具有逐步加壓機構的樣品製備模塊的製作方法

2023-07-20 07:12:09 1

本申請要求2014年2月5日提交的第61/936,275號美國臨時申請的權益，該申請通過引用併入本文。

關於聯邦資助研究的聲明

本發明通過美國國防高級研究計劃局根據合同號HR0011-11-2-0006在美國政府的支持下做出。美國政府在本發明中具有某些權利。

背景技術：

包括核酸分析的現代生物技術為樣品的分析提供了強有力的工具。來自受試者和環境源的樣品可針對各種化合物和有機體的存在而被分析。針對疾病，包括傳染性疾病和遺傳性疾病，患者可以被診斷。

然而，許多分析技術要求集中的實驗室設施、經過培訓的技術人員、樣品製備、冷藏以及其它資源。在醫療點(point-of-care)環境下、在有限資源的環境下、以及在難以獲得必要資源或缺乏必要資源的其它環境下，這樣的要求可能限制這些技術的效用。

概述

因此，所需要的是一種簡單、便宜、穩健的方法，該方法基於醫療點的核酸診斷，具有在衛生保健提供者仍然與患者在一起的時候的結果的即時可用性。另外，需要一種方法和設備，該方法和設備可以提供準確的結果和對適當的分析技術，以及對質量控制措施，特別是根據美國臨床實驗室改進修正法案(CLIA)計劃將允許放棄的那些措施的方法論的堅持。

本文所公開的是用於形成一個或多個中斷的流體路徑並且用於使用單個機械運動產生壓力的設備和系統。壓力可以用作從設備或系統中的不同位置傳輸溶液或者將溶液傳輸到設備或系統中的不同位置的起動力(motive force)。當驅動多個溶液時，運動可以同時連接第一流體路徑並且產生用於流體傳輸的壓力；然後另一個運動可以斷開第一流體路徑、連接第二流體路徑以及產生用於流體傳輸的另外的壓力。

本發明的一個方面提供了樣品製備模塊，該樣品製備模塊包括：殼體，其具有內表面；中心軸，其包括帶有螺紋的區段，其中中心軸相對於殼體旋轉；壓力帽以及多個同軸布置的層，至少一個層是轉子並且一個層是定子(相對於轉子)。壓力帽包括能夠與殼體的內表面接合以形成氣密密封的墊圈和具有螺紋的中心柱，其中該螺紋接合中心軸的帶有螺紋的區段。同軸布置的層具有以摩擦、密封接合的方式裝配的互補的面對的表面，每個層具有至少一個大體上軸向對齊的通道，該通道具有能夠用於連續地選擇性地置於連通中以在組件內建立多個專門的流動路徑的上遊入口和下遊出口。所述轉子的旋轉選擇性地連接不同的同軸層的通道從而依次地形成和中斷多個流體路徑。另外，第一同軸布置的層與殼體的內表面接合以形成氣密密封，從而第一層的表面與殼體和壓力帽一起形成隔室，其中軸相對於殼體的旋轉壓縮隔室從而產生抵著第一同軸布置的層的上遊表面的壓力。

在某些實現方式中，轉子與軸直接或間接地接合併且定子與殼體直接或間接地接合。在其它實現方式中，定子與軸直接或間接地接合併且轉子與殼體直接或間接地接合。

在一些實現方式中，中心軸與驅動器接合。在這樣的實現方式中，最鄰近驅動器的同軸布置的層可以是部分或完全透明的。

在選定的實現方式中，壓力帽還包括鍵或鍵槽，該鍵或鍵槽與殼體中的互補的鍵槽或鍵接合從而阻止壓力帽相對於殼體旋轉。壓力帽還可以包括手動握持部。

中心柱的螺紋可以具有與軸的帶有螺紋的區段不同的螺距。在某些實現方式中，中心軸的帶有螺紋的區段是外螺紋的並且壓力帽的中心柱是內螺紋的。在其它實現方式中，中心軸的帶有螺紋的區段是內螺紋的並且壓力帽的中心柱是外螺紋的。

在選定的實現方式中，中心軸包括多個連接的區段，每個區段與相鄰的區段接合。

殼體可以永久地附連到同軸布置的層。在各種實現方式中，殼體包括兩個或更多個節段，該兩個或更多個節段當被裝配時形成氣密的結合部。殼體的兩個或更多個節段中的一些、全部或沒有一個可以永久地附連到同軸布置的層。

在許多實現方式中，同軸布置的層包括試劑層、分離層和接收層。試劑層可以將樣品接收在對上遊表面和下遊表面敞開的第一流體路徑中。試劑層可包括對上遊表面和下遊表面敞開的第二流體路徑。在一些實現方式中，分離層包括使上遊表面和下遊表面之間的至少一個通道閉塞的捕獲分離材料，所述分離材料能夠可逆地結合關注的分子。該樣品製備模塊還可以包括分析層。分析層可以包括微流控設備。在某些實現方式中，至少一個同軸布置的層包括廢料室，所述廢料室是僅對層的上遊表面敞開的閉端路徑。廢料室優選地包含用於廢液的吸收劑。

本發明的樣品製備模塊還可以包括可重複密封的樣品入口。

本發明的另一方面提供了從樣品分離關注的分析物的方法，該方法包括：a)提供包括壓力帽、中心軸和多個同軸布置的層的設備，該多個同軸布置的層包括試劑層、分離層和接收層，其中試劑層裝載有裂解溶液、洗滌溶液和洗脫溶液，每種溶液佔居具有上遊入口和下遊出口的單獨的通道，並且其中通道的下遊出口中的每一個在設備的第一位置處是閉塞的；b)使樣品與試劑層中的裂解溶液組合以形成裂解的混合物；c)將中心軸旋轉到第二位置；d)將中心軸旋轉到第三位置；以及e)將中心軸旋轉到第四位置。將中心軸旋轉到第二位置的步驟：1)將試劑層相對於分離層旋轉以使容納裂解混合物的通道的出口與分離層中的通道的上遊入口對齊，分離層中的所述通道被能夠結合關注的分析物的捕獲分離材料閉塞；以及2)使壓力帽朝向多個同軸布置的層移動，從而對裂解的混合物施加正壓力並且將裂解的混合物推動到捕獲分離材料上並且穿過捕獲分離材料。將中心軸旋轉到第三位置的步驟：1)將試劑層相對於分離層旋轉以使保持洗滌溶液的通道的出口與分離層中的被捕獲分離材料閉塞的通道的上遊入口對齊；以及(2)使壓力帽進一步朝向多個同軸布置的層移動，從而施加另外的正壓力以將洗滌溶液推動穿過捕獲分離材料。將中心軸旋轉到第四位置的步驟：1)將試劑層相對於分離層旋轉以使容納洗脫溶液的通道的出口與分離層中被捕獲分離材料閉塞的通道的上遊入口對齊；2)將分離層相對於接收層旋轉以使被捕獲分離材料閉塞的通道的出口與接收層中的第一通道的上遊入口對齊；以及3)使壓力帽進一步朝向多個同軸布置的層移動，從而施加另外的正壓力以將洗脫溶液推動穿過捕獲分離材料進而使關注的分析物脫離捕獲分離材料並且將洗脫溶液和關注的分析物收集在接收層的通道中。

在某些實現方式中，關注的分析物是分子。在一些實現方式中，關注的分析物是顆粒。在某些實現方式中，關注的分析物是細胞。在一些實現方式中，關注的分析物是孢子。

本發明的另一方面提供了從樣品分離關注的分子的方法，該方法包括：a)提供包括壓力帽、中心軸和多個同軸布置的層的設備，該多個同軸布置的層包括試劑層、分離層和接收層；b)用裂解溶液、洗滌溶液和洗脫溶液裝載試劑層，每種溶液佔居具有上遊入口和下遊出口的單獨的通道，其中通道的下遊出口中的每一個在設備的第一位置處是閉塞的；c)使樣品與試劑層中的裂解溶液組合以形成裂解的混合物；d)將中心軸旋轉到第二位置；e)將中心軸旋轉到第三位置；以及f)將中心軸旋轉到第四位置。將中心軸旋轉到第二位置的步驟：1)將試劑層相對於分離層旋轉以使容納裂解混合物的通道的出口與分離層中的通道的上遊入口對齊，分離層中的所述通道被能夠結合關注的分子的捕獲分離材料閉塞；以及2)使壓力帽朝向多個同軸布置的層移動，從而對裂解的混合物施加正壓力並且將裂解的混合物推動到捕獲分離材料上並且穿過捕獲分離材料。將中心軸旋轉到第三位置的步驟：1)將試劑層相對於分離層旋轉以使容納洗滌溶液的通道的出口與分離層中的被捕獲分離材料閉塞的通道的上遊入口對齊；以及2)使壓力帽進一步朝向多個同軸布置的層移動，從而施加另外的正壓力以將洗滌溶液推動穿過捕獲分離材料。將中心軸旋轉到第四位置的步驟：1)將試劑層相對於分離層旋轉以使容納洗脫溶液的通道的出口與分離層中的被捕獲分離材料閉塞的通道的上遊入口對齊；2)將分離層相對於接收層旋轉以使利用捕獲分離材料閉塞的通道的出口與接收層中的第一通道的上遊入口對齊；以及3)使壓力帽還進一步朝向多個同軸布置的層移動，從而施加另外的正壓力以推動洗脫溶液穿過捕獲分離材料進而使關注的分子脫離捕獲分離材料並且將洗脫溶液和關注的分子收集在接收層的通道中。

在某些實現方式中，將中心軸旋轉到第二位置還包括，將分離層相對於接收層旋轉以使利用捕獲分離材料閉塞的通道的出口與接收層中的第二通道的上遊入口對齊，所述第二通道構造成捕獲廢液。優選地，廢液被捕獲在容納在接收層的第二通道中的吸收劑中。

在一些實現方式中，多個同軸布置的層包括分析層，並且方法還包括如下步驟：g)將中心軸旋轉到第五位置，從而1)將接收層相對於分析層旋轉以使容納洗脫溶液和關注的分子的通道的出口與分析層中的通道的上遊入口對齊；以及2)使壓力帽進一步朝向多個同軸布置的層移動，從而施加另外的正壓力以將洗脫溶液和關注的分子推動到分析層的通道中。在選定的實現方式中，關注的分子是核酸並且分析層構造成擴增核酸。

