CN102308217A - 杂交载片处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于基本自动杂交多个微阵列载片的系统300。该系统包括具有打开顶端的冲洗盆312的罩310，布置在冲洗盆中在支撑轴318上用于接收多个微阵列载片基底362的下部托架转子330，以及布置在下部托架转子上方在支撑轴上用于接收多个一次性腔组件240的上部夹紧转子340。该系统进一步配置使得降低上部夹紧转子以接合下部托架转子而将多个腔组件耦接到多个载片基底上以形成多个密封的反应腔244，且从下部托架转子上升起上部夹紧转子而从所述多个载片基底上拆下所述多个腔组件以启封所述多个反应腔。

Description

杂交载片处理系统及方法

相关申请

本申请要求2008年6月9日提交的题为“杂交载片处理系统及方法”的编号为61/060,070的美国临时专利申请，2008年9月9日提交的题为“杂交载片处理系统及方法”的编号为12/207,343的美国专利申请，以及2009年2月6日提交的题为“杂交载片处理系统及方法”的编号为61/150,599的美国临时专利申请的权利，其中每个通过引用整体地结合到本文中。

技术领域

本发明的领域大体涉及用于分析固定DNA样品的杂交载片的处理。

背景技术

杂交载片处理及分析，例如荧光原位杂交（FISH），是众所周知的用于检测特定核酸是否存在于给定样品的技术。这项技术一般包括在玻璃载片上固定已知核酸序列的探针，之后引入样品媒介至探针以确定样品是否含有互补核酸序列。荧光指示剂能够附着于样品媒介，使得稍后用荧光显微镜或类似的载片读取器查询或分析已杂交的样品。当找到匹配的序列时，荧光指示剂会出现以确认匹配。

尽管杂交载片频繁用于DNA样品分析，它们也可用于其他类型样品的诊断检测。微阵列中的探针位置可由各种大生物分子如DNA、RNA和蛋白质，小分子如药物、辅因子、信号分子、肽或寡核苷酸形成。尽管典型做法是在基底上固定已知反应物，暴露未知液体样品于固定反应物，并查询反应产物以描述样品特性，但也可以在基底上固定一种或多种未知样品并将其暴露于含有一种或多种已知反应物的液体。

处理杂交载片以便稍后分析典型地需要数量可观的处理步骤，包括围绕容纳固定反应物探针阵列的载片部分形成反应腔，用溶液中的活动反应物样品填充反应腔，在繁殖步骤中杂交样品与探针，并在培养阶段完成后从微阵列载片冲洗掉未杂交的流体样品，而不破坏已杂交的反应物样品。尽管曾试图机械化一个或多个这些步骤，完整杂交过程的自动化迄今在暴露微阵列载片的质量方面会产生混杂的结果，或者过于昂贵。这些步骤中的许多仍需要大量人工活动以保证得到高质量杂交微阵列以便稍后分析。

每个处理步骤也会需要复杂且专门的处理设备和方法。例如，因可得样品有限，通常期望微阵列上进行的反应消耗最小量的杂交样品流体。然而当少量杂交流体在微阵列区域上散开，流体层非常薄，导致若不提供混合，样品流体会在结合特定序列的点局部耗尽该序列。由于目标样品被耗尽，反应动力会减慢，造成较低信号。对低量序列而言这是个大问题。杂交在低容量反应腔进行并带有混合被认为是尤其期望的。低容量允许更高浓度的有限供应的反应物，而混合保持最初动力速度并从而产生更多反应产物。

发明内容

依据如本文中呈现并广泛描述的本发明，本发明包括用于在微阵列载片上提供杂交反应腔的杂交单元。杂交单元包括具有容纳固定反应物的反应区域的微阵列载片基底。载片基底能够大体是矩形，带有一对用于附接到处理装置的托架固定装置的暴露的平行边缘。一次性腔组件或“混合器”可去除地耦接到载片基底以形成包围反应区域的密封的低容量反应腔。腔组件或混合器能够由塑料或聚合材料制成，且能够为一次性的。杂交单元进一步包括用于耦接一次性腔组件到处理装置的夹紧固定装置的附接器件，使得从托架固定装置分离夹紧固定装置能够从载片基底去除一次性腔组件以打开密封的反应腔。

一次性腔组件能够进一步包括具有顶面和底面的柔性基层，底面形成反应腔的顶棚；从基层底面向下延伸以形成反应腔侧壁的弱粘合密封垫圈，以及其中附接器件包括用于附接到处理装置的夹紧固定装置的从基层顶面延伸的强粘合上部补片。

一次性腔组件也能够配置有延伸超过载片基底的一对平行边缘的边界，以允许一次性腔组件耦接到处理装置中的上部夹紧固定装置。载片基底和一次性腔组件进一步配置为暴露载片基底的另一对平行边缘，以耦接载片基底到处理装置中的下部托架固定装置。

一次性腔组件或混合器能够进一步包括耦接到一次性腔组件暴露表面的歧管，其具有与一次性腔组件上的填充端口和排放端口对齐的填充和排放孔。

依据如本文中呈现并广泛描述的本发明，本发明进一步包括用于基本自动杂交多个微阵列载片的系统。该系统包括具有打开顶端的盆罩、布置在盆罩中在支撑轴上用于接收多个微阵列载片基底的下部托架转子，以及布置在支撑轴上且在下部托架转子之上用于接收多个一次性腔组件或混合器的上部夹紧转子。配置系统使得降低夹紧转子以接合托架转子耦接该多个腔组件到该多个载片基底以形成多个密封反应腔。进一步配置系统使得升起上部夹紧转子以从下部托架转子拆开能够从该多个载片基底拆下该多个腔组件以启封该多个反应腔。

本发明也包括用于处理多个微阵列载片的方法，方法包括将多个微阵列载片插入处理装置的步骤，其中每个微阵列载片都具有被低容量反应腔组件或混合器覆盖的反应区域。该方法继续用低容量杂交流体填充反应腔以杂交每个微阵列载片的反应区域。该方法进一步包括从每个微阵列载片去除反应腔组件以暴露已杂交的反应区域、在公共的冲洗液流体中冲洗微阵列载片，从微阵列载片去除以及从处理装置拆开微阵列载片的步骤。

本发明也包括用于原位处理微阵列载片以分析固定样品的方法。该方法包括获取具有容纳固定样品的反应区域的载片基底以及将载片基底安装到用于自动原位处理的处理装置中的步骤。原位处理进一步包括耦接一次性腔组件或混合器到载片基底以形成包围反应区域的低容量反应腔、用杂交流体填充反应腔以与固定样品反应、密封反应腔以防止在繁殖期间污染、从载片基底拆下混合器以打开低容量反应腔并暴露反应区域、用高容量冲洗流体冲刷反应区域以去除杂交流体以及从载片基底去除冲洗流体的步骤。

本发明的方法的其他方面能够包括在反应腔中搅拌杂交流体以增进与微阵列载片上的固定样品的反应，以及通过可去除地用多个阀销塞住混合器/歧管组件的填充和排放孔来密封反应腔。

本发明也包括用于后处理已用冲洗流体冲刷来去除杂交流体的已杂交的载片的方法。该方法能够包括重新将一次性腔组件或混合器附接到载片基底以重新形成包围已杂交的反应区域的低容量反应腔以及在已杂交并冲洗的微阵列载片上进行多个流体步骤如核酸变性和复原的步骤。

在本发明的另一方面，替代从载片基底上拆下混合器和用高容量冲洗流体冲刷反应区域，洗脱缓冲剂缓慢泵送进入反应腔以冲洗反应区域并代替最初的杂交流体样品，杂交液样品被推出并用定位于载片基底下的合适的收集装置收集。随后反应腔为第二个处理步骤重新密封并重新加热，之后另外的洗脱缓冲剂泵送通过反应腔以迫使已反应的流体进入另一个用于另外分析的收集装置。

附图说明

本发明的特征和优点将通过下述的具体描述清晰呈现，具体描述协同附图共同例示本发明的特征。应当理解的是，这些附图仅描述本发明的示例性实施例，因此不能看作是对其范围的限制。此外，容易认识到本发明的部件，如本文附图中大体描述和例示的，能够以很多种不同配置布置和设计。尽管如此，本发明将通过使用附图以附加的特征和细节来描述和解释，其中：

