Кассета для проведения множественного параллельного анализа на биологических микрочипах (варианты)

Полезная модель относится к области молекулярной биологии, биоорганической химии и касается кассет для проведения множественного параллельного анализа сложных смесей биологических макромолекул на биологических микрочипах, которые применяются в молекулярной биологии при анализе мутаций и полиморфизмов, экспрессии ДНК и белков, идентификации ДНК и РНК патогенных бактерий и вирусов и целого ряда других приложений. В первом варианте выполнения кассета содержит основание с размещенным на нем массивом элементов с молекулярными зондами (биочипом), крышку и заглушку. В крышке выполнены два отверстия для ввода/вывода анализируемой пробы в гибридизационную камеру. Крышка фиксируется на основании посредством двухсторонней самоклеящейся пленки или при помощи крепежных элементов. Отверстия герметично закрыты заглушкой, которая может быть выполнена из самоклеящейся пленки. Во втором варианте выполнения крышка кассеты жестко фиксируется на основании посредством крепежного элемента, соединенного с основанием при помощи байонетного соединения. Отверстия герметизируются заглушкой, которая представляет собой упругую пробку. 2 н.з. и 20 з.п. ф-лы, 17 ил.

Фиг.13

Полезная модель относится к области молекулярной биологии, биоорганической химии и касается кассет для проведения множественного параллельного анализа сложных смесей биологических макромолекул на биологических микрочипах, которые применяются в молекулярной биологии при анализе мутаций и полиморфизмов, экспрессии ДНК и белков, идентификации ДНК и РНК патогенных бактерий и вирусов и целого ряда других приложений.

В настоящее время широкому кругу потребителей для проведения множественного параллельного анализа на биологических микрочипах предлагаются различные конструкции кассет.

Известна кассета фирмы "QUANTIFOIL INSTRUMENTS" (Германия, http://www.qinstmments.com), содержащая основание, на котором размещено стекло с биочипом, представляющим собой массив элементов с молекулярными зондами. По периметру основания выполнены отверстия для соединения с крышкой, на которой образованы ответные выступы. Крышка прижимается к стеклу через уплотнитель, образуя герметичную гибридизационную камеру, и фиксируется на основании за счет специальной прижимной конструкции. В крышке выполнено одно сквозное отверстие для ввода анализируемой пробы. Конструкция и размеры кассеты рассчитаны под стандартные стекла для микроскопии (75х25 мм).

Однако производство такой кассеты дорого, так как выполняется она из металла и требует высокоточной обработки.

Известна также кассета фирмы "APPLIED BIOSYSTEMS" (США, https://www.appliedbiosystems.com), содержащая крышку, стекло, с размещенным на стекле массивом элементов биочипа, уплотнитель, расположенный между крышкой и стеклом, и основание. По периметру основания имеются отверстия, а в крышке образованы ответные гнезда под крепежные элементы. Конструкция и размеры кассеты рассчитаны под стандартные стекла для микроскопии (75×25 мм).

Отличительной особенностью данного устройства является то, что для проведения анализа проба помещается непосредственно в крышку, образующую при контакте со стеклом герметичную гибридизационную камеру, после чего производится сборка устройства.

К недостаткам указанного выше устройства можно отнести то, что процесс сборки устройства сложно автоматизировать.

Наиболее близким к полезной модели является кассета фирм "ProSciTech" (http://www.proscitech.com.au, Австралия), "GRACE BIO-LABS" (http://www.gracebio.com, США) содержащая стекло, на поверхности которого размещен массив элементов биочипа-, и крышку с уплотнителем. Для проведения анализа крышка крепится к стеклу через уплотнитель за счет сил адгезии, образуя гибридизационную камеру. Дополнительные средства, обеспечивающие более надежное крепление крышки к стеклу, не предусмотрены. Конструкция и размеры кассеты рассчитаны под стандартные стекла для микроскопии (75×25 мм).

Указанное устройство имеет простую конструкцию, однако неудобно в эксплуатации, так как при сборке конструкции с пробой необходимо соблюдать точную дозировку последней, в противном случае анализируемая проба либо выльется, либо в гибридизационной камере возникнет воздушный пузырь.

Задачей, на решение которой направлена предложенная полезная модель, является повышение удобства при эксплуатации с обеспечением надежности функционирования при общей простоте конструкции кассеты.

Указанная задача решается тем, что в кассете для проведения множественного параллельного анализа на биочипах, содержащей основание в виде пластины, на поверхности которой размещен массив элементов с молекулярными зондами, и закрепленную на основании крышку, образующую герметичную гибридизационную камеру, согласно полезной модели, в крышке выполнены два отверстия для ввода/вывода анализируемого образца, при этом крышка снабжена съемной заглушкой, герметично закрывающей указанные отверстия.