在許多實現方式中，關注的分子是核酸或蛋白質，更優選地是核酸。核酸可以是RNA和/或DNA。

本發明的又一個方面提供用於同時改變流體路徑並且產生壓力的設備，所述設備包括：壓力帽；和多個同軸布置的層，至少一個層是轉子並且至少一個層是定子，所述同軸布置的層具有以摩擦、密封接合的方式裝配的互補的面對的表面，每個層具有至少一個大體上軸向對齊的通道，該至少一個大體上軸向對齊的通道具有能夠用於連續地選擇性地置於流通中以在組件內建立多個專門的流動路徑的上遊入口和下遊出口，其中第一同軸布置的層與壓力帽接合以產生氣密的隔室，該氣密的隔室在轉子旋轉時是可壓縮的，並且其中所述轉子的旋轉選擇性地連接不同的同軸層的通道從而依次地形成和中斷多個流體路徑。

本發明還以套件為特徵，該套件包括本文所描述的一個或多個設備和/或系統並且包括收集器(例如，用於收集與設備或系統使用的樣品，諸如本文中任何所描述的，包括刺血針、毛細管、針、注射器、拭子、樣品管、收集杯或微管)。在另外的實施方案中，套件還包括與設備分開或在設備內的一種或多種物質。示例性物質包括任何本文所描述的，包括樣品、裂解溶液、洗滌溶液、洗脫溶液、試劑、染料、乾燥劑、穩定劑、蛋白質、核酸、過濾器、薄膜、標記和/或容器中的一個或多個。

引用條款

本說明書中提及的所有出版物、專利和專利申請通過引用併入本文，其程度如同每個單獨的出版物、專利或專利申請具體地且單獨地表示為通過引用併入一樣。

附圖簡述

在所附權利要求中具體陳述了本發明的新穎特徵。通過參照下面的陳述說明性實施方案的詳細描述，將更好地理解本發明的特徵及優點，在說明性實施方案中利用了本發明的原理，且說明性實施方案的附圖：

圖1示出了設備的兩個層的對齊的示例性示意圖。

圖2示出了設備的示例性示意圖，其中壓力帽正在旋轉，從而壓縮空氣隔室以形成壓力。

圖3A示出了壓力帽設備的示例性分解側視示意圖。

圖3B示出了包括壓力帽和多個同軸布置的層的設備的示例性的四分之三的分解示意圖。

圖3C示出了包括壓力帽和多個同軸布置的層的設備的示例性的四分之三的上部視圖。

圖3D示出了包括壓力帽和多個同軸布置的層的設備的示例性的四分之三的下部視圖。

圖3E示出了包括壓力帽和多個同軸布置的層的設備的示例性側視示意圖。

圖4示出了構造有加熱槽的200μL設備的示例性的四分之三的分解示意圖。

圖5示出了0.5mL設備的示例性的四分之三的分解示意圖。

圖6示出了先前在圖3中圖示的設備的示例性橫截面示意圖。

圖7示出了包括壓力帽和多個同軸布置的層的設備的示例性分解示意圖，該多個同軸布置的層包括分析層。

圖8A示出了在第一位置處的樣品製備設備的示例性示意圖。

圖8B示出了在第二位置處的樣品製備設備的示例性示意圖。

圖8C示出了在第三位置處的樣品製備設備的示例性示意圖。

圖8D示出了在第四位置處的樣品製備設備的示例性示意圖。

圖9示出了被編程或以其它方式配置成實現本文所提供的方法的計算機控制系統。

圖10示出了來自HIV RNA純化和量化的示例性結果。

圖11示出了來自HIV RNA純化和量化的示例性結果。

圖12示出了來自流感RNA純化和量化的示例性結果。

發明的詳細描述

定義

如本文使用的「約」意指所引用值的+/-10％。

如本文使用的「或」包括「和/或」。

「之間」是指在其中中間結構將第一結構和第二結構分離的相對位置。例如，在包括布置在第一基片和第二基片之間的中間基片的設備中，術語「之間」提供第一基片、第二基片和中間基片的相對位置關係，並且絕不表示第一基片必須是設備中的頂部基片或最上面的基片。

「接合」是指兩個部件或結構之間的物理的相互作用。該物理的相互作用可以是直接的(例如，其中第一部件與第二部件相互作用)或間接的(例如，其中第一部件與插入部件(interleaving component)相互作用，該插入部件進而與第二部件相互作用)。

如本文所使用的術語「上遊」和「下遊」相對於正壓力，比如由壓力帽產生的正壓力的方向被界定。

設備

本文所公開的是用於產生和中斷流體路徑並且使用單一運動產生壓力的設備和系統。壓力可以用作從設備或系統中的不同位置傳輸溶液或其它流體或者將溶液或其它流體傳輸到設備或系統中的不同位置的起動力。當驅動多個溶液時，運動可以同時連接第一流體路徑並且產生用於流體傳輸的壓力；然後另一個運動可以斷開第一流體路徑、連接第二流體路徑以及產生用於流體傳輸的另外的壓力。

一個實施方案提供用於同時修改流體路徑並且產生壓力的設備，所述設備包括壓力帽和多個同軸布置的層，至少一個層是轉子並且至少一個層是定子，所述同軸布置的層具有以摩擦、密封接合的方式裝配的互補的面對的表面，每個層具有至少一個通道，該至少一個通道具有上遊入口和下遊出口，該上遊入口和下遊出口能夠用於連續地選擇性地置於連通中以在組件內建立多個專門的流動路徑，其中第一同軸布置的層與壓力帽接合以產生氣密的隔室，該氣密的隔室在轉子旋轉時是可壓縮的，並且其中所述轉子的旋轉選擇性地連接不同同軸層的通道，從而依次地形成和中斷多個流體路徑。

另一實施方式提供了這樣的設備，即，該設備包括具有內表面的殼體、包括帶有螺紋的區段的中心軸、壓力帽和多個同軸布置的層，其中中心軸相對於殼體旋轉。

優選地，壓力帽包括能夠與殼體的內表面接合以形成氣密密封的墊圈和具有螺紋的中心柱，其中螺紋接合軸的帶有螺紋的區段。第一同軸布置的層可以與殼體的內表面接合以形成氣密密封，從而第一層的表面與殼體和壓力帽一起形成隔室，其中中心軸相對於殼體的旋轉壓縮隔室，從而產生抵著第一同軸布置的層的上遊表面壓力。

多個同軸布置的層中的至少一個是轉子。剩餘層中的一個或多個是定子(相對於轉子)。轉子可以與中心軸直接或間接地接合，然而定子可以與殼體直接或間接地接合。在某些實施方式中，定子永久地附連到殼體，因而有效地充當用於殼體的底座。可選地，定子可以與中心軸直接或間接地接合，然而轉子可以與殼體直接或間接地接合。因而，當中心軸和殼體相對於彼此旋轉時，轉子和定子也相對於彼此旋轉。同軸布置的層具有互補的面對的表面並且以摩擦、密封接合的方式裝配，每個層具有至少一個通道，該至少一個通道具有上遊入口和下遊出口，該上遊入口和下遊出口能夠用於連續地選擇性地置於連通中以在組件中建立多個專門的流動路徑。在操作期間，所述轉子的旋轉選擇性地連接不同同軸層中的通道從而依次地形成和中斷多個流體路徑。

本發明的設備可以包括層，該層布置(例如，同軸地)成允許通過層的運動(例如，旋轉運動)連接和斷開一個或多個流體路徑。例如，在第一位置，第一層(例如，110)中的一個或多個通道(例如，111、112)不連接到第二層(例如，120)中的一個或多個通道(例如，121、122)(例如，不與第二層中的一個或多個通道流體連通)。當使第一層相對於第二層移動時，第一層的一個或多個通道的下遊出口與第二層的一個或多個通道的入口對齊並且形成連接(見，例如，圖1)。該運動可以通過使具有第一通道的第一層相對於第二層旋轉來完成。可選地，該運動可包括使具有第二通道的第二層相對於第一層旋轉。

當構造成手動旋轉時，設備可包括一個或多個溝槽、平坦部、止動部、臺階、標識物或設計成將旋轉引導到所需位置的其它特徵部。例如，具有模塊的層可以包括在其外邊緣上的一個或多個直邊緣以促進多個層的對齊(見，例如，圖1)。

設備的旋轉可以手動地(例如，通過一個或多個使用者的手)執行。在一些情況下，通過將設備(例如，設備的底座)固定到支撐件(例如，表面，諸如桌子或長凳的頂部)來輔助旋轉。設備可以包括有助於手動握持的一個或多個特徵部，諸如，脊部、凸片、柄部、溝槽或球狀物(見，例如，圖3，更特別地用於帽中的底座和凹陷部的握持部373)。在一些情況下，握持特徵部存在於設備的頂部和底座上以有助於手動旋轉，在其它實施方案中，特徵部存在於設備的頂部和底座之間的環上。

設備的旋轉可以在機械力的源，諸如馬達、彈簧(例如，線性彈簧、螺旋彈簧、扭轉彈簧、恆力彈簧)、或彈性帶的幫助下執行。機械力的源(比如馬達)可以由電源驅動。電源的示例包括但不限於電池、太陽能電池板、用於壁插式電源或輸電網電源的連接器或適配器、用於馬達交通工具電源的連接器或適配器(例如，12伏適配器)、手動曲柄和電容器。當使用，例如，容納在基站內的機械力時，設備可以包括一個或多個凸緣、球形突出物、狹槽或適合於與基站的非旋轉部分接合以使設備的某些部分保持固定，從而允許設備的不同部分相對於彼此旋轉的其它結構。在圖3中提供了這樣的凸緣371的一個示例。

設備可以包括流體元件或流體結構，諸如通道、貯器、室、泡罩包、槽、過濾器、薄膜、單向閥和試樣管。任何結構(例如，一個或多個通道)的尺寸可以被選擇以保持設備中的流體的特定的體積流動速率或線性流動速率。例如，該尺寸的選擇對於控制用特定流體填充設備或控制這樣的流體穿過路徑、過濾器和/或槽的流動速率或控制曝氣以影響液體的混合可能是有用的。

槽、槽道、貯器、室、管或其它結構可包括任何有用的橫截面。橫截面可以具有任何有用的形狀(例如，矩形、方形、圓形、卵形、梯形、三角形或不規則的橫截面)。橫截面形狀或尺寸可以沿著任何結構的軸線變化。例如，當結構是槽道時，槽道的沿著流體流動的軸線的橫截面可從一個橫截面形狀變化成另一個橫截面形狀，比如從圓形橫截面變化成矩形橫截面。在另一個例子中，橫截面的尺寸沿著任何軸線可以是一致的或可以變化，比如沿著流體流動的軸線逐漸減小或增大的槽道。

