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CN101365781A - 用于核酸处理的便携式制备、分析和检测设备 - Google Patents

用于核酸处理的便携式制备、分析和检测设备 Download PDF

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CN101365781A
CN101365781A CNA2006800514649A CN200680051464A CN101365781A CN 101365781 A CN101365781 A CN 101365781A CN A2006800514649 A CNA2006800514649 A CN A2006800514649A CN 200680051464 A CN200680051464 A CN 200680051464A CN 101365781 A CN101365781 A CN 101365781A
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column casing
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chamber
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CNA2006800514649A
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C·S·万
M·格林斯坦
Y·-M·蒋
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Applied Biosystems Inc
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Abstract

本发明教导内容包括一种用于裂解和/或提纯生物样品的装置和方法。所述装置可以包括柱筒，所述柱筒具有包括了生物样品接收区域的腔室、多个电极、和一个或多个筛分基体。电极可以配置成通过产生脉冲电场来裂解生物样品。电极也可以配置成热裂解生物样品。电极还可以配置成电泳式移动生物样品穿过一个或多个筛分基体。一部分样品可以隔离在隔膜上。隔离在隔膜上的这部分样品可以被扩增并被检测到。一部分样品可以隔离在存在于柱筒内的收集区域内。隔离在收集区域内的这部分样品可以从柱筒移除。

Description

用于核酸处理的便携式制备、分析和检测设备
相关申请的交叉引用
本发明主张了在2005年11月21日在先提交的美国临时专利申请第60/738,589号的权益，该申请在本文中被整体援引作为参考。
技术领域
本发明教导的各种实施例涉及用于生物材料制备和/或提纯的装置和方法。
背景技术
过去，为核酸分析制备生物材料需要复杂和昂贵的装置。例如，在某些记载的方法中，生物材料被收集和存放在用于细胞裂解(cellular lysis)的超声波粉碎机中。在裂解后，样品在例如离心机的单独装置中被提纯。样品从离心机传送到水浴器或其它适当的热循环装置用于核酸扩增和序列检测。最终，可以使用平板凝胶电泳或毛细管电泳装置对经扩增的核酸进行序列分析(或测序)。因此需要能够完成一个或多个此类任务的单一装置。
发明内容
本发明的教导涉及用于处理生物样品的装置、系统和方法。所述装置可包括柱筒(cartridge)。柱筒可以包括腔室。两个或多个电极可以布置在腔室内。一种或多种筛分基体(matrices)可以布置在腔室内的电极之间。腔室可以包括邻近电极之一的样品接收区域。腔室可以包括邻近筛分基体的收集区域。在某些实施例中，捕获膜可以布置在邻近筛分基体的腔室内。
柱筒可以包括缓冲溶液。缓冲溶液可以是导电的。核酸扩增反应物可以装载到缓冲溶液内。核酸扩增反应物可以包括：例如设计用于检测一种或多种具体的核酸序列的引物(primer)和/或探针。核酸扩增反应物可以包括报告基团分子(reporter molecule)，例如：本领域中公知的荧光剂/猝灭剂(quencher)分子。
根据某些实施例，柱筒可以包括盖。盖可以包括一个或多个电极。盖可以包括收集装置，例如：匙杓、棍、针、拭子或类似物。盖可以包括构造为对细胞和/或病毒进行电穿孔的若干电极，来例如对细胞和/或病毒进行不可逆的电穿孔。
根据各种实施例，一种用于制备和/或提纯生物样品的系统可以包括适于接收柱筒的腔室。所述系统可以包括电连接装置。电连接装置可以将柱筒的电极连接到电源。系统可以包括控制单元。控制单元可以电气连接到电连接装置和/或电源。
根据各种实施例，系统可以包括电容器。电容器可以电气连接到一个或多个电极。电容器可以被控制单元控制。系统可以包括电阻器。电阻器可以电气连接到一个或多个电极。电阻器可以被控制单元控制。
根据各种实施例，一种制各或提纯生物样品的方法可以包括将生物样品引入柱筒中的样品接收区域。生物样品可以经过不可逆的电穿孔或机械地裂解。具有净电荷的一部分生物样品可以电泳地移动通过筛分基体。一部分生物样品的电泳动作可以由存在于柱筒内的各电极之间形成电场梯度而产生。例如，电场梯度可以具有足够的力来导致核酸与蛋白质和/或其它细胞碎片隔离或分离。根据各种实施例，蛋白质可以与核酸隔离开来。
所需的生物样品部分可以经过电极形成的电场梯度和/或极性的操纵而与不需要部分分离。例如，电场的电压或极性可以发生脉动。电泳动作可以导致一部分生物样品从筛分基体显现出来。以这种方式移动的生物药品部分可以从柱筒移出。
根据各种实施例，置于生物样品中的核酸可以捕获在核酸捕获膜中。一部分生物样品，例如来自筛分基体的核酸，可以被捕获在捕获膜上。捕获的样品部分可以在膜上被扩增。核酸或其扩增产物可以被检测到。核酸可以电泳进入核酸捕获膜的孔，例如，使得核酸可以被捕获在孔壁上。核酸扩增反应物可以出现在柱筒内，例如，聚合酶链反应(PCR)试剂可以预加载或预先存放在柱筒内。聚合酶链反应(PCR)试剂可以自由地流入或流经膜。例如，在与Taqman荧光探针反应的目标的聚合酶链反应期间，Taqman荧光探针可以被酶切以释放报告基团。在热循环期间，当PCR试剂与目标反应时，热/冷循环可能难于抑制报告基团。
通过例如对集成到出现在膜上的扩增核酸内的荧光探针的探测，可以探测经扩增部分。膜可以用例如发光二极管、激光或灯这样的光源照明。探针或报告基团可以吸收照明灯辐射的第一波长范围、并以不同的光(荧光)波长发射辐射。可以经由窗检测或目测到发射的光。
应理解到，前述的大致说明和下列的详细说明都仅是示例性和说明性的。合并在本申请中并构成本申请一部分的附图图示了若干具体实施例并与即时说明一起用作解释本发明教导的原理。
附图说明
本领域的技术人员将理解到，下面的附图仅是为了示例性目的。附图并非意在以任何方式限制本发明教导的范畴。
图1是根据各种实施例的与电源形成电连接的柱筒的横截面视图；
