CN103210079A - 用于聚合酶链式反应的可增压筒 - Google Patents

Abstract

本发明提供了结合进行聚合酶链式反应使用的方法和装置。描述了示例性样品处理模块，其包括样品组件和PCR组件，该样品处理模块被配置为在高于环境压力的压力下在其中容纳样品。样品在使用时被添加到样品组件中，该样品组件然后被连接到PCR组件。筒的实施方式包括流动限制装置，该流动限制装置能够或帮助在反应瓶内产生较高的压力。将样品引入PCR反应瓶，该PCR反应瓶含有处理该样品以及如果该DNA在该样品中存在提供扩增的感兴趣DNA所必需的PCR反应混合物的所有成分。

Description

用于聚合酶链式反应的可增压筒

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年8月2号提交的美国临时申请第61/369,925号的权益，整个该申请出于所有目的通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及聚合酶链式反应（PCR）实践中使用的循环变温器领域。

背景技术

分子生物学领域中重要的工具是被称为“聚合酶链式反应”（PCR）的过程。PCR从少量的遗传物质样品产生大量的遗传物质。

PCR过程在含有下列DNA复制成分的小反应瓶中进行：待复制的DNA和通常在载流中携带的PCR反应试剂，所述PCR反应试剂包括被组装形成DNA的四种核苷酸、两种不同类型的被称为“引物”的合成DNA（每条DNA互补链一种引物），以及被称为DNA聚合酶的酶。

DNA是双链的。PCR过程开始于将DNA的双链分成单个互补链，这个步骤被称为“变性”。这通常通过将PCR反应混合物加热至大约94到96摄氏度持续数秒到超过1分钟的时间段而完成。

在将DNA分成单链后，将混合物冷却至大约45到大约60摄氏度（通常选定为低于引物将熔解的温度大约5度），以便允许引物在混合物中结合到DNA的每个对应单链。这个步骤通常被称为“退火”。退火步骤通常花费从大约几秒到高达几分钟之间的任何时间。

接下来，将反应容器加热至大约72到73摄氏度，反应混合物中的DNA聚合酶在该温度发挥作用，以通过将核酸增加到引物上从而在单链上建立DNA的第二条链，使得形成与DNA的原始链相同的双链DNA。这个步骤通常被称为“延伸”。延伸步骤通常花费几秒到几分钟来完成。

这连续的三个步骤有时也被称为“阶段”，限定一个“循环”。PCR循环的完成导致在反应瓶中使DNA的量加倍。重复循环导致在反应瓶中使DNA的量再一次加倍。通常，该过程被重复多次，例如10到40次，导致大量相同的DNA片段。进行20次循环产生超过一百万原始DNA样品的拷贝。进行30次循环产生超过十亿原始DNA样品的拷贝。“循环变温器”被用来使反应容器在期望的温度之间变动期望时间段的过程自动化。

用于扩增的DNA必须从生物样品获得，其包括破坏生物组织、细胞壁、衣壳等，以便释放感兴趣的特定DNA。在一些实例中，特定RNA是感兴趣的，尽管RNA必须被转变为DNA以便使用PCR进行扩增。

当变性发生的温度范围接近载流的沸腾温度时，管理PCR反应的难题发生。例如，在较高海拔下，例如在像丹佛这样的城市中可见的，水——常用的载流——在97摄氏度下沸腾。将样品从大约94摄氏度加热到大约96摄氏度可能引起水汽气泡和/或溶解的气体形成。这些气泡在PCR期间造成难题，特别是依靠光学探测系统的那些系统。换句话说，光学探测系统发射光信号通过反应容器和样品。然而，气泡可以至少部分地阻塞和/或扭曲和/或折射光信号，并且这样一来，降低信号质量和/或引入在光学探测器处接收的噪声。现有技术方案试图通过使用非常精确并且因此非常昂贵的热控制器以尝试并且阻止沸腾发生来解决这个问题，但常常具有有限的成功。

气泡也可能在热循环过程之前存在，诸如随着样品流入反应容器而可在样品的湍流中形成的那些气泡或当样品进入反应容器时被捕集在反应容器内的气囊。这类气泡造成与温度循环期间产生的那些相同的问题。

另外，流体内气泡的存在和发展改变该流体的体积。这在当温度循环期间气泡体积变化比流体和样品体积变化更加显著时发生。气泡体积的变化导致流体和携带的DNA样品流入和流出反应容器。流体这种流入和流出反应容器可以改变和/或稀释反应容器内DNA样品和/或PCR反应试剂的浓度。