殼體、軸、同軸布置的層以及壓力帽可以由任何有用的材料或材料的組合形成。根據部件正常運行所需的物理和化學特性來選擇用於形成本發明的設備的部件所使用的材料。材料的合適的非限制性示例包括塑料(例如，環烯烴共聚物(COC))、環烯烴聚合物(COP)、聚對酞酸乙二酯(PET)、聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、高抗衝聚苯乙烯(HIPS)、聚醯胺(PA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚乙烯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(PE/ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(PC/ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))、金屬、彈性體(例如，聚二甲基矽氧烷(PDMS))、玻璃(例如，硼矽酸鹽)、陶瓷、以及諸如碳纖維複合材料的複合材料。在一些情況下，設備由金屬或其它磁性材料形成。

設備或其部件可以通過任何有用的過程形成，該過程包括但不限於模製(例如，注射模製、真空模製或包覆模製)、機械加工(例如，鑽削、銑削或打磨)、壓花(例如，熱壓花)以及蝕刻(例如，雷射蝕刻、深反應離子刻蝕、KOH蝕刻或HF蝕刻)。在微流控應用中，層可以由能夠形成具有毫米、微米或亞微米尺寸的高解析度特徵部，諸如，微槽道、室、混合特徵部以及類似物的材料(例如，PDMS、PMMA、玻璃)製造。可應用的精密加工技術包括但不限於幹法刻蝕、溼法腐蝕、雷射刻蝕、雷射燒蝕、模製、壓花、光刻、軟光刻、層壓或類似的技術。

壓力帽

旋轉設備可以構造成當旋轉帽時增加設備內的壓力。例如，圖2示出了設計成通過各個旋轉步驟(例如、201、202、203、204和205)來添加另外的壓力的帽。該壓力可通過使設備的內部容積隨著帽朝向底座降低而減小來產生。在一些示例中，這樣的設備包括帶有螺紋的中心軸(例如，380，圖3A至圖3E)，從而允許帽上的中心柱螺紋連接到中心軸並且隨著旋轉擰緊。在其它示例中，殼體或底座的外部部分包括螺紋，帽可以隨著旋轉螺紋連接並擰緊到該螺紋上。在一些情況中，一個或多個支柱、球形突出物、溝槽、導軌或其它特徵部可以引導帽移動。在一個實施方式中，壓力帽可以包括鍵或鍵槽，該鍵或鍵槽與殼體中的互補的鍵槽或鍵接合從而阻止壓力帽相對於殼體旋轉。帽的移動可以以相對於底座的旋轉和向下移動的組合的平滑移動為特徵。在其它示例中，帽的移動可以以可變速移動為特徵，例如導致帽向下移動四分之一英寸的第一15°旋轉和導致帽向下移動半英寸的第二15°旋轉。

殼體可以形成為單一結構或可以由兩個或更多個節段，該兩個或更多個節段在裝配時形成氣密的單元。在一些實施方式中，殼體永久地附連到設備的第一(即，最上遊的)層。可以通過由單一材料形成殼體和第一層實現永久性固定，例如共模製在塑料中。可選地，殼體和第一層可以使用本領域已知的任何粘合劑，優選地抗空氣和抗流體的粘合劑永久地附接。在其中殼體由兩個或更多個節段形成的那些實施方式中，那些節段中的一個或多個可以永久地附連到同軸布置的層。在某些實施方式中，殼體的兩個或更多個節段中的每一個永久地附連到同軸布置的層。

帽產生的壓力可用於驅動設備內的流體流動。例如，溶液可流動穿過基質或過濾器，或空氣可以被驅動以乾燥基質或過濾器。與突然地施加壓力相比，通過帽的平滑移動產生的壓力的漸進施加可以降低洩漏的風險。

帽可以產生至少約1千帕斯卡(kPa)、2kPa、3kPa、4kPa、5kPa、6kPa、7kPa、8kPa、9kPa、10kPa、15kPa、20kPa、25kPa、30kPa、35kPa、40kPa、45kPa、50kPa、55kPa、60kPa、65kPa、70kPa、75kPa、80kPa、85kPa、90kPa、95kPa、100kPa、110kPa、120kPa、130kPa、140kPa、150kPa、160kPa、170kPa、180kPa、190kPa、200kPa、210kPa、220kPa、230kPa、240kPa、250kPa、260kPa、270kPa、280kPa、290kPa、300kPa、310kPa、320kPa、330kPa、340kPa、350kPa、360kPa、370kPa、380kPa、390kPa、400kPa、410kPa、420kPa、430kPa、440kPa、450kPa、460kPa、470kPa、480kPa、490kPa或500kPa的壓力。

帽可以產生許多不同的壓力(例如，用於特定的流體操作或步驟)，包括1個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、12個、13個、14個、15個、16個、17個、18個、19個、20個、25個或更多個不同的壓力。

在一些情況中，設備的致動可以在設備的相對於該設備的其餘部分的一個區域中產生真空或負壓力。例如，設備的致動可以引起活塞致動以向下移動，並且，比如在通道中或過濾器下方，產生降低的壓力或負壓力。可選地，旋轉的方向可以被反向，從而擴大由壓力帽形成的隔室並且因此產生負壓力。這樣的負壓力可用來使流體流暫停或逆轉。在某些實施方式中，旋轉的方向可以在順時針和逆時針之間交替以產生反覆的流動以，例如混合溶液或使沉積在通道中固體試劑溶解。在另一個實施方式中，設備的致動可以引起扣泵(buckle pump)或膜片的形狀改變。通過使用單向閥或止回閥，局部不同的壓力可以在設備的不同區段中實現。

層

圖3A至圖3E、圖4、圖5、圖6和圖7示出了帶有壓力帽和各個層的設備的示例性示意圖。設備部件可以包括但不限於壓力帽300、殼體310、試劑層320、試劑層儲存器330、分離層340、接收層350、中心帶螺紋的軸380、分析層360、底座370和適合於將其它部件保持在適當位置的帶螺紋的連接器390。不是所有的這些部件都需要存在於特定的設備中。層中的一個或多個可以包括加熱，諸如試劑儲存層和/或接收層。層可以實現多個功能；例如，層可以包括隔膜以用作分離層並且還包括槽以用作接收層。另外，單一的結構可以包括層和另外的結構，諸如殼體或軸。在優選的實施方式中，設備包括試劑層、分離層和接收層。

概括的層特徵

與其它層相比，每個層可以具有相似的或不同的幾何結構。層可以是圓的，可以具有多個直邊緣，或可以包括圓弧邊緣和直邊緣的組合。

每個層可以包括穿過層的至少一個完整的流體通道。每個層可以包括一個或多個閉端路徑(dead end paths)，該一個或多個閉端路徑在上遊側上具有入口，但不穿過層(例如，槽)。槽可用於諸如保持廢棄產物(例如，在過濾器下方的裂解的細胞碎片，洗滌液)或接收處理後的產品材料(例如，純化的核酸)的應用。

層之間的洩漏可以通過包括但不限於使用密封件(例如，彈性體材料)、密封液(例如，與流經設備的流體不融合的流體)、油脂、軟石蠟和潤滑劑(例如，幹潤滑劑和溼潤滑劑)的方法被減輕或阻止。例如，一個或多個層可以包括有益於與相鄰的層形成密封的彈性體材料。

為了提高層與相鄰層的密封，在一些實施方式中，可變形層可以附接到層的頂表面和底表面。可變形層的材料的示例包括但不限於矽膠、聚矽氧烷、聚氨酯、橡膠、氯磺化聚乙烯合成橡膠、氯丁橡膠尼龍、膨體聚四氟乙烯(PTFE)、腈基丁二烯橡膠(NBR)、氯丁橡膠、丁腈尼龍和聚二甲基矽氧烷。在示例性實施方式中，可變形層是矽膠。矽膠或其它合適的材料可以在壓力下變形並且匹配設備的相鄰層上的結構，例如，入口和/或出口的形狀，從而使當前層與相鄰的層可密封地接合。當可變形層附接到層的表面時，通過在相鄰層的表面上提供稍微突起的脊部可以進一步增強密封。優選地，這樣的脊部界定封閉的形狀，通常包圍該層的表面中的開口。雖然這樣的脊部可以是將增強與相鄰層密封的任何形狀或高度，但脊部可以是約0.05μm、0.075μm、0.1μm、0.11μm、0.12μm、0.13μm、0.14μm、0.15μm。這樣的突起的脊部的內含物不會改變層的表面的互補特性。

本文所描述的設備中的任何層可以包括一個或多個加熱元件，該一個或多個加熱元件用於改變或保持穿過該層的一個或多個通道中的流體的溫度或用於改變或保持該層中的槽中的流體的溫度。所述加熱元件包括，例如，位於該層中的或與層相鄰放置的珀爾帖元件(Peltier elements)或電阻加熱器。在其它實施方式中，箔加熱器可以圍繞通道，諸如，裂解槽纏繞以加熱容納在其中的溶液。在其它實施方式中，加熱器可以放置在通道的內部。

在加壓和推動樣品進入或穿過特定的通道後，通過允許空氣穿過一個或多個通道可以釋放額外的空氣壓力。以這種方式，吹氣可用於移除基質、室、導管或其它結構中的死體積。在一些實施方案中，這樣的吹氣可以乾燥分離層中的分離材料。在一些實施方式中，設備內的壓力隨著提供附加力的每個旋轉而增加以將溶液移動穿過稍後形成的流體路徑。

在某些實施方式中，一個或多個層永久地附連到設備的其它結構。例如，與中心軸接合的層可以永久地附連到(例如，與帶有螺紋的中心軸共模製)帶有螺紋的中心軸。見，例如，圖3的分離層340和中心軸380。類似地，與殼體接合的層可以永久地附連到殼體。見，例如，圖3的殼體310和試劑層320。在其它實施方式中，一個或多個層可以與中心軸或殼體以可拆卸的方式接合。例如，層可以與一個或多個支柱、球形突出物、鍵/鍵槽、溝槽、輪齒、狹槽、導軌、或軸或殼體上的其它特徵部接合。

