд недостатков, такие как, использование насосов или актуаторы для прокачки жидкости, что усложняет конструкцию, а также то, что для амплификации в данном устройстве необходимы два этапа.

Из уровня техники также известна полезная модель, которая представляет собой одноразовый переносной картридж с лентой для обнаружения LAMP (петлевой изотермической амплификации) (см. CN215480959U, опубл. 11.01.2022), который содержит корпус картриджа и механизм обнаружения, причем механизм обнаружения содержит первый канал образованный вниз в корпусе коробки от верхнего конца корпуса коробки, второй канал, сообщающийся с первым трубопроводом, узел отбора нуклеиновой кислоты, расположенный во втором трубопроводе и используемый для забора нуклеиновой кислоты из носоглоточного мазка, и третий трубопровод, сообщающийся со вторым трубопроводом и заполненный реакционной жидкостью; изолирующий узел используется для выделения нуклеиновой кислоты из реакционной жидкости, третий трубопровод представляет собой прозрачный трубопровод, а периферийная боковая стенка третьего трубопровода выходит за пределы корпуса коробки. Полезная модель дополнительно предлагает нагревательное устройство с постоянной температурой одноразового портативного картриджа с лентой для обнаружения LAMP. Нагревательное устройство с постоянной температурой содержит корпус, паз для стыкового соединения и нагревательный узел, при этом паз для стыкового соединения образован вниз вдоль верхнего конца корпуса и служит для обеспечения возможности вставки кассеты с лентой, а нагревательный узел размещен в оболочке и используется для нагрева кассеты с лентой.

Устройство-аналог (2) более эффективно, чем аналог (1), однако, нагревательный элемент встроен в прибор, в отличии от заявленного устройства, где нагревательный элемент находится на картридже (микрофлюидном чипе). Такая конструкция наиболее эффективна для нагрева.

Из уровня техники известна микрожидкостный чип и портативная инфракрасная изотермическая ПЦР-платформа (см. CN110004024A, опубл. 12.07.2019) (3) Чип состоит из нижней крышки, нагревательного слоя МУНТ, слоя камеры ПЦР и верхней крышки снизу вверх. Камеры расположены на слое камеры ПЦР, включают камеру перекиси водорода, камеру образца ПЦР и камеру ПЦР, которые последовательно соединены каналами и дополнительно включают камеру контроля температуры. Платформа используется в сотрудничестве с микрожидкостным чипом. Микрожидкостный чип обладает высокой чувствительностью при обнаружении различных заболеваний, передающихся половым путем, может одновременно диагностировать несколько патогенов, удобен в переноске, имеет низкую цену и подходит для массового производства.

Указанная система (3) достаточно сложна. Для детекции результатов используется оптическую голову с линзами, светодиодами, фильтрами и светодиодами. Также есть различия в установке чипа: в заявленном устройстве чип вертикально вставляется в станцию, а указанном аналоге (3) - горизонтально.

Наиболее близким аналогом заявленного устройства, по мнению заявителя, является изобретение, которое в целом относится к устройствам, системам и способам проведения биологических анализов с использованием индикаторов (см. US10549275B2, опубл. 04.02.2020), которые изменяют одно или несколько оптических свойств анализируемых биологических образцов. Заявленные способы включают получение продукта реакции путем проведения биохимической реакции на биологическом образце, введенном в устройство, и взаимодействия продукта реакции с индикатором, способным генерировать обнаруживаемое изменение оптических свойств биологического образца, чтобы указать наличие, отсутствие или количество аналита, предположительно присутствующего в образце.

Предложенный аналог (4) наиболее близко подходит к решению проблем, решаемых заявленным изобретением, однако, по мнению заявителя проблема решается не самым эффективным способом, поскольку отсутствует дополнительная ловушка для лишней жидкости, в отличии от заявляемого решения. Воздух в заявленном решении выходит наверх, а в предложном аналоге такое невозможно, так как корпус расположен горизонтально. В микрофлюидную платформу (4) встроены световоды, также используется электроника (фотодиоды / светодиоды) для анализа результатов, что усложняет систему. Одновременно различиями являются герметизация лунок и метод заправки основной заправочного канала.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение направлено на решение технической проблемы, связанной созданием картриджа для изотермической амплификации нуклеиновых кислот, который не требует дополнительного оборудования для пробоподготовки, прост в использовании, не требует обученного персонала и позволяет проводить детекцию визуальным путем.

Техническим результатом изобретения является упрощение проведения изотермической амплификации нуклеиновых кислот.