图1A例示了依据本发明示例性实施例的用于形成围绕容纳固定反应物的反应区域的密封反应腔的一次性反应腔组件的俯视图；

图1B例示了沿剖面线A-A截取的图1A中的一次性反应腔组件的剖面侧视图；

图1C例示了安装在条带上的多个图1A中的一次性反应腔组件；

图2A例示了一次性反应腔组件的另一示例性实施例的剖面侧视图；

图2B例示了一次性反应腔组件的另一示例性实施例的剖面侧视图；

图3A例示了一次性反应腔组件的另一示例性实施例的剖面侧视图；

图3B例示了一次性反应腔组件的另一示例性实施例的剖面侧视图；

图4例示了依据本发明示例性实施例在杂交载片上形成密封反应腔并随后以低容量杂交（hybe）溶液填充腔的方法；

图5例示了依据本发明另一示例性实施例应用低容量杂交溶液并随后在杂交载片上形成密封反应腔的方法；

图6例示了依据本发明示例性实施例的用于多个杂交载片的半自动杂交的系统；

图7例示了安装多个杂交载片到图6中的杂交系统中的方法；

图8例示了应用低容量杂交溶液并在安装到图6中的杂交系统中的多个杂交载片上形成密封反应腔的方法；

图9例示了在进行杂交规程前组装图6中的杂交系统的方法；

图10A-10D共同例示了依据本发明示例性实施例用图4中的杂交系统处理多个杂交载片的方法；以及

图11A例示了依据本发明示例性实施例的杂交单元的俯视图；

图11B例示了沿剖面线B-B截取的图1中的杂交单元的剖面侧视图；

图12例示了依据本发明另一示例性实施例的用于多个杂交载片的自动杂交系统的透视图；

图13例示了图12中的杂交系统的俯视图；

图14例示了图12中的杂交系统的剖面侧视图；

图15例示了图12中的杂交系统的分解图；

图16A例示了转子在接合位置的剖面侧视图；

图16B例示了转子在接合位置的剖面端视图；

图17A例示了在抬起上部转子以分离混合器和载片基底后转子的剖面侧视图；

图17B例示了在抬起上部转子以分离混合器和载片基底后转子的剖面端视图；

图18A例示了转子在冲洗位置的剖面侧视图；

图18B例示了转子在冲洗位置的剖面端视图；

图19例示了依据本发明另一示例性实施例的自动杂交系统的透视图；

图20例示了图19中的杂交系统的分解图。

图21例示了依据本发明又一示例性实施例的杂交系统的分解透视图；

图22例示了图21中的杂交系统一方面的细节图；

图23例示了依据本发明另一示例性实施例的安装多个杂交单元到图6中的杂交系统中的方法；

图24例示了在进行杂交规程前组装图23中的杂交系统的方法；

图25A-25D共同例示了用图23-24中的杂交系统处理多个杂交载片的方法；以及

图26例示了依据本发明另一示例性实施例用重力感应气泡混合来混合多个安装到杂交系统中的杂交载片方法的杂交步骤。

具体实施方式

现参照附图中例示的示例性实施例，且本文将使用特定的语言来同样描述。然而应当理解的是没有因此指定本发明的范围限制。持有本发明内容的、本发明相关领域技术人员所想到的对本文例示的本发明的特征的改动和进一步修改，以及如本文例示的本发明原理的另外应用被认为在本发明范围之内。

本发明人已认识到在杂交处理的杂交步骤之后接上流体容量比杂交中使用的流体容量高很多的冲洗步骤是有优势的。本发明人也认识到在某些情况下，在杂交过程之前加上高容量冲洗步骤，以在杂交前清洗并准备杂交载片是有优势的。因此，图1-10例示了能够包括杂交前高容量冲洗步骤、低容量杂交步骤和杂交后高容量冲洗步骤的半自动杂交载片处理系统和方法的各种示例性实施例。可选地，图11-22例示了能够包括低容量杂交步骤和杂交后高容量冲洗步骤的基本自动的杂交载片处理系统和方法的各种示例性实施例。图23示出的是用重力感应气泡混合来混合多个低容量杂交载片的示例性杂交系统和方法，其中杂交步骤可包含在半自动或基本自动载片处理系统中。

本发明的杂交系统能够包括具有一次性反应腔组件30的杂交单元的各种示例性实施例，其中一些带有更多特性的组件示于图1-3。简单参照图4和图5，杂交单元10能够包括大体为矩形的玻璃载片基底20，其具有容纳固定的反应物24的样品或反应区域22，如固定的DNA样品和组织切片。反应区域能够被一次性反应腔组件30覆盖，该组件可去除地耦接到载片基底20上以形成包围反应区域22并能在处理期间容纳杂交溶液的低容量反应腔26。与腔组件30耦接的矩形的玻璃载片基底20共同形成杂交单元10。

返回参照图1A-1B，在一方面腔组件30能够包括柔性基层40，其具有从基层底面向下延伸的密封垫圈42，基层底面为低容量反应腔26形成顶棚，密封垫圈的厚度自身形成反应腔的侧壁。如图所示密封垫圈42能够为环形或环状的；然而，其他形状如椭圆形、多边形或其他不规则形状也在考虑中并可认为在本发明的范围内。密封垫圈42能够是可去除的粘合垫圈、弹性密封（如O型环或垫圈，包括硅酮垫圈）或本领域可得的任意其他密封机构，以形成在处理过程的填充和繁殖阶段足够保持并容纳杂交溶液的密封反应腔。基层40能够具有带圆形端的矩形外形，圆形端尺寸配合且对齐密封垫圈42以便于附接到载片基底。如图所示，有代表性的腔组件30也能够包括填充端口56和排放端口58，以允许在它被杂交溶液填充时引入杂交流体或杂交溶液进入反应腔26的一端并从另一端排放内含的空气或气体。

柔性基层40的方形端能够远离反应腔26侧向延伸以形成突出部，其上可安装从基层顶面向上延伸的上部粘合补片44。腔组件30能够进一步包括也从基层40顶面向上延伸的上部压力垫圈46，其大体上可与从底面延伸的密封垫圈42对齐。如下面将详细讨论的，压力垫圈46可操作以平稳地转移密封压力，提供向下到密封垫圈42和载片基底之间的界面的上部夹紧固定装置或转子，以在杂交规程中进一步密封反应腔。

上部释放衬带52能够放置在粘合补片44和环形压力环46的顶面，且与下部释放衬带50共同起作用以在储存和运输中保护并密封腔组件以免外界污染。多个一次性反应腔组件30能够在制造后安装在单一释放衬带50上，以便于储存、运输和使用（见图3）。

基层40能够形成为半柔性结构，其足够硬以保持形状、支持处理腔组件及为反应腔26提供不可渗透的顶棚，同时保持足够柔性以弯曲和从载片基底剥离。一方面，基层40能够为底面有打底涂层的柔性塑料层压板，而密封垫圈42能够为粘合垫圈。打底涂层表面能够取向为形成反应腔的内表面，也是粘合垫圈所粘附的表面。粘合垫圈能够比到载片更结实地粘附及结合到打底涂层表面，从而能够从载片上干净地去除一次性腔组件。这些材料优选在用于在37℃左右、最高偏移到90℃左右进行杂交的装置中使用，并且应认识到，其他条件下进行反应时其他材料可能更可取。因此，其他塑料或聚合材料可用于构造装置，其物理和化学性质根据特定反应条件选定。所有材料能够与任何它们接触的化学制品或反应物相容，并不因这样的接触变坏，也不干扰装置内进行的化学反应。

本发明的粘合垫圈能够在基层40的底面上形成，且能够以创建所需腔容量的足够压缩性围绕反应腔26创建气密密封。重要的是，当腔组件从载片基底去除时，密封垫圈保持粘附于基层而非载片，因为留在载片上的垫圈材料可能干扰载片读取器。因此粘合垫圈必须以其打底涂层优先粘附基层，而不是载片基底。可使用多种可去除且可移位的粘合剂，包括但不限于丙烯酸、聚氨酯、硅酮和橡胶粘合剂。这些材料有弹性，且服从塑性和/或弹性变形。粘合垫圈可由商业可得粘合膜形成，或可选地由喷涂、丝印、移印或其他产生合适光洁度和厚度的印刷方法来涂敷。

一次性腔组件32-34的另外实施例在图2A-2B中更详细地示出。例如，一次性腔组件32能够和腔组件30非常相似，除了硅酮片材的附加条带48能够放置在基层的突出部部分下面，且上部粘合补片44的厚度减小以保持基层在横跨其长度上大体为水平位置。腔组件34也类似之前的腔组件实施例，不同的是上部压力垫圈46被去除且上部粘合补片44的厚度减小以允许上部释放衬垫52与覆盖反应腔26的基层40的顶面平齐。腔组件30，32和34可包括或不包括填充和排放端口。

如上所述，实施例30，32和34中使用的密封垫圈42能够具有与粘合补片44不同的粘合性。密封垫圈42能够为轻度粘合或无粘合性的，使得当基层在适当的时间（例如杂交后）抬起，密封垫圈42将从载片基底释放，并打开反应腔将杂交内容物暴露给相邻环境。与此相反，粘合补片44能够有很强粘性，以提供基层突出部部分和上部夹紧转子或固定装置之间的附接。如下文将介绍的，抬起上部夹紧转子能够向上拉出基层突出部部分以随后从载片基底上剥下并剥离腔组件，包括密封垫圈42。

