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CN1170460A - 用于生物多聚体的储存、提纯或反应以及处理的装置和方法 - Google Patents

用于生物多聚体的储存、提纯或反应以及处理的装置和方法 Download PDF

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CN1170460A
CN1170460A CN95196468A CN95196468A CN1170460A CN 1170460 A CN1170460 A CN 1170460A CN 95196468 A CN95196468 A CN 95196468A CN 95196468 A CN95196468 A CN 95196468A CN 1170460 A CN1170460 A CN 1170460A
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CN95196468A
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P·E·威廉斯
L·A·伯戈因
M·A·马里诺
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Abstract

一种用于鉴别、示踪和处理储存在一种固相介质(105)上的生物样品(104)的装置,包括一个样品识别/回忆鉴别站(101)、一个处理站(103)、一个在整个样品通过其它那些站(101,103)期间示踪该样品的示踪站(102)、以及所述那些站的一个相互作用网络。还公开了可与一个自动流体输送系统流体连通地连接的插管(1)。这个自动流体输送系统的构造是具有一个主要的流体吸入和排放口(6)和至少一个辅助的流体吸入和排放口(7)。还公开了一种利用聚合物凝胶从生物多聚体反应混合物中去除副产物的方法。

Description

用于生物多聚体的储存、提纯 或反应以及处理的装置和方法
                     发明领域
本发明针对用于诸如脱氧核糖核酸(DNA)这样的一些生物多聚体的储存、提纯和反应的系统。本发明的组成部分有：一种用于DNA的固相储存介质、一种与一些自动流体输送系统一起使用的插管，这些自动流体输送系统用于吸入和排放与一种固体材料伴随在一起的流体，本发明的组成部分还有：一种用于从生物多聚体分离低分子量分子的装置，以及一种用于鉴别所选择的被储存的生物样品、处理该所选择的样品、并示踪该样品以便使此样品与处理结果相关的系统。上述本发明的系统的那些组成部分可作为一个单独的系统一起使用，或者，在某些应用中，作为其它系统的单独的组成部分独立地使用。本发明还针对利用上述本发明的系统的那些组成部分用于生物多聚体的提纯和反应的方法。
                  相关申请的交叉参考
本申请是申请日为1993年11月30日的美国专利申请S\N08\159，104的部分后续申请，这里，结合该申请所公开的内容作为参考。
                     发明背景
过去，把血液DNA以提纯过的DNA、液态的血、冷冻的血或干燥在纸上的血来运输。所有这些方法都有缺点。最希望把血液DNA作为干燥提纯过的DNA来运输，但这要求在收集现场有高标准的技术辅助设备可资利用。当在收集现场没有技术辅助设备可资利用时，通常把全血和其它原始样品送到中心实验室，在那里提纯DNA。运输液态血需要无菌收集。在某些情况下，例如，对于婴儿足跟穿刺来取样的情况，这样做极为不便。运输液体血或冷冻的血还要求控制温度及不同于常规邮政系统的一种合适的运输系统。甚至在考虑卫生问题之前就要这样做。此外，考虑到涉及诸如艾滋病毒这样的一些病原体的问题，除了在适当的且花费昂贵的监视的情况下，一般拒绝考虑运输任何有潜在的感染危险的液体或冷冻样品。
被干燥在滤纸上的血已表明是一种可供选择的替代上述方法的方法，而且已证明，可以以一种形式从干燥的全血斑点中提取并分离DNA，而且可提取并分离足够量的DNA用于DNA分析。这种方法还有大量缺点。例如，没有谨慎并快速地毁坏绝大多数的病原体，而且没有谨慎地抑制除由脱水引起的降解DNA的过程外的那些降解DNA的过程。在高的相对湿度的情况下的缓慢脱水或者甚至低度的再水合作用会使得毁坏DNA的微生物群落生长。甚至是在有不使蛋白质变性的那种类型的抑菌剂存在时，也会有这样一些情况，即，使得DNA能酶促自溶断裂和DNA的某些非酶促断裂。酶促自熔断裂是指这样的过程，其中，正在干燥或被损坏的组织(人细胞或寄生物细胞)激活降解它自己组份的酶。此外，如果要求的话，从纸上解吸极高分子量的DNA会相当困难。表面吸附效应会导致损失DNA，而且这会导致优先损失最少被降解的DNA，即最想要的那类DNA分子。这样，就需要有安全、方便和最低劳动强度的装置，用来储存含有液体DNA的样品。
过去，在干燥储存在滤纸上后，处理诸如DNA这样的生物多聚体还有一个问题。这样储存的样品由于现有技术的移液管的结构的原因，一般不能通过自动流体输送系统来快速处理。在后面处理化合物时，有该化合物吸附在其上面的固相介质(例如滤纸)会阻塞移液管的吸入和排放口，阻止有效地吸入反应流体。因此，在处理所储存的化合物之前，就必须首先从固相储存介质中释放该化合物。需要从储存介质上释放化合物不仅导致损失诸如DNA这样的一些化合物，而且由于耗时、增加劳动力和增加试剂费用导致增加实验室的费用。如果想要使化合物留下与固相介质结合在一起(或者想要该固相介质在反应系统中)，由于需要人工来防止固体阻塞移液管的端部，因此自动流体输送系统就效率低了。
在生物多聚体合成后，例如，通过PCR方法扩增DNA后，常常必须分离和分析产物化合物。在合成后防碍分析和分离生物多聚体的一个问题是从所需要的产物中分离低分子量的副产物。例如，用于分析和分离通过PCR技术所扩增的DNA的方法，一般要求在分析DNA之前，从扩增反应中去除反应副产物。考虑比较新的分析DNA的技术毛细管电泳，就易于理解这一点。已经成功地采用这种方法用于在PCR扩增后的DNA的自动分析。不过，在毛细管电泳之前，关键是去除作为PCR反应混合物的副产物的盐。
用于从由PCR反应所产生的生物多聚体中去除副产物的已有的方法费力、比较昂贵而且对于多次样品分析并不理想。况且，这些方法一般要求比较大的样品体积，而且要人工使用而不是自动使用。
同时处理大量的生物、农业或环境样品变得越来越平常。用于法庭或医学诊断目的的DNA指纹识别就是一个这方面的典型例子。鉴别一种特定的样品，例如，鉴别基因型，常常要求筛选一大批样品。希望快速处理收集的样品，以便在合理的时间长度范围内得到结果。当被筛选的样品量增加时，仍就有需要保持一种被检验的样品和由该样品所产生的结果之间的准确的相互关系。
                        发明概述
按照本发明，提供了一种用于与一个自动流体输送系统一起使用的插管。这种插管一般包括：一个包括确定流体通道的一个柱身的构件；一个用于与上述插管可操作连接的机构，该插管与所述自动流体输送系统通过流体流动连通，用于通过该插管选择性地吸入和排放流体；一个主要的流体吸入和排放口；以及至少一个辅助的流体吸入和排放口。所述至少一个辅助的流体吸入和排放口相对于上述主要的流体吸入和排放口这样安置，即使得该主要的口和至少一个辅助的口两者在使用时、在流体被排放进和从中吸入的区域中、不可能同时都被固体材料阻塞。
说明了要实现这一点的各种结构。在一种结构中，主要的流体吸入和排放口与至少一个辅助的流体吸入和排放口顺序接上。例如，通过使那些口中的一个在插管的一端，而另一个连接到(或顺序接上)第一个口，但沿着插管壁的侧面向上延伸，实现这一点。在一个可供选择的实施方案中，所述那些口彼此分开，而且几何位置是这样的，即使得一块固体材料不可能同时阻塞两个口。而在另一个实施例中，通过定位在插管一端的一种多孔熔接物来提供那(些)个辅助的口和那(些)个主要的口。如果把上述熔接物的几何结构做成非平面-展(non-flat)的排列方向，例如，如果它是球形的，固体材料就不可能同时阻塞所有穿过上述多孔熔接物的口。
还是根据本发明，提供了一种用于从一个流体反应系统吸入和排放流体的自动流体输送系统，该流体反应系统与一种固体材料伴随在一起。一般说来，该自动流体输送系统包括一个上述插管，带有流动装置，构造和安置该流动装置，以便穿过所述插管排放反应流体。例如，所述流动装置可以是配置在上述自动流体输送系统中的一个泵装置或类似的装置。