Преимущественно крышка имеет полость со стороны, направленной к основанию. Указанная полость в крышке может быть образована буртиком, имеющим замкнутую форму в плане. Буртик может быть выполнен за одно целое с крышкой или может быть образован отдельной прокладкой.

Предпочтительно скрепление между собой прокладки и крышки, а также прокладки и основания, соответственно, посредством адгезионных слоев, нанесенных на торцы прокладки. Каждый адгезионный слой может представлять собой слой невысыхающего клея.

Прокладка может быть выполнена из упругого материала, а крышка закреплена на основании посредством прикрепленных к крышке стоек с упругими фиксирующими элементами на свободных концах, при этом, в основании выполнены отверстия, а

фиксирующие элементы расположены в этих отверстиях с образованием замкового соединения.

Кроме того, крышка может быть закреплена на основании посредством двусторонней самоклеящейся пленки, форма которой соответствует форме буртика на крышке.

Желательно, чтобы отверстия в крышке были максимально разнесены одно от другого.

Преимущественно заглушка выполнена в виде самоклеящейся пленки.

Указанная задача решается также тем, что в кассете для проведения множественного параллельного анализа на биологических микрочипах, содержащей основание в виде пластины, установленную на основании подложку, на поверхности которой размещен массив элементов с молекулярными зондами, и закрепленную на основании крышку, образующую герметичную гибридизационную камеру, согласно полезной модели, в крышке выполнены два отверстия для ввода/вывода анализируемого образца в гибридизационную камеру, при этом крышка снабжена съемной заглушкой, герметично закрывающей указанные отверстия.

В этом варианте выполнения кассеты крышка также преимущественно имеет полость со стороны, направленной к подложке.

На основании может быть выполнено установочное гнездо, в котором расположена подложка или в основании может быть выполнено углубление, а подложка зафиксирована в указанном углублении посредством защелок.

Защелки могут быть выполнены в виде прикрепленных к одному из соединяемых элементов стоек с упругими фиксирующими элементами на свободных концах, при этом в другом соединяемом элементе выполнены отверстия, а фиксирующие элементы расположены в этих отверстиях с образованием замкового соединения.

Кроме того, полость в крышке может быть образована буртиком, выполненным за одно целое с крышкой и имеющим замкнутую форму в плане.

Предпочтительно закрепление крышки на основании посредством соединительного элемента, образующего с основанием байонетное соединение, при этом в соединительном элементе выполнено отверстие, охватывающее крышку, а на боковой поверхности крышки образована опорная поверхность, контактирующая с ответной поверхностью соединительного элемента.

Предпочтительно выполнение съемной заглушки в виде упругой пробки, фиксируемой в отверстии соединительного элемента.

Кроме того, в периферийной части соединительного элемента могут быть выполнены две прорези, образующие язычок, а упругая пробка снабжена петлей, выполненной за одно целое с упругой пробкой и охватывающей указанный язычок.

Желательно, чтобы отверстия в крышке были максимально разнесены одно от другого.

В обоих вариантах выполнения кассеты наличие в крышке двух отверстий для ввода/вывода анализируемого образца упрощает процесс заполнения гибридизационной камеры за счет возможности контроля над уровнем заполнения, позволяя избежать образование в камере воздушных пузырей или возможность вытекания вводимого образца при чрезмерной его подаче. Также значительно облегчается забор проанализированного образца из камеры. При этом съемная заглушка (самоклеящаяся пленка или упругая пробка), закрывающая указанные отверстия, обеспечивает полную герметизацию гибридизационной камеры, что способствует получению наиболее достоверных результатов анализа.

На фиг.1 представлена полезная модель для проведения множественного параллельного анализа на биологических микрочипах, первый вариант выполнения, вид сверху;

на фиг.2 показан разрез по линии А-А на фиг.1;

на фиг.3 показан фрагмент В, изображенный на фиг.2, в увеличенном масштабе;

на фиг.4 представлена кассета, изображенная на фиг.1, с условно рассоединенными частями, вид в перспективе;

на фиг.5 представлена кассета в сборе, изображенная на фиг.1 с другим выполнением соединения основания и крышки, вид в перспективе;

на фиг.6 представлена кассета, изображенная на фиг.5, вид сверху;

на фиг.7 показан разрез по линии А-А на фиг.6;

на фиг.8 показан фрагмент В, изображенный на фиг.7, в увеличенном масштабе;