因此，存在对改进信号质量的PCR过程和系统的需要。另外，存在对减少样品内气泡存在的PCR系统的需要。

发明内容

传统的PCR系统和方法需要使用实验室设备和熟练技术人员。本发明涉及这样的方法和装置，其可以减少对实验室设备和熟练技术人员的需要并且甚至可以在不存在熟练技术人员的场地的应用中使用。

描述示例性样品处理模块，其包括样品组件和PCR组件。在使用时将样品添加到样品组件中，然后将该样品组件连接到PCR组件。将样品引入PCR组件内的PCR反应瓶中，该PCR反应瓶含有处理该样品以及如果DNA存在于该样品中提供扩增的感兴趣DNA所必需的PCR反应混合物的所有成分。

本发明的实施方式包括：PCR反应瓶组件内的样品可通过使用流动限制装置而增压超过环境压力。流动限制装置与至少一个PCR反应瓶流体连通。流动限制装置的一个实施方式包括渗透膜，该渗透膜至少部分允许至少第一流体穿过该膜并且至少部分阻止至少第二流体流动穿过该膜。流动限制装置的另一实施方式包括各种类型的阀。

参照如下描述和所附权利要求，本发明的这些和其它目标以及特征将变得更加显而易见，或可以通过如下文中提出的发明实践而了解。

附图说明

为进一步阐明本发明的上述和其它优点与特征，通过参考在附图中图解的其具体实施方式，进行本发明更具体的描述。应当理解，这些附图仅仅描绘本发明的典型实施方式，并且因此不被认为限制其范围。通过使用附图，描述和解释本发明的额外的特征和细节，其中：

图1是样品处理模块实施方式的透视图。

图2是样品组件的侧视图。

图3是沿图2的剖面线3-3取的横截面侧视图。

图4是图2的样品组件和棉签（swab）的侧视图。

图5是图2的样品组件和棉签的另一个侧视图。

图6是PCR组件的透视图。

图7是图6的PCR组件的俯视图。

图8是图6的PCR组件的横截面侧视图。

图9是图6的PCR组件的仰视图。

图10是图1的样品处理模块和任选关联结构的侧视图。

图11是图6的PCR组件的实施方式的部分截面图。

图12是图6的PCR组件的实施方式的部分俯视图。

图13是对应于图12的仰视图。

图14是PCR组件的另一实施方式的横截面图。

图15是沿图2的剖面线3-3取的样品组件的另一个实施方式的横截面侧视图。

具体实施方式

聚合酶链式反应是用作多种活动的前体的重要工具，所述多种活动诸如鉴定样品中小量的特定遗传物质、测定样品中存在多少遗传物质或产生足够的用于各种应用的遗传物质。

传统的循环变温器采取多种形式。最常用的循环变温器使用放入大的固体导热块中的多个样品瓶。每个瓶手动加载期望被扩增的样品DNA——在下文中有时也被称为“模板DNA”——和聚合酶链式反应必需的化学成分。PCR过程的步骤在实验室由熟练的技术人员进行。

参照图1，本发明提供简化PCR过程的样品处理模块20，其各方面在2007年12月17号提交并且题目为“PCR Sample ProcessingModule（PCR样品处理模块）”的共同未决的美国专利申请第11/958,332号中公开，其出于所有目通过引用以其整体并入本文。样品处理模块20包括样品组件22和PCR组件24。样品组件22用于收集和任选地处理生物样品、模板DNA或模板RNA。PCR组件24用于进行模板DNA的PCR扩增。

图2是样品组件22在被连接到PCR组件24之前的侧视图。如在沿图2的剖面线3-3取的样品组件22的横截面视图中更容易看见的，图3示出样品组件22具有主体26，该主体26包含圆柱内腔28，其具有用于接收生物材料样品或含有模板DNA或RNA的溶液诸如载流的开口端31。样品组件22有利地设置有可拆卸的螺帽34，以便在使用之前保护腔28免受污染并且在样品放入腔28内之后但在样品组件22被固定到PCR组件24前紧闭内容物，所述螺帽34具有与样品组件22的主体26上的对应的主体螺纹17配合的帽螺纹33。当然，可以使用将主体26配合到盖34和PCR组件24的其它方式，诸如摩擦配合、密封件、扣钩、碰锁等，均落于本公开的范围内。腔28的上端可以设置有防溅污结构36。