还是根据本发明，提供了一种生物多聚体提纯装置或仪器以及方法。一般说来，该生物多聚体提纯装置包括一个成形为用来容纳某一体积的流体的聚合物凝胶。在使用时，待提纯的生物多聚体材料被放在凝胶中。一些材料会以不同的速率扩散穿过凝胶。在没有施加电场的情况下，一种诸如DNA那样的大的生物多聚体趋向于在容器中保持一段更长的时间，而不会扩散进凝胶。另一方面，较小的材料会趋向于扩散进凝胶；结果是提纯留在凝胶的容纳孔中的大的生物多聚体。
本发明涉及用于储存DNA、特别是储存血样中的DNA的一种固相介质，并涉及使用这种固相介质的一些方法。本发明特别是涉及用于储存和运输在上述固相介质上的DNA的一种方法，以及涉及这样一些方法，这些方法或者是涉及到(a)从上述固相介质中回收DNA，或者是涉及到(b)在原位使用该固相介质上的DNA(例如，利用聚合酶链式反应的DNA序列扩增)。
血样中的DNA(以后叫作“血液DNA”)用于下述这些目的：诊断一些遗传疾病、诊断并监控诸如疟疾这样的一些寄生在血液中的寄生虫病、确定父系、以及监控可出现在某些瘤形成中的血液中的其它一些非常见细胞群体。为了这些目的，术语“血液DNA”用来表示通常在血液中所发现的所有DNA的来源，这样，就包括被采集了血样的病人的DNA，以及在他/她的血液中所循环的任何其它有机组织中的DNA。
本发明提供了一种用于从产生一些生物多聚体的反应中去除副产物的材料和方法，这种材料和方法便于使用，并且用于那些生物多聚体的自动取样和分析是经得检验的。这种材料和方法用于在一自动化过程中通过毛细管电泳分析DNA之前去除来自PCR反应的副产物时特别有用。如果需要的话，这种材料和方法使得能同时处理多次DNA扩增反应的产物。
产生上述介质是比较直接了当的，而且可以制作大块尺寸的所述介质，以便适合需要。
图1示出了关于实验3.2(c)(iii)的上述分析。
图2是本发明的一种优选的移液管或插管的透视图。
图3是图2所示的插管的一部分的放大了的局部剖面图。
图4是图2和图3所示的插管的端视图。
图5是本发明的另一实施例的插管的放大了的局部剖面图。
图6是本发明的另外又一个第二实施例的、一般来说类似于图3和图5的、放大了的局部剖面图。
图7是可用于本发明的提纯的一个容器的示意性平面顶视图。
图8是一般来说沿图7中的8-8线所取的、图7所示的装置的剖面图。
图9是本发明的、用于有效地处理大量生物样品的一个系统的示意图。
I、用于储存DNA的固相介质和方法
按照本发明，提供了一种用于储存生物多聚体例如包括血液DNA在内的DNA的固相介质，该固相介质包括一种固相基质，这种固相基质具有一种化合物或组合物，这种化合物或组合物防止结合或吸收到所述基质中的生物多聚体的降解。
固相基质优选地包括一个固体支托，例如，一张采用纤维素的吸收纸(例如滤纸)或一种微孔合成塑料材料，而且有保护生物多聚体的化合物或组合物吸收在固体支托上。可以选择地，固相基质可包括一合适的粘合剂材料，从而使该基质为被压缩的小片或小球的形式，而且，使保护生物多聚体的化合物或组合物结合到所述小片或小球中或吸收在该小片或小球上。
在一个优选的实施方案中，本发明提供了一种用于储存包括血液DNA在内的DNA的方法，这种方法包括把该DNA施加到一种固相介质上。本发明的固相介质包括具有一种化合物或组合物的固相基质，这种化合物或组合物防止结合到该基质中或吸收在该基质上的DNA降解。
在本发明的一个实施方案中，特别是对于长期储存被提纯的DNA，保护DNA的化合物或组合物包括尿酸，以及一种要把该尿酸转化为尿酸盐并提供碱性pH值在8.0和9.5之间的弱碱。
在本发明的一个特别优选的情况中，提供了一种用于储存血液DNA的固相介质，这种固相介质包括一种固相基质，这种固相基质具有结合到其中或吸收到其上的一种组合物，这种组合物包括一种弱碱、一种螯合剂和一种阴离子表面活性剂或去污剂、而且可选择地还包括尿酸或尿酸盐。上述组合物优选地例如给加到所述基质上的血赋于碱性pH值，例如在8.0和9.5之间的pH值。
本发明的另一种情况是通过浸透本发明的固相介质，或通过把该固相介质包埋在一种保护材料中，例如，一种诸如聚苯乙烯那样的塑料材料，来把DNA长期储存在本发明的固相介质上。
在实践中，在储存DNA时，把血样作为血液斑点施加到本发明的这种情况中的固相介质上，在该固相介质上，一些组份(更具体地说，就是表面活性剂)会使所述样品中的蛋白质和大多数任何致病的有机体变性。不过，同时，会保护血液DNA免于遭受一些降解因素例如，氧化和紫外(UV)线以及上述类型的处理的影响，从而使得比较稳定的、被变性了的干燥血样可以被运送到一个诊断实验室。在那里，可提取DNA，或者可以在固相介质上在原位使用DNA。
用于本发明的这种情况中的组合物优选包括下述这些物质：
(a)一种单价的弱碱(例如，作为游离碱或碳酸盐的“Tris”，即三羟甲基甲烷)；
(b)一种螯合剂(例如EDTA，乙二胺四乙酸)；和
(c)阴离子去污剂(例如SDS，十二烷基磺酸钠)；以及可以选择的
(d)尿酸或尿酸盐。
作为举例，本发明的这种情况的一种特别优选的固相介质包括一种基于纤维素的吸收纸，例如具有最小每平方厘米荷载的滤纸，荷载如下：
(a)EDTA：0.5微摩尔(146.1mg的游离酸)
(b)Tris：8微摩尔(968.8mg的游离碱)
(c)SDS：1mg；而且可以选择
(d)尿酸：2微摩尔(336.24mg的酸)。
业已发现，使用本发明的尿酸或尿酸盐，尽管对于在固相介质上短期储存DNA并非是必不可少的，但是，对于长期储存DNA特别愿意这样，因为这种组份有多种功能。首先，它被转化为尿囊素，起到一种“自由基”阱的作用，这种自由基阱最好容纳一些自由基，否则的话，就会毁坏DNA中的碱基鸟嘌呤(例如，2，3)。例如，通过变性的血清蛋白质中的硫代基的自发氧化来产生这样的一些自由基，而且还可通过血中的大量铁来产生这样的一些自由基。4尿酸还可起到缓冲体系的一种组份的作用，尿酸在该缓冲体系中是一种弱酸。它还起到一种易受侵蚀的表面的作用，它少量可溶在该易受侵蚀的表面中，从而使得当在它们下面的尿酸盐侵蚀时，就会释放在它的晶体表面上所干燥的含有DNA的材料。
如前所述，上述组合物可包括适量的碱，可选择一种单价的弱碱，以便使得赋于置于基质上的血液在8.0和9.5之间的一个碱性pH值。这是要保证螯合剂在结合二价金属时的适当作用。它还防止了并不这样取决于二价金属的核酸酶的作用。所述碱可以是一种弱有机碱，例如，Tris。可以选择地，可使用一种无机碱，例如，一种碱金属碳酸盐或碳酸氢盐，例如，钠、锂或钾的碳酸盐或碳酸氢盐。
螯合剂优选地是一种诸如EDTA的强螯合剂，不过，市场上可买到范围很广的一些合适的强螯合剂。螯合剂的作用是结合二价的金属离子镁和钙，而且还结合过渡金属离子，特别是铁。已知钙和镁这两者都通过作为用于酶的辅助因子而起作用来促进DNA的降解。诸如铁那样的金属离子易于受到氧化和还原，还通过产生一些自由基4来损坏核酸。
阴离子表面活性剂或去污剂作为主要的变性剂而包含在本发明的这种情况下的上述组合物中。任何与蛋白质结合并使蛋白质变性的强阴离子去污剂都是合适的，且还可使用上述SDS那样的一些其它的去污剂，例如，月桂酰肌氨酸钠。这种阴离子去污剂由于许多病原体的包被蛋白质、内部的蛋白质及所依赖的任何膜的二级结构的非特异损坏导致该许多病原体失去活性。有许多例外，由于阴离子去污剂并不使绝大多数抗细菌孢子失去活性，也不使某些极稳定肠道病毒粒子失去活性。不过，这些例外都是这样一些试剂，这些试剂已可能通过普通的接触而被转移，而且，目前并不怎么关心这些试剂构成来自血液的危险。
在一些导致本发明的试验中，已经表明，可令人满意地从经去污剂所处理过的纸上提取血液DNA，而尿酸盐防止了被提纯过的DNA在多于60个月的储存时间内降解。在一些进一步的试验中，在原位提纯按照本发明专门处理过的在滤纸上的DNA，然后，将DNA进行聚合酶链式反应(PCR)。在下面的实施例中，详细说明了这些试验。II、插管
提供了本发明的插管组件用于样品处理，该样品处理利用了一种自动流体输送系统(AFDS)和一种与固体材料伴随在一起的流体反应系统。过去，AFDSs并不适合与一个和一种固体材料伴随在一起的流体反应系统一起使用。防碍这样使用的问题是固体材料阻塞了流体流进和流出现有技术的插管或移液管。本发明的插管或移液管相对于与AFDSs一起使用的现有技术的移液管的优点在于，即使当流体反应系统与一种固体材料伴随在一起时，也能使得流体流进和流出插管。
这里，术语“流体”包括液态和气态物质以及可流动的悬浮液。“流体反应系统”是指任何这样的系统，其中，通过添加和/或去除一种或多种流体试剂把起初的材料转化为所要的最终产物。典型地，一个流体反应系统在一个选定尺寸的容器中实施，该选定的尺寸可按照所述流体反应系统的要求而变化。容器的尺寸和成份可以是适于要完成此过程的任何尺寸和材料。一种合适的容器组份是这样一种组份，这种组份不与流体反应系统的这些试剂反应，并且不渗透该流体反应系统的这些试剂。适于采用本发明的插管的流体反应系统例如包括PCR扩增、ELISA测定、寡连接酶(oligoligase)测定(OLA)以及连接酶链式反应(LCR)。一般说来，移液管或插管用来引导流体流进流体反应系统或从该流体反应系统去除流体。在其中具有固体材料的流体反应系统中，并不希望要通常的移液管，这是因为当用该移液管从流体反应系统中“吸取”流体时，固体材料会阻塞移液管。