槽、室、試劑包以及其它區域可以以容積為特徵。這樣的區域可以具有相同的容積，或不同的區域可以具有不同的容積。槽、室、試劑包或其它區域的容積可以是至少約1納升(nL)、2nL、5nL、10nL、20nL、30nL、40nL、50nL、60nL、70nL、80nL、90nL、100nL、150nL、200nL、250nL、300nL、350nL、400nL、450nL、500nL、600nL、700nL、800nL、900nL、1微升(μL)、2μL、5μL、10μL、20μL、30μL、40μL、50μL、60μL、70μL、80μL、90μL、100μL、200μL、300μL、400μL、500μL、600μL、700μL、800μL、900μL、1毫升(mL)、2mL、3mL、4mL、5mL、6mL、7mL、8mL、9mL、10mL、15mL、20mL、25mL、30mL、35mL、40mL、45mL或50mL。槽、室、試劑包或其它區域的容積可以是至多約1納升(nL)、2nL、5nL、10nL、20nL、30nL、40nL、50nL、60nL、70nL、80nL、90nL、100nL、150nL、200nL、250nL、300nL、350nL、400nL、450nL、500nL、600nL、700nL、800nL、900nL、1微升(μL)、2μL、5μL、10μL、20μL、30μL、40μL、50μL、60μL、70μL、80μL、90μL、100μL、200μL、300μL、400μL、500μL、600μL、700μL、800μL、900μL、1毫升(mL)、2mL、3mL、4mL、5mL、6mL、7mL、8mL、9mL、10mL、15mL、20mL、25mL、30mL、35mL、40mL、45mL或50mL。槽、室、試劑包或其它區域的容積可以是約1納升(nL)、2nL、5nL、10nL、20nL、30nL、40nL、50nL、60nL、70nL、80nL、90nL、100nL、150nL、200nL、250nL、300nL、350nL、400nL、450nL、500nL、600nL、700nL、800nL、900nL、1微升(μL)、2μL、5μL、10μL、20μL、30μL、40μL、50μL、60μL、70μL、80μL、90μL、100μL、200μL、300μL、400μL、500μL、600μL、700μL、800μL、900μL、1毫升(mL)、2mL、3mL、4mL、5mL、6mL、7mL、8mL、9mL、10mL、15mL、20mL、25mL、30mL、35mL、40mL、45mL或50mL。

通道

層可以包括一個或多個通道。通道可以是槽道、導管、室或其它結構，其中至少一個完整的路徑橫穿層。通道可以包括沿著其路徑的任何有用的橫截面或多個橫截面。橫截面可以具有任何有用的形狀(例如，矩形、方形、圓形、卵形、梯形、三角形或不規則的橫截面)。橫截面形狀或尺寸可以沿著任何結構的軸線變化。例如，通道的沿著流體流動的軸線的通道的橫截面可從一個橫截面形狀或面積變化成另一個橫截面形狀或面積，比如從圓形橫截面變化成矩形橫截面。在另一個例子中，橫截面的尺寸沿著任何軸線可以是一致的或可以變化，比如沿著流體流動的軸線逐漸減小或增大的通道。

類似地，任何通道的路徑可以是線性的、曲折的、彎曲的、蜿蜒的或任何其它軌跡形狀。曲折或蜿蜒的路徑可以被選擇以促進流體成分的混合。通道可以另外包含柱、支柱、凹坑、隆起、堰部、疏水片區、親水片區或其它結構以當流體通過時提高流體的混合。其中通道是線性的實施方式可以在最低壓力下實現流體的迅速傳輸。通道可以與位於下遊開口正上方或幾乎正上方的上遊開口大體上軸向地對齊。可選地，上遊開口和下遊開口可以任何距離偏移。

通道或槽道可以具有至少約1平方微米、2平方微米、5平方微米、10平方微米、20平方微米、50平方微米、100平方微米、200平方微米、500平方微米、1000平方微米、2000平方微米、5000平方微米、10000平方微米、20000平方微米、50000平方微米或100,000平方微米，或1平方毫米、10平方毫米、20平方毫米、30平方毫米、40平方毫米、50平方毫米、60平方毫米、70平方毫米、80平方毫米、90平方毫米、100平方毫米、200平方毫米、300平方毫米、400平方毫米、500平方毫米、600平方毫米、700平方毫米、800平方毫米、900平方毫米或1000平方毫米的橫截面面積。通道或槽道可以具有至多約1平方微米、2平方微米、5平方微米、10平方微米、20平方微米、50平方微米、100平方微米、200平方微米、500平方微米、1000平方微米、2000平方微米、5000平方微米、10000平方微米、20000平方微米、50000平方微米或100,000平方微米，或1平方毫米、2平方毫米、3平方毫米、4平方毫米、5平方毫米、6平方毫米、7平方毫米、8平方毫米、9平方毫米、10平方毫米、20平方毫米、30平方毫米、40平方毫米、50平方毫米、60平方毫米、70平方毫米、80平方毫米、90平方毫米或100平方毫米的橫截面面積。通道或槽道可以具有約1平方微米、2平方微米、5平方微米、10平方微米、20平方微米、50平方微米、100平方微米、200平方微米、500平方微米、1000平方微米、2000平方微米、5000平方微米、10000平方微米、20000平方微米、50000平方微米100,000平方微米，或1平方毫米、2平方毫米、3平方毫米、4平方毫米、5平方毫米、6平方毫米、7平方毫米、8平方毫米、9平方毫米、10平方毫米、20平方毫米、30平方毫米、40平方毫米、50平方毫米、60平方毫米、70平方毫米、80平方毫米、90平方毫米或100平方毫米的橫截面面積。

對於通道，尺寸、長度、橫截面面積、其它幾何因數、或其任何組合可以被選擇以控制穿過通道的流體流動的流動速率、壓力或其它特性。

層可以包括用於壓力平衡或均衡而不是用於液體處理的另外的通道。這樣的通道可以圍繞層的邊緣或周邊分布。例如，圖8A至圖8D示出了具有五個通道的層，這五個通道是：裂解室321、洗滌室322、洗脫室323和兩個壓力平衡通道324、325。一個或多個壓力平衡通道的內含物可以防止或減輕設備的一側相對於另一側的收縮，該收縮可能導致裂縫或洩露。

每個層可以包括對層的上遊表面和下遊表面敞開的至少一個通道。另外，開口可以包圍布置在表面上的當配合到相鄰的層時形成導管和/或室的通道或孔口。這些槽道可以通過各種方式，比如通過模製或切入到層形成。可選地，表面中的開口可以由層之間的墊片材料界定。

試劑層

本文所描述的設備可包括一個或多個試劑層。試劑層可以包括能夠容納供在樣品製備期間使用的液體試劑或固體試劑的一個或多個導管或室。試劑導管或室可以包括形成於設備層、泡罩包或其它容器中的簡單的室。

設備可包括泡罩包層。這樣的泡罩包層可以包括不同大小，例如，1μL至10mL的泡罩。雖然可以採用本領域已知的任何方法，但優選地使用熱密封、粘合劑、壓力密封或其它密封機構來形成泡罩。在某些實施方式中，包括泡罩包的層具有在泡罩下方的刺穿結構，並且另外該層包含一個或多個通道以在刺穿後將溶液從泡罩分配到所設計的區域。刺穿結構可以由金屬、塑料、玻璃或陶瓷製造。使用設備所積聚的壓力可以施加在泡罩上以引起形狀變形，並且刺穿結構可以使泡罩的瓶密封破裂，並且溶液可以穿過流體路徑分配，可選地，設備可以包括用於使泡罩物理地破裂的機構，諸如從相鄰的層突出的凸輪或支柱。

在一些情況中，試劑層包括適合於接收樣品和裂解細胞的通道，即，裂解室。裂解室可具有任何合適的形狀和構型，但通常將是以具有足夠體積以接收和處理臨床上相關樣品的槽或室的形式。裂解室可適合於裂解真核細胞或原核細胞以及適合於分裂流體樣品中的某些顆粒。

在一個實施方式中，試劑層接收對上遊表面和下遊表面敞開的第一流體路徑中的樣品。試劑層可包括對上遊表面和下遊表面敞開的第二流體路徑。

在某些示例中，設備包括多個試劑儲存層。例如，模塊可以包括容納與核酸分離相關的試劑的第一試劑儲存層和容納與核酸擴增有關的試劑的第二試劑儲存層。在這樣的實施方案中，第一試劑儲存層將通常放置在分離層的上遊並且第二試劑儲存層將放置在分離層的下遊。

在某些實施方式中，試劑層可以包括布置為分裂單元的通道。在一些方法中，作為樣品預處理步驟，DNA或RNA的隨機分裂可能是期望的或甚至是必需的。分裂可以使用限制性內切酶生物化學地實現，或通過施加物理力破壞分子來實現。在本文所描述的設備操作期間由壓力帽產生的正壓力可用於，當樣品經過短的緊縮部時(例如，通過剪切應力或其它應力)使核酸分裂。在一些實施方式中，DNA和/或RNA當推動通過窄的孔口時，由於分子迅速拉伸而在機械力下破裂。壓力驅動流可以導致剪切力，該剪切力導致核酸分裂。

試劑可以預裝載在設備上。試劑還可以通過使用者裝載。在一些情況中，一些試劑通過預裝載在設備上來提供而一些(例如，易腐試劑)在操作前通過使用者來提供。試劑可以以溼形式或幹形式提供。在一些示例中，試劑儲存層預裝有一種或多種試劑。在這樣的示例中，可以利用構造成在模塊操作期間被刺穿或破裂的薄膜來容納試劑。在一些示例中，薄膜包括箔、層壓板和/或塑料。在其它示例中，在使用設備之前，幹試劑通過使用者再水化。例如，使用者可以將水裝入到設備中以使試劑再水化，並且然後使用者可以將樣品裝入到設備中並且操作設備。

示例性試劑可包括但不限於，裂解溶液、洗滌溶液、洗脫溶液、再水化溶液、酶溶液(例如，核酸擴增酶、聚合酶、限制性內切酶)、緩衝劑、液體、粉末、丸粒、凝膠、微珠、探測劑、引物、核酸、DNA、RNA、多肽、核苷三磷酸(NTPs)、抗體、犧牲試劑或其任何組合。犧牲試劑可包括水溶液、潤滑劑、油、與水不溶混的液體、凝膠、氣體、氟碳油、表面活性劑、氣體、空氣或其任何組合。例如，空氣可用於產生氣泡以用於混合。作為另一個示例，空氣和不溶混液體可用於清除基質中的殘餘溶液(死體積)。試劑可以被混合以改變其成分。例如，一種類型的緩衝劑可以與另一種緩衝劑或幹試劑混合以將其成分變化成另一種緩衝劑。