图2A是柱筒处理装置、柱筒、生物样品拭子、和25美分硬币(Quarter)的透视图；
图2B是根据各种实施例的、图2A所示的柱筒处理装置的横截面视图；
图2C是滤光轮的顶部平面图；
图3A是根据各种实施例的柱筒的横截面视图；
图3B是当从图3A所示的线3B-3B看去的、图3A中所示的电极216a到216e的平面视图；
图3C示出了所涉及到的利用图3A所示的柱筒的各种步骤；
图4是根据各种实施例的、适于处理柱筒的系统的电路简图；
图5A是根据各种实施例的柱筒的剖视图；
图5B示出了所涉及到的利用图5A所示的柱筒的各种步骤；
图6是根据各种实施例的系统的电路简图；
图7是根据各种实施例的柱筒的剖视图；
图8A是根据各种实施例的柱筒的剖视图；
图8B是当从图8A所示的线8B-8B看去的、图8A中所示的电极814的平面视图。
具体实施方式
根据各种实施例，本发明教导说明了可以使例如核酸、蛋白质、细胞或病毒的生物材料的离析和/或检测可行的柱筒。生物样品可以在包括有预加载试剂、但没有马达、阀或传感器的单个独立工作的柱筒内制备并探测。可以穿过柱筒的透明壁目视执行化验检测。一种检测方案设计使用人眼作为检测器，然而，可以使用另一种探测装置，例如：相机或扫描成像探测器。
根据各种实施例，人眼可以用来探测荧光。人眼在眼睛后部处的10弧分直径(大约50微米直径)内可以探测到少达10个光子。将光子聚束在较紧的圆周内不会减少可探测的光子数。用于此水平的探测的实验条件包括在由Hecth、Schlaer、和Pirenne进行的研究中的下列内容：眼睛适应黑暗40分钟；左眼闭合，仅右眼受测；眼睛凝视非常微弱黯淡的红光；测试点位于鼻部到凝视点20°处；测试点直径为10弧分；测试光闪烁1毫秒；且波长为510纳米(绿)。
在某些实施例中，可以穿过柱筒的透明窗目视执行核酸检测。一种检测方法可以包括对柱筒内的反应的目视检测。在某些实施例中，可以使用其它的检测手段。系统柱筒可以包括低成本的、手持的、微小装置。系统可以使用实时PCR化学。系统可以用来探测不同类型的病毒，例如HIV病毒。
根据各种实施例，且如图1所示，柱筒30可以包括腔室42。在本申请中说明的任何腔室可以由任何适当材料制成，例如，塑料或玻璃。腔室可以是不导电的。腔室可以是对光透明的。腔室42可以包括窗或透明部分56。在某些实施例，整个腔室可以是透明的。
一个或多个电极可以布置在柱筒30内。本申请中说明的任何电极可以包括单个电极、或可以包括多个电极。电极可以包括导电材料。电极可以包括在水溶液中不腐蚀的、或与水溶液不反应的金属。电极可以包括例如钯、铂、金或氧化铟锡。能导电的其它材料可以被用作电极。电极可以构造为对光透明，例如，电极可以包括网孔或电极可以包括沉积到透明支撑上的溅射淀积层。对光透明的电极可以包括氧化铟锡。
电极可以紧密间隔布置。紧密间隔开的电极可以用来制造相对大的电场，而不利用电极之间的大电压差。例如。两个电极可以布置成相互间隔约600μm。例如可由AA电池获得的2.6伏特的低压可以产生在两个电极间具有大约43V/cm-1场强的电场。供给到电极的电压可以是大约1伏特或更大，例如，大约5伏特或更大、或大约10伏特或更大。电极可以被用来执行多种操作，例如：样品中的被极化的待分析物的电动运动、电解、电穿孔、或电渗透。当操作产生气体作为副产品时(例如电解)，液体不能透过的气体多孔材料(例如PDMS)可以布置在柱筒内以排放气体。
根据各种实施例，当电场产生且电极与水分子接触时，电场可以用来在阴极(负电极)处产生氢氧化物(OH-)且在阳极(正电极)处产生氢。水分子可以由生物样品和/或水相缓冲液或电解液提供。过量的氢氧化物公知为酶切开磷脂分子中的脂肪酸甘油酯键，导致产生脂肪酸链和溶血磷脂。在某些氢氧化物浓度下，例如，大约20mM到大约100mM，和在某些PH值下，例如大约11.2到大约12.55，可以在少于大约100秒内在溶解的红血球中观察到这些效应。在各种实施例中，当没有电场时，氢氧化物和氢可以在混合时转化为水。如此产生的水可以消除溶解后对样品进行清洗的需求。快速低压溶解、以及溶解后不清洗的优点，对于便携装置而言很有吸引力。
在图1中，柱筒30的电极32和40可以分隔开若干毫米，例如，从大约1mm到50mm，或大约6mm。两个电极之间的分离距离的增加可能需要施加到两电极的电压增加，例如，增加到足以在两电极间产生大约43V/cm-1的场强的电压。例如，在电极之间的大约6毫米间隔处，26V的电压可以提供大约43V/cm-1的场强。施加到两个电极处的电压可以与两电极之间的距离成比例。类似的距离和电压可以用于图7的柱筒700。
根据各种实施例，第一电极32可以布置成邻近柱筒30内的第一端。第二电极40可以布置成邻近柱筒30内的第二端。第一电极32和第二电极40可以分别电连接到触点52和54。触点52和54可以分别提供到电导线60和62的连接，以及外部电源58。电源58可以包括例如电池、连接到交流电的变压器、或适于按需要提供脉冲放射电流和/或直流电的电源供应器。
根据某些实施例，筛分基体36可以布置在柱筒内，将柱筒30分为两段。筛分基体36可以布置在柱筒30内，从而使得布置在柱筒30内的微粒在不经过筛分基体36的情况下不能自由地从一段移到另一段。
如本申请中说明的筛分基体，可以包括例如微型多孔过滤器、烧结层、微珠层、纤维复合材料层、激光钻孔膜、或选择性地允许核酸通过筛分基体的任何其它材料。筛分基体可以具有例如1微米或更小的孔。筛分基体可以允许不同的分子例如被电场或泵这样的力移动，以使得分子以不同速率迁移经过筛分基体。迁移速度的不同取决于迁移分子的尺寸、形状或电荷。例如，由于分子与筛分基体本身的相互作用，较小的线性分子可以比更大或多支链的分子更快地经过筛分基体。筛分基体可以是基本上不被例如复杂细胞碎片和/或细胞器这样的较大分子渗透的。筛分基体可以用作捕集某些分子例如蛋白质，而同时允许其它分子通过筛分基体。
根据各种实施例，捕获膜38可以布置在柱筒30内。捕获膜38可以布置成邻近筛分基体36。
本教导中说明的捕获膜可以是具有在大约5纳米、4纳米、3纳米、2纳米、1纳米、0.5纳米、0.25纳米或类似的尺寸的范围内的孔的材料。捕获膜可以是专用的隐蔽剂(sequestering agent)。捕获膜可以形成与核酸分子的结合。捕获膜可以隔绝DNA的大分子(大约100个碱基对或更多)，但可以允许诸如探针、引物和单个核苷酸这样的较小分子自由地通过隔膜扩散而不被隔开。捕获膜可以包括例如购自新泽西州弗伦翰公园的Whatmen有限公司的Anopore
Figure A200680051464D0010124955QIETU
隔膜、或本领域技术人员公知的任何其它合适的核酸专用隐蔽剂。
柱筒30可以包括开口或孔45。孔45可以提供到柱筒30内的样品接收空间34的通路。样品接收空间34可以被第一电极32限定在一侧上，且被筛分基体36限定在另一侧上。
根据各种实施例，本教导可以包括收集装置44。收集装置44可以包括盖46。该可以构造为密封孔45。收集装置44可以包括样品收集器50，用于收集生物样品。本教导中说明的样品收集器可以包括拭子、匙、抽气机、针、注射器、或本领域技术人员公知的任何合适的收集装置。
