Мобильный комплекс для генетической идентификации нуклеиновых кислот на основе полимеразной цепной реакции
Предложенная полезная модель относится к устройствам для проведения полимеразной цепной реакции (ПЦР) и генетической идентификации нуклеиновых кислот на ее основе и может быть использована, преимущественно, в полевых условиях для проведения экспресс-диагностики при эпидемических состояниях, а также лабораторных условиях и в больницах для установления и/или уточнения диагноза и наблюдения за лечебным процессом. Мобильный комплекс для генетической идентификации нуклеиновых кислот на основе полимеразной цепной реакции содержит модуль амплификации заданного фрагмента нуклеиновой кислоты и получения ампликона, включающий амплификатор, модуль для выделения ампликона, включающий устройство для выделения ампликона, модуль для регистрации результата идентификации ампликона, включающий оптическую систему с фотоприемником, модуль для обработки информации и документирования результатов, включающий электронно-вычислительное устройство, связанное с фотоприемником, и источник энергии, модуль для выделения матричной ДНК/РНК из исходного материала, систему для генерации и подачи стерильного воздушного потока и отвода и стерилизации отработанного воздуха, и шлюзы входной, выходной и переходные для соединения модулей между собой, при этом система для генерации и подачи стерильного воздушного потока и отвода и стерилизации отработанного воздуха связана приточными и отточными воздуховодами с указанными модулем для выделения матричной ДНК/РНК из исходного материала, модулем амплификации заданного фрагмента нуклеиновой кислоты и получения ампликона, модулем для выделения ампликона, модулем регистрации результата идентификации ампликона и указанными шлюзами. Технический результат состоит в увеличении степени достоверности результата идентификации и сокращении времени анализа за счет сохранения условий стерильности и максимального снижения вероятности контаминации на всех этапах анализа, а также за счет снижения потерь времени на транспортировку образцов.
Полезная модель относится к устройствам для проведения полимеразной цепной реакции (ПЦР) и генетической идентификации нуклеиновых кислот на ее основе и может быть использована, преимущественно, в полевых условиях для проведения экспресс-диагностики при эпидемических состояниях, кроме того она может быть использована в лабораторных условиях и в больницах для установления и/или уточнения диагноза и наблюдения за лечебным процессом.
Полимеразная цепная реакция (ПЦР), заключающаяся в амплификации (размножении) заданного фрагмента (фрагментов) нуклеиновой кислоты, выделении ампликона, являющегося продуктом ПЦР и его идентификации путем сравнения его молекулярной массы с молекулярной массой заранее заданного(ых) фрагмента, широко известна как «золотой стандарт» (США патент №6699713) для идентификации биологических организмов, теоретически позволяющая обнаружить и зарегистрировать всего лишь одну клетку бактерии или единичную вирусную частицу.
Известен способ проведения полимеразной цепной реакции (США, патент №4.683.202 Saiki, R.K., Gelfand, D.H., Stoffel, S., Scharf, S., Higuchi, R.H., Horn G.T., Mullis, K.B., and Erlich, H.A. (1988) Science 239, p.487).), позволяющий получить любое желаемое количество копий заданного фрагмента нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и провести их идентификацию. Сверхвысокая чувствительность этого способа требует точнейшего исполнения процедуры анализа, высокого качества используемых реактивов, исключения даже незначительных загрязнений при осуществлении способа. Данное обстоятельство настолько затрудняет использование метода в его классическом варианте, что только специалисты высокой квалификации способны воспроизводимо использовать метод ПЦР. Широкое распространение метода как единой системы требует его существенной автоматизации.
Основные тенденции развития аппаратной базы связаны прежде всего с максимальной автоматизацией всех этапов ПЦР, начиная от пробоподготовки и
заканчивая регистрацией результатов анализа. Наибольшего успеха в этом направлении добилась Швейцарская фирма Хоффманн Ла-Рош, выпустившая автомат Cobas Amplicor, позволяющий проводить амплификацию нуклеиновой кислоты и ее идентификацию, путем сравнения с известными фрагментами (проспект фирмы Хоффманн Ла-Рош).
Однако известный автомат Cobas Amplicor не позволяет произвести выделение нуклеиновой кислоты, а также не приспособлен для проведения анализа в полевых условиях, так как требует специально оборудованного помещения и требует промышленного источника энергии с напряжением не менее 220 В.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является комплекс, использующий полимеразную цепную реакцию (США, патент №6699713), и содержащий модуль для проведения ПЦР и получения ампликона, включающий ампификатор, модуль для выделения ампликона, включающий устройство для электрофореза, модуль регистрации результата идентификации ампликона, включающий оптическую систему регистрации в виде источника света и двух фотоприемников, модуль для обработки информации и документирования результатов в виде электрически связанного с фотоприемниками микропроцессора, позволяющего в цифровом виде отразить результаты анализа, и источник энергии.
Однако и этот комплекс не позволяет произвести выделение исходной (матричной) нуклеиновой кислоты и требует обеспечения стерильности, что накладывает определенные ограничения на его использование в полевых условиях.
В настоящее время отсутствуют технические решения, обеспечивающие ПЦР диагностику опасных и особо опасных инфекций в полевых условиях (так называемые машины биологической разведки).
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, и ее технический результат состоит в разработке минимального комплекта мобильного оборудования для проведения генетической идентификации нуклеиновых кислот (ДНК или РНК) на основе метода ПЦР и увеличения степени достоверности результата идентификации и сокращения времени анализа.