Технический результат достигается посредством создания одноразового картриджа для изотермической амплификации, содержащего корпус, в котором выполнены резервуар, мембрана, ограничивающий резервуар от центрального канала, соединенного с камерой, которая соединена микрофлюидными каналами с реакционными лунками, в которых хранятся лиофилизированные реагенты, размещенными по кругу или овалу, при этом камера размещена в центре круга или овала, а к каждой реакционной лунке подходит один микрофлюидный канал от камеры и выходит один микрофлюидный канал, соединенный с запасными резервуарами, в корпусе также выполнено сквозное отверстие и горлышко с крышкой, на задней стороне корпуса выполнены отверстия с фильтрами и отверстиями под термисторы на ней закреплена нагревательная плата, с внешней стороны которой внизу находятся контакты питания нагревательной дорожки и термистор на внутренней стороне находится нагревательная дорожка, которая пролегает только под реакционными лунками, также на этой внутренней стороне нагревательной платы находятся термистор и резистор для поддержания температуры, а наружная сторона корпуса герметизирована термопленкой.

В частном варианте выполнения все детали картриджа выполнены прозрачными или матового белого цвета.

В частном варианте выполнения корпус выполнен из пластика.

В частном варианте выполнения в корпусе картриджа выполнены разрезы, служащие ключевым замком.

В частном варианте выполнения нагревательная плата крепится на двухсторонний термоскотч.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых:

Фиг. 1 - вид на переднюю стенку модели одноразового картриджа;

Фиг. 2 - вид на заднюю стенку модели одноразового картриджа;

Фиг. 3 - вид сзади модели одноразового картриджа в разобранном состоянии;

Фиг. 4 - вид спереди модели одноразового картриджа в разобранном состоянии.

На фиг. 1-4 позиции обозначают следующее:

1 - горлышко;

2 - резервуар;

3 - центральный канал;

4 - микрофлиюдный канал;

5 - камера;

6 - ключ;

7 - сквозное отверстие;

8 - реакционные лунки;

9 - запасной резервуар (ловушка для жидкости);

10 - отверстие под фильтры;

11 - задняя часть картриджа;

12 - отверстие под термистор;

13 - пленка для герметизации каналов;

14 - корпус картриджа;

15 - фильтр;

16 - двухсторонний термоскотч;

17 - нагревательная плата;

18 - мембрана;

19 - крышка на горлышке;

20 - отверстие под резистор;

21 - вырез.

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 изотермической амплификации состоит из следующих функциональных узлов: горлышка (1), через которое вносится образец в картридж. Образец может вноситься двумя способами: (А) при помощи дополнительной пробирки, в которой находится образец в растворе или (Б) второй вариант, если в резервуаре (2) находится раствор, а образец добавляется зонд-тампоном после взятия образца.

Также на горлышке находится крышка/заглушка (19), которая необходима для закрытия резервуара.

В резервуаре (2), при варианте (Б), раствор хранится в этой камере. Таким образом с нижней стороны требуется клапан, чтобы перекрыть канал, по которому жидкость будет протекать вниз в реакционные лунки (8), для этих целей может быть использована самоклеящаяся алюминиевая пленка, но можно использовать и другие пленки.

По центральному каналу (3) раствор с образцом из резервуара (2) затекает в сердцевину картриджа.

Картридж имеет 8 реакционных лунок (8), которые выполнены в платформе по кругу или овалу. К каждой лунке подходит один микрофлюидный канал (4) снизу и выходит один микрофлюидный канал (4) сверху. Через нижний канал жидкость затекает в реакционную лунку (8), а через верхний канал выходит воздух, который выталкивается.

Камера (5) служит для равномерного распределения раствора по реакционным лункам (8).

Ключ (6), представляет собой специальный вырез в корпусе картриджа для того, чтобы правильной стороной вставлять картридж в станцию.

Сквозное отверстие (7) предназначено для предотвращения потери тепла. Воздушный зазор используется, как барьер.

В реакционных лунках (8) хранятся лиофилизированные реагенты.

В картридж было внедрено два запасных резервуара (9) для защиты клиента и внешней среды от возможного вытекания жидкости из картриджа и таким образом контаминации внешней среды продуктами амплификации.

Для того чтобы из картриджа выходил воздух в картридже сверху с двух сторон выполнены дополнительные отверстия (10). В отверстия (10) вставляются фильтры (15), которые могут быть выполнены из различных материалов, например гидрофобный полиэтилен, гидрофобное стекловолокно, модифицированное с помощью целлюлозы, полиэстера или полипропилена. Основной функцией фильтров (15) является защиты клиента и внешней среды от образца и продуктов амплификации.

На заднюю часть картриджа (11) крепится электронная плата (17) с нагревательной дорожкой.

В картридже также выполнены отверстия (12) под термисторы для контроля температуры.

По контуру каждой реакционной лунки (8) выполнены вырезы/углубления. Эти вырезы (21) добавлены специально для избежания потери тепла.

Пленка (13) служит для герметизации каналов и реакционной лунки (8). На пленку (13) клеится дополнительная этикетка с названием картриджа и QR-кодом.

На корпус картриджа (14) нанесены основные его узлы, каналы, лунки и т д. Корпус картриджа (14) может быть изготовлен из разных видов пластика, например, поликарбонат, полиметилметакрилат, полистирол, полипропилен, полиолефины.