现在参照图3A和图3B中例示的一次性腔组件实施例36和38，密封垫圈能够更换成能够由模压硅酮或类似材料形成的圆顶腔60（或“接触透镜”），其材料允许下唇62在压力下的适度变形以在杂交期间对载片基底密封反应腔26。鉴于圆顶腔60的下唇62提供腔与载片基底间的密封面，圆顶腔60能够用粘性很强的环形下部粘合补片64或圆形下部粘合补片66耦接到基层40上。此外，由于圆顶腔60能够直接向上抬起打破下唇和载片基底之间形成的压力密封，在圆顶腔实施例中强粘合补片上部68也能够为环形或圆形，并能够直接定位在反应腔26之上。

图4和图5种例示了有代表性的一次性反应腔30在样品或反应区域22之上的放置和杂交溶液的应用。可以看出，容纳固定反应物24的反应区域22仅能够覆盖载片基底20的一小部分，且一次性腔组件30能够据此确定尺寸。虽然预期每个载片基底上往往只形成一个反应区域，在单一载片上使用多个反应区域和多个一次性腔组件30是可能的。

一次性腔组件30能够在释放衬带50上提供。在图4所例示的方法中，腔组件30能够先从释放衬垫去除并放在反应区域22上。该腔组件能够用坚固物体“猛敲”或压入载片基底20，以更好地粘附密封垫圈42到载片基底表面，且上部释放衬带52去除以暴露填充端口56和排气端口58和强粘合补片44。于是杂交或探针溶液能够随着吸管插入在腔组件一端的基层40中形成的填充端口56而被引进低容量反应腔26，同时包围的空气或气体能够通过在相对端形成的排放端口58释放。一方面，当上部固定装置或转子降低到基层顶面时，反应腔26的填充和排放端口能够被密封。可选地，反应腔26的填充和排放端口随带子的小补片在杂交前放置在基层顶部而密封。

图5所示的方法与图4所例示的不同在于杂交（或探针）溶液在放置一次性腔组件30到载片基底22之前涂敷到反应区域22上。在这个实施例中，由于反应腔的形成随腔组件30与载片基底20的附接而完成，出于随之而来的有关反应腔26密封的考虑，填充和排放端口并非在基层中形成。然而，可能需要额外关注以确保腔组件的放置是围绕杂交溶液涂敷部分并且是以最小化困在反应腔26中的空气或气体量的方式。

图6例示的是半自动杂交多个杂交载片的处理装置104。处理装置104能够包括具有打开顶端的盆罩110。盆罩能够包括内部盆，该内部盆配置成保持一定量的用于在杂交过程完成后冲洗杂交载片的冲洗流体。盆罩能够为如例示的圆形，或者能够具有任意其他能临时保持或容纳足够浸泡或淹没多个杂交载片的一定量冲洗流体的性质或配置，此范围包括但不限于0.1-0.3升冲洗流体。

盆罩110能够流体地耦接到可控泵/阀单元120上，该单元能从多种流体源122中选择，如用于杂交前冲洗的乙醇或类似流体的容器或瓶子，和用于杂交后冲洗的冲洗缓冲液的容器。流体源122能够环境温度保存，或在热水浴中以规定温度保存，等等。盆罩110也能够包括用于从盆填充和/或排出冲洗流体的内部管道如阀（未示出）和管件或管道126，以及用于有控制地释放蒸汽或烟雾的排气出口128。

如图7所示，处理装置104能够包括布置在盆罩110中、配置为可接收多个具有一个或多个反应区域22的杂交载片基底20的载片托架。载片托架能够是下部托架转子130，配置为支撑在支撑轴118上、靠旋转马达（未示出）驱动，以允许下部托架转子（包括接收的载片基底）相对于盆112及其中所保持的冲洗流体做旋转运动。下部托架转子130也能够配置为沿旋转轴线竖直上下运动。下部托架转子130和盆罩110能够一同配置以将下部托架转子浸泡在盆112容纳的冲洗流体浴中，随后从浴中去除下部托架转子并旋转以去掉任何残留冲洗流体。

载片基底20能够插入形成在下部托架转子130中的等间隔的托架转子“窗”132。托架转子窗132能够具有形成在内部表面中的槽或沟，以接收并抓紧载片基底的侧面和外边缘。槽能够朝托架转子的中心部分打开，并在外端关闭，使得载片基底可从转子中心安装并固定以防止在旋转期间载片滑出窗132，尤其是在下部托架转子130为去除残留冲洗流体的高速旋转期间。

处理装置104能够包括载片加热垫124，当载片托架降低到盆罩110底部时，典型地在杂交过程的反应或繁殖阶段，载片加热垫124从盆112底向上延伸并进入载片托架窗132底部。加热垫124能够排列成相邻于或压在载片基底20的底面上，并能给杂交溶液提供热量，以进一步激发悬浮反应物运动、提高反应效率。在本发明的一方面，在杂交规程中，载片加热垫可加热载片基底20至大约95℃的温度以使样品和探针溶液变性，随后长时间地在较低温度下加热和繁殖以完成杂交。

如图7配置的处理装置104可用于进行杂交前冲洗过程。例如，一个或多个具有包含固定反应物24的样品或反应区域22的载片基底20能够安装到下部托架转子130中，随后放置到盆罩110中支撑轴118上。盆罩的顶开口能够用冲洗盖（未示出）关闭，盆112填充杂交前冲洗流体，如浓缩乙醇或类似清洗剂等等，以清洗载片基底和反应区域22并为杂交准备样品。在一方面，下部转子可底面朝向罩基部，使得载片托架窗由从盆112底向上延伸的载片加热垫124捕获。可选地，下部转子可在杂交前冲洗溶液中升起和旋转。在两取向中任一个，载片加热垫可活动以直接或通过载片基底加热乙醇溶液。在杂交前规程中，盆能够交替排出和重填多种成分的冲洗流体，之后下部托架转子130能够从浴中去除，并以高速旋转以从转子或载片基底去除任何残留冲洗流体。

例如杂交前冲洗过程的有代表性实施例能够包括如下规程：

- 37℃下在pH 7.0的2x SSC/ 0.5% Igepal中繁殖载片15分钟；

- 在70%乙醇中繁殖载片1分钟;

- 在85%乙醇中繁殖载片1分钟;

- 在100%乙醇中繁殖载片1分钟;以及

- 室温下旋转干燥。

图8例示了在杂交前冲洗过程完成后用杂交或探针溶液填充反应腔26的一种方法，其中杂交溶液能够在附接反应腔组件30到载片基底20以形成组装的杂交单元10之前涂敷到反应区域22。（也可参见图5）然而如上所述，反应腔组件30也能够在通过填充端口（见图4）填充反应腔之前附接到载片基底20以形成杂交单元10。无论用杂交流体填充反应腔使用什么过程，处理装置104与杂交单元10能够一起形成本发明一个示例性实施例100。

如图9所示，一旦杂交单元10已形成并用杂交或探针溶液填充，上部“夹紧”转子140能够放置在下部托架转子和安装好的载片基底上，以便压靠基层的顶面以进一步密封反应腔。当使用图1A-2B中描绘的一次性腔组件30、32和34时，夹紧转子140可压在上部压力垫圈上或直接压在形成反应腔的顶棚的基层上，同时在腔组件端突出部形成强粘合补片，以用于在杂交后从载片基底去除腔组件。可选地，当使用一次性腔组件36或38（图3A-3B），夹紧转子可直接压在强粘合补片上。

图9中示出的上部夹紧转子140能够由下部托架转子130之上的支撑轴118支撑，并配置为在冲洗流体浴中与下部托架转子一起浸泡和旋转。随着腔组件30附接到载片基底20形成杂交单元10，以及杂交单元依次安装入下部托架转子，把上部140和下部130转子接合到一起可以进一步密封反应腔并使上部粘合补片接触夹紧转子。粘合补片能够为强粘合的，以便即使在杂交和杂交后规程中遇到多个加热和浸泡步骤之后仍可在腔组件基层和上部夹紧转子间提供接合。这样，强粘合性能够保证上部和下部转子随后的脱离操作成从载片基底20脱离并剥离腔组件30，启封并打开反应腔以对相邻环境暴露杂交内容物。