根据各种实施例，生物样品可以被收集装置44收集并插入样品收集空间34。样品收集空间34可以被盖46密封。例如电泳缓冲器的缓冲物48可以载入或预载入柱筒30。缓冲物48可以悬浮生物样品。本教导中说明的生物样品可以包括例如任何类型的完好的或经裂解的生物细胞或病毒和/或其组分部分。例如，生物样品可以包括DNA、RNA、蛋白质或类似物。生物样品可以包括例如血液、排泄物、口水、唾液、尿、黏液、组织样品或类似物。
在样品收集空间34中的完整的细胞或病毒可以被溶化裂解。裂解可以通过加热生物样品而发生。可以使用电解执行溶化裂解。第一电极32可以构造为起到电阻加热器的作用。施加电压到第一电极32可以导致电极加热并由此加热样品接收空间34。样品接收空间34可以被加热到足以溶化裂解生物材料的温度，例如，加热到从大约96℃到大约99℃的温度。
在操作中，电荷可以被施加到第一电极32。相反(极性)的电荷可以施加到第二电极40。这样，可以在第一电极和第二电极之间产生电场梯度。电场梯度可以吸引或排斥样品接收区域内的分子，这取决于分子的电荷。例如，在第二电极上的正电荷将吸收负电性的分子，例如核酸。在电极上的电荷可以颠倒极性，和/或施加到电极的电压可以根据正在提纯的生物样品的特征而改变。
电场梯度引起的一部分生物样品的运动可以导致一部分生物样品与捕获膜38相关联。例如，来自生物样品的核酸可以变为与捕获膜38相关联。通过筛分基体36防止例如细胞碎片这样的某些分子接触捕获膜38。核酸扩增反应物，例如引物、探针和酶，可以出现在缓冲物48中。引物和探针可以包括太小而不能与隔膜相关联的分子。探针和引物可以自由地穿过隔膜扩散。
在某些实施例中，在操作期间，施加到第一电极32和第二电极40的电荷可以颠倒，从而使得已迁移到邻接或接近第二电极40的任一部分样品可以朝第一电极32后移经过捕获膜38、筛分基体36、和/或样品接收空间34。极性的颠倒可以防止存在于样品中的小部分抑制或是干扰核酸扩增和/或检测。
用存在与缓冲溶液中的核算扩增反应物来热循环柱筒，可以导致核酸的扩增出现在隔膜上或在柱筒内。电极的电阻器加热可以产生热循环所必需的热量。第一电极32可以接收足以产生从大约60℃到大约65℃温度的电流，而同时第二电极40可以接收足以产生从大约90℃到大约95℃温度的电流。位于捕获膜38邻接处的第二电极40可以迅速将捕获膜38加热为从大约90℃到大约95℃。第一电极32可以将柱筒30的剩余部分维持在大约60℃到大约65℃的恒定温度处。本教导中构想的实际温度可以根据将分析的样品及所需的结果而改变。
根据各种实施例，柱筒可以承载或预承载核酸扩增反应物。核酸扩增反应物可以包括探针、引物、和聚合酶，例如Taqman
Figure A200680051464D0011125015QIETU
试剂(应用生物系统公司，加州)。此试剂也在授予Livak等人的、在本文中被整体援引作为参考的美国专利第6,154,707号中说明。也可以使用被视为适当的、本领域技术人员公知的其它相关方法。这样的试剂可以用在分析核酸的方法中。
根据各种实施例，使核苷三磷酸(nucleotide triphosphate)聚合为扩增片段的酶可以包括本领域公知的耐热DNA聚合酶。可以使用的聚合酶包括来自有机体的DNA聚合酶，诸如嗜热水生菌(Thermus aquaticus)、嗜热热细菌(Thermusthermophilus)、超嗜热古菌(Thermococcus litoralis)、嗜热酯肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)、海栖热袍菌(Thermotoga maritime)、和热球菌属亚种(Pyrococcus ssp)。酶可以与由重组DNA技术制成的、或购自商业来源的病原菌(source bacteria)隔离。可以使用的示例性的DNA聚合酶包括可购自应用生物系统公司(加利福尼亚州，福斯特城)的那些DNA聚合酶，例如，AmpliTaq GoldTM DNA聚合酶；AmpliTaqTM DNA聚合酶；Stoffel片段；rTth DNA聚合酶；以及rTth DNA聚合酶XL。可以使用的其它合适的聚合酶包括但不限于：来自嗜热酯肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)的Tne、Bst DNA聚合酶大片段、来自超嗜热古菌(Thermococcus litoralis)的Vent和Vent Exo-，来自海栖热袍菌(Thermotoga maritime)的Tma，来自热球菌属的Deep Vent和Vent Exo-及Pfu，以及前述物的突变异种、变异体及衍生物。为了进一步讨论聚合酶和通常可用的分子生物学工艺，参看：Ausubel等人撰写的、约翰威立出版公司于2001年出版的《最新分子生物学实验室指南》(CurrentProtocols in Molecular Biology)；Kary B.Mullis，Francois Ferre，RichardA.Gibbs编写的《聚合酶链式反应》；Joseph Sambrook和David W.Russell编写的、纽约冷泉港的冷泉港实验室出版社于2001年出版的《分子克隆：实验室手册(第3版)》，所有这些文献都在本文中被整体援引作为参考。
根据各种实施例，荧光团标记的探针可以粘合、或是集成到核酸分子内，且可以检测到荧光。这种集成可以是由酶促反应引起，或探针可以插入核酸分子。
根据各种实施例，检测系统可以包括一个或多个激励源、至少一个检测器、和一组染料。激励源可以适于发射多个不同的独立激励光束波长范围，其中每个激励源发射了至少一个波长，所述波长不在至少另一个激励源的激励波长范围内发射。每个激励源可以包括各自独立的辐射源，或者两个或更多激励源可以包括相同的辐射源。例如，每个激励源可以包括分立的发光二极管(LED)或激光源，或者两个或更多激励源可以包括共用的广谱光源和合适的光学镜片、滤光片、光栅或类似物。
根据各种实施例，可以提供适于发射从大约460纳米到大约475纳米的第一激励波长范围的第一激励源、以及适于发射从大约480纳米到大约495纳米的第二激励波长范围的第二激励源。第二激励光束波长范围可以在与第一激励光束波长范围不同的时间发射、或在不同的方向发射。在某些实施例中，提供适于发射两个、三个、四个或更多的不同且不重叠的激励光束波长范围的一组激励源。于2005年5月3日提交的美国专利申请第60/677,233号包含了对适当的荧光团的额外披露内容，且所述美国专利申请在本文中被整体援引作为参考。
可以改变扩增反应时间、温度和循环数来优化特定的反应。用于减少伪扫描残迹(stutter)、并减少非专一性扩增的添加剂增加将在本领域技术人员确定为适当的时刻被使用，例如，参看在本文中整体援引作为参考的、授予Dimoski等人的美国专利申请公开第2005/0112591号。