腔28的底端由可移动活塞30密封，可移动活塞30在其上端配备有防止腔内容物漏出的密封件32。可移动活塞30被机械地连接到线性致动器38，线性致动器38沿轴39将可移动活塞30移入或移出腔28。在一些实施方式中，线性致动器被手动致动，诸如使用者压下活塞（未示出）。在其它实施方式中，线性致动器38被连接到控制器35，控制器35产生移动信号并将其传递到线性致动器38，线性致动器38可以包括任意各种类型的电动机、螺杆驱动器(screw drive)和等同系统。控制器35可以是具有为实现所描述动作而写入的程序的通用计算机，和/或它可以是特定指令计算机或芯片。任选地，在给定的时间段后，控制器35停止发送移动信号和/或传递停止信号，可计算在给定的时间段内行进的距离以得到线性致动器38移动可移动活塞30的速率。

任选地，可操作地连接到样品组件22和/或PCR组件24（图8）的压力传感器41被连接到控制器35。任选地，压力传感器41被配置为产生反映腔28和/或PCR组件24的一个或更多个区域诸如PCR反应瓶56（图8）中的压力的压力信号，并将该压力信号传递到控制器35。控制器35响应压力信号停止发送移动信号和/或将停止信号传递到线性致动器38。任选地，配置为探测由线性致动器38作用于可移动活塞30的力并产生表示该力的力信号的测力计43被连接到控制器35。测力计的实施方式包括电力、机电、机械开关和当所选力或目标力满足时改变状态的二进制装置。测力计43将力信号传递到控制器35。控制器35响应力信号停止发送移动信号和/或将停止信号传递到线性致动器38。

除了可移动活塞30，图15中图解的样品组件122的另一个实施方式包括柔性膜或气囊132，柔性膜或气囊132并入或被机械地连接到样品组件122的主体126。柔性膜132与可移动活塞30类似地起作用，因为柔性膜向内朝样品组件122的腔128偏斜，并且这样一来推动样品进入PCR组件24，如下描述。与由可移动活塞30相对于主体26提供的密封相比，使用柔性膜132的潜在优点是其可以降低柔性膜132连接到主体126的界面处较高压力下发生泄漏的风险。通过使用施加于柔性膜132的空气压缩或其它力作为线性致动器38的替代，使柔性膜132向内偏斜。

样品组件22可以用溶液或干燥的成分、反应物、基本化学试剂诸如脱氧核糖核苷三磷酸（dNTP）等预加载，或可以被设置为空的直至使用。尽管模板DNA可以放入样品组件22用于PCR样品处理模块20，但考虑样品组件22可以使用完整生物样品。图4和5描绘使用棉签38，棉签38被用来例如从患者咽喉收集生物样品。棉签顶端40可以在削弱区域42处与棉签38分开，这允许棉签顶端40落入样品组件22的腔28内。样品组件22然后可以经受超声处理以便根据2007年12月17日提交且并题目为“Ultrasonic Release of DNA and RNA（DNA和RNA的超声释放）”的共同未决的美国专利申请第11/958,299号的方法和装置从生物样品中释放DNA和RNA，该申请的公开内容出于各种目的以其整体通过引用并入本文。

图6-9和11-13描绘图1的PCR组件24的不同视图。PCR组件24设置有接口44，其与在图3中最佳示出的样品组件22的开口端31和主体螺纹27配合。正如在图8中最佳所见的，提供密封元件46诸如O型圈(密封圈，O-ring)、橡胶垫片等以作为PCR组件24与样品组件22之间的密封件起作用。

优选地，接口44和样品组件22设置有图9中示出的锁定结构48，在样品组件22被固定到PCR组件24后，该锁定结构48防止样品组件22脱离，以便防止样品组件的内容物随后暴露于样品处理模块20的使用者或操作者，当处理剧毒物质时这个特征尤其是期望的。例如，锁定结构48任选地包括疾齿凹口（ratchet notch），该疾齿凹口与样品组件22上的凸缘50（见图5）接合，以便允许样品组件22与PCR组件24密封附连，但在此后防止样品组件22从PCR组件24脱离。