图10A-10D例示的是杂交前、杂交和杂交后循环的多个阶段中上部夹紧转子和下部托架转子在其相对于盆罩110底和载片加热器124的多种位置的剖面侧视图和端视图。如图10A所示，下部托架转子130能够首先放置在如能够发生在一次性腔组件30与载片基底20的接合之后的打开的底部的位置，随后是杂交前冲洗规程以形成杂交单元10。在形成杂交单元10之后，上部夹紧转子和下部托架转子能够放置在如能够发生在杂交规程中的关闭的底部的位置（图10B），如能够发生在杂交后冲洗规程之始的关闭的升起且旋转的位置（图10C），以及如能够发生在随后杂交后冲洗规程阶段的打开的升起且旋转的位置（图10D）。

例如，在如上所述的杂交前规程完成后，下部托架转子130可降低以安装于载片加热垫124周围，一次性腔组件30可附接在安装好的载片20的反应区域周围，且反应腔26可用杂交（或探针）溶液填充，如图10A中描绘的。随后上部夹紧转子140 可安装和/或降低到腔组件30顶部，如图10B中描绘的，以便接合粘合补片和/或压力垫圈以完成杂交腔126的密封。在到达此配置时样品可依据杂交规程杂交。

例如，依据图4和图10B的杂交规程有代表性的实施例能够包括：

- 附接一次性腔组件到反应区域上；

- 用探针溶液填充反应腔；

- 使样品和探针在75℃变性5-10分钟；以及

- 在37℃下繁殖整夜。

同样地，依据图5和图10B的杂交规程有代表性的实施例可包括：

- 将探针溶液涂敷到反应区域上；

- 附接一次性腔组件到反应区域上；

- 使样品和探针在75℃变性5-10分钟；以及

- 在37℃下繁殖整夜。

在杂交规程完成后，冲洗盆112能够用冲洗缓冲剂填充，两转子130、140淹没在缓冲溶液106中一起抬起并缓慢旋转，如图10C中描绘的。随后，上部夹紧转子140能够从下部托架转子130分离，同时腔组件30粘附在上部转子底面并完全从载片基底20上去除，如图10D中描绘的，并使载片基底20的顶面暴露出来以冲洗。在载片基底被淹没并缓慢旋转下打破密封垫圈保证了保护反应区域免受空气中的微粒污染。也保证了一定程度的流体崖面立即涂敷到反应区域以迅速清除杂交溶液并减少与相邻载片上使用的杂交溶液的交叉污染风险。

随着如图10D所示的转子分离，可接上杂交后冲洗步骤，如示例性的杂交后规程以完成用于分析的已杂交的样品的清洗和准备。这能够包括盆罩交替排出和填充多种冲洗缓冲流体106，旋转淹没在缓冲流体中的下部托架以完全去掉杂交溶液。从缓冲流体中去除下部托架转子能够通过从浴中抬起下部托架转子或将冲洗流体排出盆罩来完成。

在杂交后阶段，上部转子140能够升起至缓冲流体表面之上并单独高速旋转以甩掉可能在后续干燥或去除冲洗缓冲剂的阶段中滴下并污染载片基底的残留冲洗液体。在一方面，上部夹紧转子连带其附接的腔组件能够完全从处理装置中去除，以在完成下部托架转子冲洗前清洗并去除附接的腔。

例如，杂交后冲洗过程的有代表性的实施例能够包括如下规程：

- 室温下在l x 冲洗后缓冲剂II（2 x SCC/ 0.1% Igepal）中冲洗载片2分钟；

- 72℃（+/-1℃）下在l x 冲洗后缓冲剂I（0.4 x SCC/ 0.3% Igepal）中冲洗载片2分钟，不搅拌;

- 室温下在l x 冲洗后缓冲剂II（2 x SCC/ 0.1% Igepal）中冲洗载片1分钟，不搅拌；以及

- 室温下旋转甩干。

本发明的杂交系统100优于现有技术，在于提供了使用非常低容量反应腔的反应阶段而可前加并后随高容量冲洗阶段。如上面公开的，这能够通过在载片表面临时形成密封低容量反应腔实现，密封能够被打破且反应腔打开以将载片暴露于高容量冲洗流体冲刷或浴。已认识到的是，高容量冲洗的好处无法通过压迫冲洗流体通过在繁殖循环中使用的低容量反应腔实现。已进一步认识到，去除反应腔并将载片暴露于高容量冲洗流体冲刷或浴能更完全且以较快速率从载片上去除使用的杂交溶液。

要认识到，高容量冲洗流体冲刷或浴对该多个杂交载片的每一个能够为公共的。杂交前与杂交后都在相同清洗流体浴中浸泡并移动一定数量的载片基底提供了多个载片的同时清洗以及对冲洗流体高效经济的使用。此外，使用高容量冲洗也能够减少交叉污染的机会，因为微升大小容量的杂交溶液样品能够被彻底清除并在更大的多升大小量的冲洗流体中被稀释。

鉴于上述描述讲授了半自动杂交载片处理系统和使用其的方法的若干有代表性的实施例，下文图11-22例示的是基本自动杂交载片处理系统和也包括低容量杂交步骤和高容量杂交后冲洗步骤的使用方法的若干实施例。

基本自动杂交系统的每个示例性实施例能够包括在图11A-11B中以更多特性示出的杂交单元210。杂交单元210能够包括大体为矩形的玻璃载片基底220，其具有容纳固定反应物226的反应区域224，如固定DNA样品。反应区域能够被一次性腔组件或混合器240覆盖，该一次性腔组件或混合器可去除地耦接到载片基底220以形成包围反应区域224的低容量反应腔244。混合器能够用混合器密封件242附接到载片基底，混合器密封件能够为可去除的粘合剂、弹性密封件（如O型环或垫圈，包括硅酮垫圈）或本领域可得的任意其他密封机构，以形成在处理过程的填充和繁殖阶段足够保持并容纳杂交流体的密封反应腔。如果使用无粘合性的或弹性密封件242，少量角落粘合剂258能够定位于载片角落以轻轻耦接混合器240到载片基底220，直到杂交单元210放置在处理装置中，如以下将详细讨论的。反应腔244能够设置有填充端口250和排放端口252以允许引入杂交流体并排放所包围的空气或气体。

典型地，容纳固定反应物226的反应区域224能够基本覆盖载片基底220的顶面，在微阵列载片外围周围给混合器密封件242留出空间，以限定反应腔244的外部边界。单一反应腔能够覆盖载片面上的整个反应区域。然而，可能将固定反应物分组为不同部分，并将反应腔244细分为多个单独密封的子腔246，每个子腔通过横跨载片面的密封段与相邻子腔隔离。例如，图11A-11B例示的示例性反应腔细分为8个子腔246，每个子腔都具有自己的填充端口250和排放端口252。在本发明的其他方面，根据需求的增长，子腔的数量能够包括但不限于两个、四个、六个或十二个子腔。

反应腔244、246的高度，如由载片基底220顶部和一次性腔组件或混合器240底部之间的距离（或混合器密封件的高度）限定的，能够控制到约1/1000英寸（或25μm），尽管通常使用更大的高度。控制反应腔高度至约l/1000英寸允许限制腔容量，从而所需杂交流体容量，至约25μl或更少。然而，要认识到反应腔容量能够在较小子腔246的约5μl上至较大单一反应腔244的100μl之间变化。本领域技术人员可将此范围看作提供低容量杂交，其允许较高浓度的样品悬浮在杂交流体中被带去与载片220上的固定探针接触。

一次性腔组件或混合器240能够由多层柔性聚合材料制作以形成透明层压结构，让使用者能够在杂交流体填充反应腔244、246并把当前容量的空气挤出排放口252时看到杂交流体的进展。混合器也能够设有能够形成在混合器顶棚部分中并在膨胀时操作成使顶棚部分向下延伸进入反应腔的集成搅拌系统，如空气囊（未示出）。空气囊能够气动地膨胀和放气以在繁殖期间持续地混合反应腔中的杂交流体。连接空气囊与杂交系统的气动端口254和管线256能够形成在混合器的一个端突出部248中，优选为内部端突出部。混合器的气动搅拌系统在2002年8月2日提交的题为“层压微阵列接口装置”的No. 7,234,400的美国专利中有更详细描述，该参考文件整体地结合到本文中。

混合器240能够耦接到便于反应腔244或子腔246的填充与密封并降低样品交叉污染风险的可选歧管装置270。歧管能够包括一系列分别与混合器中的进入端口250和排放端口252对齐的进入孔和排放通道272。进入/排放孔272能够与漏斗形开口274一起形成，以捕获并引导吸管尖端进入进入/排放孔，并引导杂交流体进入反应腔或子腔。在填充和排放后，混合器220中的进入端口250和排放端口252能够以多种方式关闭，包括插入式塞子、集成在歧管中的滑动密封棒或集成在混合器自身中的可刺穿隔膜层等等，使得反应腔244、246形成在杂交过程的繁殖阶段不受外界污染的流密罩。此外，歧管270、混合器240和混合器密封件242能够配置为混合器/歧管子组件280。混合器240和混合器/歧管子组件都能够为一次性的并配置为易于与载片基底220顶面耦接和拆下。