根据各种实施例，一种方法用于完全分析细胞和/或病毒。可包括样品的制备和分析两者的所述方法可以包括从制备到分析的下列步骤。粗试样可以用收集装置收集，例如：匙杓、拭子、或注射器。收集装置可以插入柱筒。PCR试剂，包括探针、引物、酶、和缓冲物，可以预先封装在柱筒内。柱筒的封装可以是足以防止PCR试剂蒸发。柱筒可以被冷却直至使用。收集装置可以包括在一端的一个塞，从而使得当插入塞时，所述塞可以自锁入柱筒，防止了无意中释放污染物。
用户，例如顾客或调研者，可以将柱筒推、或分配、或放置入系统内的柱筒容器。柱筒内的细胞可以在系统内裂解，例如通过热、电穿孔、超声处理、化学或机械撕裂、翻滚、微珠撞击(beading-bashing)或其它的裂解手段。如果使用热量，则包括在柱筒内的电极可以用作通过传导电流经过其的电阻加热器。
可以从裂解成分中抽取核酸和其它带电荷分子。可以开启系统中的电极，且带负电荷和带正电荷的分子可以迁移到适当的电极。分子可以穿过筛分基体并进入核酸捕获膜，在该处核酸可以被孔壁捕获。诸如除核酸以外的细胞碎片这样的小部分，例如可以是PCR抑制剂的蛋白质，可以穿过筛分基体且也可以穿过核酸捕获膜以沉积到第二电极上。核酸捕获膜可以具有特异性。
施加到电极的电流的方向可以反转，从而使得在第二电极处的小部分可以后移经过核酸捕获膜和筛分基体而进入样品收集空间。这可以防止小部分抑制PCR。
热循环可以用于PCR。电极中的电阻器加热可以产生PCR所必需的热量。第一电极可以接收可产生大约60℃到大约65℃温度的电流。第二电极可以及接收可产生大约90℃到大约95℃温度的电流。即使当第一电极可以将柱筒的剩余部分保持在大约60℃到大约65℃的恒定温度时，定位成接近核酸捕获膜的第二电极可以迅速将捕获膜加热至大约90℃到大约95℃。在某些实施例中，柱筒可以与蛋白质一起使用。蛋白质可以与标记的抗体作用。
可以开启光源以照明，和/或在核酸捕获膜内或上面激发任何酶切报告基团。激发的报告基团可以用不同于照明波长的不同波长发射光。至少某些放射光可以经过第二电极和窗，贯穿透镜并进入光子检测器，诸如相机或光电二极管。在各种实施例中，荧光仅可以被眼睛探测到。光的检测可以指示出匹配Taqman试剂序列的目标的存在。
制备的各方面可能需要用户的介入，而同时其它方面则可以用电子控制。当本领域技术人员认为适当的时刻，可以确定用户的决定或电子控制的介入。
所述方法可以提供下列的一种或多种：
1.在没有变型的情况下，使用“金标准”的Taqman荧光探针；
2.检测单个病原体(在大于40纳升内有大于106个报告基团)；
3.简易性，即，没有传感器、没有马达、没有阀，仅需要三个(3)用户步骤；
4.比其它Taqman仪器更高的精度(计数)；
5.低成本的消耗品和仪表装置；
6.通过使用带不同颜色的探针实现的多路复用(multiplexing)。
图2A是可以使用图1所示的柱筒30的柱筒处理装置80、和生物样品拭子。为比对目的，图2A也描绘了用于示出根据各种实施例的系统80和柱筒30的相对尺寸的25美分硬币.柱筒处理装置80可以是低成本的、手持的、微小装置，其使用核酸化学、以高精确度和专一性来检测细菌性病原体。例如，核酸化学可以包括Taqman化学。如图2A所示，柱筒30不比25美分硬币大很多。可以供能给可以是柱筒的部分的电极，电极使用现货供应的电池，例如1伏特电池、1.5伏特电池、9伏特电池或两个1.5伏特的AA电池
根据某些实施例，且如图所示，在图2B中，柱筒30可以被引入系统80。系统80可以包括壳体82。壳体82可以包括例如塑料、金属、玻璃或它们的组合。壳体82可以包括构造为与柱筒30对接的容器81。可以在本文图1的说明中发现关于柱筒30的额外信息。系统80可以包括布置在壳体内的控制单元84。控制单元84可以包括处理器，例如中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)、模-数转换器(DAC)，或本领域技术人员公知的其它适当的装置。控制单元84可以电连接到电源86。电源86可以包括电池、连接至墙上插座的变压器、或它们的组合、或类似物。电源86可以布置在壳体82内。控制单元84可以电连接到布置在内壳体82中的激励源88。激励源可以包括一个或多个发光二极管、激光、灯具、或它们的组合、或类似物。
根据各种实施例，来自激励源88的光可以对存在于柱筒内的捕获膜进行照明。存在于捕获膜上的报告基团分子也可以被照明。光可以从柱筒发射，经过图1所示的柱筒30的透明部分56。柱筒发射的光可以被第一透镜90收集、并进一步被第二透镜92折射。系统80可以包括滤光轮94。滤光轮94可以布置在第一透镜90和第二透镜92之间。如图2C所示，滤光轮94可以包括了例如组合出红、绿、蓝或其它颜色过滤的不同的滤色镜94a、94b、94c和94d。滤光轮94可以旋转到介于透镜90和92之间的位置不同的各滤色镜。滤光轮可以手动转动。在某些实施例中，滤光轮94可以在控制单元84的控制下由轮(未示出)转动。来自第二透镜92的光可以进一步被第三透镜96折射。检测仪器98可以布置在壳体82以外，处于收集来自第三透镜96的光的位置。备择地，检测仪器98可以布置在壳体82内。检测仪器98可以包括例如扫描成像探测器、电荷耦合器件、购自加利福尼亚州福斯特城的应用生物系统公司的数字TaqmanTM荧光分析仪、人眼、或其它任何适当的光探测仪器。
根据各种实施例，图3A图示了可以包括腔室202的柱筒200。腔室202可以包括限定了内部空间的一个或多个壁。第一筛分基体204可以布置在腔室202的内部空间中。第一筛分基体204可以包括例如纤维过滤器、微孔过滤器、烧结层、微珠层、纤维复合材料层、激光钻孔膜、或选择性地允许核酸穿过该处的任何其它材料。第二筛分基体206可以布置在腔室202内，邻接第一筛分基体204但与其间隔开。第二筛分基体206可以包括非专用的隐蔽剂，例如琼脂糖、聚丙烯酰胺、聚乙二醇或其它导电聚合物。柱筒200可以布置成与包括至少一个电源、一个电容、一个充电电阻器、和多个开关的电路(未示出)成电接触。
收集区域208可以限定在第一筛分基体204和第二筛分基体206之间。收集区域208可以与收集管210成流体连通。收集管210可以布置在腔室202上方。收集管210可以是毛细管。塞211可以布置在收集管210内。根据各种实施例，塞可以包括例如在室温下是固态的高分子量化合物的低熔点混合物，例如：矿物蜡、聚乙二醇、和本领域技术人员公知的其它适当的低熔点化合物。
根据各种实施例，柱筒200可以包括盖212。盖212可以构造为插入腔室202。盖202可以包括布置在盖212底部的第一电极216a、216b、216c、216d和/或216e。第一电极216a、216b、216c、216d和216e可以包括多个电极。