PCR组件24中的流体管道47提供样品组件22的腔28内含有的流体和样品行进的路线。过滤器52被设置在流体管道47上以防止固体物质从样品组件22进入PCR组件24的流体输送通道54。换句话说，通过将可移动活塞30向上升高入腔28，推动样品组件22的腔28内含有的溶液——所述溶液含有待被扩增的模板DNA——通过过滤器52并进入输送通道54，使得将溶液从腔28注射进输送通道54。输送通道54将样品溶液从样品组件22运送到一个或更多个PCR反应瓶56。所示的PCR组件24示出使用两个PCR反应瓶56，每个反应瓶经由在参考数字54a处所示的输送通道54中的分支而被提供样品。

优选地，在将样品组件22附连到PCR组件24之后，将样品处理模块20永久地固定到适当位置，以便防止释放潜在危险物质。由于这导致封闭的不通风空间——其总体体积随着可移动活塞在腔28内推进而减小，优选提供一个或更多个气室用于容许体积的减小而不阻止溶液从样品组件22流到PCR反应瓶45，并且该气室也用作PCR反应瓶56内形成的气泡的通风位置。所示的实施方式出于这个目的使用通风室58，通风室58通过通风通道60与PCR反应瓶56连通，但是通风室58在其它方面是密封的。

尽管图6-9示出对每个PCR反应瓶56使用独立的通风室58，但应当理解这不是必需的并且其他构造能够提供与通风室58相同的功能。例如，并且将在下面讨论的，图14中示出的PCR组件124的实施方式任选地完全摒弃通气室而提供了可将气体直接排放到环境的结构。

优选地，每个PCR反应瓶56含有冻干的珠62，冻干的珠62包括扩增从样品组件22供应的模板DNA所需的多种成分，在下文中被称为“PCR反应混合物”。冻干的珠62内的PCR反应混合物将包括扩增模板DNA必需的引物、聚合酶、dNTP和其它必需的成分。如果更方便或如果PCR反应混合物的各种成分需要在使用之前彼此分开，则可以提供超过一种的冻干珠62。

取决于待被扩增的模板DNA，PCR反应混合物将不同。由于PCR组件24以预加载的形式因素(form factor)提供，应当贴上识别该预加载的PCR组件的标签。图8和9示出使用射频识别（RFID）标签64，射频识别（RFID）标签64也可以被用来向使用样品模块的循环变温器提供信息。最佳运行条件和协议——诸如由控制器35使用的那些——可以不同，这取决于模板DNA或PCR反应混合物的成分，因此RFID识别信息也可以被用来选择循环变温器程序，该循环变温器程序可以包括关于诸如目标温度和循环次数的参数的指令，这些参数对于PCR反应混合物的内含物是最佳的。

实时监测并控制PCR是优选的。图7描绘提供透镜66以帮助直接视觉观察PCR反应瓶56的内容物。图10描绘使用激发光源68和照片接收器70，激发光源68用于激发PCR反应混合物的荧光成分，照片接收器70通过透镜66监测荧光发射物。题目为“FluorescenceDetection System（荧光探测系统）”的共审未决的美国专利申请公开申请第US2006/0152727号包括可实现供PCR组件24使用的荧光探测系统的额外细节，该申请出于所有目的以其整体通过引用并入。题目为“Methods and Apparatus for Controlling DNA Amplification（控制DNA扩增的方法和装置）”的共同未决的美国专利申请公开第US2006/018889号提供关于利用来自光学探测系统的实时信息控制PCR的信息，该申请出于所有目的以其整体通过引用并入。

如上所述，气泡可能随着样品和载流在填充反应瓶56期间和/或在温度循环过程期间形成，特别是如果样品和载流的蒸汽压接近变性过程发生的温度，因此增加了非故意使样品沸腾的风险。例如，典型地，理想变性温度为大约94摄氏度到大约96摄氏度。然而，例如，在科罗拉多州丹佛的海拔高度的城市，水的沸点大约为97摄氏度。因此，为避免在PCR反应在丹佛进行期间非故意使样品沸腾，需要使用非常精确并且因此非常昂贵的热控制系统。另外，由于载流将溶解的气体保留在溶液中的能力在温度循环的加热阶段期间降低，溶解气体的气泡可能在温度循环过程期间从溶液中出来。此外，流体内气泡的存在和发展改变该流体的体积。当在温度循环期间，气泡体积变化明显大于流体和样品体积变化时，这种情况发生。气泡体积的改变导致流体和携带的DNA样品流入和流出反应容器。流体流入和流出反应容器可改变和/或稀释反应容器内DNA样品和/或PCR反应试剂的浓度。