設備可以包括至少1種、2種、3種、4種、5種、6種、7種、8種、9種、10種、15種、20種、25種、30種、35種、40種、45種、50種或更多種不同的試劑。設備可包括多種體積的試劑，該各種體積各自包括至少約1納升(nL)、2nL、5nL、10nL、20nL、30nL、40nL、50nL、60nL、70nL、80nL、90nL、100nL、150nL、200nL、250nL、300nL、350nL、400nL、450nL、500nL、600nL、700nL、800nL、900nL、1微升(μL)、2μL、5μL、10μL、20μL、30μL、40μL、50μL、60μL、70μL、80μL、90μL、100μL、200μL、300μL、400μL、500μL、600μL、700μL、800μL、900μL、1毫升(mL)、2mL、3mL、4mL、5mL、6mL、7mL、8mL、9mL、10mL、15mL、20mL、25mL、30mL、35mL、40mL、45mL或50mL。

分離層

本文所描述的設備可包括一個或多個分離層。分離層可以包括用分離材料341閉塞的一個或多個通道，所述分離材料能夠結合關注的分析物，諸如分子或細胞。

本文所描述的系統或設備可以包括可位於分離層上的過濾器、隔膜、凝膠以及其它分離材料。分離材料在通道、開放的室、或導管中的存在可增加流動經過該結構的阻力。分離材料的參數可以選擇成提供特定阻力以控制使樣品或試劑進入到分離材料中或穿過分離材料所需的操作時間和壓力。分離材料的參數可包括材料的厚度、密度、孔隙度、孔隙尺寸、潤溼性或疏水性、親和性或電荷。例如，具有較大厚度或較小孔隙尺寸的分離材料可以以較大的流動阻力為特徵並且可能增加流體或試劑從先前層分配所需的時間或壓力的量。另一方面，具有較小厚度或較大孔隙尺寸的分離材料可以以較小的流動阻力為特徵並且可能減少流體或試劑從先前層分配的時間量。

分離材料可以是用於結合一個或多個關注的分子的任何有用的材料。分離材料可以是用於結合一個或多個其它關注的分析物(例如，細胞、孢子、顆粒)的任何有用的材料。示例性材料包括過濾器、基質、聚合物、電荷轉換材料、凝膠和薄膜(例如，矽膜、玻璃纖維膜、纖維素膜、硝酸纖維素膜、聚碸膜、尼龍膜、聚偏氟乙烯膜、乙烯共聚物膜或離子交換膜，包括任何本文所描述的)、纖維(例如，玻璃纖維)、或顆粒(例如，矽顆粒、珠、親和樹脂或離子交換樹脂)。在某些實施方式中，分離材料可以包括捕獲部分。適合的捕獲部分包括諸如染料和三嗪的小有機分子和諸如多肽、蛋白質(包括抗體及其片段)、多核苷酸、低聚糖或油脂的生物聚合物。本發明的捕獲部分可以是具有100千道爾頓(KDa)分子量或更多分子量的分子，諸如抗體，但優選是是具有10KDa範圍內的分子量，更優選地在1KDa左右的分子量，理想地小於1Kda，例如，小於750Da、500Da,或250Da的分子量的小分子。理想地，捕獲部分聯接到不溶解的微粒或聚合材料。每個不溶解的微粒優選地承載有相同捕獲部分的數個拷貝，其中每種顆粒類型聯接不同的捕獲部分。

分離材料，諸如薄膜和過濾器，可以以至少約0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1.0μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm、1.6μm、1.7μm、1.8μm、1.9μm、2.0μm、2.1μm、2.2μm、2.3μm、2.4μm、2.5μm、2.6μm、2.7μm、2.8μm、2.9μm、3.0μm、3.1μm、3.2μm、3.3μm、3.4μm、3.5μm、3.6μm、3.7μm、3.8μm、3.9μm、4.0μm、4.1μm、4.2μm、4.3μm、4.4μm、4.5μm、4.6μm、4.7μm、4.8μm、4.9μm、5.0μm、約10μm、約15μm、約20μm或約25μm的孔隙尺寸或平均孔隙尺寸為特徵。在一些情況中，分離材料的孔隙尺寸或平均孔隙尺寸是從約0.7μm至約4.0μm。

分離材料可以具有約0.1μm、0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm或更大的厚度。分離材料可以具有約1平方微米、2平方微米、5平方微米、10平方微米、20平方微米、50平方微米、100平方微米、200平方微米、500平方微米、1000平方微米、2000平方微米、5000平方微米、10000平方微米、20000平方微米、50000平方微米100,000平方微米，或1平方毫米、2平方毫米、3平方毫米、4平方毫米、5平方毫米、6平方毫米、7平方毫米、8平方毫米、9平方毫米、10平方毫米、20平方毫米、30平方毫米、40平方毫米、50平方毫米、60平方毫米、70平方毫米、80平方毫米、90平方毫米或100平方毫米，或更大的面積。

接收層

接收層可以包括一個或多個室或槽以接收流體。例如，接收室可以包括一個或多個產物槽以接收產物，諸如純化的核酸。接收層可以包括一個或多個廢料槽以接收廢液，諸如、洗滌緩衝劑。廢料槽可包括一個或多個吸附物。吸附物可用於吸附諸如廢液的流體。示例性吸附物包括但不限於墊料、尿布聚合物(諸如聚丙烯酸變型)、粉末、顆粒、丸粒、凝膠、紙、織物、纖維、毛細管和乾燥劑。

接收層上的導管、室、槽以及其它結構可以是開放的或封閉式的。開放式的導管可允許關注的流體運輸到後面的層，諸如分析層。界定通道，例如，導管、室、槽或其它結構的材料和基片的至少一部分可以是透明的、半透明的、或另外與內部的樣品的測量(例如，光學測量)相容。在一些情況中，整個層可以是透明的或半透明的。在一些實施方式中，特別地在通過基站執行檢測的那些實施方式中，最鄰近驅動軸的層是部分地或完全透明的。見，例如，圖3D的觀察窗口372。

接收層中的室或槽可以包括允許材料回收的出口，或連接到允許材料回收的出口。例如，可以回收純化的核酸以用於後續脫離設備使用。

分析層

本文所描述的模塊、設備和系統可以與其它設備結合以允許多步過程。例如，樣品製備模塊可通過利用晶片(SlipChip)設備的模式化而包括在設備中，以便在儲存前製備樣品。示例包括但不限於，用於核酸提取的多步方案的設備，和使用薄膜從全血中分離血漿的過濾元件，和/或整體過濾元件，比如設備中的幾何特徵部(例如，層之間的限制部或間隙)。在優選的實施方式中，分析層包括微流控設備。

分析層可包括比如通過核酸擴增，用於分析樣品的室或其它特徵部。分析層可包括用於分析的試劑，諸如核酸試劑；可選地，分析層可接收來自試劑層的分析試劑。

分析可以指示關注的分析物的存在、不存在或數量。例如，核酸擴增可以提供有關樣品的定性信息或定量信息，諸如，細胞、細胞類型、病原體(例如，細菌、病毒)、毒素、汙染物、致病原、基因、基因表達產物、甲基化產品、基因突變或生物標記(例如，核酸、蛋白質或小分子)的存在、不存在或豐富度。

關注的分析目標可包括病或疾病的指標，該病或疾病諸如遺傳病、呼吸道疾病、心血管疾病、癌症、神經病、自身免疫病、肺病、生殖病、胎兒病、阿爾茨海默病、牛海綿狀腦病(狂牛症)、衣原體、霍亂、隱孢子蟲病、登革熱、賈第蟲、淋病、人體免疫缺損病毒(HIV)、肝炎(例如，A型肝炎、B型肝炎或C型肝炎)、皰疹(例如，口腔或生殖器)、人乳頭狀瘤病毒(HPV)、流行性感冒、日本腦炎、瘴氣、麻疹、腦膜炎、耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)、中東呼吸症候群(MERS)、盤尾絲蟲病、肺炎、輪狀病毒、血吸蟲病、志賀氏桿菌、鏈球菌性喉炎、梅毒、肺結核、毛滴蟲、傷寒和黃熱病。分析目標可包括生物標記，該生物標記指示創傷性腦損傷、腎病、心血管病、心血管事件(例如，心臟病、中風)、或某些致病原(諸如，細菌或病毒)對某些治療劑的易感性。分析目標可包括基因標記，諸如多態性(例如，單核苷酸多態性(SNPs)、拷貝數變異)、基因表達產物、特異性蛋白質或變型(例如，蛋白質的糖基化或翻譯後處理)。

協調運動

協調的加壓和旋轉可以簡化設備的操作或操縱。設備可以由單一的旋轉運動驅動並且切換流體路徑和加壓可以同時地實現。設備可以由通過彈簧、馬達或通過手動提供動力的單一的運動完全自主地驅動。通過協調，本設備可以提供比需要多個起動力的系統更多的可靠性，因為，多個力中的任何一個失效將致使設備無效。

層的運動可以是圍繞共同的起動軸。圍繞起動軸運動可以是圍繞中心軸的。軸可以包括單個軸。軸可以包括多個連接的軸。

軸可以包括螺紋(例如，在其外表面上)或用於與另一個表面接合的其它結構。軸可以與另一個表面，諸如壓力帽接合。例如，軸的外表面上的螺紋可以與壓力帽套筒的內表面上的螺紋接合。螺紋可以圍繞中心軸的整個外周延伸，或在圍繞軸的外周的螺紋部中可以具有中斷。中心軸與其接合的表面，比如壓力帽套筒，可以具有圍繞其外周的全部或僅一部分延伸的螺紋。在一個實施方式中，軸的外螺紋區段位於中心軸與驅動器接合的位置的遠側。在其它實施方式中，壓力帽包括帽上的外螺紋並且軸包括沿著軸的長度的至少一部分的內螺紋。

螺紋可具有可變螺距，壓力帽每旋轉一度，可變螺距可以按壓力帽旋轉的度數導致可變的壓縮。例如，螺紋螺距可以沿著軸、帽或其它表面的長度變化。類似地，帽的螺紋的螺距不一定與軸的螺距或帽的螺紋與其接合的其它表面的螺距相同。例如，壓力帽的中心柱的螺紋可以具有與軸的帶有螺紋的區段不同的螺距。

在一些情況中，軸包括多個連接的區段，其中每個區段與其相鄰的(例如，近側或遠側)區段接合以形成堆疊的軸的布置。軸區段可以直接連接，使得每個區段以相同的速率旋轉。軸區段可以經由齒輪連杆連接。齒輪連杆可以實現相鄰軸區段之間的不同的旋轉速率。相鄰軸區段之間的旋轉可以以成比例的運動、不成比例的運動或不連續的運動為特徵。