例如，第一电极216可以包括以图3B中所示的线性方式布置成相互邻近的电极216a、216b、216c、216d和216e。在第一电极216中的电极的排布可以按多种方式配置，以便可供形成足以对生物细胞和/或病毒产生永久性电穿孔的若干场发射点217的构造，例如，锯齿形构造。第一电极216a、216b、216c、216d和216e可以形如具有锯齿状边缘的凸脊式样，例如如图3B中所示的。场发射点217可以使得在第一电极216a、216b、216c、216d和216e和布置在邻近第二筛分基体206的腔室202中的第二电极218之间形成高场强是可行的。如果电极光滑或平坦，则这可以允许利用低得多的电压。在电穿孔期间，电荷可以二选一地施加到凸脊上，从而使得介于凸脊间的空间在一电极上具有负电荷、且在另一相邻电极上具有正电荷。
盖212可以使得从柱筒200移除第一电极216a、216b、216c、216d和216e并稍后将它们重新插入柱筒200是可行的。当重新插入时，盖212可以平行于第二电极218对齐，并与第二电极218在几何意义上接近。例如，第一电极216a、216b、216c、216d和216e可以与第二电极218间隔开几个毫米。
根据各种实施例，且如图3A所示，通过将样品215沉积到第一电极216上(也参看图3C)，生物样品215可以沉积入样品接收空间214。盖212可以布置在腔室上方，以在腔室202的开口处形成不漏液的密封。当盖212如此布置时，其与缓冲物220成流体接触。
根据某些实施例，样品可以直接布置在第一电极216上，包括多个电极216a到216e。例如，盖212可以被按压或冲压抵靠生物样品，或与生物样品形成接触并随后插入柱筒200。直接布置生物样品对于粘性生物样品例如唾液或排泄物而言可以是有利的。在某些实施例中，样品215可以沉积入样品接收空间214。
在某些实施例中，盖212可以包括储存器、罩252、和底面222。底面222可以允许布置在储存器中的液体样品(例如来自拭子250的液体样品)从储存器流入样品接收空间214。
根据某些实施例，柱筒200可以包括缓冲溶液220。在缓冲溶液220中的生物样品能经由将电流脉冲施加到第一电解216而不可逆地电穿孔。电穿孔可以裂解生物样品中的细胞或病毒。例如，可以施加正电荷于电极216a、216b、216c、216d和216e，并施加负电荷于电极216b和216d。可以在例如110伏特下，用大约40欧姆到大约70欧姆的或类似的电阻器来提供电流。电压脉冲可以是足以不可逆地电穿孔存在于样品中的细胞或病毒。当以此方式利用电极216a到216e时，生物样品215可以被电穿孔。
根据各种实施例，当需要悬浮在缓冲物220中的极性待分析物的运动时，可以在第一电极216和第二电极218之间建立电场。电场可以是足以导致带电荷分子在第一电极和第二电极间迁移的。可以在足以允许带电荷分子迁移进入第一筛分基体204、收集区域208和第二筛分基体206的时期内施加电场。一部分生物样品可以隔离在收集区域208内。存在于收集区域208内的一部分生物样品可以经由收集管210从柱筒200移除。存在于第一筛分基体204内的、和/或存在于第二筛分基体206内的生物材料可以在提取期间保留在柱筒200内。
图3示出了操作步骤。在图中的标注“NA”指代核酸。在图3C中指示的各部件的额外细节可以在图1、图2B、图3A中找到。在步骤260中，盖212可以用于将生物样品215直接收集到第一电极216a、216b、216c、216d和216e上。细胞可以包括核酸。盖212可以随后被卡合或回置入柱筒200。
在步骤262中，脉冲电场(PEF)可以产生于第一电极216a、216b、216c、216d和216e的凸脊之间以裂解缓冲物中的细胞。随着细胞裂解，可以释放核酸270和杂质272。PEF可以如图4所示由电容器充电电路形成。在此电路中，开关312可以关闭，且开关314和316可以开启，因而用电源310经充电电容器322给电容器312充电。当电容器已充电后，开关314可以关闭以释放电流，来在第一电极中的多个电极216a、216b、216c、216d和216e的凸脊之间以电脉冲放电。
在图3C所示的某些实施例中，电泳可以从裂解混合物或溶液提取核酸270，经过分离基体214并进入收集区域208。如步骤64所示，开关316和318(也参看图4)可以关闭且开关3112和314可以开启，使得第一电极216a、216b、216c、216d和216e带负电荷。带负电荷的第一电极216a、216b、216c、216d和216e可以排斥带负电荷的核酸270。同时，第二电极218可以带正电荷，吸引带负电荷的核酸270。带正电荷的分子和/或杂质272，例如蛋白质，可以从核酸270分离并收集在第一电极216a、216b、216c、216d和216e处。带负电荷的分子和/或杂质272可以与核酸270一起运动。带负电荷的杂质272可以认为比核酸270运动更快或更慢。电泳可以被定时停止、或在核酸270已运动到收集区域208时传感而停止。这种定时或传感停止可以将带负电荷的分子和/或杂质272捕集在第一基体204或第二基体208之一内。
在某些实施例中，且如步骤268所示，收集区域208可以经由收集管210而泵吸干。可以借助于本领域已知手段，例如：通过毛细力、通过抽吸、或通过泵，来提供泵吸力。当核酸处于收集区域208内时，如果收集区域208被排空，则可以提取核酸。备择地，可以提供一窗(未示出)到收集区域208，且核酸270可以在收集区域208内扩增和/或检测。
根据各种实施例，电极可以包括多个电极。两个或更多个这样的电极可以配置为形成适于不可逆地对生物材料进行电穿孔的电场。多个电极可以具有线性形状。第一组多电极中每个电极可以大致排布为相互平行。
根据各种实施例，系统可以包括第一电导线，所述第一电导线可以与多个电极的第一子集电连接。第二电导线可以与第一组多电极的第二子集电连接。第三电导线可以与至少一个第二电极电连接。一个电容器可以与第一电极和第二电极电连接。一个电阻器可以与第一电极电连接。在某些实施例中，可以提供一个控制单元，其适于在第一子集中形成第一电极性、和在第二子集中形成与第一电极点不同的第二电极性。
根据各种实施例，图4示出了构造来处理柱筒306的柱筒处理装置300。柱筒306可以类似于如图3A所示的柱筒200。柱筒处理装置300可以包括限定内部空间的壳体302。壳体302可以包括容器304。容器304可以适于接收柱筒306。容器304可以提供到由壳体302限定的内部空间的通路。
柱筒处理装置300可以包括控制单元308。控制单元308可以包括中央处理器、数字信号处理器、模-数转换器、或本领域技术人员公知的其它适当的装置。控制单元308可以电连接到、和/或控制存在于壳体302内的多个不同装置。柱筒处理装置300可以包括电源310，例如电池或连接到墙壁插座的变压器或类似物。电源310可以电连接到存在于柱筒处理装置300内的各装置。柱筒处理装置300可以包括泵305。泵305可以与柱筒306的收集管340成流体连通。
柱筒处理装置300可以包括电阻器320。电阻器320可以提供例如从大约40欧姆到大约70欧姆或类似的电阻。柱筒处理装置300可以包括电容器322。所述电容器可以储存将细胞或病毒不可逆地电穿孔的足够量的电力，例如，2.5千伏特或更大的电力。
