本發(fā)明的實施例涉及用于檢測和鑒定核酸的集成設備以及相關的方法。該設備可以全部是一次性使用的，或者可以包括一次性使用部分和可重復使用部分。

背景技術：

1、應該注意的是，以下論述可能涉及一些出版物和參考文獻。本文中對這些出版物的論述只是為了更完整地介紹科學原理的背景，而不能認為承認這些出版物是用于專利性確定目的的現(xiàn)有技術。

2、隨著傳染病和新發(fā)疾病、生物威脅劑、遺傳病和病原體環(huán)境庫的公共衛(wèi)生影響和意識增強，對更多信息量大的、敏感的且明確的使用點(point-of-use)的快速化驗的需求已經(jīng)使得對基于聚合酶鏈式反應(pcr)的工具的需求增加。利用例如基于pcr的擴增等方法執(zhí)行基于核酸的分子檢測非常敏感、明確且信息量大。遺憾的是，目前可用的核酸檢測不適于現(xiàn)場使用或者現(xiàn)場實用性受到限制，這是因為它們需要復雜且昂貴的儀器、專門的實驗室材料和/或依賴用戶介入的多重操作。因此，大部分用于分子檢測的樣品都被運送到集中的實驗室，結果導致漫長的周轉時間來獲得所需的信息。

3、為了滿足對快速使用點的分子檢測的需求，以前的工作集中在使用一次性檢測盒和相對昂貴的相關器械的產(chǎn)品設計上。使用外部儀器來完成流體運動、擴增溫度控制和檢測簡化了集成分子檢測所需的多重過程所固有的許多工程難題。遺憾的是，對復雜器械的依賴性為小型診所、地方和州政府以及執(zhí)法機構施加了巨大的經(jīng)濟障礙。此外，依賴一小部分器械進行檢測可能會在需求增加期間造成不必要的延誤，例如發(fā)生在疑似生物戰(zhàn)制劑釋放或新興流行病期間的情況。實際上，器械和一次性試劑盒模型在急需緊急應變能力和更大的生產(chǎn)量時會顯示出潛在的重大瓶頸。此外，儀器依賴性尤其使得將檢測設備分配到部署點的過程復雜化，其中，物流條件阻止了笨重的相關設備的運輸，或者缺少基礎設施(例如可靠的電源)。

4、重力已被描述為現(xiàn)有的微流體設備中使得流體運動的手段。然而，典型的設備不允許對這種流體運動或者兩種以上的流體的混合進行編程或電子控制。另外，一些設備利用由下降的惰性或預包裝流體產(chǎn)生的壓降來引起輕微的真空，并且當豎直地取向時將反應物吸入處理室中，這樣增大了儲存和運輸復雜性以確保預包裝流體的穩(wěn)定性。教導以多個不連續(xù)步驟移動流體的現(xiàn)有設備需要腔室之間的易碎密封件或閥，這使操作和制造復雜化。這些設備未教導為每個腔室使用分開的、位于遠端的排氣口。

5、典型的微流體設備使用比標準實驗室程序中采用的更小的反應體積。通常在檢測和研究實驗室中使用5至100微升的反應體積進行pcr或其它核酸擴增反應(例如環(huán)介導的擴增(lamp)、基于核酸的序列擴增(nasba))以及其它等溫和熱循環(huán)方法。這些反應體積容納足夠的檢測樣品體積，以確保在稀釋樣品中檢測到稀釋的化驗靶標。相對于在傳統(tǒng)的實驗室分子檢測中采用的系統(tǒng)而言，減小了反應體積的微流體系統(tǒng)必然也會使可以加入到反應中的樣品的體積減小。較小的反應體積的結果是，容量的減少以容納如下樣品體積：該樣品體積足以確保稀釋樣品中或化驗靶標稀少的地方的靶標的可檢測量的存在。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是一種用于檢測靶核酸的盒子，所述盒子包括多個腔室、連接到所述腔室的多個排氣凹穴、以及用于密封所述排氣凹穴中的一個或多個排氣凹穴的熱不穩(wěn)定材料，其中，至少一個所述排氣凹穴包括突起部。所述突起部優(yōu)選地包括凹坑或凹凸部，并且優(yōu)選地充分地防止熔化的熱不穩(wěn)定材料附接到鄰近所述熱不穩(wěn)定材料設置的熱穩(wěn)定材料上，以免在所述熱不穩(wěn)定材料破裂之后所述排氣凹穴被重新密封。

2、本發(fā)明還是一種用于檢測靶核酸的盒子，所述盒子包括：多個腔室；連接到所述腔室的多個排氣凹穴；用于密封所述排氣凹穴中的一個或多個排氣凹穴的熱不穩(wěn)定材料；熱穩(wěn)定材料；以及設置在所述熱不穩(wěn)定材料和所述熱穩(wěn)定材料之間的墊圈，所述墊圈包括開口，所述開口包圍所述多個排氣凹穴。所述墊圈優(yōu)選地足夠厚，以提供足夠的空氣體積以平衡壓力并且確保敞開的排氣凹穴之間的自由空氣移動。所述盒子優(yōu)選地包括柔性電路，所述柔性電路包括設置在所述熱穩(wěn)定材料上的圖案化的金屬電氣部件。所述墊圈優(yōu)選地包括第二開口或者尺寸受到限制，使得所述柔性電路直接接觸所述腔室中的至少一個腔室中的流體。所述電氣部件優(yōu)選地包括電阻加熱元件或導電跡線。所述電阻加熱元件優(yōu)選地與所述排氣凹穴和所述腔室對齊。所述盒子優(yōu)選地包括一個或多個環(huán)境溫度傳感器，用以調(diào)節(jié)所述腔室中的一個或多個腔室的加熱溫度、加熱時間和/或加熱速率。