此处所用的术语“自动流体输送系统”包括手动和自动操纵的流体输送系统。典型地，自动流体输送系统是向多孔反应板的那些各个的孔分配流体试剂和从这些各个的孔中去除流体试剂。手动自动流体输送系统包括具有多个流体吸入和排放端的一个插棒把手，以便同时从一个或多个流体反应容器中同时吸入和排放一个流体反应系统的流体。自动操纵的自动流体输送系统是计算机操纵的而非手动的，并且包括这样一些产品，例如，像BIOMEK 2000(Beckman Instruments，Fullerton，CA)和Zymark Benchmate(Zymark，Hopkinton，MA)。
按照本发明，插管组件是这样一种结构，以便甚至当流体反应系统与一种固体材料伴随在一起时也能制止流体流进和流出插管的阻塞。这里“与一种固体材料伴随或结合在一起”是指一种固体粒子存在于流体反应系统中，从而使得它能阻塞插管的吸入和排放口，因此妨碍了AFDS的正常功能。与一种流体反应伴随在一起的一种固体材料可以存在于该流体反应系统中，以便在这流体反应系统中提供一种化学或机械作用。与在一个提供化学作用的流体反应系统中的流体伴随在一起的固体材料的例子有：上面吸附有生物化合物或生物多聚体的固体材料；一种固体活性碳吸收剂；C18所衍生的硅石；离子交换树脂；和/或聚苯乙烯二乙烯基苯。与可提供机械作用的一个流体反应系统伴随在一起的固体材料的一个例子是磁搅拌棒。
图2的参考标号1表示本发明的一个移液管或插管。一种典型的插管1是一种圆柱形管。不过，可采用的插管可以是除了圆柱形外的别的几何形状。如图6中的参考标号2所示，插管包括一个确定内部流体通道3(图3)的柱身或壁2。插管有一个远端4和一个近端5。远端4是插入流体反应系统的流体的那端。近端5在使用时与AFDS可操作地连接。
插管壁2的远端4至少包括两个孔。这些孔或“口”与流体通道3可流动流体地连通。这些口是主要流体吸入和排放口6(“主要的口”)和至少一个辅助的流体吸入和排放口(“辅助的口”)7。主要的和辅助的口6和7可以是连续的或非连续的。“连续的”意思是指在主要的口6和辅助的口3之间没有物理和机械间隔。此外，辅助的口7相对于主要的口6的位置随插管的具体的实施例而变化。主要的口6和辅助的口7两者都与流体反应系统的流体接触。
本发明的插管1的主要的和辅助的口6和7的结构是这样的，使得当由AFDS施加负压时，与流体反应系统的流体伴随在一起的一种单独的固体粒子不可能通过同时阻塞这两个口来阻碍流体流进插管1的远端。要制止固体材料阻塞流体流进流体通道3，优选的是把插管1构造成这样，使得主要的口6和辅助的口7以一种优选的方式彼此相对定位。口6，7的位置应该是这样的，使得一个口的至少一部分会保持不被任何阻塞另一个口的固体材料阻塞。按照本发明，配置主要的和辅助的口的相对构形和/或位置来达到此目的。对于图1至图3所示的实施例，通过把口6定位在插管1的一端而把口7沿着柱身2的一侧定位来完成这一任务。
按照本发明，把AFDS连接到一个插管。这插管连接到AFDS的准确机构随所使用的AFDS而变化。例如，用于与RDSYS 3300(ROSYS，Wilmington，DE)一起使用的一个插管的联接装置包括0.5英寸的聚丙烯管。另外一些联接方法包括滑动配合及“拧上”联接装置。在图2中，8示出了联接装置。当与被联接的插管一起工作时，AFDS通过流体通道3循环施加正压和负压。一般来说，在负压阶段时，现有技术的移液管口的开口的流体通道会被阻塞。这阻塞一般是由于负压把固体材料抽进负压源，在现有技术的移液管中，这负压源是与流体反应系统的流体接触的移液管口开口。因此，此移液管口开口大的固体粒子覆盖了该移液管口开口，并阻碍了负压有效地去除任何剩余的流体。
可用各种各样的插管的实施方案来达到所述目的。通过说明插管的几个实施方案，最能说明主要的和辅助的口的各种相对位置。除了所讨论的实施方案外，可以对本发明作出许多变化和修改而不会背离本发明的精神和范围，这一点是显然的。
不管上述插管的实施方案，一般最好确保可能与固体材料接触的插管的边缘是光滑的，也就是说，没有毛刺或其它一些缺陷，甚至在没有负压的情况下，所述毛刺和其它一些缺陷可导致固体材料附着在插管上。
按照本发明，可以用这样一些材料来制造插管，这些材料通常用于制作现有技术中已知的那些排放流体的移液管和吸头。不过，对于任何系统，构成插管的材料当与流体反应系统的试剂接触时应该最好对所遇到的环境呈化学惰性。适合于本发明的材料包括有延展性的金属，例如，不锈钢、钛、铝、铂、金、镍和其它一些惰性金属。此外，可用塑料树脂或玻璃来制作插管。对于在含有酚的流体反应系统中所用的塑料插管，优选惰性抗酚树脂来制作插管。
所公开的插管的那些尺寸适于与上面所列出的那些自动操枞系统一起使用，而且，对于任何特定的系统，那些尺寸可按需要变化。一般由所用的AFDS的要求来控制插管的优选长度。由AFDS的要求和流体反应系统容器的直径来确定插管的优选的尺寸。当然，插管应该是这样一种尺寸，当需要时，插管可以可操作地插入流体反应系统的容器中。
在图2至图4的实施方案中，口6、7彼此是不连续的，并在插管1上被隔开，从而使得它们不可能同时被一个单独的粒子阻塞。在插管14的另一实施方案中(图6)，主要的口25是在流体通道15的最远处26处的一个孔。主要的口25的开口是在一个一般来说垂直于流体通道15的纵轴27的平面内。在这个实施方案中，主要的口的直径近似等于流体通道15的内径，尽管并不要求这样。对涉及到ROSYS 3300的典型的应用情况，主要的口的内径大约为0.010mm到0.1mm，优选的为0.020mm到0.040mm。对于涉及到ROSYS 3300的应用的情况，插管的长度大约为6cm至20cm，优选的为15cm。如此处所用的那样，术语“大约”是指所述的那些定量尺寸，而这些尺寸并非必须定量相等，但却是会完成类似结果的一种尺寸。
进一步参照图6的实施例，插管至少包括一个辅助的口24。辅助的口24与主要的口25顺序接上(即与主要的口25连接)，而且呈倒V字形状。倒V字形有一个顶点11和一个底边28。辅助的口的倒V字形状的顶点11沿远离远端26的方向从底边28的插管壁19上升。对于采用了ROSYS 3300的优选的实施例的情况，倒V字形的底边28的宽度约为0.010mm至0.030mm，优选的约为0.020mm，而该倒V字形从底边28到顶点11的高度约为1.0mm至4.0mm，优选的约为2.0mm。可环绕插管壁的周边放置一个或多个倒V字形。当用多个倒V字形时，插管远端的剖面外观为“锯齿”状。因此，按照这个实施方案，当施加负压时，与流体反应系统伴随在一起的固体材料优选地不能同时阻塞主要的口25和辅助的口24。如果在负压的情况下，固体材料粘附在辅助的口24上，那么主要的口25和/或任何另外的辅助的口24优选地保持不被阻塞。另一方面，如果负压导致固体材料粘附到主要的口25上，那么优选地，一个或多个辅助的口24保持不被阻塞。
图5画出了本发明的另一替代的实施方案。这里，在流体通道38的远端37处包括一个主要的口36的插管35是在垂直于流体通道38的纵轴39的平面内。然后，用一个多孔熔接物40装在口36上，多孔的熔接物40的孔隙度约为0.20μm到0.60μm，优选的约为0.45μm。因为熔接物40的孔隙度，有多个孔存在。因而，熔接物40的任何一个单个的孔都可认为是对于主要的口的一个辅助的口，这主要的口将是同一熔接物40的另外的一些口。可由这样一些材料来制作适于本发明的熔接物，例如，玻璃纤维、不锈钢、钛和树脂。按照这个实施方案，球形熔接物40的一个非平展的部分保持在壁41的最远处之外。通过AFDS，给与含有固体材料的流体反应系统接触的流体通道38施加负压就会对着熔接物和抽取固体。因为所插入的熔接物40的非平展(球形)几何形状，对着熔接物40所抽取的固体材料就会切向粘附到熔接物40上，并在粘附处的切点处阻碍流体流动。不过，熔接物40的其余的那些口会保持不被阻塞，由此，使得流体能流进没有被通过粘附固体材料而阻碍的那些孔。要了解的是，可采用对于熔接物40的那些可替代的、非平展几何形状。
将在实施例5中详细说明对于插管结构的优选的实施方案。III、生物多聚体提纯装置
本发明的生物多聚体提纯装置组件提供了一种装置，这种装置从生物多聚体反应混合物中的那些生物多聚体中去除盐和那些低分子量的化合物。在使一种生物多聚体反应混合物与生物多聚体提纯装置接触后，被提纯的聚合物例如可用于体外和体内生化反应，或者，例如可以是毛细管电泳分析的对象。