Поставленная задача решена тем, что предложен мобильный комплекс для генетической идентификации нуклеиновых кислот на основе полимеразной цепной реакции (ПЦР), содержащий модуль для проведения полимеразной цепной реакции и получения ампликона, включающий ампификатор, модуль для выделения ампликона, включающий устройство для выделения ампликона, модуль регистрации и идентификации ампликона, включающий оптическую систему с фотоприемником, модуль для обработки информации и документирования результатов, включающий электронно-вычислительное устройство, электрически связанное с фотоприемником, и источник энергии, в котором, согласно предлагаемой полезной модели, предусмотрен модуль для выделения матричной ДНК/РНК из исходного материала, модуль для генерации и подачи стерильного воздушного потока и отвода и стерилизации отработанного воздуха, и шлюзы входной, выходной и переходные для соединения модулей между собой, при этом модуль для генерации стерильного воздушного потока связан приточными и отточными воздуховодами с указанными модулем для выделения матричной ДНК/РНК из исходного материала, модулем амплификации заданного фрагмента нуклеиновой кислоты и получения ампликона, модулем для выделения ампликона, модулем регистрации результата идентификации ампликона и указанными шлюзами.
Переходные шлюзы установлены между модулем для выделения матричной ДНК/РНК из исходного материала и модулем амплификации, модулем амплификации и модулем для выделения ампликона, модулем для выделения ампликона и модулем регистрации результата идентификации ампликона.
Модуль для выделения матричной ДНК/РНК из исходного материала содержит, по меньшей мере, устройство для выделения ДНК/РНК и бокс, в котором установлено это устройство, при этом в боксе предусмотрены прозрачное окно, окно для притока стерильного воздуха из указанного воздуховода, окно для оттока в указанный воздуховод отработанного воздуха, снабженное задвижкой окно во входной шлюз, снабженное задвижкой окно в переходный шлюз, а также, по меньшей мере, один манипулятор для выполнения операций с исследуемым образцом.
Модуль для амплификации заданного фрагмента нуклеиновой кислоты и получения ампликона, дополнительно содержит, по меньшей мере, бокс, в котором установлен указанный амплификатор, при этом в боксе предусмотрены прозрачное окно, окно для притока стерильного воздуха из указанного воздуховода, окно для оттока в указанный воздуховод отработанного воздуха, и два окна, каждое из которых снабжено задвижкой, в переходные шлюзы, а также, по меньшей мере один манипулятор для выполнения операций с исследуемым образцом.
Модуль для выделения ампликона дополнительно содержит, по меньшей мере, бокс, в котором установлено указанное устройство для выделения ампликона, а также предусмотрены прозрачное окно, окно для притока стерильного воздуха из указанного воздуховода, окно для оттока в указанный воздуховод отработанного воздуха, и два окна, каждое из которых снабжено задвижкой, в переходные шлюзы, а также, по меньшей мере, один манипулятор для выполнения операций с исследуемым образцом.
Модуль для регистрации и идентификации ампликона дополнительно содержит, по меньшей мере, бокс, в котором установлена указанная оптическая система с фотоприемником, а также предусмотрены прозрачное окно, окно для притока стерильного воздуха из указанного воздуховода, окно для оттока в указанный воздуховод отработанного воздуха, снабженое задвижкой окно в переходный шлюз, снабженое задвижкой окно в выходной шлюз, а также, по меньшей мере, один манипулятор для выполнения операций с исследуемым образцом.
Модуль для генерации и подачи стерильного воздушного потока и отвода и стерилизации отработанного воздуха содержит, по меньшей мере, один стерилизатор воздуха, генератор воздушного потока и приточные и отточные воздуховоды.
Переходной шлюз выполнен в виде бокса для размещения исследуемого материала, в котором предусмотрены, по меньшей мере, два окна для соединения с указанными модулями, снабженное задвижкой окно для соединения с приточным воздуховодом, и снабженное задвижкой окно для соединения с отточным воздуховодом.
Входной шлюз выполнен в виде бокса для размещения исследуемого материала, в котором предусмотрены, по меньшей мере, одно окно для соединения с
модулем для выделения матричной ДНК/РНК из исходного материала, снабженное задвижкой окно для соединения с приточным воздуховодом, снабженное задвижкой окно для соединения с отточным воздуховодом и снабженное задвижкой окно для соединения с внешним пространством.
Выходной шлюз выполнен в виде бокса для размещения исследуемого материала, в котором предусмотрены, по меньшей мере, одно окно для соединения с модулем для регистрации результата идентификации ампликона, снабженное задвижкой окно для соединения с приточным воздуховодом, снабженное задвижкой окно для соединения с отточным воздуховодом и снабженное задвижкой окно для соединения с внешним пространством.
Устройство для выделения матричной ДНК или РНК выполнено в виде магнитного ДНК/РНК экстрактора, или микроцентрифуги, или хроматографических колонок.
Амплификатор выполнен в виде термостата с возможностью программируемого изменения температуры, преимущественно в интервале от 30°С до 100°С.
Устройство для выделения ампликона выполнено в виде устройства для электрофоретического разделения или устройства для гибридизации ДНК/РНК или устройства сиквенирования ДНК/РНК.