柱筒处理装置300可以包括一个或多个开关，例如，开关312、开关314、开关316、和开关318。每个开关可以电连接到电源310。开关可以如下面所述建立或断开电连接。
根据各种实施例，柱筒处理装置300可以构造为用于细胞电穿孔。一种用于裂解的构造包括开启开关316和318、和关闭开关312和314。裂解构造可以产生，并传导高电压脉冲电力。电容器322可以储存并释放高电压脉冲电力。高电压脉冲可以通过施加相反极性的电荷于柱筒306中存在的相邻的第一电极326，以在柱筒306中产生脉冲电场。例如，正电荷可以施加到电极216a、216c和216d，而同时负电荷可以施加到电极216b和216d。电阻器320可以调制来自电源310的、可传送到电容器322的电压。
根据各种实施例，柱筒处理装置300可以构造为用于柱筒306中的分子的电泳分离。柱筒处理装置300可以构造为产生横跨柱筒306的电场。可以通过将第一电荷施加到第一电极326、并通过将相反的电荷施加到第二电极332，来产生电场。用于产生电场梯度的构造可以包括开启开关312和314，和关闭开关316和318。
根据各种实施例，且如图5A所示，柱筒500可以包括腔室502，所述腔室502包括了内部空间。柱筒500可以包括布置在腔室502内的第一筛分基体504。柱筒500可以包括布置在腔室502的内部空间中的第二筛分基体506。收集区域508可以限定在介于第一筛分基体504和第二筛分基体506之间的腔室502内。收集管510可以与收集区域508流体连通。收集管510可以包括毛细管。塞511可以布置在收集管510内。柱筒500可以承载或预承载缓冲溶液524。
柱筒500可以包括盖512。盖512可以包括第一电极514。第一电极514可以包括多个电极。盖512可以构造为紧固在腔室502内。腔室502可以还包括布置在与第一电极514相对的柱筒端部处的第二电极518。样品收集空间516可以限定在第一电极514和第二电极518之间。腔室502可以还包括第三电极520和第四电极522。第三电极520、空间接收区域516、第一筛分基体504、收集空间508、第二筛分基体506和第四电极522可以在腔室502的内部空间中线性排布，和/或顺序排布。这种配置可以允许缓冲物与第三电极520、第四电极522和介于它们之间的一切物体成液体接触。第一电极514和第二电极518可以与缓冲物524成液体接触。
盖512可以使得从柱筒500移除第一电极514是可行的，用于将样品沉积到第一电极514上、或直接沉积入电泳缓冲物524。盖512可以稍后重新插入柱筒500。当重新插入时，盖514可以与第二电极518平行对齐、并在空间上接近第二电极518，且有几毫米的缓冲物介于第一电极512和第二电极518之间。场发射点可以设置在面向第二电极518的第一电极514的表面或侧面内。场发射点可以设置在面向第一电极514的第二电极518的表面或侧面内。
根据各种实施例，图5B示出了一种用于柱筒500的使用方法。可以在图5A中找出各部件的额外细节。在步骤530中，盖512可以用于将样品526直接收集到第一电极514上、并随后卡合回置入柱筒500。在步骤532内，脉冲电场(PEF)可以在第一电极514和第二电极518之间产生，以裂解缓冲物中的细胞。随着细胞被裂解，可以释放核酸538和杂质540。PEF可以用图6的电容器充电电路实现。在这个电路中，开关612关闭且开关614和616开启，用电源610经过充电电容器622来给电容器622充电。在电容器622已被充电之后，开关614可以关闭，释放电流从第二电极518迅速流动到第一电极514，例如以电脉冲的形式。
在某些实施例中，可以使用步骤534。电泳可以从裂解混合物或溶液提取核酸538，经过第一筛分基体504并进入收集区域508。开关616和618关闭，且开关612和614开启，使得第一电极514、第二电极518和第四电极522带负电荷，排斥任何带负电荷的核酸518。同时，第三电极520带正电荷，吸引核酸538。带正电荷的杂质540(例如蛋白质)可以从核酸538分离并收集在第一电极514、第二电极518和第四电极522处。带负电荷的杂质可以与核酸一起运动，但可以被认为运动更快或更慢。电泳可以被定时停止或当核酸538在收集区域508内时传感而停止，随后杂质540可以捕集在第一基体504或第二基体506内。
步骤536图示了被泵吸入收集管510或在收集管510内被探测到的核酸538。收集区域508可以经由收集管510而泵吸干。当核酸538在收集管508内时，也可以提取核酸538。
在某些实施例中，例如图3A的柱筒200和图5A的柱筒500，柱筒200和柱筒500的相应的电极间的间隙可以是大约600μm。这可以允许与柱筒200和柱筒500一起使用低电压电源供应器。
根据各种实施例，图6描述了构造来处理柱筒606的柱筒处理装置600。柱筒606可以与图5A的柱筒500在设计上类似。柱筒处理装置600可以包括限定了内部空间的壳体602。壳体602可以包括容器604。容器604可以适于接收柱筒606。容器604可以提供到由壳体602限定的内部空间的通路。
柱筒处理装置600可以包括控制单元608。控制单元608可以包括中央处理器、数字信号处理器、模-数转换器、或本领域技术人员公知的其它适当的装置。控制单元608可以电连接到、和/或控制存在于壳体602内的多个不同装置。柱筒处理装置600可以包括电源610，例如电池或连接到交流电(例如墙壁插座)的变压器或类似物。电源610可以电连接到存在于柱筒处理装置600内的各装置。柱筒处理装置600可以包括泵605。泵605可以与收集管640成流体连通。
柱筒处理装置600可以包括电阻器620。电阻器620可以包括例如从大约40欧姆到大约70欧姆的电阻。柱筒处理装置600可以包括电容器622。所述电容器可以储存在例如2.5千伏特或更大电力范围内的电力。
柱筒处理装置600可以包括一个或多个开关，例如，开关612、开关614、开关616、和开关618。每个开关可以电连接到电源610。开关可以如下面所述建立或断开电连接。
根据各种实施例，柱筒处理装置600可以构造为用于细胞电穿孔。一种用于电穿孔的构造包括开启开关616和618、和关闭开关612和614。用于电穿孔的构造可以产生高电压脉冲电力。电容器622可以储存并释放高电压脉冲电力。高电压脉冲可以通过施加相反极性的电荷于柱筒606中存在的多个相邻电极626上，以在柱筒606中产生脉冲电场。
根据各种实施例，来自电源610的电力可以储存在电容器622中。开关614可以开启以便利在电容器622中储存电力。电阻器620可以调制来自电源610的、可传送到电容器622的电压。
根据各种实施例，柱筒处理装置600可以构造用于柱筒606的电泳。可以通过产生横跨柱筒606的电场梯度来传导电泳。通过将第一电荷施加到第一电极628上、并通过将相反的电荷施加到第二电极632上，可以产生电场梯度。用于产生电场梯度的构造包括开启开关612和614、和关闭开关616和618。