如此处所用的那样，术语“生物多聚体”的意思是用于由相同的或不同的单体所衍生出生物系统中的任何聚合分子(例如，多肽、蛋白质、DNA、RNA、碳水化合物和类似的生物分子)。生物多聚体可以化学合成、用基因工程法得到、或从天然产物衍生出来。词语“生物多聚体反应混合物”在这里用来定义在一种与盐或其它一些低分子量化合物结合在一起的溶液中的任何生物多聚体。如此处所用的那样，术语“副产物”是指相对于例如包括盐和/或剩余反应物在内的一种生物多聚体来说是低分子量的那些化合物。
将借助于图7和图8说明生物多聚体提纯装置。(图7是俯视图，而图8是剖面图)。图7和图8显示了优选地包括一个(矩形)块50的生物多聚体提纯装置，块50含有一种聚合物凝胶，优选的是聚丙烯酰胺。在块50中，在顶表面52中有多个孔或凹处51。把孔51形成为能保持某一体积的流体的形状。形成孔51的方法包括任何已知的用于成形聚合物凝胶的方法(例如，玻璃板浇铸、注射模法和浇注模具法)。生物多聚体提纯装置的典型外观类似于多孔的平板的外观。如下所述，把生物多聚体反应混合物放入孔51中。在与孔接触一段时间后，低分子量的副产物就会如箭头60所示从该孔中扩散掉。
生物多聚体提纯装置是适应性的，但尺寸足以使得能与自动装置控制的自动流体输送系统一起使用，以便可靠地在它的微孔上定位和操作。
按照本发明，把某一体积的生物多聚体反应混合物放入生物多聚体提纯装置的孔51中。对于典型的用途，生物多聚体提纯装置的典型的孔51的尺寸约为0.5mm至6.0mm深，优选地约为4.0cm深，且直径约为0.25cm至2.0cm，直径优选地约为0.3cm至1.0cm，在生物多聚体反应混合物与生物多聚体提纯装置接触一段时间后，该生物多聚体反应混合物的副产物扩散出孔51，并使该生物多聚体相对脱离低分子量的副产物。在生物多聚体反应混合物和生物多聚体提纯装置之间的接触时间的长短依赖于所用情况而变化，但典型地约为5分钟到40分钟，优选地为10分钟到30分钟。所要求的是要有足够的时间用于出现可以接受的提纯程度。如此处所用的那样，术语“约为”在这上下文中是指所述时间的长短和次数，这时间的长短和次数并非必须定量地相等，但是，这时间会产生类似的结果。
按照本发明，已认识到，改变聚合物凝胶的聚合物(聚丙烯酰胺)组份的浓度影响在两种聚合物之间交联的量。这交联的量直接影响凝胶的孔隙度。(增加丙烯酰胺的量导致增加交联的量，这降低了孔隙度因而还减小了可易于扩散出孔51进入凝胶块50的剩余部分的分子的尺寸。)。因此，通过控制交联的量，就可以控制会扩散出孔或留在该孔中的分子的尺寸。尽管本发明的一个优选的实施方案提供了从低分子量的副产物中分离生物多聚体，但本发明人预见到采用生物多聚体提纯装置，就如此处所述的那样，用于分离分子量更少离散但处于给定的聚合物凝胶孔隙尺寸的相对的那些极点处的分子。
聚丙烯酰胺(一种聚合物凝胶)通常用于凝胶电泳中，以便分离小的生物多聚体分子。在凝胶电泳中，在所施加的电场的影响下，生物多聚体穿过介质扩散。因此，聚丙烯酰胺凝胶通过穿过该凝胶的扩散用来电泳分离小的DNA分子。比较起来，聚丙烯酰胺凝胶用作提纯生物多聚体的介质，而不会由于生物多聚体扩散进凝胶导致显著损失该生物多聚体。不用施加电场。
尽管没有断言任何机制，对于本发明中所发现的结果的一种可能的原因在于电场，当把电场施加到凝胶电泳中时，一种诸如DNA那样的生物多聚体被高度定向，而且这样一来就能被抽进凝胶，以便穿过该凝胶移动。不过，当这样的生物多聚体并不处于电场中时，就像在本发明中那样，它就随机旋转并且比在一个所施加的电场中的情况具有更大的有效分子体积(或直径)。这样，就防止了生物多聚体由于缺少取向电场而穿过凝胶移动。尽管凝胶对于一些生物多聚体是一个障碍，但它对于较小的分子和离子并不是障碍，这较小的分子和离子可易于扩散进凝胶材料、而把生物多聚体留在后面(留在容器中)。
然后，可用人工或自动流体输送系统从容器中回收被提纯的生物多聚体溶液。这生物多聚体可用在后续的生化过程中，或者，例如被分析。实施例6中说明了生产和使用生物多聚体提纯装置。IV、穿孔技术(Punch Technology)
本发明的这一方面是一个用于有效地处理大量生物样品的系统。参照图9，将就构成该系统的组成部分(站)来说明这种系统。
提供系统100用于鉴别样品101、把一种样品放入一个反应容器中用于处理作业103、处理样品；并且通过处理作业103示踪样品102，使得样品能与相应的处理结果相关。要最大限度地利用该系统，而不会在各单个的样品两两之间交叉污染或转移。
如此处所用的那样，系统100将叫作穿孔技术系统(PTS)或“系统”。就其最广意义的实施例来说，系统100能够鉴别、示踪和处理任何储存在其中的生物样品。通过综合系统数据中心(ISDC)来完成本发明的那些组成部分：鉴别101、示踪102和处理103的相互作用的网络工作。可由人工来完成由ISDC所完成的工作。优选地，ISDC是一个计算机硬件和软件系统，这个系统给PTS提供交互指令。
如此处所用的那样，术语“进行鉴别”、“鉴别”及它们的一些类似词语是指给系统的另一组成部分检测并储存、或检测并发送关于样品的信息的能力，用于使处理结果与相应的样品相关。术语“示踪”、“进行示踪”及它们的一些类似的词语是指跟踪并使样品与它的处理结果相关的能力。术语“进行处理”和“处理”是指任何这样的流程，由此流程，样品经受反应、提纯、缓冲、冲洗或其它一些步骤，以便把起初的样品转换为所需要的最终的产物。
在一个优选的实施方案中，PTS系统有能力快速并有效地鉴别、处理和示踪至少两种样品、而典型的是大量样品。所谓“大量”是指所述系统能优选地鉴别、处理和示踪至少两种、优选的为至少2到2000种样品。从大量样品迅速并有效地获得结果的能力使得系统100特别适用于大规模的筛选操作。这样的筛选在医学诊断和治疗、病理学、生化研究、药物筛选、设计分子生物学、法医学、基因工程和其它一些需要大量筛选样品的领域中有巨大的应用前景。一些专门的应用领域例如包括抗原/抗体研究、组织相容性、DNA指纹和基因诊断。在一个优选的实施方案中，上述系统会快速并有效地把储存在上述固相介质上的一个单价DNA样品与也储存在一种固相介质上的DNA图象的大数据库进行比较。例如参见“英国要建立犯罪的DNA数据库，”370，自然，588(1994年8月25日)。
在一个优选的实施方案中，给上述自动系统提供系统100，由此，可鉴别、处理并示踪被储存的生物样品，例如，由血液来源的DNA，提供了适用于PCR扩增或限制性内切酶消化的最终DNA产物。用于储存按照本发明所处理的生物样品的一种典型的方法是在一种固相介质上干燥生物样品，这种固相介质例如是纤维素、硝化纤维素、塑料、玻璃纤维、阴离子交换纸、滤纸、其它处理过的纸、棉片或其它现有技术中所用的介质。一种优选的用于DNA样品的储存介质是在本发明的部分I中所述的储存介质。
图9画出了本发明的穿孔技术系统100的示意图。该系统再次由鉴别站101、示踪站102及处理站103构成。
把要被由PIS鉴别、示踪和处理的样品优选地储存在样品卡片104上。标号106表示储存在样品卡片104上的单个样品的“斑点”。样品卡片104优选地用标记105来加以“标志”，用于由鉴别站101来鉴别。
在应用上述系统之前，把样品卡片104放进“受卡盒”107，受卡盒107以这样一种方式给所储存的卡片108定向，使得能为鉴别站101所接受。在位于受卡盒107中的单个的被储存的样品卡片108两卡之间放置屏障109。
箭头110表示当样品卡片移进鉴别站101时该样品卡片所取的路线。鉴别站101识别所选择的卡片的标志106。把由鉴别站所获得的信息送给示踪站102，用于以后与从处理站103出来的结果相关。
箭头111示出了一个被鉴别过的样品卡片在移进示踪站102时可取的路线。示踪站102当一个从样品卡片104被提取的所选择的样品105穿过处理站103移动时跟随该样品105。示踪站102首先确定所选择的样品105在样品卡片104上的位置。然后，示踪站102的作用是要从样品卡片104上提取所选择的样品105。由一个容器容纳所选择的样品105，在这个容器中，由处理站103处理该样品。示踪站102从所选择的样品卡片到达示踪站102的时候起直到完成处理样品时追踪所选择的样品105的位置。在从样品卡片104上提取所选择的样品卡片后，样品卡片104优选地沿着由箭头112所示出的路线移动，要被收集在受卡盒114处。一种屏障116放置在位于受卡盒114中的两两样品卡片之间，以便防止位于受卡盒114中的所收集的那些样品卡片两两之间的直接接触。在受卡盒114中的样品卡片可返回到受卡盒107或某些其它储存位置。