Фотоприемник выполнен в виде фотодиода, или фотоумножителя, или двумерной фотоприемной матрицы.
Электронно-вычислительное устройство выполнено в виде компьютера, снабжено монитором и платой видеозахвата, электрически соединенной с указанным фотоприемником в виде двумерной фотоприемной матрицы.
Источник энергии выполнен в виде электрического преобразователя и автономного источника питания, например аккумулятора.
В частных случаях реализации заявляемого комплекса модуль для выделения матричной ДНК/РНК из исходного материала может содержать дополнительные средства стерилизации и освещения, установленные в боксе, и панель управления, которая установлена с внешней стороны бокса.
Модуль для амплификации заданного фрагмента нуклеиновой кислоты и получения ампликона может содержать дополнительные средства стерилизации и освещения, установленные в боксе, и панель управления, которая установлена с внешней стороны бокса.
Модуль для выделения ампликона может содержать дополнительные средства стерилизации и освещения, установленные в боксе, и панель управления, которая установлена с внешней стороны бокса.
Модуль для регистрации результата идентификации ампликона может содержать дополнительные средства стерилизации и освещения, установленные в боксе, и панель управления, которая установлена с внешней стороны бокса.
Переходной шлюз также может содержать дополнительные средства стерилизации и освещения, установленные в указанном боксе, и панель управления, которая установлена с внешней стороны бокса.
Входной шлюз может содержать дополнительные средства стерилизации и освещения, установленные в указанном боксе, и панель управления, которая установлена с внешней стороны бокса.
Выходной шлюз может содержать дополнительные средства стерилизации и освещения, установленные в указанном боксе, и панель управления, которая установлена с внешней стороны бокса.
В случае, когда функцию манипулятора выполняет рука оператора, бокс модуля для выделения матричной ДНК/РНК, модуля для амплификации заданного фрагмента нуклеиновой кислоты и получения ампликона, модуля для выделения ампликона, модуля для регистрации результата идентификации ампликона снабжен, по меньшей мере, одной герметичной перчаткой, герметично установленной в боксе.
Конструкция предлагаемой полезной модели иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена принципиальная схема заявленного комплекса;
на фиг.2 - модуль для выделения матричной ДНК/РНК из исходного материала:
А - фронтальный вид, Б - вид сбоку;
на фиг.3 - модуль амплификации заданного фрагмента нуклеиновой кислоты и получения ампликона:
А - фронтальный вид, Б - вид сбоку;
на фиг.4 - модуль для выделения ампликона:
А - фронтальный вид, Б - вид сбоку;
на фиг.5 - модуль для регистрации результата идентификации ампликона:
А - фронтальный вид, Б - вид сбоку;
на фиг.6 - модуль для обработки информации и документирования результатов анализа;
на фиг.7 - шлюз входной:
А - фронтальный вид, Б - вид сбоку;
на фиг.8 - шлюз выходной:
А - фронтальный вид, Б - вид сбоку;
на фиг.9 - шлюз переходной:
А - фронтальный вид, Б - вид сбоку.
Заявленный мобильный комплекс для генетической идентификации нуклеиновых кислот на основе полимеразной цепной реакции (фиг.1) содержит модуль 1 для выделения матричной ДНК/РНК из исходного материала, модуль 2 для амплификации заданного фрагмента нуклеиновой кислоты и получения ампликона, модуль 3 для выделения ампликона, модуль 4 для регистрации результата идентификации ампликона, соединенные между собой переходными шлюзами 5, модуль 6 для обработки информации и документирования результатов, электрически связанный (связь на чертеже не показана) с модулем 4 для регистрации результата идентификации ампликона, входной шлюз 7, соединенный с модулем1 для выделения ДНК/РНК из исходного материала и выходной шлюз 8, соединенный с модулем 4 для регистрации результата идентификации ампликона, а также систему для генерации и подачи стерильного воздушного потока и отвода и стерилизации отработанного воздуха, с генератором-стерилизатором 9, приточными 10 воздуховодами, стерилизатором 11 отработанного воздуха и отточными воздуховодами 12 и источник 13 энергии, электрически связанный (связь на чертеже не показана) с модулями 1, 2, 3, 4, 6, шлюзами 5, 7, 8 и стерилизаторами 9, 11 воздуха.
Модуль1 (фиг.2А, Б) для выделения матричной ДНК/РНК из исходного материала представляет собой бокс 14, размером около 0,5 м3, в котором установлено устройство 15 для выделения матричной ДНК/РНК, выполненное, например в виде магнитного ДНК и РНК экстрактора или шейкера, или миницентрифуги. В боксе 14 предусмотрены прозрачное окно 16, окно 17 для притока стерильного воздуха из приточного воздуховода 10, (фиг.1) окно 18 для оттока в отточный воздуховод 12 отработанного воздуха, окно 19, снабженное задвижкой 20 во входной шлюз 7 и
окно 21, снабженное задвижкой (на чертеже не обозначенной) в переходный шлюз 5. Бокс 14 снабжен герметически вмонтированными в него перчатками 22, для рук оператора, выполняющего функции манипулятора при проведении операций с исследуемым образцом и панелью 23 управления работой устройства 15 и всех элементов модуля 1 (например, задвижек, средств освещения, стерилизации и проч.), установленной с внешней стороны бокса 14. Модуль 1 снабжен размещенным в боксе 14 комплектом пробирок (на чертеже не показаны), микродозаторов (автоматических пипеток) (на чертеже не показаны), микропробирок и микропланшет (на чертеже не показаны), содержащих необходимый и заранее заданный набор реактивов для выделения ДНК/РНК.