杂交单元210也能够配置成使得混合器240边界延伸超出载片基底的一对平行边缘230并暴露另一对平行边缘232。在图11A-1B所示的示例性实施例中，混合器沿载片基底长轴线进一步延伸（超过短边缘），以在杂交单元的两端230提供一对端突出部248。同时，一次性腔组件或混合器240能够比载片基底220的宽度更窄，且暴露界定载片基底长度的一对边缘232。在本发明的另一方面，平行边缘组能够切换，其中混合器片覆盖并延伸超过载片基底长边缘，而载片基底任一端的短边缘保持暴露。

如下文中将详细讨论的，此配置允许混合器240耦接到处理装置的上部夹紧固定装置，以及载片基底220耦接到处理装置的下部托架固定装置。在接收混合器和载片基底后，上部和下部固定装置能够接合到一起，耦接混合器与载片基底以形成反应腔244、246。拆开上部和下部固定装置操作成从载片基底拆下混合器，启封并打开反应腔244、246。

图12-15大体例示了处理装置304，其与杂交单元360一起形成用于基本自动杂交多个微阵列载片的本发明示例性实施例300。处理装置304可包括具有打开顶端的盆罩310。盆罩能够包括盆312，该盆配置为保持一定量用于在杂交过程完成后冲洗微阵列载片的冲洗流体。盆312能够为如例示的圆形，或者具有任意其他能临时保持或容纳足够浸泡或淹没多个杂交载片的一定量冲洗流体的形状或配置，此范围包括但不限于0.1-0.3升冲洗流体。盆罩310能够进一步包括具有用于保持冲洗流体瓶子的凹座316的侧部314，以及用于从盆填充和排出冲洗流体的内部管道如阀和管件。

处理装置304能够包括布置在盆罩310中、配置为接收多个微阵列载片基底362的载片托架。如实施例中例示的，载片托架能够为支撑在支撑轴318上的、由旋转马达320驱动的下部托架转子330，其允许下部托架转子（包括接收的载片基底）相对于盆312及其中所保持的冲洗流体做旋转运动。此外，下部托架转子330和盆罩310能够配置在一起以将下部托架转子浸泡在盆312容纳的冲洗流体浴中，随后从浴中去除下部托架转子并去掉任何残留冲洗流体。从浴中去除下部托架转子能够通过从浴中抬起下部托架转子或将冲洗流体排出盆罩来完成。在本发明的一方面，下部托架转子330能够既从盆312底升起又绕支撑轴318旋转同时冲洗流体被排出。

处理装置304能够进一步包括布置在载片托架之上的夹紧板，并配置为接收多个混合器/歧管364或单独的混合器366。如图12-15所示，夹紧板能够为在下部托架转子330上支撑在同一支撑轴318上的上部夹紧转子340。支撑轴318能够被分节以允许上部夹紧转子340相对盆罩310和下部托架转子330差异旋转运动。上部夹紧转子也能够配置为在盆312中容纳的冲洗流体浴中浸泡和旋转。

在图12-15的旋转实施例中，上部夹紧转子340和下部托架转子330能够配置为通过两圆盘之间的相对竖直移动而彼此接合。当接合时，上部夹紧转子340此前接收的多个混合器/歧管364能够耦接到下部托架转子330此前接收的多个载片基底362，形成具有密封杂交反应腔的多个杂交单元360。当拆开时，上部夹紧转子和下部托架转子间的分离运动使混合器/歧管364从载片基底362拆下，将混合器拉离载片基底并打开形成多个反应腔的每个混合器密封件。

耦接到上部夹紧转子340的混合器/歧管364能够在两个转子集合之前与耦接到下部托架转子330的载片基底362角度对齐。这能够通过监视并控制两个转子的角度位置直到混合器/歧管和载片基底对齐来完成。

  载片基底362能够插入形成在下部托架转子330中的等间隔的托架转子“窗”332。托架转子窗332能够具有形成在内部侧面中的槽或沟，以便接收并抓紧未覆盖混合器的载片基底的暴露边缘以及在安装中弯曲打开、而后迅速关闭的槽端部的柔性突出部，以防止载片基底362在旋转中冲出窗332，尤其是在下部托架转子330的高速旋转中。

混合器/歧管364能够经由超过载片基底边缘纵向延伸的混合器366端突出部附接到上部夹紧转子340（见图15）。端突出部能够用在夹紧转子“窗”342两端形成、朝下部托架转子向下延伸的夹子或突出部抓紧。夹子不仅充当端突出部连接点，也担当更好地将两个转子对齐和固定到一起的互锁对齐和接合特征。图24和25A-25D例示了使用夹子642的另外实施例。

返回参考图15，上部夹紧转子340能够配置为接收单独混合器366或混合器/歧管子组件368，其中歧管能够在装入夹紧转子前耦接到混合器，以便于随后反应腔或子腔的填充、排放和密封。

在本发明的一方面，夹紧转子窗能够配有围绕夹紧转子窗344内边缘固定的柔性“浮盖”346 ，其横跨窗内边缘和歧管368之间的空隙。当两个转子分离时，浮盖能够操作成以紧密配合并抓紧歧管，进一步固定混合器/歧管364至夹紧板转子。且当上部夹紧转子340与下部托架转子330接合，无论带或不带歧管，浮盖346都能够充当下压混合器366的顶面以完全压缩混合器密封件并创建流密反应腔的平面弹簧。使用弹簧式浮盖以压靠混合器的顶面给接合上部和下部转子提供了更大的容差，并避免了使用夹紧板转子带来的可能造成载片基底362开裂或折断的过度的力。

在本发明的另一方面，歧管368可永久地附接到上部夹紧转子340上，仅混合器366随每个杂交过程循环是可去除、一次性的。此外，歧管能够配置有填充漏斗和排放通道的通用样式以适应带混合器壳的可得的多种子腔配置。

在本发明的又一方面，混合器/歧管364或混合器366能够在按照载片到下部托架转子330中之前耦接到载片基底362。在接收组装前的杂交单元360之后，夹紧转子340能够降低以接合托架转子并对混合器366顶端施加必需的压力以合适地密封反应腔。夹紧转子也能够自动附接到混合器的端突出部，使得之后抬起夹紧转子打破混合器密封件并从载片基底362去除混合器366或混合器/歧管364，如上所述。

用于连接混合器中的气动管线的空气管线鞥个形成于或附接到上部夹紧转子。空气管线能够终止在有与混合器中的气动端口对齐的弹性密封件的出孔。将上部夹紧转子压靠混合器的顶面，以在混合器和载片基底之间创建流密反应腔，同时创建了空气管线终端和混合器端突出部的气动端口之间的气密密封。

杂交系统的其他方面能够包括载片加热器324，典型地在杂交过程的反应或繁殖阶段，当载片托架降低到盆罩310底部时，载片加热器324从盆312底向上延伸并进入载片托架窗332底部。载片加热器324能够对齐为相邻于或压靠于载片基底362的底面上，并能给杂交流体提供热量，以进一步激发悬浮反应物运动、提高反应效率。在本发明的一方面，载片加热器能够加热载片基底362至95℃左右温度。

图16A和图16B中例示的是如可能发生在杂交过程的填充和繁殖阶段的上部夹紧转子340和下部托架转子330在关闭位置的剖面侧视图和端视图。在这个位置，连接的转子能够定位于盆罩310底部，而加热器324向上突出进托架转子窗并接触载片基底362底部。上部夹紧转子能够与浮盖346压在混合器366顶面的外边缘上，迫使混合器对载片基底362结实密封以形成带流密密封的反应腔。歧管368能够耦接到混合器顶面的内部部分，并与进入和排放端口对齐。此外，上部夹紧转子中的空气管线348能够放置为与混合器中的气动端口气动连通，允许在繁殖期间操作混合器空气囊以搅拌混合杂交流体。

17A和17B中例示的是繁殖阶段完成时在上部夹紧转子从下部托架转子抬离以分离混合器/歧管366和载片基底362之后上部夹紧转子340和下部托架转子330的剖面侧视图和端视图。上部夹紧转子的抬起运动可打开形成反应腔的混合器密封件并将混合器拉离载片基底，使载片基底的顶面暴露出来以冲洗。盆312能够用冲洗流体填充以在上部转子抬离和混合器从载片基底拆下前完全浸泡该两个转子。在载片基底被淹没下打破混合器密封件能够允许载片基底上的反应区域在反应腔打开时立即被冲洗流体冲刷，以把任一反应腔的内容物交叉污染到邻近阵列的可能性降到最低。