从样品卡片中所选择的样品105可沿着箭头120所示出的路线从示踪站102移到处理站103。如下所述，处理站103处理该所选择的样品，以便获得所需要的最终产物结果。然后，使得对于处理站103的结果与所选择的样品105有关，这所选择的样品105从上述所选择的样品卡片起就被示踪站102示踪。
在某些应用中，在处理站103处所进行的过程可直接在所选择的盒上进行，而无需把样品从卡片中移出。A、鉴别站1、所储存的样品
提供PTS用于鉴别、处理和示踪已储存在一种固相介质上的生物样品。特别适用于上述系统的介质包括固相介质，由此，样品的处理并不要求一开始就把样品从它的构成介质中取出的步骤。
按照本发明，适于与所储存的DNA样品一起使用的合适的介质例如是本发明的部分I中所述的固相基质。过去、在进行PCR放大和/或限制性内切酶消化之前，必须首先从储存介质中提取DNA样品。尽管目前通用的有大量用于从固相介质中提取DNA的方法，但是许多这样的方法要求广泛的样品处理，这些处理包括：煮沸、多次吸移和离心步骤、脱盐层析、沉淀、膜透析和其它一些现有技术中已知的方法。采用本发明的部分I中所述的固相介质，提供了适于PCR扩增和/或限制性内切酶消化的被储存的样品，而无需首先从固相基质中提取该样品。因此，本发明的部分I的基质使得能自动处理DNA样品，而没有与其它那些样品储存系统所伴随的问题。
在上述系统的一个优选的实施方案中，样品储存在固相介质或“卡片”104上。卡片104可以具有足以保留最低量的一滴血或其它生物样品的任何尺寸。典型的卡片是矩形的。典型的卡片尺寸约为长度1cm至25cm(优选地约为5cm至15cm)乘以约1cm至20cm(优选地约为5cm至10cm)。不同几何形状和尺寸的卡片也适于本发明的一些可供选择的用途。
固相介质或卡片104优选地用于储存样品时是相容的，而不会改变起初的样品。优选地，把来自血液、组织培养物、细菌培养物或其它液体介质的诸如DNA那样的生物样品105放在固相介质104上。这里，术语“液体介质”意思是指一种样品，其中，要被储存在固相介质上的生物样品被悬浮或被溶解。一般来说，液体会从固相介质上蒸发而留下吸附在该固相介质中的DNA或其它被悬浮或被溶解的分子。把在液体介质中的单个生物样品或多个生物样品以一种适于由卡片定位器机构给样品定位的安置方式放在卡片上(如上所述)。在接收样品之前或之后，把这卡片标记为106，为了以后由鉴别机构(如上述部分IV中所述的那样)来识别。在含在液体介质中的样品已放在卡片上后，该液体介质蒸发，而含有脱水后的样品的卡片通过现有技术中已知的合适的装置来储存，例如，通过外储存器、涂覆过的聚苯乙烯(都是在25℃时)，以及通过可在固相介质上保存样品的其它一些方法来储存。用于储存DNA的一种优选的方法例如是部分I中所述的方法。2、鉴别机构
为系统提供PTS的鉴别站用于识别和回收样品卡片。每个卡片可包含至少一个或多个同样的或不同的生物样品。优选地，一个单独的卡片包含一个或多于只是一个单独的生物样品。每个样品卡片优选地具有一个可被系统鉴别站鉴别的标志。这标志使得可能识别和回收由卡片组成的生物样品。在鉴别时，可通过鉴别机构来进行回收由卡片组成的生物样品的工作。可以选择地，鉴别机构可以给“卡片样品定位器”(CSL)机构发送鉴别信息(如下所述)，用于回收由卡片组成的生物样品。
要进行样品鉴别，鉴别站采用了“受卡盒”和“鉴别机构”。受卡盒提供了一种装置，用于在卡片被鉴别机构鉴别前容纳该卡片。受卡盒可以包括一个搁物架或盒，例如，就像在纸张复印机或其它那些容纳纸或别的“类似片状”的物品的系统中所用的搁物架或盒那样。受卡盒可以是任何各种各样的形状，只要它的尺寸和形状能够按某一取向容纳卡片，使得鉴别机构能鉴别卡片。
把卡片以这样一种方式放在受卡盒中，以便防止在卡片或样品两两之间交叉污染。可通过在每两个卡片之间放置一个屏障来防止交叉污染，优选的是一种不粘住的屏障，例如，纤维素纸、腊纸、塑料以及现有技术中已知的其它一些屏障。在鉴别之前或之后，从两两卡片之间取出屏障，这取决于鉴别机构的位置。
系统的鉴别机构提供了用于鉴别其上所含有的卡片和样品的装置。卡片专门含有一种“标志”。如此处所用的那样，“标志”的意思是指一种编码或用于鉴别机构识别卡片的其它装置。在一个优选的实施方案中，卡片可含有条形码，而鉴别机构就是一个条形码读出器，这个条形码读出器就像在杂货店检验线中所用的那样，该鉴别机构还可以是DNA贮藏容器、在气相色谱/质谱仪自动取样器和高压液相色谱(HPLC)自动取样器上的条形码扫描器。可以选择地，可用机器可读的数码或用其它一些方法来鉴别卡片。
然后，把由鉴别机构所鉴别的信息送到示踪站，以便示踪在由鉴别机构鉴别的样品卡片上的样品，用于以后与处理结果相关。
一旦已由鉴别机构鉴别了样品卡片，就可以启动示踪站。当样品卡片在受卡盒中和随后移到示踪站时，都可以用鉴别机构来鉴别样品卡片。可以选择地，样品卡片可以首先从受卡盒横穿过鉴别机构而移动、被加以鉴别、而然后移到示踪站。
就这一点来说，适当的卡片鉴别对于有效地发挥样品示踪部分的作用是必需的。B、示踪站
提供系统的示踪站，用于从样品卡片被鉴别站鉴别的时候起直到由处理站完成最后的处理步骤时为止示踪单个的样品。上述系统贯穿整个过程示踪单个样品的能力保证了当处理大量样品时系统把适当的样品与相应的结果相关时的准确性。
样品示踪站有三个主要功能。它应该首先在一个卡片(可能含有多个样品)上定位一个样品。然后，示踪站从样品卡片上提取被定位的(被选择的)样品用于处理(如果提取样品用于处理的话)。最后，当所选择的样品穿过系统的处理站移动时，示踪站保持回收该所选择的样品的位置。这三个功能部件的专业术语分别叫作“卡片样品定位器”(CSL)机构、“穿孔机构”(PM)、和“接收容器样品定位器”(RCSL)机构。
在已由鉴别机构鉴别样品卡片后，样品卡片就移到示踪站。一旦到达示踪站，卡片就优选地开始与卡片样品定位器(CSL)机构接触。CSL机构包括一个能定位包含有一个单独的样品的样品卡片上的斑点的装置。优选地，使得CSL机构能定位在卡片上的哪个样品是要被处理的信息来自ISDC。例如，适用于本发明的方法的CSL机构包括这样一些装置，比如，激光标引系统、机械标引系统、和光学密度系统。例如，在照相复制机和传真机上所用的激光和机械标引系统。
一旦所需要的样品定位在卡片上，就启动穿孔机构，以便从样品卡片提取样品放入接收容器。按照本发明，穿孔机构包括一个刀片、一个切割激光器、固体穿孔器及其它一些能切穿含有样品的固相介质的装置。然后，把所提取的样品放入接收容器。从卡片上所提取的卡片样品的尺寸显然是适合于放进接收容器的尺寸。
穿孔机构的一个优选的实施方案包括一个圆环形刀片。该刀片的外观类似于皮肤活组织检查穿孔器或软木塞孔。这样的刀片典型地由不锈钢、钛或其它一些通常用来制作裁纸刀的材料构成。被穿孔的固相介质的直径约为2mm至10mm，优选的直径约为4mm。当使用直接与含有样品的样品卡片接触的刀片时(例如，与激光穿孔器比较)，优选地使开始与卡片接触的刀片的表面加热消毒，以便使样品的交叉污染减至最少。可用丙烷火焰或温度约为250℃至300℃，优选的约为275℃的加热线圈来完成加热消毒。
如上所述，把用穿孔机构提取的样品放进接收容器。如此处所用的那样，术语“接收容器”包括试管、微量滴定板的单个的孔、微量离心管、PCR管以及本领域普通技术人员经常用来处理生物样品的其它反应容器。
用“接收容器样品定位器”(RCSL)机构来检测所提取的样品放置在其中的接收容器。RCSL可以给ISDC发送被选择的样品的位置信息，这ISDC通过指示在整个处理站期间的位置和进展可以起到在整个处理过程中示踪样品的作用。
在从样品卡片提取了样品后，把该卡片重新堆放在第二个受卡盒或盒中。把卡片以这样一种方式放在所述受卡盒中，以便防止在两两卡片或样品之间的交叉污染。如上所述，可通过在每两个卡片之间放置一个屏障来进行防止交叉污染。然后，把含有生物样品的接收容器移到样品处理站。C、样品处理站
提供PTS的样品处理站用于动纯、缓冲、冲洗、PCR放大或其它一些对于要把样品转化为经过处理的最终产物所必需的步骤。在已把样品放入接收容器后，可以在原位处理样品。可以选择地，可首先从固相介质中提取要被处理的样品。处理站所进行的过程随样品类型和所想要的处理目标而变化。
PTS的处理站可包括一个具有自动操纵机构的自动流体输送系统，用于移动反应容器并在样品处理期间用于吸入和排放反应流体。优选地利用本发明的部分II中所公开的插管系统来完成在处理站中使用自动流体输送系统。
对于某些样品，PTS的处理站可以首先使样品经历从固相介质中提取样品的步骤(即穿孔的样品卡片)。对于这种情况，处理的步骤会涉及到用对于使从固相介质中放出所储存的样品所必需的适当的反应剂来处理样品。现有技术中已知用于使样品从它的储存介质中放出的那些后续步骤。