Бокс 14 может быть снабжен дополнительными средствами освещения в виде вмонтированных в него ламп (на чертеже не показаны) и стерилизации в виде вмонтированных в него кварцевых УФ ламп или химических средств (на чертеже не показаны).
Модуль 2 (Фиг.3А, Б) амплификации заданного фрагмента нуклеиновой кислоты и получения ампликона представляет собой бокс 24, размером около 0,5 м3, в котором установлен амплификатор 25. В боксе 24 предусмотрены прозрачное окно 26, окно 27 для притока стерильного воздуха из приточного воздуховода 10, (фиг.1) окно 28 для оттока в отточный воздуховод 12 отработанного воздуха, окно 29, снабженное задвижкой 30 в переходной шлюз 5, соединяющий модуль 2 с модулем 3 и окно 31, также снабженное задвижкой (на чертеже не показанной) в переходный шлюз 5, соединяющий модуль 2 с модулем 1. Бокс 24 снабжен герметически вмонтированными в него герметичными перчатками 32 (на чертеже не показаны), для рук оператора, выполняющего функции манипулятора для проведения операций с исследуемым образцом и панелью 33 управления работой амплификатора 25 и всех элементов модуля 2 (например, задвижек, средств освещения, стерилизации и проч.), установленной с внешней стороны бокса 24.
Модуль 2 снабжен размещенным в боксе 24 комплектом пробирок (на чертеже не показаны), микродозаторов (автоматических пипеток) (на чертеже не показаны), микропробирок и микропланшет (на чертеже не показаны), содержащих необходимый и заранее заданный набор реактивов для амплификации.
Бокс 24 может быть снабжен дополнительными средствами освещения в виде вмонтированных в него ламп (на чертеже не показаны) и стерилизации в виде вмонтированных в него кварцевых УФ ламп или химических средств (на чертеже не показаны).
Модуль 3 (Фиг.4А, Б) для выделения ампликона представляет собой бокс 34, размером около 0,5 м3, в котором установлено устройство 35 выделения ампликона, выполненое, в частном случае, в виде устройства для электрофоретического разделения ДНК/РНК, например, в виде электрофоретической камеры, или устройства для гибридизации или устройства для сиквенирования, или комбинации этих устройств.
В боксе 34 предусмотрены прозрачное окно 36, окно 37 для притока стерильного воздуха из приточного воздуховода 10 (фиг.1), окно 38 для оттока в отточный воздуховод 12 отработанного воздуха, окно 39, снабженное задвижкой 40 в переходной шлюз 5, соединяющий модуль 3 с модулем 2 и окно 41 в переходный шлюз 5, соединяющий модуль 3 с модулем 4. Бокс 34 снабжен герметически вмонтированными в него перчатками 42 (на чертеже не показаны), для рук оператора, выполняющего функции манипулятора для проведения операций с исследуемым образцом и панелью 43 управления работой устройства для выделения ампликона 35 и всех элементов модуля 3 (например, задвижек, средств освещения, стерилизации и проч.), установленной с внешней стороны бокса 34.
Модуль 3 снабжен размещенным в боксе 34 комплектом (пробирок (на чертеже не показаны), микродозаторов (автоматических пипеток) (на чертеже не показаны), микропробирок и микропланшет (на чертеже не показаны), содержащих необходимый и заранее заданный набор реактивов для разделения ампликона. Бокс 34 может быть снабжен дополнительными средствами освещения в виде вмонтированных в него ламп (на чертеже не показаны) и стерилизации в виде вмонтированных в него кварцевых УФ ламп или химических средств (на чертеже не показаны).
Модуль 4 (Фиг.5А, Б) для регистрации результата идентификации ампликона представляет собой бокс 44, размером около 0,5 м3, в котором установлено
устройство 45 регистрации результата идентификации ампликона, выполненое в частном случае в виде оптического устройства, например, в виде телевизионной, или цифровой фото камеры с двумерной фотоприемной матрицей и блока оптической подсветки, например, трансиллюминатора.
В боксе 44 предусмотрены прозрачное окно 46, окно 47 для притока стерильного воздуха из приточного воздуховода 10 (фиг.1), окно 48 для оттока в отточный воздуховод 12 отработанного воздуха, окно 49, снабженное задвижкой 50 в выходной шлюз 8, и окно 51 в переходный шлюз 5, соединяющий модуль 4 с модулем 3. Бокс 44 снабжен герметически вмонтированными в него перчатками 52 (на чертеже не показаны), для рук оператора, выполняющего функции манипулятора для проведения операций с исследуемым образцом и панелью 53 управления устройства для регистрации и идентификации ампликона 45 и всех элементов модуля 4 (например, задвижек, средств освещения, стерилизации и проч.), установленной с внешней стороны бокса 44.
Модуль 4 снабжен комплектом (светофильтров (на чертеже не показаны).
Бокс 44 может быть снабжен дополнительными средствами освещения в виде вмонтированных в него ламп (на чертеже не показаны) и стерилизации в виде вмонтированных в него кварцевых УФ ламп или химических средств (на чертеже не показаны).