根据各种实施例，且如图7所示，设备可以包括柱筒700。柱筒700可以包括腔室742。第一电极732可以布置成邻近柱筒700内的壁。第二电极740可以布置成邻近柱筒700内的第二壁。第一电极732和第二电极740可以分别电连接到触点752和754。触点752和754可以提供到柱筒700的外部的电连接。
柱筒700可以包括孔702。孔702可以提供到柱筒700内的样品接收空间734的通路。样品接收空间734可以限定在第一电极732和筛分基体736之间。
根据各种实施例，柱筒700可以包括收集装置744。收集装置744可以包括盖746。盖746可以构造为对存在于柱筒700内的孔702进行密封。收集装置744可以包括样品收集器750，用于收集生物样品。
一旦生物样品已载入柱筒700，则任何完整的细胞或病毒可以被裂解。通过对生物样品的电穿孔，裂解可以发生。第一电极732和第二电极740可以构造为在它们之间产生脉冲电场。柱筒700可以承载或预承载缓冲溶液。
可以施加电荷到第二电极740。可以将相反的电荷施加到第一电极732。可以在第一电极和第二电极之间产生电场梯度。根据分子的电荷，电场梯度可以吸引或排斥在样品接收区域内的分子。例如，在第二电极上的正电荷可以吸引待负电荷的分子，例如，核酸。
收集腔室730可以限定在柱筒700内。收集腔室730可以限定在筛分基体736、筛分基体740、和腔室742的壁之间。样品提取管748可以与收集腔室730成流体连通。样品提取管可以包括毛细管。在柱筒700内电泳的一部分生物样品可以抽取入收集腔室730内，经过样品提取管748。提取一部分生物样品可以定时为与该部分生物样品到达收集腔室730内一致。在移除存在于收集腔室730内的一部分生物样品期间，存在于筛分基体736、样品接收空间734、和筛分基体740中的生物样品部分可以保留在柱筒700内。
在图7中，介于在柱筒700内的电极732和电极740之间的距离可以是例如若干毫米，从1mm到大约10mm，或大约6mm。施加到柱筒700内的电极732和电极740的电压可以是介于电极732和电极740之间的距离的函数。
根据各种实施例，且如图8A所示，本教导包括了具有限定开口815的第一端部、且具有第二端部的柱筒800。腔室802可以限定内部空间803。包括了样品流体822的拭子可以布置在内部空间802中。柱筒800可以包括第一筛分基体850、布置在内部空间中的多孔膜。第一筛分基体850可以包括例如微孔过滤器、激光钻孔膜、或选择性地允许核酸穿过该处被动扩散的任何其它材料。
根据各种实施例，柱筒800可以包括第一电极814。如图8B中图示的第一电极814可以包括两个大致梳状的电极，分别是814A和814B。梳状电极可以彼此相互交错。电极可以是任何厚度，例如大约5mm、大约4mm、大约3mm、大约2mm、大约1mm、大约0.5mm，等等。电极814A和814B可以布置成以大致相互交错的样式而彼此相邻布置。将脉冲的相反电荷施加到电极814A和814B，可以导致产生足以对生物细胞和/或病毒不可逆地电穿孔的脉冲电场。
柱筒800可以包括在腔室802的内部空间中布置成邻近或大致平行于第一电极814的第二筛分基体804。筛分基体804可以具有任何厚度，例如大约2mm、大约1mm、大约0.5mm、大约0.25mm，等等。柱筒800可以包括布置在腔室802的内部空间中的第二电极806。第二电极可以布置成大致平行于第一电极。
收集区域808可以由介于第二筛分基体804与第二电极806之间的内部空间限定、或形成在所述内部空间中。缓冲溶液820可以布置在收集区域808内。介于第二电极806和筛分基体804之间的距离可以是任何距离，例如，5mm、4mm、3mm、2mm、1mm、0.5mm，等等。提取管810可以与收集区域808成流体连通。提取管810可以包括毛细管。塞811可以布置在毛细管内。塞811可以包括：例如在室温下为固态的高分子量化合物的低熔点混合物，例如：矿物蜡、聚乙二醇、和本领域技术人员公知的其它适当的化合物。
柱筒800可以承载缓冲溶液800。柱筒800可以包括盖812。盖812可以构造为附接到腔室802的第一端部并密封开口。
在操作中，样品流体822可以流经第一筛分基体850并经由第一电极814而分散。根据各种实施例，样品流体822可以被PEF电穿孔，且电穿孔的样品流体822可以经过第二筛分基体804并进入收集区域808。可以通过施加电流到第一电极814来产生脉冲电场。脉冲电场可以不可逆地电穿孔或裂解存在于生物样品中的任何生物细胞和/或病毒。在生物样品中的核酸可以扩散越过第一筛分基体850。可以防止生物样品中的其它高分子量生物材料扩散越过隔膜。
相反的电荷可以施加到第一电极814和第二电极806，以产生电场梯度。电场梯度可以引起存在于柱筒800内的核酸朝向第二电极806、并进入收集区域808的运动。可以加热到塞811以熔化塞811。通过毛细力或用泵(未示出)可以将核酸抽吸入提取管810。
柱筒的各部件可以具有与本教导的效用相兼容的任何尺寸和构造。在某些实施例中，可以运用较小的柱筒尺寸、电极尺寸、和分离基体尺寸，以便利高的样品通过量(throughput)。例如，柱筒可以具有多种横截面构造中的任一种，诸如：正方形、矩形、半圆形、圆形、凹口形、或V形，并具有宽广范围的宽度和深度。柱筒可以具有矩形、正方形、或凹入性横截面，且深度和宽度通常从大约2mm到20mm，从大约10mm到大约50mm。柱筒长度可以选取为允许所需量的样品成分的分离，且较短的长度提供了以减少的分离为代价的较短电泳时间，以及较长的长度提供了较长的分离路径和以较长的电泳时间为代价的较大的分离度。例如，尽管较长和较短的长度均可以使用，从大约1cm到大约50cm长度的柱筒长度适合多次分离。
收集区域可以具有任何构造，诸如圆形、椭圆形、正方形、矩形、或类似形状。与每个微通道相连的腔室的尺寸和构造可以是相同的、或不同的。例如，样品接收区域可以足够大以接收足够的样品体积，例如，从大约10μL或更少，从大约10mL到大约100mL；或从大约100mL到大约1mL。更一般地，优选的是，在柱筒内的整个腔室足够大，以容纳足够量的缓冲物来避免在电泳期间的缓冲物损耗。
用于产生电流的电极可以是由任何适当的导电材料制成，且通常是由一种或多种金属或合金制成。示例性的电极材料包括铜、银、铂、碳、镍铬合金、和金。电极材料可以是通过已知方法形成，合宜地是通过气相淀积、丝网印刷、或其它的构型方法而形成。电极材料可以是涂覆有适当的涂料，以抑制其与样品和试剂的电化学反应。例如，电极可以被渗层覆盖，所述渗层具有低分子量、允许小离子通过但不允许试剂或待分析分子通过的捷径，例如，如在PCT公开第WO95/12808号和WO96/01836号中说明的。
柱筒可以由适用于本教导目的的任何材料、或材料组合形成。可以使用的材料包括各种塑料聚合物和共聚物，诸如：聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰亚胺、和聚碳酸酯。诸如玻璃和硅的无机材料也是有用的。考虑到硅与微制造技术的兼容性、且它的高导热性便利了在需要时对柱筒迅速加热和冷却，硅是有利的。