在冲洗过程期间，盆罩能够交替排出和填充多种冲洗流体以完全去掉杂交流体。在杂交过程的这一阶段，上部转子340能够抬出到盆罩之上并高速独立旋转以甩掉任何可能在后续干燥或去除冲洗水的阶段中滴下并污染载片基底的残留冲洗液体。在本发明的一方面，上部夹紧转子连带其附接的混合器和歧管能够完全从处理装置中去除，以在完成下部托架转子冲洗前清洗并去除混合器/歧管364。

进一步在图17A和图17B中例示的是夹紧转子夹子或突出部344，其能够从夹紧转子向下延伸并附接到混合器366的端突出部，且能够操作以在上部夹紧转子340抬离下部托架转子330时将混合器拉离载片基底362并掰开杂交单元360。也示出了浮盖346，其能够在两个转子耦接到一起时下压混合器366的顶面以完全压缩混合器密封件并创建具有流密反应腔的杂交单元，也能够在两圆盘转子分离期间抓紧歧管368并进一步将混合器/歧管364固定到夹紧板转子340。

如图18A和图18B中例示的，下部托架转子330也能够抬离突出的载片加热器324并部分离开盆312的地步，以允许圆盘在冲洗阶段绕其支撑轴旋转并创建相对运动或水流流过载片基底362之上和周围。这能够提供反应区域和载片基底底面的更快更彻底的清洗。并且，旋转速度能够调节以避免破坏已杂交的固定反应物探针。

在本发明的另一方面，在分离圆盘之前，当盆312填充了足够淹没旋转转子的冲洗流体，连接的转子330、340都能够抬离突出的载片加热器323并一起旋转。这保证了在从载片基底362拆下混合器366或混合器/歧管364时存在一定程度的流体崖面，以迅速清除载片上的杂交流体并减少交叉污染风险。这对具有多个子腔的微阵列载片而言是尤其有优势的，除非所有流体被迅速去除，其在打开时可能允许多种杂交样品间不期望的混杂。在转子圆盘旋转中引入冲洗流体流到载片表面上可将交叉污染风险降到最低。

如上面描述的半自动杂交载片处理系统，基本自动杂交系统300优于现有技术，在于提供了使用非常低容量反应腔的反应阶段并后随高容量冲洗阶段。如上面公开的，这能够通过在载片表面临时形成密封低容量反应腔实现，密封能够被打破且反应腔打开以将载片暴露于高容量冲洗流体冲刷或浴。已认识到的是，高容量冲洗的好处无法通过压迫冲洗流体通过在繁殖循环中使用的低容量反应腔实现。已进一步认识到，去除反应腔并将载片暴露于高容量冲洗流体冲刷或浴能更完全且更快速地从载片上去除使用的杂交流体。

进一步认识到，高容量冲洗流体冲刷或浴对多个微阵列载片的每一个可以是公共的。在相同清洗流体浴中浸泡并移动一定数量的载片基底提供了多个载片的同时清洗以及对冲洗流体高效经济的使用。此外，使用高容量冲洗也能够减少交叉污染的机会，因为微升大小的杂交流体样品能够被彻底冲走并在大得多的升大小量的冲洗流体中被稀释。

在图18A和图18B中进一步例示的是载片耦接沟或槽334，其能够形成在托架转子窗332中，以接收并抓紧未被混合器覆盖的载片基底的暴露边缘。

返回参照图12-15中例示的旋转实施例，冲洗阶段能够包括多种冲洗流体的使用，在该过程期间盆罩310中的盆312能够交替地排出和填充，且在该过程期间下部托架转子330和附接的载片基底362持续旋转。在冲洗阶段完成后，盆罩能够排出所有流体，而下部托架转子以较高旋转速度旋转以通过向心作用甩掉任何残留冲洗流体。在本发明的另一方面，直接放置于下部托架转子上的上部夹紧转子140能够设置提供喷射氮气或者加湿或无臭氧空气的向下引导的喷嘴，以在残留冲洗流体干燥和玷污已杂交的反应区域前从载片表面吹走任何残留冲洗流体。

图19和图20大体例示了使用非旋转部件的本发明另一个示例性实施例400。此实施例能够包括具有打开顶端的盆罩410。盆罩能够配置为保持在杂交过程的繁殖阶段完成后足够浸泡或淹没多个微阵列载片的一定量冲洗流体。盆罩能够为矩形的，并能够进一步包括具有用于保持冲洗流体瓶子的凹座的侧部（未示出），以及用于对盆罩填充和排出冲洗流体的内部管道如阀和管件。内部管道能够配置为快速排出和填充，以减少载片未被淹没的时间。

处理装置能够包括布置在盆罩中且配置为接收多个微阵列载片基底414的下部托架板或固定装置412。在所示实施例中，下部固定装置412能够形成在盆罩410的底面中。处理装置也能够包括布置在下部板上且配置为接收多个一次性混合器426的上部夹紧板或固定装置422。上部夹紧固定装置能够对所有混合器通用，或者处理装置能够为每个混合器配置有单独的夹紧固定装置，如图所示。

在图19和图20的非旋转实施例中，夹紧固定装置422能够与处理装置的顶盖420相关联，且能够配置有活塞式致动器424以提供上部固定装置422和下部固定装置412之间的相对运动和接合。当接合时，夹紧板此前接收的多个带混合器密封件428的混合器426能够耦接到托架板412此前接收的多个载片基底414，形成多个密封杂交反应腔。当拆开时，上部夹紧固定装置和下部托架固定装置之间的分离运动使多个混合器从该多个载片基底拆下，将混合器密封件拉离载片基底并打开该多个反应腔中的每一个。

顶盖420能够耦接到盆罩410并用外部冲洗腔密封件402密封，以形成完全环绕并包围该多个杂交单元的外部腔404。一旦盖固定在盆上，活塞式致动器424能够活动以关闭混合器426和载片基底412之间的空隙以形成单独密封的杂交反应腔，并在繁殖完成后收回以从载片基底去除混合器。

在繁殖阶段完成后冲刷和冲洗已杂交载片基底可通过流动冲洗流体通过对安装在处理装置中的所有微阵列载片公共的封闭外部冲洗腔404完成。能够用液泵或类似装置使冲洗流体相对接收的载片基底412移动或流动。在冲洗循环完成后去除冲洗流体能够通过从冲洗腔排出冲洗流体及提供向下引导的喷射氮气或者加湿或无臭氧空气到载片基底顶部以去除任何残留冲洗流体来完成。

图21中例示的是本发明的杂交系统的又一个实施例500，该实施例使用三个圆板或转子。下部旋转圆盘能够包括都绕支撑轴502上下移动并旋转的下部托架转子510和上部夹紧转子520。图21示出的实施例也能够包括第三个顶阀圆盘550。阀圆盘能够配置为在轴向（上下）移动，并可以或不可以与下部圆盘转子一起旋转。

顶阀圆盘550能够配置有多个配置为与所述多个安装在下面夹紧转子上的歧管/混合器互连的阀站560。从底部向外或向下延伸的每个阀站560能够为一组能够插入在歧管中形成的一系列进入/排放孔540（类似图11B中例示的歧管中的孔272和漏斗274）的阀销566。阀销能够为实心的，并能够由硬化或不锈钢金属材料形成。阀销能够用于控制出入反应腔的流体流，并在繁殖阶段中充当密封反应腔的塞子。尽管与使用旋转处理装置的杂交系统的实施例300一同描述，阀站也能够配置为与非旋转处理装置工作。

图22中更详细地示出了阀站560的一个实施例。阀站能够包括多个板，包括为移动提供固定基部的顶板562、阀销致动板564和用于引导和保持阀销566在合适位置与方向的O型保持板568。致动板564可用弹簧574在向下方向偏置，但其竖直位置能够由空气动力（气动）活塞572或类似致动装置控制。当阀站560耦接到下方混合器/歧管时，与每个阀销566同心的O型环570创建了阀销和歧管中的漏斗形开口542之间的密封。

阀销566能够与歧管中的进入/排放孔540互连，并在杂交期间将孔密封。歧管中的进入/排放孔能够设置有用于接收和引导阀销566进入进入/排放孔的漏斗形开口542。在本发明的一方面，歧管可分离为上部歧管530和下部歧管532，内部液体通道能够在此形成。例如，歧管能够具有连接到能够在上部歧管530和下部歧管532间的拼合线处横穿进入/排放孔540的多个转移流体管线536的主要流体管线534。在本发明的一方面，阀销566能够部分地收回以允许来自主要管线534的流体544向下流过进入端口540并进入反应腔。类似地，阀销能够部分地去除以允许替代液体逆流出排放通道，通过流体通道并进入合适的收集装置（未示出）。