可旋轉的層可以與軸或軸區段直接接合。可旋轉的層可以間接地與軸或軸區段間接地接合，諸如，通過經由另一個可旋轉層介導的接合，或通過與表面，諸如壓力帽套筒上的外螺紋接合。可旋轉層可以永久地附接到軸。

層的角旋轉可以與軸的(例如，中心軸)的角旋轉相同。可選地，層的角旋轉可以不同於軸(例如，中心軸)的角旋轉。軸上的一些層可以具有與軸相同的角旋轉，而其它層具有不同的角旋轉。層和軸之間的角旋轉可以是成比例的(例如，3:1或1:3)。

基站

本公開的設備可以結合基站使用。在一些示例中，同軸布置的層具有最少的主動的機械部件或電子部件或不具有主動的機械部件或電子部件。當進行測定時，這樣的機械或電子功能可以通過手動旋轉或通過基站提供。

首先，基站可以與設備的中心軸接合併且提供旋轉的起動力和控制。設備的旋轉可以在機械力的源，諸如馬達、彈簧(例如，線性彈簧、螺旋彈簧、扭轉彈簧、恆力彈簧)、或彈性帶的幫助下執行。機械力的源，比如馬達，可以由電源驅動。電源的示例包括但不限於電池、太陽能電池板、用於壁插式電源或輸電網電源的連接器或適配器、用於馬達交通工具電源的連接器或適配器(例如，12伏適配器)、手動曲柄和電容器。

基站可以提供另外的功能。例如，基站可以具有用於測量所產生的發光的一個或多個光檢測器。可以使用的光檢測器包括但不限於光電倍增管、雪崩光電二極體、光電二極體、光電二極體陣列、CCD晶片、CMOS晶片、膠片。光檢測器可以包括在光學檢測系統內，該光學檢測系統還包括鏡頭、過濾器、快門、光圈、光纖、光導、照明光源或其它部件。

基站可包括部件，這些部件包括但不限於，加熱器、傳感器、檢測器、混合設備(比如聲學機構或振動機構)、條碼讀取器或RFID讀取器以及其它部件。這些部件可用於檢驗流體的存在。這些部件可用於將流體保持在適當控制的溫度下。基站可用於儲存和提供搭載在站本身上的或來自單獨的測定試劑瓶或測定試劑儲存設備的測定試劑。基站可以具有用於控制機械子系統和/或電子子系統、分析獲取的數據和/或提供圖形使用者界面(GUI)的微處理器。基站還可以包括用於連接到樣品製備設備的電連接器、機械連接器和/或光學連接器。

檢測器可以存在於本公開的設備或系統(例如，基站)中。例如，成像部件或傳感器部件可用於通過這樣的技術來記錄或岑亮設備內的反應，即，該技術包括但不限於光學檢測、X光檢測、吸收光譜測定、基質輔助雷射解吸/電離(MALDI)、質譜法、拉曼光譜法、螢光相關光譜法(FCS)、螢光偏振/螢光相關光譜法(FP/FCS)、螢光檢測、比色檢測、化學發光、生物體發光、散射、表面等離子共振、電化學檢測、pH感測、溫度感測、電泳、雷射、或螢光成像板讀數器(例如，分子設備)測定。

傳感器或檢測器可以包括任何固態圖像傳感器，該固態圖像傳感器包括電荷耦合設備(CCD)、電荷注入設備(CID)、光電二極體陳列(PDA)或互補金屬氧化半導體(CMOS)。傳感器或檢測器可包括光電倍增管(PMT)。

傳感器可用於質量控制。例如，傳感器可以指示設備是否已經經受可能致使其不能操作的條件(例如，有損預裝載的試劑或儲存的處理後的樣品的極端溫度)。在另一個示例中，樣品、廢料或其它流出物的一個或多個性質可以根據標準，諸如，pH來測量和驗證。

設備或基站可以包括定時單元，諸如計時器。定時單元可以允許自動控制設備的操作(例如，旋轉)。定時單元可以引導使用者手動操作設備，諸如通過指示等待步驟所需的時間量已經過去並且指示使用者可以進行下一步驟。

本公開提供了計算機控制系統，該計算機控制系統被編程以實施本公開的方法。圖9示出了計算機系統901，該計算機系統901被編程或以其它方式構造成操作設備或分析來自本公開的設備的結果。計算機系統901可以調節本公開的設備操作的各個方面，諸如，例如，設備旋轉、旋轉步驟之間的定時以及設備上的反應。計算機系統901可以是與使用者有關的電子設備或是相對於電子設備遠程地定位的計算機系統。電子設備可以是移動電子設備。

計算機系統901包括中央處理單元(CPU，本文也稱為「處理器」和「計算機處理器」)905，中央處理單元可以是單核處理器或多核處理器、或用於並行處理的多個處理器。計算機系統901還包括存儲器或存儲位置910(例如，隨機存取存儲器、只讀存儲器、閃速存儲器)、電子存儲單元915(例如，硬碟)、用於與一個或多個其它系統通信的通信接口920(例如，網絡適配器)、以及外圍設備925，諸如緩存、其它存儲器、數據存儲器和/或電子顯示的適配器。存儲器910、存儲單元915、接口920以及外圍設備925通過諸如主板的通信總線(實線)與CPU905通信。存儲單元915可以是用於存儲數據的數據存儲單元(或數據儲存庫)。計算機系統901可以在通信接口920的幫助下可操作地聯接到計算機網絡(「網絡」)930。網絡930可以是網際網路、網際網路和/或外聯網、或與網際網路通信的內聯網和/或外聯網。在一些情況中，網絡930是遠程通信和/或數據網絡。網絡930可以包括一個或多個計算機伺服器，該一個或多個計算機伺服器可以促進分布式計算，諸如雲計算。在一些情況中，網絡930在計算機系統901的幫助下可以實施點對點網絡，該點對點網絡可以使聯接到計算機系統901的設備能夠起客戶端或伺服器的作用。

CPU905可以執行一系列的機器可讀指令，這些機器可讀指令可以體現在程序或軟體中。指令可以存儲在存儲位置，諸如存儲器910中。指令可以指向CPU 905，指令可以隨後編程或以其它方式配置CPU 905以實施本公開的方法。由CPU 905執行的操作的示例可以包括提取、解碼、執行和寫回。

CPU 905可以是電路，諸如，集成電路，的一部分。系統901的一個或多個其它部件可以包括在電路中。在一些情況中，電路是專用集成電路(ASIC)。

存儲單元915可以存儲文件，諸如驅動程序、程序庫程序和保存的程序。存儲單元915可以存儲用戶數據，例如，用戶偏好和用戶程序。在一些情況中，計算機系統901可以包括一個或多個另外的數據存儲單元，該一個或多個另外的數據存儲單元在計算機系統901的外部，比如，位於通過內聯網或網際網路與計算機系統901通信的遠程伺服器上。

計算機系統901可以通過網絡930(例如，有線網絡或無線網絡)與一個或多個遠程計算機系統通信。例如，計算機系統901可以與用戶的遠程計算機系統通信。遠程計算機系統的示例包括個人計算機(例如，可攜式PC)、板型PC或平板PC(例如，iPad、Galaxy Tab)、電話、智慧型手機(例如，iPhone、支持Android的設備、)或個人數字助理。用戶可以經由網絡930訪問計算機系統901。

本文所描述的方法可以藉助於存儲在計算機系統901的電子存儲位置上，諸如，例如，存儲在存儲器910或電子存儲單元915上的機器(例如，計算機處理器)可執行代碼來實施。機器可執行代碼或機器可讀代碼可以以軟體的形式提供。在使用期間，代碼可以由處理器905執行。在一些情況中，代碼可以由處理器905從存儲單元915檢索到，並且存儲在存儲器910以便迅速訪問。在一些情況中，電子存儲單元915可以被排除，並且機器可執行指令存儲在存儲器910上。

代碼可以被預編譯和配置以便與具有適合於執行代碼的處理器的機器一起使用，或可以在運行時間期間被編譯。代碼可以以程式語言的形式提供，該程式語言可以被選定為使代碼能夠以預編譯的形式或依照所編譯的形式執行。

本文提供的系統，諸如，計算機系統901和方法的方面可以在編程中體現。技術的各個方面可以被認為是「產品」或「製造的物品」，該「產品」或「製造的物品」通常是承載於或體現在一種類型的機器可讀介質上的機器(或處理器)可執行代碼和/或關聯數據的形式。機器可執行代碼可以存儲在電子存儲單元上，諸如存儲器(例如，只讀存儲器、隨機存取存儲器、閃速存儲器)或硬碟。「存儲」類型的介質可包括計算機、處理器或類似物的有形存儲器、或其關聯模塊，諸如，各種半導體存儲器、磁帶驅動器、磁碟驅動器以及類似物中的任何一個或全部，其可以隨時為軟體編程提供非暫時性存儲。軟體的全部或部分有時可以通過網際網路或各種其它遠程通信網絡通信。例如，這樣的通信可以使軟體能夠從一個計算機或處理器裝載到另一個中，例如，從管理伺服器或主機裝載到應用伺服器的計算機平臺中。因而，可以承載軟體元件的另一種類型的介質包括光波、電波和電磁波，如橫跨本地設備之間的物理接口、通過有線和光學的陸上通信網絡、以及在各種空中鏈路上所使用的。承載這樣的波的物理元件，諸如有線鏈路或無線鏈路、光鏈路或類似物還可以被認為是承載軟體的介質。如所使用的，除局限於非暫時性的、有形的「存儲」介質外，諸如計算機或機器「可讀介質」的術語是指參與為處理器提供指令以用於執行的任何介質。

因此，機器可讀介質，諸如計算機可執行代碼，可以採取任何形式，包括但不限於，有形存儲介質、載波介質或物理傳輸介質。非易失性存儲介質包括例如光碟或磁碟，該光碟或磁碟諸如在任何計算機或類似物中的存儲設備中的任一個、諸如可用於實現資料庫的等，如圖中所示的。易失性存儲介質包括動態存儲器，諸如這樣的計算機平臺的主存儲器。有形傳輸介質包括同軸電纜；包括線材的銅線和光纖包括處在計算機系統內的總線。載波傳輸介質可以採取電信號或電磁信號的形式或者聲波或光波的形式，諸如在射頻(RF)和紅外線(IR)數據通信期間所產生的那些。因此，計算機可讀介質的常見形式包括例如：軟盤、可摺疊磁碟、硬碟、磁帶、任何其它的磁性介質；CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其它的光學介質；穿孔卡紙帶、利用孔的模式的任何其它的物理存儲介質；RAM、ROM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其它的存儲晶片或存儲盒；傳輸數據或指令的載波、傳輸這樣的載波的電纜或鏈路、或計算機可以從其中讀取編程代碼和/或數據的其它任何介質。計算機可讀介質的許多這些形式可以涉及到將一個或多個指令的一個或多個序列輸送到處理器以用於執行。