这些气泡在精度复制与分析经历PCR反应的样品方面造成若干潜在的困难。举例来说，已经发现气泡常常在透镜66下方形成，并且这些气泡可导致照片接收器70不准确读取。

为了管理和减轻气泡形成后任何气泡可能存在的影响，图11-13描绘透镜66的构造和关联结构，该关联结构可用于引导气泡远离透镜，使得不妨碍读取的准确性。图11示出使用在反应瓶56之上的PCR组件的结构中形成的成角度部分80。这个成角度部分80用于引导气泡远离透镜66之下的区域，并朝向连接的通向通风室58的通风通道60。如参照图11和13最佳可见的，使用泪珠形腔82进一步有助于引导气泡朝向通风通道60。

在第一实例中，尽管成角度部分80在气泡形成后起领导和引导气泡远离透镜66的作用，但是希望减少产生的气泡的数量。此外，希望在气泡形成后减小任意单个气泡的体积。这样，成角度部分80领导和引导产生的气泡的效率可能被改进。

申请人已经发现，在反应瓶56下游和反应瓶56与通风室58之间包括任选的流动限制装置57（图6和8）。在一个实施方式中，图6和8中的流动限制装置57是被密封——诸如通过加热、激光、超声波等焊接——到PCR组件24的渗透膜。在图6和8中示出的实施方式中，每个渗透膜57与相关联的通风室58的长度和宽度基本上是相同的。当然，应理解渗透膜57的尺寸可以适当地选择。另外，渗透膜的位置可以位于不同的位置处，其包括在通风通道60的内径之内。

在另一个实施方式中，渗透膜157可以形成反应瓶56的壁55的至少一部分，如在图11中所示的。渗透膜157形成壁55的一部分的实施方式的优点是其可以在填充和/或增压过程期间防止PCR反应物、样品和/或载流被冲刷或稀释到反应瓶56外。此外，从溶液中出来的任何气泡可以经过渗透膜并进入通风通道60。

渗透膜57的实施方式的特征是其是可选择性渗透的。换句话说，渗透膜57对所选流体是可渗透的，诸如水蒸汽以及从样品和载流的溶液中出来的之前溶解的气体。同时，渗透膜阻止和/或防止其它流体诸如水、载流以及其它液体流动经过渗透膜57。因此，气体能够流动通过渗透膜57并进入通风室58，而样品和载流被保留在反应瓶56内和取决于渗透膜57的位置在通风通道60内。

任选地，膜57和它的其它实施方式包括当在渗透膜57两侧之间存在压力差时最小化或减少渗透膜57的任何膨胀或偏斜的框架或结构59，如图6所示的。渗透膜57的偏斜如果未被制止，可能引起通风室58的相对体积与通风室58上游的体积（即反应瓶56和相关联的流体通道）的扭曲或改变。换句话说，随着渗透膜57使大部分的载流膨胀并且样品流动通过反应瓶56，这可能造成大部分的任意PCR反应物被冲刷到反应瓶56外并进入通风通道60。相对体积的这种变化可能需要更高或更低的流体压力，并因此比期望获得所选压力更多或更少的流体。因此，框架或支撑结构59诸如肋或格构(lattice)任选地被插入渗透膜内或渗透膜57的一侧或两侧上。当渗透膜57遭受其两侧之间的压力差时，支撑结构59阻挡渗透膜57偏斜。在一些实施方式中，除了物理结构59，渗透膜57任选地包括承载负荷的纤维矩阵和改进渗透膜的弹性和刚度的其它类似增强。

流动限制装置的另一个实施方式是图12中示出的位于通风通道60内的阀67，以及任选地，位于流体输送通道54内的阀69。阀可以由使用者或来自控制器35的命令选择性地操作以部分地和/或完全地打开以及选择性地关闭阀。在任何气体已被排放到通风室58后关闭阀67允许超过环境的压力施加于反应瓶56内的样品，这将在下面更详细地被描述。阀的实施方式包括由弹性体元件制成的那些阀。

流动限制装置允许压力施加于反应瓶56内包含的样品和载流。换句话说，反应瓶56内的压力可以维持在环境压力之上，诸如从大约大气/环境压力到环境压力之上大约80磅每平方英寸（psi），并且在一些实施方式中，压力甚至更高。在其它实施方式中，流动限制装置提供维持反应瓶内的压力从环境压力之上大约15psi到60psi的能力。