使用阀圆盘550的本发明的方法能够包括安装载片基底到下部托架转子510中、混合器/歧管到上部夹紧转子520中，并降低夹紧转子以接合托架转子，以及耦接混合器/歧管到载片基底以形成反应腔。接着能够通过歧管中的漏斗形开口542用杂交流体填充反应腔。填充后，阀圆盘550连带向下突出的阀销566能够降低进入歧管的进入/排放端口540以密封反应腔。接着可进行杂交，伴随着繁殖阶段中以传递给形成在混合器中的囊的加压空气控制的混合。

在杂交完成后，阀圆盘550能够升起，并用足够浸泡下部转子510、520的冲洗缓冲剂填充盆。下部转子能够在冲洗缓冲剂中旋转，以在夹紧转子从托架转子分离时在载片基底上立即创建流体流，打开覆盖反应区域的密封腔。下部托架转子接收的载片基底的冲洗循环能够按之前的描述继续。

在图21-22的实施例500的另一方面，该方法能够进一步包括在冲洗循环完成后重新连接夹紧转子520和托架转子510以重建反应腔。阀圆盘550能够降低，且阀销566重新插入混合器/歧管，并且多种流体步骤，如核酸变性和复原，能够在已杂交和冲洗的微阵列载片上进行。

能够认识到，阀站560能够在杂交后的载片基底处理和冲洗中提供额外的灵活性。例如，在繁殖完成后，塞着进入/排放孔540的阀销566能够由气动活塞572部分地打开，且洗脱缓冲剂缓慢泵入反应腔，以冲洗反应区域并代替杂交流体，杂交流体能够通过排放通道推出并由放置在排放出口下的合适的收集装置收集。接着阀销能够重新降低以密封反应腔，且载片基底和混合器（如杂交单元）重新被加热。在第二个处理步骤完成后，阀销能够重新打开且额外的加热的洗脱缓冲剂泵送通过反应腔以迫使已反应的流体进入另一个收集装置。

进一步地，在非旋转处理装置情形，在杂交完成后，塞着进入孔540的阀销566能够部分地打开，且冲洗流体以足够压力泵入反应腔以推起夹紧固定装置，打破混合器密封件，并从载片基底分离混合器。外部冲洗腔密封能够保持完整以保持高容量冲洗腔。在冲洗程序完成后，冲洗流体能够用氮气或者加湿或无臭氧空气代替以从载片去除任何残留冲洗流体。

在处理装置的旋转和非旋转实施例中，使用阀销566（见图21-22）都能够提供超越现有技术的重要优点。例如，阀销和阀站560能够为易于制造的具有最少移动部件的，减少了处理装置的制造成本。使用阀销密封用于繁殖的已填充的反应腔也比现有传统密封方法如人工使用胶带更便宜。实心金属阀销能够提供能重复使用的更可靠的密封，因为一次性歧管的漏斗形开口542到进入孔540的较软的接触表面成为磨损点且需要持续更换。然而最重要的是，阀销和歧管系统能够将反应腔的进入与排放端口和阀销尖端之间的“死”容量减少到很小的量，在1-3μl范围内，从而节约进行检测所需的杂交流体量。

图23和图24例示了本发明的另一个有代表性的实施例600。类似上文描述的半自动杂交载片处理系统和方法，一次性腔组件624能够去除地耦接到载片基底620以创建围绕反应区域的密封反应腔626以形成杂交单元610。在这种情形下，杂交单元610可能不需要用于自动分配杂交溶液进入反应腔的歧管，但能够包括用于在安装到托架转子630中之前以吸管人工填充反应腔的填充和排放孔。然而，类似也在上文中描述的基本自动杂交系统，杂交单元610也能够包括形成在一次性腔组件624中的一个或多个反应腔626，并能够进一步包括延伸超过载片基底620短边缘的一对端突出部628。每个端突出部628都能够包括用于柔性地接收从上部夹紧转子640向下延伸的夹子642的附接孔622。

下部托架转子630也能够包括在托架窗两端且配置为接收夹子642的凹座632。例如，在下部托架转子630连带安装好的杂交单元610放置到盆罩604中后，载片基底620相邻于载片加热器606（图23），上部夹紧转子640能够装载到盆罩中，且从上部夹紧转子640向下延伸的夹子642能够推进通过一次性腔组件624中的附接孔622并进入形成在下部托架转子中的凹座632（图24）。在一方面，夹子642能够与凹座632互锁以更好地将两个转子对齐和固定到一起。然后盆罩604和已安装的转子630、640能够用盖608包围。

图25A-25D中进一步示出了在杂交规程期间向下延伸的夹子642的操作，其中例示了杂交前、杂交和杂交后循环的多个阶段中上部夹紧转子和下部托架转子在其相对于盆罩604底和载片加热器606的多种位置的剖面侧视图和端视图。如图25A中所示，在附接杂交单元610后下部托架转子630能够首先放置在与载片加热器606相邻的打开的底部位置。随后上部夹紧转子和下部托架转子都能够位于如能够发生在杂交规程中的关闭的底部的位置（图25B），如能够发生在杂交后冲洗规程之始的关闭的升起且旋转的位置（图25C），以及如能够发生在随后杂交后冲洗规程阶段的打开的升起且旋转的位置（图25D）。

例如，一次性腔组件624能够附接在载片基底620的反应区域周围，且反应腔26能够在安装杂交单元610到下部托架转子630中之前用杂交（或探针）溶液填充。在安装杂交单元后，下部托架转子于是能够放置为适合载片加热垫606周围，如图25A中描绘的。随后上部夹紧转子640能够安装和/或降低到腔组件624顶部，如图25B中描绘的，以接合在形成在一次性腔组件突出部中的孔622中以及在形成在载片托架转子中的凹座632中的夹子642，并完成杂交腔126的密封。在到达此配置时样品能够依据杂交规程杂交。

在杂交规程完成后，冲洗盆能够用冲洗缓冲剂602填充，两转子630、640都淹没在缓冲溶液中一起抬起并缓慢旋转，如图25C中描绘的。随后，上部夹紧转子640能够从下部托架转子630分离，同时腔组件624通过夹子642保持在上部转子底面并完全从载片基底620上去除，如图25D中描绘的，并使载片基底620顶面暴露出来以冲洗。如上所述，在载片基底被淹没并缓慢旋转下打破反应腔密封件保证了保护反应区域免受空气中的微粒污染。也保证了一定程度的流体崖面立即应用到反应区域以迅速清除杂交溶液并减少与相邻载片上使用的杂交溶液的交叉污染风险。

图26中例示的是本发明的又一个有代表性的实施例700，其中盆罩710能够包括能够在杂交步骤前向下旋转以附接到耦接的上部夹紧转子740和下部托架转子730的顶部的旋转臂720。随后旋转臂能够把耦接的转子740、730作为一个单元抬起并旋转组件90度，使得支撑轴718在大体水平的面内对齐且杂交单元710在大体竖直的面内绕轴旋转。另外，空气或惰性气体小气泡能够引入每个杂交单元的反应腔，使得耦接转子绕大体水平的支撑轴718的旋转在杂交/繁殖步骤中在反应腔中引发重力感应气泡混合。在杂交步骤之后，旋转臂720能够使耦接转子740、730返回水平位置，因此冲洗步骤能够如上述进行。

尽管气泡混合实施例700可能对图1-10例示的上述半自动杂交系统100尤其有用，本发明的气泡混合实施例也能够在繁殖期间作为气动搅拌系统的补充或替代混合系统应用到图11-22例示的上述基本自动杂交系统400中。

前面的详细描述参考特定示例性实施例描述了本发明。然而，应认识到能够做出多种修改和变更而不脱离如所附权利要求中阐述的本发明的范围。详细描述和附图应被看作仅为例示而不是限定，且所有这样的修改或变更，如果有，将落在如本文描述并阐述的本发明的范围中。

更具体地，尽管本文描述了本发明例示的示例性实施例，本发明并不限于这些实施例，而包括能够被本领域人员基于前面详细描述而认识到的任何以及全部有修改、忽略、组合（如跨多个实施例的方面）、变通和/或改动的实施例。权利要求中的限制应基于权利要求中使用的语言宽泛理解而不限于在上面详细描述中或本申请进行（prosecution）期间描述的实例，这些实例应理解为非排他的。例如，在本公开中，措辞“优选地”是非排他的，而意为“优选地，但不限于”。任意方法或过程的权利要求中列举的任意步骤可以任意顺序执行且不限于权利要求中陈述的顺序。方法加功能或步骤加功能的限制仅使用在对特定权利要求限制而言所有以下条件存在于该限制时：a)“方法”或“步骤”明确列出；且b）相应功能明确列出。本文中的描述明确地列出了支持方法加功能的结构、材料或动作。相应地，本发明的范围应仅由所附权利要求及其法定等同物而非上面给出的描述和实例来确定。