на фиг.9 представлена кассета, изображенная на фиг.5, с условно рассоединенными частями, вид в перспективе;

на фиг.10 представлена кассета для проведения множественного параллельного анализа на биологических микрочипах, второй вариант выполнения, вид в перспективе;

на фиг.11 представлена кассета, изображенная на фиг.10, вид сверху;

на фиг.12 показан разрез по линии А-А на фиг.11;

на фиг.13 представлена кассета, изображенная на фиг.10 с условно рассоединенными частями, вид в перспективе;

на фиг.14 представлена кассета в сборе, изображенная на фиг.10, с другим выполнением соединения основания и крышки, вид в перспективе;

на фиг.15 представлена кассета, изображенная на фиг.14, вид сверху;

на фиг.16 показан разрез А-А, изображенный на фиг.15;

на фиг.17 представлена кассета, показанная на фиг.14, с условно рассоединенными частями, вид в перспективе;

На фигурах 1-9 представлен первый вариант выполнения кассеты для проведения множественного параллельного анализа на биологических микрочипах. Изображенная на фиг.1-4 кассета содержит основание 1 в виде пластины, на которой размещен массив 2 элементов с молекулярными зондами (биочип). Этот массив 2 накрыт крышкой 3, имеющей полость со стороны, направленной к массиву 2. Указанная полость образована буртиком 4, выполненным за одно целое с крышкой 3 и имеющим замкнутую форму в плане. Крышка 3 с буртиком 4 и основание 1 образуют между собой герметичную гибридизационную камеру. В крышке 3 выполнены два отверстия 5, герметично закрытые заглушкой 6.

Крышка с основанием соединена посредством двухсторонней самоклеящейся пленки 7, форма которой соответствует форме буртика 4. В качестве заглушки 6 можно использовать одностороннюю самоклеящуюся пленку.

На фигурах 5-9 изображена кассета, отличающаяся от кассеты, изображенной на фиг.1, тем, что образующий гибридизационную камеру буртик образован отдельной упругой прокладкой 8. При этом крышка 3 снабжена стойками 9, оборудованными на свободных концах фиксирующими элементами 10. В основании 1 выполнены ответные стойкам 9 отверстия 11, а фиксирующие элементы 10 расположены в этих отверстиях 11 с образованием замкового соединения.

Соединение и герметизация упругой прокладки 8 и крышки 3, а также упругой прокладки 8 и основания 1 между собой осуществляется посредством замкового соединения, образованного фиксирующими элементами 10 крышки 3 и ответными отверстиями 11 в основании 1.

На фигурах 10-17 представлен второй вариант осуществления полезной модели.

На фиг.10-13 представлена кассета, которая содержит основание 1 в виде пластины, на которой выполнено установочное гнездо 12. В установочном гнезде 12 размещена подложка 13 с массивом 2 элементов биочипа, которая накрыта крышкой 3. Крышка имеет полость со стороны, направленной к подложке. Полость в крышке образована буртиком, выполненным за одно целое с крышкой и имеющим замкнутую

форму в плане. Свободное пространство под крышкой 3 и подложкой 13 формирует гибридизационную камеру. В крышке 3 выполнены два отверстия 5 для ввода и вывода анализируемой пробы. Крышка 3 зафиксирована на основании 1 посредством соединительного элемента 14, образующего с основанием 1 байонетное соединение. В соединительном элементе 14 выполнено отверстие, охватывающее крышку 3, а на боковой поверхности крышки 3 образована опорная поверхность 15, контактирующая с ответной поверхностью соединительного элемента 14. Для герметизации отверстий 5 в отверстии соединительного элемента 14 расположена съемная заглушка 6 в виде упругой пробки.

На фигурах 14-17 представлена кассета для проведения множественного параллельного анализа на биологических микрочипах, отличающаяся от кассеты, изображенной на фиг.10, тем, что подложка 13 установлена в углублении 16, образованном в основании 1, и зафиксирована посредством защелок 17. Защелки 17 выполнены в виде прикрепленных к основанию 1 стоек с упругими фиксирующими элементами 18 на свободных концах, а в подложке 13 выполнены отверстия 19. При этом фиксирующие элементы 18 расположены в отверстиях 19 и образуют замковое соединение. Защелки 17 могут быть прикреплены к подложке 13, в этом случае соответствующие отверстия 19 выполняются в основании 1. На подложке 13 установлена крышка 3. В крышке 3 посредством буртика 4 образована полость. Крышка 3 фиксируется на основании 1 посредством соединительного элемента 14, образующего с основанием 1 байонетное соединение. Для герметизации отверстий 5, в отверстии соединительного элемента 14 расположена съемная заглушка 6 в виде упругой пробки. В периферийной части соединительного элемента 14 выполнены две прорези, образующие язычок 20. За одно целое с заглушкой 6 выполнена петля 21, охватывающая язычок 20.