可以选择地，样品可以在整个反应过程期间吸附到固相介质上，例如，如前所述，吸附到固相介质上的DNA最终可以通过PCR来扩增或在同一接收容器中被限制性内切酶消化。在进行这种类型的过程中，优选地使DNA不含在被吸附的样品中所含的蛋白质和其它杂质。在把样品穿孔并放进接收容器后，可用实施例3和4中所述的方案来使DNA不合蛋白质和其它杂质。
要完成被提纯的DNA的PCR扩增，样品必须经历实施例3和实施例4中所述的PCR过程。要完成这个步骤，处理站优选地配备有四个独立控制的热/冷区域。在这些区域中，一个区域优选地约为4℃，第二区域优选地约为54℃，第三区域优选地约为96℃，而第四区域优选地约为37℃。
采用PCR技术的DNA扩增易受到交叉污染。这里，“交叉污染”的意思是指一个样品被另一个样品污染。可以选择地，“交叉污染”的意思是指一种试剂被另一种试剂污染。此处，要使出现这种污染的情况减至最少，用于在PCR扩增期间吸入和排放流体的移液管吸头优选地只用于一种单独的试剂并只用于一种单独的样品。可用自动流体输送系统来防止这样的交叉污染。优选地，要完成这一结果，可以生产对于单一用途的、类似于本发明前述的自动流体输送系统插管的移液管吸头。按照本发明的这种情况，在单独使用一次移液管吸头后，使这尖端与自动流体输送系统脱离连接。然后，在AFDS移到下一个样品或试剂前，把一个新的移液管的吸头放在自动流体输送系统上。一旦安装完毕，就用新的移液管吸头排放一种单独的流体，并且重复替换移液管的吸头的过程。
在完成处理后，使所选择的样品的处理结果与先前由鉴别站所识别的样品相联系。
尽管本发明可以有各种改进和可供选择的形式，但以后将借助实例来详细说明和显示本发明的具体实施例。不过，应该了解，并不打算使那些实例把本发明局限于所公开的那些特定的形式，而是相反，本发明覆盖了处于由所附的权利要求书所表述的本发明的精神和范围内的所有改进和可供替代的形式。
                        实施例实施例1、收集和提取DNA
以溶液的形式把十二烷基磺酸钠施加到Whatman 3mm纸上，从而使得每平方厘米大约有50μl的2％的十二烷基磺酸钠溶液，10mM的EDTA，及60mM的tris(游离碱)，也就是说，大约每平方厘米1mg的十二烷基磺酸钠。然后，使所述纸干燥。
用来自各种灵长类的血滴来浸湿处理过的上述纸。使染有血液的纸干燥，通过普通的邮政来寄送，使得邮寄时间至少为三天，然后，用一些标准方法来从所述纸上提取DNA，这些标准方法涉及所述纸的去污剂辅助的蛋白酶解和苯酚提取。然后，通过用限制性内切核酸酶来消化所得到的DNA和由琼脂糖凝胶电泳分析片段，检验该所得到的DNA的质量。
发现DNA片段的质量和由新鲜血液所产生的DNA的质量一样高。这表明，可从由去污剂处理过的纸中提取DNA，而且这DNA的质量足以用于绝大多数常规目的。实施例2、半提纯的或提纯的DNA的长期储存
已经利用一些记录卡片来进行储存诸如质粒或其它一些病毒复制型那样的DNA，这些记录卡片由预先浸湿在尿酸和tris(游离碱)的一种溶液中的吸收纸制成。接着使这些卡片进一步增塑用于进一步防护。当以后很久远的某个时候可能需要原始材料时，并且当有序、体积小、挨次保存这样一些极多的聚集的克隆时，就已确立这个流程，为了长期储存来自聚集的那些斑点印迹的克隆。已成功地以这种方式储存了样品大约4年。2.1制备DNA记录卡片
可成批制备并储存记录卡片，待需要时用。尺寸约为10cm×15cm并具有用“墨汁”(即胶体碳墨记)标出的一些合适位置的Whatman l号纸是合适的，而且可用普通的“铅”笔(即石墨笔)在那些卡片上作任何专门记录。优选地，以规则图案的形式标出卡片，以便帮助系统地储存和回收DNA样品。
把标记过的卡片包在干净的纸中，然后用箔封起来，并在一干燥的循环中用高压灭菌。之后，用40mM的尿酸和100mm的tris(游离碱)的溶液处理它们。尿酸盐的作用是使DNA免于老化，而且，如果需要的话，帮助从纸上解吸。然后，可保存这些处理过的记录卡片，直到需要时。2.2DNA样品和它们的应用
在含有EDTA的稀释的碱性缓冲液中，例如，在TE缓冲液(tris-EDTA，pH值8.0)中，取出要被储存的DNA。作为举例，用碱裂解方法，且用一次苯酚提取和一次乙醇沉淀，来处理含有质粒的大约1ml的细菌培养物，以便得到在TE缓冲液中的大约50μl的质粒和其它DNA。用每种DNA样品的5μl的等分试样在由尿酸盐处理过的记录卡片上制作斑点。2.3用塑料浸透载有DNA的卡片
一旦用DNA样品装满一个卡片，就彻底风干DNA斑点，然后，把该卡片浸入5ml不含酸的氯仿的12％w/v的聚苯乙烯中。优选地通过把卡片放在合适的聚乙烯小袋中，然后把聚苯乙烯溶液冲入所述小袋中，散开聚苯乙烯溶液，以便彻底涂覆所述卡片，而且然后剥掉已被弄脏的聚乙烯，这样就达到了上述目的。然后在室温下使所述卡片干燥。2.4储存条件
把卡片方便地储存在置于一个冰箱的冷冻室中(约-15℃)的一个密封容器中，这个密封容器中有诸如硅胶那样的干燥剂和一些少量的干燥的碳酸钠颗粒，以便去除任何微量的酸蒸汽。2.5使用在增塑过的卡片上的DNA
使储存容器能上升到室温，以便在长期储存卡片时使不必要的浸湿和干燥操作过程减至最少。取出合适的卡片，鉴别有关的DNA斑点，并切下它的少量样品。
由于5μl的斑点是规则地摊开的，实际上就完全可以用解剖刀片把它们横切开，以便提取一部分样品，例如，四分之一个斑点。然后，把这放入具有约5ml的无酸三氯甲烷的一次性塑料试管中，盖上盖，并在室温下在血液旋转器上至少旋转30分钟。这就去除了保护性的聚苯乙烯，而且还有效地灭菌了样品。然后，从样品中洗脱DNA，或者，例如在DNA序列放大反应(PCR)中(见下面)处理样品并在原位使用该样品。
在一个实例中，通过利用质粒pUC19作为标准双链DNA的来源及利用M13作为单链DNA的来源，来检查单链和双链的DNA这两者从Whatman 1号纸上的解吸，该纸被40mM的尿酸和100mM的tris(游离碱)的溶液浸湿过。
对于上述两种情况，使DNA的样品从在TE缓冲液中的那些溶液中干燥到纸上，然后把这纸包装在保护性的聚苯乙烯中，就如同上述的那样。以后，用三氯甲烷提取所述纸，以便去除保护层，用新鲜的TE缓冲液提取DNA，并且，通过观察由所提取的DNA造成的大肠杆菌菌株JM101的转化来评估提取的效率。用未经处理的纸和已预先用上述尿酸溶液浸湿并干燥过的纸来进行这个流程。从未经处理的纸上成功地回收了远少于10％的转化为活性的DNA，而上述处理过的纸给出约100％的回收率。
在干燥的环境中，在-15℃储存36个月后，进一步检验已被施加到处理过的纸上并如上所述已被包装过的DNA样品。再次用三氯甲烷使塑料剥离样品，通过用TE缓冲液的简单提取来回收样品DNA(只是pUC19)，并且，如前所述检验样品DNA的活性。DNA的活性又一次是高的，与实际上没损失活性相一致。实施例3、在PCR中原位使用所储存的血液DNA
可以通过聚合酶链式反应(PCR)技术来原位扩增储存在按照本发明所处理过的滤纸上的血液DNA。用于这个例子中的处理过的纸是Whatman 3mm纸，这种溶液包括：每平方厘米2微摩尔的尿酸、8微摩尔的tris(游离碱)、0.5微摩尔的EDTA和1毫克的SDS。处理所储存的血液DNA，以便去除蛋白质，然后冲洗该所储存的血液DNA，以便在DNA扩增前去除苯酚并添加适当的离子。3.1溶液溶液A：
单相的苯酚溶液。合适的混合物是50gm的含有120mg的8-羟基喹啉的苯酚，该混合物已用10ml的、1.0M的、pH值为8.0的tris-醋酸和1.0ml的2-巯基乙醇饱和。在饱和后，在室温下摇动，彻底去除并弃去水相。溶液B：
75％v/v的异丙醇，25％v/v、0.1M、pH值为7.8的醋酸钾。溶液C：
75％v/v的异丙醇，25％v/v、0.01M的醋酸镁。
(注意，可用其它的一些醇或类似的可混溶于水的溶剂，例如，正丙醇，来取代这些溶液中的异丙醇。)3.2方法
优选地在一个由一种合适的抗苯酚的材料(例如聚乙烯)制作的试管中进行所有的步骤。(a)去除蛋白质：例如，用1ml的溶液A处理被血液DNA浸湿的、0.5cm×0.5cm的方形纸块，在45℃时处理约1.5小时(这个温度和时间并不关键)。然后把脏的溶液A吸入到废物中去，并且再用0.25ml的溶液A迅速冲洗所述方形纸块三次。每次冲洗仅需几秒钟，且立即把冲洗液吸入到废物中去。(b)去除苯酚并添加适当的离子：在三批1ml的溶液B中迅速冲洗上述步骤(a)中的试管里的纸。冲洗是在室温进行，并且只是加上随后把冲洗液吸入到废物中去。然后，在室温、用溶液C冲洗所述纸20分钟(这是要用镁离子饱和所述纸上的DNA，并去除最后的苯酚。)。把溶液C吸入到废物中去，并且用纯的异丙醇冲洗一次来使纸的溶剂干燥，然后使所述纸真空干燥。
最终的DNA纸应该是完全白色的，没有任何明显的血液的红棕色的残余物。现在就准备好了把它用在PCR反应混合物中。(C)在处理过的纸上的DNA的扩增：