Claims (30)

1.一种用于在载片上提供反应腔的单元，包括：

具有反应区域和一对用于附接到处理装置的托架固定装置的暴露的平行边缘的载片基底；

能够去除地耦接到所述载片基底以形成包围所述反应区域的密封反应腔的腔组件；以及

用于耦接所述腔组件到所述处理装置的夹紧固定装置的附接器件，

其中从所述托架固定装置分离所述夹紧固定装置将从所述载片基底去除所述腔组件以打开所述密封的反应腔。

2.如权利要求1所述的单元，进一步包括：

所述腔组件包括：

具有顶面和底面的柔性基层，所述底面形成反应腔的顶棚；以及

从所述基层的所述底面延伸以形成所述反应腔的侧壁的弱粘合密封垫圈；以及

所述附接器件包括从所述基层的所述顶面延伸的用于附接到所述处理装置的所述夹紧固定装置的强粘合上部补片。

3.如权利要求1所述的单元，进一步包括：

所述腔组件包括具有柔性环形唇以形成包围所述反应区域的密封反应腔的圆顶壳；以及

所述附接器件包括从所属圆顶的顶面延伸的用于附接到所述处理装置的所述夹紧固定装置的强粘合上部补片。

4.如权利要求1所述的单元，其中所述附接器件包括一组延伸超过所述载片基底的另外一对平行边缘的用于耦接所述腔组件到处理装置的所述夹紧固定装置的腔组件边界。

5.如权利要求4所述的单元，其中所述对腔组件边界延伸超过平行于所述载片基底的短轴的所述基底边缘。

6.如权利要求4所述的单元，其中所述对腔组件边界延伸超过平行于所述载片基底的长轴的所述基底边缘。

7.一种用于多个微阵列载片的系统，包括：

盆罩；

布置在所述盆罩中在支撑轴上的载片托架转子，用于接收其中至少一个载片基底；

布置支撑轴上相邻于所述托架转子的夹紧转子，用于接收其中至少一个腔组件；

其中接合所述夹紧转子与所述托架转子将耦接所述腔组件到所述载片基底以形成至少一个密封的反应腔；以及

其中从所述托架转子拆开所述夹紧转子将从所述载片基底拆下所述腔组件以启封至少一个反应腔。

8.如权利要求7所述的系统，其中所述一次性腔组件包括：

具有顶面和底面的柔性基层，所述底面形成所述至少一个所述反应腔的顶棚；

从所述基层的所述底面延伸以形成所述至少一个反应腔的侧壁的弱粘附密封垫圈；以及

从所述基层的所述顶面延伸的用于附接到所述处理装置的所述夹紧固定装置的强粘合上部补片。

9.如权利要求7所述的系统，其中所述腔组件包括：

具有柔性环形唇以形成所述至少一个密封反应腔的圆顶壳；

具有顶面和底面的柔性基层；

从所述底面延伸以附接所述圆顶壳到所述基层的粘合下部补片；以及

从所述基层的所述顶面延伸以附接到所属处理装置的夹紧固定装置的粘合上部补片。

10.如权利要求7所述的系统，进一步包括至少一个耦接到所述至少一个一次性壳的所述暴露表面的歧管，其中所述歧管具有与所述一次性壳的填充端口和排放端口对齐的至少一个填充孔和至少一个排放孔。

11.如权利要求10所述的系统，进一步包括布置在所述支撑轴上相邻于所述夹紧转子并具有至少一个带向外突出的阀销的阀站的阀转子，其中接合所述阀转子与所述夹紧转子引起所述阀销能够去除地塞住所述至少一个歧管的所述至少一个填充孔和所述至少一个排放孔。

12.一种处理多个载片的方法，包括：

将多个载片插入处理装置，所述多个载片中的每一个都具有被低容量腔组件包围的反应区域以形成低容量反应腔；

用低容量流体填充所述反应腔以与所述反应区域反应；

从所述多个载片去除所述腔组件以暴露所述反应区域；

在公共冲洗流体浴中冲洗所述多个载片；

从所述公共冲洗流体浴中去除所述多个载片。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述处理装置进一步包括布置在配置为容纳所述公共冲洗流体浴的盆罩中的至少一个转子圆盘。

14.如权利要求13所述的方法，其中冲洗所述多个载片进一步包括在所述盆罩中容纳的所述公共冲洗流体浴中淹没并旋转所述至少一个所述转子圆盘。

15.如权利要求14所述的方法，其中从所述冲洗流体中去除所述多个载片进一步包括从所述公共冲洗流体浴中分离所述至少一个转子圆盘并旋转所述转子圆盘以甩掉所述冲洗流体。

16.一种用于分析固定样品的原位处理载片的方法，包括：

获取具有容纳固定样品的反应区域的载片基底；

安装所述载片基底到用于自动处理的处理装置中，所述处理进一步包括这些步骤：

耦接腔组件到所述载片基底以形成包围所述反应区域的低容量反应腔；

用流体填充所述反应腔以与所述固定样品反应；

在繁殖期间密封所述反应腔；

从所述载片基底拆下所述腔组件以启封所述反应腔；

用高容量冲洗流体冲刷所述反应区域以去除所述反应流体；以及

从所述载片基底去除所述冲洗流体；以及

从所述处理装置拆开所述载片基底。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述低容量反应腔保持少于约100μl流体。

18.如权利要求16所述的方法，其中所述腔组件进一步包括具有与所述一次性腔组件的填充端口和排放端口对齐的至少一个填充孔和至少一个排放孔的附接的歧管，以便于用反应流体填充所述反应腔。

19.如权利要求18所述的方法，其中密封所述反应腔进一步包括用多个阀销能够去除地塞住所述至少一个填充孔和所述至少一个排放孔。

20.如权利要求16所述的方法，进一步包括通过交替膨胀和放气形成在所述反应腔的所述腔组件部分的气动囊来搅拌所述反应流体。

21.如权利要求16所述的方法，进一步包括通过引入气泡进入所述反应腔并绕大体水平的轴线旋转所述载片基底来搅拌所述反应流体。

22.如权利要求16所述的方法，进一步包括加热所述载片基底以改进所述反应流体与所述固定样品的所述反应。

23.如权利要求16所述的方法，其中所述高容量冲洗流体进一步包括至少大约0.1升冲洗流体。

24.如权利要求16所述的方法，其中去除所述冲洗流体进一步包括使用离心力来从所述载片基底旋转甩掉所述冲洗流体。

25.如权利要求16所述的方法，其中去除所述冲洗流体进一步包括用一股压缩气体把所述冲洗流体从所述载片基底吹掉。

26.如权利要求16所述的方法，进一步包括在处理装置中同时处理至少两个载片基底，其中所述至少两个载片基底在公共冲洗流体容积中冲刷。

27.一种用于分析固定样品的原位处理至少两个载片的方法，包括：

获取至少两个具有容纳固定样品的反应区域的载片基底；

耦接腔组件到每个载片基底以形成包围所述反应区域的低容量反应腔；

用反应流体填充所述反应腔以与所述固定样品反应；

安装所述至少两个载片基底到用于处理的处理装置中，所述处理进一步包括这些步骤：

在繁殖期间密封所述反应腔；

在繁殖期间搅拌所述杂交流体以增强所述反应流体的反应能力；

从所述载片基底拆下所述腔组件以启封所述反应腔；

用公共的冲洗流体冲刷所述至少两个载片基底以从所述反应区域去除所述反应流体；以及

从所述载片基底去除所述冲洗流体；以及

从所述处理装置拆开所述至少两个载片基底。

28.如权利要求27所述的方法，其中所述腔组件进一步包括具有与所述腔组件的填充端口和排放端口对齐的至少一个填充孔和至少一个排放孔的附接的歧管，以便于用反应流体填充所述反应腔。

29.如权利要求28所述的方法，其中密封所述反应腔进一步包括用多个阀销能够去除地塞住所述至少一个填充孔和所述至少一个排放孔。

30.一种处理多个载片的方法，包括：

将多个载片插入处理装置的托架固定装置，所述多个载片中的每一个都具有容纳固定反应物的反应区域；

依据规程在公共冲洗流体浴中冲洗所述多个载片；

能够去除地耦接多个一次性腔组件到所述多个载片以形成包围所述反应区域的密封反应腔；

用低容量反应溶液填充所述反应腔以与所述被包围的反应区域反应；

在反应规程期间应用夹紧固定装置到所述腔组件以进一步密封所述反应腔；

抬起所述夹紧固定装置以从所述多个载片去除所述腔组件并暴露所述反应区域；

依据规程在公共冲洗流体浴中冲洗所述多个杂交载片；以及

从所述处理装置的托架固定装置去除所述多个载片。

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