Модуль 6 для обработки информации и документирования результатов анализа (фиг.6) содержит системный блок 54 с платой видеозахвата, электрически связанной (связь на чертеже не показана) с устройством 45 регистрации результата идентификации ампликона, а именно двумерной фотоприемной матрицей, и монитор 55 (цифровой дисплей), электрически связанный с блоком 54.
Шлюз входной 7 (Фиг.7А, Б) для передачи образцов из внешнего пространства в модуль 1 для выделения матричной ДНК/РНК из исходного материала представляет собой бокс 56, размером около 0,3 м3. В боксе 56 предусмотрены окно 57 для притока стерильного воздуха из приточного воздуховода 10 (фиг.1), снабженное задвижкой (на чертеже не показано), окно 58 для оттока в отточный воздуховод 12 отработанного воздуха, снабженное задвижкой (на чертеже не
показано), окно 59, снабженное задвижкой 60 во внешнее пространство (окно для соединения с внешним пространством), окно 61 для соединения с модулем 1 и панель 62 управления работой всех элементов шлюза 7 (например, задвижек, средств освещения, стерилизации и проч.).
Шлюз 7 может быть снабжен дополнительными средствами освещения в виде вмонтированных в него ламп (на чертеже не показаны) и стерилизации в виде вмонтированных в него кварцевых УФ ламп или химических средств (на чертеже не показаны).
Шлюз выходной 8 (Фиг.7А, Б) для передачи образцов во внешнее пространство представляет собой бокс 63, размером около 0,3 м3. В боксе 63 предусмотрены окно 64 для притока стерильного воздуха из приточного воздуховода 10 (фиг.1), снабженное задвижкой (на чертеже не показано), окно 65 для оттока в отточный воздуховод 12 отработанного воздуха, снабженное задвижкой (на чертеже не показано), окно 66, снабженное задвижкой 67 во внешнее пространство (окно для соединения с внешним пространством), окно 68 для соединения с модулем 4 для регистрации результата идентификации ампликона и приборная панель 69 управления работой всех элементов шлюза 8 (например, задвижек, средств освещения, стерилизации и проч.).
Шлюз 8 может быть снабжен дополнительными средствами освещения в виде вмонтированных в него ламп (на чертеже не показаны) и стерилизации в виде вмонтированных в него кварцевых УФ ламп или химических средств (на чертеже не показаны).
Шлюз переходной 5 (Фиг.9А, Б) для передачи образцов из модуля в модуль (из модуля 1 в модуль 2, из модуля 2 в модуль 3, из модуля 3 в модуль 4), представляет собой бокс 70, размером около 0,3 м 3. В шлюзе 5 предусмотрены окно 71 для притока стерильного воздуха из приточного воздуховода 10 (фиг.1), снабженное задвижкой (на чертеже не показано), окно 72 для оттока в отточный воздуховод 12 отработанного воздуха, снабженное задвижкой (на чертеже не показано), выходное окно 73, для соединения с окном последущего модуля и входное окно 74, для соединения с окном предыдущего модуля и приборной панелью 75 управления работой всех элементов шлюза 5 (например, задвижек, средств освещения, стерилизации и проч.).
Шлюз 5 может быть снабжен дополнительными средствами освещения в виде вмонтированных в него ламп (на чертеже не показаны) и стерилизации в виде вмонтированных в него кварцевых УФ ламп или химических средств (на чертеже не показаны).
Предлагаемый комплекс работает следующим образом:
Взятые из природных источников биологические образцы помещают в специальные транспортные контейнеры (на чертежах не показаны) и доставляют к месту анализа. Порядок работы с образцами:
1. Со стороны входного шлюза 7 открывают задвижку (на чертеже не показана) окна 59 во внешнее пространство и располагают в герметичном боксе 56 биологические образцы в контейнерах.
2. Закрывают окно 59 входного шлюза 7 на задвижку окна 59.
3. Производят стерилизацию контейнеров с образцами (последовательно включают УФ, подают раствор аэрозоля 3% перекиси водорода, затем открывают задвижку (на чертеже не показана) окна 57, подают стерильный воздух через окно 57 в герметичный бокс 56 входного шлюза 7 и продувают его внутреннее пространство, отбирая воздух через окно 58. При проведении стерилизации контейнеров задвижка окна 58 и задвижка окна 57 закрыты. Управление указанными процедурами осуществляют через внешнюю панель 62 управления входного шлюза 7.
4. Оператор модуля 1 надевает на руки резиновые перчатки 22 и вводит руки в герметичное пространство бокса 14.
5. Со стороны модуля 1 оператор убирает задвижку 20 окна 19, открывает входное окно 19 в шлюз 7 и извлекает контейнер с образцами и размещает его в герметичной зоне бокса 14 модуля 1, после этого оператор закрывает окно 19 задвижкой 20.
6. Оператор извлекает биологические образцы из контейнеров и начинает операции по выделению матричной ДНК/РНК из образцов. При этом использует известные, заранее заданные наборы реактивов и оборудование 15 для выделения ДНК/РНК, установленное в боксе 14 модуля 1.
7. После того как матричная ДНК/РНК выделена, пробы ДНК/РНК помещают в специальный контейнер (на чертежах не показан) для передачи его в модуль 2.
8. Оператор убирает задвижку (на чертежах не показана) окна 21, открывает окно 21 в переходной шлюз 5 через входное окно 74 (фиг.9А) шлюза 5 и размещает контейнер с образцами матричной ДНК/РНК в боксе 70 шлюза 5. После этого окно 21 закрывают на задвижку (на чертеже не показана).