在包含渗透膜57的流动限制装置的实施方式中，以如下方式提供压力。如上所述，线性移动可移动活塞30，推动样品和携带的载流流动通过流体输送通道54，进入反应瓶56，流过通风通道60直至其到达渗透膜57。样品和载流内的气体、空气和其它气泡通过渗透膜，同时该样品和载流挤压渗透膜57。超过环境的压力可以在反应瓶56内通过使可移动活塞30进一步前进而产生。如上面讨论的，可移动活塞30的运动可以由控制器响应不论样品组件22和/或反应瓶56处的力信号或压力信号进行控制。换句话说，使流体相对于渗透膜57加压用作探测何时所选体积或量的样品和载流已进入反应瓶56的方法，因为任意气体将已经透过渗透膜57并进入通风室58。当这发生并且流体到达渗透膜57而不能穿过该渗透膜时，立即发生压力的可探测的增加。在一些实例中，压力增加可能是相当突然的，从而表明PCR组件24被充分填充以进行PCR反应。因此，压力上升部分用作探测样品和载流何时到达渗透膜57的方法。

相对于渗透膜57使样品和载流加压的另一个益处是测得的压力和/或力的稳定性用作探测泄漏的方法。换句话说，如果在可移动活塞30处测得的压力和/或力减小，则是暗示泄漏的指示，该泄漏允许流体从样品组件22和PCR组件24中的至少一个中漏出。这样的指示将允许使用者调查原因、运行新的样品和/或采取其他补充措施，特别是如果待测样品是危险性的话。

另外，通风室58的体积可以部分调整以获得反应瓶56内的期望压力和由迁移到通风室58内的任何气体在通风室58内产生的压力。换句话说，在一些实施方式中，通风室58的体积是样品组件22的腔28和反应瓶56的尺寸与通风室58和反应瓶56中获得的期望或所选压力以及样品和载流的类型以及反应容器内发生的反应的函数。通过当使用时校准通风室58和反应瓶56的体积和每个内的压力，可以管理和优化横跨渗透膜57的压力差，以改进渗透膜57的效率，并确保该压力差不超过渗透膜57的设计限制。

在一些实施方式中，通风室58的体积充分小，使得气体进入通风室58——如上面讨论的，产生足够的背压以便消除对流动限制装置如渗透膜57或阀67的需要。在这样的实施方式中，通风室58的设计是使通风通道60向上弯曲并离开进入通风室58，产生U型管静水压力效应。在气体到达通风室58后，U型管防止气体迁移回到反应瓶56中。

在反应瓶56内对样品和载流施加超过环境的压力提供若干益处。例如，在反应瓶56中对样品施加压力增加样品和载流的沸腾温度。因此，在之前针对科罗拉多州丹佛的描述的实例中，不加压的样品在大约97摄氏度沸腾，这个温度非常接近从大约94摄氏度到大约96摄氏度的所选变性温度。然而，压力下的样品在更高的温度下沸腾，并且取决于压力，有时显著高于97摄氏度。换句话说，因为沸腾温度被提高显著远离期望的变性温度，所以摒弃(forego)非常精确并且因此非常昂贵的温度控制方法是可能的。这样，由于溶液的沸腾或从溶液中出来而可能不利地产生的气泡不被产生，并且因此避免如上面所讨论的气泡对光学扫描系统造成的问题。

建立如所公开的可增压筒(增压柱体，pressurizable cartridge)的另一个优点是样品和载流被维持的较高压力减小存在的气泡的尺寸，并减少这些气泡的体积随着温度循环过程发生而产生的变化。如上所述，气泡体积的变化引起泵送行为，通过该泵送行为样品和载流可以通过改变气泡体积移进或移出反应瓶。因此，使用压力使气泡的体积最小化减小可能导致反应瓶56中PCR反应物稀释的该泵送行为。另外，减小气泡的体积减少了那些气泡对光学扫描系统的影响。换句话说，较小气泡将造成荧光探测系统使用的光信号中的较少噪声，如上面所讨论的。

另一个优点是反应瓶56任选地由薄塑料制成并具有锥形的形状，以确保与被用来在温度循环过程期间加热和冷却反应瓶56和其中样品的加热/冷却块的良好接触。在反应瓶56内以较高压力容纳样品和载流引起反应瓶56的薄塑料壁55（图11）轻微膨胀并更紧紧地挤压加热和冷却块，因此改进向其传热和温度循环过程的效率。