Для всех вариантов выполнения кассеты, основание 1 снабжено наклейкой 22 для записи результатов анализа.

Гибридизацию с использованием предложенной конструкции производят следующим образом.

Заглушку 6 отсоединяют от крышки 3 (фиг.4 и фиг.9) или от соединительного элемента 14 (фиг.13 и фиг.17) и заливают анализируемый образец в гибридизационную камеру через отверстия 5 до вытеснения всего воздуха. Присоединяют заглушку 6 к крышке 3 (или к соединительному элементу 14) на время проведения взаимодействия анализируемой пробы с молекулярными зондами массива 2.

Для отбора анализируемой пробы отсоединяют заглушку 6 от крышки 3 (или от элемента 14). Отбирают анализируемый образец через отверстия 5. Промывают гибридизационную камеру отмывочным буфером через отверстия 5, затем отсоединяют крышку 3 от основания 1 и регистрируют результаты анализа на биочипе 2 с помощью спецоборудования. Записывают результаты анализа на наклейке 22.

Сборка устройства по первому варианту осуществления полезной модели производится следующим образом.

На установочной площадке основания 1 формируют массив 2 элементов с молекулярными зондами (биочип). На буртик 4 крышки 3 наклеивают двухстороннюю самоклеящуюся пленку 7 и с усилием прижимают крышку 3 к основанию 1. Затем на крышке 3 фиксируют заглушку 6. В качестве заглушки можно использовать простую самоклеящуюся пленку.

Если крышка 3 выполнена без буртика 4, то его может заменить упругой прокладкой 8 (фиг.9). В этом случае прокладку 8 с усилием прижимают к основанию 1 крышкой 3 посредством расположенных на ней фиксирующих элементов 10. На крышке 3 устанавливают заглушку 6 или самоклеящуюся пленку.

Сборка устройства по второму варианту осуществления полезной модели производится следующим образом.

На основании 1 в гнезде 12 размещают подложку 13 с массивом 2 элементов с молекулярными зондами (фиг.10-13). Гнездо 12 накрывают крышкой 3, которую в свою очередь фиксируют на основании 1 посредством соединительного элемента 14. Соединительный элемент 14 образует байонетное соединение с гнездом 12. В отверстии соединительного элемента 14 устанавливают заглушку 6.

При выполнении кассеты с углублением 16 для фиксации подложки 13 (фиг.14-17) подложку 13 с массивом 2 элементов с молекулярными зондами жестко устанавливают в указанном углублении 16 при помощи защелок 17. Крышку 3 устанавливают между лапок 23 соединительного элемента 14 и вместе с ним фиксируют на основании 1 посредством байонетного соединения. На язычке 20 соединительного элемента 14 предварительно устанавливают петлю 21 заглушки 6.

В конце сборки, на основание 1 наклеивают наклейку 22.

Устройство может быть выполнено из таких материалов, как например, стекло, металл, керамика или любые полимерные материалы и композиты на их основе, в том числе: АБС (сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола), (АБС+ПА) (смесь АБС-пластика и полиамида), (АБС+ПБТ) (смесь АБС-пластика и полибутилентерефталата), (АБС+ПК) (смесь АБС-пластика и поликарбоната), (АБС+ПММА) (смесь АБС-

пластика и полиметилметакрилата), (АБС+ПВХ) (смесь АБС-пластика и поливинилхлорида), АХС (сополимер акрилонитрила, хлорированного этилена и стирола), ЦОС (циклоолефиновые сополимеры), МАБС (сополимер метилметакрилата, акрилонитрила, бутадиена и стирола), ПА6 (полиамид 6), ПА6-3-Т (полиамид 6-3-Т), ПА11 (полиамид 11), ПА 12 (полиамид 12), ПА46 (полиамид 46), ПА66 (полиамид 66), ПА610 (полиамид 610), ПА 612 (полиамид 612), ПБТ (полибутилентерефталат), (ПБТ+ПК) (смесь полибутилентерефталата и поликарбоната), (ПК+ПЭТ) (смесь поликарбоната и полиэтилентерефталата), (ПК+ПММА) (смесь поликарбоната и полиметилметакрилата), (ПЭТ, ПЭТФ) (полиэтилентерефталат), (ПЭТГ) (полиэтилентерефталатгликоль), ПММА (полиметилметакрилат), ПФА (полифталамид, полиамид высокотемпературный), ПВХ (поливинилхлорид) и т.д.