9. Производят стерилизацию контейнеров с образцами матричной ДНК/РНК (последовательно включают УФ, подают раствор аэрозоля 3% перекиси водорода, затем подают стерильный воздух через окно 71 в герметичный бокс70 переходного шлюза 5 и продувают его внутреннее пространство, подавая воздух через окно 71 и отбирая воздух через окно 72. При проведении стерилизации контейнеров задвижка окна 71 и задвижка окна 72 закрыты.
Управление указанными процедурами осуществляют через внешнюю панель 75 управления переходного шлюза 5.
10. Оператор модуля 2 надевает резиновые перчатки 32 на руки и вводит руки в герметичное пространство бокса 24.
11. Со стороны модуля 2 оператор убирает задвижку (на чертеже не показана) окна 31, открывает входное окно 31 в переходной шлюз 5 и извлекает контейнер с образцами матричной ДНК/РНК, а затем размещает его в герметичной зоне модуля 2, после этого окно 31 закрывается на задвижку (на чертеже не показана).
12. Оператор извлекает образцы матричной ДНК/РНК из контейнеров и начинает операции по амплификации. При этом используют известные наборы реактивов и оборудование 25 для амплификации, установленное в модуле 2. Управление работой всех элементов модуля 2 и указанного оборудования 25 осуществляют через внешнюю панель 33 управления модуля 2.
13. После этого образцы амплифицированы пробы с ампликонами помещают в специальный контейнер (на чертеже не показан) для передачи его в модуль 3.
14. Оператор модуля 2 убирает задвижку 30, открывает окно 29 в переходной шлюз 5 через окно 74 и размещает контейнер с образцами амплифицированной пробы в боксе 70 переходного шлюза 5. После этого окно 29 закрывают на задвижку 30.
15. Производят стерилизацию контейнеров с образцами ампликонов (последовательно включают УФ, подают раствор аэрозоля 3% перекиси водорода,
затем подают стерильный воздух через окно 71 в герметичный бокс 70 переходного шлюза 5 и продувают его внутреннее пространство, отбирая воздух через окно 72). При проведении стерилизации контейнеров задвижка окна 71 и задвижка окна 72 закрыты. Управление указанными процедурами осуществляют через внешнюю панель 75 управления переходным шлюзом 5.
16. Оператор модуля 3 надевает на руки резиновые перчатки 42 и вводит руки в герметичное пространство бокса 34.
17. Со стороны модуля 3 оператор убирает задвижку (на чертеже не показана), открывает входное окно 41 в переходной шлюз 5 и извлекает контейнер (на чертеже не показан) с образцами ампликонов, а затем размещает его в герметичной зоне модуля 3, после этого окно 41 он закрывает на задвижку (на чертеже не показана).
18. Оператор извлекает образцы ампликонов из контейнера и начинает операции по выделению ампликона. При этом используют известные наборы реактивов и оборудование 35 для выделения ампликона, установленное в модуле 3. Управление работой модуля 3 и указанного оборудования 35 осуществляют через внешнюю панель 43 управления модуля 3.
19. После того как образцы ампликонов разделены, пробы помещают в специальный контейнер (на чертеже не показан) для передачи его в модуль 4.
20. Оператор убирает задвижку 40, открывает окно 39 в переходной шлюз 5 и размещает контейнер с образцами разделенных ампликонов в боксе 70 шлюза 5. После этого окно 39 закрывается на задвижку 40.
21. Производят стерилизацию контейнеров с образцами ампликонов (последовательно включают УФ, подают раствор аэрозоля 3% перекиси водорода, затем подают стерильный воздух через окно в герметичный бокс 70 переходного шлюза 5 и продувают его внутреннее пространство через окно 71, отбирая воздух через окно 72. При проведении стерилизации контейнеров задвижка окна 71 и задвижка окна 72 закрыты. Управление указанными процедурами осуществляют через внешнюю панель 75 управления переходным шлюзом 5.
22. Оператор модуля 4 надевает на руки резиновые перчатки 52 и вводит руки в герметичное пространство бокса 44.
23. Со стороны модуля 4 оператор убирает задвижку (на черетеже не показана) окна 51, открывает входное окно 51 в переходной шлюз 5 и извлекает контейнер с
образцами разделенных ампликонов, а затем размещает его в герметичной зоне модуля 4, после этого окно 51 закрывает на задвижку окна 51.
24. Оператор извлекает образцы разделенных ампликонов из контейнера и начинает операции по регистрации результата идентификации ампликона. При этом он использует оборудование 45 для идентификации ампликона, установленное в модуле 4. Управление работой модуля 4 и указанного оборудования 45 осуществляют через внешнюю панель 53 управления модуля 4. Сформированная в оборудовании 45 информация передается через электрические связи (на чертеже не показаны) в модуль 6 для обработки информации и документирования, а именно системный блок 54 и монитор 55, с помощью которых проводят сравнительный компьютерный анализ, на основании которого делают вывод об идентификации заданной последовательности ДНК/РНК с выделенной из образцов матричной ДНК/РНК, взятой из природных источников.
25. После того как процесс регистрации и идентификации закончен образцы проанализированных ампликонов помещают в специальный контейнер (на чертеже не показан) для передачи его в выходной шлюз 8 и последующего уничтожения.