計算機系統901可包括電子顯示器935或可以與電子顯示器935通信，電子顯示器935包括用於提供例如定時信息或分析結果的用戶界面(UI)940。UI的示例包括但不限於，圖形用戶界面(GUI)和基於Web的用戶界面。

本公開的方法和系統可以藉助於一個或多個算法實現。算法在由中央處理單元905執行時可以藉助於軟體實現。算法可以例如，控制設備上的溫度、處理分析結果或操作設備。

樣品處理

在一些情況中，設備還包括樣品入口埠或樣品輸入槽。考慮到本文所描述的設備固有的增壓性，樣品入口優選是氣密的。在某些實施方式中，樣品入口構造成是打開的以允許添加樣品並且然後在樣品裝載到設備後重新密封。可選地，樣品可以經由可刺穿的隔膜或大的單向閥裝載。設備可以包括集成的樣品裝載器，諸如可用於將樣品裝載到設備中的球狀物(hulb)或注射器。設備可以與諸如注射器、球管、棉籤、刮器、活檢穿孔器的樣品收集設備或用於使用者收集樣品的其它工具封裝在一起。

樣品可以從受試者(例如，人類受試者)、食物樣品(例如，包括有機體)或環境樣品(例如，包括一個或多個有機體)獲取。示例性非限制性樣品包括血液、血漿、血清、痰液、尿液、排洩物(例如，糞便樣品)、拭子、汗液、脊髓液、羊水、間質液、淚液、骨髓、組織樣品(例如，皮膚樣品或活檢樣品)、頰漱口樣品、氣霧(例如由咳嗽產生的)、核酸、細胞(例如，腫瘤細胞、血液中的胎兒細胞、幹細胞、細菌和真菌細胞、T細胞或B細胞)、蛋白質、酶、土壤、水、堆肥、糞堆、沉澱物(例如，海水沉澱物或淡水沉澱物)、水樣品、空氣樣品、巖石、植物樣品、食物樣品或腸樣品。樣品可包括待檢測、過濾、濃縮和/或處理的任何有用的目標或分析物。

在一些情況中，所有的樣品都在設備內分析。在其它情況中，樣品中的一些(例如，純化的核酸)在設備內分析並且一些被保留以供以後使用。在其它情況中，所有的樣品都被保留以供以後使用。樣品，諸如，純化的核酸可以儲存在設備上或可以排放到諸如管或瓶的樣品容器中。樣品容器可以被密封。樣品容器可以是無菌的。

樣品可以被標記、編號或貼標籤以識別其來源。標記可以包括編碼，諸如在設備上或樣品容器上的字母數字編碼或光學條碼。標記可以包括電子標記，諸如在RFID標籤或其它電子介質中的數據或指示符。標記可以包括與樣品混合在一起的唯一的標識符，諸如核酸條碼，或包括可以以後(例如，通過擴增、DNA晶片讀出、或測序)被識別的顆粒。標記，諸如核酸條碼可以包括測序適配器(例如，Illumina適配器)。

方法

在一些方面，本公開提供了一種分離生物分子的方法，該方法包括：(i)提供本文提供的方面或實施方案的模塊或設備或系統；(ii)將樣品引入設備或系統中，其中樣品包括一個或多個關注的分子；(iii)將樣品順序地穿過一個或多個同軸布置的層；以及(iv)洗脫一個或多個生物分子，從而獲得洗脫的樣品。

一個方面提供了從樣品中分離關注的分子的方法，該方法包括：a)提供包括壓力帽、中心軸和多個同軸布置的層的設備，該多個同軸布置的層包括試劑層、分離層和接收層(見，例如圖8A)；b)用裂解溶液，洗滌溶液和洗脫液裝載試劑層，每種溶液佔居具有上遊入口和下遊出口的單獨的通道，其中通道的下遊出口中的每一個在設備的第一位置處是閉塞的；c)使樣品與試劑層中的裂解溶液組合以形成裂解混合物；d)將中心軸旋轉到第二位置；e)將中心軸旋轉到第三位置；以及f)將中心軸旋轉到第四位置。將中心軸旋轉到第二位置(見，例如，圖8B)：1)將試劑層相對於分離層旋轉以使容納裂解混合物的通道的出口與分離層中的通道的上遊入口對齊，分離層中的所述通道由能夠結合關注的分子的分離材料閉塞；以及2)使壓力帽朝向多個同軸布置的層移動，從而對裂解的混合物施加正壓力並且將裂解的混合物推動到分離材料上並且穿過分離材料。將中心軸旋轉到第三位置(見，例如，圖8C)：1)將試劑層相對於分離層旋轉以使容納洗滌溶液的通道的出口與分離層中的被分離材料閉塞的通道的上遊入口對齊；以及(2)使壓力帽進一步朝向多個同軸布置的層移動，從而施加另外的正壓力以將洗滌溶液推動穿過分離材料。將中心軸旋轉到第四位置(見，例如，圖8D)：1)將試劑層相對於分離層旋轉以使容納洗脫溶液的通道的出口與分離層中被分離材料閉塞的通道的上遊入口對齊；2)將分離層相對於接收層旋轉以使被分離材料閉塞的通道的出口與接收層中的第一通道的上遊入口對齊；以及3)使壓力帽進一步朝向多個同軸布置的層移動，從而施加另外的正壓力以將洗脫溶液推動穿過分離材料進而使關注的分子脫離分離材料並且將洗脫溶液和關注的分子收集在接收層的通道中。

在一些實施方式中，將中心軸旋轉到第二位置還包括，將分離層340相對於接收層旋轉以使被捕獲材料閉塞的通道的出口與接收層中的第二通道的上遊入口對齊，所述第二通道構造成捕獲廢液。構造成捕獲廢液的通道可以是閉端路徑，即，廢料槽。在某些實施方案中，廢液被捕獲在容納在廢料槽中的吸收劑中。

在另一個實施方式中，多個同軸布置的層包括分析層，並且該方法還包括如下步驟：g)將中心軸旋轉到第五位置，從而1)將接收層相對於分析層旋轉以使容納洗脫溶液和關注的分子的通道的出口與分析層中的通道的上遊入口對齊；以及2)使壓力帽進一步朝向多個同軸布置的層移動，從而施加另外的正壓力以將洗脫溶液和關注的分子推動到分析層的通道中。分析層可以構造成使是核酸的關注的分子擴增。

在一些實施方式中，試劑或樣品可以在設備的操作(例如，旋轉和加壓)的中途被添加。在一些實施方式中，給定的樣品可以多次穿過設備或在設備中被多次處理。

示例

示例1：200μL樣品製備設備

樣品製備模塊設計有加壓帽，該加壓帽可以利用每個旋轉提供近似6psi的正壓力。具有螺紋的中心柱隨著每個旋轉向下推動帽，並且通過壓縮室中的空氣產生正空氣壓力。該正壓力可以驅動設計槽中的溶液穿過分離材料，並且經由空氣的通過還使過濾器乾燥。

樣品製備模塊(見，例如，圖4)設計成處理近似200μL的樣品，加上600μL的裂解試劑、500μL的洗滌緩衝劑和50μL的洗脫緩衝劑。大體積的樣品允許在低濃度下高靈敏度地檢測目標分子，這提高了較低的檢測限和動態範圍。所洗脫的核酸在其穿過分離材料後被捕獲在底層上的槽374中。

模塊還設計成將電溫度控制模塊集成到旋轉的樣品製備設備中以使樣品溶液能夠加熱到所需的溫度(63±2℃)。樣品槽由導熱材料製造而成，並且箔加熱器和控制熱敏電阻器放置在槽的外側壁上。該槽直接附接在旋轉樣品製備設備中的試劑層上。加熱模塊由電子控制單元控制，並且利用熱探針(Thorlabs)測量性能，熱探針直接放置在被測試溶液包圍的槽中。以1秒的間隔通過使用Thorlabs溫度傳感器探針TSP 01軟體來記錄數據。在室溫下，使用4.58伏電壓的插入式電源、用800μL的水來評估設備。設備被測試三次，且溶液可在140秒內加熱到所需溫度(63±2℃)，其中在測試階段期間，標準差小於0.3℃。當在室溫下使用四個AA電池作為電源重複時，溶液可以在150秒內加熱到所需的溫度，其中，在測試階段期間，標準偏差小0.1℃。

因為流體的熱性能改變，在室溫下，利用4.58伏電壓的插入式電源、使用200μL的人血漿和600μL的ZR病毒RNA裂解緩衝劑(Zymo病毒RNA套件)來評估被加熱的槽的性能。設備被測試三次，並且溶液可以在約180秒內加熱到所需的溫度，其中剛在測試期間標準偏差小於0.3℃。當在室溫下使用四個AA電池作為電源重複時，溶液可以在130秒內加熱到所需的溫度，其中，在測試階段期間，標準偏差小0.12℃。

示例2：高濃度HIV製備

使含有5×105拷貝/mL HIV病毒顆粒的200μL人血漿樣品與600μL的ZR病毒RNA裂解緩衝劑(Zymo Research公司)和30μL的Triton X100混合，並且在室溫下、在Eppendorf管中混合以形成裂解後的樣品。接下來，溶液轉移到旋轉設備中的樣品槽。500μL的病毒RNA洗滌緩衝劑(含有80％的乙醇，Zymo Research公司)和50μL的洗脫溶液(水)預裝載在設備上的指定的槽中。帽被施加，並且然後通過握持頂部抓持部並且使底部盤旋轉將設備旋轉到設計位置。隨著旋轉，另外的正空氣壓力通過向下推動帽並且使空氣室中的空氣壓縮而被施加。過濾層旋轉80度到達裂解位置，旋轉另外的114度到達洗滌位置以及旋轉另外的102度到達洗脫位置，在每個旋轉位置產生近似6psi的正空氣壓力。裂解溶液、洗滌溶液和洗脫溶液被按順序推動穿過分離材料。在室溫下，每個步驟花費近似1至2分鐘。在每種溶液穿過分離材料後，空氣(在室中的正壓力)被推動穿過分離材料槽以乾燥過濾器並且最小化死體積。含有目標核酸的洗脫溶液收集在底層中的槽處。