业已表明，如上所述处理过的DNA纸是一种用于DNA的DNA聚合酶链式反应(PCR)扩增的合适的底物。(i)样品所提取的DNA：用标准的方案提取来自男性志愿者身上所得到的10ml血液的DNA。处理过的DNA滤纸：把来自同一志愿者的血液样品直接施加到处理过的滤纸上，且如上所述进行后续的处理。把所述纸裁成约1mm2的小片用于PCR反应中。(ii)用于扩增的靶1号靶：在1号染色体上的、n-Ras原癌基因的外显子2的区域。所用的引物是：R1：5′TGA CTG AGT ACA AAC TGG TGG TG3′以及R2：5′CTC TAT GGT GGG ATC ATA TTC A 3′。
用这些引物所得到的扩增的DNA片段的大小为110bp。2号靶：一种男性特异的Y染色体重复序列。引物是：007：5′TGG GCT GGA ATG GAA AGG AAT GCA AAC 3′以及008：5′TCC ATT CGA TTC CAT TTT TTT CGA GAA 3′。
用这些引物所得到的扩增过的DNA片段的大小为124bp。3号靶：一种男性专有的Y染色体重复序列。所用的引物是：004：5′GAA TGT ATT AGA ATG TAA TGA ACT TTA 3′以及006：5′TTC CAT TCC ATT CCA TTC CTT TCC TTT 3′。
用这些引物所得到的扩增过的DNA片段的大小为250bp。(iii)PCR流程
把所提取的DNA(1μg)或约1mm2的处理过的DNA滤纸片放入0.5ml的Eppendorf管中，并在PCR反应混合物中制成25μl，这PCR反应混合物的组成如下：67mM的Tris-HCl(pH值8.8@25℃)16.6mM硫酸铵2mM MgCl20.01％(w/v)明胶0.1mM的脱氧核苷酸(dATP，dTTP，dCTP，dGTP)0.25μg的每种引物(对于各自的靶)0.25U的Taq DNA聚合酶。
用25μl的轻矿物油覆盖上述混合物，并通过在Pekin Elmer-Cetus公司的“热循环仪”上的30个扩增循环来进行DNA扩增。
第一个循环包括：
DNA变性6分钟。@94℃
引物-DNA退火1分钟。@55℃
Taq DNA聚合酶延伸反应1分钟。@75℃
随后是上述29个循环，除了在反应混合物冷却到4℃以前DNA变性1分钟@94℃及在最后一个循环延伸反应时间10分钟@72℃之外。
在扩增后，通过在15％(w/v)的聚丙烯酰胺凝胶上的电泳来分析10μl的PCR混合物的等分试样。通过用紫外线照射溴化乙锭所染色的凝胶，可目视见到扩增过的靶DNA。对于如图1所示的来自所提取的DNA的PCR和处理过的DNA滤纸的产物的分析如下：泳道：1-3：1号靶，泳道1：1μgDNA，泳道2：1mm2的滤纸，泳道3：没有DNA的对照；泳道4-5：2号靶，泳道4：1μg DNA，泳道5：1mm2的滤纸；泳道6：没有DNA的对照；泳道7-9：3号靶，泳道7：1μg DNA，泳道8：1mm2的滤纸，泳道9：没有DNA的对照。泳道S：DNA大小标记(pUC19/HpaII消化)。
所示结果清楚地表明了DNA由于储存在本发明的滤纸上而没有以任何方式发生改变，而且，如此处所述，可在原位使用该DNA。实施例4：方法和材料
收集并储存另外一些血液样品。通过如实施例3中那样使用溶液A的方法从处理过的纸上提取血液蛋白质。还利用涉及一种改进的溶液A(溶液A4和溶液A7)的两个流程从样品中提取血液蛋白质。在用0.5×0.5mm的漏孔(B.Y.T.Co.Baycity，MI)所制备的、并放在1.7μl的Eppendorf管中的那些样品上进行提取。
然后，用PCR方法扩增没有吸附蛋白质的DNA。4.1样品的收集和储存
所有的血液样品储存在用十二烷基磺酸钠、10mM的EDTA和60mM的tris(游离碱)处理过的Whatman 1号纸上。然后，使所述纸干燥，并用40mM的尿酸和100mM的三羟基甲基氨基甲烷缓冲液处理(尿酸防止DNA老化及从所述纸上解吸(Flinders技术，澳大利亚)。然后，用由实验室人员所提供的血液浸湿处理过的滤纸，并用箔封存在4℃。4.2提取方法
方法1：给每个试管加入500μl的溶液A(50ml的超纯液体苯酚、10ml 1M的TE缓冲液、120mg的8-羟基喹啉、1ml的2-β巯基乙醇)。搁置15分钟，以便使含水层和有机物层分离。去除含水层。在55℃温育1.5小时。用溶液A冲洗1次。用溶液B(75％v/v异丙醇、25％v/v的pH值为7.8的醋酸钾)冲洗3次。用溶液C(75％v/v的异丙醇、25％v/v的醋酸镁)在室温温育20分钟。然后，用纯的异丙醇溶剂干燥的纸真空干燥10分钟。纸应该是白的，且易于进行PCR。
方法2：给每个试管加入500μl的溶液A4(50ml的苯酚/三氯甲烷/异戊基、10ml的1M的TE缓冲液、120mg的8-羟基喹啉、不加入2-β-巯基乙醇)。搁置15分钟，去除上层。在55℃温育1.5小时。用溶液A4冲洗一次。用溶液B(75％v/v的异丙醇、25％v/v的pH值为7.8的醋酸钾)冲洗三次。用溶液C(75％v/v的异丙醇、25％v/v的醋酸镁)在室温温育20分钟。然后，用纯的异丙醇使溶剂干燥的纸真空干燥10分钟。纸应该是白的，且易于进行PCR。
方法3：给每个试管加入500μl溶液A7(一种合适的消化缓冲液，例如，10mM的tris、5mM的EDTA、0.5％的pH值为7.8的SDS加上3μl的蛋白酶K)。在55℃温育1小时。在95℃使酶灭活10分钟。在55℃温育1.5小时。用溶液A7冲洗一次。用溶液B(75％v/v的异丙醇、25％v/v的pH值为7.8的醋酸钾)冲洗三次。用溶液C(75％v/v的异丙醇、25％v/v的醋酸镁)在室温温育20分钟。用纯的异丙醇使溶剂干燥的纸真空干燥10分钟。纸应该是白的，且易于进行PCR。4.3PCR扩增
在Perkin Elmer公司的9600型循环变温加热器中进行所有的反应。为了保证质量，保证用阳性和阴性的实验对照来进行所有的反应。
AmplitypeHLA DQα(Pekin Elmer公司，Foster城，CA)25μlMaster Mix+25μl的8mM的氯化镁+纸在0.5μl的基因扩增薄壁试管中用40μl的矿物油覆盖。热循环仪的参数为：94℃/30秒，94℃/10秒，60℃/10秒，72℃/10秒(32X)，72℃/10分钟，随后在4℃浸湿。
AmplitypeTM PM(Perkin Elmer公司，Foster城，CA)40μl MasterMix+40μl的60mM的氯化镁+纸在微扩增试管(Micro-Amp)中。热循环仪的参数为：95℃/1分钟，95℃/30秒，63℃/30秒，72℃/30秒(32X)，72℃/10秒，随后在4℃浸湿。用由Perkin Elmer公司所提示的方案扩增。作DQα和AmplitypeTM的典型代表。
Gene PrintTM STR系统(TH01)(Promega，Madison，WI)按照93年9月所修改的Promega方案来进行扩增。实施例5插管的制备
这个例子是关于制备如图2和图3所示的本发明的插管的一个优选的实施例。由ROSYS(Wilmington，Delaware)得到与ROSYS 3300(ROSYS，Wilmingron，Delaware)起使用的标准插管。该插管长15cm。主要的口6的内径为0.040mm。
用钛钻头，在邻近主要的口62mm处，由插管的壁向上，钻出两个彼此大约成180°角分开的、直径为0.020mm的辅助的口7。用锉把主要的和辅助的口6、7锉光滑。
把做好的插管与ROSYS 3300(ROSYS，Wilmington，Delaware)自动流体输送系统连接。一旦连接上，就使用具有本发明所公开的插管的自动流体输送系统来从具有固体的流体反应系统吸入和排放流体。所述固体是含有如实施例1所述的DNA的固相储存介质的小的样品。实施例6生物多聚体纯化装置的制备
这个例子是关于制备要用来构成生物多聚体提纯装置的标准聚丙烯酰胺凝胶。可以使用其它具有类似性质的亲水性聚合物。
如下制备聚合物：
12ml的水
2g的丙烯酰胺
40mg的N，N-亚甲基双丙烯酰胺
0.2ml tris EDTA(500mm，pH值为8.0)
12ul的TEMED
7mg过硫酸铵
把聚合物反应混合物浇注进尺寸合适的(例如，8.0mm深，50mm长和30mm宽)的矩形块中，这矩形块在其底表面中具有一些规则间隔开的、小的、升起的表面微凹(这些表面微凹产生微孔)。各单个的孔大约4.0mm深，而直径为4.0mm。使聚丙烯酰胺能置于模具中约30分钟，而且，然后放在蒸馏水中过夜。最终的产物是约14％的溶于水的塑料，但在脱水后，上述装置是大约12.2％干重和聚合物。