26. Оператор убирает задвижку 50, открывает окно 49 в выходной шлюз 8 и размещает контейнер с образцами проанализированных ампликонов в боксе 63 шлюза 8. После этого окно 49 закрывают на задвижку 50.
27. Производят стерилизацию контейнеров с образцами проанализированных ампликонов (последовательно включают УФ, подают раствор аэрозоля 3% перекиси водорода, затем подают стерильный воздух через окно 64 в герметичный бокс 63 выходного шлюза 8 и продувают его внутреннее пространство через окно 64, отбирая воздух через окно 65. При проведении стерилизации контейнеров задвижка окна 64 и задвижка окна 65 закрыты. Управление указанными процедурами осуществляют через внешнюю панель 69 управления выходным шлюзом 8.
28. Со стороны выходного шлюза 8 открывают задвижку 66 окна 67 во внешнее пространства и извлекают из герметичного бокса проанализированные ампликоны с целью их дальнейшей утилизации.
29. Закрывают окно 66 выходного шлюза 8 на задвижку 67.
30. В дальнейшем цикл анализа может быть повторен с этими же и/или другими образцами ДНК/РНК, выделенными из природных источников.
Таким образом, вышеприведенное описание показывает, что предлагаемый комплекс позволяет обеспечить выделение нуклеиновой кислоты в полевых условиях, или же в условиях сельской больницы, здесь же провести амплификацию искомого фрагмента ДНК/РНК, а также автоматизировать процесс анализа и принятия решения; оформить протокол анализа, внести его результат в базу данных и/или в медицинскую карту больного. Наличие модуля для обработки и документирования результатов ПЦР анализа и возможности их хранения в базе данных с использованием ЭВМ весьма важно при массовых анализах проб в полевых условиях и клинических условиях практической медицины.
При этом на всех этапах анализа сохраняются условия стерильности и максимально снижается вероятность контаминации. Весь анализ может проводить один оператор, возрастает скорость анализа за счет снижения потерь времени на транспортировку образцов. Время анализа с помощью заявленного комплекса составляет 5-6 час.
Использование предлагаемого комплекса позволит создать единые системы микробиологического мониторинга, эпидемиологического контроля и геномонитолринга окружающей среды, медицинской диагностики и контроля качества продуктов питания, для выявления бактериальных и вирусных патогенов в окружающей среде, а также для геномной дактилоскопии.
1. Мобильный комплекс для генетической идентификации нуклеиновых кислот на основе полимеразной цепной реакции, содержащий модуль амплификации заданного фрагмента нуклеиновой кислоты и получения ампликона, включающий амплификатор, модуль для выделения ампликона, включающий устройство для выделения ампликона, модуль для регистрации результата идентификации ампликона, включающий оптическую систему с фотоприемником, модуль для обработки информации и документирования результатов, включающий электронно-вычислительное устройство, связанное с фотоприемником, и источник энергии, отличающийся тем, что он дополнительно содержит модуль для выделения матричной ДНК/РНК из исходного материала, систему для генерации и подачи стерильного воздушного потока и отвода и стерилизации отработанного воздуха, и шлюзы входной, выходной и переходные для соединения модулей между собой, при этом система для генерации и подачи стерильного воздушного потока и отвода и стерилизации отработанного воздуха связана приточными и отточными воздуховодами с указанными модулем для выделения матричной ДНК/РНК из исходного материала, модулем амплификации заданного фрагмента нуклеиновой кислоты и получения ампликона, модулем для выделения ампликона, модулем регистрации результата идентификации ампликона и указанными шлюзами.
2. Мобильный комплекс по п.1, отличающийся тем, что переходные шлюзы установлены между модулем для выделения матричной ДНК/РНК из исходного материала и модулем амплификации, модулем амплификации и модулем для выделения ампликона, модулем для выделения ампликона и модулем регистрации результата идентификации ампликона.
3. Мобильный комплекс по п.1, отличающийся тем, что модуль для выделения матричной ДНК/РНК из исходного материала содержит, по меньшей мере, устройство для выделения ДНК/РНК и бокс, в котором установлено указанное устройство для выделения ДНК/РНК, при этом в боксе предусмотрены прозрачное окно, окно для притока стерильного воздуха из приточного воздуховода, окно для оттока в отточный воздуховод отработанного воздуха, окно во входной шлюз и окно в переходный шлюз, каждое из которых снабжено задвижкой, а также, по меньшей мере, один манипулятор для выполнения операций с исследуемым образцом.
4. Мобильный комплекс по п.1, отличающийся тем, что модуль для амплификации заданного фрагмента нуклеиновой кислоты и получения ампликона дополнительно содержит бокс, в котором установлен указанный амплификатор, при этом в боксе предусмотрены прозрачное окно, окно для притока стерильного воздуха из приточного воздуховода, окно для оттока в отточный воздуховод отработанного воздуха, два окна в переходные шлюзы, каждое из которых снабжено задвижкой, а также, по меньшей мере, один манипулятор для выполнения операций с исследуемым образцом.
5. Мобильный комплекс по п.1, отличающийся тем, что модуль для выделения ампликона дополнительно содержит бокс, в котором установлено указанное устройство для выделения ампликона, и предусмотрены прозрачное окно, окно для притока стерильного воздуха из приточного воздуховода, окно для оттока в отточный воздуховод отработанного воздуха, и два окна, каждое из которых снабжено задвижкой, в переходные шлюзы, а также, по меньшей мере, один манипулятор для выполнения операций с исследуемым образцом.