3、本發(fā)明還是一種用于檢測靶核酸的盒子，所述盒子包括：檢測室，其豎直地取向；橫向流動檢測條，其設置在所述檢測室內(nèi)并且取向成使得所述檢測條的樣品接收端位于所述檢測條的底端；以及所述檢測室內(nèi)的空間，所述空間位于所述橫向流動檢測條的下方，用以接收包括擴增靶核酸的流體，所述空間包括足夠的容量以在一定高度處容納所述流體的全部體積，所述高度使得所述流體能夠通過毛細管作用向上流動到所述檢測條上，而不會淹沒或者以其它方式繞過檢測條的區(qū)域。所述空間優(yōu)選地包括檢測顆粒，例如染料聚苯乙烯微球體、膠乳、膠體金、膠體纖維素、納米金和半導體納米晶體。所述檢測顆粒優(yōu)選地包括與所述擴增靶核酸的序列互補的寡核苷酸或能夠結合到所述擴增靶核酸上的配體，例如生物素、鏈霉親和素、半抗原或抗體。所述檢測顆粒優(yōu)選地已被烘干、凍干或作為載體(例如多糖、清潔劑或蛋白質(zhì))中的檢測顆粒的干燥混合物存在于內(nèi)表面的至少一部分上，以促進所述檢測顆粒的再懸浮。優(yōu)選地在所述空間中形成所述流體的毛細管池，以改善所述檢測顆粒的混合(mixing)和分散，以促進所述檢測顆粒和所述擴增靶核酸的混合(comingling)。所述盒子可選地執(zhí)行體積小于約200μl以及優(yōu)選地小于約60μl的化驗。

4、本發(fā)明還是一種用于檢測靶核酸的盒子，所述盒子包括：一個或多個凹槽，其用于容納至少一種凍干或烘干的試劑，所述凹槽中的至少一個凹槽包括用于引導流體的一個或多個結構，以促進所述至少一種烘干或凍干的試劑的再水化，所述凹槽設置在連接到所述腔室的一個或多個通道中或者設置在所述通道中的一個或多個通道中。所述結構優(yōu)選地包括脊部、凹部、凹坑或其組合。

5、本發(fā)明還是一種用于檢測靶核酸的盒子，所述盒子包括至少一個腔室，所述腔室包括如下特征，所述特征用于防止豎直地進入所述腔室的頂部的流體直接流入所述腔室的出口。所述特征優(yōu)選地使所述流體偏轉到所述腔室的與所述出口相對的一側。所形成的所述流體的流路優(yōu)選地包括水平分量，從而使所述流路的有效長度充分地增大，并使所述流體的流速充分地減小，以限制離開所述出口的流體的量。所述特征優(yōu)選地在所述腔室內(nèi)產(chǎn)生流體的漩渦，由此促進所述流體中的試劑的混合。所述特征優(yōu)選地呈三角形或梯形。所述出口可選地是漸縮形的。位于所述出口的下游的通道可選地包括轉彎部，用以增大所述通道的有效長度。所述特征靠近所述腔室的底部，或位于所述腔室的底部，或靠近所述腔室的中部。

6、本發(fā)明還是一種對流經(jīng)用于檢測靶核酸的盒子中的腔室的流體的豎直流動進行控制的方法，所述方法包括：使進入所述腔室的頂部的流體的流動偏轉，由此防止所述流體直接流入所述腔室的出口。所述方法優(yōu)選地包括：降低所述流體的流速，以使所述流體停止之前所述流體沿著連接到所述出口的通道向下流動的距離減小。所述方法優(yōu)選地包括：將流入所述腔室的流體流分成第一流體流和第二流體流，所述第一流體流接觸所述腔室的壁并且被向上引導，所述第二流體流進入所述出口。所述第一流體流優(yōu)選地在所述腔室中打旋，由此促進所述流體中的試劑的混合。所述第二流體優(yōu)選地形成彎月面(meniscus)并且經(jīng)由連接到所述出口的通道而前進，所述彎月面使所述流體的下游的通道中的封閉空氣空間中的壓力增大，直到所述壓力使所述通道中的流體的流動停止。所述出口可選地呈漸縮形，由此增大所述出口的入口處的可壓縮空氣體積。所述方法可選地包括：在連接到所述出口的通道中設置轉彎部，由此增大所述通道的有效路徑長度并減小所述通道中的流體的流速。

7、本發(fā)明的目的、優(yōu)點和新穎的特征以及進一步的應用范圍將會在下面的詳細描述中結合附圖被部分地闡述，對本領域技術人員而言通過閱覽下文將會部分地變得顯而易見，或者可以通過實踐本發(fā)明而被領會到。本發(fā)明的目的和優(yōu)點可以通過隨附的權利要求中特別地指出的手段和組合來實現(xiàn)和獲得。