为了储存和分发的目的，例如，上述装置可以密封在由聚乙烯制成的塑料袋中。所述装置的材料在最低限度的照看储存时有极长的贮藏寿命，但优选的是在25℃或低于25℃，并且在黑暗中。
采用生物多聚体提纯装置的方法
典型地，把来自通过PCR扩增的DNA的DNA反应混合物放进处于室温的上述装置的各个单独的微孔中，用人工或用由自动操纵控制的插管来做到这一点。
在对于要减少污染程度来说是足够长的时间(例如2至30分钟)后，可通过人工或自动操纵的插管来对微孔中的DNA溶液取样，并分离DNA，或者，例如用毛细管电泳来分析该DNA。
不过，为了再次使用，可通过用蒸馏水过夜冲洗来清洁上述装置的材料，所述材料生产比较便宜，并且通常在使用后丢弃，以避免污染随后那些样品的任何可能。
对本领域普通技术人员显而易见的是，上述用于血液DNA的提纯的放大和全部步骤特别适于自动完成。
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                                  序列表(1)一般信息
(i)申请人：
     (A)名称：Flinders Technologies Pty股份有限公司
     (B)街区：南澳大利亚的Flinders大学
     (C)城市：Bedford Park
     (D)州：南澳大利亚
     (E)国家：澳大利亚
     (F)邮政编码(邮区)：
(ii)发明名称：用于生物多聚体的储存、提纯或反应的装置以及方法
(iii)序列数：6
(iv)计算机可读的形式：
    (A)介质类型：软盘
    (B)计算机：IBM PC兼容机
    (C)操作系统：PC-DOS/MS-DOS
    (D)软件：PatentIn Release#1.0，版：#1.25(EPO)
(v)当前的申请资料：
    申请号：
(vi)在先申请资料：
    (A)申请号：US 08/320,041
    (B)申请日：1994年10月7日
    (C)分类号：
(vi)在先申请资料
    (A)申请号：US 08/159,104
    (B)提交日期：1993年11月30日(2)SEQ ID NO：1的信息：
(i)序列特征：
    (A)长度：23个碱基对
    (B)类型：核酸
    (C)链型：单链
    (D)拓扑结构：线性
(ii)分子类型：DNA(基因组的)
(xi)序列说明：SEQ ID NO：1：TGACTGAGTA CAAACTGGTG GTG           23(2)SEQ ID NO：2的信息：
(i)序列特征：
    (A)长度：22个碱基对
    (B)类型：核酸
    (C)链型：单链
    (D)拓扑结构：线性
(ii)分子类型：DNA(基因组的)
(xi)序列说明：SEQ ID NO：2：CTCTATGGTG GGATCATATT CA            22(2)SEQ ID NO：3的信息：
(i)序列特征：
    (A)长度：27个碱基对
    (B)类型：核酸
    (C)链型：单链
    (D)拓扑结构：线性
(ii)分子类型：DNA(基因组的)
(xi)序列说明：SEQ ID NO：3：TGGGCTGGAA TGGAAAGGAA TGCAAAC       27(2)SEQ ID NO：4的信息：
(i)序列特征：
    (A)长度：27个碱基对
    (B)类型：核酸
    (C)链型：单链
    (D)拓扑结构：线性
(ii)分子类型：DNA(基因组的)
(xi)序列说明：SEQ ID NO：4：TCCATTCGAT TCCATTTTTT TCGAGAA        27(2)SEQ ID NO：5的信息：
(i)序列特征：
    (A)长度：27个碱基对
    (B)类型：核酸
    (C)链型：单链
    (D)拓扑结构：线性
(ii)分子类型：DNA(基因组的)
(xi)序列说明：SEQ ID NO：5：GAATGTATTA GAATGTAATG AACTTTA         27(2)SEQ ID NO：6的信息：
(i)序列特征：
    (A)长度：27个碱基对
    (B)类型：核酸
    (C)链型：单链
    (D)拓扑结构：线性
(ii)分子类型：DNA(基因组的)
(xi)序列说明：SEQ ID NO：6：TTCCATTCCA TTCCATTCCT TTCCTTT         27

Claims (18)

1.一种用于鉴别、示踪和处理储存在一种固相介质上的生物样品的系统，所述系统包括：
(a)一种上面储存有生物样品的固相介质；
(b)一个识别和回忆储存在所述固相介质上的上述生物样品的鉴别站；
(c)一个处理储存在所述固相介质上的所述生物样品的处理站；
(d)一个从所述鉴别机构一直到所述处理站都示踪储存在所述固相介质上的生物样品的示踪站；以及
(e)一个综合系统数据中心，这个综合系统数据中心提供所述鉴别、示踪和处理站的相互作用网络。
2.如权利要求1所述的系统，其特征是所述综合系统数据中心是由人工来进行工作的。
3.如权利要求1所述的系统，其特征是所述综合系统数据中心是一个计算机硬件和软件系统。
4.如权利要求1所述的系统，其特征是所述综合系统数据中心是通过人工以及一个计算机硬件和软件系统来进行工作的。
5.如权利要求1所述的系统，其特征是所述储存在所述固相介质上的生物样品是DNA样品。
6.如权利要求1所述的系统，其特征是所述用于储存所述生物样品的固相介质包括一种固相基质，这种固相基质具有吸附或结合到其上的一种有效量的组份，这种组份防止DNA降解。
7.如权利要求6所述的系统，其特征是所述防止DNA降解的组份包括一种蛋白质变性剂。
8.如权利要求6所述的组份，还包括一种自由基阱。
9.如权利要求5所述的系统，其特征是在所述处理站中提纯储存在所述固相介质上的DNA的所述样品中的DNA。
10.如权利要求1所述的系统，其特征是由人通过人工来完成所述鉴别站和所述示踪站的工作。
11.如权利要求1所述的系统，其特征是所述处理站是一个自动操纵的自动流体输送系统。
12.如权利要求11所述自动操纵的自动流体输送系统，包括：
(a)一种构造并安置成吸入和排放反应流体的流动装置；
(b)一个与所述流动装置可流动的流体连通的、可操作地定位的插管，所述插管包括：
(i)一个确定一条流体通道的壁；
(ii)一个可操作地连接所述插管的机构，所述插管与所述自动操纵的自动流体排放系统可流动的流体连通；
(iii)一个主要的流体吸入和排放口；
(iv)至少一个辅助的流体吸入和排放口，其特征在于使所述插管的主要的和辅助的流体吸入及排放口彼此这样构造和安置，即，使得当上述自动操纵的自动流体输送系统从一个流体反应系统吸入并排放流体时防止流体流进或流出上述插管的所述流体通道可能的阻塞。
13.一种与一种自动流体输送系统一起使用的、用于选择性地吸入和排放流体的插管；所述插管包括：
(a)一个确定一条流体通道的壁；
(b)一个可操作地连接所述插管的机构，所述插管与上述自动流体输送系统通过流动流体连通；
(c)一个主要的流体吸入和排放口；
(d)至少一个辅助的流体吸入和排放口，其特征是使所述插管的主要的和辅助的吸入及排放口彼此这样构造和安置，即，使得当所述自动流体输送系统从一个流体反应系统吸入和排放流体时防止流体流进或流出上述插管的所述流体通道的可能阻塞。
14.如权利要求13所述的插管，其特征是所述主要的流体吸入和排放口距所述至少一个辅助的流体吸入和排放口的间隔至少约为2mm。
15.如权利要求13所述的插管，其特征是所述主要的流体吸入和排放口与所述至少一个辅助的远侧的流体吸入和排放口连续地接在一起。
16.如权利要求13所述的插管，其特征是所述主要的流体吸入和排放口以及所述至少一个辅助的流体吸入和排放口是一些不平展(non-flat)的多孔熔接物的组件。
17.如权利要求13所述的插管，包括：
(a)一个具有一个远端的细长的柱身；
(i)所述主要的流体吸入和排放口包括在上述柱身的所述远端中的一个孔；以及
(ii)所述至少一个辅助的口沿着所述柱身与所述远端和所述主要的口间隔开。
18.一种用于采用聚合物凝胶从生物多聚体反应混合物中的生物多聚体中去除副产物的方法，所述方法包括：
(a)提供形状可以用来容纳某一体积的流体的聚合物凝胶；
(b)在所述形状的聚合物凝胶中放入某一体积的生物多聚体反应混合物；
(c)使上述生物多聚体反应混合物与所述形状的聚合物凝胶接触一段时间，这段时间足以使来自所述生物多聚体反应混合物的材料在不施加电场时出现一些扩散，以及
(d)从上述形状的聚合物凝胶中去除所述生物多聚体。
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