通过诸如以荧光检测、化学发光检测、紫外-可见光吸收、放射性同位素检测、电化学检测、和生物传感器为例的多种技术中的任一种，可以在柱筒中检测所关注的样品成分。为了基于光学的检测方法，例如荧光性、吸收率、或化学发光性，柱筒可以包含至少一个检测区。
待检测的光信号可以涉及吸收和发射具有介于大约180nm(紫外线)和大约50nm(远红外线)之间波长的光。更典型地，波长介于大约200nm(紫外线)和大约800nm(近红外线)之间。对于荧光检测而言，在检测区内的任何不透明基底材料可以展示出低反射率特性，从而可以使朝着检测器的照明光的返回反射最小化。相反地，高反射率对于基于光吸收的检测，则可能是理想的。对于化学发光检测，其中光的特征波长通常是在不用外部光源照明样品的情况下产生的，假如存在至少一个光学透明窗用于检测信号，则基底组件的吸收特性和反射特性可能是不那么重要的。所有的柱筒体可以是透明组件，以允许整个柱筒的显形目测。
样品成分或待测分析物可以被标记以便于灵敏且精确的检测。标记可以是本身可测定的直接标记、或与其它试剂结合可测定的间接标记。典型的直接标记包括：例如，荧光团、发色团(chromophore)、(例如，32P、35S、3H)自旋标记、化学发光标记、产生二氧环丁烷的部分(dioxetane-producing moieties)、放射性同位素、或纳米探针。典型的间接标记可以包括：催化信号发生过程的酶、和配合基，例如可以用高的亲和力专门与可测定的反配合基(anti-ligand)相结合的抗原或生物素(biotin)，诸如标记的抗体或抗生物素蛋白。
各种实施例的特征可以包括下列中的一个或多个：没有移动零件；紧凑的尺寸使得多个模块的紧密堆叠可行；所述装置可以使核酸与细胞碎片和PCR抑制剂隔离；所述装置可以完全集成的、或完全被设备包括的，从而使得一旦样品进入其中就永不出来；所述装置可以将从毫升样品浓缩为到微升产品；核酸可以悬浮在PCR缓冲液中、且可以准备扩增；所述装置可以是低成本的、低废弃的消耗品；尺寸可以用于分离基因组，从而可以使得较短的核酸序列可以经过筛分基体，相反地防止了较长序列经过装置；可以与许多样品种类一起工作，包括拭子、血液、唾液、排泄物、组织；且所述装置可以集成入便携诊断单元。
根据对本文披露的本教导的说明书和实践的探讨，对于本领域的技术人员而言，本教导的其它实施例是显而易见的。本文意图是仅将本说明书和例子看作是示例性的。

Claims (20)

1、一种柱筒，所述柱筒包括：
具有第一端部和第二端部的腔室；
布置成与第一端部邻接的第一电极；
布置成与第二端部邻接的第二电极；
样品接收区域，所述样品接收区域被限定在介于第一电极和第二电极之间的腔室内；
核酸捕获膜，所述核酸捕获膜被布置在介于第一电极和第二电极之间的腔室内部；和
筛分基体，所述筛分基体被布置在介于样品接收区域和核酸捕获膜之间的腔室内部；
其特征在于，第一电极和第二电极配置为产生从第一电极延伸到第二电极的电场，且第二电极包括对可见光透明的一部分。
2、如权利要求1所述的柱筒，还包括适于电接触放置在同一接收空间内的缓冲物的第三电极和第四电极。
3、如权利要求1所述的柱筒，其特征在于，所述筛分基体包括微孔过滤器、烧结层、微珠层、纤维复合材料层或激光钻孔膜。
4、如权利要求1所述的柱筒，还包括收集装置，所述收集装置包括盖，其中腔室还包括与样品接收区域成流体连通的开口，且盖适于密封开口。
5、如权利要求1所述的柱筒，还包括至少设置在捕获膜内的核酸扩增试剂。
6、如权利要求1所述的柱筒，其特征在于，第一电极和第二电极中的至少一个构造为起到电阻加热器的作用。
7、如权利要求6所述的柱筒，还包括适于使用电阻加热器用于使布置在样品接收区域内的样品热循环的控制单元。
8、一种系统，所述系统包括：
如权利要求1所述的柱筒；和
柱筒处理装置，所述柱筒处理装置包括：壳体、形成在壳体内且适于接收柱筒的容器、适于照明腔室内的构件的激励源、适于包括至少一部分腔室的视场的检测装置以及适于分别形成与第一电极和第二电极的电连接的第一电触点和第二电触点。
9、如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述检测装置包括设置在壳体内的检测窗。
10、如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述检测装置包括布置在壳体内的一个或多个滤光器，其中所述一个或多个滤光器适于过滤从柱筒发射的光。
11、如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述检测装置包括布置在壳体内的一个或多个透镜，其中所述一个或多个透镜适于折射从柱筒发射的光。
12、如权利要求8所述的系统，其特征在于，柱筒处理装置还包括适于提供电流到第一电触点和第二电触点的电源，其中电流配置为在第一电极和第二电极之间以所需方式形成脉冲电场。
13、如权利要求12所述的系统，还包括控制单元，当缓冲物布置在柱筒内时，所述控制单元适于控制电源以在第一电极和第二电极之间产生直流电。
14、一种柱筒，所述柱筒包括：
腔室，所述腔室具有第一端部、第二端部、侧壁和限定在第一端部内的开口；
布置在开口内的盖，所述盖包括至少一个第一电极；
布置在所述腔室第二端部处的至少一个第二电极；
第一筛分基体，所述第一筛分基体被布置在介于盖和至少一个第二电极之间的腔室内；和
第二筛分基体，所述第二筛分基体被布置在介于第一筛分基体和至少一个第二电极之间的腔室内，所述第一筛分基体和所述第二筛分基体相互间隔开，以提供布置在第一筛分基体和第二筛分基体之间的腔室内的收集区域。
15、如权利要求14所述的柱筒，其特征在于，所述第一筛分基体包括微孔过滤器、烧结层、微珠层、纤维复合材料层、醋酸纤维素隔膜、多孔聚合物隔膜、或激光钻孔膜，且所述第二筛分基体包括琼脂糖、聚乙烯或丙烯酰胺。
16、一种样品制备方法，包括：
将生物样品载入柱筒，所述柱筒包括第一端部和第二端部、在第一端部处的至少一个第一电极、在第二端部处的至少一个第二电极、布置在至少一个第一电极和至少一个第二电极之间的第一筛分基体、布置在第一筛分基体和至少一个第二电极之间并与第一筛分基体间隔开的第二筛分基体；
通过施加电压到至少一个第一电极和至少一个第二电极来电穿孔样品；
通过电力产生的原动力，将样品中的极性待分析物移入第一筛分基体；以及
收集电泳运动带来的一部分样品。
17、如权利要求16所述的方法，还包括通过化学裂解、加热或超声波降解样品来裂解样品。
18、如权利要求16所述的方法，其特征在于，收集包括移除一部分来自柱筒的样品。
19、如权利要求16所述的方法，其特征在于，检测包括目视检测发射的光束。
20、如权利要求16所述的方法，还包括热循环生物样品。
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