Двухсторонний термоскотч (16) используется для плотного прилегая платы нагревания к корпусу картриджа. Вместо термоскотча можно также использовать термоклей. Термоскотч должен иметь белый оттенок. Во время амплификации раствор в лунке будет менять цвет, на белом фоне это будет визуально лучше отображаться.

С внешней стороны нагревательной платы (17) внизу находятся контакты питания нагревательной дорожки и термисторов. На внутренней стороне находится нагревательная дорожка, которая пролегает только под реакционными лунками (8), таким образом увеличивается эффективность прогрева реакционных лунок (8). Также на этой внутренней стороне находятся термистор и резистор для поддержания целевой температуры.

Также картридж снабжен мембраной (18), которая находится в резервуаре.

В верхней части картриджа на горлышке (1) размещена крышка (19) для герметизации картриджа.

Заявленный одноразовый картридж для изотермической амплификации работает следующим образом.

К микрофлюидному картриджу крепиться электронная плата с нагревательным элементом. Нагревательный элемент на электронной плате разработан таким образом, чтобы в первую очередь прогревались только реакционные лунки. Индикация результатов осуществляется в виде изменения окраски реакционной смеси за счет изменения pH (колориметрическая изотермальная амплификация).

Заявленное техническое решение предназначено в первую очередь для домашнего скрининга и было разработан таким образом, что даже не опытный человек без предварительно подготовки смог провести ПЦР-анализ.

Основные преимущества:

1. Дешевизна системы повышает ее доступность для всех слоев населения.

2. Мобильность устройства.

3. Прибор можно использовать в полевых условиях.

4. Простота в использование – не требуется высококвалифицированный персонал.

5. Получение результатов положительных образцов уже после 20 минут амплификации.

ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Предложенное устройство предназначено для ряда применений, включающих применение одноразового картриджа для выделения нуклеиновых кислот и их последующей изотермической амплификации в медицине, ветеринарии и биотехнологической промышленности.

Изобретение относится к устройствам для проведения диагностических исследований и предназначено для проведения изотермальной амплификации внутри одноразового картриджа. Одноразовый картридж может быть использован в медицине, ветеринарии и биотехнологической промышленности. Одноразовый картридж для изотермической амплификации содержит корпус, в котором выполнены резервуар, мембрана, ограничивающая резервуар от центрального канала, соединенного с камерой, которая соединена микрофлюидными каналами с реакционными лунками, в которых хранятся лиофилизированные реагенты, размещенными по кругу или овалу. Камера размещена в центре круга или овала, а к каждой реакционной лунке подходит один микрофлюидный канал от камеры и выходит один микрофлюидный канал, соединенный с запасными резервуарами. В корпусе также выполнено сквозное отверстие и горлышко с крышкой. На задней стороне корпуса выполнены отверстия с фильтрами и отверстиями под термисторы, на ней закреплена нагревательная плата, с внешней стороны которой внизу находятся контакты питания нагревательной дорожки термистора и резистора, на внутренней стороне находится нагревательная дорожка, которая пролегает только под реакционными лунками, также на этой внутренней стороне нагревательной платы находятся термистор для поддержания температуры, на наружная сторона корпуса герметизирована термопленкой. Использование изобретения не требует дополнительного оборудования для пробоподготовки, просто в использовании, не требует обученного персонала и позволяет проводить детекцию визуальным путем. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Одноразовый картридж для изотермической амплификации, содержащий корпус, в котором выполнены резервуар, мембрана, ограничивающая резервуар от центрального канала, соединенного с камерой, которая соединена микрофлюидными каналами с реакционными лунками, в которых хранятся лиофилизированные реагенты, размещенными по кругу или овалу, отличающийся тем, что камера размещена в центре круга или овала, а к каждой реакционной лунке подходит один микрофлюидный канал от камеры и выходит один микрофлюидный канал, соединенный с запасными резервуарами, в корпусе также выполнено сквозное отверстие и горлышко с крышкой, на задней стороне корпуса выполнены отверстия с фильтрами и отверстиями под термисторы на ней закреплена нагревательная плата, с внешней стороны которой внизу находятся контакты питания нагревательной дорожки термистора и резистора, на внутренней стороне находится нагревательная дорожка, которая пролегает только под реакционными лунками, также на этой внутренней стороне нагревательной платы находятся термистор для поддержания температуры, а наружная сторона корпуса герметизирована термопленкой.

2. Одноразовый картридж по п.1, отличающийся тем, что все его детали выполнены прозрачными или матового белого цвета.

3. Одноразовый картридж по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен из пластика.

4. Одноразовый картридж по п.1, отличающийся тем, что в корпусе картриджа выполнены разрезы, служащие ключевым замком.

5. Одноразовый картридж по п.1, отличающийся тем, что нагревательная плата крепится на двухсторонний термоскотч.