Предпочтительнее выполнение кассеты из полимерных материалов или композитов на их основе, т.к. в этом случае снижается ее стоимость и упрощается изготовление.

1. Кассета для проведения множественного параллельного анализа на биологических микрочипах, содержащая основание в виде пластины, на поверхности которой размещен массив элементов с молекулярными зондами, и закрепленную на основании крышку, образующую герметичную гибридизационную камеру, отличающаяся тем, что в крышке выполнены два отверстия для ввода/вывода анализируемого образца, при этом крышка снабжена съемной заглушкой, герметично закрывающей указанные отверстия.

2. Кассета по п.1, отличающаяся тем, что крышка имеет полость со стороны, направленной к основанию.

3. Кассета по п.2, отличающаяся тем, что полость в крышке образована буртиком, имеющим замкнутую форму в плане.

4. Кассета по п.3, отличающаяся тем, что буртик выполнен за одно целое с крышкой.

5. Кассета по п.2, отличающаяся тем, что буртик образован отдельной прокладкой.

6. Кассета по п.5, отличающаяся тем, что прокладка и крышка, а также прокладка и основание соответственно скреплены между собой посредством адгезионных слоев, нанесенных на торцы прокладки.

7. Кассета по п.6, отличающаяся тем, что каждый адгезионный слой представляет собой слой невысыхающего клея.

8. Кассета по п.6, отличающаяся тем, что прокладка выполнена из упругого материала, а крышка закреплена на основании посредством прикрепленных к крышке стоек с упругими фиксирующими элементами на свободных концах, при этом в основании выполнены отверстия, а фиксирующие элементы расположены в этих отверстиях с образованием замкового соединения.

9. Кассета по п.3, отличающаяся тем, что крышка закреплена на основании посредством двусторонней самоклеящейся пленки, форма которой соответствует форме буртика на крышке.

10. Кассета по любому из пп.1-9, отличающаяся тем, что отверстия в крышке максимально разнесены одно от другого.

11. Кассета по любому из пп.1-9, отличающаяся тем, что заглушка выполнена в виде самоклеящейся пленки.

12. Кассета по п.10, отличающаяся тем, что заглушка выполнена в виде самоклеящейся пленки.

13. Кассета для проведения множественного параллельного анализа на биологических микрочипах, содержащая основание в виде пластины, установленную на основании подложку, на поверхности которой размещен массив элементов с молекулярными зондами, и закрепленную на основании крышку, образующую герметичную гибридизационную камеру, отличающаяся тем, что в крышке выполнены два отверстия для ввода/вывода анализируемого образца в гибридизационную камеру, при этом крышка снабжена съемной заглушкой, герметично закрывающей указанные отверстия.

14. Кассета по п.13, отличающаяся тем, что крышка имеет полость со стороны, направленной к подложке.

15. Кассета по п.13, отличающаяся тем, что на основании выполнено установочное гнездо, в котором расположена подложка.

16. Кассета по п.13, отличающаяся тем, что в основании выполнено углубление, а подложка зафиксирована в указанном углублении посредством защелок.

17. Кассета по п.16, отличающаяся тем, что защелки выполнены в виде прикрепленных к подложке или к основанию стоек с упругими фиксирующими элементами на свободных концах, при этом соответственно в основании или подложке выполнены отверстия, а фиксирующие элементы расположены в этих отверстиях с образованием замкового соединения.

18. Кассета по п.14, отличающаяся тем, что полость в крышке образована буртиком, выполненным за одно целое с крышкой и имеющим замкнутую форму в плане.

19. Кассета по п.13, отличающаяся тем, что крышка закреплена на основании посредством соединительного элемента, образующего с основанием байонетное соединение, при этом в соединительном элементе выполнено отверстие, охватывающее крышку, а на боковой поверхности крышки образована опорная поверхность, контактирующая с ответной поверхностью соединительного элемента.

20. Кассета по п.13, отличающаяся тем, что съемная заглушка выполнена в виде упругой пробки, фиксируемой в отверстии соединительного элемента.

21. Кассета по п.20, отличающаяся тем, что в периферийной части соединительного элемента выполнены две прорези, образующие язычок, а упругая пробка снабжена петлей, выполненной за одно целое с упругой пробкой и охватывающей указанный язычок.

22. Кассета по любому из пп.13-21, отличающаяся тем, что отверстия в крышке максимально разнесены одно от другого.