图10描绘与样品组件关联的声传感器72的任选使用。2007年12月17日提交的并且题目为“Ultrasonic Release of DNA and RNA（DNA和RNA的超声释放）”的共同未决的美国专利申请第US11/958,299号出于所有目的通过该引用以其整体并入，并且公开了利用声能从生物材料释放DNA或RNA的方法和装置。

如已描述的，PCR过程对DNA操作。当必需探测RNA而不是DNA时，在使用PCR之前，必须将RNA首先转变为DNA。2007年4月9号提交、题目为“Rapid Reverse Transcription of PCR（PCR的快速逆转录）”并且通过引用以其整体并入本文的共同未决的美国专利申请第11/733,035号公开了用于从模板RNA形成模板cDNA的方法和装置，并且进一步公开了将这个过程的适当成分并入PCR反应混合物并在PCR之前进行转录步骤。

任何合适的循环变温器可被用于使样品和PCR反应混合物达到期望的PCR目标温度，但是目前优选使用在与此同时提交的并且名称为“Rapid Thermocycler（快速循环变温器）”的美国专利申请第11/697,917号中公开类型的循环变温器，该申请通过引用以其整体并入本文。

本发明的方法和装置允许以多种形式因素进行样品处理，该形式因素基于任意期望数量的样品、可携带要求、可使用的PCR探测组件的类型、待使用的化学成分、处理条件和步骤以及基于此处所教对普通技术人员将是显而易见的其它特征而被优化。

应理解，用于描述本发明的示例性实施方式的各种方面的附图是这些示例性实施方式的概略和示意图，并且不限制本发明，它们也不必按比例绘制。此外，已给出在以上描述中提出的具体细节，以便提供本发明的彻底理解，但是对本领域技术人员显而易见的是本发明可以在不具有这些具体细节或具有不同细节的情况下实施。在许多方面，PCR和循环变温器的公知方面已被以具体细节描述，以便避免不必要地模糊本发明。

在不违背本发明的精神或必要特征的情况下，本发明可以以其它具体形式体现。所描述的实施方式在所有方面仅仅被认为是示范性的和非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求指出，而不是由上述描述指出。权利要求的等同性的含义和范围内出现的所有变化被包含在它们的范围内。

Claims (6)

1.样品处理模块，其包括：

PCR组件，所述PCR组件包括至少一个PCR反应瓶；

样品组件，所述样品组件被配置为在其中容纳流体样品，所述样品组件被联结到所述PCR组件以便形成封闭系统；

输送通道，所述输送通道在所述PCR组件中形成，所述输送通道与所述PCR反应瓶和所述样品组件流体连通；

增压装置，所述增压装置被配置为在所述样品组件中增加所述流体样品的压力并引导至少部分所述流体样品通过所述输送通道到达所述PCR反应瓶；以及

流动限制装置，所述流动限制装置位于所述样品组件与所述PCR反应瓶之间，所述流动限制装置被配置为能够使所述压力的所述增加施加于被输送至所述PCR反应瓶的所述流体样品。

2.根据权利要求1所述的模块，进一步包括通风通道，所述通风通道与所述PCR反应瓶流体连通。

3.根据权利要求2所述的模块，其中所述流动限制装置是所述通风通道与所述PCR反应瓶之间的渗透膜。

4.根据权利要求3所述的模块，其中所述渗透膜位于所述样品组件与所述至少一个PCR反应瓶之间。

5.根据权利要求2所述的模块，其中所述流动限制装置是位于所述通风通道和所述PCR反应瓶之间的阀。

6.样品处理模块，其包括：

样品组件，所述样品组件被配置为在其中容纳流体样品，所述样品组件包括被配置为在所述样品组件中增加所述流体样品的压力的增压装置；以及

PCR组件，所述PCR组件包括至少一个PCR反应瓶，所述PCR组件被配置为接收所述样品组件以便形成封闭系统，所述PCR组件包括：

输送通道，所述输送通道与所述PCR反应瓶和所述样品组件流体连通；

通风通道，所述通风通道与所述PCR反应瓶流体连通；以及

流动限制装置，所述流动限制装置位于所述通风通道与所述PCR反应瓶之间，所述流动限制装置被配置为能够使所述压力的所述增加施加于被输送至所述PCR反应瓶的所述流体样品。

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