6. Мобильный комплекс по п.1, отличающийся тем, что модуль для регистрации результата идентификации ампликона дополнительно содержит бокс, в котором установлена указанная оптическая система с фотоприемником, и предусмотрены прозрачное окно, окно для притока стерильного воздуха из указанного воздуховода, окно для оттока в указанный воздуховод отработанного воздуха, снабженное задвижкой окно в переходный шлюз, снабженное задвижкой окно в выходной шлюз, а также, по меньшей мере, один манипулятор для выполнения операций с исследуемым образцом.
7. Мобильный комплекс по п.1, отличающийся тем, что модуль для генерации и подачи стерильного воздушного потока и отвода и стерилизации отработанного воздуха содержит, по меньшей мере, один стерилизатор воздуха, генератор воздушного потока и приточные и отточные воздуховоды.
8. Мобильный комплекс по п.1, отличающийся тем, что переходной шлюз выполнен в виде бокса для размещения исследуемого материала, в котором предусмотрены, по меньшей мере, два окна для соединения с указанными модулями, снабженное задвижкой окно для соединения с приточным воздуховодом, и снабженное задвижкой окно для соединения с отточным воздуховодом.
9. Мобильный комплекс по п.1, отличающийся тем, что входной шлюз выполнен в виде бокса для размещения исследуемого материала, в котором предусмотрены, по меньшей мере, одно окно для соединения с модулем для выделения матричной ДНК/РНК из исходного материала, снабженное задвижкой окно для соединения с приточным воздуховодом, снабженное задвижкой окно для соединения с отточным воздуховодом и снабженное задвижкой окно для соединения с внешним пространством.
10. Мобильный комплекс по п.1, отличающийся тем, что выходной шлюз выполнен в виде бокса для размещения исследуемого материала, в котором предусмотрены, по меньшей мере, одно окно для соединения с модулем для регистрации результата идентификации ампликона, снабженное задвижкой окно для соединения с приточным воздуховодом, снабженное задвижкой окно для соединения с отточным воздуховодом и снабженное задвижкой окно для соединения с внешним пространством.
11. Мобильный комплекс по п.3, отличающийся тем, что устройство для выделения ДНК/РНК выполнено в виде магнитного ДНК/РНК экстрактора, или микроцентрифуги, или хроматографических колонок.
12. Мобильный комплекс по п.4, отличающийся тем, что амплификатор выполнен в виде термостата с возможностью программируемого изменения температуры, преимущественно в интервале от 30 до 100°С.
13. Мобильный комплекс по п.5, отличающийся тем, что устройство для выделения ампликона выполнено в виде устройства для электрофоретического разделения, или устройства для гибридизации ДНК/РНК, или устройства сиквенирования ДНК/РНК.
14. Мобильный комплекс по пп.1 и 6, отличающийся тем, что фотоприемник выполнен в виде фотодиода, или фотоумножителя, или двумерной фотоприемной матрицы.
15. Мобильный комплекс по п.1, отличающийся тем, что электронно-вычислительное устройство дополнительно снабжено монитором и платой видеозахвата и выполнено в виде персонального компьютера.
16. Мобильный комплекс по п.1, отличающийся тем, что источник энергии выполнен в виде электрического преобразователя и автономного источника питания, например аккумулятора.
17. Мобильный комплекс по п.3, отличающийся тем, что модуль для выделения матричной ДНК/РНК из исходного материала содержит дополнительные средства стерилизации и освещения, установленные в боксе, и панель управления, которая установлена с внешней стороны бокса.
18. Мобильный комплекс по п.4, отличающийся тем, что модуль для амплификации заданного фрагмента нуклеиновой кислоты и получения ампликона содержит дополнительные средства стерилизации и освещения, установленные в боксе, и панель управления, которая установлена с внешней стороны бокса.
19. Мобильный комплекс по п.5, отличающийся тем, что модуль для выделения ампликона содержит дополнительные средства стерилизации и освещения, установленные в боксе, и панель управления, которая установлена с внешней стороны бокса.
20. Мобильный комплекс по п.6, отличающийся тем, что модуль для регистрации результата идентификации ампликона содержит дополнительные средства стерилизации и освещения, установленные в боксе, и панель управления, которая установлена с внешней стороны бокса.
21. Мобильный комплекс по п.8, отличающийся тем, что переходной шлюз содержит дополнительные средства стерилизации и освещения, установленные в указанном боксе, и панель управления, которая установлена с внешней стороны бокса.
22. Мобильный комплекс по п.9, отличающийся тем, что входной шлюз содержит дополнительные средства стерилизации и освещения, установленные в указанном боксе, и панель управления, которая установлена с внешней стороны бокса.
23. Мобильный комплекс по п.10, отличающийся тем, что выходной шлюз содержит дополнительные средства стерилизации и освещения, установленные в указанном боксе, и панель управления, которая установлена с внешней стороны бокса.
24. Мобильный комплекс по п.3 или 4, или 5, или 6, отличающийся тем, что бокс снабжен, по меньшей мере, одной герметичной перчаткой, герметично установленной в боксе, для руки оператора, выполняющего функцию манипулятора.