對照實驗通過使用離心法依據製造商Zymo Research公司的標準方案(病毒RNA)和優化方案(利用另外的5％的Triton X100)並行執行。實時qPCR用於量化目標核酸的濃度。與在實驗臺上的關於ZR病毒RNA方案的30.77±0.40Cq相比，在設備上的關於ZR病毒RNA方案的來自實驗(n≥2)的結果是32.74±0.42Cq(定量周期)。與關於實驗臺對照的28.86±0.88Cq相比，利用Triton X100方案(ZR-T)的ZR病毒RNA的結果是29.86±1.48Cq(見，例如，圖10)。

示例3：低濃度HIV製備

利用具有低濃度HIV病毒顆粒的血漿進一步驗證了樣品製備設備的性能。載體RNA(Roche公司)添加到樣品(ZR-T-C)，因為已經證實，載體RNA可以在低濃度的目標分子下改善性能。樣品製備設備中的槽用1mg/mL的BSA覆蓋至少10分鐘以進一步減少對目標分子的非特異性吸附。

含有濃度為5×103拷貝/mL的病毒顆粒的200μL血漿與600μL的病毒RNA裂解緩衝劑(Zymo Research公司)、30μL的Triton X100和1.5μL的載體RNA(5mg/mL)混合。溶液可以在Eppendorf管中在室溫下混合以形成裂解後的樣品。然後，裂解後的樣品轉移到旋轉設備中的樣品槽中。500μL的病毒洗滌緩衝劑(Zymo Research公司，含有80％的乙醇)和50μL的洗脫溶液(水)預裝載到設備上的指定的槽中。對照實驗利用離心方案在實驗臺上執行。設備如前述示例中所描述的被操作。

對照實驗通過使用離心法依據Zymo Research公司的病毒RNA套件的標準方案和優化方案(利用另外的5％的Triton X100)並行執行。與用於實驗臺對照(n≥2)的34.93±0.69Cq相比，在設備上的關於ZR病毒RNA方案(ZR)的結果是37.39±2.05Cq。與用於實驗臺對照(n≥2)的33.83±0.47Cq相比，在設備上關於利用Triton X100和載體RNA(ZR-T-C)的優化方案的結果是33.77±0.55Cq(見，例如，圖11)。結果表明，添加非離子表面活性劑，諸如Triton X100，和載體RNA可以提高在5×103拷貝/mL的低濃度下從血漿提取HIV病毒RNA的性能。

示例4：0.5mL樣品製備設備

利用3D列印設計和製造出能夠利用0.5mL樣品執行核酸樣品製備的設備(見，例如，圖5)。該設備可處理：1)0.5mL樣品，諸如尿液或血漿，具有多達1.5mL的裂解緩衝劑；2)600μL洗滌緩衝劑；3)50μL至100μL洗脫緩衝劑。當純化的核酸在50μL洗脫緩衝劑中洗脫時，其將核酸從0.5mL輸入樣品濃縮達到10倍。

示例5：流感RNA提取

用於實時qPCR的A型流感病毒培養(PR8株)和引物被獲得。QIAamp病毒RNA迷你型套件(試劑盒)作為標準對照用於病毒RNA樣品製備。如上面示例4所描述的設備預裝載有自病毒RNA套件(Zymo Research公司)的600μLZR病毒裂解緩衝劑、500μL病毒洗滌緩衝劑和100μL水。在設備上進行的樣品製備的性能用濃度為1×104pfu/mL和10pfu/mL的含有0.2％的BSA和PR8病毒的200μL的PBS來驗證。

病毒RNA的量化使用實時qPCR執行。初步結果表明，樣品製備設備可以執行流感病毒RNA樣品製備快至3分鐘(見，例如，圖12)。

示例6：細菌RNA提取

細菌核酸的提取和純化用含有沙眼衣原體(C.trachomatis)的1×PBS緩衝劑評估，在20拷貝/mL(copies/mL)、50拷貝/mL和500拷貝/mL(對應於10拷貝/測定、25拷貝/測定和250拷貝/測定)下驗證。摻入沙眼衣原體的0.5mL PBS緩衝劑與1mL裂解緩衝劑(Zymo病毒RNA套件)混合。0.8mL的洗滌緩衝劑(Zymo病毒RNA套件)用於純化核酸和去除抑制劑。純化的核酸在100μL的水中洗脫，並且使用Roche lightcycler實時qPCR來量化性能。具有已知濃度的非傳染性沙眼衣原體樣品(NATtrolTM)購自ZeptoMetrix公司。一組引物設計成用於沙眼衣原體的16S基因。測定在每個濃度下執行至少三次，並且以250拷貝/測定在所有三次實驗中檢測16S核酸，以25拷貝/測定在所有五次實驗中檢測16S核酸，以及以10拷貝/測定在五次實驗中的四次中檢測16S核酸。擴增在陰性對照中沒有觀察到，陰性對照不包含目標細菌核酸。

單獨地，來自包含沙眼衣原體的生物體的0.5mL人尿液樣品(Lee Biosolutions公司)的細菌核酸使用上面描述的0.5mL設備被純化。病毒RNA洗滌緩衝劑(0.8mL，含有80％乙醇，Zymo Research)和洗脫溶液(0.1mL水)在實驗前預裝載在設備中。尿液樣品(0.5mL)在室溫下與ZR病毒RNA裂解緩衝劑(1mL，Zymo Research公司)在管中混合併且然後轉移至樣品槽。裂解後的樣品、洗滌溶液以及洗脫溶液通過手動旋轉設備順序地推動穿過樣品製備基質。純化的核酸在100μL水中洗脫，這將使目標核酸從500μL的輸入樣品濃縮5倍。通過使用具有設計成用於沙眼衣原體的16S基因的引物的Roche LightCycler實時qPCR來量化純化後的核酸。

用濃度為20拷貝/mL、50拷貝/mL和500拷貝/mL的含有沙眼衣原體血清變型D(NATtrol Chlamydia trachomatis D-UW3External Run Controls，ZeptoMetrix公司)的0.5mL人尿液樣品重複實驗四次。對於250拷貝/測定4次中有4次被檢測，對於25拷貝/測定4次中有4次被檢測，以及對於10拷貝/測定4次中有4次被檢測。用於檢測的閾值是Cq0.4)。

示例7：自動樣品製備

基站由廉價的現成部件構成：改進的伺服馬達、具有1度解析度的編碼器、6V可再充電的電池組、主板和來自Arduino的馬達驅動器、以及具有用於用戶友好界面的單個觸摸按鈕的簡單的控制面板。電池充一次電允許至少十個完整的運行。中心驅動器將與樣品製備滑片晶片設備的過濾層接合以完成核酸樣品的製備方案。三個定位槽將與滑片晶片設備的基底層上的鎖定結構接合，並且在操作期間將設備保持在正確的位置處(見，例如，圖3D和圖3E)。

基站使在滑片晶片設備上的核酸樣品製備的「單觸摸」式操作成為可能。工作流程可以如下完成(試劑在實驗前預裝載到設備)：1)使用者將0.5mL液體樣品引入到樣品槽中；2)使用者關閉設備帽並且將設備放置在基站上；3)使用者觸摸「啟動」按鈕。基站被編程以在2分鐘和40秒內完成工作流程：首先，將設備旋轉130度到達裂解位置並且保持1分鐘，然後旋轉80度到達洗滌位置並且保持1分鐘，以及最後旋轉93度到達洗脫位置並且保持30秒。洗脫物可以從基底層回收以用於進一步分析。

為了證明自動樣品製備的可行性，0.5mL樣品製備設備的性能用含有NATtrolTM沙眼衣原體的尿液樣品通過基站來操作。為了擴大檢測的限度，0.5mL尿液用作輸入樣品體積，並且每測定含有10拷貝、25拷貝、250拷貝的NATtrolTM沙眼衣原體的樣品在設備上被測試。病毒RNA洗滌緩衝劑(0.8mL，Zymo Research)和洗脫溶液(0.1mL水)在實驗前預裝載在設備中。尿液樣品與脫離設備的1mLZR病毒RNA裂解緩衝劑(Zymo Research)在轉移到設備中的樣品槽中前混合。樣品製備設備然後放置在基站上，並且使用者按動「啟動」按鈕以啟動方案。基站自動地操縱設備：順序地將設備旋轉到正確的位置，並且將設備保持在裂解位置1分鐘、保持在洗滌位置1分鐘、以及保持在洗脫位置30秒。純化後的細菌RNA從設備的基底層被回收。

對於每種濃度的NATtrolTM沙眼衣原體執行三個運行，並且基站利用電池組的單次充電成功地操作樣品製備滑片晶片設備所有9個運行。通過使用Roche lightcycler實時qPCR來量化純化後的沙眼衣原體RNA的濃度。對於10拷貝/測定3個運行中的2個，對於25拷貝/測定(Cq值35.6±0.4)3個運行中的3個，對於250拷貝/測定(Cq值30.4±0.2)3個運行中的3個被測定。利用陰性人尿液樣品三個陰性對照實驗也在設備上測試，並且沒有觀察到擴增。

示例8：加壓

在每個步驟設備內所產生的內部壓力的再現性在0.5mL樣品量的設備上測試(見示例4)並且通過使用基站來操作設備(見示例7)。每個設備在樣品槽中預裝載有以水溶液形式的1.5mL的20％的甘油，在洗滌槽中預裝載有0.8mL的70％的乙醇，以及在洗脫槽中預裝載有0.1mL的洗脫緩衝劑(水)。然後，設備放置在基站上，並且使用者按動「啟動」按鈕一次以啟動工作流程序列。設備連接到壓力計以記錄壓力和，並且電壓也在開始時記錄以顯示站利用單次電池充電完成全部10個運行。三個設備被評估，並且每個設備用三個獨立的運行來測試(見，表1)。結果表明了具有多個運行的單個設備的再現壓力以及在不同設備中相似的壓力性能。

表1

儘管已經在本文示出和描述了本發明的優選的實施方案，但是對於本領域的技術人員來說將明顯的是，僅以示例的方式提供了這些實施方案。本領域技術人員目前將想到許多變形、改變及替代方案而不偏離本發明。應當理解，在實踐本發明時可採用本文描述的本發明的實施方案的各種可選擇方案。意圖是，以下權利要求界定本發明的範圍並且從而應涵蓋在這些權利要求及其等同形式的範圍內的方法和結構。